بتن با عملکرد بالا (بتن توانمند) و طرح اختلاط آن

بتن با کارایی بالا یا بتن توانمند (High Performence Concrete) که به آن بتن با عملکرد بالا نیز گفته می شود، در نتیجه پیشرفت های اخیر در صنعت بتن سازی به وجود آمده است و زیر مجموعه ای از بتن های ویژه است که امروزه در اکثر کشورها بحث این نوع بتن مطرح می باشد. به طور کلی بتن توانمند به بتنی اطلاق می شود که کارایی افزون تری برای کاربرد مورد نظر نسبت به بتن معمولی داشته باشد و بتواند خواص خود را برای عمر مورد نظر سازه در شرایط بهره برداری حفظ کند.

ورود اين بتن به عرصه كارهای اجرايي بتني، تحولي در سرعت بتن ريزي خصوصاً در مقاطع بتني با تراكم ميلگرد زياد و پيچيده ايجاد نموده است. به علت فنّاوري خاص اين بتن، توسعه آن در كشور به كندي پيش مي رود و عموماً در موارد خاصي كه كنترل دقيقي بر كيفيت مصالح و مراحل اجرايي باشد مورد استفاده قرار مي گيرد.

پیشنهاد مطالعه : با انواع بتن پیش تنیده و کاربرد آنها آشنا شوید

شکل 1 . بتن با عملکرد بالا

فاکتورهای مهم در ساخت بتن با کارایی بالا

مواد تشکیل دهنده و فاکتورهاي مهم در ساخت بتن توانمند به شرح زیر می باشند که در ادامه هر یک از آنها را به اختصار توضیح خواهیم داد :

1 . کاهش نسبت آب به سیمان

2 . استفاده از دانه های مناسب

3 . استفاده از حداکثر میزان مصالح سنگی

4 . تراکم مناسب بتن

5 . استفاده از سیمان های مقاوم در برابر حمله سولفات ها

6 . استفاده از پوزولان های مناسب

7 . استفاده از الیاف و دیگر افزودنی های شیمیایی

کاهش نسبت آب به سیمان

میزان آب لازم برای هیدراته کردن سیمان بسته به نوع سیمان بین (0/25 – 0/2) می باشد. مقداری از آب مورد مصرف نیز صرف مرطوب نمودن سطح دانه ها می گردد. مصرف آب بیش از این میزان اثرات نامطلوبی بر روی بتن به جای می گذارد. این آب اضافی بر اثر خاصیت مویینگی در سطح بتن جریان می یابد.

در بتن های HPC توصیه می شود که نسبت آب به سیمان از 0/4 کمتر در نظر گرفته شود. برای اینکه بتوان در نسبت های پایین آب به سیمان به بتن با کارایی مناسب دست یافت استفاده از فوق روان کننده ها اجتناب ناپذیر می باشد.

در ساخت بتن های با دوام بالا نمی توان از هر ماده آب بندی استفاده نمود و تنها آب بندهایی که در برابر حرارت و خوردگی مقاوم می باشند قابل استفاده در اینگونه بتن ها می باشند. با این وجود اضافه نکردن چنین موادی به مراتب منطقی تر می باشد.

پیشنهاد مطالعه : کاربردهای بتن بدون ریزدانه و طرح اختلاط آن

استفاده از دانه هاي مناسب

در ساخت بتن های HPC بهتر است از سنگدانه های سیلیسی استفاده نمود. زیرا این سنگدانه ها هم دوام و هم اقتصاد طرح را تأمین می کنند. استفاده از سنگدانه های واکنش زا در این بتن ها به هیچ عنوان مناسب نمی باشد. شیست ها، سنگدانه های آهکی دگرگون نشده، توف ها و … از جمله این سنگدانه ها می باشند.

هر چه سنگدانه ها متراکم تر و تخلخل آنها کمتر باشد برای ساخت بتن با کارایی بالا مناسب تر می باشند. استفاده از حداکثر میزان مصالح سنگی برای دست یافتن به این دانه بندی بسیار مهم می باشد.

تراکم و نگهداری مناسب

تراکم و نگهداری بتن با عملکرد بالا به مراتب حساس تر از سایر بتن ها می باشد. به خصوص برای ساخت بتن های با عمر بالای 200 سال این موضوع فوق العاده حساس می شود. عدم تراکم مناسب در یک قطعه می تواند کلیه فاکتورهای ساخت و طراحی را تحت شعاع خود قرار دهد؛ بنابراین، در قطعاتی که امکان تراکم ویژه وجود ندارد. باید بتن را با روانی بسیار بالا ساخت باید توجه داشت که برای رسیدن به این منظور نباید نسبت آب به سیمان را از 0/4 بیشتر کرد.

مواد افزودني

میزان مصرف فوق روان کننده ها در بتن با عملکرد بالا زیاد بوده و حدود 5 تا 15 لیتر در هر مترمکعب بتن می باشد. این مقدار مصرفی ، کاهش در مقدار آب در حدود 45 تا 75 کیلوگرم بر مترمکعب بتن را امکان پذیر می سازد.

شکل 2 . استفاده از بتن با عملکرد بالا در دیوار حائل

مزايا بتن با عملکرد بالا

1 . مقاومت اولیه و نهایی بالا

2 . مدول الاستیسیته بالا

3 . دوام و کارایی بالا

4 . قابلیت پمپاژ بالا

5 . قابلیت پرداخت بالا

6 . قابلیت بالا برای اجرا در هوای سرد و گرم

7 . کنترل کامل هیدراسیون بتن

8 . بدون نياز به ويبره مقاطع سطحي

9 . امكان توليد سطوح يكنواخت و متراكم

10 . سهولت بتن ريزي در مقاطعي كه تراكم ميلگرد وجود دارد.

معایب بتن با عملکرد بالا

1 . نياز به قالب بندي آب بندي

2 . كنترل دقيق طرح اختلاط

3 . افزايش هزينه طرح اختلاط

طرح اختلاط بتن با عملکرد بالا

با استفاده از فوق روان كننده به آساني مي توان كارايي بتن را افزايش داد. براي مثال با استفاده از اين مواد اسلامپ 50 تا 75 ميليمتر به اسلامپ 175 تا 230 ميليمتر افزايش مي يابد. با اين وجود براي آنكه اسلامپ در حين انتقال كاهش نيابد و جداشدگي دانه بندي رخ ندهد نياز به افزايش دقت در نسبت هاي اختلاط مي باشد. بهترين نقطه ي شروع آن است كه نسبت اختلاط بتن را براي پمپاژ طرح كنيم.

طرح اختلاط معمولي براي تعيين كميت مصالح مناسب است ولي لازم است كه مقاومت مشخصه در اين حالت بر اساس اسلامپ 75 ميليمتر به دست آيد. همچنين براي جلوگيري از جدايي دانه بندي، آسان ترين روش، افزايش مقدار ماسه و كاهش شن به مقدار 4 تا 5 درصد است. در صورت بزرگ بودن اندازه ماسه، نسبت ماسه به شن را بايد به نحوي تنظيم نمود كه مقدار ماسه تا حدود 10 درصد افزايش يابد. نسبت هاي اختلاط پيشنهادي گبلر (Gebler) در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1 . نسبت هاي اختلاط براي بتن با كارايي  ٭

* مقدار هوا در بتن تازه بين 5/8 تا 6/7 درصد و در بتن سخت شده حدود 4 درصد است.

** مواد افزودني به صورت محلول هستند ولي نسبت مزبور به صورت درصدي از وزن ماده ي جامد به وزن بتن ذكر شده است.

خصوصيات مهم بتن با عملکرد بالا

خصوصيات بتن تازه و بتن سخت شده داراي فوق روان كننده در طرح اختلاط آنها در مقايسه با مخلوط بتن كنترلي آمده در جدول 1 در ادامه تشريح شده است :

هنگامي كه فوق روان كننده هاي ملامين سولفونات و نفتالين سولفانات به مخلوط بتن كنترل با اسلامپ 75 ميليمتر اضافه شوند اسلامپ بتن به ميزان 215 تا 230 ميليمتر افزايش مي يابد. با اين وجود مخلوط هاي داراي فوق روان كننده پس از 30 تا 60 دقيقه به اسلامپ اوليه خود بر مي گردند. در شرايط يكسان، بتن كنترل با اسلامپ زياد بدون مواد كاهنده ي آب، ميزان افت اسلامپ بسيار كمتري دارد.

هر چند كه در بتن داراي فوق روان كننده بلافاصله پس از مخلوط كردن، مقدار هوا 6 درصد است اما بعد از افت اسلامپ مقدار هوا به 4 درصد تقليل مي يابد و ضريب فاصله به 0/2 ميليمتر (در مقايسه با 0/15 ميليمتر در مخلوط كنترل) افزايش مي يابد.

نمونه هاي بتن هاي داراي فوق روان كننده كه توسط ميله استاندارد متراكم شده اند، در مقابل 300 سيكل يخ زدن و آب شدن دوام خوبي دارند اما نمونه هايي كه با ويبره ي خارجي متراكم شده اند دوام كمتري در مقابل سيكل هاي يخ زدن و آب شدن دارند.

بتن هاي روان داراي فوق روان كننده در برابر نفوذ يون كلرايد و پوسته شدن ناشي از مواد يخ زدا عملکرد موفقي داشته اند. بتن هاي داراي فوق روان كننده در مقايسه با بتن با اسلامپ 75 ميليمتر (با نسبت آب به سيمان معادل) تفاوتي از نظر جمع شدگي ناشي از خشك شدن ندارند. با اين وجود در مقايسه با بتن كنترل با اسلامپ 230 ميليمتر (و كارايي معادل)، جمع شدگي ناشي از خشك شدن بتن داراي فوق روان كننده، كمتر است.

پیشنهاد دانلود : جزوه آشنایی با انواع بتن

منابع :

1 . پروژه درسی بتن های با مقاومت بالا و بتن های با عملکرد بالا از پیمان ملاحسینی، کیوان نفرزاده و …

2 . جزوه دوره ارتقاء پایه نظام مهندسی 2 به 1 از حمید رضا فرشچی