بتن خود تراکم از تئوري تا توليد

چکیده
تراکم کامل بتن و جاگیری مناسب آن در قالب از مهمترین نکات در اجرای صحیح سازه های بتنی می باشد. متراکم نمودن بتن با استفاده از روشهای معمول یعنی استفاده از ویبراتورها مشکلات متعددی از جمله جداشدگی دانه ها، شن‌نماشدن بعضی نقاط را به همراه دارد.
بتن خودتراکم راه حل بسیار مناسبی برای مقابله با این مشکلات است که اولین بار در دهه گذشته توسط دانشمندان ژاپنی ابداع گردید.
سطح تمام شده بهتر، اطمینان از تراکم بتن بدون استفاده از ویبراتور، افزایش سرعت اجرا و کاهش نیروی انسانی مورد نیاز برای اجرا، از جمله مزایای بتن خودتراکم می باشد.
در این مقاله علاوه بر معرفی کلی بتن خودتراکم و خواص آن آزمایشات مربوطه به صورت کامل تشریح گردیده است.
۱- مقدمه

يکي از نکات مهم در اجراي صحيح سازه هاي بتني تراکم کامل بتن و جا گيري مناسب آن در قالب مي باشد . اين مسأله در مورد المان هايي همچون ديوار برشي و ستون که در آنها فشردگي آرماتور زياد و ابعاد مقطع بتن ريزي کوچک مي باشد از اهميت بيشتري برخوردار است.
استفاده از ويبراتور جهت متراکم کردن بتن، مشکلات زيادي به همراه دارد که از جمله آنها مي‌توان به موارد زير اشاره نمود :
• جداشدگي دانه بندي بتن به علت ويبره زياد در بعضي مناطق

• تراکم ناهمگن در نقاط مختلف سازه و در نتيجه مقاومت فشاري متفاوت در مقاطع مختلف سازه
• گير کردن شيلنگ ويبره بين آرماتورها در حين اجرا
• کرمو شدن بعضي مناطق به علت غيرقابل دسترس بودن
• کرمو شدن نقاطي از سطح بتن به علت ويبره بيش از حد و فرار شيره بتن
جاگیری ناقص بتن در قالب

به موارد فوق بايد آلودگي صوتي و خطرات جاني عمليات ويبره در مورد ديوارها و ستونهاي بتني را نیز افزود.
بتن خود تراکم راه حلي است که امروزه جهت رفع اين مشکلات و همچنين رسيدن به بتني با کيفيت بالاتر مطرح مي باشد .
نظريه بتن خود تراکم که انقلابي در زمينه تکنولوژي بتن ناميده شده است اولين بار توسط پروفسور حجيم اکمورا از دانشگاه کوجي ژاپن در سال ۱۹۸۶ مطرح گرديد .
درسال ۱۹۸۸ اين نظر تکميل و براي اولين بار بتن خود تراکم ساخته شد .

درسال ۱۹۸۹ اولين مقاله درباره بتن خود تراکم در دومين کنفرانس مهندسي سازه و ساختمان آسياي شرقي ارائه شد .
امروزه بتن خود تراکم در پروژه هاي مختلف عمراني در سطح دنيا مورد استفاده قرار مي گيرد همچنين آزمايشات تحقيقي و پژوهشي در اين زمينه ادامه دارد .

۲- آشنايي کلي با بتن خود تراکم
بتن خود تراکم بتني است که بدون اعمال هيچگونه انرژي خارجي و تحت اثر وزن خود متراکم گردد. اين بتن که ماده اي بسيار سيال و روان و مخلوطي همگن است ، بسياري از مشکلات بتن معمولي نظير جدا شدگي ، آب انداختن ، جذب آب ، نفوذپذيري و …را رفع نموده و علاوه بر اين بدون نياز به هيچ لرزاننده (ويبره) داخلي يا ويبره بدنه قالب تحت اثر وزن خود متراکم مي شود.

اين بتن به راحتي توانايي پر کردن قالب در محل شبکه هاي آرماتور فشرده را دارا مي باشد و حتي در جاهايي که دسترسي به آنها دشوار است به راحتي عبور مي کند .
بتن خود تراکم در طرح اختلاط و ساختارش تفاوت عمده اي با بتن معمولي ندارد . البته مواد خاصي جهت نيل به مشخصات ويژه اين بتن در توليد آن مورد مصرف قرار مي گيرد. اين مواد عمدتاً شامل فوق روان کننده ها، مواد مضاف پوزولاني و فيلرها (پودر سنگ با قطر دانه های ريزتر از ۱۲۵ میکرون) مي باشند. همچنين ملاحظات خاصي در مورد دانه بندي سنگدانه هاي مورد مصرف در اين نوع بتن در نظر گرفته مي شود .

مزاياي استفاده از بتن خود تراکم به شرح زير مي باشد :
• اطمينان از تراکم بخصوص در مقاطعي که کاربرد لرزاننده دشوار است .
• جاگيري آسانتر در قالب
• سطح تمام شده بهتر
• کاهش نيروي انساني

• اجراي سريعتر خصوصاً در مورد مقاطع ديوار و ستون
• آزادي عمل بيشتر در طراحي (امکان ايجاد مقاطع نازک تر )
• کاهش آلودگي صوتي ناشي از عمليات ويبره
سطح تمام شده بتن خود تراکم در مقایسه با بتن معمولی

۳- مواد تشکيل دهنده بتن خود تراکم
۳-۱- سنگدانه :
سنگدانه ها به دو دسته تقسيم مي شوند :

۳-۱-۱- ماسه :
تمامي ماسه هاي متداول در توليد بتن معمولي در اين صنعت نيز به کار مي رود . هر دونوع ماسه شکسته و يا گرد گوشه اعم از سليسي و يا آهکي مي تواند مورد استفاده قرار گيرد . ذرات ريزتر از

۱۲۵ میکرون که به عنوان ” پودر” تلقي ميشوند، برخواص رواني بتن خود تراکم بسيار مؤثر بوده و به منظور توليد بتن يکنواخت ، رطوبت آن بايد دقيقاً کنترل شود. حداقل ميزان ريزدانه ها (از ماسه تا مواد چسباننده پودري ) به منظور جلوگيري از جداشدگي دانه‌بندي از مقدار شخصی نباید کمتر باشد.

۳-۱-۲- شن (درشت دانه ها ) :
تمامي انواع درشت دانه در اينجا به کار مي رود، ولي حداکثر اندازه معمولي دانه ها ۱۶ تا
۲۰ ميلي‌متر مي باشد . به هر حال سنگدانه هاي تا حدود ۴۰ میلی متر نيز مي تواند در بتن خود تراکم به کار رود.استفاده از سنگدانه هاي شکسته سبب افزايش مقاومت بتن خود تراکم(بدليل افزايش قفل و بست بين ذرات) مي شود در حاليکه سنگدانه هاي گرد گوشه بدليل گوشه بدليل کاهش اصطکاک داخلي رواني آن را بهبود مي بخشد .

۳-۲- سيمان :
به طور کلي تمامي انواع سيمان هاي استاندارد مي تواند در بتن خود تراکم به کار رود . انتخاب نوع سيمان بستگي به پارامترهاي مورد انتظار بتن مثل مقاومت ، دوام و … دارد .
دامنه عمومي ميزان مصرف سيمان در اينجا ۳۵۰ تا ۴۵۰ کيلوگرم در مترمکعب مي باشد . ميزان بيشتر از ۵۰۰ مي تواند سبب افزايش خطر جمع شدگي شود . ميزان کمتر از ۳۵۰ نيز فقط در صورتي قابل قبول مي باشد که به همراه مواد پوزولاني ، خاکسترهاي بادي ، دوده سيليسي و … به کار رود .
حضور بيش از ۱۰% ميزان در سيمان مي تواند سبب کاهش نگهداشت کارايي بتن گردد .

۳-۳- مواد مضاف :
مصالح بسيار ريز غير آلي هستند که به منظور بهبود و يا ايجاد خواص مشخص در بتن به آن افزوده مي شوند .اين مواد باعث بهبود کارايي ، کاهش حرارت هيدراتاسيون و عملکرد بهتر بتن در دراز مدت مي گردند .
مواد مضاف عمومي مورد استفاده عبارتند از :

۳-۳-۱- پودر سنگ :
ذرات شکسته بسيار ريز (کوچکتر از ۱۲۵ میکرون) سنگ آهک، دولوميت و يا گرانيت است که به منظور افزايش مواد پودري به کار مي رود . استفاده از پودرهاي دولوميتي، بدليل واکنش هاي کربنات قليايي مي تواند دوام بتن را با مشکل مواجه نمايد .
۳-۳-۲- خاکستر بادي :
ماده اي است که از سوختن زغال سنگ حاصل مي شود و داراي خصوصيات پوزولاني است که در بهبود خواص بتن خيلي مؤثر مي باشد .

۳-۳-۳- ميکرو سيليس
ميکرو سيليس در بتن خود تراکم باعث سياليت بالاي بتن شده و دوام بتن را افزايش مي دهد و نقش مهمي در چسبندگي و پرکنندگي بتن با عملکرد بالا دارد. ميکروسيليس داراي حدود ۹۰ درصد دي اکسيد سيليس مي باشد .

ذکر اين نکته ضروري مي نمايد که استفاده از پرکننده در هر کشوري با توجه به ذخائر همان کشور تعيين مي شود. براي مثال در کشورهاي اروپايي که هنوز از زغال سنگ به عنوان سوخت کربني استفاده مي شود به کاربردن خاکستر بادي امري بهينه و مفيد است، در کشورهايي که به لحاظ صنعت ذوب آهن در مرحله صنعتي قراردارند ، ميتوان از سرباره کارخانجات ذوب آهن استفاده نمود در کشور ما نيز با توجه به در دسترس بودن و همچنين کارآيي آن پرکننده، بايد به دنبال ماده اي مناسب و مقرون به صرفه براي جايگزيني فيلرهاي مرسوم در صنعت بتن خود تراکم اروپايي باشيم .

۳-۴- مواد افزودني :
موادي هستند که به منظور ايجاد و يا بهبود خواص مشخصي به بتن تازه و يا سخت شده در حين ساخت بتن به آن افزوده ميشوند. استفاده از فوق روان کننده ها براي توليد بتن خود تراکم به منظور ايجاد کارآيي مناسب، ضروري مي باشد. از انواع ديگر مواد افزودني ميتوان به عامل اصلاح لزجت (V.M.A) به منظور اصلاح لزجت، مواد افزودني حباب زا (A.E.A) به منظور بهبود مقاومت در برابر يخ زدگي و آب شدن، کندگير کننده ها به منظورکنترل گيرش و . . . اشاره نمود .
استفاده از V.M.A در حضور پودرها امکان جدا شدگي دانه بندي را کاهش داده و مخلوط را يکنواخت‌تر مي‌کند ولي در استفاده از آن بايد به اثرات آنها برروي عملکرد بلند مدت بتن توجه داشت‌.
استفاده از فوق روان کننده ها مي تواند تاحدود ۲۰% مصرف آب را کاهش دهند .

۳-۵- آب مخلوط :
مطابق استاندارد بتن هاي معمولي به کار مي رود .

۴- خصوصيات ويژه بتن خود تراکم
اين بتن مي تواند براي ساخت هر نوع سازه با ويژگيهاي مطلوب دوام ، مقاومت و … به کار رود . به لحاظ مقاومت فشاري ، کششي ، مدول الاستيسيته و . . . با بتن هاي معمولي فرق نمي کند و تمامي پارامترها و فرمول هاي طراحي بتن معمولي اينجا نيز کاربرد دارد . بدليل استفاده از مقادير زياد مواد پودري ، انقباض خميري و خزش بيشتري را نسبت به بتن معمولي انتظار داريم لذا سرعت در شروع عمليات عمل آوری در بتن خود تراکم يک امر ضروري است .

جهت بررسي خواص بتن تازه مهمترين فاکتورمطرح، رواني بتن مي باشد که عموماً بوسيله آزمايش اسلامپ سنجيده مي شود ولي در مورد بتن خود تراکم بايد فاکتورهاي بيشتري مورد بررسي قرار گيرد تا از توانايي بتن ساخته شده جهت تراکم خودکار اطمينان حاصل شود ، اين پارامترها به شرح ذيل مي باشد:
– روانی
– توان عبور
– مقاومت در برابر جدا شدگي
– لزجت (ويسکوزيته)

۴-۱- روانی
به قابلیت جریان یابی روان و آسان بتن تازه وقتی مانعی بر سر راه آن نباشد، روانی گویند این ویژگی با آزمایش جریان اسلامپ سنجیده می شود.

۴-۲- توان عبور :
به توانايي بتن خود تراکم در جاري شدن وعبور از بين فضاي کوچک شبکه آرماتور بدون توقف يا جدا شدگي توان عبور گويند .
اين ويژگي با آزمايش جعبه L سنجيده مي شود .

۴-۳- مقاومت در برابر جدا شدگي :
به توانايي بتن خود تراکم براي يکنواخت و همگن ماندن، طي مراحل حمل و بتن ريزي گويند .
مقاومت در برابر جدا شدگي به وسيله آزمايش پايايي الک سنجيده مي شود .

۴-۴- لزجت (ويسکوزيته)
به خاصيتي که باعث مقاومت دربرابر جاري شدن سريع بتن مي گردد گويند . بتن داراي لزجت پايين به سرعت جريان مي يابد و توقف مي کند ولي بتن با لزجت زیاد مدت زمان بيشتري حرکت مي کند تا متوقف شود .
اين ويژگي بوسيله آزمايش قيف V سنجيده مي شود .
روش سنجش خواص کارآيي بتن خود تراکم
رديف ويژگي مورد سنجش نام آزمايش
۱ روانی جريان اسلامپ
۲ توان عبور جعبه L
3 مقاومت در برابر جدا شدگي پايايي الک
۴ لزجت (ويسکوزيته ) قيف

۵- آزمايشات بتن خود تراکم
در اينجا به اختصار اشاره اي به روش انجام آزمايشات مربوط به خواص بتن خود تراکم مي گردد .

۵-۱- آزمايش جريان اسلامپ
آزمايش جريان اسلامپ به منظور تعيين آزادي حرکت بتن خود تراکم در سطح افق به هنگام نبود مانع صورت مي گيرد. اساس آزمايش بر اصولي استوار است که آزمايش اسلامپ معمولي برآن بنا نهاده شده است . قطر دايره اي که بتن پس از پخش شدن مي سازد ، معيار سنجش قابليت پرکنندگي بتن خواهد بود . نتايج اين آزمايش هيچ اشاره اي به توانايي گذشتن بدون انسداد بتن از خلال موانع ندارد، اما مي تواند ملاکي براي ارزيابي مقاومت در برابر جدا شدگي نيز باشد .

روش انجام آزمايش :
حدود ۶ ليتر بتن مورد نياز است . ابتدا بدنه ي داخلي مخروط اسلامپ را تر کنيد . سپس صفحه فلزي را روي سطح متعادلي محکم کنيد . استوانه در مرکز صفحه قرار گرفته و داخل آنرا به کمک پيمانه از بتن پر کنيد . هيچ ضربه اي نبايد به بدنه ي استوانه زده شود . مواد زائد را از اطراف آن بزدايد ، سپس مخروط را بصورت عمودي بالا کشيده و اجازه دهيد بتن آزادانه به بيرون جريان يابد . درهمين لحظه ، زمان سنج را فعال نموده و زماني را که طول مي کشد تا بتن به قطر ۵۰۰ ميليمتر پهن شود ، ثبت نماييد . اين همان جريان اسلامپ T50cm است . قطر نهايي بتن پهن شده را در دو جهت عمود بر هم اندازه گيري نموده ، ميانگين آنها را به عنوان قطر نهايي بتن پهن شده ثبت کنيد . اين اندازه جريان اسلامپ بر حسب ميليمتر است .
۵-۲- آزمايش جعبه L
اين آزمايش جريان يابي بتن و همچنين انسداد ناشي از فاصله ي ميلگردها را تشريح مي کند . از نتيجه ي اين آزمايش ، شيب قرار گيري بتن در حالت توقف حاصل مي شود که معياري براي قابليت گذرندگي يا درجه اي از حدود فاصله ي ميلگردها براي گذر بتن خواهد بود . قسمت افقي جعبه مي‌تواند ۲۰۰ تا ۴۰۰ ميليمتر از دريچه امتداد داشته باشد زمان لازم براي پر شدن اين فاصله به عنوان و شناخته شده و معياري براي قابليت پرکنندگي است. قطر ميلگردها و فاصله آنها از هم اختياري است. براساس قرارداد، در صورت استفاده از ميلگردهاي معمولي ، فاصله بین آنها به مقدار سه برابر بزرگترين اندازه دانه ي سنگي در نظر گرفته می شود .

روش انجام آزمايش :
حدود ۱۴ ليتر بتن مورد نياز است . دستگاه را روي يک سطح صاف و محکم قرار دهيد از باز شدن راحت دريچه اطمينان حاصل کنيد و سپس آن را ببنديد. سطح داخلي دستگاه را مرطوب نماييد و آبهاي اضافي را خارج کنيد قسمت عمودي دستگاه را از بتن پر کنيد به مدت يک دقيقه آن را به حال خود رها کنيد تا در محل خود قرار گيرد. دريچه را باز کنيد تا بتن آزدانه به قسمت افقي دستگاه جريان يابد. همزمان با باز کردن دريچه زمان سنج را فعال نموده و زمان لازم براي پهن شدن بتن در طول ۲۰۰ يا ۴۰۰ ميليمتر در قسمت عمودي را ثبت نماييد. وقتي بتن از جريان ايستاد ، مقادير (ارتفاع بتن در انتهاي قسمت افقي دستگاه ) و (ارتفاع بتن در پشت دريچه ) را اندازه گيري نماييد .

نسبت انسداد را نشان ميدهد تمام آزمايش بايد در ۵ دقيقه انجام گيرد مقادير و مي توانند اطلاعاتي پيرامون آساني حرکت در اختيار گذارد اما هيچ محدوده مناسبي به طور عمومي براي آنها مورد تأييد قرار نگرفته است انسداد و گير کردن درشت دانه ها در پشت ميلگردها دستگاه را مي توان به شهودي ديد .

۵-۳- آزمايش پايايي الک :
برای ارزیابی مقاومت در برابر جداشدگی این آزمایش روش مناسبی در بتن خودتراکم است . اساس آزمایش بر آن است که حدود ۱۰ لیتر بتن را به مدت مشخصی، در حالت سکون قرار داده و اجازه می دهیم که تمام جداشدگی درونی آن آشکار شود. سپس نیمی از آن را روی الک ۵ میلیمتری به قطر ۳۰ سانتی متر ریخته، روی ته الک قرار داده و مجموعه را روی ترازو قرار می دهیم . پس از دو دقیقه ملاتی که از خلال الک گذشته را وزن نموده و آن را به صورت درصدی از مصالح اولیه روی الک بیان می کنیم .

روش انجام آزمایش :
حدود ۱۰ لیتر بتن برای این آزمایش مورد نیاز است . بتن را در سطلی ریخته و روی سطح آن را به منظور جلوگیری از تبخیر با کلاهکی بپوشانید و به مدت ۱۵ دقیقه در حالت سکون رها کنید. وزن الک و ته الک خالی را تعیین کنید. سطح بتن را پس از گذشت زمان مقرر مورد بررسی قرار دهید و جمع شدگی آب روی آن را در صورت وجود یادداشت کنید. بیش از ۲ لیتر یا
kg 2/0± kg8/4 از بتن داخل سطل را در ظرف دیگری بریزید. ظرف حاوی بتن را وزن کنید. تمام بتن موجود در ظرف را از ارتفاع ۵۰۰ میلیمتری و در یک حرکت پیوسته ومدام روی الک بریزد. ظرف خالی را وزن کنید و وزن بتن خالص ریخته شده روی الک را محاسبه نمایید ( m) اجازه دهید تا ملات در یک دوره زمانی ۲ دقیقه ای از خلال الک به داخل ته الک جریان پیدا کند . سپس الک را جدا نموده و وزن ته الک پر شده را محاسبه نمایید . حال با داشتن وزن ته الک خالی و وزن موجود، وزن ملات گذشته از الک را تعیین کنید (mb)، نسبت وزنی ملات جدا شده از بتن ، درصد جداشدگی را تشکیل میدهد.

درصد جدا شدگی = )´۱۰۰ )
برای درصد جداشدگی ۵ تا ۱۵ درصد وزنی از کل نمونه ، مقاومت در برابر جداشدگی بتن مناسب خواهد بود . کمتر از ۵%، مقاومت بیش از حد را بدنبال دارد و به احتمال زیاد روی سطح تمام شده‌ی بتن تأثیر می گذارد (سوراخهای هوایی احتمالی). در بیش از ۱۵% و مخصوصاً بیش از ۳۰% ، با یک جداشدگی قوی روبرو خواهیم بود .

۵-۴- آزمايش قيف v :
این آزمایش به منظور اندازه گیری قابلیت پرکنندگی بتن با حداکثر اندازه ی دانه ی۲۰ میلیمتر بکار می رود. زمان لازم برای جریان پیدا کردن بتن از میان دستگاه اندازه‌گیری می‌شود، سپس قیف دوباره از بتن پر شده و مدت ۵ دقیقه در همان حالت باقی مانده و دوباره آزمایش فوق صورت می‌گیرد، چنانچه بتن دچار جداشدگی شود، زمان جریان یابی آن بطور محسوسی افزایش می یابد .

 

روش انجام آزمایش قیف V :
حدود ۱۲ لیتر بتن برای انجام آزمایش لازم است.قیف v را بصورت متعادل روی زمین قرار داده و محکم کنید . سطح درونی قیف را تر کنید . درب زانویی دستگاه را باز کنید تا هرگونه آب مازاد تخلیه شود. درب زانویی را بسته و سطلی زیر آن قرار دهید. دستگاه را کاملاً از بتن پر کنید . هیچگونه فشرده کردن، پر کردن حفره ها یا ضربه زدنی به بدنه‌ی دستگاه به وسیله‌ی بیلچه نباید صورت گیرد‌.