بتن سبک با مقاومت زیاد

مقدمه

همواره سبکی بتن،همراه مقاومت کم آن تلقی شده است .سبکدانه های درشت نقش مهمی را در تغییر مقاومت بتن سبکدانه بازی می کنند.

نزدیک به دو دهه پیش مطالعه برای تولید بتن سبکدانه با مقاومت زیاد به ویژه در پروژه های نفتی آغاز شد وتوانستند با استفاده از سبکدانه های خاص وبکارگیری مرغوب اعم از سیمان، دوده سیلیسی وفوق روان کننده ها به مقاومت های فشاری فراتر ازMPa20 دست یابند.

در ایران نیز تلاش هایی برای دست یابی به بتن سبکدانه پرمقاومت با مصالح موجود در ایران آغازشد؛اما به دلیل ضعف سبکدانه های درشت ،محدویت های جدی دراین راه وجود دارد.با این حال احساس می شودبتن از سبکدانه از مقاومت زیاد یا متوسط به عنوان بتن بادوام جهت بتن ریزی در قطعات بتن مسلح در حاشیه خلیج فارس ودریای عمان استفاده نمود.

اگر بتوان علیرغم کاهش وزن مخصوص بتن ،مقاومت مناسبی را به دست آورد و یا نسبت مقاومت به وزن مخصوص را بالا برد وبار مرده سازه های بتنی را کاهش داد،وضعیت مطلوبی حاصل می شود.گاه سبکی بتن یک خواسته درپروژه خاص می باشد.

با استفاده از سبکدانه می توان بتن سبکدانه تولید کرد.علیرغم تلاشهایی که قبل از دهه ۸۰میلادی(به ویژه در دهه ۷۰)صورت گرفته بود .عملا مقاومت های فشاری بتن سبکدانه رشد قابل توجهی نداشت و به ۵۰MPaمحدود می شد.به دلیل نیاز برخی شرکت های نفتی درامریکا ونروژبرای ساخت سازه هاو مخازن ساحلی وفرا ساحلی وسکوهای نفتی تلاش هایی در دهه۸۰و اوایل دهه۹۰صورت گرفت.

آنها توانستند با استفاده از دوده سیلیسی وفوق روان کننده وهمچنین سبکدانه های مرغوب و پر مقاومت به مقاومت هایی فراتر از۷۰MPaوحتی به مرزهای ۱۰۰MPaبرسند.در این پروژه ها مسئله دوام بتن ها به ویژه موضوع خوردگی میلگرد ها و پایایی در یخ بندان وآب شدگی وهمچنین مجاورت با آب دریا اهمیت زیادی داشت.این مطالعات و اجرایی این بتن ها راه را برای اقدامات مشابه در سایر کشورها باز نمود.

اما جالب است بدانیم ازنیمه دوم دهه ۹۰تاکنون تحقیقات ناچیزی برروی بتن ها انجام ومنتشر شده است.و به نظر می رسد نیاز به تحقیقات گسترده تراحساس نمی شود ویا منابع مالی لازم در اختیار محققین قرار نمی گیرد.در ایران نیز از حدود سال هایآخر دهه ۷۰ هجری شمسی(اواخر دهه ۹۰م)تلاشهایی برای تولید بتن سبک پر مقاومت آغاز شد که نتایج آن در این مقاله از نظر می گذرد.

فلسفه بکارگیری بتن سبک پر مقاومت وکاربردها:

بتن معمولی از جرم حجمی۱۵۰/۲تا۳۵۰/۲تن بر مترمکعب برخوردار است وتوانسته اند درحالات عادی به مقاومت های بیش ازMPa 60 وتا حدودMPa120دست پیدا کنند .اگر به طور متوسط مقاومت بتن پر مقاومت معمولی راMPa90 در نظر بگیریم ،نسبت مقاومت به جرم حجمی خشک ۴۰خواهد بود.

بتن نیمه سبکدانه جرم حجمی خشک ۵۵/۱تا ۸۵/۱تن بر متر مکعب را دارا می باشد.مقاومت های فشاری بتن های نیمه سبکدانه قبل از دهه۸۰ معمولابین MPa25تا ۴۵MPaبود؛که متوسط آن ۳۵Mpaمی باشد.نسبت مقاومت به جرم حجمی متوسط خشک در حدود ۲۰بود ؛بنابراین مصرف بتن نیمه سبکدانه توجیهی نداشت.ب

تن های تمام سبکدانه جرم حجمی خشک ۲۵/۱ تا ۴۵/۱تن بر متر مکعب را دارا بود ؛اما مقاومت فشاری آن به زحمت ازMPa 25 فراتر می رفت ونسبت مقاومت به جرم حجمی متوسط خشک کمتر از۲۰می شد وبسیاری از اوقات این نوع بتن جنبه سازه ای نداشت وبه عنوان مصالح غیر سازه ای بکار می رفت.

ازآن جا به دلیل نیاز به سبکی در برخی پروژه های نفتی می خواستند از بتن سبکدانه سازه ای استفاده نمایند ناچار به دنبال افزایش مقاومت برآمدند و همان گونه که بتن پر مقاومت معمولی ساخته شده بود سعی شد نیمه سبکدانه پر مقاومت معمولی تولید شود و باید به نسبت مقاومت به جرم حجمی ۴۰ دست می یافتند یعنی مقاومت فشاری به حدودMPa 70می رسید تا مصرف آن از جمیع جهات توجیه داشته باشد.

هر چند بتن سبکدانه سازه ای ازسال های جنگ جهانی اول ودوم درقایق ،بارج ،کشتی های جنگی وغیر جنگی کوچک وبزرگ به کار رفته بود؛

اما بعد ها به ویژه پس از جنگ جهانی دوم ساختمان ها و پلها ی زیادی در امریکا وکانادا واروپا با مقاومت های فشاری بیش ازMPa25 ساخته شد.ساخت مخازن مغروق ونیمه مغروق،مخازن گاز طبیعی ،اسکله شناور ،ساختمان های فراساحلی همچون سکوهای نفتی با بتن سبکدانه سابقه داشت ؛اما از اواسط دهه ۸۰تا ۹۰ ساخت این نوع سازه های دریایی با بتن نیمه سبکدانه معمول شد.

ساخت بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت مصالح ونسبت ها:

برای ساخت بتن نیمه سبکدانه درشت با کیفیتی مقاومتی خوب ،از ماسه یا سنگدانه ریز با وزن مخصوص معمولی استفاده می شودکه سیمان وافزودنی های دیگر معدنی وشیمیایی یه همراه آب آن را تکمیل می کند.معمولا بتن سبکدانه پر مقاومت به بتنی اطلا ق می شود که مقاومت فشار استوانه ای ۲۸روزه آن یبش از۳۵مگا پاسکال باشد.

سبکدانه درشت معمولا وزن مخصوص توده ای غیر متراکم کمتر ازkg/m 3880 را دارا ست.سبکدانه های رسی منبسط شده مانند لیکا یا لیاپور ویا فیبوکه ممکن است اسامی دیگری را درکشورهای مختلف داشته باشد از جمله سنگدانه های سبک مصرفی در این بتن ها می باشد.شیل منبسط شده نیز از جمله سبکدانه یه های مصرفی است که در برخی کشورها لیاپور نیز نام گرفته است.

سیلیس منبسط شده (لیسا)در بتن سبکدانه پر مقاومت به میزان گسترده ای بکا رفته است.خاکستر سوخت پخته شده (لیتاژ) وروباره منبسط شده (پلیت)از جمله این سبکدانه ها است.به هر باید گفت معمولا وزن مخصوص توده ای غیر متراکم این سبکدانه ها لازم است بیش از۶۰۰ وتا حدود بیش ازkg /m 3 800باشد وتا از تو پری واستحکام مناسبی برای این بتن ها برخوردار گردد.

لاز م به ذکر است وزن مخصوص غیر متراکم لیکای ایران با توجه به حداکثراندازه آن در حدود ۳۵۰تا۴۵۰kg/m 3 می یاشد وپرواضح است که درآزمایش های مقاومتی جوابگو نخواهد بود.

برای بتن سبکدانه پر مقاومت حداکثر اندازه سبکدانه معمولا بیش از۱۶ میلی متر وغالبا به۱۰تا۱۲ میلی مترمحدود می شودمسلما با کاهش حداکثر اندازه،وزن مخصوص غیر متراکم بیشترشده ودرآزمایش های مکانیکی نیزبهبودآشکاری از خود نشان می دهد.به طور مثال با کاهش حداکثراندازه۲۵به۱۶ میلی متر،مقاومت فشاری بتن سبکدانه حاوی لیکا در حدود ۳۰درصد افزایش یافته است.اگر این کاهش با حداکثراندازه ادامه یابدباز هم مقاومت بیشتر می شود؛اما باید دانست وزن مخصوص بتن نیز بالا می رود.سیمان مصرفی معمولا از نوع ۱یا ۲ وحتی ۳ می باشد.مقدار سیمان دربتن سبکدانه پر مقاومت اکثرا بین۴۰۰تا۵۵۰kg/m 3می باشد هر چند با مصرف دوده سیلیسی ممکن است مقادیر کمتر سیمان نیز در کارهای انجام شده مشاهده شود.

معمولا امروزه در همه بتن های پر مقاومت من جمله بتن سبکدانه پر مقاومت،دوده سیلیسی وجود دارد ونقش مهمی را ایفا می کند.مقدار دوده سیلیسی معمولا بین ۹تا ۱۵ درصد وزن سیمان مصرفی می باشد.تجربیات موجود نشان می دهد اثر دوده سیلیسی در مقاومت بتن سبکدانه بیشتر از تاثیر آن بر مقاومت فشاری بتن معمولی است.وجود دوده سیلیسی،مقاومت کششی را به طورقابل توجهی دربتن سبکدانه افزایش می دهدو نفوذپذیری دربرابر یون کلر را به شدت کاهش می دهد.

لازم به ذکر است برخی محققین از مواد دیگری همچون خاکستربادی به جای دوده سیلیسی استفاده نموده اند.افزودنی های شیمیایی مصرفی از نوع فوق روان کننده های نسل دوم ونسل سوم می باشد.فرم آلدئیدملامین سولفوناته فشرده وفرم آلدئید نفتالین سولفو ناته فشرده ازجمله فوق روان کننده های نسل دوم هستند که کاهندگی آب آنها به۲۵درصد میرسد؛در حالی که کاهندگی فوق روان کننده های پلی کربوکسیلی نسل سوم به بیش از ۳۵ درصد بالغ می شود به هرحال در بتن های سبکدانه پر مقاومت میزان قابل توجهی فوق روان کننده مصرف می شودو غالبا به حداکثر میزان مجاز مصرف این مواد در بتن میرسد.

تغییر در سبکدانه وسنگدانه معمولی نیز می تواند باعث تغییر مقاومت گردد.بدیهی است با افزایش ماسه معمولی و کاهش سبکدانه درشت می توان مقاومت فشاری را افزایش داد،اما وزن مخصوص بتن نیز بالا می رود.به هر حال سعی می شودتا حد امکان مقدار سبکدانه درشت راکم وبر مقدار ماسه معمولی بیفزاییم تا نتیجه مناسب عاید شود.

شکل سبکدانه درشت وماسه مصرفی نیز تا حدودی برمقاومت ها تاثیر می گذارد که چندان مهم تلقی نمی شود.

کاهش نسبت آب به سیمان طبق روال معمول برمقاومت بتن می افزاید.در بتن سبکدانه پر مقاومتمعمولا این نسبت از۲۵/۰تا۳۵/۰ می باشد که به ندرت به۴/۰ نیز می رسد.مسلما افزایش میزان آب واسلامپ کنترل می شود؛زیرا اسلامپ های زیاداغلب موجب جداشدگی بتن های سبک به ویژه درهنگام اجرا میشود مگر این که از عیار سیمان ومواد چسباننده بیش ازkg/m 3450 برخوردار باشد.

بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت در ایران:

عمده تحقیقات در ایران بر روی مقاومت بتن سبکدانه و نیمه سبکدانه معمولی انجام شده است.درمرکز تحقیقات ساختمان ومسکن با نسبت های آب به سیمان بیشتر از ۳۹/۰ وحداکثر عیار سیمانkg/m 3545 ووزن مخصوص ۳ kg/m1670مقاومت مکعبی ۲۸روزه بتن حاوی لیکا وماسه معمولی در حدود kg/m 3275بدست آمده است که برای بتن سبکدانه این مقاومت از۳ kg/m200 تجاوز نموده است.

در یک تحقیقات در دانشگا ه خواجه نصیر طوسیبا یکارگیریkg/m 3550 سیمان ومیکرو سیلیس مقاومت ۲۸روزه مکعبی بتنی حاوی لیکا وماسه با نسبت آب به سیمان تقریبی ۳۸/۰در حدود kg/m 3205 حاصل شده است.

در ایران بتن سبک پر مقاومت با سبکدانه های وارداتی نیز ساخته اند که در آن هااز سبکدانه با چگالی حجمی بیشتر از۰/۱ استفاده شده است.

اینجانب در دانشگاه علم و صنعت تلاش هایی را به انجام رساندم که نتایج مقاومت ۷و۲۸ روزه استوانه ای ومکعبی آن به همراه مشخصات ،مقادیر ونسبت های مصالح مصرفی در ۱دیده می شود.

بیشترین مقاومت استوانه ای ۲۸ روزه در حدود ۳۵ مگا پا سکال و برای بتن نبمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان۰/۲۵ وعیار مواد چسبنانندهkg/m 3 450با وزن مخصوص خشک kg/m­ ۳ ۱۷۹۵ بدست آمده وحداکثر اندازه سبکدانه ۱۰میلی متر بوده است.با نسبت آب سیمان ۳۳/۰ بیشترین مقاومت فشاری استوانه ای ۲۸روزه به kg/m­ ۳۵/۳۲ رسید که عیار مواد چسباننده آن kg/m­ ۳۵۵۰ و وزن مخصوص خشک آن kg/m­ ۳ ۱۸۱۰ بوده است.در این بتن حداکثر اندازه سبکدانه درشت ۶میلی متر بوده ومقدار آن نیز کمتر از سایر بتن ها می باشد؛در حالی که در بتن مشابه با حداکثر اندازه سبکدانه۱۰ میلی متری با مقدار سبکدانه بیشتر ،مقاومت فشاری در حدود MPa 30 بدست آمده است بنابراین دیده می شود که نتوانسته ایم عملا به بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت با لیکای ایران حتی با استفاده از دوده سیلیسی با میزان ۱۰ درصد سیمان دست یابیم.آزمایش هایی با درصد میکرو سیلیس بیشتر نیز انجام شده که نتایج جالب توجهی به دست نداده است.

خوب است بدانیم مقاومت فشاری استوانه ای ۲۸ روزه بتن معمولی با نسبت آب به سیمان ۳۳/۰ که دارای دوده سیلیسی وعیار مواد چسبناننده kg/m­ ۳۵۵۰ بوده است در حدود MPa48 بدست آمد ه وبرای تمام سبکدانه در این شرایط مقاومت مربوطهMPa5/18 شده است.

ویزگی های بتن سبک با مفاومت زیاد(نسبت آب به سیمان کم ):

نسبت مقاومت کششی وخمشی بتن های سبکدانه یا نیمه سبکدانه به مقاومت فشاری کمتر از این نسبت برای بتن معمولی نیست و حتی بیشتر نیز می باشدعلت این امرتاثیر کمتر کیفیت سنگدانه بر مقاومت کششی بتن است ونقش خمیر سیمان وملات در این امر چشمگیرتر است.برای بتن های سبک با لیکای ایران با نسبت آب به سیمان کمتر از۴/۰ می توان گفت نسبت مقاومت کششی شکافتی به مقاومت فشاری استوانه ای در حدود ۱۱/۰بد ست آمده که این نسبت برای بتن های مزبوربین۰۹/۰تا ۱۳/۰ بوده است .با توجه به روابط موجود در ACI می توان گفت این روابط بین مقاومت کششی وفشاری برای این بتن هاتقریبا صادق است.

مقاومت خمشی بتن ها ی نیمه سبکدانه عملا در حدود۵/۱ برابر مقاومت کششی شکافتی بدست آمده است. در بتن های نیمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان کم وبا لیکای ایران نسبت به مقاومت فشاری استوانه ای به مکعبی ابدا تناسبی با این نسبت برای بتن معمولی ندارد.برخی اوقات مقاومت استوانه ای بیش از مکعبی بوده وعملا این نسبت بین ۹/۰ تا ۱/۱ بوده است.در تحقیقات دیگرنیز به این امر اشاره شده است و معتقدند با مصرف سبکدانه مقاومت های استوانه ای به مکعبی نز دیک شود.

مدول الاستیسیته استاتیکی بتن نیمه سبکدانه حاوی لیکای ایران می تواند از روابط موجود در ACI بدست آید.مدول الاستیسیته این بتن ها عمدتا بین ۱۰تا ۲۰گیگا پاسکال بوده است.مدول الا ستیسیته دینامیکی این بتن ها در مقایسه با بتن معمولی و با توجه به وزن مخصوص بتن بیش از حد انتظار بدست آمده است این مدول الا ستیسیته بین ۱۷ تا ۲۵ گیگا پاسکال می باشد که قابل توجه به نظر میر سد سرعت پالس در این بتن ها گاه با سرعت پالس در بتن های معمولی تفاوت چندانی را نشان نیمدهد.جمع شدگی بتن نیمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان کم با لیکای ایران از بتن های معمولی بیشتر است.

در رابطه با جذب آب وجذب آب موئینه می توان گفت هر چند کیفیت بتن نیمه سبکدانه مانند بتن معمولی مشابه نیست ؛اما تفاوت های بازرسی را نشان نمی دهد.

از نقطه نظرمقاومت الکتریکی نیز در مقایسه با بتن معمولی مشابه(به ویژه در حالت نگهداری شده در آب)تفاوت ها چندان زیاد نیست؛در حالی که بتن تمام سبکدانه وضعیت بهتری را در مقایسه با بتن معمولی نشان داده است.

هر چند ضریب نفوذ یون کلر بتن نیمه سبکدانه تقریبا ۵/۱ برابر بتن معمولی است ؛اما جالب این است که بتن تمام سبکدانه در شرایط مشابه مانند بتن معمولی یا بهتر ازآن ارزیابی شده است.

همچنین در رابطه با آزمایش های خوردگی میلگرد،بتن نیمه سبکدانه ضیف تر از بتن معمولی مشابه بوده است ولی مجدد ا باید خاطر نشان کرد که بتن تمام سبکدانه شبیه به بتن معمولی وحتی بهتر از آن عمل کرده است.

کار برد بتن سبک با نسبت آب به سیمان کم در ایران ومحدویت های موجود:

به نظر میرسد با شرایط موجود ساخت بتن سبکدانه پر مقاومت با نسبت آب به سیمان کم حتی با مصرف دوده سیلیسی و فوق روان کننده به کمک لیکای ایران مقدور نباشد،مگر این که تغییر اساسی در کیفیت مقاومتی و وزن مخصوص لیکای موجود ایجاد شود.به هر حال با مقاومت های حاصله ونسبت مقاومت به وزن مخصوص عملا کاریردی برای بتن های سبک در کارهای سازه ای پیش بینی نمی شود .مصرف مقادیر قابل توجهی سیمان ،دوده سیلیسی وفوق روان کنند ه هزینه بسیار زیادی را ایجاد خواهد کرد وتحت این شرایط در کارگاه ممکن است صرفا مقاومت های کمتر از MPa 25 حاصل شود که توجیه اقتصادی نخواهد داشت .در استفاده از بتن سبکدانه به مسائل اجرایی به ویژه جداشدگی باید توجه داشت و این نیز می تواند در ایران می تواند مشکلات اساسی را به وجود آورد؛هر چند با استفاده از عیار سیمان زیاد و دود ه سیلیسی این مشکل تا حدودی حل می شود.

هر چند بکارگیری بتن نیمه سبکدانه سازه ای در ایران توجیه نداردهر چند بکارگیری بتن نیمه سبکدانه سازه ای در ایران توجیه ندارد؛اما دو تحقیق جدا گانه نشان داده است بتن تمام سبکدانه نیمه سازه ای که با لیکای ایران ساخته شده ،دوام قابل توجهی را در برابرخوردگی میلگردها از خود نشان داده ومشابه بتن های معمولی و حتی بهتر از آن در شرایط پایداری از خود بروز داده است.لذا شاید بتوان از این نوع بتن در موارد خاصی در حاشیه خلیج فارس و دریای عمان استفاده کرد.

تولید سیمان که ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال ۱۷۵۶ میلادی در کشور انگلستان توسط «John smeaton » که مسئولیت ساخت پایه برج دریایی «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهایت سیمان پرتلند در سال ۱۸۲۴ میلادی در جزیره ای به همین نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسید . مردم کشور ما نیز از سال ۱۳۱۲ با احداث کارخانه سیمان ری با مصرف سیمان آشنا شدند و با پیشرفت صنایع کشور ، امروزه در حدود ۲۶ الی ۳۰ میلیون تن سیمان در سال تولید می گردد . با آگاهی مهندسان از نحوه استفاده سیمان در کارهای عمرانی ، این ماده جایگاه خودش را در کشورمان پیدا کرد .
یکی از روشهای ساختمان سازی که امروزه در جهان به سرعت توسعه می یابد ساختمانهای بتنی است . بعد از انقلاب اسلامی به علت کمبود تیر آهن در نتیجه تحریمها و نیز گسترش ساخت و سازهای عمرانی در کشور ، کاربرد بتن بسیار رشد نمود . علاوه بر این موضوع ساختمانهای بتنی نسبت به ساختمانهای فولادی دارای مزایایی از قبیل مقاومت بیشتر در مقابل آتش سوزی و عوامل جوی ( خورندگی ) آسان بودن امکان تهیه بتن به علت فراوانی مواد متشکله بتون و عایق بودن در مقابل حرارت و صوت می باشند که توسعه روز افزون این نوع ساختمانها را فراهم می سازد .
یکی از معایب مهم ساختمانهای بتنی وزن بسیار زیاد ساختمان می باشد که با میزان تخریب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقیم دارد . اگر بتوانیم تیغه های جدا کننده و پانل ها را از بتن سبک بسازیم وزن ساختمان و در نتیجه آن تخریب ساختمان توسط زلزله مقدار زیادی کاهش می یابد . ولی کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است . استفاده از میکروسیلیس در ساخت بتن سبک سبب شده است که مقاومت بتن سبک بالا رود و این محدودیت کاهش یابد . در این تحقیق ضمن توضیحاتی در مورد بتن و تاثیر آب بر روی مقاومت بتن ، بیشتر در باره بتن سبک و روشهای افزایش مقاومت آن با استفاده از میکروسیلس ، خواص مکانیکی و همچنین موارد کاربرد آن بحث می شود .
۱- سیمان
– سیمان تولید شده در کشور ما با سیمان تولید شده در کشورهای صنعتی متفاوت است که لازم است تفاوت آن تا حد ممکن بررسی شود .
– طبقه بندی سیمانها شناسایی شود .
– عدم تنوع در کیفیت سیمان نشانه ضعفهایی از سیستم ساخت و ساز می باشد .
– عدم استفاده از سیمان با کیفیت بالا از عوامل اولیه عمر کوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد .
۲ – شن و ماسه
– معیارها و آئین نامه های تولید کلان شن و ماسه بررسی شود .
– تولید کلان شن و ماسه در کشور ما از نظر معیار و رعایت آئین نامه های تولید بررسی شود .
– معایب شن و ماسه تولیدی در کشور در حد کلان بدلائل زیر آنرا در درجه دوم و یا سوم کیفیت قرار می دهد .
الف : وجود گرد و غبار
ب : عدم شستشو
ج : دانه بندی نا صحیح
د : استفاده از شن و ماسه رودخانه ای بجای شن و ماسه شکسته .
– استفاده از شن و ماسه درجه ۲ و یا ۳ از عوامل ثانوی عمر کوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد .
افزایش مقاومت بتن مد نظر تمام دست اندرکاران صنعت تولید بتن می باشد .

ساختار بتن :

– بتن دارای چهار رکن اصلی می باشد که به صورت مناسبی مخلوط شده اند ، این چهار رکن عبارتند از :
الف : شن
ب : ماسه
ج : سیمان
د : آب
– در برخی شرایط برای رسیدن به هدفی خاص مواد مضاف به آن اضافه می شود که جزﺀ ارکان اصلی بتن به شمار نمی آید .
– توده اصلی بتن مصالح سنگی درشت و ریز ( شن و ماسه ) می باشد .
– فعل و انفعال شیمیایی بین سیمان و آب موجب می شود شیرابه ای بوجود آید و اطراف مصالح سنگی را بپوشاند و مصالح سنگی را بصورت یکپارچه بهم بچسباند .
– استفاده از آب برای ایجاد واکنش شیمیایی است .
– برای ایجاد کار پذیری لازم بتن مقداری آب اضافی استفاده می شود تا بتن با پر کردن کامل زوایای قالب بتواند دور کلیه میلگرد های مسلح کننده را بگیرد .
– جایگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هیدراتاسیون دارای حساسیت بسیار زیادی است .

ویژگیهای آب مصرفی بتن :

– آب های مناسب برای ساختن بتن
۱- آب باران
۲- آب چاه
۳- آب برکه
۴- آب رودخانه در صورتی که به پسابهای شیمیایی کارخانجات آلوده نباشد و غیره …
بطور کلی آبی که برای نوشیدن مناسب باشد برای بتن نیز مناسب است باستثناﺀ مواردی که متعاقبا توضیح داده خواهد شد .
– آبهای نا مناسب برای ساختن بتن
۱- آبهای دارای کلر ( موجب زنگ زدگی آرماتور می شود )
۲- آبهایی که بیش از حد به روغن و چربی آلوده می باشند .
۳- وجود باقیمانده نباتات در آب .
۴- آب گل آلود ( موجب پایین آوردن مقاومت بتن می شود )
۵- آب باتلاقها و مردابها
۶- آبهای دارای رنگ تیره و بدبو
۷- آبهای گازدار مانند۲ co و…
۸- آبهای دارای گچ و سولفات و یا کلرید موجب اثر گذاری نا مطلوب روی بتن می شوند .
نکته : ۱- آبی که مثلا شکر در آن حل شده است برای نوشیدن مناسب است ولی برای ساخت بتن مناسب نیست .
نکته : ۲- مزه بو و یا منبع تهیه آب نباید به تنهایی دلیل رد استفاده از آب باشد .
نکته : ۳- ناخالصیهای موجود در آب چنانچه از حد معین بیشتر گردد ممکن است بشدت روی زمان گرفتن بتن ، مقاومت بتن ، پایداری حجمی آن ، اثر بگذارد و موجب زنگ زدگی فولاد شود .
نکته : ۴- استفاده از آب مغناطیسی بعنوان یکی از چهار رکن اصلی مخلوط بتن می تواند بعنوان تاثیرگذار بر روی یارامترهای مقاومت بتن انتخاب گردد .

تمایز بتن از نظر چگالی :

الف : بتن معمولی : چگالی بتن معمولی در دامنه باریک ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ kg/m3 قرار دارد زیرا اکثر سنگها در وزن مخصوص تفاوت اندکی دارند ( ادامه این مبحث از بحث ما خارج است )
ب : بتن سنگین : از این بتنها در ساختمان محافظهای بیولوژیکی بیشتر استفاده می شود مانند ساختار ، آکتورهای هسته ای و پناهگاههای ضد هسته ای که مورد بحث ما نمی باشد که چگالی آن معمولا بیشتر از ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد .
ج : بتن سبک : مصرف بتن سبک اصولا تابعی از ملاحظات اقتصادی است ضمن اینکه استفاده از این بتن بعنوان مصالح ساختمانی دارای اهمیت بسیار زیادی است این بتن دارای چگالی کمتر از ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ کیلوگرم در متر مکعب می باشد . بدلیل اینکه دارای چگالی کمتر از بتن سنگین است دارای امتیاز قابل توجهی از نظر ایجاد بار وارده بر سازه می باشد چگالی بتن سبک تقریبا بین ۳۰۰ و ۱۸۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد یکی از امتیازات مهم امکان استفاده از مقاطع کوچکتر و کاهش مربوطه در اندازه پی ها می باشد ضمن اینکه قالبها فشار کمتری را از حالت بتن معمولی تحمل می کنند و همچنین در کاهش جابجایی کل وزن مصالح بدلیل افزایش تولید جایگاه ویژه ای دارد .
روش های کلی تولید بتن سبک :
– روش اول : از مصالح متخلخل سبک با وزن مخصوص ظاهری کم بجای سنگدانه معمولی که تقریبا دارای چگالی ۶/۲ می باشد استفاده می کنند .
– روش دوم : بتن سبک تولید شده در این روش بر اساس ایجاد منافذ متعدد در داخل بتن یا ملات می باشد که این منافذ باید به وضوح از منافذ بسیار ریز بتن با حباب هوا متمایز باشد که بنام بتن اسفنجی ، بتن منفذ دار و یا بتن گازی یا بتن هوادار می شناسند .
– روش سوم : در این روش تولید ، سنگدانه ها ی ریز از مخلوط بتن حذف می شوند . بطوریکه منافذ متعددی بین ذرات بوجود می آید و عموما از سنگدانه های درشت با وزن معمولی استفاده می شود . این نوع بتن را بتن بدون سنگدانه ریز می نامند .
نکته : کاهش در وزن مخصوص در هر حالت به واسطه و جود منافذ یا در مصالح یا در ملات و یا در فضای بین ذرات درشت موجب کاهش مقاومت بتن می شود .

طبقه بندی بتن های سبک بر حسب نوع کاربرد آنها :

– بتن سبک بار بر ساختمان
– بتن مصرفی در دیوارهای غیر بار بر
– بتن عایق حرارتی
نکته ۱- طبقه بندی بتن سبک بار بر طبق حداقل مقاومت فشاری انجام می گیرد .
مثال : طبق استاندارد ۷۷ – ۳۳۰ ASTM C در بتن سبک —- مقاومت فشاری بر مبنای نمونه های استوانه ای استاندارد از شده پس از ۲۸ روز نباید کمتر از Mpa 17 باشد . و وزن مخصوص آن نباید از ۱۸۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب تجاوز نماید که معمولا بین ۱۴۰۰ او ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است .
نکته : ۲- بتن مخصوص عایق کاری معمولا دارای وزن مخصوص کمتر از ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت بین ۷/۰ و Mpa 7 می باشد .

انواع سبک دانه هایی که به عنوان مصالح در ساختار بتن سبک استفاده می شود :

الف – سبک دانه های طبیعی : مانند دیاتومه ها ، سنگ پا ، پوکه سنگ ، خاکستر ، توف که بجز دیاتومه ها بقیه آنها منشاﺀ آتشفشانی دارند .
نکته :۱- این نوع سبک دانه ها معمولا بدلیل اینکه فقط در بعضی از جاها یافت می شوند به میزان زیاد مصرف نمی شوند ، معمولا از ایتالیا و آلمان اینگونه مصالح صادر می شود .
نکته : ۲- از انواعی پوکه معدنی سنگی که ساختمان داخلی آن ضعیف نباشد بتن رضایت بخشی با وزن مخصوص ۷۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب تولید می شود که خاصیت عایق بودن آن خوب می باشد اما جذب آب و جمع شدگی آن زیاد است . سنگ پا نیز دارای خاصیت مشابه است .
ب – سبک دانه های مصنوعی : این سبک دانه ها به چهار گروه تقسیم می شوند .
– گروه اول : که با حرارت دادن و منبسط شدن خاک رس ، سنگ رسی ، سنگ لوح ، سنگ رسی دیاتومه ای ، پرلیت ، اسیدین، ورمیکولیت بدست می آیند .
– گروه دوم : از سرد نمودن و منبسط شدن دوباره کوره آهن گدازی به طریقی مخصوص بدست می آید .
– گروه سوم : جوشهای صنعتی ( سبکدانه های کلینکری) می باشند .
– گروه چهارم : مخلوطی از خاک رس با زباله خانگی و لجن فاضلاب پردازش شده را می توان به صورت گندوله در آورد تا با پختن در کوره تبدیل به سبک دانه شود ولی این روش هنوز به صورت تولید منظم در نیامده است .
در جدول ( ۱ ) خواص انواع بتن های سبک که با این سنگدانه ها ساخته می شوند نشان داده شده اند :

الزامات سبکدانه ها بتن سازه ای :

الزامات سبکدانه ها در آیین نامه های ASTM C330-89 ( مشخصات سبکدانه ها برای بتن سازه ای در آمریکا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبکدانه ها برای قطعات بنایی و بتن سازه ای در بریتانیا ) داده شده اند . در استاندارد بریتانیایی مشخصات واحدهای بنایی نیز مورد بحث قرار گرفته است . این آیین نامه ها محدودیتهایی برای افت حرارتی ( ۵% درASTM و۴% در BS)و همچنین در BS برای مقدار سولفات ۱% ۳ so (به صورت جرمی ) را مشخص نموده اند . برخی الزامات دانه بندی این آیین نامه ها در جداول ۲ ، ۳ و ۴ نشان داده شده اند .
ذکر این نکات برای فهم بهتر این جداول مفید است :
۱- آیین نامه BS 1047:7983 مشخصات دوباره در هوای سرد شده ، که منبسط نشده است را در بر می گیرد .
۲- سبکدانه های به کار رفته در بتن سازه ای ، صرفنظر از منشأ آنها تولیداتی مصنوعی می باشند و در نتیجه معمولا یکنواخت تر از سبکدانه طبیعی می باشند . بنابراین سبکدانه را می توان برای تولید بتن سازه ای با کیفیت ثابت مورد استفاده قرار داد .
نکته : سبکدانه ها دارای خصوصیت ویژه ای هستند که سنگدانه های معمولی فاقد آن می باشند و در رابطه با انتخاب نسبتهای مخلوط و خواص مربوط به بتن حاصل دارای اهمیت ویژه ای می باشند .این ویژگی عبارتست از توانایی سبکدانه ها در جذب مقادیر زیاد آب و همچنین امکان نفوذ مقداری از خمیر تازه سیمان به درون منافذ باز ( سطحی ) ذرات سبکدانه (مخصوصا ذرات درشت تر ) در نتیجه این جذب آب توسط سبکدانه ، وزن مخصوص آنها زیادتر از وزن مخصوص ذراتی می شود که در گرمچال خشک شده اند .

روشهای افزایش مقاومت بتن سبک :

کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است برای بدست آوردن بتن سبک با مقاومت زیاد روشهای زیادی مورد توجه قرار گرفته است .
نکته : عامل موثر و مشترک در کلیه این پژوهشها مصرف میکروسیلیس در بتن می باشد . در اینجا اجمالا به چند روش اشاره می گردد :
۱- تحقیقات مشترک V.Novokshchenov و W.Whitcomb جهت افزایش مقاومت بتن سبک و بهبود دیگر خواص آن با استفاده از سبکدانه های سیلیسی منبسط شده ، به اعتقاد آنان مقاومت بتن سبک تابعی از مقاومت سبکدانه ها و ملات است که این رابطه به صورت ذیل ارائه گردید .
fc = fm (vm)+fa (1-vm)
fc = مقاومت بتن fa = مقاومت سبکدانه
fm = مقاومت ملات vm = حجم نسبی ملات
بدین ترتیب مشاهده می شود که می توان با افزایش مقاومت سبکدانه و مقاومت و حجم ملات مقاومت بتن سبک را افزایش داد .

نتیجه گیری

– بتن نیمه سبکدانه پرمقاومت با استفاده از لیکای مرغوب وسیلیس منبسط شده با مقاومت ۲۸ روزه استوانه ای بیش از MPa50 در دنیا ساخته و مصرف شده است که نسبت آب به سیمان آن معمولا کمتر از ۳۵/۰ می باشد.

– عمده کاربرد بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت امروزه د رکارهای دریایی و نفتی می باشد.

– دوده سیلیسی وفوق روان کننده از ملزومات تولید بتن سبکدانه پرمقاومت می باشد وعیار سیمان مصرفی معمولا بیش از۴۰۰و تا حدود kg/m3 550بوده است.

– حداکثر اندازه سبکدانه نقش مهمی را در تغییر مقاومت ایفا می کند و امروزهبرای بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت،حداکثر اندازه سبکدانه بین ۵/۱۲-۵/۹ میلی متر می باشد.

– ساخت بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت با لیکای ایران حتی با مصرف دوده سیلیسی وفوق روان کننده و بکارگیری نسبت آب به سیمان ۲۵/۰ عملا مقدور نمی باشد.

– لیکای ایران از نظر کیفیت مقاومتی و جذب اب نمی تواند مرغوب تلقی شود ولی از وزن مخصوص پایینی برخوردار می باشدو صرفا برای تولید بتن های نیمه سبکدانه سازه ای با مقاومت معمولی می تواند به کار گرفته شود.

– بتن های تمام سبکدانه با نسبت آب به سیمان کم می تواند همانند بتن معمولی مشابه در محیط های خورنده وبه صورت مسلح بکار گرفته شود؛هر چند از مقاومت فشاری پایینی برخوردارمی باشد.

خطوط تولید بلوکهای بتن سبک هبلکس ، گازی با ظرفیت ۵۰۰ متر مکعب در روز ساخت کشور چین .
این نوع بتن در نتیجه یک واکنش شیمیایی که گاز را در ملات تازه ایجاد میکند ساخته میشود. این بتن هنگامی که سخت میشود شامل تعداد زیادی حباب های گازی میباشد. این نوع بتن بعلت وزن کم ( دانسیته ۷۰۰-۵۰۰ کیلوگرم به متر مکعب )وخواص عایق بندی حرارتی باعث کاهش جرم ساختمان و صرفه جویی در مصرف انرژی میگردد. از خواص عمده بتن گازی وزن مخصوص کم ,مقاومت مناسب عایق بندی حرارتی ومقاوم در برابر آتش و عایق صوتی قابل ذکر میباشد.

بتن تولید سیمان که ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال ۱۷۵۶

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگو شرکت کنید؟
نظری بدهید!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *