توضیح کلی در مورد تغییر حجم در بتن

تغییرات حجم بتن ناشی از تغییرات در تنش، درجه حرارت و رطوبت کاملاً یا تا اندازه ای برگشت پذیر هستند ولی تغییرات حجم ناشی از عواملی مکانیکی و شیمیایی مخرب مادامی‌که تداوم دارد، به صورت جمع شونده افزایش می‌یابند. تغییرات حجم مقید نشده حاصل از تغییرات دما، رطوبت با تنش معمولاً اهمیتی ندارد، ولی تغییرات حجم مقیدشده توسط پی‌ها، میلگردها یا اعضای متصل شده ممکن است تنش‌هایی ایجاد نمایند که باعث بروز نگرانی و حتی گسیختگی گردند. جمع شدگی‌های محدودشده معمولاً مهمتر از انبساط مقیدشده هستند، زیرا بتن تحت کشش بسیار ضعیف تر از فشار است. مقدار تغییر حجم معمولاً به جای واحدهای حجمی‌به صورت طولی بیان می‌شود، زیرا  تغییرات طولی را می‌توان به سادگی اندازه گیری نمود و همچنین برای مهندسین کاربرد بیشتری دارد. تغییر طول را به عنوان مثال به صورت ۹۰۰ میلیونیم سانتی متر در یک سانتی متر ۰٫۰۹ درصد بیان می‌نمایند.

علل تغییر حجم و عکس العمل بتن در مقابل این تغییرات عموماً شناخته شده است ولی هنوز امکان پذیر نیست که سازه بتنی مانند ساختمان‌ها، پل‌ها، روسازی‌ها و سدها را با این اطمینان ساخت که هرگز ترک نخواهند خورد. اما اگر توحه کامل به تمامی‌مرتبط معطوف گردد، امکان ساخت این سازه‌ها به گونه ای که نسبتاً بدون ترک باشند و در مقابل عوامل تخریب و بروز ترک مقاوم باشند، وجود دارد.

تعریف و مفهوم بتن بدون جمع شدگی 

براساس تعریف کمیته ۲۲۳ ACI، بتن بدون جمع شدگی، با سیمان منبسط شونده ساخته می شود، و بر اثر آن، به علت مقید شدن توسط آرماتور، به اندازه مقدار پیش بینی شده جمع شدگی ناشی از خشک شدن، و یا کمی بیش از آن، منبسط می شود. در هنگام منبسط شدن بتن، بر اثر مقید شدن، تنشهای فشاری در آن به وجود می آید. اما با جمع شدگی ناشی از خشک شدن، این تنشها ناشی از جمع شدگی جلوگیری می شود. کاهش می یابد. در حالت ایده آل، مقداری فشار در بتن باقی می ماند و در نتیجه از خطر ترک خوردگی   ناشی از جمع شدگی جلوگیری میشود.

منحنی شکل زیر رفتار بتن دارای سیمان پرتلند را، با رفتار یک بتن دارای سیمان منبسط شونده نوع K، در مدت عمل آوری مرطوب اولیه، و خشک شدن بعدی آن در هوا، مقایسه می کند. به طور خلاصه، بتن بدون جمع شدگی، برای کاهش یا جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از خشک شدن در اعضای بتن آرمه، استفاده میشود. در حین هیدراته شدن سیمان نوع K، مقدار زیادی

نسبتهای اختلاط و خصوصیات بتن مصرفی در ساخت سکو های کاندیپ نروژ
نسبتهای اختلاط و خصوصیات بتن مصرفی در ساخت سکو های کاندیپ نروژ

اترینگایت تشکیل می شود. هنگامی که بتن گیرش می یابد و مقاومت کسب می کند، با آرماتور پیوند برقرار کرده و در همان زمان، بر اثر وجود آب کافی برای عمل آوری، شروع به انبساط می کند (به مباحث مربوط به مکانیزم انبساط ناشی از اترینگایت مراجعه کنید). پیوستگی بین فولاد و بتن سبب می شود که انبساط بتن، تحت اثر قید فولاد، در فولاد کشش ایجاد کند، و در عین حال، خود بتن تحت فشار قرار گیرد. در پایان مدت عمل آوری در شرایط مرطوب، هنگامی که عضو در شرایط محیط خشک قرار میگیرد، مانند بتن دارای سیمان پرتلند معمولی، جمع شدگی پیدا میکند. جمع شدگی، قبل از اعمال تنش کششی به بتن، ابتدا پیش فشردگی را آزاد می کند. با جلوگیری از ایجاد تنش کششی زیاد، احتمال خطر ترک خوردگی حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن کاهش می یابد.

(الف)مقایسه خصوصیات تغییر طول بتنهای ساخته شدهاز سیمان پرتلند و سیمان نوعk (ب) شکل ها نشان میدهند که چطور بتن نوع kدر مقابل ترک خوردن ناشی از جمع شدگی مقاومت می کند.
(الف)مقایسه خصوصیات تغییر طول بتنهای ساخته شدهاز سیمان پرتلند و سیمان نوعk (ب) شکل ها نشان میدهند که چطور بتن نوع kدر مقابل ترک خوردن ناشی از جمع شدگی مقاومت می کند.

اهمیت بتن بدون جمع شدگی

جمع شدگی ناشی از خشک شدن، یک خاصیت مهم سیلیکات کلسیم هیدراته شده است  که محصول اصلی هیدراتاسیون سیمانهای پرتلند میباشد. بنابراین همانطور که در پایداری ابعادی نیز شرح داده شد، اعضای بتنی کوچک و متوسط، مستعد جمع شدگی ناشی از خشک شدن هستند و معمولا ترک می خورند. این امر بدین خاطر صورت می گیرد که بتن تمایل به آزاد شدن از دست تنشهای وارده دارد و اگر این تنش ها از مقاومت ماده بیشتر شود، بتن ترک می خورد. ترکها در بتن موجب افزایش تراوایی و در نتیجه کاهش دوام بتن در مقابل مواد مضر می شوند، و در بعضی از موارد، بر ایمنی سازهای اعضای بتنی نیز اثر می گذارند.

بیشتر بخوانید  بتن سبک غیر سازه ای | چیستی، انواع و کاربرد

در آیین نامه های جدید طراحی و ساخت، فرض می شود که بتن ترک خواهد خورد، و در عین حال سعی می شود که این مشکل به طرق مختلف حل گردد. از جمله این روشها، انتخاب و طرح اختلاط بتنی است که جمع شدگی کمتری داشته باشد. ایجاد درزهای مناسب در دالهای کف یا محوطه، و مسلح کردن بتن با آرماتور، ابداع و استفاده از سیمان منبسط شونده، نیز راه حل های مناسبی اند که از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه می باشند. از زمانی که برای اولین بار در حدود ۲۰ سال پیش، از بتن بدون جمع شدگی، در ایالات متحده استفاده شد، تاکنون، کاربرد این نوع بتن در بسیاری از اعضای سازه ای و ساختمانی، مانند دالها، محوطه، سقف، منابع آب و تاسیسات تصفیه فاضلاب، مفید و موفقیت آمیز بوده است.

مصالح و نسبتهای اختلاط بتن بدون جمع شدگی

براساس آیین نامه کمیته ۲۲۳ ACI ، همان مصالح و روشهایی که برای تولید بتن معمولی لازم است برای تولید بتن بدون جمع شدگی نیز لازم است. برای گسترش انبساط، لازم است که در ۷ روز اول پس از بتن ریزی، عمل آوری با آب، به طور کامل صورت گیرد. همچنین طراحی سازه باید به نحوی باشد که از انبساط پس از جمع شدگی، اطمینان حاصل گردد. برای دستیابی به جزئیات اجرایی می توان به آیین نامه کمیته ۲۲۳ ACI ، تحت عنوان «توصیه های عملی برای استفاده از سیمانهای منبسط شونده»، مراجعه کرد. برای انبساط بتن دو روش وجود دارد. روش اول، استفاده از سیمان پرتلند اصلاح شده (سیمان نوع K) است که دارای C4 A3 S می باشد. این ماده، منبع اصلی آلومینات فتال برای تولید اترینگایت است. روش دوم، افزودن مواد مناسب منبسط شونده به سیمان پرتلند بتن است. برای حصول اطمینان از انبساط و قید، در زمانی که از سیمان نوع K استفاده می شود، توصیه می شود که حداقل سیمان مصرفی ۳۰۵kg/m3بوده و حداقل، ۰٫۱۵ درصد آرماتور در بتن وجود داشته باشد. ترکیب و خصوصیات سیمانهای منبسط شونده در سیمان های هیدرولیکی شرح داده شده است.

در خصوص مواد افزودنی، ماده حباب زا، بر بتن بدون جمع شدگی دارای سیمان پرتلند اثر گذاشته و دوام آن را در مقابل چرخه های یخ زدن – آب شدن افزایش می دهد. موادی مانند کلرور کلسیم، مقدار زیاد خاکستر بادی و پوزولانها و بعضی از مواد کاهنده آب، سبب کاهش انبساط میشوند زیرا موجب بروز عدم تعادل بین میزان تولید اترینگایت و میزان کسب مقاومت می شوند.

برای تعیین نسبتهای اختلاط، پیشنهاد می شود که از روش ۲۱۱٫ ۱ACI  استفاده شود. به استثنای اینکه، در اینجا، در مقایسه با بتن معمولی، به نسبت آب به سیمان بیشتری نیاز است، تا همان مقدار مقاومت به دست آید. از آنجا که برای تولید اترینگایت، به مقدار زیادی آب نیاز است و اترینگایت نیز خاصیت آب نگهداری دارد، لذا باید در حدود ۱۰ درصد به آب بتن دارای سیمان نوع K افزوده شود و در این صورت است که مقاومت نیز تغییر نمی کند. این افزایش آب سبب می گردد تا مقدار کارآیی بتن مزبور، با کارایی بتنی که دارای سیمان پرتلند معمولی با همان مقدار سیمان است، برابر گردد. به غیر از گزارش ۲۳۳ ACI چندین گزارش دیگر مانند اطلاعات مفید ارائه شده توسط ویلیامز (Williams) در این زمینه موجود است. گزارش ویلیامز، شامل نسبتهای اختلاط، طراحی و نحوه ساخت سازه ها با بتن بدون جمع شدگی است. نسبتهای اختلاط و خصوصیات بتن بدون جمع شدگی برای استفاده در دالهای کف، که هوفمان و او پبروک Hoffman & Opbroek )) تهیه کرده اند، در  ارائه شده است.

خصوصیات بتن بدون جمع شدگی

کارآیی

. به دلیل خاصیت جذب آب اترینگایت، که در مراحل اولیه هیدراتاسیون به مقدار نسبتا زیادی تولید می گردد، مخلوط بتن تمایل به سفت شدن، ولی همراه با چسبندگی زیاد دارد. در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی، استفاده از نسبتهای آب به سیمان زیاد، سبب می شود که بدون آنکه اثری بر روی مقاومت فشاری بگذارد، کارایی قابل قبولی به دست آید. اسلامپ بین ۱۰۰ mmتا ۱۵۰ برای بیشتر اعضای سازه ای، مانند دالیا، تیرها، دیوارهای بتن آرمه و ستون ها توصیه می گردد، زیرا این نوع بتن ها، در مقایسه با بتن معمولی، چسبندگی بیشتری داشته و تمایل به جداشدگی دانه ها ندارند. طبق گزارش های منتشر شده، بتن بدون جمع شدگی، برای پمپاژ مناسب است.

نسبتهای اختلاط و خصوصیات بتن بدون جمع شدگی، که در ساخت دال کف استفاده شده است
نسبتهای اختلاط و خصوصیات بتن بدون جمع شدگی، که در
ساخت دال کف استفاده شده است

افت اسلامپ

. افت اسلامپ در شرایط گرم (دمای برابر یا بیش از۳۲درجه سانتی گراد) و خشک، برای بتن بدون  جمع شدگی نسبت به بتن معمولی، مشکل جدی تری محسوب می شود. افزودن آب به بتن به مقدار زیاد در کارگاه، یکی از نتایج افت اسلامپ است که نه تنها موجب کاهش مقاومت بتن می گردد بلکه موجب کاهش انبساط بتن که دلیل اصلی استفاده از این نوع بتن ها است نیز می گردد. در دمای محیط ۲۶ تا ۲۹، به قدری اترینگایت تولید میگردد که سبب کاهش قابل توجه اسلامپ و گیرش سریع می گردد، مگر این که آن را سرد کنند. در هنگام ساخت تصفیه خانه فاضلاب هوستون ، که در سال ۱۹۸۴ تکمیل گردید، دمای محیط به ۳۸درجه سانتی گراد رسیده بود، و لذا از حدود ۵۰ تا ۱۲۵ پاوند یخ در هر بارد مکعب بتن دارای سیمان استفاده شد تا آنکه حرارت بتن به ۲۴ درجه سانتی گراد تا ۲۹ برسد.

بیشتر بخوانید  میکروسیلیس : از سیر تا پیاز پودر میکروسیلیس و کاربرد و تاثیر آن در بتن

جمع شدگی خمیری

. به دلیل فقدان آب انداختگی، و سفت شدن و گیرش سریعتر بتن، در شرایط گرم، خشک و بادی، ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری، مشکل دیگری است که در هنگام استفاده از بتن بدون جمع شدگی با آن روبرو می شویم و لذا این نوع بتن نیاز به تمهیدات پیشگیری کننده بیشتری دارد. چنانچه بتن تازه در تماس با سطح جذب کننده ای مانند خاک خشک یا بتن قدیمی قرار گیرد، باید پیش از بتن ریزی، سطح آن کاملا مرطوب گردد. باید دقت کرد که در صورت استفاده از بتن آماده، تأخیری در بتن ریزی به وجود نیاید. برای دالها، پاشیدن آب یا پوشانیدن سطح بتن با گوتی خیس بعد از بتن ریزی، برای جلوگیری از افت شدید رطوبت، ضروری است.

مقاومت

. به طور کلی کسب مقاومت فشاری، کششی و خمشی در بتن بدون جمع شدگی، تابع همان عواملی است که بر روی بتن معمولی نیز تأثیر می گذارند. پولیفکا و ویلسون Willson)() نشان داده اند که برای نسبت آب به سیمان معین (بین ۰٫۴ تا ۶۵/۰)، مقاومت فشاری بتن دارای سیمان نوع K، به میزان زیادی بیش از بتن دارای سیمان پرتلند معمولی است . عواملی که باعث زیادتر بودن مقاومت بتن بدون جمع شدگی می شوند، انسجام بیشتر خمیر سیمان و ناحیه انتقالی قویتر بین خمیر سیمان و سنگدانه درشت است.

تغییرات حجم

. خصوصیات جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن بدون جمع شدگی، با بتن معمولی قابل مقایسه است. مقدار جمع شدگی در هر دو نوع بتن، تحت تأثیر عوامل یکسانی مانند نوع و مقدار سنگدانه ها، و مقدار آب است. با این وجود، در بتن بدون جمع شدگی، اثر نسبت آب به سیمان بر روی انبساط، در طی مدت عمل آوری مرطوب، بسیار با اهمیت است. پولیفکا و ویلسون  نشان داده اند که با نسبت آب به سیمان ۵۳/. یا کمتر، مقدار انبساط اولیه به حدی است که حتی دو ماه پس از سپری شدن جمع شدگی ناشی از خشک شدن، مقداری انبساط، باقی می ماند. مقدار انبساط، با افزایش نسبت آب به سیمان (مثلا ۰٫۷۶) به میزان زیادی کاهش می یابد. از آنجا که درجه پیش فشردگی مورد نیاز در بتنهای بدون جمع شدگی، برای نسبت های آب به سیمان بیش از ۰٫۶ ، ممکن است به میزان زیادی کاهش یابد، لذا توصیه میشود که از نسبتهای کم آب به سیمان استفاده شود، اگرچه ممکن است از دیدگاه مقاومت، به نسبت آب به سیمان تا این اندازه گی نیاز نباشد.

عوامل موثر بر روی خواص بتن با سیمان منبسط شونده؛(الف)اثر نسبت آب به سیمان بر روی مقاومت .(ب)اثر نسبت آب به سیمان بر روی انبساط؛(ج) اثر شرایط عمل آوری بر روی انبساط
عوامل موثر بر روی خواص بتن با سیمان منبسط شونده؛(الف)اثر نسبت آب به سیمان بر روی مقاومت .(ب)اثر نسبت آب به سیمان بر روی انبساط؛(ج) اثر شرایط عمل آوری بر روی انبساط

چنانچه همه عوامل یکسان باشند، برای تعیین تغییر حجم در بتن بدون جمع شدگی، شرایط عمل آوری اهمیت به سزایی دارد. احتمالا، بنا به دلیل ارائه شده در فصول ۵ و ۶ (نقش آب در انبساط اترینگایت) و براساس یافته کسلر (Kesler) ، بتن های بدون جمع شدگی ساخته شده با سیمان نوع M ای که با روش نگه داشتن رطوبت (یعنی از طریق پوشانیدن بتن با ورقهای پلی اتیلن) عمل آوری شده اند، انبساط کمتری نسبت به بتن های عمل آوری شده در آب، از خود نشان دادند. در نمونه هایی که فقط عایق شده اند و رطوبت مخلوط بتن، در عین حال به عنوان آب عمل آوری نیز تلقی می گردد، انبساط کمی مشاهده شده است. اطلاعات موجود در مورد مدول ارتجاعی، خزش و نسبت پواسون نشان میدهد که این پارامترها برای هر دو نوع بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی، مشابه هستند.

دوام

. بنا به چند دلیل مختلف مانند مقید بودن انبساط بتن، عدم آب انداختگی، ترک خوردگی کم یا عدم ترک خوردگی حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن، تراوایی بتن بدون جمع شدگی نسبت به بتن معمولی (با نسبت آب به سیمان معادل ۰٫۴ تا ۰٫۶) کمتر است. تجربیات آزمایشگاهی و علمی نشان میدهند که به طور کلی، بتن دارای سیمان ، مقاومت بیشتری در مقابل سایش، فرسایش و تهاجم مواد شیمیایی دارد. همچنین نتایج آزمایشها نشان میدهد که بتن ساخته شده با سیمان منبسط شونده نوع K، که دارای کلینکر سیمان پرتلند نوع ۲ یا ۵ استاندارد ASTM است، در مقابل تهاجم سولفاتها مقاوم است. این رفتار مشابه بتن ساخته شده با سیمان پرتلند ضد سولفات است. این یافته، در ساخت سازه های بهداشتی با استفاده از بتن با سیمان نوع K از اهمیت خاصی برخوردار بوده است.

بیشتر بخوانید  تکنولوژی بتن پیشرفته | انواع بتن های ویژه و کاربرد های آن

چنانچه طراحی، جای دادن و عمل آوری بتن بدون جمع شدگی به نحو مطلوبی انجام پذیرد، مقاومت این بتن در مقابل چرخه های یخ زدن – آب شدن، و پوسته شدن ناشی از مواد یخ زدا، همانند بتن معمولی است. به طور کلی، استفاده از مقدار معینی ماده حباب هواساز در بتن بدون جمع شدگی، مقداری هوا ایجاد میکند که میزان آن و فاصله بین منافذ ایجاد شده، با مقادیر نظیر در بتن معمولی قابل مقایسه است. مقایسه کلی بین خصوصیات بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی، در جدول زیر ارائه شده است.

مقایسه بین خصوصیات بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی
مقایسه بین خصوصیات بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی

کاربرد بتن بدون جمع شدگی

از سال ۱۹۶۰ استفاده از سیمانهای منبسط شونده به منظور ساخت هر دو نوع بتنهای بدون جمع شدگی و خود تنیده در بسیاری از کشور ها آغاز گردیده است. گزارشهای متعددی در مورد کاربرد صنعتی این نوع بتن ها در کشور های ژاپن ،شوروی ،ایالات متحده در منابع منتشر شده ، به چشم می خورد. بعضی از سازه هایی که در ایالات متحده با استفاده از بتن بدون جمع شدگی ساخته شده اند، در جدول زیر شرح داده شده اند. ظاهرا بیشترین کاربرد این نوع بتنها در اعضای سازهای مانند دالها، تیرهای پیش تنیده و سقفها بوده است. بنا به دلایل مبرهن، صدها مورد از کاربرد این نوع بتنها در ساخت سازه های آب و فاضلاب مانند مخازن آب، واحدهای تصفیه آب، مخازن سرد کننده و استخرها گزارش شده است. دو کاربرد اخیر از این نوع بتنها، در زیر شرح داده میشود:

به ساخت یک انبار در میدوست، شامل دال کف با ۱۵۰ میلیمتر ضخامت و ۱۸۶۰۰۰ متر مربع سطح روی زمین، به گونه ای که از کمترین میزان درز و ترک برخوردار بوده و قادر باشد که بارهای سنگین ثابت و متحرک لازم را حمل کند، نیاز بود. در صورت استفاده از بتن با پرتلند معمولی، لازم بود که ۵۰ درصد آرماتورهای کف در محل درزها بریده شوند و عمل ایجاد درز می بایستی ۱۲ ساعت پس از بتن ریزی، با اره صورت می گرفت و به طور کلی بتن بایستی در ابعاد ۱۲*۱۲ متر ریخته میشد و سپس با اره، درزهایی در فواصلm ۶*۶ در آن ایجاد می گردید . همچنین بلافاصله بعد از برش، درزها باید تمیز شده و با ماده مخصوص اندود می شدند، کل طول درزهای لازم در انبار حدود ۵۴km بود، اما اگر از بتن بدون جمع شدگی دارای سیمان نوع K  استفاده می شد، این امکان وجود داشت که بتن ریزی در ابعاد ۲۴*۳۶ متر صورت پذیرد، بدون آن که نیازی به برش با اره باشد. میزان درز مورد نیاز ۱۰٫۵ km بود. کاهش درزها به میزان حدود ۸۰ درصد، با استفاده از بتن بدون جمع شدگی، مزیت بزرگی از نظر ظاهر، ساخت و هزینه تعمیرات در این پروژه است.

ساخت کارخانه تصفیه فاضلاب در هوستون (شکل بالا) ، در سال ۱۹۸۴ به اتمام رسیده است. یکی از نیازهای پروژه، استفاده از بتن بدون جمع شدگی در اکثر قسمتهای سازه از قبیل پی ها، راکتورها، ایستگاه های پمپاژ، دال سقفها و تیرها بوده است. هزینه اضافی استفاده از سیمان نوع K با کاهش مصرف آرماتور لازم برای جمع شدگی، بتن ریزی در مقاطع بزرگ، درزهای اجرایی کمتر، و کاهش مصرف نوار آب بند، در مقایسه با بتن با سیمان پرتلند استاندارد متعادل گردید. چنین نتیجه گرفته شده است که در سازه های بدون ترک، دقت بیشتر در بتن ریزی، حتی در هوای گرم، از ارزش خاصی برخوردار است.

  1.  روسازی فرودگاه
  2. ساختمان پارکینگ
  3. ساختمان اداری و سازه پارکینگ
  4. انبار سردخانه
  5. دال های کف انبار صنعتی
  6. کف سازی مکان های پرتردد مثل کفسازی پمپ بنزین ها
  7. محوطه سازی و کفسازی سوله های صنعتی
  8. و…
بعضی از کاربرد های بتن بدون جمع شدگی در ایالات متحده
بعضی از کاربرد های بتن بدون جمع شدگی در ایالات متحده
بعضی از کاربرد های بتن بدون جمع شدگی در ایالات متحده
بعضی از کاربرد های بتن بدون جمع شدگی در ایالات متحده
بعضی از کاربرد های بتن بدون جمع شدگی در ایالات متحده
بعضی از کاربرد های بتن بدون جمع شدگی در ایالات متحده
بعضی از کاربرد های بتن بدون جمع شدگی در ایالات متحده
بعضی از کاربرد های بتن بدون جمع شدگی در ایالات متحده

 

 

 

 

مقایسه بین درزهای اجرایی در دال های بتنی با (الف) سیمان پرتلند، ب) سیمان بدون جمع شدگی
مقایسه بین درزهای اجرایی در دال های بتنی با (الف) سیمان پرتلند،
ب) سیمان بدون جمع شدگی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap