به منظور جلوگیری از نفوذ آب در دیوارهای آب بند سدها، دیوارهای ساحلی و مراکز دفن زباله، از مصالح با شکل‌پذیری زیاد و نفوذ پذیری کم استفاده می شود. از آنجایی که ساختار اصلی بسیاری از این سازه ها را بتن تشکیل می دهد، استفاده از نوعی بتن که این ویژگی ها را دارا باشد، الزامی است. در بتن پلاستیک به دلیل حضور نوعی رس (بنتونیت) با خاصیت خمیری زیاد، قابلیت شکل پذیری این بتن بیشتر شده و نفوذپذیری آن نیز به میزان مناسبی کم است. اما از طرفی حضور رس (بنتونیت) به دلیل جذب آب و دامنه ی خمیری زیاد مصرف آب را در بتن بسیار زیاد کرده و عملاً به دلیل دامنه ی خمیری زیاد بنتونیت، همگن سازی ملات دشوار می شود. نتایج تحقیقات نشان می دهد که تک کاتیونه سازی بنتونیت می تواند بر پارامترهای مکانیکی و خصوصیات مهندسی آن تاثیر بگذارد. در واقع تک‌کاتیونه‌سازی راهی برای دست یابی به ساختار همگن در خاک است. مرور تحقیقات گذشته نشان می‌دهد که در زمینه تاثیر نوع کاتیون لایه دوگانه رس بر رفتار خمیر بتن پلاستیک مطالعات اندکی صورت گرفته‌است.
بر این اساس، هدف از انجام این پژوهش، مطالعه تاثیر کاتیون لایه دوگانه رس (بنتونیت) موجود در ملات بتن پلاستیک بر رفتار ریزساختاری و درشت ساختاری آن است.
در این راستا از سدیم بنتونیت به میزان ۶۰،۴۰،۲۰،۱۰ و۸۰ درصد و از کلسیم بنتونیت به میزان ۶۰،۴۰،۲۰،۱۰، ۸۰، ۱۰۰ و۱۲۰ درصد نسبت به وزن سیمان در ملات بتن پلاستیک با نسبت های آب به سیمان ۰.۸، ۱.۱، ۱.۴ و ۲ استفاده شده‌است. سیمان مصرفی در این پژوهش از نوع پرتلند تیپ ۲ و رس بنتونیت مصرفی از شرکت "باریت فلات ایران" تهیه شده است. همچنین برای تک کاتیون سازی بنتونیت از نمک کلرید کلسیم شرکت مرک آلمان استفاده شده که بدین منظور مقدار ۴ برابر CEC بنتونیت به خاک اضافه شده است. در این پژوهش از آزمایش های درشت‌ساختاری نظیر میز روانی ملات، آب انداختگی، مقاومت فشاری و آزمایش‌های ریزساختاری نظیر رسوب‌گذاری سوسپانسیون، پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترون روبشی استفاده شده است.
بر اساس نتایج آزمایش میز روانی، در یک نسبت آب به سیمان ثابت، میزان روانی و کارایی ملات بتن پلاستیک حاوی کلسیم بنتونیت بیشتر از ملات حاوی سدیم بنتونیت است. به طور مثال در نسبت آب به سیمان ۱.۴ و درصد رس ۴۰%، میزان روانی ملات حاوی کلسیم بنتونیت ۶۸% بیشتر از ملات حاوی سدیم بنتونیت بوده است. همچنین برای رسیدن به مقدار روانی مشابه با ملات حاوی سدیم بنتونیت در نسبت آب به سیمان ۱.۴، ملات حاوی کلسیم بنتونیت با نسبت آب به سیمان ۱.۱حدوداً ۲۰% کاهش مصرف آب داشته است. بر اساس نتایج آزمایش مقاومت فشاری، در نسبت های آب به سیمان ۱.۴ و ۲ با افزایش مقدار رس در ملات بتن پلاستیک، مقاومت فشاری به یک میزان افزایش یافته است. در حالتی که نسبت آب به سیمان ملات حاوی کلسیم بنتونیت کمتر از ملات حاوی سدیم بنتونیت بوده ولی در عین حال میزان روانی و خمیری یکسانی داشته اند، مقاومت ملات حاوی کلسیم بنتونیت بیشتر بوده است. طبق نتایج آزمایش رسوب، پراکندگی ایجاد شده در ساختار کلسیم بنتونیت ۶ بار آب شویی شده و سدیم بنتونیت تقریباً یکسان بوده است. اما به طور کلی رفتار سوسپانسیون سیمان- کلسیم بنتونیت پایداری بیشتری را نسبت به سوسپانسیون سیمان-سدیم بنتونیت در ازای اضافه شدن مقادیر رس از خود نشان می دهد. به نظر می رسد این موضوع سبب بهبود اندرکنش ذرات سیمان با کلسیم بنتونیت و ایجاد یک ساختار همگن تر و یکپارچه تر نسبت به ملات سیمان- سدیم بنتونیت می شود. همچنین بر اساس نتایج آزمایش پراش پرتو ایکس مقدار شدت قله های نظیر محصولات واکنش سیمان در ملات حاوی کلسیم بنتونیت بیشتر از ملات حاوی سدیم بنتونیت بوده است. از سویی نتایج آزمایش میکروسکوپ الکترون روبشی نشان می دهد که ساختار ملات بتن پلاستیک با افزایش مقدار سدیم بنتونیت از حالت بلوری و کریستالی شکل با ابعاد بزرگ، به یک فضای ابری و ابعاد کوچکتر ژل های مقاومتی تبدیل شده است. این در حالی است که با اضافه شدن کلسیم بنتونیت در ملات بتن پلاستیک، ساختار توده ای متراکم و همگن به چشم می خورد که همچنان فضای بلوری و کریستالی شکل محصولات سیمان تا حدودی حفظ شده است. این موضوع بیشتر بودن شدت قله های نظیر محصولات واکنش سیمان در ملات حاوی کلسیم بنتونیت را توجیه می کند. در واقع بر اساس نتایج آزمایشات، کلسیم بنتونیت با حفظ خصوصیات خمیری و کاهش مصرف آب، جایگزین مناسبی برای سدیم بنتونیت در بتن پلاستیک بوده و می تواند بنتونیت را در اندرکنش با آب، روان تر و جذب آب آن را بسیار کمتر کند. در عین حال با تک کاتیونه سازی اکثر خصوصیات مطلوب بنتونیت نیز حفظ می شود. در مجموع به نظر می رسد که کاهش جذب آب و دامنه خمیری بنتونیت در اثر تک‌کاتیونه‌سازی و حضور در بتن پلاستیک تاثیرات مثبتی بر خصوصیات بتن پلاستیک دارد.
کلید واژگان: بتن پلاستیک، کلسیم بنتونیت، سدیم بنتونیت، تک کاتیونه سازی رس، کارایی ملات.

---

ارائه دهنده: آقای مهندس سید حسین زمانی موسوی، دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران گرایش سازه
استاد راهنما: آقای دکتر وحیدرضا اوحدی، استاد رشته مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک
استاد ممتحن: آقای دکتر فریدون رضایی، دانشیار رشته مهندسی عمران گرایش سازه
استاد ممتحن: آقای دکتر صلاح الدین حمیدی، استادیار رشته مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک