فایل نفوذپذیری بتن ها تحت اعمال توام کربناسیون و نفوذ یون کلراید

جزئیات و دریافت

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.

چکیده:
خرابی سازه های بتنی تحت علل مختلفی از جمله کربناسیون، نفوذ یون کلراید، حملات سولفاتی، چرخه های ذوب و یخبندان اتفاق می افتد. در میان این علل مخرب، کربناسیون و نفوذ یون کلراید در سازه های شهری و بندرگاه ها محتمل تر هستند. در این پایان نامه تاثیر درصدهای جایگزینی مختلف میکروسیلیس و نسبت آب به سیمان بر خواص مکانیکی و دوامی بتن بررسی شده است. بتن ها تحت اعمال توامان کربناسیون و نفوذ یون کلراید قرار گرفته و نفوذپذیری آن ها سنجیده شد. نمونه های بتنی شامل درصدهای میکروسیلیس صفر، هفت و ده درصد و نسبت آب به سیمان 0.35 ، 0.4 و 0.45 می باشد که در دستگاه نگهداری بتن تحت اعمال توامان کربناسیون و نفوذ یون کلراید که برای همین منظور توسط مولف این پایان نامه ساخته شده است، قرار داده شدند. فشار گاز دی اکسید کربن، دما، رطوبت نسبی ثابت نگاه داشته شد و چرخه های جزر و مدی به صورت خودکار اعمال گردید. به منظور تعیین مشخصات مکانیکی و دوامی بتن میکروسیلیسی، مقاومت فشاری و الکتریکی، جذب موئینه، عمق کربناسیون و نفوذ یون کلراید و شار عبوری از بتن RCPT سنجیده شد.نتایج حاکی از آن است که به علت وجود رطوبت در سطح نمونه هایی که در معرض توامان کربناسیون و نفوذ یون کلراید قرار داشته اند، گاز دی اکسید کربن به میزان بسیار کمی نفوذ کرده است و ضمنا یون کلراید نتواسته است به دلیل اشباع بودن محیط تاثیری بیش از کربناسیون و نفوذ یون کلراید به صورت جداگانه داشته باشد. از طرف دیگر، میکروسیلیس با اعمال خاصیت پرکنندگی و نیز ایجاد ژل ثانویه توانسته است مقاومت و خواص دوامی را بهبود دهد و  نتیجه دیگر آن است که بتن ساخته شده با نسبت آب به سیمان 0.35 و درصد جایگزینی ده درصد میکروسیلیس از مقاومت و دوام بالاتری نسبت به سایر طرح ها برخوردار است.
کلیدواژه : کربناسیون، نفوذ یون کلراید، دوام، میکروسیلیس، مقاومت فشاری، مقاومت الکتریکی، جذب موئینه، عمق کربناسیون و نفوذ یون کلراید،RCPT.
 
 
فهرست مطالب
عنوان                                           صفحه

فصل اول    1
1-    مقدمه    1
1-1-    مقدمه و اهمیت موضوع    1
1-2-    ضرورت انجام تحقیق    1
1-3-    اهداف پایان نامه    3
1-4-    چارچوب پایان نامه    3
فصل دوم    5
2-    مروری بر ادبیات فنی    5
2-1-    مقدمه    5
2-1-1-    ساختار بتن    7
2-1-2-    ساختار فاز سنگدانه    7
2-1-3-    ساختار سیمان خمیر هیدراته    7
2-1-4-    مواد جامد در خمیر هیدراته شده    8
2-1-5-    فضاهای خالی در خمیر سیمان هیدراته شده    9
2-1-6-    فضاهای بین لایه ای در C–S–H    9
2-1-7-    فضاهای مویینه    10
2-1-8-    حباب های هوا    10
2-1-9-    آب بین لایه ای    11
2-1-10-    مقاومت    11
2-2-    نفوذ یون کلراید    13
2-2-1-    مكانيزمهاي انتقال يون كلرید و عوامل مؤثر بر آن    14
2-3-    کربناسیون    17
2-3-1-    فرآيند شيميايي- فيزيکي کربناتاسيون    18
2-3-2-    عوامل موثربر فرآيند کربناتاسيون بتن    18
2-3-3-    تاثير عوامل خارجي (شرايط محيطي) بر کربناتاسيون بتن    26
2-3-4-    تاثيرشرايط اجرايي بر کربناتاسيون بتن    29
2-3-5-    تاثير کربناتاسيون بر خواص بتن    31
2-4-    تاثير کربناتاسيون بر يون کلرید    33
2-4-1-    تاثير کربناتاسيون بر مقيدسازي يون کلريد    33
2-4-2-    پدیده توام کربناسیون و نفوذ یون کلراید    34
2-4-3-    بررسی پدیده    34
2-4-4-    انواع مدل های تاثیر توامان کربناسیون و نفوذ یون کلراید    38
2-4-4-4-    مدل song و همکاران    40
2-4-5-    رفتار کربناسیون و نفوذ کلراید به طور همزمان    41
فصل سوم    43
3-    مصالح، روش های ساخت و آزمایش ها    43
3-1-    مقدمه    43
3-2-    دوده سیلیس    43
3-2-1-    مواردمصرف دوده سیلیس    44
3-2-2-    اثر واکنش پوزولانی دوده سیلیس    44
3-2-3-    میزان حرارت زایی دوده سیلیس    44
3-3-    مشخصات مصالح مصرفی    45
3-3-1-    سيمان    45
3-3-2-    سنگدانه    45
3-3-3-    آب    46
3-3-4-    فوق روان کننده    46
3-4-    ساخت و عملآوری آزمونههای بتنی    47
3-4-1-    طرح اختلاط نمونه آزمایشگاهی    47
3-4-2-    ساخت بتن    51
3-5-    آزمايش های فیزیکی    55
3-5-1-    آزمايشهاي تعيين نفوذ كلرايد    55
3-5-2-    آزمايشهاي خواص مكانيكي و نفوذ‌پذيري بتن    56
3-6-    آزمایشهای صورت گرفته در آزمایشگاه    56
3-6-1-    آزمایش تسریعشده نفوذ یون کلرید در بتن(RCPT)    56
3-6-2-    آزمایش مقاومت الکتریکی سطحی به روش ونر    59
3-6-3-    مقاومت فشاری    61
3-4-6-    آزمایش جذب آب موئینه    62
3-6-5-    تعیین عمق کربناتاسیون    62
3-6-6-    تعیین میزان نفوذ یون کلراید    63
فصل چهارم    65
4-    توسعه دستگاه    65
4-1-    مقدمه    65
4-2-    لوازم استفاده شده در ساخت دستگاه    66
4-3-    هدف ساخت دستگاه    66
4-4-    اجزاء دستگاه    68
4-4-1-    شمای کلی دستگاه    68
4-4-2-    طراحی مدار فرمان    76
4-4-3-    رگولاتور و فشار شکن    77
4-4-4-    پیچ های کنترل کننده سطح آب توسط فلوتر    78
4-4-5-    صافی – پمپ آب – یکطرفه    79
4-4-6-    غلظت سنج، رطوبت سنج و دما سنج    81
4-4-7-    دستگاه رطوبت گیر    83
4-5-    نحوه کار با دستگاه    83
فصل پنجم    95
5-    نتایج آزمایشها و تجزیه و تحلیل آن ها    95
5-1-    مقدمه    95
5-2-    مقاومت فشاری نمونهها    95
5-3-    آزمایش تسریعشده نفوذ یون کلرید در بتن (RCPT)    96
5-4-    آزمایش مقاومت الکتریکی سطحی به روش ونر    97
5-5-    آزمایش جذب آب موئینه    98
5-5-1-    تعیین عمق کربناتاسیون    99
5-6-    تعیین میزان نفوذ یون کلراید    100
5-7-    مقایسه نتایج آزمایشها    101
5-7-1-    بررسی اثر کربناسیون و نفوذ یون کلراید در مقاومت فشاری بتن    101
5-7-2-    بررسی جذب موئینه    106
5-7-3-    بررسی مقاومت الکتریکی    108
5-7-4-    بررسی آزمایش تسریع شده نفوذ یون کلراید    110
5-7-5-    بررسی عمق کربناسیون    111
5-7-6-    بررسی نفوذ یون کلراید    113
5-7-7-    بررسی در اندازه نانو TEM    114
5-7-8-    بررسی روابط بین مشخصات مکانیکی و فیزیکی بتن ها    117
فصل ششم    119
6-    نتیجه گیری و پیشنهادات    119
6-1-    نتایج    119
6-2-    پیشنهادات    122
7-    فهرست مراجع    123
پیوست    128
8-    دستآورد ها و تقدیر و تشکر    128
8-1-    دستاوردهای پایان نامه    128
8-2-    تقدیر و تشکر    130

فهرست اشکال
عنوان                                                 صفحه

شکل ‏2 1 محدوده های ابعاد قسمت های جامد و فضاهای خالی در خمیر سیمان هیدراته شده    9
شکل ‏2 2 انواع آب های موجود در ساختار سیلیکات کلسیم هیدراته شده [5].    11
شکل ‏2 3 ترتيب مقاومت در برابر کربناتاسيون براي انواع سيمانها ]43[    20
شکل ‏2 4 اثر چگالي بتن بر عمق کربناتاسيون  ]43[.    22
شکل ‏2 5 سهولت در تشخيص جبهه کربناتاسيون با افزايش نسبت آب به مواد سيماني    23
شکل ‏2 6 تاثير ميزان ماسه در بتن بر کربناتاسيون ]43[    24
شکل ‏2 7 تاثير غلظت ماسه در ملات بر ضريب نفوذپذيري دياکسيد کربن در بتن ]23[.    25
شکل ‏2 8 تاثير جايگزيني 5و10و15 درصد دوده سیلیس بجاي سنگدانه (SFA) و10درصد دوده سیلیس بجاي سيمان (SFC) بر ميزان CH  ]24[    26
شکل ‏2 9 روند روبه رشد غلظت دياکسيدکربن در جو ]49[    27
شکل ‏2 10 تاثير فاصله نمونههاي بتني از ساحل بر کربناتاسيون ]51[    29
شکل ‏2 11 تاثير ميزان تراکم بتن بر عمق کربناتاسيون بتن ]19[.    31
شکل ‏2 12 الگوريتم كلي نرم‌افزار CONDOUR    39
شکل ‏2 13 شماي كلي  بررسي دوام بتن تحت اثر نفوذ گاز و گرما به بتن    41
شکل ‏2 14رفتار توامان کربناسیون و نفوذ یون کلراید    42
شکل ‏3 1نمودار دانه بندی سنگدانه    46
شکل ‏3 2 دستگاه میکسر – مخلوط کننده سنگدانه و سیمان    52
شکل ‏3 3 ساخت لجن دوده سیلیس    53
شکل ‏3 4 مخلوط کردن آب و هم زدن لجن    53
شکل ‏3 5 مخلوط کردن تدریجی لجن دوده سیلیس    53
شکل ‏3 6 اندازهگيري اسلامپ    54
شکل ‏3 7 مخزن آب – جهت نگهداری بتن تا 90 روز    55
شکل ‏3 8 دسيکاتور و نحوه آمادهسازي نمونهها جهت آزمايش RCPT    57
شکل ‏3 9 تصوير شماتيك دستگاه RCPT    58
شکل ‏3 10 دستگاه و محفظههاي آزمايش RCPT    58
شکل ‏3 11 نمایی از  شکل شماتیک دستگاه و  مراحل انجام آزمایش دستگاه سنجش مقاومت الکتریکی    60
شکل ‏3 12 میزان تاثیر ابعاد نمونه بر مقادیر ضریب صحیح مقاومت الکتریکی ویژه    61
شکل ‏3 13 نمایی از مراحل برش نمونه ها    62
شکل ‏3 14 نمایی از مراحل مختلف آزمایش تعیین عمق کربناتاسیون و تعیین PH اعماق بتن    63
شکل ‏3 15 محلول نیترات نقره    63
شکل ‏3 16 نمایی از مراحل مختلف آزمایش تعیین میزان نفوذ کلراید    64
شکل ‏4 1 دستگاه ساخته شده نگهداري بتن در چرخه همزمان كربناسيون و انتشار يون كلريد    69
شکل ‏4 2 شیر برقی مربوط به آب    70
شکل ‏4 3 شیر برقی مربوط به گاز    70
شکل ‏4 4 لوله ارتباطی آب به قطر یک اینچ    71
شکل ‏4 5 لوله ارتباطی گاز به قطر دو اینچ    71
شکل ‏4 6 اتصال لوله های دستگاه با استفاده از دستگاه اتو    72
شکل ‏4 7 مراحل تکمیل لوله کشی دستگاه    72
شکل ‏4 8 آب بندی لوله های ارتباطی از داخل مخازن    72
شکل ‏4 9 شیر تخلیه هوای مخازن    73
شکل ‏4 12 تابلو برق و فرمان    73
شکل ‏4 11  لوازم داخلی تابلو برق    75
شکل ‏4 12 برنامه نویسی PLC    77
شکل ‏4 13 قطعه PLC استفاده شده در این دستگاه – شرکت FATEK کره ای    77
شکل ‏4 14 فشار شکن و کپسول گاز دی اکسید کربن    78
شکل ‏4 17 پیچ های فلوتر    78
شکل ‏4 16 پمپ آب و صافی ها    79
شکل ‏4 17 صافی و یکطرفه    79
شکل ‏4 18 پمپ آب با قدرت بالاتر    80
شکل ‏4 19 ترانسمیتر کمیت های محیطی با پورت سریالMod Bus  TM-1280 تولید داخلی – شرکت تیکا    81
شکل ‏4 20 سنسور TM-1280 تولید داخلی – شرکت تیکا    81
شکل ‏4 21 شمای داخلی سنسور    81
شکل ‏4 22 مشخصات فنی سنسور    82
شکل ‏4 23 اتصالات و ترمینال های سنسور    82
شکل ‏4 24 دستگاه رطوبت گیر    83
شکل ‏4 25 کپسول گاز و نکات ایمنی    84
شکل ‏4 26 نکات ایمنی محیطی    84
شکل ‏4 27 مرحله اول کار با دستگاه    84
شکل ‏4 28 مرحله دوم کار با دستگاه – ورود رمز    84
شکل ‏4 29 مرحله سوم کار با دستگاه – ورود به تنظیمات    85
شکل ‏4 30 مرحله چهارم کار با دستگاه – تنظیمات جزر و مد و شیر برقی مربوط به آب    85
شکل ‏4 31 مرحله پنجم کار با دستگاه – تنظیمات دستگاه رطوبت گیر    85
شکل ‏4 32 روشن بودن رطوبت گیر    86
شکل ‏4 33 مرحله ششم کار با دستگاه – تنظیمات شیر برقی مربوط به گاز    86
شکل ‏4 34 مرحله هفتم کار با دستگاه – شروع به کار دستگاه    87
شکل ‏4 35 علامت نشانگر روشن بودن شیر برقی مربوط به گاز    87
شکل ‏4 36 باز کردن شیر کپسول گاز    88
شکل ‏4 37 تنظیم فشار گاز دی اکسید کربن    88
شکل ‏4 38 هواگیری مخازن    89
شکل ‏4 39 صفحه اصلی HMI    89
شکل ‏4 40 نمودار افزایش یا کاهش گاز دی اکسید کربن    90
شکل ‏4 41 میزان افزایش یا کاهش دما    90
شکل ‏4 42 نمودار افزایش یا کاهش رطوبت    91
شکل ‏4 43 میزان رطوبت قبل از شروع به کار کردن دستگاه رطوبت گیر    91
شکل ‏4 44 میزان رطوبت پس از شروع به کار کردن دستگاه رطوبت گیر    91
شکل ‏4 45 روش ذخیره اطلاعات صفحه نمایش در حافظه جانبی    92
شکل ‏4 46 ذخیره سازی اطلاعات    92
شکل ‏4 47 نمونه صفحه نمایش ذخیره شده.    92
شکل ‏4 48 تنظیمات برنامه    93
شکل ‏4 49 شمای کلی دستگاه    94
شکل ‏5 1 نتایج آزمایش مقاومت فشاری در سن 28 روز    103
شکل ‏5 2 نتایج آزمایش مقاومت فشاری در سن 90 روز    103
شکل ‏5 3 S3510    105
شکل ‏5 4 S350    105
شکل ‏5 5 S4510    106
شکل ‏5 6 S450    106
شکل ‏5 7 نتایج جذب موئینه 28 روزه    107
شکل ‏5 8 نتایج جذب موئینه 90 روزه    108
شکل ‏5 9 نتایج آزمایش 28 روزه  مقاومت الکتریکی (kHz)    109
شکل ‏5 10 نتایج آزمایش 90 روزه  مقاومت الکتریکی (kHz)    110
شکل ‏5 11 نتایج آزمایش RCPT 28 و 90 روزه    111
شکل ‏5 12 نتایج عمق کربناسیون 28 و 90 روزه    112
شکل ‏5 13 S3510    112
شکل ‏5 14 S350    113
شکل ‏5 15 S3510کربناته شده    113
شکل ‏5 16 نتایج نفوذ یون کلراید 28 و 90 روزه    114
شکل ‏5 17 ریز ساختار بتن با 10 درصد دوده سیلیس S3510 شاهد    115
شکل ‏5 18 ساختار غیر کریستالی S3510شاهد    115
شکل ‏5 19 ریز ساختار بتن با 10 درصد دوده سیلیس S3510 کربناته    116
شکل ‏5 20 ساختار غیر کریستالی S3510کربناته    116
شکل ‏5 21 رابطه شار عبوری 28 و 90 روزه با مقاومت الکتریکی بتن کربناته    117
شکل ‏5 22 رابطه شار عبوری 28 و 90 روزه با مقاومت الکتریکی بتن شاهد    118
شکل ‏8 1 برگه ثبت اختراع    128
شکل ‏8 2 پوستر جشنواره خوارزمی    129
شکل ‏8 3 تائیدیه دانشگاه علم و صنعت ایران    130
شکل ‏8 4 تائیدیه دانشگاه صنعتی امیرکبیر    130

فهرست جداول
عنوان                                               صفحه

جدول ‏2 1 پارامترهاي موثر در نفوذ يون کلرید به بتن    17
جدول ‏2 2 اثر نرمي بلين بر عمق کربناتاسيون بتن[38]    21
جدول ‏2 3 طرحهاي اختلاط بتن    36
جدول ‏2 4 تركيبات محلول    37
جدول ‏2 5 عمق نفوذ كلرايد    37
جدول ‏3 1 ترکيبات شيميايی دوده سیلیس و سيمان    45
جدول ‏3 2 مشخصات سنگدانه ها در اندازه گیری های اولیه برای بدست آوردن طرح اختلاط    48
جدول ‏3 3 طرح اختلاط نمونه های بتنی    50
جدول ‏3 4 دسته‌بندي بتن براساس استاندارد ASTM C1202    58
جدول ‏3 5 تبدیل نتایج آزمایش ونر به میزان نفوذ یون کلرید    61
جدول ‏5 1 نتایج آزمایش مقاومت فشاری 7 روزه برای نمونه های شاهد (kg/cm2)    95
جدول ‏5 2 نتایح آزمایش مقاومت فشاری نمونهها (kg/cm2)    96
جدول ‏5 3 نتایح آزمایش RCPT (کولومب)    97
جدول ‏5 4 نتایح آزمایش مقاومت الکتریکی (kHz)    98
جدول ‏5 5 نتایح آزمایش جذب موئینه (درصد تغییر وزن نمونهها)    99
جدول ‏5 6 نتایج عمق کربناسیون (میلیمتر)    100
جدول ‏5 7 نتایج نفوذ یون کلراید    101
 
فصل اول
1-    مقدمه 
1-1-    مقدمه و اهمیت موضوع
بتن، به عنوان پرمصرفترین و مهمترین مصالح ساختمانی قرن بیستم معرفی شده است. مصرف سرانۀ بتن در دنیا در حدود یک تن است. لذا، بتن پس از آب، بیشترین ماده¬ای است که بشر مصرف می کند. این، در حالی است که فقط حدود دو قرن از ابداع سیمان و بتن گذشته است و این مصرف به سرعت در حال فزونی می¬باشد [1و2].
دوام بتن از جمله مسائلی است که امروزه در مباحث توسعه پایدار از اهمیت بالایی برخوردار بوده و عمر سازه های شهری را تحت الشعاع خود قرار می دهد و در آینده ای نزدیک از مهمترین شرایط پذیرش بتن های در حال ساخت، طول عمر آن خواهد بود که باید قبل از ساخت، آزمایش های لازم بر روی آن صورت گیرد.
با توجه به شرایط واقعی شهری همانند تهران، بتن دائما در معرض کربناسیون و گاه نفوذ یون کلرید به طور همزمان است. از یک سو آلاینده ها با ورود گازهای سمی و مخرب و از سوی دیگر فعالیت های مربوط به جلوگیری از یخ زدگی معبر شهری با ورود مواد مضر دارای کلرید و نمک، به سلامت بتن آسیب جدی وارد می کند.
تاکنون آزمایش های مختلفی برای بررسی دوام بتن در برابر کربناسیون(نفوذ و تاثیر گازهای موجود در هوا) و در برابر نفوذ یون کلراید (نفوذ و تاثیر گازهای موجود در نمک و آب) انجام شده است اما در هیچیک از آزمایش ها در هیچ نقطه ای از دنیا تا، به حال تاثیر این دو عامل بسیار مخرب به طور همزمان بررسی نشده است و از این حیث نیز این پروژه دارای ارزشی مضاعف است. 
1-2-    ضرورت انجام تحقیق
هم اکنون در تمامی پروژه های عمرانی بزرگ دنیا، تمامی آزمایش های دوام برای بتن انجام می گیرد که می تواند عمر پروژه را افزایش دوچندانی دهد. در راستای موارد فوق الذکر، بررسی دوام بتن آن پروژه مهم شهری و کشوری، از لحاظ حملات کلریدی و کربناسیون، بسیار حیاتی خواهد بود و می تواند عمر پروژه را افزایش چشمگیری دهد. با انجام چنین پروژه ای عمر پروژه های شهری و کشوری افزایش چشمگیری پیدا خواهد کرد زیرا می توان قبل از انجام بتن ریزی به بهینه عمر بتن دست پیدا نمود و آن را پیش بینی کرد. با توجه به این تخمین و پیش بینی، چرخه های تعمیر و نگهداری نیز به تعویق افتاده و عمر سازه های شهری افزایش چشمگیری خواهد یافت و  این امر صرفه جویی ارزی بسیار بالایی را به ارمغان خواهد داشت.