پیش از تولید بتن خودتراکم

عملیات پیش از تولید بتن

عملیات پیش از تولید بتن به عنوان بخشی از فرایند تعیین مخلوط بهینه، می توان تعدادی از مخلوط های بتنی را تحت شرایط واقعی تولید مورد بررسی و ارزیابی قرار داد. این کنترل با ساخت بتن خود تراکم با کمک تجهیزات کارگاهی موجود و در صورت امکان بتن ریزی در قالبی مشابه با قالب وافعی تحقق می یابد و از آن به عنوان عملیات “شبیه سازی تولید” یاد میشود. نمونه ای از انجام این عملیات که در اجرای موفقیت آمیز پروژه نقش داشته است.

در پروژهای فرودگاه بین المللی Pearson در فصل اول مورد بحث قرار گرفت به طور کلی با در نظر گرفتن تأثیر پذیری پایداری بتن تازه از میزان روانی آن، پس از دستیابی به یک مخلوط بهینه باید میزان روانی (جریان اسلامپ که در آن مخلوط تازه حالت ناپایدار دارد، تعیین شود.

در ابتدا این کار باید با کمک افزودنی فوق روان کننده انجام گیرد، اگرچه یا افزایش میزان آب نیز امکان پذیر است. هنگام تعیین میزان روانی مورد نظر، باید این مسئله را در نظر داشت که قابلیت حفظ کارایی افزودنی های فوق روان کننده با هم برابر نیست. بعد از انجام عملیات اختلاط، باید مقادیر جریان اسلامپ.

T50 و شاخص پایداری دیداری (۷۵) اندازه گیری شود. سپس به طور متوالی مقادیر مشخصی افزودنی و یا آب به مخلوط اضافه شده و در هر نوبت جریان اسلامپ و شاخص پایداری دیداری تعیین شود. هنگامی که مخلوط بتن تازه به حالت ناپایدار رسید، باید میزان جریان اسلامپ و یا مقدار آب ثبت شود. قابل ذکر است می توان به جای شاخص پایداری دیداری از آزمایش هایی که پایداری مخلوط را به صورت نمی مورد ارزیابی قرار می دهند، استفاده نمود. این آزمایش ها در فصل سوم به تفصیل مورد توجه قرار گرفته اند.

 

ثبات (ابقا پذیری) بتن خودتراکم

تفاوت های زیادی میان تولید بتن خودتراکم در مقیاس آزمایشگاهی و تحقیقاتی در مقایسه با مقیاس صنعتی وجود دارد. از جمله ی این موارد بروز تغییرات نسبی در خواص مصالح مورد استفاده برای تولید مقادیر زیاد این نوع بتن می باشد که در برخی شرایط کار گاهی ممکن است راهکار مشخصی برای جلوگیری قطعی از آن وجود نداشته باشد. همچنین با وجود اینکه در خصوص نظارت بر صحت عملکرد و دقت تجهیزات مربوط به توزین مصالح حداکثر سخت گیری توصیه می شود، با این حال در عمل، میزان مصالح توزین شده (مخصوصا میزان آب مخلوط) دقیقا منطبق بر مقادیر ارائه شده توسط طراح مخلوط بتنی نخواهد بود. این مسائل ضرورت توجه به بحث “ثبات” بتن خود تراکم را بیش از پیش آشکار می سازد.

ثبات (ابقا پذیری را می توان ظرفیت مخلوط بتنی برای حفظ ویژگی های عملکردی در مقابل برخی از تغییرات و نوسان های ناخواسته تعریف نمود. این تغییرات شامل تغییرات مقادیر و خواص مصالح مصرفی و یا حتی تغییراتی در روند اختلاط، حمل و انتقال بتن می شود. تجربیات عملی در این زمینه نشان میدهد که در زمینه ی مصالح مصرفی، عمدهی مشکلات در ارتباط با میزان آب آزاد (ناشی از خطا در تخمین درصد واقعی رطوبت سنگدانه ها) و نیز دانه – بندی سنگدانه ها (مخصوصا ماسه) رخ می دهد.

در خصوص تخمین درصد رطوبت مصالح سنگی، به خصوص ماسه که تأثیرگذارتر است، یکی از راهکارهای ارائه شده استفاده از حسگرهای رطوبت در مخازن نگهداری سنگدانه و یا در مسیر تسمه های انتقال مصالح سنگی می باشد. البته در مواردی اندازه گیری های انجام شده توسط این حسگرها (شکل ۲-۱۸) به اندازهای دقیق نمی باشد که تضمین کننده ی یکنواختی بتن خودتراکم تولید شده در طی زمان باشد. راهکار دیگر استفاده از توان مصرفی مخلوط کن می باشد که به نظر می رسد با به کار گیری روش های کالیبره کردن که پیش تر مورد بحث قرار گرفت، بتواند به عنوان شاخصی برای کنترل میزان آب مورد نیاز برای اختلاط بتن خود تراکم مورد استفاده قرار بگیرد.

طبق تعریف راهنمای اروپایی EFNARC (۲۰۰۵) یک مخلوط بتن خود تراکم در صورتی دارای طرح اختلاط مناسب و دارای ویژگی “ثبات” است که این مخلوط تغییر در میزان آپ به اندازه ی ۵ تا ۱۰ لیتر در مترمکعب را با حفظ شرایط عملکردی رده ی مورد نظر، تحمل کنید. برخی محققین نیز میزان این تغییر را برابر با ۶ درصد مقدار آب آزاد پیشنهاد کرده اند که البته برای مخلوط های خود تراکم متعارف این میزان تفاوت چشمگیری با مقدار پیشنهاد شده توسط راهنمای اروپایی EFNARC ندارد. Naji و همکارانش (۲۰۱۱) در یک مطالعه ی آزمایشگاهی به ارزیابی ثبات بتن خود تراکم در مقابل تغییرات رطوبت ماسه پرداخته اند. برای این منظور هشت گروه مخلوط بتن خود تراکم با ترکیبات مختلفی از افزودنی های اصلاح کنندهی لزجت و افزودنی فوق روان کننده مورد آزمایش قرار گرفته اند.

 

مقاومت مخلوط بتن

مقاومت مشخصه ی این مخلوطهاد معمول برای استفاده در صنعت با رطوبتی ماسه مورد بررسی قرار گرفته ای اشباع با سطح خشک، رطوبت ماسه با تغییر است. بر این اساس مجموعه ۲۴ مخلوط وی این مخلوط ها در سن ۲۸ روز برابر با ۵۰ مگاپاسکال بوده است که مقداری استفاده در صنعت پیش ساختگی می باشد. برای هر گروه بتن خودتراکم سه سطح ورد بررسی قرار گرفته است، به این صورت که علاوه بر رطوبت معادل حالت خشک، رطوبت ماسه با تغییر ۱ درصد نسبت به حالت مذکور نیز ساخته شده این مجموعه ۲۴ مخلوط بتنی ساخته شده و با انجام آزمایش های بتن تازه و شده ۲۰ ویژگی بتن مورد ارزیابی قرار گرفته است، معیار همسانی مخلوط ها در حالت دادن قطر پخش شدگی در آزمایش جریان اسلامپ (۳۰*۶۳۰ میلی متر) بوده است.

 

برخی از نتایج به دست آمده از پژوهش عملیات بتن

– مخلوط بتن خودتراکم حاوی افزودنی فوق روان کننده با پایهی نفتالین فاقد افزودنی اصلاح کنندهی لزجت در مقایسه با مخلوط ساخته شده با افزودنی با پایه ی پلی کربوکسیلات از ثبات بیشتری برخوردار بوده است. این مسئله در هر دو حالت وجود افزودنی اصلاح کننده لزجت با پایه ی سلولزی در مخلوط بتنی و یا عدم وجود آن صادق بوده است.

– با مقایسه ی مخلوط های حاوی افزودنی های اصلاح کنندهی لزجت، نتیجه گیری شده است که افزودنی با پایه ی پلی ساکارید عملکرد خوبی از منظر بهبود ثبات مخلوط بتنی داشته است، در حالی که افزودنی سلولزی مورد استفاده عملکرد ضعیفی داشته است.

– در نهایت محققین بر اساس محاسبات آماری بر روی نتایج به دست آمده، انجام آزمایش هایی نظیر حجم هوای موجود در بتن، حلقهى ل، نشست سطحی، رئومتر و مقاومت فشاری و خمشی بتن را برای ارزیابی ثبات مخلوط بتنی در برابر تغییرات پیشنهاد دادهاند.

به طور کلی می توان گفت که تحقیقات انجام شده در خصوص ثبات . راهکارهایی از قبیل افزایش حجم خمیر سیمان در مخلوط، کاربرد پودر سنگ آهک) و نیز مصرف افزودنی اصلاح کننده ی لزجت می تواند در مخلوط می شود. با این حال در مواردی که تولید این بتن است. اطمینان به این راهکارها جایز نبوده و ارزیابی ثبات بتن خودترای مراحل طراحی مخلوط بتنی توصیه می شود.

 

فشار وارد بر قالب

کاربرد بتن خود متراکم به دلیل حذف عملیات تراکم توسط نیروی انسانی، امکان افزایش سرعت بتن ریزی را میسر می کند. این مسئله از جهانی مطلوب است، زیرا سبب افزایش همگنی عضو بتنی و کاهش خطر به وجود آمدن درز سرد بین لایه های مختلف بتن میشود. با این حال افزایش سرعت بتن ریزی سبب افزایش فشار وارد بر قالب و افزاین می شود. فشار وارد بر قالب باید در زمان طراحی قالب مدنظر قرار گرفت مسائلی چون ویژگی های مخلوط بتنی، سرعت بتن ریزی، روش بتن ریزی و ارتقاء شود. راهکار دیگر اندازه گیری لحظه ای فشار وارد بر قالب برای حفاظت از یکپارچگی قالب است. پر قالب در دیوارها، ستون ها و سازه های بلند دیگر از اهمیت زیادی برخوردار است.

به طور کلی معمولا در مواردی که ارتفاع قالب بیش از 1.8 متر و بتن ریزی در یک مرحله صورت گیرد، مسئله ی فشار وارد بر قالب مطرح می شود. پایش قالب حین عملیات بتن ریزی چنین اعضایی می تواند سبب آگاهی از تغییر شکل های ناشی از فشار زیاد وارد بر قالب و در نتیجه قطع موقت عملیات بتن ریزی شود. علاوه بر این، در صورت کاربرد روش های خاص بتن ریزی | باید اثرات آن بر پایداری سیستم قالب مطالعه و در صورت نیاز تمهیدات مناسب اندیشیده شود.

تاکنون تحقیقات فراوانی پیرامون مقدار دقیق فشار وارد بر قالب از طرف بتن خود تراکم انجام شده است. این تحقیقات در برخی موارد منجر به نتایج ضدونقیض شده است، به گونه ای که مقادیر اندازه گیری شده از فشار هیدرواستاتیک با مقادیری کمتر از مقدار متناظر برای بتن معمولی متغیر بوده است. به نظر می رسد وقوع پدیده ی تیکسوتروپی در برخی مخلوط های بتن خودتراکم تازه سبب پیچیدگی این مسئله می شود.

در خصوص پدیده ی تیکسوتروپی در فصل سوم توضیحاتی ارائه شده است. در نهایت به عنوان یک نتیجه گیری کلی از داده های گزارش شده، می توان در نظر داشت که در سرعت بتن ریزی ۳ تا ۵ متر در ساعت، فشاری تقریبا برابر با فشار هیدرواستاتیک بر قالب وارد می شود. با این حال، مقادیر دقیق باید با در نظر گرفتن عواملی چون طرح مخلوط، نوع افزودنی، نسبت آب به مواد سیمانی، نوع سیمان، دمای یشن و سرعت بتن ریزی تعیین شود.

 

عمل آوری بتن

واژه عمل آوری به سلسله اقداماتی گفته می شود که برای تکمیل و پیشرفت هیدراسیون سیمان انجام می شود. هدف عمل آوری، نگهداری بتن به صورت اشباع با آب و یا تا حد امکان اشباع می باشد تا فضاهایی که در ابتدا در خمیر سیمان تازه با آب اشغال شده بود، اکنون تا حد مطلوبی با محصولات ناشی از هیدراسیون سیمان مسدود شود. نتایج تحقیقات نشان می دهد هنگامی که رطوبت نسبی داخل منافذ مویینه به کمتر از ۸۰ درصد برسد، آهنگ واکنشهای هیدراسیون به میزان چشمگیری کاهش می یابد.

افت رطوبت بتن نه تنها تأثیر نامطلوبی بر مقاومت بتن می گذارد، بلکه منجر به جمع شدگی خمیری و پیدایش ریز ترکهایی نیز می شود و از این طریق سبب افزایش نفوذپذیری بتن می شود. به طور کلی روش های مختلفی که برای عمل آوری بتن بکار می روند را می توان به دو گروه کلی “عمل آوری مرطوب” و “عمل آوری غشایی” تقسیم بندی کرد. در روش اول، اصل بر فراهم نمودن آبی است که می تواند توسط بتن جذب شود. در این روش نیاز به تماس دائم سطح بتن با آب برای مدت زمان مشخصی می باشد که شروع آن از وقتی است که سطح بتن دیگر آسیب نمی بیند. چنین شرایطی را می توان با آب پاشی مداوم با قرار دادن سطح بتن در زیر لایه ای از آب و یا پوشاندن بتن با ماسه یا خاک مرطوب و یا یک پوشش جذب کننده ی رطوبت با آب اضافی به دست آورد. روش دوم عمل آوری بر مبنای جلوگیری از افت رطوبت از سطح بتن انجام می شود، بدون اینکه امکان نفوذ آب از خارج به داخل بتن وجود داشته باشد. این روش را می توان روش قشر آب بند نیز نامید. پوشاندن سطح بتن با ورقه های پلی اتیلن (که به صورت مسطح روی هم قرار می گیرند و یا استفاده از کاغذ تقویت شده از جمله روش های عمل آوری دسته ی دوم هستند. در روشی دیگر، ترکیبات عمل آوری بر روی سطح بتن پاشیده می شود و غشای نفوذ ناپذیری ایجاد می شود.

انواع متداول آن محلول های رزین هیدروکربن مصنوعی در حلال های بسیار فرار می باشند که در بعضی موارد حاوی رنگهای روشن تاپایدار (برای تشخیص قسمت های پوشانده نشده) هستند معمولا مخلوطهای بتن خودتراکم دارای مقادیر زیاد مواد پودری (ترکیبات مختلفی از سیمان پرتلند، پودر سنگ آهک، خاکستر بادی، روبارهی کوره آهن گدازی و غیره) می باشد.

 

نسبت آب به مواد پودری

این نسبت آب به مواد پودری که باعث می شود در سطح بتن خودتراکم تازه آب انداختگی رخ ندهد و یا بسیار جزئی بوده و در ساعات اولیه احتمال وقوع ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری زیاد باشد. این شرایط حتی ممکن است با کاربرد مواد افزودنی و تأخیر در زمان گیرش پیچیده تر شود، زیرا سطح بتن مدت زمان بیشتری در حالت خمیری باقی می ماند. بنابراین شروع به موقع و ادامهی عمل آوری در مورد بتن خود تراکم ضروری بوده و محافظت زودهنگام از سطح بتن می تواند سبب جلوگیری از خروج رطوبت و ترک ناشی از جمع شدگی خمیری شود در صنعت پیش ساختگی گاهی به دلیل کاهش زمان تولید و افزایش بازدهی، از روش های عمل آوری تسریع شده برای قطعات بتنی استفاده می شود.

از آنجا که افزایش دمای عمل آوری بتن نرخ رشد مقاومت آن را زیاد می کند، می توان با عمل آوری بتن در بخار، کسب مقاومت در سنین اولیه را سرعت بخشید، وقتی که بخار در فشار اتمسفر باشد، می توان این روش را حالت خاصی از عمل آوری مرطوب دانست که در آن هوای اشباع شده با بخار، دسترسی به رطوبت را تضمین می نماید.
هدف اصلی از عمل آوری در بخار، حصول مقاومت اولیه ای است که به اندازهی کافی زیاد باشد، به طوری که بتوان محصولات بتنی را در کمترین زمان ممکن بعد از بتن ریزی، جابجا نمود. در این صورت می توان این محصولات بتنی را از قالب خارج کرد و یا بستر پیش تنیدگی بتن را زودتر نسبت به حالت عمل آوری در رطوبت معمولی) تخلیه نمود و فضای مورد نیاز برای عمل آوری را کاهش داد که این مسائل همگی از نظر اقتصادی مطلوب هستند.

با توجه به ماهیت این روش عمل آوری، معمولا از آن برای عمل آوری تولیدات پیش ساخته استفاده می شود. معمولا عمل آوری در بخار با فشار کم در اتاق های ویژه و یا در تونل هایی که از میان آنها قطعات بتنی روی تسمه نقاله حمل می شود، انجام می شود. در روش دیگر جعبه های قابل حمل و یا پوشش های پلاستیکی روی قطعات پیش ساخنه قرار داده می شود و بخار توسط لوله هایی به محل منتقل می شود.

 

تأثیر چرخه های مختلف عمل آوری با بخار

در خصوص تأثیر چرخه های مختلف عمل آوری با بخار بر خواص بتن خودتراکم، آزمایش هایی توسط رمضانیان پور و خزعلی (۱۳۹۲) انجام شده است. در این پژوهش مدت زمان تأخیر اولیه. حداکثر دمای عمل آوری و مدت زمان چرخه ی عمل آوری با بخار به عنوان پارامترهای اصلی مورد توجه قرار گرفته است و مجموعه تأثیر ۳۶ چرخه ی عمل آوری مختلف بر مقاومت فشاری، مقاومت الکتریکی سطحی، نفوذپذیری در برابر آب و نیز یون کلراید در بتن خود تراکم مورد مطالعه قرار گرفته است.

باید توجه داشت که یکی از ویژگی های بتن خودتراکم، کسب مقاومت فشاری بیشتر در سنین اولیه (در مقایسه با بتن معمولی در اثر کاربرد مقادیر زیاد افزودنی فوق روان کننده است. به عنوان مثال در بسیاری از موارد برای تأمین روانی و کسب مقاومت اولیه ی زیاد از افزودنی های فوق روان کننده بر پایه ی پلی کربوکسیلات استفاده می شود. این مزیت بتن خودتراکم می تواند ضرورت به کارگیری روش های عمل آوری تسریع شده برای دست یابی به مقادیر مقاومت اولیه ی بیشتر را کاهش داده و یا از بین ببرد و از این طریق سبب کاهش قابل ملاحظه ی مصرف انرژی گردد.

 

کیفیت سطح بتن

کاربرد اصولی بتن خود تراکم منجر به پیدایش سطح نهایی مطلوبی می شود. الی دست یابی به این هدف باید سایر پارامترهای تأثیرگذار نیز مدنظر قرار گیرند. این قالب های فولادی و مخصوصا تخته لایه (پلای وود) می تواند باعث به وجود آمدن سطحی کا صاف شود، در حالی که سطوح طرح دار را می توان با کمک قالب های چوبی زیر به وجود آورد فصل اول در مورد استفاده از این ایده در فرایند ساخت برج میلاد تهران صحبت شد. با خاص برای اعضای بتنی پیش ساخته، با توجه به وجود محیط کنترل شده (در مقایسه با می پروژه) می توان با به کار گیری قالب های ویژه، نقوش و طرح های زیبایی به وجود آورد.
به طور کلی برای دستیابی به سطح نهایی با کیفیت در عضو بتنی ساخته شده با بتن خودتراکم باید به موارد زیر توجه نمود.

– حجم مورد نیاز بتن خود تراکم برای عضو مورد نظر باید به طور دقیق تخمین زده شود زیرا معمولا بین مخلوط های ساخته شده در نوبت های مختلف تفاوت رنگ (هرچند اندک) وجود دارد.

– قالب باید پیش از بتن ریزی به طور کامل تمیز و لایه ای نازک از ماده ی جداساز قالب سطح آن را بپوشاند.

– قسمت فوقانی قالب باید در مقابل باران پوشانده شود تا از تغییر رنگ و ظاهر شدن سنگدانه ها در سطح بتن جلوگیری شود.

 

کاربرد بتن خود تراکم: حال و آینده

بتن معمولی و بتن خود تراکم در مراحل اختلاط و حمل رفتار نسبتا مشابهی از خود نشان می دهند و تفاوت اصلی در هنگام بتن ریزی و انجام عملیات تراکم بروز می کند. بنابراین برتری بتن خود تراکم و صرفه جویی های ناشی از کاربرد آن در کارخانه های پیش ساختگی و یا در محل پروژه ها که عملیات بتن ریزی انجام می شود، مشهودتر است.
با این وجود طی سال های اخیر پیشرفت در زمینه ی طراحی مخلوط و عملکرد مواد مختلف انواع افزودنی های شیمیایی و معدنی) نسبت به فرایندهای مرتبط با بتن ریزی بیشتر بوده است همان گونه که در فصل اول اشاره شد، تاکنون موارد موفق زیادی از کاربرد بتن خودتراکم به صورت در جا در پروژه های عمرانی گزارش شده است. با این وجود به نظر می رسد که در حال حاضر بتن خودتراکم بیشترین کاربرد را در صنعت پیش ساختگی دارا می باشد.

تعداد نسبتا زیادی از کارخانه های پیش ساختگی در کشورهای مختلف مصرف خود را به طور کامل از بتن معمولی به این نوع بتن تغییر داده اند. این کارخانه ها به این ترتیب توانسته اند ضمن بهبود فضای کاری، کیفیت محصولات خود را چه از نظر ظاهر قطعات پیش ساخته و چه از نظر خواص مکانیکی و دوام، افزایش دهند.

در واقع می توان گفت وجود محیط کنترل شده برای تولید بتن در این کارخانه ها، بستر مناسب برای حداکثر بهره برداری از مزایای بتن خودتراکم را فراهم می آورد و این سبب رغبت بیشتر صنعت بزرگ پیش ساختگی به کاربرد این بتن خاص می شود. از سوی دیگر دشواری های مربوط به کنترل کیفی بتن خودتراکم در محل پروژه های عمرانی که گاهی امری بسیار پیچیده و دشوار است، می تواند یکی از دلایل این مسئله باشد.

با توسعه و پدید آمدن ابزار مؤثرتر تولید و کنترل کیفی در اینده، می توان گسترش کاری خودتراکم در شرایط کارگاهی را نیز منصور شد. در بسیاری از فناوری های مربوط به تولید که هم اکنون در حال طراحی و توسعه هستند، استفاده حداکثر از قابلیت روان خود تراکم برای جایگزینی بتن معمولی هدف گذاری شده است.

قطعا پیدایش این تجهیا۔ فناوری ها، در کنار آزمایش های جدیدی که برای ارزیابی سریع و دقیق بتن خودتراکم تا توسط محققین پیشنهاد می شوند، می توانند چالش های موجود در زمینه ی تولید بتن خودت را کاهش دهد و راهکارهای جدیدی را برای تولید محصولی یکنواخت و با کیفیت مطلوب د اختیار مهندسین عمران قرار دهد.

تولید بتن خودتراکم مسائل اجرایی

اهمیت کنترل کیفیت بتن خودتراکم

طبق تعریف کنترل کیفیت عملیاتی از فرایند کار است که به منظور حفظ کیفیت محصول در سطح مورد نظر انجام می شود. کنترل کیفی در طی فرایند تولید به همراه اقدامات پیشگیرانه ی اعمالی توسط افراد مسئول فرایند تولید کنترل تولید” نامیده می شود، مسائل مربوط به الزامات و کنترل کیفی مصالح مصرفی و بتن معمولی (در حالت تازه و سخت شده) در منابع مختلف موجود است.

در اینجا صرفأ مسائلی که در خصوص بتن خودتراکم از اهمیت بیشتری برخوردار هستند، مطرح می شود، همان گونه که گفته شد برخورداری توام از روانی و پایداری کافی از ویژگیهای الزامی بتن خودتراکم است. طراحی بتن خودتراکم به منظور پر کردن همهی زوایای قالب و احاطهی آرماتورهای عضو بتنی بدون اعمال لرزش می باشد، بنابراین حفظ ویژگیهای مرتبط با خاصیت خودتراکمی در طول عملیات بتن ریزی از اهمیت زیادی برخوردار است.

از آنجایی که برخی از این ویژگی ها باید به صورت کمی اندازه گیری شود، افرادی که مسئولیت کنترل کیفیت را بر عهده دارند باید از تجربه و دانش کافی برخوردار باشند. انجام عملیات تولید بتن خودتراکم (بخصوص در مقیاس وسیع) در کارخانه های پیش ساختگی و یا پروژه های عمرانی نیازمند آموزش همه ی افرادی است که مسئول بررسی و ارزیابی هستند. همچنین در برنامه کنترل کیفی مواردی چون اهداف، روشها، همسانی معیارهای ارزیابی، روند ارزیابی و ثبت نتایج و داده ها طی فرایند تولید بتن خودتراکم باید به درستی تبیین شده باشد. باید توجه داشت که این برنامه باید کنترل در سطوح مختلف مانند مواد و مصالح، بتن تازه و بتن سخت شده را مورد توجه قرار دهد. همان گونه که در قسمتهای گذشته تشریح شد.

خواص مواد و مصالح مصرفی تأثیر بسزایی بر ویژگی های بتن خودتراکم در مرحله ی تولید خواهد داشت. به عنوان مثال تغییرات در دانه بندی و رطوبت سنگدانه های مصرفی سبب بروز مشکلات جدی در بتن خودتراکم تازه خواهد شد. به همین دلیل توصیه می شود که در طول فرایند تولید بتن خودتراکم آزمایش های تعیین دانه بندی و میزان رطوبت سنگدانه ها بیشتری در مقایسه با فرایند تولید بتن معمولی) صورت گیرد. طبق برخی تو فرایند تولید بتن خود تراکم، کنترل رطوبت سنگدانه های موجود در کارگاه می بایست و زمانی حداکثر ۴ ساعته انجام شود، این در حالی است که برای بتن معمولی این ک شرایط عادی به صورت روزانه انجام می شود.

در ارتباط با بتن خود تراکم تازه نیز چندین روش به عنوان ابزار کنترل کیفی پیشنهاد شد که اکثر این روشها کارایی بتن تازه را از دیدگاه کارگاهی مورد بررسی قرار می دهند. ازماید جریان اسلامپ، (T50 حلقهى ل قیف V شکل و جعبه ی با شکل جزو این روش ها هست علاوه بر اینها، روش های پیچیده تری نیز برای ارزیابی خاصیت خودتراکمی پیشنهاد شده اند شامل اندازه گیری پارامترهای رئولوژیکی مخلوط بتنی در حالت تازه می شود.

این آزمایش ها با کمک دستگاهی به نام رئومتر انجام می گیرد که غالبا برای مقاصد تحقیقاتی بکار می رود و برای کاربرد در شرایط کارگاهی مناسب نمی باشد. هر بازرس کنترل کیفی که درگیر مسائل تولید و ارزیابی بتن خودتراکم می باشد، باید علاوه بر آگاهی از چگونگی انتخاب و استفاده از ابزار کنترل کیفی بتن خودتراکم، قادر به تحلیل نتایج به دست آمده از آزمایش ها و تصمیم گیری بر مبنای آنها باشد.

برای دستیابی به ویژگی های دلخواه در بتن خودتراکم، مسئولین کنترل کیفی باید آگاهی کافی نسبت به خواص مهنده می روش های بتن ریزی و مسائل مربوط به مواد و مصالح مصرفی داشته باشند علاوه بر این، عملکرد افراد مجموعه ی تولید بتن (گروه تولید) نیز تاثیر مستقیمی بر کیفیت محصول نهایی و ثبات در عملیات تولید بتن خواهد داشت. برای دست یابی به بتن خود تراکم با کیفیت، افراد بخش تولید بتن باید تحت آموزش قرار گرفته و از تأثیرات پارامترهای دخیل در فرایند تولید بر خواص بتن خودتراکم آگاه شوند. این افراد باید بدانند که هر مخلوط بتن خودتراکم با در نظر گرفتن جنبه های مختلف و مسائلی نظیر ویژگی های مواد و مصالح، شرایط قالب، روش بتن ریزی و خواص مهندسی طراحی شده است. اعضای گروه تولید در صورتی که به خوبی آموزش دیده باشند، می توانند در ارائه و اجرای تدابیر اصلاحی در مواقعی که ویژگی۔ های مورد انتظار در بتن خود تراکم حاصل نشده است، مؤثر باشند.

 

مسائل اجرایی تولید بتن خود تراکم

در مرحله ی تولید بتن خودتراکم علاوه بر مشکلات و چالش های متداول، مسائل جدیدی مختص این نوع بتن پدید می آید. دلیل پیدایش این مسائل ویژگی های منحصربه فرد بتن خودتراکم، افزایش سرعت بتن ریزی و حساسیت زیاد بتن خود تراکم به تغییرات می باشد. این چالش های اجرایی را می توان با آینده نگری و اتخاذ راهکارهایی به حداقل رساند. تهیه ی ادوات و ماشین آلات منطبق با خواسته ها و نیز تعیین اصولی طرح مخلوط بتن خود تراکم با یک مواد و مصالح موجود و با در نظر گرفتن نیاز های پروژه از جمله این راهکارها هستند. برای نمونه در مرحله ی تعیین طرح مخلوط می توان با اتخاذ تدابیری میزان حساسیت مخلوط خودتراکم تازه را نسبت به تغییرات در ویژگی های مصالح مصرفی و یا میزان رطوبت سنگدانه ها کاهش داد.

 

مواد و مصالح

تغییرات در ویژگی های مواد و مصالح مصرفی برای تولید بتن خود تراکم تأثیر زیادی بر عملکرد آن خواهد داشت. به همین دلیل باید تا حد امکان منبع ثابت و کنترل شده ای برای تأمین مصالح انتخاب شده و پیش از شروع پروژه توافقات اولیه بین طرفین در ارتباط با نحوه ی کنترل کیفی مصالح حاصل شود. این کنترل سخت گیرانه ی مواد و مصالح باید با توجه به مواردی که در این فصل به آنها اشاره شد، صورت پذیرد. نحوه ی نگهداری و انبار مواد و مصالح نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. به عنوان مثال سنگدانه ها حتی الامکان نباید در محیط روباز قرار داشته باشند تا تغییرات در میزان رطوبت مصالح به کمترین مقدار برسد.
همچنین محل نگهداری مصالح سنگی (مخصوصا ماسه) باید دارای زهکشی مناسب باشد تا مقادیر زیاد آب اولیه که گاهی در محموله های سنگدانه های ورودی به کارگاه وجود دارد، در کمترین زمان ممکن خارج شود. انباشته های بزرگ سنگدانه باید حداقل ۱۶ ساعت در جای خود دست نخورده باقی بمانند تا آبهای اضافی زهکشی و یا تبخیر شوند، نگهداری افزودنی های شیمیایی نیز باید مطابق توصیه های تولید کننده انجام گیرد و به صورت دوره ای از صحت عملکرد آنها اطمینان حاصل شود.

 

اختلاط و تولید

پیمانه کردن (بچینگ) به مجموعه عملیاتی اطلاق می شود که برای تولید بتن لازم است، این عملیات شامل توزین و اندازه گیری اجزای مخلوط بتنی توسط روش های وزنی یا حجمی و سپس بارگیری مخلوط کن می باشد. برای تولید بتن با کیفیت یکنواخت، مصالح اولیه ی بتن باید به دقت برای هر پیمانه اندازه گیری شود. اغلب این کار به روش وزنی انجام می شود و روش حجمی کمتر به کار گرفته می شود، البته آب و افزودنی های مایع را می توان توسط هر یک از روش های وزنی یا حجمی با دقت کافی اندازه گیری نمود. برای نمونه الزامات تولید بتن آماده دقت مورد نیاز برای توزین مصالح مصرفی در هر پیمانه را به صورت زیر مشخص می کنند.

  • سیمان و مواد مکمل سیمان: 1% +-.

  • سنگدانه ها و مصالح سنگی پر کننده: 2% +-.

  • آب: 1% +-.

  • مواد افزودنی: ۱% +-.

 

تجهیزات مورد استفاده در فرایند توزین مصالح

باید قادر باشد که کمترین پیمانه ی روزانه را با همان رواداری های مقرر برای پیمانه های بزرگتر توزین نماید. دقت وزنه ها و تجهیزات پیمانه زنی باید به طور منظم کنترل شده و در صورت نیاز عملیات کالیبراسیون مجددا انجام شود.

قابل ذکر آنکه یکی از اصلی ترین چالش ها در فرایند تولید صنعتی بتن، تعیین دقیق میزان رطوبت سنگدانه ها و متعاقبا میزان آب مورد نیاز برای اختلاط میباشد. در برخی کارخانه های تولید بتن آماده از میزان توان مصرفی مخلوط کن در حین اختلاط به منظور کنترل میزان آب مخلوط بتن استفاده می شود. اگرچه این روش ممکن است برای تولید مخلوطهای بتن معمولی پاسخگو باشد، ولی در مورد تولید صنعتی بتن خود تراکم با توجه به حساسیت زیاد این متن به تغییرات از دقت کافی برخوردار نمی باشد.

از دلایل دقت ناکافی این روش اندازه گیری حساسیت آن به فرسودگی مخلوط کن و دمای موتورهای مخلوط کن و نیز وابستگی آن به میزان مهارت اپراتور است. در حالی به ندرت عملیات کالیبره کردن برای آن انجام می شود. Ngo و همکارانش (۲۰۱۶) فرایندی را برای کالیبره کردن این روش و کاربرد توان مصرفی مخلوط کن به عنوان معیاری برای کنترل میزان آب مخلوط بتنی ارائه کرده اند. این محققین همچنین مشخصه ای را با عنوان زمان تثبیت سیگنال تعریف کرده و از آن برای تعیین زمان مورد نیاز برای اختلاط هر مخلوط بتن خود تراکم استفاده کرده اند. نمونه ای از تغییرات توان مصرفی بر حسب زمان که در حین فرایند بارگیری و اختلاط مخلوط خودتراکم در مخلوط کن با ظرفیت ۲ مترمکعب و توان اسمی ۳۷ کیلووات اندازه گیری شده است. در این پروژه تحقیقانی توالی بارگیری مصالح برای همه ی مخلوط ها یکسان بوده است.

این محققین در نهایت با توجه به داده های به دست آمده از بررسی ۴۰ مخلوط بتن خودتراکم چهار طرح مخلوط مختلف تولید شده در کارخانه ی تولید بتن آماده، نشان داده اند که با استفاده از روش پیشنهادی برای کالیبره کردن، توان مصرفی مخلوط کن را می توان به عنوان یک معیار قابل اعتماد برای کنترل میزان آب مخلوط خودتراکم (با دقت 8/3 لیتر آب در مترمکعب بتن) بکار برد. همچنین این محققین عنوان کرده اند که در صورتی که انحراف معیار توان مصرفی در بازه ی زمانی ۱۰ ثانیه کمتر از 0.15درصد مقدار مطلق باشد، این زمان می تواند به عنوان زمان تثبیت سیگنال و حداقل زمان مورد نیاز برای اختلاط مورد استفاده قرار گیرد.

 

توالی بارگیری و اختلاط مصالح

از موارد قابل توجه دیگر در فرایند تولید بتن خودتراکم توالی بارگیری و اختلاط مصالح است، زیرا معمولا مقادیر زیاد مواد پودری و ریزدانه در این بتن وجود دارد که نیازمند پخش همگن در مخلوط است. بنابر این فرایند اختلاط و تهیه ی مخلوط بتنی از حساسیت بیشتری برخوردار است و در صورت نیاز تجهیزات اختلاط بتن نیز باید مطابق با خواسته ها تهیه و یا اصلاح شود تا محصول نهایی از کیفیت و همگنی کافی برخوردار باشد.

برای مثال تولید کنندگان افزودنی های شیمیایی معمولا کاربرد این مواد را به صورت محلول در آب توصیه می کنند تا از این طریق مقدار کم افزودنی توزیع بهتری در مخلوط بتنی پیدا کند. تجربیات کارگاهی نیز این ادعا را تأیید کرده است؛ بنابراین در صورت امکان می توان تجهیزاتی برای این منظور در دستگاه تولید بتن تعبیه نمود.

پیش از شروع مرحله ی اجرا، بهتر است مخلوطهای آزمون توسط تجهیزات موجود ساخته شده و مورد ارزیابی قرار گیرد تا در صورت نیاز تغییراتی در نسبت های اختلاط بتن خودتراکم به وجود آید. در برخی موارد مشاهده شده است که برای اطمینان از یکنواختی مخلوط های بتن خودتراکم، نیاز به افزایش زمان اختلاط به میزان ۳۰ تا ۹۰ ثانیه (در مقایسه با بتن معمولی) می باشد. نکته ی دیگر اینکه هنگامی که طبق برنامه ریزی عملیات اختلاط و یا بخشی از آن در ماشین مخصوص حمل بتن صورت می گیرد، سرعت چرخش محفظه ی بتن باید متناسب با وضعیت (معمولا ۱۵ تا ۳۵ دور در دقیقه) باشد. باید توجه داشت که معمولا در ابتدای عملیات بتن ریزی نوسانات در کارایی بتن قابل انتظار است. این مسئله معمولا به دلیل مسائل مربوط به آغاز به کار تجهیزاتی مانند دستگاه تولید بتن، پمپ و ماشین های حمل بتن می باشد. بنابراین در این مرحله باید حساسیت و سرعت عمل بیشتری در عملیات کنترل کیفیت و اصلاح مخلوطها وجود داشته باشد.

 

حمل و انتقال بتن

بسته به شرایط خاص هر پروژه، مواردی چون ظرفیت تولید، مدت زمان حمل بتن و سرعت بتن ریزی باید متناسب با هم تنظیم و مطابق واقعیات موجود (تجهیزات، نیروی انسانی و عوامل خارجی) برنامه ریزی شود. باید توجه داشت که به وجود آمدن توقف اجباری در روند تولید می تواند سبب تغییرات در ویژگی های بتن خودتراکم تازه شده و متعاقبا کیفیت نهایی عضو بتنی مورد نظر را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. ماشین های حمل بتن مورد استفاده برای مخلوط خودتراکم باید مطابق با موارد ذکر شده در استاندارد ASTM C94/C94M باشند. همچنین مخلوط بتن خودتراکم باید ظرف مدت ۹۰ دقیقه پس از افزودن آب به سیمان پرتلند کاملا تخلیه شود.

البته در صورتی که از افزودنی های کنترل گیرش استفاده شده باشد، می توان این مدت زمان را تا هنگامی که اهداف عملکردی بتن خودتراکم تازه ارضا شود، افزایش داد. به طور کلی برای انتقال بتن خودتراکم می توان از هریک از وسایلی که برای انتقال بتن معمولی بکار می روند، استفاده کرد.

عملیات انتقال برای بتن خودتراکم ساده تر از بتن معمولی به نظر می رسد. با این حال برای جلوگیری از وقوع جداشدگی در بتن تازه دو مورد باید رعایت شود: ۱. محدود کردن ارتفاع سقوط آزاد پتن ۲, محدود کردن مسافت جریان (افقی) بتن خودتراکم از نقطه ی تخلیه ی بتن به ۱۰ متر، همچنین مسئلهی افت کارایی بتن خودتراکم در مرحله ی حمل بتن و یا در اثر تأخیر در بتن ریزی باید همواره مورد توجه قرار داشته و پیش از انتقال بتن، کارایی مخلوط بتنی به سطح مورد نظر بازگردانده شود.

این مسئله با انجام آزمایش بلافاصله پیش از بتن ریزی تأیید شود. “پمپ کردن” و “بتن ریزی با جام و شوت” از متداول ترین روش های انتقال بتن خودتراکم هستند. طبق توصیه های انجمن بتن کانادا (۲۰۰۹) در صورت استفاده از روش پمپ کردن بهتر است بتن خودتراکم از پایین قالب پمپ شود. برای این منظور در مرحلهی ساخت قالبهاء تعبیهی مجرای تزریق همراه با شیر در پایین قالب ها باید در نظر گرفته شود.

 

مزایای روش پمپ کردن بتن خودتراکم در مقایسه با بتن معمولی
  • کاهش قابل توجه فشار پمپ .

  • پایدار باقی ماندن حباب های هوای ناشی از کاربرد افزودنی حباب هوازا .

  • ضروری نبودن پمپ کردن اولیه دوغاب سیمان برای کاهش اصطکاک سطح داخلی شیلنگ .

  • شروع عملیات پمپ کردن با فشار خیلی کم فشار اولیه ی زیاد سبب جدا شدن سنگدانه های درشت و احتمالا مسدود شدن لوله می شود.

 

مطابق توصیه های راهنمای اروپایی بتن

هنگامی که از شوت استفاده می شود، خروجی آن باید به سمت دورترین نقطه ی قالب هدایت شده و با ادامهی بتن ریزی، شوت حرکت داده شود. در صورت استفاده از جام برای بتن ریزی، باید توجه داشت که جام نباید در معرض تکانهای شدید باشد، در غیر این صورت احتمال جدا شدن ذرات وجود دارد. علاوه بر این برای بتن ریزی دیوارهای نازک یا دارای ارتفاع زیاد، توصیه می شود که از لوله های ترمی برای بتن ریزی با جام استفاده شود. در چنین شرایطی انتهای ترمی باید پایین تر از سطح بتن قرار داده شده و از وارد نشدن هوا به بتن اطمینان حاصل شود. به طور کلی، روش بتن ریزی با جام برای حجم کم بتن ریزی (معمولا ۱۲ تا ۲۰ مترمکعب بر ساعت) توصیه می شود.

بررسی آماری بتن خودتراکم

بررسی آماری نسبت های اختلاط بتن خود تراکم

بررسی آماری نسبت های اختلاط بتن خود تراکم در این قسمت به منظور مطالعهی آماری تحقیقات انجام شده در زمینه ی طرح مخلوط بتن خودتراکم، تعدادی از مخلوط های آزمایشگاهی ساخته شده در ایران و سایر کشورها که در حالت تازه شرایط مورد نیاز بتن خود تراکم را ارضا نموده اند، جمع آوری و مورد بحث و بررسی قرار گرفته است، برای این منظور، تعداد ۵۰ مخلوط ساخته شده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی داخل کشور و نیز ۵۰ مخلوط بتنی ساخته شده در مراکز علمی و پژوهشی کشورهایی از قبیل فرانسه، اسپانیا و ترکیه انتخاب شده است.

جزییات تحقیقات منجر به ساخت این ۱۰۰ مخلوط بتن خودتراکم که همگی طی ۱۵ سال اخیر انجام شده اند، در منابع معتبر علمی منتشر شده و موجود می باشند. باید توجه داشت که مطالعه و مقایسه ی موردی هر یک از این تحقیقات نیازمند در نظر گرفتن هدف از انجام تحقیق مورد نظر، مواد و مصالح مصرفی، روش اختلاط و سایر موارد می باشد، با این وجود بررسی کلی این مخلوط ها نیز می تواند نکاتی را در ارتباط با نگرش موجود در زمینه ی طرح مخلوط و نسبت های اختلاط بتن خودتراکم به دست دهید.

 

خاکستر بادی

با توجه به تأثیر مثبت استفاده از خاکستر بادی بر کارایی بتن خودتراکم که در قسمتهای گذشته به آن اشاره شد، در تحقیقات منتخب سایر کشورها، این پوزولان بیشترین استفاده را در مقایسه با سایر مواد داشته است. کاهش میزان مصرف افزودنی فوق روان کننده در اثر بهبود کارایی با استفاده از این پوزولان مصنوعی، در کنار توجه به خواص بتن سخت شده می تواند دلایل اصلی انتخاب آن به عنوان ماده ی مکمل سیمان در بتن خودتراکم باشد. از سوی دیگر مشاهده میشود که در تحقیقات داخلی دوده ی سیلیسی پرکاربردترین پوزولان مصرفی می باشد. علاوه بر بهبود رئولوژی و افزایش پایداری بتن تازه که البته در صورت استفاده ی بهینه از این پوزولان حاصل می شود.

بهبود قابل توجه خواص بتن سخت شده مخصوصا در سنین اولیه، موارد توجیه کننده ی استفاده از دوده ی سیلیسی در بتن خودتراکم می باشند. علاوه بر این کاربرد وسیع دوده ی سیلیسی می تواند نشانگر وجود دیدگاهی مبنی بر لزوم عملکرد مشابه بتن خودتراکم با بتن پرمقاومت در حالت سخت شده نزد محققین ایرانی باشد. به هر حال قیمت زیاد این پوزولان در داخل کشور و نیز لزوم رعایت برخی مسائل اجرایی در صورت مصرف این ماده عوامل مهمی هستند که استفادهی گسترده از آن را در پروژه های عمرانی با محدودیت کرده و باید در کنار مزایای مطرح شده در نظر گرفته شوند.

با فرض کفایت خواص بتن شده، به نظر می رسد ایجاد پایداری و دیگر خواص مورد نیاز در بتن خودتراکم به ی موادی مانند پرکننده های معدنی و یا برخی دیگر از پوزولان ها که به میزان بیشت دسترس هستند، به عنوان راهکارهای اقتصادی تر باید مورد توجه قرار گیرد همان گونه که مشاهده می شود در جامعهی آماری مورد مطالعه، ۵۰ درصد تحقیقات می داخل کشور و ۳۰ درصد تحقیقات سایر کشورها بر مبنای عدم استفاده از مادهی مکمل صورت گرفته است.

 

اهمیت اقتصادی بتن خودتراکم

با توجه به اهمیت قابل توجه این مواد از بعد فنی، اقتصادی و زیست محیط می توان با بهره گیری درست و آگاهانه از این مواد در بتن خود تراکم علاوه بر دست یابی به خواص مورد نظر در بتن تازه، کیفیت این بتن را در حالت سخت شده نیز ارتقا داد، به گونتهای که به عنوان مثال استفاده از آن در شرایط محیطی خورنده نیز با اطمینان صورت پذیرد. علاوه بر این با توجه به آلودگی های زیست محیطی بیشماری که فرایند تولید سیمان پرتلند به محیط تحمیل می کند، جایگزینی آن با مواد دیگر در مقیاس وسیع سبب کاهش خسارتهای وارد شده به محیط زیست می گردد.

این مسئله در کشور ایران با توجه به وجود منابع فراوان پوزولان های طبیعی از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و باید مورد توجه قرار گیرد. علاوه بر پوزولان های طبیعی، مواد زائد صنعتی همانند روبارهی کورهی آهن گدازی نیز با توجه به تأثیرات آن بر بتن تازه، پتانسیل بالایی برای جایگزینی سیمان (حتی در درصدهای جایگزینی زیاد) و استفادهی گسترده در بتن خود تراکم دارد.

البته این امر در گرو رعایت مواردی در فرایند تولید این ماده (به خصوص فرایند سرد کردن) می باشد. تا محصول نهایی از کیفیت لازم و حداقل تغییرات برخوردار بوده و برای استفاده در بتن مناسب باشد. در شکل ۲-۱۲ نسبت های اختلاط انتخاب شده از نظر نسبت آب به مواد سپمانی مورد بررسی قرار گرفته اند. همان گونه که مشاهده می شود درصد زیادی از مخلوط های بتنی ساخته شده در مراکز تحقیقاتی کشور (۸۰ درصد) دارای نسبت آب به مواد سیمانی 0.3 تا 0.4 بودند.

نکته ی قابل توجه تأثیرپذیری این نسیت از الزامات بتن سخت شده می باشد. به گونه ای که با توجه به مسائلی چون مقاومت فشاری هدف و شرایط محیطی قرار گیری بتن محدودیت هایی در ارتباط با حداکثر نسبت آب به مواد سیمانی مجاز باید اعمال شود. در این صورت با کاهش میزان آب مخلوط و متعاقبا کاهش روانی بتن تازه، معمولا نیاز به مصرف میزان بیشتر فوق ” روان کننده به وجود می آید که از نظر اقتصادی امری نامطلوب است.

البته استفاده از مواد مکمل سیمانی که باعث افزایش روانی بتن تازه می شوند، همانند خاکستر بادی و روبارهی کوره ی آهن گدازی می تواند تا حدی این مسئله را جبران نماید. در مواردی که الزامات بشن سخت شده محدود کننده نباشد، استفاده از نسبت های آب به مواد سیمانی بیشتر تا جایی که پایداری بتن تازه دچار مشکل نشود. می تواند منجر به کاهش میزان مصرف فوق روان کننده شود.

 

مخلوط بتن

مخلوطهای بتنی انتخاب شده با توجه به میزان مواد پودری طبقه بندی شده اند. همان گونه که مشاهده می شود در هر دو گروه مطالعات صورت گرفته، بیشترین مخلوط ها در بازهی ۴۰۰ تا ۵۰۰ کیلوگرم در مترمکعب قرار گرفته اند. این امر بیانگر این مسئله می باشد که برای دست یابی به خاصیت خودتراکمی به کار گیری مواد پودری به میزان حداقل ۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می تواند تا حدودی موجب سهولت کار گردد. البته باید توجه داشت که به کار گیری مقادیر زیاد مواد پودری مترادف با عیار بالای سیمان پرتلند نمی باشد؛ مصرف پرکننده های معدنی و مواد مکمل سیمان می تواند به عنوان راه حل اقتصادی تر در رسیدن به خواص مطلوب راهگشا باشد.

با مقایسه ی مخلوطهای ساخته شده در ایران و سایر کشورها، می توان استفاده از مقادیر بسیار بیشتر سیمان پرتلند را در تحقیقات پژوهشگران ایرانی مشاهده نمود. در واقع می توان حدس زد که برای تأمین ویژگی هایی چون قابلیت پرکنندگی و عبور، راهکار اصلی انتخاب شده در ساخت این مخلوطها افزایش عیار سیمان بوده است، این در حالی است که امروزه در کنار مسائل اقتصادی، زیان های زیست محیطی سیمان پرتلند باعث شده است.

محققین برای کاهش میزان مصرف سیمان پرتلند در صنعت بتن تلاش فزاینده ای داشته باشند. دلیل دیگری که در پاره ای از موارد می تواند منشأ کاربرد مقادیر بیشتر سیمان پرتلند در این مخلوطها باشد، نوسان در ویژگی های سیمان های پرتلند تولید شده در کشور است، این مسئله مهندسین را ناگزیر از افزایش عیار سیمان پرتلند به منظور تامین مقاومت فشاری و ثبات مورد نیاز در بتن خودتراکم می نماید.

 

انتخاب درست مصالح و نسبت اختلاط

نتایج مطالعات مختلف نشان می دهد در صورت انتخاب درست مصالح و نسبت های اختلاط می توان با به کار گیری عیار سیمان پرتلند به میزان کمتر از ۳۵۰ کیلوگرم در متر مکعب نیز به مخلوط بتن خود تراکم دست پیدا کرد. رمضانیان پور و کاظمیان (۱۳۹۰) با انجام آزمایش هایی موفق به ساخت مخلوط بتن خودتراکم حاوی ۲۶۰ کیلوگرم در مترمکعب سیمان پرتلند شدهاند. این افراد برای کاهش نیاز به حجم زیاد خمیر سیمان، از دانه بندی با چگالی تراکمی زیاد و برای تأمین پایداری مورد نیاز در مخلوط بتن تازه، از پوزولان زئولیت طبیعی و نیز پودر سنگ آهک (مادهی پرکننده ی معدنی) استفاده کرده و موفق به ساخت مخلوط های بتن خود تراکم فاقد افزودنی اصلاح کنندهی لزجت و دارای مقاومت فشاری لازم برای مقاصد سازه ای شده اند.

در نهایت با توجه به نمودارها و موارد مطرح شده در این قسمت، به نظر می رسد شناخت انتظارات از بتن خودتراکم تازه و سخت شده (تفکیک مفاهیم “بتن خودتراکم” و “بتن پر مقاومت”) و نیز انتخاب درست مواد و مصالح مصرفی می تواند تأثیر فراوانی در مرحلهی تعیین نسبت های اختلاط داشته باشد. با مطالعه ی تأثیر پارامترهای مختلف بر ویژگی های بتن تازه و سخت شده و حتی الامکان به کارگیری مصالح بومی می توان با صرف هزینه ی کمتر به مخلوطهای خود تراکمی با ویژگی های مناسب در حالات تازه و سخت شده و پایایی بیشتر در برابر عوامل محیطی مهاجم دست پیدا کرد.

بتن سوئدی

روش CBI بتن سوئدی

این روش برای طرح مخلوط بتن خودتراکم توسط Billberg و Petersson (انجمن تحقیقات سیمان و بتن سوئد) ارائه شده است. در این روش بتن به صورت یک فاز جامد (سنگدانه) که درون فاز مایع (خمیر سیمان متشکل از مواد پودری، آب و افزودنی های شیمیایی قرار دارد، در نظر گرفته می شود، به این صورت که خمیر سیمانی فضای خالی موجود در ماتریس سنگدانه را پر کرده و لایه ی نازکی از آن نیز محیط هر دانهی سنگی را در برمی گیرد. در این روش دو مرحله ی اصلی وجود دارد.

الف – انتخاب حداکثر میزان سنگدانه و بنابراین کمترین مقدار خمیر سیمان که بر اساس معیار انسداد (بلوکه شدن صورت می گیرد. به این ترتیب از تأمین قابلیت عبور (با توجه به شرایط کاربردی) بتن خودتراکم اطمینان حاصل می شود.

ب- تعیین ترکیب اجزای خمیر سیمان با هدف دست یابی به ویژگی های دلخواه در بتن سخت شده و روانی کافی بتن خودتراکم تازه.

 

تحلیل انسداد بتن

تحلیل انسداد (ارزیابی قابلیت عبور) در این روش بر اساس کارهای تحقیقاتی صورت گرفته در ژاپن و تایلند انجام می شود. نتایج این تحقیقات نشان دادند که احتمال انسداد بتن تازه در مواجهه با آرماتورها و موانع دیگر را می توان با در نظر گرفتن سهم مشارکت هر بخش از سنگدانه به دست آورد. همچنین هنگامی یک مخلوط بتنی مناسب به دست می آید که مقدار عددی ریسک وقوع انسداد کمتر از “یک” باشد. یکی از ویژگی های مثبت روش CBI در نظر گرفتن دانه بندی کلی مخلوط سنگدانه ی مصرفی در بتن است. این مسئله از ایجاد سردرگمی و اشتباه ناشی از تفاوت های موجود بین ایین نامه های کشورهای مختلف (در مسائلی از قبیل مرز بین ریزدانه و درشت دانه و حداکثر اندازه سنگدانه) جلوگیری می کند، این روش همچنین شرایط بتن ریزی را با در نظر گرفتن نسبت اندازه ی سنگدانه به حداقل فاصله ی آزاد موجود برای عبور بتن، لحاظ می کند. ارزیابی قابلیت عبور و احتمال انسداد بتن بر پایه ی دو مورد صورت می گیرد.

الف- در یک مخلوط سنگدانه و خمیر برای هر بخشی از سنگدانه با اندازه ی مشخص، یک نسبت حجمی وجود دارد که منجر به انسداد بتن و عدم عبور آن از یک مجرا می شود. این نسبت حجمی انسداد تابعی از موارد زیر می باشد.

– نسبت فاصله ی آزاد موجود به قطر دانه (پارامتر غالب) .

– شکل سنگدانه ها.

– نسبت اندازه ی دانه به قطر میلگرد.

از طرفی در صورتی که مخلوط در حالت سکون دچار جداشدگی نشود، نسبت حجمی انسداد نسبت به ویژگی های خمیر سیمان مستقل در نظر گرفته می شود.

 

ب- در یک مخلوط بتنی میزان ریسک انسداد از مجموع سهم حجمی بخش های مختلف سنگدانه ی مصرفی (حجم هر گروه سنگدانه تقسیم بر حجم بتن) تقسیم بر نسبت حجمی انسداد همان گروه سنگدانه به دست می آید. مقدار حاصل شده برای ریسک انسداد باید کمتر و یا برابر با یک باشد.

ریسک انسداد که در آن را سهم حجمی بخش 1 از سنگدانه (با اندازه مشخص) می باشد و نسبت حجمی انسداد برای این بخش از سنگدانه می باشد. در گذشته مقادیر عددی توسط Ozawa و همکارانش (۱۹۹۲) و نیز آTangtermsiriku و Van (1995) به صورت آزمایشگاهی تعیین و روابط به دست آمده است.

حجم انسداد گروه سنگدانهى أو V حجم کل بتن می باشد. همچنین پارامتر و فضای آزاد موجود بین آرماتورها و یا موانع دیگر، پارامتر K حاصل تقسیم قطر آرماتور بر حداکثر اندازهی سنگدانه و در نهایت Dar قطر گروه سنگدانه است که مقدار آن برابر با ( M-1+0.75 (M-M1 می باشد که در آن Mو 1.M به ترتیب حد بالا و پایین اندازه ی الکهای مربوط به گروه سنگدانه می باشد، برای هر مخلوط سنگدانه، مقادیر حجمی مربوط به هر بخش سنگدانه (با اندازه مشخص) را می توان از منحنی دانه بندی مخلوط سنگدانه و مقادیر وزن مخصوص محاسبه نمود. سپس این مقادیر را می توان به صورت نسبتی از حجم بتن (ni) و بر اساس مقدار خمیر بیان نمود.

اگر ترکیب ریزدانه و درشت دانه بر اساس نسبت حجمی درشت دانه به کل سنگدانه (Non) تعریف شود، آنگاه محاسبه ی همه ی مقادیر ممکن Nga از صفر (فاقد درشت دانه) تا یک (فاقد ریزدانه) منجر به منحنی هایی برای کمترین مقدار خمیر لازم (Vvwmin) می شود، مشابه آنچه در شکل ۲-۸۰ برای یک نمونه ی درشت دانه ی شکسته و یک نمونه ی درشت دانهی گردگوشه ارائه شده است. نیاز به مقادیر بیشتر خمیر سیمان برای سنگدانه های تیز گوشه در منحنیهای ارائه شده نمایان است. منحنی فضای خالی در مخلوط سنگدانه نیز در این شکل نشان داده شده است. تجربه نشان داده است که انجام فرایند تحلیل انسداد برای مقادیر N تا 0.2 منجر به حصول مقدار مورد نیاز خمیر سیمان به میزانی کمتر از فضای خالی بین مجموعه ی سنگدانه ها می شود، مسئله ای که نشانگر عدم اعتبار روش برای چنین مخلوط هایی است. با این وجود تعداد بسیار اندکی از مخلوطهای بتنی دارای چنین مقدار کم N خواهند بود. به هر حال اعتبار این روش برای مقادیر Ne در بازهی 0.3 تا 0.6 تأیید شده است. مقدار N معمولا به گونه ای انتخاب می شود که منجر به کمترین فضای خالی در مخلوط سنگدانه ها شود.

 

ترکیب اجزای خمیر سیمان

نسبت آب به مواد سیمانی و نوع مواد سیمانی با در نظر گرفتن خواص مورد انتظار از بتن در حالت سخت شده تعیین می شود و با فرض انتخاب عیار سیمان پرتلند، در مرحله ی بعد حجم مورد نیاز خمیر سیمان به دست آمده از تحلیل انسداد) از طریق افزودن هوای عمدی (در صورت نیاز) و نیز ماده ی پرکشنده ی معدنی خنثی تأمین می شود. اگر مقادیر سیمان پرتلند و اب بسیار کم باشد و نیاز به مقادیر بیشتر ماده ی پرکننده باشد. آنگاه مصرف مقادیر بیشتر افزودنی فوق روان کننده سبب افزایش هزینه ی تولید بتن خودتراکم خواهد شد. در چنین حالتی ممکن است بمن دارای لزجت زیاد و نرخ جریان کم گردد.

در روش CBI اشاره ای به کاربرد خاکستر بادی یا روبارهی کوره ی آهن گدازی نشده است نسبت آب به مواد پودری نیز همانند حجم خمیر سیمان در کنترل پایداری بتن تازه تأثیر گذار است. اگر نسبت بیش از حد زیاد باشد مخلوط دچار جداشدگی می شود و اگر این نسبت بسیار کم باشد، لزجت خمیری بتن به اندازهای زیاد می شود که قابلیت جریان بتن را تحت تأثیر قرار می دهد. در روش CBI مادهی پرکننده ی مناسب و میزان مصرف افزودنی فوق روان کننده با انجام آزمایش های رئولوژی بر روی ملات حاوی ریزدانه هایی با حداکثر اندازهی 0.25 میلی متر تعیین می شود. در این آزمایش ها مقدار افزودنی فوق روان کننده که سبب کاهش تنش تسلیم به مقادیر نزدیک صفر (مقدار اشباع می شود، نیز مشخص می شود. باید توجه داشت که اگر چه ساز گاری افزودنی حباب هوازا با افزودنی فوق روان کننده ی مصرفی را می توان در این مرحله بررسی نمود، اما عملکرد مناسب تر کیب افزودنی ها باید با انجام آزمایش هایی بر روی مخلوطهای بتنی تأیید شود.

 

خواص مخلوط بتنی

در روش CBT میزان پخش شدگی مناسب در آزمایش جریان اسلامپ برابر با ۷۰۰ میلی متر در نظر گرفته شده و پایداری مخلوط نیز با ارزیابی دیداری وضعیت لبهی خارجی دایرهی بتنی بررسی می شود. در این روش زمان Tso نیز صرفا ثبت می شود و توصیه ی خاصی در مورد مقادیر أن ارائه نشده است. با این حال، همان طور که در فصل سوم توضیح داده خواهد شد، مقدار کم زمان Tso نشانگر وجود خطر جداشدگی و مقدار زیاد آن نشانه ی نرخ کم جریان بتن می باشد.

در روش طرح مخلوط CBI قابلیت عبور بتن توسط آزمایش جعبهی L شکل اندازهگیری می شود که نسبت انسداد حاصل از آزمایش باید بزرگتر از 0.8 باشد. مخلوط بتنی هنگامی دارای مقاومت کافی در برابر جداشدگی خواهد بود که سنگدانه های درشت توزیع یکنواختی در طول جعبه ی L شکل داشته باشند. باید توجه داشت که روش انجمن تحقیقات سیمان و بتن سوئد نیز مانند غالب روش های طرح مخلوط بتن خودتراکم توصیه های مشخصی در خصوص کاربرد افزودنی های اصلاح کننده ی لزجت در مخلوطهای بتن خودتراکم ندارد.

 

روش CBI تعمیم یافته

Van و Montgomery (۱۹۹۹) برای بهبود روش CBI پیشنهاد استفاده از یک معیار دیگر (علاوه بر معیار انسداد) را در محاسبات حداقل حجم خمیر سیمان ارائه کردند. در واقع می توان گفت معیار “فاز مایع ” برای حصول اطمینان از وجود حجم کافی خمیر برای تأمین حداقل فاصله ی مورد نیاز بین دانه های سنگی مطرح شده است. متوسط فاصله ی بین دانه ها (D) به کمک موارد زیر محاسبه می شود.
– متوسط اندازه دانه ها که به کمک منحنی دانه بندی محاسبه می شود.

– حجم اندازه گیری شده ی حفرات در مخلوط متراکم سنگدانه.
– حجم خمیر سیمانی، مخصوصا میزان مازاد بر خمیر مورد نیاز برای پر کردن فضای خالی بین سنگدانه ها.
حداقل فاصله مورد نیاز بین سنگدانه ها (Dasmin) با انجام مجموعه ای از آزمایشها بر روی مخلوطهای بتنی ساخته شده با مصالح زیر به دست آمده اند.
– پنج نوع سیمان پرتلند معمولی، پرتلند منبسط شونده (دو نوع)، سیمان روباره ای (دو نوع حاوی ۳۰ و ۶۵ درصد روبارهی کوره ی آهن گدازی).
– سه نوع پودر سنگ آهک با مقادیر نرمی ۳۸۰، ۸۷۰ و ۱۶۸۰ مترمربع بر کیلوگرم.
– خاکستر بادی.
– پنج نوع مصالح درشت دانه از منابع مختلف) با حداکثر انداز دی سنگدانه ی ۱۰، ۱۴ و۲۰ میلی متر .
– دو نوع ماسه ی رودخانه ای.
– افزودنی فوق روان کننده بر پایهی نفتالین.

 

باید توجه داشت که همه ی مخلوط های بتنی ساخته شده فاقد افزودنی اصلاح کننده ی لزجت بوده اند. نتیجه ی این آزمایش ها نشان دادند که Dania به عوامل زیر وابسته است.

– خواص سنگدانه ها، مواد پودری و فوق روان کنندهی مصرفی.
– نسبت آب به مواد پودری.
– مقدار فضای خالی در مخلوط سنگدانه ها.
– اندر کنش بین اجزای خمیر سیمان.

 

همچنین برای تأمین پایداری کافی در مخلوط های با روانی مناسب (قطر پخش شدگی ۶۵۰ میلی متر در آزمایش جریان اسلامپ) و در نسبتهای آب به مواد پودری بیشتر و حداکثر اندازه ی سنگدانه ی بزرگتر، مقادیر بیشتر Dssmin مورد نیاز بوده است. نتایج متعارف برای حداکثر اندازه ی سنگدانه ی ۲۰ میلی متر نشان داده شده است.

همان گونه که مشاهده می شود هنگامی که D از 6.5 میلی متر فراتر می رود. مقادیر Dssmin به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. بنابراین نسبت درشت دانه به کل سنگدانه ها (N) باید به گونه ای انتخاب شود که D کمتر از 6.5 میلی متر شود.

در فرایند طرح اختلاط پیشنهادی، پس از به دست آوردن Dssmin مورد نیاز، حداقل خمیر لازم Vdmin از رابطه ی به دست می آید که صورت دیگری از رابطه ی است و پارامترهای آن نیز در بالا توضیح داده شده است.

مشاهده می شود که معیار “فاز مایع در مقادیر کم N معیار حاکم می باشد و بنابراین مشکلی که در خصوص مقادیر کم خمیر سیمان حاصل از معیار “انسداد” عنوان شد، به این صورت برطرف شده است. در این مثال با در نظر گرفتن مقدار را برابر با 0.5 (که مقدار متعارفی است) در صورتی که میزان فاصله ی آزاد ۴۱ میلی متر باشد، معیار “انسداد” و در صورت افزایش این فاصله به ۵۸ میلی متر معیار “فاز مایع” حاکم خواهد بود. با توجه به توضیحاتی که در این قسمت ارائه شد، می توان روش CBI تعمیم یافته را به صورت گام به گام به این صورت عنوان نمود.

 

گام به گام روش CBI تعمیم یافته

(1) تعیین ضوابط و محدودیت های اجرایی.
– فاصله ی آزاد و قطر آرماتورها.
– مقاومت فشاری و سایر الزامات بتن سخت شده.

(۲) تعیین خواص مواد و مصالح مصرفی.
– وزن مخصوص مواد پودری.
– وزن مخصوص و دانه بندی گروه های سنگدانه (که به کمک آن قطر متوسط (D) برای نسبت های مختلف درشت دانه (N) محاسبه می شود).
– میزان فضای خالی به ازای مقادیر را بین 0.4 تا 0.6)، (درحالی که D از 6.5 میلی متر کوچک تر است).

(۳) محاسبه ی حداقل حجم مورد نیاز خمیر سیمان Vmwmin با در نظر گرفتن N و بر اساس معیار انسداد.

(۴) انتخاب اجزای خمیر و نسبت آب به مواد پودری برای دست یابی به مقاومت فشاری مورد نیاز (و یا سایر خواص بتن در سنین اولیه و در حالت سخت شده).

(۵) محاسبه ی حداقل مقادیر مورد نیاز Dmin برای مقادیر مختلف D با در نظر گرفتن N و بنابراین حداقل حجم خمیر مورد نیاز Volumn بر اساس معیار “فاز مایع”.

(۶) بر اساس معیار فاز مایع، مقدار بهینه ی N مقداری است که نیاز به کمترین حجم خمیر دارد، به شرطی که مقدار مناظر Dاز 6.5 میلی متر بزرگتر نباشد. در غیر این صورت مقدار را به ازای D=6.5 mm انتخاب می شود.

(۷) حجم خمیر سیمان برابر با مقدار بزرگتر Vmwman و Vodmin انتخاب می شود؛ اما در صورتی که این مقدار از ۴۲۰ لیتر در متر مکعب بزرگتر باشد (مانند مواردی که فاصله ی آزاد . بین آرماتورها بسیار کم باشد)، آنگاه باید استفاده از سنگدانه با حداکثر اندازه ی کوچکتر بررسی شود.

(۸) در این مرحله مقدار مصرف فوق روان کننده تخمین زده شده و مخلوطهای آزمون ساخته و مورد آزمایش قرار میگیرند. در صورت نیاز می توان نسبت آب به مواد پودری و میزان مصرف افزودنی فوق روان کننده را اصلاح نمود تا مجموعه ی خواص مورد انتظار حاصل شود.

روش انجمن بتن ایالات متحده

ACI

کمیته ی ۲۳۷ انجمن بتن ایالات متحده (ACI) در گزارش خود یک روند ۸ مرحله ای را برای طرح مخلوط بتن خودتراکم پیشنهاد کرده است. این کمیته مدعی است در صورت به کار گیری افزودنی های مناسب، انجام این مراحل منجر به انتخاب سنگدانه های مناسب برای تأمین قابلیت عبور مورد نیاز می شود؛ ضمن اینکه انتخاب نسبت آب به مواد سیمانی و حجم خمیر و ملات نیز به گونه ای است که میزان پخش شدگی (آزمایش جریان اسلامپ) و پایداری در مخلوطهای آزمون متناسب با نیازها حاصل خواهد شد. مراحل پیشنهاد شده توسط کمیته ی ۲۳۷ انجمن بتن ایالات متحده (ACI) به طور خلاصه عبارت اند از:

  • اول: انتخاب میزان پخش شدگی مورد نیاز در آزمایش جریان اسلامپ.

  • دوم: انتخاب اندازه و حجم سنگدانه های درشت مصرفی (بر اساس گزارش های کمیته های ۲۱۱ و ۳۰۱ انجمن بتن ایالات متحده).

  • سوم: تخمین عیار مواد سیمانی و آب مصرفی .

  • چهارم: محاسبه ی حجم خمیر و ملات.

  • پنجم: انتخاب افزودنی.

  • ششم: ساخت مخلوط آزمون.

  • هفتم: انجام آزمایش بر روی مخلوط آزمون (به منظور ارزیابی کارایی بتن خودتراکم. علاوه بر آزمایش جریان اسلامپ، آزمایشی برای ارزیابی پایداری و قابلیت عبور مخلوط نیز باید انجام گیرد) .

  • هشتم: اصلاح نسبتهای اختلاط بر اساس نتایج آزمایش ها و تکرار گام ششم تا رسیدن به نتایج مطلوب .

 

همان گونه که در قسمت قبل اشاره شد، توانایی بتن خود تراکم برای جریان یافتن و عبور از میان فضاهای خالی بین آرماتورها تابعی از حداکثر اندازه سنگدانه و نیز حجم سنگدانه های موجود در مخلوط بتن است. روش ارائه شده توسط انجمن بتن ایالات متحده موارد تأثیرگذار بر اندازه و حجم سنگدانه های درشت مورد نیاز را این گونه معرفی می کند.

  1. فاصله ی آزاد بین آرماتورها.

  2. بافت سطحی سنگدانه های مصرفی (سنگدانه های طبیعی گردگوشه با سطح صاف در مقابل سنگدانه های شکسته و تیزگوشه).

  3. دانه بندی سنگدانه های درشت.

 

این روش همچنین مخلوطهای بتنی را بر اساس حداکثر اندازه اسمی سنگدانه به دو گروه تقسیم می کند. گروه اول که در آنها حداکثر اندازه اسمی سنگدانه ها برابر و با بزرگتر از ۱۲/۵ میلی متر می باشد و گروه دوم که حداکثر اندازه اسمی سنگدانه ها در آنها کوچکتر از ۱۲/۵ میلی متر است و برای مقاطع با آرماتور زیاد و یا شرایط بتن ریزی خاص کاربرد دارند.

بتن در نظر گرفته می شود، به عبارت دیگر حجم تودهای سنگدانه های درشت (در حالت خشک) باید نیمی از حجم بتن را به خود اختصاص دهد. برای گروه دوم نیز ۵۰ درصد ماسه و ۵۰ درصد سنگدانه (درصدهای حجمی) توسط این روش پیشنهاد شده است که البته این نسبت بعد از ارزیابی کارایی مخلوطهای آزمون قابل تغییر است.

برای مخلوط هایی با میزان پخش شدگی کمتر از ۵۵۰ میلی متر نیاز به اندکی لرزش برای تراکم بتن می باشد.

در بازه هایی برای میزان مواد پودری و بازه هایی برای پارامترهای مختلف مخلوط بتن خودتراکم توسط این روش پیشنهاد شده است. قابل ذکر است که از آنجایی که معمولا در طرح مخلوط بتن خودتراکم، مقاومت فشاری عاملی تعیین کننده نمی باشد، میزان مواد پودری با فرض تأمین مقاومت فشاری کافی پیشنهاد شده است.

 

روش مرکز بین المللی تحقیقات سنگدانه ها در دانشگاه تگزاس (ICAR)

روش پیشنهادی مرکز بین المللی تحقیقات سنگدانه ها در دانشگاه تگزاس (ICAR) برای طرح مخلوط بتن خودتراکم به طور کلی شامل سه مرحله ی اصلی انتخاب سنگدانه های تعیین حجم خمیر سیمان و تعیین اجزای خمیر سیمان می شود. هر یک از این سه مرحله از مراحل قبلی تأثیر می پذیرند؛ بدین صورت که حجم مورد نیاز خمیر سیمان ارتباط مستقیمی با ویژگیهای سنگدانه های مصرفی دارد و همچنین اجزای تشکیل دهنده ی خمیر سیمان باید با توجه به سنگدانه ها و حجم خمیر مورد نیاز انتخاب شوند. نقش هر یک از این سه پارامتر بر ویژگی های بتن خودتراکم به طور خلاصه آورده شده است. روند طرح مخلوط بتن خود تراکم که توسط مرکز بین المللی تحقیقات سنگدانه ها در دانشگاه تگزاس (ICAR) ارائه شده است. به صورت زیر می باشد.

 

مرحله ی اول انتخاب سنگدانه ها

– گام اول: انتخاب منابع تأمین سنگدانه های درشت، متوسط و ریز به طور جداگانه – گام دوم: بررسی و ارزیابی ترکیب های مختلف سنگدانه ها (حداکثر انداز ہی سنگدانه، دانه – بندی، شکل و میزان تیزگوشه گی) – گام سوم: تعیین میزان حفرات خالی موجود در هر مخلوط سنگدانه.

 

مرحله ی دوم: تعیین حجم خمیر سیمان

– گام اول: تعیین حداقل حجم خمیر سیمان برای تأمین قابلیت عبور و قابلیت پر کنندگی (انتخاب مقدار بزرگ تر) – گام دوم: افزایش حجم خمیر سیمان برای اطمینان از ثبات رفتار مخلوط بتنی.

 

مرحله ی سوم: تعیین اجزای خمیر سیمان

  • اول: انتخاب سیمان، مواد مکمل سیمان و پرکننده های معدنی.

  • دوم: انتخاب حداکثر نسبت آب به سیمان و نسبت آب به مواد سیمانی، تعیین حداقل و حداکثر میزان مصرف مواد جایگزین سیمان با توجه به ویژگی های کوتاه مدت و دراز مدت مورد انتظار برای پرکننده های معدنی نیز در صورت تأثیر گذاری بر خواص بتن سخت شده باید حدود مصرف تعیین شود).

  • سوم: تعیین میزان هوای مورد نیاز در بتن با توجه به شرایط محیطی (فرض ۲ درصد در صورت عدم استفاده از افزودنی حباب هوازا).

  • چهارم: تعیین نسبت آب به خمیر سیمان و نیز مواد پودری با توجه به کارایی.

  • پنجم: محاسبه ی مقادیر هر یک از اجزای خمیر سیمان .

  • ششم: ساخت مخلوطهای آزمون و اصلاح مقادیر و نسبت ها تأثیر بروز تغییرات در این سه پارامتر بر جنبه هایی از کارایی بتن خودتراکم به صورت کیفی نشان داده شده است که برای اصلاح مخلوطهای آزمون می تواند مفید باشد.

 

همان گونه که اشاره شد، در این روش در گام نخست سنگدانه های مصرفی در بتن خودتراکم انتخاب می شود. برای این کار سه مشخصه ی حداکثر اندازهی سنگدانه، دانه بندی و مشخصات ظاهری (شکل، تیز گوشه گی و بافت سطحی ذرات) باید مدنظر قرار گیرد. این روش بیان می کند که افزایش حداکثر اندازهی سنگدانه تا جایی که منجر به گسترش تنوع اندازه ذرات و در نتیجه بهبود دانه بندی شود، تاثیر مثبتی بر کارایی دارد. البته برای افزایش قابلیت عبور و مقاومت در برابر جداشدگی بتن خودتراکم می توان حداکثر اندازه سنگدانه را کاهش داد. به هر حال از نظر ICAR حداکثر اندازه سنگدانه ی سه هشتم تا 1 اینچ برای کاربردهای معمول قابل قبول میباشد.

 

دانه بندی سنگدانه

در مورد دانه بندی سنگدانه ها در مخلوط بتن خودتراکم می توان گفت دانه بندی بهینه بستگی به مصالح مصرفی و کاربرد بتن خودتراکم دارد. به طور کلی مخلوط های سنگدانه با دانه بندی پیوسته که دارای کمبود و با مقادیر بسیار زیاد ذرات روی دو الگ متوالی نباشد و نیز مخلوط های دارای چگالی تراکمی زیاد برای استفاده در بتن خودتراکم مطلوب هستند. با اینکه دانه بندی گسسته گاهی سبب کاهش نیاز بدن به افزودنی فوق روان کننده می شود ولی به دلیل افزایش خطر جداشدگی بهتر است از آن اجتناب شود.

در اغلب موارد، منحنی توانی۰/۴۵ باعث ایجاد یک مخلوط سنگدانهی متراکم، کاهش لزجت خمپری بتن تازه و متعاقبا کاهش نیاز به فوق روان کننده می شود که امری مطلوب است. این منحنی را می توان روی یک نمودار درصد سنگدانه ی عبوری بر حسب اندازه ذرات (به توان۰/۴۵) رسم نمود. همان گونه که در شکل ۲-۶ مشاهده می شود، معمولا یک خط مستقیم از مبدأ تا حداکثر اندازه سنگدانه رسم می شود. این روش منجر به نیاز به حجم زیادی از مصالح عبوری از الک نمرهی ۲۰۰ میشود که بهتر است به عنوان مواد پودری جزئی از خمیر سیمان در نظر گرفته شوند.

بنابراین برای رسم منحنی توانی۰/۴۵ باید خط مستقیمی بین نقطه ی متناظر با الگ نمرهی ۲۰۰ و حداکثر اندازه سنگدانه رسم شود. در صورت عدم دستیابی، دانه بندی های ریزتر از منحنی توانی۰/۴۵ نسبت به دانه بندی های درشت تر ارجح هستند. در ابتدا به عنوان یک حدس اولیه برای ترکیب سنگدانه ها می توان نسبت ماسه به گل سنگدانه را عددی بین۰/۴ و ۰/۵ در نظر گرفت. مشخصات ظاهری، به ویژه شکل و تیز گوشه گی ذرات، مشخصه ی دیگری از سنگدانه است که از طریق تغییر میزان اصطکاک بین ذرات و حفرات موجود بین آنها، تأثیر زیادی بر کارایی بتن تازه دارد. سنگدانه های حجیم و گردگوشه بهترین عملکرد را برای استفاده در بتن خود تراکم دارند.

 

سنگدانه تیزگوشه

با این وجود سنگدانه هایی با هر میزان تیزگوشه گی و با هر شکلی را می توان با افزایش حجم خمیر سیمان در بتن خود تراکم بکار گرفت. هنگامی که حجم خمیر سیمان برای سنگدانه های مصرفی کافی باشد، کارایی را می توان با تغییر اجزای خمیر سیمان بهبود بخشید. برای تعیین شکل و نیز گوشه گی ذرات در روش پیشنهادی ICAR، ارزیابی دیداری انجام می گیرد. در این سیستم ارزیابی عددی بین ۱ تا ۵ به سنگدانه نسبت داده می شود که عدد ۱ نشان دهنده ی سنگدانه ی حجیم گرد گوشه و عدد ۵ نشان دهنده ی سنگدانه ی مسطح یا طویل و کاملا تیز گوشه است.

در مورد خمیر سیمان نیز نگرش روش ICAR، تأمین حداقل حجم خمیر سیمان برای ایجاد قابلیت پر کنندگی و قابلیت عبور مورد نیاز در بتن خودتراکم است؛ زیرا صرف نظر از اجزای تشکیل دهنده خمیر سیمان، دستیابی به کارایی مورد نظر در بتن خودتراکم در صورت عدم وجود این حداقل حجم خمیر ممکن نیست. این میزان حداقل با در نظر داشتن دو ویژگی پر کنندگی و قابلیت عبور، به طور مستقل تعیین می شود.

البته برای اطمینان از عملکرد مخلوط حاصل شده از این روش، مقدار به دست آمده با توجه به مسائلی چون روند کنترل کیفیت و نوسانات مورد انتظار در مصالح، به میزان معینی افزایش داده می شود. حجم کل خمیر مورد نیاز برای تأمین قابلیت پرکنندگی (Voustic-iling ability) برابر است با مجموع خمیر مورد نیاز برای پر کردن حفرات (Vpaste-voids) و در بر گرفتن سنگدانه ها .Vpaste) (spacing به منظور کاهش اصطکاک بین آنها) مهم ترین عامل تعیین کننده ی حجم خمیر لازم برای در بر گرفتن سنگدانه ها، شکل و میزان تیز گوشه گی سنگدانه های مصرفی می باشد؛ به گونه ای که برای سنگدانه های حجیم و کاملا گرد گوشه (عدد ۱ در سیستم ارزیابی دیداری) این مقدار برابر ۸ درصد حجم بتن و برای سنگدانه های تیز گوشه و نامناسب (عدد ۵ در سیستم ارزیابی دیداری) این مقدار برابر ۱۶ درصد توصیه می شود. حجم کل خمیر مورد نیاز برای تأمین قابلیت پرکنندگی، پس از تعیین درصد حجم حفرات موجود در مخلوط سنگدانهی متراکم (voids compacted agg%) توسط تعیین می گردد.

 

روش ICAR

مقدار خمیر مورد نیاز برای در بر گرفتن سنگدانه ها نیز بر اساس نتیجه ی ارزیابی دیداری (RA) توسط رابطهی ۴۲ تخمین زده می شود. روش ICAR به منظور افزایش اطمینان و تأیید نتایج حاصل از روابط ساخت حداقل دو مخلوط آزمون دیگر با حجم خمیر سیمان کمتر و بیشتر از مقدار محاسبه شده را توصیه می کند. در مورد حداقل حجم خمیر مورد نیاز برای تأمین قابلیت عبور نیز، این روش در مواردی که بتن خود تراکم برای استفاده در مقاطع کم آرماتور و یا فاقد آرمانور طراحی می شود، تعیین آن را الزامی نمی داند.

در سایر موارد نیز ساخت مخلوط هایی با حجم خمیر سیمان برابر و بیشتر از مقدار به دست آمده در مرحله ی قبل (در حالی که اجزای خمیر سیمان ثابت نگه داشته شوند) و انجام آزمایش حلقهی ابر روی این مخلوطهای آزمون توصیه شده است، در صورتی که میزان حداقل خمیر مورد نیاز برای تأمین قابلیت عبور، از حجم خمیر مورد نیاز برای تأمین ویژگی پر کنندگی بیشتر باشد، اصلاح دانه بندی سنگدانه ها می تواند مدنظر قرار گیرد.

راهکارهایی چون کاهش حداکثر اندازه سنگدانه و کاهش مدول نرمی مخلوط سنگدانه می تواند در این زمینه راهگشا باشد، در نهایت نیز با انتخاب مقدار بزرگتر به دست آمده از الزامات قابلیت های پرکنندگی و عبور، مقدار اولیه ی حجم خمیر مورد نیاز تعیین می شود. سپس این مقدار برای اطمینان از عملکرد مخلوط بتنی نهایی و کاهش حساسیت به تغییرات (افزایش ثبات)، با توجه به مسائلی چون روند کنترل کیفیت و نوسانات مورد انتظار در مصالح، به میزان معینی افزایش داده میشود. در مرحله ی سوم و نهایی طرح مخلوط بتن خود تراکم به روش مرکز بین المللی تحقیقات سنگدانه ها در دانشگاه تگزاس (ICAR)، اجزا و پارامترهای مختلف خمیر سیمان تعیین می شود.

در این مرحله با توجه به اهداف و میزان اهمیت خواص مختلف بتن خود تراکم، در خصوص مسائلی چون استفاده از مواد مکمل سیمان، نسبت آب به سیمان و میزان هوای مورد نیاز در بتن خودتراکم تصمیم گیری می شود. در جدول ۲-۷ پارامترهای تأثیرگذار بر خواص مختلف بتن خودتراکم در حالت تازه و سخت شده معرفی شده اند. متناسب با اهمیت هر ویژگی بتن، پارامتر متناظر با آن مورد توجه قرار می گیرد. علاوه بر این، در روش ICAR مقدار مواد پودری در صورت عدم استفاده از افزودنی اصلاح کنندهی لزجت بین ۳۸۵ تا ۵۳۴ کیلوگرم بر مترمکعب (مقادیر کمتر در صورت استفاده از افزودنی اصلاحکنندهی لزجت) و نسبت آب به مواد پودری بین ۳/ ۰ تا۰/۴۵ (نسبتهای بزرگتر در صورت استفاده از افزودنی اصلاح کنندهی لزجت) پیشنهاد شده است.

طرح مخلوط بتن خود تراکم در ویلا سازی

طرح مخلوط بتن خود تراکم

قابلیت جریان پذیری و مقاومت در برابر جداشدگی دو مورد اساسی هستند که باید در تعیین نسبتهای اختلاط بتن خودتراکم مورد توجه قرار گیرند. برای ایجاد قابلیت جریان پذیری مناسب در بتن، تنش تسلیم کم مورد نیاز است و برای پیدایش مقاومت زیاد در برابر جداشدگی، افزایش متناسب لزجت بتن راهکار اصلی می باشد. افزودن آب برای کاهش تنش تسلیم اولین راه حلی است که به ذهن می رسد. اما باید توجه داشت که با این کار لزجت مخلوط بتن تازه نیز کاهش می یابد و در نتیجه خطر جداشدگی در مخلوط بتنی افزایش می یابد.

مصرف افزودنی فوق روان کننده نیز منجر به کاهش تنش تسلیم می شود و البته کاهش ناچیزی را در لزجت باعث می شود. از طرف دیگر افزایش لزجت یک مخلوط بتنی از طریق اعمال تغییراتی در نسبت های اختلاط و یا به کار گیری افزودنی اصلاح کنندهی لزجت میسر می شود که البته ممکن است در مواردی منجر به افزایش هم زمان تنش تسلیم نیز بشود. همان گونه که مشاهده میشود تلاش برای برقراری تعادل بین این دو پارامتر از حساسیت زیادی برخوردار بوده و امری ضروری است بعضی از راهکارهای متداول برای تولید بتن خودتراکم به طور خلاصه نشان داده شده اند.

کاهش حجم درشت دانه ی مصرفی میزان برخورد بین سنگدانه ها را کاهش میدهد و این کاهش اصطکاک منجر به افزایش قابلیت عبور بتن خودتراکم می شود. افزایش حجم خمیر سیمان که می تواند در اثر کاهش حجم سنگدانه و استفاده از پوزولان های مناسب حاصل شود. به همراه کاهش نسبت آب به مواد سیمانی و استفاده از افزودنی فوق روان کننده ی مناسب میتواند سبب بهبود توأم قابلیت جریان و مقاومت در برابر جداشدگی شود.

 

راهکارهای متداول برای دست یابی به بتن خودتراکم

علاوه بر چالش های فنی، بحث “اقتصاد” نیز در فرایند طرح مخلوط بتن باید مورد توجه قرار گیرد. به طور کلی هزینه های مرتبط با بتن شامل هزینه ی مصالح، نیروی انسانی و تجهیزات می شود. هزینه ی مصالح یکی از عوامل اصلی تفاوت هزینه ی تولید انواع بتن ها می باشد.

این مسئله در مورد بتن خود تراکم با وجود امکان مصرف افزودنی های شیمیایی مختلف (که معمولا قیمت زیادی دارند) از پیچیدگی بیشتری برخوردار است، علاوه بر این، اقتصادی بودن مخلوط یتنی با درجه ی کنترل کیفیت مرتبط است. به عنوان مثال همواره مقاومت متوسط بتن باید مقداری بیشتر از مقاومت حداقل مشخص شده باشد، زیرا در عمل بسته به میزان امکانات، تجهیزات و سطح نظارت نوساناتی در کیفیت بتن تولید شده رخ می دهد.

نمونه های متعدد کاربرد بتن خودتراکم در پروژه های مختلف نشانگر توانایی آن برای شامل شدن انواع بتن می باشد که می تواند در موقعیت های مختلف بتن ریزی به کار گرفته شده و گستره ی وسیعی از ویژگی های کوتاه مدت و درازمدت را از خود بروز دهد. علاوه بر این، تقریبا همه ی مواد و مصالحی که در بتن معمولی مصرف می شوند، در بتن خود تراکم نیز با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته اند. با این حال مطالعه و مقایسه ی نسبت های اختلاط بتن های خودتراکم مختلف می تواند کلیاتی را در خصوص مقادیر حدودی اجزای این نوع بتن در اختیار قرار دهد. در جدول ۲-۱ پارامترهای آماری مربوط به نسبت های اختلاط ۶۸ مخلوط خودتراکم که در پروژه های عمرانی در طی سال های ۱۹۹۳ تا ۲۰۰۳ میلادی با موفقیت به کار گرفته شده اند، ارائه شده است.

این داده ها توسط Domone (۲۰۰۶) جمع آوری و بررسی شده است. در این جدول همچنین بازه های پیشنهادی راهنمای EFNARC و نیز مقادیر متوسط برای ساخت بتن معمولی با مقاومت مشخصه ی ۴۰ مگاپاسکال آورده شده است. همان گونه که مشاهده می شود تطابق مناسبی بین داده های حاصل از بررسی ۶۸ مورد کاربردی و بازه های پیشنهادی راهنمای EFNARC وجود دارد. پارامترهای دهک اول و نهم نیز برای نشان دادن بازه ی تغییرات داده ها ارائه شده است. به عنوان نمونه در مطالعه ی انجام شده، درصد حجمی درشت دانه در ۱۰ درصد مخلوط های مورد بررسی کمتر از ۳۱/۲ درصد و در ۹۰ درصد مخلوط ها کمتر از۳۴/۸ درصد بوده است. در نهایت با مقایسه ی مقادیر برای بتن خودتراکم و بتن معمولی، مواردی چون حجم بیشتر سنگدانه ی درشت، حجم کمتر سنگدانه ی ریزه حجم کمتر خمیر سیمانی و مقدار کمتر مواد پودری در بتن معمولی به وضوح نمایان می شود.

تجربه نشان داده است که تفاوت های موجود در مصالح مناطق مختلف عامل مهمی است که ارائه ی پیشنهادها و دستورالعمل های یکسان و متحد را برای تولید بتن ناممکن می سازد. این مسئله در مورد بتن خودتراکم نیز صادق است، به گونه ای که تعیین طرح اختلاط دقیق و مشخص برای بتن خودتراکم، به دلیل تنوع مصالح امری بسیار دشوار و تقریبا ناممکن است. به طور کلی سه استراتژی برای دست یابی به مخلوط خودتراکم توسط مهندسین به کار گرفته می شود.

 

سه استراتژی بتن خود تراکم

الف – کاربرد مقدار زیاد مواد پودری.
ب- کاربرد مقدار کم مواد پودری و مصرف افزودنی اصلاح کنندهی لزجت.
ج- کاربرد مقدار متوسط مواد پودری به همراه مصرف افزودنی اصلاح کنندهی لزجت (حالت ترکیبی).

 

فارغ از اتخاذ هریک از این سه استراتژی، امروزه نگرش غالب در روش های طرح اختلاط، تأکید پر عملکرد مصالح و ارضای خواسته ها با طراحی نسبت های اختلاط به کمک مصالح بومی می باشد. از زمان پیدایش بتن خود تراکم، بر اساس نگرش های مختلفی که وجود داشته است، روشهای طرح اختلاط متفاوتی پیشنهاد شده است. با این وجود با نگاهی اجمالی به مخلوطهای حاصل از این روش ها، دو تفاوت عمده در روند طراحی بتن خودتراکم و بتن معمولی مشاهده می شود.

الف- در طراحی بتن خودتراکم توجه اصلی معطوف به حصول ویژگی های مطلوب در حالت تازه می باشد. در واقع در آغاز کار تمرکز کمتری بر روی خواص بتن سخت شده وجود دارد. به طور خاص می توان گفت ضوابط مربوط به ویژگی خودتراکمی تعیین کننده ی حجم خمیر و گاهی نسبت آب به مواد پودری هستند. در مرحله ی بعد نیز مقاومت فشاری با ارائه ی ترکیب مناسبی از مواد پودری (سیمان پرتلند، خاکستر بادی، روباره، پودر سنگ آهک و غیره) کنترل می شود.
ب- به دلیل وجود متغیرهای بیشتر در بتن خودتراکم، راهکارهای متنوعی برای دست یابی به این نوع بتن وجود دارد، انواع مواد پودری، افزودنی های فوق روان کننده و افزودنی های اصلاح – کننده ی لزجت مواردی هستند که در طراحی بتن خود تراکم اهمیت ویژهای دارند و حضور این مواد و برهم کنش آنها سبب می شود که پیش بینی دقیق رفتار بتن خودتراکم کار دشواری باشد. بنابراین بعد از اندازه گیری خواص اجزای بتن خود تراکم، مانند ویژگی های سیمان و دانه بندی مصالح، نیاز به انجام برخی آزمایش ها بر روی مخلوط های آزمون می باشد که این مسئله گاهی نیازمند صرف هزینه و زمان زیاد می باشد.

در بعضی موارد در ابتدا آزمایش هایی بر روی ملات صورت می گیرد که دلیل اصلی آن سهولت انجام در آزمایشگاه می باشد. شناخت و بررسی رفتار ملات باعث کاهش تعداد آزمایش های لازم بر روی مخلوطهای بتنی می شود. همه ی روش های ارائه شده برای طرح مخلوط بتن خودتراکم دارای محدودیت هایی هستند. این محدودیت ها شامل مصالح قابل استفاده و انواع بتن موردنظر می شود. به عنوان نمونه غالبا روشهای مذکور در طرح نسبت های اختلاط برای مخلوط های حاوی افزودنی شیمیایی اصلاح کننده ی لزجت دچار ابهامات و کاستی هایی هستند. میزان دقت و پیچیدگی این روش ها نیز بسیار متفاوت است، به گونه ای که هرکدام اطلاعات خاصی از مصالح مصرفی و خواسته ها را مورد توجه قرار داده و بر این اساس با انجام یک فرایند گام به گام نسبت های اختلاط را تعیین و یا صرفا پیشنهادهایی را در ارتباط با بازه ی تغییرات مناسب هر متغیر مطرح می کند.

با این حال ویژگی مشترکی نیز در غالب این روش ها مشاهده می شود و آن در نظر گرفتن مقادیر حجمی اجزای تشکیل دهنده ی بتن خودتراکم برای تعیین نسبت های اختلاط می باشد. این مقادیر در گامهای نهایی به مقادیر وزنی تبدیل می شوند. در نهایت می توان گفت با توجه به این که چندین سال از ورود بتن خود تراکم به کشور ایران و به کار گیری آن در چندین پروژه ی عمرانی می گذرد و نیز با در نظر گرفتن تحقیقاتی که در چندین دانشگاه و مرکز تحقیقاتی پیرامون ساخت بتن خودتراکم با مصالح بومی انجام شده است، نیاز به تدوین روشی برای طرح مخلوط بتن خود تراکم احساس می شود. ارائه ی روشی بر اساس شرایط محیطی و مصالح در دسترس، می تواند به عنوان راهنمایی برای مهندسین ایرانی و آغازی برای توجه بیشتر و گسترش کاربرد این نوع بتن در کشور مفید باشد.

 

روش عمومی (General method)

اولین روشی که برای تعیین نسبت های اختلاط بتن خود تراکم ارائه شد، حاصل کار تحقیقاتی گسترده Ozawa Okamura و همکارانشان در دانشگاه Tokyo است که با عنوان “روش عمومی” شناخته می شود، این تحقیقات بر روی مصالح مشخصی صورت گرفت و استفاده از آن در پروژه های دیگر غالبأ منجر به نتایج دست بالا شده است؛ به گونه ای که قابلیت روانی مخلوطهای به دست آمده بیش از مقادیر مورد انتظار بوده است. روش عمومی برای مصالح موجود در کشور ژاپن کاربرد بهتری دارد، به عنوان مثال درشت دانه با اندازه ی ۵ تا ۲۰ میلی متره ریزدانه با حداکثر اندازهی ۵ میلی متر، سیمان پرتلند با حرارت زایی کم و عدم استفاده از افزودنی اصلاح کننده ی لزجت مواردی هستند که روش بر اساس آنها ارائه شده است. برای ایجاد مقاومت در برابر پدیده ی یخ زدن و آب شدن معمولا از افزودنی حباب هوازا استفاده شده است. روند کلی این روش به شرح زیر است.

– تعیین میزان هوای مورد نیاز در بتن با توجه به شرایط محیطی – در نظر گرفتن مقدار سنگدانه ی درشت برابر با ۵۰٪ حجم جامدات مخلوط (با کسر میزان هوا) – در نظر گرفتن مقدار ماسه برابر ۵۰% حجم باقیمانده ملات (برای این منظور همه ی ذرات با اندازه ی بیشتر از۰/۰۹ میلی متر به عنوان سنگدانه و ذرات کوچکتر به صورت پودر در نظر گرفته می شوند) – تعیین نسبت آب به مواد پودری و مقدار فوق روان کننده با انجام آزمایش هایی بر روی ملات.

– تعیین مساحت جریان نسبی (۲) و زمان جریان نسبی (R) به کمک زمان و قطر پخش شدگی.
– اصلاح میزان فوق روان کننده و نسبت آب به سیمان ملات تا دست یابی به مساحت جریان نسبی برابر با لله و زمان جریان نسبی در بازه ی۰/۹ تا ۱/۱.
– استفاده از نسبت های به دست آمده برای شروع ساخت مخلوط های آزمون دستیابی به حداقل میزان پخش شدگی ۶۵۰ میلی متر در آزمایش جریان اسلامپ با تنظیم میزان فوق روان کننده مورد نظر است)
– ارزیابی خواص وابسته به زمان در مخلوط های بتنی ساخته شده در این روش طرح اختلاط هیچ محدودیتی در ارتباط با مقاومت فشاری بتن مطرح نشده است ولی در صورتی که سیمان پرتلند تنها مادهی سیمانی مصرفی باشد، نسبت های آب به سیمان کم مورد استفاده، موجب دست یابی به مقاومت فشاری مورد نیاز برای مقاصد سازه ای می گردد.

 

اصلاحات و تعمیم های صورت گرفته در روش عمومی

با گذشت زمان و کاربرد روش عمومی در کشورهای دیگر و با مصالح مختلف، نیاز به اعمال تغییراتی در آن احساس شد. بر این اساس افراد مختلف بر اساس نتایج به دست آمده از تحقیقات خود پیشنهادهایی را برای اصلاح و تعمیم این روش ارائه کرده اند و دانشگاه Tokyo | Ouchi و همکارانش در دانشگاه Tokyo پس از انجام تحقیقاتی در زمینه ی طرح مخلوط بتن خودتراکم، مواردی را در ارتباط با تعیین نسبت آب به مواد پودری و میزان فوق روان کننده مطرح کرده اند که در مقایسه با آنچه در روش عمومی عنوان شد.

منطقی تر به نظر می رسد. تعیین هر پارامتر به صورت مستقل در این روش پیشنهادی، سبب کاهش تعداد آزمایش های مورد نیاز می شود. در این روش نیز انجام آزمایش های میزان پخش شدگی و قیف V شکل و ارائه ی نتایج به صورت مساحت و زمان جریان نسبی مورد نظر است. نتایج آزمایش های این افراد نشان می دهد رابطهی بین مساحت و زمان جریان نسبی، در نسبت میزان فوق روان کننده به وزن مواد پودری مصرفی (SP/P) معین، به صورت خطی می باشد. این روش بیان می کند که متناظر با هر زوج Tm و Rm معین یک ترکیب مشخص از , V/V و SP/P وجود دارد. بعد از انتخاب مقادیری برای این زوج بر حسب تجربه (همانند ۵ را که توسط برخی افراد پیشنهاد شده است، با انجام تعداد محدودی آزمایش می توان مقادیر مورد نیاز را برای نسبت های , V/V و SP/P به دست آورد.

دانشگاه Delft Pelova و همکارانش طی تجربیاتی که در ساخت بتن خودتراکم با مصالح کشور هلند، به خصوص سنگدانه هایی با حداکثر اندازه ی ۱۶ میلی متر داشته اند به این نتیجه رسیده اند که می توان میزان سنگدانه ی درشت مصرفی را به ۶۰ درصد وزن مخصوص توده ای در حالت خشک) افزایش داد و با این کار به حداکثر میزان تراکم در مخلوط سنگدانه ها دست یافت. در مقایسه با روش عمومی، به کار گیری این روش سبب کاهش ۱۰ درصدی میزان خمیر مورد نیاز در بتن خود تراکم و در نتیجه مخلوطی اقتصادی تر می شود.

مواد مکمل سیمان در ویلا سازی

افزودنی اصلاح کنندهی لزجت

افزودنی های اصلاح کننده ی لزجت معمولا برای بهبود مشخصه هایی چون تنش تسلیم، لزجت خمیری، تیکسوتروپی و درجه رفیق شوندگی تحت برش بکار می روند. در بتن خود تراکم نیز کاربرد این افزودنی با هدف بهبود مقاومت در برابر جداشدگی، بهبود چسبندگی، کاهش آب انداختگی و کاهش تأثیر تغییرات ناخواسته در خواص مصالح و نسبت های اختلاط (افزایش تبات) صورت می گیرد.

همچنین استفاده از افزودنی های اصلاح کنندهی لزجت می تواند به عنوان راهکاری جایگزین افزایش مقدار مواد پودری و یا کاهش میزان آب مخلوط بتن در نظر گرفته شود بهبود خواص بتن تازه در اثر استفاده از افزودنی اصلاح کنندهی لزجت غالبا به دلیل افزایش الزجت و درجه ی رفیق شوندگی پدید می آید. افزایش تنش تسلیم معمولا از طریق افزودن آب و یا فوق روان کننده جبران می شود، برای نمونه ماهیت آنیونی پلیمرهای طبیعی ممکن است سبب جذب سطحی آنها بر روی ذرات سیمان شود که این مسئله نیاز به میزان بیشتر فوق – روان کننده را به دنبال دارد.

حتی با این افزایش میزان فوق روان کننده و یا آب، مخلوط بتنی همچنان دارای لزجت بیشتر و درجه ی رقیق شوندگی بالاتر خواهد بود که نتیجه ی آن مقاومت بیشتر در مقابل پدیده ی جداشدگی است افزودنی های اصلاح کنندهی لزجت که در بتن خودتراکم مصرف می شوند، غالبا پلیمرهای حلال در آب هستند و تأثیراتی بر آب موجود در مخلوط بتن می گذارند. Khayat (۱۹۹۵) سازو – کارهای زیر را برای تشریح عملکرد افزودنی های اصلاح کنندهی لزجت عنوان می کند.

 

پلیمرهای افزودنی

الف، پلیمرهای افزودنی جذب سطح مولکولهای آب می شوند که این مسئله باعث محبوس شدن ذرات آب و گسترش پلیمرها می شود. ب. پلیمرهای افزودنی خود نیروی جاذبه برقرار کرده و به این وسیله مانع حرکت ذرات آب می شوند ج. زنجیره های پلیمری در تنش های برشی کم به هم متصل می شوند، در صورتی که وجود مقادیر زیاد تنش باعث جدا شدن این زنجیره ها می شود.

این رفتار سبب بروز خاصیت رقیق شوندگی می شود که پدیده ی مطلوبی است زیرا باعث می شود از طرفی پایداری استاتیک در مقادیر تنش کم تأمین شود (لزجت ظاهری بالا در تنش برشی کم) و از طرف دیگر نیاز به انرژی کمتری برای انجام عملیاتی مانند اختلاط و انتقال الزجت ظاهری پایین در تنش برشی زیاد باشد. یکی از افزودنی های اصلاح کنندهی لزجت متداول برای استفاده در بتن خود تراکم، پلی ساکارید طبیعی به نام رزین welan است که با تغییراتی در آب مخلوط سبب افزایش لزجت میشود.

از انواع دیگر مواد اصلاح کنندهی لزجت میتوان به انواع با پایه ی گلوکز، اترهای سلولز و اکسیدهای پلی اتیلن اشاره کرد. Khayat (۱۹۹۸) در مطالعات خود به بررسی تأثیر استفاده از رزین welan به عنوان افزودنی اصلاح کنندهی لزجت بر پدیده ی “تأثیر آرماتور فوقانی” در بتن های خود تراکم و بتن های با روانی زیاد پرداخته است. قابل ذکر آن که کاهش مقاومت پیوستگی بین آرماتورهای فوقانی و بتن اطراف در عضو بتنی که در نتیجه ی جداشدگی، آب انداختگی و نشست سطحی در بتن تازه رخ می دهد، اصطلاحا “تأثیر آرماتور فوقانی” نامیده میشود.

نتایج تحقیقات Khayat حاکی از بهبود قابل توجه پایداری مخلوط بتن تازه و در نتیجه کاهش این مسئله در آرماتورهای فوقانی اعضای بتنی مسلح، بر اثر استفاده از رزین welan (با کاربرد مقادیر کم مانند۰/۰۷ درصد وزن مواد سیمانی) می باشد. البته باید توجه داشت تأمین پایداری کافی در مخلوط بتن خود تراکم تازه به روش های دیگری نیز میسر می باشد که در ادامه ی این فصل به آنها پرداخته شده است. به طور کلی باید توجه داشت در مقابل مزایای مطرح شده برای افزودنی اصلاح کننده ی لزجته قیمت نسبتا زیاد آن، به ویژه در کشور ایران که این افزودنی محصولی وارداتی است، باید مدنظر قرار گرفته و با داشتن نگرش جامع به ابعاد مسئله، تصمیم گیری نهایی در خصوص استفاده از آن در بتن خود تراکم صورت پذیرد بعضی صاحب نظران مصرف این افزودنی را به دلیل قیمت نسبتا زیاد و نیز تأثیرات احتمالی بر هیدراسیون که منجر به تغییر خواص بتن خودتراکم سخت شده خواهد شد، توصیه نمی کنند ولی باید توجه داشت که استفاده از آن در موقعیت هایی که میزان رطوبت سنگدانه ها با دقت کافی قابل کنترل نیست و یا دانه بندی سنگدانه ها نامناسب است، برای رسیدن به ویژگی خودتراکمی اجتناب ناپذیر است.

 

سنگدانه

مخلوط های بتن خود تراکم معمولا دارای میزان سنگدانه ی کمتر، نسبت ریز دانه به درشت دانهی بیشتر و حداکثر اندازه سنگدانه کوچک تر می باشند، اگر چه سنگدانه های مختلفی برای ساخت بتن خود تراکم فابل استفاده هستند ولی بهینه سازی ویژگی های سنگدانه های مصرفی می تواند منجر به بهبود قابلیت جریان، کاهش عیار مواد سیمانی، میزان آب و افزودنی های مورد نیاز شود.

در انتخاب سنگدانه ی مصرفی در بتن خودتراکم، مشخصه های مهمی که باید مورد توجه قرار گیرند، شامل شکل و بافت ذرات، دانه بندی (شامل حداکثر اندازه ذرات) و ویژگی های مواد پودری (شامل مواد پرکننده ی معدنی) می شود. ریزدانه ها در بتن خود تراکم نقش مهمی را در کارایی و پایداری مخلوط ایفا می کنند، میزان مواد پودری که پارامتر مهمی در تعیین رفتار بتن خودتراکم تازه می باشد، شامل مواد سیمانی، پرکننده ها و همچنین ریزدانه های موجود در سنگدانه (با دانه بندی مشخص می باشد.

دانه بندی ریزدانه ها باید به گونه ای باشد که به طور همزمان سبب بهبود کارایی و پایداری مخلوط بتن تازه شود. ماسه های استانداردی که برای ساخت بتن بکار می رود را می توان برای ساخت بتن خودتراکم نیز مصرف کرد. اگرچه ماسه های با مدول نرمی کمتر برای اطمینان از کاهش خطر جداشدگی توصیه می شود. حداکثر اندازه اسمی سنگدانه ها عامل تأثیرگذار دیگری است که باید با در نظر گفتن قابلیت عبور و پایداری مورد نیاز برای بتن تازه انتخاب شود.

باید توجه داشت که اندازه و حجم سنگدانه های درشت تاثیر بسزایی بر قابلیت عبور بتن خودتراکم تازه دارند. بافت سطحی سنگدانه های درشت و ریز بر مقاومت، کارایی و دوام بتن تاثیر بسزایی دا نتایج تحقیقات مختلف آن را تأیید می کند، اما به دلیل عدم وجود آزمایش های استاندارد تعیین کیفیت بافت سطحی سنگدانه ها، نمی توان این عامل را به طور مستقیم در طرح * بکار برد، به هر حال بافت سطحی سنگدانه ها تأثیر خود را بر ویژگی های بتن تازه و سخت شده مخلوط آزمون نشان می دهد و عامل مهمی در تغییر این ویژگی ها و اصلاح طرح مخلوط اولیه می باشد.

بافت سطحی زبر علاوه بر افزایش مقدار آب مورد نیاز، مقاومت بتن را افزایش می دهد. شکل سنگدانه ها نیز عامل مهم و مؤثری در کارایی، مقاومت و تا حدودی دوام بتن می باشد سنگدانه ها به دو شکل حجیم و غیر حجیم تقسیم می شوند. شکل غیر حجیم شامل ذرات پولکی تخت یا ورقه ای)، کشیده (طویل) و سوزنی است که نامطلوب تلقی شده و به کارایی بتن لطمه جدی می زنند و از نظر تأمین مقاومت فشاری و دوام بتن نیز نامناسب هستند.

شکل های حجیم مربوط به ذراتی است که سه بعد أنها نزدیک به هم می باشد و شامل سنگدانه های کاملا گردگوشه تا کاملا تیزگوشه میباشد. مصرف سنگدانه های تیز گوشه مقدار آب مورد نیاز بتن را افزایش می دهد. در حالتی که تیز گوشه گی مربوط به سنگدانه های ریز باشد، این افزایش در میزان آب مورد نیاز چشمگیرتر است.

نیز گوشه گی سنگدانه های درشت، در مقایسه با ریزدانه ها، تأثیر بیشتری بر مقاومت فشاری، خمشی و کششی بتن دارد. علاوه بر این، در حالت میزان ثابت آب مصرفی در مخلوط بتن، سنگدانه های درشت گرد گوشه در مقایسه با سنگدانه های هم اندازه ولی تیز گوشه قابلیت پر کنندگی بیشتری در بتن خودتراکم تازه ایجاد می کنند به طور کلی معمولا استفاده از ترکیب سنگدانه با توزیع ذرات پیوسته برای کاربرد در بتن خودتراکم توصیه می شود. تاکنون موارد موفق زیادی از کاربرد بتن خودتراکم حاوی سنگدانه – های دارای این ویژگی ولی با منحنی های دانه بندی بسیار متفاوت گزارش شده است. برای نمونه، ۱۱ منحنی دانه بندی سنگدانه که توسط هشت کشور اروپایی شرکت کننده در پروژهی تحقیقاتی عظیم ” Testing-SCC” برای کاربرد در بتن خود تراکم مناسب تشخیص داده شده است.

 

منحنی های دانه بندی

منحنی های دانه بندی مربوط به ترکیب ذرات مورداستفاده شامل ریزدانه درشت دانه، مواد پرکننده و سیمانیدر تعدادی از موارد کاربرد موفق بتن خودتراکم را مورد بررسی قرار داده اند. این افراد سپس نتایج را با رابطه ی ارائه شده برای توزیع اندازه ی ذرات توسط Funk و Dinger ۱۹۹۴ مقایسه کرده اند. که در آن (P (D میزان ذرات عبوری از اندازه الک د پارامتر Dmin نشانگر حداقل اندازه ی ذره Dmax نشانگر حداکثر اندازه ی دره و و یک ثابت می باشد.

Radix, Brouwers در یافتند که توزیع به دست آمده به ازای0.25= و منجر به دانه بندی مناسب برای سنگدانه های مصرفی در بتن خودتراکم می شود. این در حالی است که برای بتن معمولی جایگذاری 0.5= و (که منجر به منحنی Fuller میشود) سبب دست یابی به دانه بندی مناسب تری می شود. در شکل ۲-۳ دو منحنی مذکور برای سنگدانه های با حداکثر اندازه ی ۲۰ میلی متر و Dmtn برابر۰/۱ میلی متر نشان داده شده است. نکته ی جالب توجه اینکه منحنی پیشنهادشده برای بتن خودتراکم تقریبا در وسط منحنی های ارائه شده قرار می گیرد؛ مسئله ای که عملکرد مناسب دانه بندی پیشنهادی Brouwers و Radix را برای بتن خودتراکم تابید می کند.

قدوسی و دولتیار (۱۳۸۸) نیز در پژوهشی به بررسی و مقایسه ی منحنی های دانه بندی ارائه شده در روش ملی طرح مخلوط بتن ایران با برخی مدل های دیگر پرداخته اند، این محققین با ساخت مخلوط های بتن خود تراکم منطبق با هر یک از منحنی های دانه بندی (حداکثر اندازه سنگدانهی۹/۵ و ۱۹ میلی متر). خصوصیات بتن تازه را در این مخلوط ها مورد بررسی قرار داده اند. نتایج آزمایش های این مطالعه بیانگر این مسئله می باشد.

که منحنی های دانه بندی واقع در بین حد وسط و حد بالای ارائه شده توسط روش ملی طرح مخلوط بتن ایران (محدودهی ریزدانه) برای ساخت مخلوطهای بتن خودتراکم مناسب می باشد و هرچه منحنی دانه بندی مورد استفاده به سمت حد بالا (ریزی بیشتر ) متمایل باشد، خصوصیات بتن تازه بهبود می یابد.

 

سیمان

امروزه با وجود تنوع در انواع سیمان موجود در بازار، دستیابی به خواص متفاوت در بتن آسان تر از گذشته است، با اینکه راهنمای EFNARC (۲۰۰۲) استفاده از انواع سیمان های پرتلند استاندارد را برای تولید بتن خودتراکم جایز می داند، اکثر تحقیقات صورت گرفته در مورد بتن خود تراکم با استفاده از سیمان پرتلند معمولی بوده است. کارهای برجسته در این زمینه نیز که به عنوان مثال توسط Okamura و Ouchi (۱۹۹۹) در ژاپن و Bartos (۱۹۹۹) در انگلستان صورت گرفت. با فرض استفاده از سیمان پرتلند معمولی در بتن خود تراکم بوده است.

در تولید بتن خودتراکم، میزان مواد پودری عامل مهمی است که باید با توجه به دانه – بندی و اندازه ی سنگدانه ها تعیین شود و معمولا به دلیل نیاز به تأمین پایداری در این نوع بتن، در مقایسه با بتن معمولی، مقادیر بسیار بیشتری را به خود اختصاص می دهد. نیاز به مواد پودری زیاد معمولا منجر به استفاده از عیار سیمان زیاد (۴۵۰ تا ۵۵۰ کیلوگرم در متر مکعب) در بتن خودتراکم می شود، باید توجه داشت که این مسئله معایبی از قبیل افزایش هزینه ی تولید، افزایش حرارت هیدراسیون و جمع شدگی بیشتر را می تواند به دنبال داشته باشد.

 

مواد مکمل سیمان

امروزه مواد مکمل سیمان به طور گسترده ای در انواع بتن استفاده می شوند و در صد قابل توجهی از حجم سیمان مصرفی در صنعت بتن دنیا را به خود اختصاص داده اند. یک گروه اصلی از مواد مکمل سیمان پوزولان ها هستند که می توانند منشأ طبیعی یا مصنوعی داشته باشند. طبق تعریف پوزولان ها موادی سیلیسی با سیلیسی-آلومیناتی هستند که به خودی خود خاصیت چسبندگی ندارند. اما هنگامی که به صورت پودر نرم در آمده و در حضور رطوبت در دمای معمولی با هیدروکسید کلسیم واکنش شیمیایی می دهد و ترکیباتی را که دارای خواص چسبندگی می باشند، به وجود می آورد.

ضروری است که ماده ی پوزولانی به شکل پودر نرم باشد، زیرا فقط در این صورت سیلیس می تواند در مجاورت آب با هیدروکسید کلسیم (که در اثر هیدراته شدن سیمان پرتلند ایجاد می گردد). سیلیکاتهای کلسیم پایدار را که دارای خواص چسبندگی می باشند، تشکیل دهد. باید یادآور شد که سیلیس باید به صورت بی شکل یا شیشه ای باشد زیرا سیلیس بلوری، واکنش زایی خیلی کمی دارد.

علی رغم وجود منابع فراوان پوزولان های طبیعی از قبیل تراس، پومیس و زئولیت) در ایران و تحقیقات گسترده ای که در چندین دانشگاه کشور بر روی تأثیرات مواد پوزولانی مختلف انجام شده است، استفاده از این مواد محدود است و نیاز به توجه بیشتر و اتخاذ تدابیری برای رفع موانع کاربرد آنها به شدت احساس می شود در بتن خود تراکم نیز مواد مکمل سیمان بسته به ویژگی های آن ها می توانند مزایایی چون کاهش هزینه ی تولید، بهبود رئولوژی، کاهش میزان افت کارایی، کاهش حرارت هیدراسیون و بهبود دوام بتن را در اختیار مهندسین قرار دهند.

علاوه بر این، ذرات بسیار ریز این مواد می توانند با کاهش اندازه و حجم حفرات خالی سبب کاهش خطر آب انداختگی و جداشدگی شوند. البته باید توجه داشت که این مواد غالبأ سبب کاهش مقاومت فشاری بتن در سنین اولیه می شوند. در ادامه با توجه به اهمیت و کاربرد گسترده در بتن خود تراکم، سه ماده ی مکمل سیمان شامل خاکستر بادی، روبارهی کوره آهن گدازی و دودهی سیلیسی مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند.

 

خاکستر بادی

خاکستر بادی که با نام پودر خاکستر سوخت نیز شناخته می شود. عبارت است از خاکستری که با روش الکتریسیته ساکن یا به صورت مکانیکی، از گازهای خروجی نیروگاه های با سوخت زغال سنگ، جمع آوری می گردد، خاکستر بادی را می توان متداول ترین پوزولان مصنوعی دانست، ذرات خاکستر بادی کروی شکل بوده و اکثرا دارای قطری کمتر از 1 میکرون تا ۱۰۰ میکرون می باشند. سطح مخصوص خاکستر بادی (مطابق روش Blaine) معمولا بین ۲۵۰ تا ۶۰۰ متر مربع بر کیلوگرم می باشد. خاکسترهای بادی از نظر اختلاف در ترکیب و خواص کانی شناسی می توانند به دو گروه که اساسا در مقدار کلسیم با هم تفاوت دارند، تقسیم شوند.

خاکسترهای گروه اول که محصول احتراق آنتراسیت و زغال سنگ قبری هستند، دارای Ca0 تجزیه ای به میزان کمتر از ۱۰ درصد می باشند. خاکسترهای گروه دوم که به طور کلی محصول احتراق لیگنیت و زغال سنگ نیمه قیری اند، معمولا دارای ۱۵ تا ۳۵ درصد Ca0 تجزیه ای می باشند در مقایسه با خاکسترهای گروه دوم، مصرف انواع دارای کلسیم کمتر، سبب کاهش شدیدتر مقاومت فشاری اولیه می شوند.

با این حال از منظر تاثیر بر دوام بتن عملکرد بهتری دارند، درصد جایگزینی سیمان با خاکستر بادی با توجه به ویژگی های خاکستر مصرفی می تواند بسیار متغیر باشد، باید توجه داشت که درصد جایگزینی بهینه در هر پروژه توسط عواملی چون ویژگی های مصالح مصرفی، هزینه های مرتبط و مشخصات مورد نیاز تعیین می شود.

تا کنون موارد متعددی از به کار گیری خاکستر بادی در بتن خودتراکم گزارش شده است. به طور کلی استفاده از خاکستر بادی سبب بهبود کارایی (به دلیل ذرات کروی شکل و دارای سطح صاف و کاهش مقاومت در سنین اولیه می شود. در ارتباط با مشخصه های جریان پذیری بتن تازه نیز می توان گفت که جایگزینی سیمان با خاکستر بادی باعث کاهش تنش تسلیم می شود، در حالی که تأثیر آن بر روی لزجت خمیری در آزمایش های مختلف متغیر بوده است.

با توجه به نتایج آزمایش های مختلف می توان گفت غالبا جایگزینی ۲۰ تا ۴۰ درصدی سیمان با خاکستر بادی منجر به بهبود کارایی و افزایش میزان پخش شدگی در آزمایش جریان اسلامپ می شود. همچنین باید توجه داشت که کاربرد خاکستر بادی سبب بروز تغییراتی در رنگ بتن سخت شده می شود؛ به این صورت که کربن موجود در این پوزولان مصنوعی موجب تیره تر شدن رنگ بتن می شود.

 

روباره ی کوره ی آهن گدازی

در تولید چدن که آهن خام نیز نامیده می شود، اگر روباره به آرامی در هوا خنک شود. مواد متشکله شیمیایی روباره معمولا به شکل میلیلیت متبلور خواهند بود که در دمای معمولی با آب واکنش نمی دهد. این مواد اگر به صورت ذرات خیلی نرم آسیاب شوند، به میزان بسیار اندکی خاصیت سیمانی و پوزولانی خواهند داشت. با این وجود، هنگامی که روبارهی مذاب با دمای زیاد، به سرعت به وسیله ی آب یا ترکیبی از آب و هوا سرد شود، بیشتر آهک، منیزیم، سیلیس و آلومین به شکل غیر متبلور یا حالت شیشه ای نگه داشته می شوند. محصول سرد شده با آب به دلیل داشتن ذرات هم اندازه با ماسه، روباره دان شده نامیده میشود.

روباره معمولا در درصدهای جایگزینی بیشتری نسبت به خاکستر بادی مصرف می شود. از مزایای آن می توان به بهبود کارایی بتن، کاهش حرارت هیدراسیون و هزینه ی کم اشاره کرد. بهبود کارایی که در بتن خودتراکم عاملی تعیین کننده است، باعث می شود استفاده از این ماده به عنوان جایگزین سیمان در تولید بتن خودتراکم مورد توجه قرار گیرد. البته باید توجه داشت که معمولا تأثیر مثبت روباره بر کارایی بتن تازه کمتر از تأثیر خاکستر بادی است.

Uysal و همکارانش (۲۰۱۱) با انجام تحقیقاتی به بررسی تأثیر استفاده از افزودنی های معدنی مختلف بر خواص بتن خودتراکم پرداخته اند. نتایج این افراد حاکی از تأثیر قابل توجه روبارهی کورهی آهن گدازی بر کارایی بتن خودتراکم و امکان پذیری ساخت مخلوط هایی با درصدهای جایگزینی نسبتا زیاد این ماده (۶۰ درصد وزن سیمان است، در حالی که این مخلوط ها از نظر خواص بتن تازه و سخت شده نیز شرایط قابل قبولی را دارا هستند.

در کشور ایران با وجود کارخانه های عظیمی چون ذوب آهن اصفهان که روباره محصول جانبی این واحدها می باشد، پتانسیل استفادهی گسترده از این ماده ی جایگزین سیمان در بتن معمولی و خود تراکم وجود دارد. بدیهی است که پیش نیاز این امر، نظارت بیشتر و دقیق تر بر فرایند تولید این ماده و انجام تحقیقات جامع پیرامون کیفیت فیزیکی و شیمیایی رو بارههای تولیدی توسط این کارخانه ها و تأثیرات آنها بر بتن تازه و سخت شده است.

 

دوده ی سیلیسی

دوده ی سیلیسی محصول فرعی فرایند تولید آلیاژهای سیلیسیم و فروسیلیسیم، تولیدشده از کوارتز با درجه خلوص زیاد و زغال در کوره های الکتریکی با قوس مستغرق می باشد، گاز SiO خروجی اکسید شده و به شکل ذرات بسیار نرم و کروی سپلیس شیشه ای (SiO) متراکم می گردد. سیلیس شیشه ای (آمورف) بسیار فعال است و ریزی ذرات آن واکنش با هیدروکسید کلسیم حاصل از هیدراته شدن سیمان پرتلند را تسریع می کند.

در شرایطی که کوره یک سیستم بازیافت گرمایی با بازدهی زیاد داشته باشد، قسمت عمدهی کربن میسوزد، به طوری که دوده سیلیسی عملا عاری از گربن بوده و رنگ آن روشن خواهد بود. این در حالی است که کوره هایی که سیستم بازیافت گرمایی کاملی ندارند، مقداری کربن را در داخل دوده باقی می گذارند و لذا دوددی سیلیسی حاصل رنگ تیره تری خواهد داشت. باید توجه داشت که در تولید آلیاژهای سیلیسیم (شامل آلبازهای غیر آهنی مانند فرو کروم، فرومنگنز و فرومنیزیم) نیز دوده ی سیلیسی تولید می شود اما مناسب بودن مصرف آنها در بین هنوز مورد تایید قرار نگرفته است. . چگالی ذرات دوده ی سیلیسی معمولا۲/۲ است، ولی در صورتی که مقدار سیلیس کمتر باشد چگالی آن قدری بیشتر خواهد بود. همچنین در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی و خاکسترهای بادی متعارف، نمونه های دوده سیلیسی توزیع اندازه ذراتی را نشان می دهند که چندین مرتبه نرم تر هستند.

بدین جهت است که از یک طرف این ماده بسیار واکنش زا است و از سوی دیگر مشکلات جابجایی دارد و نیاز مندی به آب در بتن را نیز به طور محسوسی افزایش می دهد. بهبود چسبندگی و کاهش خطر جداشدگی و آب انداختگی به عنوان تأثیرات این پوزولان بر بتن تازه مطرح می شوند، تأثیرات چشمگیر این پوزولان بر بتن سخت شده نیز شامل افزایش مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته، مقاومت خمشی و بهبود دوام می شود. افزایش مقاومت فشاری در سنین اولیه حاصل از مصرف دوده سیلیسی، در مقایسه با سایر مواد جایگزین سیمان قابل توجه است. دوده ی سیلیسی معمولا در مواردی که در مقادیر کم (۴ تا ۶ درصد) جایگزین سیمان می شود، سبب بهبود مشخصه های رئولوژی و افزایش پایداری آن می گردد ولی مصرف مقادیر بیشتر آن ممکن است مشکلاتی را ایجاد کند. ریزی زیاد ذرات دوده ی سیلیسی عاملی است که سبب کاهش روانی بتن تازه می گردد.

در مقابل شکل کروی ذرات این پوزولان بسته به مورد تا حدی این تأثیر منفی را جبران می کند Vikan و Justnes (۲۰۰۳) با انجام آزمایش هایی بر روی خمیر سیمان، برای دست یابی به بتن خودتراکم، دریافتند که جایگزینی سیمان با دوده سیلیسی تا میزان ۱۰ درصد حجمی باعث افزایش تنش تسلیم می شود. در حالی که لزجت خمیری مخلوط های حاوی دوده سیلیسی با مصرف فوق روان کننده ی پلی کربوکسیلاتی کاهش و با مصرف فوق روان کنندهی نفتالینی افزایش می یابد.

رمضانیان پور و صمدیان (۱۳۸۷) نیز در تحقیقات خود تأثیر جایگزینی ۵، ۷/۵ و ۱۰ درصد وزن سیمان پوزولان دودهی سیلیس را بر خواص بتن خودتراکم تازه و سخت شده، در دو حالت جایگزین سیمان و جایگزین پرکنندهی خنثی، بررسی کرده اند. نتایج مطالعات این افراد حاکی از بهبود چسبندگی و افزایش نیاز به فوق روان کننده برای تأمین کارایی مورد نیاز در بتن خود تراکم در اثر افزایش میزان مصرف دودهی سیلیسی است. علاوه بر این، در اثر کاربرد این پوزولان فعال خواص بتن خود تراکم سخت شده مانند مقاومت فشاریه در سنین مختلف بهبود قابل توجهی داشته است.

نسبت اختلاط و تولید بتن خودتراکم

بتن خودتراکم

در فرایند تولید بتن خودتراکم پس از تعریف و انتخاب ویژگی های کاربردی مورد انتظاره انتخاب مواد و مصالح مصرفی و تعیین نسبت های اختلاط اولین مواردی است که مطرح می شوند. به طور کلی طرح مخلوط عبارت است از فرایند انتخاب مواد تشکیل دهنده ی مناسب برای بتن و تعیین مقادیر نسبی آنها باهدف اینکه مخلوط بتنی تولید شده تا حد امکان اقتصادی بوده و دارای برخی از حداقل خواص موردنیاز به ویژه مقاومت مکانیکی، دوام و کارایی باشد. به عبارت دیگر هدف از طرح مخلوط بتن تعیین اقتصادی ترین و عملی ترین ترکیب مصالحی است که به راحتی در دسترس قرار می گیرند تا بتن تولیدشده الزامات عملکردی موردنظر را تحت شرایط ویژه ی کاری برآورده نماید علاوه بر نسبت های اختلاط، پارامترهای مختلف فیزیکی و شیمیایی مربوط به هر یک از اجزای بتن همانند سیمان، سنگدانه، افزودنی های معدنی و شیمیایی مجهولاتی هستند که تغییر و تنظیم آنها می تواند باعث بهبود یا زوال کیفیت محصول نهایی شود. در بتن خودتراکم با توجه به حساسیت زیادی که در مورد حالت تازه وجود دارد، تنظیم این پارامترها در مقایسه با بتن معمولی کار به نسبت دشوارتری است.

زیرا علاوه بر خواص بتن سخت شده که همواره مورد توجه بوده است، اهدافی در ارتباط با بتن تازه نیز مطرح است که می بایست تأمین شود. | در این فصل ابتدا به معرفی و تشریح اجزای تشکیل دهنده ی بتن خودتراکم و ویژگی های مهم آنها پرداخته شده است. این مواد در چهار گروه افزودنی های شیمیایی، سنگدانه ها، سیمان پرتلند و مواد مکمل سیمان مورد توجه قرار گرفته اند. در ادامه ی فصل نیز مواردی در ارتبا روش های طرح مخلوط بتن خود تراکم عنوان شده و اصول و مراحل چهار روش به طور خلاصه توضیح داده شده است. سپس ضمن مطالعهی آماری تعدادی مخلوط بتن خودتراکم ساخته شده، مواردی به عنوان توصیه های کلی برای تعیین نسبت های اختلاط ارائه شده است در انتهای فصل نیز با نگاهی وسیع تر به موضوع، چالش ها و مسائل اجرایی مهم در فرایند تولید بتن خود تراکم در مقیاس صنعتی و پروژه های عمرانی مورد توجه قرار گرفته است، به طور خاص، برخی از تفاوت هایی که میان تولید بتن خودتراکم در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی وجود دارد، عنوان شده است و مفهوم “تیات بتن خودتراکم تازه” که در مقیاس صنعتی اهمیت زیادی پیدا می کند، مورد توجه قرار گرفته است.

 

اجزای بتن خود تراکم

با وجود اینکه در ساخت بتن خودتراکم می توان از مصالح گوناگونی استفاده کرد، انتخاب درست مصالح یک ضرورت در بهینه سازی طرح مخلوط این نوع بتن می باشد. به طور کلی می توان گفت بتن خود تراکم در مقایسه با بتن معمولی حساسیت بیشتری به تغییرات خواص مصالح از خود نشان میدهد، زیرا دست یابی به ویژگی های مشخصی در مخلوط بتن خودتراکم تازه مورد نظر می باشد که در بتن معمولی مطرح نیست. بنابراین پارامترهای مختلف اجزای تشکیل دهنده که ممکن است بر رئولوژی بتن تازه تأثیر گذار باشند.

باید شناسایی شده و مطابق با اهداف کنترل شوند. به عنوان مثال شکل و بافت سطحی سنگدانه های مصرفی در پشن عاملی است که اثر آن بر کارایی بشن تازه مشخص شده است، بنابراین انتخاب درست سنگدانه مصرفی در بتن خود تراکم می تواند رسیدن به یک مخلوط نهایی بهینه را با صرف هزینه، مصالح و زمان کمتر ممکن سازد. این مسئله در مورد سیمان، افزودنی های شیمیایی و مواد دیگر نیز صادق است. بر این اساس، در ادامه به بررسی ابعاد مختلف مواد و مصالح متداول مصرفی و تأثیرات آنها بر بتن خود تراکم پرداخته شده است.

 

افزودنی شیمیایی بتن خود تراکم

تأمین همزمان کارایی و پایداری موردنیاز در بتن خود تراکم صرفا با کمک مواد و مصالح معمول کاری نسینا دشوار است، به همین دلیل غالبا استفاده از افزودنی های شیمیایی در این بتن به عنوان یک راه حل متعارف مطرح می شود.

طبق تعریف استاندارد ASTM C125 مواد افزودنی عبارت اند از موادی که در بتن و یا ملات بلافاصله قبل و یا هنگام اختلاط اضافه می شوند و البته این مواد شامل آب، سنگدانه، سیمان و الیاف نمی کردند. به طور مشابه در 116 ACI افزودنی به عنوان مواد و ترکیباتی که علاوه بر سیمان، آب و مصالح سنگی به بتن، ملات و یا دوغاب برای تأمین خواص معین و مشخص و به منظور مصارف مختلف اضافه می شوند” تعریف شده است، به این ترتیب مواد افزودنی محدودهی گسترده ای از موادی را شامل می شوند که امروزه در تکنولوژی بتن به کار می روند، بر این اساس مواد افزودنی در بتن به دو دسته ی معدنی و شیمیایی تقسیم می شوند. افزودنی های شیمیایی که به طور متداول در بتن مصرف می شوند، خود عمدتا به دو دسته تقسیم می شوند.

دسته ی اول از طریق تأثیر گذاری بر کشش سطحی آب و جذب سطحی ذرات سیمان، به سرعت شروع به عمل بر روی مجموعه ی سیمان – آب می کنند، در حالی که دسته ی دیگر به مواد تشکیل دهندهی پوتی تقسیم شده و بر واکنش های شیمیایی بین ترکیبات سیمان و آب، از چندین دقیقه تا چندین ساعت بعد از افزودن آب، تأثیر می گذارند. نمکها و پلیمرهای قابل حل که هر دو از عوامل فعال در سطوح هستند، اساسا با اهداف هوازایی، روان کردن مخلوط بتن تازه و یا کنترل زمان گیرش در مقادیر کم به بتن اضافه می شوند. به وسیله ی روان سازها می توان روانی بتن را بدون افزایش مقدار آب افزایش داد و یا مقدار آب را با حفظ روانی مورد نظر کاهش داد. به این دلیل به مواد شیمیایی روان ساز، افزودنی های کاهنده ی آب نیز گفته می شود.

 

استاندارد ASTM

مشخصات جداگانه ای برای افزودنی های حباب هوازا و کاهنده ی آب و یا کنترل کنندهی گیرش ارائه کرده است. ASTM C260 (مشخصات استاندارد افزودنی های حباب هوازا برای بتن) حدودی را برای تأثیری که ممکن است ماده ی افزودنی مورد آزمایش بر آب انداخنگی، زمان گیرش، مقاومت فشاری و خمشی، جمع شدگی ناشی از خشک شدن و مقاومت در برابر یخ زدن آب شدن بتن، در مقایسه با افزودنی حباب هوازای شاهد داشته باشد، تعیین می کند.

ASTM C494 (مشخصات استاندارد افزودنی های شیمیایی برای بتن) افزودنی های کاهنده آب و یا کنترل کننده ی گیرش را به هفت نوع تقسیم می کند؛ نوع A (کاهندهی آب)، نوع B (کندگیر کننده)، نوع C (تسریع کننده)، نوع D (کاهندهی آب و کندگیر کننده)، نوع E (کاهندهی آب و تسریع کننده)، نوع F (کاهندهی آب قوی یا فوق روان – کننده و نوع G (کاهنده ی آب قوی و کندگیر کننده).

فرق بین مواد کاهنده ی آب (انواع A D و E) و مواد کاهنده ی آب قوی (فوق روان کننده ها) در این است که در مقایسه با مخلوط بتن شاهد دارای روانی مشخص، افزودنی کاهنده ی آب معمولی باید حداقل ۵ درصد و افزودنی فوق روان کننده حداقل ۱۲ درصد میزان آب مورد نیاز را کاهش دهد. استاندارد همچنین حدودی را برای زمان گیرش، مقاومت فشاری و خمشی و جمع شدگی ناشی از خشک شدن تعیین کرده است.

 

افزودنی فوق روان کننده

در ساخت بتن خودتراکم معمولا از فوق روان کننده های بر پایه ی پلی کربوکسیلات استفاء می شود که دلیل آن خواص برتر این گروه در مقایسه با فوق روان کننده های بر پایه ی سولفانات (شامل نمکهای سولفانات تقطیر شده ی ملامین فرمالدئید با نفتالین فرمالدئید) است.

تجربه نشان داده است با وجود اینکه امکان ساخت بتن خودتراکم با فوق روان کننده های سولفاناتیو لینگوسولفانانی وجود دارد، به کار گیری انواع پلی کربوکسیلاتی دست یابی به خواص خود تراکمی را تا حد زیادی تسهیل می کند نیاز به مصرف مقدار کمتر افزودنی، حفظ کارایی برای مدت زمان بیشتر، تأثیر کمتر بر زمان گیرش و پایداری مخلوط بتنی را می توان به عنوان مزایای اصلی فوق روان کننده های پلی ۔ کربوکسیلاتی برشمرد. (Jeknavarian و همکارانش (۲۰۰۳) پس از انجام بررسی هایی به این نتیجه رسیده اند که استفاده از این گروه فوق روان کننده ها باعث کاهش ۷۰ تا ۸۰ درصدی میزان مصرف (بر حسب درصد ماده ی جامد مصرفی به وزن سیمان در مقایسه با یک فوق – روان کننده متداول بر پایهی ملامین با نفتالین می شود.

علاوه بر این استفاده از فوق روان کننده – های پلی کربوکسیلاتی در بتن خودتراکم باعث ایجاد خواص جریان پذیری بهتر در قیاس با افزودنی های سولفاناتی می شود. این گروه از فوق روان کننده ها قادر به کاهش تنش تسلیم به میزان بیشتری نسبت به انواع سولفاناتی هستند؛ در واقع به ازای یک میزان ثابت کاهش در تنش تسلیم، افت کمتری در لزجت را باعث می شوند Yamada و همکارانش (۲۰۰۰) معتقدند استفاده از فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی در مخلوط های با نسبت آب به سیمان زیاد کاهش قابل توجه لزجت را به همراه دارد. در حالی که این کاهش در نسبتهای آب به سیمان کم ناچیز میباشد.

نتایج مطالعات دیگر نیز حاکی از این مسئله است که با در نظر گرفتن پارامترهای جریان پذیری، تفاوت ناشی از عملکرد فوق – روان کننده های کربوکسیلانی و سولفاناتی در نسبت های آب به سیمان کمتر مشهودتر است در واقع این ساختار منحصر به فرد فوق روان کننده های پلی کربوکسیلانی است که سبب عملکرد مناسب أنها می شود. این افزودنی ها را می توان برای کاربردهای خاص از طریق اصلاح ویژگی هایی چون طول زنجیره ی اصلی و نیز طول، دانسیته و یا نوع زنجیره های جانبی در سطح مولکولی به دلخواه طراحی نمود. نتیجه ی این اصلاحات، تغییرات در میزان کاهش آب، حفظ کارایی، زمان گیرش و روند کسب مقاومت در سنین اولیه است.

بر این اساس باید توجه داشت که همه ی فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی برای ساخت بتن خودتراکم مناسب نیستند به طور کلی به دو دلیل می توان گفت مدت زمان حفظ کارایی در فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی نسبت به انواع سولفاتانی طولانی تر می باشد. اول اینکه زنجیره های جانبی در پلیمرهای پلی کربوکسیلاتی در فواصل دورتر از ذرات سیمان فعال می باشند و بنابراین به سرعت در ساختار محصولات هیدراسیون قرار نمی گیرند. مورد دوم نیز به توانایی بعضی پلیمرهای پلی کربوکسیلاتی برای باقی ماندن در محلول آبی و اتصال به سطح ذرات سیمان با گذشت زمان و پیشرفت هیدراسیون برمی گردد.

 

Sakai و همکارانش

معتقدند کاهش طول زنجیره ی اصلی یا افزایش دانسیته ی زنجیره ی جانبی منجر به افزایش توانایی حفظ کارایی می گردد، در حالی که Yamada و همکارانش (۲۰۰۰) پس از بررسی هایی به این نتیجه رسیدند که کاهش طول زنجیره ی اصلی تأثیر ناچیزی بر حفظ کارایی دارد. آنها همچنین افزایش طول زنجیره ی جانبی، افزایش طول زنجیره ی اصلی و یا افزایش میزان بسپارش در زنجیره ی اصلی را به عنوان راهکارهایی برای کاهش طولانی شدن زمان گیرش در اثر استفاده از فوق روان کننده ها پیشنهاد کرده اند.

بهبود مقاومت در سنین اولیه یکی دیگر از مواردی است که به عنوان مزیت فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی مطرح می شود. وجود زنجیره های جانبی آبدوست که باعث جذب آب توسط ذرات سیمان می شوند، عاملی است که منجر به هیدراسیون یکنواخت و تسریع در روند کسب مقاومت بتن در اثر استفاده از فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی می شود. در انتها باید متذکر شد که علی رغم مواردی که به طور خاص در ارتباط با فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی مطرح شد، باید توجه داشت که عملکرد این گروه از افزودنی های شیمیایی وابستگی شدیدی به ویژگی های سیمان مصرفی (از قبیل سطح مخصوص، توزیع اندازه ذرات میزان C,A و میزان قلیاییها) دارد.

به طور کلی باید گفت که اندر کنش هر ترکیبی از مواد پودری (از قبیل سیمان، مواد پرکننده و مواد مکمل سیمان با افزودنی های شیمیایی مسئله ای است که می تواند در بتن خودتراکم ایجاد مشکل نماید. اگرچه برخی از عوامل تأثیرگذار در این مسئله تاکنون شناسایی شده اند، با این حال پیش بینی عملکرد ترکیب های مختلف کار دشواری است و به همین دلیل مطالعه ی سازگاری بین مواد پودری (به خصوص سیمان) و افزودنی شیمیایی مورد استفاده مسئله ای بسیار مهم است که در مرحلهی طرح مخلوط بتن خودتراکم باید مورد توجه قرار گیرد.

افزودنی حباب هوازا ایجاد میزان کافی هوا در بتن، تأمین اندازه و فاصله ی دلخواه بین حباب های هوا و در نتیجه افزایش مقاومت در برابر چرخه های یخ زدن آب شدن مواردی هستند که باعث می شوند افزودنی حباب هوازا در بتن خودتراکم نیز مورد توجه قرار گیرد. گروههای قطبی، در فصل مشترک هوا- أب، به سمت فاز آبی جهت دار شده و با کاهش کشش سطحی، ایجاد حباب را تسهیل و تمایل به به هم چسبیدگی حباب های پراکنده شده را متقابلا خنثی می نماید. در فی مشترک دره و آب که نیروهای جهت دار در سطح سیمان موجودند، گروه های قطبی با گروه ها غیرقطبی متمایل به سمت آب، به دره چسبیده و سطح سیمان را ضدرطوبت می کنند.

به طوری که هوا می تواند آب را جابه جا کرده و به صورت حباب چسبیده به ذرات باقی بماند تجربه نشان داده است در بعضی موارد ایجاد سیستم نامناسب حفرات هوا و مقاومت ناکافی در برابر یخ زدن – آب شدن در بتن خود تراکم رخ می دهد؛ ولی باید توجه داشت که این موارد جزو ویژگی های ذاتی بتن خودتراکم نمی باشند. با افزایش حجم خمیر در بتن خودتراکچر، ممکن است نیاز به افزایش میزان هوا در بتن باشد تا در نهایت درصد حجم هوا در خمیر ثابت بماند استفاده از مواد مکمل سیمان و نیز مصرف چندین افزودنی شیمیایی در بین خودتراکم می تواند ایجاد میزان کافی حبابهای هوا در بتن را با پیچیدگی روبرو کند.
قابل ذکر آن که طبق توصیه – ای استاندارد ملی کانادا (2000-CSA23.2). برای تأمین مقاومت کافی در برابر یخبندان می۔ بایست مقدار ضریب فاصله حداکثر برابر با 0.23 میلی متر و میزان هوا در بتن سخت شده حداقل برابر با ۳ درصد باشد. البته مقدار متوسط ضریب فاصله برای بتن دارای نسبت آب به مواد سیمانی کمتر از 0.36 می تواند تا 0.25 میلی متر نیز باشد. در صورتی که نتیجه ی هیچ آزمایشی به تنهایی از۰/۳ میلی متر تجاوز نکند.

 

مسئله مهم در خصوص کاربرد افزودنی حباب هوازا در بتن خودتراکم

تغییرات در ویژگی های مجموعه حفرات هوای بتن در اثر عواملی چون مصرف مقادیر زیاد افزودنی فوق روان کننده و نیز تنش های وارد بر بتن در مراحل اختلاط و حمل بتن است. نتایج مطالعات Sieber)۱۹۸۹) نشان می دهد که مصرف افزودنی فوق روان کننده تأثیر زیادی بر توزیع حباب های هوا دارد و سبب می شود تا حجم بیشتری از حباب های هوا با قطر ظاهری بیشتر از ۰/۵ میلی متر و حجم حفرات کمتری با قطر ظاهری کمتر از 0.3 میلی متر تشکیل شوند.. Saucier و همکارانش (۱۹۹۰) معتقدند که مصرف افزودنی فوق روان کننده سبب کاهش پایداری مجموعه حباب های هوای بتن در حین عملیات حمل بتن می شود.

بدون اینکه تغییر قابل ملاحظه ای در میزان هوای بتن تازه رخ دهد، این افراد چگونگی و میزان تأثیر افزودنی فوق روان کننده پر مجموعه حباب های هوا را با عواملی چون خواص سیمان مصرفی، خواص افزودنی فوق روان کننده و نوع افزودنی حباب هوازا مرتبط دانسته اند. Khayat و Assad (۲۰۰۲) در مطالعات خود به ارزیابی تأثیر طرح مخلوط بتن خود تراکم بر پایداری مجموعه حفرات هوا در مقابل تنش های وارده بر بتن تازه پرداخته اند. برای این منظور ۱۰ مخلوط بتن خود تراکم ساخته شده و از هر مخلوط در بازه های زمانی مختلف (تا نهایتا ۹۵ دقیقه پس از شروع عملیات اختلاط) نمونه هایی تهیه شده تا از این طریق مجموعه حفرات هوای بتن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و تغییرات رخ داده در اثر لرزش ها و تکانهای اعمال شده مطالعه شود.

این محققین از روش شمارش نقاط فروش اصلاح شده مطابق با استاندارد 98-ASTM C457) برای تعیین ویژگی های مجموعه حفرات هوا استفاده کرده اند. نتایج مطالعات این افراد نشان می دهد که در شرایطی که مخلوط بتن خودتراکم شامل مقدار زیاد مواد سیمانی و نسبت آب به مواد سیمانی کم باشد، مجموعه حفرات هوا در بتن تازه از پایداری بیشتری در مقابل لرزش ها و تکانهای وارده برخوردار خواهد بود. برای مخلوط های حاوی مقادیر نسبتا کمتر مواد سیمانی و نسبت آب به مواد سیمانی بیشتر، پایداری و ماندگاری حباب های هوا را می توان با مصرف افزودنی اصلاح کننده ی لزجت افزایش داد.

این محققین همچنین پیشنهاد کرده اند که به منظور جلوگیری از به هم پیوستن حباب های هوای کوچک در اثر تنش های وارده بر بتن تازه، مقادیر لزجت خمیری (گشتاور) و تنش تسلیم (بینگهام) به ترتیب از ۱۰ نیوتن متر ثانیه و ۲ نیوتن متر بیشتر نباشد علاوه بر این، Khayat و Assad (۲۰۰۲) مشاهده کرده اند که میزان افزودنی هوازای مورد نیاز برای ایجاد مقدار مشخص هوا (۱/۵+۶ درصد)، در مخلوطهای حاوی افزودنی اصلاح کنندهی الزجت (در مقایسه با سایر مخلوطها) بسیار بیشتر بوده که این مسئله در مخلوط های با مقادیر پخش شدگی کمتر (آزمایش جریان اسلامپ) شدیدتر بوده است.

دلیل این مسئله می تواند نیاز به افزایش میزان فوق روان کننده به منظور حفظ کارایی در مخلوطهای حاوی افزودنی اصلاح کنندهی لزجت باشد. جذب سطحی ذرات فوق روان کننده توسط ذرات سیمان می تواند در چسبیدن حباب های هوا به ذرات سیمان خلل وارد کند. در نتیجه تعدادی از حباب های هوا از پایداری کمتری برخوردار بوده و تمایل به به هم چسبیدگی پیدا می کنند که این مسئله نان مقادیر بیشتر افزودنی حباب هوازا را ایجاب می کند دلیل دیگر نیاز به مصرف مقادیر بیشتر افزودنی حباب هوازا در مخلوط های حاوی افزودن اصلاح کننده لزجت، می تواند لزجت بیشتر خمیر سیمان و متعاقبا افزایش فشار داخ حباب های هوا باشد.

نتایج برخی مطالعات (مانند Nakamurai و Tanaka (۱۹۹۰ و می دهد که افزایش فشار داخلی حباب های هوا منجر به افزایش قابلیت حل شدن آنها محلول آبی شده و کاهش اندازه ی این حباب ها و در نتیجه کاهش میزان هوا در بتن را در دارد. در نهایت نیز افزایش میزان مورد نیاز افزودنی حباب هوازا در مخلوطهای حاوی افزودنی اصلاح کنندهی لزجت با قابلیت روانی کمتر را می توان با مقادیر آب آزاد کمتر موجود در این مخلوطها مرتبط دانست، مقادیر بیشتر آب آزاد به افزودنی حباب هوازا اجازه می دهد که کشش سطحی آب را به میزان بیشتری کاهش دهد و حباب های هوای کوچکتر و پایدارتری را با صرف مقادیر کمتر افزودنی ایجاد نماید.

نمونه جهانی پروژه بتن خود تراکم

فرودگاه بین المللی Pearson در تورنتو کانادا

نمونه جهانی پروژه بتن خود تراکم پروژه ی گسترش فرودگاه بین المللی Pearson در شهر تورنتو یکی از بزرگترین پروژه های انجام شده در کشور کانادا می باشد که در آن از بتن خود تراکم استفاده شده است. هزینه ی این پروژه برابر با 4.5 میلیارد دلار کانادا عنوان شده است که شامل احداث یک پایانه ی جدید احداث یک پارکینگ طبقاتی و اجرا و تعمیر روسازی می باشد.

در فرایند ساخت پایانه ۳۰۰۰ متر مکعب بتن خود تراکم آماده برای ایجاد ۱۸۰ ستون با ما استفاده شده است، هریک از این ستونها دارای ارتفاع ۳۱ متر و قطر ۷۰ سانتی متر بود شامل ۱۲ الی ۳۰ میلگرد فولادی و یک مجرای عبور کابل های برق تعبیه شده در وسط س می باشد. یک صفحه ی فولادی استخوانی شکل نیز در بالای ستون به منظور اتصال به خریا سقف مورد استفاده قرار گرفته است. به دلیل شرایط ویژه پروژه و عدم وجود فضای کافی برای جای دهی بتن به روش های متعارف، مهندسان این پروژه تصمیم به پمپ کردن بتن از قسمت تحتانی ستون گرفتند.

برای عملی کردن این تصمیم مهندسان باید بر چالش های فراوانی غلبه می کردند که یافتن نسیت های اختلاط متناسب برای مخلوط بتنی، انتخاب پمپ متناسب با این عملیات، کاربرد و اجرای اتصالات مناسب برای قسمت تحتانی ستون و در نهایت زمان بندی مناسب تحویل بشن در محل پروژه به منظور پر کردن یکپارچه ی هر ستون از جمله ی این چالش ها هستند. بعد از بررسی های انجام شده مهندسان پروژه بتن خود تراکم را به عنوان بهترین گزینه برای این فرایند در نظر گرفتند. بر این اساس گروه بتن، گروه طراحی سازه ای و گروه کنترل کیفیت پروژه پر روی طراحی مخلوط بتن خود تراکم دارای قطر پخش شدگی (آزمایش جریان اسلامپ) ۶۵۰ تا ۷۵۰ میلی متر و مقاومت فشاری ۳۰ مگاپاسکال در سن ۲۸ روز توافق کردند.

علاوه بر این زمان گیرش بتن باید به اندازه ای می بود که زمان کافی برای پمپ کردن ۱۲ مترمکعب بتن درون هر ستون را در اختیار سازندگان پروژه قرار می داد به منظور تضمین موفقیت پروژه، گروه بتن تصمیم به انجام عملیات “شبیه سازی تولید و بتن ریزی آزمایشی پیش از شروع بتن ریزی اصلی گرفت. به این منظور از ماشین 900 BPL (محصول شرکت Schwing) به منظور پمپ کردن بتن از طریق یک اتصال به قطر ۱۲۵ میلی متر استفاده شد. در حالی که دو ماشین مخصوص حمل بتن (هر یک دارای ۶ مترمکعب بتن خودتراکم) وظیفهی تأمین بتن را بر عهده داشت. عملیات بتن ریزی به صورت پیوسته و با موفقیت انجام شد.

در حالی که حداکثر فشار پمپ برابر با ۷ مگاپاسکال اندازه گیری شد. در نهایت زمان بندی اجرای ستون های پروژه تعیین شد و به طور میانگین بتن ریزی چهار ستون در هر روز انجام گرفت. در مواردی که مسائل پیش بینی نشده باعث تأخیر عملیات بتن ریزی در محل پروژه می شده است، سازندگان از افزودنی فوق روان کننده برای نگه داشتن قطر پخش شدگی مخلوط بتنی در محدوده ی مورد نظر استفاده می کرده اند. این در حالی است که برای تولید مخلوط بتنی از افزودنی فوق روان کننده (نوع F)، افزودنی روان کننده (نوع A)، افزودنی روان کننده و دیرگیر کننده (نوع D) و نهایتا افزودنی اصلاح کننده ی لزجت استفاده شده است. حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتنی نیز ۱۰ میلی متر بوده است.

 

پل Ritto – ژاپن

پل Ritto در مسیر آزادراه Meishin در نزدیکی شهر توکیو در کشور ژاپن ساخته شده است (شکل ۱-۱۳). در ساخت پل Ritto که در سال ۲۰۰۷ به اتمام رسیده از بتن خود تراکم برای ساخت پایه ها استفاده شده است. در واقع وجود انبوه آرماتورهای فولادی در طراحی پایه های پل، انگیزه ی اصلی سازندگان برای کاربرد این بتن خاص بوده است. ارتفاع مرتفع ترین پایهی پل ۶۵ متر می باشد. همچنین برای استحکام کافی سازه در برابر زلزله، مقاومت فشاری ۵۰ مگاپاسکال برای بتن خود تراکم مورد استفاده در این پروژه انتخاب شده است. علاوه بر این میزان پخش شدگی در آزمایش جریان اسلامپ برای این بتن بازهی ۶۰۰ تا ۶۵۰ میلی متر تعیین شده است. طرح مخلوط و نتایج آزمایش های مختلف بر روی مخلوط بتن خودتراکم مورد استفاده در این پروژه در جدول ۱-۳ ارائه شده است.

 

بزرگراه طبقاتی شهید صدر در تهران

ایران بزرگراه طبقاتی شهید صدر را می توان جزو بزرگترین پروژه های شهری در کشور ایران دانست ساخت این پل که در شمال تهران واقع شده است. در سال ۱۳۹۲ به اتمام رسید. در فرایند ساخت این سازهی عظیم در مجموع ۱۰۰ هزار مترمکعب بتن خود تراکم تولید شد که از این منظر می توان این پروژه را شاخص ترین نمونه کاربرد بتن خود تراکم در کشور دانست. بزرگراه طبقاتی شهید صدر در تهران – ایران این پل دارای دو مسیر رفت و برگشت (مجموعا به طول ۱۹ کیلومتر) و عرض۲۲۶۷ متر و حجم کل بتن مصرفی برای ساخت آن حدود ۲۸۳ هزار متر مکعب بوده است. هدف اصلی از اجرای این پروژه ی عظیم، افزایش ظرفیت ترافیکی بزرگراه صدر از طریق انتقال بخشی از ترافیک به طبقه فوقانی بوده است. پل طبقاتی شهید صدر در مجموع دارای ۳۲۳۴ پایه ی بتنی می باشد و در بعضی قسمت ها از پایه های دروازه ای شکل برای انتقال بارهای وارد بر سر ستون ها استفاده شده است، در حالی در سایر قسمت ها پل به صورت تک پایه طراحی شده است.

در فرایند ساخت سازهای این پل، اجزایی از قبیل ستونها، شمع ها و پیها به صورت درجا و با کمک بتن معمولی اجرا شده در حالی که قطعات سرستون و قطعات اصلی بدنه ی پل به کمک بتن خودتراکم و به صورت پیش ساخته در کارخانه ای خارج از محل پروژه تولید می باشند، از شرایط مناسبی برخوردار گردد. با توجه به قرار گرفتن این پل در یک منطقهی پرتردد شهری، مسئله ی زیبایی ظاهری به عنوان یکی از دغدغه های سازندگان از ابتدای پروژه مورد توجه بوده است.

در ارتباط با طرح مخلوط بتن خود تراکم، پس از انجام کار تحقیقاتی گسترده (به مدت ۶ ماه پیش از آغاز پروژه) و در نظر گرفتن پارامترهای تأثیرگذار متعدد و تعریف اهداف عملکردی مشخص، دو مخلوط به عنوان مخلوطهای نهایی مورد استفاده ی سازندگان قرار گرفت. نسبت های اختلاط برای این دو مخلوط بتنی در جدول ۱-۴ ارائه شده است. قابل ذکر آن که در این پروژه کاربرد مواد افزودنی معدنی مکمل سیمان پرتلند، على رغم مزایای فراوانی که در ارتباط با خواص بتن سخت شده می تواند داشته باشد.

در نظر گرفته نشد. مهم ترین دلیل این تصمیم تغییرات ناخواسته در خواص این مواد معدنی می باشد که این مسئله در بتن خودتراکم با توجه به حساسیت های زیادی که در مورد بتن تازه وجود دارد، مشکلاتی را می تواند ایجاد کند. این مسئله و به طور کلی تغییرات در ویژگیهای مصالح مصرفی، یکی از چالش های اساسی پیش روی مهندسین طی فرایند تولید بتن خودتراکم در مقیاس صنعتی است و در فصل بعدی تحت عنوان “ثبات بتن خود تراکم” مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

در ارتباط با مخلوط های بتنی، قابل توجه است که مخلوط ۱ با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۹ میلی متر برای ساخت قطعات دارای تراکم کمتر آرماتور و مخلوط ۲ با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۲ میلی متر برای ساخت قطعات با تراکم زیاد آرمانور، همانند تیرهای دروازه ای شکل واقع در بزرگراه، مورد استفاده قرار گرفته است. در هر دو مخلوط بتنی برای افزایش میزان ریزدانهی مخلوط و بهبود خواص بتن خودتراکم در حالت تازه از پودر سنگ آهک استفاده شده است. برای تولید قطعات بتنی سرستون که هر کدام از ۷ قطعه تشکیل شده اند، نیز از مخلوط ۲ استفاده شده است. این قطعات در کارخانه تولید و سپس بر روی ستون های بزرگراه شهید صدر نصب شدند، حجم بتن مصرفی برای تولید هر سرستون حدود ۱۵۰ مترمکعب میباشد.

از میان مسائل و چالش های اجرایی فراوانی که سازندگان در طی این پروژه با آنها روبرو شده اند، می توان به نحوهی اختلاط پودر سنگ آهک اشاره کرد. در ابتدای پروژه، ساخت مخلوطهای آزمایشی بتن خود تراکم با کمک تجهیزات کارگاهی نشانگر ناهمگنی مخلوط حاصل، على رغم افزایش زمان اختلاط بود. دلیل اصلی این مسئله به هم پیوستن ذرات پودر سنگ آهک و اختلاط ناکافی این پودر با سایر اجزای بتن تشخیص داده شد. برای رفع این مشکل ساخت مخلوطی متشکل از پودر سنگ آهک، آب و فوق روان کننده و افزودن این مخلوط مایع به سایر اجزای بتن مورد توجه قرار گرفت، حاصل کار راه اندازی یک دستگاه مخلوط کن خودکار (شکل ۱-۱۸) در نزدیکی واحد تولید بتن بود که مخلوط مورد نظر را با نسبتهای تعیین شده به صورت خودکار توزین و مخلوط می نمود. سپس مخلوط حاصل به کمک پمپ به مخزن اختلاط بتن فرستاده می شد.

همان گونه که عنوان شد، به دلیل وجود حجم زیاد آرماتور در تیرهای دروازه ای شکل بزرگراه بتن ریزی این اعضا به کمک بتن خودتراکم توانمند دارای حداکثر اندازه ی سنگدانه ی ۱۲ میلی متر انجام شد. نمونه ای از وضعیت تراکم آرماتورها در این تیرها مشاهده میشود.

انبوه آرماتور بکار رفته در مقاطع تیرهای دروازه ای شکل – بزرگراه شهید صدر نمونه ای از پایه های دروازه ای شکل ساخته شده به کمک بتن خودتراکم واقع در بزرگراه شهید صدر را نشان می دهد که حجم تقریبی بتن به کار رفته در آن برابر ۱۷۰ مترمکعب می باشد. آزمایش ها و بررسی تیرهای ساخته شده نشانگر کاربرد و اجرای موفقیت آمیز بتن خودتراکم در این پایه ها می باشد. شرایط ظاهری برتر و سطح مناسب اعضای بتنی ساخته شده در مقایسه با موارد اجرا شده به کمک بتن معمولی نیز حاکی از همین مسئله است.

 

نمونه ای از پایه های دروازه ای شکل

نمونه ای از پایه های دروازه ای شکل ساخته شده به کمک بتن خودتراکم توانمند – بزرگراه شهید صدر رویکرد جدی به مسئله ی دوام بتن را می توان به عنوان دیگر مشخصه ی ممتاز پروژه ی بزرگراه طبقاتی شهید صدر برشمرد. با همکاری مرکز تحقیقات تکنولوژی و دوام بتن دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در این پروژه برنامه ی کنترل کیفی سخت گیرانه ای به منظور ارزیابی دوام بتن خودتراکم مورداستفاده برای ساخت قطعات بتنی پل طراحی و اجرا شد، به این منظور در طول فرایند تولید بتن خود تراکم و ساخت قطعات بتنی، آزمایش های مختلفی از قبیل جذب آپ حجمی، جذب آب مویینگی، مقاومت الکتریکی سطحی، نفوذپذیری در برابر آب، مقاومت سطح در برابر پوسته شدن در اثر کاربرد نمکهای یخ زدا) و مهاجرت تسریع شدهی یون های کلراید به صورت مداوم بر روی آزمونه های تهیه شده از بتن تولیدی کارخانه ی قطعات پیش ساخته انجام می شد و نتایج مورد بررسی و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی قرار می گرفت.

پس از بررسی و تائید مخلوطهای بتنی مورد نظر از منظر مقاومت فشاری و مشخصه های دوام توسط آزمایشگاه بتن، حمل قطعات بتنی به محل پروژه و عملیات نصب آنها صورت می گرفت. در نهایت با توجه به موارد ذکر شده در خصوص کاربرد بتن خودتراکم در پروژه های عظیم در کشورهای مختلف و نتایج موفقیت آمیز به دست آمده، می توان اقبال بیشتر مهندسین عمران به این نوع بتن خاص را در آینده متصور بود، در ایران نیز پروژه ی ساخت بزرگراه طبقاتی شهید صدر را می توان آغاز به کار گیری وسیع بتن خود تراکم و شروع تحولی در صنعت بتن دانست، با آشنایی سازندگان ایرانی با روش های اجرا و مزایا و معایب بتن خود تراکم در چنین پروژه های عظیمی، می توان در آینده شاهد کاربرد صحیح و اصولی این محصول نوین، اجتناب از به کار گیری مصالح و روش های سنتی و هزینه بر و در نهایت ارتقای کیفیت سازه های بتنی بود.

نمونه پروژه بتن خود تراکم

کاربرد بتن خود تراکم

طی سال های گذشته پروژه های متعددی اعم از ساختمان، پل، تونل و غیره در کشورهای مختلف با کمک بتن خود تراکم ساخته شده و از مزایای فراوان این نوع بتن در فرایند ساخت آنها بهره گرفته شده است. در ایران نیز در چندین پروژه این اتفاق رخ داده است که به آنها نیز در کنار بعضی از پروژه های شاخص دنیا، در ادامه اشاره می شود.

 

موزه ی ملی سرخ پوستان در واشنگتن – ایالات متحده

موزه ی ملی سرخ پوستان ایالات متحده در منطقه ی Washington Mall احداث شده و در ساخت آن تلاش شده است که ظاهر سازه شبیه به تکه سنگی باشد که طی گذشت زمان توسط آب و باد شکل گرفته است. این ساختمان ۵ طبقه دارای مساحت ۲۴۰۰۰ مترمربع می باشد. در این سازهی منحصر به فرد هیچ زاویه ی قائمی دیده نمی شود و قالب های بکار رفته برای ساخت آن همگی به صورت خاص برای این ساختمان تهیه شدند.

دلیل اصلی استفاده از بتن خودتراکم تجمع زیاد آرماتور در اعضا و نیز شکل پیچیدهی سازه بوده است. این موضوع باعث ایجاد فضای کمی برای استفاده از لرزاننده می گردد، علاوه بر این، در این سازه سطح زیادی از بتن نمایان است و استفاده از بتن خودتراکم سبب گردیده بتن – ریزی بعضی از اجزا در یک لایه میسر شده و از نظر زیبایی سطح نیز کیفیت کار به مقدار زیادی افزایش یابد. در هنگام ساخت، به دلیل عدم نیاز به اعمال تراکم و لرزش، تنش اعمال شده به قالب ها کاهش زیادی پیدا کرده است. حجم کل بتن خودتراکم بکار رفته در این سازه فراتر از ۲۳۰۰۰ مترمکعب است. نسبت آب به سیمان مخلوط بکار رفته برای ساخت این سازه 0.47 و عیار سیمان آن ۲۳۰ کیلوگرم بر مترمکعب می باشد. مقاومت ۲۸ روزه ی بتن مصرفی 41.4 مگاپاسکال و میزان پخش شدگی آن در آزمایش جریان اسلامپ آن نیز برابر ۶۱۰ میلی متر گزارش شده است.

 

ساخت پایه های ضربدری برج میلاد – تهران

برج میلاد یکی از مرتفع ترین برج های مخابراتی جهان، در شمال غربی تهران قرار دارد و از آن به عنوان نماد پایتخت ایران یاد می شود. ساخت این سازهی عظیم که وزن تقریبی آن ۱۵۰ هزار تن می باشد. در سال ۱۳۷۶ آغاز و در سال ۱۳۸۷ به پایان رسید. در فرایند ساخت برج از ۶۳ هزار مترمکعب بتن و ۱۷ هزار مترمربع شیشه استفاده شده است. این برج علاوه بر بدنهی بتنی دارای یک سازه ی فلزی رأس به وزن ۲۱۰ تن می باشد که اصلی ترین بخش بهره برداری برج است. سازهی رأس برج دارای ۱۲ طبقه و سطح زیربنای تقریبی ۱۲ هزار متر مربع است.

از بتن خود تراکم برای ساخت سازهی لابی این برج مخابراتی چند منظوره استفاده شده است. سازهی لابی برج، پیرامون بدنه اصلی و در شش طبقه ساخته شده است. نمای اصلی لابی شامل ۱۶ ستون ضربدری شکل است که لبه ی پیرامونی سقف نهایی لایی بر روی این ستون ها قرار گرفته است. علاوه بر این از بتن خودتراکم غیر سازهای سفید رنگ در نمای لابی برج استفاده شده است. نمای لابی تلفیقی از بشن سفید، شیشه و بتن نقش دار است که جلوه گر ترکیبی از معماری مدرن و ایرانی است.

ساخت پایه های ضربدری شکل با استفاده از قالب پیش ساخته و بتن خودتراکم مورد مطالعه و اجرا قرار گرفته است. به این ترتیب این امکان فراهم شده که نقش چوب به وضوح روی سطح قطعات پیش ساخته نمایان گردد. جهت یکپارچه شدن اجرای نمای پایه ها و اجتناب از ایجاد درز بر روی نما، این قطعات به صورت یک دال سه بعدی (به ضخامت ۷ سانتیمتر) با مقطع U شکل به همراه یک درپوش اجرا و سپس از قطعات پیش ساخته به عنوان قالب استفاده شده و بتن خودتراکم سازهای داخل قطعات ریخته شده است. برای ساخت پایه های ضربدری شکل برج، مجموعا بیش از ۲۰۰۰ مترمکعب بتن خودتراکم تولید شده است.

 

دیوار عکس العمل در آزمایشگاه سازه دانشگاه شربروک – کانادا

طراحی و ساخت یک دیوار عکس العمل قوی برای آزمایش دینامیکی مقاطع سازهای بزرگ در آزمایشگاه سازی دانشگاه شربروک با کمک بتن خود تراکم صورت گرفته است. عملیات اجرای این پروژه در اواخر سال ۱۹۹۷ آغاز و هدف آن ارزیابی کاربرد بتن خودتراکم برای مقاصد سازه ای بوده است، عرض دیوار مذکور 9.3 متر، ارتفاع آن ۷ متر و ضخامت آن ۴ متر می باشد. دیوار بر روی یک سیستم پی با عمق ۳ متر قرار دارد که از تعدادی تیرهای با آرماتور زیاد متصل به بستر سنگی تشکیل شده است. دیوار ساخته شده نیز مسلح بوده و از سیستم پس کشیدگی برای آن استفاده شده است.

بتن مصرفی در یک کارخانه ی بتن محلی ساخته شده و در حجم های ۶ مترمکعبی به محل پروژه حمل شده است. در مجموع ۴۰ محموله ی بتن در هنگام تحویل در محل آزمایش و مصرف شده اند. بتن خودتراکم به محل مصرف پمپ شده و تحت وزن خود میان آرماتورها جای گرفته است. استفاده از این نوع بتن این امکان را به سازندگان داده است که بتن ریزی را فقط از دو نقطهی دیوار انجام دهند. حجم کل بتن خودتراکم مصرفی ۲۴۰ مترمکعب بوده است.

 

بازار بزرگ Midsummer Place در لندن – انگلستان

این مرکز تجاری به مساحت ۴۰۰۰۰ متر مربع و با بودجه ای برابر ۶۵ میلیون پوند در سال ۲۰۰۰ میلادی در لندن اجرا شد. ستون های این مرکز تجاری به صورت بیضوی با تراکم آرمانور زیاد و به ارتفاع 8.5 تا ۱۰ متر می باشد. اجرای این پروژه با استفاده از بتن خود تراکم منجر به ۴۰ درصد صرفه جویی در مدت زمان ساخت در مقایسه با بتن معمولی شده است. این مسئله همچنین حدود ۱۰٪ صرفه جویی در هزینه ها را در مقایسه با بتن معمولی و در نتیجهی کاهش نیروی انسانی و افزایش سرعت اجرا در پی داشته است.

 

تونل رسالت در تهران – ایران

پروژه تونل شهری رسالت دارای دو تونل بلند از میدان آفریقا تا شرق درهی نظامی گنجوی هر یک به طول ۸۲۷ متر و دو تونل کوتاه به هم پیوسته از غرب دره نظامی گنجوی تا قبل از بزرگراه کردستان هر یک به طول تقریبی ۱۷۵ متر با دهانه های بزرگ 13.5 متری می باشد. با احداث این تونل امکان اتصال شرق به غرب تهران با کوتاه شدن مسیرها فراهم شده است.

در این پروژه و در اجرای قسمتی از پوشش بتنی جداره توئل به دلیل عدم وجود دسترسی مناسب به فضای پشت قالب ها به منظور تراکم بتن بتن خود تراکم به عنوان یک راه حل مناسب بررسی و بکار گرفته شده است. با توجه به بررسی های انجام شده و در نظر گرفتن شرایط پروژه، میزان سیمان پرتلند در طرح مخلوط بتن خودتراکم به ۴۰۰ کیلوگرم در مترمکعب و نسبت آب به سیمان به 0.42 محدود شده است. همچنین به منظور بهبود خواص بتن تازه از افزودنی اصلاح کنندهی لزجت و نیز پودر سنگ آهک استفاده شده است. در مجموع در این پروژه تقریبا از ۲۸۰۰ متر مکعب بتن خودتراکم استفاده شده است.

 

طرح توسعه ی حرم حضرت معصومه (س) در قم – ایران

طرح توسعه ی حرم حضرت معصومه (س) اوایل سال ۱۳۸۱ در شهر قم و با زیربنایی معادل ۵۵ هزار مترمربع آغاز شد و در تیرماه ۱۳۸۴ به بهره برداری رسید. این بنا که در ضلع جنوبی حرم مطهر احداث شده است، شامل صحن اصلی و چندین شبستان می باشد. حداکثر طول دهانه در این سازه اسکلت بتنی برابر با ۲۲ متر و حداکثر ارتفاع ستون ها۱۹٫۶ متر میباشد. در کتیبه نویسی آیات قرآن در دیواره های اطراف حرم از بتن خود تراکم استفاده شده است.

بتن خود تراکم تزیینی به رنگ سفید که در ساختار بتن نمایان سطوح نمای ساختمان ادامه یافته و مزین به آیاتی از قرآن با خط زیبا و برجسته ی ریحان است، یکی از کاربردهای منحصر به فرد این متن را نشان میدهد. آسیب پذیری لبه ی تیز خط برجسته ی بتنی که در بخش های انتهایی حروف بسیار نازک می گردند. عدم امکان لرزاندن بتن و نیاز به پایداری در مقابل شرایط جوی، یخ زدگی و ضربه از دلایل استفاده از این نوع بتن در پروژه بوده است. نکته ی دیگر آن که در بتن مذکور از سیمان سفید و ریزدانه های ماسه سفیدرنگ استفاده شده و به منظور کنترل جمع شدگی نیز الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده قرار گرفته است.

طرح مخلوط بتن خود تراکم استفاده شده در این پروژه در جدول ۱-۲ ارائه شده است همچین مقاومت فشاری ۲۸ روزه نمونه های کارگاهی به طور متوسط حدود ۹۰ مگاپاسکال و مقاومت حتی ۲۸ روزه نمونه ها حدودا ۱۲ مگاپاسکال گزارش شده است.

 

پل معلق Akashi-kaikyo در Awaji-shima و Kobe – ژاپن

یکی از برجسته ترین کاربردهای بتن خودتراکم در ژاپن را می توان ساخت پایه های پل عظیم Akashi-Katko دانست، این سازهی عظیم که مجموعا ۱۹۳۲۰۰ تن وزن دارد. با در نظر گرفتن سرعت زیاد باد و احتمال وقوع زلزله های شدید در محل پروژه، طراحی شده است و عملیات ساخت آن در سال ۱۹۹۸ به پایان رسید. طول این پل در ابتدا به میزان ۳۹۱۰ متر طراحی شده بود اما زلزله ی بزرگ Hanshinدر ۱۷ ژانویه ۱۹۹۵ موجب افزایش یک متری طول پل شد.

طی عملیات اجرایی این پروژه روش بتن ریزی به گونه ای انتخاب شد که بتن خودتراکم پس از تولید، مسافتی حدود ۲۰۰ متر را در لوله هایی طی می نمود تا به محل بتن ریزی منتقل گردد. برخی مشخصات مربوط به پل و فرایند اجرای آن به اختصار در ادامه آورده شده است.

طول دهانه ی میانی (طولانی ترین دهانه در دنیا): ۱۹۹۱ متر طول دهانه های کناری: ۹۶۰ متر حجم بتن خود تراکم مصرفی: ۲۹۰۰۰۰ مترمکعب مسافت حمل بتن خودتراکم از طریق لوله ها و پمپاژ: حدود ۲۰۰ متر طول کابل های بکار رفته در پل معلق: ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر هزینه ی احداث پل 4.3 میلیارد دلار صرفه جویی در مدت زمان ساخت پایه ها به دلیل کاربرد بتن خود تراکم در مقایسه با بتن معمولی حدود ۲۰ درصد (کاهش زمان از 2.5سال به ۲ سال).

 

هتل و برج Trump در شیکاگو – ایالات متحده

هتل و برج Trump در حال حاضر چهارمین سازهی مرتفع در کشور ایالات متحده می باشد و در مجاورت شاخه ی اصلی رودخانه ی شیکاگو واقع شده است. این سازه دارای ۹۸ طبقه، ارتفاع کلی ۴۲۳ متر و فضای داخلی به مساحت ۲۴۰۰۰۰ متر مربع می باشد. ابعاد این سازه در تراز معادل طبقات ۱۶، ۲۹ و ۵۱ کاهش یافته است که این ترازها متناظر با ارتفاع سه سازهی مشهور در مجاورت برج میباشند. هدف از این انتخاب برقراری هماهنگی بصری بین نمای این برج و محیط پیرامون آن بوده است. عملیات ساخت این برج عظیم در سال ۲۰۰۹ به پایان رسید.

 

به دلیل ابعاد بزرگی اعضای سازهی پیرامونی برج و شدت بارهای وارده، طراحی سازهای این برج با چالش های فراوانی روبرو بوده است تا ارتفاع معادل طبقه ی ۵۱، مقاومت فشاری موردنیان برای همهی ستون ها و دیوارها برابر ۸۳ مگاپاسکال در سن ۹۰ روز) تعیین شده است در حالی که مقاومت موردنیاز برای برخی قسمت های سازه ی پیرامونی برابر ۱۱۰ مگاپاسکال بوده است. در فرایند طراحی سازه ای، علاوه بر مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته ی بین نیز از اهمیت زیادی برخوردار بوده است و محدودیت هایی برای میانگین مدول الاستیسیته ی بتن توسط طراحان ساز های تعیین شده بود.

سازندگان برای تأمین این خواسته ها از سنگدانه های آهکی متراکم با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۲ میلی متر استفاده کرده اند. تراکم زیاد آرماتور در برخی اعضای سازه ای سازندگان را به کاربرد بتن خود تراکم در این پروژه ترغیب کرده است. همچنین به منظور کاهش حرارت ناشی از واکنش های هیدراسیون در اعضای سازهای حجیم، در مخلوط بتن خود تراکم از مواد مکمل سیمان مانند روبارهی کوره ی آهن گدازی و خاکستر بادی استفاده شده است.

 

ساخت دال یکپارچه ی بتلی به عمق ۳ متر در زیر دیوارهای مرکزی یکی از رخدادهای مهم در روند ساخت برج Trutrip بوده است. این دال بتنی عظیم در سال ۲۰۰۵ و بر اساس الزامات زیر ساخته شده است.- کاربرد مخلوط بتنی خودتراکم.

– حداقل مقاومت فشاری ۶۹ مگاپاسکال در سن ۵۶ روز.
– میانگین مدول الاستیسیته ی استاتیک ۴۱ گیگاپاسکال در سن ۵۶ روز.
– حداکثر دمای بتن برابر ۲۷ درجه سانتی گراد (زمان بتن ریزی).
– حداکثر دمای بتن پس از بتن ریزی برابر ۷۷ درجه سانتی گراد (محدود کردن افزایش دما بر اثر واکنش های هیدراسیون).
– حداکثر تفاوت دما بین هر دو نقطه از دال برابر4.5درجه سانتی گراد.
– نسبت آب به مواد سیمانی 0.26 تا 0.28.

برای ساخت این دال یکپارچه ۳۸۰۰ مترمکعب بتن خود تراکم در طی یک مرحله (۲۲ ساعت) بتن ریزی شده است. برخی از ویژگی های مخلوط بتنی مورد استفاده برای ساخت این دال بتنی عبارت اند از:

– کاربرد سنگدانه درشت شکسته (دولومیت) با حداکثر انداز دی 2۰ میلی متر.
– کاربرد سیمان آمیخته شامل سیمان پرتلند نوع ۲، روباره کوره آهن گدازی و همچنین خاکستر بادی ردهی C.
– کاربرد افزودنی شیمیایی دیرگیر کننده افزودنی فوق روان کننده پایه ی پلی کربوکسیلات) و افزودنی اصلاح کننده ی لزجت.

بعد از گذشت ۵۶ روز از ساخت این دال، انجام آزمون بر روی استوانه های بتنی نشانگر مقاومت فشاری حدود ۱۰۰ مگاپاسکال و مدول الاستیسیتهی ۴۷ گیگاپاسکال بوده است. همچنین مغزه های تهیه شده از دال بتنی نشانگر توزیع یکنواخت سنگدانه های درشت در عمق دال بتنی بوده است. عملیات بتن ریزی این دال در عرض ۲۲ ساعت و با به کار گیری ۳۰ ماشین حمل بتن انجام شده است که یکی از بزرگترین عملیات (یک مرحله ای) بتن ریزی در آمریکای شمالی و با کمک بتن خودتراکم بوده است.