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.