بتن خودتراکم

[Construction 4,752]

تعریف بتن خودتراکم

 

بتن خودتراکم بتنی است که تحت وزن خود جاری شده و بدون نیاز به هر گونه لرزاندنی بطور کامل فضای قالب ها را پر کرده و حالت همگن بودن خود را حفظ نماید.

 

 

تاریخچه بتن خودتراکم

 

بتن خودتراکم 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. مقاله ای در مورد این نوع بتن توسط K.Ozawa و همکارانش در سال 1989 منتشر گردید. اولین کارگاه آموزشی معتبر که به بررسی مصالح مورد استفاده در بتن خودتراکم اختصاص داشت در اوت 1998 در دانشگاه تکنولوژی Kochi در کشور ژاپن برگزار گردید و مقالات متعددی در ارتباط با توسعه بتن خودتراکم در دنیا ارائه شد.

 

امروزه بتن خودتراکم همزمان با کشور ژاپن در مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی کشور های اروپایی ، کانادا و آمریکا (تحت عنوان self-consolidating concrete) موضوع بحث، بررسی و اجرای سازه های بتنی است.

 

در ایران نیز استفاده از بتن خودتراکم از چند سال قبل آغاز شده و از مزایای آن بهره گرفته شده است.

 

برای مثال می توان از مصرف بتن خودتراکم در تونل رسالت در تهران نام برد.

در ضمن دستورالعمل هایی نیز مانند (EFNARC) در اروپا، (Brite Eu Ram) در سوئد، (AFGC) در فرانسه، (TC 73/04 , BRL 1801) در هلند و (NCS) در نروژ برای آن تهیه شده است.

خصوصیات بتن خودتراکم

 

(1از3) قابلیت جریان و عبور:

 

توانایی جاری شدن بتن خودتراکم و عبور از تراکم آرماتورها تحت وزن خود را گویند.

 

قابلیتی که در بتن خودتراکم وجود دارد و به واسطه آن می تواند تحت شتاب ثقلی زمین جریان یابد و از تراکم آرماتورها بدون بروز پدیده انسداد و قفل شدگی عبور کند.

عامل تاثیر گذار در قابلیت جریان میزان تنش تسلیم یا به عبارتی دیگر تنش جاری شدگی می باشد.

ماکزیمم تنشی که باید به بتن وارد شود تا در آستانه جریان قرار گیرد تنش جاری شدگی گویند.

هرچه میزان تنش تسلیم بتن تازه کم باشد، بهتر می تواند جریان یابد.

تنش تسلیم بتن نیز تحت تاثیر اصطکاک بین اجزای تشکیل دهنده بتن و ویژگی های خمیر سیمان قرار دارد از این رو با کاهش اصطکاک درونی اجزای تشکیل دهنده، میزان تنش تسلیم نیز کاهش می یابد.

قابلیت عبور بتن تازه تابعی از هر دو پارامتر اساسی تنش تسلیم و لزجت می باشد. لزجت، عامل مقاومت کننده در برابر جریان است. میزان تنش تسلیم و لزجت باید در محدوده ای باشد که بتن توانایی حرکت تحت اثر وزن خود را داشته باشد تا امکان عبور از میان آرماتورهای متراکم را داشته باشد.

از این دیدگاه کاهش تنش تسلیم مطلوب می باشد. از طرف دیگر برای جلوگیری از پدیده قفل شدگی و انسداد باید مخلوط بتن تازه بصورت یک مخلوط معلق و یا اصطلاحا سوسپانسیون باشد تا سنگدانه ها در مخلوط ملات بتن بصورت معلق و غوطه ور بوده و لغزش سنگدانه ها بر روی یکدیگر به آسانی انجام پذیرد. به این ترتیب به هنگام عبور بتن از میان آرماتورها همگنی آن حفظ می گردد.

در صورتی که تنش تسلیم و لزجت بتن بیش از اندازه کاهش داده شود امکان دارد که سنگدانه ها تحت اثر خود ته نشین شده و خمیر سیمان توانایی نگهداری سنگدانه ها را به صورت معلق نداشته باشد.

تنش تسلیم، در شروع به حرکت دانه ها و لزجت در سرعت سقوط آن ها در داخل خمیر سیمان موثر می باشد. به این ترتیب در هنگام عبور بتن از میان آرماتورها سنگدانه ها در یک بخش تجمع کرده و امکان قفل شدگی و انسداد وجود خواهد داشت.

خصوصیات بتن خودتراکم

 

(2از3) قابلیت پرکنندگی:

 

توانایی بتن خود تراکم در در داشتن تغییر شکل عالی در هنگام عبور از میان آرماتور ها که به واسطه آن می تواند تمام سطح قالب را بطور همگن و یکنواخت پرکند و سطحی همتراز با افق بسازد.

 

قابلیتی که در بتن خودتراکم وجود دارد که به واسطه آن می تواند در برخورد با تراکم آرماتورها توانایی تغییر شکل آلی داشته باد و تمام سطح قالب را به صورت یکنواخت پر کند و در نهایت سطحی که می سازد همتراز با افق باشد. برای دست یابی به توانایی پرکنندگی مناسب بتن خودتراکم، باید بتوان تا حد امکان اصطکاک بین ذرات تشکیل دهنده بتن را کاهش داد. یکی از راه های کاهش میزان اصطکاک استفاده از سنگدانه هایی است که تا حد امکان گرد گوشه باشند تا لغزش آنها بر روی یکدیگر آسانتر انجام پذیرد. همچنین افزایش فاصله بین ذره ها توسط کاهش میزان سنگدانه و افزایش حجم خمیر سیمان احتمال برخورد سنگدانه ها با یکدیگر را کاهش می دهد. برای داشتن خمیر سیمان با توانایی تغییر شکل عالی استفاده از فوق روان کننده ها ضروری است. اثر فوق روان کننده ها در کاهش تنش تسلیم و همچنین کاهش محدود در لزجت خمیر می باشدکه نتیجه آن افزایش توانایی پرکنندگی است. از سوی دیگر لزجت بتن بر سرعت جریان یافتن بتن تازه تاثیر می گذارد و تاثیر چندانی بر قابلیت جریان یافتن بتن و پرکنندگی آن ندارد.

 

خصوصیات بتن خودتراکم

 

(3از3) قابلیت پایداری

 

مقاومت بتن خودتراکم در برابر وقوع انواع جداشدگی و بروز پدیده انسداد و قفل شدگی و حفظ همگنی خود در تمام مراحل ساخت و اجرا و بتن ریزی را گویند.

 

قابلیتی است که بتن خودتراکم را در برابر وقوع انواع جداشدگی های محتمل حفظ می کند و عامل یکپارچگی آن در کلیه مراحل ساخت، حمل، بتن ریزی و تراکم می شود. انواع ناپایداری های محتمل در بتن تازه شامل جداشدگی خمیر سیمان از مخلوط بتن، آب انداختگی، جداشدگی درشت دانه ها از مخلوط بتن، بروز پدیده انسداد و ته نشین شدن سنگدانه بعد از بتن ریزی و مواردی نظایر آن می باشد. قابلیت پایداری بتن همواره در دو حالت قبل از عملیات بتن ریزی و بعد از آن بررسی می شود که بطور کلی راهکارهای زیر برای افزایش پایداری بتن توصیه می شود:

الف- به حداقل رساندن نسبت آب به سیمان و کاهش آب آزاد به منظور جلوگیری از آب انداختگی که با استفاده از مواد پودری با سطح مخصوص بالا و درصد مناسب فوق روان کننده انجام می گیرد. آب آزاد، آبی است که چسبیده به ذرات جامد نیست و می تواند در مخلوط مستقل از ذرات حرکت کند.

ب- استفاده از مواد قوام آور مناسب جهت افزایش لزجت خمیر سیمان به منظور غلبه بر جداشدگی خمیر سیمان و افزایش قابلیت خمیر سیمان در نگهداری سنگدانه ها به صورت مخلوط معلق در زمان بعد از عملیات بتن ریزی.

ج- استفاده از ریز پرکننده های مناسب و ایجاد فاصله ای یکپارچه بین ذرات جامد جهت جلوگیری از جداشدگی سنگدانه با توجه به تحقیقات انجام شده و موارد اشاره شده، ملاحظه می شود که زمانیکه مقدار تنش تسلیم زیاد و لزجت خمیری کم باشد، پدیده جداشدگی به وجود می آید. در مقابل اگر مقدار تنش تسلیم و لزجت خمیری زیاد باشد، جداشدگی پدید نمی آید ولی در این حالت بتن دچار ضعف در کارایی می شود. لذا می توان یک منطقه بهینه از مقدار تنش تسلیم و لزجت خمیری تعریف نمود که در آن ناحیه خطر جداشدگی کاهش یافته و کارا مواد مورد نیاز برای ساخت بتن خودتراکم

 

 

مواد مورد نیاز برای ساخت SCC به شرح زیر است:

 

سیمان

نوع و مقدار سیمان بر اساس خواص و دوام مورد نیاز تعیین می گردد.

معمولا مقدار سیمان در بتن خود تراکم بین kg/m3 450-350 است.

 

سنگدانه درشت

تمام سنگدانه های درشت که برای بتن معمولی استفاده می شود، قابل مصرف در SCC است.

اندازه حداکثر معمولا بین mm 20-16 است.

بطور 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 می گردد.

 

سنگدانه ریز

تمام سنگدانه ها ی ریز که برای بتن معمولی استفاده می شود، برای SCC نیز مناسب است. هر دو نوع ماسه شامل شکسته و گردگوشه قابل استفاده می باشد.

 

مواد افزودنی معدنی

انواع مواد افزودنی معدنی یا پوزولان ها را می توان در SCC مصرف کرد. این مواد برای بهبود خواص بتن تازه و یا بتن سخت شده و دوام مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله این مواد می توان میکروسیلیس، سرباره و روباره را نام برد.

فوق کاهنده آب

فوق کاهنده آب یا فوق روان کننده ها از مواد بسیار مهم برای ساخت SCC محسوب می شوند.

 

مواد اصلاح کننده ویسکوزیته

مواد اصلاح کننده برای افزایش مقاومت جداشدگی در SCC مصرف می شود. استفاده از این مواد نه تنها ویسکوزیته مخلوط را افزایش می دهد بلکه اثر تغییر در آب مخلوط را کاهش می دهد. به هر حال مخلوط های بتن خودتراکمی که عملکرد عالی پایداری از خود نشان می دهند و از سطح کافی ویسکوزیته برخوردارند تا از جدا شدگی جلوگیری کنند، نیاز به مواد اصلاح کننده ویسکوزیته ندارند.

 

فیلرها

به دلیل الزامات رئولوژی خاص SCC، هر دو مواد افزودنی فعال و خنثی برای بهبود کارایی و همچنین برای تعادل در مقدار مصرف سیمان، مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از فیلرها مانند پودر سنگ گرانیت سبب پایداری مخلوط بتن خودتراکم می شود، در نتیجه می توان جایگزین مواد اصلاح کننده ویسکوزیته مصرف نمود. اندازه فیلرها معمولا کمتر از 0/125mm استیی بتن به مقدار مطلوب می رسد.

 

برگرفته از: طرح پژوهشی بررسی خواص مکانیکی بتن خودتراکم تقویت شده با الیاف نایلون

نویسندگان: محمدحسین متین پور - عطا اشرفی - امین داداشی