در این مقاله قصد داریم تا شما را بیشتر با خواص تازه بتن خودتراکم آشنا کنیم. با ما همراه باشید.
Table of Contents
واژه شناسی بتن خودتراکم
بتن خودتراکم بتنی است که با جریان پذیری بالا، بدون جداشدگی در درون قالب و آرماتور قرار میگیرد بدون آنکه نیاز به تجهیزات ارتعاش مکانیکی داشته باشد. رئولوژی[۱] بتن خودتراکم با تنش جاری شدن[۲] کم (برای اطمینان از شکل پذیری زیاد خمیر) و ویسکوزیته پلاستیک[۳] کم (برای توزیع و پایداری مناسب مواد جامد) نسبت به بتن های معمولی توصیف می شود. این ویژگی ها سبب کاهش درگیری بین ذرات، جداشدگی و انسداد جریان بتن میشود. الزامات اصلی بتن خودتراکم باید منتج به سطح بالایی از شکل پذیری ضمن حفظ پایداری مخلوط بتن شود. این خصوصیات به تفضیل در ادامه تشریح میشوند.
- رئولوژی (Rheology): به علم تغییر شکل و جریان ماده اشاره دارد که برای درک جریان پذیری بتن خودتراکم ضروری است. رئولوژی بتن با استفاده از رئومتر ارزیابی میشود. رئومتر میتواند تغییرات تنش برشی را نسبت به نرخ برشی مخلوط بتن ارائه دهد. گاهی اوقات بتن خودتراکم با سیال بینگهام[۴] تعریف میشود که در آن تنش برشی را میتوان به این صورت تعریف کرد:
در این رابطه تنش برشی (Pa)؛ تنش جاری شدن (Pa)؛ ویسکوزیته پلاستیک و نرخ برش است. تنش جاری شدن با حداقل تنش برشی لازم برای جاری شدن اولیه مخلوط بتن متناظر است. در تنش های کمتر این مقادیر، مخلوط بتن دستخوش هیچ تغییرشکلی نشده و جاری نمیشود. پارامتر تناسبی بین تنش برشی و نرخ برش به عنوان ویسکوزیته پلاستیک تعریف میشود و به مقاومت پلاستیک ماده در برابر جاری شدن اشاره دارد. - کارایی (Workability): به سهولت بتن در مخلوط شدن، بتن ریزی، تراکم و عملیات پرداخت اشاره دارد. کارایی بتن خودتراکم تحت عباراتی نظیر قابلیت پر شدن، قابلیت عبور و پایداری مخلوط تعریف میشود که هر یک دارای روش های آزمون خود میباشد.
- قابلیت پر شدن (Filling ability) و یا جریان پذیری محصور نشده اشاره به توانایی بتن خودتراکم در جاری شدن و پر شدن در تمامی فضای قالب تحت وزن خود اشاره دارد. این ویژگی زمانی حائز اهمیت میشود که روش بتنریزی به گونه ای باشد که نقاط معینی با فواصل قابل توجه تعیین شده باشد.
- قابلیت عبور (Passing ability): به سهولت عبور بتن از موانع مختلف در فضای باریک قالب بدون انسداد جریان اشاره دارد. انسداد در واقع جداشدگی سنگدانهها در مجاورت موانع است که بدون وجود ارتعاش مکانیکی دچار انسداد جریان بتن و قفل شدن سنگدانه ها میشود. در صورتی که مخلوط بتن، به سطوح قابل قبولی از قابلیت عبور و قابلیت پر شدن تحت نیروی گرانشی خود برسد، در اجرای بتن خودتراکم اخلالی ایجاد نمیشود.
- پایداری بتن (Stability): این پارامتر، توانایی مخلوط در حفظ توزیع همگن اجزای مختلف در طی جاری شدن و گیرش را توصیف میکند. دو نوع پایداری در بتن خودتراکم مورد بحث است : پایداری استاتیکی و پایداری دینامیکی.
- پایداری دینامیکی (Dynamic stability): به مقاومت در برابر تفکیک اجزای بتن در حال حرکت طی بتنریزی اشاره دارد. زمانی که قطعه مورد بتن ریزی دارای موانع با فاصله نزدیک به هم است، پایداری دینامیکی کافی بتن خودتراکم حائز اهمیت میشود. همچنین در زمانی که مخلوط بتن خودتراکم بدون تحریک و مخلوط شدن در حال حمل است، این پارامتر نیاز به ملاحظات بیشتری دارد.
- پایداری استاتیکی (Static stability): به مقاومت بتن در برابر آب انداختگی، جداشدگی و نشست سطحی بعد از بتن ریزی اشاره دارد. این پدیده ها غالباً در بتن های خود تراکم با طرح مخلوط ضعیف و در حالت پلاستیک رخ میدهد.
در برخی از موارد، اصلاح کننده ویسکوزیته (VMA) و یا محتوای پودری زیاد برای تامین این ویژگی مورد مصرف قرار میگیرد. VMA یک ماده افزودنی شیمیایی است که برای ارتقاء خواص رئولوژیکی مخلوط های پایه سیمانی مورد استفاده قرار میگیرد و با افزایش ویسکوزیته پلاستیک، خطر جداشدگی و آب شستگی مخلوطی که در ناحیه خمیری و یا پلاستیک است را کاهش میدهد.
الزامات عملکردی بتن خودتراکم
در حالت کلی، الزامات عملکردی بتن خودتراکم اندکی پیچیده و تابع پارامترهای مختلفی است که عبارتند از: بارگذاری، شرایط محیطی، روش بتن ریزی و روش کنترل و تضمین کیفیت. کارایی مورد نیاز برای بتنریزی تابع نوع ساخت و ساز، روش تراکم و بتنریزی تعیین شده، پیچیدگی قالبها، جزئیات طراحی سازه است که بر مقدار تراکم آرماتور تاثیر میگذارد.
شکل ۲-۱ متغیرهای متعددی که بر روی خواص تازه بتن مورد نظر تاثیر گذار است را نمایش میدهد (Khayat و Daczko 2002). نه تنها متغیرهای مشخصات پروژه و مصالح مورد توجه است، بلکه، متغیرهای اقتصادی نیز میبایست مدنظر قرار گیرد. همانطور که در شکل ۲-۱ نشان داده شده است، دادههای اولیه، مشخصات بتن خودتراکم را تعیین میکند. با این حال، سوال اصلی این است که مقادیر واقعی که پس از ارزیابی تعیین میشود، با مقادیر اولیه تطابق دارند یا خیر؟ اینجاست که صلاحیت مخلوط بتن خودتراکم حائز اهمیت میشود و بواسطه بررسی این متغیرها، کارآمدترین راه حل انتخاب میشود.
شکل ۲-۱ فرآیند ایجاد طرح مخلوط برای انطباق با مشخصات پروژه
کلیات خواص تازه بتن خودتراکم
خواص تازه بتن خودتراکم است که این ماده را از بتن معمولی متفاوت میکند. در تعریف بتن خودتراکم میتوان از دو دیدگاه بهره برد. اوّل ارزیابی ویژگیهای رئولوژیکی بتن خودتراکم است. رئولوژی بتن خودتراکم که قبل تر مورد بحث قرار گرفت، در منابع دیگری بهطور جامع تر مورد بررسی قرار گرفته است (Tattersall و Banfill ۱۹۸۳؛ Ferraris 1999؛ Ferraris و Brower 2001). دوّم روش تعریف خواص SCC برای ارزیابی دقیق بر اساس الزامات مرتبط به اجرای کارگاهی است. این پارامترهای اجرایی عبارتند از: پایداری، توانایی پر شدن و توانایی عبور. روابط پاسخهای حاصل شده از روشهای آزمون اجرایی مختلف برای بررسی پایداری استاتیکی و دینامیکی SCC در ارتباط با پارامترهای رئولوژیکی گزارش شده است (Khayat و همکاران، ۲۰۰۴). خواص رئولوژیکی SCC تحت تاثیر پایداری، توانایی پر کردن و قابلیت عبور مخلوط است. با این حال، این سند بجای خواص رئولوژی SCC، بر روی ویژگیهای اجرایی تمرکز مینماید.
[۱] . Rheology
[۲] . Yield stress
[۳] . Plastic viscosity
[۴] . Bingham fluid
مطالعه بیشتر: تولید بتن خودتراکم
ویژگیهای SCC
درجه پایداری، قابلیت پر شدن و قابلیت عبور توسط مشخصات پروژه تعریف میشود. برای مثال، قابلیت عبور تنها برای پروژه های بتن مسلح در مقاطعی که عبور بتن بواسطه تراکم آرماتور دارای محدودیت است، حائز اهمیت میباشد. رده قابلیت عبور بواسطه تراکم و فواصل آرماتور در سازه مورد اجرا پیشنهاد میشود. علاوه بر مشخصات پروژه، دسترسی به مصالح خام با کیفیت، بر روی رده عملکرد قابل حصول تاثیرگذار است. روش بتن ریزی و قالب نیز میبایست مورد بررسی قرار گیرد (به فصل ششم مراجعه کنید). در جدول ۲-۲ تا ۲-۴ مواردی از متغیرهای پروژه و مخلوط بتن که میتواند بر روی قابلیت پر شدن، قابلیت عبور و پایداری تاثیرگذار باشد، ارائه شده است.
دستورالعمل خواص تازه بتن خودتراکم
طراحی و ساخت یک بتن خودتراکم قابل قبول برای هر پروژه با انجام طرح مخلوطهای آزمایشگاهی حاصل میشود. برای انجام موثر این کار میبایست از روشهای آزمونی که قابلیت عبور، قابلیت پر شدن و پایداری را ارزیابی میکنند بهره برد. جدول ۲-۱ روش های آزمونی که در حال حاضر تحت استاندارد ASTM انتشار یافته است و برای ارزیابی از سه پارامتر مزبور میباشد را نشان میدهد.
برقراری مقدار اولیه برای جریان اسلامپ، اولین گام برای طراحی طرح مخلوط بتن خودتراکم است. در جدول ۲-۵ مقادیر اولیه با توجه به شرایط مختلف ارائه شده است (Daczko و Constantiner 2001). طراح مخلوط بتن بر اساس شرایط پروژه، مشخصه یک المان را به عنوان کم، متوسط و زیاد تعیین میکند. مناطق تیره مستعد انسداد و مشکلات دیگر هستند و حدالمقدور میبایست از آنها اجتناب شود. برای مثال، اگر پروژه دارای تراکم آرماتور بالایی باشد، جریان اسلامپ کمتر از mm 550 توصیه نمیشود. مقادیر اولیه هدف میبایست بر اساس نواحی سفید رنگ انتخاب شوند. در حالت کلی برای جلوگیری از پتانسیل ناپایداری و بهینه سازی رابطه بین عملکرد و هزینه میبایست کمترین جریان اسلامپ انتخاب شود.
از وقتی که جریان اسلامپ هدف با ملاحظات تشریح شده، تعیین شد میبایست مخلوط های آزمایشی با مواد و مصالحی که برای پروژه تعریف شده است، انجام پذیرد. همزمان با ارزیابی این مخلوط ها، سایر خواص بتن خودتراکم مانند: قابلیت عبور و پایداری نیز میبایست بررسی شود. رابطه بین جریان اسلامپ و خواص پایداری مخلوط را میتوان به عنوان پیش بینی کننده الزامات پایداری بتن خودتراکم در طی فرآیند کنترل کیفیت مورد استفاده قرار داد، این امر امکان تکرار کمتر آزمون پایداری را در محل پروژه فراهم میکند (Daczko 2004).
کنترل کیفیت بتن
کنترل کیفیت مهم ترین بخش در تولید صنعتی بتن خودتراکم است. پارامترهای کنترل کیفی میبایست در طی مرحله ای که طرح مخلوط طراحی میشود تعیین شود و یا بر اساس تاریخچه عملکرد باشد. آزمون های کنترل کیفیت میبایست توسط افراد دارای تجربه انجام پذیرد. پرسنل آزمون باید دارای گواهینامه پایه ۱ آزمون های گارکاهی باشند.
همانطور که در فرآیند کنترل کیفی مخلوط بیان شده، در زمان تولید صنعتی SCC، حداقل یک آزمون جریان اسلامپ و شاخص پایداری بصری (VSI) میبایست برای اولین بچ انجام شود و سپس، تا زمانی که پاسخ دو بچ متوالی در محدوده مشخصات قرار گیرد، برای بچ های متوالی این امر تکرار شود (NPCA، ۲۰۰۶) و سپس آزمون جریان اسلامپ و VSI مطابق با الزامات پروژه انجام پذیرد. آزمایش میبایست مطابق با ASTM C 1611 انجام شود و علاوه بر این، آزمون های استاندارد دیگر نظیر تعیین وزن مخصوص و درصد هوا میبایست در محل پروژه برای تضمین کیفیت بتن صورت پذیرد.
بر خلاف بتن معمولی، تغییرات رطوبتی سنگدانه و تغییر در دانهبندی سنگدانه تاثیر بسیار زیادی بر روی کارایی مخلوط SCC میگذارد. در تولید بتن خودتراکم صنعتی، زمانی که از افزونه رطوبت سنج اتوماتیک برای اصلاح طرح مخلوط در بچینگ استفاده میشود میبایست مقدار رطوبت سنگدانه ها به صورت آزمون آزمایشگاهی حداقل یک بار در روز قبل از اولین تولید روزانه تعیین شود. آزمونهای تایید رطوبت سنگدانه میبایست مطابق با ASTM C70 و یا ASTM C566 انجام شود.
نمونه های تعیین درصد رطوبت باید تا جایی که ممکن است از جایی که سنسور میلهای درصد رطوبت در آن قرار دارد برداشته شود. زمانی که بتن خودتراکم بدون رطوبت سنج اتوماتیک در حال ساخت است، مقدار رطوبت سنگدانه حداقل باید یک بار در روز قبل از ساخت SCC تعیین شده و سپس هر چهار ساعت یک بار پس از شروع ساخت تعیین شود. لازم بهذکر است که این شرایط تنها در حالتی امکان پذیر است که درصد رطوبت مصالح تحویلی به کارخانه تولید بتن دارای تغییرات رطوبتی زیادی نباشد. در غیر این صورت میبایست تدبیر دیگری اندیشیده شود.
