تعیین نسبت‌های اختلاط بتن

در نشریات مختلف مؤسسه بتن آمریکا جداول متعددی تهیه و ارائه شده است که مساعدت با ارزشی در طرح ریزی نسبت‌ها و مقادیر مصالح تشکیل دهنده بتن به منظور تولید بتن با ضوابط مشخص می‌باشد. اگر کنترل‌های آزمایشگاهی پیشرفته برای طراحی در نظر گرفته نشده باشد، با ترکیب توصیه‌های این جداول امکان ایجاد یک طرح محاسبه شده با اطمینان از حصول مقاومت و دوام فراهم خواهد شد.

در بسیاری موارد، طرح‌های آزمایشگاهی مقدماتی براساس داده‌های این جداول، ولی با اطلاعات آزمایشگاهی مربوط به مصالح محلی، ممکن است به یک طرح اختلاط بتن اقتصادی حتی با حاشیه ایمنی بزرگتر منجر گردد.


مطالعه بیشتر : مثال طرح اختلاط بتن حاوی ژل میروسیلیس


محاسبات نسبت آب به سیمان

نسبت آب به سیمان ممکن است در مشخصات تعریف شده پروژه به صورت عددی تعیین شده باشد. روش دیگر که در برخی مشخصات یافته شده ارجاع دادن به استاندارد ACI 211.1 است [جدول (b)6.3.4]. در این جدول نسبت آب به سیمان اساساً از نقطه نظر دوام تحت شرایط مختلف محیطی مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر این استاندارد، آیین نامه ساختمانی ACI 318-89 مقرر می‌دارد که نسبت آب به سیمان برای بتن خیس در معرض یخ زدگی در هیچ حالتی نباید از ۰٫۴۵ تجاوز نماید.

علاوه بر تعیین نسبت آب به سیمان براساس شرایط محیطی، معیار اصلی دیگر جهت تعیین نسبت آب به سیمان مقاومت فشاری ۲۸ روزه f’e است. آیین نامه ساختمانی ACI نسبت‌های مجاز آب به سیمان برای مقاومت‌های مشخصه مخلوط‌های بتنی وقتی آزمایش‌های مقدماتی انجام نمی‌شود، را ارائه نموده است که در جدول زیر ملاحظه می‌شود.

 

حداکثر نسبت‌های مجاز آب به سیمان برای بتن
حداکثر نسبت‌های مجاز آب به سیمان برای بتن

 

 

 

 

باید توجه داشت که در جدول فوق الذکر آیین نامه ساختمانی ACI مقاومت‌های بیش از MPa 28 برای بتن با حباب هوا یا بیش از MPa 31.5 برای بتن با و بدون حباب هوا یا بتن سبک را پوشش نمی‌دهد. تحت چنین شرایطی مخلوط بتن پیشنهادی باید توسط آزمایش‌های قابل اطمینان قبلی یا یک منحنی نسبت آب به سیمان با استفاده از حداقل سه نسبت مختلف آب به سیمان (یا مقادیر سیمان در حالت بتن سبک) تعیین گردد.

در مواردی که کارگاه تولید بتن دارای گزارشی براساس حداقل ۳۰ آزمایش متوالی مقاومت(۸) با مصالحی مشابه مصالح مورد استفاده در کارگاه باشد، نسبت‌های اختلاط باید برای تأمین مقاومت متوسط در سن آزمایش مشخص شده تعیین گردد. این مقاومت متوسط بزرگترین مقدار محاسبه شده از روابط زیر است:

و s از رابطه زیر به دست می‌آید:

که در آنها:

S = انحراف معیار (MPa)

Xi = یک آزمایش مقاومت که میانگین دو نمونه استوانه ای آزمایش شده در سن مورد نظر است

X = میانگین نتایج n آزمایش مقاومت

n = تعداد آزمایش‌های متوالی مقاومت

f’e = مقاومت فشاری مشخصه بتن (MPa)

F’ct = مقاومت فشاری متوسط برای محاسبه نسبت‌های اختلاط

تخمین آب کل مورد نیاز بتن طرح اختلاط بتن

مقدار آب لازم برای هر مترمکعب بتن جهت تأمین اسلامپ معین در محدوده نسبت‌های سنگدانه ریز و سنگدانه درشت داده شده در این جداول، اساساً بستگی به اندازه، شکل و دانه بندی سنگدانه‌ها و مقدار حباب هوا دارد. برای مخلوط‌های بتن سازه ای معمولی، عموماً مقدار سیمان اثری بر روی آب مورد نیاز نخواهد داشت. جدول بالا با دقت کافی، مقدار آب واحد حجم را به منظور طرح‌های مقدماتی ارائه می‌دهد.

بیشتر بخوانید  ساخت مخلوط های آزمایشگاهی بتن

انتخاب اسلامپ باید بر مبنای توصیه‌های ارائه شده توسط کمیته ACI 301 صورت گیرد. نسبت‌های اختلاط بتن باید به گونه ای باشد که وقتی توسط ارتعاش متراکم می‌شود، mm100 یا کمتر و هنگامی‌که توسط روش‌های غیرارتعاشی متراکم می‌گردد، mm125 یا کمتر اسلامپ داشته باشد، مگر اینکه مزان دیگری مشخص شده یا اجازه داده شده باشد.

برای هر یک از مخلوط‌های ساخته شده، میزان رواداری تا mm25 بیش از حداکثر تعیین شده باید مجاز شناخته شود، با این شرط که میانگین کلیه مخلوط‌ها یا آخرین ده مخلوط مورد آزمایش قرار گرفته، هر کدام کمتر باشد، از حداکثر مذکور تجاوز ننماید. بتن با اسلامپ پایین تر از معمول می‌توان به کار برد، در صورتی که امکان جا دادن و تراکم آن به طرز صحیح فراهم باشد. اسلامپ باید توسط «روش آزمایش استاندارد برای اسلامپ بتن با سیمان هیدرولیکی» مطابق ASTM C143 تعیین گردد.

توصیه‌های مربوط به موقعیت‌های خاص و متفاوت با آنچه در این جدول مشخص شده نیز وجود دارد، از جمله اینکه پیشنهاد شده اسلامپ بتن ساخته شده با سنگدانه‌های سبک نباید هیچ گاه از MM75 بیشتر شود و بتن مربوط به سرازیری‌های تند، صفحات چین خورده یا سطوح شبیدار مشابه، در صورت ضرورت، امکان دارد اسلامپی کمتر از mm25 را دارا باشد. شرایط دیگری که بر روی آب کل مورد نیاز تأثیر دارد، در جدول زیر ذکر شده است.

تصحیح مقدار آب برای شرایط متفاوت(5)
تصحیح مقدار آب برای شرایط متفاوت(۵)

 

پیشنهاد می شود مقاله “مبانی طرح اختلاط بتن” در سایت کلینیک بتن را مطالعه کنید.

محاسبه مقدار سیمان بتن طرح اختلاط بتن

مقدار سیمان با استفاده از نسبت آب به سیمان مشخص شده یا استخراج شده از جدول بالا برای شرایط محیطی یا جدول بالابراساس مقاومت فشاری، هر کدام کمتر باشد، محاسبه می‌گردد. مقدار آب واحد حجم بتن، ارائه شده در جدول ۱۱-۸ برای شرایط مورد نظر، بر نسبت آب به سیمان تقسیم می‌گردد تا مقدار سیمان برحسب کیلوگرم در مترمکعب بت حاصل آید.

محاسبه مقدار سنگدانه بتن  طرح اختلاط بتن

مقدار سنگدانه درشت با استفاده از جدول زیر تعیین می‌شود، ابتدا باید حداکثر اندازه سنگدانه مورد نظر و مدول نرمی‌ماسه تعیین گردد. حجم‌های مذکور در این جدول از یک رابطه تجربی گرفته شده و با منظور کردن اختلاف در مقدار ملات که توسط مقدار حفره‌ها انعکاس می‌یابد، به طور اتوماتیک انواع مختلف سنگدانه‌ها را دربر می‌گیرد.

این مقادیر به گونه ای تعیین شده اند که تغییرات دانه بندی‌ها در حدود استانداردهای قابل پذیرش را شامل گردند. این امر منجر به مقادیر ماسه بیش از حد مورد نیاز می‌گردد. بنابراین اطلاعات قبلی نسبت به ویژگی‌های سنگدانه اجازه افزایش مقدار سنگدانه درشت، معمولاً حدود ۱۰ درصد بیشتر از مقدار جدول، را ممکن است بدهد.

 

پیشنهاد می شود مقاله “قایق بتنی | روش ساخت و طرح اختلاط بتن سبک قایق بتنی” را مطالعه کنید.

محاسبات حجم مطلق بتن در طرح اختلاط

محاسبات نهایی نسبت‌های هر کدام از مصالح توسط روش حجم مطلق صورت می‌گیرد. این روش در مثال‌های بعدی نشان داده می‌شود. به منظور به کارگیری استاندارد ACI 211.1-91 اطلاعات زیر باید تعیین گردد: (۱) دانه بندی، (۲)توده ویژه و (۳) وزن واحد حجم خشک میله خورده برای سنگدانه درشت.

بیشتر بخوانید  روش ارائه طرح اختلاط بتن سنگین

چگالی ویژه سیمان را می‌توان با دقت قابل قبول به میزان ۳٫۱۵ در نظر گرفت. مدول نرمی‌ماسه با استفاده از دانه بندی محاسبه می‌شود. میزان جذب و مقدار رطوبت کل هر سنگدانه به منظور محاسبه وزن‌ها برای مخلوط‌های آزمایشی و استفاده کارگاهی، باید تعیین گردد.

پیشنهاد می شود مقاله “روش طرح اختلاط بتن سنگین” را مطالعه کنید.

مبنای وزن واحد حجم تخمینی در طرح اختلاط

استاندارد ACI 211 با عنوان «روش تجربی تعیین نسبت‌های اختلاط برای بتن با وزن معمولی و وزن سنگین و بتن حجیم، روش جایگزینی برای روش حجم مطلق ارائه می‌دهد. این روش براساس وزن واحد حجم تخمینی بتن استوار است. انتخاب نسبت آب به سیمان، تخمین مقدار هوا و آب مخلوط، محاسبه مقدار سیمان و تخمین مقدار سنگدانه درشت شبیه روش حجم مطلق است.

 

مقادیر تقریبی آب مخلوط و مقدار هوا برای مقادیر مختلف اسلامپ و حداکثر اندازه سنگدانه
مقادیر تقریبی آب مخلوط و مقدار هوا برای مقادیر مختلف اسلامپ و حداکثر اندازه سنگدانه

 

 

حجم سنگدانه درشت در واحد حجم بتن
حجم سنگدانه درشت در واحد حجم بتن

 

مقدار سنگدانه ریز را می‌توان به روش وزنی تخمین زد. وزن واحد حجم بتن از جداول زیر به دست می‌آید یا می‌توان از روش تجزیه تعیین نمود. وزن سنگدانه ریز مورد نیاز عبارت از تفاوت بین وزن بتن تازه و وزن کل سایر اجزای تشکیل دهنده است.

پیشنهاد می شود مقاله “روش طرح اختلاط بتن سبک” را مطالعه کنید.

مثال‌هایی از طرح اختلاط بتن

استفاده از مثال‌های نمونه، نحوه محاسبات نسبت‌های اختلاط براساس معیارهای طرح ارائه شده در استاندارد ACI 211-1-91 را بهتر تشریح می‌نماید.

بدون حباب: نسبت‌های اختلاط بتنی با ویژگی‌های زیر مورد نظر است:

۱- در معرض هوا یا آب سولفاته نمی‌باشد.

۲- دیوارهای بتن آرمه به ضخامت ۱۵ تا ۲۸ سانتی متر با حداقل پوشش آرماتورها به میزان ۵ سانتی متر.

۳- مقاومت طراحی بتن، f’e برابر با ۲۸ مگاپاسکال است.

اطلاعات آزمایشگاهی ارائه شده:

۱- وزن واحد حجم خشک میله خورده سنگدانه درشت زاویه دار برابر با ۱۶۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب است.

۲- مدول نرمی‌ماسه ۲٫۶ است.

 

تخمین اولیه وزن بتن تازه
تخمین اولیه وزن بتن تازه

 

 

 

۳- توده ویژه حجمی‌سنگدانه‌های درشت و ریز در حالت اشباع با سطح خشک ۲٫۶۵ است.

۴- جذب سنگدانه‌های ریز ۱ درصد و جذب سنگدانه‌های درشت ۰٫۵ درصد است.

محاسبات نسبت‌ها:

۱- چون شرایط محیطی نیست و بتن بدون حباب هوا مد نظر است، نسبت آب به سیمان فقط براساس مقاومت فشاری تعیین می‌شود.

۲- چون انحراف معیار مشخص نیست، مقاومت فشاری لازم MPa 28 به اضافه MPa 8.4 خواهد بود (یعنی ۳۶٫۴ مگاپاسکال). از جدول  نسبت آب به سیمان لازم برای حصول مقاومت MPa 36.4 برای بتن بدون حباب هوا ۰٫۴۷ به دست می‌آید.

۳- از بخش ۱۱-۱۱ اسلامپ cm10 خواهد بود. لذا در طرح cm10 استفاده می‌شود.

۴- با توجه به فاصله آرماتورها، حداکثر اندازه سنگدانه mm37.5 است.

۵- از جدول  مقدار تقریبی آب مخلوط برای cm10 اسلامپ تحت شرایط آزمایشی kgmm3178 است.

۶- با استفاده از اطلاعات بندهای ۲ و ۵، مقدار سیمان لازم عبارت است از: kgm3379 = 178/0.47

۷- از جدول حجم سنگدانه درشت در واحد حجم بتن برای mm37.5 سنگدانه و ماسه با مدول نرمی‌۲٫۶، به میزان ۰٫۷۳ به دست می‌آید. برای سنگدانه با وزن واحد حجم ۱۶۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب، وزن خشک kgm31168= 0.73 × ۱۶۰۰ خواهد بود. وزن سنگدانه درشت در حالت اشباع با سطح خشک عبارت است از حاصل ضرب وزن خشک در ۱ به اضافه جذب سنگدانه:

Kgm31174 = 1.005×۱۱۶۸

۸- مقدار ماسه در مترمکعب توسط محاسبه حجم‌های جامد کلیه اجزای دیگر و تفریق این مقدار از حجم کل m31 به دست می‌آید. محاسبات به صورت زیر است:

بیشتر بخوانید  روش ارائه طرح اختلاط بتن سبک
مثال طرح اختلاط بتن
مثال طرح اختلاط بتن

۹- از مخلوط آزمایشی فوق، مقادیر در واحد حجم بتن عبارتند از:

Kg379    = سیمان

Kg185    = آب

Kg641    = ماسه (در حالت S.S.D)

Kg 1174 = سنگدانه درشت (در حالت S.S.D)

K/gm32379  = جمع کل

Kg/m32379  = وزن واحد حجم محاسبه شده بتن تازه

با حباب هوا: نسبت‌های اختلاط بتنی با ویژگی‌های زیر مورد نظر است:

۱- در معرض آب حاوی مقادیر متوسط سولفات و یخ زدن و آب شدن شدید قرار دارد.

۲- دیوارهای بتن آرمه یه ضخامت ۳۰ تا cm60 با حداقل فاصله آزاد میلگردها برابر cm7.5.

۳- مقاومت طراحی بتن f’e برابر با MPa21 است.

اطلاعات آزمایشگاهی ارائه شده:

۱- وزن واحد حجم خشک میله خورده سنگدانه درشت زاویه دار برابر با kg/m31670 است.

۲- مدول نرمی‌ماسه ۲٫۶ است.

۳- توده ویژه حجمی‌سنگدانه‌های درشت و ریز در حالت اشباع با سطح خشک ۲٫۶۵ است.

۴- جذب سنگدانه‌های ریز ۱ درصد و جذب سنگدانه‌های درشت ۰٫۵ درصد است.

محاسبات نسبت‌ها:

۱- از جدول ، برای شرایط یخ زدن و آب شدن شدید نسبت آب به سیمان ۰٫۴۵ لازم است. سیمان نوع II با مقاومت متوسط در مقابل سولفات استفاده خواهد شد. بتن باید دارای حباب‌های هوا باشد.

۲- مقاومت فشاری لازم MPa29.4 خواهد بود (MPa21 به اضافه MPa8.4 چون انحراف معیار معلوم نیست). از جدول نسبت آب به سیمان لازم جهت حصول مقاومت MPa29.4 برابر با ۰٫۴۶ است. اما نسبت آب به سیمان براساس شرایط محیطی (جدول )، کمتر بوده و لذا آن مقدار حاکم است. بنابراین مخلوط آزمایشی برای ۰٫۴۵ محاسبه می‌گردد.

۳- از بخش ۱۱-۱۱ اسلامپ cm10 باید باشد، لذا در طرح cm10 منظور می‌شود.

۴- براساس فاصله آزاد آرماتورها، حداکثر اندازه سنگدانه باید mm56 باشد. از آنجا که فقط اندازه‌های mm27.5 و mm75 موجود هست، بنابراین حداکثر اندازه سنگدانه‌ها برابر با mm37.5 باید استفاده گردد.

۵- از جدول مقدار تقریبی آب اختلاط برای cm10 اسلامپ تحت این شرایط kg/m3170 است. در این جدول مقدار هوای مطلوب ۵٫۵ درصد پیشنهاد شده است. لذا ۵٫۵ درصد هوا در طرح درنظرگرفته می‌شود.

۶- با استفاده از اطلاعات بندهای ۲ و ۵، مقدار سیمان لازم عبارت است از: kg/m3378 = 170/0.45

۷- از جدول  حجم سنگدانه درشت در واحد حجم بتن برای mm37.5 سنگدانه و ماسه با مدول نرمی‌۲٫۶، به میزان۰٫۷۳  می‌باشد. برای سنگدانه با وزن واحد حجم kg/m31670، وزن خشک kg/m3 1219=0.73 × ۱۶۷۰ خواهد بود. وزن سنگدانه درشت در حالت اشباع با سطح خشک عبارت است از حاصل ضرب وزن خشک در ۱ به اضافه جذب سنگدانه:

Kg/m31225=1.005× ۱۲۱۹

۸- مقدار ماسه به روش حجم مطلق به طریق زیر به دست می‌آید:

مثال طرح اختلاط بتن

۹- مقادیر محاسبه شده برای اجزای تشکیل دهنده در واحد حجم بتن عبارتند از:

Kg 378 = سیمان نوع II

Kg 170 = آب

Kg 511 = ماسه (در حالت S.S.D)

Kg 1225= سنگدانه درشت (در حالت S.S.D)

m3/kg 2284= جمع کل

حباب‌های هوا با استفاده از یک ماده حباب هوازا براساس توصیه‌های سازنده در بتن ایجاد می‌گردد. اصطلاحات لازم باید توسط مخلوط‌های آزمایشی صورت گیرد.

m3/kg 2284= وزن واحد حجم محاسبه شده بتن تازه

 

دیدگاهتان را بنویسید

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

Share via
Copy link
Powered by Social Snap