بسم الله الرحمن الرحیم
بتن اسفنجی و کفی
مقدمه :
بتن اسفنجی یک مخلوط سنگدانه درشت ( شن ) ، سیمان ، آب و ماسه به میزان اندک ( و گاهی اوقات بدون ماسه ) است. در ساختار این بتن %25 – 15 ( از لحاظ حجم ) فضای خالی وجود دارد و این امر موجب عبور آب از داخل این بتن می شود.
در بتن اسفنجی از آب نسبت به دیگر انواع بتن کمتر استفاده می شود و این مساله باعث شده تا پس از ساختن مخلوط بتن اسفنجی آب آن به سرعت تبخیر شده و مخلوط بتن اسفنجی در مدت یک ساعت کاملا" از آب تخلیه خواهد شد.
نصب بتن اسفنجی
نصب بتن اسفنجی شامل 4 مرحله اساسی است:
1- مخلوط کردن در بتن اسفنجی
2- جاگذاری کردن ( گماردن، قراردادن ) در نصب بتن اسفنجی
3- تراکم و فشرده سازی ( کوبیدن ) در نصب بتن اسفنجی
4- عمل آوردن بتن اسفنجی
اگر چه بتن اسفنجی می تواند توسط همان تهیه کننده های بتن توپر تهیه شده و توسط همان کامیون های بتن توپر تحویل داده شود، اما این ویژگی های فیزیکی منحصر به فرد بتن اسفنجی است که نیاز به یک پیمانکار با تجربه تخصصی دارد. همچنین تفاوت های ساختاری بین بتن اسفنجی و بتن غیر قابل نفوذ نصب متفاوت آن را نیازمند است.
به هر حال، کیفیت و عملکرد بتن اسفنجی بستگی به میزان آشنایی و عملکرد نصب کننده بتن اسفنجی و خاصیت ضربه های ساختاری ( کمپکت ) دارد.
بتن اسفنجی به دلیل مقاومت نسبتاً پایین آن 400 psi الی psi 4000 اساس مشخص شده و پذیرفته شده ای برای مقاومت بالا نیست. و مساله مهم تر در موفقیت یک روسازی بتن اسفنجی مقدار پوکی ( فضای خالی ) آن است.
البته باید بدانیم که زیر سازی بتن اسفنجی و زمین زیرین بتن اسفنجی نباید کاملاً غیر قابل نفوذ باشد و باید حداقل اندکی خاک و زیر سازی آن نفوذ پذیری داشته باشد. در مناطق ماسه ای هم بتن اسفنجی مستقیماً بالای ماسه گذاشته می شود.
همچنین باید به این موضوع اشاره کرد که یخ زدن آب در داخل بتن اسفنجی مشکلی ایجاد نمی کند، زیرا آزمایش هایی صورت گرفته که در آن بتن اسفنجی را به مدت بیش از 15 سال در آب و هوای سرد گذاشته و آب باران و برف پس از ورود به داخل بتن یخ می زد. کاربرد موفق بتن اسفنجی در این مناطق این مساله را حل نموده است و مشکلی در به کار بردن این بتن در این مناطق وجود ندارد.
فوم بتن (foamed concrete) یا بتن سبک به عنوان مصالحی که چگالی آن بطور قابل ملاحظه ای از بتن معمولی پایین تر است می تواند نقش موثری در کاهش وزن ساختمان ها، به ویژه در قسمت غیره سازه ای داشته باشد.
بتن همراه با ماده کف ساز با پایه پروتئین حیوانی را بتن فوم می نامند. این نوع بتن علاوه بر داشتن مزایای بتن معمولی خواص دیگری مانند وزن مخصوص کم و مقاومت فشاری بالا را نیز دارا می باشد سبکی این بتن در سازه های ساختمانی باعث کاهش بار مرده ساختمان، صرفه جویی در حجم خاک برداری و بتن مصرف شده در فونداسیونها و همچنین کاهش بارهای زلزله می گردد. برای افزایش کارایی این محصول در پروژه های مختلف مقدار اختلاط و افزودنیهای موردنیاز طبق تجربیات و استانداردهای کشورهای آلمان، انگلیس و آمریکا تنظیم و تهیه می گردد و برای تولید نهایی و آزمایشهای مقاومت بر روی آنها صورت می گیرد. برای تولید این بتن از ملات ماسه، سیمان، ماسه بادی، ملات بتن فوم (از نوع پروتئین حیوانی) و افزودنیهای مجاز استفاده می گردد.[۱] برای استفاده بهینه از این محصول ابتدا وزن مخصوص و مقاومت فشاری آن برای کاربریهای موردنظر در پروژه تعریف شده و بر اساس آن بتن با اختلاط مناسب و افزودنیهای موردنیاز بر اساس دستورالعملها و تجربیات قبلی تولید م یشود که در حین تولید توسط استانداردهای بین المللی کشورهای آلمان، انگلیس و آمریکا فرموله می گردد.
بتن که میزان تولید آن بالغ بر 8/3 بیلیون مترمکعب در سال تخمین زده می شود، به علت دارا بودن خواص و ویژگی های ممتاز و نیز در دسترس بودن مصالح آن، پس از آب، پرمصرف ترین ماده روی زمین به شمار می رود. بتن در همه جا موجود است و در یکصد سال اخیر، استفاده از آن در ساخت بناهای مسکونی و اداری، پیاده روها، راه ها و جاده ها و نیز انواع مختلف ساختمان های فنی عملکردی از قبیل کارخانه ها، پارکینگ ها، متروها، فرودگاه ها، پل ها، سدها، سیلوها، سازه های دریایی، رآکتورهای اتمی و سازه های مقاوم در برابر انفجارات و زلزله، مقبولیتی همگانی پیدا کرده است.
چنانچه از عنوان این نوشتار برمی آید، بتن یک ماده متناقض است. بتن با اینکه تداعی کننده مفهوم سختی است، لیکن در ابتدای فرآیند اختلاط مواد تشکیل دهنده اش، نرم و روان است؛ اگرچه بتن، بر اساس تعریفی که از آن سراغ داریم، یک ماده پیوندی و چندرگه است که از اختلاط سیمان، آب، ماسه و مصالح دانه ای معدنی از قبیل شن یا سنگریزه به دست می آید، اما معمولا به عنوان یک ماده یکپارچه و دارای شخصیت مستقل در نظر گرفته می شود. بتن شکل ذاتی و طبیعی بخصوصی ندارد و از این رو باید با استفاده از قالب بندی به شکل معینی درآورده شود؛ یعنی شکل و بافت نهایی بتن را قالبی که بتن به درون آن ریخته می شود، تعیین می کند.
بتن می تواند هر رنگ، بافت و طرحی را به خود بگیرد، از این رو شاید بتوان آن را به یک آفتاب پرست تشبیه کرد. رنگ بتن اغلب خاکستری ست، اما از طریق انتخاب سیمان و مصالح دانه ای مناسب یا با استفاده از رنگدانه های شیمیایی می توان به آسانی آن را در رنگ های سفید، قهوه ای یا حتی قرمز روشن تولید کرد. بتن بسته به قالب مورد استفاده در تولید آن، می تواند صاف و ساده یا دارای طرح های دقیق و پیچیده باشد؛ بتن می تواند همچون شیشه صاف باشد یا همچون صخره زمخت و ناصاف. بتن ممکن است بدون پرداخت رها شده یا همچون یک تندیس به دقت روی آن کار شود. در واقع، بتن، با توجه به ویژگی های خاص سطح آن، یک فرآورده واحد نیست، بلکه طیف گسترده ای از مصالح را دربرمی گیرد که از نظر بافت، رنگ و بیان معمارانه از قابلیت های بی شماری برخوردار است.
ترکیب مقاومت فشاری سنگ و مقاومت کششی فولاد در بتن مسلح، سازه های بتنی را قادر به تحمل وزن بسیار زیاد و پوشش دهانه های بزرگ می سازد. از آنجایی که عناصر تشکیل دهنده سازه بتن مسلح می توانند بصورت یک شبکه پیوسته و یکپارچه، به هم بافته شوند، استفاده از بتن مسلح در طراحی سازه، آن را از قابلیت انعطاف پذیری بی نظیری برخوردار می کند. معماران و مهندسان از این ویژگی برای خلق عناصر ساختمانی مختلف، از صفحات بتنی یکپارچه گرفته تا قاب های سازه ای سه بعدی و کنسول های عظیم و مهیب، بهره می گیرند.
بررسی تاریخی کاربرد بتن در معماری نشان می دهد که بتن توسط معماران رومی و صدر مسیحیت مورد استفاده قرار می گرفت، اما در قرون وسطی و رنسانس اغلب بی استفاده ماند، تا آنکه در نیمه دوم قرن نوزدهم بار دیگر، عمدتا برای مصارف معمولی، مورد توجه قرار گرفت، بویژه در مواردی که ساخت ارزان، قابلیت ایجاد دهانه های عریض و نسوز بودن، ضرورت به کارگیری آن را ایجاب می کرد. مسلح کردن بتن نیز که برای این کار میلگردهای فولادی را به منظور استحکام بیشتر در میان بتن قرار می دادند، به دهه 1870 باز می گردد. معماران قرن نوزدهم بعضا به قابلیت های بتن مسلح خیلی اطمینان نداشتند و نسبت به آن بدگمان بودند. بتن در آن زمان یک ماده خیلی جدید به شمار می رفت و ویژگی های آن برای معماران بخوبی قابل درک نبود، زیرا فاقد یک فرم ذاتی و پایدار بود. جالب آنکه این دقیقا همان خصوصیتی است که بتن را برای بسیاری از معماران امروز به وسیله ای امیدوارکننده جهت تحقق ایده هایشان تبدیل می کند.
پدیده بتن در چند سال آخر قرن نوزدهم که معماران سعی کردند سبکی مبتنی بر این مصالح بیابند، آشکارتر شد. در حالی که یکی از طراحان احتمالا چنین استدلال می کرد که ویژگی انعطاف پذیری بتن آن را به ماده ای مناسب برای بیان گرایی هنری در معماری تبدیل می کند، دیگری ممکن بود بر نقش روش قاب و قاب بندی تکیه کند و مدعی ارزش گذاری بر نمونه های پیشین گوتیک یا حتی شیوه های معماری فولاد و شیشه شود. نظریات مشابه مختلفی نیز با توجه به جنبه بیرونی بتن ابراز می شد، بدین معنا که یک معمار، بتن را ماده ای معمولی و پیش پاافتاده و نیازمند پوشانیده شدن با کاشی ها و روکارهای آجری می دانست و دیگری از زیبایی ذاتی آن دم می زد که به همین دلیل باید نمایان می ماند. استفاده گسترده و فراگیر از بتن مسلح در معماری حدودا به نیمه اول قرن بیستم باز می گردد. این ماده جدید به دلیل برخورداری از قابلیت استفاده در بناهای مختلف و نیز فرم پذیری قابل توجهش، در آن زمان در مقیاس وسیع مورد استفاده قرار گرفت و با سرعت شگفت آوری تاثیرات خود را در معماری بر جای گذاشت و بین سالهای 1910 و 1920، تقریبا به علامت مشخصه معماری جدید تبدیل شد. شاید از بسیاری جهات بتوان گفت خردگرایی و بتن مسلح دو عنصری بودند که سرانجام در دوره افتخارآمیز معماری مدرن در دهه 1920 در یکدیگر ادغام شدند؛ معماران خردگرای این دهه که بتن را به لحاظ برآورده کردن نیازهای اساسی چون ارزانی، یکسان سازی، نورپردازی کافی، تهویه گسترده و فضاهای داخلی انعطاف پذیر و نامحدود، ماده ای مناسب یافته بودند، در سطح وسیع آن را مورد استفاده قرار دادند.
آگوست پره مهندس معمار فرانسوی، نخستین کسی ست که بتن مسلح را به عنوان وسیله ای برای بیان مقاصد معماری شناخت و به کار برد. آپارتمان های مسکونی که او با استفاده از قابلیت های هنری بتن مسلح ساخت، منزلت بتن را در عالم معماری افزایش داد. فرانک لویدرایت نیز یکی از معماران برجسته آمریکایی است که در پروژه هایش از قابلیت های این ماده جدید استفاده فراوانی کرده است. ارزانی بتن و قابلیت ایجاد دهانه های عریض با استفاده از آن، باعث روی آوردن او به این ماده شد. علاوه بر این، او با بتن براحتی می توانست به ایده های فضایی خود جامه عمل بپوشاند. رایت به خاطر تاکید هنری و حرفه ای اش بر ماهیت مصالح، سطح بتن را در اغلب کارهایش عاری از پوشش باقی می گذاشت. پتانسیل تقریبا نامحدود بتن جهت خلق فرم ها و سطوح انتزاعی، برخورداری از قابلیت تطابق با شرایط و کارکردهای مختلف و نیز داشتن استحکام بالا، بتن را در حال حاضر به یکی از مصالح پرطرفدار و مورد توجه در میان بسیاری از معماران و مهندسان تبدیل کرده است. بتن به خاطر داشتن خاصیت انعطاف پذیری بالا، آزادی عمل قابل توجهی در اختیار طراحان و معماران قرار می دهد. بتن، همانند خاک رس در دستان یک تندیس گر، برای معماران امکان خلق ساختمان هایی را فراهم می کند که به طور منحصر به فردی گیرا، جالب توجه و از نظر هندسی متهورانه است. فرم ها و ترکیباتی که ساختن آنها پیش از ابداع بتن مسلح، با استفاده از سایر مصالح متداول دشوار یا غیرممکن بود، با استفاده از بتن مسلح اغلب به آسانی قابل دستیابی هستند. به جرات می توان گفت که بدون استفاده از بتن، اجرای برخی از زیباترین و نوآورانه ترین آثار معماری معاصر جهان هرگز قابل تصور و تحقق نبود.
امروزه بتن با گذشت سالها از پیدایش و کاربرد آن به صورت کنونی، دستخوش تحولات و پیشرفت های شگرفی شده است. از زمان شروع استفاده گسترده از بتن مسلح در ساخت وسازها (در بیش از یک قرن قبل)، برخی انگاره های بنیادی درباره خواص این ماده و محدودیت های آن تاکنون با چالش و تردید جدی مواجه نشده بودند، اما در سالهای اخیر، با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی، تحقیقات متعددی روی خواص بتن صورت گرفته و در حال حاضر طیف متنوعی از فرآورده های آن ابداع و به بازار عرضه شده اند که این قبیل انگاره ها را به چالش کشیده و آزادی بیشتری جهت تجربه و ابداع در اختیار معماران و مهندسان قرار داده اند. بر این اساس است که در سالهای اخیر، معماران مختلف در پروژه هایشان برخی از انگاره های غالب درباره فرم معماری و فناوری بتن را به چالش کشیده و رویکرد های جدیدی را در هر دو زمینه ارائه کرده اند. بسیاری از معماران نیز با کاربرد هوشمندانه بتن، از آن به عنوان ابزاری جهت خلق زیبایی در آثارشان بهره جسته اند. البته با توجه به پیشرفت های سریع و روزافزون صنعت بتن در سالهای اخیر، به نظر می رسد در سالهای آینده شاهد استفاده گسترده تری از قابلیت های بتن در عرصه معماری خواهیم بود
فوق روان کننده و کاهش دهنده شدید آب بتن
فوق روان کننده بر اساس الزامات استاندارد ASTM-C494 Types A& F ساخته می شوند این مواد را بعنوان روانسازهای بتن و فوق روانسازهای بتن مصرف کنند و براساس استاندارد 2930 ایران ساخته می شوند.
گفتنی است این مواد ممکن است توسط تولید کنندگان بتن آماده و قطعات پیش ساخته بتنی برای تولید کار آمد و مقرون به صرفه زمانی که شکل پذیری زیاد بتن و افزایش مقاومت اولیه و نهایی مد نظر است ، مورداستفاده قرار گیرند .
باید اشاره کرد این محصولات در کاهش آب بسیار موثر بوده تا جایی که وقتی به عنوان یک کاهش آب دهنده شدید آب بتن مورد استفاده قرار می گیرند در مقادیر متعارف می تواند به سادگی بین 20%-18% کاهش در میزان آب مصرفی ایجاد نماید ودر مواردی در بتنهای خاص و با استفاده از مقادیر متعارف، کاهش آب تا حداکثر 40% نیز ممکن شده است .
همچنین خاصیت روان کنندگی زیاد این مواد سبب می شود بتنی با اسلامپ زیاد، روان و خود تراز شونده حاصل گردد . کارآیی این بتن نسبت به بتن معمولی بسیار شگرف و قابل تمایز است . بطوریکه بتن با حداقل عملیات و ویبره کردن یا حتی به خودی خود ، در حالیکه مصرف آب آن به حداقل رسیده در قالب جای می گیرد .
شایان ذکر است از ترکیب خواص فوق روان کنندگی و کاهش دهندگی شدید آب بتن مزایای زیر حاصل می گردد :
مقاومت اولیه زیاد امکان تسریع در عملیات بازکردن قالبها و باعث استفاده مقرون به صرفه تر از قالبهامی شود، مقاومت اولیه و نهایی زیاد برای بتن پر مقاومت و مقرون به صرفه، افزایش کار آیی باعث کاهش هزینه های استهلاک و سختی کار می گردد و افزایش اسلامپ ،امکان تولید بتنی خود تراز شونده رابوجودمی آورد، مقاومت نهایی بالاتر به مهندسین محاسب قدرت انعطاف بیشتری را در ارائه یک طرح بهینه اقتصادی ارائه می دهد .
خاصیت فوق العاده روان کنندگی باعث تسهیل در پمپ نمودن و کاهش نیاز به ویبره کردن بتن می گردد .
نسبت آب به سیمان کاهش یافته ، دوام و تراکم بیشتر بتن را با کاهش نفوذپذیری بتن باعث می شود
آرماتورهای غیر فولادی در بتن
در سال های اخیر استفاده محدودی از آرماتورهای غیر فلزی آغاز گشته است هر چند تحقیقات بر روی کاربرد وسیعتر آنها و عملکرد دراز مدت این نوع آرماتورها ادامه دارد این آرماتورها که معروف به آرماتورهای با الیاف پلاستیکی (FRP) هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه ای (GFRP) الیاف آرامیدی (Afrp) والیاف کربنی (CFRP) در یک رزین چسباننده تشکیل شده اند.
خاصیت عمده این آرماتورها که سبب کار برد آنها شده است مقاومت در برابر خوردگی آنهاست که می تواند در محیط های بسیار خورنده دوام دراز مدتی داشته باشند. علاوه بر این مقاومت بالا، مقاومت به خستگی بالا، ظرفیت بالای تغییر شکل ارتجاعی، مقاومت الکتریکی زیاد و هدایت مغناطیسی پایین و کم این مواد از مزایای آنها شمرده می شود. البته این مواد معایبی چون کرنش گسیختگی کم و شکننده بودن و خزش زیاد و تفاوت قابل ملاحظه ضریب انبساط حرارتی آنها در مقایسه با بتن را به همراه دارند.
اخیراً از الیاف مختلف شبکه هایی بافته شده و به صورت یک شبکه آرماتور در سطح بتن برای کنترل ترک و کم کردن عرض آن و همچنین در دیوارهای نمای بتنی ازآن استفاده می کنند. تحقیقات روی کاربرد صفحات الیافی به جای صفحات فولادی برای تقویت قطعات خمشی و تیرها و دال ها به ویژه در پل ها ادامه دارد. این صفحات با رزین های اپوکسی به نواحی کششی از خارج اتصال داده می شود. کاربرد صفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشتر رایج گشته و در چندین پل در ژاپن و در بعضی کشورهای اروپایی از آن استفاده شده است.
بتن ایران ، یک پنجاهم استاندارد
بگفته رییس مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن در کشور ما عمر قطعات بتن از 5 تا 10 سال تجاوز نمی کند. در حالی که این قطعات در دنیا بیش از 500 تا هزار سال دوام دارند بتن از جمله مصالح ساختمانی است که در چند سال اخیر به دلیل میزان بالای اهمیت آن در فرآیند ساخت و ساز مشمول استاندارد اجباری شده است. اما اینکه این استاندارد تا چه حد اجرا می شود به اعتقاد بسیاری از دست اندرکاران این حوزه رضایت بخش نیست.
دکتر قاسم حیدری نژاد رییس مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن در خصوص وضعیت بتن در کشور گفت: بتن به عنوان پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در کشور به صورت گسترده ای استفاده می شود و به همین دلیل حضور دستگاه های نظارتی باید در آن جدی تر باشد.
وی افزود: البته موسسه استاندارد برای اعمال این استاندارد تلاش می کند اما به دلیل گسترده بودن حوزه توزیع و استفاده از بتن این نظارت پررنگ و محسوس نیست.
حیدری نژاد با بیان اینکه در کشور ما سالانه حدود 80 میلیون مترمکعب بتن مصرف می شود، گفت: تولید سیمان در رابطه با تهیه بتن کافی است و در حوزه تولید سیمان تقریبا به مرز خودکفایی رسیده ایم. گر چه این موضوع در مواقعی که اندکی افزایش و کاهش این محصول به وجود می آید، منجر به شکل گرفتن بازار سیاه سیمان می شود.
رییس مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن با بیان اینکه تولید سیمان به دلیل استفاده فراوان از انرژی و آلوده کردن محیط زیست، گران تمام می شود، گفت: متاسفانه سیمان در کشور ما به شکل نامناسب مصرف می شود و مردم گاه برای کارهای بی ارزش از سیمان استفاده می کنند.
وی افزود: با استفاده از پوزولان ها یا افزودنی های پرحجم که تا میزان 70 درصد می توان به بتن اضافه کرد باید مصرف سیمان را پایین آورد.
حیدری نژاد گفت: در کشور ما عرف است که با مصرف سیمان بیشتر در بتن سعی در مقاوم کردن محصول دارند. در حالی که در دنیا برای این منظور از نسبت های استاندارد بهره می گیرند.
وی با اشاره به اینکه امروز در دنیا علاوه بر مقاومت بر دوام بتن هم بسیار تاکید دارند، گفت: به طور مثال جداول بتنی کنار خیابان را در نظر بگیرید. در کشور ما به دلیل عمر کوتاه این جدول ها، دایم در حال تعویض آن هستند. عمرقطعات بتنی در کشور ما حدود 5 تا 10 سال است، در حالی که عمر مفید یک سازه بتنی در دنیا بین 500 تا هزار سال است.
حیدری نژاد، با بیان اینکه 2 تا 3 مشکل فرعی بتن در حال حاضر در کشور ما تبدیل به مشکل اصلی شده است، گفت: تهیه بتن در کارخانه ای باید صورت گیرد که امکانات و نیروی کار ماهر در اختیار داشته باشد. ضمن اینکه استفاده از سیمان تیپ های مختلف در آماده کردن بتن هم از جمله آن موارد فرعی است که به دلیل رعایت نشدن محصول غیراستاندارد می شود.
حمل بتن آماده از مراکز تولید به پای کار هم از مشکلات عمده این صنعت محسوب می شود. از آنجایی که کارخانه های فراوری بتن دور از شهر قرار می گیرند سیستم حمل و نقل بتن و رعایت استاندارد در ماشین آلات حمل و نقل از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است.
حیدری نژاد در این خصوص می گوید: اما متاسفانه به همین دلایل بتن بعد از رسیدن به مقصد از حالت استاندارد خارج می شود و کمی سفت تر می شود. در این مواقع کارگران ساختمانی به بتن آب اضافه می کنند که این کار از نظر ظاهری بتن را به شکل اولیه اش برمی گرداند، اما بتن از حالت استاندارد خارج می شود و کیفیت خود را از دست می دهد.
رییس مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن با اشاره به تاثیر نیروی کار ماهر در صنعت بتن در توصیف وضعیت کشور به لحاظ رعایت موازین و استانداردهای علمی در تولید بتن آماده گفت: در رابطه با صنعت بتن آماده در مرحله گذار قرار داریم. یعنی از خواب بیدار شده ایم اما کاملا هوشیار نیستیم.به همین دلیل هیچ آمار و ارقامی در مورد میزان تولید و استفاده استاندارد و غیراستاندارد هم در این صنعت در دست ما نیست.
وی با بیان اینکه مسولان از وضع موجود صنعت بتن در کشور راضی و خشنود نیستند، گفت: فکر می کنم ظرف یک دوره 3 تا 5 ساله وضعیت بتن بهتر از حال حاضر شود. چون حرکت های مثبتی در این زمینه شکل گرفته است.
وی برگزاری روز بتن را یکی از حرکت های مثبت در این خصوص دانست و گفت: این همایش در راستای آماده سازی نیروهای جوان متخصص و تشویق شرکت های موفق در تولید بتن می تواند در درازمدت تاثیرگذار باشد.
تولید بتن سبک از پسمانده های هسته ای برای کاهش تشعشعات
محققان و پژوهشگران ایرانی موفق شدند از پسمانده های هسته ای بتن سبک تولید کنند.
طبق گزارش دبیرخانه نخستین همایش سبک سازی ساختمان به نقل از حمیدرضا وثوقی فر ، عضو انجمن مهندسان عمران امریکا ، با توجه به حرکت کشورهای جهان برای دستیابی به تکنولوژی صلح آمیز هسته ای برای تولید انرژی مفید، پسمانده های هسته ای حاصل از فعالیت های هسته ای نیز افزایش می یابد.
وی افزود: محققان و پژوهشگران ایرانی تحقیقات خودشان را بر روی کاهش اثرات منفی پسمانده های هسته ای متمرکز کرده و موفق شدند با همکاری یکی از دانشگاه های صنعتی انگلستان بتن های سبک را از پسماند ه های هسته ای تولید کنند.
وی اظهار داشت: گروه محققان ایرانی با کاربرد پسمانده های هسته ای در ساخت بتن خاص با مقاومت های مناسب دریافتند ترکیبات هیدراتاسیون وسایر واکنش های شیمیایی بتن تا حدود قابل توجهی از تشعشعات این مواد می کاهد و راهکار بسیار مناسبی برای استفاده مجدد از پسمانده های هسته ای است.
دبیر اولین همایش زلزله وسبک سازی ساختمان گفت: نتایج تحقیقات موید این مطلب است که این مطلب می تواند تشعشعات را تا حدود 60 درصد کاهش دهد که برآیند این تحقیق می توان در ارتباط با کاهش خطر آفرینی پسماند ه های دیگر حاصل از فعالیت های شیمیایی مواد وغیره استفاده کرد.
وی کاربرد بتن سبک تولیدی از پسمانده های هسته ای را با توجه به ویژگی های خاص آن در ساخت دیوارهای برثی و تیرهای فرعی در بخش های مختلف سازه های عمرانی عنوان کرد.
مهندس وثوقی فر اشاره کرد: با این حال با وجود محقق شدن تمامی تحقیقات صورت گرفته در این زمینه می توان امیدوار بود که محیط زیستی عاری از هر نوع آلودگی هسته ای را در کنار توسعه این صنایع داشته باشیم
به گفته وی، این نوع بتن در کارگاه تخصصی اولین همایش زلزله و سبک سازی ساختمان و با حضور متخصصان ایرانی و خارجی تولید می شود.
شایان ذکر است این همایش در روز ششم و هفتم مهر ماه سال جاری در دانشگاه قم برگزار می شود .
مقابله با خوردگی بتن
مساله خوردگی فولاد در بتن از معضلات عمده کشورهای مختلف حهان است.
این مساله در کشورهای در حال توسعه و در کشورهای حاشیه خلیج فارس بسیار شدید تر می باشد.سازه های بتنی زیادی دچار خوردگی و فرسودگی زودرس گردیده اند. مهندس محمد ذوالقدر گفت: اگر از بتنی با مشخصات فنی این مناطق انتخاب و در اجرا و عمل آوری بتن از افراد کاردان استفاده شود بسیاری از مشکلات و معضلات بتن بر طرف خواهد شد.
وی افزود برای پیشگیری از این موضوع در سال های اخیر روش ها و موادی توصیه و بکار گرفته شده است که تا حدی جوابگوی مسئله بوده است.
وی خاطر نشان کرد استفاده از آرماتورهای ضد زنگ و نیز آرماتورهای با الیاف پلاستیکی FRP یکی از این روش هاست که به علت گرانی آن هنوز توسعه نیافته است.
همچنین وی اشاره کرد از روش های دیگر ، کاربرد حفاظت کاتدی در بتن می باشد که این روش نیاز به مراقبت دائم دارد و نسبتا پر خرج است ولی روش مطمئنی است .
وی افزود برای حفاظت آرماتور چند سالی است که ار آرماتور با پوشش اپوکسی استفاده می شود . به هر حال اگر از پوشش سالم استفاده شود می توان 10 تا 15 سال خوردگی را عقب انداخت.وی در ادامه گفت: برای محافظت آرماتور و کم کردن نفوذ پذیری ، پوشش های سطحی نیز روی بتن آزمایش شده است .که این پوشش ها اغلب پایه سیمانی یا رزینی دارند که با دقت روی سطح بتن اعمال می گردند.لازم به ذکر است عملکرد دوام این پوشش به شرایط محیطی وابسته بوده و در بعضی محیط ها عمر کوتاهی دارد .
وی اضافه کرد ، روی هم رفته پوشش های پایه سیمانی هم ارزانتر بوده و هم به علت سازگاری با بتن پایه، پیوستگی و دوام بهتری در محیط های خورنده و گرم از خود نشان می دهد.
برای نخستین بار در کشور بتن غلطکی RCCP با موفقیت اجرا شد
یک شرکت تحقیقاتی بتن توانست بتن غلطکی RCCP که جایگزین مناسبی برای آسفالت می باشد را در شهرستان هشتگردبرای اولین بار با موفقیت اجرا کنند.
کارشناسان این مرکز درباره نقش و جایگاه بتن های غلطکی RCCP معتقدند که با توجه به مسائل زیست محیطی ناشی از آسفالت در کنار دوام اندک آسفالت در برابر تغییرات جوی، ضربه پذیری و سایش، موضوع بتن RCCP از دهه های گذشته در کشورهای توسعه یافته مورد توجه قرار گرفت به نحوی که در حال حاضر بیش از 80 درصد معابر سواره رو در اغلب کشورهای توسعه یافته با استفاده از بتن غلطکی اجرا شده است
مدیر این مرکز تحقیقاتی در ادامه افزود،تکنیک ساخت معابر سواره رو در دنیا دستخوش تغییرات وسیعی شده است و بخاطر واکنش های مختلفی که در مواد نفتی به مرور زمان بوجود می آید، موضوع تغییر بافت خیابان ها و اتوبان ها جایگزینی RCCP را پیش روی کشور های توسعه یافته قرار داده است و وضعیت امروزی خیابان ها در کشورهای در حال توسعه در وضعیتی است که ناشی از بی توجهی به فن آوری های جدید است لذا باید مدیران و صاحبان صنایع برای وارد کردن فناوری های جدید به هماهنگی برسند؛ در غیر اینصورت وضعیت نادرست موجود در بخش های مختلف ادامه خواهد داشت….
وی همچنین درباره دلایل توجه به بتن غلطکی میگوید: "همه ساله صدها میلیارد تومان در کشور ما برای تامین روکش آسفالت خیابان ها هزینه می شود که پس از گذشت یک تا 5 سال این آسفالت مجدداً بایستی تعویض شود، این مسئله باعث شکل گیری نارضایتی های وسیعی در بین همه اقشار جامعه شده است.و البته ابعاد فقدان کیفیت آسفالت خیابان ها در همین جا به پایان نمی رسد بلکه باعث آبروریزی ملی و بین المللی برای صنعت و جامعه مهندسی نیز شده است
به گفته این محققان ، پیچیدگی های بتن غلطکی به مرحله اجرا و دانش فنی تولید منتهی می شود و به نظر می رسد با تجربیاتی که بدست آمده می توان امروزه گفت که تکنولوژی ساخت خیابان و اتوبان های با دوره دوام بالا نیز در کشور ما بومی شده است، لیکن بایستی ببینیم که مسئولین تا چه حد از این دست آورد استقبال می کنند.
خواص کامپوزیت های FRP
بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه های آمریکا هنگام بررسی پلها از نظر سازه ای به دلیل پوشش کم بتن ، طراحی ضیعف ، عدم مهارت کافی هنگام اجرا و سایر عوامل همانند شرایط آب و هوایی سبب ایجاد ترک در بتن و خوردگی آرماتور های فولادی شده است.
پس از سالها مطالعه بر روی خوردگی ، FRP به عنوان یک جایگزین خوب آرماتور های فولادی در بتن پیشنهاد شده اند.
سه نوع میلگرد ( AFRP) , ( CFRP ) , ( GFRP ) از انواع تجاری آن هستند که در صنعت ساختمان کاربرد دارند.
از این مواد به جای آرماتور های فولادی یا کابلهای پیش تنیده در سازه های بتنی پیش تنیده و یا غیر پیش تنیده استفاده می شود. مواد FRP موادی غیر فلزی و مقاوم در برابر خوردگی است که در کنار خواص مهم دیگری همانند مقاومت کششی زیاد آنها را برای استفاده بعنوان آرماتور مناسب می کند.
از آنجایی که FRP ها مصالحی ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فیبرورزین مورد استفاده ، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.
به طور کلی مزایای آن به صورت زیر دسته بندی می شود:
1-مقاومت کششی بیشتر از فولاد
2- یک چهارم وزن آرماتور فولادی
3- عدم تاثیر در میدانهای مغناطیسی و فرکانس های رادیویی ، برای مثال تاثیر روط دستگاه های بیمارستانی
4- عدم هدایت الکتریکی و حرارتی
لذا به دلیل مزایای بالا به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتورهای فولادی در سازه های دریایی ، سازه پارکیمگ ها ، عرشه های پل ها، ساخت بزرگراه هایی که بطور زیادی تحت تاثیر عوامل محیطی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدانهای مغناطیسی حساسیت زیادی دارند پیشنهاد می کند.
بررسی اثر دوده سیلیسی بر سازه های بتنی
اثر دوده سیلیس بر مقاومت و نفوذ پذیری مخلوط های بتن غلتکی سد سازی با خمیر سیمان کم یا متوسط یکی از موضوعاتی است که آقایان مهندس علیرضا باقری و مهندس مجتبی محمودیان ، مورد بررسی و پژوهش قرار داده اند.
به گفته ایشان عدم تولید خاکستر بادی در کشور و ابهامات موجود در خصوص فعالیت و یکنواختی پوزولان های طبیعی ایران، موانعی در دسرسی به مخلوط های بتن غلتکی می باشد.
به عقیده این محققان جایگزین دیگری که به عنوان ماده افزودنی معدنی می تواند مد نظر قرار گیرد ، سوپر پوزولانی به نام دوده سیلیسی است که به صورت محصول جانبی صنایع فروسیلیسیم در کشور تولید می شود.
گفتنی است، نتایح تحقیقات آزمایشگاهی انجام شده برای ارزیابی اثر کاربرد درصدهای مختلف دوده سیلیسی در ارتقاء کیفیت بتن غلتکی با مواد سیمانی کم یا متوسط ، نشانگر تاثیر قابل ملاحظه ای در افزایش مقاومت فشاری و کشش مخلوط های بتن غلتکی می باشد
ایشان در ادامه می افزایند: بهبود مقاومت بین 25 تا 60 درصد جایگزینی اثر دوده سیلیس به میزان 5 تا 15 درصد مواد سیمانی صورت گرفت. همچنین آزمایشات نفوذ پذیری انجام شده روی نمونه ها ، نشانگر کاهش قابل ملاحظه نفوذ پذیری در اثر کاربرد اثر دوده سیلیسی می باشد.
شایان ذکر است مهندس اسماعیل گنجیان و مهندس همایون صادقی پویا معتقدند استفاده از دوده سیلیسی در ساخت سازه های بتنی دریایی نظیر اسکله ها و بنادر با هدف افزایش دوام در دهه اخیر افزایش چشمگیری داشته است.
همچنین ایشان به بررسی دوام نمونه های خمیر سیمان و بتن با کاربرد سیمان نوع 2 همراه با 7 و 10 درصد اثر دوده سیلیس به عنوان جایگزین سیمان در شرایط عمل آوری در آب معمولی ، در ساحل دریا و در مخزن شبیه سازی تر وخشک در مقاومت فشاری و جذب موئینه آب پرداخته اند.
گفتنی است نمونه های حاوی دوده سیلیسی در شرایط تر و خشک افت مقاومت شدیدتری در طی زمان 180 روز پس از ساخت ، نسبت به نمونه های عمل آوری شده در آب معمولی نشان داده اند.
همچنین باید اشاره کرد با افزایش میزان اثر دوده سیلیس ، میزان جذب آب نمونه ها در شرایط مخرب ساحل دریا و شرایط جذر و مد متناوب و مخزن شبیه سازی تر و خشک ، افزوده شده است.
بلوک های بتنی بدون ملات
مهندس محمد هادی زنجانی در مقاله ای به بررسی ویژگی های بلوک بتنی بدون ملات پرداخته اند.
وی در این مقاله می نویسد: سیستم همبندی بلوک ها ( Intralock System ) یک نوع سیستم بلوک های ساختمانی بدون ملات است که شامل شش نوع ترکیب مختلف از بلوک ها می باشد.وی در ادامه می افزاید ، هر بلوک به سه قسمت توخالی جدا از هم با جداره هایی با صخامت کم تقسیم شده است.گفتنی است این نوع بلوک های بدون ملات روی هم قرار می گیرند و قسمت توخالی مرکزی آن با دوغاب سیمان پر می شوند وبه صورت صلب بتنی در می آیند.
مهندس زنجانی در ادامه خاطر نشان کرد دوغاب سیمان در میان و اطراف بلوک ها جریان یافته سبب پیوند بلوک به بلوک های کناری می گردد و همه بلوک ها و دیوارها بدون استفاده از ملات در اتصالات شبکه ای همانند شبکه تیر هاو ستونها تشکیل می دهند.
شایان ذکر است دو فضای تو خالی دیگر بلوک با ایجاد کانال های هوای داخلی و خارجی در امتداد قائم و افقی سبب عایق بندی و ایجاد خاصیت ضد صدا و ضد آتش بلوک ها می گردد.
همچنین وی اشاره کرد می توان لوله ها وسیم کشی درون ساختمان را از آنها عبور داد و نیز سیستم های اعلام خطر را در این بلوک ها تعبیه کرد.
گفتنی است این بلوک دارای مزایای منحصر به فردی است ، از جمله می توان به سرعت ساخت ، دیوار های محکمتر و کاربرد های متنوع تر آن اشاره کرد.به دلیل اینکه در این سیستم نیازی به ریختن ملات در میان بلوک ها نیست سرعت ساخت افزایش یافته و کیفیت کار به آسانی کنترل می شود.
مهندس زنجانی در ادامه افزود، فضای تو خالی میانی که به وسیله سیمان پر می شود دیوارهای سخت همانند دیوارهای بتنی ایجاد می کند. همچنین در نوعی از آنها پروفیل های فولادی را نیز می توان در فضای خالی بلوک ها جای داد و اطراف آن را با دوغاب سیمان همانند دفن فولاد بتن پر کرد.
هر چند که از بدو پیدایش بتون ، تحول اندکی در آن به وجود امده ، لکن طیف وسیع کاربرد بتون عملا ً بیانگر این مطلب است که مزایای بیشماری که این نوع مصالح از آن برخوردار است ، سایر موارد آن را تحت شعاع قرار می دهد .
در طراحی یک پروژه ،بکار گیری مصالح مناسب ،مقاوم و ارزان از مهمترین ظایف یک مهندس به حساب می آید.یکی از مهمترین و ارزان ترین مصالح موجود که در دنیا کار برد وسیعی دارد ،بتون است. مزایایی که بتون از آن برخوردار است باعث شده که مورد علاقه اکثر مهندسین ،طراحان و کارفرمایان باشد. از عمده ترین مزایای بتون ،امکان به کار گیری آن در اغلب مناطق جغرافیایی،استفاده از مصالح طبیعی و ارزان ،دارا بودن هزینه ی کم در مقایسه با حجم زیاد عملیات،شکل پذیری آن با توجه به اشکال هندسی طرح، امکان مکانیزه کردن عملیات عدم نیاز به نگهداری پر خرج بنا در طول عمر بهره برداری و … است.
بکارگیری بتون غیر مسلح بعلت تردی آن به غیر از سازه های وزنی عملا ً کاربرد چندانی ندارد . این عیب عمده ی بتون در عمل ،با مسلح کردن آن به وسیله ی میله های فولادی یا آرماتور برطرف می گردد . امّا از انجایی که آرماتور منحصرا ً بخش کوچکی از مقطع را تشکیل می دهد ، تصور این که مقطع بتون یک مقطع ایزوتوپ و هموژن است ، چندان صحیح نخواهد بود.
به منظور شرایط ایزوتوپی و نیز کاهش ضعف شکنندگی و تردی جسم بتون تا حد ممکن ، در چند دهه ی اخیر از رشته های نازک و نسبتا ً درازی که در تمام حجم بتون ، بطور همگن و درهم پراکنده می گردد استفاده می شود.
کاربرد اینگونه رشته ها یا الیاف در بتون و بطور کلی در ملات ها قدمت تاریخی دارد.انواع الیافی که در ربع قرن اخیر بطور وسیع در بتون و ملات های سیمانی مورد استفاده قرار می گیرد ، الیاف شیشه ای ، پلی اتیلن ، فولادی ،آزبست و نایلونی می باشد که اثر هر یک از انواع الیاف بر خواص و تکنولوژی بتون مبحث جداگانه و طولانی به خود اختصاص میدهد.
در مجموعه ی حاضر منحصرا ً اثر الیاف فولادی بر رفتار بتون های مسلح به این نوع الیاف مورد بررسی و پژوهش قرار گرفته است.
کاربرد الیاف فولادی به منظور بهبود بخشیدن به خواص بتون ، کاربرد وسیعی را در سازه های بتونی و بتون مسلح پیدا کرده است.دلیل این کاربرد گسترده ،مزایای بیشمار فنی و اقتصادی در استفاده از الیاف فولادی در جسم بتون می باشد.
اثرات مثبت کاربرد الیاف فولادی به شرح ذیل می باشد:
* افزایش مقاومت خمشی
* افزایش مقاومت برشی
* افزایش مقاومت کششی
* افزایش مقاومت در برابر بارهای دینامیکی به ویژه بارهای ضربه ای
* افزایش مقاومت مقطع در قبال ترک خوردگی
* افزایش مقاومت در میزان جذب انرژی
* کاهش در میزان انقباض،خزش و سایش سطحی.
با توجه به این اثرات مهم در خواص بتون خالص ، تولید و کاربرد الیاف فولادی در کشورهای صنعتی جهان از طیف وسیعی برخوردار شده و در حال حاضر انواع الیاف فولادی با مشخصات فنی و موارد کاربرد گوناگون به صورت صنعتی تولید انبوه می گردد.
نظری گزرا به آمار مصرف الیاف فولادی در کارهای بتونی در کشورهای صنعتی نشان می دهد که تنها ظرف 10 سال گذشته بالغ بر چندین هزار متر مربع از کف سالن های صنعتی ، باند فرودگاه ها ، روسازی بزرگراه ها و… با بتون مسلح به الیاف فولادی اجرا شده است.
از انجایی که در ایران و سایر ممالک خاورمیانه الیاف از نوع فولادی تولید و یا وارد نمی شود ، اغلب مهندسین و مشاورین از چنین تکنولوژی وتکنیکی که به خواص و مقاومت بتون بهبود می بخشد ، بی اطلاع بوده و یا اطلاع کمی دارند، و افراد مطلع از وجود چنین تکنیکی ، کاربرد الیاف را به علت عدم دسترسی آسان و ارزان نبودن آن یک تکنیک لوکس در طرح های بتونی تلقی می کنند .
مجموعه ی حاضر تلاش دارد تا این تکنولوژی را که سالهاست در سایر کشورها مورد استفاده قرار می گیرد ، در ایران نیز بشناساند.
کاربرد بتون الیافی در وضع کنونی کشور به دلایل اقتصادی ،بخصوص از نظر تامین الیاف فولادی صنعتی چه به صورت وارداتی و چه تولیدی مقرون به صرفه نبوده و مشکلات تازه ای را در جهت وابستگی های جدید به کشورهای بیگانه در صنایع عمرانی به ارمغان خواهد آورد .
با توجه به فراوانی تفاله های صنعتی که از بابت مواد اولیه آن ها باالاجبار ارز زیادی از کشور خارج می شود و فضاهای زیادی در قطب های صنعتی و جوار جاده های کشور اشغال می شده و می شود ، این انگیزه را به وجود آورد تا با توجه به مزایای بتون مسلح با الیاف فولادی و نیاز به استفاده از این تکنولوژی در طرح های عمرانی کشور ، از این تفاله های صنعتی با توجه به دلایل فوق به عنوان الیاف فولادی استفاده می گردد.
نتایج بررسی ها و تحقیقات آزمایشگاهی که در این راستا در دانشگاه فنی تبریز در بررسی مقاومت های خمشی ، فشاری ، کششی ، برشی و شکافتگی در طول مدت بیش از یکسال انجام گرفت ، نشان میدهد که تاثیراین نوع الیاف فولادی در بالابردن مقاومت بتن بسیار چشمگیر و شایان توجه است . بکار گیری اینگونه زایدات و تراشه های فولادی به عنوان الیاف فولادی نه تنها از بعد افزایش خواص بتن خالص حائز اهمیت است بلکه از بعد اقتصادی و کاهش آلودگی محیت زیست نیز اثرات بسیار مثبت و رضایت بخشی را در بر خواهد داشت .
مزایای اقتصادی این طرح از نظر هزینه و مخصوصا ً ارز خروجی از کشور دارای اهمیت فوق العاده ای است . بدین معنی که 10الی 30 درصد وزن فولاد وارداتی حین ساخت قطعات مختلف صنعتی به تراشه های فولادی زاید تبدیل می شود . بعد از تولید این زایدات ، ضرورت بر حمل و دفن این مواد وجود دارد که هزینه مجددی را طلب می کند .
همچنین دور کردن و دفن این زایدات در محل های بخصوص ، اولا ً فضا و مکان بزرگی را اشغال می کند و ثانیا ً باعث آلودگی و بدی منظره ی محیط زیست می شود . حال اگر از این تراشه های فولادی _ که هزینه گرانی را به خود اختصاص می دهد _ به عوض پوسیدگی و آلودگی محیط زیست در بتون استفاده شود ، علاوه بر کاهش آلودگی محیط ریست ، مقاومت بتون را نسبت به بتون خالص افزایش داده ، همچنین با توجه به نتایج مطلوبی که از این تحقیقات بدست آمده میتوان کاهش هزینه های اجرایی ، امکان مکانیزه کردن روشهای اجرایی ، صرفه جویی در مصرف مصالح سنگی و سیمان ، کاهش هزینه های حمل مصالح به علت کاهش حجم کار ، امکان استفاده در صنایع ساخت بلوک و لوله های سیمانی مخصوصا ً در مناطق روستایی کشور ، ایجاد زمینه اشتغال افراد و… را انتظار داشت.
* بتون مسلح به الیاف فولادی
بتون الیافی ( الیاف فولادی ) شامل یک کالبد بتونی مرکب از سیمان ، مصالح سنگی ، آب و همچنین درصدی از الیاف فولادی کوتاه می باشد که بطور درهم و کاملاً اتفاقی و در جهات مختلف در مخلوط پراکنده شده که وجود الیاف فولادی مشخصات بتون را نسبت به حالت خالص بهبود می بخشد .
در این بررسی شبکه های آرماتور ، تورهای بافته شده و یا آرماتورهای نازک و دراز نمی تواند بعنوان الیاف های پراکنده و منفرد در بتون تلقی گردد .
* مزایای بتون الیافی
بتون معمولی یک ماده نسبتاً ترد و شکننده است ، در حالی که بتون الیافی دارای مقاومت زیادتر و خاصیت جلوگیری از ترک خوردگی را دارد لذا نسبت به بتون معمولی دارای برتریت است .
مزایای بتون الیافی در مقایسه با بتون معمولی را می توان بطور خلاصه به شرح ذیل بیان داشت :
– مقاومت در مقابل تورق ، سایش و هوازدگی سطح
– مقاومت زیاد در مقابل تنش های خستگی
– مقاومت بسیار عالی در مقابل ضربه
– قابلیت کششی خوب ( ظرفیت زیاد کرنش )
– قابلیت باربری زیاد بعد از ترک خوردگی
– مقاومت کششی ، خمشی و برشی زیاد
– طاقت خیلی زیاد
* مقاومت خمشی
هر چند مطالعات انجام شده روی خصوصیات بتن حاوی الیاف پلیمری نسبتاً محدود است ، در رابطه با تاثیر این الیاف روی خصوصیات خمشی بتن ، موارد زیر قابل ذکر است .
درصدهای معمولی استفاده از الیاف پلیمری حدود 1/0 درصد بوده و تا 5/0 درصد هم استفاده می شود . شکل 3-5 منحنی بار تغییر شکل را برای بتن حاوی الیاف پلی پروپیلن به مقدار 5/0 درصد حجمی نشان می دهد . مشخص است که افت در ظرفیت تحمل بار در این نوع بتن بعد از ترک اول ، بسیار بالاست که این موضوع با توجه به مدول کشسانی پایین الیاف پلیمری و مقدار کم استفاده از آن ، قابل انتظار می باشد . هر چند شکل پذیری قابل توجهی بعد از ایجاد ترک حاصل شده ، عملکرد این الیاف پس از گسیختگی به میزان قابل توجهی کمتر از الیاف فولادی است .
مطالعات انجام شده نشان می دهد که تفاوت زیادی در عملکرد انواع معمول الیاف پلیمری وجود ندارد و تاثیر الیاف نایلون مشابه الیاف پلی پروپلین است.
* مقاومت فشاری
معمول ترین مقدار استفاده از الیاف پلیمری در بتن ، برابر 1/0 درصد حجمی است . در این مقدار کم ، الیاف تاثیری روی مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بتن ندارند . مطالعات انجام شده نشان دهنده این است که نوع الیاف پلیمری نیز نقشی در این زمینه ندارد . افزایش درصد استفاده تا 5/0 حجمی موجب کاهش مقاومت فشاری در حدود 5 تا 10 درصد گشته است ، لیکن این کاهش بعلت افزایش در هوای محبوس شده و مشکلات در متراکم کردن بتن در حجم بالاتر الیاف است.
* مقاومت کششی
اثر استفاده از الیاف پلیمری خصوصاً در بتن ، کمتر از تاثیر الیاف فولادی است. در درصدهای معمول استفاده ، که کمتر از 2/0 درصد است اضافه کردن الیاف پلیمری تاثیری در مقاومت کششی بتن ندارد . در 5/0 درصد استفاده به علت دشواری در تراکم و ازدیاد هوای محبوس شده ، قدری کاهش در مقاومت کششی بتن حاصل می گردد .
* مقاومت در برابر خستگی
بررسی های انجام شده نشان دهنده افزایش مقاومت خستگی بتن بر اثر استفاده از الیاف پلیمری بوده ، لیکن تاثیر آنها کمتر از الیاف فولادی است . در 3/0 درصد حجمی استفاده از الیاف پلی پروپلین حداکثر تنش متناوب وارده به تعداد 2 میلیون دوره ای برابر 65 درصد مقاومت خمشی استاتیکی بتن غیرمسلح بوده است . مقدار متناظر برای بتن غیر مسلح تحت بار متناوب ، 50 درصد مقاومت خمشی تحت بار استاتیکی بوده است . همچنین قابل توجه است که عملکرد الیاف پلی پروپلین و نایلون مشابه است .
* مقاومت در برابر بارهای ضربه ای
تاثیر الیاف پلیمری روی مقاومت بتن ، در برابر بارهای ضربه ای کمتر از الیاف فولادی است . البته میزان تاثیر بسته به روش آزمایش به کار رفته متغیر است ولی به طور کلی می توان گفت که تاثیر الیاف پلیمری با نسبت های معمول استفاده ( حدود 1/0 درصد حجمی ) ، کم بوده و با افزایش مقدار الیاف تا حدود 5/0 درصد میزان بهبود عملکرد ، زیاد نیست .
* خزش و جمع شدگی دراز مدت
آزمایش های محدود انجام شده در این زمینه نشان دهنده افزایش در مقدار خزش بتن ، به علت استفاده از الیاف پلیمری است . در عین حال ، استفاده از این الیاف موجب کاهش در مقدار جمع شدگی بتن شده است .
* جمع شدگی خمیری بتن
با استفاده از الیاف پلیمری به میزان حدود 6/0 کیلوگرم در متر مکعب می توان به طور موثری ترکهای خمیری در بتن را کاهش داده و این ، یکی از دلایل عمده استفاده از الیاف پلیمری در بتن است . تاثیر مقدار استفاده از الیاف پلیمری در ترک خوردگی خمیری در شکل 3-6 نشان داده شده است .
تحقیقات محدود انجام شده درباره نوع الیاف ، نشان دهنده آن است که الیاف پلیمری نرمتر ( با مدول الاستیسیته پایین تر ) عملکرد بهتری در کاهش ترک خوردگی دارند . همچنین شده است که الیاف پلیمری با طول بیشتر عملکرد بهتری نسبت به الیاف با طول کمتر دارند .
* وزن مخصوص
وزن مخصوص بتن حاوی الیاف پلیمری در درصدهای معمول ، مشابه بتن معمولی است . لیکن در مقادیر استفاده 5/0 درصد و بالاتر ، وزن مخصوص بتن با الیاف پلیمری کاهش می یابد که این بیشتر به دلیل افزایش هوای محبوس شده در درصدهای بالاتر استفاده از الیاف پلیمری است .
* طاقت و ضریب بتون الیافی
طاقت Toughness عنوان کل انرژی جذب شده ، پیش از گسیخته شدن کامل نمونه تعریف می شود . این انرژی را می توان با اندازه گیری کل سطح زیر منحنی تنش – کرنش ، در آزمایش کشش یا فشار و یا با استفاده از سطح زیر منحنی بار – تغییر شکل در آزمایش خمش بدست آورد . انرژی جذب شده را همچنین می توان با استفاده از آزمایش ضربه نیز ، اندازه گیری کرد . البته لازم به تذکر است که طاقت به نوع و سرعت بارگذاری نیز بستگی دارد .
طاقت در بتون خالص به نمو ترک مربوط می شود . اما وقتی در بتون الیاف وجود داشته باشد ، ترک بدون دراز شدن و یا رها شدن الیاف نمی تواند گسترش بیابد ، در نتیجه قبل از اینکه در بتون گسیختگی کامل پیش بیاید . انرژی قابل ملاحظه ای برای گسیختگی و یا رها شدن الیاف لازم است . افزایش در طاقت ، یک نتیجه بهسازی مهمی است که با افزودن الیاف فولادی به بتون حاصل می شود .
* خواص بتون مسلح به الیاف فولادی
بطور کلی وجود الیاف فولادی در جسم بتون باعث افزایش مقاومت بتون می شود . همانطوری که در فصول قبل اشاره شد ، این تغییرات در افزایش مقاومت ، علاوه بر شکل ظاهری الیاف ، به نوع آنها نیز بستگی دارد .
* انواع الیاف و الیاف فولادی
از انواع الیاف که در بتون مورد استفاده قرار می گیرد می توان الیاف پلاستیکی ، شیشه ای ، و طبیعی را نام برد که در اشکال و اندازه های مختلف تولید می شود.
پارامتر مناسب که یک رشته از الیاف را تعریف می کند نسبت ظاهری می باشد که نسبت طول الیاف به قطر معادل الیاف است .
مقدار نسبت های ظاهری ( L/D) معمولاً بین 30 تا 150 ، به طول های 6/0 تا 5/7 سانتی متر است . الیاف فولادی صنعتی معمولاً از نسبت L/D حداکثر تا 125 برخوردار هستند .
الیاف شیشه ای مخصوص ( تارهای بریده شده ) دارای قطرهایی بین 005/0 تا 015/0 میلی متر هستند که این نوع الیاف ممکن است در تولید عناصری با الیاف شیشه ای به یکدیگر اتصال یابند که در این صورت قطر الیاف اتصال یافته به 013/0 تا 3/1 میلی متر می رسد .
از پلاستیک های مخصوص نظیر نایلون ، پلی پروپیلن ، پلی استرو و ریون نیز الیاف هایی به قطر 02/0 تا 38/0 میلی متر ساخته شده است .
* مقاومت نهائی بتون الیافی
منحنی بار – تغییر شکل که در شکل (2) نشان داده شد ، بعد از نقطه A غیر خطی شده و در نقطه B به ماکزیمم مقدار خود که مقاومت نهائی بتون الیافی است می رسد . برخلاف بتون مسلح معمولی ، حداکثر بار در بتون الیافی ، با رها شدن تدریجی رشته های الیاف مهار می شود . این در حالیست که تنش نهائی در الیاف به مراتب کمتر از تنش گسیختگی الیاف است . کاهش ظرفیت باربری همراه با افزایش تغییر شکل ها در بتون الیافی ، بعد از بار نهائی ، خیلی کمتر از بتون خالص است . نتیجه اینکه ، کل انرژی جذب شده که برابر با سطح زیر منحنی بار – تغییر شکل قبل از فروریختگی کامل یک تیر است ، برای بتون الیافی حداقل 10 تا 40 برابر بزرگتر از بتون خالص است .
انرژی جذب شده در اثر دو عامل ، عامل رها شدگی و عامل دوم مقاومت رشته های الیاف می باشد . سهم هر کدام از این دو عامل بستگی به منحنی تنش – کرنش الیاف دارد . مقاومت نهائی بتون مسلح به الیاف بستگی به درصد حجمی و نسبت I/D الیاف دارد . اگر چه آزمایشات مربوط به بتون الیافی ، اکثراً بر روی تیرها انجام گرفته است ، لکن تاثیر الیاف تا حدی در مقاومت کششی و فشاری نیز قابل توجه است .
معمولاً در ساخت بتون الیافی سعی بر این است که توزیع الیاف در داخل جسم بتون کاملاً یکنواخت باشد . لکن نیل به این هدف ایده آل ، حتی تحت شرایط کنترل شده آزمایشگاهی نیز ، مقدور نمی باشد و بدین جهت نیز مقاومت یک نمونه آزمایشی ، در واقع منعکس کننده تراکم الیاف موجود در ناحیه احتمالی گسیختگی ماده است . هر چند ممکن است مقدار زیاد ضریب تغییر نمونه ها مربوط به توزیع غیر یکنواخت الیاف در یک سری از نمونه های ظاهراً مساوی باشد ، لکن مشاهده عینی سطح گسیختگی ، تنها راه تشخیص و ارزیابی معیار توزیع یکنواخت الیاف می باشد . اگر چه غالباً فرض بر این است که جهت رشته های الیاف در داخل جسم بتون و یا نمونه های بزرگ آزمایشگاهی سه بعدی بوده و توزیع آنها به طور یکنواخت و تصادفی می باشد ، اما در مقاطع نازک و یا نمونه های کوچک آزمایشگاهی که نسبت حداقل بعد نمونه به طول الیاف *** کوچک است ، فرض سه بعدی بودن توزیع رشته های الیاف فرض بعیدی است ، چرا که رشته های نسبتاً دراز الیاف در داخل مقاطع نسبتاً کوچک تا حدی تمایل به قرار گرفتن در یک ردیف و در امتداد طولی قالب را دارند . علاوه بر این لرزاندن بتون نیز به افقی قرار گرفتن الیاف کمک می کند .
* مقاومت استاتیکی
الیاف فولادی ، مقاومت خمشی نخستین ترک بتون الیافی را تا چندین برابر مقاومت نخستین ترک بتون معمولی افزایش می دهد . بطور کلی تاثیر الیاف فولادی در افزایش مقاومت های استاتیکی بتون ، یک اصل انکار ناپذیر است که باعث توجه بیشتر به کاربرد الیاف در بتون شده است . اضافه کردن الیاف به بتون علاوه بر اینکه از نظر افزایش مقاومت های استاتیکی بتون موثر است ، در ایزوتروپی و همگنی جسم بتون نیز تاثیر بسزایی دارد .
تاثیر الیاف فولادی در مقاومت استاتیکی بتون شامل مقاومت خمشی ، فشاری ، برشی ، و شکافتگی می باشد که هر کدام از این مقاومت ها در بخش های بعدی شرح داده خواهد شد .
* مقاومت خمشی
خاصیت مهم بتون الیافی مقاومت خمشی زیاد و مقاومت در مقابل ترک خوردگی است که این خاصیت راه حل مناسبی برای کاهش خاصیت تردی و شکنندگی بتون خالص است .
منحنی بار – تغییر شکل تیرهای بتون الیافی نشان می دهد که بعد از رسیدن نیرو به حد نهائی با افزایش تغییر شکل ، نیرو به طور آهسته ای کاهش می یابد و انرژی جذب شده در واقع برابر با کل سطح زیر منحنی بار تغییر شکل می باشد . از آنجائی که اختلاف قابل ملاحظه ای بین شکل منحنی های بار – تغییر شکل بتون های مسلح به الیاف فولادی با انتهای خمیده ، الیاف ساده و بتون معمولی وجود دارد ، لذا سطح زیر منحنی بار – تغییر شکل هر کدام از این نوع بتون های الیاف دار نیز متفاوت می باشد .
مقاومت خمشی بتون الیافی عمدتاً به شکل ظاهری ، نسبت I/D و جنس الیاف بستگی دارد ، لذا با وجود ثابت بودن تمامی پارامترهای دیگر ، مقاومت های خمشی متفاوتی حداقل 2 تا 3 برابر بدست می آید .
* مقاومت پیچشی
در رابطه با مقاومت پیچشی بتون الیافی تحقیقات خاصی صورت نگرفته است . در این مورد خاص بررسی هایی که توسط شرکت *** در بلژیک انجام یافته ، مقاومت پیچشی بتون الیافی را 5/1 تا 2 برابر بتون خالص ذکر کرده است .
* مقاومت برشی
نتایج آزمایشات به روش مستقیم دوبل ، در جدول 1 آورده شده است .
با توجه به نتایج مقاومت برشی بتون الیافی در دانشگاه تبریز و نتایج آزمایشات انجام شده ملاحظه می شود که الیاف فولادی می تواند جایگزین خاموت ها در تیرهای بتونی شود ، بدون اینکه در ظرفیت نهائی برشی ، کاهشی به وجود آید .
الیاف فولادی علاوه بر اینکه مقاومت برشی بتون را افزایش می دهد ، تیرهای بتون آرمه را در مقابل گسیختگی ناگهانی در ناحیه کششی تقویت می کند . این مزیت عمده الیاف فولادی در افزایش مقاومت برشی بتون است که باعث می شود از کاربرد خاموت بعنوان آرماتور برشی صرف نظر گردد. در نتیجه در اجراء اینگونه تیرها بعلت افزایش مقاومت برشی و عدم کاربرد خاموت از لحاظ دستمزد ، صرفه جویی زیادی را الیاف فولادی ببار می آورد .
چنانچه بخواهیم از اصول آئین نامه های بتون مسلح درطراحی اینگونه تیرها استفاده کنیم ، می توانیم بدون هیچ تغییری در آئین نامه – مخصوصاً آئین نامه ACI – با استفاده از الیاف فولادی بعنوان آرماتور برشی ، تیرهای بتون مسلح را طراحی کنیم .
* مقاومت ترک خوردگی
همانطور که در بخش های قبل بطور مشروح درباره نقش الیاف بحث شد ، در آزمایشات خمشی ، کششی و … بطور استاتیکی ملاحظه می شود که الیاف نه تنها بر روی مقاومت بتون خالص تاثیر بسیار مثبتی دارد بلکه بعنوان یک عامل بازدارنده ترک نیز عمل می کند .
بدین معنی که با شروع ترک خوردگی ، الیاف نقش خود را در دوختن ترک و محدود کردن اندازه ترک بازی کرده و از ادامه ترک خوردگی حتی با ادامه بارگذاری جلوگیری بعمل می آورد . این در حالیست که در تیرهای بتون خالص با حداکثر ، 1 میلی متر تغییر شکل در وسط دهنه ، تیر گسیخته و دو تکه می شود ، اما تیر با بتون الیافی ( در نمونه های آزمایشگاهی ) با حداقل 0/12 میلی متر تغییر شکل در وسط دهنه ، نه تنها تیر دو تکه نمی شود ، بلکه ترک از نصف ارتفاع تیر به بالا حرکت نکرده و با باز شدن ترک ، الیاف این فاصله را به طرفین محل گسیختگی ارتباط داده و از فرو ریختن تیر جلوگیری می کند .
مقاومت الیاف در قبال ترک در نمونه های کششی نیز شایان توجه است . بدین معنی که در کشش نیز بعد از ترک نخستین در کل مقطع که مربوط به بتون است ، الیافها ، دو طرف محل ترک را به یکدیگر ارتباط داده و از گسترش و زیاد شدن عرض ترک ممانعت بعمل می آورند.
کیفیت ترک خوردگی در آزمایش شکافتگی نمونه استوانه ای بتون الیافی نیز جالب است . بعد از بار نهائی ، نمونه بتون خالص از وسط و در امتداد قطر کاملاً گسیخته و دو تکه می شود در حالی که در نمونه بتون الیافی بدون آنکه نمونه از همدیگر جدا شود ، آنقدر تغییر شکل می دهد که سطح مقطع دایره ای نمونه به سطح مقطع بیضوی تبدیل می شود .
جدول 1. مقاومت برشی بتون الیافی
مقدار الیاف فولادی
تنش برشی
Kg/cm3
تنش برشی
متوسط
انحراف معیار
ضریب تغییر %
نسبت مقاومت برشی بتون الیافی به بتون خالص
درصد حجمی بتون
Kg/cm3
بدون الیاف
–
42/40
15/37
86/46
48/41
94/4
9/11
–
2%
50
93/45
18/58
17/49
09/51
35/6
4/12
23/1
4%
100
93/58
82/55
40/67
72/60
99/5
8/9
46/1
6%
150
23/70
09/68
86/66
39/68
71/1
5/2
65/1
* پوسیدگی و زنگ زدگی الیاف فولادی
مطالعات اخیر نشان می دهد که اثر خورندگی و پوسیدگی آب شور روی ملات سیمانی ( سیمان پرتلند ) مسلح به 2 درصد حجمی الیاف فولادی ناچیز بوده است ، بطوریکه بعد از 90 روز قرار گرفتن در داخل و خارج آب نمک اشباع شده ، هیچ تغییری در مقاومت خمشی بتون الیافی مشاهده نگردید .
آزمایشات دراز مدت در مورد دوام و پایداری بتون الیافی در آزمایشگاه های Battele ، کلمباس ایالت اوهایو آمریکا ، خورندگی خیلی کمی را در الیاف نشان می دهد ، بطوریکه بعد از 7 سال تماس بتون الیافی با نمک های ضد یخ هیچ اثر منفی در مقاومت خمشی وجود نداشته است .
اما درصد زیاد کلراید محلول ، باعث خوردگی الیاف در داخل و یا نزدیک سطوح تماس شده بود .
نتایج حاصل از تحقیقات نشان می دهد که قرار گرفتن ملات الیاف دار در معرض فرسایش جوی و در یک محیط صنعتی به مدت 10 سال در مقامت ملات هیج اثر منفی نداشته است .
با توجه به این نتایج چنین استنباط می شود که خوردگی و پوسیدگی الیاف فقط به آن قسمت از الیاف محدود می شود که در سطوح خارجی قرار دارند و الیاف داخل بتون هیچ نوع پوسیدگی را نشان نمی دهد .
با توجه به این نتایج چنین استنباط می شود که خوردگی و پوسیدگی الیاف فقط به آن قسمت از الیاف محدود می شود که در سطوح خارجی قرار دارند و الیاف داخل بتون هیچ نوع پوسیدگی را نشان نمی دهد .
مقاومت فشاری یک ملات الیاف دار که بطور مدام و به مدت 10 سال در آب دریا غوطه ور بوده است از 582 کیلوگرم بر سانتی مربع به 7/495 کیلوگرم بر سانتی متر مربع کاهش یافت که این کاهش در حدود 15 درصد است ، این در حالیست که تحت همان شرایط ، مقاومت ملات خالص 40 درصد کاهش یافته بود . مقاومت خمشی ملات الیاف دار نیز بعد از 10 سال 31 درصد تنزل کرده و به مقدار 3/105 کیلوگرم بر سانتی متر مربع رسیده بود.
در تحقیقات دیگری که بر روی بتون الیافی در مورد تاثیر پوسیدگی الیاف انجام یافته است ، نشان می دهد که بعد از 5 سال تماس بتون الیافی با نمک های ضد یخ ، تغییر ناچیزی در مقاومت خمشی بتون الیافی نسبت به مقاومت قبل از تماس با نمک های ضد یخ ( مقاومت 28 روزه ) وجود داشته است .
بررسی سطوح گسیختگی تیرهای بتون الیافی بلافاصله بعد از تعیین مقاومت خمشی نشان داده است که خوردگی الیاف فولادی فقط به 4 میلی متر عمق بتون در سطح خارجی ( ناحیه پوشش ) محدود می شود و در بخش داخلی مقطع تیر هیچگونه خوردگی و زنگ زدگی در رشته های الیاف قابل مشاهده نیست .
* مقاومت اصطکاکی و لغزشی
در یک سری از نمونه های دالی شکل آزمایشگاهی مقاومت اصطکاکی استاتیکی ، لغزشی و غلطکی بتون الیافی و بتون خالص تحت شرایط یکسانی بطور مقایسه ای تحت آزمایش لغزشی قرار گرفته که حداکثر قطر مصالح سنگی بتون الیافی در این آزمایشات 5/9 میلی متر بوده است . نتایج حاصل از این آزمایشات نشان می دهد که برای سطوح بتون خشک ، ضریب اصطکاک استاتیکی ( سکون ) قبل از سایش و یا تخریب سطح ، مستقل از وجود الیاف بوده ، اما مقاومت لغزشی و غلطکی سطوح الیاف دار نسبت به سطوح بتون خالص در شرایط خشک ، مرطوب و یخبندان با فرسایشی یکسان 15 درصد بیشتر بوده است.
* مقاومت سایشی
نتایج بررسی مقاومت سایشی بتون الیافی توسط انجمن فولاد ایالت متحده نشان می دهد که عمق سائیده شده بتون الیافی با شن نخودی و kg/m3 65 الیاف در مقایسه با عمق سائیده شده دال های ساخته شده از بتون خالص با شن درشت دانه 270 درصد کمتر است .
آزمایشاتی که اخیراً توسط گروهی از مهندسین انجام یافته پیشنهاد می کند که مقاومت سایشی بتون الیافی در معرض سایش رسوبات آب در سازه های هیدرولیکی تفاوت چندانی با بتون خالص ندارد این آزمایشات همچنین نشان می دهد که وقتی فرسایش در نتیجه سایش تدریجی بتون بعلت حرکت غلطکی ذرات و مواد ریز دانه با سرعت کم از روی سطح بتون است میزان فرسایش به کیفیت مصالح سنگی و سختی سطح بتون بستگی خواهد داشت و در این حالت الیاف تاثیر چندانی ندارد .
در واقع اگر کاربرد الیاف با یک نسبت آب به سیمان زیادتر و با حجم زیاد خمیر سیمان همراه باشد افزایش کمی در مقدار فرسایش می تواند بوجود آید .
اما وقتی فرسایش در نتیجه خلاء زائی و یا سایش ناشی از سرعت زیاد جریان آب و ضربه اجسام و مواد شناور بزرگ جریان آب باشد ، بتون الیافی مقاومت فرسایشی قابل توجهی را نشان می دهد . پس در این شرایط در برابر ضربه ناشی از عمل چکشی دانه های شن ها ، قلوه سنگ ها ، اجسام شناور و اثرات خلاء زائی جریان آب ، مقاومت زیادی در بتون لازم است چون فرسایش دال های ابنیه های فنی در اثر بار ترافیک و چرخ های خودروها در جاده ها و اتوبان ها به سایش روسازی نیز مربوط می شود . لذا مشابه فرسایش تدریجی در سازه های هیدرولیکی سایش قابل بررسی است .
از این رو توصیه می شود مصالح سنگی با دوام ، سخت ، با کیفیت بالا و دانه بندی خوب جهت کاهش سایش و در نتیجه جلوگیری از فرسایش سازه استفاده گردد .
* خوردگی الیاف فولادی در بتن
دوام الیاف در داخل ماتریس های سیمانی از دیدگاه قابلیت عملکرد آن ، در دراز مدت حایز اهمیت است . مطالعات بسیاری نشان داده اند که عمدتاً خوردگی الیاف فولادی در بتن بسیار محدود است . در بتن ترک نخورده ، خوردگی الیاف تنها در سطح رویه بتن رخ می دهد .
در صورت وقوع کربناتایسون در بتن ، خوردگی الیاف تا عمق ناحیه کربناتی شده می تواند رخ دهد.. حتی بعد از ترک خوردن ماتریس در صورتی که ضخامت ترک کمتر از 15/0 میلیمتر باشد ، الیاف فولادی دچار خوردگی نمی شوند.
نکته شایان توجه این است که نفوذ یون کلر تاثیری بر خوردگی الیاف فولادی ندارد . دلیل این موضوع این است که تغییر در غلظت یون کلر در بتن در طول کوتاه الیاف بسیار جزئی است .
* طاقت بتون الیافی
مهمترین اثر مثبتی که با افزودن الیاف فولادی در بتون بوجود می آید انعطاف پذیری جسم بتون و قابلیت بیشتر در جذب انرژی است . این خاصیت که به عنوان طاقت بتون الیافی تعریف می شود . بارزترین مشخصه و وجه تمایز الیافی با بتون خالص است .
محاسبه مقدار طاقت بتون الیافی که بیانگر مقدار انرژی جذب شده است ، از منحنی های بار – تغییر شکل به دست می آید . همانگونه که بطور مشروح بیان شد مقدار طاقت در دو حالت برای نمونه های خمشی و فشاری محاسبه می گردد .
روش محاسبه ضریب طاقت در آئین نامه ACL آمریکا و JSCE ژاپن کاملاً متفاوت می باشد . از طرف دیگر در آئین نامه ACI آمریکا برای طاقت و ضریب طاقت فشاری بتون الیافی هیچگونه تعریفی نشده است . لذا برای محاسبه ضریب طاقت فشاری و خمشی در این مقاله ، آئین نامه JSCE ملاک عمل قرار گرفته است . در محاسبه طاقت خمشی و ضریب طاقت خمشی در روش ACL و Barr-Noor مبنای محاسبات نخستین ترک نمونه است که لازمه دستیابی به آن استفاده از دستگاه های الکتریکی برای اندازه گیری تغییر شکل نمونه ( مخصوصاً LVDT ) می باشد .
* کاربردهای بتون مسلح به الیاف فولادی
کاربردهای بتون الیافی به استعداد ، خلاقیت ، ابتکار طراح و مجری در استفاده از مزایای زیاد مقاومت های استاتیکی ، دینامیکی ، خاصیت جذب انرژی ، مقاومت خستگی و … بستگی دارد . توزیع یکنواخت الیاف در جسم بتون ، مقطع ایزوتوپی را به وجود می آورد که مشابه با بتون آرمه معمولی نیز نمی باشد .
بتون مسلح به الیاف فولادی را می توان به تنهایی و یا به همراه بتون آرمه معمولی بکار برد . مواردی که می توان بتون الیافی را به تنهایی به کار گرفت ، عبارتند از :
– روسازی بتونی بزرگراه ها ، جاده ها و فرودگاه ها
– بلوک ها ، آبرو کناری در خیابانها و لوله های بتونی
– گاراژهای پیش ساخته
– فنداسیون ها
– دیواره و کف کانال ها
– قطعات پیش ساخته
– دریچه های بازدید و دیواره آنها
– در ساختمان تونل ها یا معابر معادن به صورت بتون پرتابی
– تثبیت شیب ها و همچنین تثبیت ترانشه های سنگی و ریزشی با بتون پرتابی
– کف سالن های صنعتی
به منظور بهبود در معیارهای تکنولوژیکی بتون ، الیاف را می توان با بتون آرمه معمولی و یا بتون پیش تنیده نیز بکار گرفت . این مواد عبارتند از :
– فنداسیون موتورها و ماشین آلات صنعتی بزرگ ( توربین ها ، پرس های بزرگ ، ژنراتورهای دیزلی و … )
– دیوارهای حفاظتی ، پناهگاه ها و آشیانه هواپیماها
– سازه های راکتورهای اتمی
– قطعات مربوط به تونلسازی و حفاری معادن
– تیرهای پیش تنیده بتونی
– شمع های ضربه ای
– قطعات نسوز با الیاف فولادی اعلاء
بطور کلی هدف از کاربرد الیاف فولادی در بتون را می توان به شرح زیر بیان داشت :
الف – تسلیح اضافی ، جهت افزایش مقاومت بتون مسلح یا بتون پیش تنیده به منظور کاهش ترک خوردگی و افزایش قدرت جذب انرژی تحت اثر :
* بارهای ضربه ای
* موج های انفجاری
* وضعیت های پیچیده تنش
ب- جایگزین آرماتور در بتون آرمه معمولی به منظور :
* کاهش هزینه دستمزد قطعات پیش ساخته بتونی
* تثبیت و پایدار سازی شیب های سنگی و دیوارهای ریزشی خاکبرداری ها در مناطق مهم
ج – تسلیح منحصر به فرد و خاصیت یکنواخت و ایزوتوپ در نتیجه توزیع همگن الیاف در جسم بتون .
این موارد ، از جنبه های کلی کاربرد بتون الیافی در کارهای مهندسی می باشد . جهت روشن شدن مزایای بیشمار بتون الیافی که ممکن است دامنه کاربرد آن تنها از طریق ذهن انسان محدود شود ، ذیلاً شرح مبسوطی برای هر مورد ارائه می گردد .
* بتون پرتابی
بتون پرتابی یا بتون پاشی با الیاف فولادی ، روشی است که در این روش ، خمیر بتون و الیاف فولادی توسط پمپ ، با سرعت و فشار زیاد به سطوح مورد نظر پاشیده می شود . روش کاربرد معمولاً بدین نحو است که خمیر بتون از یک نازل و الیاف فولادی با درصد مشخصی از نازل دیگر ، با سرعت زیادی خارج و به طور همزمان و لایه به لایه بر روی سطح مورد نظر پاشیده شده و در نتیجه رد سطح کار ، بتون مسلح به الیاف فولادی می شود . البته گاهاً خمیر بتون همراه با الیاف فولادی نیز می تواند از یک نازل پاشیده شود .
وجود الیاف فولادی در عملیات بتون پرتابی ، بطور قابل توجهی مقاومت خمشی کششی ، ضربه ای و خاصیت جذب انرژی در مقابل گسیختگی بتون پاشیده شده را افزایش می دهد .
با استفاده از الیاف فولادی در روش بتون پرتابی ، می توان از آرماتورگذاری شبکه ای در محل های مشکل ( نظیر شیب های تند ، دیوارهای سنگریزه ای ، دیواره های تونل ها و … ) خودداری کرد ، چرا که آرماتور گذاری در چنین مناطقی نه تنها خطرناک است ، بلکه بعلت ناهموار بودن سطوح اینگونه محل ها و سختی کار ، آرماتور بندی کار پرهزینه و گرانی می باشد .
به طور کلی " روش بتون پرتابی با الیاف فولادی " را می توان در عملیات زیر بکار گرفت :
* تثبیت و پایدار سازی شیب های سنگی خطرناک و غیر قابل دسترس
* تثبیت دیواره های تونل های معادن ، کانال های آبیاری و دیواره تونل های سنگی
* تعمیر قسمت های آسیب دیده سازه های موجود (سدها ، پل ها و … )
* کاربرد در مناطق زلزله خیز و گسلی
* پوشش لوله های فولادی ، رویه جداره های نسوز ، سقف های پوسته ای و…
* کف سالن های صنعتی
در استفاده از الیاف فولادی ، خاصیت تقویت کنندگی الیاف فولادی به بخش خاصی در داخل جسم بتون محدود نمی شود ، بلکه الیاف فولادی در تمامی سطوح داخلی مقطع بتون ، بطور یکنواخت توزیع می شود و این نوع توزیع در بتون باعث بوجود آمدن یک جسم همگن و تازه ای شده که این همکاری جدید از بتون و فولاد از مزایای بتون الیافی است .
علاوه بر ازدیاد مقاومت خمشی و طاقت بتون ، اساساً الیاف فولادی مقاومت ضربه ای بتون الیاف دار را نسبت به بتون معمولی 5 تا 15 برابر افزایش می دهد . افزایش مقاومت ضربه ای ، که بارزترین خاصیت مهم بتون الیافی است . افزایش مقاومت ضربه ای ، مقاومت بیشتری را در مقابل تورق و قلوه کن شدن بتون بوجود می آورد . در تعمیر یا تقویت کف دال های آسیب دیده موجود نیز می توان از بتون الیافی استفاده کرد و یک لایه کم ضخامت ( 4-5 سانتی متر ) روی کف دال های صدمه دیده بتونی اضافه نمود .
* باند فرودگاه – راهسازی
* باند فرودگاه ها :
بطور کلی الیاف را جهت تغییر خاصیت تردی و شکنندگی بتون بکار میبرند . لازمه وجودی یک باند مناسب برای فرود هواپیما و مقابله با شرایط جوی و اثر ضربه ایجاب می کند که ، باند پرواز ، نرم ، پر طاقت و ضربه پذیر باشد ، لذا بکارگیری بتون الیافی در رویه باند فرودگاه ها بسیار مناسب می باشد .
* روسازی جاده ها و بزرگراه ها
کاربرد بتون الیافی در طرح های آینده علاوه بر کاربرد در روسازی جاده ها ، می تواند منحصراً برای تقویت دال های بتون آرمه ای باشد . در طرح های اجرا شده نیز می توان لایه ای از بتون الیافی را در رویه جاده های تخریب شده بکار برد .
* پل ها
کاربرد لایه ای از بتون الیافی در عرشه پل ها ، با توجه به کیفیت توصیفی دارای مزایایی به شرح زیر است و لذا استفاده از آن موکداً توصیه میشود :
* کاهش بار مرده پل به علت کم شدن ضخامت دال
* جلوگیری از تغییر شکل رویه در نتیجه تنش های حرارتی و بارگذاری
* مقاومت در مقابل بارهای ضربه ای چرخ خودروها و در نتیجه افزایش ترک خوردگی و جلوگیری از فرسودگی و فرسایش عرشه پل .
* ملزومات بتن دارای الیاف فولادی
همان طور که قبلاً اشاره شد ، آزمایش اسلامپ برای بتن حاوی الیاف فولادی فاقد اعتبار کافی است . از آنجا که برای جا دادن بتن الیافدار از لرزاندن استفاده میشود ، مخروط اسلامپ وارونه و یا VB از بهترین روشها برای تعیین کارآیی است .
معمولاً بتن های حاوی الیاف فولادی برای کارآیی و مقاومت مشخص به مقدار سیمان و ریزدانه های بیشتری نیاز دارند .
* روش تولید
برای ساخت مخلوط بتن الیافدار از روش های مختلفی استفاده می شود . نوع کار ، امکانات و تجهیزات از جمله عواملی هستند که در انتخاب روش تولید اهمیت دارند . به طور مثال ، استفاده از کامیون مخلوط کن ، یا پیمانه مرکزی بتن و یا روش دستی در آزمایشگاه ، در نحوه اختلاط بتن با الیاف اثر می گذارد . گفتنی است ، هر روشی که برای تولید مورد استفاده قرار بگیرد باید توزیع الیاف در مخلوط یکنواخت باشد تا از عارضه جداشدگی یا گلوله شدن الیاف جلوگیری گردد..
جدا شدن یا گلوله شدن الیاف در حین ساخت مخلوط به چندین عامل بستگی دارد . عملاً مهمترین پارامتر ، نسبت ظاهری است ( نسبت طول به قطر معادل ) . عوامل دیگر که بر توزیع الیاف اثر می گذارند ، عبارتند از : درصد حجم الیاف ، اندازه شن ، دانه بندی و کمیت سنگدانه ها ، نسبت آب به سیمان و روش مخلوط کردن .
افزایش نسبت ظاهری ، درصد حجمی الیاف و اندازه و مقدار درشتی دانه ها تمایل به گلوله شدن را تشدید می کند . برای مخلوط یکنواخت ، نسبت ظاهری الیاف فولادی باید حداکثر 100 باشد . همچنین برای مخلوط کردن ، مقادیر الیاف فولادی متجاوز از 2 درصد حجمی ، مشکلاتی را فراهم می کند . طرح اختلاط بتن الیافی مشابه بتن معمولی است با جذب سطحی ، آب مورد نیاز بتن با نوع جنس الیاف تغییر خواهد کرد . برای یک مخلوط مشخص با افزایش درصد حجمی الیاف ، اسلامپ کاهش می یابد .
برای توزیع یکنواخت الیاف در مخلوط ، کارآیی مناسب بتن حایز اهمیت است . تجربه نشان می دهد که نسبت های آب به سیمان بین 4/0 تا 6/0 و مقادیر سیمان بین kg/m3 330 تا kg/m3 550 مناسب اند .
محدوده متعارف برای مقادیر اجزای مخلوط بتن حاوی الیاف در جدولA نشان داده شده است .
برای آنکه توزیع الیاف در حد مطلوب باشد خاصیت خمیری مخلوط اهمیت بسزایی دارد .
جدول A: مقادیر متعارف اجزای مخلوط های بتن حاوی الیاف
برای ایجاد حبابهای هوا ، کاهش آب و کنترل جمع شدگی می توان از مواد افرودنی و یا مضاف استفاده کرد . تحقیقات اخیر نشان داده است که مقدار سیمان لازم با استفاده از خاکستر بادی کاهش یافته و همچنین کارآیی بتن بهبود می یابد . جدول B یک نمونه از مخلوط حاوی الیاف و خاکستر بادی را نشان می دهد .
جدولB: یک نمونه از مخلوط حاوی الیاف و خاکستر بادی
تعیین نسبتهای طرح اختلاط بتن الیافی مشابه بتن معمولی است . از مخلوطهایی که بر اساس تجربه به دست آمده اند ( مانند جداول A و B ) می توان به عنوان مخلوطهای آزمایشی استفاده کرد و سپس مقادیر الیاف و مواد تشکیل دهنده بتن را می توان تنظیم کرد . توصیه می شود که قبل از اجرای عملیات ، یک پیمانه آزمایشی با استفاده از همان تجهیزات و ماشین آلات ساخته شود که برای تولید بتن برای سازه ، به کار می رود . انتخاب درصد مطلوب حجمی الیاف برای کسب کارآیی ، انتقال مخلوط و بتن ریزی مناسب حایز اهمیت است .
در انتهای این بخش توصیه هایی درباره طرح اختلاط بتن دارای الیاف ارائه شده است .
* روشهای مخلوط کردن
حایز اهمیت است که به طور یکنواخت در سراسر مخلوط توزیع گردد . این عمل، طی مرحله مخلوط کردن ، ترجیحاً قبل از افزودن آب به مخلوط می تواند انجام پذیرد . برای مخلوطهای کوچک آزمایشگاهی ریختن الیاف از میان یک شبکه سیمی مناسب است . برای مخلوطهای در حجم زیاد و یا بتن آماده ، نحوه مخلوط کردن به روشهای زیر امکان پذیر است .
1. سنگدانه ها و الیاف بر روی تسمه نقاله یا شوت مخلوط کن می شوند . پس از این مرحله بقیه مصالح بتن به مخلوط کن افزوده می شوند .
2. ابتدا سنگدانه های ریز و درشت در مخلوط کن ، مخلوط و در حین چرخش مخلوط کن الیاف اضافه می گردند . سپس سیمان و آب ، باید همزمان وارد مخلوط کن شوند .
3. در مرحله اول ، سنگدانه ها و مقداری از آب در مخلوط کن ریخته و سپس الیاف به آنها افزوده می شوند . پس از این مراحل می توان آب باقی مانده و سیمان را وارد مخلوط کن کرد .
الیاف را می توان مستقیماً در داخل کامیونهای بتن آماده تخلیه کرد ولی به طور معمول قبل از تخلیه ، جداسازی الیاف از یکدیگر باید انجام گیرد . تخلیه دستی و یا پخش کردن الیاف مستقیماً از بسته بندی بر روی تسمه نقاله که با سرعت کم حرکت می کند نیز رضایت بخش است . قویاً توصیه می گردد که روش اجرایی مورد نظر قبل از شروع کار امتحان گردد . توجه به این نکته ضروری است که توده های گلوله شده الیاف باید قبل از ورود به مخلوط کن جدا و یا جمع آوری گردند .
هنگام عملیات دستی ، کارگران باید مجهز به امکانات ایمنی زیر باشند .
1- دستکش ایمنی
2- چنگک باغبانی ، ترجیحاً با دسته های 31 تا 46 سانتیمتر
3- عینک ایمنی
4- میله ( به وسیله میله می توان گلوله های تجمع یافته را در قسمت خروج قیف از یکدیگر باز کرد ) .
تجربیات در خصوص اجرای مخلوطهای بتنی حاوی الیاف پلیمری در حجم زیاد محدود است . برای مخلوط سازی در حجم کم مثلاً در آزمایشگاه الیاف را می توان بتدریج به مخلوط کن حاوی سیمان ، آب و سنگدانه ها اضافه کرد . این روش ، در حجم زیاد نیز کاربرد دارد ولی روش دمیدن الیاف به داخل مخلوط کن ترجیح داده می شود . با توزیع الیاف داخل شن و ماسه در یک قیف تغذیه وزنی و سپس انتقال آنها از طریق تسمه نقاله ، به مخلوطهای مطلوبی می توان دست یافت . در اینجا سیمان و آب در آخر این عملیات اضافه می شود . زمان مخلوط کردن همانند بتن معمولی است .
برای الیاف شیشه ای که تمایل کمتری به گلوله شدن دارند ، از روشهای زیر می توان استفاده کرد :
1. برای مخلوطهای آزمایشگاهی ، گذراندن الیاف از روی شبکه فلزی ضروری نیست . الیاف شیشه ای را می توان مستقیماً به مخلوط بتن که شامل آب نیز می باشد اضافه کرد .
2. برای بتن آماده و یا دستگاه بتن ساز ، اضافه کردن الیاف شیشه ای در آخرین مرحله انجام پذیر است. الیاف شیشه ای را می توان مستقیماً از بسته بندی تخلیه کرده و به داخل مخزن کامیون ریخت .
* جاگذاری
به طور کلی ، مخلوطهای حاوی الیاف به لرزاندن و متراکم ساختن بیشتری احتیاج دارند . لرزه داخلی می تواند قابل قبول باشد ، ولی برای جلوگیری از جداشدگی الیاف بهتر است لرزش از بیرون قالبها انجام گیرد . طبیعت مخلوطهای حاوی الیاف استفاده از بیل برای انتقال و جادادن را مشکل می سازد . استفاده از چنگک ها و شن کش ها برای مخلوطهای با اسلامپ کم مناسب است . روشهای معمولی پرداخت از قبیل شمشه و یا دیگر روشهای اجرایی معمول مناسب اند . از ماله های فلزی معمولی ، پرداخت کننده های دورانی با قدرت زیاد برای پرداخت بتن الیافی می توان استفاده کرد .
سطوح زبر شیاردار را می توان با جارو کردن توسط برس های سیمی به دست آورد . اما برای جلوگیری از بیرون آمدن الیاف از سطح بتن ، این عمل ( برس کشیدن ) را بهتر است به تعویق انداخت . استفاده از گونی جهت ایجاد سطح زبر توصیه نمی گردد ، زیرا الیاف معمولاً در گونی ها گره می خورند . از آنجا که بتن الیافی ، مانند بتن معمولی به تدریج کسب مقاومت می کند، بتن حاوی الیاف باید نظیر بتن معمول محافظت و عمل آوری شود . بر این اساس لازم است از خشک شدن سریع سطح بتن الیافی و همچنین بازکردن قالبها قبل از موعد پرهیز گردد . در حال حاضر از روشهای استاندارد کنترل کیفیت مربوط به بتن های معمولی ، ( اسلامپ ، هوا ، دانسیته و آزمایشهای مقاومت ) برای کنترل بتن الیافی استفاده می شود .
بایستی توجه داشت که این آزمایشها در مواردی می توانند نتایج گمراه کننده ای برای بتن الیافی ارائه دهند .
اسلامپ بتن ، به طور قابل ملاحظه ای توسط الیاف فولادی کاهش می یابد . در حقیقت ، این آزمایش کارآیی برای بتن الیافی با اسلامپ پایین مناسب نیست .
از آزمایشهای کارآیی مناسب برای بتن دارای الیاف ، می توان V.B و یا مخروط وارونه را نام برد
هر دوی این آزمایشها ، زمان لازم بر حسب ثانیه برای حرکت مخلوط تازه در یک فاصله معلوم بر اثر تراکم ( ویبره ) را اندازه گیری می کنند .
* روش طرح اختلاط برای بتن دارای الیاف
نسبت آب به سیمان ، مهمترین عامل تعیین کننده مقاومت فشاری است . از دیگر عوامل اصلی کنترل کننده مقاومت و کارآیی ، میزان سیمان ، اندازه بزرگترین دانه ها ، دانه بندی و مقدار هوای بتن می باشند . در خصوص بتن مسلح به الیاف از عوامل اصلی که کارآیی را تحت تاثیر قرار می دهد ، مقدار الیاف و نسبت ظاهری است . هدف اصلی طرح اختلاط رسیدن به مخلوطی است که مقاومت لازم را داده ، ضمناً دارای کارآیی لازم و مقدار سیمان حداقل باشد (به دلیل اقتصادی بودن طرح ) ، روشهای متعددی برای طرح اختلاط بتن معمولی وجود دارد که یکی از این روشها ، روش 211-ACI [23] است .
مراحل اصلی این روش عبارتند از :
مرحله 1 : اسلامپ متناسب با نوع کار مشخص می گردد . اسلامپهای توصیه شده ، برای بتن پر حجم 25 تا 50 میلیمتر ، و برای تیرها و ستونها معمولاً 100 میلیمتر است . برای افزایش اسلامپ بدون کاهش مقاومت می توان از فوق روان کننده ها استفاده کرد .
مرحله 2 : اندازه بزرگترین دانه انتخاب میگردد . اندازه بزرگترین دانه باید کمتر از :
* یک پنجم کوچکترین بعد قالب باشد
* یک سوم ضخامت دال باشد و یا
* سه چهارم فاصله آزاد بین آرماتورها باشد
حداکثر دانه های بتن 38 میلیمتر ، مگر اینکه بتن ریزی پر حجم باشد .
مرحله 3 : این مرحله شامل تصمیم گیری بر روی مقدار آب و میزان حباب هوای مورد نظر مخلوط است .
مقدار آب لازم تابعی از اسلامپ مورد نظر ، اندازه بزرگترین دانه ها و مقدار حباب هوای مخلوط است . اسلامپهای بیشتر ، سنگدانه های ریزتر و مقدار حباب هوای کمتر معمولاً مستلزم استفاده از آب بیشتر است .
مقدار حباب هوای مورد نیاز بستگی به شرایط جوی که بتن در معرض آن قرار می گیرد دارد . برای سازه هایی که تحت شرایط یخ زدن – آب شدن و یا تر و خشک شدن قرار دارند ، حباب هوای بیشتر توصیه می گردد . ایجاد حباب هوا ، کارآیی را بهبود میبخشد ولی ممکن است باعث کاهش مقاومت فشاری گردد . افزودن الیاف بر مقدار هوا و کارآیی تاثیر می گذارد .
بتن های اسفنجی
بتن اسفنجی یک مخلوط سنگدانه درشت.سیمان.آب وماسه به میزان اندک(وگاهی اوقات بدون ماسه).در ساختار این بتن15-25%(از لحاظ حجم )فضای خلی وجود دارد و این امر موجب عبور آب از داخل این بتن می شود.
در بتن اسفنجی از آب نسبت به دیگر انواع بتن کمتر استفاده می شود و این مسئله باعث شده تا پس از ساختن مخلوط بتن آب ان به سرعت تبخیر شده و مخلوط در مدت یک ساعت کاملا ار اب تخلیه خواه شد.
در بتن اسفنجی منافذ هوا درون خمیر سیمان ایجاد میگردد دو نوع اصلی بتن اسفنجی عبارتند از :
1- بتن کفی 2- بتن گازی
در تولید بتن گازی منافذ عمدتا از طریق واکنش های شیمیایی ایجادگردیده و فرآیند عمل آوری توسظ سیستم اتوکلاو صورت میگیرد و در بتن کفی با ادغام حبابهای هوای از پیش آماده شده (کف) در خمیر سیمان یا ملات، آب و ماسه ریز ایجاد گردیده و عمل آوری آن بصورت معمولی و غیر اتوکلاو انجام می گردد.
نسبت مواد مختلف در بتن اسفنجی
نسبت مواد
مقدار مواد
1)مواد دارای خواص بتن
270to415kg/m^3
(2سنگدانه
1190to1480 kg/m^3
3)نسبت اب به سیمان
0.27to030
4)نسبت سنگدانه به سیمان
4to4.5:1
نسبت سنگدانه ریزبه سنگدانه درشت
0to1:1
رفتار بتن اسفنجی
همچنین به منظور اشنایی بیشتر با رفتار این بتن ویژگیهای آن در زیر بیان شده است.
مشخصات
مقدار
اسلامپ
20mm
چگالی
1600to2000 kg/m^3
زمان گیرش
1 ساعت
تخلخل
15%to25%
میزان نفوذ پذیری
120L/m^2/minto320
مقاومت فشاری
3.5mpato28mpa
مقاومت خمشی
1mpa to 3.8mpa
افت بتن
200×10^-6
1- بتن گازی (Atuoclaved Aerated Conceret)
بتن هوادار اتو کلاو شده (AAC) یا بتن گازی یکی از انواع خاص بتن سبک متخلخل می باشد این نوع بتن به علت وزن کم وخواص عایق حرارتی خود، باعث کاهش وزن ساختمان و صرفه جویی در مصرف انرژی می گردد و بدین لحاظ کاربرد آن در سطح جهان در حال گسترش می باشد محصولی که امروز بنام AAC نامگذاری گردیده طی 70 سال اخیر در سطح جهان خصوصا سوئد تولیده شده است.
این محصول شامل دو فرآیند اصلی ایجاد حباب هوا در دوغاب مخلوط سیمان آهک، و پودر سیلیس وعمل آوری بتن حاصل در سیستم اتوکلاو می باشد از خواص عمده بتن گازی وزن مخصوص کم، مقاومت مناسب، عایق بندی حرارتی و مقاومت در برابر آتش قابل ذکر می باشد با توجه به خصوصیات ذکر شده از کاربردهای عمده بتن تولید بلوکهای سبک ساختمانی جهت ساخت دیوارهای جدا کننده و باربر می باشد همچنین کاربردهای عمده بتن گازی تولید بلوکهای سبک ساختمانی جهت ساخت دیوارهای جدا کننده و باربر مانند پانلهای سقف و دیوار مورد استفاده قرار می گیرند.
تاریخچه و وضعیت موجود تولید AAC در جهان
بتن گازی (A)) در دهه 1920 در کشور سوئد تولید گردید انگیزه تولید آن دستیابی به ماده با خواص چوب نظیر سبکی، عایق حرارتی و قابلیت برش و شکل دادن و در عوض بدون معایب چوب همانند قابلیت اشتعال و فساد پذیری آن بود. پس از سالهای 1950 ساخت AAC در دیگر کشورها نیز آغاز شد و امروزه این محصول با روش های مختلف و نامهای متفاوت در بسیاری از کشورها تولید می گردد. محصولاتی که تحت نام های تجاری ثبت شده نظیر yatong , hebelx siporex , durox , unipol تولید و عرضه می شوند که در نسبت های طرح اختلاط ، مواد اولیه ، روش برش دادن بتن و مراحل پیش و پس فرآیند تفاوتهایی با یکدیگر دارند.
مواد اولیه و کلیات تولید بتن گازی (AAC)
در صنعت به بتن هوادار اتوکلاو شده بتن گازی گفته می شود و با همین مشخصه از بتن هوادار اتوکلاو نشده (بتن کفی) متمایز می شود.بطور کلی محصولات AAC از ترکیب دو ماده زیر تشکیل می گردد.
الف- ماده با پایه سیلیسی (ماسه سیلیسی آسیاب شده یا خاکستر بادی)
ب- ماده چسباننده
از سیمان پرتلند معمولی و آهک معمولا بعنوان چسباننده استفاده می شود این مواد در طی فرآیند اتوکلاو با سیلیس واکنش انجام داده و سیلیکات کلسیم هیدراته تولید می شود.
یکی از روشهای هوادار کردن بتن اعمال گاز است که این گاز توسط واکنش شیمیایی در بتن تولید می گردد. بدین منظور ملات باید کارایی مناسب داشته باشد تا حباب ها در ملات بطور یکنواخت توسعه یافته و از ملات خارج نگردند بنابر این سرعت ایجاد حباب گاز ، روانی دو غاب و زمان گسترش باید هماهنگ باشند.
از معمولی ترین روش های اعمال گاز یا حباب در تولید بتن گازی استفاده از پودر آلومینیوم است می توان از آلیاژ آلومینیوم نیز برای حبابها استفاده نمود گاهی اوقات از پیروکسید هیدروژن برای تولید حباب ها استفاده می شود.جهت دستیابی به خواص بهتر مقاومتی و کاهش پدیده جمع شدگی ، بتن هوادار تحت فشار و دمای بالا (اتوکلاو) و عمل آوری می گردد این فرآیند باعث تولید محصولی با ساختار کاملاً متفاوت نسبت به ماده ای که اتو کلاو نشده می گردد.
خواص بتن گازی
با توجه به موارد کاربرد ،بتن گازی در جرم های حجمی گوناگون و مقاومت های مختلف تولید می شود .
جرم حجمی:
این پارامتر از مهم ترین خصوصیات بتن گازی می باشد و اکثر خواص این بتن به آن بستگی دارد. از آنجایی که جرم حجمی بستگی به وضعیت رطوبت نمونه دارد. جهت استانداردهای کردن و مبنای مقایسه انواع بتن سبک، جرم حجمی در حالت خشک شده در کوره بعنوان معیار درنظر گرفته می شود بتن گازی معمولاً با جرم حجمی خشک در محدود 400 تا g/m3 800 تولید می شود.
مقاومت فشاری :
مقاومت فشاری بتن گازی نیز مانند بقیه بتن ها با افزایش جرم حجمی افزایش می یابد همچنین وضعیت رطوبتی نمونه، در مقاومت فشاری آن تاثیر می گذارد مقاومت فشاری نمونه های خشک شده در هوای 15 تا 20 درصد بیشتر از نمونه های اشباع شده می باشد با توجه به عمل آوری خاص اتوکلاو که روی بتن گازی اعمال می گردد این نوع بتن ها در پایان این فرآیند به مقاومت نهایی خود رسیده و مقاومت آنها افزایش محسوسی در طی زمان نخواهند داشت.
جمع شدگی ناشی از خشک شدن:
جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن با کاهش رطوبت آن شروع می شود و آب از منافذ بزرگ خارج می گردد این کاهش رطوبت با کاهش حجم چندانی همراه نیست و با ادامه خشک شدن آب از منافذ مویین کوچک بتن و همچنین آب جذب شده روی سطوح داخلی مواد متشکله بتن گازی خارج می گردد این خشک شدن با کاهش قابل توجه حجم خمیر سیمان همراه است بر این اساس عامل اصلی جمع شدگی از دست رفتن آب منافذ مویین و آب جذب شده روی سطوح می باشد . جمع شدگی بتن اتو کلاو شده کمتر از بتن معمولی می باشد.استاندارد انگلیس B.Sمقدار حداکثر مجاز جمع شدگی ناشی از خشک شدن را برای بلوکهای گازی برابر 09/0 درصد تعیین می کند.
جذب آب:
منظور از جذب آب درصد وزنی آب جذب شده نسبت به وزن خشک نمونه بتن طی زمانی مشخص استغراق در زیر آب می باشد مقدار جذب آب برای بتن معمولی حدود 5 تا 10درصد وزنی می باشد بتن گازی پس از پایان فرآیند اتوکلاو دارای حدود 30 درصد وزن رطوبت قابل تبخیر است میزان جذب آب نمونه های بتن گازی تا حدود 70 درصد وزنی گزارش شده است.
نتایج آزمایشهای موردی انجام شده روی نمونه های بتن گازی تولید داخل کشور:
در مباحث قبلی مشخصات عمومی بتن های گازی بر مبنای منابع بین المللی ارائه گردید. در این بخش نتایج آزمایشهای انجام شده در بخش بتن مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ساختمان و مسکن روی تعدادی نمونه بتن گازی تولید داخل کشور ارائه می گردد . شایان ذکر است که نمونه های آزمایش شده بصورت آماده برای انجام آزمایش دریافت گردیدند.
دو گروه بتن گازی تولید داخل با شناسنامه GI و GS تحت آزمایش های تعیین مقاومت فشاری 7 تعیین جذب آب، تعیین جرم حجمی خشک و تعیین جمع شدگی ناشی از خشک شدن از حالت اشباع قرار گرفتند که نتایج آن به صورت خلاصه در جدول زیر آمده است.
نام گروه
مقاومت فشاری Mpa
درصد جذب آب
جرم حجمی خشک kg/m3
جمع شدگی
GI
* 8/2
3/66
560
13% ***
GS
6/2
8/61 **
525
1%
*آیین نامه دین آلمان نیز رنج مقاومتی 2 تا 8 مگا پاسکال را برای این نوع بتن ها تعیین نموده است.
**قابلیت جذب آب بالا از خصوصیات بتن های گازی می باشد و درمنابع مختلف جذب آب 60 الی 70 درصد وزنی نیز گزارش شده است.
شایان ذکر است که این مقادیر بیشتر از مقادیر مجاز ذکر شده در منابع مختلف است و این مشکل اساسی بتنهای گازی کشور نیز می باشد.
بررسی تولیدات بتن گازی در کشور
در حال حاضر در کشور دو شرکت در حال فعالیت می باشند. که اطلاعات کل در خصوص وضعیت این کارخانه ها بشرح ذیل می باشند.
الف- مجتمع تولیدی و صنعتی سیپور ( شرکت فرآورده های ساختمانی ایران)
این مجتمع در اوایل دهه 1350 در منطقه آبیک قزوین ساخته شده و شامل دو خط تولید با نامهای تجاری سیپورکس و ایتونگ می باشد. این مجتمع ( در معرض تعطیلی) دارای ظرفیت اسمی 1450 متر مکعب در دو شیفیت کاری در روز می باشد که بطور متوسط با نصف این ظرفیت کار می کند. میزان مصالح اولیه، نحوه آماده سازی نمونه ها واتوکلاو نمودن در خطوط تولید سیپورکس ویتونگ قدری با یکدیگر متفاوت است . هر چند تولید عمده کارخانه در حال حاضر بلوکهای سبک دیواری این مجتمع قادر به تولید پانلهای بتن گازی مسلح نیز می باشد.
ب- مجتمع تولیدی بنای سبک (هبلکس)
این کارخانه در منطقه باقرآباد ورامین واقع شده است این کارخانه بصورت بلوکهای سبک دیواری بوده و ظرفیت تولید آن بطور متوسط 200 متر مکعب روزانه در دو شیفت کاری است.(در ضمائم نتایج آزمایشات بعمل آمده بر روی این محصول ارائه گردیده است)
نتایج مطالعه بر روی بتن های گازی :
خواص مطلوب این نوع بتن شامل جرم حجمی پایین نسبت مناسب مقاومت به جرم حجمی ،عایق بندی مناسب حرارتی و ثبات (جمع شدگی ناشی از خشک شدن) نسبتاً پایین باعث شده است که این ماده در بسیاری از کشورهای جهان مورد استفاده قرار گیرد .شایان ذکر است که این محصول نیاز به ایجاد کارخانه ای با هزینه سرمایه گذاری اولیه نسبتاً بالا تولید می گردد.
در حال حاضر تولید بتن های سبک گازی در کشور بصورت بلوکهای سبک می باشد که در ساحتمان برای ساخت دیوارهای جدا کننده داخلی و خارجی مورد استفاده قرار می گیرد. شواهدی مبتنی بر عدم یکنواختی انطباق تولیدات کارخانه ها با حداقل الزمات ذکر شده در مدارک فنی وجود دارد همچنین در زمینه کاربرد در برخی موارد مشکلاتی در خصوص ترک خوردگی جذب و انتقال رطوبت به داخل ساختمان مشاهده شده است.
بدیهی است کاربرد مناسب و مطلوب بتن گازی در ساختمان مستلزم تولید بتن گازی با کیفیت مطلوب وهمچنین کاربرد مناسب آن در رابطه با مسایل و جزئیات اجرایی می باشد
متاسفانه در کشور در زمینه استاندارد سازی این محصول کار اندکی انجام شده و لازم است استانداردهای تفضیلی برای تعیین حداقل شاخص های کیفیت قابل قبول و همچنین روشهای استاندارد انجام آزمایش های تعیین کیفیت تدوین گردد.
– بتن کفی (Foam Concete)
بتن کفی یکی از انواع بتن های سبک می باشد که از ادغام کف تولید با ثبات کافی در خمیر سیمان یا ملات حاصل می گردد با توجه به محدوده وسیع جرم حجمی قابل دستیابی با بتن های کفی و پایین بودن نسبی سرمایه گذاری اولیه این مصالح بعنوان راه حلی مناسب در مواردی که کاهش وزن و یا عایق بندی حرارتی مدنظر باشد توسط تولید کنندگان عرضه می شوند قبل از بکارگیری هر نوع بتن سبک لازم است دیگر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مهم آن ارزیابی شوند تا از مناسب بودن آن برای کاربرد مورد نظر اطمینان حاصل گردد. بر این اساس بررسی گسترده آزمایشگاهی جهت تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بتن کفی با محدوده جرم حجمی بین 800 تا 1500 کیلوگرم بر متر مکعب توسط کارشناسان شرکت بتن سازه الوند و بخش بتن مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن انجام پذیرفت جزئیات این مطالعه و نتایج حاصله در ضمائم حاضر ارائه گردیده است. زمینه های مناسب کاربرد بتن ها کفی کشور مواردی هستند که جمع شدگی بالا قبول باشد در این رابطه می توان به کاربرد بتن کفی بعنوان عایق حرارتی ، پر کننده حفاری ها، بخش میانی پانل های ساندویچی و کابردهای ژئوتکنیکی اشاره نمود.
ساختمان به طور مستقیم ( به لحاظ سبکی ویژه این نوع بتن ) و صرفه جویی در مصرف انرژی بطور غیر مستقیم ( به لحاظ عایق بودن این نوع بتن در مقابل سرما و گرما و در نتیجه کاهش میزان مواد سوختی ) , از لحاظ اقتصادی گام های بلند و مهمامروزه مهندسین و معماران سازنده ساختمان در دنیا با استفاده از بتن سبک در قسمت های مختلف بنا با سبک کردن وزنی برداشته اند .
فوم بتن پوششی است جدید جهت مصارف مختلف در ساختمان که به علت خواص فیزیکی منحصر به فرد خود بتنی سبک و عایق با مقاومت لازم و کیفیت مطلوب نسبت به نوع استفاده از آن ارائه میدهد . این پوشش از ترکیب سیمان , ماسه بادی (ماسه نرم ) , آب و فوم ( ماده شیمیائی تولید کننده کف ) تشکیل می شود . ماده کف زا در ضمن اختلاط با آب در دستگاه مخصوص , با سرعت زیادی , حباب های هوا را تولید و تثبیت نموده و کف حاصل که کاملا پایدار می باشد در ضمن اختلاط با ملات سیمان و ماسه بادی در دستگاه مخلوط کن ویژه , خمیری روان تشگیل می دهد که به صورت درجا با در قالب های فلزی یا پلاستیکی قابل استفاده می باشد . این خمیر پس از خشک شدن با توجه به درصد سیمان و ماسه بادی ( مطابق با جدول شماره 1 ) دارای وزن فضایی از 300 الی 1600 کیلو گرم در متر مربع خواهد بود .
ویژگی های عمده فوم بتن
1 _ عامل اقتصادی : سبکی وزن با مقاومت مطلوب فوم بتن یا توجه به نوع کاربرد آن , بطور کلی به لحاظ اقتصادی مخارج ساختمان را میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهد چون در نتیجه استفاده از آن , وزن اسکلت فلزی و دیوار ها و سقف کاهش یافته و ضمنا باعث کاهش مخارج فونداسیون و پی در ساختمان می گردد که با توجه به خواص فوق , با سبک تر بودن ساختمان , نیروی زلزله خسارات کمتری را در صورت وقوع متوجه آن می سازد .
2 _ سهولت در حمل و نقل و نصب قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته با فوم بتن هزینه کمتری را نسبت به قطعات بتنی دربرداشته و نصب قطعات بعلت سبکی آنها . بسیار آسان می باشد , هر گونه نازک کاری براحتی روی پوشش فوم بتن قابل اجراست و ضمنا چسبندگی قابل توجهی با سیمان و گچ دارد .
3 _ خواص فوق العاده عایق بودن در مقابل گرما , سرما و صدا : فوم بتن به علت پائین بودن وزن مخصوص آن یک عایق موثر در مقابل گرما , سرما و صداست . ضریب انتقال حرارتی فوم بتن ( طبق جدول شماره 3 ) بین65 0/0 تا 435/0 k cal / m2 hc می باشد ( ضریب هدایت حرارتی یتن معمولی بین 3/1 تا 7/1 می باشد ) استفاده از فوم بتن بعنوان عایق باعث صرفه جویی در استفاده از وسائل گرم زا و سرما زا می گردد . فوم بتن عایق مناسبی جهت صدا با ضریب زیاد جذب آگوستیک به سمار می رود که در نتیجه بعنوان یک فاکتور رفاهی در جهت جلوگیری از ورود صداهای اضافی اخیرا مورد توجه طراحان قرا کرفته است .
4 _ خصوصیات عالی در مقابل یخ زدگی و فرسایش ناشی از آن و مقاومت در برابر نفوذ رطوبت و آب : نظر به اینکه فوم بتن در قشرهای سطحی دارای تخلخل فراوان می باشد در نتیجه شکاف های موئین و و درزهای کمتری در سطح ایجاد می شود و اگر پوشش فوم بتن با ضخامت کافی مورد استفاده قرار گیرد در مقابل خطر نفوذ باران و رطوبت مقاومت مطلوبی خواهد داشت .
5 _ مقاومت فوق العاده در مقابل آتش : مقاومت فوم بتن در مقابل آتش فوق العاده می باشد .
به طور مثال قطعه ای از نوع فوم بتن با وزن فضایی 700 الی 800 کیلو گرم در متر مکعب که حداقل 8 سانتی متر ضخامت داشته با شد به راحتی تا 1270 درجه سانتی گراد را تحمل می نماید و اصولا در وزن های پائین غیر قابل احتراق است .
6_ قابل برش بودن :6 به دلیل قابل برش بودن با اره نجاری و میخ پذیر بودن آن . کارهای سیم کشی و نصب لوازم برقی و تاسیسات خیلی سریع و به راحتی قابل عمل خواهد بود .
کاربرد فوم بتن در ساختمان
1 _ شیب بندی پشت بام : فوم بتن با صرفه ترین و محکم ترین مصالح سبکی است که می توان از آن برای پوشش شیب بندی استفاده نمود . نظر به اینکه با دستگاه مخصوص به صورت بتن یکپارچه در محل قابل تهیه و استفاده است می توان مستقیما روی آن را عایق بندی یا ایزولاسیون نمود .
2 _ کف بندی طبقات : به دلیل سبکی وزن فوم بتن و آسان بودن تهیه آن . می توان تمامی کف طبقات . محوطه و بالکن ساختمان را بعد از اتمام کارهای تاسیساتی با آن پوشانده و بلافاصله عملیات بعدی را مستقیما روی آن انجام داد .
3 _ بلوک های غیر بار بر سبک : با بلوک های تو پر به ابعاد دلخواه می توان تمامی کار تیغه بندی قسمت های جدا کننده ساختمان را با استفاده از ملات یا چسب بتن انجام داد . با این نوع بلوک ها علاوه بر اینکه از سنگین کردن ساختمان جلوگیری می شود عملیات حمل و نصب خیلی سریع انجام می گیرد و دست مزد کمتری هزینه می شود . پس از اجرای دیوار می توان مستقیما روی آن را گچ نمود . این بلوک ها دارای وزن فضایی بین 800 الی 1100 کیلو گرم می باشند .
4 _ پانل های جدا کننده یکپارچه و نرده های حصاری جهت محوطه و کاربری در موارد خاص : جهت ساخت دیوارهای سردخانه ها . گرم خانه ها و سالن های ضد صدا می توان در محل با قالب بندی . فوم بتن را به صورت یک پارچه عمودی ریخت . به دلیل ویژگی عمده عایق بودن این نوع بتن . جهت عیق بندی سردخانه ها . گرم خانه ها . پوشش لوله های حرارتی و برودتی و …… کاربرد مهمی دارد . ضمنا به دلیل اینکه عایق صدا می باشد برای موتورخانه ها و اتاق های آکوستیک مورد استفاده وسیع قرار می گیرد
برنامه آزمایش ها
برنامه آزمایشگاهی به منظور تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی بتن های کفی با جرم حجمی های مختلف انجام گرفت خصوصیات مورد نظرشان شامل وزن مخصوص و خشک، جذب آب، مویین، جمع شدگی ناشی از خشک شدن ، مقاومت های فشاری محاسبه گردیده است .
مصالح بکار رفته
سیمان: سیمان مصرفی از نوع سیماان پرتلند
ماسه: ماسه بکار رفته در این تحقیق از نوع ریز استفاده گردید.
مواد کفزا و تثبیت کننده کف: مواد کفزا و تثبیت کننده کف مورد استفاده بانسبت های مختلف با آب رقیق گردید.
طرح اختلاط
طرح اختلاط بتن کفی درهر محدوده جرم حجمی بر اساس حجم مطلق مواد اولیه تعیین گردید حجم آب هیدراسیون بعنوان درصدی از میزان سیمان در نظر گرفته شد. میزان سیمان مطابق با محدوده توصیه شده مراجع مختلف استفاده گردیده و با کم کردن وزن سیمان و آب هیدراسیون از جرم حجمی خشک مورد نظر وزن ماسه در مخلوط مشخص گردید. با محاسبه مقدار آب اختلاط به منظور دستیابی به یکنواختی مورد نظر وبا داشتن مقادیر حجم های سیمان و ماسه در مخلوط ، حجم منافذ هوا و درنتیجه حجم کف مورد نیاز مشخص می گردد.
تحلیل نتایج آزمایشها
مقاومت فشاری
مقاومت فشاری مخلوطهای بتن کفی تا حد زیادی تحت تاثیر مقادیر نسبت آب به سیمان می باشد مخلوطهای با نسبت آب به سیمان کمتر در جرم حجمی های مشابه دارای مقاومت های بالاتری می باشند بکارگیری ماسه درشت تر ،خصوصاً در مخلوطهای سنگین تر که منجر به کاهش قابل توجه نسبت آب به سیمان گردید. عملکرد مناسب تر این مخلوطها از نظر مقاومت فشاری را به دنبال دارد. قابل توجه است که کف اضافه شده ه مخلوهای خود دارای مقدار آب بوده به حجم کف مصرف شده و جرم حجمی آن بستگی دارد.
خوشبختانه نتایج مقاومت بدست آمده برای طرح های مختلف بسیاری از نیاز های مورد نظر را تامین می نماید و عملا محدودیت استفاده در بخشهای مختلف ساختمان ایجاد نمی نماید.
جذب آب مویین
جذب آب بصورت وزن آب در واحد سطح نمونه (g/cm2) قابل محاسبه می باشد. نتایج بدست آمده نشان داد که جبابهای هوا در مخلوطهای بتن کفی مورد مطالعه نفوذ ناپذیر نبوده و جذب آب مشاهده مربوط به خمیر سیمان است.و مقادیر بدست آمده در حد استاندارد می باشد
جمع شدگی ناشی از خشک شدن
جمع شدگی ناشی از خشک شدن مخلوط ها توسط منشور 5/28*5/7*5/7 سانتیمتر تعیین گردید نمونه ها پس از 28 روز عمل آوری مرطوب به شرایط معمولی آزمایشگاه با رطوبت نسبی حدود 40 درصد منتقل شدند مقدار جمع شدگی ناشی از خشک شدن هر مخروط با اندزه گیری طول نمونه ها در فواصل زمانی مختلف تعیین گردید
مقدار زیاد جمع شدگی ناشی از خشک شدن تن کفی جنبه مهمی است که در موارد استفاده از این ماده باید در نظر گرفته شود در حقیقت برخی نشریه های فنی در مورد بتن کفی مصرف این ماده را محدود به مواردی که جمع شدگی بالا مسئله ساز نباشد نموده اند.خوشبختانه در این خصوص نیز محصولات مورد آزمایش نتایج مناسبی را ارائه نموده اند.
نتایج مطالعه بر روی بتن کفی
جذب آب و جذب مویین بتن های کفی مشابه بتن های معمولی و قابل قبول بوده است در صورتیکه از کف مناسب در تهیه این نوع بتن استفاده شود حتی عملکرد بتن کفی با جرم حجمی 800 کیلوگرم بر متر مکعب مشابه بتن معمولی با نسبت آب به سیمان مشابه می باشد.
جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتنهای کفی در ایران نسبتاً زیاد است که نمونه های تولیدی این شرکت این موضوع را با استفاده از نوع خاصی از مواد کفزا همراه با مواد تثبیت کننده و کاهش دهنده جمع شدگی مرتفع نموده است.
نصب بتن اسفنجی
نصب بتن اسفنجی شامل 4 اساسی است:
1)مخلوط کردن
2)جاگذاری کردن
3)تراکم و فشردگی
4)عمل اوردن بتن
بوجود اوردن قرار دادن و عمل اوردن بتن اسفنجی همه جای به اینکه در یک کارخانه زیر شرایط یکسان انجام شوند در محل کار (پای کار) انجام می شوند
اگر چه بتن اسفنجی می تواند توسط همان تهیه کننده های بتن تو پر تهیه شده و توسط همان کامیونهای بتن تو پر تحویل داده شود اما این ویژگیهای فیزیکی منحصر به فردش است که نیاز به یک پیمانکار با تجربه تخصصی دارد . همچنین تفاوتهای ساختاری ما بین بتن اسفنجی و بتن غیر قابل نفوذ نصب متفاوت ان را نیازمند است.
به هر حال کیفیت و عملکرد بتن اسفنجی بستگی به میزان اشنایی و عملکرد نسب کننده وخاصیت ضربه های ساختاری دارد این نوع بتن به دلیل مقاومت نسبتا پایین 400psiالی 4000psiاست اساس مشخص شده و پذیرفته شده ای برای مفاومت بالا نیست و مثله مهمتر در موفقیت یک روسازی بتن اسفنجی مقدر پوکی ان است البته بایدبدانیم که زیر سازی این بتن و زمین زیرینش نباید کاملا غیر قابل نفوذ باشد و باید حداقل انکی خاک وزیر سازه ان نفوذ پذیری داشت باشد در منهطق مناسه ای هم بت اسفنجی مستقیما بالای ماسه گذاشته می شود همچنین باید به این موضوع اشاره کرد کعه یخ زدن اب در این بتن مشکلی ایجاد نمی کند زیرا ازمایشهایی صورت رفته که در ان بتن اسفنجی را به مدت بیش از 15 سال در اب وهوای سرد گذاشته واب باران و برف پس از ورود به داخل بتن یخ میزند کاربرد موفق بتن اسفنجی در این مناطق این مثله را حل نموده ومشکلی ر در به کار بردن این بتن در این مناطق وجود ندارد
نقش مواد افزودنی (مواد دارای خواص سیمانی ) در بتن اسفنجی
مواد افزودنی که در بتن اسفجی به کار می روند عبارتند از : رقیق کننده های سیمان خاکستر بادی و پوزولان طبیعی روباره وبخار سیلیس
حال به برخی از انه که نقش بسیار مهمی در ساختار بتن دارند و می توانند به جای سمان مورد استفاده قرار گی رند که در ایران از انها به ندرت استفاده می شود اشاره میکنیم در واقع این مواد بر عملکرد زمان گیرش میزان افزایش مقاومت تخلخل نفوذ پذیری و غیره در بت تاثیر می گذارند در یک کلام کلید عملکرد بالای بتن در استفاده از موا افزودنی است از ان جمله می خواهیم به گاز سیلیس خاکستر بادی و روباره که همگی دوام بتن را به وسیله کم کردن نفوذ پذیری و شکاف افایش می دهتد اشاره کنیم
– بتن کفی (Foam Concrete)
بتن کفی یکی از انواع بتن های سبک می باشد که از ادغام کف تولید با ثبات کافی در خمیر سیمان یا ملات حاصل می گردد با توجه به محدوده وسیع جرم حجمی قابل دستیابی با بتن های کفی و پایین بودن نسبی سرمایه گذاری اولیه این مصالح بعنوان راه حلی مناسب در مواردی که کاهش وزن و یا عایق بندی حرارتی مدنظر باشد توسط تولید کنندگان عرضه می شوند قبل از بکارگیری هر نوع بتن سبک لازم است دیگر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مهم آن ارزیابی شوند تا از مناسب بودن آن برای کاربرد مورد نظر اطمینان حاصل گردد. بر این اساس بررسی گسترده آزمایشگاهی جهت تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بتن کفی با محدوده جرم حجمی بین 800 تا 1500 کیلوگرم بر متر مکعب توسط کارشناسان شرکت بتن سازه الوند و بخش بتن مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن انجام پذیرفت جزئیات این مطالعه و نتایج حاصله در ضمائم حاضر ارائه گردیده است. زمینه های مناسب کاربرد بتن ها کفی کشور مواردی هستند که جمع شدگی بالا قبول باشد در این رابطه می توان به کاربرد بتن کفی بعنوان عایق حرارتی ، پر کننده حفاری ها، بخش میانی پانل های ساندویچی و کابردهای ژئوتکنیکی اشاره نمود.
ساختمان به طور مستقیم ( به لحاظ سبکی ویژه این نوع بتن ) و صرفه جویی در مصرف انرژی بطور غیر مستقیم ( به لحاظ عایق بودن این نوع بتن در مقابل سرما و گرما و در نتیجه کاهش میزان مواد سوختی ) , از لحاظ اقتصادی گام های بلند و مهمامروزه مهندسین و معماران سازنده ساختمان در دنیا با استفاده از بتن سبک در قسمت های مختلف بنا با سبک کردن وزنی برداشته اند .
فوم بتن پوششی است جدید جهت مصارف مختلف در ساختمان که به علت خواص فیزیکی منحصر به فرد خود بتنی سبک و عایق با مقاومت لازم و کیفیت مطلوب نسبت به نوع استفاده از آن ارائه میدهد . این پوشش از ترکیب سیمان , ماسه بادی (ماسه نرم ) , آب و فوم ( ماده شیمیائی تولید کننده کف ) تشکیل می شود . ماده کف زا در ضمن اختلاط با آب در دستگاه مخصوص , با سرعت زیادی , حباب های هوا را تولید و تثبیت نموده و کف حاصل که کاملا پایدار می باشد در ضمن اختلاط با ملات سیمان و ماسه بادی در دستگاه مخلوط کن ویژه , خمیری روان تشگیل می دهد که به صورت درجا با در قالب های فلزی یا پلاستیکی قابل استفاده می باشد . این خمیر پس از خشک شدن با توجه به درصد سیمان و ماسه بادی ( مطابق با جدول شماره 1 ) دارای وزن فضایی از 300 الی 1600 کیلو گرم در متر مربع خواهد بود .
ویژگی های عمده فوم بتن
1 _ عامل اقتصادی : سبکی وزن با مقاومت مطلوب فوم بتن یا توجه به نوع کاربرد آن , بطور کلی به لحاظ اقتصادی مخارج ساختمان را میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهد چون در نتیجه استفاده از آن , وزن اسکلت فلزی و دیوار ها و سقف کاهش یافته و ضمنا باعث کاهش مخارج فونداسیون و پی در ساختمان می گردد که با توجه به خواص فوق , با سبک تر بودن ساختمان , نیروی زلزله خسارات کمتری را در صورت وقوع متوجه آن می سازد .
2 _ سهولت در حمل و نقل و نصب قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته با فوم بتن هزینه کمتری را نسبت به قطعات بتنی دربرداشته و نصب قطعات بعلت سبکی آنها . بسیار آسان می باشد , هر گونه نازک کاری براحتی روی پوشش فوم بتن قابل اجراست و ضمنا چسبندگی قابل توجهی با سیمان و گچ دارد .
3 _ خواص فوق العاده عایق بودن در مقابل گرما , سرما و صدا : فوم بتن به علت پائین بودن وزن مخصوص آن یک عایق موثر در مقابل گرما , سرما و صداست . ضریب انتقال حرارتی فوم بتن ( طبق جدول شماره 3 ) بین65 0/0 تا 435/0 k cal / m2 hc می باشد ( ضریب هدایت حرارتی یتن معمولی بین 3/1 تا 7/1 می باشد ) استفاده از فوم بتن بعنوان عایق باعث صرفه جویی در استفاده از وسائل گرم زا و سرما زا می گردد . فوم بتن عایق مناسبی جهت صدا با ضریب زیاد جذب آگوستیک به سمار می رود که در نتیجه بعنوان یک فاکتور رفاهی در جهت جلوگیری از ورود صداهای اضافی اخیرا مورد توجه طراحان قرا کرفته است .
4 _ خصوصیات عالی در مقابل یخ زدگی و فرسایش ناشی از آن و مقاومت در برابر نفوذ رطوبت و آب : نظر به اینکه فوم بتن در قشرهای سطحی دارای تخلخل فراوان می باشد در نتیجه شکاف های موئین و و درزهای کمتری در سطح ایجاد می شود و اگر پوشش فوم بتن با ضخامت کافی مورد استفاده قرار گیرد در مقابل خطر نفوذ باران و رطوبت مقاومت مطلوبی خواهد داشت .
5 _ مقاومت فوق العاده در مقابل آتش : مقاومت فوم بتن در مقابل آتش فوق العاده می باشد .
به طور مثال قطعه ای از نوع فوم بتن با وزن فضایی 700 الی 800 کیلو گرم در متر مکعب که حداقل 8 سانتی متر ضخامت داشته با شد به راحتی تا 1270 درجه سانتی گراد را تحمل می نماید و اصولا در وزن های پائین غیر قابل احتراق است .
6_ قابل برش بودن :6 به دلیل قابل برش بودن با اره نجاری و میخ پذیر بودن آن . کارهای سیم کشی و نصب لوازم برقی و تاسیسات خیلی سریع و به راحتی قابل عمل خواهد بود .
کاربرد فوم بتن در ساختمان
1 _ شیب بندی پشت بام : فوم بتن با صرفه ترین و محکم ترین مصالح سبکی است که می توان از آن برای پوشش شیب بندی استفاده نمود . نظر به اینکه با دستگاه مخصوص به صورت بتن یکپارچه در محل قابل تهیه و استفاده است می توان مستقیما روی آن را عایق بندی یا ایزولاسیون نمود .
2 _ کف بندی طبقات : به دلیل سبکی وزن فوم بتن و آسان بودن تهیه آن . می توان تمامی کف طبقات . محوطه و بالکن ساختمان را بعد از اتمام کارهای تاسیساتی با آن پوشانده و بلافاصله عملیات بعدی را مستقیما روی آن انجام داد .
3 _ بلوک های غیر بار بر سبک : با بلوک های تو پر به ابعاد دلخواه می توان تمامی کار تیغه بندی قسمت های جدا کننده ساختمان را با استفاده از ملات یا چسب بتن انجام داد . با این نوع بلوک ها علاوه بر اینکه از سنگین کردن ساختمان جلوگیری می شود عملیات حمل و نصب خیلی سریع انجام می گیرد و دست مزد کمتری هزینه می شود . پس از اجرای دیوار می توان مستقیما روی آن را گچ نمود . این بلوک ها دارای وزن فضایی بین 800 الی 1100 کیلو گرم می باشند .
4 _ پانل های جدا کننده یکپارچه و نرده های حصاری جهت محوطه و کاربری در موارد خاص : جهت ساخت دیوارهای سردخانه ها . گرم خانه ها و سالن های ضد صدا می توان در محل با قالب بندی . فوم بتن را به صورت یک پارچه عمودی ریخت . به دلیل ویژگی عمده عایق بودن این نوع بتن . جهت عیق بندی سردخانه ها . گرم خانه ها . پوشش لوله های حرارتی و برودتی و …… کاربرد مهمی دارد . ضمنا به دلیل اینکه عایق صدا می باشد برای موتورخانه ها و اتاق های آکوستیک مورد استفاده وسیع قرار می گیرد
برنامه آزمایش ها
برنامه آزمایشگاهی به منظور تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی بتن های کفی با جرم حجمی های مختلف انجام گرفت خصوصیات مورد نظرشان شامل وزن مخصوص و خشک، جذب آب، مویین، جمع شدگی ناشی از خشک شدن ، مقاومت های فشاری محاسبه گردیده است .
مصالح بکار رفته
سیمان: سیمان مصرفی از نوع سیماان پرتلند
ماسه: ماسه بکار رفته در این تحقیق از نوع ریز استفاده گردید.
مواد کفزا و تثبیت کننده کف: مواد کفزا و تثبیت کننده کف مورد استفاده بانسبت های مختلف با آب رقیق گردید.
طرح اختلاط
طرح اختلاط بتن کفی درهر محدوده جرم حجمی بر اساس حجم مطلق مواد اولیه تعیین گردید حجم آب هیدراسیون بعنوان درصدی از میزان سیمان در نظر گرفته شد. میزان سیمان مطابق با محدوده توصیه شده مراجع مختلف استفاده گردیده و با کم کردن وزن سیمان و آب هیدراسیون از جرم حجمی خشک مورد نظر وزن ماسه در مخلوط مشخص گردید. با محاسبه مقدار آب اختلاط به منظور دستیابی به یکنواختی مورد نظر وبا داشتن مقادیر حجم های سیمان و ماسه در مخلوط ، حجم منافذ هوا و درنتیجه حجم کف مورد نیاز مشخص می گردد.
تحلیل نتایج آزمایشها
مقاومت فشاری
مقاومت فشاری مخلوطهای بتن کفی تا حد زیادی تحت تاثیر مقادیر نسبت آب به سیمان می باشد مخلوطهای با نسبت آب به سیمان کمتر در جرم حجمی های مشابه دارای مقاومت های بالاتری می باشند بکارگیری ماسه درشت تر ،خصوصاً در مخلوطهای سنگین تر که منجر به کاهش قابل توجه نسبت آب به سیمان گردید. عملکرد مناسب تر این مخلوطها از نظر مقاومت فشاری را به دنبال دارد. قابل توجه است که کف اضافه شده ه مخلوهای خود دارای مقدار آب بوده به حجم کف مصرف شده و جرم حجمی آن بستگی دارد.
خوشبختانه نتایج مقاومت بدست آمده برای طرح های مختلف بسیاری از نیاز های مورد نظر را تامین می نماید و عملا محدودیت استفاده در بخشهای مختلف ساختمان ایجاد نمی نماید.
جذب آب مویین
جذب آب بصورت وزن آب در واحد سطح نمونه (g/cm2) قابل محاسبه می باشد. نتایج بدست آمده نشان داد که جبابهای هوا در مخلوطهای بتن کفی مورد مطالعه نفوذ ناپذیر نبوده و جذب آب مشاهده مربوط به خمیر سیمان است.و مقادیر بدست آمده در حد استاندارد می باشد
جمع شدگی ناشی از خشک شدن
جمع شدگی ناشی از خشک شدن مخلوط ها توسط منشور 5/28*5/7*5/7 سانتیمتر تعیین گردید نمونه ها پس از 28 روز عمل آوری مرطوب به شرایط معمولی آزمایشگاه با رطوبت نسبی حدود 40 درصد منتقل شدند مقدار جمع شدگی ناشی از خشک شدن هر مخروط با اندزه گیری طول نمونه ها در فواصل زمانی مختلف تعیین گردید
مقدار زیاد جمع شدگی ناشی از خشک شدن تن کفی جنبه مهمی است که در موارد استفاده از این ماده باید در نظر گرفته شود در حقیقت برخی نشریه های فنی در مورد بتن کفی مصرف این ماده را محدود به مواردی که جمع شدگی بالا مسئله ساز نباشد نموده اند.خوشبختانه در این خصوص نیز محصولات مورد آزمایش نتایج مناسبی را ارائه نموده اند.
نتایج مطالعه بر روی بتن کفی
جذب آب و جذب مویین بتن های کفی مشابه بتن های معمولی و قابل قبول بوده است در صورتیکه از کف مناسب در تهیه این نوع بتن استفاده شود حتی عملکرد بتن کفی با جرم حجمی 800 کیلوگرم بر متر مکعب مشابه بتن معمولی با نسبت آب به سیمان مشابه می باشد.
جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتنهای کفی در ایران نسبتاً زیاد است که نمونه های تولیدی این شرکت این موضوع را با استفاده از نوع خاصی از مواد کفزا همراه با مواد تثبیت کننده و کاهش دهنده جمع شدگی مرتفع نموده است.
منابع :
http://www.irancivilcenter.com/fa/articles/view/?article_id=64
http://zohrab10.blogfa.com
http://www.hamkelasy.com/content/view/145/43/
http://lightweightconcrete.persianblog.com/1385_7_LightWeightConcrete_archive.html
54