بتن خود تراکم ، شامل بازه گسترده ای از الگو های اختلاط می باشد که خواص بتن تازه و سخت شده لازم برای کاربری های خاص دارا می باشند . اگرچه مقاومت هم قید معیار حقیقی موفقیت این بتن می باشند اما ویژگی های بتن تازه آن ، بسیار گسترده تر از بتن معمولی و متراکم شده توسط لرزاننده ها می باشد . این خواص مطلوب باید باب زمان ، محل و بتن ریزی حفظ شوند . بتن خود تراکم باب مواردی که شبکه بندی آرماتور ها فشرده است ، گزینه ای مطلوب می باشد . هم چنین عدم نیاز به لرزاننده ،آلودگی صوتی محیط را به نحو برازنده ملاحظه ای کاهش می دهد. علی رغم ویژگی های مطلوب، طرح اختلاط و اجرای این سنخ بتن به سمت عوامل متعددی از قبیل دانه بندی مصالح سنگی ، نوع مواد افزودنی و همچنین فیلرهای مورد استفاده بستگی دارد . در تماشا ستاندن هر یک از معیارهای فوق ، کیفیت بتن سخت شده و کار پذیری بتن تازه را تحت تاثیر قرار میدهد .
دوران هزینه و کیفیت سه عامل مهم باب اجرا می باشد که تاثیر مهمی در صنعت ساخت دارند . تمام سنخ پیشرفت و یا توسعه ای که باعث بهبود این سه عامل گردد ، همواره مورد علاقه مهندسان عمران خواهد بود . هرگاه این ارتقا ها در صنعت ساخت و ساز اثر 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 خویش تراکم حرف توجه به خصوصیات ویژه خود یکی از این توسعه هاست که می تواند تاثیر قابل توجهی بر صنعت ساخت داشته باشد .
برای سالیان متمادی دست یابی به سمت بتنی با قابلیت خودترازی ( خود تراکمی ) بری 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 . حرف شیوع استفاده از بتن های مسلح و آشکار شدن مشکلات اجرایی کاربرد مخلوطهای خشک ، گرایش به سمت 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 اثر 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 انباشتگی ، با هدف تندرستی خواص مقاومت و دوام آن صورت گیرد . این تحقیقات در نهایت منجر به شناسایی بتن خود انباشته در ژاپن گردید . بتنی با استحقاق جریان زیاد که باده 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 حرف بازشناخت 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 ابرام بتن باب 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 می توان بدست آورد که ثابت های رئولوژی می توانند خواص رئولوژی ، خصوصا توانمندی بتن از نظر حرکت پذیری و پرشدگی را بخوبی تعیین نماید .
بتن خود انباشتگی نخست در واحد زمان ( 1986 توسط H.okamura در ژاپن اعلام گردید و در واحد زمان ( 1988 این نوع بتن در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ارائه داد . مقالهها متعددی در بستگی 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 سوژه بحث، بررسی و اجرای سازه های بتنی است.
درایران ایضاً استفاده از بتن خود انباشتگی از چند سال قبل آغاز شده و از 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 انباشتگی
جاری و پایدار بودن از مبانی طراحی مخلوط scc هست ، اما غیر از این خصوصیات، عوامل اقتصادی را نیز باید در طرحریزی باب نظر گرفت . چالش مهم در طراحی مخلوط scc ، صفت وجود داشتن مشخصات مورد نیاز با مشخصات واقعی است. مادهها مناسبت نیاز برای ساخت scc به شرح زیر است :
1 – سیمان : نوع و مقدار سیمان براساس خواص و ابدیت مورد نیاز تعیین می گردد . معمولا مقدار سیمان بین kg/m3 450- 350 است .
2 – سنگدانه درشت : قید سنگدانه های درشت که از بهر بتن معمولی استفاده می شود ، قابل مصرف در scc است . اندازه حداکثر طبقمعمول بین mm20-16 است. به سمت طور کلی مقدار سنگدانه بدرام در scc کمتر از بتن معمولی است زیرا سنگدانه بدرام انرژی زیادی استعمال می کند که باعث کاهش جاری شدن بتن می شود و در هنگام عبور از موانع مانند آرماتور سبب مسدود شدن بتن می گردد .
3 - سنگدانه ریز : تمام سنگدانه های ریز که برای بتن رایج استفاده باده شود برای scc نیز درخور است هر دو سنخ 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 : اشکال 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 می گیرد . از جمله این موردها می توان میکروسیلیس ، سرباره و روباره را نام برد .
5 – فوق کاهنده آب : فوق کاهنده ماء الا فوق روان کننده ها از مواد بسیار مهم برای ساخت scc محسوب باده شوند .
6 – مواد اصلاح کننده ویسکوزیته : مواد آشتی کننده ویسکوزیته برای افزایش مقاومت جداشدگی باب scc مصرف می شود .
7 – فیلرها : به سمت دلیل الزامات رئولوژی خاص scc هردو مواد افزودنی پرکار و خنثی برای بهبود کارایی و همچنین برای تعادل در مقدار استعمال سیمان مورد استفاده قرار می گیرد.
تنظیم طرح آمیخته
پس از ساختن مخلوط های آزمایشی ، اگر حاصل آنها مطلوب نباشد ، باید طرح مخلوط مجددا انجام شود . اسم به سمت مشکلاتی که در خواص بتن تازه ایجاد می شود ، ممکن است واکنش های زیر انجام گردد : - اضافه کردن فیلر یا استفاده از نوع دیگر فیلر – تجدید نظر در مقادیر شن وماسه – تغییر در میزان بالا روان کننده یا ماده اصلاح کننده ویسکوزیته – تغییر باب مقدار ماء و نسبت آب به پودر – تغییر باب سنخ 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 انباشتگی مناسب دارای خواص پایین خواهد بود :
در حالت معمولی دارای روانی اسلامپی افزون 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 زیبایی اختصاصی با میلگرد گذاری فشرده دارند .
- پل های با دهانه بزرگ که به دلیل طولانی بودن الفبا جابجایی 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 شهرنشین و آبی که در آنها مسافت طولانی جابجایی بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات اجرایی است.
- ساختمان های دراز و خرج غیرضروری ها
- ستونها و دیوارهای دراز یا میلگردهای انباشته
- ستونهای بتن ریزی شده با پمپ
- بتن ریزی بلوک های بتنی
- بتن ریزی رویه ها و سطوح افقی
- بتن ریزی باب سازه های پایین آبی
مزایای چشمگیر بتن خود تراکم سبب گسترش سریع آن باب دنیا شده است که بطور اجمال میتوان به مواردی از آنها اشاره نمود :
- بسط سازه های بتنی باب 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
- توانایی تندرستی کیفیت مکانیکی بتن
- امکان اجرای عامل های بتنی ظریف و وزین و انتخاب مقاطع کوچک یا میلگردهای فشرده
- بسط صنایع پیش ساخته بتنی
- صرفه جویی اقتصادی با توجه به سمت کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساختن
- توجه به سطحها قید شده زیبا و مرغوب سازه های بتنی
- کاهش سر و صدا و پلیدی صوتی محیط کار بویژه در صنایع پیش اسم بتنی
سازه های مختلفی با استفاده از بتن خود انباشتگی در دنیا اجرا شده اند که به سمت نمونه هایی از آنها در سراسر دنیا اشاره می شود . قابل ذکر است که اجرای بعضی از این برنامه ها بری استفاده از بتن خود تراکم امکان اجرا نداشته اند .
دیواره های مخازن عظیم LNG شرکت گاز Osaka در ژاپن
حجم بتن خود انباشتگی مصرفی = 12000 متر مکعب ( اتمام بتن ریزی در سال 1998 )
صرفه جویی باب تعداد کارگران = حدود 67 درصد در مقایسه با بتن معمولی
صرفه جویی باب مدت زمان ساختن = حدود 18 درصد در مقایسه با بتن معمولی
صرفه جویی در
بتن خود تراکم ، شامل بازه گسترده ای از الگو های اختلاط می باشد که خواص بتن تازه و سخت شده لازم برای کاربری های خاص دارا می باشند . اگرچه مقاومت هم قید معیار حقیقی موفقیت این بتن می باشند اما ویژگی های بتن تازه آن ، بسیار گسترده تر از بتن معمولی و متراکم شده توسط لرزاننده ها می باشد . این خواص مطلوب باید باب زمان ، محل و بتن ریزی حفظ شوند . بتن خود تراکم باب مواردی که شبکه بندی آرماتور ها فشرده است ، گزینه ای مطلوب می باشد . هم چنین عدم نیاز به لرزاننده ،آلودگی صوتی محیط را به نحو برازنده ملاحظه ای کاهش می دهد. علی رغم ویژگی های مطلوب، طرح اختلاط و اجرای این سنخ بتن به سمت عوامل متعددی از قبیل دانه بندی مصالح سنگی ، نوع مواد افزودنی و همچنین فیلرهای مورد استفاده بستگی دارد . در تماشا ستاندن هر یک از معیارهای فوق ، کیفیت بتن سخت شده و کار پذیری بتن تازه را تحت تاثیر قرار میدهد .
دوران هزینه و کیفیت سه عامل مهم باب اجرا می باشد که تاثیر مهمی در صنعت ساخت دارند . تمام سنخ پیشرفت و یا توسعه ای که باعث بهبود این سه عامل گردد ، همواره مورد علاقه مهندسان عمران خواهد بود . هرگاه این ارتقا ها در صنعت ساخت و ساز اثر 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 خویش تراکم حرف توجه به خصوصیات ویژه خود یکی از این توسعه هاست که می تواند تاثیر قابل توجهی بر صنعت ساخت داشته باشد .
برای سالیان متمادی دست یابی به سمت بتنی با قابلیت خودترازی ( خود تراکمی ) بری 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 . حرف شیوع استفاده از بتن های مسلح و آشکار شدن مشکلات اجرایی کاربرد مخلوطهای خشک ، گرایش به سمت 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 اثر 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 انباشتگی ، با هدف تندرستی خواص مقاومت و دوام آن صورت گیرد . این تحقیقات در نهایت منجر به شناسایی بتن خود انباشته در ژاپن گردید . بتنی با استحقاق جریان زیاد که باده 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 حرف بازشناخت 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 ابرام بتن باب 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 می توان بدست آورد که ثابت های رئولوژی می توانند خواص رئولوژی ، خصوصا توانمندی بتن از نظر حرکت پذیری و پرشدگی را بخوبی تعیین نماید .
بتن خود انباشتگی نخست در واحد زمان ( 1986 توسط H.okamura در ژاپن اعلام گردید و در واحد زمان ( 1988 این نوع بتن در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ارائه داد . مقالهها متعددی در بستگی 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 سوژه بحث، بررسی و اجرای سازه های بتنی است.
درایران ایضاً استفاده از بتن خود انباشتگی از چند سال قبل آغاز شده و از 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 انباشتگی
جاری و پایدار بودن از مبانی طراحی مخلوط scc هست ، اما غیر از این خصوصیات، عوامل اقتصادی را نیز باید در طرحریزی باب نظر گرفت . چالش مهم در طراحی مخلوط scc ، صفت وجود داشتن مشخصات مورد نیاز با مشخصات واقعی است. مادهها مناسبت نیاز برای ساخت scc به شرح زیر است :
1 – سیمان : نوع و مقدار سیمان براساس خواص و ابدیت مورد نیاز تعیین می گردد . معمولا مقدار سیمان بین kg/m3 450- 350 است .
2 – سنگدانه درشت : قید سنگدانه های درشت که از بهر بتن معمولی استفاده می شود ، قابل مصرف در scc است . اندازه حداکثر طبقمعمول بین mm20-16 است. به سمت طور کلی مقدار سنگدانه بدرام در scc کمتر از بتن معمولی است زیرا سنگدانه بدرام انرژی زیادی استعمال می کند که باعث کاهش جاری شدن بتن می شود و در هنگام عبور از موانع مانند آرماتور سبب مسدود شدن بتن می گردد .
3 - سنگدانه ریز : تمام سنگدانه های ریز که برای بتن رایج استفاده باده شود برای scc نیز درخور است هر دو سنخ 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 : اشکال 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 می گیرد . از جمله این موردها می توان میکروسیلیس ، سرباره و روباره را نام برد .
5 – فوق کاهنده آب : فوق کاهنده ماء الا فوق روان کننده ها از مواد بسیار مهم برای ساخت scc محسوب باده شوند .
6 – مواد اصلاح کننده ویسکوزیته : مواد آشتی کننده ویسکوزیته برای افزایش مقاومت جداشدگی باب scc مصرف می شود .
7 – فیلرها : به سمت دلیل الزامات رئولوژی خاص scc هردو مواد افزودنی پرکار و خنثی برای بهبود کارایی و همچنین برای تعادل در مقدار استعمال سیمان مورد استفاده قرار می گیرد.
تنظیم طرح آمیخته
پس از ساختن مخلوط های آزمایشی ، اگر حاصل آنها مطلوب نباشد ، باید طرح مخلوط مجددا انجام شود . اسم به سمت مشکلاتی که در خواص بتن تازه ایجاد می شود ، ممکن است واکنش های زیر انجام گردد : - اضافه کردن فیلر یا استفاده از نوع دیگر فیلر – تجدید نظر در مقادیر شن وماسه – تغییر در میزان بالا روان کننده یا ماده اصلاح کننده ویسکوزیته – تغییر باب مقدار ماء و نسبت آب به پودر – تغییر باب سنخ 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 انباشتگی مناسب دارای خواص پایین خواهد بود :
در حالت معمولی دارای روانی اسلامپی افزون 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 زیبایی اختصاصی با میلگرد گذاری فشرده دارند .
- پل های با دهانه بزرگ که به دلیل طولانی بودن الفبا جابجایی 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 شهرنشین و آبی که در آنها مسافت طولانی جابجایی بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات اجرایی است.
- ساختمان های دراز و خرج غیرضروری ها
- ستونها و دیوارهای دراز یا میلگردهای انباشته
- ستونهای بتن ریزی شده با پمپ
- بتن ریزی بلوک های بتنی
- بتن ریزی رویه ها و سطوح افقی
- بتن ریزی باب سازه های پایین آبی
مزایای چشمگیر بتن خود تراکم سبب گسترش سریع آن باب دنیا شده است که بطور اجمال میتوان به مواردی از آنها اشاره نمود :
- بسط سازه های بتنی باب 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
- توانایی تندرستی کیفیت مکانیکی بتن
- امکان اجرای عامل های بتنی ظریف و وزین و انتخاب مقاطع کوچک یا میلگردهای فشرده
- بسط صنایع پیش ساخته بتنی
- صرفه جویی اقتصادی با توجه به سمت کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساختن
- توجه به سطحها قید شده زیبا و مرغوب سازه های بتنی
- کاهش سر و صدا و پلیدی صوتی محیط کار بویژه در صنایع پیش اسم بتنی
سازه های مختلفی با استفاده از بتن خود انباشتگی در دنیا اجرا شده اند که به سمت نمونه هایی از آنها در سراسر دنیا اشاره می شود . قابل ذکر است که اجرای بعضی از این برنامه ها بری استفاده از بتن خود تراکم امکان اجرا نداشته اند .
دیواره های مخازن عظیم LNG شرکت گاز Osaka در ژاپن
حجم بتن خود انباشتگی مصرفی = 12000 متر مکعب ( اتمام بتن ریزی در سال 1998 )
صرفه جویی باب تعداد کارگران = حدود 67 درصد در مقایسه با بتن معمولی
صرفه جویی باب مدت زمان ساختن = حدود 18 درصد در مقایسه با بتن معمولی
صرفه جویی در