مزایا و کاربرد بتن خود تراکم: معرفی ۱۱ پروژه‌ با بتن خود متراکم

امروزه بتن پرمصرف‌ترین ماده مصرفی بشر بعد از آب است که با توجه به روند رو به رشد ساخت و ساز در ایران، از جمله صنایع مهم کشور به شمار می‌رود. این مسأله، اهمیت زیاد این مصالح ساختمانی و ضرورت شناخت دقیق آن را به منظور ساخت سازه‌های بتنی با کیفیت نشان می‌دهد. پژوهشگران عرصه مصالح ساختمانی طی سال‌ها در تلاش بودند تا با ایجاد تغییراتی در اجزای مختلف این ماده، اصلاحاتی را مطابق با نیازهای موجود اعمال کرده و به خواص جدید یا برتری از بتن دست یابند؛ تلاش‌هایی که طی سال‌ها منجر به پیدایش بتن‌های توانمند، فوق توانمند، سبک، الیافی و… شده است. یکی از این بتن‌ها که ظهور آن به چندین دهه قبل بازمی‌گردد، بتن خود متراکم است که با ویژگی‌های خاص خود، امکانات جدیدی را در اختیار مهندسین قرار داده است. با بهره‌گیری از این ویژگی‌ها می‌توان بر مشکلات ناشی از عدم تراکم مناسب در سازه‌های بتنی، از جمله کاهش عمر مفید و دوام سازه‌ها فائق آمد. در این مقاله از بلاگ رامکا قصد داریم ضمن تبیین مزایا و کاربرد بتن خود تراکم، نمونه‌هایی از کاربرد آن را در سازه‌های مختلف جهان نیز بیان کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

مزایای بتن خود تراکم

خواص بتن تازه در بتن‌های خود متراکم از حساسیت بیشتری برخوردار است، زیرا مزایای این بتن غالباً از خواص آن در حالت تازه ناشی می‌شود. به همین دلیل نیز آزمایش‌های خاصی برای ارزیابی رفتار بتن خود متراکم تازه به کار گرفته می‌شود. بتن خود متراکم در حالت تازه، معمولاً با سه ویژگی شناخته می‌شود:

• قابلیت پر کردن
• قابلیت عبور
• مقاومت در برابر جداشدگی (پایداری)

کارایی که نشانگر سهولت اختلاط، جای‌دهی، تراکم و پرداخت سطح بتن است، در بتن خود متراکم توسط سه ویژگی بررسی می‌شود و آزمایش‌هایی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد که به تفصیل در مورد آنها در مقاله «مزایا و کاربرد بتن خود تراکم» بحث خواهد شد.

قابلیت پر کردن (جریان در حالت آزاد): توانایی بتن خود متراکم برای جریان و پر کردن تمام فضاهای داخل قالب، تحت وزن خود را نشان می‌دهد. این ویژگی هنگام انتخاب روش بتن‌ریزی و نیز تعیین فاصله مجاز بین نقاط بتن‌ریزی اهمیت خاصی دارد.

قابلیت عبور (جریان در حالت محبوس): به توانایی بتن برای عبور از موانع مختلف و فضاهای باریک در قالب، بدون وقوع انسداد جریان (در اصطلاح بلوکه شدن) اشاره دارد. بلوکه شدن در نتیجه جداشدگی موضعی سنگدانه‌ها در مجاورت موانع رخ می‌دهد و منجر به توقف جریان می‌گردد. بتن خود متراکم هنگامی می‌تواند ظرفیت پر کنندگی زیادی داشته باشد که حد مناسبی از قابلیت عبور و قابلیت پر کنندگی را به صورت توأم داشته باشد تا بتواند مقطعی خاص را فقط تحت نیروی ثقل پر کند.

پایداری بتن تازه به توانایی آن برای حفظ توزیع همگن اجزای مختلف حین جریان و گیرش گفته می‌شود. برای بتن خودتراکم تازه دو نوع پایداری حائز اهمیت است: پایداری دینامیکی و استاتیکی. پایداری دینامیکی، به معنای مقاومت بتن در برابر جداشدگی اجزا، حین جای‌دهی در قالب است. هنگامی که شرایط آرماتوربندی به گونه‌ای باشد که نیازمند عبور بتن از فضاهای کوچک باشد، بتن خود متراکم مذکور باید پایداری دینامیکی کافی داشته باشد. پایداری استاتیکی نشانگر مقاومت بتن در برابر آب‌انداختگی، جداشدگی و نشست سطحی بعد از بتن‌ریزی و در حالی است که بتن هنوز در حالت خمیری است.

در اغلب موارد، افزودنی اصلاح‌کننده لزجت یا مقدار مواد پودری زیاد برای بهبود پایداری بتن تازه استفاده می‌شود. افزودنی اصلاح‌کننده لزجت برای بهبود رئولوژی مصالح سیمانی در حالت خمیری و کاهش خطر جداشدگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخلاف بتن معمولی، در مورد بتن خود متراکم حادترین نوع جداشدگی پس از انجام عملیات بتن‌ریزی رخ می‌دهد. در واقع در صورتی که مخلوط بتن از پایداری کافی برخوردار نباشد، سنگدانه‌های درشت تمایل به ته‌نشینی در ملات پیدا می‌کنند و حاصل کار، بتنی ناهمگن با خواص نامطلوب خواهد بود.

کاربرد بتن خود متراکم

همان‌گونه که بیان شد، این خواص بتن خود متراکم تازه است که آن را از سایر انواع متعارف بتن متمایز می‌کند. برای مطالعه خواص بتن تازه، دو نگرش را می‌توان دنبال کرد:

نگرش نخست، ارزیابی خواص اساسی و بنیادی مرتبط با جریان‌پذیری مخلوط بتن خود متراکم است و روش دیگر برای توصیف این ویژگی‌ها، ارزیابی آنها بر پایه نیازهای عملی و کارگاهی است. این مشخصه‌های کارگاهی عبارتند از: پایداری، قابلیت پر کردن و قابلیت عبور. روش‌های آزمایش گوناگونی برای ارزیابی این پارامترهای کارگاهی توسط مراجع مختلف پیشنهاد شده و بر همین اساس، معیارهای واحدی برای پذیرش بتن خود متراکم تازه موجود نیست.

کاربرد صحیح بتن خود متراکم می‌تواند تأثیرات مثبت فراوانی بر روند ساخت سازه‌های بتنی داشته باشد. افزایش بهره‌وری یکی از موارد مهمی است که با استفاده از بتن SCC می‌توان به آن دست یافت. باید توجه داشت در کنار تلاش برای کاهش هزینه‌ها، افزایش بهره‌وری در فرایند بتن‌ریزی نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این مسأله برای تمام رده‌های کاربرد، از پروژه‌های معمولی تا پیچیده‌ترین سازه‌ها، صادق است. مسأله‌ی بتن‌ریزی و تراکم در قسمت‌هایی از سازه که در آنها بتن با مقاومت متوسط و مخصوصاً بتن پرمقاومت استفاده می‌شود، دارای اهمیت بیشتری است.

به عنوان نمونه در اجزایی مانند دیوار برشی و ستون که معمولاً دارای تراکم زیاد آرماتور و ابعاد کوچک مقطع بتن‌ریزی می‌باشند، تراکم ناکافی ناشی از فاصله کم آرماتورها می‌تواند منجر به پیدایش نقاط ضعف در عضو بتنی شود. حذف کامل عملیات تراکم با بکارگیری بتن خود متراکم، باعث افزایش سرعت کار و کاهش هزینه‌ها می‌شود که نتیجه آن افزایش بهره‌وری است.

افزایش سرعت بتن‌ریزی نه تنها از منظر کاهش هزینه‌ها، بلکه از بعد کاهش کل زمان ساخت حائز اهمیت است. بر این اساس، بکارگیری بتن خودتراکم می‌تواند از طریق کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری، نقش کلیدی در ارتقای جایگاه صنعت بتن در عرصه ساخت و ساز داشته باشد.

استفاده از بتن خود متراکم افزایش بهره‌وری را در حمل و نقل و بتن‌ریزی ممکن می‌سازد. رفتار شبه مایع بتن خود متراکم تازه سبب می‌شود بتوان روش‌های جدیدی را برای پمپ کردن بتن و هدایت آن به درون قالب به کار گرفت؛ مسأله‌ای که باعث پیدایش روش‌های نوین بتن‌ریزی شده و نمونه‌های موفقی از بکارگیری آنها در کشور ژاپن موجود است.

با حذف نیاز به تراکم خارجی و وجود قابلیت جریان، درجه بالاتری از اتوماسیون و صنعتی‌سازی در ساخت سازه‌های بتنی دست‌یافتنی است. این مسأله منجر به تحول سامانه‌های تولید (بخصوص در صنعت پیش‌ساختگی) و در نهایت، افزایش بیش از پیش بهره‌وری در روند ساخت و ساز می‌شود.

افزایش همگنی یکی دیگر از مزایای مهم استفاده از بتن خود تراکم است. در واقع یکی از نگرانی‌های اصلی که موجب پیدایش بتن خود متراکم شد، کاهش دوام بتن به دلیل ناهمگنی اعضای بتنی بود. در بسیاری از سازه‌ها نیاز به بهبود عملکرد سازه‌ای و متعاقباً افزایش حجم آرماتور مصرفی در بتن، باعث ایجاد مشکلاتی در روند عملیات بتن‌ریزی و تراکم می‌شود که نتیجه امر، تراکم ناکافی و ناهمگنی بتن خواهد بود. حتی در سازه‌های معمولی و در حجم ۴ آرماتور نیز استفاده از نیروی انسانی آموزش ندیده و عدم اعمال نظارت دقیق بر روند تراکم بتن باعث بروز این مشکلات می‌شود. بنابراین بهبود کیفیت عضو بتنی با تراکم زیاد آرماتور از طریق بکارگیری بتنی که انجام عملیات تراکم را تضمین نماید و با برخورداری از خصوصیت پایداری، همگنی را در قسمت‌های مختلف فراهم کند، هدفی مهم از تولید و بکارگیری بتن SCC است.

علاوه بر موارد مطرح شده، بتن خود متراکم مزایای دیگری را نیز در اختیار سازندگان قرار می‌دهد. به طور خلاصه موارد زیر را می‌توان به عنوان مزایای اصلی بتن خود متراکم ذکر نمود:

• افزایش سرعت اجرای سازه‌های بتنی و تسریع پیشرفت کار
• بهبود کیفیت ساخت، به دلیل اطمینان از تراکم کافی در مناطق با تراکم زیاد آرماتور
• کاهش آلودگی صوتی و توجه بیشتر به مسائل ایمنی و زیست محیطی در محیط کار؛ با توجه به حجم زیاد صدای ناشی از عملیات تراکم حین بتن‌ریزی و نیز در نظر گرفتن خطر ابتلای کارگران به سندروم انگشت سفید
• صرفه‌جویی اقتصادی: علی‌رغم هزینه بیشتر مواد و مصالح مورد استفاده برای ساخت بتن خود متراکم، در بسیاری موارد در نتیجه کاهش زمان ساخت پروژه و نیز کاهش هزینه‌های تجهیزات و نیروی انسانی – از قبیل عوامل تراکم، تسطیح، نظارت و… – استفاده از بتن خود تراکم سبب کاهش هزینه‌ها می‌شود.
• کمک به معماری سازه با توجه به شکل‌پذیری بیشتر: با توجه به روانی فوق‌العاده بتن خود متراکم، می‌توان برای بتن‌ریزی از قالب‌های متنوع‌تری استفاده کرد و اجزای معماری گسترده‌تری را با توجه به مسائل زیباشناختی اجرا نمود.
• بهبود دوام بتن در نتیجه تراکم بهتر بتن تازه
• آزادی بیشتر در طراحی سازه: به دلیل میسر شدن اجرای سازه‌های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطع کوچک با آرماتورهای انبوه
• سطح تمام شده بهتر و ارتقای کیفیت محصول نهایی
• کمک به توسعه صنعت پیش‌ساختگی قطعات بتن
• افزایش ایمنی در کارگاه: استفاده از بتن خود متراکم، خستگی و تنش‌های فیزیکی کارگران را کاهش می‌دهد و با پایین آوردن احتمال خطرات و صدمات فیزیکی، ایمنی کارگاه را می‌افزاید.

استفاده از بتن خود تراکم همانند هر پدیده دیگر می‌تواند دشواری‌ها و معایبی هم داشته باشد. افزایش هزینه مصالح، حساسیت زیاد در برابر تغییرات ویژگی‌های مواد و مصالح، نیاز به کنترل دقیق بتن در حالت تازه، افزایش هزینه قالب‌بندی به دلیل فشار به وارده بر قالب و نیاز به مهارت زیاد برای تهیه، کنترل و آزمون مخلوط‌های بتنی از مواردی هستند که باعث می‌شود کاربرد بتن خود متراکم در هر پروژه‌ای توصیه نشود. تجزیه و تحلیل مسائل اجرایی و اقتصادی، درک درست شرایط خاص هر پروژه و در نهایت، قضاوت مهندسی صحیح می‌تواند منجر به استفاده بجا از این نوع بتن و بهره‌مندی از مزایا و کاربرد بتن خود تراکم گردد.

نمونه‌هایی از مزایا و کاربرد بتن خود تراکم

طی سال‌های گذشته پروژه‌های متعددی، اعم از ساختمان، پل، تونل و… در کشورهای مختلف با کمک بتن خود متراکم ساخته شده و از مزایا و کاربرد فراوان بتن خود تراکم در فرایند ساخت آنها بهره گرفته شده است. در ایران نیز در چندین پروژه این اتفاق رخ داده است که به آنها در کنار بعضی پروژه‌های شاخص دنیا، اشاره خواهد شد.

۱) موزه ملی سرخ‌پوستان در واشنگتن – ایالات متحده

موزه ملی سرخ‌پوستان ایالات متحده در منطقه Washington Mall احداث شد و در ساخت آن تلاش شد ظاهر سازه شبیه به تکه سنگی باشد که با گذشت زمان توسط آب و باد شکل گرفته است.

 این ساختمان ۵ طبقه، مساحت ۲۴۰۰۰ مترمربع دارد. در این سازه منحصر به فرد، هیچ زاویه قائمی دیده نمی‌شود و قالب‌های به کار رفته برای ساخت آن همگی به صورت خاص برای این ساختمان تهیه شده‌اند. دلیل اصلی استفاده از بتن خود متراکم، تجمع زیاد آرماتور در اعضا و نیز شکل پیچیده سازه است. این موضوع باعث ایجاد فضای کمی برای استفاده از لرزاننده شده است.

علاوه بر این، از آن‌جا که در این سازه سطح زیادی از بتن نمایان است، مزایا و کاربرد بتن خود تراکم باعث شده بتن‌ریزی بعضی از اجزا در یک لایه میسر شده و از نظر زیبایی سطح نیز کیفیت کار به مقدار زیادی افزایش یابد. در هنگام ساخت، به دلیل عدم نیاز به اعمال تراکم و لرزش، تنش اعمال شده به قالب‌ها کاهش زیادی پیدا کرده است. حجم کل بتن خود تراکم به کار رفته در این سازه، فراتر از ۲۳۰۰۰ متر مکعب است.

نسبت آب به سیمان مخلوط به کار رفته برای ساخت این سازه ۰٫۴۷ و عیار سیمان آن ۲۳۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. مقاومت ۲۸ روزه بتن مصرفی ۴۱٫۴ مگاپاسکال و میزان پخش‌شدگی آن در آزمایش جریان اسلامپ آن نیز برابر ۶۱۰ میلی‌متر گزارش شده است.

۲) ساخت پایه‌های ضربدری برج میلاد تهران

برج میلاد یکی از مرتفع‌ترین برج‌های مخابراتی جهان است که در شمال غربی تهران قرار دارد و از آن به عنوان نماد پایتخت ایران یاد می‌شود. ساخت این سازه عظیم که وزن تقریبی آن ۱۵۰ هزار تن است، در سال ۱۳۷۶ آغاز شد و در سال ۱۳۸۷ به پایان رسید. در فرایند ساخت برج از ۶۳ هزار متر مکعب بتن و ۱۷ هزار مترمربع شیشه استفاده شد. این برج علاوه بر بدنه بتنی، یک سازه فلزی رأس به وزن ۲۱۰ تن دارد که اصلی‌ترین بخش بهره‌برداری برج است. سازه رأس برج، ۱۲ طبقه داشته و سطح زیربنای تقریبی آن، ۱۲ هزار مترمربع است.

از بتن خود متراکم برای ساخت سازه لابی این برج مخابراتی چندمنظوره استفاده شده است. سازه لابی برج، پیرامون بدنه اصلی و در ۶ طبقه ساخته شده است. نمای اصلی لابی، شامل ۱۶ ستون ضربدری شکل است که لبه پیرامونی سقف نهایی لابی روی این ستون‌ها قرار گرفته است. علاوه بر این از بتن خودتراکم غیر سازه‌ای سفیدرنگ در نمای لابی برج استفاده شده است. نمای لابی، تلفیقی از بتن سفید، شیشه و بتن نقش‌دار است که جلوه‌گر ترکیبی از معماری مدرن و ایرانی است.

ساخت پایه‌های ضربدری شکل با استفاده از قالب پیش‌ساخته و بتن خود تراکم مورد مطالعه و اجرا قرار گرفته است. به این ترتیب این امکان فراهم شده که نقش چوب به وضوح روی سطح قطعات پیش‌ساخته نمایان شود. جهت یکپارچه شدن اجرای نمای پایه‌ها و اجتناب از ایجاد درز روی نما، این قطعات به صورت یک دال سه بعدی (به ضخامت ۷ سانتی‌متر) با مقطع U شکل به همراه یک درپوش اجرا شده و سپس از قطعات پیش‌ساخته به عنوان قالب استفاده شده و بتن خود متراکم سازه‌ای داخل قطعات ریخته شده است. برای ساخت پایه‌های ضربدری شکل برج، مجموع بیش از ۲۰۰۰ متر مکعب بتن خود متراکم تولید شده است.

۳) دیوار عکس‌العمل در آزمایشگاه سازه دانشگاه شربروک – کانادا

طراحی و ساخت یک دیوار عکس‌العمل قوی برای آزمایش دینامیکی مقاطع سازه‌ای بزرگ در آزمایشگاه سازه دانشگاه شربروک با کمک بتن خود تراکم صورت گرفته است. عملیات اجرای این پروژه در اواخر سال ۱۹۹۷ آغاز شد و هدف آن ارزیابی کاربرد بتن خود متراکم برای مقاصد سازه‌ای بود. عرض دیوار مذکور ۹٫۳ متر، ارتفاع آن ۷ متر و ضخامت آن ۴ متر است. دیوار روی یک سیستم پی با عمق ۳ متر قرار دارد که از تعدادی تیرهای با آرماتور زیاد متصل به بستر سنگی تشکیل شده است. دیوار ساخته شده نیز مسلح بوده و از سیستم پس‌کشیدگی برای آن استفاده شده است.

بتن مصرفی در یک کارخانه بتن محلی ساخته شده و در حجم‌های ۶ متر مکعبی به محل پروژه حمل شده است. در مجموع ۴۰ محموله بتن در هنگام تحویل در محل، آزمایش و مصرف شده‌اند. بتن خود متراکم به محل مصرف پمپ شده و تحت وزن خود میان آرماتورها جای گرفته است. استفاده از این نوع بتن این امکان را به سازندگان داده است که بتن‌ریزی را فقط از دو نقطه دیوار انجام دهند. حجم کل بتن SCC مصرفی ۲۴۰ متر مکعب بوده است. برخی از ویژگی‌های بتن مصرفی در این پروژه در جدول زیر آورده شده است.

نسبت‌های اختلاط
مواد سیمانی	۵۲۰ کیلوگرم در متر مکعب
سنگدانه ریز	سنگدانه شکسته (۵ تا ۱۰ میلی‌متر)
نسبت آب به مواد سیمانی	۰٫۴۲
افزودنی‌های شیمیایی مصرفی
فوق روان کننده بتن	۲٫۹ لیتر در تن
اصلاح‌کنند لزجت	۶ لیتر در تن
روان کننده	۱٫۳ لیتر در تن
ویژگی‌های بتن تازه
میزان هوا	۱ درصد
میزان پخش‌شدگی (جریان اسلامپ)	۶۴۰ میلی‌متر
زمان جریان )قیف v شکل)	۳٫۸ ثانیه

۴) بازار بزرگ Midsummer Place در لندن – انگلستان

این مرکز تجاری به مساحت ۴۰۰۰۰ مترمربع و با بودجه‌ای برابر ۶۵ میلیون پوند در سال ۲۰۰۰ میلادی در لندن اجرا شد. ستون‌های این مرکز تجاری به صورت بیضوی با تراکم آرماتور زیاد و به ارتفاع ۸٫۵ تا ۱۰ متر است. اجرای این پروژه با استفاده از بتن خود متراکم منجر به ۴۰% صرفه‌جویی در مدت زمان ساخت در مقایسه با بتن معمولی شده است. این مسأله همچنین حدود ۱۰٪ صرفه‌جویی در هزینه‌ها را در مقایسه با بتن معمولی و در نتیجه، کاهش نیروی انسانی و افزایش سرعت اجرا در پی داشته است.

۵) مزایا و کاربرد بتن خود تراکم در تونل رسالت – تهران

پروژه تونل شهری رسالت، دو تونل بلند از میدان آفریقا تا شرق دره نظامی گنجوی دارد که هر یک به طول ۸۲۷ متر در تونل کوتاه به هم پیوسته از غرب دره نظامی گنجوی تا قبل از بزرگراه کردستان هر یک به طول تقریبی ۱۷۵ متر با دهانه‌های بزرگ ۱۳٫۵ متری است. با احداث این تونل، امکان اتصال شرق به غرب تهران با کوتاه شدن مسیرها فراهم شده است. در این پروژه و در اجرای قسمتی از پوشش بتنی جداره تونل به دلیل عدم وجود دسترسی مناسب به فضای پشت قالب‌ها به منظور تراکم بتن، مزایا و کاربرد بتن خود تراکم به عنوان یک راه‌حل مناسب بررسی و به کار گرفته شده است.

 با توجه به بررسی‌های انجام شده و در نظر گرفتن شرایط پروژه، میزان سیمان پرتلند در طرح مخلوط بتن خود متراکم به ۴۰۰ کیلوگرم در متر مکعب و نسبت آب به سیمان به ۰٫۴۲ محدود شده است. همچنین به منظور بهبود خواص بتن تازه از افزودنی بتن اصلاح‌کننده لزجت و نیز پودر سنگ آهک استفاده شده است. در مجموع در این پروژه تقریباً از ۲۸۰۰ متر مکعب بتن SCC استفاده شده است.

بیشتر بخوانید: تولید بتن خود تراکم

۶) طرح توسعه حرم حضرت معصومه (سلام الله علیها) در قم – ایران

طرح توسعه حرم حضرت معصومه (سلام الله علیها)، اوایل سال ۱۳۸۱ در شهر قم و با زیربنایی معادل ۵۵ هزار مترمربع آغاز شد و در تیرماه ۱۳۸۴ به بهره‌برداری رسید. این بنا که در ضلع جنوبی حرم مطهر احداث شده، شامل صحن اصلی و چندین شبستان است. حداکثر طول دهانه در این سازه، اسکلت بتنی برابر با ۲۲ متر و حداکثر ارتفاع ستون‌ها ۱۹۷۶ متر می‌باشد. در کتیبه‌نویسی آیات قرآن در دیواره‌های اطراف حرم از بتن خود متراکم استفاده شده است.

کاربرد بتن خود متراکم تزیینی به رنگ سفید که در ساختار بتن نمایان سطوح نمای ساختمان ادامه یافته و مزین به آیاتی از قرآن با خط زیبا و برجسته ریحان است، یکی از کاربردهای منحصر به فرد این بتن را نشان می‌دهد. آسیب‌پذیری لبه تیز خط برجسته بتنی که در بخش‌های انتهایی حروف بسیار نازک می‌گردند، عدم امکان لرزاندن بتن و نیاز به پایداری در مقابل شرایط جوی، یخ‌زدگی و ضربه از دلایل استفاده از این نوع بتن در پروژه بوده است. نکته دیگر آنکه در بتن مذکور از سیمان سفید و ریزدانه‌های ماسه سفیدرنگ استفاده شده و به منظور کنترل جمع‌شدگی نیز الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده قرار گرفته است.

طرح مخلوط بتن خود متراکم استفاده شده در این پروژه، در جدول زیر ارائه شده است. همچنین مقاومت فشاری ۲۸ روزه نمونه‌های کارگاهی به طور متوسط حدود ۹۰ مگاپاسکال و مقاومت خمشی ۲۸ روزه نمونه‌ها حدوداً ۱۲ مگاپاسکال گزارش شده است.

مصالح	میزان (کیلوگرم در متر مکعب بتن)
سیمان پرتلند	۹۰۰
آب	۲۲۵
ماسه	۱۲۶۰
الیاف پلی پروپیلن	۲
فوق روان ساز	۱۳٫۵

۷) پل معلق Akashi – Kaiky6 در Awaji – shima و Kobe- ژاپن

یکی از برجسته‌ترین کاربردهای بتن خود متراکم در ژاپن را می‌توان ساخت پایه‌های پل عظیم Akashi – Kaiko دانست. این سازه عظیم که مجموعاً ۱۹۳۲۰۰ تن وزن دارد، با در نظر گرفتن سرعت زیاد باد و احتمال وقوع زلزله‌های شدید در محل پروژه طراحی شده است و عملیات ساخت آن در سال ۱۹۹۸ به پایان رسید. طول این پل در ابتدا به میزان ۳۹۱۰ متر طراحی شده بود، اما زلزله بزرگ Hanshin در ۱۷ ژانویه ۱۹۹۵ موجب افزایش یک متری طول پل شد.

طی عملیات اجرایی این پروژه، روش بتن‌ریزی به گونه‌ای انتخاب شد که بتن خود متراکم پس از تولید، مسافتی حدود ۲۰۰ متر را در لوله‌هایی طی می‌نمود تا به محل بتن‌ریزی منتقل گردد. برخی مشخصات مربوط به پل و فرایند اجرای آن به اختصار در ادامه‌ی مقاله «مزایا و کاربرد بتن خود تراکم» آورده شده است:

• طول دهانه میانی (طولانی‌ترین دهانه در دنیا): ۱۹۹۱ متر
• طول دهانه‌های کناری: ۹۶۰ متر
• حجم بتن تراکم مصرفی: ۲۹۰۰۰۰ متر مکعب
• مسافت حمل بتن خود تراکم از طریق لوله‌ها و پمپاژ: حدود ۲۰۰ متر
• طول کابل‌های به کار رفته در پل معلق: ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر
• هزینه احداث پل: ۴٫۳ میلیارد دلار
• صرفه‌جویی در مدت زمان ساخت پایه‌ها به دلیل کاربرد بتن خود متراکم در مقایسه با بتن معمولی: حدود ۲۰% (کاهش زمان از ۲٫۵ سال به ۲ سال)

۸) هتل و برج Trump در شیکاگو – ایالات متحده

هتل و برج Trump در حال حاضر چهارمین سازه مرتفع در کشور ایالات متحده است و در مجاورت شاخه اصلی رودخانه شیکاگو واقع شده است.

 این سازه دارای ۹۸ طبقه، ارتفاع کلی ۴۲۳ متر و فضای داخلی به مساحت ۲۴۰۰۰۰ مترمربع است. ابعاد این سازه در تراز معادل طبقات ۱۶، ۲۹ و ۵۱ کاهش یافته که این ترازها متناظر با ارتفاع سه سازه مشهور در مجاورت برج می‌باشند. هدف از این انتخاب، برقراری هماهنگی بصری بین نمای این برج و محیط پیرامون آن بوده است. عملیات ساخت این برج عظیم در سال ۲۰۰۹ به پایان رسید.

به دلیل ابعاد بزرگ اعضای سازه پیرامونی برج و شدت بارهای وارده، طراحی سازه‌ای این برج با چالش‌های فراوانی روبه‌رو بوده است. تا ارتفاع معادل طبقه ۵۱، مقاومت فشاری مورد نیاز همه ستون‌ها و دیوارها برابر ۸۳ مگاپاسکال (در سن ۹۰ روز) تعیین شده، در حالی که مقاومت موردنیاز برای برخی قسمت‌های سازه پیرامونی برابر ۱۱۰ مگاپاسکال بوده است. در فرایند طراحی سازه‌ای، علاوه بر مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته بتن نیز اهمیت زیادی دارد و محدودیت‌هایی برای میانگین مدول الاستیسیته بتن توسط طراحان سازه‌ای تعیین شده است.

سازندگان برای تأمین این خواسته‌ها از سنگدانه‌های آهکی متراکم با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۲ میلی‌متر استفاده کرده‌اند. تراکم زیاد آرماتور در برخی اعضای سازه‌ای، سازندگان را به مزایا و کاربرد بتن خود تراکم در این پروژه ترغیب کرده است. همچنین به منظور کاهش حرارت ناشی از واکنش‌های هیدراسیون در اعضای سازه‌ای حجیم، در مخلوط بتن خود متراکم از مواد مکمل سیمان مانند روباره کوره آهن‌گدازی و خاکستر بادی استفاده شده است.

ساخت دال یکپارچه بتنی به عمق ۳ متر زیر دیوارهای مرکزی، یکی از رخدادهای مهم در روند ساخت برج Trump بوده است. این دال بتنی عظیم در سال ۲۰۰۵ و بر اساس الزامات زیر ساخته شده است:

• کاربرد مخلوط بتنی خود تراکم
• حداقل مقاومت فشاری ۶۹ مگاپاسکال در سن ۵۶ روز
• میانگین مدول الاستیسیته استاتیک ۴۱ گیگاپاسکال در سن ۵۶ روز
• حداکثر دمای بتن برابر ۲۷ درجه سانتی‌گراد (زمان بتن‌ریزی)
• حداکثر دمای بتن پس از بتن‌ریزی برابر ۷۷ درجه سانتی‌گراد (محدود کردن افزایش دما بر اثر واکنش‌های هیدراتاسیون)
• حداکثر تفاوت دما بین هر دو نقطه از دال برابر ۴٫۵ درجه سانتی‌گراد

نسبت آب به مواد سیمانی ۰٫۲۶ تا ۰٫۲۸ برای ساخت این دال یکپارچه ۳۸۰۰ متر مکعب بتن خود تراکم طی یک مرحله (۲۲ ساعت) بتن‌ریزی شده است. برخی از ویژگی‌های مخلوط بتنی مورد استفاده برای ساخت این دال بتنی، عبارتند از:

• کاربرد سنگدانه درشت شکسته (دولومیت) با حداکثر اندازه ۲۰ میلی‌متر
• کاربرد سیمان آمیخته، شامل سیمان پرتلند نوع ۲، روباره کوره آهن‌گدازی و همچنین خاکستر بادی رده C
• کاربرد افزودنی شیمیایی دیرگیر کننده، افزودنی فوق روان کننده (پایه پلی کربوکسیلات) و افزودنی اصلاح‌کننده لزجت

بعد از گذشت ۵۶ روز از ساخت این دال، انجام آزمون روی استوانه‌های بتنی نشانگر مقاومت فشاری حدود ۱۰۰ مگاپاسکال و مدول الاستیسیته ۴۷ گیگاپاسکال بوده است. همچنین مغزه‌های تهیه شده از دال بتنی نشانگر توزیع یکنواخت سنگدانه‌های درشت در عمق دال بتنی بوده است. عملیات بتن‌ریزی این دال در عرض ۲۲ ساعت و با بکارگیری ۳۰ ماشین حمل بتن انجام شده که یکی از بزرگ‌ترین عملیات (یک مرحله‌ای) بتن‌ریزی در آمریکای شمالی و با کمک بتن خود متراکم بوده است.

۹) فرودگاه بین‌المللی Pearson در تورنتو کانادا

پروژه گسترش فرودگاه بین‌المللی Pearson در شهر تورنتو، یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های انجام شده در کشور کانادا است که در آن از بتن خود متراکم استفاده شده است. هزینه‌ این پروژه برابر با ۴٫۵ میلیارد دلار کانادا عنوان شده که شامل احداث یک پایانه جدید، احداث یک پارکینگ طبقاتی و اجرا و تعمیر روسازی است.

در فرایند ساخت پایانه، ۳۰۰۰ متر مکعب بتن خود متراکم آماده برای ایجاد ۱۸۰ ستون با موفقیت استفاده شده است. هر یک از این ستون‌ها دارای ارتفاع ۳۱ متر و قطر ۷۰ سانتی‌متر بوده و شامل ۱۲ الی ۳۰ میلگرد فولادی و یک مجرای عبور کابل‌های برق تعبیه شده در وسط ستون است. یک صفحه فولادی استخوانی شکل نیز در بالای ستون به منظور اتصال به خرپای سقف مورد استفاده قرار گرفته است.

به دلیل شرایط ویژه پروژه و عدم وجود فضای کافی برای جای‌دهی بتن به روش‌های متعارف، مهندسان این پروژه تصمیم به پمپ کردن بتن از قسمت تحتانی ستون گرفتند. برای عملی کردن این تصمیم، مهندسان باید بر چالش‌های فراوانی غلبه می‌کردند که یافتن نسبت‌های اختلاط متناسب برای مخلوط بتنی، انتخاب پمپ متناسب با این عملیات، کاربرد و اجرای اتصالات مناسب برای قسمت تحتانی ستون و در نهایت، زمان‌بندی مناسب تحویل بتن در محل پروژه به منظور پر کردن یکپارچه هر ستون، از جمله این چالش‌ها هستند.

بعد از بررسی‌های انجام شده، مهندسان پروژه بتن خود متراکم را به عنوان بهترین گزینه برای این فرایند در نظر گرفتند. بر این اساس گروه بتن، گروه طراحی سازه‌ای و گروه کنترل کیفیت پروژه روی طراحی مخلوط بتن خود تراکم دارای قطر پخش‌شدگی (آزمایش جریان اسلامپ) ۶۵۰ تا ۷۵۰ میلی‌متر و مقاومت فشاری ۳۰ مگاپاسکال در سن ۲۸ روز توافق کردند. علاوه بر این، زمان گیرش بتن باید به اندازه‌ای می‌بود که زمان کافی برای پمپ کردن ۱۲ متر مکعب بتن درون هر ستون را در اختیار سازندگان پروژه قرار می‌داد.

به منظور تضمین موفقیت پروژه، گروه بتن تصمیم به انجام عملیات شبیه‌سازی تولید و بتن‌ریزی آزمایشی پیش از شروع بتن‌ریزی اصلی گرفت. به این منظور از ماشین ۹۰۰ BPL جهت پمپ کردن بتن از طریق یک اتصال به قطر ۱۲۵ میلی‌متر استفاده شد، در حالی که ماشین مخصوص حمل بتن (هر یک دارای ۶ متر مکعب بتن خود متراکم) وظیفه تأمین بتن را بر عهده داشت. عملیات بتن‌ریزی به صورت پیوسته و با موفقیت انجام شد، در حالی که حداکثر فشار پمپ برابر با ۷ مگاپاسکال اندازه‌گیری شد.

در نهایت زمان‌بندی اجرای ستون‌های پروژه تعیین شد و به طور میانگین بتن‌ریزی چهارستون در هر روز انجام گرفت. در مواردی که مسائل پیش‌بینی نشده باعث تأخیر عملیات بتن‌ریزی در محل پروژه ‌شده است، سازندگان از افزودنی فوق روان کننده بتن برای نگه داشتن قطر پخش‌شدگی مخلوط بتنی در محدوده موردنظر استفاده می‌کردند. این در حالی است که برای تولید مخلوط بتنی از افزودنی فوق روان کننده (نوع F)، افزودنی روان کننده بتن (نوع A)، افزودنی روان کننده و دیرگیر کننده (نوع D) و در نهایت افزودنی اصلاح‌کننده لزجت استفاده شده است. حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتنی نیز ۱۰ میلی‌متر بوده است.

۱۰) مزایا و کاربرد بتن خود تراکم در پل Ritto – ژاپن

پل Ritto در مسیر آزادراه Meishin در نزدیکی شهر توکیو در کشور ژاپن ساخته شده است. در ساخت پل Ritto که در سال ۲۰۰۷ به اتمام رسید، از بتن خود تراکم برای ساخت پایه‌ها استفاده شده است. در واقع وجود انبوه آرماتورهای فولادی در طراحی پایه‌های پل، انگیزه اصلی سازندگان برای کاربرد این بتن خاص بوده است.

ارتفاع مرتفع‌ترین پایه پل ۶۵ متر است. همچنین برای استحکام کافی سازه در برابر زلزله، مقاومت فشاری ۵۰ مگاپاسکال برای بتن خود تراکم مورد استفاده در این پروژه انتخاب شده است. علاوه بر این، میزان پخش‌شدگی در آزمایش جریان اسلامپ برای این بتن بازه ۶۰۰ تا ۶۵۰ میلی‌متر تعیین شده است. طرح مخلوط و نتایج آزمایش‌های مختلف روی مخلوط بتن خود تراکم مورد استفاده در این پروژه، در جدول زیر ارائه شده است:

مصالح	میزان (کیلوگرم در متر مکعب بتن)
سیمان پرتلند	۴۷۰
آب	۱۵۵
سنگدانه ریز	۸۶۸
سنگدانه درشت (۱۳ میلی‌متر)	۳۳۶
سنگدانه درشت (۲۰ میلی‌متر)	۵۰۵
فوق روان کننده	۶٫۱۱

۱۱)  بزرگراه طبقاتی شهید صدر در تهران – ایران

بزرگراه طبقاتی شهید صدر را می‌توان جزو بزرگ‌ترین پروژه‌های شهری در کشور ایران دانست. ساخت این پل که در شمال تهران واقع شده است، در سال ۱۳۹۲ به اتمام رسید. در فرایند ساخت این سازه عظیم در مجموع ۱۰۰ هزار متر مکعب بتن خود متراکم تولید شد که از این منظر می‌توان این پروژه را شاخص‌ترین نمونه کاربرد بتن خود متراکم در کشور دانست.

این پل دارای دو مسیر رفت و برگشت (به طول ۱۹ کیلومتر) و عرض ۲۲٫۷ متر است و حجم کل بتن مصرفی برای ساخت آن حدود ۲۸۳ هزار متر مکعب می‌باشد. هدف اصلی از اجرای این پروژه عظیم، افزایش ظرفیت ترافیکی بزرگراه صدر از طریق انتقال بخشی از ترافیک به طبقه فوقانی بوده است. پل طبقاتی شهید صدر در مجموع دارای ۲۳۴ پایه بتنی است و در بعضی قسمت‌ها از پایه‌های دروازه‌ای شکل برای انتقال بارهای وارد بر سرستون‌ها استفاده شده، در حالی در سایر قسمت‌ها پل به صورت تک پایه طراحی شده است.

در فرایند ساخت سازه‌ای این پل، اجزایی از قبیل: ستون‌ها، شمع‌ها و پی‌ها به صورت درجا و با کمک بتن معمولی اجرا شده، در حالی که قطعات سر ستون و قطعات اصلی بدنه پل به کمک بتن خود متراکم و به صورت پیش‌ساخته در کارخانه‌ای خارج از محل پروژه تولید شده‌اند.

کاربرد بتن خود متراکم برای ساخت این قطعات، ضمن تسریع فرایند ساخت و دستیابی به سایر مزایا و کاربرد بتن خود تراکم سبب شده است ظاهر این قطعات که در معرض دید هستند، از شرایط مناسبی برخوردار باشند. با توجه به قرار گرفتن این پل در یک منطقه پرتردد شهری، مسأله زیبایی ظاهری به عنوان یکی از دغدغه‌های سازندگان از ابتدای پروژه مورد توجه بوده است.

در ارتباط با طرح مخلوط بتن خود متراکم و کاربرد این بتن، پس از انجام کار تحقیقاتی گسترده (به مدت ۶ ماه پیش از آغاز پروژه) و در نظر گرفتن پارامترهای تأثیرگذار متعدد و تعریف اهداف عملکردی مشخص، دو مخلوط به عنوان مخلوط‌های نهایی مورد استفاده سازندگان قرار گرفت. نسبت‌های اختلاط برای این دو مخلوط بتنی در جدول زیر ارائه شده است.

مصالح	مخلوط ۱	مخلوط ۲
سیمان پرتلند	۴۰۰	۴۱۰
ماسه	۹۵۵	۹۴۰
شن درشت	۳۵۴	۰
شن ریز	۳۵۴	۷۰۰
پودر سنگ آهک	۱۰۶	۱۱۶

قابل ذکر آنکه در این پروژه کاربرد مواد افزودنی معدنی مکمل سیمان پرتلند، علی‌رغم مزایای فراوانی که در ارتباط با خواص بتن سخت شده می‌تواند داشته باشد، در نظر گرفته نشد. مهم‌ترین دلیل این تصمیم، تغییرات ناخواسته در خواص این مواد معدنی است که این مسأله در بتن خود تراکم با توجه به حساسیت‌های زیادی که در مورد بتن تازه وجود دارد، می‌تواند مشکلاتی را ایجاد کند. این مسأله و به طور کلی تغییرات در ویژگی‌های مصالح مصرفی، یکی از چالش‌های اساسی پیش روی مهندسین طی فرایند تولید بتن SCC در مقیاس صنعتی است.

در ارتباط با مخلوط‌های بتنی، مخلوط ۱ با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۹ میلی‌متر برای ساخت قطعات با تراکم کمتر آرماتور و مخلوط ۲ با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۲ میلی‌متر برای ساخت قطعات با تراکم زیاد آرماتور، همانند تیرهای دروازه‌ای‌شکل واقع در بزرگراه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در هر دو مخلوط بتنی برای افزایش میزان ریزدانه مخلوط و بهبود خواص بتن خود تراکم در حالت تازه از پودر سنگ آهک استفاده شده است. برای تولید قطعات بتنی سرستون که هر کدام از ۷ قطعه تشکیل شده‌اند نیز از مخلوط ۲ استفاده شده است. این قطعات در کارخانه تولید شده و سپس روی ستون‌های بزرگراه شهید صدر نصب شدند. حجم بتن مصرفی برای تولید هر سرستون حدود ۱۵۰ متر مکعب است.

از میان مسائل و چالش‌های اجرایی فراوانی که سازندگان طی این پروژه با آنها روبه‌رو شده‌اند، می‌توان به نحوه اختلاط پودر سنگ آهک اشاره کرد. در ابتدای پروژه، ساخت مخلوط‌های آزمایشی بتن خود متراکم با کمک تجهیزات کارگاهی نشانگر ناهمگنی مخلوط حاصل، على‌رغم افزایش زمان اختلاط بود. دلیل اصلی این مسأله به هم پیوستن ذرات پودر سنگ آهک و اختلاط ناکافی این پودر با سایر اجزای بتن تشخیص داده شد. برای رفع این مشکل، ساخت مخلوطی متشکل از پودر سنگ آهک، آب و فوق روان کننده و افزودن این مخلوط مایع به سایر اجزای بتن مورد توجه قرار گرفت.

حاصل کار، راه‌اندازی یک دستگاه مخلوط‌کن خودکار در نزدیکی واحد تولید بتن بود که مخلوط مورد نظر را با نسبت‌های تعیین شده به صورت خودکار توزین و مخلوط می‌نمود. سپس مخلوط حاصل به کمک پمپ به مخزن اختلاط بتن فرستاده می‌شد.

همان‌گونه که عنوان شد، به دلیل وجود حجم زیاد آرماتور در تیرهای دروازه‌ای‌شکل بزرگراه، بتن‌ریزی این اعضا به کمک بتن خود متراکم توانمند (بتن خود متراکم پرمقاومت و دارای نفوذپذیری کم) دارای حداکثر اندازه سنگدانه ۱۲ میلی‌متر انجام شد. نمونه‌ای از وضعیت تراکم آرماتور در این تیرها در شکل زیر مشاهده می‌شود.

شکل زیر نمونه‌ای از پایه‌های دروازه‌ای‌شکل ساخته شده به کمک بتن خود متراکم واقع در بزرگراه شهید صدر را نشان می‌دهد که حجم تقریبی بتن به کار رفته در آن برابر ۱۷۰ متر مکعب است. آزمایش‌ها و بررسی تیرهای ساخته شده، نشانگر کاربرد و اجرای موفقیت‌آمیز بتن خود تراکم در این پایه‌ها است. شرایط ظاهری برتر و سطح مناسب اعضای بتنی ساخته شده در مقایسه با موارد اجرا شده به کمک بتن معمولی نیز حاکی از همین مسأله است.

رویکرد جدی به مسأله دوام بتن را می‌توان به عنوان دیگر مشخصه ممتاز پروژه بزرگراه طبقاتی شهید صدر برشمرد. با همکاری مرکز تحقیقات تکنولوژی و دوام بتن دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در این پروژه برنامه کنترل کیفی سختگیرانه‌ای به منظور ارزیابی دوام بتن SCC مورد استفاده برای ساخت قطعات بتنی پل طراحی و اجرا شد.

به این منظور در طول فرایند تولید بتن خود تراکم و ساخت قطعات بتنی، آزمایش‌های مختلفی از قبیل جذب آب حجمی، جذب آب مویینگی، مقاومت الکتریکی سطحی، نفوذپذیری در برابر آب، مقاومت سطح در برابر پوسته شدن در اثر کاربرد نمک‌های یخ‌زدا و مهاجرت تسریع شده یون‌های کلراید به صورت مداوم روی آزمونه‌های تهیه شده از بتن تولیدی کارخانه قطعات پیش‌ساخته انجام می‌شد و نتایج مورد بررسی و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی قرار می‌گرفت. پس از بررسی و تأیید مخلوط‌های بتنی موردنظر از منظر مقاومت فشاری و مشخصه‌های دوام توسط آزمایشگاه بتن، حمل قطعات بتنی به محل پروژه و عملیات نصب آنها صورت می‌گرفت.

در نهایت با توجه به موارد ذکر شده در خصوص کاربرد بتن SCC در پروژه‌های عظیم در کشورهای مختلف و نتایج موفقیت‌آمیز به دست آمده، می‌توان اقبال بیشتر مهندسین عمران به این نوع بتن خاص را در آینده متصور بود. در ایران نیز پروژه ساخت بزرگراه طبقاتی شهید صدر را می‌توان آغاز بکارگیری وسیع مزایا و کاربرد بتن خود تراکم و شروع تحولی در صنعت بتن دانست.

با آشنایی سازندگان ایرانی با روش‌های اجرا و مزایا و معایب بتن خودتراکم در چنین پروژه‌های عظیمی، می‌توان در آینده شاهد کاربرد صحیح و اصولی این محصول نوین و اجتناب از بکارگیری مصالح و روش‌های سنتی و هزینه‌بر و در نهایت ارتقای کیفیت سازه‌های بتنی بود. امیدواریم با مطالعه این مقاله توانسته باشید در مورد مزایا و کاربرد بتن خود تراکم اطلاعات کافی به دست آورید.