بتن و ساختار تشکیل آن
بتن = دانه های سنگی+ چسب(سیمان)
آب
هیدراسیون سیمان
روانی
دانه های سنگی + سیمان + آب
بتن = سنگ مصنوعی
مزایا:
– شکل خمیری ، هر شکل دلخواه
– مقاومت خوب فشاری
– مقاومت خوب در برابر آتش و عوامل جوی (زنگ زدن(
– در دسترس بودن مصالح
معایب:
– کنترل کیفیت مشکل
– مقاومت کم کششی و خمشی
مواد تشکیل دهنده بتن
– سیمان پرتلند
نوع 1 معمولی
نوع 2 سولفات متوسط
حرارت نسبتا کم
نوع 3 زودگیر هوای سرد
زودبازکردن قالبها
نوع 4 دیرگیر حرارت کم
بتن حجیم مثل سد
نوع 5 ضد سولفات سولفات شدید مثل
آبهای دارای املاح
اسیدی یا فاضلاب
شبه جزیره
– سیمان انبساطی
– سیمان برقی
– سیمان بنایی
– سیمان رنگی
یون کلر (خلیج فارس)
کمتراز 15درصد وزنی
5
رشد مقاومت برای انواع سیمان
– نگهداری سیمان (کمتر از 10-5 کیسه روی هم)
– آب آشامیدنی —
PH – مابین 5.4 و 5.8
در محیط مرطوب مدت زمان کوتاه نایلون غلتاندن
90% مقاومت آب مقطر
تغییردرزمان گیرش کمتراز یک ساعت
دانه های سنگی: 70 تا 85 % وزن 60-75%حجم بتن
– طبیعی نیمه مصنوعی مصنوعی
– شکسته رودخانه ای
– شسته نشسته
– سطح دانه ها – شکل دانه ها
– خواص حرارتی دانه ها کوارتز575 درجه منبسط – تمیز بودن دانه ها چسبندگی خمیر سیمان به دانه ها
– مقاومت سایشی دانه ها (لس آنجلس)
– واکنش قلیایی های سیمان با سنگدانه های دارای سیلیس فعال
– یخ زدن و ذوب شدن
10
دانه بندی سنگدانه ها
ضریب نرمی ماسه(ریز دانه) مجموع درصد تجمعی مانده روی الکهای نمره 4 و 8 و 16 30و50و100 بخش بر 100 بین 3.2 تا 2.3
عبور از الک 100 (150 میکرون) بیشتر از 3% کمتر از 10 %
آب و سیمان لازم
کارآیی
اقتصادی بودن
تخلخل – پیوسته نبودن
ماسه
SSD
15
– مواد افزودنی -حباب زا کارآیی یخ زدن نفوذپذیری کم -کندگیر کننده -تسریع کننده -کلرید کلسیم یا کلرور کلسیم 2% ضد یخ
حداکثر اندازه درشت دانه
بعد قالب 1/5
فاصله میلگردها 3/4
ضخامت دال 1/3
کمتر از 6 الی 7 سانتیمتر(سدها)
حدود 0.5اینچ بهتر است
-کاهنده آب یا فوق روان کننده ها – مواد افزودنی معدنی از جمله پوزولانهای طبیعی و مصنوعی
ضد یخ یا تسریع کننده
-کلریدی: کلرید کلسیم یا کلرور کلسیم
-فقط چند درجه نقطه انجماد آب
-افزایش سرعت هیدراسیون سیمان
خطرناک –خوردگی ولی ارزان
-غیر کلریدی: کلسیم مات یا کلسیم نیتریت یا کلسیم نیترات
تاثیر کمتر ولی گرانتر
20
قانون آبزامز
W/C strength
-مقاومت
-دوام
W/C
دوام
دوام
مقاومت
برای انتخاب نسبت آب به سیمان مخلوطهای آزمایشی ( چنانچه داده های دیگری در دسترس نباشد.)
25
سنگدانه ها
-کارآیی و آب مورد نیاز
-صرفه جویی
-مقاومت
مجموع درصد تجمعی مانده روی الکهای نمره8/3و 4 و 8 و 16 30و50و100 بخش بر 100
کارآیی اسلامپ
مقدار آب
برای سنگدانه های نسبتا تیزگوشه kg 12و
برای شن با برخی دانه های شکسته kg 21و
برای شن گردگوشه kg 26
آب را میتوان کاهش داد.
افزودن kg6 آب، اسلامپ را mm25
افزایش میدهد.
با1%کاهش هوا، مقدارآبkg 3 افزایش
می یابد.
سیمان
شرایط محیطی شدید یخ زدن و آب شدن شدید،
قرارگیری در معرض یخ زدا،
تماس با سولفات
حداقل مقدار سیمان 335 کیلوگرم در مترمکعب
30
روش حجم مطلق ACI 211.1
مثال
مجموع درصد تجمعی مانده روی الکهای نمره8/3و 4 و 8 و 16 30و50و100 بخش بر 100
W/C<0.50
دوام
مقاومت
W/C<0.42
35
دوام
W/C<0.50
مقاومت
W/C<0.42
W/C=0.42 آزمایشی
برای شن با برخی دانه های شکسته
kg 21آب را میتوان کاهش داد.
W/C=0.42 آزمایشی
W=160
C=381
شرایط محیطی شدید یخ زدن و آب شدن شدید،
قرارگیری در معرض یخ زدا،
تماس با سولفات
حداقل مقدار سیمان 335 کیلوگرم در مترمکعب
40
45
برای کارهای کوچک و برای بتن ریزی کمتر از یک مترمکعب راهنمای اولیه
تاثیر عمل آوری
50
بتن+آرماتور= بتن مسلح
میل گرد صاف
میل گرد آجدار
فولادهای با مقاومت بالا}
بتن پیش تنیده
بتن پس تنیده
– کم شدن ترکها
Ie- زیادتر—EIزیادتر—سختی خمشی بالا—–کم شدن تغییرشکلها
نیروی فشاری زیادتر—تحمل برش زیادتر
اجرای مشکل
هزینه بالاتر
معایب:
مزایا:
– دوام بتن
عوامل جوی مثل یخ بندان
کربناسیون
باران اسیدی
سایش و فرسایش
عوامل خورنده
سنگدانه های واکنش زا
خوردگی آرماتورها
خستگی –پل –پی ماشین آلات
مقاومت بالا
نفوذ پذیری کم
نسبت آب به سیمان کم
پوشش مناسب آرماتورها
……………
قبل از طرح بتن باید محیط کار و عملکرد بتن شناسایی گردد.
عوامل داخلی و خارجی موثر بر کیفیت و کارایی آن در طول
عمر آن مشخص شود.
آب زیاد در هنگام اختلاط
تراکم نامناسب
دانه های متخلخل
گسترش ساختمانها افقی قائم
– فوق روان کننده ها
مقاومت بالا
SuperPlasticzer
– پوزولانها
– فوق روان کننده ها
Lignosulfonate Naphthalene Sulfonate Melamine Sulfonate
حباب زایی و کندکردن
W/C W/P+C W/Binder 0.5 0.35 0.3 0.25
SuperPlasticizer = 1%~3% C
High-Range Water reducing < 1% C
Dispersion of cement particles
Flocculation of cement particles
Less water to lubricate the mix
SuperPlasticizer:
neutralize electric charges
پوزولانها
P+W+C C-S-H
مزایا :
اقتصاد
کارآیی
مقاومت در برابر عوامل خورنده
حرارت کم
پوزولانهای طبیعی و مصنوعی
Calcium Silicate Hydrate
Ca(OH2)
ماده مضر
ماده مفید
Silica Fume 1952 1972 نروژ 1987آمریکا
یک انقلاب در بتن
Silica Fume Microsilica میکروسیلیس
امتیازات Silica Fume
سیلیس فعال
آمورف بودن
ریزدانه و فعال بودن
پر کنندگی
ناحیه تماس دانه ها با خمیر سیمان
آب انداختگی
سطح مخصوص ذرات میکروسیلیس ≈ 200,000. cm2/gr سطح مخصوص ذرات خاکستربادی ریز ≈ 20,000. cm2/gr
سطح مخصوص ذرات سیمان معمولی ≈ 3,000. cm2/gr
H.P.C یک سنگ مصنوعی مقاوم ولی روان و قابل شکل دادن
ابعاد کمتر – فولاد کمتر
مصالح کمتر
انرژی کمتر
قالب برداری زودتر
سختی بیشتر و تغییر شکل کمتر
دوام بیشتر و نفوذ کمتر
روانی بیشتر
آب انداختن کمتر
حداکثر اندازه درشت دانه:
بعد قالب 1/5
فاصله میلگردها 3/4
ضخامت دال 1/3
کمتر از 6 الی 7 سانتیمتر(سدها)
حدود 5/0 اینچ بهتر است
بتن معمولی —– MSA—— strength——– W
بتن با مقاومت بالا —– MSA—— سطح تماس strength—–
10~12 mm
time after mixing
Marsh flow time test
Saturation point: Any increase in the dosage
of superplasticizer has no
effect on the rheology of
grout
Other Mix design Methods
ACI 363 Committee on high-strength concrete:
Step1)Slump and required strength selection
Step2)Selection of the maximum size of the coarse aggregate (MSA)
Step3)Selection of coarse aggregate content
Step4)Estimation of free water and air content
Step5)Selection of W/B ratio
Step6)Cement content
Step7)First trial mixture with cement
Step8)Other trial mixture with partial cement replacements
Step9)Trial batches
De Larrard Method
Mehta and Aitcin simplified method
Step1)Strength determination
Step2)Water content
Step3)Selection of the binder
Step4)Selection of aggregate content
Step5)Bacth weight calculation
Step6)Superplasticizer content
Step7)Moisture adjustment
Step8)Adjustment of trial batch