دانلود تحقیق خواص بتن

تاریخچه:
استفاده از مواد شیمیایی از زمانهای بسیار دور متداول بوده است.

مصریان قدیم گچ تکلیس شده ناخالص را بکار می‌بردند یونانیان و رومی‌ها سنگ آهک تکلنیس شده را مصرف می‌کردند و بعداَ آموختند که به مخلوط آهک و آب، ماسه،سنگ خردشده یا آجر و سفال‌های شکسته نیز اضافه کنند این اولین نوع بتن در تاریخ بود.

ملات آهک درزیر آب سخت نمی‌شود و رومی‌ها برای ساختمان‌سازی در زیر آب، سنگ و آهک و خاکستر آتشفشانی با پودر بسیار نرم سفال‌های سوخته شده را با هم آسیاب می‌نمودند و بکار می‌بردند سیلیس و آلومین فعال موجود در خاکستر و سفال با آهک ترکیب شده و آنچه به اسم سیمان پوزولانی (پوزولان از اسم دهکده pozzuli که در نزدیکی آتشفشان وزو قرار دارد و برای اولین بار خاکستر آتشفشانی را در این محل پیدا نمودند گرفته شده است).

شناخته شده است را تولید می‌نماید نام «سیمان پوزولانی» را تا به امروز برای توصیف سیمانهایی که بآسانی از آسیاب نمودن مواد طبیعی در دمای معمولی بدست می‌آیند بکار برده‌اند بعضی از ساختمانهای رومی که در آنها آجرها بوسیله ملات به یکدیگر چسبانده شده‌اند مانند
Coliseum در روم و pont du Gard در نزدیکی Nimes و سازه‌های بتنی مانند ساختمان pantheon در روم تا امروز باقی مانده‌اند و مواد سیمانی آنها هنوز سخت و محکم است در خرابه‌های نزدیک pompeii اغلب ملات بهم چسباننده سنگها کمتر از خود سنگها که نسبتاَ سست می‌باشد هوازده شده است.

در قرون وسطی انحطاطی در کیفیت و کاربرد سیمان بوجود آمد و فقط در قرن 18 بود که پیشرفتی در دانش سیمانها حاصل شد در سال 1756 که john Smeaton مأمور بازسازی برج چراغ دریایی Eddystone د رفرا ساحل جنوب غربی انگلستان شده بود به این نتیجه رسید که بهترین ملات وقتی بدست می‌آید که مواد پوزولانی با سنگ آهک حاوی نسبت قابل توجهی از مواد رسی مخلوط شود با تشخیص اینکه نقش خاک رس که قبلاً نامناسب در نظر گرفته می‌شد.

Smeaton اولین شخصی بود که خواص شیمیایی آهک آبی یعنی ماده‌ای که از پخت مخلوطی از سنگ و خاک رس بدست می‌آید پی برد.

متعاقباً سیمانهای آبی دیگر مانند سیمان رومی که james parker از کلسینه نمودن گلوله‌های سنگ آهک رسی آن را بدست آورده بوجود آمد.

بالاخره در 1824 Joseph Aspdin که معماری در شهر لیدز بود سیمان پرتلند را به ثبت رساند این سیمان را از حرارت دادن مخلوطی از پودر نرم خاک رس و سنگ آهک سخت در کوره تاحدودی که CO2 آن بخارج رانده وشد بدست آورند دمای کوره خیلی پائین‌تر از حد لازم برای تولید کلینکر نخستین نمونه از سیمانی که امروزه آن را به نام سیمان پرتلند می‌شناسیم در سال 1845 بوسیله Isaac Johnson از حرارت دادن مخلوط خاک رس و سنگ آهک کیفیت تا حد کلینکر شدن و صورت پذیرفتن واکنش‌های لازم برای تشکیل ترکیبات چسباننده‌ی پرقدرت تهیه گردید.

نام سیمان پرتلند که در ابتدا به علت تشابه رنگ و سیمان حاصل کرده با سنگ پرتلند – سنگ آهکی که در Dorset انگلستان استخراج می‌شود به آن داده شد تا امروز در سراسر دنیا برای توصیف سیمانی که از در هم آمیختن کامل و حرارت دادن مواد آهکی و رسی، یا سایر مواد حاوی سیلیس، آلومین، و اکسید آهن تا دمای کلینکر شدن و آسیاب نمودن کلینکر حاصل شده باقی مانده است و تعریف سیمان پرتلند در استانداردهای مختلف با توجه به اینکه از پخت سنگ گچ به آن افزوده می‌شود بر این راستا قرار دارد امروزه ممکن است مواد دیگری نیز افزوده یا آمیخته شوند.

بتن تازه:
گواینکه بتن تازه فقط بصورت گذرا مورد توجه واقع می‌شود باید توجه نمود که مقاومت بتن با نسبتهای مخلوط معین بصورت خیلی جدی تحت تأثیر درجه‌ی تراکم آن واقع می‌شود و بنابراین بسیار مهم است که روانی مخلوط بتن تازه در حدی باشد که بتوان آنرا با سهولت کافی حمل نمود درجاریخت، متراکم کرد و سطح آن را پرداخت نمود بدون آنکه در خلال این مراحل جداشدگی صورت گیرد.

عوامل مؤثر بر کارآیی:
عامل اصلی مقدار آب مخلوط است که بر حسب کیلوگرم( یا لیتر) آب، بر متر مکعب بتن، بیان می‌شود از نظر سهولت( گواینکه تقریبی است) فرض می‌شود که برای یک نوع سنگدانه بخصوص با دانه‌بندی معین و کارآیی مشخص بتن، مقدار آب مستقل از نسبت سنگدانه‌ها به سیمان و یا از مقدار سیمان مخلوط باشد براساس این فرض می‌توان نسبت‌های مخلوط بین بتن‌های بامقدار سیمان مختلف را تخمین زد.

جدول A مقادیر نمونه آب را برای اسلامب‌های مختلف بتن و حداکثر اندازه‌های مختلف سنگدانه‌ها می‌دهد این مقادیر فقط در مورد بتن بدون حباب هوا صدق می‌کند.

مقدار آب بتن kg/m3 جدول A : مقدار تقریبی آب برای اسلامب‌های مختلف و حداکثر اندازه‌های سنگدانه‌ها( تا حدی براساس روش سازمان ملی سنگدانه‌ها در ایالت متحده) چنانچه مقدار آب بتن وسایر نسبتهای مخلوط ثابت فرض شوند در این صورت کارآیی توسط حداکثر اندازه سنگدانه‌ها، دانه‌بندی، شکل و بافت سطحی آنها کنترل می‌شود.

دانه‌بندی و نسبت آب به سیمان تواماً مورد بررسی قرار گیرند زیرا دانه‌بندی معینی که بهترین کارآیی را برای یک مقدار بخصوص نسبت آب به سیمان تولید می‌کند ممکن است بهترین دانه‌بندی برای نسبت دیگری از آب به سیمان، نباشد بویژه هر چه نسبت ‌آب به سیمان بیشتر باشد برای حصول بهترین کارآیی دانه‌بندی ریزتری مورد نیاز خواهد بود درواقع برای نسبت معینی از آب به سیمان یک نسبت سنگدانه درشت» با مصرف مصالح معین« وجود خواهد داشت که بهترین کارآیی را می‌دهد و بر عکس برای یک کارآیی معین مقدار ثابتی از نسبت سنگدانه درشت به ریز وجود دارد که احتیاج به کمترین مقدار آب خواهد داشت.

به هر حل باید به خاطرداشت که اگر چه هنگام بحث در مورد دانه‌بندی لازم برای حصول یک کارآیی مناسب نسبت‌های جرمی توصیه شده‌اند ولیکن این توصیه‌ها فقط درمورد سنگدانه‌های با وزن مخصوص ثابت صدق می‌کنند.

در حقیقت کارآیی بوسیله نسبت‌های حجمی دانه‌های با اندازه‌های مختلف کنترل می‌شود لذا وقتی سنگدانه‌های با وزن مخصوص‌های مختلف اصلاً در حالت بعضی از مصالح سبک وزن یا مخلوطی از مصالح سبک وزن و معمولی با کاربرده می‌شوند.

باید نسبتهای مخلوط را براساس حجم مطلق هراندازه از دانه‌ها تعیین نمود این موضوع در حالت بتن با حباب هوا نیز صدق می‌کند زیرا حباب هوا همانند ذرات ریز بدون وزن عمل می‌نماید.

تأثیر خواص سنگدانه‌ها بر کارآیی افزایش مقدار سیمان مخلوط کاهش می‌یابد و احتمالاً وقتی نسبت سنگدانه به سیمان به کمی یا 2 باشد بکلی این اثر از بین می‌رود.

در عمل تخمین اثر نسبت های مخلوطی بر کارآیی احتیاج به دقت دارد، زیرا از سه عامل نسبت به سیمان.

نسبت سنگدانه‌ها به سیمان و مقدار آب مخلوط، فقط دو عامل مستقل از یکدیگرند.

برای مثال اگر نسبت سنگدانه‌ها به سیمان کاهش داده شود اما نسبت آب به سیمان ثابت بماند مقدار آب مخلوط افزایش می‌یابد و در نتیجه کارآیی افزاش خواهد یافت از طرف دیگر اگر مقدار آب ثابت نگه داشته شود وقتی که نسبت سنگدانه به سیمان کاهش می‌یابد نسبت آب به سیمان کاهش خواهد یافت اما کارآیی بصورت جدی تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.

بعلت بعضی از اثرات ثانوی ذکر آخرین شرط نیز ضروری بنظر می‌رسد نسبت کمتری از سنگدانه‌ها به سیمان به معنی مقدار بیشتری از کل سطح جانبی مواد جامد (سنگدانه‌ها و سیمان) است بطوریکه در این صورت یک مقدار معین از آب، سبب کارآیی تا حدی کمتر می‌شود.

این اثر را می‌توان با استفاده از دانه‌بندی قدری درشت‌تر از سنگدانه‌ها، خنثی نمود همچنین عوامل جزئی دیگر نیز مانندبرخی ذرات سیمان، مؤثرند.

اما تأثیر این عوامل، هنوز بحث‌انگیز است.

زمان سخت‌شدن بتن: برای مشخص نمودن میزان سفت‌شدن بتن می‌توان ملات خارج شده از آن را با استفاده از الک mm 5 آزمایش نمود.

میله‌ای از نوع واکنش فلزی به اسم میله proctor را برای تعیین زمانهایی که مقاومت در مقابل نفوذ برابر Mpa 5/3 و Mpa 6/27 بکار می‌برند.

قرائت اول زمان گیرش اولیه نامیده می‌شود و نشانگر آن است که بتن بیشتر از آنکه بتواند در اثر لرزیدن قابلیت تحرک‌پذیری یابد سفت شده است.

زمانی که مقاومت در برابر نفوذ به Mpa 6/27 برسد، زمان گیرش نهایی می‌باشد.

مقاومت فشاری بتن سنجیده شده با استوانه استاندارد در این صورت Mpa 7/0 می‌باشد این زمان گیرش کاملاً متمایز از زمانهای گیرش سیمان می‌باشد.

روش انجام این آزمایش توسط ASTMC 403-92 تجویز شده است و می‌تواند برای مقاصد مقایسه‌ای بکار رود این سنجش نمی‌تواند یک ارزیابی مطلق باشد زیرا آزمایش، بجای بتن اصلی، بر روی ملات انجام می‌شود.

بخش اول آئین‌نامه BS5072:1982 نیز آزمایش زمان سفت‌شدن را تجویز نموده است.

اثر زمان و دما بر کارآیی: بتن تازه مخلوط شده به مرور زمان سفت می‌شود ولی این موضوع را نباید با گیرش سیمان اشتباه نمود.

بسادگی می‌توان گفت که قسمتی از آب مخلوط می‌تواند جذب سنگدانه‌ها( اگر اشباع نشده باشند) گردد و قسمتی بوسیله تبخیر از بین می‌رود (بخصوص اگر بتن در معرض تابش خورشید یا وزش باد قرار گیرد.

) و بخشی از آن نیز صرف واکنش‌های شیمیایی اولیه می‌گردد در خلال مدت یک ساعت از زمان مخلوط نمودن بتن ضریب تراکم تا حدود 1/0 کاهش پیدا می‌کند.

مقدار دقیق افت در کارآیی به عوامل متعددی بستگی دارد.

اولاً هر چه کارآیی اولیه بالاتر باشد کاهش اسلامپ بیشتر خواهد بود.

ثانیاً روند کاهش اسلامپ در مخلوط‌های پرسیمان بیشتر است و بعلاوه روند این کاهش به خواص سیمان مصرف شده بستگی دارد وقتی که مقدار قلیایی‌ها خیلی زیاد و مقدار سولفات خیلی کم باشد روند کاهش بیشتر خواهد بود.

تبخیر کارآیی نسبت به زمان همچنین به شرایط رطوبتی سنگدانه‌ها بستگی دارد (در یک مقدار آب کل معین)؛ البته همانطور که ملاحظه می‌شود افت کارآیی در سنگدانه‌ها بستگی دارد به علت جذب آب توسط آنها بیشتر است هر چند که افزودنی‌های کاهنده آب، زمان سفت شدن اولیه بتن را به تأخیر می‌اندازند ولی غالباً باعث قدری افزایش در روند کاهش اسلامپ با گذشت زمان می‌شوند.

همچنین کارآیی مخلوط تحت تأثیر دمای محیط قرار می‌گیرد گو اینکه اگر دقیقاً بخواهیم دراین رابطه‌های خود بتن مطرح است واضح است که برای حفظ کارآیی اولیه در یک روز گرم مقدار آب مخلوط باید افزایش داده شود افت اسلامپ درمخلوطهای سفت کمتر تحت تأثیر دما قرار می‌گیرد زیرا چنین مخلوط‌هایی کمتر تحت تآثیر تغییرات میزان آب واقع می‌شوند از آنجائیکه کارآیی بتن با دما کاهش می‌یابد سنجیدن اسلامپ پس از گذشت یک زمان از پیش تعیین شده پس از مخلوط کردن مهم است اندازه‌گیری اسلامپ بلافاصله پس از تخلیه بتن از دستگاه مخلوط‌کن بمنظورز کنترل پیمانه و مخلوط کردن آن ارزشمند است همچنین تعیین اسلامپ در زمان ریختن بتن در قالب بمنظور حصول اطمینان از آن که کارآیی برای روش بکارگرفته شده تراکم بتن مناسب است ارزش دارد.

جداشدگی: در بحث کلی بتن ، کارآیی بیان گردید که در چنین بتنی نباید جداشدگی بآسانی رخ دهد یعنی باید چسبدگی داشته باشد ولیکن اگر دقیقاً بخواهیم درتعریف مخلوط کارآیی عدم وجود تمایل به جداشدگی گنجانیده نشده است.

با وحود این فقدان جداشدگی محسوس الزامی است، زیرا تراکم کامل مخلوطی که مواد آن از یکدیگر جدا شده باشند امکان‌پذیر نمی‌باشد.

جداشدگی را می‌توان بصورت جداشدگی مواد متشکله یک مخلوط غیر همگن از یکدیگر تعریف نمود.

بطوریکه توزیع مواد در مخلوط دیگر یکنواخت نباشد.

در مورد بتن، اختلاف بین اندازه ذرات و همچنین اختلاف بین وزن مخصوص آنها دلایل اصلی جداشدگی می‌باشند اما میزان جداشدگی را می‌توان با انتخاب دانه‌بندی مناسب و دقت در نحوه جابجا نمودن بتن کنترل نمود.

شایان توجه است که لزجت بیشتر بخش خمیر تازه سیمان مانع سقوط سگندانه‌های سنگین‌تر می‌شود در نتیجه مخلوط‌هایی با نسبت آب به سیمان کم، مستعد جداشدگی کمتری می‌باشند.

دو نوع جداشدگی وجود دارد در نوع اول سنگدانه‌های درشت‌تر تمایل به جداشدن دارند، زیرا آنها در امتداد سطح شیبدار فاصله بیشتری را طی می‌کنند و یا بیشتر از ذرات ریزتر ته‌نشین می‌شوند نوع دوم جداشدگی که (بخصوص در مخلوط‌های پرآب اتفاق می‌افتد.) با جدا شدن دوغاب سیمان ( سیمان+ آب) از مخلوط بروز می‌نماید وقتیکه مخلوط کم سیمان بکار برده می‌شود با برخی از دانه‌بندی‌ها اگر مخلوط خیلی خشک باشد ممکن است جداشدگی نوع اول اتفاق افتد افزودن آب به مخلوط، چسبندگی آن را بهبود می‌بخشد اما وقتی که آب مخلوط خیلی زیاد است جداشدگی نوع دوم اتفاق خواهد افتاد.

اگر بتن نباید فاصله‌ی زیادی با بپیماید و مستقیماَ از ظرف یا سطل بتن‌ریزی به محل نهایی خود در قالب ریخته می‌شود خطر جداشدگی کم خواهد بود.

از طرف دیگر ریختن بتن از یک ارتفاع قابل ملاحظه عبور دادن بتن در امتداد یک شیب( بخصوص با تغییرات جهت) و تخلیه شدن در مقابل یک مانع، سبب ترغیب جداشدگی می‌شود لذا تحت چنین شرایطی باید مخلوط که بویژه چسبندگی آن زیاد است بکار برده شود.

با روش صحیح جابجا نمودن، حمل و نقل، درجاریختن، احتمال جداشدگی را می‌توان به میزان چشمگیری کاهش داد در این مورد قواعد عملی متعددی وجود دارد که در آئین‌نامه‌ی304R-85 ACI ارائه شده‌اند.

ولیکن لازم به تأکید است که همیشه باید مستقیماً د رمحل نهایی خود ریخته شود و نباید اجازه داد که بتن در قالب جریان پیدا کند و یا در داخل قالب از محلی به محل دیگر حرکت داده شود.

این ممنوعیت شامل استفاده از لرزاننده جهت پخش نمودن انبوهی از بتن برروی سطح بزرگتر نیز می‌شود.

لرزاندن با ارزشترین وسیله‌ی تراکم را فراهم می‌آورد اما از آنجائیکه مقدار زیادی کاربر روی بتن انجام می‌شود لذا خطر جداشدگی (درهنگام ریختن درجا کاملاً متمایز از جابجایی) ناشی از کاربرد نامناسب لرزاننده افزایش می‌یابد.

این امر بخصوص وقتی که لرزاندن برای ودت طولانی ادامه داشته داده شود صورت می‌گیرد در بسیاری از مخلوطها ممکن است، جداشدن و حرکت سنگدانه‌های درشت به طرف کف قالب و خمیر سیمان به طرف سطح بتن نتیجه می‌شود.

چنین بتنی مسلماً کم قدرت می‌شود ولایه‌ی نزدیک به سطح آن بسیار پرسیمان و با آب زیاد خواهد بود بطوریکه ترک برمی‌دارد و ممکن است نهایتاً سبب ایجاد گرد و غبار در سطح بتن شود شیره‌ی ضعیف بتن نباید از آب آمده به سطح بتن( آب انداختن بتن) تمیز داده می‌شود.

می‌توان متذکر شد که حباب هو اخطر جداشدگی را کاهش می‌دهد.

از طرف دیگر سنگدانه‌های درشتی که زون مخصوص آنها به میزان قابل ملاحظه‌ای با وزن مخصوص سنگدانه‌های ریز تفاوت داشته باشد، منجر به افزایش جداشدگی خواهد شد.

سنجش کمی جداشدگی مشکل است اما وقتی که بتن به یکی از روشهای نامناسبی که در بالا ذکر شده جابجا شود بآسانی قابل تشخیص می‌باشد با انجام آزمایش جریان( پخش) می‌توان تصویر خوبی از میزان چسبندگی بدست آورد.

ضربه‌های اعمال شده در طول آزمایش، جداشدگی را تقویت می‌کند و اگر مخلوط چسبناک نباشد، ذرات درشت‌تر سنگدانه‌ها جدا خواهند شد و به سمت لبه‌ی میز حرکت خواهندکرد دریک مخلوط بسیار روان خمیر سیمان تمایل به دور شدن از مرکز میز دارد و سنگدانه‌های درشت‌تر در مرکز باقی می‌مانند.

تا آنجا که به جداشدگی ناشی از لرزاندن زیاد مربوط می‌شود یک آزمایش مناسب آن است که قالب مکعبی یا استوانه‌ای حاوی بتن را به مدت 10 دقیقه لرزاند و سپس بدنه‌ی قالب را جدا نموده و توزیع دانه های درشت در بدنه بتن را مشاهده نمود.

هرگونه جداشدگی بوضوح دیده خواهد شد.

بتن آماده: قبلاً بتن آماده بصورت موضوعی جداگانه مطرح می‌شد اما امروزه درحالی که قسمت عمده بتن در بسیاری از کشورها در یک ایستگاه مرکزی تولید می‌شود در این بخش فقط برخی از خصوصیان ویژه بتن آماده بررسی قرار خواهد گرفت.

بتن آماده بویژه در کارگاههای پرتراکم و یا در جاده‌سازی در مواردی که فضای کمی برای دستگاه مخلوط‌کن و انباشته‌های گسترده‌ای از سنگدانه وجود دارد مفید است.

اما شاید برجسته‌ترین امتیاز منحصر به فرد بتن آماده آن است که می‌توان آن را در شرایط بهتری از آنچه که معمولاً در کارگاههای بزرگ ساختمانی امکانپذیر است تولید نمود د رتولید بتن اعمال کنترل ضرورتی اجتناب ناپذیر است اما از آنجا که ایستگاه مرکزی تولید بتن تقریباً تحت شرایط کارخانه‌ای عمل می‌کند کنترل کاملاً دقیقی بر کلیدی عملیات تولید بتن تازه امکانپذیر خواهد بود دقت مناسب در جریان حمل بتن نیز با استفاده از کامیون‌‌های بهم زن تأمین می‌گردد اما البته در جاریختن بتن وتراکم آن از مسئولیتهای کارکنان کارگاه خواهد بود.

در مواردی که مقادیر کمی از بتن لازم باشد و یا وقتیکه بتن‌ریزی با فواصل زمانی صورت می‌گیرد نیز در کار بتن آماده دارای مزیت خواهد بود.

دو نوع عمده بتن آماده وجوددارد در نوع اول مخلوط نمودن در دستگاه مرکزی صورت می‌گیرد سپس بتن آماده حمل می‌گردد معمولاً در کامیون به هم زن که بآرامی می‌چرخد تا از جداشدگی بتن وسفت شدن زودرس آن جلوگیری شود.

چنین بتنی را مخلوط شده در ایستگاه مرکزی می‌گویند که کاملاً متمایز از نوع دوم که مخلوط شده در حمل یا در کامیون است می‌باشد.

در نوع دوم مواد در ایستگاه مرکزی پیمانه شده اما در کامیون مخلوط‌کن یا در جریان حمل به کارگاه و یا بلافاصله از تخلیه بتن مخلوط می‌شود مخلوط نمودن درحمل اجازه خواهد داد تا بتوان بتن را به فاصلهْ دورتری حمل نمود در صورتیکه تأخیری رخ دهد بتن کمتر آسیب خواهد دید اما فقط 93 درصد یا حتی کمتر از ظرفیت بشکه کامیون مخلوط‌کن بکار گرفته می‌شود لیکن در مورد بتن مخلوط شده در ایستگاه مرکزی تا 80 درصد ظرفیت بشکه کامیون استفاده می‌شود در بعضی مواقع بمنظور افزایش ظرفیت کامیون بهم‌زن بعضی از عمل مخلوط کردن را در ایستگاه مرکزی انجام می‌دهند و سپس عمل مخلوط کردن طی مسیر تکمیل می‌گردد چنین بتنی به اسم بتن نیمه آمیخته نامیده می‌شود اما بندرت مورد استفاده قرار می‌گیرد کامیون‌های حمل بتن معمولاً دارای ظرفیت m39 یا m3 5/7 هستند.

مقاومت بتن: مقاومت بتن بعنوان باارزش ترین خاصیت آن در نظر گفته می‌شود گو اینکه د ربسیاری از موارد عملی ممکن است سایر مشخصه‌های آن ( مانند دوام و نفوذ‌پذیری) اهمیت بیشتری داشته باشند بهرحال معمولاً مقاومت یک تصویرکلی از کیفیت بتن بدست می‌دهد زیرا مقاومت با ساختار خمیر هیدراته شده رابطه‌ای مستقمیم دارد بعلاوه مقاومت بتن تقریباً همیشه یک عامل ضروری در طراحی سازه‌ای و بمنظور ارزیابی در تطابق با مشخصات درنظر گرفته می‌شود.

آب مؤثر در مخلوط: روابط عملی که تاکنون مورد بحث قرارگرفته ‌اند شامل مقادیر آب مخلوط بودند این مقادیر نیاز به تعریف دقیقتری دارند آبی که فضای خارج ذرات سنگدانه وقتی که حجم ناخالص بتن تثبیت می‌شود را اشغال می‌کند (یعنی تقریباً در هنگام گیرش) آب مؤثر در نظر گرفته می‌شود بنابراین واژه‌های نسبت آب مؤثر آزاد یا خالص به سیمان بکار برده می‌شوند.

بطور مکلی آب بتن تشکیل شده است از قسمتی که به مخلوط اضافه شده و قسمتی که همراه سنگندانه وارد دستگاه مخلوط‌کن می‌شود بخشی از آب اخیر، جذب ساختار منفذی داخل سنگدانه می‌گردد در حالیکه قسمتی از آن بصورت آب آزاد برروی سطح سنگدانه وجود دارد لذا هیچگونه تفاوتی با آبی که مستقیماً بداخل مخلوط‌کن اضافه می‌شود ندارد.

برعکس وقتی که سنگدانه اشباع نباشد و بنابراین بخشی از منافذ با هوا پرشده باشد قسمتی از آب اضافه شده به مخلوط در جریان نیم ساعت دوم( یا در همین حدود) پس از مخلوط کردن توسط سنگدانه جذب می‌شود تحت چنین شرایطی تفاوت قایل شدن بین آب جدب شده و آب آزاد قدری مشکل است.

در یک کارگاه ( در انگلستان) سنگدانه قاعدتاً مرطوب می‌باشد و آبی که بیش از مقدار لازم برای رساندن آن به حالت اشباع و سطح خشک لازم است بعنوان آب مؤثر مخلوط در نظر گرفته می‌شود.

به این دلیل داده‌های نسبت‌های مخلوط معمولاً براساس آب( آبی که بیش از حد جذب شده توسط سنگدانه‌ می‌باشد) قرار دارند از طرف دیگر برخی از آزمایشهای آزمایشگاهی، کل آب اضافه شده در یک سنگدانه خشک را درنظر می‌گیرد بنابراین لازم است در انتقال نتایج آزمایشگاهی به نسبت‌های مخلوطی که باید در کارگاه بکار برده شوند دقت صورت گیرد ودر کلیه موارد رجوع به نسبت آب به سیمان، باید بوضوح روشن نماید که آیا کل آب بجای آب آزاد در نظر گرفته شده است یا خیر.

ماهیت مقاومت بتن: تأثیر برجسته منافذ بتن بر مقاومت آن کراراً ذکر شده است و باید بتوان این عامل را به مکانیزم واقعی گسیختگی ارتباط دارد برای این منظور بتن را بصورت ماده شکننده‌ای در نظرمی‌گیرند گواینکه بتن به مقدارکمی رفتار خمیری دارد، زیرا گسیختگی تحت بار استاتیکی درکل تغییر شکب نسبی نسبتاً کمی صورت می‌گیرد( پیشنهاد شده است که یک تغییر شکل نسی 001/0 تا 005/0 در گسیختگی بعنوان حد رفتار شکنندگی در نظر گرفته شود) بتن مقاومت زیاد شکننده‌تر از بتن با مقاومت معمولی است اما هیچ روش کمی برای بیان شکنندگی بتنی که رفتار آن در عمل بین شکننده و تغییر شکل پذیر قرار می‌گیرد وجود ندارد.

اثرات دما در بتن: آزمایشهای آزمایشگاهی اغلب در دمای کنترل شده‌ای که معمولاً ثابت است انجام می‌شود از آنجاکه آزمایشهای اولیه در آب و هوای معتدل صورت گرفتند دمای استاندارد انتخاب شده عموماً در محدوده 18 تا C ˚ 21 بود لذا قسمت عمده اطلاعت اساسی درباره خواص بتنی تازه و سخت شده براساس رفتار آن در این دماها قرار دارد ولیکن در عمل بتن در دامنه وسیعی از دماها مخلوط می‌شوند و همچنین در دماهای مختلف مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد در حقیقت، از آنجا که بیتشر ساختمان‌سازی نوین در کشورهای با آب و هوای گرم صورت می‌گیرد دامنه واقعی دماها به میزان قابل توجهی گسترش یافته است.

همچنین توسعه‌های جدید که عمدتاً فرا ساحلی می‌باشند در مناطقی بسیار سرد صورت می‌گیرد.

درنتیجه، دانش اثرات دما دربتن دارای اهمیت فراوان است.

دوام بتن: در هر سازه بتنی لازم است عمکلردی که برای آن در نظررگرفته شده است تداوم یابد یعنی مقاومت و بهره‌دهی آن، در عمر تشخیص( یا آنچه که به صورت متعارف انتظار می‌رود) حفظ گردد.چنین نتیجه می‌شود که بتن باید فرآیندهای لازم پاشیدگی را که انتظار می‌رودبا آن مواجه شود تحمل نماید به چنین بتنی، بتن با دوام می‌گویند.

شایان ذکراست که اضافه شود دوام به معنای عمر بی‌نهایت نبوده وهمچنین به این معنا نمی‌باشد که بتن می‌تواند هرگونه شرایط رویارویی را تحمل نماید بعلاوه، امروز روشت شده است که در بسیاری از شرایط بتن به نگاهداری منظم نیاز دارد (گو اینکه در گذشته چنین نبود) مثالی از روش‌های نگاهداری توسط Carter داده شده است.

قبلاً چنین تصور می‌شد که »بتن با مقاومت، بتن با دوام می‌باشد« تنها ملاحظات ویژه‌ای که به عمل می‌آید در مورد اثرات یخ‌زدن و آب‌شدن متناوب و برخی از انواع حمله شیمیایی بود.

امروزه روشن شده است که برای بسیاری از شرایط رویارویی سازه‌های بتنی هر و خاصیت مقاومت، دوام یابد بوضوح در مرحله‌ی طراحی در نظر گرفته شوند.

در اینجا تأکید برکلمه» هردو« قرار دارد زیرا اشتباه خواهد بود که تأکید بر دوام جایگزین تأکید بر مقاومت گردد.

علل دوام ناکافی: دوام ناکافی بصورت ازهم پاشیدن بتن ظاهر می‌شود که می‌تواند در اثر عوامل خارجی و یا به دلیل عوامل داخلی موحود در خود بتن باشد.

عوامل مختلف می‌توانند فیزیکی، شیمیایی یا مکانیکی باشند.

خسارت مکانیکی ممکن است در اثر ضربه، سایش، یا خلازایی باشد.

عوامل شیمیایی از هم‌پاشیدگی شامل واکنش‌های قلیایی- سیلیسی و قلیایی- کربناتی می‌باشند حمله شیمیایی ازبیرون عمدتاً از طریق اثر یونهای مهاجم مانند کلریدها، سولفات‌ها یا دی‌اکسید‌کربن، و همچنین بسیاری از مایعات طبیعی یا صنعتی و گازها رخ می‌دهد.

اثر مخرب می‌تواند انواع مختلف داشته باشد که ممکن است مستقیم یا غیر مستقیم باشد.

علل فیزیکی از هم‌پاشیدگی، شامل اثرات دمای زیاد یا تفاوت در انبساط حرارتی سنگدانه‌ها و خمیر سخت شده سیمان می‌باشد.

همچنین یک علت مهم خسارت، یخ‌زدن و آب شدن متناوب بتن واثرات مربوط به نمک‌های یخ‌زدا می‌باشد.

باید متذکر شد که فرآیندهای فیزیکی ازهم پاشیدن می‌توانند تواماً عمل نمایند.

در این مرحله شایان توجه است که ار هم‌پاشیدگی بندرت ناشی از یک عامل منفرد می‌باشد.

اغلب، بتن می‌تواند علی‌رغم برخی از خصوصیات نامطلوب آن رضایت بخش باشد اما با اضافه شدن یک عامل نامساعد خسارت اتفاق خواهد افتاد به این دلیل در بعضی از مواقع به زحمت می‌توان از هم‌پاشیدگی بتن را به یک عامل ویژه ارتباط داد ، اما در معنی کلی کلمه کیفیت بتن با توجه خاص به بتن‌ریزی تقریباً در صحنه ظاهر می‌شود درحقیقت به استثنای خسارت مکانیکی، کلیه اثرات نامطلوب بردوام دربرگیرنده جابجایی مایعات از میان بتن است به این دلیل ملاحظات دوام نیاز به درک پدیده‌های مربوطه دارد.

جابجایی سیالات در بتن: سه نوع سیال وجود دارند که اساساً بردوام بتن اثر می‌گذارد و می‌توانند بداخل بتن وارد شوند آب ( خالص و یا حاوی یون‌های مهاجم) دی‌اکسید‌کربن و اکسیژن.

این مواد می‌توانند به روشهای مختلفی در داخل بتن‌ها جابجا شوند اما کلیه این جابجایها عمدتاً به ساختار خمیر هیدراته شده سیمان به داخل بتن وارد شوند و از میان آن بگذرند بستگی دارد؛ این خاصیت را بطور متداول نفوذ‌پذیری بتن می‌گویند.

اگر دقیقاً بخواهیم، نفوذ‌پدیری نشان ‌دهنده جریان از میان بتن نه تنها بصورت جریان از میان مجموعه‌ای متخلخل رخ می‌دهد بلکه بصورت پخش و جذب اشباعی نیز می‌باشد بطوریکه در واقع قابلیت نفوذ بتن مورد توجه خواهد بود با این وجود واژه معمولاً پذیرفته شده» نفوذپذیری« در اینجا برای جابجایی کلی سیالات بداخل و از میان بتن( به استثنای مواردی که برای وضوح بیشتر بین انواع جریانها باید تفاوت قادل شد)، بکار می‌رود.

بتن‌ها با مواد سیمانی مختلف: قبلاً بتن‌هایی مورد مطالعه قرارگرفتند که می‌توانستند حاوی دامنه‌ای از مواد شیمیایی باشند اما این بتن عمدتاً فقط حاوی سیمن پرتلند بودند دلیل این امر آن است که تا زمانی نه چندان دور سیمان پرتبند بعنوان» بهترین« (اگر گفته نشود تنها) ماده سیمانی د ربتن در نظر گرفته می‌شد زمانی که سایر مواد( در ابتدا خاکستر بادی» سکادا« ) عرضه شدند تصور می‌شد که جاتشین یا جایگزین سیمان شوند و به همین دلیل تأثیر و عملکرد آنها در مقایسه با بتن استانداردی که فقط حاوی سیمان پرتلند بود، مورد مقایسه و قضاوت قرارمی‌گیرد.

این وضعیت بصورت شگفت‌انگیزی تغییر تموده است.

امروزه چندین نوع مواد سیمانی (هر کدام در مورد خاصیت خود) بعنوان ماده تتشکیل دهنده بتن در نظر گرفته می‌شوند.

خصوصیات عمومی کاربرد خاکستر بادی سکادا و دوده سیلیسی: بحثی که در برخی موارد برای کاربرد انواع مواد شیمیایی ارائه می‌شود آن است که این مواد در مقایسه با سیمان پرتلند باعث صرفه‌جوئی انرژی حفظ منابع و سرمایه می‌شوند د رحقیقت این موضوع کاملاً صحیح است اما مهمترین دلیل کاربرد این مواد عبارت است از سود فنی واقعی که از مصرف این مواد در بتن حاصل می‌گردد درواقع در بسیاری از موارد بدون درنظر گرفتن ملاحظات اقتصادی یا زیست محیطی، کاربرد این مواد در بتن باید نسبت به مخلوطهایی که فقط حاوی سیمان پرتلندی می‌باشند ترجیح داده شود.

مشکلاتی در ارائه اطلاعات موجود درباره تأثیر و کاربرد واقعی و جامع این سه ماده سیمانی (خاکستر بادی، سکادا، و دوده سیلیلسی) وجود دارد تعداد بسیار زیادی مقالات تحقیقاتی انتشار یافته‌اند اما در بسیاری از آنها یک محقق پرشور مجموعه منفردی از آزمایشها را برروی یکی از این موارد توصیف نموده است و به منافع کاربرد آن ماده بخصوص که اغلب یک محصول ویژه محلی می‌باشد اشاره می‌کند.

این توصیف بخوبی ممکن است واقعی و حقیقی باشد اما نتیجه‌گیریها اغلب بصورت مقایسه با یک مخلوط» شاهد« ( حاوی فقط سیمان پرتلند)؛ تدوین شده است تفاوتهای بین مخلوط حاوی یک ماده سیمانی معین و مخلوط» شاهد« ممکن است شامل کارآیی مقاومت در یک عمر مشخص یاچندین عمر مختلف کل مقدار مواد سیمانی یا نسبت آب به سیمان باشد هر یک از این عوامل ممکن است د رکارهای ساختمانی حائز اهمیت باشند تصمیم با ارزش از این نوع مقایسه امکان پذیر نیست.

آنچه که مفید خواهد بود یک بررسی عمدی برروی الگوی خواص مخلوط‌های حاوی مواد سیمانی مختلف می‌باشند.

مواد سیمانی مختلف در اثر عواملی چون: ترکیب شیمایی، واکنش زایی، توزیع اندازه و شکل ذرات خود بر پیشرفت هیدراتاسیون تأثیر می‌گذارد واکنش‌زایی واقعی سکادا بهترکیبات شکل ذرات، و مقدر شیشه موجود در آن بستگی دارد.

خاکستر بادی که حاوی کلسیم زیاد می‌باشد( طبقه ASTMC ) خیلی بیشتر از خاکستر بادی طبقه F ، واکنش‌زا است.

و بنابراین مشابهت‌هایی با عملکرد رفتار سکادا دارد .اکنش خاکستر بادی طبقه F نیاز به خاصیت قلیایی زیاد آب منفذی دارد.

این خاصیت قلیایی وقتی که دوده سیلیسی یا سکادا در مخلوط وجود داشته باشند کاهش می‌یابد ود ر نتیجه واکنش‌زایی خاکستر بادی در چنین مخلوطهایی کاهش پیدا می‌کند.

در یک مقدار معین از کل مواد سیمانی به کاربردن خاکستر بادی یا سکادا عموماً مقدار آب مورد نیاز را کاهش می‌دهد و کارآیی بهبود می‌یابد در مورد سکادا این بهبود کارآیی ممکن است بوسیله اسلامپ قابل سنجش نباشد اما بمجرد آنکه لرزاندن شروع شود بتن حاوی سکادا قابلیت تحرک‌ می‌یابد بخوبی متراکم می‌شود، دوده سیلیسی آب انداختن بتن را نسبت شدت کاهش می‌دهد و یا حتی از بین می‌برد بهبود کارآیی توسط خاکستر بادی به درجه کروی بودن ذرات آن نسبت داده می‌شود ولیکن مصرف خاکستر بادی( و تاحدودی کمتر از سکادا) درمخلوط باعث ایجاد اثر فیزیکی بهبود لخته شدن سیمان و در نتیجه منجر به کاهش آب مورد نیاز می‌گردد تغییر در پراکندگی ذرات سیمان در زیر ساختار خمیر سخت‌شده آنکه عمدتاً عبارت است از توزیع اندازه منافذ کوچکتر شدن اندازه متوسط منافذ و در نتیجه پایین آوردن نفوذ‌پذیری،منعکس می‌گردد.

این اثر در مقدار ثابت کل تخلخل( که بوسیله نسبت آب به سیمان کلی کنترل می‌شود) وجود دارد.

علاوه بر خاصیت پوزولانی خاکستر بادی که موجب بهبود مقاومت بتن می‌گردد توانایی ذرات بسیار ریز خاکستر بادی در» جای‌گیری« بین ذرات سیمان نیز در این امر دخالت دارد.

اثبات این دعا بوسیله اثر مفید خاکستر بادی مصرف شده در سیمان پرتلند روباره آهن‌گذاری که امکان واکنش پوزولانی وجود ندارد فراهم می‌شود.

جنبه‌های دوام: تأثیر انواع مواد سیمانی در روند توسعه حرارت و مقاوت بتن دلیل اولیه برای مصرف این مواد در بتن بود اما دلیل مهمتری که برای کاربرد این مواد می‌توان برشمرد تأثیر آنها بر مقاومت بتن در برابر حملع شیمیایی است،که تأثیر اخیر نه تنها ناشی از ماهیت شیمیایی خمیر سیمان هیدراته شده، بلکه به دلیل زیرساختارآن نیز می‌باشد.

این نکته که مواد شیمیایی تأثیر عمده‌‌ای بر کلیه جنبه‌های دوام( که با جابجایی عوامل مهاجم از میان بتن مرتبط هستند) دارند موضوعی اغراق‌آمیز نمی‌باشد دلیل این امر آن است که مواد سیمانی مذکور که در این بحث در نظر گرفته شدند ریزتر از سیمان پرتلند بوده و بنابراین در تراکم ذرات اثر بیشتری خواهند داشت، لذا به شرط آنکه عمل‌آوری مرطوب به اندازه کافی اعمال شود، وجود آنها نفوذ‌پذیری را کاهش می‌دهد.

گو اینکه مصرف خاکستر بادی و یا سکادا نفوذ‌پذیری را کاهش می‌دهد سرعت فرآیند کربناته‌شدن را نیز افزایش خواهد داد.

هنگامی که خاکستر بادی با سیمان پرتلند سرباره کوره آهن‌گدازی بکاربرده می‌شود، افزایش در روند کربناته شدن شدیدتری گردد.

وقتیکه مقدار سکادا بعلاوه خاکستر بادی بیش از 60 درصد باشد شدت فرآیند کربناته شدن با افزایش مقدار خاکستر بادی بیشتر می‌شود در عمل وقتیکه مخلوط‌های با نسبتهای مناسب بکار برده می‌شوند، شدت فرآیند کربناته‌شدن الزاماَ زیاد نخواهد شد.

همچنین کربناته‌شدن می‌تواند نفوذپذیری را کاهش دهد، اما این حالت هنگامیکه خاکستر بادی و سکادا باهم در مخلوط موجود نباشند رخ نخواهد داد گزارش شده است که بتنهای حاوی خاکستر بادی طبقهC (باندازه 20 تا 30 درصد جرم کل مواد سیمانی) و دوده سیلیسی( 10 درصد در همان مبنا) و یک فوق روان‌کننده.

بدون ایجاد حباب هوا در بتن با نسبت آب به سیمان 27% مقاومت خوبی در برابر یخ‌زدن و آب‌شدن ایجاد خواهد شد و به همین صورت با مصرف خاکستر بادی طبقه C ، تا 50 درصد و دوده سیلیسی تا 10 درصد مقاومت خوبی در برابر حمله سولفات‌ها مشاهده می‌گردد.