بررسی اثر سنگدانه بر خصوصیات مکانیکی بتن سنگین

امروزه در جهان و از جمله در کشور ما استفاده از تکنولوژی هسته ای در زمینه های گوناگون نیروگاهی، صنعتی، کشاورزی و پزشکی هر روز گسترش بیشتری می یابد. یکی از مهم ترین مسائل در کاربرد فناوری هسته ای، حفاظت در برابر تابش های هسته ای است. بتن سنگین، بتنی است که اساساً دارای وزن مخصوص بزرگ تری نسبت به بتن های ساخته شده با سنگدانه های معمولی است و معمولاً با استفاده از سنگدانه های سنگین تهیه شده و به طور ویژه به عنوان سپر محافظ در مقابل تشعشع به کار می رود.

بررسی اثر سنگدانه بر خصو صیات مکانیکی بتن سنگین

یکی از مهم ترین مسائل در کاربرد فناوری هسته ای، حفاظت در برابر تابش های هسته ای است تا از اثرات زیان آور زیست محیطی آنها جلوگیری شود. بتن علاوه بر دارا بودن خواص سازه ای مناسب، با داشتن مزایایی مانند سهولت در ساخت، هزینه کم جهت ساخت و تعمیر و نگهداری، یکی از مناسب ترین و پرکاربردترین مصالح برای ساخت حفاظ تابش های هسته ای نوترون و گاما است. در این میان استفاده از بتن سنگین به جای بتن معمولی باعث کاهش ضخامت عضو محافظتی به میزان قابل توجه خواهد شد.

در حفاظ بتنی خواص فیزیکی و مکانیکی بتن، از جمله ضریب تضعیف پرتوها، چگالی، مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مدول الاستی سیته، جمع شدگی، خزش، هدایت حرارتی، همچنین خواص شیمیایی شامل نوع و ترکیبات سنگدانه و سیمان و مقدار آب شیمیایی غیر قابل تبخیر در بتن اهمیت هستند. همچنین تغییر خواص بتن در اثر شارش پرتوها خصوصاً در مورد نوترون ها سریع، یکی از فاکتورهای تعیین عمر بتن حفاظ است و بایستی مورد توجه قرار گیرد. همچنین به منظور شناخت رفتار بتن در برابر اشعه و طراحی سازه ای حفاظ های بتنی، اطلاعات از خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بتن سنگین امری ضروری است.

بر اساس تعریف انجمن بتن آمریکا، بتن سنگین، بتنی است که اساساً دارای وزن مخصوص بزرگ تری نسبت به بتن های ساخته شده با سنگدانه های معمولی است. و معمولاً با استفاده از سنگدانه های ساخته شده با سنگدانه های معمولی است. و معمولاً با استفاده از سنگدانه های سنگین تهیه شده و به طور ویژه به عنوان سپر محافظ در مقابل تشعشع به کار می رود. هر چند که سپرهای محافظ در مقابل تشعشع کاربرد اصلی بتن های سنگین هستند، ولی در ساخت وزنه های تعادلی (بتن های وزنی) یا در مواردی که نیاز به افزایش بار مرده سازه، بدون افزایش حجم وجود داشته باشد نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

هنگامی که بحث از بتن سنگین است منظور بتنی با جرم مخصوص بیش از 2400 کیلوگرم بر مترمکعب است. که بر اساس نوع و اندازه سنگدانه مصرفی و شیوه تراکم و تخلیه می تواند جرم مخصوص بیش از 6400 کیلوگرم بر مترمکعب نیز داشته باشد. استاندارد بریتانیا برای طراحی و تشریح بتن سنگین از همان تعریف بتن معمولی استفاده می کند، با این تفاوت که ضابطه ای برای چگالی مورد نیاز (هدف) اضافه کرده است. این استاندارد بیان می کند که چگالی بتن های سنگین نباید کمتر از 130 کیلوگرم بر مترمکعب با چگالی مورد نیاز تفاوت داشته باشد.

در ساخت بتن سنگین به جای شن و ماشه از خرده های فولاد، چدن، یا سولفات باریم استفاده می شود. کاربرد این گونه بتن جلوگیری از عبور تشعشع اشعه های x و گاما بوده و اصوصلاً برای سازه های مربوط به تأسیسات اتمی و یا هر جا که امکان وجود تشعشعات رادیواکتیو وجود دارد از این گونه بتن استفاده می شود. بتن سنگین هموراه هزینه ساخت بیشتری نسبت به بتن های معمولی دارد. این اضافه قیمت می تواند ناشی از مواردی نظیر حفاری معدن، حمل مصالح، شکستن دانه بندی مصالح، اختلاط مناسب سنگدانه در خمیر سیمان، جا دادن و پرداخت سطح بتن ریخته شده باشد.

با افزایش چگالی بتن، خصوصیات زیادی از بتن افزایش یافته یا دستخوش تغییر خواهد شد. یکی از مهم ترین این خصوصیات، مقاومت فشاری بتن است. انتخاب سنگدانه های سنگین با استفاده از خصوصیات فیزیکی، در دسترس بودن و هزینه تمام شده صورت می پذیرد. معمولاً سعی می شود، سنگین ترین سنگدانه موجود در محل مورد استفاده قرار گیرد.

استفاده از سنگدانه هماتیتی به دلیل اینکه وزن مخصوص و جذب آب بیشتری نسبت به سایر سنگدانه ها داشته، باعث می شود در سنین اولیه که نیاز به آب جهت تکمیل فرایند هیدراتاسوین احساس می شود، آب جذب شده سنگدانه ها موجب تکمیل هیدراتاسیون شود. همچنین وزن مخصوص و سختی بالای سنگدانه های هماتیتی نیز در افزایش مقاومت فشاری نقش عمده ای دارند.

میزان افزایش مقاومت فشاری به علت استفاده از سنگدانه های سنگین در سنین اولیه نمود بیشتری دارد. با افزایش سن بتن از میزان تأثیر گذاری سنگدانه های سنگین بر افزایش مقاومت فشاری کاسته می شود.با افزایش نسبت آب به سیمان مدول الاستیسیته بتن کاهش می یابد. همچنین مدول الاستیسیته بتن های ساخته شده با سنگدانه های سنگین بیشتر از مدول الاستیسیته بتن معمولی است.