روش تعیین طرح اختلاط

روش تعیین مخلوط‌های بتنی در پروژه‌های مختلف با یکدیگر تفاوت زیادی دارد و به طور کلی به دو دسته «مشخصات دستوری» و  «مشخصات اجرایی» با برخی حالت‌های ترکیبی از هر دو قابل تقسیم بندی است(۶). طریقه مستقیم مشخصات دستوری تعیین دقیق نسبت‌های تمامی‌اجزای تشکیل دهنده است. این نوع تعیین مشخصات امروزه عمدتاً منسوخ شده است ولی گاهگاهی با نسبت‌های حجمی‌مقررشده مانند ۱:۲:۳ یعنی یک قسمت حجمی‌سیمان، دو قسمت ماسه و سه قسمت سنگدانه درشت مواجه می‌شویم. در این روش نسبت‌های حجمی، به ندرت مقدار آب محدود می‌شود، به جز از طریق حداکثر اسلامپ که در واقع به طور غیرمستقیم مقدار آب کنترل می‌گردد. مشخصات دستوری غالباً فقط حداقل مقدار سیمان برحسب کیلوگرم در مترمکعب بتن و حداکثر نسبت وزنی آب به سیمان را تعیین می‌نمایند.

 

در این دستورالعمل‌ها، نویسنده مشخصات مسئولیت کامل کفایت طرح مخلوط را به عهده دارد و پیمانکار یا تهیه کننده بتن صرفاً مسئولیت تهیه بتن با نسبت‌های مشخص شده را داشته و تعهدی در قبال تأمین مقاومت نخواهد داشت. بسیاری از مردم این روش را صحیح می‌دانند. اما احتمالاً بیشتر این احساس را دارند که تولیدکننده بتن اعم از پیمانکار یا مسئول کارخانه بتن آماده باید در مقابل خواص محصول نهایی مسئول باشند.

مشخصات اجرایی که مسئولیت را متوجه تولیدکننده بتن می‌نماید، طریقه ای است که ملزومات مقاومتی را غالباً توأم با عوامل محدودکننده مشخص دیگر تعیین می‌کند. این عوامل محدودکننده ممکن است شامل حداقل مقدار سیمان با حداکثر نسبت آب به سیمان باشند، و همیشه عملاً ملزومات روانی بتن که توسط اسلامپ اندازه گیری می‌شود و معمولاً برخی محدودیت‌ها بر روی اندازه و خواص سنگدانه‌ها را شامل گردند. محدودیت‌های بیش از حد باعث تبدیل مشخصات به نوع دستوری شده و در صورت عدم اطلاع کامل از مصالح و شرایط محلی، امکان دارد تولید بتن مورد نظر بدون تخلف از یک یا چند محدودیت غیرممکن باشد. در صورت وجود اعتقاد به نظریه لزوم حداقل سهیم بودن پیمانکار در مسئولیت محصول نهایی، مشخصات باید مقاومت مطلوب، هوازایی، حداکثر اندازه سنگدانه و محدوده اسلامپ را پوشش دهد. کیفیت سنگدانه‌ها با در نظر گرفتن شرایط محلی که با آن مواجه هستیم و ملاحظه اقتصاد مصالح در دسترس محلی باید پوشش داده شود.

با این چند عامل محدودکننده، پیمانکار از طریق آزمایشگاه خود می‌تواند یک مخلوط بتنی مناسب و اقتصادی که به بهترین وجه با شرایط محلی وفق داده شده را ارائه نماید.

بیشتر بخوانید  چند نمونه مثال از انواع طرح اختلاط بتن

روانی بتن

روانی ساده ترین روش برای بیان کارآیی بتن تازه است. روانی توسط آزمایش اسلامپ اندازه گیری می‌شود. گرچه آزمایش اسلامپ به طور دقیق نشانگر سایر ویژگی‌های کارآیی از جمله کیفیت پرداخت، آب انداختن و تمایل به جداشدگی نیست، ولی در حال حاضر بهترین آزمایش شناخته شده به منظور پیش بینی سهولت جا دادن و تراکم بتن می‌باشد. پس از انجام آزمایش اسلامپ، به منظور بررسی درجه چسبندگی مخلوط باید اطراف نمونه افت کرده را آهسته ضربه زد. نمونه یک مخلوط چسبنده نشست خواهد کرد و سنگدانه‌ها از آن بیرون نمی‌افتند. چنین مخلوطی در سازه‌های دارای آرماتور زیاد آسانتر متراکم خواهد شد. یک مخلوط خشن با ریزدانه‌های کمتر ولی اسلامپ مشابه ممکن است در دال‌ها یا بتن حجیم که امکان تراکم آسان توسط لرزاننده‌های مکانیکی قوی وجود دارد، رضایت بخش باشد. به منظور حصول اطمینان از کیفیت بالاتر، باید بتن با پایین ترین اسلامپ ممکن که عملاً قابل ریختن است، جا داده شده و به میزان کافی متراکم گردد.

روانی را همچنین می‌توان توسط دستگاه نفوذ توپی (گلوله کِلی)[۱] تشریح شده در مطالب بعدی اندازه گیری نمود.

اندازه سنگدانه بتن

عموماً جهت تأمین خواص بهینه مقاومت، دوام، جمع شدگی و غیره باید بزرگترین حداکثر اندازه سنگدانه را در مخلوط‌های بتنی به کار برد، زیرا سنگدانه درشت تر امکان استفاده از حداقل مقدار آب واحد را فراهم می‌سازد. طی سالیان متمادی به عنوان قاعده عملی قبول، استفاده از بزرگترین اندازه سنگدانه موجود و قابل استفاده در قطعه، مطلوب ترین روش بوده است. چنین احساس می‌شده که سنگدانه درشت کوچکتر منجر به نیاز به ماسه بیشتر و نتیجتاً آب مورد نیاز بیشتر با کلیات اثرات نامطلوب آن می‌گردد. این دیدگاه در میان اکثر مهندسین بتن رایج بوده و عملاً مورد حمایت می‌باشد. اما اطلاعات منتشره توسط «مؤسسه ملی شن و ماسه»[۲] بیانگر آن است که برای یک سیمان و اسلامپ مورد نظر، مقاومت فشاری مخلوط‌های بتنی پُرمایه با کاهش اندازه سنگدانه از ۶۳ میلی متر به ۹٫۵ میلی متر افزایش می‌یابد. این امر در شکل زیر نمایان است. این اطلاعات همچنین نشانگر آن است که استفاده از سنگدانه‌های بزرگتر از mm19 از نقطه نظر مقاومت هیچ بهبود قابل توجهی را باعث نمی‌گردد. ضمناً سنگدانه‌های مورد مطالعه محدود به اندازه‌های mm63 تا mm9.5 بوده و عیار سیمان شامل مقادیر ۲۳۱، ۳۴۹ و ۴۶۳ کیلوگرم بر مترمکعب در نظر گرفته شده اند. علاوه بر ملاحظات فوق، حداکثر اندازه سنگدانه نباید از ۱/۵ کوچکترین بُعد داخلی قالب،  ۳/۴ حداقل فاصله آزاد بین میلگردها و  ۱/۳ ضخامت دال‌ها تجاوز نماید. همچنین در نظر گرفتن ملاحظات مربوط به حداکثر اندازه سنگدانه قابل دسترس از نظر اقتصادی و سازگار با معیارهای فوق ضروری است.

بیشتر بخوانید  روش ارائه طرح اختلاط بتن سنگین
تأثیر اندازه سنگدانه درشت بر روی مقاومت فشاری بتن دارای حباب هوا(15).
تأثیر اندازه سنگدانه درشت بر روی مقاومت فشاری بتن دارای حباب هوا(۱۵).

حباب هوای بتن

فواید حباب‌های هوا در مخلوط‌های بتنی باعث کاربرد محصول آنها شده است. این فوائد شامل بهبود مقاومت در مقابل یخ زدن و آب شدن، کاهش نفوذپذیری، بهبود کارآیی و کاهش آب انداختن می‌باشد. استفاده از حباب هوا در مخلوط‌های بتنی به دلیل ملاحظات حجمی‌و ارتباط با سایر اجزای تشکیل دهنده بتن نیاز به توجه ویژه در نسبت‌های اختلاط دارد. در مقایسه با مخلوط‌های بتنی بدون حباب هوا، حجم اضافی ایجادشده توسط حباب‌های هوا از طریق کاهش در مقدار آب و مقدار ماسه جبران می‌گردد. حباب هوا مقاومت مخلوط‌های کم مایه را افزایش خواهد داد و لذا امکان کاهش جزیی در مقدار سیمان را فراهم می‌آورد. اما در مخلوط‌های پُرمایه با عیار سیمان بیش از ۳۵۵ کیلوگرم در مترمکعب معمولاً کاهش قابل ملاحظه در مقاومت پدید می‌آید. در نتیجه استفاده از سیمان اضافی یا مواد افزودنی کاهش دهنده آب مناسب ضرورت پیدا می‌کند.

مقدار هوای ایجادشده توسط یک عامل هوازا یا سیمان حباب هوازا تحت تأثیر عوامل زیادی قرار دارد. به طورکلی مقدار هوا با افزایش اسلامپ، نسبت آب به سیمان یا مقدار ماسه افزایش می‌یابد. افزایش مقدار ماسه با اندازه بین الک‌های نمره ۳۰ و نمره ۵۰ مقدار حباب هوا را زیادتر می‌کند. افزایش ریزدانه‌ها در ماسه، مقدار سیمان بیشتر، دمای بالاتر، زمان طولانی تر مخلوط کردن و افزودن پوزولان‌ها باعث کاهش مقدار هوا می‌گردد. کاهش حباب هوا در اثر افزودن خاکستر بادی، به مقدار کربن موجود در آن و مقدار باقیمانده روی الک نمره ۳۲۵ نسبت داده می‌شود.

مقدار بهینه حباب هوا برای یک مخلوط بتنی بستگی به مشخصات اجرایی دارد. با حداکثر اندازه سنگدانه‌ها تغییر نموده و برای بتن مورد استفاده در ساختمان‌ها عموماً از حدود ارائه شده در جدول زیر تبعیت می‌نماید. برای دال‌های روی زمین مانند روسازی‌های بزرگراه‌ها غالباً ۶ تا ۸ درصد حباب هوا بدون توجه به حداکثر اندازه سنگدانه‌های درشت توصیه شده است.

گرچه مقادیر هوا در رابطه با اندازه سنگدانه ارائه شده ولی عملاً مقدار مطلوب مستقیماً بستگی به حجم هوای بخش ملات ماسه سیمان در بتن دارد.

مقدار حباب هوا برای اندازه‌های مختلف سنگدانه‌های درشت
مقدار حباب هوا برای اندازه‌های مختلف سنگدانه‌های درشت

به نظر می‌رسد مقدار بهینه در این ملات در تمامی‌اوقات ۹ درصد باشد. بنابراین به دلیل کاهش مقدار ملات در بتن با سنگدانه‌های درشت تر مقادیر مناسب هوا متغیر خواهد بود. کاربرد کاهش دهنده‌های آب قوی (فوق روان کننده‌ها) تحقیقات زیادی درباره کیفیت و کمیت حباب هوا از مقادیر نرمال مواد حباب هوازا را باعث شده است. گرچه نتایج حاصله قدری متناقض است، به نظر می‌رسد این افزودنی‌های جدید تأثیر جدی بر روی قایده افزودنی‌های حباب هوازا نداشته باشند. بتن‌های با مقاومت بیش از MPa 35 ممکن است یک درصد کاهش در حباب هوای مقرر توسط ACI 318-89 داشته باشند(۷).

بیشتر بخوانید  اثرات روان کننده بتن، بر بتن (بخش 1)

ملزومات سازه ای

عوامل اساسی تأثیرگذار بر روی نسبت‌های اختلاط، مقاومت و دوام هستند. نسبت‌های اختلاط بتن باید به گونه ای باشد که مقاومت کافی جهت تحمل بارهای زمان بهره برداری را تأمین نماید. مقاومت مشخصه بتن توسط طراح تعیین شده و معمولاً بر مبنای تنش‌های مجاز در نظر گرفته شده در تحلیل سازه ای پیش بینی می‌گردد. به منظور دوام کافی، آیین نامه ساختمانی ACI(7) مقرر می‌دارد که بتن با سنگدانه معمولی تحت شرایط یخ زدن و آب شدن باید دارای مقدار مناسب حباب هوا بوده و عیار سیمان برار با m3/kg310 را دارا باشد. وقتی از بتن با سنگدانه سبک استفاده می‌شود، مقاومت فشاری fe باید حداقل MPa21 باشد. مشخص شده است که دوام تابعی از حباب هوا و نسبت آب به سیمان است.

بتنی که در معرض شرایط محیطی مختلف قرار دارد، باید ضوابط حداقل ارائه شده در آیین نامه ACI در خصوص نسبت‌های اختلاط بتن را برآورده نماید. این امر مستلزم به کارگیری نوع مناسب سیمان همانگونه که در مطلب انواع سیمان تشریح شده و استفاده از نسبت‌های مناسب آب به سیمان طبق جدول زیر می‌باشد.

حداکثر مجاز نسبت‌های آب به سیمان برای بتن تحت شرایط محیطی مختلف
حداکثر مجاز نسبت‌های آب به سیمان برای بتن تحت شرایط محیطی مختلف

 

 

 

آیین نامه ساختمانی ACI 318-89 شرایط خاص دیگری را نیز پوشش می‌دهد. بتن دارای سنگدانه معمولی که قرار است نفوذناپذیر باشد، باید دارای حداکثر نسبت آب به سیمان ۰٫۵ برای وقتی که در معرض آب شیرین است . ۰٫۴ برای شرایط مجاورت با آب دریا باشد. مقاومت فشاری بتن دارای سنگدانه سبک (f’e) برای مجاورت با آب شیرین باید حداقل MPa26 و در صورتی که در معرض آب دریا باشد، حداقل MPa30 با mm13 پوشش بتن اضافی لازم است. بتنی که در معرض غلظت‌های زیان آور از محلول‌های حاوی سولفات واقع خواهد شد، باید دارای ملزومات کیفی بتن آب بند فوق الذکر بوده و همانگونه که در جدول زیر اشاره شده با سیمان ضدسولفات ساخته شود.

 

 

ملزومات برای بتن در معرض محلول‌های حاوی سولفات
ملزومات برای بتن در معرض محلول‌های حاوی سولفات

 

[۱] – Kelly ball

[۲] – National Sand and Gravel Association

دیدگاهتان را بنویسید

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

Share via
Copy link
Powered by Social Snap