اثر ۴ جزء تشکیل دهنده بتن بر کارایی بتن

کارآیی مخلوط بتنی بستگی به مقدار، ریزی و ترکیبات شیمیایی سیمان مصرفی در آن دارد. مخلوط‌های خیلی کم مایه مستعد خشن بودن هستند و به دلیل فقدان مصالح ریزدانه سیمانی کارآیی اندکی دارند. عموماً در شرایط مساوی از نظر عوامل دیگر با افزایش مقدار و ریزی سیمان، میزان کارآیی افزایش می‌یابد. ولی نهایتاً مخلوط‌های پُرمایه بسیار چسبنده هستند.

در برخی موارد ممکن است مدت مورد نیاز برای کارآیی مناسب قبل از سخت شدن تأمین نشود. اعتقاد بر این است که سخت شدن زودرس یا گیرش کاذب ناشی از گچ ناپایدار در سیمان در اثر دماهای زیاد آسیاب کردن در روند تولید سیمان می‌باشد. معمولاً برگرداندن مجدد مخلوط به کارآیی اولیه بدون افزودن آب اضافی امکان‌پذیر است.

تاثیر سیمان بر کارایی بتن

عمل دوباره مخلوط کردن پس از گیرش کاذب از سفت شدن بتن تا زمان شروع گیرش واقعی و مرحله سخت شدن جلوگیری می‌کند. اگر سیمان مصرفی از نظر نسبت اختلاط یا ویژگی‌های تولیدی نامناسب باشد، باعث یک گیرش ناگهانی به همراه آزادسازی محسوس حرارت می‌شود. چنین وضعیتی دائمی‌بوده، نمی‌توان با مخلوط کردن بعدی یا بهم زدن آن را بهبود بخشید.

تاثیر سنگدانه‌ها بر کارایی بتن

 دانه‌بندی و شکل سنگدانه‌های درشت و ریز و حداکثر سنگدانۀ‌ درشت مهمترین تأثیرات را بروی کارآیی بتن دارندو هم سنگدانه‌های ریز و هم درشت باید به طور یکنواخت از کوچکترین تا بزرگترین اندازه را دارا بوده و عاری از مقدار اضافی از یک اندازه به خصوص باشند، زیرا باعث تداخل ذرات شده و کارآیی را کاهش می‌دهند.

چنین به نظر می‌‌‌‌‌رسد که برای هر سنگدانۀ‌ مورد نظر تعداد زیادی دانه‌بندی را می‌توان مورد استفاده قرار داد که که با حفظ حدود معقول اندازه‌ها و یکنواختی دانه‌بندی، کارآیی‌های رضایت‌بخش را دارا باشند. دانه‌بندی‌های گسسته که درآنها یک یا چند اندازۀ میانی حذف شده‌اند، باید قبل از تأیید نهایی تحت شرایط کارکارگاهی مورد ارزیابی قرار می‌گیرند.

ماسه‌های طبیعی با دانه‌های گردگوشه نسبت به ماسه‌های دارای دانه‌های زاویه‌دار، پولکی یا طویل، بتن با کارآیی بیشتری تولید می‌نمایند. انواع اخیرالذکر معمولاً درصد خلل و فرج بالایی داشته و می‌تواند باعث آب انداختن اضافی بتن گردند.

ذرات سنگدانه‌های درشت ترجیحاً باید از نظر شکل کروی باشند. سنگدانه‌های درشت شکسته با شکل مکعبی در صورتی‌که به‌طور صحیح دانه‌بندی شده و با مقدار مناسب ملات کاراً مخلوط شوند، بتن کاراً تولید می‌نمایند. دانه‌های تخت و پولکی‌شکن و ذرات گوه‌مانند باریک و طویل قابل قبول نیستند، زیرا نمی‌توانند به ‌سهولت و با دقت متراکم شونند.

حداکثر اندازۀ سنگدانه‌ درشت باید برای شرایط ویزه ساخت انتخاب گردد. این انتخاب معمولاً براساس ملاحظاتی از قبیل فاصلۀ بین میلگردها، حداقل بُعد قالب و روش‌های ریختن و تراکم بتن صورت می‌گیرد.

تاثیر مواد افزودنی بر کارایی بتن

مخلوط‌های بتنی کاراً که با سنگدانه‌های مطلوب، سیمان کافی و مقدار مناسب آب جهت تأمین اسلامپ لازم ساخته شده‌اند، به ‌طور معمول نیازی به‌استفاده از مواد افزودنی بتن جهت تأمین کارآیی رضایت‌بخش ندارند. اما مواد افزودنی در مخلوط‌های بتن کم‌مایه و خشن با کارآیی ضعیف و در مواقعی که شرایط جا دادن بتن مشکل است، مفید هستند.

به منظور افزایش کارآیی مخلوط‌های کم ‌مایه لازم است که سطح رویۀ مواد جامد در ازای هر حجم اب افزایش یابد. این امر را می‌توان با اضافه کردن مواد افزودنی ریز مانند آهک هیدراته شده، خاک دیاتمه، بنتونین یا خاکستر بادی یا افزایش مقدار سیمان انجام داد. مقدار مواد افزودنی ریزدانه جهت اضافه کردن به مخلوط بتنی باید دقیقاً کنترل شود، زیرا مقادیر زیاد نیاز به ‌نسبت آب به سیمان بالاتری را ایجاب نماید که اثرات نامطلوب بر روی مقاومت، دوام و انقباض ناشی از خشک شدن دارد، مگر اینکه تعدیل و یا تطبیق مناسبی بین مواد در نظر گرفته شود.

انواع زیادی از ترکیبات خاص وجود دارند که ویژگی‌های مختلف کارآیی را تحت تأثیر قرار می‌دهند. این ترکیبات تحت عناوینی چون عوامل مرطوب‌کننده، عوامل پراکنده‌ساز، عوامل متراکم‌کننده، کندگیرکننده‌ها، تندگیرکننده‌ها، مواد حباب هوازا و کاهش‌دهنده‌های آب قوی دسته‌بندی شده‌اند. وقتی این مواد به‌ منظور رفع نقیصۀ مشخصی در یک مخلوط بتنی به‌ طور صحیح به‌کار می‌روند، می‌توانند بسیار مؤثر واقع شوند. اما استفادۀ کورکورانه و دون دقت و تشخیص صحیح از این ترکیبات ممکن است به‌ جای اثرات مطلوب نتایج زیان‌باری دربر داشته باشد.

مواد افزودنی حباب‌زا معمولاً به منظور افزایش دوام بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌علاوه میلیاردها حباب هوای ریز غیرمرتبط با هم تولید شده توسط این مواد، باعث افزایش کارآیی، کاهش آب‌ انداختن و جدایی، کاهش دانسیته و کاهش مقاومت می‌شوند.

عمل هوازایی اجازۀ کاهش مقدار ماسه در بتن را تقریباً به میزان هوای ایجادشده می‌‌دهد. همچنین می‌توان مقدار آب مخلوط را حدود ۲ تا ۴ درصد به ازای هر یک درصد از هوای ایجادشده کاهش داد، به گونه‌ای که نه تنها افت اسلامپ ایجاد نمی‌شود بلکه کارآیی قدری بهتر نیز می‌گردد. در حالی‌که هوازایی مورد نظر کارآیی مخلوط‌های بتنی را بهبود می‌بخشد، امکان دارد مسائلی در رابطه با پرداخت سطوح افقی پدید آورد.

کاهش قابل ملاحظه در آب انداختن بتن‌های با حباب هوا معمولاً ایجاب می‌نماید که مرحلۀ پرداخت سریعتر از بتن معمولی بدون حباب هوا انجام شود. این امر خصوصاً وقتی تبخیر آب از سطح سریع صورت می‌گیرد، مانند دال بتنی واقع در معرض بادهای خشک و داغ، موضوعیت دارد. تحت چنین شرایطی آبی که به سرعت از سطح تبخیر می‌شود، با آب ناشی از آب انداختن جایگزین نمی‌گردد. بتن دارای حباب هوا می‌تواند خیلی خوب پرداخت شود ولی دقت و درک ویژه از شرایط ضرورت دارد.

تاثیر درجه حرارت بر کارایی بتن

درجه حرارت‌های غیرمعمول در ریختن و جا دادن بتن مسائل اضافی ایجاد کرده ممکن است تغییرات نامطلوبی را در خواص بتن پدید آورند. مشکلات ناشی از ریختن و جا دادن بتن در هوای سرد یا گرم قابل انتظار است و تمهیدات لازم جهت جلوگیری یا کاهش اثرات نامطلوب باید اتخاذ گردد. به طور کلی ضرورت دارد که دمای مخلوط کردن بین ۱۳ و ۲۷ درجه سانتی‌گراد نگه داشته شده و بتن در دوران اولیه عمر خود حفاظت گردد.

بتن ریخته شده در دماهای پایین بالاتر از درجه یخ زدن و حفاظت شده از یخ‌زدگی نسبت به بتن مشابه ریخته شده در دماهای بالا نهایی مقاومت نهایی بالاتر و دوام بیشتری خواهد داشت. مزایای بتن ریخته شده در شرایط هوای سرد باید به همراه پیچیدگی‌های آن مد نظر قرار گیرد. عموماً دمای بتن تازه ریخته شده در مقاطع نازک نباید کمتر از ۱۳ سانتی‌گراد باشد، در حالی که حداقل دما برای بتن حجیم باید ۴٫۵ درجه سانتی‌گراد باشد.

به منظور حصول چنین دماهای در شرایط خیلی سرد ممکن است گرم کردن آب مخلوط یا سنگدانه‌ها ضرورت پیداکند. البته از گرم کردن خیلی زیاد اجزای تشکیل دهنده، به دلیل امکان افزایش آب مورد نیاز، افت اسلامپ و امکان بروز گیرش ناگهانی باید اجتناب شود.

رابطه بین اسلامپ و درجه حرارت بتن در شکل زیر نشان داده شده است. وقتی بتن تحت شرایط هوای سرد قرار است مخلوط و ریخته شود، غالباً مواد حباب هوازا و زودگیرکننده‌ها یا همان ضد یخ بتن به آن اضافه می‌گردد. معمول‌ترین ضد یخ بتن، کلرور کلسیم در مقادیر ۱ تا ۲ درصد وزنی سیمان به بتن اضافه می‌شود. (توصیه‌های ACI کمیتۀ ۲۰۱، راهنمای بتن بادوام ACI 201-2R-92 و ACI کمیتۀ ۲۲۲، خوردگی فلزات در بتن ACI 222R-85 باید تبعیت شود.) نه برای بتن آرمه که کلر بخوردش!

هوای گرم نیز مسائل خاصی در ساخت و ریختن بتن ایجاد می‌نماید. دماهای بالا معمولاً باعث تسریع در روند گیرش، افزایش تبخیر آب مخلوط، افزایش مقدار آب لازم برای مخلوط، کاهش مقاومت نهایی و افزایش تمایل به ترک‌خوردگی می‌شود. اثرات نامطلوب هوای گرم را می‌توان با خنک کردن اجزا تشکیل‌دهندۀ بتن، حفظ دمای بتن تازه ریخته شده در محدودۀ ۱۵٫۵ تا ۲۷ درجه سانتی‌گراد و حفاظت و نگهداری بتن بلافاصله پس از ریختن به حداقل رساند.

برای خنثی کردن اثرات تسریع‌کنندگی دماهای بالا و کاهش نیاز به افزودن آب مخلوط می‌توان از کندگیرکننده‌‌های آب استفاده نمود.