طرح اختلاط بتن آزمایشگاهی: جدول طرح پیشنهادی

جهت ساخت مخلوط‌های آزمایشگاهی، نیاز به طرح اختلاط بتن آزمایشگاهی است؛ طرح اختلاطی که به طور دقیق نسبت‌های مختلف مواد و مصالح را تعیین کرده و تأثیر متغیرها را روی مواد بررسی کند. به همین دلیل، در این مقاله از بلاگ رامکا بر آن شدیم با محاسبه نسبت‌های اختلاط و تعیین اثر متغیرها روی مقدار آب مورد نیاز و حباب هوا، روش‌های محاسبه طرح اختلاط بتن کارگاهی و آزمایشگاهی را در اختیار شما قرار دهیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

طرح اختلاط بتن آزمایشگاهی

۱) به منظور دستیابی به طرح اختلاط مناسب، مخلوط آزمایشی را با ظرفیت کافی جهت تأمین چهار نمونه در هر سن برای انجام مقاومت‌های فشاری ۷ روزه و ۲۸ روزه انتخاب کنید. لازمه این هدف، تهیه مخلوطی به حجم حدود ۷۰ لیتر است. محاسبات مربوط به این مخلوط برای دستیابی به نتایج مورد نظر، در جدول ذیل آمده است:

اجزا	نسبت‌های اختلاط در متر مکعب (kg)	وزن برای ۷۰ لیتر مخلوط آزمایشی (kg)	درصد رطوبت	وزن آب اضافی سنگدانه (kg)	وزن‌های اصلاح شده مخلوط آزمایشی (kg)
سیمان نوع II	378	26.5	–	–	26.5
آب	۱۷۰	۱۱٫۹	–	۱٫۸	۱۰٫۱
سنگدانه ریز	۵۱۱	۳۵٫۸	۵	۱٫۸	۳۷٫۶
سنگدانه درشت	۱۲۲۵	۸۵٫۸	S.S.D	0	85.8
کل ماده حباب هوازا	۲۲۸۴	۱۶۰		0	160

۲) جهت جبران رطوبت سنگدانه‌ها، باید مقدار رطوبت آزاد محاسبه شود. رطوبت آزاد، آب بیش از حد جذب سنگدانه است که به عنوان آب اختلاط در دسترس قرار می‌گیرد. سنگدانه‌های درشت در وضعیت اشباع سطح خشک داشته و فقط آب جذب شده دارند. این در حالی است که سنگدانه‌های ریز ۵% رطوبت آزاد دارند. بنابراین وزن پیمانه ماسه به لحاظ در نظر گرفتن این آب، افزایش داده شده و متناسب با آن، آب اختلاط کاهش یافته است.

محاسبات عبارت است از:

۳۵٫۸+۰٫۰۵=۱٫۸kg

در طرح اختلاط بتن آزمایشگاهی، این وزن آب باید به وزن محاسبه شده برای سنگدانه ریز در حالت اشباع با سطح خشک اضافه شود:

۳۵٫۸+۱٫۸=۳۷٫۶kg

۳) مصالح در دمای اتاق (۲۰ تا ۲۵ درجه سانتی‌گراد) برای مخلوط آزمایشی به ترتیب زیر پیمانه می‌شوند:

• سنگدانه‌ها را به صورت یکجا با مقیاسی به دقت ۱۵ گرم، با شروع از کوچک‌ترین اندازه وزن کنید. ظرفی با اندازه کافی به میزان یک پیمانه کامل یا نیم پیمانه با اصلاح وزن ظرف را استفاده نمایید. هنگام توزین سنگدانه‌های ریز به منظور جلوگیری از جداشدگی، بهتر است آن را قدری مرطوب کنید.
• سیمان را جداگانه وزن کنید.
• آب را به مقداری بیشتر از میزان مورد نیاز وزن کنید. ماده حباب هوا ساز بتن را به بخشی از آب اضافه نمایید. برای این بخش از آب، حدود دو سوم مقدار کل مورد نیاز برای مخلوط آزمایشی را استفاده کنید.

۴) روش مخلوط کردن به صورت زیر است:

• ظرفیت مخلوط‌کن باید برابر با اندکی بیشتر از اندازه مخلوط باشد.
• مخلوط‌کن باید با مخلوط اولیه، شامل مقدار کمی‌ ملات با همان ترکیب ملات مخلوط اصلی، آغشته به ملات شود. در نتیجه، داخل مخلوط‌کن پوشش داده شده و ملات اضافی باید تخلیه گردد.
• سنگدانه‌های درشت و ریز را با حدود دو سوم آب پیش‌بینی شده که شامل کل ماده حباب هوازا است، در مخلوط‌کن جای دهید. سیمان را اضافه کرده و به مدت حدود نیم دقیقه مخلوط‌ کنید. سپس آب را از مقدار اندازه‌گیری شده تا زمانی که به نظر می‌رسد بتن درون مخلوط‌کن به اسلامپ مطلوب رسیده، اضافه نمایید.
• مصالح را به مدت ۳ دقیقه مخلوط‌ کنید. مخلوط‌کن را به مدت ۳ دقیقه خاموش کرده و سپس مجدداً به مدت ۲ دقیقه مخلوط نمایید.
• بتن را در یک ظرف آب‌بند و غیرجاذب تخلیه کنید. این ظرف باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند کل مخلوط را نگه داشته و اجازه مخلوط مجدد توسط بیل را بدهد. به منظور رفع هر گونه جداشدگی که امکان دارد حین تخلیه مخلوط اتفاق افتاده باشد، مجدداً آن را مخلوط کنید.
• مقدار آبی که عملاً استفاده شده را با تفریق وزن آب باقیمانده از وزن مقدار آب اولیه توزین شده، محاسبه نمایید.

۵) پس از اختلاط مجدد، آزمایش‌های زیر را انجام دهید:

• اسلامپ به روش ASTM CI43
• مقدار هوا به روش ASTM C231 (روش فشار) با ASTM C173 (روش حجمی). روش حجمی‌ را فقط برای بتن تولید شده با سنگدانه متخلخل استفاده نمایید.
• وزن واحد حجم به روش ASTM C138
• نمونه‌های مقاومت بر اساس روش‌های مندرج در ASTM C192
• بتن استفاده شده برای آزمایش‌های تعیین مقدار هوا باید تخلیه شود، ولی بتن به کار رفته برای سایر آزمایش‌ها را می‌توان جهت ساخت نمونه‌های مقاومت، مجدداً با باقیمانده مخلوط بتن ترکیب نمود.

۶) توجه داشته باشید بتن تولید شده با طرح اختلاط بتن آزمایشگاهی، به دلیل تغییرات در آب مورد نیاز، مقدار هوا و اختلافات جزئی احتمالی در چگالی‌های ویژه انحرافات آزمایش، با شرایط پیش‌بینی شده متفاوت خواهد بود.

منحنی‌های مقاومت برای مخلوط‌های آزمایشی

قانون نسبت آب به سیمان را می‌توان جهت تعیین مخلوط‌های با مقاومت‌های معین با بکارگیری مجموعه‌ای از انواع طرح اختلاط بتن آزمایشگاهی به کار برد. این روش در آیین‌نامه ساختمانی ACI برای بتن مسلح، هنگامی‌ که نتایج آزمایش‌های مورد اطمینان قبلی در دسترس نباشد یا وقتی نسبت‌های اختلاط مصالح جدید با خواص ناشناخته مورد نظر باشد، ضروری تشخیص داده شده است.

روش معمول بدین صورت است که: حداقل ۳ یا ترجیحاً ۴ مخلوط آزمایشی با مقادیر مختلف سیمان و اسلامپ ثابت ساخته ‌شود. در این مخلوط‌ها، کل مقدار آب در واحد حجم بتن یکسان است. در نتیجه ۳ یا ۴ نسبت آب به سیمان وجود دارد که محدوده‌ای از مقاومت‌های فشاری که شامل مقاومت فشاری مورد نیاز در پروژه باشد را به دست می‌آورد.

اطلاعات به دست آمده از هر مخلوط باید شامل: نسبت آب به سیمان، درصد هوا، اسلامپ و ویژگی‌های کارایی باشد. محاسبات حجم بتن تازه، امکان محاسبه مقادیر آب، سیمان، سنگدانه ریز و سنگدانه درشت در هر متر مکعب از مخلوط را فراهم می‌کند.

در این طرح اختلاط، نیازی به محاسبه اصطلاحات نیست، زیرا نتایج در نقاط واقعی مربوط به خود روی منحنی رسم می‌شوند. نمونه‌های استوانه‌ای [و تیرها در صورت لزوم] باید طبق ضوابط ASTM C192 عمل آورده شوند. سه نمونه استوانه‌ای باید در سن ۷ روزگی و سه نمونه باید در سن ۲۸ روزگی آزمایش شوند. تیرها باید مطابق ضوابط مذکور در مشخصات یا مانند استوانه‌ها آزمایش گردند.

نمونه‌ای از منحنی مقاومت فشاری از چهار طرح اختلاط بتن آزمایشگاهی، در شکل بالا نمایان است. نسبت آب به سیمان و طرح اختلاط مربوط برای مجموعه‌ای از مصالح مشخص را می‌توان از این منحنی به دست آورد. منحنی بالا و نکات جدول ذیل، نتایج زیر را در اختیار ما می‌گذارد.

	مخلوط ۲	مخلوط ۳	مخلوط طرح شده برای ۲۴ مگاپاسکال
نسبت آب به سیمان	۰٫۵	۰٫۶	۰٫۵۵
آب (کیلوگرم)	۱۸۹	۱۸۵	۱۸۷
سیمان (کیلوگرم)	۳۷۸	۳۰۸	۳۴۳
سنگدانه ریز در حالت SSD (کیلوگرم)	۶۹۱	۷۶۵	۷۲۸
سنگدانه درشت در حالت SSD (کیلوگرم)	۱۲۰۳	۱۲۰۳	۱۲۰۳

اگر سایر ملاحظات مربوط به دوام، نسبت آب به سیمان پایینی را دیکته نمی‌کند، نسبت ۰٫۵۵ را به کار برید. این نسبت آب به سیمان را برای درون‌یابی خطی مقادیر مصالح تشکیل‌دهنده، از مقادیر مربوط به نزدیک‌ترین دو مخلوط رسم شده استفاده نمایید.

مقاومت‌های فشاری با مقاومت‌های خمشی مرتبطند، ولی رابطه آن‌ها کاملاً خطی نیست. ویژگی‌های مصالح مختلف با درجات متفاوت روی هر یک تأثیر می‌گذارد. به منظور تعیین نسبت برای تأمین مقاومت خمشی مشخص، ساخت مخلوط‌های آزمایشی با آزمایش‌های مربوط به تیرها ضروری است. هرگز نباید مقاومت خمشی را از روی نتایج مقاومت فشاری پیش‌بینی کنید.

بیشتر بخوانید: طرح اختلاط بتن کارگاهی

اصلاحات طرح اختلاط بتن آزمایشگاهی

مخلوط‌های طرح شده در آزمایشگاه همواره باید در کارگاه تصحیح شوند. ضرورت این امر به علت وجود متغیرهای زیادی است که روی نسبت‌های اختلاط تأثیر می‌گذارند. درجه حرارت روی اسلامپ تأثیر داشته و باعث تغییر در نسبت آب به سیمان برای اسلامپ یکسان می‌شود.

 باید توجه داشت استفاده از افزودنی‌های کندگیرکننده، زمان گیرش را بالا می‌برد، ولی عموماً اثری روی افت اسلامپ ناشی از افزایش دما ندارد. هنگامی ‌که دماهای بالاتر مطرح است، اضافه کردن کندگیرکننده‌های کاهش‌دهنده آب به عنوان وسیله‌ای برای کاهش آب می‌تواند مسأله را جبران کند.

تغییرات در دانه‌بندی و شکل سنگدانه‌ها نیز بر میزان آب مورد نیاز مؤثرند. تغییری به میزان ۰٫۲۰± در مدول نرمی‌ ماسه، معمولاً موجب ایجاد تغییر در نسبت‌های اختلاط می‌شود. عموماً افزایش ۰٫۲۰ در مدول ماسه، کاهش ۲۲٫۵kg سنگدانه درشت را در متر مکعب بتن با افزایش مشابه در حجم جامد معادل سنگدانه ریز ضروری می‌سازد. این امر ممکن است باعث افزایش ۴% در مقدار آب شود و در صورت کاهش مدول نرمی به میزان ۰٫۲۰، موارد فوق باید در جهت عکس صورت گیرد.

تغییر در دانه‌بندی سنگدانه‌های درشت ممکن است مقدار حفرات را تحت‌تأثیر قرار دهد که باعث تغییر مقدار ماسه لازم می‌شود. این امر با تغییر در وزن واحد حجم خشک میله خورده منعکس می‌شود. برای سنگدانه با مشخصات داده شده، کاهش در واحد حجم به معنای افزایش حفره‌ها بوده و در نتیجه، ماسه مورد نیاز افزایش می‌یابد.

تغییر در شکل ذرات، شامل نسبت بزرگ‌تری از دانه‌های طویل و پولکی، جهت تأمین اسلامپ یکسان، ماسه و آب بیشتری است. عکس این مطلب نیز صادق است. نشان داده شده هر ۱% افزایش مقدار هوا، کاهش ۳% آب مورد نیاز را به دنبال خواهد داشت. عکس این تأثیر برای هر ۱% کاهش مقدار هوا نیز صادق است.

جهت ثابت ماندن حجم، به ازای هر ۱% افزایش مقدار هوا، سنگدانه ریز باید ½% کاهش یابد و بالعکس در صورتی که مقدار هوا کاهش یابد. عموماً با تغییرات مقدار هوا به میزان ۱±% نیازی به تغییر نسبت‌های اختلاط نیست، زیرا این میزان بالا و پایین رفتن در یک دوره عملیات طبیعی است؛ اما در صورتی که مقدار هوا پیوسته پایین یا بالا باشد، باید تغییر در ماده حباب هوازا یا نسبت‌های اختلاط انجام شود. هر ۲۵ میلی‌متر افزایش اسلامپ باعث افزایش ۳% آب مورد نیاز خواهد شد.

به طور کلی بروز تغییرات به میزان حدود ۰٫۰۲ در نسبت آب به سیمان قابل قبول بوده و نیازی به تغییر در نسبت‌های اختلاط نیست؛ اما در صورتی که نسبت آب به سیمان همواره دارای تغییر در یک جهت باشد، بنا به احتیاط باید اصلاح نسبت‌ها انجام شود. هر گونه تصحیحی در نسبت‌ها در کارگاه باید با استفاده از مخلوط‌های آزمایشی و رابطه نسبت آب به سیمان انجام گیرد، مگر اینکه نتایج پیوسته مقاومت فشاری به گونه دیگری این امکان را فراهم سازد.

همان‌طور که گفته شد مخلوط‌های بتن آزمایشگاهی و دستیابی به طرح اختلاط بتن کارگاهی حتماً باید در آزمایشگاه انجام شود؛ به واسطه اینکه متغیرهای زیادی روی نسبت‌های اختلاط تأثیر می‌گذارند. در این مقاله تلاش شد متغیرهای مرتبط با نسبت‌های اختلاط بررسی شود و شرح دقیقی از نسبت‌های اختلاط تبیین گردد. امیدواریم با مطالعه این مقاله توانسته باشید به اطلاعات کاملی در این زمینه دست یابید.