فایل ورد کامل مقاله آب و بتن؛ بررسی علمی تأثیر ویژگی‌های آب بر خواص مکانیکی و دوام بتن

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله آب و بتن؛ بررسی علمی تأثیر ویژگی‌های آب بر خواص مکانیکی و دوام بتن دارای ۲۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله آب و بتن؛ بررسی علمی تأثیر ویژگی‌های آب بر خواص مکانیکی و دوام بتن  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله آب و بتن؛ بررسی علمی تأثیر ویژگی‌های آب بر خواص مکانیکی و دوام بتن،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله آب و بتن؛ بررسی علمی تأثیر ویژگی‌های آب بر خواص مکانیکی و دوام بتن :

آب و بتن

آب و بتن : آمیزه ای از عشق و نفرت
در نوشته های مربوط به بتن ، هرگاه که بحث آب مورد توجه قرار می گیرد معمولا” هر بار رابطه ای را به صورت جداگانه و منفرد در نظر می گیرند . متداول ترین این روابط ، رابطه بین نسبت آب به سیمان و مقاومت بتن می باشد . مثال دیگر مقدار آب و تاثیرآن بر کارائی بتن است . در کرانه علمی تر موضوع ، تحقیقات زیادی درباره رابطه بین واکنشهای هیدراتاسیون سیمان و حالات مختلف آب در محصول نهائی هیدراتاسیون ( آبی که به صورت شیمیائی ترکیب شده ، آبی که به صورت فیزیکی به سطح ذرات جذب شده ، و آبی که به اسم آب آزاد شناخته می شود ) صورت گرفته است .

اما باید توجه داشت که آب را نباید به صورت مایعی که صرفا” برای ساخت بتن بکار برده می شود . در نظر گرفت بلکه آب در سراسر عمر بتن ( خواه کیفیت مطلوب و یا مناسب داشته باشد ) دخالت دارد . معمولا” بتن در محیطی که قرار می گیرد به صورت دائم یا منقطع با آبی که به صورت مایع یا بخار می باشد در تماس است بیشتر تاثیرات وارد شده بر بتن در هنگام بهره برداری غیر از عوامل بارگذاری ناشی از آبی است که به صورت خالص یا حاوی املاح و مواد جامد می باشد .

روابط متعددی بین آب و بتن وجود دارند که حتی بعضی از آنها چند جانبه می باشند ولی هرگز بحثی روشنگرانه درباره کلیه این روابط به صورت یکجا و در یک مقاله ارائه نشده است . معهذا این وضعیت پذیرفته شده است زیرا آب در مرحله اول و بتن در مرحله دوم موادی هستند که بیشتر از سایر مواد توسط انسان مورد استفاده قرار گرفته اند . در اینجا به صورت خلاصه رابطه بین آنها یا در واقع روابط متعدد بین بتن و آب مورد بررسی قرار می گیرد تا باشد که این باور از میان برداشته شود که بحث بتن موضوعی خشک است .

بخش اول : در جریان ساخت
مشاهدات اولیه و شاید واضح ترین آنها بدین صورت است که بتن را نمی توان به صورتی که معمولا” تعریف می شود بدون آب ساخت . بنابراین نخستین موضوع ، بحث آب مخلوط خواهد بود .
آب مخلوط :
سه جنبه آب مخلوط باید مورد توجه قرار گیرند :
جنبه اول سلامت آب است : آب مصرفی باید سالم باشد مانند آب لوله کشی شهری اما چنانچه آی سالم نباشد اثرات ناخالصی های آب بر روی خواص بتن مانند زمان گیرش کسب مقاومت ، تغییر رنگ ، و دوام دراز مدت باید در نظر گرفته شود . اطلاعات نسبتا” کمی درباره محدودیت های مربوط به مناسب بودن آب مخلوط وجود دارد . شدت گرفتن کمبود آب در بسیاری از نقاط جهان و

ملاحظات زیست محیطی موجب گردیده که مصرف آب حاصل از تصفیه فاضلاب های خانگی ، اب های پسامند صنعتی و همچنین آب مصرف شده برای شستشوی دستگاههای مخلوط کن بتن و کامیونهای بتن آماده مورد توجه قرار گیرد این آبها را نباید به داخل آبهای طبیعی سطحی تخلیه نمود .
واضح ترین راه حل بازیافت آب ، شستشو و دوبار مصرف نمودن آن به عنوان بخشی از آب مخلوط بتن است . از آنجا که آب شستشو حاوی قلیائی های حاصل از ریسمان پرتلند و همچنین مواد جامد به صورت معلق می باشد لازم است که معیار پذیرش مشخص گردد . مشخصات مربوط به مناسب بودن آب برای مخلوط نمودن وعمل آوردن بتن در مقاله جداگانه ای قبلا” مورد بحث قرار گرفته است .
جنبه دوم ، مقدار آب در واحد حجم بتن است . این پارامتر را می توان بر حسب لیتر در متر مکعب بتن بیان نمود که به آن مقدار آب بتن می گویند . مقدار آب معمولا” برکارائی مخلوط حاصل تاثیر می گذارد .

جنبه سوم نسبت آب به سیمان است . مقدار آب در یک مخلوط را می توان به صورت نسبت آب به سیمان که امروزه اکثرا” جرمی می باشد بیان نمود . این نسبت معمولا” به صورت اعشار ( غیر از ژاپن که درصد را ترجیح می دهند ) بیان می شود . خوشبختانه برای انهائی که در خارج از آمریکا فعالیت می نمایند واحد گالن برای هر کیسه سیمان ( عبارتی است که در آن از واحدهای

غیرهمگن استفاده شده است ) موضوع مربوط به گذشته ها است این واقعیت که نسبت آب به سیمان به میزان قابل توجهی بر مقاومت بتن تاثیر می گذارد از زمان کار اولیه Duff Abrams بیش از هشتاد سال قبل کاملا” شناخته شده است . اخیرا” نیز مقاله ای در رابطه با مفید بودن نسبت آب به سیمان توسط نویسنده نوشته شده است .
آب هیدراتاسیون :
وقتی که بتن مخلوط می شود آب و سیمان برای مدتی طولانی به سادگی در مجاورت یکدیگر باقی نمی مانند . پودر سیمان آب جذب می کند و واکنش ها شیمیائی هیدراتاسیون رخ می دهند و محصولات مختلفی با این واکنش ایجاد می شوند . تمامی این محصولات حاوی آب هستند اما کلیه آب ها به شکل واحد نمی باشند . قسمتی از این آب به صورت شیمیائی ترکیب می شود یعنی به صورت بخشی از ماده مرکب در می آید مانند هیدروکسید کلسیم قسمتی از آب به صورت

شیمیائی ترکیب می شود یعنی به صورت بخشی از ماده مرکب در می آید مانند هیدروکسید کلسیم قسمتی از آب به صورت فیزیکی در کلیه سطوح محصولاتی از هیدراتاسیون که به صورت ژل می باشند جذب سطحی می شوند . مقاله حاضر محلی مناسب برای بحث جامع از شکل های مختلف آب در خمیر هیدراته شده سیمان نمی باشد . ولی فقط کافی است که گفته شود انرژی چسبندگی آب متغیر است . بنابراین به سهولت می توان بین آب قابل تبخیر و غیر قابل تبخیر تفاوت قائل شد اما این مرز مطلق نبوده و بستگی به روش تبخیر آب از نمونه دارد .
کلیه فضاهای داخل مخلوط بتن در جا ریخته شده با محصولات جامد هیدراتاسیون ( عبارت جامد شامل آب ژل نیز می گردد ) پر نمی شوند . فضاهای باقیمانده منافذ موئینه را تشکیل می دهند که حداقل در ابتدا با آبی که آب آزاد نامیده می شود پر می گردند . از آنجا که آب آزاد نسبتا” به آسانی می تواند از منافذ موئینه خارج شود لذا امکان دارد که این منافذ دوباره با آب پر شود . وجود یک حداقل مقدار آب در منافذ موئینه برای هیدراتاسیون سیمانهایی که قبلا” هیدراته نشده اند ضرورت دارد . درضمن باید توجه داشت که حداقل فشار بخار هشتاد درصد است .

ذکر این نکته مفید است که محصولات هیدراتاسیون سیمان از درجه حلالیت کمی در اب برخوردارند . در واقع مبنای نامگذاری سیمان هیدرولیک ( که سیمان پرتلند نمونه بارز آن است ) بدین منظور بوده که در آب پایدار است . بنابر این در این مرحله خمیر سیمان هیدراته شده و آب حداقل تا حد زیادی در کنار یکدیگر وجود دارند .
آب رانده شده به سطح بتن :
علاوه بر شکلهای مختلف آب هیدراتاسیون ، در بتن ، کاملا” متمایز از خمیر سیمان ، همچنین ممکن است آب محبوس شده ای در هنگام آب انداختن بتن ایجاد گردد . به نظر می رسد که این آب از میان جرم بتن حرکت کند اما در حقیقت ذرات جامد هستند که از آب سنگین تر بوده و در اثر نیروی ثقل ته نشین می شوند . چنانچه آب رانده شده به طرف بالا به سطح قطعه بتنی برسد می تواند تبخیر گردد . رابطه بین روند تبخیر و روند جایگزینی آب رانده شده بر توسعه جمع شدنی خمیری و احتمالا” ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری موثر است .

چنانچه آب به سطح رانده شده در مسیر خود به طرف بالا در زیر سنگدانه های درشت محبوس گردد منافذی را تشکیل میدهد که در عمرهای بعدی می تواند اثرات نامساعدی بر دوام بتن داشته باشند ( از طریق فراهم نمودن مجاری که مواد مهاجم به راحتی می توانند به داخل آنها نفوذ نمایند ) منافذ ناشی از آب انداختن در ابتدا با آب پر می شوند اما به مرور زمان این آب می تواند صرف تداوم هیدراتاسیون سیمان گردد و یا به طرف خارج حرکت نماید . اما حتی اگر بصورت آب در جای خود باقی بماند مسیرهای ترجیهی را برای نفوذ عوامل مهاجم به داخل بتن فراهم نماید . میزان کم یا زیاد آب انداختن در یک مخلوط معین بستگی به برخی از خواص مخلوط دارد اما اینکه این آب زیر سنگدانه ها و مهمتر از همه به شکل آنها وابسته است .

در سنگدانه های پولکی امکان جلوگیری از حرکت آبی که به طرف بالا صعود می نماید و محبوس شدن آن خیلی بیشتر از سنگدانه هائی است که ابعاد همسان داشته باشند بنابر این مشاهده می شود اندر کنشی بین شکل سنگدانه ها و آب موجود در مخلوط بتن وجود دارد . چنانچه آب حاصل از آب انداختن به آسانی به سطح قطعه بتنی برسد و تبخیر رخ دهد سبب کاستن از دمای نواحی سطحی بتن می شود زیرا مقدار نسبتا” زیادی از حرارت که برای تبخیر آب لازم است از این ناحیه گرفته می شود . این موضوع ممکن است در مناطق گرمسیر مفید واقع شود به ویژه آنکه دمای بتن در هنگام گیرش همچنین بر توسعه ترک های حرارتی موثر است چنانچه یک قطعه بتنی اعاد نهائی خود را در یک دمای زیادتر به دست آورد ، کاهش بعدی دما ممکن است سبب ایجاد ترک شود .
عمل آوری با آب :
دمای سطح بتن پس از آنکه بتن گیرش حاصل نمود همچنین تحت تاثیر آبی که از خارج برای عمل آوری بتن به کار گرفته می شود قرار می گیرد . چنانچه این آب تبخیر گردد حرارت از بتن گرفته می شود و اگر آب عمل آوری سرد باشد بتن در اثر انتقال حرارت سرد می شود . این امر ممکن است در آب و هوای گرم سودمند باشد بالعکس چنانچه دما کاهش یابد و خطر یخ زدگی وجود داشته

باشد عمل آوری با آب سرد می تواند خطرناک باشد . عموما” عمل آوردن با آب باید خیلی زودتر آغاز شود و برای مدتی ادامه یابد . واضح است که آب به عمل آوری نباید حاوی یونهایی باشد که به بتن یا میلگردهای داخل آن حمله نماید : آب های مهاجم در بندهای بعدی مورد بحث قرار خواهند گرفت . نباید از اب دریا برای عمل آوری قطعات بتنی حاوی میلگرد فولادی استفاده شود .
قابل توجه است که الزامات آب مخلوط بتن و آب عمل آوری یکسان نیستند برای مثال آب خالص ، مانند آب مقطر یا آبهایی که املاح آن گرفته شده است برای مخلوط بتن کاملا” مناسب است اما

همانطور که بعدا” اشاره خواهد شد این آبها به بتن سخت شده حمله می کنند بالعکس بسیاری از آبهای حاوی برخی از ترکیبات آلی که ممکن است در هیدراتاسیون سیمان دخالت نمایند وقتی که به عنوان آب عمل آوری مورد استفاده قرار می گیرند بی ضرر خواهند بود تنها استثناء وقتی است که این ترکیبات ممکن است باعث از بین بردن رنگ سطح بتنی که در معرض دید قرار دارد بشود به طور خلاصه باید یادآور شد که در گذشته وقتی که از سیمان پرآلومین برای ساختمان

سازی استفاده می شد سرد کردن شدید از طریق به کار بردن آب توسط تولید کنندگان این سیمان توصیه می شد . دلیل این امر آن بود که جلوگیری از افزایش زیاد دما در هنگام هیدراتاسیون سیمان از ایجاد پدیده ای به نام تبدیل محصولات هیدراته شده جلوگیری می کند و این موضوع توام با افت مقاومت بتن است امروزه شناخته شده است که پدیده تبدیل را نمی توان از بین برد و در بسیاری از کشورها سیمان پرآلومین را دیگر در ساختمان سازی به کار نمی برند با توجه به سرد شدن سطح قطعه بتنی توسط آب عمل آوری ، باید اختلاف دمای بین سطح و داخل بتن را در نظر داشت اگر این اختلاف موجب ایجاد گرادیان حرارتی زیاد شود ، امکان بوجود آمدن تنش های حرارتی زیاد و احتمالا” ترک خوردن بتن وجود دارد . کاملا” شناخته شده است که تامین آب برای عمل آوری در پیشرفت هیدراتاسیون سیمان در مخلوطهای با نسبت آب به سیمان متوسط و کم ضرورتی اجتناب ناپذیر است . در اغلب موارد این جنبه از عمل آوری با آب جنبه های حرارتی را تحت الشعاع قرار می دهد اما هردوی این جوانب اندر کنش واضحی را بین آب عمل آوری و کیفیت بتن منتجه نشان می دهد .
بخش دوم : در زمان بهره برداری :
اهمیت نقش آب در بتن در زمان بهره برداری ادامه می یابد و جنبه های متعددی از این نقش وجود دارند .

جمع شدگی ناشی از خشک شدن :
در بحث از دست رفتن آب از بتن تازه یعنی قبل از گیرش جمع شدگی خمیری مطرح شد حال در اثر ازدست رفتن آب از بتن سخت شده نیز جمع شدگی ناشی از خشک شدن می تواند ایجاد شود ولیکن از دست رفتن تمام آب باعث جمع شدگی نمی شود : از دست رفتن آب آزاد جمع شدگی ایجاد نمی نماید پس از خارج شدن آب آزاد آب چسبیده به سطح به محیط اطراف راه می یابد و جمع شدگی رخ میدهد . تحت برخی شرایط ، جمع شدگی ناشی از خشک شدن می تواند منجر به ترک خوردگی جمع شدگی گردد که در واقع بزرگترین نقص بتن محسوب می گردد و متداولترین علت مسائل بتن در سازه هائی است که در معرض هوا قرار می گیرند یعنی کلیه سازه ها به استثناء آنهائی که در آب قرار گرفته و یا کاملا” در خاکی که مرطوب است جای می گیرد بنابراین جمع شدگی ناشی از خشک شدن معرف رابطه به ویژه مهمی بین اب در بتن سخت شده و تغییر شکل و از هم گسیختگی آن است .
خزش :
خزش بتن که تغییر شکل وابسته به زمان تحتن بار ثابت می باشد همچنین به حرکت آن وابسته است ، گو اینکه این مسئله پیچیده تر بوده و کمتر ازحالت جمع شدگی مورد تائید قرار گرفته است . معهذا ثابت شده است که وقتی بتن تحت بار ثابت قرار دارد خشک می شود انقباضی که به

اسم خزش خشک شدن بیشتر از حالتی است که هرگونه حرکت آب به داخل یا خارج از آن تحت بار وجود داشته باشد : تغییر شکل تحت شرایط اخیر را خزش بنیادی می نامند . بنابراین آب نقش مهمی در تغییر شکل وابسته به زمان بتن تحت بار ثابت دارد . این نقش با نقشی که آب در جمع شدگی بتن وقتی که باری وارد نمی شود کاملا” متفاوت است مکانیزم این دونوع خزش هنوز کاملا” شناخته شده نیست البته از زمانی که کتاب جامعی در مورد بتن در سال ۱۹۸۳ به چاپ

رسیده ( به غیر از مجموعه مقالات داده شده در سمینارها ) پیشرفت کمی در این رابطه حاصل شده است امروزه هنوز مطالعات خزش ادامه دارد اما صرفا” برای درک مکانیزم آن بلکه برای توسعه دادن مدل های ریاضی برای تخمین آن می باشد که هیچکدام تائید عمومی را به دست نیاورده اند به نظر می رسد که درک مکانیزم خزش شامل نقش آب باید قبل از اتکاء بر عبارات ریاضی پیچیده صورت گیرد .
تر و خشک شدن
بتن خشکی که در تماس با آب قرار گیرد به سرعت آب جذب می کند آب تدریجا” به اعماق بیشتر قطعه بتنی نفوذ می کند و احتمال دارد که به سرعت اشباع کامل رخ دهد . این فرایند برگشت پذیر می باشد اما نه با روندی یکسان : خشک شدن بی اندازه به کندی صورت می گیرد به طوری که آن قسمتهائی از قطعه بتنی که به فرض بیشتر از ۵۰۰ میلی متر از سطح خشک شده فاصله دارند ممکن است هرگز کاملا” خشک نشوند و یا حداقل در عمر بهره برداری بتن این اتفاق نیفتد . تر و خشک شدن وسیلهخای برای دخول املاح به داخل بتن می باشد زیرا محلول آنها به داخل بتن نفوذ می کند ولی فقط آب تبخیر می شود .
در بتن توانمند ، وقتی که نسبت آب به سیمان بسیار کم است جمع شدگی خود به خودی ممکن است توسعه یابد که اخیرا” فقط به عنوان یک عامل مهم در رفتار بتن تشخیص داده شده است .
آب در بتن توانمند :

در بتن توانمند وقتی که نسبت آب به سیمان بی اندازه کم است جمع شدگی خودبخود ممکن است توسعه یابد که فقط اخیرا” به عنوان یک عامل مهم در رفتار بتن تشخیص داده شده است . جمع شدگی خودبخود مانند جمع شدگی ناشی از خشک شدن در اثر از دست رفتن آب از خمیر سیمان هیدراته شده رخ می دهد اما در اینجا از دست رفتن آب به علت مصرف شدن آب در واکنشهای شیمیائی مربوط به ادامه هیدراتاسیون می باشد و نه در اثر حرکت آب به محیط اطراف . همچنین در مقابله با آتش ، بتن توانمند مشکل ویژه ای را تا آنجا که به آب داخل خمیر سیمان

مربوط می شود ایجاد می نماید نفوذپذیری خیلی کم این بتن ها ( به دلیل نسبت آب سیمان خیلی کم ) بدان معنا است که آبی که هنوز در داخل خمیر سخت شده وجود دارد نمی تواند به آسانی به داخل خمیر راه یابد .
دمای زیاد در جریان آتش سوزی سبب بخار شدن ، و همزمان افزایش حجم آبی که به صورت مایع بوده است ، می گردد . تغییر فاز و فشار بخار زیاد می تواند منجر به منفجر شدن قسمت خارجی بتن گردد . در نتیجه تحت شرایط ویژه آنچه که در نظر بود به عنوان بتن توانمند عمل می کند ممکن است به عملکردی پائین تر از بتن معمولی منجر گردد وقتی که در جریان خاموش نمودن آتش از آب سرد استفاده شود بتنی که دمای سطح آن در مقابله با آتش بسیار زیاد شده است یکباره در معرض آب قرار می گیرد این عمل می تواند عواقب بسیار وخیمی برای بهره دهی و مقاومت بتن ببار آورد . بحث فوق نشان می دهد که اگرچه نسبت آب به سیمان خیلی کم است ولیکن بتن توانمند حساسیت فوق العاده ای را نسبت به آب نشان می دهد .
التیام پذیری خودبخود
کاملا” شناخته شده است که وجود ترک در بتن عملا” اجتناب ناپذیر است . ولیکن وقتی بتن با ترک های ریزسطحی در تماس با آب ساکن یا با سرعت حرکت کم قرار می گیرد التیام یافتن ترک آن امکان پذیر است . این عمل در اثر هیدراتاسیون سیمانی که تا ان زمان هیدراته نشده است . و یا از تشکیل کربنات کلسیم از هیدراکسید کلسیم که به خارج راه می یابد ( در صورتی که کربناته شدن رخ می دهد ) صورت می گیرد .

آب های مهاجم
ممکن است بتن در عمل در معرض آب های مهاجم قرار می گیرد . در بسیاری از کشورها متداول ترین یون مخرب سولفات همراه با یکی از چندین کاتیون می باشد . در سایر اب ها ممکن است اسیدهای ناشی از محصولات جانبی شیمیائی حاصل از فرایندهای صنعتی وجود داشته باشد .
در برخی از مواضع آب در تماس با بتن آب دریا یا آب لب شور می باشد . کلریدهای موجود در چنین آب هائی چنانچه به داخل بتن راه یابند اغلب منجر به خوردگی میلگردهای فولادی می شوند .

یادآوری این نکته مهم است که فقط املاح محلول به بتن حمل می کنند : چنانچه انباشته ای از سولفات کلسیم بر روی کف خشک بتنی قرار داشته باشدبی ضرر است عملکرد انباشته ای از نمک طعام یعنی کلرو سدیم بر روی بتن نیز به همین صورت است فقط با این تفاوت که نمک طعام جاذب رطوبت بوده و اگر چنانچه هوا مرطوب باشد این نمک نهایتا محلولی را ایجاد می کند که در آن یون های کلرید وجود خواهند داشت واین یون ها نهایتا به داخل بتن نفوذ می کنند ولی این عمل فقط می تواند در آب صورت پذیرد

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
عایق حرارتی

بتن عایق حرارتی نسبتا خوبی است و در این رابطه بتن سبک به ویژه موثر است هدایت حرارتی بتن از اهمیت ویژه ای برخوردار است و تعریف آن عبارت است از نسبت جریان ورودی حرارت به شیب حرارتی . از آنجا که قابلیت هدایت هوا از آب کمتر است لذا قابلیت هدایت حرارتی بتن معین به درجه اشباع منافذ داخل بتن با آب بستگی دارد . این اثر به ویژه در بتن سبک که در مقایسه با بتن معمولی از نسبت بیشتری از منافذ هوا برخوردار است چشمگیر است . برای مثال افزایش ده درصد در میزان رطوب هدایت حرارتی بتن را به میزان۵۰ درصد افزایش میدهد چنین نتیجه میشود