طرح اختلاط بتن آب بند: جدول مصالح و افزودنی‌ها

بتن ضد آب بتنی است که تمام تمهیدات لازم برای کاهش نفوذپذیری در آن در نظر گرفته شده باشد. هر چند استفاده از لفظ آب‌بند برای بتن صحیح نیست، چرا که هیچ‌گاه امکان آب‌بندی بتن به صورت صد درصد وجود ندارد؛ اما تأثیر نفوذپذیری بتن بر دوام، متخصصان را به تولید بتن‌هایی با نفوذپذیری پایین سوق داده است. در این مقاله از بلاگ رامکا به ارائه طرح اختلاط بتن آب بند به همراه جداول و نتایج مقاومت فشاری خواهیم پرداخت. پس با ما همراه باشید.

مشخصات مصالح مورد استفاده در طرح اختلاط بتن آب بند

بتن جسمی کامپوزیت است که از مواد سنگی (شن و ماسه)، چسباننده (سیمان) و افزودنی‌ها تشکیل شده است. در این بخش به توضیح مشخصات و ویژگی‌های مصالح مورد استفاده در طرح اختلاط بتن آب بند با رده مقاومتی C40 خواهیم پرداخت.

مصالح سنگی

برای ساخت بتن آب‌بند از سنگدانه‌های طبیعی و رودخانه‌ای استفاده می‌شود. مصالح درشت‌دانه از معدن واحدی و مصالح ریزدانه از معدن رازانی تهیه شده‌اند.

مشخصه	مصالح ریزدانه	مصالح درشت‌دانه
وزن مخصوص (اشباع با سطح خشک)	۲٫۶۱	۲٫۶۲
اندازه و سایز (میلی‌متر)	۰-۴٫۷۵	حداکثر بعد-۹٫۵
درصد شکستگی	۲۵	۲۵
مدول نرمی	۳	–
قابلیت جذب آب (%)	۳٫۴%	۱%

در شکل زیر، منحنی دانه‌بندی ماسه استفاده شده در طرح اختلاط تولید بتن آب‌بند نشان داده شده است.

سیمان و مواد مکمل

سیمان پرتلند پرکاربردترین چسباننده مورد استفاده در بتن‌ است. در طرح اختلاط بتن آب بند، از سیمان نوع ۲ نیزار قم استفاده شده است. این سیمان دارای وزن مخصوص ۳٫۱۴ و نرمی ۳۱۵۰cm/g است. از آن‌جا که این سیمان به صورت پاکتی تهیه شده، تمهیدات لازم برای محافظت آن از رطوبت و نور مستقیم در نظر گرفته شده 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 بررسی ویژگی‌های مصالح سنگی مورد استفاده در این طرح اختلاط، آزمایش‌های جذب آب مصالح و تعیین وزن مخصوص آن‌ها بر اساس استاندارد ASTM C128 انجام می‌گیرد. در جهت افزایش مقاومت و افزایش خاصیت آب‌بندی بتن، از محصول دوغاب میکروسیلیس میکرو شرکت رامکا استفاده شد. در این محصول پودر میکروسیلیس به نسبت یک به یک با آب مخلوط شده و این مقدار آب در طرح اختلاط مد نظر قرار گرفته شد.

آب و مواد افزودنی

برای تأمین آب طرح اختلاط بتن آب بند، از آب شرب شهر قم استفاده شد. برای آب‌بند سازی و به عبارت دقیق‌تر کاهش نفوذپذیری بتن، راهکارهای متفاوتی وجود دارد که از جمله آن می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

• کاهش نسبت آب به سیمان و استفاده از مواد کاهنده آب یا افزودنی‌های ابر روان کننده بتن
• استفاده از چسب بتن
• استفاده از مواد افزودنی کاهنده نفوذپذیری آب یا افزودنی‌های آب‌بند کننده بتن

در طرح اختلاط مورد بحث در این مقاله، رویکرد کاهش آب به سیمان و استفاده از ابر روان کننده بتن مد نظر بوده است. برای این منظور از ابر روان کننده نئون شرکت رامکا که بر پایه پلی کربوکسیلات اتر است، استفاده شد.

شرایط و روش ساخت طرح اختلاط بتن آب بند

در این بررسی تولید و عمل آوری بتن، مطابق استاندارد ملی ۲-۱۶۰۸ انجام گرفت. در کارخانه‌های تولید بتن آماده، دمای سیمان مصرفی ذخیره شده در سیلوها به ۷۵ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. دمای بتن تأثیر عمده‌ای بر خصوصیات و کیفیت بتن دارد. از این رو هنگام استفاده از سیمان برای ساخت و تولید بتن، کنترل دمای آن حائز اهمیت است. در این بررسی برای اطمینان از کیفیت بتن تولیدی، سیمان به مدت یک هفته در محیط قرار داده شد و دمای آن هنگام تولید بتن ۲۵ درجه بود.

همان‌طور که می‌دانید رطوبت سنگدانه‌ها سبب ورود آب اضافی به بتن می‌شود و باید میزان رطوبت آن‌ها در محاسبه آب طرح اختلاط بتن مد نظر قرار گیرد. به همین جهت درصد رطوبت سنگدانه‌های مصرفی مطابق استاندارد ملی ۴۹۸۳ اندازه‌گیری شد. طبق نتایج آزمایشات تعیین رطوبت، درصد رطوبت ریزدانه در بازه ۳ تا ۳٫۵ و درصد رطوبت درشت‌دانه در بازه ۰٫۵ تا ۰٫۷ قرار داشت . لذا می‌توان گفت این مواد درصد رطوبت تقریباً ثابتی دارند.

برای تولید بتن آب‌بند با مقاومت ۴۰ مگاپاسکال، اختلاط مصالح با میکسر دستی انجام شد. پیش از بکارگیری میکسر دستی، بهتر است جداره داخلی میکسر مرطوب و خیس شود تا جذب آب آن‌ها از بتن به حداقل برسد.

برای ساخت بتن، ابتدا سنگدانه‌ها داخل میکسر ریخته می‌شود. سپس بخشی از آب اختلاط بتن به سنگدانه‌ها اضافه شده و به مدت یک دقیقه با هم میکس می‌شوند.

بعد از این مرحله دوغاب میکروسیلیس، سیمان و مابقی آب اختلاط بتن به میکسر اضافه شده و یک دقیقه دیگر مخلوط می‌شوند. پس از کسب اطمینان از اختلاط مناسب آب با سیمان، ابر روان کننده نئون به مخلوط بتنی اضافه شده و به مدت سه دقیقه دیگر تا به دست آمدن مخلوطی همگن میکس می‌شود.

بعد از اتمام ساخت بتن، مخلوط بتنی در قالب‌های مکعبی ۱۰×۱۰ ریخته می‌شود. بدین منظور بتن طی سه مرحله درون قالب ریخته شده و در هر مرحله با استفاده از میله‌ای ۲۵ ضربه به آن وارد می‌شود تا متراکم گردد. پیش از ریختن بتن‌ها درون قالب با استفاده از روغن قالب مایا سطوح داخلی قالب‌ها چرب می‌شوند تا هنگام خروج آزمونه از قالب، آسیب فیزیکی و لب‌پریدگی به وجود نیاید و آزمونه‌ به راحتی از قالب خارج شود.

برای عمل‌آوری بتن، قالب‌ها به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۲۱ درجه نگهداری شده و برای جلوگیری از تبخیر آب آزمونه‌ها از پارچه چتایی خیس استفاده می‌شود. پس از گذشت ۲۴ ساعت، قالب‌ها باز شده و تا زمان انجام آزمایش مقاومت فشاری در حوضچه آب در دمای ۲۲ درجه نگهداری می‌شود.

جدول طرح اختلاط بتن آب بند

از آن‌جا که در این طرح اختلاط از دوغاب میکروسیلیس میکرو استفاده شد – که ۵۰% وزن آن، آب و نیم دیگر آن میکروسیلیس است – مقدار آب موجود در آن در نسبت آب به سیمان مد نظر قرار گرفته شد.

جهت ساخت بتن آب‌بند، مصالح با مشخصات ذکر شده به نسبت‌های زیر با یکدیگر مخلوط می‌شوند:

مصالح مورد استفاده	مشخصات	مقدار در یک متر مکعب بتن آب‌بند
ماسه SSD	ماسه طبیعی با درصد شکستگی ۲۵	۱۱۰۰ کیلوگرم
شن SSD	حداکثر بعد ۹٫۵ میلی‌متر	۷۵۰ کیلوگرم
سیمان	سیمان تیپ ۲ نیزار	۴۲۰ کیلوگرم
دوغاب میکروسیلیس	دوغاب میکروسیلیس میکرو	۸۰ کیلوگرم
ابر روان کننده	ابرروان کننده نئون (پایه پلی کربوکسیلات)	۲ کیلوگرم
آب	آّب شرب شهر قم	۹۰ کیلوگرم
نسبت آب به سیمان	–	۰٫۲۸

مشخصات بتن آب‌بند تولید شده

برای ارزیابی کارایی و روانی بتن تولید شده از آزمایش اسلامپ استفاده شد. این آزمایش مطابق با استاندارد ملی ۲-۳۲۰۲ و روی سه آزمونه انجام شد و در نهایت، میانگین نتایج به عنوان عدد اسلامپ در نظر گرفته شد.

برای ارزیابی عملکرد بتن آب‌بند و میزان نفوذپذیری آن، آزمایشات جذب آب در ۳۰ دقیقه و تعیین عمق نفوذپذیری بتن تحت فشار آب نیز انجام شد. تعیین حداکثر جذب آب نیم ساعته طبق استاندارد ملی ۱۲۲-۱۶۰۸ و حداکثر عمق نفوذ آب تحت فشار طبق استاندارد ملی ۵-۳۲۰۱ انجام شد.

در جدول زیر میزان اسلامپ، جذب آب بتن در ۳۰ دقیقه، عمق نفوذپذیری بتن تحت فشار آب، درصد حباب هوا و وزن مخصوص بتن تازه گزارش شده است.

اسلامپ	۱۶ سانتی‌متر
جذب آب در ۳۰ دقیقه	۰٫۳ درصد
عمق نفوذپذیری بتن تحت فشار آب	۲۳ میلی‌متر
وزن مخصوص بتن تازه	۲۴۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب
میزان حباب هوای بتن تازه	۳ درصد

بیشتر بخوانید: عوامل مؤثر بر طرح اختلاط بتن

نتایج آزمایش مقاومت فشاری بتن

به منظور آماده‌سازی آزمونه‌ها برای آزمون مقاومت فشاری، الزامات استاندارد ملی ۳-۱۶۰۸ مد نظر بوده است. در این بررسی از آزمونه‌های مکعبی ۱۰×۱۰ استفاده شد. به همین دلیل نیاز است مقدار مقاومت فشاری به دست آمده از شکستن این نمونه‌ها به مقدار مقاومت فشاری نمونه استوانه‌ای استاندارد تبدیل شود.

نکته حائز اهمیت در تست مقاومت فشاری، تأثیر رطوبت آزمونه‌ها بر نتیجه آزمایش است. برای توضیح بیشتر باید گفت اگر دو آزمونه در شرایط یکسان تولید و عمل‌آوری شوند، اما هنگام آزمایش مقاومت فشاری یک آزمونه خشک و دیگری خیس باشد، آزمونه خیس مقاومت فشاری کمتری نشان می‌دهد.

دلیل این امر وجود فشار آب منفذی اضافی در آزمونه خیس است که سبب کاهش مقاومت فشاری می‌شود. برای حذف این خطا، تمام آزمونه‌ها درحالت اشباع و دارای سطح خشک مورد آزمایش قرار گرفتند. در این‌جا نیز برای اطمینان بیشتر، آزمایش مقاومت فشاری روی سه آزمونه انجام شد و میانگین نتایج به عنوان مقاومت فشاری در نظر گرفته شد.

نتایج مقاومت فشاری آزمونه استوانه‌ای استاندارد این طرح اختلاط در سنین ۷ و ۲۸ روز در جدول گزارش شده است.

سن (روز)	چگالی نمونه (کیلوگرم بر متر مکعب)	مقاومت فشاری (معادل استوانه ۱۰ در ۲۰)
۷	۲۳۵۵	۳۲٫۱ مگاپاسکال
۲۸	۲۳۵۰	۴۳٫۵ مگاپاسکال

گفتنی است آزمایشات جذب آب، اسلامپ و مقاومت فشاری و دیگر نتایج گزارش شده در این مقاله، با مصالح مذکور و در آزمایشگاه واحد تحقیق و توسعه رامکا حاصل شده است.

در این مقاله از بلاگ رامکا، طرح اختلاط مناسب برای تولید بتن آب‌بند با مقاومت ۴۰ مگاپاسکال ارائه شد. ساخت و تولید بتن آب‌بند با مصالح و افزودنی‌های مختلفی میسر است، اما در این مقاله سعی بر آن بود تا با بهره‌گیری از انواع افزودنی بتن در دسترس (ابرروان کننده‌‌ها) و مصالح پر کننده (میکروسیلیس) بتن آب‌بند تولید شود. بتن‌های آب‌بند در ساخت مخازن آب، استخر‌ها، سازه‌های مجاور دریا و سازه‌هایی که در معرض مواد شیمیایی مضر هستند و نیاز به نفوذپذیری پایین دارند، کاربرد دارد.