تخم مرغ در بتن: عملکرد بتن با حضور آلبومین و زرده تخم مرغ

از گذشته تا به امروز، بکارگیری مصالح طبیعی در ساخت و سازها مورد توجه بسیاری از متخصصین بوده است. یکی از این مصالح طبیعی که در ساخت سازه‌های مختلف استفاده می‌شود، تخم‌مرغ است. اما اینکه تأثیر تخم مرغ در بتن چگونه است یا کدام بخش از تخم‌مرغ در بتن تأثیر دارد، سؤالی است که شاید شما هم با آن مواجه شده باشید. به همین دلیل در این مقاله از بلاگ رامکا، بر آن هستیم ضمن بررسی تاریخچه استفاده از تخم مرغ به عنوان عضوی از ملات، به بررسی نمونه‌های مختلفی از بتن در ترکیب با تخم‌مرغ و شیر شتر بپردازیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

تاریخچه‌ جهانی استفاده از تخم مرغ در بتن

از دیرباز استفاده از مصالح طبیعی در ساخت سازه‌ها مورد توجه بوده است؛ تا جایی که در سال ۲۰۱۰ تأثیر آلبومین روی بتن فوم‌دار بررسی شد. در بررسی انجام شده، سه نوع مخلوط بتن ریخته شد و جهت بررسی اثر آلبومین بر مقاومت فشاری، خمشی و انقباض ناشی از خشک شدن، از ۱% و ۵% آلبومین استفاده شد. نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان داد بتن فوم‌دار با ۱% آلبومین تخم‌مرغ، مقاومت فشاری و خمشی بالاتری نسبت به نمونه‌های شاهد دارد.

در همان سال، پژوهش دیگری نیز توسط سیانگ در این زمینه انجام گرفت. در این پژوهش، از فیبر نارگیل و آلبومین تخم مرغ در بتن استفاده شد. سه مخلوط تهیه شده این پژوهش شامل مخلوط شاهد بدون افزودنی بتن، مخلوط با ۰٫۱٪ فیبر نارگیل و ۱٪ آلبومین و مخلوط با ۰٫۵٪ فیبر نارگیل و ۵٪ آلبومین بود. نتایج به دست آمده از این آزمایش نشان داد استفاده از ۰٫۱٪ فیبر نارگیل و ۱٪ آلبومین در مخلوط بتن، نسبت به مخلوطی که حاوی ۰٫۵٪ فیبر نارگیل و ۵٪ آلبومین است، مقاومت و دوام بیشتری را به برای بتن همراه دارد.

در سال ۲۰۱۴ نیز تأثیر آلبومین و پوسته تخم‌مرغ بر میزان مقاومت فشاری ملات مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد در این شرایط تغییری در میزان سیمان و نسبت آب به سیمان (با مخلوط شاهد) اتفاق نمی‌افتد و با افزودن ۱% آلبومین به حجم کل ملات، مقاومت فشاری افزایش می‌یابد.

پژوهش‌ها و تحقیقات بسیار دیگری درباره تأثیرات تخم مرغ در بتن به منظور تولید بتن سبز (بتن سازگار با اکو) و استفاده از پوسته تخم‌مرغ به عنوان پوزولان (جایگزین جزئی سیمان در ملات) انجام شد؛

برای مثال در تحقیقات انجام شده توسط Gowsika و همکاران (۲۰۱۴)، ۵ تا ۳۰% سیمان با پوسته تخم‌مرغ جایگزین شد. نتیجه نشان داد مقاومت فشاری ملات با افزایش درصد پوسته تخم‌مرغ نسبت عکس داشته و بر این اساس با افزایش درصد پوسته تخم‌مرغ مقاومت فشاری بتن کاهش می‌یابد.

این در حالی است که در سال ۲۰۱۵ قریشی و همکاران با استفاده از ترکیب خاکستر پوسته برنج و پودر پوسته تخم مرغ به عنوان پوزولان در بتن، مقاومت فشاری و خمشی بالاتری را نسبت به نمونه شاهد ایجاد کردند.

همچنین در سال ۲۰۱۵ Dhanalakshmi و همکاران با استفاده از پوسته تخم‌مرغ و خاکستر بادی به عنوان پوزولان به این نتیجه رسیدند که استفاده از پوسته تخم‌ مرغ در بتن باعث افزایش مقاومت فشاری، کششی و خمشی بیشتری نسبت به بتن شاهد می‌شود.

چکیده تحقیقات جهانی نشان داد استفاده از بخش‌های مختلف تخم مرغ به تنهایی در بتن، باعث تولید بتن مقاوم‌تر و بادوام‌تر نمی‌شود؛ اما استفاده از این ماده در ترکیب با مواد دیگر، تأثیرات جالبی را در پی خواهد داشت. برای مثال در سال ۲۰۱۶، Dixit et با کمک پوسته تخم‌مرغ و فوم سیلیس (به عنوان جایگزین جزئی سیمان) به تولید بتن سبک دست زد.

تاریخچه استفاده از تخم‌مرغ در ایران

در سازه‌های باستانی ایران، مانند گنبد جبلیه کرمان و پل دختر شهر میانه از تخم‌مرغ و در مواردی از شیر شتر در ملات استفاده شده است. تصور می‌شود پایداری این سازه‌ها به دلیل حضور همین مصالح سنتی است.

برای ارزیابی این نظریه سنتی، پژوهشگران عصر حاضر از شیر شتر به عنوان بخشی از آب در بتن و از بخش‌های مختلف تخم مرغ در بتن استفاده کردند و بر همین اساس، ۱۶ طرح اختلاط بتن با نسبت‌های مختلف این مواد را طراحی نمودند. در نهایت برای ارزیابی و بررسی نتیجه میزان مقاومت سازه، به بررسی آزمایشگاهی ۱۴۴ نمونه‌ی مکعبی، ۱۶ نمونه‌ی استوانه‌ای و ۱۶ نمونه منشوری پرداختند.

مواد و روش‌های مورد آزمایش

همان‌طور که پیش از این اشاره کردیم، تخم‌مرغ در ملات برخی از سازه‌های باستانی ایران مانند گنبد جبلیه کرمان و پل دختر میانه استفاده شده است.

گفته‌ها حاکی از این است که از شیر شتر نیز در ساختار گنبد جبلیه استفاده شده است. برای این منظور، محققان به جای بخشی از آب بتن از شیر شتر، سفیده و زرده تخم‌مرغ در طرح اختلاط بتن استفاده کردند. در ادامه به بررسی نسبت‌های اختلاط مختلف و تأثیرات تخم‌مرغ در این نسبت‌های اختلاط می‌پردازیم.

آناتومی تخم‌مرغ

تخم‌مرغ از ۹ تا ۱۲% پوسته، ۶۰ تا ۶۳% سفیده و ۳۰ الی ۳۳% زرده تشکیل شده است. بخش عمده پوسته تخم‌مرغ را کریستال‌های کربنات کلسیم (CaCO₃) تشکیل می‌دهد.

نسبت‌های طرح اختلاط بتن

در پژوهش انجام شده توسط سارا میرزاباقری و همکاران، ۱۶ طرح اختلاط بتن به منظور بررسی تأثیر آلبومین، زرده، ترکیب زرده و سفیده و شیر شتر ایجاد شد. این نمونه‌ها به شرح ذیل هستند:

1. نمونه شاهد: نمونه بتن بدون تخم مرغ یا شیر
2. نمونه‌های W: حاوی ۰٫۲۵، ۰٫۵، ۱ و ۱٫۵% آلبومین جایگزین آب
3. نمونه‌های Y: حاوی ۰٫۲۵، ۰٫۵، ۱ و ۱٫۵% زرده جایگزین آب
4. نمونه‌های WY: حاوی ۰٫۱۵، ۰٫۲۵ و ۰٫۵ مخلوط سفیده و زرده جایگزین آب
5. نمونه‌های M: حاوی ۲۵، ۵۰، ۷۵ و ۱۰۰% شیر شتر جایگزین آب

برای ۱۶ طرح اختلاط‌، ۹ نمونه مکعبی ۱۵×۱۵ سانتی‌متر برای بررسی مقدار مقاومت فشاری در سنین ۷، ۱۴ و ۲۸ روز، یک سری نمونه‌ی استوانه‌ای استاندارد برای بررسی مقدار مقاومت کششی پس از ۲۸ روز و یک سری منشور به ابعاد ۱۰×۱۰×۵۰ سانتی‌متر برای انجام تست خمشی سه نقطه ایجاد شد.

نمونه	آب	سیمان	سنگدانه ریز	سنگدانه درشت	سفیده (آلبومین)	زرده	تخم‌مرغ	شیر شتر
S	200	426	824	898	–	–	–	–
W0.25	199.5	426	824	898	0.5	–	–	–
W0.5	199	426	824	898	1	–	–	–
W1	198	426	824	898	2	–	–	–
W1.5	197	426	824	898	3	–	–	–
Y0.25	199.5	426	824	898	–	0.5	–	–
Y0.5	199	426	824	898	–	1	–	–
Y1	198	426	824	898	–	2	–	–
Y1.5	197	426	824	898	–	3	–	–
WY0.15	199.7	426	824	898	–	–	0.3	–
WY0.25	199.5	426	824	898	–	–	0.5	–
WY0.5	199	426	824	898	–	–	1	–
M25	150	426	824	898	–	–	–	50
M50	100	426	824	898	–	–	–	100
M75	50	426	824	898	–	–	–	150
M100	0	426	824	898	–	–	–	200

تأثیر تخم‌مرغ بر مقاومت فشاری

همان‌طور که پیش از این ذکر شد، ۹ نمونه مکعبی برای مقاومت فشاری پس از ۷، ۱۴ و ۲۸ روز مورد آزمایش قرار گرفت.

میانگین مقاومت فشاری نمونه‌های ۷، ۱۴ و ۲۸ روز حاوی تخم مرغ در بتن، به ترتیب در شکل‌های زیر ارائه شده است. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، بیشترین مقدار مقاومت فشاری ۷ روزه در نمونه‌های حاوی ۰٫۵% آلبومین، نمونه‌های دارای ۰٫۲۵% زرده و نمونه‌های با ترکیب سفیده و زرده ۰٫۱۵% بوده است.

این روند در نمونه‌های ۱۴ روز و ۲۸ روز نیز به همین صورت مشاهده شده است. با مقایسه تمام ۱۲ نمونه پس از ۲۸ روز، دیده شد نمونه‌های حاوی ۰٫۲۵٪ و ۰٫۵٪ آلبومین، دارای مقاومت فشاری ۲۸ روزه مشابه با نمونه شاهد از خود نشان داده‌اند، در حالی که سایر نمونه‌ها مقاومت فشاری کمتری دارند.

نمونه‌های حاوی شیر شتر، به دلیل چربی شیر دارای مقاومت فشاری بسیار پایینی بودند. در واقع این چربی مانع از سخت شدن بتن شده و همین امر، باعث کاهش مقاومت بتن‌های حاوی شیر شتر شد.

تأثیر بر مقاومت کششی

اگرچه بتن برای مقاومت در برابر تنش کششی مستقیم طراحی نشده است، اما ارزیابی و بررسی بارهایی که باعث انتشار ترک در بتن می‌شود، اهمیت زیادی دارد. یکی از آزمایشات معمول برای بررسی مقاومت کششی بتن، آزمایش مقاومت کششی دو نیم کردن Splitting tensile strength)) است.

در این آزمایش، استوانه‌ای استاندارد به ابعاد ۱۵×۳۰ سانتی‌متر به صورت افقی در یک فیکسچر (تثبیت‌کننده) مخصوص قرار می‌گیرد. سپس فیکسچر و نمونه، طبق شکل زیر در دستگاه تست استاندارد قرار گرفته و تحت تنش کششی غیرمستقیم به دو نیمه تقسیم می‌شود.

مقدار مقاومت کششی Splitting را می‌توان از طریق معادله زیر به دست آورد.

𝑓_𝑡 = ۲P / πDL

در شکل زیر نتایج مقدار مقاومت کششی طبق این آزمایش نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌کنید با افزایش درصد آلبومین تا ۱% مقدار مقاومت کششی Splitting افزایش می‌یابد؛ در حالی که در بین نمونه‌های حاوی زرده، نمونه‌ی دارای ۰٫۲۵% زرده و در بین نمونه‌های ترکیبی سفیده و زرده، نمونه‌ی ۰٫۱۵% سفیده و زرده، دارای بیشترین مقدار مقاومت کششی بوده‌اند.

همان‌طور که در شکل بالا مشاهده می‌کنید، در میان تمام نمونه‌های مورد آزمایش مقاومت کششی، نمونه‌هایی دارای ۰٫۵ یا ۱% آلبومین، بالاترین مقدار مقاومت کششی Splitting را دارند.

تأثیر تخم‌مرغ بر مقاومت خمشی سه نقطه‌ای

یکی از آزمون‌های مهم برای ارزیابی عملکرد بتن، آزمون خمشی سه نقطه است. آماده‌سازی و روش ساده‌ی آزمایش نمونه‌ها، از مزایای تست مقاومت خمشی سه نقطه است.

برای انجام این آزمایش به یک دستگاه تست و فیکسچر (ثابت‌کننده) نیاز است و تنها کافی‌ است طبق شکل زیر، نمونه (بلوک) روی دو پایه قرار دهید و سپس بار را در وسط دهانه به آن اعمال کنید.

مقدار مقاومت خمشی (𝜎_𝑓) در این روش از معادله زیر به دست می‌آید.

𝜎𝑓 = ۳FL / 2bd²

با بررسی این آزمایش، نمونه‌های W، Y و WY به ترتیب ۰٫۵%، ۰٫۲۵% و ۰٫۲۵%، بالاترین مقاومت خمشی را دارند.

نتایج آزمایشات تخم مرغ در بتن

1. با جایگزینی قسمتی از مقدار آب با آلبومین، نمونه‌های دارای ۰٫۵% آلبومین پس از ۷، ۱۴ و ۲۸ روز دارای بیشترین مقاومت فشاری در بین نمونه‌های سری W هستند.
2. نمونه‌های حاوی ۰٫۲۵% زرده به جای آب، دارای حداکثر مقاومت فشاری در هر سن هستند.
3. در نمونه‌های WY (ترکیب سفیده و زرده)، نمونه‌هایی که حاوی ۰٫۱۵% مخلوط سفیده و زرده به جای آب بودند، بیشترین مقدار مقاومت فشاری را نمایش دادند.
4. بین هر ۱۶ مخلوط، نمونه شاهد ۰٫۲۵W و ۰٫۵W مقاومت فشاری ۲۸ روز مشابهی داشتند.
5. در آزمایش تعیین مقاومت کششی Splitting، مشاهده شد نمونه‌های استوانه‌ای حاوی ۱% آلبومین، ۰٫۲۵% زرده و ۰٫۱۵% سفیده و زرده دارای بیشترین مقاومت کششی Splitting در هر رده بودند.
6. در بین ۱۶ نمونه مورد بررسی مشخص شد، نمونه حاوی ۱% آلبومین، دارای حداکثر مقاومت کششی است. همچنین نمونه W1 نسبت به نمونه شاهد دارای ۸٫۷% مقاومت کششی Splitting بیشتر است.
7. نتایج آزمایش مقاومت خمشی نشان می‌دهد نمونه‌های حاوی ۰٫۵% سفیده، ۰٫۲۵% زرده و ۰٫۲۵% سفیده و زرده، دارای بالاترین مقاومت خمشی سه نقطه‌ای در هر سری هستند.

بیشتر بخوانید: عوامل مؤثر بر طرح اختلاط بتن

در نهایت با در نظر گرفتن نتایج به دست آمده از آزمایش‌های مقاومت فشاری، کششی Splitting و خمشی سه نقطه‌ای هر ۱۶ طرح اختلاط، می‌توان گفت در صورت استفاده از ۰٫۵% آلبومین به جای آب می‌توان مقدار مقاومت فشاری مشابه با نمونه شاهد و ۲٫۷% مقاومت کششی و ۹٫۱۸% مقاومت خمشی بیشتری نسبت به نمونه شاهد را کسب کرد.

در این مقاله به بررسی تأثیر تخم مرغ در بتن پرداختیم و از ۱۶ مخلوط بتن با درصدهای مختلف سفیده، زرده، ترکیب سفیده و زرده و شیر شتر استفاده کردیم. به دلیل ماهیت تخم مرغ و شیر، این مواد جایگزین بخشی از آب شدند.

نتیجه این تحقیق، بررسی ۱۴۴ نمونه‌ی مکعبی، ۱۶ نمونه‌ی استوانه‌ای و ۱۶ نمونه منشوری بود و در نهایت، بررسی‌های انجام شده روی مقاومت فشاری ۷، ۱۴ و ۲۸ روزه نمونه‌ها با آزمایشات تعیین مقاومت فشاری، کششی و خمشی نشان داد استفاده از ۰٫۵% سفیده به جای آب، بیشترین تأثیر را در مقدار مقاومت‌های کششی و خمشی و تأثیر مشابه با نمونه شاهد را بر مقاومت فشاری خواهد داشت.

منبع +