موضوع : بتن خود متراکم چیست؟ تهیه کننده :
مقدمه:
بتن خود تراکم ، شامل بازه گسترده ای از طرح های اختلاط می باشد که خواص بتن تازه و سخت شده لازم برای کاربری های خاص دارا می باشند . اگرچه مقاومت هم چنان معیار اصلی موفقیت این بتن می باشند اما ویژگی های بتن تازه آن ، بسیار گسترده تر از بتن معمولی و متراکم شده توسط لرزاننده ها می باشد . این خواص مطلوب باید در زمان ، محل و بتن ریزی حفظ شوند . بتن خود تراکم در مواردی که شبکه بندی آرماتور ها فشرده است ، گزینه ای مطلوب می باشد . هم چنین عدم نیاز به لرزاننده ،آلودگی صوتی محیط را به نحو قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.علی رغم ویژگی های مطلوب، طرح اختلاط و اجرای این نوع بتن به عوامل متعددی از قبیل دانه بندی مصالح سنگی ، نوع مواد افزودنی و همچنین فیلرهای مورد استفاده بستگی دارد . در نظر گرفتن هر یک از معیارهای فوق ، کیفیت بتن سخت شده و کار پذیری بتن تازه را تحت تاثیر قرار میدهد .
زمان هزینه و کیفیت سه عامل مهم در اجرا می باشد که تاثیر مهمی در صنعت ساخت دارند . هر گونه پیشرفت و یا توسعه ای که باعث بهبود این سه عامل گردد ، همواره مورد علاقه مهندسان عمران خواهد بود . هرگاه این پیشرفت ها در صنعت ساخت و ساز تاثیر گذار باشد باید تحقیقات کافی بر روی فواید و مضرات آنها انجام گرفته و اقدامات لازم برای اجرایی ساختن آنها در صنعت ساخت و ساز صورت پذیرد . بتن خود تراکم با توجه به خصوصیات ویژه خود یکی از این توسعه هاست که می تواند تاثیر قابل توجهی بر صنعت ساخت داشته باشد .
برای سالیان متمادی دست یابی به بتنی با قابلیت خودترازی ( خود تراکمی ) بدون افت در مقاومت ، روانی و یا جداشدگی ، آرزوی مهندسین در کشورهای مختلف بوده است در اوایل قرن بیستم به دلیل خشک بودن مخلوط بتنی ، تراکم بتن تنها از طریق اعمال ضربه های سنگین در مقاطع وسیع و در دسترس ممکن بود . با شیوع استفاده از بتن های مسلح و آشکار شدن مشکلات اجرایی کاربرد مخلوطهای خشک ، گرایش به استفاده از مخلوطهای مرطوب تر گسترش یافت اما شناسایی تاثیر نسبت آب به سیمان در دهه 1920 نشان داد که افزایش این نسبت می تواند موجب افت در مقاومت بتن گردد .
تاریخچه : بتن خود تراکم نخست در سال 1986 توسط H.okamura در ژاپن پیشنهاد گردید و در سال 1988 این نوع بتن در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ارائه داد . مقالات متعددی در ارتباط با توسعه بتن خودتراکم در دنیا ارائه شده که امروزه بتن خود تراکم همزمان با کشور ژاپن در مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی کشورهای اروپایی ، کانادا و امریکا تحت عنوان self consolidating concrete موضوع بحث و بررسی و اجرای سازه های بتنی است . در ایران نیز استفاده از بتن خود تراکم از چند سال قبل بطور محدودی آغاز شده و از مزایای آن بهره گرفته شده است برای مثال می توان از مصرف بتن خود تراکم در تونل رسالت در تهران نام برد .
مزایای چشمگیر بتن خود تراکم موجب گسترش سریع آن در دنیا شده است که بطور اجمال میتوان به مواردی از آنها اشاره نمود : – توسعه سازه های بتنی در دنیا و نیاز به بتن های با خواص ویژه – کمبود کارگران ماهر بتن ریزی بویژه کارگران ویبره زن – افزایش سرعت اجرای سازه های بتنی در سهولت بتن ریزی – امکان اجرای سازه های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطع کوچک با میلگردهای فشرده – توسعه صنایع پیش ساخته بتنی – صرفه جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت – توجه به سطوح تمام شده زیبا و مرغوب سازه های بتنی – کاهش سر و صدا و آلودگی صوتی محیط کار بویژه در صنایع پیش ساخته بتنی
آزمایش های : SCC پیش ازآغاز اختلاط بتن کلیه اجزاء تشکیل دهنده SCCباید تحت آزمایش های لازم قرار گرفته ونتایج بدست آمده با حدود و استانداردهای مربوط به هر ماده کنترل شود. برای تعیین اینکه بتن اساسا خودتراکم است یا خیر و پس از اثبات خودتراکمی ، اینکه بتن از لحاظ تغییر شکل پذیری ، لزجت و پرکنندگی در وضعیت مطلوبی بسر می برد ، باید آزمایشهای مخصوصی برای SCC در نظر گرفت . هیچ روشی به تنهایی یا ترکیبی از روشها نمی تواند به طور جامع خواص SCC را پوشش دهد و هریک توابع خاص خود را دارد. به بیان دیگر هیچ روش آزمایشی به تنهایی یافت نشده که تمام جنبه های کارایی مناسب را تایید نماید. پس هر طرح اختلاط باید با بیش از یک روش آزمایش کنترل شود تا پارامترهای مختلف کارایی مورد بررسی قرار گیرد. روشهای مختلف پیشنهادی آزمایش SCC در جدول 1 آورده شده است.
جدول 1 (روشهای سنجش خواص کارایی SCC)
1- جریان اسلامپ (Slump Flow) آزمایش جریان اسلامپ به منظور تعیین آزادی حرکت SCC در سطح افق به هنگام نبود مانع صورت می گیرد. اساس آزمایش بر اصولی استوار است که آزمایش اسلامپ معمولی بر آن بنا نهاده شده است. قطر دایره ای که بتن پس از پخش شدن می سازد معیار سنجش قابلیت پرکنندگی بتن خواهد بود. نتایج این آزمایش هیچ اشاره ای به توانایی گذشتن بدون انسداد بتن از خلال موانع ندارد اما میتواند ملاکی برای ارزیابی مقاومت در برابر جداشدگی نیز باشد.
روش انجام آزمایش حدود 6 لیتر بتن مورد نیاز است . ابتدا صفحه فلزی بدنه داخلی مخروط اسلامپ را تر کنید. سپس صفحه فلزی را روی سطح متعادلی محکم کنید. استوانه در مرکز صفحه قرار گرفته و داخل آن را به کمک پیمانه از بتن پر کنید. هیچ ضربه ای نباید به بدنه استوانه زده شود. مواد زائد را از اطراف آن بزدایید. سپس مخروط را به صورت عمودی بالا کشیده و اجازه دهید بتن آزادانه به بیرون جریان یابد. در همین لحظه زمان سنج را فعال نموده و زمانی را که طول می کشد تا بتن به قطر 500 میلیمتر پهن شود ثبت نمایید. این همان جریان اسلامپ T50cm است. قطر نهایی بتن پهن شده را در دو جهت عمود بر هم اندازه گیری نموده میانگین آنها را به عنوان قطر نهایی بتن پهن شده ثبت کنید. این اندازه جریان اسلامپ بر حسب میلیمتر است.
2- حلقه J(J Ring) این آزمایش جهت اندازه گیری قابلیت گذرندگی بتن به کار می رود در حلقه میله گردی نشان داده شده در شکل قطر و فاصله میان میلگردها اختیاری است. طبق توافقات برای آرماتورهای معمولی 3 برابر بزرگترین اندازه دانه سنگی برای فاصله میان میلگردها منظور می شود . قطر حلقه میله گردی عمودی 300 میلیمتر و ارتقاع میله گردها 100 میلیمتر می باشد. نتایج آزمایش حلقه J می تواند مکمل مناسبی برای آزمایشهای جریان اسلامپ ، اُریمت و قیف V باشد . پس از اتمام آزمایش اختلاف ارتفاع بتن درون و بیرون حلقه J انداره گیری شود این مقدار نشانه ای برای قابلیت گذرندگی و یا درجه ایست که نشان می دهد چه حدودی از فاصله بین میله گردها برای عبور بتن قابل استفاده است.
روش انجام آزمایش حدود 6 لیتر بتن برای انجام آزمایش مورد نیاز می باشد. صفحه فلزی و درون مخروط را تر کنید صفحه فلزی را روی یک سطح محکم قرار دهید. حلقه J را در مرکز صفحه فلزی قرار دهید . سپس مخروط اسلامپ را در مرکز آن نهاده و محکم کنید. مخروط را با پیمانه از بتن پر کنید . از هر گونه ضربه زدن به مخروط جلوگیری شود. مخروط را به طور عمودی بالا کشیده و اجازه دهید بتن آزادانه خارج شود . قطر بتن پهن شده را در دوجهت عمود بر هم اندازه گیری نموده و میانگین آن را به عنوان قطر نهایی و بر حسب میلیمتر ثبت نمایید. اختلاف ارتفاع بتن را درون و بیرون حلقه میله گردها در چهار نقطه اندازه گیری نموده و میانگین آنها را به عنوان اختلاف ارتفاع نهایی ثبت کنید.
3- قیف V (V Funnel) این آزمایش به منظور اندازه گیری قابلیت پر کنندگی بتن با حداکثر اندازه دانه 20 میلیمتر به کار می رود . زمان لازم برای جریان پیدا کردن بتن از میان دستگاه اندازه گیری می شود . سپس قیف دوباره از بتن پر شده و مدت 5 دقیقه در همان حالت باقی مانده و دوباره آزمایش فوق صورت می گیرد. چنانچه بتن دچار جداشدگی شود زمان جریان یابی آن بطور محسوسی افزایش می یابد.
روش انجام آزمایش قیف V
حدود 12 لیتر بتن برای انجام آزمایش لازم است. قیف V را به صورت متعادل روی زمین قرار داده و محکم کنید. سطح درونی قیف را تر کنید. درب زانویی دستگاه را باز کنید تا هر گونه آب مازاد تخلیه شود . درب زانویی را بسته و سطلی زیر آن قرار دهید . دستگاه را کاملا از بتن پر کنید . هیچگونه فشرده کردن ، پر کردن حفره ها یا ضربه زدنی به بدنه دستگاه به وسیله بیلچه نباید صورت گیرد. 10 ثانیه پس از پر شدن کامل دستگاه درب زانویی را باز کنید. تا بتن تحت وزن خود به بیرون جریان یابد. زمان سنج را هنگام باز کردن درب زانویی فعال کنید و زمان تخلیه کامل را ثبت نمایید. این زمان مربوط به آزمایش قیف V می باشد . زمان سنج هنگامی متوقف می شود که بتوان نور را از بالای دستگاه در دریچه تخلیه دید. همه آزمایش در 5 دقیقه انجام گیرد .
روش انجام آزمایش V T5minute سطح داخلی دستگاه را تمیز یا تر نکنید . درب زانویی را بسته و قیف را بلافاصله پس از اندازه گیری زمان جریان یابی از همان بتن پر نمایید و سطل را در زیر قرار دهید . درب زانویی را 5 دقیقه پس از دومین پرکردن دستگاه بگشایید و اجازه دهید بتن آزادانه و تحت وزن خود جریان یابد. همزمان با باز کردن درب زمان سنج را فعال نموده و زمان تخلیه کامل را ثبت نمایید این زمان همان V5min خواهد بود . برای SCC زمان جریان یابی 10 ثانیه اختصاص یافته است. شکل معکوس مخروطی دستگاه ,جریان را محدود می کند و زمان جریان یابی را طولانی می کند . این می تواند اشاره ای به حساسیت اختلاط نسبت به انسداد باشد . پس از 5 دقیقه قرار گیری جداشدگی بتن به طور پیوسته با افزایش زمان جریان یابی خود را نشان خواهد داد .
4-جعبه L (L Box) این آزمایش جریان یابی بتن و همچنین انسداد ناشی از فاصله میله گردها را تشریح میکند . از نتیجه این آزمایش شیب قرار گیری بتن در حالت استراحت حاصل می شود که معیاری برای قابلیت گذرندگی یا درجه ای از حدود فاصله میله گردها برای گذر بتن خواهد بود. قسمت افقی جعبه می تواند 200 تا 400 میلیمتر از دریچه امتداد داشته باشد. زمان لازم برای پرشدن این فاصله به عنوان T20 و T40 شناخته شده و معیاری برای قابلیت پرکنندگی است. قطر میله گردها و فاصله آنها از هم اختیاری است. بر اساس قرار داد در صورت استفاده از میله گردهای معمولی سه برابر بزرگترین اندازه دانه سنگی باید برای فاصله میله گردها از هم رعایت شود .
روش انجام آزمایش حدود 14 لیتر بتن مورد نیاز است . دستگاه را روی یکی سطح صاف و محکم قرار دهید. از باز شدن راحت دریچه اطمینان حاصل کنید و سپس آن را ببندید. سطح داخلی دستگاه را مرطوب نمایید و آبهای اضافی را خارج نمایید . قسمت عمودی دستگاه را از بتن پر کنید . به مدت 1 دقیقه آن را به حال خود رها کنید تا در محل خود قرار گیرد. دریچه را باز کنید تا بتن آزادانه به قسمت افقی دستگاه جریان یابد. همزمان با باز کردن دریچه زمان سنج را فعال نموده و زمان لازم برای پهن شدن بتن در طول 200 یا 400 میلیمتر در قسمت افقی را ثبت نمایید. وقتی بتن از جریان ایستاد مقادیر H1(ارتفاع بتن در انتهای قسمت افقی دستگاه)و H2 (ارتفاع بتن در پشت دریچه ) را اندازه گیری نمایید . H2/H1 نسبت انسداد را نشان می دهد. تمام آزمایش باید در 5 دقیقه انجام گیرد. مقادیر T20 و T40 می تواند اطلاعاتی پیرامون آسانی حرکت در اختیار گذارند اما هیچ محدوده مناسبی بطور عمومی برای آنها مورد تایید قرار نگرفته است. انسداد و گیر کردن درشت دانه ها در پشت میلگردهای دستگاه را می توان به صورت شهودی دید.
روش انجام آزمایش حدود 10لیتر بتن برای این آزمایش مورد نیازاست . بتن را درسطلی ریخته وروی سطح آن را به منظور جلوگیری ازتبخیر با کلاهکی بپوشانیدوبه مدت 15دقیقه درحالت سکون رها کنید . سطح بتن راپس از گذشت زمان مقرر مورد بررسی قراردهید وجمع شدگی آب روی آن رادرصورت وجود یادداشت کنید . بیش از2لیتریا 4.8Kg±0.2kg ازبتن داخل سطل را درظرف دیگری بریزید و ظرف حاوی بتن راوزن کنید . تمام بتن موجود درظرف را از ارتفاع 500 میلیمتری و دریک حرکت پیوسته ومدام روی الک 5میلیمتری به قطر 35میلیمتر بریزد . ظرف خالی را وزن کنید و وزن بتن خالص ریخته شده روی الک رامحاسبه نمایید(Ma) و اجازه دهید تا بتن دریک دوره ی زمانی 2دقیقه ای ازخلال الک به داخل ته الک جریان پیدا کند . سپس الک راجدا نموده و وزن گذشته از الک را تعیین کنید (Mb) نسبت وزنی ملات جداشده ازبتن ، درصد جداشدگی راتشکیل می دهد. درصدجداشدگیx100 = (Mb/Ma) برای درصد جداشدگی 5تا15درصد وزنی ازکل نمونه ، مقاومت دربرابر جداشدگی بتن مناسب خواهد بود . کمتراز5 درصد مقاومت بیش از حد را بدنبال دارد و به احتمال زیاد روی سطح تمام شده ی بتن تاثیری می گذرد (سوراخهای هوایی احتمالی ). دربیش از15درصد ومخصوصا بیش از 30درصد با یک جداشدگی قوی روبرو خواهیم بود .
5- GTM (Screen stability test) GTMآزمایش مناسب برای ارزیابی مقاومت دربرابر جداشدگی(پایداری) دربتن خودتراکم است .
روش انجام آزمایش : حدود20 لیتر بتن مورد نیاز است . دستگاه را درحالت متعادل روی یک سطح صاف قراردهید. اطمینان حاصل کنید که درب کشویی دستگاه براحتی باز وبسته می شود وسپس آنرا ببندید. بدنه ی داخلی دستگاه رامرطوب کنید وهرگونه آب اضافی را خارج نمایید. یکی از دهلیزهای دستگاه را ازبتن پرکرده و1دقیقه به حال خود رها کنید .حال درب کشویی را کشیده واجازه دهید بتن به حالت استراحت درآید، ارتفاع آن رادرقسمتی که ابتدا پرشده اندازه گیری نمایید وآن راH1 بنمایید.ارتفاع بتن رادرقسمت دیگربه همین روش اندازه گیری کرده و آن را H2بنامید.اختلاف ارتفاع H1-H2ارتفاع پرکنندگی لقب دارد. تمام آزمایش باید در5دقیقه انجام شود.
6- جعبه U ( U Box) این آزمایش به منظور ارزیابی قابلیت پرکنندگی بتن خودتراکم صورت می گیرد عموما درمحل دریچه ی میانی دوقسمت ،میلگردهایی باقطر13میلیمترازهم قرار می گیرند.
روش انجام آزمایش حدود 45لیتر بتن مورد استفاده می باشد. دستگاه را روی یک سطح هموار قرار دهید. سطح داخلی آن را مرطوب نموده وآب اضافی راخارج کنید. دستگاه را ازبتن پرکنید. پرکردن ظرف بدین صورت انجام می گیرد که هر5ثانیه یک پیمانه حاوی 1.5تا 2لیتر بتن تازه به داخل قیف ریخته می شود .
7- جعبه پرکننده ( Fill Box) ازنتایج این آزمایش به منظورارزیابی قابلیت پرکنندگی بتن خود متراکم با حداکثر اندازه دانه ی 20میلیمتر استفاده می شود . ظرف ازطریق لوله پرکننده پر میشود و اختلاف ارتفاع بین دوطرف ظرف معیار سنجش قابلیت پرکنندگی SCCخواهد شد.
این عمل تا زمانی که بتن موانع ردیف اول بالایی راپوشش می دهد ادامه می یابد. پس ازبه سکون رسیدن بتن اندازه گیری ارتفاع دردونقطه ازآن درطرفی ازظرف که پرشده است صورت می گیرد و میانگین محاسبه شود (H1). این اندازه گیری درسمت دیگرظرف نیز صورت می گیرد(H2). درصد پرکنندگی میانگین بدین شکل تعیین می گردد: درصد پرکنندگی میانگین (./.)F={(h1+h2)/2*h1}*100./. تمام آزمایش باید درمدت 8دقیقه به اتمام برسد . چنانچه بتن به آزادی آب جریان یابد ، در حالت سکون به حالت افقی درآمده و درصد پرکنندگی برابر 100خواهدبود .
روش انجام آزمایش حدود 8لیتر بتن برای آزمایش اریمت موردنیاز است . دستگاه راروی یک سطح هموار قرار دهید. سطح داخلی آن را مرطوب نموده ودریچه خروجی راباز کنید تا آب اضافی خارج شود. دریچه را بسته وسطلی زیر آن قرار دهید. دریچه را10ثانیه پس ازپرکردن دستگاه ازبتن باز کنید تا بتن تحت وزن خود جریان یابد دراین هنگام زمانسنج را بکار انداخته و زمان لازم برای تخلیه کامل بتن راثبت نمایید. به این زمان،زمان جریان یابی اطلاق می شود .همه مراحل آزمایش باید درکمتراز5دقیقه انجام گیرد. زمان جریان یابی کوتاهتر نشاندهنده ی کارآیی بیشتر است . بطور معمول برای بتن خودتراکم ، زمان جریان یابی 5ثانیه یا کمتردرنظرگرفته شده است.
8- اریمت (Orimet) این روش برای تشخیص کارآیی زیاد وروانی بتن تازه مخلوط شده درکارگاه ساختمانی بکار می رود. مراحل این آزمایش به شکل ساده شامل پرکردن اریمت با بتن وسپس بازکردن دریچه واندازه گیری زمان طی شده تا دیدن نوراز دریچه زیرین لوله درنگاه ازبالاست.
ترکیب آزمایشها کیفیت SCC در هر دو مرحله آزمایشگاه و سایت باید توسط آزمایشات لازم کنترل گردد. ترکیبی مناسب از روشهای آزمایش می تواند کارایی بتن تولیدی را بررسی نماید . برای مثال ترکیب آزمایش جریان اسلامپ و قیف V یا ترکیب آزمایش جریان اسلامپ و حلقه J در صورت استفاده از موادی با کیفیت یکدست که به وسیله تکنیسین ورزیده و با تجربه انجام شود ، کافی خواهد بود .
جدول 2(ترکیب های پیشنهادی آزمایشها)
ضوابط پذیرش آزمایشها شرایط و حدود مشخص شده برای نتایج آزمایشها چه در زمان تولید و چه در زمان اجرا باید در محدوده استاندارد قرار گیرد . برای مثال تغییر کارایی در زمان حمل و نقل باید در محاسبات طرح اختلاط لحاظ شود اصلی ترین ضوابط پذیرش برای بتن خودتراکم با دانه های کوچکتر از 20 میلیمتر در جدول 3 آورده شده است. شرایطی که در مقابل هر آزمایش آورده شده است ، بر اساس اطلاعات و علم جاری و موجود و تجربه بنا نهاده شده است.
جدول 3(شرایط و ضوابط پذیرش برای بتن خودتراکم)
طرح اولیه اختلاط طرح اختلاط SCC را باید به نحوی تنظیم نمود که تمام خواص و ویژگی های بتن تازه و سخت شده را برآورده نماید. یک طرح اختلاط زمانی میتواند جز گروه بتن خودتراکم طبقه بندی شود که هر سه فاکتور زیر را به طور کامل تامین نماید. – توانایی پرکنندگی – قابلیت گذر از میان موانع – مقاومت در برابر جداشدگی چنانچه طرح اختلاط بر اساس واحد حجم محاسبه گردد، مفیدتر خواهد بود تا بر اساس جرم . هنوز هیچ طرح اختلاط جامع و کاملی برای بتن خودتراکم ارائه نشده است و همه ترکیبات و نسبت های اختلاط به صورت نسبی و تجربی به دست آمده است . مراتب دستیابی به یک طرح اختلاط مناسب با طرح نسبتهای اختلاط اولیه بر اساس حدود تجربی به دست آمده ، آغاز شده و با بررسی ویژگی های حاصل به اصلاح نسبت های اولیه ختم می شود . حدود شاخص های SCC به قرار زیر است : – نسبت حجمی پودر به آب 0/8 تا 1/1 – محتوی پودری 160 تا 240 لیتر (400 تا 600 کیلوگرم )به ازاء هر متر مکعب – مقدار درشت دانه به طور معمول 28 تا 35 درصد حجمی از مخلوط – نسبت آب به سیمان بر اساس شرایط استاندارد EN206 انتخاب شود.در نهایت محتوای آب نباید از 200 لیتر بر متر مکعب تجاوز کند .
– مقدار شن و ماسه به ترتیب حدود 50 و 40 درصد حجم مواد جامد بتن . اصلاح طرح اختلاط اولیه آزمایش های لازم در محیط آزمایشگاه برای بازبینی خواص نخستین ترکیب انجام می شود و تمامی شرایط از پیش تعیین شده باید تامین گردد . مخلوط باید در اندازه طبیعی در محل کارگاه آزمایش شود . در صورتیکه عملکرد رضایت بخش به دست نیاید، باید به صورت بنیادی به طراحی مجدد پرداخت . بسته به مشکلات آشکار شده ، دوره های اصلاحی زیر می تواند به طرح اختصاص یابد : – استفاده از افزودنی یا نوعی دیگر از پرکننده (در صورت در دسترس بودن) – بازبینی خواص شن و ماسه – استفاده از یک عامل اصلاح لزجت – استفاده از نوع دیگری از فوق روان کننده که با مصالح محلی سازگارتر باشد – تنظیم نسبت افزودنی ها به منظور اصلاح مقدار آب و بر اساس آن اصلاح محتوای پودری
امروزه برای بتن خود تراکم مشخصات کلی زیر را پیشنهاد می کنند : از نظر کارآیی , یک بتن خود تراکم مناسب دارای خواص زیر خواهد بود – در حالت معمولی دارای جریان اسلامپی بیش از 600 میلی متر و بدون جداشدگی – حفظ روانی به مدت حداقل 90 دقیقه – قابلیت پمپ شدن در لوله ها بطول حداقل 100 متر و به مدت 90 دقیقه – مقاومت فشاری 28 روزه حدود 600-250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع – مقاومت در مقابل خوردگی تهاجم سولفاتها و کلریدها و انجماد و ذوب مطابق استاندارد – کاهش خطر ترکهای حرارتی در مقایسه با بتن معمولی لرزانده شده
اندازه گیری مقاومت فشاری بتن : مقاومت فشاری بتن بستگی به نسبت سیمان ,سنگدانه های درشت و ریز, آب و افزودنیها دارد و نسبت آب به سیمان مهمترین عامل در مقاومت بتن می باشد و هر چه نسبت آب به سیمان کمتر باشد مقاومت فشاری بتن بیشتر خواهد شد . در آیین نامه بتن ایران (آبا) مقاومت فشاری با علامت fc بر حسب نیوتن بر میلیمتر مربع بیان می شود که در واقع مقاومت مشخصه نمونه استوانه ای بتن به ارتفاع30 و قطر 15 cm در سن 28 روزه است . گاهی اوقات احتیاج می شود که از روی مقاومت نمونه های کم سن تر مقاومت نمونه 28 روزه را تخمین زد . در چنین مواردی رابطه زیر که مقاومت نمونه 28 روزه را از روی نمونه 7 روزه بدست می آورد , قابل توصیه است :
مشخصه های اصلی که بتن باید داشته باشد عبارتند از :
الف- وقتی که بتن تازه تهیه شده و خمیری است: کارایی خوب داشته باشد، راحت ریخته و جا داده شود بدون اینکه سنگدانه های ریز و درشت از هم و از دوغاب سیمان جدا شوند، گوشه و زوایای قالب را پر کند و میلگردهای آرماتور را (در صورت وجود) احاطه نماید.
ب- پس از گرفتن و سخت شدن: مقاومت لازم را داشته باشد، جمع شدگی آن کم باشد، بسته به مورد و نیاز قابلیت نفوذ آن کم یا بسیار زیاد باشد و . .
ج- مشخصه های خود را در طول عمر مفید پیش بینی شده، در حد مطلوب حفظ نماید.
مشخصه های اصلی که بتن باید داشته باشد عبارتند از :
هر بتنی که یکی یا تعدادی از این مشخصه ها را داشته باشد " بتن توانمند " یا " بتن با عملکرد ممتاز " یا اگر این مشخصه ها در سطح بسیار عالی باشند، " ابر بتن " نامیده می شود.
" بتن خود تراکم " یکی از انواع بسیار جالب بتن های توانمند است که در بدو امر برای کاربرد در قطعات بتن آرمه پر آرماتور ابداع و ساخته شد ولی امروزه کاربرد این نوع بتن یکی از مشکلات عمده اجرای کارهای بتنی در محیط های شهری را حل می کند که عبارت از آلودگی صوتی ناشی از کاربرد ویبراتور برای لرزاندن و جادادن بتن است. این آلودگی صوتی، کاربرد شبانه بتن در محیط های شهری را غیر عملی می سازد ولی با کاربرد بتن خود تراکم، دیگر نیازی به لرزاندن بتن نیست و می توان کارهای اجرایی را در مدت شب نیز ادامه داد. امروزه در برخی از کشورها به منظور برجسته کردن این مشخصه بتن خود تراکم، به آن نام " بتن بی صدا " داده اند.
استفاده از بتن خود تراکم از اواخر دهه 80 میلادی در کشور ژاپن آغاز شد و سپس در کشورهای دیگر گسترش یافت. امروزه در کشورهای پیشرفته بتن خود تراکم در زمره بتن های متداول و رایج محسوب می شود. وجود هوای تصادفی ناشی از عدم تراکم کافی موجب ضعف مشخصات مکانیکی بتن می شود به طوری که هر یک درصد هوا تقریباً پنج درصد افت مقاومت فشاری را به همراه دارد. استفاده از بتن خود تراکم اجازه می دهد در محل هایی که امکان تراکم کافی به دلیل آرماتور زیاد وجود ندارد یا دسترسی به محل بتن ریزی مشکل است بتن ریز بدون نیاز به تراکم انجام پذیرد و مقدار هوای تصادفی در بتن به حداقل برسد.
در حال حاضر فرهنگ متعارف مهندسی بتن در کشور، استفاده از بتن با اسلامپ زیاد را قابل قبول نمی داند و دلیل این است که معمولاً چنانچه روانی بتن زیاد باشد، این افزایش به دلیل استفاده از آب زیاد (بیش از آنچه در طرح اختلاط پیش بینی شده است) و یا استفاده از افزودنی ها با درصد زیاد ایجاد شده است، که در هر دو صورت، بتن از حیث مقاومت و رئولوژی بتن تازه با مشکل روبرو است. بتن خود تراکم که برای حل مشکلات ناشی از تراکم در بتن ریزی توسعه یافته است، در عین کارایی و روانی زیاد، دارای مقاومت کافی در برابر جداشدگی و آب انداختگی است و مشخصات مکانیکی آن نیز در حالت حداقل برابر بتن سنتی می باشد.
با توسعه روز افزون سازه های بتنی و با تاکید بر مقاومت و دوام آن از یک سو و کمبود یا نبود کارگران ماهر از سویی دیگر و گسترش صنایع پیش ساخته بتنی در دنیا موجب گردید که بتنی طراحی شود که برای تراکم و تحکیم خود نیازی به عمل لرزاندن در جریان بتن ریزی نداشته باشد. ساخت این نوع بتن با استفاده از افزودنی های شیمیایی (فوق روان سازه های نسل جدید) و معدنی امکان پذیر شده است.
بتن خود تراکم نخست در سال 1986 توسط H.Okamura در ژاپن پیشنهاد گردید و در سال 1988 این نوع بتن در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ارائه داد. مقاله ای در مورد این نوع بتن توسط K.Ozawa و همکارانش در سال 1989 منتشر گردید.
تعریف P.Bartos : بتن خود تراکم بتنی است که تحت وزن خود جاری شده و بدون نیاز به هر نوع لرزاندنی به طور کامل قالب ها را پر کرده (حتی با وجود میلگردهای متراکم) و حالت همگن بودن خود را حفظ نماید.
تعریف K.Ozawa : بتن خود تراکم تازه باید خواص زیر را داشته باشد :
الف- توانائی پر کنندگی : جاری شدن بتن خود تراکم در تمام فضاهای قالب ها تحت وزن خود.
ب- توانایی عبور : امکان عبور از فواصل تنگ میلگردها و قالب ها تحت وزن خود.
ج- مقاوم در مقابل جدا شدگی : بتن خود تراکم ضمن دارا بودن خواص (الف) و (ب) باید شکل و ترکیب یکنواخت خود را در جریان حمل و بتن ریزی حفظ نماید.
K.Ozawa : مدل پیشنهادی شکل (1) را برای سیستم ساخت منطقی بتن خود تراکم ارائه می دهد
K.Ozawa : مدل پیشنهادی شکل (1) را برای سیستم ساخت منطقی بتن خود تراکم ارائه می دهد
H.Okamura : خاصیت ویژه خود تراکمی این نوع بتن را به مشخصات مصالح و نسبت اختلاط وابسته می داند و در تحقیقات خود در سال 1986 با ثابت نگه داشتن مقدار سنگدانه های درشت در حد 50 درصد حجم مواد جامد و سنگدانه های ریز در حد 40 درصد حجم ملات و با تنظیم نسبت آب به سیمان و با افزودن مقداری فوق روان ساز توانست به خاصیت خود تراکمی بتن دست یابد.
مشخصات بتن خود تراکم
الف- کارآئی (Workability) : از نظر کارآئی یک بتن خود تراکم مناسب دارای خواص زیر خواهد بود:
در حالت معمولی دارای جریان اسلامپی بیش از 600 میلی متر و بدون جدا شدگی.
حفظ روانی به مدت حداقل 90 دقیق (در صورت نیاز).
توانائی مقاومت در شیب 3% در سطح افقی آزاد (در صورت نیاز).
قابلیت پمپ شدن در لوله ها به طول حداقل 100 متر و به مدت حداقل 90 دقیقه (در صورت نیاز).
مشخصات مکانیکی (Mechanical Characteristics) : از نظر مقاومت فشاری دو محدوده زیر برای بتن خود تراکم منظور می گردد:
مقاومت فشاری 28 روزه حدود 600-250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع.
مقاومت فشاری اولیه برای بتن های مصرفی در خانه سازی حدود 200-50 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع در 15-12 ساعت اولیه در دمای 20 درجه سانتیگراد.
ج- دوام (Durability) : از نظر دوام برای بتن خود تراکم سخت شده نکات زیر قابل ذکر است :
مقاومت در مقابل خوردگی، تهاجم سولفات ها- کلریدها و دیگر عوامل شیمیایی.
مقاومت در مقابل انجماد- ذوب مطابق استانداردها.
کاهش خطر ترک های حرارتی در مقایسه با بتن معمولی لرزانده شده.
دلایل گسترش بتن خود تراکم در دنیا
توسعه سازه های بتنی در دنیا و نیاز به بتن های با خواص ویژه
کمبود کارگران ماهر بتن ریزی به ویژه کارگران ویبره زن
افزایش سرعت اجرای سازه های بتنی در سهولت بتن ریزی
امکان بهبود کیفیت مکانیکی بتن
امکان اجرای سازه های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطه کوچک با میلگردهای فشرده (آزادی عمل بیشتر در طراحی)
توسعه صنایع پیش ساخته بتنی
صرفه جوئی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت
اجرای سازه های بتنی ویژه مانند بتن ریزی در زیر آب
توجه به سطح تمام شده زیبا و مرغوب سازه های بتنی
کاهش سر و صدا و آلودگی صوتی محیط کار به ویژه در صنایع پیش ساخته بتنی
کاربردهای اجرائی ویژه با بتن خود تراکم
سازه های بتنی معماری- هنری که نیاز به ظرافت خاصی با میلگرد گذاری فشرده دارند.
پل های با دهانه های بزرگ که به دلیل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرای آن ها با بتن معمولی امکان پذیر نمی باشد و در ضمن استفاده از بتن معمولی موجب قطورتر شدن اندازه پایه ها و نازیبایی سازه می گردد.
تونل های شهری و آبی که در آنها مسافت طولانی انتقال بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات مهم اجرایی است.
ساختمان های بلند و برج ها
ستون ها و دیوارهای بلند با میلگردهای متراکم
ستون های بتن ریزی شده با پمپ
بتن ریزی بلوک های بتنی
موضوعی که برای این پروژه انتخاب کرده ایم (بتن خودمتراکم) می باشد. علت آن اینست که یکی ازدستاوردهای نوین تکنولوژی بتن بوده که سالهاست در اروپا , آمریکا و ژاپن مورد استفاده قرار گرفته و روز به روز کاربرد خویش را بین مهندسان پیدا می کند. متاسفانه به دلایل نامعلوم تاکنون این صنعت درایران رواج نیافته است . امید است با آشنایی بیشتر مهندسین عمران با این تکنولوژی این صنعت جای خود را در ایران بازکرده و مشکلات اجرای کارگاهی ایران را کاهش دهد . دلایل اقتصادی پیشرفت روزافزون کاربردی بتن خودمتراکم به شرح زیر می باشد : ۱- اجرای سریعتر ۲- کاهش نیروی انسانی ۳- پرداخت بهترسطوح ۴- قالب ریزی مطلوبتر ۵- مقاطع نازکتر بتنی 6- آزادی بیشتر طراحی ۷-کاهش امواج صوتی بدلیل عدم عملیات ویبره .
فهرست : – مقدمه – تاریخچه – خصوصیات بتن scc – مبانی طراحی مخلوط بتن خود تراکم – مزایای scc – آزمایشهای scc – ترکیب آزمایشها – ضوابط پذیرش آزمایشها – طرح اختلاط اولیه – مقایسه با بتن معمولی – منابع و ماخذ
مقدمه : بتن خود متراکم (scc) بتنی است که به خودی خود و بدون صرف هیچگونه انرژی خارجی و تحت اثر وزن خود متراکم می شود . این بتن با روانی و کارایی بسیار بالا به راحتی در لابه لای سازه قرار می گیرد و نیازی به ویبره کردن ندارد . از مزایای این بتن حداقل تفاوت بین بتن آزمایشگاهی و کارگاهی را می توان ذکر کرد . لازم به ذکر است بتن scc با بتنهایی که در گذشته با روانی بالا کاربرد داشتند تفاوت اساسی دارد چرا که در گذشته با بالا بردن نسبت آب به سیمان این امر میسر می شده که مضرات زیادی برای بتن دارد . لیکن در طرح مخلوط بتن scc میزان آب به سیمان حذف گردیده و با استفاده از مواد افزودنی دیگر به بتن با روانی بالا رسیده ایم .
استفاده از تکنولوژی نوین بتن های خود تراکم ( S.C.C ) در اجرای بخشی از لاینینگ تونل
خصوصیات بتن scc : 1- قابلیت پراکنندگی (filling ability) : یکی از ویژگی های بتن scc پر کردن و جای گرفتن آسان در لابه لای آرماتوربندی سازه به وسیله وزن خود است . 2- قابلیت گذردهی (passing ability) : یعنی در بین تنگناها مانند فضای بین در آرماتورها بدون جداشدگی و گرفتگی به راحتی عبور میکند . 3- پایداری (stability) : خاصیت پایداری به حفظ همگن بودن بتن در طول حمل و نقل و حین بتن ریزی را گویند . 4- کارایی (work ability) : منظور جایگیری به طور آسان در مکان مورد نظر و متراکم شدن تحت وزن خود می باشد .
مبانی طراحی مخلوط بتن خود تراکم : سیال و پایدار بودن از مبانی طراحی مخلوط scc است ، اما غیر از این خصوصیات ، عامل اقتصادی نیز باید در طراحی در نظر گرفت . چالش مهم در طراحی مخلوط scc ، معادل بودن مشخصات مورد نیاز با مشخصات واقعی است . مواد مورد نیاز برای ساخت scc به شرح زیر است : 1 – سیمان : نوع و مقدار سیمان براساس خواص و دوام مورد نیاز تعیین می گردد . معمولا" مقدار سیمان بین 350-450 kg/m3 است . 2 – سنگدانه درشت : تمام سنگدانه های درشت که برای بتن معمولی استفاده می شود ، قابل مصرف در scc است . اندازه حداکثر معمولا" بین 16 – 20 میلیمتر است. به طور کلی مقدار سنگدانه درشت در scc کمتر از بتن معمولی است زیرا سنگدانه درشت انرژی زیادی مصرف می کند که باعث کاهش جاری شدن بتن می شود و در هنگام عبور از موانع مانند آرماتور سبب مسدود شدن بتن میگردد .
3 – سنگدانه ریز : تمام سنگدانه های ریز که برای بتن معمولی استفاده میشود برای scc نیز مناسب است هر دو نوع ماسه شامل شکسته و گرد گوشه قابل استفاده می باشد هرچه مقدار ماسه در مخلوط بیشتر باشد ، مقاومت برشی مخلوط بیشتر می شود . 4 – مواد افزودنی معدنی : انواع مواد افزودنی معدنی یا پوزولان را میتوان در scc مصرف کرد این مواد برای بهبود خواص بتن تازه و یا بتن سخت شده و دوام مورد استفاده قرار می گیرد . از جمله این مواد میتوان میکروسیلیس ،خاکستر بادی, سرباره و روباره را نام برد . 5 – فوق کاهنده آب(MRWR) : فوق کاهنده آب یا فوق روان کننده ها از مواد بسیار مهم برای ساخت scc محسوب می شوند و قابلیت های جانبی به بتن می دهند نظیر : – قابلیت پرداخت را افزایش می دهد.(Flat work) – قابلیت پمپاژ – استقرار بدون ویبره ویژگی های افزودنی های MRWR ویژگی های گیرایی کنترل شده ، کارایی عالی ، کارپذیری ، قابلیت پمپاژ ، پرداخت افزایش یافته ، مقاومت دهی اولیه و نهایی افزایش یافته ، حفظ یکپارچگی و . . . می باشد.
6 – مواد اصلاح کننده ویسکوزیته (VMA) : مواد اصلاح کننده ویسکوزیته برای افزایش مقاومت در برابر جداشدگی و همگنی در scc مصرف میشود . 7 – فیلرها : پودر سنگ آهک ,دولومیت, گرانیت خرد شده ریز که میزان اندازه آنها ریزتر از اندازه ماسه ها (D<0.125 mm) می باشد و در قسمت پراکننده ها قرار گرفته و فواید زیادی از جمله پر کردن منافذ خالی و در دوام و مقاومت بتن scc نقش اساسی ایفا می کند . لازم به ذکر است نقش روان کننده ها در طرح اختلاط آن است که باعث جدایی دانه های سیمان از یکدیگر می شود که سبب می شود دانه های سیمان به صورت گسترده در بتن در حال میکس پخش شوند و روان کننده ها از این طریق باعث کم کردن نسبت آب به سیمان می شوند . فوق روان کننده ها اگر از میزان ماکزیمم بیشتر استفاده شوند باعث می شود چسبندگی در بتن از بین برود و باعث عدم گیرایی می شوند .
شرایط پذیرش اجزاء تشکیل دهنده بتن خودمتراکم (SCC) اجزاء و مواد تشکیل دهنده (SCC) باید به صورت عمومی با شرایط EN206 مطابقت نماید. این مواد باید برای کاربردهای در نظر گرفته شده مناسب بوده و نباید شامل اجزاء مضر به مقداری باشد که به کیفیت یا دوام بتن آسیب برساند یا باعث خوردگی میلگرد های مسلح کننده شود. علاوه بر شرایط عمومی فوق هر یک از مواد تشکیل دهنده به تنهایی باید مورد بررسی قرار گیرند تا با آیین نامه های مربوط به خود مطابقت نمایند. استانداردهای مورد استفاده تحت آیین نامه انگلستان عبارتند از : سیمان (ترکیبات ، خصوصیات ، معیارهای انطباقی) EN1197 بتن (ویژگی ها ، اجرا ، ساخت ، انطباق) EN206 افزودن آب به بتن EN1008 آزمایش بتن تازه ; قسمت اول : نمونه گیری EN12350-1 آزمایش بتن تازه ; قسمت دوم : آزمایش اسلامپ EN12350-2 سنگدانه برای بتن EN12620 سیستم مدیریت کیفیت(شرایط) ENISO9001 افزودنی ها الف: افزودنی های نوع اول (پر کننده ها ; تقریبا خنثی) 1- اجزاء سنگی پر کننده EN12878 2- رنگدانه برای رنگ آمیزی مصالح ساختمانی با اساس سیمانی EN12878 ب: افزودنی های نوع دوم (پر کننده ها ; پوزولانی یا هیدرولیکی نهفته) 1- خاکستر بادی برای بتن EN1450 2- میکروسیلیس PREN13263 3- ذرات سرباره کوره آهن گدازی BS6699
بتن خود تراکم مزایایی در اجرای موارد خاصی از سازه های بتنی دارد که به نمونه هایی از آنها اشاره می شود : – سازه های بتنی معماری – هنری که نیاز به ظرافت خاص با میلگرد گذاری فشرده دارند . – پل های با دهانه بزرگ که بدلیل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرای آن ها با بتن معمولی امکان پذیر نمی باشد و در ضمن استفاده از بتن معمولی موجب قطور تر شدن اندازه پایه ها و نازیبایی سازه می گردد . – تونل های شهری و آبی که در آنها مسافت طولانی انتقال بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات اجرایی است . – ساختمان های بلند و برج ها – ستونها و دیوارهای بلند با میلگردهای متراکم – ستونهای بتن ریزی شده با پمپ – بتن ریزی بلوک های بتنی – بتن ریزی کف ها و سطوح افقی – بتن ریزی در سازه های زیر آبی
دیواره های مخازن عظیم LNG شرکت گاز Osaka در ژاپن حجم بتن خود تراکم مصرفی = 12000 متر مکعب ( تکمیل بتن ریزی در سال 1998 ) صرفه جویی در تعداد کارگران = حدود 67 درصد در مقایسه با بتن معمولی صرفه جویی در مدت زمان ساخت = حدود 18 درصد در مقایسه با بتن معمولی صرفه جویی در تعداد کارگاهها = حدود 29 درصد در مقایسه با بتن معمولی
سازه های مختلفی با استفاده از بتن خود تراکم اجرا شده اند که به نمونه هائی از آنها اشاره می شود . قابل ذکر است که اجرای بعضی از این پروژه ها بدون استفاده از بتن خود تراکم امکان اجرا نداشته اند .
بازار بزرگ Midsummer Place واقع در لندن – انگلستان ستونهای بیضوی با میلگردهای خیلی تراکم به ارتفاع 8/5 – 10 متر صرفه جویی در مدت زمان ساخت = حدود 40 درصد در مقایسه با بتن معمولی صرفه جویی در هزینه = حدود 10 درصد در مقایسه با بتن معمولی
برج Landmark در شهر یوکوهاما ژاپن ستونهای 9 طبقه اول این برج با استفاده از بتن خود تراکم اجرا شده است ( با توجه به فشردگی میلگرد ها( مقدار بتن خود تراکم مصرفی = 885 متر مکعب
طرح اختلاط آزمایشی برای ساخت بتن در آزمایشگاه :
نتیجه آزمایش اسلامپ و مقاومت فشاری:
– منابع و ماخذ : – کوچکعلی ,امیر عباس – بتن خودمتراکم – کاکا وند ,الاهه – بتن خود تراز – Hajime okamura.Masahiro Ouchi;self compacting concrete;journal of advanced concrete technology;Vol1 ,5-15,April2003 – http:/www.jcem.vgtu.lt – http://www.iransaze.com – http://www.omraneno.tk
پایان