دانلود مقاله خواص بتن

تاریخچه:

استفاده از مواد شیمیایی از زمانهای بسیار دور متداول بوده است. مصریان قدیم گچ تکلیس شده ناخالص را بکار می‌بردند یونانیان و رومی‌ها سنگ آهک تکلنیس شده را مصرف می‌کردند و بعداَ آموختند که به مخلوط آهک و آب، ماسه،سنگ خردشده یا آجر و سفال‌های شکسته نیز اضافه کنند این اولین نوع بتن در تاریخ بود. ملات آهک درزیر آب سخت نمی‌شود و رومی‌ها برای ساختمان‌سازی در زیر آب، سنگ و آهک و خاکستر آتشفشانی با پودر بسیار نرم سفال‌های سوخته شده را با هم آسیاب می‌نمودند و بکار می‌بردند سیلیس و آلومین فعال موجود در خاکستر و سفال با آهک ترکیب شده و آنچه به اسم سیمان پوزولانی  (پوزولان از اسم دهکده pozzuli که در نزدیکی آتشفشان وزو قرار دارد و برای اولین بار خاکستر آتشفشانی را در این محل پیدا نمودند گرفته شده است). شناخته شده است را تولید می‌نماید نام «سیمان پوزولانی» را تا به امروز برای توصیف سیمانهایی که بآسانی از آسیاب نمودن مواد طبیعی در دمای معمولی بدست می‌آیند بکار برده‌اند بعضی از ساختمانهای رومی که در آنها آجرها بوسیله ملات به یکدیگر چسبانده شده‌اند مانند

Coliseum در روم و  pont du Gard در نزدیکی Nimes و سازه‌های بتنی مانند ساختمان pantheon در روم تا امروز باقی مانده‌اند و مواد سیمانی آنها هنوز سخت و محکم است در خرابه‌های نزدیک pompeii اغلب ملات بهم چسباننده سنگها کمتر از خود سنگها که نسبتاَ سست می‌باشد هوازده شده است.

در قرون وسطی انحطاطی در کیفیت و کاربرد سیمان بوجود آمد و فقط در قرن 18 بود که پیشرفتی در دانش سیمان ها حاصل شد در سال 1756 که john Smeaton مأمور بازسازی برج چراغ دریایی Eddystone د رفرا ساحل جنوب غربی انگلستان شده بود به این نتیجه رسید که بهترین ملات وقتی بدست می‌آید که مواد پوزولانی با سنگ آهک حاوی نسبت قابل توجهی از مواد رسی مخلوط شود با تشخیص اینکه نقش خاک رس که قبلاً نامناسب در نظر گرفته می‌شد. Smeaton اولین شخصی بود که خواص شیمیایی آهک آبی یعنی ماده‌ای که از پخت مخلوطی از سنگ و خاک رس بدست می‌آید پی برد. متعاقباً سیمانهای آبی دیگر مانند سیمان رومی که james parker از کلسینه نمودن گلوله‌های سنگ آهک رسی آن را بدست آورده بوجود آمد. بالاخره در 1824 Joseph Aspdin که معماری در شهر لیدز بود سیمان پرتلند را به ثبت رساند این سیمان را از حرارت دادن مخلوطی از پودر نرم خاک رس و سنگ آهک سخت در کوره تاحدودی که CO2 آن بخارج رانده وشد بدست آورند دمای کوره خیلی پائین‌تر از حد لازم برای تولید کلینکر نخستین نمونه از سیمانی که امروزه آن را به نام سیمان پرتلند می‌شناسیم در سال 1845 بوسیله Isaac Johnson از حرارت دادن مخلوط خاک رس و سنگ آهک کیفیت تا حد کلینکر شدن و صورت پذیرفتن واکنش‌های لازم برای تشکیل ترکیبات چسباننده‌ی پرقدرت تهیه گردید.

نام سیمان پرتلند که در ابتدا به علت تشابه رنگ و سیمان حاصل کرده با سنگ پرتلند – سنگ آهکی که در Dorset انگلستان استخراج می‌شود به آن داده شد تا امروز در سراسر دنیا برای توصیف سیمانی که از در هم آمیختن کامل و حرارت دادن مواد آهکی و رسی، یا سایر مواد حاوی سیلیس، آلومین، و اکسید آهن تا دمای کلینکر شدن و آسیاب نمودن کلینکر حاصل شده باقی مانده است و تعریف سیمان پرتلند در استانداردهای مختلف با توجه به اینکه از پخت سنگ گچ به آن افزوده می‌شود بر این راستا قرار دارد امروزه ممکن است مواد دیگری نیز افزوده یا آمیخته شوند.

بتن تازه:

گواینکه بتن تازه فقط بصورت گذرا مورد توجه واقع می‌شود باید توجه نمود که مقاومت بتن با نسبتهای مخلوط معین بصورت خیلی جدی تحت تأثیر درجه‌ی تراکم آن واقع می‌شود و بنابراین بسیار مهم است که روانی مخلوط بتن تازه در حدی باشد که بتوان آنرا با سهولت کافی حمل نمود درجاریخت، متراکم کرد و سطح آن را پرداخت نمود بدون آنکه در خلال این مراحل جداشدگی صورت گیرد.

عوامل مؤثر بر کارآیی:

عامل اصلی مقدار آب مخلوط است که بر حسب کیلوگرم( یا لیتر) آب، بر متر مکعب بتن، بیان می‌شود از نظر سهولت( گواینکه تقریبی است) فرض می‌شود که برای یک نوع سنگدانه بخصوص با دانه‌بندی معین و کارآیی مشخص بتن، مقدار آب مستقل از نسبت سنگدانه‌ها به سیمان و یا از مقدار سیمان مخلوط باشد براساس این فرض می‌توان نسبت‌های مخلوط بین بتن‌های بامقدار سیمان مختلف را تخمین زد. جدول A مقادیر نمونه آب را برای اسلامب‌های مختلف بتن و حداکثر اندازه‌های مختلف سنگدانه‌ها می‌دهد این مقادیر فقط در مورد بتن بدون حباب هوا صدق می‌کند.

چنانچه مقدار آب بتن وسایر نسبتهای مخلوط ثابت فرض شوند در این صورت کارآیی توسط حداکثر اندازه سنگدانه‌ ها، دانه‌بندی، شکل و بافت سطحی آنها کنترل می‌شود.

دانه‌ بندی و نسبت آب به سیمان تواماً مورد بررسی قرار گیرند زیرا دانه‌بندی معینی که بهترین کارآیی را برای یک مقدار بخصوص نسبت آب به سیمان تولید می‌کند ممکن است بهترین دانه‌بندی برای نسبت دیگری از آب به سیمان، نباشد بویژه هر چه نسبت ‌آب به سیمان بیشتر باشد برای حصول بهترین کارآیی دانه‌بندی ریزتری مورد نیاز خواهد بود درواقع برای نسبت معینی از آب به سیمان یک نسبت سنگدانه درشت» با مصرف مصالح معین« وجود خواهد داشت که بهترین کارآیی را می‌دهد و بر عکس برای یک کارآیی معین مقدار ثابتی از نسبت سنگدانه درشت به ریز وجود دارد که احتیاج به کمترین مقدار آب خواهد داشت.

به هر حل باید به خاطرداشت که اگر چه هنگام بحث در مورد دانه‌بندی لازم برای حصول یک کارآیی مناسب نسبت‌های جرمی توصیه شده‌اند ولیکن این توصیه‌ها فقط درمورد سنگدانه‌های با وزن مخصوص ثابت صدق می‌کنند. در حقیقت کارآیی بوسیله نسبت‌های حجمی دانه‌های با اندازه‌های مختلف کنترل می‌شود لذا وقتی سنگدانه‌های با وزن مخصوص‌های مختلف اصلاً در حالت بعضی از مصالح سبک وزن یا مخلوطی از مصالح سبک وزن و معمولی با کاربرده می‌شوند. باید نسبتهای مخلوط را براساس حجم مطلق هراندازه از دانه‌ها تعیین نمود این موضوع در حالت بتن با حباب هوا نیز صدق می‌کند زیرا حباب هوا همانند ذرات ریز بدون وزن عمل می‌نماید. تأثیر خواص سنگدانه‌ها بر کارآیی افزایش مقدار سیمان مخلوط کاهش می‌یابد و احتمالاً وقتی نسبت سنگدانه به سیمان به کمی  یا 2 باشد بکلی این اثر از بین می‌رود.

در عمل تخمین اثر نسبت های مخلوطی بر کارآیی احتیاج به دقت دارد، زیرا از سه عامل نسبت به سیمان. نسبت سنگدانه‌ها به سیمان و مقدار آب مخلوط، فقط دو عامل مستقل از یکدیگرند. برای مثال اگر نسبت سنگدانه‌ها به سیمان کاهش داده شود اما نسبت آب به سیمان ثابت بماند مقدار آب مخلوط افزایش می‌یابد و در نتیجه کارآیی افزاش خواهد یافت از طرف دیگر اگر مقدار آب ثابت نگه داشته شود وقتی که نسبت سنگدانه به سیمان کاهش می‌یابد نسبت آب به سیمان کاهش خواهد یافت اما کارآیی بصورت جدی تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.

بعلت بعضی از اثرات ثانوی ذکر آخرین شرط نیز ضروری بنظر می‌رسد نسبت کمتری از سنگدانه‌ها به سیمان به معنی مقدار بیشتری از کل سطح جانبی مواد جامد (سنگدانه‌ها و سیمان) است بطوریکه در این صورت یک مقدار معین از آب، سبب کارآیی تا حدی کمتر می‌شود. این اثر را می‌توان با استفاده از دانه‌بندی قدری درشت‌تر از سنگدانه‌ها، خنثی نمود همچنین عوامل جزئی دیگر نیز مانندبرخی ذرات سیمان، مؤثرند. اما تأثیر این عوامل، هنوز بحث‌انگیز است.

زمان سخت‌شدن بتن:

برای مشخص نمودن میزان سفت‌ شدن بتن می‌توان ملات خارج شده از آن را با استفاده از الک  mm 5 آزمایش نمود. میله‌ای از نوع واکنش فلزی به اسم میله proctor را برای تعیین زمانهایی که مقاومت در مقابل نفوذ برابر Mpa 5/3 و Mpa 6/27 بکار می‌برند. قرائت اول زمان گیرش اولیه نامیده می‌شود و نشانگر آن است که بتن بیشتر از آنکه بتواند در اثر لرزیدن قابلیت تحرک‌پذیری یابد سفت شده است. زمانی که مقاومت در برابر نفوذ به Mpa 6/27 برسد، زمان گیرش نهایی می‌باشد. مقاومت فشاری بتن سنجیده شده با استوانه استاندارد در این صورت Mpa 7/0 می‌باشد این زمان گیرش کاملاً متمایز از زمانهای گیرش سیمان می‌باشد.