بخشی از مقاله
اختلاط بتن : از انتخاب مصالح اوليه براي تا سازه نهايي - مشكلات سه راه
مقاله از : آرام نويل
توضيحاتي درباره نويسنده مقاله:
آدام نويل يكي از نويسندگان معتبر در رابطه با فن آوري بتن در سطح بين المللي است. وي داراي مدارك.MSC.PHD و DSC از دانشگاه لندن و همچنين مدرك DSC از دانشگاه ليدز است. در دوران كار حرفه اي بلند و بر جسته اش، او مهندس هيدرو الكتريك و ايستگاههاي نيروي هسته اي بوده، و در دانشكده هاي زيادي به عنوان رياست گروه مهندس عمران دانشگاه ليدز، عضو هيئت مؤسس مهندسي و تحقيقات فارغ التحصيلي دانشگاه كالگري ( كانادا) و رياست دانشگاه داندي در اسكاتلند خدمت كرده است.
از سال 1987 دكتر نويل مشاور در امور بتن و سازه بوده و تجربيات قابل توجهي نيز به عنوان يك متخصص در ايالات متحده كپ كرده است. وي نويسنده بيش از 250 مقاله فني و همچنين نه كتاب درباره بتن، تحليل سازه و مترهاي استاتيك بوده است، معروف ترين كتاب او به نام ويژگي هاي بتن، به سيزده زبان ترجمه شده و بيش از نيم ميليون نسخه از آن در جهان فروخته شده است. آخرين كتاب او ( 2003 ) به نام نويل و بتن- آزمون انواع رفتارهاي بتن است.
سوتيتد:
اكثر مقالات درباره بتن روي يكي از خصوصيات آن توجه دارند، بنابر اين تصوير مبهمي از اهميت پارامترهاي گوناگون براي رسيدن به يك سازه بتني خوب، ارائه مي دهند. موضوع اين مقاله اين است كه اين هدف با بكارگيري رشته اي عمليات يكپارچه قابل دسترس است و هر كدام از اين عمليات ها بطور خلاصه بررسي شده اند. موارد ذكر شده عبارتند از سيمان در عصر حاضر، انتخاب مواد اوليه براي مخطوط كردن بتون، استفاده از بيندرها ( ملات) مانند خاكستر بادي و دوده سيليسي، بتن خود سفت شد و سازه پايدار مقاله حاضر همچنين نگاه هايي به جنبه هاي خاص بتن پيش ساخته دارد.
متن:
تمام مقالات بتن تنها يك هدف دارند: دستيابي به يك سازه رضايت بخش، يعني سازه اي كه سالم و پايدار باشد. متأسفانه با وجود انتشار هزاران مقالات پژوهشي در سال، در بسياري از سازه ها، به خوبي كه بايد باشد نيست. اين مقاله قصد دارد تا به توضيح اين وضعيت بپردازد.
مقاله حاضر اميدوار است با نشان دادن كم كاري در زمينه ساخت و ساز با بتن بتواند خوانندگان را در پيشبرد راهكارهاي مختلف يا حداقل در نگرش دوباره به قصور در بتن كمك كند.
بنابراين از صميم قلب از هر گونه كلمات و الفاظ تندي كه بكار برده ام، پوزش مي طلبم. اين مقاله يك جنبه خاص دارد كه آن را از ديگر مقالات متمايز مي كند و به يك موضوع مي پردازد و اهميت آن را نشان مي دهد، اين مقاله تمام زواياي ساخت بتن را نشان مي دهد.
ماهيت مساله
چرا بتن در بسياري از سازه ها به خوبي كه بايد باشد نيست؟ اول اينكه يك سري تحقيقات دانشگاهي نامتجانس در شرايط مفيد واقعي و روي نمونه هاي مصنوعي براي پژوهش در آزمايشگاه انجام مي شوند و از طرفي اين آزمايش ها توسط افرادي بعمل مي آيند كه هيچ تجربه اي از شرايط واقعي در زندگي ندارند. در تجربيات آنها، رشته متغيرها بسيار محدود است شرايط آسيب رسان بطور غير واقعانه اي مبانعه مي شوند تا رسيدن نتيجه سرعت داشته باشند، از تغيير شكل در بتن بر اثر انقباض يا دم هم با استفاده از نمونه هاي كوچك و ديگر محدويت هاي ساختگي جلوگيري مي شود. بيشتر دانشگاهيان علاقه اي به تحقيق و بررسي در يك پروژه واقعي ندارند و ترجيح مي دهند در يك آزمايشگاه با تهويه هواي عالي بمانند و چكمه و كلاه ايمني بپوشند.
دوم اينكه دانشجويان دوره ليسانس مهندسي عمران كمتر چيزي در باره بتن به عنوان يكي از مصالح ياد گرفته اند. بنابر اين وقتي پس از فارغ التحصيلي و شروع به كار با مهاسبات طراحي بخصوص محاسبه به حالت كامپيوتري درگير مي شوند. كميت هاي ثابتي براي خصوصيات بتن در نظر مي گيرند. كميت هايي چون ضريب ارتجاعي، جمع شدگي بتن در اثر از دست دادن آب، ضريب خزش، انبساط حرارتي و ديگر كميت ها، آنها به ندرت از خود درباره اينكه آيا يك مخلوط واقعي با كميت هاي در نظر گرفته شده با محاسبات طراحي مطابقت دارند يا خير، سئوال مي كنند. در واقع كمتر كسي به اينطور سازگاري ها توجه دارد.
سوم اينكه رويهمرفته، نيروي كار در توليد بتن كه شامل پيمانه كردن، مخلوط كردن، حمل و نقل، بتن ريزي، متراكم كردن، پرداخت و پروراندن بتن است، از نيروهاي كار در ديگر زمينه ها از قبيل چوبكاري، نجاري، كارهاي الكتريكي، لوله كشي يا حتي آجر چيني، تحصيلات و دوره هاي آموزش كمتري دارند.
منظورم اين نيست كه همه بتن كارها بي كفايت هستند. هر قدم در توليد بتن مي تواند در محصول نهايي تأ ثير مستقيم بگذارد. بنابر اين بسياري از سازه هاي بتني كامل نيستند و به همين خاطر مدت اندكي پس از تكميل سازه احتياج به تعمير و باز سازي پيدا مي كنند.
شايد استباه كوچكي در كار باشد. كيفيت كار نه تنها به شايستگي نيروي كار، بلكه به كيفيت و وقت در نظارت نيز بستگي دارد. وقتي جوان بودم، مهندس ناظري سراغ داشتم كه اغلب تمام وقت كار مي كرد و با چشمان تيز بين كه داشت جلوي هرگونه شلختگي و ناهماهنگي در كار را مي گرفت. چنين نظارتي گران بود. اما قيمت هايي كارفرما به قدري بود كه هزينه ها را پوشش دهد. رقابت شديد در پروژه هاي طراحي به همراه نسخ قيمت هاي مصوب، باعث كاهش قيمت ها شد و اولين قدم در صرفه جويي مالي، صرفه جويي در نظارت بود.
پروسه بي عيب ونقص
موضوع تمام گله و شكايت من اين است كه دستيابي به يك بتن خوب بايد يك پروسه بي عيب و نقص باشد. گاهي اوقات ايراد در كار ديده مي شود، گاهي هم مخفي است و كسي از آن چيزي نمي داند تا اينكه اتفاقي بيافتد و تحقيقات پس از آن شروع شود.
در زمينه بتن هاي تقويت شده و پيش تنيده، معلوم كردن اينكه درون هر قطعه چطور است مشكل مي باشد بخصوص پس از گذشت زمان، درساده ترين نوع يك بزرگراه يا يك پياده رو، به ندرت ضخامت بتن كنترل مي شود، يا اينكه اخيراً روشهاي الكترونيكي نويني براي اين كار در دست است. سيستم هاي قديمي مغزه هي مخرب هستند.
باز بيني درجه تراكم و ميزان كمبود بافت كندويي يا حفره هاي ريز هوا رايج نيستند، فقط بخاطر اينكه آسان نبوده و وقت گير هستند. با اطمينان از اندازه صحيح ميلگردها، مي توان پي به وضعيت ميلگردهاي تقويتي برد. اما پس از آن هم الزاماً مطمئن نيستيم كه فولاد مناسب استفاده شده است يا خير. موقعيتي را سراغ داشتم كه در آن كد گذاري فولاد بوسيله رنگ ها اشتباه شده بود و در نتيجه از شماره فولاد اشتباه استفاده شده بود.
بتن با تكنيك ضعيف
بتن يكي از آن مصالح عجيب و غريب است كه هم تكنيك بالاي آن هست و هم تكنيك پائين آن، اين مثل يك تضاد است چون بتن از ساده ترين مصالح است و يك فرد خياباني هم بدون داشتن كمترين دانش فني مي تواند آن را درست كند. بتن مصالحي است كه انتظار مي رود خصوصيات منحصر بفرد خود را داشته باشد. اين يك پيشرفت است كه در زمان زندگي من اتفاق افتاده است و چنين پيشرفتي الزاماً نمي تواند نتيجه معكوس داشته باشد مثلاً با تغيير ماشين آلات كمتر از يك قرن پيش اين ماشين ها هستند اما به اندازه وزنشان به قيمت طلا مي ارزند. همه ساله صدها ميليون ماشين وارد بازار مي شوند كه بصورت خارق العاده اي توسط ابزار الكترونيكي كنترل شده و با روباتهاي كوچك و بزرگ اجراي كار مي كنند.
البته ما هنوز در موقعيت مدرني نيستيم كه سيستم فقط شامل يك انسان و يك سگ باشد. چرا سگ؟ چونكه به انسان اجازه دخالت در كار ماشين را ندهد. و چرا يك انسان؟ چون به سگ غذا دهد.
اجازه دهيد تا تغييرات در بتن را با دقت شرح دهم. روزهايي را به ياد دارم كه بتن با قوطي هاي 1 فوتي پيمانه مي شدند و اين قوطي ها با شن يا قلوه سنگ يا سيمان پر مي شدند. در واقع يك كيسه 5/42 كيلويي حدود 028/0 متر مكعب سيمان داشت. در يك كار كوچك، پيمانه كردن با يك بيل انجام مي شد: كمي سيمان، كمي شن و كمي قلوه سنگ. اصل و مبدإ مخلوطهاي 1:2:4 يا 3: 5/1 :1 همين روش است.
اين مصالح احتياج به شن تميز وگرد، و قلوه سنگ هاي ريز كه از نزديك ترين رودخانه تهيه مي شوند، داشتند. در صورت امكان جدا سازي قلوه سنگ هاي بزرگ از كوچك بسيار خوب بود. آب نيز براي توليد مخلوطي كه تراكم را ساده كند اضافه مي شد.
نكته قابل توجه اين است كه اين نسبت 5/0 آب - سيمان نسبت خوب و مناسبي بود و بطور قابل ملاحظه اي بتن خوبي از آب در مي آمد. بعضي قطعات مانند ديوارها، كف ها وحتي تيرهاي پل ها تا امروز باقي مانده اند.
به نسبت آب - سيمان (w/c ) اشاره كردم. اين موضوع در دهه دوم قرن بيستم توسط آبراند در ايلات متحده و فرت در فرانسه گسترش يافت، اما اين نسبت يك پارامتر كار بردي نبود. در واقع به نظر من امروز نسبت w/c نمي تواند يك پارامتر ابتدايي به شمار آيد. اين حرفها شايد من را مورد لعنت و استهزاء همه قرار دهد ولي در قسمتهاي بعدي دلايلم را ارائه خواهم داد.
تمام اينها در باره سيمان با تكنيك پايين بود. با اينكه امروزه بتن را بصورت فله پيمانه نمي كنيم اما براي مقاصد زيادي از اين طريق بتن رضايت بخش توليد مي شود. من اين بتن را بتن با تكنيك پايين نام گذاري كرده ام.
بتن با تكنيك بالا
حال از بتن با تكنيك بالا انتظار مي رود تا ويژيگيهاي مخصوص لازم براي كاربردهاي مختلف را داشته باشد. اين ويژگي ها عبارتند از: حداقل مقاومت منشاري در بتن با سن كم، ضريب انبساط حرارتي ويژه نرخ پايين توليد حرارت ( مربوط به هيدراسيون سيمان كه دماي كنترل شده ايجاد مي كند). ضريب ارتجاعي خاص، ويژگيهاي خزش خاص يا بزرگي انقباص محدود تحت شرايط آزمايشگاهي. سه ويژگي مهم اخير مربوط به بتن پيش تنيده هستند. ليست فوق را مي توان براي ضريب خاصي چون يخ زدن و ذوب شدن و همچنين براي مقاومت در برابر حمله عوامل خارجي تعميم داد.
تمام فاكتورهاي فوق قابل دسترس هستند چرا كه درسالهاي مياني قرن بيستم كارهاي علمي زيادي صورت گرفت كه بيشتر آنها در ايالات متحده انجام شدند و اين آزمايش ها زمينه درك بهتري از ويژگي هاي فيزيكي و شيميايي سيمان پر تلند وبتني كه از اين سيمان در آن استفاده شده است را دارند. در نتيجه، ما قادر بوديم ويژگي هايي براي سيمان پر تلند وضع كنيم. بعداً درباره الزامات لازم براي شن و ماسه صحبت خواهم كرد.
ويژگي هاي دقيق سيمان
اينجا به يك مشكل پايه اي برخورد مي كنيم مي دانيم كه سيمان پر تلند مورد نياز ما بايد
C3S ،C2S وC3A و مرغوبيت داشته باشد، اما ما مي توانيم چنين سيماني بخريم ! يا بهتر بگويم وقتي سيمان مي خريم مي دانيم چه چيزي خريده ايم؟ پاسخ منفي است، و اين اولين تضاد بين انتظارات از سيمان با تكنيك بالا و واقعيت است.
شايد بعضي از خوانندگان از ادعاي بالا تعجب كرده و با خود بگويند كه سيمان پر تلند دسته بندي ASTM از 1 تا 4 دارد و همچنيم يك دسته بندي اروپايي دوازده نوع سيمان پرتلند دارد.
البته اين درست است اما دسته بندي هاي استاندارد بيش از اين گسترده هستند به عنوان مثال الذامات تركيبات ASTMC-SO-O4 عبارتند از: Sio2 ،Al2o3 ،Fe2o3 وMgo ، كه اين تركيب هم در سيمان درجه 1 و هم در سيمان درجه III رعايت مي شود. و همچنين دو سيمان
1- انجمن آزمايش و مصالح امريكا - مترجمه
درجه III مي تواند تفاوت هاي فاحشي با هم داشته باشد. علاوه بر اين يك سيمان درجه 1 خاص شايد C3S بيشتر از يك سيمان درجه III داشته باشد. نبايد تعجب كرد وقتي كه دو بتن از يك سيمان درجه III ساخته شده باشند و در آخر با هم تفاوت زيادي پيدا كنند.( سيمان درجه III اغلب در صنعت بتن پيش ساخته استفاده مي شود).
ادعاي من مي تواند با اشاره به اينكه مي توانيم ويژگي هاي سيماني كه خريداري مي كنيم. را سفارش سيمان با ويژگي هاي جواب داده شود. اول از همه اينكه معلوم كردن نوع سيمان به منزله سرهاي وزني و بزرگراههاي عظيم محقق شود.
در واقع سيمان مثل سيمان ASTM e183-o2 ، به گفته مؤسسه استاندارد و نمونه برداري سيمان آبي، هرگز به خوبي فروش نرفته است
دوم اينكه وقتي از توليد كننده سيمان درباره ليست تأييد شده اي از خصوصيات سيمان مورد معامله، سئوال مي كنيم، اين گواهي به هيچ عنوان با سيماني كه به سايت يا پروژه ها آورده مي شود، مطابقت ندارد. علاوه بر اين اصلاً معلوم نيست كه سيمان در چه روزي توليد شده و به كدام سيلو متعلق است. در كل چيزي جز يك نظر كلي در باره ويژگي هاي سيمان مورد نظر نخواهيم داشت.
تمام موارد ذكر شده در فوق انتقاد از روش هاي موجود توليد وتأمين سيمان پر تلند نيست، بلكه بازتاب حقيقي است كه مي گويد سيمان يك مصالح ارزان قيمت است و هرگونه دقت در توليد بهتر آن به گراني محصول منجر خواهد شد. علاوه براين، سيمان توليد شده در يك كارخانه شديداً تحت تأييد مواد خام اوليه و حتي سوختي است كه در كوره استفاده شده است. سوخت همانقدر مهم است كه سولفات دركلينكر سيمان، چون قابليت حل سولفاتها، سازگاري سيمان با روان كننده ها را تحت تأثير قرار مي دهد.
مشكلات مربوط به سيمان
تاكنون من در مورد محدوديت ويژگي هاي دقيق سيمان پر تلندي كه به شخص تحميل مي شود تا مخلوط بتن خود را تهيه كند، صحبت كرده ام. امروزه، سيمان پر تلند كمتر به عنوانيك ملات استفاده مي شود بلكه اين سيمان از اجزاي لازمه ملات است. دلايل زيادي دارم، از جمله: اول اينكه، با استفاده از ملات هاي افزودني كه از مصالح سيماني هستند، ويژگي هاي مصالح سيماني تركيب شده بسيار با هم متفاوت خواهند بود. ما قادريم تا نرخ پيشرفت گرماي هيدراسيون و افزايش دماي بتن را پايين بياوريم و در نتيجه را در برابر بعضي حملات شميايي كاهش دهيم.
دوم اينكه، بسياري از مصالح سيماني افزودني يا طبيعي هستند يا در پروسه توليد ديگر مصالح بدست مي آيند ( مانند روبارة آهن گدازي، كه در توليد آهن حاصل مي شود) و يا از محصولات هرز هستند ( مانند زمه خاكستر كه در سوختن زغال سنگ در نيرو گاه بدست مي آيد). بنابراين اين مصالح در طبيعت وجود دارند و لازم نيست كه حتماً توليد شوند، و مقادير زيادي از انرژي را اتلاف كنند. اين صرفه جويي در انرژي است كه درنهايت منجر به سود اقتصادي مي شود. از طرفي مصرف نرمه خاكستر مشكلات زيست محيطي بوجود مي آورد.
سوم اينكه، شايد اينطور تلقي شود كه اين مصالح دور ريختني بايد ارزانتر از سيمان توليد شده باشند، اما اغلب اينطور نيست.
نرمه خاكستر
نرمه خاكستر شايد شايع ترين ملاتي باشد كه به سيمان پرتلند اضافه مي شود. از لفظ اضافه شدن استفاده مي كنم چون بايد نسبت مشخصي از سيمان پرتلند را در ملات استفاده كنيم، زيرا عمل هيدرو ليك نرمه خاكستر از وانش با هيدرو كسيد كلسيم توليد شده در هيدراسيون سيمان پر تلند، نشأت مي گيرد.
پيش كسوت استفاده از نرمه خاكستر V.M.Maihotra در كانادا است. او از روشي استفاده مي كند كه درآن 60 درصد ملات، نرمه خاكستر است. بنابر اين روش است كه نرمه خاكستر از عناصر اصلي ملات است.
در نيرو گا ههاي توليد انرژي با سوخت زغال سنگ، نرمه خاكستر بصورت ذرات منتشر شوند. الكترو ستاتيكي وجود دارد. درصنعت شيشه سازي بصورت عمده بعنوان تركيبات سيليسي استفاده مي شود و همانطور كه در بالا گفته شد با هيدرو كسيد كلسيم واكنش مي دهد. به عبارت ديگر، نرمه خاكستر يك پوزولان است. اهميت ديگر نرمه خاكستر، عمل فيزيكي آن در مخلوط بتن است. خرده هاي نرمه خاكستر عمدتاً كروي بوده و قطري بين 1 تا 100 ميكرو متر دارند. آنهايي كه قطر خاكستر آتش فشاني كه افزودن آن به سيمان پر تلند باعث بهبود خواص بتن و ملات و افزايش مقاومت آنها در برابر تهاجم شيميايي مي شود - مترجم
كمتر 45 ميكرو متر دارند، بهتر هستند. خرده هاي ريزتر كار بسته بندي را راحت تر مي كنند. آنها همچنين جمع شدن دانه هاي سيمان پر تلند دريك جا را كاهش مي دهند، بنابراين آب هم در داخل سيمان گير نمي كند. در نتيجه، نرمه خاكستر به عنوان يك نوع تقليل دهنده آب عمل مي كند.
اينها فوايد فني استفاده از نرمه خاكستر در بتن بودند. نرمه خاكستر همچنين فوايد زيست محيطي نيز دارد. اگر از آن دربتن استفاده نشود، پس بايد دور ريخته شود و سپس از آن در توليد سيمان پر تلند استفاده خواهد شد كه انرژي زيادي را تلف و گاز دي اكسيد كربن فراواني را منتشر خواهد ساخت.
از منظر اقتصادي صحبت هاي قلبي شايد ما را متوقع كند تا نرمه خاكستر بصورت مجاني عرضه شود. در حقيقت، زمانيكه يك مهندس جوان بودم، اينطور بود. تنها كاري كه بايد مي كرديد اين بود كه يك كاميون مي فرستاديد تا نيرو گاه مجاني آن را برا يتان پر مي كرد. امروزه هر تن خاكستر نرم شايد گرانتر از سيمان پر تلناد تمام شود، البته منظورم خاكستر نرم خوب است.
خوب به اين معني كه دانه هاي آن كاملاً كروي و نسبتاً كوچك باشند، كربن موجود درآن بطور قابل قبولي كم باشد و اينكه ويژگي هاي آن روز به روز تغيير نكند. براي دستيابي به اين فاكتورها نيروگاه بايد تمام مواد را از يك منبع تهيه كند و دما را بالا و ثابت نگه داردو براي اين منظور نيز، نيروگاه بايد خود به يك شبكه انرژي قوي متصل باشد.
انتشار دماي بالا، نتيجه انتشار گازهاي NOx است. به همين دليل، در ده سال اخير، قوانين سلامتي در هلند و چند كشور ديگر نيرو گاهها را مجبور كرده اند تا انتشار دماي بالا را با افزايش مقدار كربن درنرمه خاكستر و كاهش دانه هاي گرد، كمتر كنند . آينده چطور خواهد شد نمي دانم!
در اين خلال، براي نرمه خاكستر با كيفيت پول خوبي مي دهند. بتني كه از اين نرمه خاكستر داشته باشد. انقباص كمتري دارد، نفوذ پذيري كمتري دارد، پس مقاومت بهتري دارد، نرخ نفوذ دما در آن كمتر است بهتر پمپاژ مي شود و پرداخت نهايي خوبي دارد. پس از دو يا سه ساعت نرمه خاكستر ، رنگ بتن را تيره تر مي كند. تأ ثيرات نرمه خاكستر بر انقباض و گسترش مقاومت شديداً به نوع بتن پيش ساخته/ پيش تنيده بستگي دارد.
جنبه ديگري از استفاده نرمه خاكستر در بتن وجود دارد. در اين كار نرمه خاكستر بايد خوب و ( نگاه) با آب پرورانده شود. اين كار در پرسنه ايجاد نظم و انضباط مي كند. به نظر من پروراندن بتن با آب در تمام انواع بتن مهم است و استفاده از نرمه خاكستر بسيار مفيد است. پيمانكاري كه سر يك كار از نرمه خاكستر استفاده مي كند در تمام كارهاي بعد شن از نرمه خاكستر استفاده كرده و بتن را خوب با آب مي پروراند.
نرمه خاكستر در كشورهاي زيادي استفاده مي شود. من اهميت نرمه خاكستر را در مخلوطي كه در اين مقاله درباره آن صحبت خواهيم كرد، مي دانم نرمه خاكستر و گرانول روباره هاي آهن گدازي براي توليد بتن تحت فشار 28 روزه بالغ بر 110 مگاپاسكال استفاده مي شوند.
مخلوط هاي سه تايي
ملات هاي شامل سه يا بيش از سه عنصر سيماني روز به روز رايج تر مي شوند. در اين مقاله، صحبتم را به استفاده از دوده سيليسي به همراه نرمه خاكستر و سيمان پر تلند محدود خواهم كرد.
قابل توجه است كه دوده سيليسي هم يك محصول دور ريختني است. اين محصول، ذرات منتشر شده حين توليد سيليكون و فرو سيليكون از سنگ كوارتر و زغال سنگ با درجه خلوص بالا در يك كوره الكتريكي است. دوده سيليسي به آب زيادي احتياج دارد. در واقع عموماً وجود دوده سيليسي در مخلوط بتن احتياج به روان سازها را در پي خواهد داشت. اين كارها گران تمام مي شوند، اما يك مخلوط سه تايي با يك روان ساز چيزي است كه توليد بتن با كار آيي بالا را امكان پذير مي كند. اين يك بتن با تكنيك بالا است و اين چيزي است كه من در آينده مي بينيم.
بتن با تكنيك بالا تنها احتياج به مقاومت زيادي دارد، بلكه براي رسيدن به يك مقاومت خيلي زياد، نظارت با تكنيك بالا لازم است. اين امر در يك كارخانه بتن پيش ساخته خيلي آسان تر از يك پروژه ساخت و ساز است. قطعات پل با مقاومت 110 مگاپاسكال يا حتي 120 مگاپاسكال در فرانسه و ايالات متحده به راحتي ساخته مي شوند.
چنين بتني با مقاومت بالا و نسبت آب - سيمان پايين، بايد در اولين ساخت با دقت با آب پرورانده شود، وگرنه در داخل بتن ترك هاي خطرناكي بر اثر انقباض خود به خود به وجود خواهد آمد. باز هم اين كار در يك كارخانه بتن پيش ساخته ممكن مي شود.
انتخاب مخلوط
انتخاب مصالح سيماني مناسب و تركيب بهينه آنها نيازمند داشتن تجديد و دانش كافي در باره رفتار بتن حين عمليات است. در حقيقت، اين امر براي ديگر اجزا نيز صدق مي كند. شن و ماسه در اندازه هاي مختلف و تركيبات شيميايي كه امروزه بسيار فراوان هستند. اين انتخاب مانند يك هند است
تمام اين كارها بايد توسط يك مهندس بتن مجرب انجام شوند. متأسفانه امروزه افراد كمي از اين دست يافت مي شوند، و روز به روز ميل توسل به طرح هاي مخلوط كامپيوتري افزايش مي يابد. من نسبت به سپردن را ه حل هاي شخصي به فرمولهاي رياضياتي مشكوك هستم، چرا كه ويژگي هاي شن و ماسه ها از مكاني به مكان ديگر تفاوت مي كنند و در يك محيط جغرافيايي ثابت هم نوع خرد كننده سنگ ها مي توانند با هم تفاوت داشته باشند. بنابر اين اين ويژگي هاي ناثابت را نمي توان به فرمول هاي رياضي سپرد.
اغلب اوقات ما نمي دانيم از چه شن و ماسه اي استفاده خواهيم كرد. اين امر نه تنها يك مسأله مهم است بلكه تمام جزئيات مخلوط را تحت تأثير مي گذارد. اين جزئيات عبارتند از: ويژگي هايي از قبيل خزش بتن يا ضريب ارتجا مي آن.
از مطلب فوق در مي يابيم كه طراح مخلوط يا سازنده بتن پيش ساخته مي تواند با عوض كردن ويژگي هاي حتي سنگريزه ها، سود كلاني به جيب بزند. سالها پيش وقتي در آزمايش هاي خزش براي بتن پيش تنيده مخازن در نيرو گاههاي اتمي ابتدايي انگلستان، مشغول كار بودم، دولت وقت كه هزينه هاي نيرو گاه را مي پرداخت، از يك سيستم انتخاب چرخشي استفاده كرد.
براي هر نيرو گاه، پيمانكاري انتخاب شده بود تا خزش مورد نظر را با استفاده از شن وماسه اي كه قرار بو از آن استفاده شود پيش بيني كند. دولت براي اينكه منصف عمل كرده باشد، پيمان كار ديگري را براي هر پروژه تعيين كرد تا نه رقابتي پيش بيايد و نه كسب در آمد كاذبي براي پيمانكاران بماند.
پس ما بايد از روش خاصي استفاده كنيم تا بتوان مخلوط خوبي براي منظور خاصي انتخاب كرد. يكي از مشكلات اين است كه آزمايش هميشه اجرا نمي شوند. مهندس سازه، ويژگي هاي لازم را مي داند، ولي در انتقال آنها به اجزاي مخلوط سهل انگاري مي كند. سازنده بتن پيش ساخته هم قادر به انجام چنين كاري است، اما وي بايد تجديد خود را بر پايه نتيجه مخلوط هاي قبلي بنا كند. اغلب تنها نتيجه از كارهاي قبلي يك شكايت است.
در نتيجه ما به يك همكاري پايدار بين بتن ساز و مهندس سازه نياز داريم، اما همانطور كه قبلاً گفته ام، در يك اقتصاد و بازار آزاد، روابط گسترده نمي شوند چون ما واقعاً به دنبال كمترين هزينه ها هستيم. مشكل اينجاست كه نكته اين اتفاق براي ساختماني بيافتد كه احتياج به باز سازي و تعمير دارد. ديگر خود حدس بزنيد چه مي شود؟
بعضي اوقات، دلايل براي چشم داشتن به هزينه هاي ابتدايي قابل قبول هستند. به عنوان مثال، اولين صاحب سازه اي قصد دارد آن را با كمترين عمر بتن بفروشد، از طرفي ذخاير دولتي هم توان عهده گيري نظارت بر مهندسي سازه آن را ندارد. پس شخص خريدار كه پايين ترين قيمت پيشنهاد مي كند هزينه اي براي بر قراري رابطه كار آمد بين مهندس بتن و مهندسي سازه نخواهد كرد. كسي بود كه مي گفت سه فاكتور مطلوب در ساخت و ساز است: پايين ترين قيمت بهترين كيفيت و سرعت بالاي اجرا ظاهراً مي توان به دو فاكتور رسيد ولي هرگز امكان دسترسي به هرسه آنان نيست.
عمليات بتن ريزي
قبلاً كه نسبت آب- سيمان(w/c ) پارامتر نيست كه بتوان روي آن تكيه كرد، زيرا مي تواند كارآيي لازم را نداشته باشد. من از منظر طراحي سازه اي منكر اين نيستم كه بالا بردن مقداري از نسبت آب- سيمان مهم نيست، اما اگر به هر دليلي مانند تأخير، كارآيي پايين بيايد، آب بايد اضافه شود، چون در بتن حفره هايي شبيه لانه زنبور توليد خواهد شد.
خيلي ها مايلند تا بدانند كه نسبت آب- سيمان مشخص شده حتماً لحاظ شده است، اما پس از سفت شدن بتن نخواهيم توانست آن را با دقت 5% اندازه بگيريم. همچنين طبق قانون استاندارد بريتانيا، بند 124 ميزان سيمان در بتن سفت شده مي تواند در بهترين وضعيت با اختلافي كمتر از kg/m3 40 در 95 درصد از حالات، توسط يك آزمايشگر تعيين شود. با دو آزمايشگر در آزمايشگاههاي مختلف، اين اختلاف به kg/m3 60 مي رسد. اگر ملات، مصالح سيماني زيادي داشته باشد دقت زياد هم خوب نخواهد بود.
تنها پارامتري را كه مي توان آن ر ا با آزمايش بررسي كرد، مقاومت فشاري است يعني اوقات مقاومت فشاري براي كمك به طراح سازه و نسبت آب - سيمان براي دوام سازه تعيين مي شوند.
گهگاه شايد اين پارامترها با هم سازگار نباشند: مثلاً مقاومت فشاري 25 مگاپاسكال و نسبت 45% در يك كلاهبرداري، ارائه دهنده بتن آماده ميزان مقاومت آن را تضمين كرد، اما پس از افزودن نسبت آب - سيمان بيش از حد تعيين شده مشخص شد كه بتن پس از سفت شدن قابل بررسي نخواهد بود. واضح است كه كارخانه هاي بتن پيش ساخته بتن را با نسبت آب - سيمان 30% تا40% مي سازند.
پيشرفت هاي چشمگيري در كنترل ميزان آب درشن و ماسه با دستگاهاي رطوبت سنج جديد حاصل شده است. اين بار حجم آب موجود در شن وماسه، در هر پيمانه، قابل اندازه گيري است. انواع مختلف رطوبت سنج ساخته شده است: رطوبت سنجهايي كه با مقاومت الكتريكي كار مي كنند رطوبت سنجهايي كه از ظرفيت هاي خازني استفاده مي كنند و رطوبت سنجهايي كه ميزان سيكنال مايكرو ويو مبادله شده را اندازه مي گيرند. متأسفانه استفاده از اين دستگاهها زيد رايج نيست.
وقتي مخلوطهاي مختلفي در يك سازه استفاده مي شوند، بايد اطمينان حاصل كرد كه هر مخلوط در جاي مناسب خود بكار رفته است. اين خيلي واضح است، اما وقتي مخلوطهاي مختلف براي قسمت هاي مختلف فونداسيون در نظر گرفته مي شوند، تازه مشكلات سرباز مي كنند. در تئوري نظم دركارها ساده است اما وقتي كه كاميوني پر از راه مي رسد و قسمتي كه بايد آن را خالي كرد حاضر نباشد و مجبور باشيد در جاي ديگري از فونداسيون ( كه مخلوط مخصوص خود را مي خواهد) تخليه كنيد. همه چيز به هم مي ريزد. وسواسي ها عقيده دارند كه كاميون بايد برگردد اما در عمل اين كار شدني نيست، يكي بخاطر هزينه بالاي حمل و نقل و ديگري ممنوعيت تخليه بتن در محيط زيست به عنوان نخاله.
در حالت بتن پيش ساخته، بعضي از مراحل كار از جمله حمل ونقل، نبايد مشكل ساز شوند و تداوم و تناوب كار يك امر حتمي است. پرداخت هم يك عمليات مهارتي است كه در آن نبايد مشكلي پيش آيد. با اين وجود بعضي اوقات ديده مي شود كه با يك جسم فلزي اقدام به تسطيح سطحي مي كنند كه بايد خوش منظره بوده و نسبت آب- سيمان زيادي در آن بكار رفته است. اين كار منجر به ترك خوردگي و آسيب پذيري دربرابر حملات شيميايي و گرد و خاك خواهد شد.
