بتن خود تراکم

بتن سوئدی

Rate this post

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.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *