پایان نامه بررسی اجرای اسكلت بتنی

پایان نامه بررسی اجرای اسكلت بتنی در 115 صفحه ورد قابل ویرایش 

سیمان[1]

تاریخچه سیمان:

سال 1975 میلادی، درساحل جنوب غربی انگلستان بنایی به نام «جان اسمیتون» برای اولین بار خواص شیمیایی آهك[2] پی برد.

سال 1824، میلادی در شهر لیدز انگلستان، یك معمار انگلیسی به نام «ژوزف آسپرین) سیمان پرتلند را به ثبت رساند.

قبل از كشف سیمان، از مالتی به نام «ساروج»[3] استفاده می شده و طرز كار این نوع ملات، شبیه سیمان امروزی بوده است.

سیمان، درسراسر جهان، بدلیل آن كه پس از ریختن در بتن، به رنگ خاكستری سنگهای صخره های جزیره پرتلند در می آید، به نام پرتلند، معروف گردیده است.

تعریف: ماده ای كه در اثر تماس با آب، دانه های شن و ماسه موجود در بتن را در هم می چسباند و آنها را به صورت یكپارچه درمی آورد، سیمان می‎نامند. بیشترین مواد تشكیل دهنده سیمان، آهك بوده و پس از آن سیلیس (SiO₂) درصد بیشتری نسبت به سایر موارد را دارا می‎باشد.

تولید سیمان

مصالح خام[4] مورد نیاز در تولید سیمان را تهیه نموده و بصورت پور در آورده، سپس آنها را به نسبت های معینی با یكدیگر مخلوط می كنند.

مصالح خام پودرشده، به دو روش، مخلوط می گردند:

الف) روش خشك: در این روش،  مصالح خام پودر شده، بصورت خشك مخلوط می‎شوند.

ب) روش تر: دراین روش، مصالح خام پودر شده، بصورت خیس مخلوط می گردند.

پس از اینكه  مصالح بصورت «خشك» و یا «تر» مخلوط گردید، وارد كوره می‎شود، (حرارت داخل كوره 1400 تا 1650 درجه سانتی گراد است) در این درجه حرارت فعل و انفعالات خاصی صورت می‎گیرد و در نتیجه آن كلوخ های سیمان تولید می‎شود. پس ازسرد شن، كلوخ های سیمان، آسیاب می گردند و سپس مقدار كمی گچ به آن اضافه می كنند تا مدت زمان لازم برای گرفتن بتن، تنظیم گردد، مخلوط حاصله را حرارت داده و سپس آسیاب می كنند. در نهایت پودر حاصل را «سیمان» می‎نامند.

انواع سیمان پرتلند فرعی

الف) سیمان پرتلند هواتپان= حباب زا

ب) سیمان پرتلند سفید= سیمان سفید

ج) سیمان پرتلند رنگی= سیمانهای رنگی

                                                            1) سیمان چاههای نفت

د) سیمان های پرتلند مخصوص       2) سیمان پلاستیك= سیمان خمیری

                                                3) سیمان ضد آب= سیمان آب بند=سیمان آب دور كننده

الف) سیمان پرتلند هواتپان= حباب زا

سیمان پرتلند حباب زا نوع IA= آسیاب+ درصد كمی از مواد اضافی مناسب[5] + كلینكر سیمان پرتلند تیپ I

سیمان پرتلند حباب زا نوع IIA= آسیاب+ درصد كمی از مواد اضافی مناسب+ كلینكرسیمان پرتلند تیپ II

سیمان پرتلند حباب زا نوع IIA= آسیاب + درصد كمی از مواد اضافی مناسب+ كلینكر سیمان پرتلند تیپ III

خصوصیات و ویژگیهای سیمان پرتلند هواتپان در بتن

1-   پایین آوردن اصطكاك داخلی بتن

2-   نفوذ ناپذیری

3-   مقاومت در مقابل یخ زدگی، تورق، تغییر حجم

4-   نیاز به آب كمتر

5-   مقاومت خمشی و سایشی

ب) سیمان پرتلند سفید= سیمان سفید

سیمان سفید= مواد متشكله سیمان پرتلند نوع I+ خاك رس چینی (كائولن+ گچ نوع بسیار اعلا

كاربرد: 1- اندود نمایی روی دیوارهای خارج ساختمان (سطح بیرونی دیوارخارجی ساختمان)

2- كارهای تزئینی دیوارهای داخلی و سطح داخلی سقف

نكته 1: «گچ» و «خاك رس» مورد نظر، عاری از ناخالصی های رنگی از قبیل اكسید منیزیم و اكسید آهن باشند.

نكته 2: بدلیل اینكه وجود خاكستر در زغال ، رنگ سیمان را تیره می كند، سوخت كوره، از مواد روغنی انتخاب میشود.

ج) سیمان های پرتلند رنگی= سیمانهای رنگی

سیمان رنگی= 5/2 تا 10 درصد از مواد رنگی مناسب + سیمان سفید

كاربرد: 1- خشت های موزائیك رنگی

          2- اندودهای خارجی ساختمان

          3- كارهای تزئینی

          4- پاسیوسازی و …

د) سیمان پرتلند مخصوص

1-   سیمان چاههای نفت

2-   سیمان پلاستیك

3-   سیمان ضد آب

1)     سیمان چاههای نفت:

خاصیت ویژه این نوع سیمان، خودگیری مطلوب، در درجه حرارت زیاد می‎باشد.

توجه: در فضای داخل چاه نفت. حرارت زیادی وجود دارد.

2) سیمان پلاستیك= سیمان خمیری

سیمان پلاستیك = آسیاب + مواد روان كننده مناسب (حداكثرتا 12% حجم كل) + سیمان پرتلند I و یا II

كاربرد: جهت تهویه ملات  واندود خارج و داخل ساختمان استفاده می‎شود.

3) سیمان ضد آب= آب بند= آب دور كننده

سیمان ضد آب= آسیاب + مواد مناسب[6] آب بند و یا آب دور كننده + كلینكر سیمان

نكات مربوط به سیمان

1-   چنانه در سیمان، «آهك» بصورت «آزاد»  وجود داشته باشد، سیمان سالم نیست.

2-   «آهك» بصورت «آزاد» درسیمان، در هنگام تماس با آب منبسط می‎شود.

3-   «آهك» بصورت «آزاد» در سیمان، باعث تجزیه سیمان می‎شود.

4-  سیمان به كاررفته در بتن، 28 روز پس ازمصرف، 90 درصد مقاومت خود را بدست می‎آورد و 10 درصد باقی مانده، پس از گذشت 20 تا 25 سال بدست می‎آید.

5-  تا 28 روز پس از مصرف، به سیمان آب بیشتری برسد، مقاومت آن نیز بیشتر خواهد شد (آب به سیمان مصرف شده به گرفتن سیمان بطریق شیمیایی (تبلور) كمك میكند)

6-  مدت زمان تغییر وضعیت سیمان، از حالت خمیر تا حالت جامد را زمان گیرش (زمان سفت شدن) سیمان می‎نامند.

7-   زمان گیرش سیمان، توسط دستگاه «ویكات» با سوزنهای نفوذی در دفعات متعدد، اندازه گیری می‎شود.

[1] سیمان یك واژه یونانی بوده و اولین بار در جزیره پرتلند انگلستان كشف گردیده است.

[2] آهك (CaO) ماده اصلی ساخت سیمان است. ماده اصلی آهك، سنگ آهك یا كربنات كلسیم (CaCo₃) می‎باشد كه منشا رسوبی دارد. وزن مخصوص آن 71/2 گرم برسانتی مترمكعب است. سنگ آهك صد درصد خالص در طبیعت، یافت نمی‎شود و همواره با مقادیری از كربنات منیزیم، سیلیس و رس همراه بوده، خالص آن بلوری شكل و بی رنگ است.

CaCo₃ (كربنات كلسیم) ---------------> CaO (آهك زنده)+ Co₂

CaO+H₂O ---------------> Ca(OH)₂ (آهك شكفته)

Ca(OH)₂ + H₂Co₃(اسید كربنیك) ---------------> (سنگ آهك) CaCo₃+ H₂O

[3] ملات ساروج= آب + آهك+ خاكستر + خاك رس+ لویی (پنبه جگن) و یا موی بز.

جهت مطالعه بیشتر در مورد ساروج به فصل چهارم كتاب نقشه كشی ساختمان به روش مدولا مهارت فنی درجه 2 انتشارات دانش و فن مراجعه نمایید.

[4] مصالح خام مورد مصرف سیمان عبارتند از:

سنگ آهك- سنگ سیمان- پوسته آهكی حیوانات دریایی- مارن (رسوبات كربنات كلسیم رامارن MARN می گویند كه در كف دریاها و دریاچه هایی كه خشك شده اند یافت می‎شود)- رس- شیست  (سنگ متورق)- ماسه- سیلیس- سنگ آهن.

[5] مواد اضافی حباب زای مناسب (هنگام ساختن بتن، حبابهای بسیار ریز هوا را می سازند) عبارتند از:

الف) رزینهای چوب Wood resien

ب) لیگنوسولفونیت ها Lignoslfinates

ج) اسیدهای چرب

د) صابونهای اسیدهای چرب

[6] مواد مناسب آب دور كننده یا آب بند: اسید لاریك، اسید اولئیك، اسید استریك یا نمك های كلسیم و آمونیوم آنها.

انواع سنگ دانه برای تهیه بتن های متفاوت

1- بتن سبك

بتن با وزن مخصوص  350 تا 1500 را عموما از مصالح سبك مانند سنگ پا و یا پوكه معدنی تهیه می كنند. این نوع بتن قادر به تحمل هیچ نوع باری نمی باشد و فقط برای پر كردن فضاهای خالی و جاهایی كه در حجم بتن نیاز است، به كار می رود.

2- بتن معمولی

این بتن دارای وزن مخصوص  2100 تا 2600 است و در آن مصالح معمولی مانند سنگ های آهكی- رسوبی و آذرین استفاده می‎شود. این نوع بتن برای ساختمان های معمولی ، پل ها و دال های بتنی به كار می رود.

3- بتن سنگین

این نوع بتن برای محافظت در مقابل تشعشعات گاما و ایكس در راكتورهای هسته ای استفاده می‎شود و در آن از شن و ماسه سنگین مانند سنگ آهن، باریت، لیمونیت و ماگنتیت استفاده می‎شود. این نوع بتن دارای وزن مخصوص  3000 تا 4000 است.

آب

یكی از اجزای اصلی بتن محسوب می شود، بدون وجود آب، هیچ واكنش شیمیایی در بتن نمی گیرد. آب مصرفی در بتن مسطح یا در بتنی كه در آن از آلومینیم استفاده شده است یا در بتنی كه در مجاورت قالب های دائمی از فلز گالوانیزه ریخته می‎شود نباید حاوی مقادیر مضری از یون كلر باشد، زیرا ممكن است موجب خوردگی فولاد شود.

هر چه آب كمتری استفاده شود كیفیت بتن بهتر می شود، به شرطی كه بتوان به نحو صحیحی متراكم نمود. ایجاد تراكم از طریق لرزاندن، كیفیت بتن را بهبود می بخشد و آن را با صرفه می‎كند.

در عمل برای بدست آوردن كارایی لازم در بتن باید مقدار آب بین 30 تا 55 باشد. مناسب ترین اب برای ساخت بتن، آب آشامیدنی است. آب های دارای املاح و كلرورهای مختلف برای بتن نامناسبند.

آبی كه PH (درجه اسیدیته) آن بین 6 الی 8 باشد و طعم شوری نداشته باشد، می‎تواند برای ساخت بتن مصرف شود. از آبی كه كیفیت آن ناشناخته است در صورتی می‎توان استفاده نمود كه مقاومت فشاری نمونه های مكعبی 7 روزه و 28 روزه بتن ساخته شده با چنین آبی، حداقل برابر 90 درصد مقاومت نمونه های مشابه ساخته شده با آب آشامیدنی  باشد.

به دلیل احتمال خوردگی میلگردهای درون بتن، درساخت بتن مسلح از آب دریا استفاده نمی‎شود. در محیط های گرم و مرطوب روند خوردگی میلگردها افزایش می یابد.

مواد افزودنی

مواد مضاف، مواد شیمیایی خاصی هستند كه به صورت محلول و یا پودر در بازار یافت می‎شوند. این مواد در موقع ساخت بتن به آن اضافه می‎شود تا برخی خواص فیزیكی یا مكانیكی مورد نظر را در بتن به وجود آورند. این موارد به غیر از سیمان و آب و دانه های شن و ماسه به مخلوط بتن اضافه می‎شوند تا بعضی از خصوصیات بتن تازه ساخته شده یا سخت شده را تغییر دهد. به دلیل آن كه مواد مضاف به مقدار كم به بتن اضافه می شوند، در موقع مصرف باید كنترل دقیقی بر روی مقدار آن انجام داد. در زیر به صورت خلاصه وار به شرح هر كدام می‎پردازیم:

1- مواد تسریع كننده

برای تسریع گیرش بتن و حصول مقاومت زودهنگام، به ویژه در مناطق سرد و یخبندان یا موقعی كه كسب مقاومت بتن در دمای معمولی نیز باید سریع صورت پذیرد و یا موقعی كه قرار است قالب برداری زودتر از موعد مقرر انجام شود، استفاده می‎شود.

استفاده از زودگیر كننده های حاوی كلرور در بتن آرمه و بتن پیش تنیده به هیچ عنوان مجازنیست.

معمولی ترین نوع تسریع كننده ها، كلرور كلسیم (CaCl₂) است و حداكثر مقدار مصرف آن در بتن باید برابر 2 درصد وزنی سیمان باشد. این افزودنی در مواقعی كه بتن ریزی دردمای پایین انجام می‎شود و یا در مواقعی كه انجام كارهای تعمیراتی در زمان كوتاه اجتناب ناپذیر است، استفاده می‎شود.

كلرور آلومینیوم، كربنات سدیم، كربنان پتاسیم، فلوئور سدیم، و آلومینات سدیم جزو مواد تسریع كننده محسوب می‎شوند.

2- مواد كندگیر كننده

این ماده در مواقعی كه بتن ریزی در هوای گرم و خشك، باد شدید، بتن ریزی در حجم های زیاد یا درمسیرهای طویل وبا حرارت بالای 30 درجه سانتی گراد انجام ‎شود، به كار می رود. این مواد موجب كاهش مقاومت بتن درچدن روز اول میشوند ولی بر روی مقاومت نهایی بتن تاثیری ندارند. چنانچه شكر به مقدار 5% وزن سیمان به بتن اضافه شود گیر سیمان حدود 4 ساعت به تأخیر می افتد و چنانچه به مقدار یك درصد وزن سیمان به بتن اضافه شود، گیرش سیمان به كلی متوقف می‎شود.

سنگ گچ (CaSo₄) جزو رایج ترین كندگیر كننده ها محسوب می‎شود و در كارخانه های سیمان پزی در موقع اسیاب كردن كلینگر به میزان 2 درصد به آن اضافه می‎شود و در این مقدار سنگ گچ ، زمان گیرش سیمان را تنظیم می‎كند.

3- تقلیل دهنده های آب روان (روان كننده ها)

این مواد به صورت لایه ای دور دانه های بتن را گرفته و موجب می  شود كه دانه ها از یكدیگر فاصله بگیرند و به همین دلیل، میزان كارایی بتن را به ازای آب ثابت، افزایش می دهند. از این رو با استفاده از آن می‎توان آب مصرفی را كاهش داده و در نتیجه نسبت آب به سمیان كاهش می یابد.

باید توجه داشت كه افزودنی های تقلیل دهنده آب با ایجاد پراكندگی سیمان در مخلوط بتن، علاوه بر این كه موجب سطح تماس  بیشتر با آب می‎شوند، موجب هیدارتاسیون بهتر سیمان شده و به این علت در بلند مدت، مقاومت این بتن ازبتنی كه با همین نسبت آب به سیمان و بدون افزودنی ساخته می شوند، بیشتر خواهد بود. از مواد روان كننده برای كم نمودن آب مصرفی، بالا بردن مقاومت بتن و بالا بردن كارایی بتن استفاده می‎شود.