مقاله فناوری نوین در ساخت و ساز ( بتن توانمند خود تراکم )

بخشی از مقاله

چکیده :

بتن خود تراکم یکی ازدستاوردهای نوین تکنولوژی بتن بوده است که سالها دراروپا .آمریکا وژاپن مورداستفاده قرارگرفته وروز به روز کاربرد خویش رابین مهندسین پیدا میکندبتن خود تراکم بتنی است باروانی وکارایی بسیار بالا که تحت اثروزن خود وبدون صرف هیچگونه انرزی متراکم میشود . این بتن به راحتی دراعضای سازه ای جای گرفته ودرمواردی که ویبره کردن درآن محل کاردشواری است از این بتن درکاربسیار تسهیل حاصل میشود علیرغم چندین سال استفاده از ایننوع بتن در کشورهای پیشرفته لیکن درایران کاربرد چندانی ندارد وکمتر به آن توجه شده است .

دراین مقاله درابتدا به معرفی بتون خود متراکم پرداخته ومزایای استفاده از آن وبکارگیری روان کننده ها دربتن خود تراکم وطرح مخلوط این بتون مورد استفاده قرارگرفته ودرپایان باذکر مشکلات موجود دربکارگیری ازبتن خود تراکم درایران پرداخته شده است. نظریه بتنی که خودش متراکم میشود واحتیاج به تراکم توسط ویبراتور ندارد به عنوان راه حلی برای رفع مشکل دوام سازه های بتنی توسط اکامورا درسال 1986 پیشنهاد گردیده وتحقیقات برای گسترش این نوع بتن توسط ازاوا وماکاوا دردانشگاه توکیو به انجام رسید اکامورادرخلال تحقیقات خود دریافت که علت کاهش دوام میزان کارایی بتن درسازه هاعدم یکپارچگی وعدم همگنی درهنگام بتن ریزی میباشد.

با تولید وتوسعه این نوع بتوناکامورا ضعف دوام کارایی بتون راتا اندازه ای برطرف نمودواوزاوا درادامه تحقیقاتخود به این نتیجه رسید که بابه کارگیری فوق روان کننده وموادی نظیر روباره وخاکستربادی به عنوان جایگزین بخشی ازسیمان میتوان مقاومت دربرابر جداشدگی بتن خود تراکمراکنترل نمود وبه میزان جریان پذیری بتن افزود.وی میزان 10تا20 درصدخاکستربادیو25تا45 درصد روباره رابه نسبت وزنی سیمان بهینه ترین مقدار برای افزایش جریان پذیری وپیشرفت مقاومتی بتون پیشنهاد نمود.[ 6 ]

تاکنون هیچ روش استانداردی برای طرح اختلاط بتن خود تراکم صورت نگرفته وتماممراکز تحقیقاتی وشرکت های تولید کننده بتن براساس روشهای پیشنهادی خود اقدام بهساخت بتن خود تراکم می نمایند. مهندسی طراح باانتخاب مقادیر تشکیل دهنده مناسب و تعیینمیزان نسبی آنها اقدام به ساخت بتن خود تراکممینماید مهندس طراح باانتخاب مقادیر تشکیلدهنده مناسب وتعیین میزان نسبی آنها اقدام به ساخت بتنی می نماید که تا حد ممکناقتصادی بوده وعین حال کارایی دوام ومقاومت لازم راداشته باشد در تهیه بتن خود تراکمطرح اختلاط بایستی طوری تعریف شود واجزا به صورتی بایکدیگر ترکیب گردندکه بتن بدون هرگونه جداشدگی سنگدانه ها وآب انداختگی با مشخصات ازپیش تعیینشده برای بتن تازه وسخت شده دست آید.

آشنایی بابتون خود تراکم:

بتون خودمتراکم بتونی است که به خودی خود وبدون صرف هیچگونه انرژی خارجیوتحت اثر وزن خود متراکم میشود. این بتن با روانی وکارایی بسیار بالا به راحتی درلابه لای سازه قرار میگیرد . درواقع نیازی به ویبره کردن ندارد واز مزایای این بتنحداقل تفاوت بین بتن آزمایشگاهی وکارگاهی رامیتوان ذکر کرد لازم به ذکر است بتنخود تراکم با بتن هایی که درگذشته باروانی بالا کابرداشته اند تفاوت اساسی داردچرا که درگذشته بابالا بردن نسبت آب با سیمان این امرمیسرمیشده که مضرات زیادیبرای بتن دارد.

بتن خود متراکم بتنی است که باحفظ نسبت آب با سیمان و اضافه کردنافزودنی هایی مانند میکروسیلیس - خاکستر بادی - انواع فوق روان کننده وتغییراتیدردانه بندی به این دست می یابیم. [ 3 ] لازم به ذکر است که نسبت آب به سیمان در مقاومت ودوام بتن رابطه معکوس دارد هرچه نسبت آب به سیمان کمتر باشد مقاومت بتن بیشتر خواهد بود. این بتن به راحتی توانایی پر کردن شبکه هایی با آرماتوربندی پیچیده راداراست وحتی درجاهایی که دسترسی به آنها دشوار است به راحتی عبور میکند.

مزایای استفاده از بتن خود متراکم :

مهمترین مزایای استفاده از بتن بتن خود تراکمعبارتند از: B آزادی عمل بیشتر درطراحی به دلیل کارایی بالا

B کاهش نیروی انسانی درمحل به علت عدم نیاز به ویبره B کاهش زمان ساخت بهدلیل عدم نیاز به ویبره 

B کاهش مصرف انرژی به علت عدم نیاز به هزینه وانرژی که برای ترکم بتن لازم است. [ 5 ]

Bامکان اجرای سازه های بتنی ظریف وسنگین انتخاب مقطع میلگردهای فشرده

Bایمنی بیشتر محیط کار به علت استفاده از نیروی انسانی کمتر

Bافزایش دوام به علت کاهش نفوذپذیری به دلیل استفاده ازمواد ریزتر

Bگسترش معماری به دلیل قابلیت ایجاد سطوح نازکتر وپیچیده تر درسازه های بتنی

Bافزایش طول عمر قالب به دلیل عدم نیاز به ویبره خارجی

B کاهش امواج صوتی بدلیل عدم عملیات ویبره

B پوشش سطحی بتن بهتر

Bصرفه جویی اقتصادی باتوجه به کاهش نیروی انسانی لازم وزمان ساخت

B اجرای سازه های بتنی ویژه مانند بتن ریزی درزیر آب کاربردهای بتن خود متراکم:

بتن خود متراکم مزایایی دراجرای موارد خاصی از سازه های بتنی دارد که به نمونه هایآنها اشاره میشود:

-5-1 سازه های بتنی معماری - هنری که نیاز به ظرافت خاصی بامیلگردگذاری فشرده دارد.

-5-2 پل ها با دهانه های بزرگ که به دلیل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرایی آنها بابتنمعمول امکان پذیر نمیباشد ودرقسمتی استفاده از بتن های معمول موجب قطورشدن اندازهپایه ها ونازیبایی سازه میگردد.

-5- 3 تونل های شهری وآبی که درآنها مسافت طولانی انتقال بتن معمولی و فقط کیفیت وتراکم آن از مشکلات مهم اجرایی است.

-5-4 ساختمان های بلند وبرج ها

-5-5 ستون ها ودیوارهای بلند بامیلگرد های متراکم

-5-6 ستون های بتن ریزی شده باپمپ

-5-7 بتن ریزی بلوک های بتنی

-5-8 بتن ریزی کف ها وسطوح افقی

-5-9 بتن ریزی درسازه های زیر آبی [ 4 ] ویژگی های وپارامترهای خاص بتون خود متراکم

این بتن میتواند برای ساخت هرنوع سازه باویژگی های مطلوب دوام مقاومت و....بهکاررود به لحاظ مقاومت فشاری کششی مدول الاستیسیته و ...... بابتن معمولی فرق نمیکندوتمامی پارامترهاوفرمول های طراحی بتن معمولی اینجا نیز کاربرددارد. بدلیل استفادهازمقادیرزیادمواد پودری انتقباض خمیری وخزش بیشتری رانسبت به بتن معمول انتظارداریم لذاسرعت درشروع عملیات عمل آوریدر بتن خود تراکم یک امرضروری است . کارایی بتن خود تراکم با3 پارامتر زیر تعریف میشود. 

B قابلیت پرکنندگی : توانایی بتن خود تراکم برای پرکردن وجای گرفتن آساندرلابه لای آرماتوربندی سازه وتمام فضاهای قالب تحت اثروزن خودB قابلیت روانی یا گذردهی توانایی بتن خود تراکم برای جاری شدن وعبور آسان ازبین فضاهای کوچک وشبکه آرماتور بدون توقف ویا جداشدگیB پایداری : توانایی بتن خود تراکم برای یکنواخت وحفظ همگن ومقاومت دربرابرجداشدگی درطول حمل قالب ریزی وبتن ریزی دانه بندی بتنی رافقط میتوان بتن خود تراکم نامید کههرسه پارامتر فوق راارضا نماید. روانیبتن خود تراکمعمدتا توسط فوق روان کننده ها کنترل میشود ولی استفاده بیش ازحد آنهامیتواند منجر به خطر جداشدگی دانه بندی ویاتوقف بتن شود بدلیل خواص روانی زیادبتن خود تراکم خطر جداشدگی دانه بندی وتوقف زیاد بوده وتوجهات خاص را می طلبد. [ 1 ] مواد تشکیل دهنده بتون خود متراکم:

6-1 سنگدانه ها:

حداکثر اندازه سنگدانه به کاررفته دراین نوع بتن بستگی به کاربرد عملی آن دارد ولیعموما حداکثر اندازه آن به20 mm محدود میشود. سنگدانه ها به دودسته تقسیم میشوند. B ماسه: تمامی ماسه های متدوال درتولید بتن معمولی دراین صنعت نیز به کارمیرودهردونوع ماسه شکسته یا گرد گونه اعم از سیلیس ویا آهکی میتواند مورداستفاده قرارگیرد. ذرات ریزتر از / 125 mm که بعنوان پودرتلقی میشود برخواص روانیبتن خود تراکمبسیارموثر بوده وبه منظور تولید یکنواخت رطوبت آن باید دقیقا کنترل شود .حداقل میزان ریزدانه ها - ازماسه تامواد چسبانده پودری - به منظورجلوگیری ازجداشدگی دانه بندی ضروریاست.

B شن:تمامی انواع درشت دانه ها دراین جا بکارمیرودولی حداکثر اندازه معمولی دانه16-20 Mm میباشد به هرحال سنگدانه های تاحدود 40 mm نیز میتوانددربتن خود تراکم بکاررود. استفاده ازسنگدانه های شکسته سبب افزایش مقاومت بتن خود تراکم - به دلیل افزایش قفل وبست بین ذرات - میشود درحالیکه سنگدانه های گردگونه بدلیل کاهش اصطکاک داخلیروانی آن رااصلاح میکنند .

استفاده از دانه بندی گسسته به طور معمول به دلیل کاهشاصطکاک داخلی وافزایش روانی نسبت به دانه بندی پیوسته مطلوب تراست. [3] 6-2 سیمان: بطور کلی تمتمی انواع سیمان های استاندارد می تواند دربتن خود تراکم به کار رودانتخاب نوع سیمان بستگی به پارامترهای مورد انتظار بتن مثل مقاومت ودوام و......دارد. دامنه عمومی میزان مصرف سیمان بین 350 - 450 کیلوگرم برمتر مکعب میباشد. میزان بیشتر از500 kg/ m میتواند سبب افزایش خطر جمع شدگی شود. میزان کمتراز350kg/m نیز فقط درصورتی قابل قبول میباشد که به همراه مواد پوزولانی خاکسترهابادی به کاررود.

-6-3 افزودنی ها:

پتانسیل کاهش هزینه های سیمان وبطور کلی کاهش هزینه های نیروی انسانی وانرژیجهت تولید بتن عامل اصلی حمایت درتولید وتوسعه افزودنی هاست وموادی هستند کهبه منظور ایجاد ویا بهبود خواص مقتضی با بتن تازه یا سخت شده درحین ساخت بتن بهآن افزوده میشود.

-6-3-1 فیبر :

فیبرهای رایج مصرفی عموما پلیمری یافلزی میباشد نحوه کاربرد آن دربتن خود تراکم همانند بتن معمولی است . فیبرهای فلزی به منظور افزایش مقاومت مکانیکی بتنمانند افزایش مقاومت خمشی ویا سختی به کارمیرودفیبرهای پلیمری ممکن است به منظور کاهش جداشدگی دانه بندی وکاهش انقباض خمیری یا به منظور افزایش مقاومت دربرابر اتش به کار روند. بطور کلی فیبرهای بسیار ریز مصنوعی ممکن است مانع روانی بتن شوند لذا مقدار آننباید از1 kg/m تجاوز کند.

-6-3-2 فوق روان کننده ها:

درتولید بتن بدون انرژی ترکیبی از افزودنی های روان کننده که دارای خاصیت جانبیافزایش مقاومت زودرس وافزایش دوام میباشد.توسعه افزودنی نوین باخاصیت مقام دهیزود رس برای مخلوطهای بتن خود متراکم را امکان پذیر نموده است.

B فوق روان کننده های - میزان درجه ویسکوزتیه - درهمگن وعدم جداشدگی نقشمهمی ایفا میکند.

B فوق روان کننده های هوازابرای بهبود درمقابل سیلک های ذوب یخ کاراییدیر گیر کننده وبرای کنترل گیرندگی و.....

B فوق روان کننده های - روان کننده هایی که کاهنده آب درمیزان متوسط رادارا هستند - وقابلیت های جانبی به بتن می دهند نظیر:

-1  قابلیت پرداخت افزایش میدهد

-2  قابلیت پمپاژ

-3  استقرار بدون ویبره

ویژگیهای افزودنی های MRWR ویژگیهای گیرایی کنترل شده - کارایی عالی -کارپذیری- قابلیت پمپاژ- پرداخت افزایش یافته- مقاومت دهی اولیه وافزایش یافته -حفظ یکپارچگی و...... میباشد. لازم به ذکراست نقش روان کننده ها درطرح اختلاط آن است که باعث جدایی دانه های سیمان ازیکدیگر میشوند که سبب میشود دانه های سیمان به صورت گسترده دربتن درحال میکس پخش شوند وروان کننده ها از این طریق باعث کم کردن نسبت آب به سیمانشده نه آنکه اصطکاک لین سنگ دانه ها باهم میشوند . فوق روان کننده ها اگر از میزانماکزیمم بیشتر استفاده شوند باعث میشوند چسبندگی بتن ازبین برود وباعث عدم گیراییمیشوند.

-6-3-3 پودر سنگ:

پودرسنگ- دولمیت - گرانیت خرد شده ریز که میزان اندازه انها از اندازه ماسه هاD</125 میباشد وفواید زیادی از جمله پر کردن منافذ خالی ودر دوام ومقاومتایفا میشود ودربتن خود متراکم نقش اساسی ایفا میکند. پودرسنگ دولومیت دوام بتن رادرمقابل واکنش های قلیایی کربنات ها افزایش میدهد.

-6-3-4 خاکستر بادی:

ماده ای است غیرآلی باخصوصیات پوزولانی که تاثیر زیادی در بهبود خواص بتنهمانند پایداری راداراست.

-6-3-5 میکروسیلیس:

میکروسیلیس دربتن بتن خود تراکمباعث سیالیت بالای بتن شده ودوام بتن را نیز افزایشمیدهد ونقش های مهمی در چسبندگی وپراکندگی درتوسعع بتن باعملکرد بالا دارد.میکروسیلیسدارای حدود 90درصد دی اکسید سیلیس میباشد.

-3-3-6 نانو سیلیس:

محلول نانو سیلیس که اندازه ذرات آن درابعاد نانومتری میباشد محلول نانو سیلیسمتشکل ازذراتی است گلوله ای متشکل که باقطر کمتر از100 mm یا به صورتذرات خشک پودر یابه صورت معلق درمایع قابل انتشار میباشد. محلول نانو سیلیس یکی از محصولات شیمیایی جدید می باشد. نانو سیلیس معلقکاربردهایی چند منظوره از خود نشان میدهد مانند خاصیت مند سایش - خاصیتمند لغزش - ضد حریق -ضد انعکاس سطوح اجزاشکل . [ 2] -6-4 آب مخلوط : مطابق استاندارد بتن های معمولی بکار میرود.

طرح اختلاط بتن خود متراکم:

از آنجایی که خصوصیات بتنهای دارای فوق روان کننده ها بستگی زیادی به آب وسیماندارد وطرح اختلاط دارد طرح اختلاط این بتنها از اهمیت خاصی برخورداراست .بایددراستفاده از فوق روان کننده ها ونسبت استفاده آنها دقت زیادی نمود این مواد میتوانندتاثیرزیادی روی چسبندگی مخلوط داشته باشند وبه خصوص درمواردی که ازروان کننده هاهم تعداد زیادی استفاده میشود. طرح اختلاط بتن خودمتراکم ازهمان طرح اختلاط بتنمعمولی خبر داده است .