طرز ساخت سیپورکس و موارد استفاده
بسیاری از اصول اجرائی حاکم بر بتن ریزیهای معمولی در بتن ریزی با بتن سبــکدانه سازه ای کماکان از اهمیت برخوردار است. مسلما" در بتن های غیر سازه و سبکدانه بسیاری از نکات مورد نظر نمیتواند با اهمیت تلقی شود و عدم رعایت برخی قواعد تا آنجا که به وزن مخصوص بتن ریخته شده لطمه نزند و آنرا بالا نبرد با اهمیت تلقـــی نمیشـــود. اصل پیوستگی و تدوام در بتن ریزی ( عدم ایجاد درز سرد ) ، اصل عدم گیرش یا نزدیکی به گیرش در بتن قبل از ریختن و تراکم ، اصل عدم جدا شدگی مواد (ناهمگنی ) بتن، اصل رعایت دمای مناسب بتن ریزی، اصل عدم آلودگی بتن به مواد مضر، اصل رعایت تراکم صحیح، اصل رعایت پرداخت صحیح سطح بتن، اصل انتخاب صحیح اسلامپ با توجه به وضعیت قطعه و وسایل تراکمی موجود، اصل رعایت و بکارگیری نسبت ها و مقادیر صحیح مصالح و پرهیز از مصرف مواد نا مناسب، و در نهایت اصل عمل آوری صحیح و قالب برداری به موقع و با دقت همواره در این نوع بتن ریزیها مانند بتن های معمولی از اهمیت برخوردار می باشد.
استفاده از مواد مناسب و نسبت های صحیح :
بکار گیری مواد و مصالح مناسب طبق مشخصات پروژه، رعایت مصرف سیمان تازه و غیر فاسد از نوع مورد نظر و مطابق با استاندارد مورد قبول کاملا" مهم می باشد. توزین یا پیمانه کردن دقیق و صحیح مصالح مصرفی طبق طرح اختلاط ارائه شده از اهمیت برخوردار است. بهتر است مصالح سنگی مصرفی به ویژه سبکدانه در شرایطی قرار گیرد که نوسانات رطوبتی اندکی داشته باشد . برای مثال خوبست بدانیم لیکاهای موجود در ایران میتواند تا بیش از 30 درصد آب را در خود جذب و نگهداری کند . بنابراین بین سنگدانه کاملا" خشک و کاملا" اشباع تفاوت فاحشی وجود دارد و میتواند بر اسلامپ حاصله و نسبت آب به سیمان و در نتیجه به مقاومت و دوام بتن سبکدانه سازه ای اثر چشمگیری باقی گذارد . بهر حال اگر بدانیم مثلا" سنگدانه های ما حدود 5 درصد رطوبت دارد میتوانیم مقدار آب مصرفی را تنظیم نمائیم تا به طرح اختلاط مورد نظر دست یابیم.
انتخاب اسلامپ صحیح :
مانند بتن های معمول انتخاب اسلامپ می تواند مهم باشد . از نظر جدا شدگی، آب انداختن، رسیدن به تراکم مورد نظر با توجه به ابعاد قطعه، طرز قرارگیری، وضعیت درهمی میلگردها، وسایل تراکمی موجود قابل تامین این انتخاب کاملا" معنا دار و با اهمیت است . به دلیل سبکی سنگدانه ها بویژه سبکدانه های درشت احتمال جدا شدگی در بتن شل افزایش می یابد. لذا اسلامپ های بیش از ده سانتی متر ابدا" مطلوب نیست مگر اینکه بتن پر عیاری داشته باشیم، همچنین با وجود موادی مانند میکرو سیلیس ممکنست این جدا شدگی به حداقل برسد.
بنا براین اگر قرار باشد بتن سبکدانه پمپی با اسلامپ 10 تا 15 سانتی متر را داشته باشیم عیار سیمان باید از حدود 400 کیلو در متر مکعب فراتر رود. در حالیکه اگر اسلامپ کمتر باشد حداقل عیار سیمان در ACI برابر kg/m3 335 مطرح شده است . در حالات عادی اسلامپ های 5 تا 8 سانتی متر برای بتن سبکدانه غیر پمپی و اسلامپ 7 تا 10 سانتی متر برای بتن سبکدانه پمپی مطلوب تلقی میشود بدون اینکه این اعداد جنبه آئین نامه ای داشته باشد. تغییرات اسلامپ در طول اجراء در بتن سبکدانه بسیار جدی است. در بتن های معمولی نیز این پدیده به چشم میخورد بویژه وقتی سنگدانه های درشت خیلی خشک باشند ممکن است حتی در طول 15 دقیقه پس از ساخت شاهد افت جدی در اسلامپ باشیم . در بتن سبکدانه این امر به شدت وجود دارد. فرض کنید اگر در طول 15 تا 30 دقیقه جذب آب سبکدانه 5 تا 10 درصد فرض شود و فقط سبکدانه درشت به میزان 300 کیلو داشته باشیم 15 تا 30 کیلو آب را جذب می کند که کاهش اسلامپ 6 تا 15 سانتی متر را میتوان شاهد بود.
اگر قرار باشد طول مدت حمل و ریختن و تراکم زیاد باشد کاملا" دچار مشکل میشویم. همچنین در بتن های پمپی، این کاهش و افت در اسلامپ مسئله ساز است . بنابراین سعی میشود که چنین پروژه هائی حتی الامکان از 24 ساعت قبل از ساخت بتن، سبکدانه ها را خیس کرد ( Presoaking ) تا آب قابل ملاحظه ای را جذب نماید و پس از اختلاط بتن شاهد افت اسلامپ زیادی نباشیم . این خیس کردن ممکن است حتی از سه روز قبل شروع شود ادامه یابد. خیس کردن سنگدانه ممکن است با آب پاشی تحت فشار و بصورت بارانی باشد و یا از سیستم خلاء برای نفوذ سریعتر آب به داخل سبکدانه استفاده شود که در ایران روش ساده اول معمولتر و عملی تر می باشد. ریختن آب و سبکدانه در مخلوط کن و اضافه کردن سیمان و غیره پس از مدتی تاخیر میتواند به افت اسلامپ کمتر منجر شود.
میزان جذب آب سبکدانه ها علاوه بر زمان تابع میزان آب موجود در آن ( رطوبت اولیه ) نیز می باشد که پیش بینی جذب آب را در مدت معین دشوار می کند مگراینکه قبلا" آزمایشهائی را با رطوبت اولیه موجود انجام داده باشیم.
اسلامپ های کمتر از 5 سانتی متری نیز کار تراکم را با مشکل مواجه می سازد و فضای خالی زیادی را در بتن بهمراه دارد.
بسیاری از تحقیقات نشان داده اند مقاومت و دوام بتن های سبکدانه که با سبکدانه خشک ساخته شده اند بهتر از وقتی است که از سبکدانه قبلا" خیس شده یا اشباع شده استفاده گشته است.
روش طرح اختلاط و جداول و اطلاعات ضروری در هر روش :
معمولا" در هر نوع روش طرح اختلاط لازمست حدود مقدار آب آزاد با توجه به کارآئی، حداکثر اندازه سنگدانه و شکل آن فرض گردد و بدست آید. نسبت آب به سیمان از جداول راهنما یا تجربیات گذشته و شخصی فرض می گردد. پس مقدار سیمان در این صورت مشخص می گردد . هر چند گاه در طرح اختلاط بتن سبک ابتدا عیار سیمان فرض شده و با در نظر گرفتن نسبت آب به سیمان یا کارآئی، مقدار آب مشخص می شود.
اختلاف عمده روش ها در تعیین مقدار سنگدانه ها خواهد بود و بویژه در طرح مخلوط بتن سبکدانه یا نیمه سبکدانه، اختلافات موجود روشها برای بتن معمولی، بیشتر می گردد.
در روشهای اروپائی ( آلمانی و اتحادیه بتن اروپا ) با توجه به محدوده مطلوب دانه بندی حجمی، سهم سنگدانه های ریز و درشت (خواه هر دو سبکدانه یا یکی از آنها سبکدانه باشد) بدست می آید، سپس چگالی متوسط سنگدانه ها تعیین شده و در فرمول حجم مطلق قرار می گیرد و مقدار کل سنگدانه بدست می آید.
اگر افزودنی داشته باشیم حجم افزودنی از تقسیم وزن به چگالی آن بدست می آید و در رابطه قرار داده می شود.
پس از تعیین با توجه به سهم هر سنگدانه، وزن آن مشخص می گردد و با توجه به ظرفیت جذب آب هر نوع سنگدانه می توان وزن خشک هر کدام و آب کل را تعیین کرد. وزن مخصوص بتن تازه نیز از جمع اوزان اجزاء بتن بدست می آید ( بصورت محاسباتی ) در عمل پس از ساخت مخلوط آزمون با توجه به نتیجه محاسبات و اطلاعات حاصله مانند اسلامپ، کارآئی و مقاومت و وزن مخصوص بتن میتوان اصلاحات لازم را در محاسبات به انجام رسانید و طرح اختلاط را نهائی کرد. امریکائی ها نیز در ACI 211.1 و ACI 211.2 و ACI 213 R سه روش را برای طرح اختلاط بتن سشبکدانه و یا نیمه سبکدانه توصیه نموده اند :
آنچه در اینجا اهمیت دارد آنست که در هنگام گیرش نسبت آب به سیمان واقعی چقدر است و با دانستن اینکه آبهای موجود در بتن، در سنگدانه یا خمیر سیمان است به این نتیجه رسید که آب آزاد واقعی چیست و چقدر می باشد. مسلما" کارآئی و اسلامپ را آب آزاد مربوط به زمانهای کوتاهتر مثل 15 دقیقه یا 30 دقیقه تعیین می کنند . این امر مستلزم آنست که رژیم جذب آب سبکدانه را بدانیم و در هر حالت چگالی سبکدانه را محاسبه کنیم.
کاربردهای بتن سبک
همانطور که می دانیم بتن سبک می تواند به صورت های مختلفی طبقه بندی شود، مثلا" سازه ای و غیر سازه ای . از این نوع طبقه بندی می توان کاربردها را حدس زد . اما گاه از طبقه بندی دیگری استفاده می نمائیم مثل بتن سبکدانه، بتن اسفنجی و بتن فاقد ریز دانه . در این نوع طبقه بندی ظاهرا" نمی توان کاربردها را حدس زد.
• ساخت قطعاتی است که صرفا" جنبه پر کننده دارند. در نوع سازه ای نیز دو نوع بتن داریم
مسلح و غیر مسلح . مثلا" اجزاء سازه ای غیر مسلح مثل بلوکهای ساختمانی را باید از این جمله موارد دانست. بتن سبکدانه ای سازه ای مسلح کاربردهائی شبیه بتن معمولی مسلح دارد و حتی ممکن است پیش تنیده هم باشد. جالب است بدانیم بتن های سبکدانه سازه ای مسلح در ابتدا عمدتا" در ساخت کشتی های تجاری و جنگی در جنگ جهانی اول از سال 1918 تا 1922 بکار رفته است. کشتی Atlantus به وزن 3000 تن در سال 1918 و کشتی Selmaبه وزن 7500 تن و طول 132متر در سال 1919 به آب افتادند. همچنین در جنگ جهانی دوم ( تا اواسط جنگ) بدلیل محدودیت هائی در تولید ورق فولادی ( مانند جنگ جهانی اول )کشتی ها و بارج های زیادی ساخته شدند که در همه آنها از بتن سبکدانه ( و معمولا" سبکدانه رسی منبسط شده ) استفاده شده بود. 24 کشتی اقیانوس پیما و 80 بارج دریائی تا پایان جنگ جهانی دوم در امریکا ساخته شد که ظرفیت آنها از 3 تا 000/ 140 تن بود.
جالب است بدانیم تا این اواخر یک کشتی بنام Peralta که در جنگ جهانی اول ساخته شده بود، شناور بود و آزمایشهای ارزشمندی نیز بر روی آن انجام شده است که نشان دوام عالی بتن آن از نظر خوردگی میلگردها و کربناسیون می باشد.
مخازن شناور آب و مواد نفتی از جمله موارد استفاده بتن سبکدانه ای مسلح در طول دوران جنگ جهانی اول و دوم بوده است که ظاهرا" بعدها نیز بر خلاف ساخت کشتی ها، تولید و ساخت آنها ادامه یافته است اما بدلیل اقتصادی در زمان صلح بواسطه وفور ورق فولادی، تولید کشتی مقرون به صرفه نمی باشد.
در سالهای 1950 و 1960 پل ها و ساختمانهای زیادی با بتن سبکدانه مسلح سازه ای در دنیا ساخته شد . بطور مثال در ایالات متحده و کانادا بیش از 150 پل و ساختمان از این نوع مورد بهره برداری قرار گرفت . بطور مثال ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئیز امریکا، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سیتی در سال 1929 از ساختمانهائی هستند که در دهه 20 و 30 میلادی ساخته شده اند
ساختمان 42 طبقه در شیکاگو، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک ( 1960 )، فرودگاه Dulles واشنگتن در 1962، کلیسائی در نروژ در 1965، پلی در وایسبادن آلمان در 1966 و پل آب بر در روتردام هلند در 1968 از جمله این موارد هستند . در هلند، انگلستان، ایتالیا و اسکاتلند در دهه 70 و 80 میلادی پلهائی از نوع ساخته شده اند . مخازن عظیم گاز طبیعی، اسکله شناور، مخزن نفت در زیر آب و ساختمانهای فرا ساحلی مانند سکوهای استخراج نفت و گاز با بتن سبکدانه مسلح سازه ای ساخته شده اند که اغلب بصورت نیمه سبکدانه و گاه تمام سبکدانه بوده اند . سکوی بزرگ پرش اسکی، جایگاه تماشاچی در برخی استادیومها و همچنین سقف این استادیومها گاه از بتن سبکدانه ساخته شده است.
بزرگترین بنای بتن سبکدانه، یک ساختمان اداری 52 طبقه در تکزاس با ارتفاع 215 متر می باشد. در هلند در سالهای 60 تا 73 میلادی 15 پل با دهانه بزرگ با بتن سبکدانه ساخته شده است. در سالهای دهه 70 میلادی ساخت بتن های سبکدانه پر مقاومت آغاز شد و در دهه 80 بدلیل نیاز برخی شرکتهای نفتی در امریکا، نروژ و مکزیک، ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فرا ساحلی مانند سکوهای نفتی با بتن سبکدانه پر مقاومت آغاز شد که در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 به بهره برداری رسید و نتایج آن منتشر شده است.
بتن اسفنجی معمولا" به دو نوع گازی و کفی تقسیم میشود
•. این نوع بتن ها را بتن پوک و متخلخل نیز می نامند و در برخی منابع بتن Cellular نام دارد. اغلب بتن های گازی و کفی غیر سازه ای هستند اما برخی بتن های گازی از قابلیت سازه ای شدن و حتی مسلح شدن برخوردار می باشند.
1. روش حجم مطلق : در این روش عملا" پس از تعیین آب آزاد، سیمان، سنگدانه درشت خشک و اشباع، ازفرمول حجم مطلق استفاده نموده و وزن ماسه اشباع با سطح خشک بدست می آید. این روش برای بتن معمولی، نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه قابل اجراست . مشکل عمده در این حالت تعیین مقدار چگالی اشباع با سطح خشک سبکدانه ها و ظرفیت جذب آب آنهاست. علاوه بر آن عملا" یک اشکال مفهومی نیز در این حالت وجود دارد و آن اینکه آیا اصولا" در هنگام ریختن و گیرش بتن، سبکدانه ها به مرحله اشباع با سطح خشک رسیده اند که بتوان از چگالی اشباع با سطح خشک آنها برای تعیین حجم اشغال آنها در بتن استفاده نمود . از آنجا که تفاوت حالت واقعی با فرضی گاه خیلی زیاد است. استفاده از این روش بویژه اگر قرار باشد وزن اشباع با سطح خشک و چگال مربوط در فرمول حجم مطلق بکار رود محل تامل است مگر اینکه از یک چگالی یا وزن دیگر با توجه به جذب آب واقعی در این حالت استفاده نمود که روش بسیار دقیقی حاصل می گردد.