با بتن پرمقاومت آشنا شوید
بتن پرمقاومت (High Strength Concrete یا به اختصار بتن HSC)، از انواع بتن ویژه می باشد و به بتنی گفته می شود که رده آن، بیشتر از C40 می باشد (مقاومت فشاری بیشتر از 40 مگاپاسکال). بتن پرمقاومت عمدتا در ساخت سازه های بلند و یا سازه هایی که در آن ها نیاز به مقاومت قابل ملاحظه ای است، به کار برده می شود. در این مقاله با بتن پرمقاومت آشنا خواهید شد، پس در ادامه با ایران عمران همراه شوید.
1- مقدمه
در آیین نامه بتن ایران، مقاومت مشخصه بتن پرمقاومت، حداقل 45 مگاپاسکال در نظر گرفته شده است اما ممکن است در آینده نزدیک، با رایج شدن ساخت بتن هایی با رده بالاتر از 45 مگاپاسکال، این مرز به 50 مگاپاسکال یا حتی بیشتر نیز افزایش یابد.
در ساخت بتن هایی با مقاومت مشخصه بیشتر از 40 مگاپاسکال، به تمهیدات ویژه ای در زمینه انتخاب مصالح، مصرف افزودنی های شیمیایی، پوزولان ها، سرباره ها و دقت در ساخت و کنترل کیفی نیاز است. در بتن پرمقاومت، طراح پروژه می تواند سن مقاومت مشخصه را بیش از 28 روز در نظر بگیرد، به ویژه اگر از مواد مکمل پوزولانی یا سرباره ای استفاده شده باشد. در برخی از منابع، افزایش سن مقاومت مشخصه تا 91 روز نیز توصیه شده است.
از بتن پرمقاومت می توان در ساخت اعضای سازه ای مانند ستون ها، دیوارهای برشی، پوسته ها، سازه های ساحلی، کف های صنعتی و سازه های بتنی پیش ساخته و پیش تنیده استفاده نمود.
2- مشخصات مکانیکی بتن پرمقاومت
مشخصات مکانيکی بتن پرمقاومت را می توان به دو بخش مشخصات مکانيکی كوتاه مدت و بلند مدت تقسيم كرد. در اين بخش به مشخصات كوتاه مدت اين نوع بتن ویژه مانند مقاومت فشاری، رفتار تنش-كرنش، مدول االستيسيته، نسبت پواسون و مقاومت كششی پرداخته خواهد شد. باید توجه داشت که معادلات و روابط مربوط به بتن های معمولی را نمی توان هميشه برای بتن های پرمقاومت به کار برد و نياز به تجديد نظر دارند. در ادامه به مشخصات مکانیکی بتن پرمقاومت پرداخته می شود.
1-2- رفتار تنش- کرنش در فشار
در شکل 1، رفتار تنش- كرنش بتن برای مقادير مختلف مقاومت فشاری آورده شده است. شاخه صعودی منحنی براي بتن های پرمقاومت، خطی تر و تندتر است. كرنش در حداكثر مقاومت، بزرگتر و همچنین شيب شاخه نزولی منحنی نسبت به بتن معمولی تیزتر می باشد.
رفتار تنش-كرنش بتن فوق مقاوم به پارمترهای مصالح مانند نوع دانه ها و پارامترهای آزمايشگاهی مانند زمان، نرخ كرنش و اندركنش بين نمونه و دستگاه آزمايشگاهی بستگی دارد. مدل تنش-كرنشی كه برای بتن معمولی به كار برده می شود را نمی توان برای بتن فوق مقاوم استفاده كرد، زيرا ماهيت منحنی بارگذاری آن كاملًا متفاوت است. شيب صعودی زياد و افت سريع در مقاومت بعد از مقدار حداكثر، نشان دهنده سخت بودن مدل سازی عددی رفتار تنش-كرنش بتن پر مقاومت است. تعدادی از محققین بر این باورند كه بتن فوق مقاوم مشابه مصالح كامپوزيت واقعی رفتار می كند و منحنی رفتار تنش-کرنش آن را می توان موازی منحنی های موجود در مکانيک سنگ رسم كرد. Carrasquillo و همکاران در سال 1981، ترک های داخلی كمتری را در نمونه های بتن پرمقاومت نسبت به بتن معمولی تحت كرنش محوری مشابه مشاهده نمودند. این موضوع حاکی از آن است که بتن های پرمقاومت، كرنش جانبی كمتری را نشان می دهند و در نتيجه اثر محصور شدگی در مقاومت فشاری آن ها در مقايسه با بتن معمولی غالباً محدودتر است (شکل 2).
شکل 1- منحنی های تنش- کرنش متداول در بتن
شکل 2- تنش محوری در مقابل کرنش محوری و کرنش جانبی برای بتن
2-2- مقاومت فشاری
كاهش نسبت آب به سيمان، افزايش مقاومت بتن را در پی خواهد داشت. با اين حال، اين موضوع زمانی صادق است كه مقاومت سيمان هيدارته شده از مقاومت سنگدانه ها كمتر باشد. زمانی كه اين دو مقاومت در يک سطح باشند، كاهش نسبت آب به سيمان موجب افزايش قابل توجه مقاومت نخواهد شد. برای افزايش مقاومت بتن فوق مقاوم، علاوه بر ساير عوامل، مقاومت و كيفيت سنگدانه ها نيز بايد افزايش يابد. معمولا نسبت آب به سيمان در بتن های پرمقاومت، بين 0/2 تا 0/3 در نظر گرفته می شود.
استفاده از شن های صيقلی رودخانه ای در طرح اختلاط بتن موجب می شود که مقاومت بتن کاهش یابد. هرچه اندازه سنگدانه ها در بتن كمتر باشد، به دليل افزايش سطح ويژه آن ها، بتن های مقاوم تری را ايجاد می كنند. با افزودن فوم سيليکايی، نياز به كاهش نسبت آب به سيمان جهت افزايش مقاومت، كمتر خواهد شد. اثر فوم سيليکايی در افزايش مقاومت بتن HSC، در زمان بين 7 الی 28 روز پس از اختلاط، برجسته تر می شود.
مقاومت فشاری اندازه گيری شده HSC به متغيرهای آزمايش، يعنی نوع قالب، اندازه نمونه، شرايط انتهايی و نرخ كرنش بستگی دارد. يک نمونه استوانه ای 4 در 8 اینچ (102 در 204 میلی متر) که برای انجام آزمايش مقاومت نمونه های بتن پرمقاومت توصيه شده است، مقاومت فشاری بیشتری را نسبت به يک نمونه استوانه ای 6 در 12 اینچ (152 در 305 میلی متر) نشان می دهد.
همانطور كه در شکل 2 نشان داده شده است، در گام های اوليه، نرخ افزايش مقاومت در بتن فوق مقاوم در مقايسه با بتن معمولی بيشتر است. مقاومت فشاری بتن HSC پس از 28 روز، به مقدار قابل توجهی می رسد. پس از 56 و 95 روز، 10 تا 15 درصد نسبت به مقاومت 28 روزه، افزايش مقاومت به دست می آيد. عمل آوری بتن HSC به دليل پايين بودن نسبت آب به سيمان آن، اثر قابل توجهی روی افزایش مقاومت آن دارد. طی مطالعات انجام شده توسط محققین، عمل آوری در شرايط خشک و تر، مقاومت 147 روزه بيشتری را نسبت به عمل آوری در شرايط كاملا تر در نمونه های بتنی كه به صورت مرطوب آزمايش شده اند، موجب می شود و همچنین 3 هفته دوره عمل آوری مرطوب، كافی است. آزمايش عمر در نمونه های HSC به ملزومات اجرايی بستگی دارد، با اين حال با در نظر گرفتن مقاومت قابل توجه در مراحل پايانی، غالباً آزمايش عمر در روزهای 56 یا 90 توصیه می شود.
شکل 3- مقاومت نرمالایز شده نسبت به زمان برای بتن سنگ اهکی که تا قبل از آزمایش در شرایط مرطوب عمل آوری شده است
شکل 4- اثر عمل آوری بر مقاومت بتن
3-2- مدول الاستیسیته
در ACI-318، مدول سکانتی الاستيسيته به صورت نسبت تنش و كرنش در 40 درصد مقاومت فشاری تعريف شده است. با افزايش مقاومت بتن، اين مدول الاستيسيته نيز افزايش می يابد. همان عواملی كه بر مقاومت فشاری بتن موثرند، بر مدول الاستيسيته نيز اثر می گذارند. بر اين اساس بسياری از روابط تجربی، مدول الاستيسيته را به عنوان تابعی از مقاومت فشاری بيان می كنند. معادله ارائه شده در ACI-318، تخمين محافظه کارانه ای (دست بالا) را از مدول الاستيسيته بتن پرمقاومت ارائه می دهد، همچنین در ACI-316 معادله ديگری ارائه شده است كه برای بتن های با تراكم معمولی، مقادير محافظه كارانه ای را ارائه می دهد:
رابطه 1
معادلات متعددی برای تخمين مدول الاستيسيته بتن HSC ارائه شده است. با اين وجود به دليل متغيرهای زياد، بسياری از معادلات، فقط مختص به همان مطالعات انجام شده به خصوص می باشند. علاوه بر اين، در ACI-363 توصيه شده است كه مهندس طراح بايد مدول الاستيسيته را با داده های درجا يا اسناد ديگر، صحت سنجی كند.
همچنين روابط تحليلی نیز برای محاسبه مدول الاستيسيته وجود دارد كه مدل های دوفازی شامل سنگدانه و خمير سيمان را مورد استفاده قرار داده اند. مدل های ساده تر اين روابط، تنش و كرنش را در هر دو فاز ثابت فرض كرده اند. برای استفاده از اين روابط، نياز به دانستن مدول الاستيسيته سنگدانه ها و خمير هيدراته سيمان است كه موجب می شود اين روابط چندان مورد توجه قرار نگيرد.
4-2- نسبت پواسون
داده های موجود در مورد نسبت پواسون بتن، مخصوصاً برای بتن فوق مقاوم بسيار محدود است. نسبت پواسون بتن HSC در محدوده خطی، ثابت است، اما در محدوده غيرخطی به صورت تابعی از كرنش محوری افزايش می يابد. در محدوده خطی، نسبت پواسون از مقاومت فشاری، روش عمل آوری و عمر بتن اثر نمی پذيرد (مطالعات Logan و همکاران در سال 2009). نسبت پواسون بتن پرمقاومت در محدوده خطی متناظر با 40 درصد تنش نهايی، در جدول 1 بر اساس مطالعات مختلف ارائه شده است.
جدول 1- نسبت پواسون بتن پرمقاومت
نسبت پواسون بتن HSC در محدوده خطی تقريباً 0/2 است كه از اين جهت با محدوده آن برای بتن معمولی مشابه است (0/15 تا 0/25). همانطور كه در شکل 1 نشان داده شده است، بتن HSC در محدوده غيرخطی به دليل ريزترک های كمتر، كرنش جانبی كمتری از خود نشان می دهد، لذا انتظار می رود كه در مقايسه با بتن معمولی، نسبت پواسون كمتری داشته باشد.
5-2- مقاومت کششی
مقاومت كششی بتن با استفاده از آزمايش های كششی مستقيم و غيرمستقيم اندازه گيری می شود. انجام آزمايش های كششی مستقيم كه آزمايش نمونه HSC تحت كشش خالص است، به دليل محدوديت های آزمايش، مشکل است. آزمايش های غيرمستقيم شامل آزمايش های خمشی و آزمايش برش استوانه می باشد كه براي اندازه گيری مقاومت كششی بتن پركاربردتر است.
3- مصالح مصرفی در بتن پرمقاومت
استفاده از انواع سیمان های پرتلند و آمیخته در تولید بتن پرمقاومت مجاز است. در به کارگیری سیمان های آمیخته برای ساخت بتن پرمقاومت، همچون سیمان های پرتلند، اطمینان از کسب مقاومت فشاری در سن مقرر باید با حساسیت بیشتری مورد توجه قرار گیرد.
استفاده از سنگدانه با حداکثر اندازه اسمی 20 میلی متر و کوچکتر، سنگدانه درشت شکسته یا نیمه شکسته پرمقاومت با حداکثر مقاومت سایشی 30 درصد، مطابق رده LA30 استاندارد ملی 302، در ساخت این نوع از بتن ویژه، توصیه می شود. در صورت تامین مقاومت و کارایی مورد نظر، استفاده از حداکثر اندازه سنگدانه بزرگتر نیز مجاز است.
در بتن های پرمقاومت، استفاده از فوق روان کننده یا فوق کاهنده آب، الزامی است و با توجه به احتمال افت روانی زیاد، استفاده از مواد دیرگیر کننده یا حفظ کننده روانی به همراه مواد فوق روان کننده توصیه می شود.
استفاده از مواد مکمل سیمانی، از جمله دوده سیلیس، در بتن های پرمقاومت توصیه می شود. استفاده همزمان از دو ماده مکمل سیمانی مانند سرباره و دوده سیلیسی در بتن پرمقاومت، نتایج مطلوبی داشته است. برخی از مکمل های سیمانی، مقاومت های زود هنگام را کاهش می دهند و ممکن است نیاز به افزایش سن مقاومت مشخصه توسط طراح وجود داشته باشد.
استفاده از محصولات آماده تحت عنوان ژل دوده سیلیسی یا محصولات مشابه، بدون اطلاع از مواد تشکیل دهنده و نسبت های آن ها، مجاز نیست. برای محاسبه نسبت آب به مواد سیمانی نیاز به داشتن اطلاعات کافی درباره مقدار دوده سیلیسی و آب در ژل یا دوغاب دوده سیلیسی احساس می شود. همچنین باید اطمینان حاصل کرد که دوده سیلیسی در این محصول به کار رفته است. اطلاع از نوع ماده روان کننده و دیگر مواد افزودنی موجود در ژل دوده سیلیسی نیز ضروری است. به هر حال این محصولات دارای مشخصات استاندارد نیستند و کنترل کیفی آن ها در حال حاضر امکان پذیر نیست و صرفا می توان عملکرد آن ها را در بتن، از نظر کارایی، مقاومت و دوام، مورد بررسی قرار داد.
استفاده از الیاف فولادی با نظر مهندس مشاور یا دستگاه نظارت و رعایت تمهیدات مندرج در مقاله بتن الیافی، در بتن های با مقاومت بیشتر از 65 مگاپاسکال، توصیه می شود (به ویژه در مناطق زلزله خیز با خطر نسبی زیاد و بسیار زیاد).
4- طرح اختلاط بتن پرمقاومت
طرح اختلاط بتن های پرمقاومت باید ابتدا در آزمایشگاه ساخته شده و بر اساس نتایج به دست آمده، مورد تایید قرار گیرد. همچنین لازم است از عملکرد آن در کارگاه نیز اطمینان حاصل شود. توصیه می شود، مقدار مواد سیمانی برای کاهش گرمازایی و جمع شدگی و رعایت مسائل زیست محیطی و توسعه پایدار، تا حد امکان، محدود شود.
در تعیین نسبت های مخلوط بتن پرمقاومت باید دقت نمود که اگر ابعاد عضو بتنی، مطابق با آیین نامه بتن حجیم (نشریه شماره 344 سازمان برنامه و بودجه)، بزرگ باشد، ممکن است دما در هسته آن، به شدت افزایش یابد. بنابراین برای جلوگیری از کاهش مقاومت بتن و پدیده تشکیل اترینگایت تاخیری، نباید دمای هسته بتن از 70 درجه سلسیوس بیشتر شود. همچنین تنش های حرارتی و ترک خوردگی ناشی از آن باید در عضو بتنی کنترل شود.
در جدول 2، رده بندی بتن های پرمقاومت و نسبت های آب به مواد سیمانی متناظر، ارائه شده است. در این جدول، سیمان مصرفی در بتن دارای رده مقاومتی 42/5 و شن صد درصد شکسته در نظر گرفته شده است. در بتن های پرمقاومت چنانچه از دوده سیلیسی استفاده شود، می توان از نسبت آب به مواد سیمانی نزدیک به کرانه فوقانی استفاده نمود.
جدول 2- راهنمای طبقه بندی بتن های پرمقاومت
در طرح مخلوط بتن پرمقاومت، رعایت ملاحظات زیر توصیه می شود. البته چنانچه حداکثر اندازه اسمی سنگدانه کاهش یابد، معمولا مقدار سیمان و مواد سیمانی افزایش می یابد. بنابراین مقادیر ذکر شده در زیر، می تواند به صورت متناسب افزایش یابند.
- نسبت آب به مواد سیمانی کمتر از 0/4
- حداکثر مقدار سیمان پرتلند 500 کیلوگرم در متر مکعب و مواد سیمانی 550 کیلوگرم در متر مکعب
- کنترل جمع شدگی در صورت به کارگیری مقدار سیمان بیش از 425 کیلوگرم در متر مکعب یا مقدار مواد سیمانی بیش از 475 کیلوگرم در متر مکعب برای حداکثر اندازه اسمی سنگدانه 20 میلی متر.
5- الزامات اجرایی
در هنگام ساخت بتن پرمقاومت در کارگاه، باید دقت بیشتری به ویژه در رابطه با نسبت آب به مواد سیمانی اعمال کرد. اندازه گیری رطوبت سنگدانه ها باید به صورت مستمر و ترجیحا خودکار انجام شود و با توجه به نتایج آن، اصلاحات لازم در وزن سنگدانه مرطوب و آب مصرفی اعمال شود.
در این نوع بتن ویژه، به خاطر نسبت کم آب به مواد سیمانی و مصرف زیاد سیمان، عمل آوری بتن اهمیت زیادی دارد. لذا استفاده از عمل آوری مرطوب، توصیه می شود. استفاده از روش های دیگر عمل آوری باید به تایید دستگاه نظارت برسد. با توجه به نسبت آب به مواد سیمانی و به کارگیری مواد افزودنی معدنی در این نوع از بتن ویژه، معمولا جمع شدگی خمیری و خود به خودی آن زیادتر از بتن های معمولی است. لذا رطوبت رسانی به آن برای کاهش این نوع از جمع شدگی اهمیت دارد. محافظت اولیه نیز برای جلوگیری از ترک خوردگی به شدت در این نوع بتن ها توصیه می شود.
جمع شدگی ناشی از خشک شدگی نیز در این نوع از بتن ها به مراتب بیشتر از بتن های معمولی است. بنابراین با افزایش مدت عمل آوری رطوبتی، می توان از ترک خوردگی های ناشی از این نوع جمع شدگی نیز جلوگیری نمود.
با توجه به افت روانی قابل ملاحظه در بتن پرمقاومت، افزودن مواد روان کننده یا فوق روان کننده را می توان در 2 مرحله ساخت بتن (شامل ایستگاه مرکزی و کارگاه)، انجام داد. در صورتی که نیاز باشد تا روان کننده در 2 مرحله به بتن افزوده شود، باید قبل از اجرا، عملکرد آن به صورت آزمایشی در آزمایشگاه و کارگاه ارزیابی شود. همچنین باید کنترل روانی قبل و بعد از افزودن فوق روان کننده در هر دو مرحله انجام پذیرد.
حمل و ريختن بتن، دو عمليات مهم اجرای بتن است كه در اغلب اوقات دارای تجهيزات مشترک می باشند چرا که اغلب وسايل حمل، وسيله ريختن نيز می باشند و بسياری از وسايل بتن ريزی، وسيله حمل نیز محسوب می شوند. در حمل بتن بايد به موضوع عدم جداشدگی، پيوستگی، مدت اجرا و توانايی حمل از نظر ظرفيت و حجم لازم، تبادل گرمايی با محيط و افزايش دما و كاهش آن، عدم آلودگی، فاصله زمانی مجاز حمل و به ويژه كاهش (افت) روانی توجه نمود. در بتن پرمقاومت، مدت اجرا بايد تا حد امكان كاهش يابد. افزايش ظرفيت توليد بتن و افزايش ظرفيت وسايل حمل و افزودن بر تعداد نفرات اجرايی براي ريختن، پخش و تراكم بتن، از جمله نكاتی است كه بايد به آن ها توجه نمود تا زمان اجرا به حداقل زمان ممكن كاهش يابد.
مدت زمان حمل بايد حتی الامكان كوتاه شود. افزايش سرعت وسايل حمل و نزديكی محل توليد بتن به محل مصرف (کارگاه) از جمله روش های كاهش زمان حمل می باشد. شرايط بايد چنان فراهم گردد كه از معطلی بتن به ويژه در هنگام تخليه اجتناب شود.
جلوگيری از جداشدگی يكی از موارد پراهميت در حمل و به ويژه در جایدهی بتن محسوب می شود. با افزايش كارايی و روانی بتن مصرفی، استعداد جداشدگی بيشتر می شود. افزايش حداكثر اندازه سنگدانه و كاهش مصرف مواد سيمانی موجب بالا رفتن استعداد جداشدگی می شود. در بتن های پرمقاومت، با توجه به كاهش حداكثر اندازه سنگدانه و افزايش نسبی مواد سيمانی، انتظار می رود اين مشكل تا حد امكان كاهش يابد. همچنين ضربات و لرزش های پی در پی می تواند موجب جداشدگی در حين حمل شود كه در برخی از وسايل حمل يا در برخی از روش های اجرايی وجود دارد.
عدم پيوستگی در حين اجرا به ايجاد درز سرد می انجامد. از آنجا كه افت كارآيی در بتن های پرمقاومت بيشتر است و همچنين به دليل پايين تر بودن نسبت آب به سيمان و افزايش عيار مواد سيمانی، زمان گيرش بتن در مقايسه با ساير بتن ها كوتاه تر می شود و خشك شدگی در سطح بتن به دليل كاهش آب انداختن، افزايش می يابد و امكان ايجاد درز سرد بيشتر می شود، بنابراين بايد توان اجرا و حمل بتن و ريختن آن را بالاتر برد. بديهی است، ايجاد وقفه در بتن رسانی به دليل بروز اشكال در وسايل ساخت بتن و خرابی وسايل حمل و ريختن آن، همواره يكی از مهمترين عوامل ايجاد درز سرد می باشد كه با پيشبينی وسايل ذخيره و اضافی، بايد تدابير لازم را جهت جلوگيری از بروز اين مشكل فراهم نمود.
در بتن های پرمقاومت به دليل افزايش مواد سيمانی، افزايش دما در طول حمل به واسطه هيدراته شدن اوليه، بيشتر خواهد بود. استفاده از تراک ميكسر، تسمه نقاله و حتی پمپ و لوله می تواند افزايش دمای بيشتری را به دليل اصطكاک و چسبندگی يا تبادل گرمايی بيشتر به همراه داشته باشد كه بايد بدان توجه نمود و تا حد امكان تدابير لازم را اتخاذ نمود تا در نهايت، دمای بتن در هنگام ريختن بيش از حد مجاز يا مقدار خواسته شده نباشد.
فاصله زمانی مجاز حمل به نوع وسيله حمل و شرايط محيطی آن و كيفيت بتن (نوع مواد سيمانی و مقدار آنها) و افزودنی های مصرفی بستگی دارد اما از بتن های معمولی رايج و با مقاومت كم، كوتاه تر خواهد بود. توصيه می شود حداكثر زمان حمل را به 60 دقيقه محدود نمایید.
كاهش روانی بتن در طول حمل در بتن های پرمقاومت بيشتر خواهد بود، بنابراین باید روانی اوليه مورد نياز را بالاتر برد و يا اینکه مدت حمل را كاهش داد. راه حل ديگر استفاده از مواد ديرگيركننده (حفظ كننده اسلامپ و روانی) و روان كننده می باشد.
وسايل حمل بتن معمولاً همان وسايل ريختن نيز می باشند. مهمترين و رايج ترين وسايل حمل را به ترتيب می توان تراک ميكسر، پمپ و لوله، جام و جرثقيل، فرغون و دامپر و كاميون كمپرسی و تسمه نقاله دانست. به هر حال، وسايل حمل محدود به اين موارد نيست اما كليات و نكاتی كه ذكر می شود، حسب مورد می تواند برای ديگر وسايل نيز به كار گرفته شود.
تراک ميكسر معمولاً اولين وسيله حمل محسوب می شود. در عيار سيمان معمولی (حدود 350 کیلوگرم بر متر مکعب)، كمترين اسلامپ برای چرخش بدون مشكل ديگ آن و تخليه از ناوه انتهايی حدود 40 ميلی متر می باشد و در عيار سيمان 400 تا 450 کیلوگرم بر متر مکعب، كمترين اسلامپ برای دوران ديگ و تخليه آسان به كمك ناوه، 60 ميلی متر منظور می گردد. لازم به ذكر است که اين مقادير، تابع دانه بندی و درصد ذرات ريزتر از 0/3 میلی متر سنگدانه نيز می باشند.
حداكثر مدت حمل در شرايط عادی برای بتن پرمقاومت برابر 60 دقيقه (بدون ديرگير) می باشد كه در هوای گرم با سيمان هايی كه آهنگ هيدراته شدن سريع دارند، اين مدت تا 30 دقيقه و در هوای سرد با استفاده از سيمان های ديرگير و ديرسخت شونده تا 120 دقيقه تغيير می كند. بديهی است که استفاده از مواد زودگير يا زودسخت شونده و مواد ديرگيركننده نيز می توانند اين زمان را تغيير دهند. ميزان تغييرات با توجه به طرح مخلوط، نوع سيمان و افزودنی و همچنين شرايط محيطی حاكم توسط دستگاه نظارت مشخص می شود.
در طول حمل نبايد آب يا مواد ديگر به بتن اضافه شود مگر اينكه مقدار و نوع آن به تأييد دستگاه نظارت برسد و نسبت آب به سيمان طرح مخلوط مورد نظر را تغيير ندهد. بديهی است که در صورت افزودن آب يا هر نوع ماده افزودنی به بتن، بايد ديگ در دو نوبت و هر نوبت 35 دور با دور تند بچرخد و پس از 35 دور نخست، با چرخش معكوس، بتن را تا آستانه تخليه بالا آورد و سپس نوبت دوم چرخش را آغاز نمود. بهتر است در مرحله نخست قبل از افزودن آب يا ماده افزودنی نيز بتن را در آستانه تخليه قرار داد و در اين حالت ماده مورد نظر را به ديگ افزود.
امروزه پمپ و لوله به عنوان مهمترين وسيله حمل و ريختن بتن به حساب می آيند. برای پمپ كردن بتن، روانی بتن، حداكثر اندازه، دانه بندی، شكل و بافت سطحی دانه ها و مقدار ذرات كوچكتر از 0/3 میلی متر و 0/15 ميليمتر موجود در سنگدانه ها و عيار سيمان بتن از اهميت قابل توجهی برخوردار است.
حداقل اسلامپ بتن پمپی باید 50 ميلی متر باشد اما توصيه می شود اسلامپ بتن پرمقاومت، كمتر از 90 میلی متر نباشد. با افزايش عيار سيمان بتن، معمولاً روانی مورد نياز افزايش می يابد، به همین خاطر برای بتن پرمقاومت، حداقل اسلامپ بيشتری مشخص شده است. هرچه روانی مورد نياز بتن بيشتر باشد، براي كاهش استعداد جداشدگی و آب انداختن، نياز به ذرات ريز بيشتری وجود خواهد داشت. افزايش عيار سيمان هر چند ممكن است مطلوب به نظر برسد اما چسبناكی و چسبندگی بين بتن و لوله را افزايش می دهد و پمپ كردن را مشكل می كند.
حداكثر اندازه سنگدانه ها برای بتن پمپی به يك سوم قطر داخلی لوله محدود می شود. شكل دانه ها به ويژه ماسه ها بهتر است گردگوشه باشد اما غالباً از سنگدانه درشت نيمه شكسته يا كاملاً شكسته و تيزگوشه استفاده می گردد. چنانچه قرار باشد از ماسه شكسته (تيزگوشه) استفاده شود لازم است ضمن افزايش روانی و عيار سیمان، مقدار ذرات ریزتر از 0/3 و 0/15 ميلی متر را در سنگدانه ريز افزايش داد تا مشكلات ناشی از تيزگوشه گی ماسه كاهش يابد.
6- نگاه ویژه به ستون های با بتن پرمقاومت
يکی از پركاربردترين المان های سازه ای در استفاده از بتن پرمقاومت، ستون است که معمولا در ساختمان یا پل استفاده می شود. در اين بخش به طور ويژه به مواردی در خصوص ستون های با بتن پرمقاومت پرداخته می شود.
1- مقاومت و شکل پذيری بتن محصور با افزايش نسبت حجمی فولاد محصور كننده، افزايش می يابد. اين مسئله هم برای بتن های معمولی و هم برای بتن های پرمقاومت صادق است. با اين وجود برای دستيابی به شکل پذيری مشابه، نسبت حجمی فولاد محصور كننده مورد نياز در بتن پرمقاومت بيشتر از ستون های با بتن معمولی است.
2- ستون های مستطيلی که تنگ های با فاصله برابر با اندازه بعد ستون دارند، اثر محصور شدگی نشان نمی دهند.
3- قلوه كن شدن پوشش بتن در ستون های با بتن پرمقاومت (طبق شکل 5) و خاموت های نزديک به هم در كمتر از 85 درصد مقاومت بتن محصور نشده، اتفاق می افتد.
4- استفاده از ميلگردهای طولی بزرگتر، اثر كمی بر شکل پذيری ستون خواهد داشت.
5- تنگ های مارپيچی نسبت به بسياری از تنگ های مستطيلی، مؤثرتر هستند.
شکل 5 – قلوه کن شدن پوشش بتن در یک ستون با بتن پرمقاومت تحت آزمایش فشاری
7- کاربردهای بتن پرمقاومت
مزيت های فنی و اقتصادی، موجب استفاده از بتن پرمقاومت شده است. به دليل اين مزايا، امروزه بتن پرمقاومت به طور معمول در ساختمان سازی، سازه های فراساحلی، اجزای پل ها و روسازی راه ها مورد استفاده قرار می گيرد.
استفاده از بتن پرمقاومت در سازه ها، نه به خاطر مقاومت آن بلکه به خاطر ساير ويژگی های مهندسی مانند بيشتر بودن مدول الاستيسيته (سختی)، كاهش نفوذپذيری در برابر مواد مضر كه موجب آسيب زدن به بتن می شود، (شکل 6) يا بيشتر بودن مقاومت سايش، كه از بيشتر بودن مقاومت نتيجه می شود، می باشد. به طور كلی مهمترين دلايل استفاده از بتن پرمقاومت را می توان به صورت زير برشمرد:
1- در مواقعی كه بهره برداری سريع از بتن مورد نظر باشد؛ به عنوان مثال روسازی در 3 روز.
2- برای ساخت ساختمان های بلندمرتبه با كاهش اندازه ستون ها و افزايش فضاهای در دسترس (شکل های 7 و 8)
3- ساخت بخش روسازه پل های با دهانه های بزرگ و بهبود دوام عرشه پلها. محققین نشان داده اند که برای دهانه های 25 متری با افزايش مقاومت بتن از 40 به 70 مگاپاسکال می توان پل هايی با دهانه هایی تا 17 درصد بزرگتر احداث كرد. پايه های پل كلرادو نمونه ای از اين نوع است (شکل 9)
4- ارضای ملزومات خاص مانند دوام، مدول الاستيسيته و مقاومت خمشی، در كاربردهای ويژه ای مانند سدها، سقف ورزشگاه ها، پی های دريايی، پاركينگ ها و كف های صنعتی پر تردد. البته بايد توجه داشت كه بتن پرمقاومت ضمانت بتن پردوام را نمی كند.
شکل 6- نمونه هایی از آسیب دیدگی و خوردگی بتن معمولی در برابر مواد مضر
شکل 7- برج های پتروناس در مالزی با ارتفاع 450 متر (با بتن پرمقاومت 40 تا 80 مگاپاسکال)
شکل 8- نمایی دیگر از برج های پتروناس در مالزی
شکل 9- پل کلرادو در آمریکا
منابع:
- آیین نامه بتن ایران (آبا)
- مقاله بتن های پرمقاومت از گروه مهندسین داریان، تهیه شده توسط مهندس وحید پاچیده و بررسی شده توسط مهندس امیر ساعدی
دیدگاهتان را بنویسید