بهینه سازی طرح اختلاط بتن سبک خود تراکم با به کارگیری روش آماری طراحی آزمایش ها

با توجه به ضعف اجرایی، کمبود نیروی انسانی کارآمد و لرزه خیزی کشور، سبک سازی و افزایش کیفیت سازه های بتنی ضروری به نظر می رسد. بر این اساس استفاده از سبکدانه ها و بتن خود تراکم می تواند به عنوان راه حلی مناسب در نظر گرفته شود. تاکنون به علت مزایای متعددی که بتن های خود تراکم دارا هستند، تحقیقات گسترده ای بر روی آن صورت گرفته است؛ اما بااین وجود، بخش اندکی از این پژوهش ها به بتن سبک خود تراکم اختصاص یافته است. ازاین رو شناخت بیشتر بتن سبک خود تراکم در فاز تازه و سخت شده بتن ازجمله اهداف این پایان نامه بوده است. در این تحقیق برای سبک سازی، از سبکدانه های رس منبسط شده (لیاپور) بهره گرفته شده است. همچنین، افزایش مقامت بتن های ساخته شده به عنوان یکی از اهداف اصلی این تحقیق، در دستور کار قرار داشته است. برای این منظور جهت کاهش هزینه های آزمایشگاهی و بهینه سازی نتایج، از روش آماری تاگوچی در مراحل طراحی و تحلیل آزمایشات استفاده شده است. با توجه به اینکه متغیر های متعددی رفتار تازه و سخت شده بتن های توانمند را تحت تأثیر قرار می دهد، در این تحقیق چهار متغیر، حجم درشت دانه، نسبت ماسه به ملات، نسبت آب به پودر و درصد جایگزینی میکروسیلیس به عنوان فاکتور های موثر، در 4 سطح مختلف انتخاب گردیدند. لذا در انجام این پژوهش 444 نمونه بتنی مورد آزمایش و تحلیل قرار گرفت. در فاز تازه بتن، آزمایشات جریان اسلامپ به همراه t500 و شاخص جداشدگی چشمی، l-box و v-funnel برای ارزیابی معیار های خود تراکمی استفاده شده است. در بررسی عملکرد آزمایشات این نتیجه حاصل شد که آزمایش l-box با توجه به شناوری و حداکثر اندازه سبکدانه ها جهت تشخیص جداشدگی مناسب نمی باشد. شاخص جداشدگی چشمی در آزمایش جریان اسلامپ نیز برای این بتن ها لزوماً کارآمد نمی باشد. همچنین محدوده مناسب نتایج v-funnel جهت تشخیص ویژگی های خود تراکمی، متفاوت از بتن های خود تراکم حاوی سنگدانه های معمولی ارزیابی گردید. به طورکلی مهم ترین فاکتور های موثر در نتایج فاز تازه، حجم خمیر و نسبت آب به پودر به دست آمده است. در فاز سخت شده بتن نیز پارامتر های، چگالی، مقاومت فشاری در سنین 7 و 28 روز، مقاومت فشاری به چگالی در سنین 7 و 28 روز، مقاومت خمشی و جذب آب در سن 28 روز به عنوان خروجی های آزمایش، مورد بررسی قرار گرفته اند. با بررسی درصد مشارکت هر یک از فاکتور ها در نتیجه نهایی مقاومت فشاری 28 روزه، فاکتور آب به پودر با 51.70% به عنوان بیشترین و نسبت ماسه به ملات با 5.71% به عنوان کمترین پارامتر موثر به دست آمده است. پس از انجام آزمایشات، مقادیر m3 0.27 برای حجم درشت دانه، نسبت ماسه به ملات 0.46، نسبت آب به پودر 0.86 و میزان جایگزینی 9 درصد برای میکروسیلیس به عنوان سطوح طرح بهینه انتخاب گردیدند. در آزمایش هایی تکمیلی نیز با جایگزینی ماسه سبکدانه به جای ماسه معمولی، به بررسی رفتار ملات خود تراکم در حالت تازه و راندمان سازه ای آن در فاز سخت شده پرداخته شده است. در فاز تازه ملات این نتیجه حاصل شده است که حفظ مشخصه های خود تراکمی توسط سبکدانه های خشک عملاً امکان پذیر نیست و الزاماً سبکدانه ها باید مرطوب یا اشباع گردند. در آزمایشات دیگری نیز درصد های مختلف پودر سنگ آهک به عنوان جایگزین مواد سیمانی در ملات به کار گرفته شد. با تحلیل نتایج به دست آمده به کار گیری 20 تا 30 درصد پودر سنگ آهک جهت بهبود خواص رئولوژیک و سخت شده ملات، به همراه افزایش راندمان اقتصادی بتن خود تراکم توصیه می گردد.ا