زمان هزینه و کیفیت سه عامل مهم در اجرا می باشد که تاثیر مهمی در صنعت ساخت دارند . هر گونه پیشرفت و یا توسعه ای که باعث بهبود این سه عامل گردد ، همواره مورد علاقه مهندسان عمران خواهد بود . هرگاه این پیشرفت ها در صنعت ساخت و ساز تاثیر گذار باشد باید تحقیقات کافی بر روی فواید و مضرات آنها انجام گرفته و اقدامات لازم برای اجرایی ساختن آنها در صنعت ساخت و ساز صورت پذیرد . بتن خود تراکم با توجه به خصوصیات ویژه خود یکی از این توسعه هاست که میتواند تاثیر قابل توجهی بر صنعت ساخت داشته باشد .
برای سالیان متمادی دست یابی به بتنی با قابلیت خودترازی ( خود تراکمی ) بدون افت در مقاومت ، روانی و یا جداشدگی ، آرزوی مهندسین در کشورهای مختلف بوده است در اوایل قرن بیستم به دلیل خشک بودن مخلوط بتنی ، تراکم بتن تنها از طریق اعمال ضربه های سنگین در مقاطع وسیع و در دسترس ممکن بود . با شیوع استفاده از بتن های مسلح و آشکار شدن مشکلات اجرایی کاربرد مخلوطهای خشک ، گرایش به استفاده از مخلوطهای مرطوب تر گسترش یافت اما شناسایی تاثیر نسبت آب به سیمان در دهه 1920 نشان داد که افزایش این نسبت می تواند موجب افت در مقاومت بتن گردد . در سالهای بعد ، توجه به مسئله دوام بتن همچنین تاثیر مخرب افزایش نسبت آب به سیمان را به نفوذ پذیری و کاهش دوام بتن آشکار ساخت . این همه باعث گردید تا توجه ویژه ای بر خواص کارایی و رئولوژی بتن و نیز روشهای تراکم ، با هدف بهبود خواص مقاومت و دوام آن صورت گیرد . این تحقیقات در نهایت منجر به معرفی بتن خود متراکم در ژاپن گردید . بتنی با قابلیت جریان زیاد که می تواند تنها تحت تاثیر نیروی ثقل و بدون نیاز به انجام هرگونه فرآیند دیگری تمامی زوایای قالب را پر کرده و آرماتور ها دربرگیرد، بدون آنکه جداشدگی یا آب انداختن ایجاد گردد . بررسی رئولوژی و کارایی ، تاثیر بالایی بر تعیین خواص بتن خود تراکم را نشان می دهد ؛ لذا بر اساس روابط مایع لزج نیوتنی ، پارامترهای موثر در تعریف رفتار جریان بتن خود تراکم را معرفی می کند و آزمایش جی – رینگ آزمایش ساده و مناسبی برای اندازه گیری مقاومت بتن در مقابل جداشدگی سنگدانه ها است و چنانچه مقدار آب و خصوصا" فوق روان کننده از یک حد معینی افزایش یابد مقاومت جداشدگی بتن کاهش می یابد و از آزمایش دو نقطه ایی میتوان بدست آورد که ثابت های رئولوژی میتوانند خواص رئولوژی ، خصوصا" توانمندی بتن از نظر حرکت پذیری و پرشدگی را بخوبی تعیین نماید .
بتن خود تراکم نخست در سال 1986 توسط H.okamura در ژاپن پیشنهاد گردید و در سال 1988 این نوع بتن در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ارائه داد . مقالات متعددی در ارتباط با توسعه بتن خودتراکم در دنیا ارائه شد امروزه بتن خود تراکم همزمان با کشور ژاپن در مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی کشورهای اروپایی ، کانادا و امریکا تحت عنوان self – consolidating concrete موضوع بحث بررسی و اجرای سازه های بتنی است . در ایران نیز استفاده از بتن خود تراکم از چند سال قبل آغاز شده و مزایای آن بهره گرفته شده است برای مثال می توان از مصرف بتن خود تراکم در تونل رسالت در تهران نام برد .
مبانی طراحی مخلوط بتن خود تراکم
سیال و پایدار بودن از مبانی طراحی مخلوط scc هست ، اما غیر از این خصوصیات ، عامل اقتصادی نیز باید در طراحی در نظر گرفت . چالش مهم در طراحی مخلوط scc ، معادل بودن مشخصات مورد نیاز با مشخصات واقعی است مواد مورد نیاز برای ساخت scc به شرح زیر است :
1 – سیمان : نوع و مقدار سیمان براساس خواص و دوام مورد نیاز تعیین می گردد . معمولا" مقدار سیمان بین 350 – 450 kg/m3 است .
2 – سنگدانه درشت : تمام سنگدانه های درشت که برای بتن معمولی استفاده می شود ، قابل مصرفدر scc است . اندازه حداکثر معمولا" بین 16 – 20میلیمتر است. به طور کلی مقدار سنگدانه درشت در scc کمتر از بتن معمولی است زیرا سنگدانه درشت انرژی زیادی مصرف می کند که باعث کاهش جاری شدن بتن می شود و در هنگام عبور از موانع مانند آرماتور سبب مسدود شدن بتن میگردد .
3 – سنگدانه ریز : تمام سنگدانه های ریز که برای بتن معمولی استفاده میشود برای scc نیز مناسب است هر دو نوع ماسه شامل شکسته و گرد گوشه قابل استفاده میباشد هرچه مقدار ماسه در مخلوط بیشتر باشد ، مقاومت برشی مخلوط بیشتر است .
4 – مواد افزودنی معدنی : انواع مواد افزودنی معدنی یا پوزولان را میتوان در scc مصرف کرد این مواد برای بهبود خواص بتن تازه و یا بتن سخت شده و دوام مورد استفاده قرار میگیرد . از جمله این موارد میتوان میکروسیلیس ، سرباره و روباره را نام برد .
5 – فوق کاهنده آب : فوق کاهنده آب یا فوق روان کننده ها از مواد بسیار مهم برای ساخت scc محسوب میشوند .
6 – مواد اصلاح کننده ویسکوزیته : مواد اصلاح کننده ویسکوزیته برای افزایش مقاومت جداشدگی در scc مصرف میشود .
7 – فیلرها : به دلیل الزامات رئولوژی خاص scc هردو مواد افزودنی فعال و خنثی برای بهبود کارایی و همچنین برای تعادل در مقدار مصرف سیمان مورد استفاده قرار میگیرد.
تنظیم طرح مخلوط
پس از ساخت مخلوط های آزمایشی ، اگر عملکرد آنها مطلوب نباشد ، باید طرح مخلوط مجددا" انجام شود . بسته به مشکلاتی که در خواص بتن تازه ایجاد میشود ، ممکن است واکنش های زیر انجام گردد : - اضافه کردن فیلر یا استفاده از نوع دیگر فیلر – تجدید نظر در مقادیر شن وماسه – تغییر در مقدار فوق روان کننده یا ماده اصلاح کننده ویسکوزیته – تغییر در مقدار آب و نسبت آب به پودر – تغییر در نوع مواد اصلاح کننده ویسکوزیته یا فوق روان کننده
امروزه برای بتن خود تراکم مشخصات کلی زیر را پیشنهاد می کنند :
الف ) کارآیی ؛ از نظر کارآیی یک بتن خود تراکم مناسب دارای خواص زیر خواهد بود : در حالت معمولی دارای جریان اسلامپی بیش از 600 میلی متر و بدون جداشدگی ، حفظ روانی به مدت حداقل 90 دقیقه ، توانایی مقاومت در شیب 3 % در سطح افقی آزاد ، قابلیت پمپ شدن در لوله ها بطول حداقل 100 متر و به مدت 90 دقیقه ، مقاومت فشاری 28 روزه حدود 600-250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ، مقاومت در مقابل خوردگی تهاجم سولفاتها و کلریدها و انجماد و ذوب مطابق استاندارد ، کاهش خطر ترکهای حرارتی در مقایسه با بتن معمولی لرزانده شده
بتن خود تراکم مزایایی در اجرای موارد خاصی از سازه های بتنی دارد که به نمونه هایی از آنها اشاره میشود :
- سازه های بتنی معماری – هنری که نیاز به ظرافت خاص با میلگرد گذاری فشرده دارند .
- پل های با دهانه بزرگ که بدلیل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرای آن ها با بتن معمولی امکان پذیر نمی باشد و در ضمن استفاده از بتن معمولی موجب قطور تر شدن اندازه پایه ها و نازیبایی سازه می گردد.
- تونل های شهری و آبی که در آنها مسافت طولانی انتقال بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات اجرایی است
- ساختمان های بلند و برج ها
- ستونها و دیوارهای بلند یا میلگردهای متراکم
- ستونهای بتن ریزی شده با پمپ
- بتن ریزی بلوک های بتنی
- بتن ریزی کف ها و سطوح افقی
- بتن ریزی در سازه های زیر آبی
مزایای چشمگیر بتن خود تراکم موجب گسترش سریع آن در دنیا شده است که بطور اجمال میتوان به مواردی از آنها اشاره نمود :
- توسعه سازه های بتنی در دنیا و نیاز به بتن های با خواص ویژه
- کمبود کارگران ماهر بتن ریزی بویژه کارگران ویبره زن
- افزایش سرعت اجرای سازه های بتنی در سهولت بتن ریزی
- امکان بهبود کیفیت مکانیکی بتن
- امکان اجرای سازه های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطع کوچک یا میلگردهای فشرده
- توسعه صنایع پیش ساخته بتنی
- صرفه جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت
- توجه به سطوح تمام شده زیبا و مرغوب سازه های بتنی
- کاهش سر و صدا و آلودگی صوتی محیط کار بویژه در صنایع پیش ساخته بتنی
سازه های مختلفی با استفاده از بتن خود تراکم در دنیا اجرا شده اند که به نمونه هائی از آنها در سراسر دنیا اشاره می شود . قابل ذکر است که اجرای بعضی از این پروژه ها بدون استفاده از بتن خود تراکم امکان اجرا نداشته اند .
دیواره های مخازن عظیم LNG شرکت گاز Osaka در ژاپن
حجم بتن خود تراکم مصرفی = 12000 متر مکعب ( تکمیل بتن ریزی در سال 1998 )
صرفه جویی در تعداد کارگران = حدود 67 درصد در مقایسه با بتن معمولی
صرفه جویی در مدت زمان ساخت = حدود 18 درصد در مقایسه با بتن معمولی
صرفه جویی در تعداد کارگاهها = حدود 29 درصد در مقایسه با بتن معمولی
بازار بزرگ Midsummer Place واقع در لندن – انگلستان
ستونهای بیضوی با میلگردهای خیلی تراکم به ارتفاع 8.5 – 10 متر
صرفه جویی در مدت زمان ساخت = حدود 40 درصد در مقایسه با بتن معمولی
صرفه جویی در هزینه = حدود 10 درصد در مقایسه با بتن معمولی
برج Landmark در شهر یوکوهاما ژاپن
ستونهای 9 طبقه اول این برج با استفاده از بتن خود تراکم اجرا شده است ( با توجه به فشردگی میلگرد ها
تعداد ستونهای 9 طبقه = 66 ستون
مقدار بتن خود تراکم مصرفی = 885 متر مکعب
طرح اختلاط بتن خود تراکم
علی رغم کاربرد گسترده بتن خودتراکم در صنعت امروز و گسترش استفاده روز افزون از آن، هنوز روش طراحی استاندارد، مطلوبی برای آن پیشنهاد نشده است. طرح اختلاط های ارائه شده معمولا بر مبنای آزمون و خطا استوار هستند و معین می کنند که آزمون و خطا برای رسیدن به خواص مطلوب، از کجا و چگونه آغاز شود. در حقیقت مبنای اکثر طرح اختلاط ها تجربی است و بر اساس نتایح آزمایشگاهی، محدوده هایی از نسبت ها را پیشنهاد می کنند.
مروری بر روشهای طراحی نسبت اختلاط بتن خودتراکم
1.مقدمه
علی رغم کاربرد گسترده بتن خودتراکم در صنعت امروز و گسترش استفاده روز افزون از آن، هنوز روش طراحی استاندارد، مطلوبی برای آن پیشنهاد نشده است. طرح اختلاط های ارائه شده معمولا بر مبنای آزمون و خطا استوار هستند و معین می کنند که آزمون و خطا برای رسیدن به خواص مطلوب، از کجا و چگونه آغاز شود. در حقیقت مبنای اکثر طرح اختلاط ها تجربی است و بر اساس نتایح آزمایشگاهی، محدوده هایی از نسبت ها را پیشنهاد می کنند.برای ارائه روش مناسبی برای طرح اختلاط ابتدا بهتر است به ویژگی های اصلی مثل خود تراکم در مقایسه با بتن خود تراکم در مقایسه با بتن معمولی. توجه کنیم:
1) قابلیت پر کنندگی که قابلیت جاری شدن تحت اثر وزن خود و پر کردن قالب ها بدون نیاز به لرزاندن را بیان می کند که برای این منظور، تنش تسلیم بتن خودتراکم باید نزدیک صفر باشد و ویسکوزیته مناسبی داشته باشد.
2) قابلیت عبور از اشکالی با هندسه پیچیده و بدون بروز جدا شدگی و به صورت یکنواخت که برای این منظور، اندازه سنگدانه ها باید به گونه ای انتخاب شود که قابلیت عبور مناسب را بر آورده کند و همچنین ترکیب خمیر، باید یکنواختی را تضمین کند.
3) مقاومت در برابر جدا شدگی و پایداری استاتیکی و دینامیکی، یعنی قابلیت همگن ماندن در مدت زمان انتقال، بتن ریزی و جای گذاری در حقیقت طرح اختلاط یعنی پیدا کردن راهی برای رسیدن به کار پذیری، با استفاده از تغییر رئولوژی است.برای بر آورده شدن این ویژگی ها در بین خود تراکم، نسبت های اختلاط در این بتن، در بعضی موارد متفاوت با بتن های سنتی است ویژگی های کلی طرح اختلاط های بتن خودتراکم عبارتند از:1) شامل درشت دانه کمتر (برای کاهش جدا شدگی)
۳) استفاده از ریز دانه بیشتر برای افزایش کار پذیری و جلوگیری از جدا شدگی
۴) مقادیر بیشتر پودر، از آن جایی که در بتن خودتراکم نیاز به اسلامپ بیشتری داریم. حجم خمیر بالایی مورد نیاز است، در نتیجه مقدار سیمان هم به ناچار باید افزایش یابد، افزایش سیمان منجر به غیر اقتصادی شدن مخلوط بتن می شود. از سوی دیگر افزایش سیمان باعث ایجاد مشکلات فنی مانند افزایش جمع شدگی و خزش و مواردی نظایر آن نیز می گردد بنابراین در بتن خود تراکم بخشی از سیمان را با پودرهایی جایگزین سیمان می کنیم .
۵) مقادیر بالای فوق روان کننده برای افزایش اسلامپ
۶) احتمال استفاده از مواد قوام آور برای کاهش جدا شدگی و کاهش اثر تغییر آب مخلوط در خواص مخلوط در بخشهای بعد تعدادی از روشهای مختلف طرح مخلوط بتن خودتراکم که توسط محققین مختلف پیشنهاد شده است بررسی می گردد.
مصالح مکمل سیمانی و اثرات آن روی بتن خود تراکم (SCM)
همانطور که می دانیم بتن خود تراکم، روانی بیشتری نسبت به بتن سنتی دارد و نیازی به ویبره کردن و استفاده از نیروی انسانی بیشتری برای بتن ریزی ندارد.از عواملی که بین بتن سنتی با بتن خود تراکم تفاوت ایجاد می کند،نسبت مواد سیمانی بالاتر نسبت به بتن سنتی و همچنین استفاده از مصالح مکمل سیمانی نظیر دوده سیلیس،روباره،خاکستر بادی و… در بتن خود تراکم می باشد و عامل بسیار مهم دیگر در ساخت بتن خود تراکم،استفاده از فوق روان کننده هایی نظیر ژلنیوم(Glenuim) می باشد.
1- بتن خود تراکم (SCC)
همانطور که می دانیم بتن خود تراکم،روانی بیشتری نسبت به بتن سنتی دارد و نیازی به ویبره کردن و استفاده از نیروی انسانی بیشتری برای بتن ریزی ندارد.از عواملی که بین بتن سنتی با بتن خود تراکم تفاوت ایجاد می کند،نسبت مواد سیمانی بالاتر نسبت به بتن سنتی و همچنین استفاده از مصالح مکمل سیمانی نظیر دوده سیلیس،روباره،خاکستر بادی و… در بتن خود تراکم می باشد و عامل بسیار مهم دیگر در ساخت بتن خود تراکم،استفاده از فوق روان کننده هایی نظیر ژلنیوم(Glenuim) می باشد.
البته نسبت مواد سیمانی بالاتر مشکلاتی در ساخت بتن خود تراکم ایجاد می کند که می توان حرارت هیداراتاسیون بالا و جمع شدگی(Shrinkage) بالا را نام برد.قابل ذکر است که هر پنج تیپ سیمان پرتلند می توانند در بتن خود تراکم استفاده شوند.قابل توجه است که نوع و تیپ سیمان استفاده شده در بتن خود تراکم،اثرات غیر قابل اجتنابی در عملکرد افزودنی ها در بتن خود تراکم دارد،زیرا آزمایشات نشان داده است که مدول نرمی و همچنین در صد مقادیر C3S , C3Aموجود در سیمان،اثرات بسیار ویژه ای در روانی و خواص رفتاری و مکانیکی بتن خود تراکم دارند.
1-1-مصالح مکمل سیمانی و اثرات آن روی بتن خود تراکم (SCM)
همچنان که گفته شد،استفاده از مصالح مکمل سیمانی اثرات ویژه ای در عملکرد بتن خود تراکم دارد،زیرا این مصالح نسبت به سیمان ارزان تر هستند،پس هزینه های نهایی می تواند کمتر بشود.این مصالح مکمل،کارپذیری و دوام بتن را افزایش می دهد.همچنین یکی از مشکلات اصلی بتن را که ایجاد حرارت بالای هیدراتاسیون که مخصوصاً در بتن ریزی های حجیم مشکل ساز می باشد،را کاهش می دهد.علاوه بر اینMehta و Monteiro در سال 1993 در یافتندکه مواد مکمل سیمانی که اکثراً بصورت پودر های ریز با مدول نرمی بسیار بالایی می باشند،آب اضافی که با سیمان واکنش نمی دهد،را جذب کرده و همچنین خلل و فرج داخلی بتن را که باعث ایجاد آب انداختگی و جدا شدگی در بتن می شوند،را کاهش می دهد.
نظرات شما عزیزان:
تبادل
لینک هوشمند
