شرح بتن خود متراکم
•
بتن خود متراکم از آخرین دستاوردهای تکنولوژی بتن است . مهم ترین ویژگی این بتن آن است که نیاز به تراکم نداشته و تحت وزن خود و در قالب قرار می گیرد .واضح است که این ویژگی مهم کاربرد های فراوانی را برای این بتن ممکن می سازدکه تاکنون برای بسیاری ازمهندسان ناشناخته ودست نیافتنی می باشد . یکی از مهم ترین مشکلاتی که در استفاده عملی از بتن خود تراکم وجود دارد، آن است که به دلیل جدید بودن این تکنولوژی، هنوز شناخت دقیقی ازآن وجود ندارد و استانداردهای آن در حال تکوین می باشند .از بتن خودتراکم می توان در صنعت سبک سازی ساختمان که به نوبه خود جزو صنایع جدید ساخت و ساز در کشور ما محسوب می شود استفاده نمود . کلیه آزمایشات بتن خود متراکم جمع آوری ومورد بررسی قرار گرفته است.
امروزه بتون به عنوان یک مصالح ساختمانی شناخته شده در سطح جهان کاربرد بسیاری در پروژه های عمرانی دارد .بتن دارای تنوع و دامنه خواص وسیعی است . امروزه ابداع مواد افزودنی بتن جدید و اصلاح مواد افزودنی بتن قدیمی باعث شده است که این تنوع درخواص روزبه روز افزایش یابد ، نقاط قوت بتن افزایش ونقاط ضعف آن کاهش یابند .یکی از نقاط ضعف بتن های عادی (در مقابلبتن خود تراکم) آن است که این بتن ها دارای سیالیت زیاد نیستند .کمبود سیالیت باعث می شود که بتن درمناطق محدود و مناطقی که دارای تراکم آرماتور باشند به خوبی نفوذ نکرده و بتن پوک یا کرمو اجرا شود . در حدود سال 1988 در ژاپن برای اولین بار بتنی بوجود آمد (بتن خود تراکم) که این نقیصه به طور کلی درآن از بین رفته است .این بتن که دارای سیالیت فوق العاده بالا است را بتن نامیدند .نسل اول این بتن دارای طرح اختلاطی مشابه بتن های Self Compacting Concrete یا (SCC) خود متراکم شونده عادی است با این تفاوت که در آن مواد افزودنی بتن مخصوص برای روان کردن بتن استفاده می شود . بنابراین طرح اختلاط این بتن شامل سیمان،سنگدانه،آب،موادافزودنی وموادمضاف است .از این بتن (بتن خود تراکم) در ابتدا برای مرمت سازه های بتنی و بتن ریزی در مناطق محدود استفاده شد.از آنجایی که هزینه زیاد استفاده از مواد افزودنی بتن باعث گران شدن این بتن می شود در نسل دوم بتن خود تراکم سعی شده است که با اعمال اصلاحات و جایگزین نمودن برخی مصالح هزینه ساخت بتن خود تراکم شونده درحدامکان کاهش یابد تا استفاده از آن برای این طیف وسیع تری از سازه ها امکان پذیر گردد . در سال 1997 بتن خودتراکم شونده تنها 1 درصد تولید کشور ژاپن را تشکیل می داد .تا کنون در صنعت پیش ساخته ، کاربردهای تجاری وبرخی سازه های خاص SCC رقم با سرعت زیاد در حال افزایش است . از استفاده شده است،ولی هزینه بالا هنوز روند استفاده وسیع ازآن را بخصوص در سازه های مسکونی کند می کند . قیمت زیاد این بتن بدلیل ) ( Admixture Viscosity - Enhancing )VEA ، ( High Range Water Reducing) HRWR یا نیازآن به مواد افزودنی در کارهای مربوط به مرمت ، که انتظار می رود بتن نواحی به SCC است .از Viscosity – Modifying Admixture) VMA شدت محدود را پر کند نیز استفاده می شود . در این حالت برای تسهیل در عبور بتن از فضاهای بسته بدون آنکه این فضاها مسدود شوند و اطمینان از پر شدن قالب بدون به وجود آمدن تحکیم ،از مواد چسباننده استفاده میشود . مقدار مواد چسباننده لازم برای مرمت حدود 525 تا 450 است .چنین بتنی نیاز به سنگدانه زیاد ندارد علاوه بر این استفاده از مقادیر زیاد مصالح پودری بسیار ریز در بهبود kg/m3 که مخصوص مرمت تولید می شود لازم است . SCC چسبندگی و افزایش حجم خمیر در ساخت موفق (SCC) روش های آزمایش بتن خود متراکم آزمایشات بتن خود تراکم شونده با آزمایش های بتن عادی متفاوت می باشند . تفاوت عمده این آزمایش ها مربوط به حالت تر بتن است . برای تعیین ویژگی های بتن خود متراکم آزمایش های زیر ارائه شده اند .
آزمایش جریان اسلامپ (Slump Flow Test ) برای سنجش تراکم بتن خود تراکم
توسط آیین نامه( ASTM C143- 90 (JSCE مورد تأیید قرار گرفته است. این آزمایش توسط انجمن مهندسان عمران ژاپن است .این آزمایش برای سنجش میزان تغییر شکل پذیری بتن تحت اثر وزن خود و میزان غلبه بر اصطکاک داخلی بکار می رود .این آزمایش نیز شناخته میشود .برای انجام این آزمایش از همان مخروط " Deformability تحت عنوان آزمایش تغییر شکل پذیری یا اسلامپ که برای بتن معمولی کاربرد دارد ،استفاده می شود . با این تفاوت که بعد از برداشتن مخروط،مقداراسلامپ برابر است بامتوسط قطربتن پخش شده درطی دوبار تکرار آزمایش شکل 1و 2 جمعی از محققان معتقدند که برای سنجش بهتر اسلامپ در بتن خود تراکم باید از تعدادی میله در اطراف مخروط اسلامپ استفاده شود. (Self Compactability) اگر ارتفاع بتن در طرف دوم لوله بیش از 300 میلی مترباشد ، بتن خود تراکم محسوب می گردد . از این آزمایش برای سنجش میزان خود متراکم شوندگی استفاده می شود
آزمایش لزجت ( Viscosity )
در بتن خود تراکم از این آزمایش برای تعیین لزجت بتن ،سنجش توانایی تغییرمسیردرذرات سنگدانه وملات وهمچنین توانایی پخش شدن آنها در مناطق محدود بدون جداشدگی سنگدانه ها،استفاده می شود .
آزمایش ظرفیت پرکنندگی (Filling Capacity)
در بتن خو تراکم بتن از طریق قیف در جعبه ریخته می شود تا ارتفاع بتن به 220 میلی متر برسد.هنگامی که جریان بتن ازورودی قطع شود،مساحت ناحیه ای که بتن درداخل میله ها عبورنموده است ( Filling Abiity ) بااستفاده ازرابطه مقدارظرفیت پرکنندگی محاسبه می گردد .این آزمایش به نام آزمایش قابلیت پرکنندگی نیزخوانده می شود .
آزمایش نشست سطحی ( Surface Settlement )
بتن خود تراکم : از یک لوله به قطر 200 میلی متروارتفاع 800 میلی متراستفاده می شود و لوله تاارتفاع 700 میلی متربدون هرگونه تراکم پرمی شود .سپس یک صفحه پلکسی گلاس به ضخامت 3 وقطر 150 میلی متر که سه پیچ به طول 75 میلی متردر قسمت زیر آن قراردارد،روی بتن قرار می گیرد.سپس یک ابزارسنجش تغییر مکان روی صفحه قرارمی گیرد و نشست بتن را تا زمان سخت شدن به طور خود کار ثبت می کند .برای آنکه دقت آزمایش به حداکثر برسد باید ازنشت آب ازطریق اتصالات لوله جلوگیری گردد.این آزمایش برای تعیین مقدار نشست بتن ترتازمان خشک شدن استفاده می شود.
آزمایش جدایش سنگدانه و ملات ( Segregation Test)
برای تعیین میزان جدایش سنگدانه و ملات در بتن خود متراکم توسط فوجیوارا میلی متری قرار می گیرد .بعداز 5 دقیقه بدون هیچگونه لرزشی،جرم ملاتی که از l 5* آزمایش 2 لیتر بتن تازه به آرامی بر روی یک شبکه 5 به صورت درصد ملاتی که از شبکه عبور Segregation Index ) SI ) روزنه های شبکه می گذرد اندازه گیری می شود .اندیس جدایش کرده به کل ملات تعریف می شود .اگرمقداراین پارامتر کمتر از 5درصد باشد،بتن درمقابل جدایش مقاوم است و درغیر این صورت، بتن در برابر جدایش مقاوم نخواهد بود .
آزمایش مقاومت فشاری( Compressive Strength )
توصیه می شودکه ازهر نمونه بتن 12 قالب استوانه ای تهیه و بر اساس - 192 SCC برای تعیین مقاومت فشاری بتن 90 دررطوبت عمل آورده شود (a(Standard Practice for Making and curing Concrete Test Specimens in the Laboratory) .برای پرکردن قالب ها هیچگونه ویبراسیون یا کوبیدن توسط میله برروی آن انجام نمی پذیرد . براساس این توصیه ابعاد این نمونه 28 و 90 روز از متوسط مقاومت سه , 100 مییلمتر می باشد . برای بدست آوردن مقاومت فشاری در هر یک از عمرهای 7،1 * ها 200 ASTMC39-86(Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical ) نمونه متشابه که بر اساس استاندارد گردد. Concrete Specimens ( L- Box Test ) شکل L آزمایش جعبه 700 میلی متر و دیگری عمودی به ابعاد ×200× شکل شامل دو قطعه یکی افقی به ابعاد 150 L ابزاراین آزمایش، یک جعبه 600 میلی متر است که به وسیله یک دریچه و چهار میله فلزی به قطر 12 میلیمتر از هم جدا می شوند.فاصله بین مرکز تا مرکز 12×200×100 لیتر بتن تازه بدون متراکم یا ویبره کردن در جعبه عمودی ریخته می شود . بعد از 1 دقیقه میله های فلزی 40 میلیمتر است . ابتدا 7 بتن از T و 200 میلی متر 20 T استراحت دریچه بین قسمت افقی و عمودی باز می شود و زمان های لازم برای عبور 400 میلی متر40قسمت قائم به افقی از میان میل ه های فلزی اندازه گیری می شود.بعدازآنکه بتن به حالت متعادل برسدوهیچ حرکتی درآن مشاهده نشود ارتفاع 0/ بیش از 8 h2/h اندازه گیری می شود . اگر نسبت 1 h و متوسط ارتفاع بتن در قطعه عمودی 1 h بتن در انتهای قطعه افقی 2 بتن از میان دریچه در پایان 1 bleeding باشد بتن خود تراکم محسوب می شود . اگر ا حتمال جدایش وجودداشته باشد،معمولا شاهد دقیقه استراحت خواهد بود .
آزمایش کارایی دو نقطه ای (Two - Point Workability)
پارامترهای رئولوژیک بتن خود تراکم می توان به کمک رئومت کارایی دو نقطه ای که توسط تاترسال (Tattersall ) فرانسه ارائه شده است،مقایسه گردیده است .این دستگاه Nante ساخته شده و بارئومتر دانشگاه UCL تعیین نمود.این دستگاه در دانشگاه انجام شده است .ازاین دستگا ه هم برای ملات و هم برای بتن SCC نیست ولی تلاشهایی در جهت اصلاح آن برای SCC مختص استفاده می شود با این تفاوت که اندازه های آن برای ملات و بتن متفاوت است شکل . بتن یا ملات در ظرف مخصوص ریخته می شود و سپس یک میله حلزونی شکل داخل ظرف می شود سپس میله توسط دستگاه مخصوص حول محور خود می چرخد و سرعت آن به تدریج 0/7 برسد در همین حال سرعت و گشتاور لازم برای چرخش میله ثبت می گردد . سپس سرعت rps زیاد می گردد تا به سرعت حداکثر میله کاهش می یابد .مراحل افزایش و کاهش سرعت به صورت پله ای انجام می شود .درهرمرحله 15 ثانیه پس از تثبیت سرعت،گشتاور قرائت است .شیب خط و گشتاور Bingham می گردد.اگر رابطه بین سرعت و گشتاور یک رابطه خطی باشد بتن دارای خواص سیال بینگهام خواهد بود. (g) و تنش تسلیم ظاهری (h) لازم در برش صفر به ترتیب لزجت گشتاور پلاستیک
آزمایش تعیین ثبات سیستم حفره های هوا ( Stability Of the Air – Void System )
برای ارزیابی ثبات سیستم حفره های هوا نسبت به حرکت، لرزش و مخروط کردن K.H.Khayat – J. Assad این آزمایش توسط بتن ارائه گردید.در این آزمایش نمونه ها 95 و 50 دقیقه بعد از تماس سیمان و آب برداشته شدند .برای مدل کردن حرکت ولرزشها بتن پس از 3 دقیقه مخلوط شدن 7 دقیقه استراحت می کند برای جلوگیری از تبخیر در طی استراحت سطح بتن با یک پارچه مرطوب پوشیده برای ارزیابی هوای از دست رفته در حین مخروط کردن Pigeon – Saucier – Plante می شود این روش مشابه روشی است که تعیین می گردد.برای تعیین سیستم حفره های هوای آزاد ASTMC و یا حمل و نقل استفاده کردند .مقدار هوای آزاد در بتن براساس 231 100 میلی متر از بتن برداشته می شود و پس از آنکه 24 ساعت در آب آهک ×200× در بتن سخت نمونه های استوانه ای به ابعاد 25 اشباع و در دمای 20 درجه سانتی گراد نگهداری شدند . توسط اره در امتداد طول بریده می شوند. سطح نمونه ها پولیش شده و به صورت میکروسکوپیک مورد بررسی قرار می گیرند 4 ASTMC 457 Modified Point – Count Method براساس استاندارد آزمایش خود متراکم شوندگی در سایت ضعف در خود متراکم شوندگی اصلاح پذیر نیست در هنگام اجرا روشهای نمونه برداری کاربرد زیادی نداردو SCC از آنجایی که در بتن پیشنهاد می کند که دستگاه شامل قیف و مفتولهای فلزی به Ouchi باید تمام حجم بتن مورد آزمایش قرار گیرد با چنین استدلالی عنوان مانع بین کامیون میکسر و پمپ در سایت قرار گیرد . اگر بتن به سهولت از داخل این ابزار عبور کند مناسب است و در غیر این صورت باید قبل از ریخته شدن در قالب یا مردود شمرده شود . بحث و تجزیه و تحلیل از بتن خود متراکم در پروژه های حساس مانند آبندی سدها ی بتنی و بتن غلتکی، اجرای سکوهای دریائی و یا بطور خلاصه در هر محلی که امکان متراکم نمودن و ویبرة بتن وجود نداشته باشد، استفاده می گردد . مزایای ذیل در صورت استفاده از حاصل می گردد. نیاز به وسایل لرزاننده ندارد . SCC با توجه به روانی زیاد این بتن قابلیت پرکنندگی آن بسیار بالا است و بنابراین حذف ویبراسیون در اجرای بتن باعث کم شدن سر و صدا و فشارهای اضافی وارد بر قالب می گردد .این مسئله به خصوص در کارخانجات تولید قطعات بتنی حائز اهمیت است . علاوه براین حذف ویبراسیون باعث کم شدن هزینه های مربوط به وسایل و کارگر متخصص نیز می گردد . تراکم پذیری بالای این بتن باعث کارایی بهتر در بتن مرطوب و بهبود خواص بتن سخت شده از جمله افزایش مقاومت در برابر سایش و فرسایش ، کاهش جذب آب و .... می باشد . از آنجایی که سرعت اجرای قطعات بتنی با استفاده از بتن خود متر اکم شونده بیشتر است ، زمان ساخت سازه های بتنی کاهش می یابد وجود ندارد . همچنین سطح فینیش در این finishing نیاز به صرف زمان، ابزار و کارگر برای SCC با استفاده از بتن بسیار صاف ترو هموارتر از بتن عادی است . اطمینان از تراکم بتن ، بخصوص در مناطقی که محدودیت فضای وجود دارد و یا تراکم آرماتور SCC با استفاده از زیاد است ، به شدت افزایش می یابد . نسبت به بتن های عادی بیشتر است . از این رو استفاده از آن فقط در پروژه های با ارزش SCC هزینه تولید بتن افزوده بالا توجیه اقتصادی دارد ولی گاهی صرفه جویی در مسائلی مثل زمان ، هزینه وسایل و دستگاهها ، دستمزد در برخی پروژها دارای توجیه اقتصادی باشد . علاوه بر این SCC کارگران و غیره می تواند باعث شود که استفاده از ممکن است این نقیصه بزودی ، SCC با توجه به تلاشهای روز افزون در جهت ارائه راهکارهای تولید اقتصادی مطلق نیست و گاهی SCC برطرف شود . در هر حال آنچه مهم است این است که اقتصادی یا غیر اقتصادی بودن اوقات سرعت اجرا ، صرفه جویی ها و تهسیلاتی که با استفاده از این بتن امکان پذیر می گردد ، باعث می شود که استفاده از آن در برخی پروژها دارای توجیه اقتصادی گردد . باعث کم شدن سر و صدا در کارگاهها شده و باعث می گردد که کارگران بهتر بتوانند SCC حذف ویبراسی ون در صدای یکدیگر را بشنوند . از طرف دیگر حذف ویبراسیون باعث می شود که کارگران مجبور به جابجایی و حرکت از روی قالبها و شبکه آرماتورها نباشد . این مطلب باعث ایمنی بیشتر کارگاه است . در صنعت ساختمان هنوز استانداردهای مدرن و جامعی برای این بتن تدوین نشده است SCC با توجه به جوان بودن وجود داشته است عبارتند از : ابداع روشهای نوین آزمایش بتن – SCC . مشکلاتی که بر سر راه استاندارد سازی را اندازه گیری کنند و تغییر روشهای اجرای سازه ها و تایید SCC بخصوص در حالت تر – که بتوانند ویژگی های استفاده کرد، می بایست روشهای SCC این نوع بتن در سایت . علاوه بر این برای آنکه بتوان از مشخصات خاص اجرا نیز تغییر کنند . نتیجه گیری دریچه جدیدی به سوی صنعت ساختمان گشوده شده است، که از طریق آن می توان به SCC میتوان ابراز نظر نمود که با ابداع روشهای اجرای نوین سازه های بتنی دست یافت وسازه هایی را به کمک بتن اجرا کرد که تاکنون امکان آن وجود نداشته است . تحقق این امر به استانداردهای جدید، به خصوص در زمینه شکل و ابعاد قالب و فواصل آرماتور و محدودی تهای فضا نیاز مند است . استفاده از صنعت نوپای بتن و به طور خاص بتن های خود متراکم در صنعت نوین سبک سازی می تواند تحول عطیمی در ساخت و ساز کشور به وجود آورد به همین دلیل معرفی بتن خودمتراکم که جزو آخرین دستاوردهای صنعت بتن در جهان است به متخصصان سبک سازی و ه مچنین معرفی دانش سبک سازی به پیشگامان صنعت بتن یک ضرورت جدی خواهد بود.
نویسنده : کلینیک بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))