تحقیق مقاله بتن

فصل اول- تئوری ها

1- بتن

بتن ماده بسیار سخت و سنگ مانندی است که از ترکیب مقدار معین و حساب شده ای سیمان, شن, ماسه, و سیمان افزوده شد, سیمان و آب باهم وارد فعل و انفعالات شیمیایی حرارت زا می گردند. در اثر این فعل و انفعالات ماده ژله مانند و چسبنده ای بوجود می آید که مصالح مختلف داخل بتن را به هم پیوند داده و به صورت ماده سختی در می آورد. همچنین در اثر این فعل و انفعالات مقدار کمی بلور سیمان نیز در مخلوط بوجود می آید.

در مرحله گرفتن و سخت شدن بتن, ژله سیمان به مرور زمان غلیظ تر شده و حجمش کاهش می یابد و در تمام جرم آن بلورهایی بوجود می آید که ماده سختی را ایجاد می کند. آب مهمترین نقش را در گرفتن و سخت شدن بتن دارد. آب اضافی باعث حل شدن ژله گردیده و مقداری از آن نیز متعاقبا وارد فعل و انفعالات شیمیایی با ذرات غیر فعال تر ( از نظر ترکیب شیمیایی غیر فعال تر) سیمان می شود. قسمت دیگری از این آب با هوایی که در مخلوط محبوس گردیده فضاهای کوچک و میکروسکوپی را اشغال می کند, که بعدا در اثر, تبخیر هوا و آب باهم آزاد  شده و نتیجتا این فضاها خالی می مانند.

به همین دلیل آب زیادی چون باعث بوجود آمدن خلل و فرج اضافی در بتن می گردد. مقاومت بتن را کاهش می دهد. مقدار آب لازم جهت انجام فعل و انفعالات شیمیایی در بتن فقط حدود بیست درصد وزن سیمان می باشد. اما برای اینکه بتوان بتن را براحتی ریخته و کوبید با توجه به نوع کار باید نسبت آب به سیمان بزرگتر از 2/0 باشد, ولو اینکه این آب اضافی مقاومت بتن را کاهش دهد. اخیرا برای جلوگیری از کاهش مقاومت بتن در اثر وجود آب اضافی و افزایش مقاومت آن در مقابل سایش (در دالهای بتنی پیاده رو)، پس از ریختن بتن و کوبیدن آن، آب زیادی را با قرار دادن فیلترهای در روی سطح بتن و با ایجاد خلا از داخل بتن کشیده (آبی که در ابتدا برای روانی بتن لازم بوده ولی از نظر فعل و انفعالاتی شمیائی لازم نمی باشد و باعث کاهش مقاومت بتن می شود) و به خارج هدایت می کنند. امروزه با استفاده از مواد روان کننده می توان آب بتن را تا سرحد امکان کاهش و در نتیجه مقاومت آن را در عین حفظ قابلیت روانی افزایش داد.

نگهداری صحیح از بتن اهمیت بسیار زیادی در مقاوت و رفتار بعدی آن تحت تاثیر بار دارد. اگر بتن زودتر از موقع معینی خشک شود. امکان دارد که مقاومتش 30 درصد و یا بیشتر کاهش یابد، همچنین اگر درجه حرارت بتن تازه تا زیر 4 درجه سانتیگراد پایئن رود، مقاومت آن ممکن است به همان میزان (منظور 30 درصد یا بیشتر) کاهش یابد. اگر بتن تازه یخ بزند مقاومتش تا 50 درصد کاهش خواهد یافت. آزمایشهای متعدد نشان داده که یخ زدن بتنی که 70%  مقاومتش (منظور مقاومت 28 روزه می باشد) را به دست آورده ضرری ندارد و این بتن بعد از گرم شدن مقاومت کاملش را به دست خواهد آورد.

مقاومت فشاری بتن مانند سنگ های طبیعی بسیار زیاد است به همین دلیل این ماده برای استفاده در ساختمان عضو هایی که عمدتا تحت فشار قرار دارد مانند ستونها و قوسها بسیار مناسب می باشد. از طرف دیگر بتن مانند سنگ های طبیعی نسبتا شکننده بوده و مقاومت کششی آن بسیار کم است. این موضوع باعث می شود که نتوان از این ماده به طور اقتصادی در عضوهائی که تحت اثر کشش خالص قرار دارند (مثل کلاف ها) و یا عضو هایی که در بعضی از قسمت های مقطع شان کشش وجود دارد (مثل تیرها و یا دیگر عضوهای خمشی) استفاده کرد. چون مقاوت کششی بتن غیر مسطح کم است، نتیجه می شود که بتن غیر مسلح در خمش، برش و پیچش ضعیف می باشد. علاوه بر اینکه مقاومت کششی بتن پائین است، روی آن هم نمی توان حساب کرد.زیرا ممکن است در اثر یک ضربه ناگهانی ناشی از انقباض ( انقباضی ناشی از خشک شدن و یا گرفتن بتن) یا تغییر درجه حرارت این مقاومت کششی (در اثر بوجود آمدن ترک) بکلی از بین برود.

2-1 بتن مسطح

دیدیم که کاربرد بتن غیر مسطح معمولا درغضوهایی است که به طور عمده تحت فشار قرار دارند، مانند فونداسیون های حجیم، سدها، دیوارهای حائل وزنی، وغیره. در بیشتر انواع سازه ها تنش های کششی نسبتا بزرگی همیشه وجود دارند. برای تحمل این تنش های کششی (که بتن به تنهایی قادر به تحمل آن نیست) در موقع ریختن بتن فولادهایی به شکل سیم یا میله در داخل آن کار می گذارند.

عمل کارگذاردن فولاد در ناحیه کششی یک عضو بتنی به منظور افزایش مقاومت آن (در اثر افزایش مقاومت ناحیه کششی عضو) تحت اثر بارهای وارده، را عمل مسطح کردن بتن می نامند. عضو مرکب بتنی- فولادی که به این ترتیب بوجود می آید راعضو بتن مسلح یا بتن آرمه می نامند. بتن مسلح ماده مرکبی است که دارای مجموعه خواص خوب هر

1. مقاومت زیاد به آتش سوزی ومواد سوزا
2. مقاومت زیادفشاری
3. قیمت ارزان و شکل پذیری عالی
4. مقاومت کششی بالا

کلیه این خواص است که کاربرد بسیار وسیع و تقریبا نامحدودی را برای بتن مسلح در انواع ساختمانها از پل و سد گرفته تا منابع آب وغیره بوجود آورده است بتن مسلح در عین استحکام و دوام زیاد دارای شکل پذیری بسیار عالی نیز می باشد و می توان آن را به شکلها واندازه های بسیار متنوع از ستون ساده مربع مستطیل گرفته تا گنبد و یا پوسته های منحنی بسیار پیچیده در آورد.

3-1 مصالح:

از آنجایی که بتن مسلح ماده مرکبی است برای شناخت خواص فیزیکی و مکانیکی آن ابتدا باید خواص فیزیکی و مکانیکی عناصر تشکیل دهنده اش یعنی بتن وفولاد را مورد بررسی قرار داد. همانطور که قبلا گفته شد بر خلاف فولاد، بتن خود یک ماده مرکب است.که از عناصر ساده تری چون سیمان، شن و ماسه، آب وبعضی از مواد اضافی دیگر تشکیل شده است. بنابراین برای پی بردن به رفتار و خواص بتن باید عناصر موجود در آن را شناخته و مورد بررسی بیشر قرار داد.

1-3-1 سیمان

هر ماده ای که بتواند دانه های مجزا را بهم اتصال داده و ایجاد یک جسم یکپارچه کند را، سیمان می نامند. بدلیل اینکه سیمان مصرفی در پروژه از نوع پرتلند می باشد. از ذکر بقیه انواع سیمان خودداری می کنیم.

موادی چون پلاستر پارس، ca so4, 1/2 H4o و آهک آب دیده، ca (OH2) از پر مصرف ترین و ارزان ترین انواع سیمان های غیر هیدرولیکی می باشند.

سیمان پرتلند:

تمام سیمان های پرتلند از دو ماده خام که یکی از نظر کلسیم ودیگری از نظر سیلیس غنی است. ساخته می شوند معمولا این دو ماده به ترتیب گچ یا آهک وخاک رس یا سنگ رس می باشند. خاک رس و سنگ رس معمولا دارای ترکیبات آلومینیوم و آهن به مقدار زیاد می باشند. رنگ خاکستری سیمان پرتلند معمولی در اثر وجود ترکیبات آهن است. بنابراین برای ساخت سمیان پرتلند سفید لازم است که از مواد خامی استفاده شود که عمدتا عاری از ترکیبات آهن باشد.

در حال حاضر دو روش برای آماده کردن و مخلوط کردن مواد خام جهت انتقال به کوره دوار وجود دارد، روشن تر و روش خشک. در روش تر مواد خام خرد شده دارای دانه های ریز را به صورت معلق در آب نگاه می دارند تا تشکیل دوغاب دهد. سپس این دوغاب را صاف کرده و ذرات بیش از اندازه بزرگ آن را جدا می کنند. در این حال مخلوط را قبل از پمپ کردن به کوره دوار در مخازن ذخیره بهم می زنند.

کوره متشکل از یک استوانه فولادی می باشد که داخل آن با مواد نسوز پوشانده شده است. این استوانه حول محوری که با افق زاویه مختصری دارد به طور پیوسته به آرامی می چرخد. مواد وارد قسمت انتهایی بلند تر کوره دوار شده و به تدریج به طرف گرمترین قسمت که در انتهای پایین تر کوره جایی که مشعل قرار دارد رانده می شوند. به تدریج که درجه حرارت مخلوط در حین پایین رفتن ار کوره بالا می رود، تغییرات متوالی صورت می گیرد. ابتدا آب در اثر حرارت باقی مانده در گازهایی که در حال خروج از کوره هستند (مربوط به سوخت) بخار می شود. سپس در حالی که مخلوط به تدریج به طرف نواحی گرمتر رانده می شود.ترکیبات آهکی به اکسید کلسیم و گاز دی اکسید کربن تجزیه می شود. سرانجام، در درجه حرارت حدود c 145 در ناحیه مشعل، اکسید کلسیم، با مواد سیلیسی موجود در مخلوط ترکیب شده و ایجاد سیلیکات های کلسیم را می نماید. همچنین با مواد دیگری که ممکن است در مخلوط باشند نیز ترکیب می شود. همانطور که قبلا گفته شد، معمول ترین این مواد ترکیبات آلومینیوم و آهن هستند که وقتی با اکسید کلسیم ترکیب شوند، تولید کلسیم آلومینات و کلسیم آلومینو فرات را می کنند. بعضی از ترکیبات بوجود آمده به صورت مذاب می باشند، بنابراین کلینکر سیمان دارای بلورهای است که مربوط به حالت مایعی می باشند و پس از سرد شدن سخت می گردند. کلینکر قرمز داغ از کوره به خنک کننده ها و از آنجا به دپو فرستاده می شود. سپس مواد را از دپو به آسیابهای نرم کننده می فرستند تا به صورت پودر سیمان در آید. در مرحله نرم کردن مقدار از پیش تعیین شده ای سولفات کلسیم (معمولا بین 4 تا 7 درصد وزن) به صورت جیپس به پودر حاصل جهت کنترل زمان گرفتن محصول (سیمان) اضافه می گردد.

در صنعت شیمی سیمان معمولا رسم به این است که اکسیدهای مختلف را با علائم اختصاری نشان می دهند. مثلا c نشان دهنده s cao نشان دهنده sio2 (سلیس)، و a نشان دهنده AL2 o3 (اکسید آلومینیوم) می باشد. به همین ترتیب Fe2 o3 .H2o (اکسید فریک) و so3 به ترتیب به صورت های F,H و Soybean نشان داده می شوند. در جدول (1-1) ترکیبات اصلی موجود در سیمان پرتلند و فرمول شیمیایی آنها نشان داده شده اند.