بتن خودتراکم و هر آنچه باید در مورد آن بدانید

یکی از نکات بسیار مهم و ضروری در اجرای سازه بتنی تراکم کامل بتن و جاگیری مناسب آن در قالب است. متراکم نمودن بتن با استفاده از روش‌های معمول یعنی استفاده از ویبراتورها مشکلات متعددی از جمله جداشدگی دانه‌ها، شن نماشدن بعضی نقاط را به همراه دارد.اما قبل از هر اقدامی باید بدانیم که بتن خودتراکم چیست و مزایای بتن خودتراکم شامل چه مواردی است، در این مطلب بیشتر درباره بتن خودتراکم صحبت خواهیم کرد.

بتن خودتراکم چیست؟

در تعریف بتن خودتراکم می‌توان گفت، خودتراکم بتنی است که بدون اعمال هیچگونه انرژی خارجی و تحت اثر وزن خودمتراکم گردد. این بتن که ماده‌ای بسیار سیال و روان و مخلوطی همگن است، بسیاری از مشکلات بتن معمولی نظیر جا شدگی، آب انداختن، جذب آب، نفوذپذیری و… را رفع نموده و علاوه بر این بدون نیاز به هیچ لرزننده (ویبره) داخلی یا ویبره بدنه قالب تحت اثر وزن خود متراکم شود. پس دیگر به راحتی می‌توان روش مناسب برای حمل و نقل بتن را انتخاب کرد.

این بتن به راحتی توانایی پر کردن قالب در محل شبکه‌های آرماتور فشرده را دارا می‌باشد و حتی در جاهایی به راحتی عبور می‌کند که دسترسی به آن‌ها دشوار است. بتن خود تراکم در طرح اختلاط و ساختارش تفاوت عمده‌ای با بتن معمولی ندارد. البته مواد خاصی جهت نیل به مشخصات ویژه این بتن درتولید آن مورد مصرف قرار میگیرد. این مواد عمدتا شامل فوق روان کننده؛ مواد مضاف پوزولانی و فیلرها (پودر سنگ با قطر دانه‌های ریزتر از ۱۲۵ میکرون) می‌باشند. همچنین ملاحظات خاصی در مورد دانه‌بندی سنگدانه‌های مورد مصرف در این نوع بتن در نظر گرفته می‌شود.

نظریه بتن خودتراکم که انقلابی در زمینه تکنولوژی بتن نامیده شده است اولین بار توسط پروفسور حجیم اکمورا از دانشگاه کوجی ژاپن در سال ۱۹۸۶ مطرح گردید. در سال ۱۹۸۸ این نظر تکمیل و برای اولین بار بتن خودتراکم ساخته شد. در سال ۱۹۸۹ اولین مقاله درباره بتن خود تراکم در دومین کنفرانس مهندسی سازه و ساختمان آسیای شرقی ارائه شد.

چالش های استفاده از ویبراتور جهت متراکم کردن بتن

استفاده از ویبراتور جهت متراکم کردن بتن؛ مشکلات زیادی به همراه دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

1. جدا شدگی دانه بندی بتن به علت ویبره زیاد در بعضی مناطق
2. تراکم ناهمگن درنقاط مختلف سازه و در نتیجه مقاومت فشاری متفاوت درمقاطع مختلف سازه
3. گیر کردن شیلنگ ویبره بین آرماتورها در حین اجرا
4. کرمو شدن بعضی مناطق به علت غیر قابل دسترس بودن
5. کرمو شدن نقاطی از سطح بتن به علت ویبره بیش از حد و فرار شیره بتن

مزایای بتن خودتراکم

پس از بررسی تعریف بتن خودتراکم اکنون مزایای بتن خودتراکم را بیان می‌کنیم:

1. اطمینان از تراکم بخصوص در مقاطعی که کاربرد لرزاننده دشوار است.
2. افزایش سرعت اجرا و کاهش نیروی انسانی مورد نیاز برای اجرا.
3. جاگیری آسانتر در قالب.
4. سطح تمام شده بهتر.
5. کاهش نیروی انسانی.
6. اجرای سریعتر خصوصا در مورد مقاطع دیوار و ستون.
7. آزادی عمل بیشتر در طراحی (امکان ایجاد مقاطع نازک تر).
8. کاهش آلودگی صوتی ناشی از عملیات ویبره.
9. سطح تمام شده بتن خود تراکم در مقایسه با بتن معمولی.

مواد تشکیل دهنده بتن خودتراکم

در ادامه مطلب مواد تشکیل دهنده بتن خودتراکم را معرفی می‌کنیم:

قبل مطالعه ادامه مطلب پیشنهاد می کنیم تفاوت بتن آماده و بتن دستی را بخوانید.

ماسه (ریزدانه ها)

تمامی ماسه‌های متداول در تولید بتن معمولی دراین صنعت نیز به کار می‌رود. هر دو نوع ماسه شکسته و یا گرد گوشه اعم از سیلیسی و یا آهکی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. ذرات ریز‌تر از ۱۲۵ میکرون که به عنوان (پودر) تلقی می‌شوند، بر خواص بتن خودتراکم بسیار موثر بوده و به منظور تولید بتن یکنواخت، رطوبت آن باید دقیقا کنترل شود. حداقل میزان ریزدانه‌ها (ازماسه تا مواد چسباننده پودری) به منظور جلوگیری از جداشدگی دانه‌بندی از مقدار مشخصی نباید کمتر باشد.

شن (درشت دانه ها)

تمامی انواع درشت دانه در این نوع  بتن به کار می‌رود، ولی حداکثر اندازه معمولی دانه‌ها ۱۶ تا ۲۰ میلیمتر میباشد. به هر حال سنگدان‌های تا حدود ۴۰ میلیمتر نیر می‌تواند در بتن خودتراکم به کار رود. استفاده از سنگدانه‌های شکسته سبب افزایش مقاومت بتن خودتراکم (بدلیل افزایش قفل و بست بین ذرات) می‌شود در حالی که سنگدانه‌های گرد گوشه به دلیل کاهش اصطکاک داخلی روانی‌شان را بهبود می‌بخشد.

سیمان

به طور کلی تمامی انواع سیمان‌های استاندارد می‌تواند در بتن خودتراکم به کار رود. انتخاب نوع سیمان بستگی به پارامترهای مورد انتظار بتن مثل مقاومت، دوام و… دارد. دامنه عمومی میزان مصرف سیمان در اینجا ۳۵۰ تا ۴۵۰ کیلوگرم در متر مکعب می‌باشد. میزان بیشتر از ۵۰۰ می‌تواند سبب افزایش خطر جمع شدگی شود. میزان کمتر از۳۵۰ نیز فقط در صورتی قابل قبول می‌باشد که به همراه مواد پوزولانی، خاکسترهای بادی، دوده سیلیسی و… به کار رود.

حضور بیش از ۱۰٪ میزان در سیمان میتواند سبب کاهش نگهداشت کارایی بتن و خصوصیات بتن خودتراکم گردد.

مواد مضاف

مصالح بسیار ریز آلی هستند که به منظور بهبود و ایجاد خواص مشخص در بتن به آن افزوده می‌شوند. این مواد باعث بهبود کارایی، کاهش حرارت هیدراتاسیون و عملکرد بهتر بتن در دراز مدت می‌گردند.

مواد مضاف عمومی در بتن خودمتراکم

در ادامه مطلب مواد مضاف عمومی در بتن خودمتراکم مورد استفاده را معرفی می‌کنیم:

پودر سنگ

ذرات شکسته بسیار ریز (کوچکتر از ۱۲۵ میکرون) سنگ آهک، دولومیت و یا گرانیت است که به منظور افزایش مواد پودری به کار می‌رود. استفاده از پودر‌های دولومیتی، بدلیل واکنش‌های کربنات قلیایی می‌تواند دوام بتن را با مشکل مواجه نماید.

خاکستر بادی

این مواد مضاف عمومی در بتن خودمتراکم؛ ماده‌ای است که از سوختن زغال سنگ حاصل می‌شود و دارای خصوصیات پوزولانی است که در بهبود مشخصات بتن خودتراکم خیلی موثر می‌باشد.

میکروسیلیس

ژل میکروسیلیس در بتن خود تراکم باعث سیالیت بالای بتن شده و دوام بتن را افرایش می‌دهد و نقش مهمی در چسندگی و پرکندگی بتن با عملکرد بالا دارد. میکروسیلیس دارای حدود ۹۰٪ دی اکسید سیلیس می‌باشد. از این رو، کارشناسان خرید ژل میکروسیلیس را توصیه می کنند.

ذکر این نکته ضروری می‌باشد که استفاده از پرکننده در هر کشوری با توجه به ذخائر همان کشور تعیین می‌شود. برای مثال درکشورهای اروپایی که هنوز از ذغال سنگ به عنوان سوخت کربنی استفاده می‌شنود به کاربردن خاکستربادی امری بهینه نو مفید است، در کشورهایی که به لخاظ صنعت ذوب آهن در مرحله صنعتی قرار دارند، می‌توان از سرباره کارخانجات ذوب آهن استفاده نمود در کشور ما نیز با توجه به در دسترس بودن و همچنین کارآیی آن پرکننده، باید به دنبال ماده‌ای مناسب و مقرون به صرفه برای جایگزنی فیلرهای مرسوم در صنعت بتن خودتراکم اروپایی باشیم.

مواد افزودنی

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 می‌شوند. استفاده از فوق روان کننده‌ها برای تولید بتن خود تراکم به منظور ایجاد کارایی مناسب، ضروری می‌باشد. از انواع دیگر مواد افزودنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• عامل اصلاح لزجت (V.M.A) به منظور اصلاح لزجت
• مواد افزودنی حباب زا (A.E.A) به منظور بهبود مقاومت در برابر یخ زدگی و آب شدن
• کندگیر کننده‌ها به منظور کنترل گیرش
• موارد دیگر

استفاده از V.M.A در حضور پودر‌ها امکان جداشدگی دانه‌بندی را کاهش داده و مخلوط یکنواخت‌تر می‌کند ولی در استفاده از آن باید به اثرات آن‌ها بر روی عملکرد بلند مدت بتن توجه داشت. خرید فوق روان کننده بتن و استفاده از آن می‌تواند تا حدود ۲۰٪ مصرف آب را کاهش دهند.

آب مخلوط

مطابق استاندارد بتن‌های معمولی به کار می‌رود.

خصوصیات بتن خودتراکم

تا این قسمت متوجه شدیم که بتن خودتراکم چیست؛ اکنون به بررسی خصوصیات بتن خودتراکم می‌پردازیم. این بتن می‌تواند برای ساخت هر نوع سازه با ویژگ‌های مطلوب دوام، مقاومت و… به کار رود. به لحاظ مقاومت فشاری، کششی، مدول الاستیسیته و… با بتن‌های معمولی فرق نمی‌کند و تمامی پارامترها و فرمول‌های طراحی بتن معمولی اینجا نیز کاربرد دارد.

به دلیل استفاده از مقادیر زیاد مواد پودری، انقباض خمیری و خزش بیشتری را نسبت به بتن معمولی انتظار می‌رود. لذا سرعت در شروع عملیات عمل آوری در بتن خود تراکم یک امر ضروری است. جهت بررسی خواص بتن تازه مهمترین فاکتور مطرح، روانی بتن می‌باشد که عموما بوسیله آزمایش اسلامپ سنجیده می‌شود ولی درمورد 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 می‌باشد:

روانی

به قابلیت جریان‌یابی روان و آسان بتن تازه وقتی مانعی بر سر راه آن نباشد، روانی گویند این ویژگی با آزمایش جریان اسلامپ سنجیده می‌شود.

توان عبور

به توانایی بتن خود تراکم در جاری شدن و عبور ار بین فضای کوچک شبکه آرماتور بدون توقف یا جداشدگی توان عبور گویند. این ویژگی با آزمایش L جعبه سنجیده می‌شود.

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 پایایی الک سنجیده می‌شود.

لزجت(ویسکوزیته)

ویسکوزیته به خاصیتی گویند که باعث مقاومت در برابر جاری شدن سریع بتن می‌گردد. بتن دارای لزجت پایین به سرعت جریان می‌بابد و توقف می‌کند ولی بتن با لزجت زیاد مدت زمان بیشتری حرکت می‌کند تا متوقف شود.

معایب بتن خودمتراکم چیست؟

اکنون پس از بررسی مشخصات بتن خودتراکم به ذکر معایب بتن خودمتراکم می‌پردازیم. بتن خود متراکم مانند هر مصالح ساختمانی دیگری دارای محدودیت‌های زیر است:

• مواد مورد استفاده برای ساخت بتن خودمتراکم باید با دقت انتخاب شوند. از این رو فرآیند انتخاب مواد سخت‌تر می‌شود.
• استفاده از یک ترکیب مناسب مستلزم چندین دسته آزمایش است تا خواص بتن خودتراکم حاصل شود.
• سرعت جریان بیشتر بتن خودمتراکم، بر خلاف بتن معمولی، ممکن است علاوه بر فشار هیدرواستاتیکی بتن ریخته شده برای طراحی قالب، منجر به فشار دینامیکی شود.
• هیچ استاندارد بین المللی شناخته شده‌ای برای آزمایش مخلوط بتن خود متراکم وجود ندارد. از این رو حفظ استانداردهای کیفیت می‌تواند در هنگام استفاده از بتن خودمتراکم چالش برانگیز باشد. این موضوع جزء معایب بتن خودمتراکم است.

کاربرد بتن خود متراکم چیست؟

موارد زیر کاربرد بتن خود متراکم می‌باشد که با توجه به خواص بتن خودتراکم استفاده می‌شود:

• کاربرد بتن خود متراکم اغلب در ساخت و سازهایی استفاده می‌شود که تقویت کننده‌های پیچیده مورد نیاز است.
• کاربرد بتن خود متراکم در ساخت و ساز برای تعمیر و ترمیم استفاده می‌شود.
• برای ساخت دیوارهای حائل بسیار محکم و بادوام استفاده می‌شود.
• در ساخت پایه‌های فونداسیون و شمع استفاده می‌شود.
• همچنین در شفت‌ها و ستون‌های حفاری شده کاربرد خود را نشان می‌دهد.

ملاحظات ویژه هنگام استفاده از بتن خود متراکم:

در قسمت‌های قبل درباره مزایای بتن خودتراکم صحبت کردیم و این موضوع باعث افزایش سرعت ساخت می‌شود. هنگام استفاده از بتن خود متراکم برای دستیابی به بهترین نتایج، ملاحظات منحصر به فردی وجود دارد:

• تولید بتن خود تراکم نیاز به تجربه و توجه بیشتری نسبت به بتن ارتعاشی معمولی دارد.
• قالب باید طوری ساخته شود که فشار بتن سیال را تحمل کند که از فشار بتن معمولی بیشتر خواهد بود.
• به دلیل سیالیت زیاد بتن خود تراکم، استفاده از میکسرها با حداکثر ظرفیت پیشنهاد نمی شود زیرا ممکن است در طول جاده جریان داشته باشد و آلودگی ایجاد کند.
• ممکن است نیاز به ریختن و بلند کردن بتن خود در عناصر بلندتر باشد.
• ساخت و استفاده از بتن خود متراکم به مهارت و مراقبت بیشتری نسبت به بتن معمولی نیاز دارد.

سخن پایانی

توجه به این نکته حائز اهمیت است که طراحی و تولید بتن خود تراکم مستلزم بررسی دقیق نسبت‌های مخلوط، از جمله انتخاب مواد سیمانی مناسب، سنگدانه‌ها و افزودنی‌های شیمیایی است. تست مناسب و روش‌های کنترل کیفیت برای اطمینان از عملکرد ثابت و برآورده کردن الزامات خاص پروژه ضروری است.

به طور کلی، بتن خود تراکم مزایای قابل توجهی از نظر کارایی، دوام، یکپارچگی سازه و زیبایی دارد و آن را به انتخابی ارجح در کاربردهای مختلف ساختمانی تبدیل می‌کند.

برای رده‌بندی بتن خود تحکیم سه الزام اساسی شامل قابلیت جریان، قابلیت عبور از بین آرماتورهای نزدیک به هم و پایداری در برابر جدا شدگی وجود دارد. شرایط لازم برای حصول خاصیت خود تحکیمی عبارت از مصرف ریزدانه بیشتر کوچک ترا ز ۶۰۰ میکرون، لزجت مناسب به دست آمده با عامل کنترل کننده، نسبت آب به سیمان حدود ۴/۰، استفاده از یک فوق روان کننده، مصالح سنگی درشت دانه کمتر از معمول (۵۰ درصد حجم کل جامدات شکل و بافت مناسب مصالح سنگی درشت دانه هستند. این شرایط میکروساختار یکنواخت‌تر و فصل مشترک) تخلخل کمتری را تولید می‌کنند. بدیهی است، توسعه و پیشرفت در تمامی زمینه‌های بتن پارتاک ادامه دارد.