تاثیر مصالح در طرح اختلاط بتن

سیمان

جهت تأمین نیازهای مشخص شده در پروژه‌های مختلف، انواع متفاوت سیمان همانگونه که در مطلب انواع سیمان تشریح شد، قابل دسترسی هستند. معمول ترین سیمان مورد استفاده، نوع I است. انواع II، IV و V به منظور جوابگویی به نیازهای خاص از جمله مقاومت در مقابل سولفات و توسعه حرارت کم در نظر گرفته شده اند. مقاومت ۲۸ روزه بتن ساخته شده با این سیمان‌ها معمولاً پایین تر از مقاومت نظیر بتن ساخته شده با مقدار یکسان از سیمان نوع I است، ولی مقاومت‌های سنین بعدی با نوع I برابر است. سیمان نوع III، سیمان زودگیر، معمولاً برای حصول مقاومت فشاری ۷ روزه قابل مقایسه با مقاومت ۲۸ روزه بتن با سیمان نوع I ساخته شده است.

نیاز به مشاوره دارید؟
با ما تماس بگیرید!

025-33557596

سیمان دارای ماده هوازا: این سیمان شامل یک ماده حباب هوازای مخلوط شده با آن می‌باشد و در ساخت بتن دارای حباب هوا به جای افزودن یک ماده حباب هوازای جداگانه به مخلوط مورد استفاده قرار می‌گیرد. اصلاح نسبت‌های اختلاط به لحاظ وجود حباب هوا، همان طور که بعداً اشاره می‌گردد، باید انجام شود. سیمان‌های دارای ماده هوازا تحت انواع IA، IIA، IIIA، IVA، VA و ISA مشخص می‌گردند.

تعییرات سیمان: قابلیت توسعه مقاومت یک نوع سیمان محصول یک کارخانه نسبت به کارخانه دیگر و در بعضی موارد بین دو محموله یک کارخانه ممکن است به طور محسوس متفاوت باشد. بنابراین لازم است ب منظور تثبیت طرح استفاده از سیمان خاصی که برای پروژه در نظر گرفته شده، با استفاده از تولید جاری کارخانه مربوطه مخلوط‌های آزمایشی ساخته و ارزیابی شوند.

طی سال‌های اخیر به منظور به حداقل رساندن ترک خوردگی در اثر جمع شدگی ناشی از خشک شدن در دال‌ها، روسازی‌ها و سازه‌های بتنی، سیمان جبران کننده انقباض مورد استفاده قرار گرفته است. ترکیب سیمان به گونه ای است که حجم بتن پس از گیرش و در حین سخت شدن افزایش می‌یابد. افزودنی انبساطی را می‌توان طی مرحله آسیاب کردن در کارخانه با سیمان مخلوط نمود یا در کارگاه با کنترل و بازرسی مناسب به مخلوط افزود. روش‌های توصیه شده برای استفاده از این سیمان را می‌توان در استاندارد ACI 223-83 یافت.

سنگدانه‌ها

سنگدانه‌های درشت: مهمترین خواص سنگدانه‌های درشت که بر روی مقاومت و نسبت‌های اختلاط بتن تأثیر می‌گذارند، دانه بندی، اندازه، شکل و بافت سطحی است. این خواص در انواع مختلف سنگدانه‌های درشت موجود متفاوت است. سنگدانه‌های موجود اساساً شن، سنگ شکسته و سرباره آهن گدازی است (سرباره کوره‌های یا دهانه باز[۱] عموماً به عنوان سنگدانه بتن رضایت بخش نیستند). سنگ‌های شکسته از نظر شکل زاویه دار بوده و معمولاً نسبت به شن بافت سطحی متفاوتی دارند. سرباره کوره آهن گدازی سرد شده در هوا و شکسته از نظر زاویه دار بودن شبیه سنگ شکسته است. به علاوه دارای کیفیت متخلخل و بافتی است که بر نسبت‌های اختلاط اثر می‌گذارند. وزن واحد حجم سرباره کوره آهن گدازی سردشده در هوا معمولاً کمتر از سنگدانه‌های دیگر است و بنابراین مخلوط‌های سرباره ای کاملاً متفاوت خواهد بود. در تمامی‌حالات، روش ارائه شده جهت محاسبه نسبت یا استفاده از روش حجم خشک میله خورده ثابت[۲] براساس ACI 211.1-91، به طور اتوماتیک استفاده از اشکال مختلف ذرات را منظور می‌نماید^(۱). قابلیت کسب مقاومت که از بافت سطحی، مقاومت سنگدانه و آب مورد نیاز هر سنگدانه تأثیر می‌پذیرد، در مخلوط‌های آزمایشی نمایان خواهد شد. سنگدانه‌هایی که اساساً متشکل از ذرات دارای بافت زیر یا مقدار زیاد دانه‌های پولکی یا طویل باشند، نسبت به سنگدانه‌های تشکیل شده از ذرات نسبتاً صاف، گرد یا مکعبی نیاز به نسبت‌های اختلاط متفاوت دارند. این ویژگی‌ها نسبت‌های بیشتری از ماسه را می‌طلبد که در محاسبات طرح اختلاط به روش حجم خشک میله خورده تأمین خواهد شد. دانه بندی سنگدانه‌های درشت نیز در روش حجم خشک میله خورده ثابت توسط مقدار حفره‌ها انعکاس خواهد یافت. تغییرات دانه بندی سنگدانه‌های درشت در محدوده مقادیر مختلف حداکثر اندازه در نظر گرفته نمی‌شود، اما وقتی حدود حداکثر اندازه در محدوده مشخصات دانه بندی متداول واقع می‌شود، این عدم توجه دارای اهمیت عملی اندکی خواهد بود.

سنگدانه‌های ریز: مدول نرمی‌روش متداولی برای بیان دانه بندی کل ماسه است. مدول نرمی‌عددی است که از مجموع درصدهای تجمعی دانه‌های مانده روی الک‌های نمره ۴ ، ۸ ، ۱۶ ، ۳۰ ، ۵۰ . ۱۰۰ و تقسیم نمودن آن بر ۱۰۰ حاصل می‌شود. این مدول نرمی‌ماسه در محاسبه حجم خشک میله خورده برای طرح اختلاط براساس ACI 211-1-91 مورد استفاده قرار می‌گیرد. حدود مجاز مدول نرمی‌در ASTM C33 ارائه شده و بین۲٫۳ تا ۳٫۱ محدود گردیده است. به طور کلی هرچه ماسه ریزتر باشد، نسبت ماسه به سنگدانه درشت در مخلوط پایین تر می‌آید. از بکارگیری نوعی دانه بندی ماسه که در آن یک یا دو تا از اندازه ذرات غالب باشد، باید اجتناب گردد. چنین دانه بندی منجر به حفره‌های بزرگ شده و لذا جهت داشتن یک مخلوط کارآ نیاز به مقدار بیشتری خمیر سیمان – آب خواهد بود. بیشترین کارآیی زمانی حاصل خواهد شد که اندازه‌های مختص به ماسه مورد نظر، یک منحنی صاف در محدوده حدود دانه بندی تشکیل دهد. پذیرش حدودی برخی مشخصات، همیشه منجر به یک منحنی صاف نمی‌گردد.

ماسه مصنوعی: ماسه تولیدشده از شکستن سنگ غالباً شامل ذرات با سطوح زیر و زاویه دار است. هنگامی‌که چنین ویژگی‌هایی با اشکال پولکی و طویل همراه می‌شود، مخلوط بتنی حاصله خشن بوده و کارآیی مشابه با بتن ساخته شده با ماسه‌های گردگوشه را ندارد. در این حالت لازم است نسبت ماسه افزایش یابد و عموماً مقدار خمیر سیمان و آب بیشتری نیز ضرورت پیدا کند. برخی ماسه‌های شکسته به دلیل زاویه دار بودن و طاقت شان، با سیمان مشخص و حتی مقدار آب بیشتر، مقاومت فشاری بزرگتری را نسبت به ماسه طبیعی ایجاد می‌نمایند. همه ماسه‌های ساخته شده از سنگ شکسته خشن نیستند، بلکه برخی از آنها که با تجهیزات مدرن در کارخانجات مدرن تولید می‌شوند، تقریباً شبیه ماسه‌های طبیعی رفتار می‌نمایند.

سنگدانه‌های سبک: انواع زیادی سنگدانه‌های سبک وجود دارند و در بتن رفتار متفاوتی نسبت به یکدیگر دارند. بسیاری از آنها زاویه دار و دارای بافت سطحی زیر بوده مخلوط‌های خشنی را تولید می‌نمایند. (حباب‌های هوا به مقدار زیادی این تمایل را از بین می‌برند). سنگدانه‌های سبک طبیعی شامل «یاتومه، پومیس، تفاله معدنی، سرباره‌های آتشفشانی، و توف می‌باشد ولی به جز در مناطق محدودی که به راحتی در دسترس باشند، به طور وسیع مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. پومیس که دارای بیشترین کاربرد از میان اینها است، یک نوع شیشه آتشفشانی کف مانند با دانستیته ظاهری ۴۸۰ تا ۸۸۰ کیلوگرم بر مترمکعب است.

سنگدانه‌های مصنوعی تحت نام‌های مختلف تجاری عرضه می‌شوند. معمول ترین و عالی ترین آنها از نظر ساختار، رس منبسط شده، شیل، تخته سنگ و انواع خاص خاکستر بادی سخت شده هستند، که بتن با خواص مقاومتی خیلی خوب تولید می‌نمایند. برخی طی روندی که ذرات کروی با سطح غیرقابل نفوذ را ایجاد می‌نماید و در پایین آوردن جذب و بهبود کارآیی مؤثر هستند، تولید می‌شوند. نوع دیگری که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد، سرباره کوره آهن گدازی منبسط شده و سرباره‌های صنعتی هستند. اینها متخلخل تر بوده و معمولاً نرم تر و دارای جذب بیشتر هستند و لذا مقاومت فشاری پایین تر و جمع شدگی بیشتری نسبت به نوع مصنوعی دارند. پرلیت و ورمیکولیت بسیار سبک تر بوده و نتیجتاً باعث پایین آوردن مقاومت و جمع شدگی بیشتر می‌گردند و به ندرت برای اهدافی غیر از عایق بندی به کار می‌روند.

سنگدانه‌های سنگین: این نوع سنگدانه‌ها شامل سنگ‌های معدنی مگنتیت و لیمونیت، باریت‌ها، ففورآهن، براده‌های فولادی، گلوله فولادی و سرب است. مشخصات کیفی این مواد در استاندارد ASTM C637 مربوط به سنگدانه‌های با دانسیته بالا ارائه شده است. . کاربرد آنها در بتن اساساً به منظور حفاظت هسته ای یا اشعه X، یا بتن با دانسیته بالا برای استفاده‌هایی از قبیل وزنه‌های تعادل پل متحرک می‌باشد.

دانسیته بالا و زاویه دار بودن سنگ‌های معدنی طبیعی معمولاً مخلوط‌های خشن تولید می‌کنند. این سنگ‌های معدنی تمایل به پودر شدن داشته، جذب بالایی را دارا هستند و ممکن است در حین حمل و مخلوط کردن شکسته شوند. این مسائل طرح مخلوط را پیچیده می‌سازد ولی می‌توان بتن مطلوبی را با دانسیته‌های حدود m³/kg3200 تا m³/kg4800 ساخت. سنگدانه‌های سنگین مصنوعی مانند براده‌های فولاد، گلوله فولادی و سرب، بتن با دانسیته به بزرگی m³/kg5600 ولی با تمایل به جداشدگی در حین حمل و جا دادن تولید می‌نمایند. این امر ناشی از دانسیته بالاتر و قابل ملاحظه فلزات در مقایسه با دانسیته سنگدانه‌های ریز و سیمان مورد استفاده در مخلوط است. به منظور تأمین چسبندگی لازم، فولاد باید عاری از روغن باشد. برای بهبود چسبندگی، توصیه می‌شود قبل از استفاده، سطوح دچار خوردگی شده یا فولاد توسط اسید مورد کنده کاری قرار گیرد. گرچه خمیر بورون[۳] جزو سنگدانه‌های سنگین نیست، به دلیل کاربرد آن در بتن محافظ اشاره ای به آن می‌شود. هنگامی‌که مقدار بورون حدود  درصد وزن بتن باشد، در جذب نوترون‌های حرارتی دارای راندمان است. در انتخاب نوع خمیر بورون باید دقت نمود. به منظور ممانعت از اثرات که کندگیری بر روی خمیر سیمان، نوع دارای قابلیت حل پایین مورد نیاز است.

آب

آب مصرفی در ساخت بتن، شامل آب آزاد روی سنگدانه‌ها، باید تمیز و عاری از مقادیر زیان آور روغن‌ها، اسیدها، قلیایی‌ها، مواد آلی یا موادی باشند که ممکن است برای بتن یا فولاد زیان آور باشند. همچنین آب اختلاط برای بتن پیش تنیده یا بتنی که شامل قطعات آلومینیومی ‌تعبیه شده است، نباید مقادیر زیان آور از یون کلرید داشته باشد. (مطلب آب بتن را نیز ملاحظه نمایید).

مواد افزودنی

افزودنی‌های هوازا: این مواد را می‌توان با سیمان مخلوط نمود تا سیمان دارای ماده حباب هوازا ایجاد شود یا به طور مستقل به مخلوط بتنی اضافه نمود. اثرات برای حدود مصرف خاصی یکسان هستند. هوازایی یکی از مهمترین بهبودها در تکنولوژی بتن از زمان اختراع سیمان پُرتلند است. اولین هدف آن افزایش دوام است که مکرراً این عملکرد صورت می‌گیرد. همچنین کارآیی را بهبود می‌بخشد. این مواد همچنین اثرات جنبی بر روی مقاومت، آب مورد نیاز و ماسه لازم دارند که همگی آنها در طرح مخلوط بتنی مد نظر قرار گرفته اند.

تسریع کننده‌ها: افزودنی‌های تسریع کننده همان طور که از نام شان پیدا است، روند سخت شدن و کسب مقاومت بتن را سرعت می‌بخشند. این مواد اساساً برای بتن ریزی در زمستان جهت امکان پرداخت سریعتر و تسریع روند هیدراتاسیون سیمان تا آنجا که آسیب ناشی از یخ زدگی بروز پیدا نکند، استفاده می‌گردد. این افزودنی‌ها را نمی‌توان به عنوان مخلوط‌های ضدیخ در نظر گرفت. آنها در مقادیر مجاز قادر نیستند بیش از یک درجه دمای یخ زدگی بتن را کاهش دهند. این مواد می‌توانند روند گیرش و کسب مقاومت تا زمانی که بتن تازه قابلیت تحمل آسیب یخ زدگی را داشته باشد، طی یک دوره زمانی کوتاه شتاب دهند.

رایج ترین تسریع کننده کلرید کلسیم است و جزء فعال اکثر تسریع کننده‌هایی است که تحت عناوین تجارتی مختلف فروخته می‌شوند. برخی از تسریع کننده‌ها که تحت مارک‌های تجارتی متنوع عرضه می‌شوند، شامل سیلیکات‌ها و کربنات‌هایی قلیایی، فلوئوسیلیکات‌ها و تری اتانولامین هستند.

توصیه می‌شود که مقدار کلرید کلسیم از ۲ درصد وزنی سیمان تجاوز ننماید. این ماده در تسریع زمان گیرش و بهبود مقاومت در مخلوط‌های پُرمایه مؤثرترین ماده است. عموماً کلرید کلسیم بر روی مقدار آب واحد حجم تأثیری ندارد، ولی ممکن است حباب‌های هوا را کاهش دهد و لذا ضروری است که مقداری مصرف ماده حباب هوازا تعدیل گردد. برخی افزودنی‌های خاص کاهنده آب به منظور خنثی کردن عمل کندگیری افزودنی، حاوی یک تسریع کننده هستند.

تجارب کارگاهی حاکی از احتمال خوردگی آرماتورها در بتن در صورت حضور رطوبت است. حدود مقادیر کلرید در جدول زیر آورده شده است.

 

 

 

 

 

کندگیرکننده‌ها و کاهنده‌های آب: کندگیرکننده‌های معمول موجود عموماً از نوع اسید لیگنوسولفونیک یا اسید کربوکسیلیک هیدروکسیله شده هستند. هر دو نوع گیرش را حدود یک تا چهار ساعت بیش از زمان گیرش نرمال کند می‌نمایند ولی بر روی کسب مقاومت معمولی پس از گیرش تأثیر نمی‌گذارند. انواع اسید لیگوسولفونیک مقداری حباب هوا ایجاد می‌نمایند و لذا باید مصرف مواد هوازا جهت تأمین میزان حباب لازم برای دوام تصحیح گردد. به استثنای حباب هوا، مقادیر معمولی این کندگیرکننده‌ها آب مورد نیاز را حدود ۵ تا ۱۵ کیلوگرم در مترمکعب کاهش داده و مقاومت فشاری را حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد افزایش خواهند داد. جهت در نظر گرفتن این اثرات، تصحیح در نسبت‌های اختلاط باید انجام شود.

پوزولان‌ها: پوزولان‌ها از قبیل خاکستر بادی، خاک دیاتمه و میکروسیلیس توسط واکنش با هیدروکسید کلسیم و آب، خواص سیمانی در مخلوط بتن ایجاد می‌نمایند. همچنین برخی از پوزولان‌ها از انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه‌ها ممانعت می‌نمایند. آنها عموماً کارآیی مخلوط‌های کم مایه یا خشن را افزایش می‌دهند. گاهاً پوزولان‌ها به عنوان جایگزین بخشی از سیمان پُرتلند مورد استفاده قرار می‌گیرند. این جایگزینی به ندرت از ۲۵ درصد مقدار سیمان تجاوز می‌کند. در چنین مواردی، معمولاً روند کسب مقاومت قدری به تأخیر می‌افتد، به نحوی که مقاومت ۹۰ روزه مخلوط‌های سیمان-پوزولان احتمالاً در حدود مقاومت ۲۸ روزه مخلوط‌های با سیمان پُرتلند خالص خواهد بود. هنگامی‌که پوزولان به عنوان یک افزودنی به سیمان پُرتلند افزوده می‌شود، غالباً مقاومت ۲۸ روزه بتن را افزایش داده و تقریباً همیشه مقاومت‌های سنین بعدی را افزایش خواهد داد. برخی پوزولان‌ها نیز هوازایی را تحت تأثیر قرار داده و لذا تصحیح مقدار ماده حباب هوازا ضروری است. چگالی ویژه اکثر پوزولان‌های رایج معمولاً کمتر از چگالی سیمان و سنگدانه‌های متداول بوده اغلب بین ۲٫۳۵ و ۲٫۵ قرار دارد. جهت تعیین نسبت‌های اختلاط صحیح بتن باید چگالی ویژه تعیین گردد.

آب بندکننده‌ها و نم بندکننده‌ها: بسیاری از افزودنی‌هایی که مشخصاً بدین منظور فروخته می‌شوند، استارات‌ها و اولتات‌ها هستند، گرچه احتمالاً بعضی مواد شیمیایی دیگر نیز دارند. تأثیر با ارزش هر کدام از این مواد باید توسط مخلوط‌های آزمایشی به منظور بررسی اثرات بر روی مقاومت، دوام، جمع شدگی و سایر خواص بتن به علاوه آب بندی مورد تأیید قرار گیرد.

عموماً تصحیح نسبت‌های اختلاط برای تغییر در حجم مطلق بتن ضرورت ندارد، مگر اینکه افزودنی حاوی ماده حباب هوازا باشد. هوازایی به خودی خود عموماً جذب و نفوذپذیری را کاهش خواهد داد. اکثر انواع خاص که شامل ماده حباب هوازا نباشند، وقتی در مقادیر معمولی مصرف شوند، تأثیر مهمی‌بر روی مقدار آب با مقاومت فشاری ندارند.

سایر افزودنی‌ها: سایر مواد افزودنی برای اهداف متنوعی به کار رفته و اثرات مختلفی بر روی مخلوط‌های بتنی دارند. این مواد شامل افزودنی‌های هوازدا، تشکیل دهنده گاز، منبسط کننده، چسبنده، مواد شیمیایی کاهش دهنده انبساط سیمان – سنگدانه، ممانعت کننده خوردگی، قارچ کش، میکروب کش، حشره کش و  رنگ کننده است. تأثیر ویژه بر روی خواص بتن باید توسط ساخت مخلوط‌های بتنی و آزمایش تأیید گردد. قبل از اختلاط می‌توان اثرات پیش بینی شده را در نسبت‌های اختلاط در نظر گرفت و بر روی مخلوط‌های آزمایشی بعدی اصلاح نمود.

 

[۱] – Open-hearth slag

[۲] – Flxed dry-rodded volume method

[۳] – Borona frit