مقالات تخصصی معماری و عمران
همه چیز در باب بتن خود متراکم
تاریخچه بتن‌خود‌متراکم
از آغاز گسترش کاربرد بتن مسلح، مشکلات اجرایی ناشی از کاربرد مخلوط‌های خشک موجب گرایش به مخلوط‌های مرطوب‌تر با روانی بیشتر مخصوصاً در میان متولیان اجرای سازه‌های بتنی شده بود.
ولی از آنجا که افزایش روانی در گرو استفاده از آب بیشتر در مخلوط بتن بود است.
از طرفی تأثیر افزایش میزان آب به سیمان بر کاهش مقاومت و دوام بتن شناسایی شده بود.
این سؤال برای متخصصان بتن ایجاد شده بود که چگونه می‌توان بدون تأثیر منفی بر خواص بتن در جهت سهولت اجرای سازه‌های بتنی، روانی مخلوط را افزایش داد.
با گذشت زمان و پیدایش روان‌کننده‌ها و فوق روان‌کننده‌ها به عنوان نوع جدیدی از افزودنی‌ها، بسیاری از مشکلات اجرایی بتن که ناشی از استفاده از بتن‌های با کیفیت خوب ولی کارایی کم بود از میان برداشته شد.
با این حال دستیابی به بتن با قابلیت خود متراکمی بدون افت در مقاومت و دوام بتن و عدم ایجاد انسداد و جداشدگی، سال‌ها به عنوان یک هدف دست نیافتنی برای دست اندرکاران صنعت بتن در کشورهای مختلف قلمداد می‌شد.
این مسایل باعث توجه محققین به خواص کارایی و رئولوژی بتن گردید.
نهایتاً در اوایل دهه هشتاد میلادی به دنبال کاهش نیروی کار ماهر در صنعت ساخت و ساز ژاپن و نیز تراکم نامناسب بتن ناشی از افزایش حجم آرماتورهای مصرفی که باعث کاهش کیفیت کارهای اجرایی انجام گرفته شده بود.
این موضوع برای چندین سال مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
تا اینکه نظریهٔ بتن خود متراکم، بتنی که بتواند تحت وزن خود و بدون نیاز به لرزاندن متراکم شده و تمام زوایای قالب را پر کند.
به عنوان راه حلی توسط Okamura در سال ۱۹۸۶ مطرح شد.
لازمهٔ تحقیق بر روی بتن خود متراکم مطالعهٔ عمیق کارایی بتن بود که توسط Ozawa و Maekawa در دانشگاه توکیو صورت گرفت.
مدل اولیهٔ بتن خود متراکم در سال ۱۹۸۸ تکمیل شد و در همین سال این نوع بتن برای اولین بار در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی ارائه داد.
تحقیقات در زمینهٔ بتن خود متراکم در اروپا و آمریکا در مقایسه با ژاپن دیرتر آغاز گردید.
لیکن امروزه بتن خود متراکم همزمان با کشور ژاپن در مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی کشورهای اروپایی، کانادا، آمریکا و نیز آسیا موضوع بحث، بررسی و اجرای سازه‌های بتنی است.
در پی استفاده گسترده از بتن خود متراکم در ژاپن، مراکز علمی و پژوهشی در دنیا بر آن شدند تا این تجربیات را به صورت مدون و استاندارد درآورند.
می‌توان گفت منسجم‌ترین تلاش در این زمینه توسط مؤسسه اروپایی EFNARC در سال ۲۰۰۲ با انتشار راهنمای بتن خود متراکم به ثمر نشست.
در سال ۲۰۰۵ میلادی نیز این مؤسسه به همراه چهار مؤسسهٔ دیگر تجربیات عملی در بتن خود متراکم را تحت عنوان «راهنمای اروپایی بتن خودمتراکم، ویژگی‌ها، تولید و استفاده» گردآوری و منتشر نمودند.
در ایران نیز آشنایی با این بتن از اوایل دههٔ ۷۰ آغاز شد.
با گذشت زمان و پس از انجام مطالعاتی در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی کشور، این نوع بتن در چندین پروژهٔ خاص بکار گرفته شد.
رئولوژی
قبل از اینکه به تعریف بتن خود متراکم بپردازیم و از آنجا که مبنای واقعی بتن خود متراکم بر اساس خصوصیات رئولوژیکی ساخته شده است.
لازم دیدیم قبل از هر چیز توضیح مختصری درباره رئولوژی بتن خود متراکم داشته باشیم.
رئولوژی علمی است که به مطالعه جریان و تغییر شکل همه اشکال ماده می‌پردازد.
به زبان ساده رئولوژی بتن دانشی است که به مطالعه جریان و یا همان روانی بتن می‌پردازد.
با دستگاهی به‌نام رئومتر اندازه‌گیری می‌شود و می‌توان آن را با سه الزام عملکردی زیر توصیف نمود:
- قابلیت پرکردن تمام فضای کار به عبارت دیگر یعنی توانایی در تغییر شکل‌پذیری بالا.
- قابلیت عبور یعنی توانایی روان شدن تحت تاثیر نیروی وزن خود بدون ایجاد لرزش.
- مقاومت دربرابر جداشدگی که این خاصیت توانایی بتن در حفظ همگن بودن آن است.
خصوصیات رئولوژیکی بتن نه تنها در توسعه بتن خود متراکم نقش محوری دارد و یک ابزار ارزشمند برای درک رفتار و فرایندهای بهینه‌سازی می‌باشد.
بلکه خصوصیات رئولوژیکی ضمن اینکه برای کارایی بتن تازه و دستیابی به توانایی آن جهت پرکردن فضای کار ضروری است حتی در دستیابی به استحکام و دوام بتن سخت شده در محل نیز کمک می‌کند.
بتن خود متراکم
بتن خود متراکم یا همان Self Consolating Conceret که به‌اختصار SCC نامیده می‌شود.
بتن خود متراکم بتنی است بسیار روان و در عین حال پایدار که به‌آسانی و بدون نیاز به انرژی خارجی می‌تواند در هر گوشه از سازه مورد‌نظر صرفاً تحت تاثیر وزن خود پخش شده از تمام نواحی عبور کرده و تمام گره‌ها و گوشه‌های فضای مربوط را پر نماید.
بدون خطر استفاده از هر لرزاننده یا سایر مواد جداکننده بتن متراکم گردد.
در عین‌حال که هیچ جداشدگی، حباب هوا و یا سنگدانه درشت نگران‌کننده‌ای وجود نخواهد داشت.
عدم تراکم یکنواخت و کامل بتن به عنوان عامل اصلی، مسئول عملکرد ضعیف سازه‌های بتنی عنوان گردیده است.
هیچ روش علمی وجود ندارد که بتواند به‌طور کامل فشرده‌سازی بتن را در یک سایت تضمین نماید.
در عوض، تمرکز به حذف نیاز به تراکم با لرزش یا هر وسیله دیگر معطوف گردیده‌است.
خصوصیات بتن خود متراکم این باور غلط را در اذهان ایجاد کرده که چنین بتنی نیاز به لرزش ندارد.
اما باید این مساله را همیشه مورد توجه قرار‌داد که برای رسیدن به بتن یکپارچه همیشه بعضی از تراکم‌ها مورد نیاز است.
روانی بسیار ممکن است در بتن خود متراکم واجد شرایط نباشد.
بنابراین این بتن باید بتنی کار‌آمد باشد و مخلوطی همگن و پایدار در حین حمل و نقل و جابجایی داشته باشد.
در زمان محافظت و پخت نیز باید از پایداری پویا برخوردار باشد.
استفاده از بتن خود متراکم منجر به تولید صنعتی‌تر، کاهش هزینه‌های فنی سازه‌های بتنی درجا، بهبود کیفیت، دوام و قابلیت اطمینان از سازه‌های بتنی و از بین بردن برخی پتانسیل‌های خطای انسانی خواهد شد.
این تکنولوژی مدرن در تولید انواع بتن باعث بهبود سلامتی و ایمنی در خود سازه و اطراف محل ساخت و ساز می‌شود.
این بتن با توجه به ترکیب پیشرفته‌تری که نسبت به بتن‌های معمولی دارد.
جهت حصول اطمینان از کیفیت مطلوب مورد نیاز به آزمایش و بررسی بیشتر، هم در ابتدا و هم هنگام استفاده دارد.
با توجه به اینکه هنوز هیچ استاندارد پذیرفته شده‌ای در سطح جهانی برای بتن خود متراکم وجود ندارد.
هزینه ساخت آن در اکثر مواقع از بتن معمولی بیشتر است.
استفاده از مخلوط طراحی شده به آزمایشات گسترده‌تری نیاز داشته و اندازه‌گیری و نظارت باید دقیق‌تر باشد.
انتخاب مصالح برای این نوع بتن با دقت‌نظر بیشتری صورت پذیرد.
کاربردهای بتن خود متراکم
- بتن‌ریزی در شرایط دشوار یا با دسترسی سخت
- بتن‌ریزی در نقاط مرتفع
- بتن‌ریزی در مقاطع با تراکم بالای آرماتور
- بتن‌ریزی در شرایط عدم وجود ویبراتور
- مقاطعی که عرض قالب کم هست
- کف سازی
- ایجاد سهولت در شرایط پرداخت بتن
- سازه‌های بتنی که دارای طراحی خاص معماری بوده و نیازمند ظرافت بالا و دارای تراکم میلگردی زیاد می‌باشد
- پل‌هايی با دهانه‌ها بزرگ كه به دليل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرا آنها با بتن معمول امكانپذير نمی‌باشد و در ضمن استفاده از بتن معمولی موجب قطورتر شدن اندازه پايه‌ها و جلوه بد سازه می‌گردد.
- ستون‌ها یا دیوارهای بلند یا میلگردهای متراکم
- ستون‌های بتن‌ریزی شده با پمپ
- بتن‌ریزی قطعات بتنی پیش ساخته
انواع بتن خود تراکم
بتن خود متراکم به سه گروه تقسیم می‌شود:
نوع پودری:
بتن خود متراکم به نحوی نسبت‌بندی می‌شود که نیاز خود تراکم بودن را بدون استفاده از مواد اصلاح‌کننده ویسکوزیته و با بهره‌گیری از پودر تأمین می‌کند.
با استفاده از پودر، مقاومت مناسب در مقابل جداشدگی ذرات در مخلوط بتن ایجاد می شود.
با بکار گرفتن مواد افزودنی کاهنده آب و هوازا، تغییر شکل زیاد تأمین می‌شود.
نوع دارای مواد اصلاح کننده ویسکوزیته :
در این گروه بتن خود متراکم، از مواد اصلاح کننده ویسکوزیته برای ایجاد مقاومت در برابر جداشدگی ذرات استفاده می‌شود.
مواد افزودنی کاهنده آب و هوا زا برای ایجاد تغییر شکل زیاد استفاده می‌شود.
نوع ترکیبی :
در این گروه از بتن خود تراکم از پودر همزمان با مواد اصلاح‌کننده ویسکوزیته استفاده می‌شود.
مواد اصلاح‌کننده ویسکوزیته برای کاهش تغییرات کیفیت بتن تازه استفاده می‌شود.
محدودیت‌های بتن خود تراکم
- محدودیت‌های سازمانی:
به محدودیت‌هایی که بر اساس توانایی تولید‌کننده بتن، پیمانکار و یا ارزیاب جهت کاربرد موثر تکنولوژی SCC در فرآیند ساخت بتن وجود دارد، گفته می‌شود.
- محدودیت‌های پروژه‌ای:
به محدودیت‌هایی با ماهیت اقتصادی یا تکنیکی گفته می‌شود.
طراحی مخلوط بتن خود تراکم
سیال و پایدار بودن از مبانی طراحی مخلوط SCC هست.
اما غیر از این خصوصیات، عوامل اقتصادی را نیز باید در طراحی در نظر گرفت.
چالش مهم در طراحی مخلوط SCC، معادل بودن مشخصات مورد نیاز با مشخصات واقعی است.
مواد مورد نیاز برای ساخت بتن خود متراکم به شرح زیر است:
- سیمان:
نوع و مقدار سیمان بر اساس خواص و دوام مورد نیاز تعیین می‌گردد.
معمولا مقدار سیمان بین kg/m3 450- 350 است.
- سنگدانه درشت:
تمام سنگدانه‌های درشت که برای بتن معمولی استفاده می‌شود، قابل مصرف در SCC است.
اندازه حداکثر معمولا بین mm20-16 است.
به طور کلی مقدار سنگدانه درشت در بتن خود متراکم کمتر از بتن معمولی است زیرا سنگدانه درشت انرژی زیادی مصرف می‌کند که باعث کاهش جاری شدن بتن می‌شود و در هنگام عبور از موانع مانند آرماتور سبب مسدود شدن بتن می‌گردد.
- سنگدانه ریز:
تمام سنگدانه‌های ریز که برای بتن معمولی استفاده می‌شود برای بتن خود متراکم نیز مناسب است.
هر دو نوع ماسه شامل شکسته و گرد گوشه قابل استفاده می‌باشد هرچه مقدار ماسه در مخلوط بیشتر باشد، مقاومت برشی مخلوط بیشتر است.
- مواد افزودنی معدنی:
انواع مواد افزودنی معدنی یا پوزولان را می‌توان در SCC مصرف کرد این مواد برای بهبود خواص بتن تازه و یا بتن سخت شده و دوام مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از جمله این موارد می‌توان میکروسیلیس، سرباره و روباره را نام برد.
- فوق کاهنده آب:
فوق کاهنده آب یا فوق روان‌کننده‌ها از مواد بسیار مهم برای ساخت بتن خود متراکم محسوب می‌شوند.
- مواد اصلاح‌کننده ویسکوزیته:
مواد اصلاح‌کننده ویسکوزیته برای افزایش مقاومت جداشدگی در بتن خود متراکم مصرف می‌شود.
-
فیلرها:
به دلیل الزامات رئولوژی خاص بتن خود متراکم هر دو مواد افزودنی فعال و خنثی برای بهبود کارایی و همچنین برای تعادل در مقدار مصرف سیمان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مزایای بتن خود متراکم
- افزایش سرعت اجرای سازه‌های بتنی و تسریع پیشرفت کار
- بهبود کیفیت ساخت، بدلیل اطمینان از تراکم کافی در مناطق با تراکم زیاد آرماتور
- کاهش آلودگی صوتی و توجه بیشتر به مسائل ایمنی و زیست‌محیطی در محیط کار، با توجه به حجم زیاد صدا ناشی از عملیات تراکم حین بتن‌ریزی و نیز در نظر گرفتن خطر ابتلای کارگران به سندروم انگشت سفید (سندرم رینود)
- صرفه‌جویی اقتصادی، علی‌رغم هزینهٔ بیشتر مواد و مصالح مورد استفاده برای ساخت بتن خود متراکم
در بسیاری موارد در نتیجهٔ کاهش هزینه‌های تجهیزات و نیروی انسانی از قبیل عوامل تراکم، نظارت و غیره، استفاده از بتن خود متراکم سبب کاهش مجموع هزینه‌ها می‌شود
- کمک به معماری سازه با توجه به شکل‌پذیری بیشتر
با توجه به روانی فوق‌العاده بتن خود متراکم انواع قالب متنوع‌تری را می‌توان برای بتن‌ریزی استفاده و اجزای معماری گسترده‌تری را با توجه به مسائل زیبا شناختی اجرا نمود
- بهبود دوام بتن در نتیجهٔ تراکم بهتر بتن تازه
- آزادی بیشتر در طراحی سازه
بدلیل میسر شدن اجرای سازه‌های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطع کوچک با آرماتورهای انبوه
- سطح تمام‌شدهٔ بهتر و ارتقای کیفیت محصول نهایی
- کمک به توسعهٔ صنعت پیش ساختگی قطعات بتنی
- افزایش ایمنی در کارگاه، استفاده از بتن خود متراکم به میزان زیادی خستگی و تنش‌های فیزیکی کارگران را کاهش می‌دهد.
با پایین آوردن احتمال خطرات و صدمات فیزیکی، ایمنی کارگاه را افزایش می‌دهد
- توسعه سازه‌های بتنی در دنیا و نیاز به بتن‌های با خواص ویژه
- کمبود کارگران ماهر بتن‌ریزی بویژه کارگران ویبره زن
- امکان بهبود کیفیت مکانیکی بتن
- امکان اجرای سازه‌های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطع کوچک یا میلگردهای فشرده
- توسعه صنایع پیش ساخته بتنی
- صرفه‌جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت
- توجه به سطوح تمام شده زیبا و مرغوب سازه‌های بتنی
معایب بتن خود متراکم
- افزایش ریسک و عدم قطعیت به دلیل تغییر ماهیت مواد جدید مانند:
نسل جدید فوق روان کننده، ماده اصلاح‌کننده ویسکوزیته و پودر سنگ و احتمال تغییرات عمده در خواص بتن تازه و سخت شده به دلیل تغییرات جزئی در نوع و مقدار مواد مصرفی
- نیاز به منابع انسانی ماهر و متخصص در هنگام انتخاب مصالح، طرح مخلوط، انجام دادن آزمایش‌ها و طرح مخلوط
- افزایش هزینه قالب‌ها به دلیل افزایش احتمالی فشار بر روی قالب و نیاز به درزبندی مناسب‌تر
- کاهش مقاومت در برابر آتش‌سوزی:
بتن خود متراکم به دلیل استفاده از مقدار بیشتر مواد پرکننده نسبت به بتن سنتی، مقاومت کمتری در برابر موارد آتش‌سوزی از خود نشان می‌دهد.
- مقاومت کمتر در مقابل سولفات‌ها:
بتن خود متراکم در صورت استفاده از پودر سنگ به عنوان پرکننده، مقاومت کمتری نسبت به بتن‌های معمولی در برابر سولفات‌ها از خود نشان خواهد داد.
- مشکلات ساخت بتن خود متراکم:
ساخت بتن خود متراکم در مقایسه با بتن معمولی نیاز به دقت و مهارت بیشتری دارد.
لذا در صورت عدم نظارت دقیق در ساخت این بتن، مشکلاتی را به همراه خواهد داشت.
نتیجه‌گیری
بتن خود متراکم بیانگر پیشرفت‌های اخیر در فناوری بتن است.
در حال حاضر، این ماده بسیار مورد استفاده در ساخت و ساز و همچنین ساخت اعضای پیش ساخته است.
بنابراین، بتن خود متراکم به عنوان بتن آینده در نظر گرفته می‌شود و به مهندسین/طراحان این امکان را می‌دهد تا سازه‌هایی را که یک قرن و بعد از آن به طول می‌انجامد، طراحی و بسازند.
امیدوارم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد
نویسنده : سیدعلی منتظری
منبع : بخش مقالات تخصصی سایت استوارسازان
امیدوارم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد
ممنون از اطلاع رسانیتون
قربان شما، ارادت
مرسی از اطلاع رسانیتون
قربان شما.