دانلود رایگان ترجمه مقاله استحکام جت دوغاب سیال (ساینس دایرکت – الزویر 2006)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

هیدراسیون سیمان پورتلند واکنشی گرمازا است و همینطور نرخ واکنش نسبتا وابسته به دمای واکنش است. با استفاده شدن واکنش دهنده ها (آب و سیمان پورتلند) حرارت به همراه محصولات هیدراته شده آزاد می شود. این محصولات هیدراته شده که ژل نامیده می شود، سهمی از استحکام سیمان پورتلند سفت شده دارند. گرچه مقدار حرارت آزاد شده به درجه هیدراسیون بستگی دارد، اما ترکیب محصولات هیدراته به دمای پخت بستگی دارد. این به این موضوع اشاره دارد که استجکام سیمان پورتلند به مسیر دما-زمان مرحله هیدراسیون بستگی دارد.
هیدراسیون چسب سیمان حداقل دو و گاهی اوقات سه سیکل از تولید حرارت را نشان می دهد (شکل 2). سیکل اول دقیقا بعد از مخلوط کردن سیمان با آب به دلیل هیدراسیون تری کلسیم آلومینیت (C3A) رخ می دهد. نرخ تولید حرارت در حدود 5 دقیقه به ماکزیمم می رسد و بعد از آن به دلیل غنی شدن آب از سنگ گچ سریعا کاهش می یابد. بعد از این سیکل یک دوره 1 تا 6 ساعته داریم که نرخ تولید حرارت در آن بسیار پایین است. در حین این دوره، رئولوژی چسب تقریبا ثابت می ماند. سیکل دوم به دلیل هیدراسیون تری کلسیم سیلیکات (C3S) اتفاق می افتد. ماکزیمم انتقال حرارت در این سیکل بین 6 تا 10 ساعت رخ می دهد. کاهش در نرخ انتقال حرارت بعد از این ماکزیمم به دو دلیل است: 1) کاهش مقدار واکنش دهنده (C3S) و 2) اثر بازدارنده ژل هیدارت کلسیم سیلیکات (CSH) که واکنش دهنده باقی مانده (ذرات سیمان) را پوشش می دهد. دوره اولیه هنگامی شروع می شود که ژل CSH در قسمت افزاینده سیکل دوم بین ذرات سیمان قفل ایجاد می کند. از آنجایی که این اثرات دمایی می تواند سفت شدن و خواص ملات جت را تحت تاثیر قرار دهد، برنامه آزمایشگاهی توصیف شده در قسمت بعدی به طور مشخص برای شبیه سازی تولید حرارت درجا طراحی شده است.

3. تست آزمایشگاهی خواص ملات جت
به منظور تعیین خصوصیات ملات جت، 41 نمونه برای تعیین نمو استحکام و سفتی بر حسب تابعی از زمان مورد تست قرار گرفتند. تمرکز تست از زمان شروع آن تا 24 ساعت بعد بود. مدول یانگ، استحکام فشاری تک محوره و استحکام کششی برزیلی در ساعت های 6، 7، 8.5، 10.5، 13.75، 18.5 و 24 و همچنین روزهای 2،3 و 28 اندازه گیری شد.

3.1 رویه تست
نسبت آب به سیمان ملات جت تست شده 1 به 1 وزنی بود. ملات نیز همانند تزریق جت با 50 درصد برداشت ماسه بود. توده نیز شن و ماسه از ته نشین یخبندان در ادمونتون، منطقه کانادا و سیمان از انجمن استاندارد کانادایی (CSA) نوع 30 است که یک سیمان پورتلند با استحکام فوق سریع است.

نمونه های ملات در لوله هایی آکریلیک با قطر داخلی 76 میلی متر و طول 305 میلی متر قالب گیری شدند (شکل 3). لوله ها در روکش پولی استرن با قطر خارجی 200 میلی متر قرار گرفتند. جداکننده های پلاستیکی با ضخامت 19 میلی متر در فاصله 152 میلی متری لوله های آکلریک طوری قرار داده شدند که نسبت 2 به 1 ارتفاع به قطر نمونه به دست آید. جدا کننده ها طوری استفاده شدند که نمونه هایی با لبه های مربعی صاف تولید شود. این نیاز به پوشش دار کردن و یا برش نمونه ها را از بین می برد. جدا کننده ها دو سوراخ 12 میلی متری داشتند تا جایگیری ملات را ممکن سازد. عیوب در انتهای نمونه ها که از این سوراخها ناشی می شود، به راحتی با یک لیسه فلزی برداشته شدند.
عایق پلی استرن برای اینکه تست های آزمایشگاهی پیشینه ای مشابه با ستون ملات جت نصب شده در کار داشته باشند، تامین شد. این کار به دلیل وابستگی استحکام سیمان سفت شده بر روی پیشینه دما-زمان تجربه شده ضروری است. پخت ملات در اتاقی با دمای کنترل شده با دمای محیط ℃ 8 انجام شد و دمای ملات با مقاومت های گرمایی در حین هیدراسیون اندازه گیری شد. دمای ℃ 8 به این دلیل انتخاب شد که مشابه دمای زمین در تونل های عمیق در بسیاری از کشورهای معتدل است.
ضخامت مورد نیاز عایق با استفاده از روش تفاوت محدود برای شبیه سازی جریان حرارت از یک منبع استوانه ای (ستون ملات جت 600 میلی متری در میدان کار در مقابل نمونه ملات با قطر 76 میلی متری در آزمایشگاه) به داخل یک عایق (ماسه در میدان کار در مقابل عایق کاری پلی استرن در آزمایشگاه) تعیین شد. کولتر نشان داد که قطر خارجی 200 میلی متری عایق برای دارا بودن یک پیشینه دمایی مشابه با ستون ملات جت در میدان کار برای 24 ساعت اول برای ملات آزمایشگاهی لازم است. این مقدار عایق کاری یک پیشینه دمایی آزمایشگاهی با دمایی 3.5 درصد بیشتر از دمای شبیه سازی میدان کار در 24 ساعت در پی دارد. خواص حرارتی در مدل تفاوت محدود در جدول 2 آورده شده است. کولتر یک آنالیز حساسیت از تکنیک تطابق تفاوت محدود برای خواص حرارتی استفاده شده انجام داد و نتیجه گرفت که خطاهای ایجاد شده کمتر از 10 درصد است.

3.2 نتایج تست ها
نتایج تست ها نشان می دهد که دوغاب بعد از 6 ساعت از میکس اولیه، یک دوره اولیه را داراست. در این زمان دوغاب استحکام کافی را برای خارج کردن نمونه 76 میلی متری از قالب بدون آسیب قابل توجه داراست اما هنوز آنقدر نرم بودند که با جابه جایی بی دقت، آسیب می بینند. سفت شدن دوغاب بعد از این، با بیشترین نرخ سفت شدن در 24 ساعت اول رخ می دهد. علاوه بر این، در ساعت 11ام تغییری در طبیعت دوغاب رخ داد. در این زمان رفتار ماده از پلاستیک به ترد تغییر کرد و نرخ افزایش مقاومت فشاری محصور نشده و مدول یانگ به ماکزیمم رسید و نرخ افزایش دما ماکزیمم بود.
مقاومت فشاری محصور نشده (UCS) در ابتدا با رابطه ای توانی با گذشت زمان افزایش می یابد، به طوری که نرخ ایجاد استحکام با زمان افزایش می یابد. این مورد در شکل a.4 دیده می شود که در آن قسمت خط صاف تا حدود 10.5 ساعت ادامه دارد که در این زمان نرخ ایجاد استحکام بیشترین است. بعد از 10.5 ساعت، نرخ ایجاد استحکام با گذشت زمان کاهش می یابد. استحکام 28 روز میانگین MPa 14.2 با انحراف از معیار Mpa0.75 را دارد.
معادله 1 نماینده استحکام برای زمان های کمتر از 10.5 ساعت است و معادله دو نماینده استحکام برای زمان های بیشتر از 10.5 ساعت است. واحد زمان (t) ساعت و واحد مقاومت فشاری محصور نشده (UCS) kPa است.
تست های برشی وین نیز برای تعیین استحکام برشی بین 3.5 تا 5.5 ساعت انجام شد. این تست ها استحکام برشی در بازه تقریبا kPa 1 در 3.5 ساعت تا تقریبا kPa 20 در 5.5 ساعت را می دهند. استحکام ایجاد شده از معادله 3 تخمین زده می شود.
3 معادله Vane Shear Stress=1.1 ×10^(-4) t^7.1 که واحد زمان (t) ساعت است و واحد استحکام برشی وین kPa است.
نمو استحکام کششی با زمان (شکل b.4) شکلی مشابه نمو استحکام فشاری محصور نشده در شکل a.4 دارد اما داده ها کمی بیشتر پراکندگی دارند. نسبت میانگین استحکام کششی به استحکام فشاری 0.133 است.