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)[1] ، خواص انتقال و انتشار[2] و پایداری ابعادی تاکید خواهد شد.

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 91 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 0/32W/CM تا 0/40 است. نسبت­های بیشتر از 0/40 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، 2001). 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 10 الی 15 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 [385kg/m3]) مدول الاستیسته یکسان ایجاد می­ کنند.

در شرایطی که تعیین دقیق مدول الاستیسته بتن خودتراکم بحرانی نیست، می­توان از این رابطه استفاده کرد:

خواص سخت شده بتن خودتراکم
خواص سخت شده بتن خودتراکم

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 (2001) نشان دادند که مخلوط­های بتن خودتراکم ساخته شده با نسبت W/CM برابر با 0/34 و 40 درصد جایگزینی سیمان با سرباره کوره آهن گدازی، با افزایش نرمی بلین [3] سرباره از 400m2/kg به 600m2/kg تا 800m2/kg جمع شدگی ذاتی بیشتر می­شود. بتن خودتراکم ساخته شده بدون سرباره و بتن خودتراکم ساخته شده با 40 درصد سرباره (دارای نرمی بلین 400m2/kg ) بعد از 28 روز مقادیر جمع شدگی ذاتی یکسان داشتند. امّا زمانی که نرمی بلین سرباره از 400m2/kg به 600m2/kg تا 800m2/kg افزایش یافت، تا سن 28 روزه به­ طور قابل توجهی نرخ جمع شدگی ذاتی افزایش یافت و بعد از سن 28 روز، جمع شدگی ذاتی دو برابر طرح مخلوط دارای نرمی بلین 400m2/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 365kg/m3 سیمان و 20kg/m3 میکروسیلیس و 157kg/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 24 ساعت اول ضروری است (Gram و Piiparinen 1999؛ Turcry و همکاران 2002).

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 (2001) در تحقیقات خود نشان دادند که بتن خود تراکم دارای سرباره ریز تر (نرمی 600m2/kg تا 800) نسبت به سرباره درشت تر (نرمی 400m2/kg) دارای جمع شدگی ذاتی بیشتر هستند، درحالی که در سن 28 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 (2002) 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 40 درصد بیشتر از بتن معمولی است (Sonebi  و Bartos  1999؛ Chan  و همکاران 2003). 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، 2001).

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  ، 2003؛ Khayat، 2000؛ Beaupré و همکاران، 1999). 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 200μm ، در برابر دوره ذوب و یخ­بندان مقاومت لازم را دارد. این مطالعات نشان داده که متوسط ازدیاد طول پس از طی 300 دوره ذوب و یخ به 250μm/m  (0/025 %) 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، 2002). 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[4] خوب ایجاد می­کند و این امر باعث بهبود خواص انتقالی[5] 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 550 تا 360 کیلوگرم مواد پودری (ترکیبی از سیمان، خاکستر بادی و پودر سنگ) و نسبت آب به پودر (W/P) 0/58 تا 0/33 بودند. مخلوط­های مرجع (بتن معمولی به­عنوان مخلوط کنترل) به ترتیب، دارای نسبت آب به مواد سیمانی (W/CM) 0/57 و 340kg/m3 سیمان و دیگری دارای نسبت آب به مواد سیمانی 0/48، عیار سیمان 280kg/m3 و خاکستر بادی 120kg/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.


[1] . Bond to reinforcement

[2] . Transport/diffusion properties

[3] . Blaine fineness

[4]. Capillary porosity

[5]. Transport properties

اشتراک گذاری Telegram Facebook WhatsApp Twitter
×

چگونه می توانیم به شما کمک کنیم؟

×