در حالی که برخی از خواص تازه بتن خودتراکم تفاوت قابل توجهی با بتن معمولی دارد، خواص سخت شده بتن خودتراکم برای شباهت و یا بهتر شدن نسبت به خصوصیات بتن معمولی میبایست از طریق نسبت طرح مخلوط مهندسی شود. اگر خواص کلیدی خاصی در یک پروژه مد نظر باشد میبایست در طراحی طرح مخلوط بتن خودتراکم مورد بررسی قرار گیرد.
خواص سخت شده مورد بحث در این فصل عمدتاً مربوط به بتن خودتراکمی است که به درستی طراحی و ساخته شده و آب انداختگی و جداشدگی ناچیزی دارد. تاثیر آب انداختگی و جداشدگی بر روی خواص سخت شده بتن خودتراکم مورد بحث قرار میگیرد. بر روی پایداری بتن خودتراکم و تاثیر آن بر روی یکسانی خواص مکانیکی (اثر پیوند به آرماتور)[۱] ، خواص انتقال و انتشار[۲] و پایداری ابعادی تاکید خواهد شد.
Table of Contents
خواص سخت شده بتن خودتراکم _ خواص مکانیکی
با منابع مصالح اولیه و مقاومت مشخصه فشاری یکسان، خواص مهندسی SCC میبایست مشابه خواص بتن معمولی باشد. برای صحت سنجی این امر میبایست روش های آزمون سخت شده و مراحل به کار رفته در بتن معمولی برای بتن خودتراکم مورد استفاده قرار گیرد. کاربر میبایست به اسناد ACI و ASTM مراجعه کند.
گاهی اوقات در بتن خودتراکم مواد مکمل سیمانی (پوزولان های طبیعی و یا مصنوعی) استفاده میشود. با توجه به افزایش خواص مکانیکی در سنین ثانویه بتن های دارای پوزولان، امکان آزمایش در سنین ۹۱ روزه نیز وجود دارد.
در ستون ها، المان های با دهانه بلند، کنسول ها و پروژه های مشابه، خواص سخت شده بتن مانند: مدول الاستیسته، خزش و جمعشدگی اهمیت زیادی مییابد و میبایست برای صحت سنجی عملکرد مورد نظر، بتن خودتراکم مورد ارزیابی قرار گیرد. این امر زمانی دارای اهمیت بحرانی میشود که نسبت سنگدانه درشت دانه و یا محتوای خمیر در مخلوطهای SCC به طور قابل توجهی متفاوت با بتن معمولی باشد و تولید کننده سابقه ای از عملکرد آن در خواص مزبور نداشته باشد.
مقاومت فشاری
در بتن خودتراکم با کیفیت، جریان پذیری بالا توام با چسبندگی کافی برای مقابله با جداشدگی ضروری است. این موضوع باعث استفاده از نسبت آب به مواد سیمانی (W/CM) کمتری نسبت به آنچه که در بتن معمولی بکار برده میشود، خواهد شد. متعاقباً با نسبت W/CM کم، مقاومتهای فشاری بالاتری بدست میدهد. در صنایع پیش ساخته، مخلوط SCC معمولاً دارای نسبت ۰/۳۲W/CM تا ۰/۴۰ است. نسبتهای بیشتر از ۰/۴۰ برای بتن ریزی درجا (بتن آماده) و پروژه های ترمیمی با مقاومت فشاری معادل با بتن معمولی مورد استفاده قرار میگیرد.
طرح مخلوط بتن خودتراکم برای تأمین پایداری کافی به اصلاحات و ملاحظات بیشتری نیاز دارد. با اینکه نسبت W/CM کلید اصلی برای تعیین مقاومت فشاری است، تغییرات دیگر در طرح مخلوط در مقایسه با بتن معمولی میتواند بر روی نرخ افزایش مقاومت و مقاومت فشاری نهایی تاثیرگذار باشد. این تغییرات عبارتند از: نسبت ماسه به کل سنگدانه (s/a)، نوع و مقدار مواد شبیه سیمانی و فیلر و در نهایت تاثیر هم افزایی مواد افزودنی شیمیایی. برای مثال، طرح مخلوط بتن خودتراکم متناسب شده با افزودنی فوق کاهنده آب (HRWR) بر پایۀ پلی کربوکسیلات میتواند مقاومت اولیه و نهایی بالاتری نسبت به بتن خودتراکم ساخته شده با HRWR بر پایه ملامین سولفنات و یا نفتالین داشته باشد.
برخی از اوقات برای الزام مشخصه های تازه در مخلوط SCC، نسبت W/CM کمتری مورد استفاده قرار میگیرد، از این رو، مقاومت فشاری بدست آمده معمولاً بالاتر از مقادیر مورد الزام در مشخصات پروژه میشود.
در زمان تخمین سایر خواص مکانیکی که بر اساس مقاومت فشاری محاسبه میشوند (مانند مدول الاستیسیته، مقاومت کششی و غیره)، بجای درنظر گرفتن مقاومت فشاری مشخصه میبایست از مقاومت فشاری اندازهگیری شده بتن خودتراکم استفاده شود. حتی در نسبت W/CM برابر، بتن خودتراکم میتواند مقاومت فشاری بیشتری نسبت به بتن معمولی داشته باشد. زیرا، کاهش خطر آب انداختگی و جداشدگی و نبود ویبره مکانیکی میتواند سبب ایجاد ریزساختار یکنواخت تر و ناحیه انتقالی متراکمتر (دارای تخلخل کمتر) بین خمیر سیمان، سنگدانه و آرماتورهای تقویتی شود (Zhu و همکاران، ۲۰۰۱). مقاومت فشاری بتن میبایست مطابق با روش آزمون ASTM C39 تعیین شود.
مقاومت خمشی
مقاومت خمشی بتن خودتراکم مشابه بتن معمولی وابسته به نسبت W/CM، حجم مصرف سنگدانه درشت دانه و کیفیت فصل مشترک بین سنگدانه و خمیر سیمان است. در مقایسه با بتن معمولی، مقاومت خمشی بتن خودتراکم در طرح مخلوط مشابه باشد (Sonebi و Bartos 2001). مقاومت خمشی میبایست مطابق با استاندارد ASTM C 78 و یا ASTM C293 تعیین شود.
مدول الاستیسیته بتن خودتراکم
مدول الاستیسته بتن تابع مقاومت فشاری، مقدار و نوع سنگدانه و وزن مخصوص بتن است. تغییرات در طرح مخلوط بتن خودتراکم، بهویژه تغییر در نسبت مقدار ماسه به مقدار کل سنگدانه (s/a) بر روی مدول الاستیسیته تاثیر گذار است. برخی از مشاهدات نشان میدهند که در مقاومت فشاری برابر، مدول الاستیسیته بتن خودتراکم میتواند حدود ۱۰ الی ۱۵ درصد کمتر از بتن معمولی باشد. این اختلاف ناشی از تغییرات طرح مخلوط برای برآورده کردن ویژگیهای تازه در بتن خودتراکم است (Bennenk 2002). از سوی دیگر، برخی از مطالعات نیز عکس این موضوع را نشان داده اند. این مطالعات نشان میدهند که مدول الاستیسیته بتن خودتراکم دقیقا مشابه بتن معمولی است (Persson 1999). Mortsell و Rodum (2001) دریافتند که بتن خودتراکم و بتن معمولی برای مقاصد ساختمان سازی با طرح مخلوط یکسان (دارای مقدار خمیر نسبتاً کم [۳۸۵kg/m3]) مدول الاستیسته یکسان ایجاد می کنند.
در شرایطی که تعیین دقیق مدول الاستیسته بتن خودتراکم بحرانی نیست، میتوان از این رابطه استفاده کرد:
در شرایطی که تعیین دقیق مدول الاستیسیته بتن و یا رابطه بین مدول الاستیسته و مقاومت فشاری مورد نیاز است، تعیین مدول الاستیسته میبایست از طریق آزمون ASTM C469 تعیین شود. آزمونه مدول الاستیسته میبایست از نمونه مخلوط آزمایشگاهی مورد استفاده در پروژه ساخته شود.
جمع شدگی پلاستیک، جمع شدگی ذاتی و جمع شدگی ناشی از خشک شدن
جمع شدگی ذاتی سنین اولیه در مخلوط های بتنهای با نسبت W/CM نسبتاً کم و دارای عیار سیمان و مواد شبه سیمانی زیاد که دارای واکنش پوزولانی زیاد میباشند، به میزان قابل توجهی رخ میدهد. برای جلوگیری از خشک شدن سریع میبایست اقدامات لازم در سنین اولیه برای محافظت از بتن انجام پذیرد.
Song و همکاران (۲۰۰۱) نشان دادند که مخلوطهای بتن خودتراکم ساخته شده با نسبت W/CM برابر با ۰/۳۴ و ۴۰ درصد جایگزینی سیمان با سرباره کوره آهن گدازی، با افزایش نرمی بلین [۳] سرباره از ۴۰۰m2/kg به ۶۰۰m2/kg تا ۸۰۰m2/kg جمع شدگی ذاتی بیشتر میشود. بتن خودتراکم ساخته شده بدون سرباره و بتن خودتراکم ساخته شده با ۴۰ درصد سرباره (دارای نرمی بلین ۴۰۰m2/kg ) بعد از ۲۸ روز مقادیر جمع شدگی ذاتی یکسان داشتند. امّا زمانی که نرمی بلین سرباره از ۴۰۰m2/kg به ۶۰۰m2/kg تا ۸۰۰m2/kg افزایش یافت، تا سن ۲۸ روزه به طور قابل توجهی نرخ جمع شدگی ذاتی افزایش یافت و بعد از سن ۲۸ روز، جمع شدگی ذاتی دو برابر طرح مخلوط دارای نرمی بلین ۴۰۰m2/kg بود. ذرات سرباره ریزتر دارای سطح ویژه بیشتر برای واکنشی پوزولانی است، لذا این امر منجر به واکنش سریع تر و جمع شدگی ذاتی بیشتر میشود.
جمع شدگی ناشی از خشک شدن
جمع شدگی ناشی از خشک شدن به مقدار آب و مقدار خمیر و همچنین به حجم، اندازه و سختی سنگدانه درشت دانه مرتبط است. حجم بالای خمیر و کاهش مقدار سنگدانه میتواند منجر به جمع شدگی ناشی از خشک شدن شود. حجم خمیر را میتوان در طی طراحی طرح مخلوط از طریق مقدار سنگدانه، ترکیبات دیگر و مواد افزودنی شیمیایی بهینه سازی کرد.
در مطالعات تجربی گزارش شده که جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن خودتراکم مشابه و یا کمتر از بتن معمولی است (Persson 1999؛ Sonebi و Bartos 1999). Mortsell و Rodum (2001) گزارش دادند که جمع شدگی ناشی از خشک شدن مخلوط SCC طراحی شده برای پروژه ساختمان مسکونی (دارای ۳۶۵kg/m3 سیمان و ۲۰kg/m3 میکروسیلیس و ۱۵۷kg/m3 آب) در مقایسه با همان طرح مخلوط ولی در بتن معمولی، پاسخ یکسان بدست داده است.
در بتن خودتراکم مانند سایر بتن ها، با افزایش نسبت W/CM، جمع شدگی ذاتی کمتر و جمع شدگی ناشی از خشک شدن بیشتر میشود.
جمع شدگی پلاستیک بتن خودتراکم (خمیری)
با توجه به اینکه مخلوطهای SCC میتوانند دارای آب انداختگی سطحی کم و یا بدون آب انداختگی باشند، این نوع بتن در معرض ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی پلاستیک خواهد بود. بتن خودتراکم نیز مشابه بتن معمولی میبایست از خطر افت سریع رطوبت با روش های متداول محافظت شود. بنابراین، محافظت از بتن در برابر خشک شدن سطوح در طی ۲۴ ساعت اول ضروری است (Gram و Piiparinen 1999؛ Turcry و همکاران ۲۰۰۲).
در پروژه هایی که جمع شدگی به عنوان یک پارامتر مهم در طراحی درنظر گرفته شده، رفتار جمع شدگی مخلوط SCC میبایست در طراحی درنظر گرفته شود و از طریق آزمون مورد تایید قرار گیرد. جمع شدگی ناشی از خشک شدن می بایست مطابق با روش آزمون ASTM C157 انجام شود.
خزش فشاری بتن خودتراکم
خزش بتن بهشدت تحت تاثیر صلبیت خمیر سیمان و بتن و همچنین حجم و سختی سنگدانه درشت دانه، زمان عملآوری، روش عملآوری، رطوبت نسبی و سن بتن در زمان بارگذاری است. مانند جمع شدگی ناشی از خشک شدن، خزش بتن خودتراکم نیز تابع ترکیبات مخلوط، حجم خمیر و مقدار سنگدانه است. در طرح مخلوط یکسان، خزش بتن خود تراکم مشابه بتن معمولی است، امّا در زمانی که بتن خودتراکم دارای حجم خمیر بیشتر است و مقاومت فشاری یکسان است، خزش بیشتری نسبت به بتن معمولی خواهد داشت. برخی از نتایج نشان می دهند که وقتی مقاومت در بارگذاری پروژه مشابه بوده و ثابت نگه داشته شود، ضریب خزش بتن خودتراکم دقیقا مشابه بتن معمولی است (Persson 1999).
Song و همکاران (۲۰۰۱) در تحقیقات خود نشان دادند که بتن خود تراکم دارای سرباره ریز تر (نرمی ۶۰۰m2/kg تا ۸۰۰) نسبت به سرباره درشت تر (نرمی ۴۰۰m2/kg) دارای جمع شدگی ذاتی بیشتر هستند، درحالی که در سن ۲۸ روزه دارای خزش مشابه بودند. اثرات کلی نرمی سرباره بر روی رفتار خزش بتن خودتراکم با توجه به سن بارگذاری متغیر است. زمانی که نمونه در سن پایین بارگذاری میشود، تاثیر نرمی زیاد و در سنین بالاتر تاثیر آن بسیار کم میشود.
Attiogbe و همکاران (۲۰۰۲) در مطالعه دیگری نشان دادند که مقدار خزش ویژه بتن خودتراکم با عملآوری با بخار آب، مشابه بتن معمولی است. مقدار خزش ویژه در نمونههایی که در هوا عملآوری شده بودند اندکی بالاتر بود. تحلیل دادههای جمعشدگی و خزش نشان دادند که اثرات ترکیبی بر روی کاهش پیش تنیدگی در بلند مدت میتواند برای هردو مخلوط یکسان باشد. در پروژههایی که خزش عامل مهمی در طراحی است میبایست در طراحی درنظر گرفته شده و با روش آزمون ASTM C512 مورد بررسی و تایید قرار گیرد.
خواص پیوند به آرماتور و کابل پیش تنیدگی
پیوند به آرماتور در بتن خودتراکم معادل و یا بهتر از بتن معمولی است. این نوع بتن به راحتی در پیرامون آرماتور جریان مییابد و به خوبی به آن متصل میشود. مقاومت پیوند بتن خودتراکم تا ۴۰ درصد بیشتر از بتن معمولی است (Sonebi و Bartos ۱۹۹۹؛ Chan و همکاران ۲۰۰۳). این امر بدلیل مقدار آب کم و مقدار مواد پودری بیشتر در بتن خودتراکم است که باعث کاهش آب انداختگی در زیر آرماتور های افقی میشود. در بتن معمولی، تجمع آب انداختگی زیر آرماتور میتواند نسبت W/CM موضعی را افزایش دهد و مقاومت پیوند آرماتور و بتن را ضعیف کند (Sonebi و همکاران، ۲۰۰۱).
خواص سخت شده بتن خودتراکم _ دوام و پایایی بلند مدت
مقاومت در دوره ذوب و یخ بندان و پوسته کند شدن ناشی از نمک یخ زدا
بتن اشباع که در معرض رویارویی شدید محیطی است به یک سیستم حباب هوای خوب در مخلوط بتن، بلوغ کافی و سنگدانههای مناسب نیاز دارد. وقتی هوازایی خوبی در مخلوط ایجاد شده باشد، بتن خودتراکم مقاومت لازم در برابر دوره ذوب و یخبندان و پوسته پوسته شدن ناشی از نمک یخزدا خواهد داشت (Persson ، ۲۰۰۳؛ Khayat، ۲۰۰۰؛ Beaupré و همکاران، ۱۹۹۹). به عنوان مثال، به اثبات رسیده است که بتن خودتراکم حاوی میکروسیلیس، خاکستر بادی و سرباره، سیستم حباب هوای مناسب با ضریب فاصله کمتر از ۲۰۰μm ، در برابر دوره ذوب و یخبندان مقاومت لازم را دارد. این مطالعات نشان داده که متوسط ازدیاد طول پس از طی ۳۰۰ دوره ذوب و یخ به ۲۵۰μm/m (۰/۰۲۵ %) محدود شده است (Khayat 2000).
مقاومت در برابر دوره ذوب و یخبندان و پوسته پوسته شدن میبایست مطابق با روش آزمون استاندارد ASTM C 666 و ASTM C672 انجام شود.
سیستم حباب هوا
در بتن خودتراکم میتوان حجم مناسبی از حباب هوای میکرونی با پایدار مناسب ایجاد کرد. در برخی از موارد، جریان پذیری بالا و مقدار زیاد فوق کاهندۀ آب در بتن میتواند مقدار زیادی از حباب هوای درشت ایجاد کند. در این حالت میتوان از افزودنی هوازا برای رسیدن به سیستم حباب هوای میکرونی بهره برد. با تغییر در طرح مخلوط و یا تغییر در نوع و مقدار افزودنی شیمیایی مانند: HRWR، مواد هوازا و یا VMA میتواند به حباب هوای کوچکتر و سیستم حباب میکرونی مناسب دست یافت. پایدار سازی حباب هوا در بتنهای دارای جداشدگی کار سختی است. در این حالت میتوان با افزایش ویسکوزیته بوسیلۀ VMA و یا تغییر طرح مخلوط (افزایش پودر، کاهش آب و یا هردو) جداشدگی را کاهش داد و توزیع حباب هوا را بهبود بخشید (Khayat و Assaad، ۲۰۰۲). پارامترهای سیستم حباب هوا میبایست مطابق با روش ASTM C457 تعیین شود.
ریزساختار خمیر
وقتی مخلوط بتن خودتراکم بطور مناسب طراحی شود، ریزساختاری با تخلخل مویین[۴] خوب ایجاد میکند و این امر باعث بهبود خواص انتقالی[۵] میشود. در یک مطالعه تجربی Zhu و Bartos (2003) گزارش دادند، بتن خودتراکم بهطور قابل توجهی ضریب نفوذپذیری هوا و جذب آب کمتری نسبت به بتن معمولی که با عملیات ویبره زنی متراکم میشود، از خود نشان میدهد. مخلوط های خودتراکم دارای ۵۵۰ تا ۳۶۰ کیلوگرم مواد پودری (ترکیبی از سیمان، خاکستر بادی و پودر سنگ) و نسبت آب به پودر (W/P) 0/58 تا ۰/۳۳ بودند. مخلوطهای مرجع (بتن معمولی بهعنوان مخلوط کنترل) به ترتیب، دارای نسبت آب به مواد سیمانی (W/CM) 0/57 و ۳۴۰kg/m3 سیمان و دیگری دارای نسبت آب به مواد سیمانی ۰/۴۸، عیار سیمان ۲۸۰kg/m3 و خاکستر بادی ۱۲۰kg/m3 بود.
در این تحقیق نشان داده شد ضریب مهاجرت یون کلرید تابع نوع پودر مورد استفاده است. در حالت کلی، مخلوط های بتن خودتراکم و بتن معمولی ساخته شده با خاکستر بادی دارای ضریب مهاجرت کمتری نسبت به بتن های فاقد خاکستر بادی بودند.
در حالت کلی، بتن خودتراکم با نسبت آب به مواد سیمانی کمتر در مقایسه با بتن معمولی باعث بهبود فصل مشترک خمیر سیمان و سنگدانه و همچنین، کیفیت سطح بهتر با حفرات هوای کمتر و نفوذپذیری کمتر میشود. در خصوص مصرف مواد پودری و افزودنیهای شیمیایی میبایست احتیاط لازم انجام شود که این مواد اثر مضری بر روی خواص نفوذپذیری و مقاومت الکتریکی نداشته باشند. آزمون نفوذپذیری سریع یون کلرید بر اساس ASTM C1202 انجام میشود.
مقاومت در برابر کربناسیون
پایداری بتن خودتراکم در برابر کربناسیون مشابه بتن معمولی است. برای انجام آزمون این میتوان به روش های آزمون ASTM و MNL-116 مراجعه کرد.
خواص سخت شده بتن خودتراکم _ خواص زیبایی شناختی بتن خودتراکم
یکی از مزایای بتن خودتراکم، بهبود شکل ظاهری و سطح تمام شده بتن است که از منظر معماری بسیار حائز اهمیت میباشد. بتن خودتراکم، اثر خطوط بتن ریزی، کرموشدگی و سایر مشکلات ظاهری بتن را تا حد زیاد کاهش میدهد. اطلاعات بیشتر در مورد تکنیکهای بتنریزی برای بتن خود تراکم و اثر آن بر روی شکل ظاهری در فصل ششم توضیح داده شده است. جریان پذیری بالای بتن خودتراکم باعث حذف عملیات ویبره زنی میشود و این امر در نهایت باعث بهبود پارامترهای مربوط به زیبایی سطح بتن خواهد شد. روغن قالب مناسب (مواد جداساز) و جنس قالب از جمله پارامترهای مهم در صافی و کیفیت سطح قطعات مورد بتن ریزی میباشند.
[۱] . Bond to reinforcement
[۲] . Transport/diffusion properties
[۳] . Blaine fineness
[۴]. Capillary porosity
[۵]. Transport properties
