18590

۱۸۵۹۰

بررسي مكانيسم حركت يون هاي كلريد در بتن خودتراكم حاوي تركيب چند ماده افزودني معدني

دكتري

مهندسي و مديريت ساخت

دي ماه ۱۳۹۶

دكتر پرويز قدوسي

عمران

گسترش كاربرد مواد پوزولاني در بتن¬ها و استفاده از بتن خودتراكم، ارزيابي جامع دوام سازه¬هاي بتني در محيط-هاي مخرب به ويژه مقاومت در برابر خوردگي ميلگرد را ضروري كرده است. دوام بتن¬ها از طريق حركت رطوبت و يون¬ها و گازها در منافذ بتن تحت تاثير قرار مي گيرد. شناخت ساختار فيزيكي از جمله توزيع اندازه منافذ و نفوذپذيري بتن به دليل اثر آن بر دوام حائز اهميت است. مواد سيماني مكمل، دوام بتن از جمله نفوذ پذيري در مقابل رطوبت و يون¬هاي كلريد را از طريق تغيير در ساختار فيزيكي منافذ بهبود مي¬بخشند. رويكرد جامع در مطالعه ريزساختار فيزيكي و مشخصات شيميايي بتن¬هاي پوزولاني كه بر دوام موثرند، وجود ندارد. هدف تحقيق حاضر بررسي اثرگذاري ريزساختار فيزيكي و خصوصيات شيميايي بتن¬ها بر حركت يون¬هاي كلريد و خوردگي ميلگرد است. بر اساس هدف تحقيق، 8 مخلوط بتني طراحي شد. سه بتن خودتراكم مرجع كه هيچ ماده پوزولاني در آن¬ها استفاده نشد كه داراي نسبت آب به سيمان 35/0، 45/0 و 55/0 هستند. بتن¬هاي حاوي 8 درصد ميكروسيليس در جانشيني بخشي از سيمان كه متناظر با بتن هاي مرجع طراحي شدند. 2 بتن متاكائوليني نيز طراحي شد. بتن MK شامل 20 درصد متاكائولين به جاي بخشي از سيمان و بتن MK+SF حاوي 8 درصد ميكروسيليس و 20 درصد متاكائولين در نظر گرفته شدند. همه¬ي بتن¬ها با مقدار مواد سيماني كل 450 كيلوگرم بر مترمكعب تهيه شدند. ابتدا مشخصات ريزساختار فيزيكي(شامل تخلخل مويينه كل ، توزيع اندازه منافذ، خم منافذ و ارتباط بين منافذ) در بتن¬ها تعيين شدند. در ادامه ساختار شيمايي بتن¬ها از جمله غلظت يون¬هاي پتاسيم و سديم و هدايت الكتريكي يون ها اندازه گيري شدند. مشخصات دوام و مكانيكي بتن¬ها مورد آزمايش قرار گرفتند. ارتباط بين مشخصات ريز ساختار فيزيكي و خصوصيات شيميايي بتن¬ها و خصوصيات دوام و مكانيكي نشان داد كه عامل موثر مهم بر مقاومت فشاري و نفوذ¬پذيري در برابر آب، اندازه ميانه منافذ، حجم منافذ بزرگ مويينه، فاكتور منافذ مرتبط است. نتايج بررسي مشخصات شيميايي بتن¬ها نشان داد كه مواد پوزولاني باعث كاهش غلظت يون¬هاي سديم و پتاسيم و هدايت الكتريكي مجموع يون¬ها مي شود. بر اساس نتايج آزمايشگاهي بر بتن¬هاي پوزولاني، مشاهده شد كه حجم منافذ بزرگ مويينه و مشخصات شيميايي اثر مهمي بر كاهش ضريب مهاجرت يون¬هاي كلريد و افزايش مقاومت الكتريكي دارند. بررسي نتايج خوردگي ميلگردها نشان داد كه مشخصات ريز¬ساختار فيزيكي اثر مشخصي در خوردگي ميلگرد ندارد. غلظت يون¬هاي سديم و پتاسيم اثر مهمي بر سرعت خوردگي ميلگرد در همه بتن¬ها دارد. عملكرد بتن حاوي 20 درصد متاكائولين و 8 درصد ميكروسيليس در خوردگي ميلگرد در مقايسه با بتن¬هاي ديگر بهتر بود. لازم به ذكر است كه اين بتن كمترين تخلخل و كمترين جذب آب را نداشت.

1396/12/19

3/21/2019 12:00:00 AM

In recent years, the use of pozzolans of silica fume (SF) and metakaolin (MK) in self-compacting concrete structures exposed to aggressive environments has been increasing. So totally assessment of durability especially bar corrosion resistance of concretes is essential. Concrete durability is influenced by processes, in which particles such as ions or molecules enter and pass through pores within liquids, while gases fill the voids. Due to its effects on durability performance of cementitious materials, porestructure such as pore size distribution is the key in explaining the moisture and ionic transport phenomenon. It is known that pozzolanic materials improve water and chloride permeability by change in microstructure of concrete. There is the lack of comprehensive study on chemeical and physical properties which affect on durability of pozzolanic concretes. The aim of this paper is to investigate the effect of physical microstructure and chemical properties of concrete and more effective durability mechanisms on chloride transport and bar corrosion. Based on the outlined objectives in this study, 8 mixes were designed. Three mixes were designed whitout any pozzolans in water to cement ratio of 0.35, 0.45 and 0.55(R1, R2, R3). Three mixes incorporating 8% silica fume as partially cement substitution where designed with water to cementitious materials ratio of 0.35, 0.45 and 0.55 (SF1, SF2, SF3). Two mixes containing metakaolin were considered with 20% metakaolin as partially cement substitution and water to cementitious materials ratio of 0.45. One of MK mixes had 20% metakaolin and 8% silica fume (MK+SF). All mixes were preapered with total cementitious material content of 450 kg/m3. The physical microstructure of concretes including total porosity, pore size distribution, pore tourtousity and pore connectivity of concretes were investigated. The chemical properties of concretes including K+ and Na+ content and ions electrical conductivity were measured. The mechanical and durability properties of concretes were studied. The relation between the chemical and physical microstructure properties with durability and mechanical properties showed, the volume of coarse capillary pores, mean pore size (d50) and pore connectivity were more effective factors on water permeability and compressive strength. Results of chemical properties of concretes indicated that metakaolin and silica fume decreses K+ and Na+ content and electrical resistivity of ions. Based on the experimental results of pozzolanic concretes, it is shown that a reduction in pore connectivity has a higher impact on the electrical reistivity and chloride migration coefficient than a reduction in the pore size distribution. But reduction in pore sizes is more effective than porosity reduction in reducing Chloride migration coefficient in normal concretes (whitout any pozzolans). The results revealed that K+ and Na+ content in concretes is more effective on bar corrosion rate than physical microstructure. The concrete with 20% metakaolin and 8% silica fume had best corrosion performance. This concrete did not have the lowest porosity and water permeability.