طرح اختلاط بتن C40 به همراه جدول و روش ساخت

در گذشته به دلیل کم بودن مقاومت بتن‌، استفاده از سازه‌های فولادی در ساختمان‌های بلند رواج داشت، اما در سال‌های اخیر با گسترش تولید بتن‌های پرمقاومت و کارا، تمایل به استفاده از بتن در سازه‌های بلند نیز افزایش یافته است. بتن‌های پرمقاومت که معمولاً مقاومتی بیش از ۴۰ مگاپاسکال دارند، سبب اقتصادی‌تر شدن ساخت سازه‌های بلند و افزایش سرعت ساخت و ساز شده‌اند. در این مقاله از بلاگ رامکا درصدد هستیم، ضمن تبیین طرح اختلاط بتن C40، جداول و نتایج مقاومت فشاری آن را ارائه کنیم. تا انتها با ما همراه باشید.

مشخصات مصالح مورد استفاده در طرح اختلاط بتن C40

همان‌طور که می‌دانیم بتن متشکل از آب، سیمان، سنگدانه و مواد افزودنی است که هر یک تأثیر ویژه‌ای بر مشخصات بتن دارند. از این رو در این قسمت به توضیح مشخصات و ویژگی‌های هر یک از این مصالح که قرار است در طرح اختلاط بتن ۴۰ مگاپاسکال استفاده شود، خواهیم پرداخت.

مصالح سنگی

برای ساخت بتن در طرح اختلاط C40 از سنگدانه‌های طبیعی و رودخانه‌ای استفاده می‌شود. برای تهیه مصالح درشت‌دانه، معدن واحدی و مصالح ریزدانه و ماسه معدن رازانی انتخاب شده است.

مشخصه	مصالح ریزدانه	مصالح درشت‌دانه
وزن مخصوص (اشباع با سطح خشک)	۲٫۶۱	۲٫۶۲
اندازه و سایز (میلی‌متر)	۴٫۷۵_۰	حداکثر بعد= ۱۸
درصد شکستگی	۲۵	۲۵
مدول نرمی	۳٫۱_۲٫۹	–
قابلیت جذب آب (%)	۳٫۴%	۱%

منحنی دانه‌بندی ماسه مصرفی در طرح اختلاط فوق آمده است:

سیمان

سیمان پرتلند مورد استفاده در این طرح اختلاط از کارخانه سیمان نیزار قم تهیه شده است. مدول نرمی این سیمان، ۳۱۵۰ سانتی‌متر مربع بر گرم و وزن مخصوص آن ۳٫۱۴ است. نحوه تهیه این سیمان به صورت پاکتی بوده است. لازم به ذکر است پاکت‌های سیمان باید در فرایند حمل، انبار و رطوبت و نور مستقیم آفتاب (جهت کنترل دمای سیمان) محافظت شود. آنالیز شیمیایی سیمان تیپ ۲ نیزار به شرح زیر است:

C4AF	C3A	C2S	C3S	Na2O	Fe2O3	K2O	MgO	SO3	Al2O3	SiO2	CaO
10.68%	8.50%	14.37%	57.37%	0.41%	3.51%	0.67%	1.54%	2.68%	5.45%	21.11%	63.74%

به منظور سنجش ویژگی‌های مصالح مورد استفاده در این طرح اختلاط، استاندارد ASTM C128 برای انجام آزمایش‌های جذب آب مصالح و تعیین وزن مخصوص ملاک قرار گرفت.

آب و مواد افزودنی

به منظور تولید بتن در این طرح اختلاط، آب شرب شهر قم استفاده می‌شود. جهت کاهش نسبت آب به سیمان و همچنین افزایش مقاومت بتن، در این طرح اختلاط ابر روان کننده رادون شرکت رامکا که بر پایه پلی کربوکسیلات اتر است، مورد استفاده قرار گرفت.

شرایط و روش ساخت طرح اختلاط بتن C40

استاندارد ملی ۲-۱۶۰۸ ملاک تولید و عمل‌آوری بتن در این طرح اختلاط است. این طرح اختلاط در هوای گرم و فصل تابستان ساخته، عمل‌آوری و تست شده است. از طرفی می‌دانیم دمای مصالح بر دمای بتن مؤثر است. در این میان، سیمان مصرفی عموماً دمای بسیار بالایی (حدود ۷۵ درجه سانتی‌گراد برای سیمان درون سیلو) داشته و اثر عمده‌ای بر دمای بتن و در نتیجه، خصوصیات و کیفیت آن دارد.

از این رو برای استفاده از سیمان جهت تولید بتن، بهتر است سیمان به مدت ۷ روز در محیط قرار داده شود و دمای سیمان حدود ۲۰ تا ۲۵ درجه باشد. از آن‌جا که درصد رطوبت مصالح باید در محاسبه آب طرح اختلاط محاسبه شود، برای تعیین درصد رطوبت، سنگدانه‌های مصرفی استاندارد ملی ۴۹۸۳ ملاک قرار گرفت.

بر اساس نتایج آزمایش‌های انجام شده روی مصالح این طرح اختلاط، درصد رطوبت ریزدانه در بازه ۳ تا ۳٫۵ و درصد رطوبت درشت‌دانه در بازه ۰٫۵ تا ۰٫۷ قرار دارد. لذا می‌توان گفت این مواد درصد رطوبت تقریباً ثابتی دارند. برای تولید مخلوط بتن ۴۰ مگاپاسکال، مصالح با استفاده از میکسر (مخلوط‌کن دوار) میکس شدند. در استفاده از میکسر برای ساخت بتن، بهتر است جداره داخلی میکسر مرطوب و خیس شود تا جذب آب طرح اختلاط توسط جداره به کمترین مقدار ممکن برسد.

ترتیب مخلوط نمودن مصالح بدین گونه است که در مرحله اول، سنگدانه‌ها در میکسر ریخته می‌شوند. سپس بخشی از آب اختلاط به آنها اضافه می‌شود و به مدت ۱ دقیقه با هم مخلوط می‌شوند. بعد از مخلوط شدن سنگدانه و بخشی از آب به مدت یک دقیقه، سیمان و باقی مانده آب اختلاط به مخلوط‌کن اضافه می‌شوند.

در این مرحله نیز، مصالح به مدت ۱ دقیقه مخلوط می‌گردند. پس از کسب اطمینان از اختلاط مناسب آب با سیمان، ابر روان کننده رادون به مخلوط بتنی افزوده می‌شود و به مدت ۳ دقیقه دیگر میکس می‌شود تا در نهایت، مخلوطی همگن به دست آید.

پس از اینکه فرایند ساخت مخلوط بتنی تمام شد، بتن در قالب‌های مکعبی ۱۰×۱۰ ریخته می‌شود. برای تهیه آزمونه بتنی با تراکم مناسب، بتن در سه لایه درون قالب‌ها ریخته شده و هر لایه با ۲۵ ضربه میله متراکم می‌گردد. پیش از پر کردن قالب‌ها، به منظور آسان‌تر خارج شدن آزمونه‌ها و کاهش آسیب فیزیکی و لب پریدگی آزمونه‌ها، جداره‌های داخلی و کف قالب به روغن قالب مایا آغشته می‌شود.

بتن در سنین اولیه نیاز به مراقبت و نگهداری دارد. از این رو، قالب‌ها ۲۴ ساعت در دمای ۲۱ درجه سلسیوس نگهداری می‌شوند. در این مدت، لازم است سطح بتن مرطوب باقی بماند و از تبخیر آب آن جلوگیری شود. بدین منظور، روی قالب‌ها با گونی چتایی خیش پوشانیده می‌شود. بعد از یک روز، قالب‌ها باز شده و آزمونه‌های بتنی در حوضچه آب با دمای ۲۲ درجه نگهداری می‌شود. پس از گذشت یک روز، قالب‌ها را باز کرده و تا انجام آزمون مقاومت فشاری، آزمونه بتنی در حوضچه آب در دمای ۲۲ درجه نگهداری می‌شود.

جدول طرح اختلاط بتن C40

جهت ساخت بتن C40، مصالح با مشخصات ذکر شده به نسبت‌های زیر با یکدیگر مخلوط می‌گردند:

مصالح مورد استفاده	مشخصات	مقدار در یک متر مکعب بتن C40
ماسه SSD	ماسه طبیعی با درصد شکستگی ۲۵	۱۰۱۵ کیلوگرم
شن SSD	حداکثر بعد ۱۸ میلی‌متر	۷۷۵ کیلوگرم
سیمان	سیمان تیپ ۲ نیزار قم	۴۳۰ کیلوگرم
ابر روان کننده	ابر روان کننده رادون ( پایه پلی کربوکسیلات)	۲ کیلوگرم
نسبت آب به سیمان	–	۰٫۳۸

مشخصات بتن تازه

ارزیابی کارایی و روانی بتن از مهم‌ترین اقداماتی است که باید پس از ساخت بتن انجام شود. تست اسلامپ، شیوه‌ای است که با بکارگیری مخروط ناقص فلزی، میله فولادی و یک متر، میزان روانی بتن را اندازه می‌گیرد. در واقع تست اسلامپ، شاخص عددی برای اندازه‌گیری روانی ارائه می‌دهد. از استانداردهای این آزمایش، می‌توان به ISIRI 3203-2  و ASTM C143 اشاره نمود که تفاوت‌هایی با هم دارند.

در این مورد، استاندارد ملی ملاک کار ماست. پیش از انجام آزمایش با استفاده از یک پارچه خیس، مخروط و صفحه فلزی را مرطوب نمایید تا جذب آب آن‌ها به حداقل برسد. همانند فرایند پُر کردن قالب‌ها، در این مرحله نیز بتن در سه لایه به مخروط اضافه می‌شود و هر لایه با وارد کردن ۲۵ ضربه میله فلزی متراکم می‌گردد. بعد از پر شدن مخروط، سطح آن را صاف نموده و بدون هیچ تکان و لرزه اضافی، مخروط به صورت عمود بالا کشیده می‌شود. میزان افت ارتفاع بتن نسبت به ارتفاع مخروط با یک متر اندازه‌گیری می‌شود. در شکل زیر آزمایش اسلامپ نشان داده شده است.

به منظور اطمینان از نتیجه اسلامپ، این آزمایش روی سه آزمونه صورت گرفت و متوسط مقادیر اندازه‌گیری شده به عنوان مقدار اسلامپ بتن گزارش شده است. در جدول زیر، اسلامپ، درصد حباب هوا و وزن مخصوص بتن تازه آمده است.

اسلامپ	۱۹ سانتی‌متر
وزن مخصوص بتن تازه	۲۳۹۰ کیلوگرم بر مترمکعب
میزان حباب هوای بتن تازه	۳ درصد

بیشتر بخوانید: طرح اختلاط بتن  C35

نتایج آزمایش مقاومت فشاری بتن

در این مقاله الزامات استاندارد INSO 1608-3، اساس آماده‌سازی آزمونه‌ها برای آزمون مقاومت فشاری است. در این پژوهش از قالب‌های مکعبی ۱۰×۱۰ استفاده شده است. از این رو برای گزارش مقاومت فشاری آزمونه‌ها، باید مقادیر به دست آمده به مقدار مقاومت فشاری نمونه استوانه‌ای استاندارد تبدیل شوند.

درصد رطوبت آزمونه در هنگام تست مقاومت فشاری بر نتیجه آزمون تأثیر عمده‌ای دارد. برای توضیح بیشتر، دو آزمونه مشابه که از یک نمونه بتن تهیه شده و در شرایط یکسان عمل‌آوری شده‌اند، در نظر بگیرید. اگر در زمان انجام آزمایش مقاومت فشاری، یک آزمونه خشک و دیگری خیس باشد، آزمونه خیس مقاومت فشاری کمتری از خود نشان می‌دهد.

دلیل این امر آن است که وقتی آزمونه خیس تحت فشار قرار می‌گیرد، یک فشار آب منفذی اضافی درون آن به وجود می‌آید که سبب کاهش مقاومت فشاری می‌شود. برای جلوگیری از این اتفاق، تمام آزمونه‌ها هنگام آزمایش مقاومت فشاری دارای سطحی خشک و در حالت اشباع بوده‌اند. همانند آزمایش‌های بتن تازه، در این‌جا نیز مقاومت فشاری گزارش شده از متوسط مقاومت فشاری تعدادی آزمونه به دست آمده است. در شکل زیر جک تمام اتوماتیکی را که برای انجام آزمایش مورد استفاده قرار می‌گیرد، مشاهده می‌کنید.

جدول زیر نتایج مقاومت فشاری نمونه‌ استوانه‌ای را در سنین ۳، ۷ و ۲۸ روز ارائه می‌دهد.

سن (روز)	چگالی نمونه (کیلوگرم بر مترمکعب)	مقاومت فشاری (معادل استوانه ۱۰ در ۲۰)
۳	۲۳۷۰	۲۹٫۴ مگاپاسکال
۷	۲۳۵۵	۳۶ مگاپاسکال
۲۸	۲۳۵۰	۴۶ مگاپاسکال

گفتنی است برای بررسی روند کسب و رشد مقاومت بتن در این طرح اختلاط، تعداد زیادی آزمونه تهیه و تحت آزمایش مقاومت فشاری قرار گرفته است. با استفاده از نتایج این آزمایش‌ها، نموداری شبیه نمودار زیر برای مقاومت فشاری به ازای سن بتن به دست می‌آید. آنچه در نگاه اول از این نمودار متوجه می‌شویم آن است که رشد مقاومت بتن در روزهای اول ( سن ۰ تا ۳ روزه) بسیار بیشتر است. دلیل این امر را می‌توان تأثیر ابر روان کننده پایه پلی کربوکسیلاتی رادون در این طرح اختلاط دانست.

مقاومت فشاری، اسلامپ و سایر نتایجی که در این مقاله گزارش شد، با استفاده از مصالح معرفی شده و در شرایط توضیح داده شده در آزمایشگاه واحد تحقیق و توسعه رامکا حاصل شده است. با توجه به این موضوع، در صورت استفاده از مصالح و شرایط دیگر، نتایج متفاوت دور از انتظار نخواهد بود.

در این مقاله از بلاگ رامکا، سعی برآن بود یک طرح اختلاط کاملاً عملی و تست شده برای تولید بتن با مقاومت ۴۰ مگاپاسکال ارائه شود. در سازه‌های بلند به دلیل وجود تنش‌های بسیار بالا نیاز به مقاطع بتنی بزرگ است که در مواردی از نظر معماری امکان استفاده از مقاطع بزرگ امکان‌پذیر نیست. بتن پرمقاومت ۴۰ مگاپاسکال، امکان محدودتر کردن ابعاد مقاطع بتن را فراهم می‌آورد.

بیشتر بخوانید: بتن پر مقاومت