تعریف و خصوصیات

بتن سازه ای سبک، همانند بتن سازه ای معمولی است، با این تفاوت که فقط بنا به دلایل اقتصادی، در ساخت آن از سنگدانه های سبک استفاده می شود. به این ترتیب وزن مخصوص آن تقریبا وزن مخصوص بتن ساخته شده با سنگدانه های طبیعی معمولی است. در ساخت بتنهای سازهای سبک، مهمترین عامل، سبک بودن وزن آن است و میزان مقاومت آن مهم نیست، از این رو در آیین نامه ها، حداکثر وزن مخصوص مجاز را قید می کنند. از آنجا که سنگدانه های سبک معمولا متخلخل اند و مقاومت بتن را به میزان زیادی کاهش می دهند، لذا به منظور کسب اطمینان از کیفیت سازه ای بتن، در دفترچه مشخصات، حداقل مقاومت مورد نیاز در سن ۲۸ روزه ارائه می شود.

آیین نامه ۸۷- ۲۱۳R ACI تحت عنوان «راهنمایی برای بتن سازه ای با سنگدانه های سبک»، این نوع بتن را چنین تعریف می کند:

« بتن سازه ای با سنگدانه های سبک، بتنی است که مقاومت فشاری ۲۸ روزه آن بیش از MPa 17بوده و وزن مخصوص خشک شده در هوای آن از m3 / kg  ۱۸۵۰بیشتر نباشد».

بتن ممکن است تماماً از سنگدانه های سبک و یا بنابه دلایلی خاص از مخلوطی از سنگدانه های معمولی و سبک ساخته شود. به منظور پاسخگویی به نیازهای کارآیی و دیگر خصوصیات، معمولا در عمل از ماسه و مصالح سنگی ریز دانه معمولی استفاده می شود. حداکثر اندازه سنگدانه های سبک به mm ۲۰ محدود شده است. مطابق ۳۳۰ASTM C حداکثر وزن مخصوص خشک مصالح سنگی سبک ریزدانه و درشت دانه به ترتیب ۱۱۲۰ و ۸۸۰کیلوگرم بر متر مکعب است. در این آیین نامه، همچنین مشخصات دیگری مانند دانه بندی، مواد زیان آور و خواص سنگدانه های موجود در بتن ساخته شده، نظیر مقاومت، وزن مخصوص جمع شدگی ناشی از خشک شدن، و دوام بتن حاوی سنگدانه ارائه شده است.

مقادیر مقاومت فشاری و کششی و وزن مخصوص بتن سازه ای سبک، مطابق استاندارد ۳۳۰ASTM C، در جدول زیر آورده شده است.

 

طرح اختلاط بتن سبک سازه ای

استفاده از روش حجم مطلق، که اساس روش ACI برای مخلوطهای بتنی با وزن معمولی را تشکیل می دهد (فصل ۹)، برای طرح اختلاط بتن سبک مناسب نیست. دلیل آن هم این است که اولاً در آن از رابطه بین مقاومت و نسبت آب به سیمان نمی توان استفاده کرد، زیرا مقدار آبی که جذب سنگدانه می شود، قابل اندازه گیری نیست؛ ثانیاً علاوه بر این که قسمتی از آب (۱۰ تا ۲۰ درصد) جذب سنگدانه های متخلخل می شود، عمل جذب آب بعضی از آنها نیز چندین هفته به طول می انجامد. بنابراین، تخمین واقعی رطوبت، براساس حالت اشباع با سطح خشک (SSD) و وزن مخصوص انبوهی SSD بسیار مشکل است. همچنین، برخلاف سنگدانه های با وزن معمولی، وزن مخصوص انبوهی سنگدانه های سبک با تغییر دانه بندی تغییر می کند.

کارآیی بتن تازه ای که از سنگدانه های سبک ساخته شده، نیاز به توجه خاصی دارد، زیرا سنگدانه ها، در مخلوطهای دارای قوام زیاد، تمایل به جدا شدن دارند و برسطح بتن شناور می شوند. برای جبران این ضعف، اغلب لازم است که حداکثر اسلامپ محدود شده و از ماده افزودنی حباب هواساز (قطع نظر از افزایش دوام بتن در برابر خطر یخ زدگی) استفاده شود. اغلب نیاز به افزودن ۵ تا ۷ درصد ماده حباب ساز است تا بدون اینکه جداشدگی سنگدانه ها و آب انداختگی اتفاق بیفتند، مقدار آب مخلوط کاهش یافته و اسلامپ موردنظر به دست آید. در نتیجه، در مشخصاتی که برای مهندسان سازه ارائه می شود، معمولا حداقل مقادیر مجاز مقاومت فشاری، حداکثر مقادیر وزن مخصوص و اسلامپ، و حداقل و حداکثر مقدار حباب هوا ذکر می شود.

در طرح اختلاط، معمولاً مقاومت فشاری بتن دارای سنگدانه های سبک، به مقدار سیمان و اسلامپ آن ارتباط دارد، و نسبت آب به سیمان بتن معیار طراحی نمی باشد. در بسیاری موارد، با ثابت نگه داشتن مقادیر سیمان و آب و کاهش اندازه سنگدانه ها تا حد امکان، و یا باجایگزین کردن مقداری از ماسه سبک با ماسه طبیعی مناسب، می توان مقاومت فشاری را افزایش داد. رابطه تقریبی بین مقاومت فشاری و مقدار سیمان بتن دارای ماسه سبک، مطابق ACI-213R-79 در جدول زیر ارائه شده است. باید توجه کرد که در صورت جایگزین کردن  تمامی سنگدانه های سبک با ماسه طبیعی ،وزن مخصوص بتن تا ۱۶۰Kg/m  افزایش می یابد بدون آن که مقاومت فشاری آن تغییر یابد.

 

 

ویژگی های بتن سبک سازه ای
ویژگی های بتن سبک سازه ای

 

*مقاومت فشاری و وزن مخصوص، می باید میانگین ۳ نمونه و مقاومت کششی، می باید میانگین ۸ نمونه باشد.

در مورد بعضی از سنگدانه های سبک، می توان از روش حجمی ارائه شده در ۱٫۲۱۱ ACI بهره جست. این روش برای طرح اختلاط بتن بر مبنای آزمایش و خطا میتوان به کارآیی

مناسب بتن تازه و خصوصیات فیزیکی مورد نیاز دست یافت. مناسب ترین روش این است که ابتدا حجم مساوی از شن و ماسه در نظر گرفته شود و به منظور به حداقل رساندن پدیده جداشدگی سنگدانه ها و اسلامپ مورد نظر ، نسبت های شن و ماسه مجددا تنظیم گردد. در مواردی که به طرح اختلاط با دقت زیاد نیاز باشد، می توان به استاندارد . ۲۲۱۱ ACI تحت عنوان «توصیه هایی برای انتخاب نسبتهای بتن ساز ه ای سبک »مراجعه کرد.

 

رابطه تقریبی بین مقاومت فشاری متوسط و مقدار سیمان
رابطه تقریبی بین مقاومت فشاری متوسط و مقدار سیمان

 

سنگدانه های مورد استفاده در بتن سبک

 سنگدانه هایی که طبق استاندارد ASTM – C330 برای ساخت بتن های سبک سازهای مورد استفاده هستند، عبارتند از:

١- شیل، رس و اسلیت منبسط شده در فرایند کوره دوار

۲. فرایند تفتیدن

۳- سرباره های منبسط شده

۴- پوکه های معدنی

۵- پوکه های صنعتی

۶- خاکستر بادی تفتیده

تامین مقاومت فشاری معادل ۲۷ نیوتن بر میلی متر مربع و بیشتر با بعضی از این سنگدانه ها امکان پذیر است. شرایط سایر سنگدانه ها نیز طوری است که قادر به حصول حداقل مقاومت فشاری مقرر شده برای بتن سبک سازه ای (۱۷ نیوتن بر میلی متر مربع) می باشند. همان طور که در قبل ذکر شد، مقاومت بتن های دانه سبک، تابعی از جرم مخصوص آنها است. باید توجه داشت که جرم مخصوص بتن عمدتا متأثر از جرم مخصوص سنگدانه مصرفی است، به گونه ای که استفاده از مصالح سبکتر موجب کاهش وزن مخصوص بتن خواهد شد، ولی استفاده از مصالح سنگین تر از نوع سبک، لزوما موجب افزایش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد گشت.
بیشترین مقاومت برای بتن با استفاده از شیل، رس و اسلیت منبسط شده در فرایند کوره دوار به دست می آید. در ساخت و تولید این سنگدانه های مخصوص، مصالح خام مورد استفاده باید دارای خاصیت انبساط و شیشه ای شدن (همجوش شدن) در اثر حرارت ذوب باشند. در این فرایند، رس خام یا دیگر مصالح مذکور، از انتهای فوقانی یک کوره دوار داخل کوره میگردند (شکل زیر). در خلال حرکت به سمت پایین در جداره استوانه کوره، همه قسمت های آن در معرض حرارت شدید کوره بوده و در این حرارت شروع به ذوب شدن می کنند. بنابراین احتمال اینکه قسمتی یا حتی ذراتی از مصالح وارد شده به کوره دوار بدون جوشش از انتهای سیلندر کوره خارج شوند منتفی است. در آماده سازی رس، شیل یا اسلیت خام برای حرارت دیدن و جوشیدن در کوره، قبل از ورود به محفظه حرارت کوره می توان جهت بهبود عملیات، مصالح را خرد کرده و آنها را ضمن پیش گرم کردن مخلوط نمود، ولی اغلب این مصالح به ذرات با تکه های کوچکی براساس اندازه های از پیش تعریف شده خرد می شوند، به گونه ای که پس از سوزاندن و یا تکلیس، ذرات به دست آمده که همان سنگدانه های مصرفی هستند، دارای دانه بندی با بزرگترین قطر اسمی مشخص باشند. حرارت دادن قطعات ریزشده در کوره دوار، منجر به تولید ذرات گردگوشه یا تقریبا گردگوشه با سطح ظاهری بدون درز و سطح کاملا بسته و حفره های داخلی بزرگ می گردد. به خاطر تشکیل حفره های درونی بزرگ، وزن مخصوص ظاهری هر یک از این ذرات

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

 

مراحل مختلف ک.ره های دوار برای تولید سنگدانه های سبک
مراحل مختلف کوره های دوار برای تولید سنگدانه های سبک

 

عموما از وزن مخصوص آب کمتر است.

و مطابق شکل زیر، در فرایند تفتیدن ، بر خلاف فرایند کوره دوار، مواد خام در یک شبکه ثابت یا متحرک کلسینه می شوند. البته در این حین تحت شرایط مشخص، قسمتهایی از مواد خام موجود در شبکه که به صورت لایه ای روی هم قرار گرفته اند، به علت دور بودن از منبع حرارت به دمای مورد نظر نمی رسند. بر این اساس، محصول فرایند تفتیدن عموما به صورت ذرات کلوخه ای و ناصاف می باشد که از دریچه خروجی تخلیه می گردد. ذرات ریزتر (شامل مصالح نجوشیده) به محل دپوی مصالح خام بر می گردند. مصالح کلینکر مانند به دست آمده در صورتی که از نظر هم جوشی مورد قبول باشند، به اندازه های مورد نظر خرد و دانه بندی می شوند. محصول خرد و دانه بندی شده، پس از حرارت دادن تبدیل به سنگدانه های گلوله ای با ظاهری زبر و ناصاف، با حفره های سطحی باز می شود که نشان دهنده ساختمانی بسیار حفره ای است. جذب آب مصالح گلوله شده کمتر از مصالح خرده شده است. لیکن در یک مخلوط بتن سبک که دارای طرح اختلاط مناسب و صحیحی می باشد، میزان کارایی مخلوط ساخته شده با سنگدانه های شکسته، اختلاف چندانی با مخلوط ساخته شده از سنگدانه های گلوله ای ندارد. میزان کارایی و سهولت پرداخت بتن، غیر از نوع و جنس سنگدانه، به عوامل دیگری نظیر نسبت آب و سیمان، میزان هوا و اسلامپ (روانی) نیز بستگی دارد. ..
اصطلاح سرباره منبسط شده را می توان در مورد سرباره های سرد شده در هوا به کار برد که دارای مقداری تخلخل می باشند، لیکن تخلخل آنها آنقدر زیاد نیست که آنها را بتوان در رده سنگدانه های سبک

 

فرآیند کلوخه سازی در تولید سنگدانه های سبک
فرآیند کلوخه سازی در تولید سنگدانه های سبک

 

طبقه بندی نمود. جهت تولید سرباره متخلخل که دارای وزن کمتری نسبت به نوع معمولی باشد، به دو روش عمل می شود. در روش اول سرباره مذابی را که مستقیما از کوره بلند به دست می آید به داخل یک ظرف آب میریزند. در روش دوم جریان سرباره مذاب و جریان آب را در یک نقطه تلاقی می دهند. ترکیب آب و سرباره با استفاده از فن آوری مکانیکی از یکدیگر جدا میگردد. سرباره حاصل دارای ساختمانی به مراتب حفره ای تر و تخلخلی تر از نوع معمولی خواهد بود. هرچند از این سرباره منبسط شده در ساخت بتن سبک سازهای نیز استفاده میشود ولی مصرف عمده آن در ساخت بلوکهای پیش ساخته سبک است.
برای تولید سنگدانه سبک از نوع خاکستر بادی تفتیده، خاکستر بادی را مرطوب کرده و آن را به صورت گلوله در می آورند. پس از خشک کردن اولیه گلوله های مرطوب، آنها را همانند رس، شیل و اسلیت، درون کوره گردنده ریخته و تحت حرارت به صورت جوش در می آورند. از آنجا که خاکستر بادی یک محصول زاید در نیروگاه ها است که حاوی ذرات سوخت هایی نظیر زغال سنگ می باشد، استفاده از آن در تولید سنگدانه های سبک، یک روش اقتصادی در دفع این محصول اضافی و زائد به شمار می رود، به خصوص در شهرهای بزرگ نظیر پایتخت ها که اولا تولید این نوع زباله های صنعتی زیاد بوده و در ضمن دفع آنها نیز توأم با مشکلات زیادی است.
پوکه صنعتی ۱۰ که به علت پیشرفت در صنایع و تجهیزات احتراقی به ندرت و در برخی منابع محدود تولید می شود، دارای مصرف محدودی در ساخت بتن سبک سازه ای بوده و مصرف عمده آنها در ساخت بلوک های بنایی بتنی است. لیکن در این مورد نیز میزان بلوک های ساخته شده از پوکه صنعتی کمتر از بلوک های تولیدی از جنس شیل و رس و اسلیت منبسط شده است. پوکه های معدنی شامل سنگدانه هایی از جنس سنگهای آذرین متخلخل میباشند که برای ساخت بتن سبک مناسب می باشند. کاربرد این سنگدانه ها در سان بتن محدود است چرا که استفاده از آنها شامل تولید و مصرف تنها در بعضی مناطق اقتصادی و به صرفه می باشد.

جهت مشاوره طرح اختلاط و فرمولاسیون بتن سبک سازه ای با شماره زیر تماس بگیرید

۰۹۳۳-۲۰۲-۳۰۰۳

خواص بتن سبک سازه ای

کارآیی بتن سبک سازه ای

. خصوصیات بتن تازه ساخته شده با سنگدانه های سبک وزن، و عوامل موثر بر آنها، همانند بتن با وزن معمولی است. در این نوع بتنها، به دلیل کم بودن وزن مخصوص و خشن بودن بافت سنگدانه های متخلخل، به خصوص در مرحله گسیختگی، باید به کارآیی بتن اهمیت زیادی داده شود. به طور کلی، ریختن، تراکم، و پرداخت بتن سبک نیاز به انرژی کمتری دارد و معمولا اسلامپ ۵۰ تا ۷۵ میلیمتر کافی است تا کارایی معادل اسلامپ ۱۰۰ تا ۱۲۵ میلیمتر در بتن با وزن معمولی به دست آید.

در مورد مخلوط بتنهای ساخته شده با سنگدانه های سبک، اسلامپ زیاد و ویبره کردن زیاد، دو عاملی هستند که، در حالی که هنوز نیاز به پرداخت وجود دارد، موجب فرونشستن و دور شدن ملات سنگین تر از سطح بتن می شوند. به این پدیده، «شناور شدن سنگدانه های درشت» می گویند، و در ان عمل شناور شدن سنگدانه ها برخلاف بتن با وزن معمولی است، زیرا در پدیده جدا شدگی سنگدانه ها در بتن معمولی، ملات در سطح بتن ظاهر می شود. بر طبق ۷۹ – R 213 ACI ، برای پرداخت سطح کفهای ساخته شده از بتن دارای سنگدانه های سبک، حداکثر اسلامپ باید ۱۰۰میلیمتر باشد. در این مورد، کاهش اسلامپ برای سنگدانه هایی که به جذب آب ادامه می دهند، می تواند مشکل جدی ایجاد کند. برای کنترل این مشکل، می توان سنگدانه ها را در شرایط مرطوب نگه داشت.

وزن مخصوص بتن سبک سازه ای

. بعد از کارایی، وزن مخصوص و مقاومت دو خاصیت مهم بتن سازه ای سبک می باشند. اصولا از مزایای هر مصالحی بالا بودن نسبت مقاومت به وزن مخصوص، و پایین بودن هزینه بتن ساخته شده با آن مصالح می باشد. آیین نامه ها، حداکثر وزن مخصوص خشک بتن راkg / m 3۱۸۴۰ ذکر می کنند ولی برای حداقل آن محدودیتی قایل نشده اند. با این وجود، تجربه نشان می دهد که اگر حداکثر اندازه سنگدانه های متخلخل mm ۲۰باشد وزن مخصوص بتن ممکن است به کمتر از kg / m 3۱۴۴۰کاهش یابد، ولی امکان اینکه مقاومت ۲۸ روزه بتن، از حداقل مجاز بتن سبک سازه ای یعنی kg / cm2 ۱۷۵، کمتر شود وجود نداشته باشد.

استفاده از ماسه معمولی، برای کنترل خصوصیات بتن سخت شده باعث آن می شود که وزن مخصوص آن افزایش یابد، اما مصرف ماده حباب هواساز سبب می شود که وزن مخصوص، تا اندازه ای کاهش یابد. در عین حال، ماده حباب هواساز کارآیی بتن را افزایش می دهد. وزن مخصوص بیشتر بتن های سازه ای سبک بین ۱۶۰۰-۱۷۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب است، ولی در بعضی موارد خاص ممکن است این مقدار، تا ۱۸۴۰ kg/m3 نیز افزایش یابد.

 مقاومت بتن سبک سازه ای

. معمولا در طرح اختلاط، مقاومت فشاری ۲۸ روزه بتن Psi۳۰۰۰ -۵۰۰۰ (۲۰-۳۵ mpa)در نظر گرفته میشود. در برخی از کارخانه های قطعات پیش ساخته و پیش تنیده (MPa 35- 20) موفق شده اند، با استفاده از مقدار زیادی سیمان و سنگدانه های سبک کوچک و با کیفیت خوب (با حداکثر اندازهmm 9-13)، بتنهایی با مقاومت MPa ۴۰ – ۴۸ تولید کنند. امروزه، با استفاده از سنگدانه های سبک با تخلخلهای میکروسکوپی،بتنی با مقاومت ۷۵-۷۰mm  وزن حدود ۲۰۰۰-۱۸۴۰kg/m 3 تولید شده است.

بیشتر بخوانید  قایق بتنی | روش ساخت و طرح اختلاط بتن سبک قایق بتنی

اندازه گیری مقاومت کششی دو نیم شدن (مقاومت کششی برزیلی) با استفاده از نمونه های استوانه ای بتن (مطابق ۴۹۶ ASTM)، روشی برای اندازه گیری نسبی مقاومت کششی می باشد. مطابق اطلاعات ارائه شده در جدول بالا، با افزایش مقاومت فشاری، نسبت مقاومت کششی به مقاومت فشاری بتن سبک، همانند بتن با وزن معمولی، کاهش می یابد. مدول گسیختگی بتن سبک، که در شرایط کاملا مرطوب عمل آوری شده است، نیز دارای همین رفتار می باشد. نتایج ازمایشهای

انجام شده بر روی نمونه های خشک شده نشان می دهد که رطوبت نمونه، یکی از عوامل دخیل این امر می باشد. بررسی رفتار شکست، از روی شکستن نمونه های بتن دارای سنگدانه های سبک نشان می دهد که برخلاف بتن معمولی نقاط ضعیف در ناحیه انتقال نیست، بلکه در این حال سنگدانه ها شکسته می شوند (شکل زیر). هالم (Holm) و همکارانش  با انجام آزمایش ریزنگاری الکترونی روبشی نشان داده اند که به دلیل واکنش پوزولانی، پیوند بین سنگدانه – خمیر سیمان در محل سنگدانه های سبک، قویتر از خود ذرات سنگدانه می باشد.

 

 

سطح گسیختگی در نمونه های استوانه ای بتن، بعد از آزمایش کشش برزیلی: الف) بتن دارای سنگدانه های سبک ب) بتن دارای سنگدانه های معمولی گرد گوشه.
سطح گسیختگی در نمونه های استوانه ای بتن، بعد از آزمایش کشش برزیلی:
الف) بتن دارای سنگدانه های سبک
ب) بتن دارای سنگدانه های معمولی گرد گوشه.

 

* در بتن دارای سنگدانه های سبک، صفحه گسیختگی از ذرات سنگدانه های متخلخل می گذرد. زیرا هم ناحیه انتقال و هم خمیر سیمان قویتر هستند. اما در بتن با وزن معمولی، ذرات سنگدانه ها توپر بوده و دارای مقاومت زیادی اند، بنابراین معمولا گسیختگی در ناحیه انتقال با توده خمیر سیمان رخ می دهد و سنگدانه ها گسیخته نمی شوند.

پایداری ابعادی بتن سبک سازه ای

. در توصیه نامه ۳۱۸ ACI مدول ارتجاعی بتن با وزن معمولی یا بتن سازه ای سبک، از رابطه زیر به دست می آید:

مقادیر مدول ارتجاعی که از رابطه فوق به دست می آید، ممکن است حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد با نتایج حاصل از آزمایش استاندارد ۴۶۹ASTM C اختلاف داشته باشد. در آزمایشهای انجام شده توسط شیدلر (Schideler) بر روی بتنهای دارای سنگدانه های رسی منبسط شونده با مقاومت Mpa ۲۱ و ۴۱، مدول ارتجاعی استاتیکی به ترتیب برابر با MP۱۰۶×۱٫۵ و ۱۰۶×۲ به دست آمده است. چنانچه ماسه معمولی جایگزین تمامی ماسه های سبک شود، مدول ارتجاعی، ۱۵ تا ۳۰ درصد افزایش می یابد. تحقیقات آزمایشگاهی نشان میدهند که کرنش نهایی فشاری بیشتر سنگدانه های سبک، کمی بیشتر از ۰٫۰۰۳ ای است که در طراحی فرض می شود.

بتنهای دارای سنگدانه های سبک، در مقایسه با بتن با وزن معمولی، رطوبت بیشتری از خود عبور میدهند، و بنابراین دارای جمع شدگی حاصل از خشک شدن و خزش بیشتری هستند، و جمع شدگی نهایی حاصل از خشک شدن آنها، که معمولا در حدودIn/in ۱۰ ×۸۰۰ است، و خزش نهایی آنها، که معمولا در حدود In/in ۱۰ ×۱۶۰۰است، بیشتر از آن بتن با وزن معمولی است. به نظر می رسد که کم بودن مقاومت و مدول ارتجاعی، تأثیر بیشتری بر روی خزش، در مقایسه با جمع شدگی ناشی از خشک شدن دارند. تأثیر جایگزینی سنگدانه های سبک با ماسه معمولی بر روی خزش و جمع شدگی، در شکل ۲-۱۱ نشان داده شده است. از آنجا که مقاومت کششی بتن سبک نسبتا کم است (Psi ۳۰۰ تا ۴۰۰)، لذا انتظار می رود که این نوع بتن ها تمایل زیادی به ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی حاصل از خشک شدن داشته باشند، اما به دلیل کم بودن مدول ارتجاعی و زیاد بودن قابلیت انبساط بتن های سبک، این تمایل تا حدودی کاهش می یابد. به نظر کولکا و پولیفکا ( Kulka & Polivka ) ، خزش و جمع شدگی بتن سبک در سازه ها کمتر از مقادیر به دست آمده نظیر در آزمایشگاه می باشد (البته این موضوع در مورد بتن معمولی نیز صدق میکند). برای مثال، در طراحی سازه یک پل با بتنهای سبک، مقادیر جمع شدگی و خزش حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد به دلیل اثر اندازد عضو، ۱۰ تا ۱۵ درصد به دلیل رطوبت محیط، و ۱۵ تا ۲۰ درصد به علت آرماتور، کمتر می باشد (یعنی مقادیر فوق، در مجموع، در حدود ۵۰ درصد کاهش می یابند).

 دوام بتن سبک سازه ای

. مقاومت بتن سبک حباب هوادار در برابر سیکلهای یخ زدن – آب شدن، مشابه مقاومت بتن با وزن معمولی است. ماده افزودنی حباب هواساز به خصوص برای سنگدانه های نزدیک به اشباعی در معرض یخ زدگی هستند، بسیار مفید است. فشار هیدرولیکی ناشی از انبساط آب در سنگدانه ها توسط حبابهای موجود در ملات سیمان خنثی شده و در نتیجه از تخریب بتن جلوگیری می شود.

تمایل به جذب زیاد آب در بتنهای دارای  سنگدانه های سبکی که در محیط خشک قرار گرفته اند به معنای نفوذ پذیری زیاد آنها نیست. در واقع، نفوذ پذیری بتنهای سبک کم، و دوام آنها در مقابل محلولهای شیمیایی خوب است. هالم (Holm) و همکارانش در سال ۱۹۷۳ گزارش کردهاند که در مغزه های گرفته شده از بتن سبک دالی به طول ۳٫۲۵  مایل ( ۵٫۲ کیلومتر)، با ۲۰ سال سن، فقط تعداد کمی ترکهای مویی مشاهده کرده اند، در صورتی که نمونه های گرفته شده از بتن معمولی دارای سنگدانه های کوارتز در همان محل دارای ترکهای بزرگی بوده است. همچنین، مغزه های گرفته شده در سال ۱۹۸۰ از بتن سبک بارانداز سلما در شوروی ، که در زمان جنگ جهانی اول ساخته شده و به مدت ۶۰ سال در معرض محیط دریایی قرار داشت، دارای ترکهای مویین کمی بودداند. دلیل اصلی نفوذ پذیری کم و دوام عالی بتن سبک، عدم وجود ترکهای مویین در ناحیه انتقال بین خمیر سیمان – سنگدانه میباشد که براساس نظریه هلم و همکارانش، به علت تشابه مدول ارتجاعی بین سنگدانه های سبک و ملات می باشد. همچنین به علت واکنش پوز ولانی بین سیلیکاتهای آلومینیم سنگدانه های سبک (که با حرارت فعال شده اند) و هیدروکسید کلسیم خمیر سیمان، معمولا ناحیه انتقال سخت و مقاوم می باشد.

البته سنگدانه های سبک متخلخل اند و در مقایسه با سنگدانه های معمولی به آسانی قابل شکستن می باشند. بنابراین، معمولا مقاومت بتنهای دارای سنگدانه های سبک در برابر سایش کم است و جایگزین کردن ماسه سبک با ماسه طبیعی، روشی برای افزایش مقاومت آن در برابر سایش است.

ضریب انبساط حرارتی بتن های حاوی سنگدانه های سبک شیل منبسط شده بین ۱۰×۶ تا ۱۰×۸  برای هر درجه سانتیگراد است. از نظر مقاومت در برابر جریان حرارت، بتن های سبک عایق بندی، به علت چگالی کمتر سنگدانه های سبک آنها، مناسبتر از بتن های سبک سازه ای هستند. هدایت حرارتی بتن های سبک سازه ای حدود نصف مقدار نظیر در بتن های معمولی است و بنابر این مقاومت آنها در برابر آتش بهتر است. مقادیر متداول هدایت حرارتی بتن های حاوی سنگدانه های رس منبسط شده، و بتن های حاوی سنگدانه درشت رس منبسط شده و ماسه طبیعی،به ترتیب ۰٫۲۲ و ۰٫۳۳ می باشد.

 

تأثیر جایگزینی سنگدانه های ریز دانه با ماسه طبیعی، بر روی الف) کرنش ناشی از خزش ب) کرنش حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن.
تأثیر جایگزینی سنگدانه های ریز دانه با ماسه طبیعی، بر روی
الف) کرنش ناشی از خزش ب) کرنش حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن.

 

 

جا دادن و عمل آوری بتن سبک سازه ای

طبق توضیحات قسمت قبل اسلامپ بتن سبک باید حدود نصف اسلامپ توصیه شده برای بتن با سنگدانه های معمولی باشد. استفاده از مواد حباب هوازا و حداقل مقدار آب بهینه برای تأمین کارایی لازم جهت جا دادن صحیح و مناسب بتن و پرداخت آن، به خصوص در مورد سنگدانه های شکسته، غیر منظم و با ساختمان بسیار متخلخل، لازم و ضروری است. آب انداختگی سطح بتن، جدایی دانه ها و وجود حفره های هوای ناخواسته در سطح بتن، با افزایش اندازه سنگدانه های سنگ مصرفی، به یک مقدار حداقل، کاهش می یابد. لرزش بتن های سبک باید با دقت ویژه ای انجام گیرد تا از جدایی سنگدانه ها و جدا شدن مصالح دانه ای در لایه های مختلف اجتناب شود. در هنگام پرداخت سطح بتن دانه سبک از ماله خاصی که شامل یک شبکه سیمی درشت می باشد استفاده میشود. با استفاده از این شبکه، سنگدانه های درشت به زیر سطح مورد پرداخت فشار داده می شود تا سطح مورد نظر به راحتی قابل پرداخت گردد و سنگدانه های درشت مزاحمتی ایجاد نکنند. انجام عمل آوری بتن سبک از لحاظ زمان و روش، مشابه روش اتخاذ شده برای بتن معمولی می باشد. به علت خاصیت جذب آب زیاد سنگدانه ها، بتن سبک به طور ذاتی توانایی عمل آوری حجمی بزرگتری را داراست . زمان قابل توجهی برای تبخیر آب موجود در حجم بتن موردنیاز است که طی همین زمان واکنش هیدراتاسیون کامل میشود. اما در عمل آوری سطحی عکس موضوع فوق صادق است و توانایی تبخیر آب سطحی در بتن سبک بزرگتر است و نیاز به عمل آوری شدیدتری احساس می شود. بنابراین در عمل آوری سطوح، مثل بتنی غشاء مراقبت باید بلافاصله بعد از پرداخت زده شود.

بیشتر بخوانید  بتن با کارآیی زیاد | طرح اختلاط، روش ساخت و کاربرد های بتن کارپذیر

 

کاربردهای بتن سبک سازه ای

براساس ۸۷- R 213 ACl استفاده از بتن سبک در سازه ها، به دلیل هزینه کلی کمتر آنها است. علی رغم آنکه هر متر مکعب بتن سبک، در مقایسه با بتن با وزن معمولی، گرانتر است ولی به علت کمتر بودن وزن مرده و ابعاد پی در آنها، هزینه سازه های ساخته شده با این نوع بتنها کمتر است. ویلسن با چندین مثال نشان داده است که کاربرد بتن سبک می تواند موجب کاهش هزینه پی های آرماتور و ساخت سازه ها گردد.

در سال ۱۹۳۶ ساخت عرشه پل «اوکلند سانفرانسیسکو» با بتن سبک، موجب صرفه جویی در مصرف فولاد به میزان ۳ میلیون دلار گردید. از آن زمان تاکنون، تعداد زیادی عرشه پل بتن سبک در تمام دنیا ساخته شده است. در دالهای سقف مقاومت عامل اصلی نیست، بنابراین، از مقدار زیاد سنگدانه سبک برای کاهش وزن مرده بتن در سقف های سازه های بلند استفاده میشود. مثالی از این نوع کاربرد، برج «لیک پوینت» در «شیکاگو، ایلینویز» است که در سال ۱۹۶۸ با ۷۱ طبقه ساخته شد. دال های طبقات دوم تا هفدهم، و دال کف گاراژ، با بتن درجا با جرم مخصوص  ۱۷۳۰ kg/m3و مقاومت فشاری ۷ روزه (نمونه استوانه ای ۱۵۰ در ۳۰۰ میلیمتر) ۲۰ تا MPa ۲۲ساخته شده بود. در سال ۱۹۶۷ یک برج مدور ۵۰ طبقه، با ارتفاع ۱۸۴ متر و قطر ۴۲٫۵ متر، در سیدنی استرالیا ساخته شد. با استفاده از ۳۱۰۰۰ متر مکعب بتن سبک در تیرها، ستون ها، و سقف ها از طبقه هفتم به بالا، ۱۳ درصد در هزینه ساخت صرفه جویی گردید. مقاومت فشاری میانگین بتن ۳۴٫۳ MPa و جرم مخصوص میانگین آن ۱۷۹۲ kg/m2 در ۲۸ روزگی بوده است. در سال ۱۹۶۹ در هوستون، تگزاس، یک ساختمان تجاری ۵۲ طبقه با بتن سازه ای سبک ساخته شد که شامل یک پی گسترده به ابعاد ۵۲×۲٫۵×۷۰  متر در تراز ۱۸ متری زیر سطح زمین بوده است. جرم مخصوص بتن  ۱۸۴۰ kg/m3و مقاومت فشاری ۲۸ روزه آن برای دیوارهای برشی، ستون ها، و پی های گسترده برابر با ۴۱٫۲ Mpa و برای کفهای سازه برابر با ۳۱٫۳ MPaبوده است. اگر از بتن معمولی استفاده می گردید فقط امکان طراحی ۳۵ طبقه سازه ایمن وجود داشت زیرا که ظرفیت باربری خاک محدود بود.

کولا و پولیفکا توصیه میکنند که عامل اصلی اقتصادی بودن بتن سبک در صرفه جویی آرماتور در آنها است. در بتن های مسلح معمولی، مزیت اقتصادی، مانند بتنهای پیش تنیده چشمگیر نیست. در بیشتر موارد نیروی پیش تنیدگی برمبنای بار مرده سازه محاسبه می گردد، و در نتیجه، ۲۵ درصد کاهش وزن باعث کاهش وزن چشمگیر کابلهای پیش تنیدگی می شود. از دیگر مزایای کاهش وزن بتن، افزایش مقاومت اعضای برشی در برابر نیروی زلزله است، زیرا نیروهای لرزه ای عمدتاً تابع مستقیم وزن مرده سازه است.

باید توجه داشت که کاربرد اصلی بتن سبک در تمام دنیا، همچنان تولید اعضای پیش ساخته بتنی و پانل های پیش ساخته است. به دلیل هزینه کمتر انتقال، جابه جایی و ساخت، محصولات بتن سبک برای این نوع ساخت ایده ال می باشند (شکل زیر).

هر چند که سنگدانه های رس و شیل منبسط شده، برای تولید بتن سبک با کیفیت سازه ای مناسبترین مصالح هستند، اما افزایش هزینه سوخت در دهه ۱۹۷۰ سبب شد که این نوع سنگدانه ها از بازار خارج شوند. در نتیجه، مسئله یافتن سنگدانه سبک طبیعی با کیفیت مناسب مجددا نظرها را به خود جلب کرد. طبق نظر برایان (Bryan) ، معادن وسیعی از سنگ های آتشفشانی مناسب، موسوم به رئولیت، در آریزونا، کلرادو، کالیفرنیا، نوادا، نیومکزیکو، اورگان و پوتا وجود دارند. وزن بتنهای رئولیتی خشک شده در هوا، در ۲۸ روزگی، بین ۱۷۶۰ kg/m3و  ۲۰۰۰ kg/m3است، مقاومت فشاری آنها، با ۲۸۰ کیلو سیمان، بیش از ۲۸ Mpa است. بتن های با مقاومت بیش از ۴۰ Mpa ،در ساختمانهایی در مناطق رنو و نوادا طراحی و استفاده شده اند. گزارش شده است که در بزرگترین مرکز تفریحات، در هتل بزرگ MGM در رنو، که در سال ۱۹۷۸ ساخته شده است، بیش از ۵۰۰۰۰ متر مکعب بتن با سنگدانه رئولیت استفاده شده است.

 

 

پانل های دیوارهایی که به عرض ۱۶ فوت و ارتفاع ۲۷ فوت، از بتن سازه ای سبک ساخته شده اند، به حدی سبک هستند که با جرثقیل کوچک نیز جا به جا می شوند.
پانل های دیوارهایی که به عرض ۱۶ فوت و ارتفاع ۲۷ فوت، از بتن سازه ای
سبک ساخته شده اند، به حدی سبک هستند که با جرثقیل کوچک نیز جا به جا می شوند.

 

آزمایش و کنترل کیفیت بتن سبک سازه ای

اگرچه کنترل اسلامپ، میزان حباب هوا، و مقاومت بتن ساخته شده برای بتنها با وزن معمولی کفایت میکند ولی در مورد بتن سبک چنین نیست. تغییرات هرچند جزیی در وزن مخصوص مصالح دانه ای سبک ممک است اثراتی روی مقاومت این سنگدانه ها و به تبع آن اثراتی بر روی مقاومت بتن ساخته شده با این سنگدانه ها داشته باشد. به جای ۲۸ روز انتظار جهت حصول نتیجه آزمایش مقاومت، باید مراقب کنترل جرم مخصوص، اسلامپ و مقدار حباب هوای داخل بتن تازه باشیم. یکنواختی جرم مخصوص بتن با حداکثر تغییرات ۳۰ کیلوگرم بر متر مکعب و محدود بودن اسلامپ و مقدار حباب هوا در داخل بتن، سبب اطمینان بیشتری از تراکم و کیفیت مناسب سنگدانه مصرفی و بتن ساخته شده خواهد شد. برای تعیین میزان حباب هوا، استفاده از روش حجم سنجی طبق استاندارد ASTM – C173 ، توصیه می شود. در این روش برای تعیین میزان حباب هوا، بتن تازه در داخل یک جام ریخته شده و روی آن روکش می شود. سپس آب تا تراز مشخص در داخل جام ریخته می شود. بعد از آنکه بتن و آب با استفاده از غلتاندن ظرف بر روی وجوهش، به طور فیزیکی با هم مخلوط شدند، میزان هوای محبوس در داخل بتن به سادگی با اندازه گیری میزان افت تراز آب، تعیین می شود. در مورد بتن سبک طبق استاندارد ASTM – C231 معمولا فشارسنج هوا استفاده نمی شود زیرا این فشارسنج ها، تفاوتی میان حباب های هوای داخل شده به بتن و حباب های ناشی از تخلخل سنگدانه ها قائل نمی شوند. باید در نظر داشت که حفره های موجود در سنگدانه ها هیچ تأثیری در کیفیت خمیر سیمان و کاهش اصطکاک ملات و سنگدانه، و افزایش کارایی مخلوط نخواهند داشت. به همین جهت لزومی به اندازه گیری آنها نیست. البته امروزه، استفاده از فشارسنج ها در صورت استفاده از یک حجم سنج و ارتباط بین قرائت حجم سنج و فشارسنج، امکان پذیر است، و قرائت فشار با استفاده از این دستگاهها متضمن ثابت بودن میزان رطوبت سنگدانه در مخلوط بتن تازه، در هر آزمایش می باشد.

 

جهت مشاوره طرح اختلاط و فرمولاسیون بتن سبک سازه ای با شماره زیر تماس بگیرید

۰۹۳۳-۲۰۲-۳۰۰۳

دیدگاهتان را بنویسید

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

Share via
Copy link
Powered by Social Snap