طراحي بتن : تعيين مقادير اجزاء بتن در يك متر مكعب

بتن شن + ماسه+ سيمان+ آب+ افزودني
مصالح سنگي حجم بتن
خواص سنگها:
۱- مقاومت فشاري مناسب
۲- مقاومت ضربه‌اي مناسب
۳- شكل هندسي مناسب
۴- جنس مناسب
مقاومت فشار سنگ نبايد از مقاومت فشاري بتن كمتر باشد

مقاومت فشاري سنگ دانه‌ها نبايد از مقاومت فشاري بتن خيلي بيشتر باشد.
بررسي علت اينكه چرا نبايد مقاومت فشاري سنگ دانه‌ها خيلي بيشتر از بتن باشد.
مقاومت بهتر ۶۰۰ مقاومت سنگ دانه مقاومت بتن ۴۰۰
اگر مقاومت سنگ دانه‌ها كمتر باشد تا بخواهد به مقاومت نهايي بتن برسد سنگدانه خرد مي‌‌شود و از كل مقاومت كاسته مي‌شود

اگر مقاومت سنگ دانه خيلي زياد باشد تمركز تنش ايجاد كرده و سنگ دانه مثل سوزن عمل كرده و دروز مصالح پر كننده ، سيمان و ماسه و غيره فرو مي‌رود.
درصد خرد شدگي بتن و سنگ دانه را بررسي مي‌كنند با تحت فشار قرار دادن آن در ظرف استوانه‌اي تا مقاومت فشاري سنگ دانه را بدست آورند.
مقاومت ضربه‌اي را مثل درصد خردشدگي مقاومت فشاري بدست مي‌آوريم با دستگاه ديگري
شكل هندسي: شكل هندسي سنگ دانه‌ها نبايد پولكي يا سوزني باشد.

سنگ دانه‌هايي كه در تمام جهان شكسته شده باشند از معادن كوهي بدست مي‌آيند كه به آن معادن واديزي كوهي گويند.
اگر سنگ دانه‌ها گرد گوشه باشند از بستر رودخانه استخراج شده‌اند.
جنس سنگ: سنگ‌ها آهكي، سيليسي، كوارتزيت، گرانيتي
از نظر جنس ، سنگ‌هاي رودخانه ايي متنوع ترند و سطوح صاف
سنگ‌دانه‌هاي متفاوت از نظر جنس داراي مقاومتهاي حداقل يا حداكثر متفاوتي دارند ولي سنگ‌دانه هاي وايزه‌كوهي از نظر جنس اكثراً مثل هم مي‌باشند.

سنگ دانه‌هاي واريزه كوهي به علت شكستگي سطوح بين آنها قفل و بست بهتري مي‌توان ايجاد كرد پس مادة چسبانندة كمتري نياز مي‌باشد (سيمان)
سطح سنگ‌دانه هاي واريزه كوهي زبرتر مي‌باشد تا سنگ دانه هاي رودخانه‌ايي واريزه كوهي رودخانه‌ايي جنس سنگهاي (كوارتزيت) بسيار متناسب است (سيليسي) خلوص به زياد قيچي كردن سنگ دانه‌ها (قلوه سنگ‌ها) بهتر از خرد كردن يا له كردن آنها تحت فشار است
(نيرو به يك بعد وارد مي‌شود)

(نيرو به بعد وارد مي‌شود و درون سنگ دانه‌ها ترك مي‌خورد)
بايد قلوه سنگ‌هاي استخراجي توسط دستگاههاي خاص قيچي شوند توسط دو فك با ضربة آني.
بتن = شن+ ماسه+ سيمان+ آب+ افزودني‌ها
مصالح سنگي

ماسه‌: بايد دانه‌بندي مناسب داشته باشد و دو ماسه بايد SE مناسب داشته باشد.
تعريف دانه‌بندي: از سايزهاي مختلف به ميزان متناسب يعني داخل محدودة ASTM باشد. يعني وزن رد شده از هر الك تقريباً با هم برابر باشد.
با دارا بودن دانه هاي مختلف و متناسب در جهت تراكم بتن قائم به داشته‌ايم.
نبودن اين تناسب باعث بوجود آمدن حد و خرج مي‌شود اگر اين روزنه هاي كوچك با سيمان پر شود باعث بالا رفتن هزينه‌ مي‌شود علاوه به اين باعث جمع شدگي و خزش مي‌شود.

ماسه مصرفي ما بايد SE مناسب داشته باشد يعني ماسه را در داخل لوله‌ي آزمايش ريخته به همراه مايع استوكس بعد هم مي زنيم (تكان مي‌دهيم) البته با دستگاه كه باعث حمل شدن ماسه داخل مايع مي‌شود و باعث جدايي ماسه خالص از ذرات ريز معلق (گل) مي‌شود ارتفاع ماسه خالص را به ارتفاع ماسه اوليه قبل از حل شدن را SE ماسه گويند.

SE=%70-%75 %100 مناسب
خلوص %۱۰۰ ماسه هم زياد مناسب نيست چون چسبندگي زياد را به ما نمي‌دهد.

SE مناسب بين ۹۰ تا %۹۵ است. چون اين %۵ باعث پر كردن خلل و فرج داخل بتن مي‌شود. (شن و ماسه چون خيلي متغير هستند پس شناخت آنها در ساخت بتن خيلي مؤثر است.)
سيمان:

براي ساخت يك بتن معمولي از سيمان پرتلند تيپ I و II استفاده مي‌شود.
سيمان جامد با جذب آب به سيمان ژله مانند تبديل مي‌شود كه اين مرحله را هيدراتاسيون سيمان گويند
گرما + ژل سيمان هيدراتاسيون سيمان
سيمان تيپ II گرماي كمتري نسبت به I دارد .
سيمان تيپ III زودگير است يعني گرماي هيدراتاسيون زياد است سيمان تيپ TV ديرگير است.
تكنولوژي بتن

مثل دو نكته خيلي مهم در مورد شن‌ها دارا بودن مقاومت فشاري مناسب و نيز داراي شكل هندسي گوشه‌دار باشد تا گيرش آن بهتر شود.
ماسه دو نكته مهم ماسه دانه بندي مناسب SE (ميزان گل و لاي)
سيمان سيمان هاي پوزولاني:
محصول هيدراسيون ژل + گرما مي‌باشد.

گرما+ ۵۶ هيدراسيون
كاربرد و اهميت سيمان پوزولاني
وقتي بتن‌ريزي ما حجم زيادي دارد.
شناخت گرماي ازاد شده توسط سيمان نقش اساسي دارد.
در سيمان‌هاي پوزولاني روند آزاد كردن گرماي سيمان كند است. وجود حرارت زياد
در بتن‌ريزي حجم باعث وجود تنش‌هاي حرارتي مي‌‌شود (فشار دروني)
تنش‌هاي حرارتي باعث ترك خوردن يا رگه خوردن بتن مي‌شود. و باعث پائين آمدن مقاومت فشاري بتن مي‌شود.
در مدت زمان طولاني مقاومت سيمان‌هاي پوزولاني بالاتر است. چون سيمان پوزولاني در مدت زمان بيشتري به مقاومت نهايي مي‌رسد پس براي استفاده در سازه‌هاي ساختماني توصيه نمي‌شود.
(چون اجراي سريع را داريم)

آب ميزان آب بكار رفته در بتن خيلي مهم و اساسي است. اگر ما تمام موارد را اعم از درشت دانه و ريز دانه و افزودني و نوع سيمان بكار رفته در بتن را رعايت كنيم با استفادة آب نامناسب (داراي ناخالصي) همة موارد رعايت شده بي‌اهميت مي‌شود.

اگر ما به اندازة %۲۵ وزن سيمان آب مصرف كنيم تمام دانه‌هاي سيمان ما هيدراته مي‌‌شود. علاوه بر اين مقدار آب به مقدار ديگر نيز استفاده مي‌شود تا صرف روان‌كاري بتن مي‌شود.
هر چه مقدار آب بتن زياد باشد اين آب بايد از بتن خارج شود كه در هنگام خارج شدن تشكيل لوله‌هاي مؤئينه شكل مي‌دهند. كه وجود اين لوله‌ها باعث اسفنجي شدن بتن مي‌شود.

بتن قالب بندي شده را در آب به مدت ۲۸ روز مي‌گذارند تا %۲۵ آب جذب شده توسط سيمان را از دست ندهيم.
با از دست دادن آب سيمان، سيمان تبديل به ماسه مي‌‌شود پس هزينه‌ي اضافي را متقبل شديم در اصطلاح مي‌گويند سيمان سوخته است افزودني هايي نيز در بازار موجود است كه روي ستون‌ها مي پاشند تا مانع از خارج شدن آب از ستون بتني شود.

بتن = شن + ماسه + سيمان + آب + افزودني‌ها‌
باند: سيمان + آب+ ماسه+ هوا + افزودني +
باند فضاي بين دو دانه‌ي سنگين مي‌باشد.
اگر بتن ما مرغوب باشد شكست از ناحيه‌ي سنگ‌دانه صورت مي‌گيرد از ناحيه باند.
اگر ما عمليات ويبره در بتن را مدت زمان زياد انجام دهيم. سطح بتن (مخلوط) ناهمگن مي‌شود.
بنابراين زماني كه ويبره انجام مي‌شود حباب هواي دفع شده از بتن نبايد ميزان زمان ويبره طولاني باشد و بايد ميزان هوا در بتن وجود داشته باشد.

هر چه ميزان سنگ در بتن بالاتر باشد مقاومت بيشتر و كارايي كمتر است.
اگر ميزان بزرگي دانة سنگي ما درشت تر باشد ميزان استفادة ما از سيمان كمتر خواهد شد و اقتصادي‌تر است.

هر چه فاصلة بين دو سنگ دانه‌ (شن) در متن بيشتر باشد مقاومت بتن كم مي‌شود زيرا فاصلة بين سنگ دانه (باند) زياد است و بايد مقاومت در برابر فشار بيشتر را ندارد.
معدني
افزودني‌ها
شيميايي روان كننده ها و فوق روان كننده‌ها
اگر در بتن‌ ما ميزان آب استفاده شده كم باشد بين سنگ‌دانه‌ها اصطكاكي بوجود مي‌آيد و كارايي ما پائين مي‌آيد.
مكانيزم افزودني‌ها بدين گونه است كه بين دو دانه‌ي بتن يون‌هاي منفي ايجاد كرده و باعث مي‌شود با حداقل فاصله نسبت به هم قرار گيرند و باعث بالا رفتن كارايي بتن مي‌شود.
افزودني‌ها را از پساب كارخانجات كاغذسازي بدست مي‌آيد كه به صورت پودر است.
روان كننده A750 Plastisiter
BV40
فوق روان كننده NN 520 Plastisiter
FF PGE
103 M20
تأثير منفي افزودني‌ها مي‌تواند از زياد استفاده كرده آنها باشد. بدين صورت كه بعضي از بتن‌ها ديرگير هستند و بعضي زودگير و بعد از مدتي اين يونهاي منفي از بين مي‌روند.
حال اگر مقدار اين بارهاي منفي زياد باشد مقداري از اين بارها جذب سنگ دانه نمي‌شود و بر روي سنگ دانه باقي مي‌ماند.

حداكثر استفاده از افزودني‌ها به صورت مجاد در روان‌كننده %۱ و در فوق روان كننده %۳ مي‌توان استفاده كرد. و اين باعث مي‌شود كه فوق روان كننده‌ها ترجيح داده شود.
زيرا مقدار آب كمتري در بتن استفاده مي‌شود.
روان كننده‌ها را كمتر از فوق روان كننده استفاده كنيم از نظر اقتصادي فرقي ندارد.

اگر افزودني‌ها بيشتر از حد معمول استفاده شود بتن ما داراي هوا (حباب) خواهد شد كه با ويبره كردن هم نيز از بين نمي‌رود.
افزودني‌ها معدني:
شيميايي: افزودني شيميايي را كه خريداري مي كنيم بايد توجه به درصد استفاده از آن داشته باشيم.
در استفاده از افزودني‌ها حتماً آن را تكان دهيم تا كاملاً يك دست شود چون افزودنيها قابل ته نشين شدن هستند و بالاي ظرف يك كارايي كمتري نسبت به ته ظرف دارند.
افزودني‌هاي معدني به صورت يك سيمان جداگانه مي‌آيد و در تركيب شيميايي شركت مي‌كند. پس افزودني‌ معدني هم يك ژلي توليد مي‌كند كه به آن ژل ثانويه گويند و به ژل توليد شده توسط سيمان ژل اوليه گويند.

معدني – ميكروسيليس بسيار ريز است يعني صد برابر ريزتر از دانه‌هاي سيمان هستند. پس ميكروسيليس‌ها مي‌توانند فضاي خالي بين دو سيمان هم پر كنند.
(جزء خواص فيزيكي ميكروسيليس مي‌باشد)
سيليكايوم
ميكروسيليس مي‌تواند محل تماس دو سنگ دانه را قويي كند يعني باند ما را قويي كند. مخصوصاً اگر نوع سنگ دانه‌ي ما از كواتز باشد يعني جنس آن از سيليس باشد. ميكروسيليس توليد ژل ثانويه نيز مي‌كند. (جزء خواص شيميايي ميكروسيليو مي‌باشد)
چون سيمان هيدراته مي‌شود پس همواره وجود دارد
گرما + ژل اوليه آب + سيمان

پس به همين علت است كه ژل ثانويه + ميكرو سيليس
بتن در مقابل حملة سولفاتها ضعيف مي‌شود.
پس ميكمروسيليس با تركيب شدن با جلوگيري از سولفاته شدن مي‌كند.
ميكروسيليس‌هاي خارج شده از دودكش هاي كارخانه‌جات باعث بسته شدن منفذهاي روي برگهاي درختان مي شود و جلوگيري مي كند از عمل فتوسنتز.
واتر استاپ: براي اتصال دو ديواره‌ي بتني مي توان از ولتر استاپ استفاده كرد و اتر استاپ در واقع طولاني تر كردن آب است.

استفاده از ميكروسيليس بدون استفاده از فوق روان كننده‌ها كارايي بتن را پائين مي آورد در واقع ميكروسيليس‌ها آب بتن را جذب مي كنند پس براي رفع آن بايد آب اضافه كنيم كه با اضافه كردن آب باعث بوجود آوردن لوله‌هاي مؤئينة مي‌شويم.
پس براي اينكه ما نسبت آب به سيمان خود را بالا ببريم بايد از فوق روان كننده در كنار ميكروسليس‌ها استفاده كنيم.
افزودني‌هاي معدني اگر به تنهايي استفاده شوند كارايي ندارند ولي افزودني‌هاي شيميايي اگر به تنهايي استفاده شود ۱- باعث بالا رفتن كارايي بتن مي شوند ۲- باعث پائين آمدن نسبت آب به سيمان مي‌شود.

انواع فوق روان‌‌كننده‌ها ۱- نرمان ۲- زودگير ۳- ديرگير
فوق روان‌كنندة‌ زودگير باعث مي‌شود تا مقاومت فشار بتن %۱۰۰ افزايش يابد.
فوق روان‌كننده ديرگير براي كنترل كردن عمل هيدارتاسيون. از اين نوع مي‌توان در زماني كه فاصله‌ي محل ما زياد است استفاده كرد.

در دراز مدت مقاومت نهايي ديرگيرها خيلي بيشتر از زودگير و نرمان است بتن‌هاي ديرگير در مقابل محلة سولفاتها نيز مقاوم تراند. در واقع نفوذپذيري بتن‌هاي ديرگير خيلي كم است كه در مقابل سولفاتها مقاوم هستند.
بتن‌هاي با مقاومت بالا ترد هستند يعني خطر ترد شدن در آنها زياد است.

پس در بتن هايي كه با مقاومت بالا هستند بايد فاصله‌ي خاموتها را كم كرده و به نصف رسانده تا شكل‌پذيري و تردي بين كمتر شود.
بتن ترد شكن يك دفعه مي‌شكند اصلاً نشان نمي‌دهند.