طرح اختلاط بتن ، فرآیند تعیین نسبت ها و مقادیر اجزای بتن است، به نحوی که بتن تولید شده تا حد امکان مقرون به صرفه باشد و الزامات مورد نیاز را تامین کند. این الزامات معمولا، مقاومت فشاری، کارایی و دوام می باشد.
تعیین نسبت ها و مقادیراجزای بتن بیشرتر براساس روابط تجربی و به مقدار کمتری با استفاده از روابط ریاضی و نظری انجام میشود.سازوکار طرح مخلوط پیچیده است، زیرا با تغییر دادن یکعامل ممکن است خواص بتن به صورت متضاد تحت تاثیر قرار گیرد.
برای مثال ، افزودن آب به مخلوط بتن با کارایی کم، ممکن است روانی را افزایش دهد، اما مقاومت و دوام را کم کندو احتمال جداشدگی و آب انداختگی را زیاد نماید.در حقیقت،کارایی از دو مولفه اصلی تشکیل یافته است ، که شامل روانی (آسانی در جاری شدن) و چسبندگی ( مقاومت در مقابل جداشدگی) می باشد که وقتی آب به مخلوط افزوده می شود، ممکن است این دومشخصه ،عملکردی مخالف یکدیگر،از خود نشان دهند. بنابراین، طرح اختلاط بتن ، هنر متعادل کردن این اثرهای متضاد است.بسیاری از مهندسان از اینکه نمی توان طرح مخلوط را بر اساس مجمودعه ای از روابط و محاسبات عددی انجام داد، احساس ناخشنودی می کنند، اما با درک صحیح اصول وبا کمی تجربه ، می توان به هنرطرح مخلوط دست یافت.
هرچندتاکنون تلاش زیادی در خصوص جنبه های نظری طرح مخلوط انجام شده است، اما هنوز عمدتا از روش های تجربی استفاده می شود. به عبارت دیگر، روش های طرح مخلوط برای انتخاب اولیه نسبت ها و مقادیر اجزای بتن مفید می باشند، اما برای تعیین نسبت های نهایی، نیاز به ساخت مخلوط های آزمایشی و تنظیم نسبت ها و مقادیر وجود دارد.روابط تجربی، به طور معمول به عنوان راهنما مورد استفاده قرار میگیرندو مخلوط های آزمایشی بر اساس این روابط ساخته می شوند. در صورت مغایربودن ویژگی های بتن تازه و سخت شده مخلوط های آزمایشی با مشخصات موردنظر، باید درطرح مخلوط تجدید نظر به عمل آید.
در روش ارائه شده به عنوان روش ملی طرح اختلاط بتن ، تطابق با استاندارد سنگدانه های بتن ( استاندارد ملی ایران به شماره ۳۰۲) وویژگی های سیمان پرتلند( استاندارد ملی ایران به شماره ۳۸۹و ۱-۱۷۵۱۸ وهمچنین سایراستانداردهای ملی مربوط به سیمان و مواد جایگزین سیمان )، در نظر گرفته شده است.همچنین حسب مورد، آیین نامه بتن ایران و مقررات ملی ساختمان ملی ایران ( مباحث پنجم و نهم) و مشخصات فنی عمومی و خصوصی پروژه باید رعایت گردد.
قابل ذکر است که روش ارائه شده به عنوان راهنمای اولیه طرح مخلوط به کار میرود و باید مخلوط های آزمایشی در آزمایشگاه و همچنین مطابق باشرایط کارگاه ساخته شوندو پس از بررسی نتایج مقاومت فشاری و دیگر الزامات طرح، نسبت ها و مقادیر اجزای مخلوط ، نهایی گردند.
همچنین توصیه میشود، جهت توضیحات بیشتر و به منظور آشنایی کامل با جزئیات روش ، به راهنمای روش ملی طرح مخلوط بتن مراجعه گردد.این روش دارای نرم افزار محاسباتی نیز می باشد که می توان آن را بکار برد.
Table of Contents
دامنه کاربرد طرح اختلاط بتن
دامنه کاربرداین روش طرح مخلوط عبارت است از:
-این روش ملی، برای تعیین نسبت ها و مقادیر اجزای بتن های معمولی (مرسوم) مورد مصرف در ساختمان ها و سازه های بتنی مختلف تا رده مقاومتی C50 و اسلامپ ۱۰ تا ۲۱۰ میلی متر با حداکثر اندازه اسمی ۵/۹ تا ۳۸ میلی متر با در نظر گرفتن مقاومت مشخصه فشاری ، دوام, کارایی، شرایط ساخت و کنترل کارگاهی و شرایط حمل و ریختن و سایر ضوابط مشخصات فنی و آیین نامه های معتبر و مقررات ملی ساختمانی توسط طراح مخلوط، بکار می رود.
-این روش ملی، بطور مستقیم برای طرح مخلوط بتن های ویژه مانند بتن های حجیم، بتن های سبک ، بتن های سنگین، بتن الیافی، بتن خودتراکم و بتن پیش آکنده بکار نمی استفاده از این روش با اعمال تمهیدات خاص و تغییراتی مانند آنچه در راهنمای روش آمده است، امکان پذیر می باشد.
تهیه طرح اختلاط بتن
برای تهیه طرح اختلاط بتن ، صرف نظر از روش استفاده ، نیاز به اطلاعات و داده هایی درباره اجزای بتن و همچنین در مورد مقاومت هدف طرح ، روانی ودوام موردنیاز وجود دارد.
درباره این خواسته ها و اطلاعات در کناربرخی تعاریف و نکات دیگر در این فصل ، مطالبی از نظر میگذرد.
حاشیه ایمنی مقاومت
به دلیل تغییرات مقاومت بتن، که ناشی از غیریکنواختی احتمالی در کیفیت اجزای بتن و تغییرات کمی مقادیر و نسبت های اجزا به دلیل عدم دقت در ساخت بتن می باشد، مخلوط بتن باید طوری طرح گردد یا اینکه نسبتها ومقادیر اجزابتن به گونه ای انتخاب شوندکه با احتمال مشخصی، از دستیابی به مقاومت مشخصه در کارگاه اطمینان حاصل گردد. بنابراین، مقاومت مشخصه، که در واقع همان مقاومت موردنظر در طراحی و ساخت سازه می باشد، باید به اندازه حاشیه ایمنی پیش بینی شده افزایش یابد تا بتوان به مقاومت فشاری متوسط ( مقاومت هدف ) برای طرح مخلوط دست یافت . حاشیه ایمنی مقاومت معمولا بر اساس اطلاعات آماری تعیین می گردد. روش تعیین حاشیه ایمنی در بخش سوم شرح داده شده است.
روانی
در این روش طرح مخلوط ، برای بیان و سنجش روانی بتن، از آزمایش اسلامپ استفاده شده است. جدول ۲-۱، برای طبقه بندی روانی بتن تازه در این روش طرح مخلوط می باشدکه مطابق استاندارد ملی ایران به شماره ۱-۱۲۲۸۴، در نظر گرفته شده است.
( جدول ۲-۱ طبقه بندی بتن تازه براساس مقدار اسلامپ)
معمولا الزامات روانی خواسته شده در پای کار( در هنگام بتن ریزی) دارای اهمیت است.برای تهیه طرح مخلوط بتن مانند سایر روشها، اسلامپ ( روانی) اولیه بتن را پس از ساخت بتن ( ۵ دقیقه پس از اتمام ساخت) باید در نظر گرفت. براین اساس با توجه به افت اسلامپ تجربی، در فاصله زمانی ساخت بتن تا زمان ریختن در سازه ، باید روانی ( اسلامپ) اولیه را برابر مجموع مقدار اسلامپ موردنیاز در پای کار و مقدار افت اسلامپ موردانتظار، در نظرگرفت.
آب آزاد، آب کل، آب مصرفی ( ساخت)
آب کل اختلاط بتن ، شامل آب جذب شده توسط سنگدانه ، برای رسیدن به شرایط اشباع با سطح خشک و همچنین شامل آب آزاد برای ایجاد خمیرسیمان لازم و تامین کارایی می باشد. چنانچه در شرایط واقعی ؛ مقدار رطوبت سنگدانه ها در حدی کمتراز حالت اشباع با سطح خشک باشد، باید مقدارآب موردنیاز برای رساندن سنگدانه به حالت اشباع با سطح خشک را تعیین کردو به مقدار آب آزاد افزودو در صورتیکه مقداررطوبت سنگدانه ها بیش از رطوبت اضافی را از آب آزاد، کم کرد.در هرحالت آب مصرفی ( ساخت) بتن با آب آزاد، متفاوت خواهد بود و صرفا درحالتی که همه سنگدانه ها درحالت اشباع با سطح خشک باشند، آب آزاد و آب مصرفی ( ساخت)بتن یکسان می باشند.همچنین در حالتی که همه سنگدانه ها کاملا خشک باشندآب کل و آب مصرفی ( ساخت) بتن، برابر خواهند بود.
در روش ارائه شده، نسبت آب به سیمان ، به صورت نسبت آب آزاد به سیمان یا مواد سیمانی در نظرگرفته می شود و مقدار آب آزاد نیزبراساس فرض سنگدانه ها در حالت اشباع با سطح خشک منظورمی گردد.
نوع سنگدانه ها
دو عامل بسیار مهم که از ویژگی های سنگدانه است و در مشخصه های بتن اثر می گذارد، شکل ذرات وبافت سطحی سنگدانه است. در روش ملی طرح مخلوط بتن، سنگدانه ها از نظر شکل به دو صورت ، گردگوشه ( رودخانه ای نشکسته ) و تیزگوشه ( شکسته ) تقسیم شده است.
شکل ذرات و بافت سطحی عوامل مهمی در تغییر کارایی مخلوط می باشندوبافت سطحی در پیوستگی بین خمیرسیمان و سنگدانه و مقاومت بتن موثر است. برخلاف شکل سنگدانه ریز، شکل سنگدانه درشت بر مقاومت تاثیربیشتری دارد.به طور کلی سنگدانه شکسته شامل دانه هایی می باشدکه یک یا چندوجه آن شکسته یا تیزگوشه است. با استفاده از این نوع سنگدانه ها، کارایی مخلوط کاهش می یابد، اما معمولا مقاومت بتن حاوی سنگدانه درشت تیز گوشه نسبت به مخلوط حاوی سنگدانه درشت گرد گوشه بیشتر است.لذا انتخاب نوع سنگدانه درشت برای بتن پرمقاومت ازاهمیت بیشتری برخوردار می باشدو بهتر است که از سنگدانه های درشت شکسته ( تیزگوشه) استفاده شود.شایان ذکر است، تاثیر شکل و بافت سطحی سنگدانه های ریزبرکارایی و روانی بتن بیشتر از درشت دانه هاست.
معمولا جنس سنگدانه و کانی های آن بطور مستقیم بر کیفیت بتن های معمولی رایج تاثیری ندارد مگر اینکه از نظر دوان بویژه واکنش زایی با قلیایی ها، مشکلاتی را ببار آورد. همچنین ممکن است جنس سنگدانه و نوع کانی های آن بصورت مستقیم بر بافت سطحی آن تاثیرگذار باشد.
دانه بندی سنگدانه
دانه بندی سنگدانه ها نیز عامل مهمی در خواص بتن است. معمولا محدوده دانه بندی طوری در نظر گرفته می شود که از طرف از حجم فضای خالی بین سنگدانه ها تا آنجا که امکان دارد، کاسته شودو از طرف دیگر، کارایی مناسبی برای بتن تامین گردد. زیرا اگرچه می توان منحنی دانه بندی و محدوده آن را طوری ارائه کردکه حداقل فضای منافذ به دست آید، اما ممکن است چنین مخلوط دارای کارایی مناسبی نباشد. دانه بندی سنگدانه ها بتن همچنین تاثیر زیادی بر جداشدگی و آب انداختگی دارد و تاثیر آن برجمع شدگی خمیری وجمع شدگی ناشی از خشک شدن در بتن سخت شده گزارش شده است.
در روش ملی طرح مخلوط بتن، محدوده مطلوب منحنی های ترکیب ( مخلوط ) شن وماسه با حداکثراندازه سنگدانه های ۵/۹، ۵/۱۲، ۱۹، ۲۵ و۳۸ میلی متر در نظر گرفته شده است. با انتخاب درصدمناسب سنگدانه ریز و درشت، دانه بندی مخلوط سنگدانه ها بایددر محدوده مورد نظر منحنی های ارائه شده، واقع گردد.
سیمان
نوع سیمان ورده مقاومتی آن ها بر مقاومت بتن و بر خواص آن اثر مستقیم دارد. در این روش طرح مخلوط، نوع سیمان مصرفی با رده های مقاومتی ۵/۳۲، ۵/۴۲و۵/۵۲ نیوتن بر میلی متر مربع طبق استاندارد ۳۸۹ ایران و استاندارد ۱-۱۷۵۱۸ ایران در نظر گرفته شده است.در صورتیکه ازانواع دیگر سیمان استفاده شود،باید مقدارمقاومت ملات استاندارد آن براساس آزمایش های مربوطه ، تعیین و با رده بندی انتخاب شده در این طرح مطابقت داد شود. چنانچه مقاومت ملات استاندارد ۲۸ روزه سیمان مصرفی دقیقا همان رده های مقاومت ذکر شده نباشد می توان از نتیجه مقاومت بدست آمده ملات استاندارد در آزمایشگاه ، برای تعیین نسبت آب به سیمان استفاده کرد.
بهرحال اگر نتیجه آزمایش ۲۸ روزه ملات استاندارد سیمان مصرفی در دست نباشد حداقل مقدار ذکرشده مقاومت ۲۸ روزه ملات استاندارد در ویژگی های استاندارد آن نوع سیمان در نظر گرفته می شود.
شرایط عمل آوری و سن آزمایش
معمولا مقاومت بتن با افزایش سن آن، افزایش می یابد، اما در بسیاری از مشخصات فنی، مقاومت ۲۸ روزه، به عنوان معیاری برای سنجش مقاومت ، ذکرمیگردد.برهمین اساس، در روش ملی طرح مخلوط، مقاومت استوانه ای ۲۸ روزه عمل آوری شده در شرایط استاندارد، در روابط و نمودارها در نظر گرفته شده است. چنانچه رابطه تایید شده ای بین مقاومت ۲۸ روزه بتن ومقاومت سنین دیگر برای مصالح و نسبت های اختلاط مشخص، موجودباشد، می توان مقاومت سنین دیگر برای مصالح و نسبت های اختلاط مشخص ،موجود باشد، می توان مقاومت سنین دیگر را به مقاومت ۲۸ روزه بتن تبدیل کردو در این روش بکارگرفت.
همچنین در صورتی که رابطه ای بین مقاومت بتن عمل آوری شده درشرایط استاندارد و ضوابط خاص عمل آوری وجود داشته باشد، می توان از آن بهره گرفت. به هرحال در این روش صرفا از مقاومت بتن ۲۸ روزه استوانه ای عمل آوری شده در شرایط استاندارد استفاده می شود.
دوام
دوام بتن، عملکرد بتن در شرایط محیطی که بتن در معرض آن قراردارد، می باشدو در عمرمفید پیش بینی شده آن، بسیارحایزاهمیت است.بنابراین مقادیر و نسبت های اجزای مخلوط که در این روش به دست می آید، باید با مقادیرو نسبت های مجازدر مشخصات فنی خصوصی و همچنین آیین نامه بتن ایران و پیوست ها و ملحقات آن، مبحث نهم مقررات ملی ساختمانی ایران و آیین نامه پایایی بتن در شرایط محیطی خلیج فارس، سایر مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمانی ، راه ، آبیاری و زهکشی و همچنین آیین نامه های مرتبط با دوام ، حسب مورد، مقایسه گردد و ضوابط موردنظر رعایت شود.
معمولا ، دوام مورد نظر با محدودکردن حداکثر نسبت آب به سیمان یا نسبت آب به مواد سیمانی، مشخص نمودن حداقل و یا حداکثر مقدار سیمان، ایجاد محدودیت در نوع سیمان و یا مواد افزودنی معدنی و همچنین درصد هوا در طرح اختلاط بتن، به صورت تجویزی مطرح می گردد.
امروزه معیارهایی برای دوام وعملکردبتن در نظر گرفته می شودو با انجام آزمایش های مناسب باید نشان داد که این خواسته ها تامین می شود.اگرچه طراحی بر اساس عملکردنتایج بهتری را به دنبال خواهد داشت، اما به هرحال هنوزضابطه های تجویزی در بیشتر مشخصات فنی عمومی و خصوصی و بیشتر آیین نامه ها و مقررات ملی کاربرد جدی دارد.
چنانچه به دلیل ملاحضات دوام، کاهش نسبت آب به سیمان الزامی باشد طراح می تواند افزایش مقاومت فشاری بتن ناشی از کاهش نسبت آب به سیمان را درطراحی مقاطع بتنی به عنوان مقاومت مشخصه بتن منظورنماید.
درصورتی که این ضوابط تجویزی و یا ضوابط و معیارهای دوام وعملکردبتن، تعیین کننده نسبت ها یامقادیر طرح مخلوط باشند، این طرح مخلوط را ” دوام محور” می نامند.در غیر اینصورت، طرح اختلاط بتن ، ” مقاومت محور ” خواهدبود.
تعیین انحراف معیار و مقاومت فشاری متوسط ( هدف ) برای طرح اختلاط بتن
چنانچه مقاومت مشخصه بتن برای طرح مخلوط وتعیین نسبت آب به سیمان بکار رود، در آزمایشگاه و بویژه در کارگاه، دستیابی به مقاومت موردنظر بصورت مطمئن امکان پذیر نخواهدبود.
تغییرات در کیفیت سیمان مصرفی در کارگاه، تغییرات کیفی سنگدانه ها و تغییرکیفی آب و افزودنی ها به همراه تغییردر کمیت آن ها بدلیل خطاهای توزین و پیمانه کردن ونوسانات نسبت آب به سیمان بدلیل تغییرات رطوبت سنگدانه و خطاهای اتفاقی ، باعث
می شودتانوسانات خاصی در مقاومت فشاری بتن و دوام آن حاصل شود و نتوان بصورت مطمئن به مقاومت مشخصه مورد نظردست یافت.
مقاومت فشاری متوسط (مقاومت هدف) برای طرح مخلوط بتن
مقاومت فشاری متوسط برای طرح مخلوط بتن مطابق با آیین نامه بتن ایران، یا مبحث نهم مقررات ملی و سایر مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمانی و راه، باید برابر با بزرگترین مقدار به دست آمده از دورابطه زیر درنظر گرفته شود:
Fcm=fc + 1.34s + 1.5 N/mm2
Fcm= fc + 2.33s-4 N/mm2
تعیین انحراف معیار
برای تعیین انحراف معیار، می توان از دوروش استفاده کرد:
اگر از نتایج آماری قبلی یا پروژه ها مشابه استفاده می گردد، باید طبق ۳-۳-۱ انحراف معیار محاسبه گردد.
-منظور از پروژه ها مشابه ، پروژه هایی هستندکه:
-مصالح مصرفی به کاررفته در آن پروژه موجود از نظر نوع و مشخصات فنی مشابه باشند،
-شرایط نظارت و کنترل کیفیت آن ها و پروژه موجود مشابه باشندو
-مقاومت فشاری مشخصه بتن آن ها و پروژه موجود بیش از ۵N/mm2 اختلاف نداشته باشد.
در غیراینصورت برای مواردی که اطلاعات آماری وجود ندارد، از روش ارائه شده در بند ۲-۳-۳ استفاده می شود. همچنین در صورتی که هیچگونه اطلاعاتی وجود نداشته باشد، مقاومت هدف طرح مخلوط طبق بند۳-۴ بدست می آید.
۱-۳-۳ محاسبه انحراف معیار براساس نتایج آماری پروژه های قبلی یا مشابه
در این روش باید بر اساس نتایج آزمایش های مقاومت فشاری نمونه های پروژه قبلی یا پروژه های مشابه، انحراف معیار ( S) را با استفاده از رابطه ۳-۳ محاسبه کرد.
که در آن :
xi =مقاومت فشاری هر یک از نمون ها
xm =میانگین مقاومت فشاری نمونه ها
n =تعداد نمونه ها
چنانچه چند رده مقاومتی در کارگاه تولید شود، محاسبه انحراف معیار برای هررده مقاومتی به طور مجزا انجام می شود.
لازم به ذکر است که نتیجه هر نمونه، میانگین حداقل دو آزمونه است که از یک نوبت ساخت بتن، نمونه گیری شده است.
نتایج آزمایش مقاومت فشاری حداقل ۳۰ نمونه متوالی برای پروژه مشابه یا قبلی، باید موجود باشد. اگر کمتر از ۳۰ نتیجه آزمایش موجود باشد، باید بر اساس رابطه ۳-۴ ، ضریب اصلاحی برای انحراف معیار محاسبه گردد و در انحراف معیار بدست آمده ضرب شود. بهرحال نباید تعداد نتایج ، کمتر از ۱۰ نتیجه باشد.
توصیه می شود تا از آخرین نتایج مقاومتی برای محاسبه انحراف معیار مقاومت استفاده گردد.
چنانچه نتایج آزمایش حداقل ۳۰ نمونه متوالی موجود نباشد، می توان از دوگروه نمونه های متوالی با مجموع ۳۰ نتیجه آزمایش استفاده کرد. درچنین حالتی باید انحراف معیار دو گروه براساس رابطه ( ۳-۵) به صورت میانگین آماری محاسبه گردد:
اگر از روش محاسبه انحراف معیار براساس نتایج پروژه قبلی یا مشابه استفاده گردد، باید موارد زیر درنظر گرفته شود:
- مقدار انحراف معیار منظورشده باید پس از کسب اطلاعات کافی در حین احرای پروژه، براساس انحراف معیار واقعی اصلاح گرددو
- در هیچ شرایطی نیابد انحراف معیار کارگاهی کمتر از ۲/۵N/mm2 در نظر گرفته شود.
تعیین انحراف معیار در صورت عدم دسترسی به اطلاعت آماری
در مواردی که نتایج مقاومت فشاری نمونه در پروژه قبلی یا پروژه های مشابه، در دسترس نباشد و نتوان انحراف معیار را محاسبه کرد، می توان بر اساس سطح نظارت و کنترل کیفیت کارگاه و مقاومت مشخصه بتن، مقدار انحراف معیار ( مربوط به مقاومت استوانه ای) را از جدول ۳-۱ تخمین زد.
رتبه بندی کارگاه به شرایط تولید، نظارت و کنترل کیفیت بستگی دارد. به طور کلی کارگاه ها به سه رتبه الف ، ب و ج تقسیم می شوند.برای تعیین رتبه کارگاه باید از اطلاعات داده شده در جدول ۳-۲ استفاده کرد.
تعیین مقاومت هدف طرح بدون داشتن هر گونه اطلاعات
در صورتی که هیچ اطلاعاتی در مورد شرایط ساخت و کنترل کارگاهی بتن وجود نداشته باشد، می توان مانند آنچه در آیین نامه بتن ایران، مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران و مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمانی و راه آمده است یک حاشیه ایمنی ( SM) را به مقاومت مشخصه بتن اضافه نمود ( جدول ۳-۳ ).
رابطه ( ۳-۶ ) fcm=fc +( SM)
چنانچه در ضوابط پذیرش آیین نامه بتن ایران، مقررات ملی ساختمان و مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمانی و راه، تغییر حاصل شود، اعداد جدول فوق تغییر خواهد نمود. به هرحال توصیه می شود مقاومت هدف طرح حاصله از بند ۳-۲ بیشتر از مقادیرحاصله از بند۳-۴ نباشد.
بدیهی است پس از شروع ساخت بتن در کارگاه، دراولین فرصت ، باید انحراف معیار بصورت آماری محاسبه گردد و در صورت لزوم، مقاومت هدف طرح و در نتیجه طرح اختلاط بتنطرح مخلوط اصلاح شود.
روش طرح اختلاط بتن
برای طرح اختلاط بتن ، ابتدا باید خواسته ها و مشخصات فنی بتن مطلوب، شامل مقاومت فشاری مشخصه، روانی و کارآیی بتن در پای کارودوام بتن ( ضوابط تجویزی مانندنسبت آب به سیمان یا مواد سیمانی، حداقل یا حداکثر عیار سیمان یا مواد سیمانی، نوع سیمان و ضوابط عملکردی) را فهرست نمود. همچنین باید نیازهای اجرایی واطلاعات آماری و غیرآماری مربوط به ساخت و کنترل بتن را منظور کرد. انحراف معیار مقاومتی ساخت بتن و یا شرایط ساخت و رتبه بندی کارگاه باید مشخص گرددتا امکان محاسبه مقاومت فشاری متوسط (هدف) طرح مخلوط فراهم آید.
همچنین با توجه به شرایط محیطی ، نوع قطعه و سازه، وسایل حمل، فاصله زمانی ساخت تا مصرف بتن، روانی بتن در هنگام ساخت بامنظور نمودن افت روانی بعنوان یک نیاز اجرایی در نظر گرفته می شود. الزامات اجرایی دیگر، شرایط و وسایل حمل و ریختن بتن است که می تواند علاوه برتاثیرآن برانتخاب روانی لازم، بر انتخاب دانه بندی و گاه حداکثراندازه سنگدانه نیز موثر باشد.
چنانچه در پروژه ای یکی دیگر از مشخصات مکانیکی بتن ( به غیرازمقاومت فشاری) مورد نظر طراح باشد. ( برای مثال مقاومت خمشی در طراحی رویه های بتنی) می توان از روابط توصیه شده در استانداردهای معتبر در خصوص رابطه مقاومت فشاری و مشخصه مکانیکی مربوطه استفاده کردو مقاومت فشاری متناظر را برآوردنمود.
دانستن ویژگی های سنگدانه و سیمان و گاه افزودنی های شیمیایی ومعدنی جایگزین سیمان ( به بصورت پودری) در مراحل بعد ضرورت پیدا می کند. دانه بندی، چگالی سنگدانه های اشباع با سطح خشک ، جذب آب و درصد شکستگی سنگدانه ها و رده مقاومتی سیمان باید اندازه گیری یا مشخص گردد. همچنین می توان مقاومت فشاری ملات استاندارد سیمان مصرفی راطبق استاندارد ایران بدست آورد.
- گام اول با انتخاب محدوده دانه بندی مطلوب باتوجه به روانی، نوع قطعه و شرایط حمل و ریختن، آب انداختگی و خطر جداشدگی آغازمی شود. سپس با توجه به دانه بندی هر یک از سنگدانه ها ، سهم آنها برای دستیابی به دانه بندی مطلوب مخلوط سنگدانه بدست می آید. بدین ترتیب دانه بندی مخلوط سنگدانه طرح مخلوط بتن مشخص می شود و مدول نرمی ( ریزی) آن محاسبه می گردد. همچنین با داشتن درصد شکستگی شن ها و ماسه، درصد شکستگی متوسط شن ها برای تعیین نسبت آب به سیمان وشکستگی متوسط معادل سنگدانه ها با توجه به اهمیت شکل ماسه برای تعیین مقدار آب آزاد طرح مخلوط بتن محاسبه می گردد.
- درگام دوم نسبت آب به سیمان با توجه به رده مقاومتی سیمان یامقاومت ملات استاندارد آن و درصد شکستگی متوسط سنگدانه های درشت براساس مقاومت فشاری متوسط ( هدف) طرح مخلوط بدست می آید. در صورتی که این نسبت از حداکثر نسبت آب به سیمان لازم برای تامین دوام کمتر باشد، در طرح بکار میرود و گرنه نسبت آب به سیمان تامین کننده و ارضا کننده دوام کاربرددارد.
- درگام سوم مقدار آب آزاد طرح مخلوط با منظور نمودن اسلامپ لازم در هنگام ساخت و مدول نرمی مخلوط سنگدانه و درصد شکستگی متوسط انها حاصل می گردد. همچنین ممکن است در گام چهارم پس از تعیین عیار سیمان به دلیل مقدار سیمان زیاد، نیاز به تغییر مقدارآب آزاد احساس گردد.
- درگام چهارم با داشتن نسبت آب به سیمان و مقدار آب آزاد ، مقدار سیمان محاسبه می گردد. ممکن است به دلیل مقدار سیمان زیاد نیاز به اصلاح آب و در نتیجه تغییر عیارسیمان باشد.در این مرحله لازم است در صورتی که حداقل و حداکثر سیمان در مشخصات فنی یا آیین نامه و مقررات ملی دارای محدودیت باشد، کنترل لازم صورت گیردو سیمان در این محدوده قرار داشته باشد.بویژه درصورت نیاز به کاهش عیارسیمان به آب، باید تدابیرلازم برای این کاهش اتخاذ گردد.برای این منظور لازم است آب آزاد با بکارگیری افزودنی های کاهنده آب آزاد بابکارگیری افزودنی های کاهنده آب یا افزایش حداکثر اندازه سنگدانه و درشت بافت کردن دانه بندی ویا استفاده از سنگدانه ریز ( ماسه) گردگوشه تر ( در صورت امکان و مجاز بودن هر یک از آنها ) ویا ترکیبی از این راهکارها کاهش یابد تا از مقدار عیار سیمان نیز کاسته شود.
- درگام پنجم یافتن مقادیر سنگدانه دنبال می گردد و به نوعی می توان گفت که آخرین مرحله در طرح مخلوط اولیه بتن است. در این مرحله با داشتن چگالی ذرات سیمان و افزودنی و با کمک رابطه حجم مطلق و فرض هوای بتن، حجم کل ذرات سنگدانه در حالت اشباع با سطح خشک محاسبه می شود و سپس با در دست داشتن سهم هر یک از سنگدانه ها در مخلوط سنگدانه ، حجم ذرات هریک از سنگدانه ها بدست می آید. با ضرب چگالی اشباع با سطح خشک ذرات هر نوع سنگدانه در حجم متناظر با آن، جرم اشباع با سطح خشک هریک از آنها محاسبه می گردد.
بدیهی است به این ترتیب می توان جرم یک متر مکعب از بتن تازه متراکم را در پایان بدست آورد و طرح اختلاط اولیه بتن را تکمیل کرد.
انتخاب محدوده منحنی اختلاط سنگدانه و تعیین سهم سنگدانه های بتن
دانه بندی اختلاط سنگدانه از اهمیت زیادی برخورداراست.مقدار خمیرسیمان دربتن، تابع فضای خالی بین سنگدانه ها و کل مساحت سطح جانبی سنگدانه ها می باشد، زیرا منافذبین سنگدانه ها توسط خمیرسیمان اشغال می گرددوسطح سنگدانه ها باید آغشته به خمیر سیمان شود. وقتی که اندازه سنگدانه ها تقریبا مشابه و یکسان یا نزدیک به هم باشد، حجم منافذبین سنگدانه ها افزایش می یابد.اما اگر از سنگدانه هایی با اندازه های مختلف استفاده شود، ذرات کوچکتربین دانه های بزرگترقرارمی گیرندوبه این ترتیب، منافذکاهش می یابندوازمقدارخمیرسیمان موردنیازکاسته می شود.به طور نظری می توان برای هر حداکثراندازه سنگدانه ونیز شکل خاص ذرات آن، یک منحنی دانه بندی با حداقل منافذ بین ذرات را بدست آورد.اما چنین توزیعی ازاندازه ذرات ، علیرغم بهبودمقاومت و کاهش مصرف سیمان نمی تواند بتنی با کارایی مناسب تولیدکند. بنابراین باید بین کارایی، مقاومت و اقتصاد تعادل برقرار نمود.
برای ساخت بتن ضروری است که سنگدانه های ریز و درشت به گونه ای با یکدیگر مخلوط شوند که ضمن ایجاد انسجام کافی ، بتن نیزدارای کارایی مناسب باشد. بدین منظور براساس منحنی های ارائه شده درشکل های ۴-۱ تا ۴-۵ برای حداکثر اندازه سنگدانه ۵/۹ ،۵/۱۲ ،۱۹ ،۲۵ و ۳۸ میلیمتر، نسبت اختلاط ریزدانه ها و درشت دانه ها تعیین می گردد.سپس به منظور محاسبه مقدارآب لازم ( گام سوم)، مدول نرمی سنگدانه ها محاسبه می شود. مدول نرمی سنگدانه شاخصی از ریزی یا درشتی سنگدانه است. برای محاسبه مدول نرمی، باید،مجموع درصدهای تجمعی وزنی سنگدانه های مانده روی الک های ۳۸ ،۱۹ ،۵/۹ ،۷۵/۴ ،۴/۲ ،۲/۱ ،۶/۰ ،۳/۰ و ۱۵/۰ میلیمتر، رابرعدد ۱۰۰ تقسیم کرد.
حداکثر اندازه اسمی سنگدانه ها در درجه اول با توجه به ابعاد قطعه، فاصله آزادبین میلگردها،ضخامت پوشش بتنی روی میلگردهاو حتی قطرلوله پمپ و غیره انتخاب می گردد. گاه در مشخصات فنی خصوصی یا آیین نامه های پایانی محدودیتی برای بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه قیدمیشودکه باید رعایت گردد. به هر حال بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه باید مساوی با کوچکتراز حد مجاز باشد. تشخیص بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه های مخلوط برای استفاده از محدوده مطلوب مخلوط با توجه به کوچکترین الکی است که بیش از ۹۵ درصد مخلوط سنگدانه بصورت تجمعی از آن بگذرد( کمتراز۵ درصد روی آن الک بماند).
به هرحال در روش ملی، از این تعریف استفاده می شود در حالی که در آیین نامه بتن ایران و مقررات ملی ساختمان حداکثراندازه اسمی سنگدانه بتن برای درشت دانه های آن تعریف می شودو کوچکترین الکی است که بیش از۹۰ درصددرشت دانه بصورت تجمعی از آن می گذرد ( کمتراز۱۰ درصدروی آن باقی می ماند).بنابراین هرچندمغایرت در تعریف وجود دارد، اما الزاما تضادی دیده نمی شود.
تولیدسنگدانه ها به نحوی است که ممکن است دانه بندی آنها در محدوده دانه بندی استاندارد قرارنگیرد.بنابراین بهتر است این سنگدانه ها به گونه ای اصلاح شوندکه در محدوده های استاندارد سنگدانه های ریز یا درشت و یا درمحدوده مطلوب اختلاط آن ها قرار گیرند.بهرحال می توان با سنگدانه هایی که دانه بندی آن ها در محدوده استانداردنیست ، تا حدامکان مخلوطی را بوجود آوردکه درمحدوده دانه بندی مطلوب باشد.
مقاومت بتن ها با نسبت آب به سیمان یکسان، بویژه در نسبت آب به سیمان کم، با کاهش حداکثر اندازه سنگدانه، معمولا افزایش می یابد.دلیل این پدیده احتمالا این است که مقاومت پیوستگی بین خمیر سیمان و ذرات سنگدانه بزرگ، کمتر از سنگدانه کوچک می باشد، زیرا سطح ویژه سنگدانه های بزرگ، کمتر از سنگدانه های کوچک می باشد، زیرا سطح ویژه سنگدانه های بزرگ، کمتر از سنگدانه های کوچک است.هم چنین گفته میشودکه ضخامت ناحیه انتقالی سنگدانه بزرگتر، بیشتر از ضخامت ناحیه موردنظربرای سنگدانه کوچکتراست و ضعف بیشتری را بوجود می آورد. از طرف دیگرافزایش حداکثراندازه سنگدانه، مقدار آب موردنیاز مخلوط را برای کارایی مشخص کاهش می دهد.در نتیجه نسبت آب به سیمان بتن کاهش و مقاومت آن افزایش می یابدبنابراین افزایش حداکثر اندازه سنگدانه دو اثر متضاد دارد.
با توجه به حداکثر اندازه سنگدانه مصرفی در بتن، می توان از میان شکل های ۴-۱ تا۴-۵ شکل موردنظر را انتخاب کرد. در شکل های مذکورحروف A،Bو C به ترتیب نشان دهنده دانه بندی درشت، متوسط و ریز ات که دومحدوده ۱و۲ را ایجاد میکنند.چنانچه دانه بندی سنگدانه در محدوده ۱ قرارگیرد، منحنی دانه بندی درشت و اگر دانه بندی مطابق با محدوده ۲ باشدريال منحنی دانه بندی ریز محسوب میگردد.درمحدوده ۱ با تمایل به سمت منحنی فوقانی، باعث می شود که مخلوط سنگدانه ،دارای بافت ریزتر، چسبنده ترودارای قابلیت پمپ پذیری بیشتری باشدوآب انداختگی آن کمتر شود. بهرحال انتخاب محدوده دانه بندی و مناطقی از آن به روانی بتن،جداشدگی،آب انداختگی، جمع شدگی و وسایل حمل و ریختن و نوع قطعات بستگی دارد و تابع سلیقه ها درخواست کننده طرح مخلوط و همچنین طراح مخلوط است.
هرچه روانی بتن بیشتر باشد و نیاز به کاهش استعداد جداشدگی و آب انداختگی احساس گردد، لازم است دانه بندی ریزبافت تری بکار رود.دربتن پمپی سعی میشودتا منحنی دانه بندی مخلوط سنگدانه در نیمه بالایی محدوده ۱ واقع گردد.برای اطلاع بیشتر درباره محدوده منحنی های دانه بندی مطلوب و انتخاب محدوده مناسب به راهنمای روش ملی طرح مخلوط بتن مراجعه شود.
منحنی های دانه بندی در شکل های ۴-۱ تا ۴-۵ ، درصد تجمیعی گذشته از هرالک را برحسب حجم نشان می دهد.اگر چگالی ذرات سنگدانه ها با اندازه های مختلف، یکسان باشد، می توان منحنی ها را به عنوان درصدهای تجمعی وزنی در نظر گرفت. اگرچگالی ذرات سنگدانه با اندازه های مختلف، یکسان نباشد، لازم است منحنی های دانه بندی مخلوط سنگدانه به صورت حجمی درنظرگرفته شود، هر چند آزمایش دانه بندی سنگدانه ها بصورت وزنی انجام می گردد، اما با فرض اینکه چگالی ذرات سنگدانه های مانده روی الک های مختلف یکسان می باشد می توان دانه بندی حجمی را مانند وزنی در نظر گرفت.
پس از تعیین سهم هر یک از سنگدانه ها ، دانه بندی مخلوط سنگدانه مشخص می گردد. چنانچه از دو یا چندنوع سنگدانه درشت با درصدشکستگی های مختلف استفاده شود، میانگین درصد شکستگی درشت دانه ها ( شن ها) با توجه به سهم آنها در اختلاط سنگدانه قابل محاسبه است. همچنین باید با توجه به درصد شکستگی متوسط معادل برای مخلوط سنگدانه را طبق راهنمای روش ملی طرح اختلاط بتن برای تعیین مقدار آب آزاد بتن بدست آورد.
