پاورپوینت بتن توانمند و فوق توانمند

بتن توانمند و فوق توانمند
My name contact information or project description

فهرست
مقدمه
بتن توانمند
مقایسه بتن توانمند با بتن معمولی
ویژگی های بتن های توانمند
نکات مهم در ساخت بتن توانمند
ویژگی های دوامی بتن توانمند
اجزا بتن توانمند
مزایا
معایب
کاربرد
روش های دستیابی به بتن با عملکرد بالا
آشنایی با انواع بتن توانمند
بتن فوق توانمند
اجزای بتن فوق توانمند
نحوه اختلاط
کاربرد بتن فوق توانمند
مزایا
معایب
منابع

1. مقدمه
سالیان بسیار زیادی است که بتن بعنوان یک ماده ساختمانی مهم و کاربردی در ساخت و سازه های بتنی چون ساختمان ها، سدها، پل ها، تونل ها، راه ها، اسکله ها، برج ها و سازه های خاص دیگر کاربرد دارد.
در اکثر موارد به بتن بعنوان ماده ای مقاوم در برابر نیروهای فشاری نگریسته شده است. انجام پروژه های وسیع تحقیقاتی بر روی مواد مختلف تشکیل دهنده بتن و ازمایش بتن های مختلف با مواد جدید در سال های آخر قرن اخیر، منجر به پیدایش بتن هایی شده است که علاوه بر تامین مقاومت، خواص دیگری از این ماده نظیر دوام، کارایی، نرمی و مقاومت در برابر عواملی چون آتش و محیط و هوازدگی را دستخوش تغییرات اساسی نموده است.

1. مقدمه
امروزه بر اساس تکنولوژی رایج بتن، ساخت بتن های با مقاومت های فشاری زیاد و دور از انتظار که می تواند برای طراحی سازه های اجرایی رایج مورد استفاده قرار گیرند، امکان پذیر می باشد. اگر چه اغلب آیین نامه های بتن هنوز مقاومت بتن مورد استفاده در سازه ها را به MPa 60 محدود می کنند، اما آیین نامه های جدید اخیراً حدی بالاتر از MPa 105 را نیز در نظر گرفته اند.
یکی از انواع بتن های جدید که خاصیت های جدیدی دارد، بتن توانمند است. بتن توانمند به طور کلی به بهبود کیفیت و مقاومت خمیر سیمان توجه می‎کند و همینطور ناحیه انتقال و سنگدانه ها را مورد تاثیر قرار می دهد.

2. بتن توانمند1
بتن توانمند به بتنی گفته می‎شود که علاوه بر مقاومت بالا از دوام بالایی نیز برخوردار است اگر بخواهیم بتن توانمند را به زبان خودمانی بگوییم میتوانیم از معادله ی زیر کمک بگیریم:
بتن توانمند = بتن با کارآیی بالا = بتن با عملکرد بالا
بتن توانمند H.P.C یعنی بتنی که در پل ها، سد ها، سازه های ویژه و …کاربرد دارد.
همچنین بتن توانمند عامل اصلی کاهش تخلخل در بتن می شود و فضاهای ارتباطی مویینه را قطع می کند که این عوامل خود باعث کاهش نفوذ پذیری می شود. علاوه برآن بتن توانمند به بهبود پایداری حجمی بتن بسیار کمک می‎کند.
این ماده (بتن توانمند) خواص تازه‎ای را ایجاد می‎کند از جمله این خواص ها می توان به: کارآیی فوق العاده، زمان گیرش لازم، نرخ افزایش مقاومت مورد نیاز اشاره کرد.
1- High Performance Concrete

2. بتن توانمند
طبق تعریف ACI 116R، بتن توانمندHPC به بتنی گفته می شود که الزامات عملکردی خاصی را که نمی توان با استفاده از روش های سنتی و معمول اختلاط، جای دهی و عمل آوری به آن دست پیدا کرد، را تامین می نماید. البته باید توجه داشت که درACI 363R بتن پرمقاومت به بتنی گفته می شود که مقاومتی بیش از 55 مگاپاسکال داشته باشد و این بتن را نباید با بتن توانمند اشتباه گرفت.
استفاده از بتن های توانمند به موانع بسیاری در مقایسه با بتن های سنتی نظیر دوام پایین، ناحیه انتقالی ضعیف، مقاومت کم در برابر مواد شیمیایی و دشواری تعمیر و مقاوم سازی آن غلبه نموده است.

3. مقایسه بتن توانمند با بتن معمولی:
بتن با عملکرد بالا در مقایسه با بتن معمولی کارایی بیشتری داشته و از قابلیت حفظ خواص خود در طول عمر سازه برخوردار می باشد.
این بتن از فناوری خاصی در تولید برخوردار بوده و استفاده از آن در موارد ویژه که نیاز به کنترل دقیق بر کیفیت مصالح و مراحل اجرایی در نظر باشد، صورت می گیرد.
از ویژگی های بتن با عملکرد بالا می توان به کارایی بالا، زمان گیرش لازم و افزایش میزان مقاومت آن ها اشاره کرد.
این گونه بتن ها از مقاومت خمیر سیمان بالایی برخوردار هستند و مقاومت سنگدانه بیشتری دارند.
در بتن توانمند نسبت آب به سیمان کم تر بوده و در تولید آن از دوده سیلیس استفاده می شود.
در حین اجرا عمل هیدراسیون سیمان و سخت شدن بتن توانمند مقداری آب از قسمت خارجی به قسمت داخلی آمده و این فرآیند تکمیل می شود.

میزان آب مورد استفاده در ساخت بتن های با عملکرد بالا از 0/4 کم تر می باشد.
در این گونه بتن ها به منظور دستیابی کارایی مناسب در نسبت های پایین آب به سیمان، ناچار به استفاده از فوق روان کننده ها خواهیم بود.
در ساخت بتن توانمند تنها می توان از آب بندهایی که در برابر حرارت و خوردگی مقاوم هستند، استفاده کرد.
بهترین انواع سنگدانه هایی که می توان در ساخت بتن با عملکرد بالا مورد استفاده قرار داد، سنگدانه های سیلیسی هستند. استفاده از این سنگدانه ها از دوام بالایی برخوردار بوده و از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه می باشند.
نکته‎ای که در ساخت این گونه بتن ها باید به یاد داشت، عدم استفاده از سنگدانه های واکنش زا است.
الیافی که از آن ها در بتن توانمند استفاده می شود، عموما الیاف پروپیلنی می باشند. این گونه الیاف در دمای بالا ذوب شده و کانال هایی برای خروج بخار آب از بتن فراهم می کنند. استفاده از این الیاف از ورقه ورقه شدن بتن جلوگیری به عمل می آورد.

3. مقایسه بتن توانمند با بتن معمولی:

4. ویژگی های بتن های توانمند HPC
از جمله ویژگی های بتن های توانمند می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
مقاومت های فشاری بالا
مقاومت های اولیه بالا
مدول الاستیسیته بالا
مقاومت سایشی بالا
دوام و طول عمر بالا
نفوذپذیری پایین
مقاومت شیمیایی
مقاومت ضربه و چغرمگی
ثبات حجم
سهولت جایدهی
تراکم بدون جداشدگی

4. ویژگی های بتن های توانمند HPC
به طور عمده بتن های توانمند از سه ویژگی عمده نسبت به سایر بتن ها بهره مند می باشند:
بتن توانمند مقاومت خمیر سیمان بالایی دارد.
بتن توانمند مقاومت سنگدانه بیشتری دارد.
بتن توانمند مقاومت ناحیه ی انتقال ITZ بیشتری دارد.

1. افزایش مقاومت خمیر سیمان در بتن توانمند
به طور معمول همیشه، خمیر سیمان (به عنوان یک کریستال تک فازی) با نرخ تخلخل بتن ارتباط تنگاتنگ دارد و بتن های توانمند با کاهش نرخ تخلخل خود موجب افزایش مقاومت خمیر سیمان می شوند.
مهم ترین عاملی که بر روی مقاومت خمیر سیمان در بتن توانمند تاثیر میگذارد، نسبت آب به سیمان است و به طور کلی هر چه این نسبت کمتر باشد مقاومت بیشتری حاصل می‎شود.
البته دانستن این نکته بسیار ضروری است که جمله بالا همیشه صادق نیست و باید مقدار آب به اندازه ای باشد تا اصلا عوامل تشکیل دهنده بتن توانمند بتوانند با هم واکنش شیمیایی بدهند.
همچنین نسبت آب به سیمان کم باعث بهبود دانسیته و مقاومت، کاهش زمان گیرش، افزایش حرارت زایی و کاهش کارایی می شود.

2. بتن های ابداعی برای افزایش مقاومت در بتن توانمند
در بعضی موارد با تغییر در مواد تشکیل دهنده بتن و با روش های ابداعی می توان پاره ای از خواص نامطلوب بتن را حذف نمود و بتن های با قابلیت بالا و یا همان بتن توانمند را درست کرد. این امر منجر به پیدایش بتن های خاص با خواص ویژه ای می گردد.
بتن توانمند معمولاً با سیمان زیاد، نسبت آب به سیمان کم، اضافه و جایگزین نمودن سیمان با دوده سیلیس ساخته می شوند. در حین عمل هیدراتاسیون سیمان و سخت شدن این بتن ها چون آب داخل بتن کافی نیست، مقداری آب از سطح خارجی به قسمت داخلی برای تکمیل عمل فوق می رسد. بنابراین بتن توانمند در ساعت اولیه سخت شدن دچار جمع شدگی ذاتی قابل ملاحظه ای می شوند. ممکن است اثرات منفی دیگری نظیر حساسیت به ترک خوردگی بیشتر در این بتن ها مشاهده شود.

این معایب را می توان با روش ساده ای برطرف نمود. در یک عمل ابداعی می توان حدود ۲۵ درصد از حجم سنگدانه را با سنگدانه سبک وزن قبلاً خیس شده جایگزین نمود. این سنگدانه ها باعث ایجاد ذخیره آب در بتن شده و محیطی با عمل آوری مرطوب فراهم می سازند. نتیجه اضافه کردن سنگدانه پیش اشباع شده به بتن با مقاومت زیاد، کاهش جمع شدگی ذاتی و کم شدن و حذف ترک های مویی خواهد بود. همچنین تراکم و دانسیته بالای بتن های با مقاومت زیاد سبب کاهش مقاومت در برابر آتش این بتن ها می شود که بعنوان یک عیب محسوب می شود. در دمای بالا آب شیمیایی خمیر سیمان بخار شده ولی به علت متراکم بودن بتن با مقاومت زیاد نمی تواند از آن خارج شود. در نتیجه پوشش بتنی بصورت ورقه جدا شده و ظرفیت بارپذیری ستون کاهش می یابد.
در یک کار ابداعی می توان الیاف پروپیلنی به بتن اضافه نمود. در دمای بالا الیاف ذوب شده و کانالهایی برای فرار و خروج بخار آب از بتن فراهم می سازند و از ورقه ورقه شدن بتن جلوگیری بعمل می آورند.
2. بتن های ابداعی برای افزایش مقاومت در بتن توانمند

3. افزایش مقاومت ناحیه انتقال (ITZ) در بتن توانمند
این ناحیه ذاتا برای نسبت آب به سیمان بزرگتر از ۰/۵ ناحیه ضعیفی به شمار می‎آید و همچنین ما شاهد ریزترک ها در این ناحیه در اثر خشک شدگی ناشی از جمع شدگی و انقباض حرارتی هستیم.
برای بهبود مقاومت ناحیه انتقال، سیمان و مواد افزودنی و نیز انتخاب نوع مناسب آن‎ها بسیار به ما کمک می کند.
بهبود مقاومت سنگدانه در بتن توانمند:
به طور کلی سنگدانه مقاوم موجود در بتن توانمند دارای ۴ ویژگی است:
صفحات کلیواژی ضعیف ندارد.
شدیدا هوازده نیست.
دارای تخلخل زیاد نیست.
معمولا حداکثر اندازه آن کوچک است.
معمولا با مصالح یک فازی نظیر سنگ آهک است.

5. نکات مهم در ساخت بتن توانمند
در ساخت بتن با عملکرد بالا، مواد تشکیل دهنده و فاکتورهای لازم برای ساخت بتن از اهمیت بالایی برخوردار می باشند.
در ساخت این بتن نسبت آب به سیمان باید کاهش یابد.
استفاده از حداکثر میزان مصالح سنگی
استفاده از دانه های مناسب
تراکم مناسب بتن
استفاده از سیمان هایی که در برابر حمله سولفات ها مقاوم هستند.
استفاده از پوزولان های مناسب
استفاده از الیاف و افزودنی های شیمیایی
از آن جا که زمان گیرش بتن توانمند کوتاه است و به سرعت انجام می گیرد، باید ساخت و حمل آن به محل موردنظر به سرعت انجام بگیرد.

6. ویژگی های دوامی بتن توانمند
همان طور که گفته شد، بتن توانمند بتنی است که دارای دوام و عملکرد مناسب در برابر شرایط محیطی مخرب باشد. برای طراحی طرح مخلوط بتن توانمند در ابتدا باید شرایط محیطی مخرب را ارزیابی کرده و متناسب با آن نسبت به تهیه طرح مخلوط بتن اقدام کرد. ویژگی های خاص بتن توانمند که سبب ایجاد دوام بالای بتن در برابر شرایط محیطی مخرب میگردند، عبارتند از:
مقاومت سایشی بالا
مقاومت سایشی مناسب در کنار مقاومت فشاری بالای بتن توانمند دلیل مناسبی برای استفاده از این بتن برای محیط های در معرض سایش بالا می باشد. از این بتن می توان در ساخت سرریز و حوضچه آرامش سدها، روسازی های بتنی یا روکش های بتنی که در معرض ترافیک سنگین قرار دارند، استفاده کرد.

مقاومت در برابر انفجار
از آنجایی که در برخی موارد، مقاومت در برابر انفجار مورد توجه طراحان قرار می ­گیرد، بتن توانمند با مقاومت بالای ۱۲۰ مگاپاسکال، خصوصاً بتن ­های مسلح شده با الیاف فلزی می ­توانند گزینه بسیار مناسبی باشند. بتن های مقاوم در برابر انفجار اغلب در ساخت خزانه ­های بانکی و کاربردهای نظامی مورد استفاده قرار می­ گیرند.
نفوذپذیری کم
ویژگی دوام و طول عمر بتن وابستگی زیادی به نفوذپذیری آن دارد. معمولا بتن­ های توانمند نفوذپذیری کمی در برابر آب، هوا و یون­ های مخرب نظیر یون های کلراید دارند. این نفوذپذیری کم با استفاده از تراکم کافی، نسبت آب به سیمان مناسب و استفاده از مقدار مناسب مواد جایگزین سیمان بدست می ­آید.
نمونه ای از خوردگی آرماتور و خرابی بتن در سازه های دریایی

کربناسیون
بتن توانمند باید مقاومت کافی در برابر کربناسیون داشته باشد که این مهم با نفوذپذیری کم این بتن دست یافتنی است. البته به دلیل استفاده از مواد پوزولانی در ساخت بتن توانمند و تاثیر دوگانه این مواد بر مقاومت در برابر کربناسیون پیشنهاد می­ گردد که ضخامت لایه پوشش بتن (کاور) در معرض غلظت بالای گاز دی اکسید کربن اندکی بیشتر در نظر گرفته شود
مقاومت در برابر چرخه های یخ­بندان و ذوب شدن
اگر چه که نفوذپذیری کم بتن های توانمند سبب جلوگیری از ورود آب به ساختار بتن و به تبع آن یخ زدگی و ایجاد ترک در بتن می گردد، اما راه حل مناسب با هزینه کمتر برای ساخت بتن های توانمند در برابر چرخه های یخ بندان و ذوب شدن، استفاده از بتن های حباب هوادار (هوازایی شده) ساخته شده با مواد حباب هوازا می باشد.

مقاومت در برابر حملات شیمیایی
یکی از شرایط بسیار مخرب برای بتن زمانی است که در معرض حملات شیمایی قرار می ­گیرد. بتن توانمند باید توانایی مقابله با چنین شرایط مخربی را داشته باشد. همان­ طور که در بخش نفوذپذیری کم ذکر شد، بتن­ های توانمند به دلیل ساختار متراکم و استفاده از نسبت آب به سیمان کم برای تولید آن اجازه ورود ترکیبات شیمیایی بسیار مخرب به ساختار بتن را نمی ­دهند.
مقاومت در برابر واکنش قلیایی سیلیسی سنگدانه­ ها
واکنش بین سنگدانه ­های سیلیسی فعال و هیدروکسیدهای قلیایی موجود در ساختار بتن بر دوام بلندمدت سازه ­های بتنی ساخته شده از این سنگدانه­ ها تاثیر می­ گذارد. این پدیده را می­ توان با استفاده از بتن­ های توانمند تا حد زیادی کنترل کرد. نفوذپذیری بسیار کم بتن­ توانمند اجازه ورود رطوبت به ساختار بتن را نمی ­دهد و از آنجایی­ که رطوبت کافی یکی از ملزومات انجام واکنش قلیایی سیلیسی سنگدانه می­ باشد، انجام این واکنش و انبساط ناشی از آن در بتن کنترل می­ گردد. علاوه بر این استفاده از مواد پوزولانی به دلیل کاهش قلیاییت و نفوذپذیری بتن سبب افزایش دوام در برابر واکنش ­های قلیایی سیلیسی می­ گردد.
شکل. نمونه ای از خرابی ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه در بتن

7. اجزا بتن توانمند
سیمان:
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی سیمان نقش بسزایی در ایجاد مقاومت و کنترل رئولوژی بتن تازه دارد.
مقدار کمی از آلومینات تری کلسیم (C3A) تا حد ممکن، زیرا هر چه مقدار C3A کمتر باشد، کنترل علوم فیزیکی آسان تر و مشکلات سازگاری سیمان و فوق روان کننده کمتر است.
باید حاوی مقدار مناسبی از آلومینات کلسیم (C3S) باشد.
مصالح ریز:
هم می توان از ماسه رودخانه ای و هم از سنگ های خرد شده استفاده کرد.
ماسه درشت تر ممکن است ترجیح داده شود زیرا ماسه ریزتر نیاز آب بتن را افزایش می دهد.
ماسه بسیار ریز ممکن است در بتن با کارایی بالا ضروری نباشد.

سنگدانه درشت:
سنگدانه درشت، قوی ترین و کم متخلخل ترین جزء بتن است. مقاومت بتن با کارایی بالا نیز توسط استحکام سنگدانه درشت کنترل می شود. از این رو انتخاب سنگدانه درشت گام مهمی در ترکیب طراحی بتن با کارایی بالا خواهد بود.
مواد افزودنی معدنی:
تفاوت عمده بین بتن معمولی و بتن با کارایی بالا اساساً استفاده از مواد افزودنی معدنی است. برخی از مواد افزودنی معدنی عبارتند از:
خاکستر بادی
دود سیلیس
سرباره کوره بلند دانه بندی شده زمینی
مواد سیمانی تکمیلی پرکننده یا پوزولونیک ریز
افزودنی های معدنی مبتنی بر گچ بی آب
7. اجزا بتن توانمند

مواد افزودنی شیمیایی:
افزودنی های شیمیایی با افزایش راندمان خمیر سیمان، کارایی مخلوط بتن را بهبود می بخشند که منجر به کاهش نیاز آب می شود. برخی از مواد افزودنی شیمیایی مهم عبارتند از:
روان کننده ها
فوق روان کننده ها
کندکننده ها
عوامل حباب کننده هوا
آب:
آب باید فاقد محتوای اسیدی باشد و به طور کلی آب سالم برای استفاده مفید خواهد بود.
7. اجزا بتن توانمند

8. مزایا بتن توانمند
استفاده از بتن با عملکرد بالا در مقایسه با بتن معمولی مزایایی به همراه دارد:
بتن توانمند در مراحل اولیه و نهایی از مقاومت بالایی برخوردار است.
در مکان هایی که تراکم میلگرد بالا باشد، بتن ریزی با بتن با عملکرد بالا به راحتی صورت می گیرد.
امکان ایجاد سطوح یکنواخت و متراکم با استفاده از بتن توانمند وجود دارد.
استفاده از بتن توانمند امکان عدم نیاز به ویبره مقاطع سطحی را فراهم می کند.
کنترل کامل هیدراسیون بتن از دیگر مزایا استفاده از بتن با کارایی بالا می باشد.
بتن با عملکرد بالا از قابلیت بالای اجرا در هوای سرد و گرم برخوردار می باشد.
قابلیت پرداخت بتن توانمند بالا است.
این بتن از قابلیت پمپاژ بالا برخوردار است.
دوام و کارایی بتن توانمند بالا است.
این نوع بتن از مدول الاستیسیته بالا برخوردار است.
با محیط زیست سازگار است و به کاهش آلودگی در آن کمک می کند.

9. معایب بتن توانمند
در کنار مزایایی که به آن ها اشاره شد، استفاده از بتن توانمند معایبی نیز به همراه دارد که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
هزینه اختلاط این بتن بالا می باشد.
اختلاط این بتن نیاز به کنترل دقیقی دارد.
استفاده از این بتن به قالب بندی آب بندی نیاز دارند.

10. کاربرد بتن توانمند
پل ها و پیاده روها
سازه های بزرگ
سدها
سازه های ویژه
ساختمان های مرتفع
تونل ها
اسکله ها
برج ها

11. روش های دستیابی به بتن با عملکرد بالا
دو رویکرد برای دستیابی به دوام از طریق تکنیک های مختلف به شرح زیر هستند:
کاهش سیستم منافذ مویرگی به گونه ای که هیچ حرکت سیالی امکان پذیر نیست. درک این امر بسیار دشوار است و هر بتن می تواند دارای منافذ به هم پیوسته باشد.
ایجاد مکان های اتصال فعال شیمیایی که از انتقال یون های تهاجمی مانند کلریدها جلوگیری می کند، دومین روش موثر است.

12. آشنایی با انواع بتن توانمند
بتن با مقاومت زیاد:
یکی از انواع بتن توانمند بتن با مقاومت زیاد است. امروزه ساخت بتن براساس تکنولوژی رایج بتن انجام می شود که با مقاومت فشاری زیاد می توان برای طراحی سازه اجرایی از آن استفاده کرد. مقاومت بتن در حد ۱۰۵ مگاپاسکال است که در ساخت بتن هایی با مقاومت زیاد در حد ۱۲۰ مگاپاسکال خواهد بود. بتن با مقاومت زیاد در ساختمان های بلند رواج دارد. با اضافه کردن مواد ریز و فعال به سیمان مقاومت آن افزایش یافته و به مقاومت فشاری بین ۲۰۰ و ۸۰۰ مگاپاسکال و مقاومت کششی بین ۳۰ و ۱۵۰ مگاپاسکال می رسد.
برای به دست آوردن این مقاومت ها باید در طرح اختلاط داده تغییراتی ایجاد کرد و از مواد و افزودنی های جدیدی استفاده نمود. برای به دست آوردن مقاومت های زیاد استفاده از سنگدانه های مقاوم مفید بوده و حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتنی را باید کاهش داد. همچنین می توان از مواد ریزدانه و با اندازه های کمتر از دهم میکرون استفاده کرد و یک مجموعه متراکم و یا تخلخل بسیار کم داشت.

آشنایی با انواع بتن توانمند
بتن خودتراکم:
یکی دیگر از انواع بتن توانمند است که نیاز به لرزاندن نداشته و خود به خود متراکم شده و کارایی بالایی دارد. این بتن مقاومت زیاد و دوام بالایی دارد و خطر جدایی سنگدانه ها و خمیر را ندارد. حدود ۵۰ درصد حجم بتن شن و ۴۰ درصد حجم ملات در این بتن استفاده شده است. با استفاده از روش میز روانی میزان نسبت آب به سیمان و مقدار فوق روان کننده مخصوص مصرفی تعیین می گردد.
بتن با سنگدانه بازیافتی:
امروزه نیاز است برای ساخت و ساز ساختمان های جدید ساختمان های قدیمی تخریب شوند. برای جلوگیری از مسائل زیست محیطی ناشی از تخریب ساختمان و استفاده از مصالح ساختمان های قدیمی در بنای جدید، سازه قدیمی را خورد کرده و از آن به عنوان سنگدانه در بتن استفاده می شود.

آشنایی با انواع بتن توانمند
بتن با نرمی بالا:
بتن با نرمی بالا از دیگر مدل های بتن توانمند است. امروزه کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکل های زیاد را بدون شکست تحمل نماید، مورد توجه قرار گرفته است. برای تامین نرمی در بتن از الیاف های مختلف استفاده می شود. هدف از کاربرد این الیاف افزایش مقاومت کششی، افزایش طاقت و کنترل گسترش ترک ها است تا قطعه در برابر بارهای وارده تحمل بیشتری داشته باشد
بتن با الیاف:
یکی دیگر از انواع بتن توانمند که در سازه هایی چون روسازی راه ها و فرودگاه ها، بتن پی های عظیم و در پوشش بتنی تونل‎ها مورد استفاده قرار می‎گیرد. بتن الیافی با پاشیدن بر جداره باعث ساخت پوشش تونل‎ها می شود. در بتن الیافی نوع جدید، از روش دوغاب روی الیاف، برای نرمی در بتن استفاده می شود.

13. بتن فوق توانمند1
بتن فوق توانمند UHPCنوعی از مواد سیمانی است که مقاومت بالاتر، شکل پذیری کششی و مشخصات دوامی بالاتری را نسبت به بتن های معمولی و بتن های توانمند دارد. طبق تعاریف ACI 239R، بتنی که حداقل مقاومت فشاری مشخصه 150 مگاپاسکال داشته و الزامات دوامی، چغرمگی و شکل پذیری کششی خاصی داشته باشد، بتن فوق توانمند نامیده می شود.
الیاف می توانند این ویژگی ها را به بتن فوق توانمند ببخشند. با توجه به اینکه بتن عموما ماده شکننده ای است، افزودن الیاف می‎تواند شکل پذیری بتن را ارتقا ببخشد. معمولا میزان الیاف موجود در بتن های فوق توانمند 2 درصد حجمی و بیش از آن است. حداکثر مقدار الیاف مورد استقاده به شکل و اندازه آنها بستگی دارد تا کارایی مختل نگردد.
1- Ultra-High Performance Concrete

13. بتن فوق توانمند
عمدتا بتن های فوق توانمند، شامل سیمان، میکروسیلیس، ماسه کوارتز نرم، افزودنی های کاهنده آب قوی و الیاف با نسبت آب به سیمان بین 0/15 تا 0/25 می باشد. هرچند انواع مختلفی از بتن های فوق توانمند هم توسعه یافته اند که مواد جایگزین سیمانی و درشت دانه نیز داشته باشند.
این بتن دارای مقاومت فشاری بیشتر 1500 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است.
این بتن تقریباً غیرقابل نفوذ است و این مسئله باعث شده بسیاری از ضعف های بتن معمولی مثل ضعف در برابر سیکل های یخبندان، خوردگی آرماتور و حمله یون های مضر مانند یون کلر را نداشته باشد.
آنچه که ترکیب این بتن را از سایر بتن ها متمایز می کند، وجود میکروسیلیس، پودر کوارتز، فوق روان کننده قوی و نسبت آب به سیمان بسیار کم است.

13. بتن فوق توانمند
شکل. کارایی پایین بتن فوق توانمند
شکل. مقاومت بالای بتن فوق توانمند

14. اجزای بتن فوق توانمند
سیمان پرتلند
آب
میکروسیلیس
پودر کوارتز
شن کوارتز
فوق روان کننده

14. اجزای بتن فوق توانمند
سیمان پرتلند
سیمان پرتلند عملاً مانع به حداقل رساندن تخلخل می گردد زیرا با افزایش آب به مخلوط، تخلخل داخلی سیمان افزایش می یابد.
برای بالا بردن چگالی و کاهش تخلخل نیاز به اعمال فشار برای عمل آوری بتن وجود دارد.

پودر کوارتز
نقش پرکننده بین ذرات سیمان و میکروسیلیس را دارد و باعث افزایش تراکم بتن می گردد.
دارای ذرات با حداکثر قطر میانگین 0/011 میلیمتر بوده که یکی از اصلی ترین اجزای بتن فوق توانمند به شمار میرود.
به مقاومت بتن در برابر حرارت نیز کمک می نماید.

میکروسیلیس
میکروسیلیس ریزترین جزء در بتن فوق توانمند است که فضای خالی بین سیمان و پودر کوارتز را پر می‎کند و سبب افزایش تراکم میگردد.
به دلیل شکل کروی ذرات میکروسیلیس، روی هم حرکت کردن سایر اجزای این نوع بتن بهبود یافته و در نتیجه پروسه اختلاط راحت تر انجام می‎شود.
حالت فیزیکی: پودر پوزولان
رنگ: خاکستری روشن
شکل ذرات: کروی و غیرکریستاله

شکل. میکرو سیلیس
14. اجزای بتن فوق توانمند

شن کوارتز
استفاده از دانه بندی درشت در مخلوط بتن فوق توانمند توصیه نشده است بنابراین شن بزرگترین ذرات موجود در ماتریکس را تشکیل می دهد.
بزرگترین دانه های موجود در بتن فوق توانمند، مربوط به ماسه کوارتز است.
در بتن فوق توانمند، اندازه ذرات شن به 0/8 میلیمتر محدود می شود که البته نمی تواند کمتر از 0/15 میلیمتر تعیین شود.
شن کوارتز دارای مزایایی مانند سختی زیاد و دسترسی آسان است.

14. اجزای بتن فوق توانمند

شکل. پودر کوارتز
شکل. شن کوارتز
14. اجزای بتن فوق توانمند

فوق روان کننده
یکی از خصوصیات منحصر به فرد بتن فوق توانمند آن است که در اختلاط آن از کمترین مقدار آب استفاده می شود، درنتیجه کارایی (اسلامپ) آن کاهش می یابد.
این کاهش کارایی ناشی از به وجود آمدن تعداد زیادی بار الکتریکی اشباع نشده در سطح ذرات سیمان در نتیجه آسیاب کردن است. هنگامی که این بارهای الکتریکی اشباع نشده در تماس با آب قرار گیرند، باعث لخته شدن اجزاء سیمان می گردند که برای جلوگیری از آن به فوق روان کننده نیاز است. قاعدتاً به علت استفاده از حداقل مقدار آب در اختلاط، مقدار فوق روان کننده مورد نیاز افزایش می یابد.
14. اجزای بتن فوق توانمند

15. نحوه اختلاط
روند اختلاط در بتن فوق توانمند نسبت به روند اختلاط در بتن معمولی طولانی تر است.
ابتدا پودرهای خشک تا زمانی که یک مخلوط همگن به دست آید، با یکدیگر مخلوط می شوند (حدود 4 دقیقه).
سپس بخشی از آب و نیمی از فوق روان کننده به اختلاط اضافه می شود.
مخلوط کردن تا زمانی ادامه می یابد که مایع کاملاً ترکیب شود.
سپس باقیمانده آب و فوق روان کننده به مخلوط اضافه می شود.
فرآیند ساخت به وسیله مخلوط کن دارای قابلیت تنظیم سرعت انجام می گیرد.

16. کاربرد بتن فوق توانمند
در ساخت انواع قطعات پیش ساخته مورد استفاده قرار می گیرد.
به عنوان پرکننده اتصال های بتنی
اجرای دهانه های خیلی بزرگتر خصوصاً برای پل ها
در ساخت پناهگاه ها، لوله های فاضلاب، موانع ضد انفجار
کاهش در سطح مقطع سازه ها یا ضخامت سازه ها.
استفاده در سطوحی که به طور متناوب در معرض یخ زدایی با نمک قرار می گیرند به دلیل پایداری بسیار بالای آن در برابر یخ زدایی با نمک
استفاده در نمای ساختمان ها
استفاده در ساخت ورزشگاه ها و مکان های عمومی
کاربرد در ساخت سیلو ها

17. مزایا
این نوع بتن به دلیل تخلخل و مویینگی کم، تقریباً غیرقابل نفوذ است.
بسیاری از ضعف های بتن معمولی مانند ضعف در برابر سیکل های یخبندان، خوردگی آرماتور و حمله یون های کلر در بتن فوق توانمند اصلاح شده است.
ضعف مقاومت کششی پایین در بتن استاندارد را تا حد زیادی مرتفع نموده است.
در مقایسه با سایر مصالح با پایه سیمان معمولی، مشخصات ساختاری بتن فوق توانمند مانند یکنواختی اندازه ذرات، تخلخل و ساختارهای میکروسکوپی بهبود یافته است.
در بتن های پیش تنیده با استفاده از UHPCمی توان نیروی کشش پیش تنیدگی را به میزان قابل توجهی افزایش داد.

18. معایب
نسبت آب به سیمان بسیار کم، موجب کاهش شدید کارایی و قابلیت روانی بتن تازه میگردد.
در حجم زیاد، مشکل عدم تراکم مناسب را در پی خواهد داشت.
UHPC در هر مترمکعب نسبت به بتن مسلح گرانتر است.
به علت فناوری خاص این بتن، توسعه آن در کشور به کندی پیش می رود.

منابع
1. بتن فوق توانمند نوشته شده توسط دکتر علی اکبر رمضانیان پور، سایت انجمن بتن ایران
2. ریز ساختار، خواص، و اجزای بتن (تکنولوژی بتن پیشرفته) مولف:پرفسور مهتا، پروفسور مونته ئیرو
3. Allena, S., “Ultra-High Strength Concrete Using Local Materials”, Ph.D. Thesis in Civil Engineering, New Mexico State University, Las Cruces, New Mexico, 203 pages, 2010
4. Voo, Y.L., and Foster, S.J., “Characteristics of Ultra-High Performance ‘Ductile’ Concrete and its Impact on Sustainable Construction”, the IES Journal Part A: Civil and Structural Engineering, vol. 4, no. 1, pp. 24-31, 2010.
5. Richard, P., and Cheyrezy, M., “Composition of Reactive Powder Concretes”, Cement and Concrete Research, vol. 25, no. 7, pp. 1501-1511, 1995.
6. Collepardi, S., Coppola, L., Troli, R., and Collepardi, M., “Mechanical Properties of Modified Reactive Powder concrete”, Superplasticizers and other Chemical Admixtures in Concrete, Proceedings of the Fifth SANMET/ACI International Conference, Rome, Italy, pp. 447-458, 1997.