بتن متراکم
چکیده
تراکم کامل بتن و جایگری 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 ، شن نما شدن بعضی نقاط را به همراه دارد .
بتن خود تراکم راه حل بسیار مناسبی برای مقابله با این مشکلاتاست 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 بین خود تراکم می باشد .
مقدمه
یکی از نکات مهم در اجرای صحیح سازه های بتنی تراکم کامل بتن و جاگیری مناسبآن در قالب می باشد این مساله مورد آلمان هایی همچون دیوار برشب و ستون که در آنها فشردگی ارماتور زیاد و ابعاد مقطع بتن ریزی کوچک می باشد از اهمیت بیشتری برخوردار است .
استفاده از ویبراتور جهت متراکم کردن بتن مشکلات زیادی به همراه دارد که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
جداشدگی دانه بندی بتن به علت ویبره زیاد در بعضی مناطق
تراکم ناهمگن در نقاط مختلف سازه ودر نتیجه مقاومت فشاری متفاوت در مقاطع مختلف سازه
گیر کردن شیلنگ ویبره بین آرماتورها در حیناجرا
کرمو شدن بعضی مناطق به علت غیر قابل دسترس بودن
کرمو شدن نقاطی از سطح بتن به علت ویبره بیش از حد و فرار شیره بتن
به موارد فوق باید الگوی صوتی و خطرات جانی عملیات ویبره در مورد دیوارها و سونهای بتنی را نیز افزود .
بتن خود تراکم راه حلس است که امروزه جهت رفع این مشکلات و همچنین رسیدنبه بتنی با کیفیت بالاتر مطرح می باشد .
نظریهبتن خود خود تراکم که انقلابی در زمینه تکنولوژی بن نامیده شده است اولین بار توسط پروفسور حجیم اموار از دانشگاه کوجی ژاپن در سال 1986 مطرح گردید .
در سال 1988 این نظر تکمیل و برای اولین بار بتن خود تراکم گردید .
در سال 1989 اولین مقاله درباره بتن خودتراکم در دومین کنفرانس مهندسی سازه و ساختمان آسیای شرقی ارائه شد .
امروزه بتن خودتراکم در پروژه های مختلف عمرانی در سطح دنیا مورد استفاده قرار می گیرد همچنین آزمایشات تحقیقی و پژوهشی در این زمینه ادامه دارد .
2- آشنایی کلی با بتن خودتراکم
بتن خودتراکم بتنی است که بدون اعمال هیچگونه انرژی خارجی و تحت اثر وزن خود متراکم گرد این بتن که ماده ای بسیار و روان و مخلوطی همگن است بسیاری از مشکلات بتن معمولی نظیر جدا شدگی آب انداختن جذب آب - نفوذ پذیری و … را رفع نموده و علاوه بر این بدون نیاز به هیچ لرزاننده ( ویبر ) داخلی یا ویبره بدنه قالب تحت اثر وزن خود متراکم می شود .
این بتن به راحتی توانایی پرکردن قالب در محل شبکه های آرماتور فشرده ورا اداره می باشد و حتی در جاهایی که دسترسی به آنها دشوار است به راحتی عبور می کند .
بتن خودتراکم در طرح اختلاط و ساختارش تفاوت عمده ای با بتن معمولی ندارد البته مواد خاصی جهت نیل به مشخصات ویژه این بتن در تولید آن مورد مصرف قرار م یگیرد این مواد عمدتا شامل فوق روان کننده ها مواد مضاف پوزولانی و فلیرها ( پودر سنگ با قطر دانه های ریزتر از 125 میکرون ) می باشند همچنین ملاحظات خاصی د رمورد دانه بندی سنگدانه های مورد مصرف در این نوع بتن در نظر گرفته می شود.
مزایای استفاده ا بتن خودتراکم به شرح زیر می باشد:
اطمینان از تراکم بخصوص در مقاطعی که کاربرد لرزاننده دشوار است .
جایگری آسانتر در قالب
سطح تمامشده بهتر
کاهش نیروی انسانی
اجرای سریعتر خصوصا در مورد مقاطع دیوار و ستون
آزادی عمل بیشتر در طراحی ( امکان ایجاد مقاطع نازک تر )
ماهش آلودگی صوتی ناشی از عملیات ویبره
مواد تشکیل دهنده بتن خودتراکم
3-1 - سنگدانه :
سنگدانه ها به دو دسته تقسیم می شوند :
ماسه :
تمامی ماسه های متداول در تولید بتن معمولی در این صنعت نیز به کار می رود هر دو نوع ماسه شکسته و یا گرد گوشه اعم از سلیسی و یا آهکی م یتواند مورد استفاده قرار گیرد ذرات ریزتر از 125 میکرون که به عنوان یودر تلقی می شوند بر خواص روانی بتن خود تراکم بسیار موثر بوده و به منظور تولید بتن یکنواخت رطوبت آن باید دقیقا کنترل شود حداقل میزان ریز دانه ها ( از ماسه تا مواد چسباننده پودری ) به منظور جلوگیری از جدا شدگی دانه بندی از مقدار شخصی باید کمتر باشد .
شن ( درشت دانه ها ) :
تمامی انواع درشت دانه در اینجا به کار می رود ولی حداکثر اندازه معمولی دانه ها 16 تا 20 میلی متر می باشد به هر حال سنگدانه های تا حدود 40 میلی متر نیز می تواند در بتن خود تراکم به کار رود استفاده از سنگدانه های شکسته سبب افزایش مقاومت بتن خود تراکم ( بدلیل افزایش قفل و بست بین ذرات ) می شود در حالیکه سنگدانه های گرد گوشه بدلیل گوشه بدلیل کاهش اصطکاک روانی آن را بهبود می بخشد .
سیمان :
به طور کلی تمامی انواع سیمان های استاندارد می تواند در بتن خودتراکن به کار رود انتخاب نوع سیمان بستگی به پارامترهای مورد انتظار بتن مثل مقاومت ، دوام و … دارد .
دامنه عمومی میزان مصرف سیمان در اینجا 350 تا 450 کیلو گرم در مترمکعب م یباشد میزان بیشتر از 500 می تواند سبب افزایش خطر جمع شدگی شود میزان کمتر از 350 نیز فقط رد صورتی قابل قبول می باشد که به همراه مو.اد پوزولانی - خاکسترهای بادی - دوده سیلیسی و … به کار رود.
حضور بیش از 10 % میزان و در سیمان می تواند سبب کاهش نگهداشت کارایی بتن گرد .
مواد مضاف :
مصالح بسیار ریز غیر آلی هستند که به منظور بهبود و یا ایجاد خواص مشخص در بتن به آن افزوده می شوند این مواد باعث بهبود کارآیی کاهش حرارت هیدراتاسیون و عملکرد بهتر بتن در دراز مدت می گردند .
مواد مضاف عمومی مورد استفاده عبارتند از :
پودر سنگ :
ذرات شکسته بسیار ریز ( کوچکتر از 125 میکرون ) سنگ آهک ، دولومیت و یا گرانیت است که به منظور افزایش مواد پودری به کار می رود استفاده از پوردهای دولومیتی بدلیل واکنش های کربنات قلیایی می تواند دوام بتن را با مشکل مواجه نماید .
خاکتر بادی :
ماده ای است که از سوختن زغال سنگحاصل می شود و دارای خصوصیات پوزولانی است که در بهبود خواص بتن خیلی موثر می باشد:
میکرو سیلیس
میکروسیلیس در بتن خودتراکم باعث سیالیت بالای بتن شده و دوام بتن را افزایش می دهد نقش مهمی در چسبندگی و پرکنندگی بتن با عملکرد بالا دارد میکرو سیلیس دارای حدود 90 درصد دی اکسید سیلیس می باشد .
ذکر این تکته ضروری می نماید که استفاده از پرکننده در هر کشوری با توجه به ذخائر همان کشور تعیین می شود برای مثال در کشورهای اروپایی که هنوز از زغال سنگ به عنوان سوخت کربنی استفاده می شود به کاربردن خاکستر بادی امری بهینه و مفید است در کشورهایی که به لحاظ صنعت استفاده می شود به کاربردن خاکستر بادی امری بهینه مفید است در کشورهایی که به لحاظ صنعت ذوب آهن در مرحله صنعتی قرار دارند می توان از سرباره کارخانجات ذوب آهن استفاده نمود در کشور مانیز با توجه به در دسترس بودن و همچنین کارآیی آن پرکننده باید به دنبال ماده ای مناسب و مقرون به صرفه برای جایگزینی فیلرهای مرسوم در صنعت بتن خودتراکم اروپایی باشیم .
مواد افزدونی :
موادی هستند که به منظور ایجاد و یا بهبود خواص مشخصی به بتن تازه و یا سخت شده در حین ساخت بتن به آن افزوده می شوند استفاده از فوق روان کننده ها برای تولید بتن خود تراکم به منظور ایجاد کارآیی مناسب ضروری می باشد از انواع دیگر مواد افزدنی می توان به عامل اصلاح لزجت ( ) به منظور اصلاح لزجت مواد افزودنی حباب زا ( ) به منظور بهبود مقاومت در برابر بخ زدگی و آب شدن کندگیر کننده ها به منظور کنترل گیرش و … اشاره نمود.
استفاده از در حضور پودرها امکان جدا شدگی دانه بندی را کاهش داده و مخلوط را یکنواخت تر می کند ولی در استفاده از آن باید به اثرات آنها برروی عملکرد بلند مدت بتن توجه داشت . استفاده از فوق روان کننده ها می تواند تا حدود 20 % مصرف آب را کاهش دهند .
آب مخلوط
مطابق استاندارد بتن های معمولی به کار می رود .
خصوصیات ویژه بتن خودتراکم
این بتن می تواند برای ساخت هر نوع سازه با ویژگیهای مطلوب دوام مقاومت و … به کار رود به لحاظ مقاومت فشاری کششی مدول الاستیسیته و … با بتن های معمولی فرق نمی کند و تمامی پارمترها و فرمول های طراحی بتن معمولی اینجا نیز کاربرد اارد بدلیل استفاده از مقادیر زیاد مواد پودری انقباض خمیری و خزش بیشتری را نسبت به بتن معمولی انتظار داریم لذا سرغت در شروع عملیات عمل آوری در بتن خودتراکم یک امر ضروری است .
جهت بررسی خواص بتن تازه مهمترین فاکتور مطرح روانی بتن می باشد که عموما بوسیله آزمایش اسلامپ سنجیده می شود ولی در مورد بتن خود تراکم باید فاکتورهای بیشتری مورد بررسی قرار گیرد تا از توانایی بتن ساخته شده جهت تراکم خودکار اطمینان حاصل شود این پارامترها به شرح ذیل می باشد :
روانی
توان عبور
مقاومت در برابر جداشدگی
لزجت ( ویسکوزیته )
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 .
توان عبور :
به توانایی بتن خود تراکم در جاری شدن و عبور از بین فضای کوچک شبکه آرماتور بدون توقف یا جداشدگی توان عبور گویند .
این ویژگی با آزمایش جعبه L سنجیده می شود.
مقاومت در برابر جداشدگی :
به توانایی بتن خودتراکم برای یکنواخت و همگن ماندن طی مراحل حمل و بتن ریزی گویند .
مقاومت در برابر جداشدگی به وسیله آزمایش پایانی الک سنجیده می شود .
لزجت ( ویسکوزیته )
به خاصیتی که باعث مقاومت در برابر جاری شدن سریع بتن می گردد می گویند بتن دارای لزجت پایین به سرعت جریان می یابد و توقف می کند ولی بتن با لزجت زیاد مدت زمان بیشتری حرکت می کند تا متوقف شود .
این ویژگی بوسیله آزمایش قیف V سنجیده می شود .
آزمایشات بتن خود تراکم
در اینجا به اختصار اشاره ای به روش انجام آزمایشات مربوط به خواص بتن خود تراکم می گردد .
آزمایش جریان اسلامپ
آزمایش جریان اسلامپ به منظور تعیین آزادی حرکت بتن خود تراکم در سطح افق به هنگام نبود مانع صورت می گیرد اساس آزمایش بر اصولی استوار است که آزمایش اسلامپ معمولی بر آن پنا نهاده شده است قطر دایره ای که بتن پس از پخش دن می سازد معیار سنجش قابلیت پر کنندگی بتن خواهد بود نتایج این آزمایش هیچ اشاره ای به توانایی گذشتن بدون انسداد بتن از خلال موانع ندارد اما می تواند ملاکی برای ارزیابی مقاومت در برابر جدا شدگی نیز باشد .
روش انجام آزمایش :
حدود 6 لیتر بتن مورد نیاز است ابتدا بدنه ی داخلی مخروط اسلامپ را تر کنید سپس صفحه فلزی را روی سطح متعادلی محکم کنید استوانه در مرکز صفحه قرار گرفته و داخل آنرا به کمک پیمانه از بتن پر کنید هیچ ضربه ای نباید به بدنه ی استوانه زده شو مواد زائد را از اطراف آن بزداید سپس مخروط را بصورت عمودی بالا کشیده و اجازه دهید بتن آزادانه به بیرون جریان یابد .
در همین لحظه زمان سنج را فهعال نموده و زمانی را که طول می کشد تا بتن به قطر 500میلیمتر پهن شود ثبت نمایید این همان جریان اسلامپ است قطر نهایی بتن پهن شده را در دو جهت عمود بر هم اندازه گیری نموده میانگین آنها را به عنوان قطر نهایی بتن پهن شده ثبت کنید این اندازه جریان اسلامپ بر حسب میلیمتر است .
آزمایش جعبه L
این آزمایش جریان یابی بتن و همچنین انسداد ناشی از فاصله ی میلگردها را تشریح می کند از نتیجه ی این آزمایش شیب قرار گیری بتن در حالت توقف حاصل می شود که معیاری برای قابلیت گذرندگی با درجه ای از حدود فاصله ی میلگردها برای گذر بتن خواهد بود قسمت افقی جعبه م یتواند 200 تا 400 میلیمتر از دریچه امتداد داشته باشد زمان برای پر شدن این فاصله به عنوان و شناخته شده و معیاری برای قابلیت پرکنندگی است قطر میلگردها و فاصله آنها از هم اختیاری است بر اساس قرار داد در صورت استفاده از میلگردهای معمولی فاصله بین آنها به مقدار سه برابر بزرگترین اندازه دانه ی سنگی در نظر گرفته می شود .
روش انجام آزمایش :
حدود 14 لیتر بتن مورد نیاز است دستگاه را روی یم سطح صاف و محکم قرار دهید از باز شدن راحت دریچه اطمینان حاصل کنید و. سپس آن را ببندید سطح داخلی دستگاه را مرطوب نمایید و آبهای اضافی را خارج کنید قسمت عمودی دستگاه را از بتن پر کنید به مدت یک دقیقه آن را به حال خود رها کنید تا در محل خود قرار گیرد دریچه را باز کنید تا بتن آزادانه به قسمت افقی دستگاه جریان یابد همزمان با باز کردن دریچه زمان سنج را فعال نموده و زمان لازم برای پهن شدن بتن در طول 200 تا 400 میلیمتر در قسمت عمودی را ثبت نمایید وقتی بتن از جریان ایستاد مقادیر H ( ارتفاع بتن در انتهای قسمت افقی دستگاه ) و H ( ارتفاع بتن در پشت دریچه ) را اندازه گیری نمایید .
نسبت انسداد را نشان می دهد تمام آزمایش باید در 5 دقیقه انجام گیرد مقادیر و می توانند اطلاعاتی پیرامون آسانی حرمت در اختیار گذارد اما هیچ محدوده مناسبی به طور عمومی برای آنها مورد تایید قرار نگرفته است انسداد و گیر کردن درشت دانه ها در پشت میلگردها دستگاه را می توان به شهودی دید .
آزمایش پایانی الک :
برای ارزیابی مقاومت در براب رجداشدگی این آزمایش روش مناسبی در بتن خود تراکم است اساس آزمایش بر آن است که حدود 10 لیتر بتن را به مخدت مشخصی در حالت سکون قرار داده و اجازه می دهیم که تمام جداشدگی درونی آن آشکار شود سپس نیمی از آن را روی الک 5 میلیمتری به قطر 30 سانتی متر ریخته روی ته الک قرار داده و مجموعه را روی صورت درصدی از مصالح اولیه روی الک بیان می کنیم .
روش انجام آزمایش :
حدود 10 لیتر بتن برای این آزمایش مورد نیاز است بن را در سطلی ریخته و روی سطح آن را به منظور جلوگیری از تبخیر با کلاهکی بپوشانید و به مدت 15 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 2 لیتر یا از بتن داخل سطل را در ظرف دیگری بریزی ظرف حاوی بتن را وزن کنید تمام بتن موجود در ظرف را از ارتفاع 500 میلیمتری و در یک حرکت پیوسته و مدام روی الک بریزد ظرف خالی را وزن کنید و وزن بتن خالص ریخته شده روی الک را محاسبه نمایید ( ) اجازه دهید تا ملات در یک دوره زمانی 2 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 ( ) نسبت وزنی ملات جدا شده از بتن درصد جداشدگی را تشکیل می دهد .
درصد جداشدگی =
برای درصد جداشدگی 5 تا 15 درصد وزنی از کل نمونه مقاومت در برابر جداشدگی بتن مناسب خواه بود کمتر از 5 % مقاومت بیش از حد را بدنبال دارد و به احتمال زیاد روی سطح تمام شده ی بتن اثیر می گذارد ( سوراخهای هوایی احتمالی ) در بیش از 15 % و مخصوصا بیش از 30 % یا یک جداشدگی قوی روبرو خواهیم بود .
آزامایش قیف V :
این آزمایش به منظور اندازه گیری قابلیت پر کنندگی بتن با حداکثر اندازهی دانه ی 20 میلیمتر بکار می رود زمان لازم برای جریان پیدا کردن بتن از میان دستگاه اندازه گیری می شود سپس قیف دوباره از بتن پر شده و مدت 5 دقیقه در همان حالت باقی مانده و دوباره آزمایش فوق صورت می گیرد چنانچه بتن دچار جداشدگی شد زمان جریان یابی آن بطور محسوسی افزایش می یابد .
روش انجام آزمایش قیف V :
حدود 12 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 هر گونه آب مزاد تخلیه شود درب زانویی را بسته و سطلی زیر آن قرار دهی دستگاه را کاملا از بتن پر کنید هیچگونه فشرده کردن پر کردن حفره ها یا ضربه زدنی به بدنه ی دستگاه به وسیله ی بیلچه نباید صورت گیرد .
10 ثانیه پس از پر شدن کامل دستگاه درب زانویی را باز کنید تا بتن تحت وزن خود به بیرون جریان یابد زمان سنج را هنگام باز کرن درب زانویی فعال کنید و زمان تخلیه ی کامل را ثبت نمایید این زمان مربوط به آزمایش قیف V می باشد زمان سنج هنگامی متوقف می شود که بتوان نور را از بالای دستگاه در دریچه خلیه دید همه آزمایش باید در 5 دقیقه انجام گیرد .
روش انجام آزمایش :
سطح داخلی دستگاه را تمیز یا تر نکنید درب زانویی را بسته و قیف را بلافاصله پس از اندازه گیری زمان جریان یابی از همان بتن پر نمایید سطل را در زیر قرار دهید درب زانویی را 5 دقیقه پس از دومین پر کردن دستگاه بگشایید و اجازه دهید بتن آزادانه و تحت وزن خود جریان یابد همزمان با باز کردن درب زمان سنج را فعال نموده و زمان تخلیه ی کامل را ثبت نمایید این زمان همان خواهد بود برای بتن خودتراکم زمان جریان یابی 10 ثانیه اختصاص یافته است شکل معکوس مخروطی دستگاه جریان را محدود م یکند و زمان جریان یابی را طولانی می کند این می تواند اشاره ای به حساسیت اختلاط نسبت به انسداد باشد پس از 5 دقیقه قرار گیری جدا شدگی بتن بطور پیوسته با افزایش زمان جریان یابی خود را نشان خواهد داد .
طرح اختلاط
6-1- طرح اولیه اختلاط
طرح اختلاط بتن خود تراکم را باید به نحوی تنظیم نمود که تمام خواص و ویژگیهای بتن تازه و سخت شده را برآورده نماید یک طرح اختلاط زمانی می تواند جزء گروه بتن خود تراکم طبقه بندی شود که هر سه فاکتور زیر را بطور کامل تامین نماید .
روانی
قابلیت گذر از میان موانع
مقاومت در برابر جدا شدگی
محاسبه طرح اختلاط بر اساس واحد حجم محاسبه بهتر از محاسبه بر اساس جرم می باشد هنوز هیچ طرح اختلاط ثابت و کاملی برای بتن خودتراکم ارائه نشده است و همه ترکیبات و نسبتهای اختلاط به صورت نسبی و تجربی بدست آمده است .
مراتب دسیابی به یک طرح اختلاط مناسب با طرح نسبتهای اختلاط اولیه بر اساس حدود تجربی بدست آمده آغاز شده و با بررسی ویژگیهای حاصل اصلاح نسبتهای اولیه ختم می شود .
حدود شاخص های بتن خود تراکم به قرار زیر است :
نسبت حجمی پودر به آب : 8/0 تا 1/1
محتوای پودری : 160 تا 240 لیتر ( 400 تا 600 کلیو گرم ) به ازای هر متر مکعب
مقدار درشت دانه : بطور معمول 28 تا 35 درصد حجمی از مخلوط
نسبت آب به سیمان : می تواند هر مقدار عملی باشد ولی در نهایت محتوای آب نباید از 200 تجاوز کند میزان ماسه باید بیش از 50 درصد وزن کل سنگدانه ها و بیشتر از 40 درصد حجم مخلوط باشد .