ماناملات

تولید و اجرای تخصصی کفپوش بتنی و رزینی
افزودنی های بتن و محصولات پایه سیمانی

شبکه های اجتماعی
شماره تماس
بتن بدون جمع شدگی

بتن بدون جمع شدگی

بتن بدون جمع شدگی، با سیمان منبسط شونده ساخته می شود، و بر اثر آن، به علت مقید شدن توسط آرماتور، به اندازه مقدار پیش بینی شده جمع شدگی ناشی از خشک شدن، و یا کمی بیش از آن، منبسط میشود.

فهرست مطالب

تعریف و مفهوم

براساس تعریف کمیته 223 ACI(۳۲)، بتن بدون جمع شدگی، با سیمان منبسط شونده ساخته می شود، و بر اثر آن، به علت مقید شدن توسط آرماتور، به اندازه مقدار پیش بینی شده جمع شدگی ناشی از خشک شدن، و یا کمی بیش از آن، منبسط میشود. در هنگام منبسط شدن بتن، بر اثر مقید شدن، تنشهای فشاری در آن به وجود می آید. اما با جمع شدگی ناشی از خشک شدن، این تنشها کاهش می یابد. در حالت ایده آل، مقداری فشار در بتن باقی می ماند و در نتیجه از خطر ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی جلوگیری می شود.

منحنی شکل ۱۱-۱۶ رفتار بتن دارای سیمان پرتلند را، با رفتار یک بتن دارای سیمان منبسط شونده نوع K، در مدت عمل آوری مرطوب اولیه، و خشک شدن بعدی آن در هوا، مقایسه می کند. به طور خلاصه، بتن بدون جمع شدگی، برای کاهش یا جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از خشک شدن در اعضای بتن آرمه، استفاده می شود. در حین هیدراته شدن سیمان نوع K، مقدار زیادی اترینگایت تشکیل می شود.

نسبت های اختلاط و خصوصیات بتن مصرفب در ساخت سکوی کاندیپ نروژ

نسبت اختلاط بتن در سکوی کاندیپ

هنگامی که بتن گیرش می یابد و مقاومت کسب می کند، با آرماتور پیوند برقرار کرده و در همان زمان، بر اثر وجود آب کافی برای عمل آوری، شروع به انبساط می کند (به مباحث مربوط به مکانیزم انبساط ناشی از اترینگایت مراجعه کنید). پیوستگی بین فولاد و بتن سبب می شود که انبساط بتن، تحت اثر قید فولاد، در فولاد کشش ایجاد کند، و در عین حال، خود بتن تحت فشار قرار گیرد. در پایان مدت عمل آوری در شرایط مرطوب، هنگامی که عضو در شرایط محیط خشک قرار میگیرد، مانند بتن دارای سیمان پرتلند معمولی، جمع شدگی پیدا میکند. جمع شدگی، قبل از اعمال تنش کششی به بتن، ابتدا پیش فشردگی را آزاد می کند. با جلوگیری از ایجاد تنش کششی زیاد، احتمال خطر ترک خوردگی حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن کاهش می یابد.

اهمیت

جمع شدگی ناشی از خشک شدن، یک خاصیت مهم سیلیکات کلسیم هیدراته شده است که محصول اصلی هیدراتاسیون سیمانهای پرتلند می باشد. بنابراین همانطور که در فصل ۴ نیز شرح داده شد، اعضای بتنی کوچک و متوسط، مستعد جمع شدگی ناشی از خشک شدن هستند و معمولا ترک می خورند. این امر بدین خاطر صورت میگیرد که بتن تمایل به آزاد شدن از دست تنشهای وارده دارد و اگر این تنشها از مقاومت ماده بیشتر شود، بتن ترک می خورد. ترکها در بتن موجب افزایش تراوایی و در نتیجه کاهش دوام بتن در مقابل مواد مضر می شوند، و در بعضی از موارد، بر ایمنی سازهای اعضای بتنی نیز اثر می گذارند.

در آیین نامه های جدید طراحی و ساخت، فرض می شود که بتن ترک خواهد خورد، و در عین حال سعی می شود که این مشکل به طرق مختلف حل گردد. از جمله این روشها، انتخاب و طرح اختلاط بتنی است که جمع شدگی کمتری داشته باشد. ایجاد درزهای مناسب در دالهای کف یا محوطه، و مسلح کردن بتن با آرماتور، ابداع و استفاده از سیمان منبسط شونده، نیز راه حل های مناسبی اند که از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه می باشند. از زمانی که برای اولین بار در حدود ۲۰ سال پیش، از بتن بدون جمع شدگی، در ایالات متحده استفاده شد، تاکنون، کاربرد این نوع بتن در بسیاری از اعضای سازه ای و ساختمانی، مانند دالها، محوطه، سقف، منابع آب و تاسیسات تصفیه فاضلاب، مفید و موفقیت آمیز بوده است.

(الف)مقایسه خصوصیات تغییر طول بتن های ساخته شده از سیمان پرتلند و سیمان نوع K (ب) شکل ها نشان می دهند که چطور چطور نوع K در مقابل ترک خوردن ناشی از جمع شدگی مقاومت می‌کنند

Adobe Scan 24 May 2021 2

مصالح و نسبتهای اختلاط

براساس آیین نامه کمیته 223 ACI، همان مصالح و روشهایی که برای تولید بتن معمولی لازم است برای تولید بتن بدون جمع شدگی نیز لازم است. برای گسترش انبساط، لازم است که در ۷ روز اول پس از بتن ریزی، عمل آوری با آب، به طور کامل صورت گیرد. همچنین طراحی سازه باید به نحوی باشد که از انبساط پس از جمع شدگی، اطمینان حاصل گردد. برای دستیابی به جزئیات اجرایی می توان به آیین نامه کمیته 223 ACI ، تحت عنوان «توصیه های عملی برای استفاده از سیمانهای منبسط شونده»، مراجعه کرد. برای انبساط بتن دو روش وجود دارد. روش اول، استفاده از سیمان پرتلند اصلاح شده (سیمان نوع K) است که دارای C4A35 می باشد.

این ماده، منبع اصلی آلومینات فقال برای تولید اترینگایت است. روش دوم، افزودن مواد مناسب منبسط شونده به سیمان پرتلند بتن است. برای حصول اطمینان از انبساط و قید، در زمانی که از سیمان نوع K استفاده می شود، توصیه می شود که حداقل سیمان مصرفیkg/m³ 30۵ بوده و حداقل، 0.1۵ درصد آرماتور در بتن وجود داشته باشد. ترکیب و خصوصیات سیمانهای منبسط شونده در فصل ۶ شرح داده شده است.

در خصوص مواد افزودنی، ماده حباب زا، بر بتن بدون جمع شدگی دارای سیمان پرتلند اثر گذاشته و دوام آن را در مقابل چرخه های یخ زدن – آب شدن افزایش میدهد. موادی مانند کلرور کلسیم، مقدار زیاد خاکستر بادی و پوزولانها و بعضی از مواد کاهنده آب، سبب کاهش انبساط می شوند زیرا موجب بروز عدم تعادل بین میزان تولید اترینگایت و میزان کسب مقاومت می شوند.

برای تعیین نسبتهای اختلاط، پیشنهاد می شود که از روش211.1 ACI استفاده شود. به استثنای اینکه، در اینجا، در مقایسه با بتن معمولی، به نسبت آب به سیمان بیشتری نیاز است، تا همان مقدار مقاومت به دست آید. از آنجا که برای تولید اترینگایت، به مقدار زیادی آب نیاز است و اترینگایت نیز خاصیت آب نگهداری دارد، لذا باید در حدود ۱۰ درصد به آب بتن دارای اسیمان نوع K افزوده شود و در این صورت است که مقاومت نیز تغییر نمی کند. این افزایش آب سبب می گردد تا مقدار کارآیی بتن مزبور، با کارآیی بتنی که دارای سیمان پرتلند معمولی با همان مقدار سیمان است، برابر گردد.

به غیر از گزارش 233 ACI، چندین گزارش دیگر مانند اطلاعات مفید ارائه شده توسط ویلیامز (Williams) (۳۴) در این زمینه موجود است. گزارش ویلیامز، شامل نسبتهای اختلاط، طراحی و نحوه ساخت سازه ها با بتن بدون جمع شدگی است. نسبتهای اختلاط و خصوصیات بتن بدون جمع شدگی برای استفاده در دالهای کف، که هوفمان و اوپبروک ( Hoffman & Opbroek) تهیه کرده اند، در (جدول ۱۱-۷) ارائه شده است.

خصوصیات

کارآیی. به دلیل خاصیت جذب آب اترینگایت، که در مراحل اولیه هیدراتاسیون به مقدار نسبتا زیادی تولید می گردد، مخلوط بتن تمایل به سفت شدن، ولی همراه با چسبندگی زیاد دارد. در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی، استفاده از نسبتهای آب به سیمان زیاد، سبب می شود که بدون آنکه اثری بر روی مقاومت فشاری بگذارد، کارایی قابل قبولی به دست آید. اسلامپ بین ۱۰۰mm تا ۱۵۰ برای بیشتر اعضای سازه ای، مانند دالها، تیرها، دیوارهای بتن آرمه و ستونها توصیه می گردد، زیرا این نوع بتن ها، در مقایسه با بتن معمولی، چسبندگی بیشتری داشته و تمایل به جداشدگی دانه ها ندارند. طبق گزارش های منتشر شده، بتن بدون جمع شدگی، برای پمپاژ مناسب است.

نسبت های اختلاط و خصوصیات بتن بدون جمع شدگی، که در ساخت دال کف استفاده شده است.

نسبت اختلاط بتن بدون جمع شدگی

افت اسلامپ. افت اسلامپ در شرایط گرم (دمای برابر یا بیش از ۳۲) و خشک، برای بتن بدون جمع شدگی نسبت به بتن معمولی، مشکل جدی تری محسوب می شود. افزودن آب به بتن به مقدار زیاد در کارگاه، یکی از نتایج افت اسلامپ است که نه تنها موجب کاهش مقاومت بتن میگردد بلکه موجب کاهش انبساط بتن که دلیل اصلی استفاده از این نوع بتن ها است نیز می گردد. در دمای محیط ۲۷ تا ۲۹°C، به قدری اترینگایت تولید میگردد که سبب کاهش قابل توجه اسلامپ و گیرش سریع بتن می گردد، مگر این که آن را سرد کنند. در هنگام ساخت تصفیه خانه فاضلاب هوستون (۳۶)، که در اسال ۱۹۸۴ تکمیل گردید، دمای محیط به ۳۸°C رسیده بود، و لذا از حدود ۵۰ تا ۱۲۵ پاوند یخ در هر یارد مکعب بتن دارای سیمان استفاده شد تا آنکه حرارت بتن به ۲۴C تا ۲۹ برسد.

جمع شدگی خمیری. به دلیل فقدان آب انداختگی، و سفت شدن و گیرش سریعتر بتن، در شرایط گرم، خشک و بادی، ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری، مشکل دیگری است که در هنگام استفاده از بتن بدون جمع شدگی با آن روبرو می شویم و لذا این نوع بتن نیاز به تمهیدات پیشگیری کننده بیشتری دارد. چنانچه بتن تازه در تماس با سطح جذب کننده ای مانند خاک خشک یا بتن قدیمی قرار گیرد، باید پیش از بتن ریزی، سطح آن کاملا مرطوب گردد. باید دقت کرد که در صورت استفاده از بتن آماده، تأخیری در بتن ریزی به وجود نیاید. برای دالها، پاشیدن آب یا پوشانیدن سطح بتن با گونی خیس بعد از بتن ریزی، برای جلوگیری از افت شدید رطوبت، ضروری است.

مقاومت. به طور کلی کسب مقاومت فشاری، کششی و خمشی در بتن بدون جمع شدگی، تابع همان عواملی است که بر روی بتن معمولی نیز تأثیر می گذارند. پولیفکا و ویلسون نشان داده اند که برای نسبت آب به سیمان معین (بین 0.4 تا 0.65)، مقاومت فشاری بتن دارای سیمان نوع K، به میزان زیادی بیش از بتن دارای سیمان پرتلند معمولی است (شکل ۱۱-۱۷ الف). عواملی که باعث زیادتر بودن مقاومت بتن بدون جمع شدگی می شوند، انسجام بیشتر خمیر سیمان و ناحیه انتقالی قویتر بین خمیر سیمان و سنگدانه درشت است.

تغییرات حجم. خصوصیات جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن بدون جمع شدگی، با بتن معمولی قابل مقایسه است. مقدار جمع شدگی در هر دو نوع بتن، تحت تأثیر عوامل یکسانی مانند نوع و مقدار سنگدانه ها، و مقدار آب است. با این وجود، در بتن بدون جمع شدگی، اثر نسبت آب به سیمان بر روی انبساط، در طی مدت عمل آوری مرطوب، بسیار با اهمیت است. پولیفکا و ويلسون (شکل ۱۷-۱۱-ب) نشان داده اند که با نسبت آب به سیمان 0.53 یا کمتر، مقدار انبساط اولیه به حدی است که حتی دو ماه پس از سپری شدن جمع شدگی ناشی از خشک شدن، مقداری انبساط، باقی می ماند. مقدار انبساط، با افزایش نسبت آب به سیمان (مثلا 0.76) به میزان زیادی کاهش می یابد. از آنجا که درجه پیش فشردگی مورد نیاز در بتنهای بدون جمع شدگی، برای نسبت های آب به سیمان بیش از 0.6 ، ممکن است به میزان زیادی کاهش یابد، لذا توصیه می شود که از نسبتهای کم آب به سیمان استفاده شود، اگرچه ممکن است از دیدگاه مقاومت، به نسبت آب به سیمان تا این اندازه کم نیاز نباشد.

عوامل موثر بر روی خواص بتن با سیمان منبسط شونده:

(الف) اثر نسبت آب به سیمان بر روی مقاومت. (ب) اثر نسبت آب به سیمان بر روی انبساط، اثر شرایط عمل آوری بر روی انبساط

عوامل موثر

چنانچه همه عوامل یکسان باشند، برای تعیین تغییر حجم در بتن بدون جمع شدگی، شرايل عمل آوری اهمیت به سزایی دارد. احتمالا، بنا به دلیل ارائه شده در فصول ۵ و ۶ (نقش آب در انبساحل اترینگایت) و براساس یافته كسلر (Kesler) (شکل ۱۱-۱۷-ج)، بتن های بدون جمع شدگی ساخته شده با سیمان نوع M ای که با روش نگه داشتن رطوبت (یعنی از طریق پوشانیدن بتن با ورقهای پلی اتیلن) عمل آوری شده اند، انبساط کمتری نسبت به بتن های عمل آوری شده در آب، از خود نشان دادند.

در نمونه هایی که فقط عایق شده اند و رطوبت مخلوط بتن، در عین حال به عنوان آب عمل آوری نیز تلقی می گردد، انبساط کمی مشاهده شده است. اطلاعات موجود در مورد مدول ارتجاعی، خزش و نسبت پواسون نشان میدهد که این پارامترها برای هر دو نوع بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی، مشابه هستند.

دوام. بنا به چند دلیل مختلف مانند مقید بودن انبساط بتن، عدم آب انداختگی، ترک خوردگی کم یا عدم ترک خوردگی حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن، تراوایی بتن بدون جمع شدگی نسبت به بتن معمولی (با نسبت آب به سیمان معادل 0.4 تا 0.6) کمتر است. تجربیات آزمایشگاهی و علمی نشان میدهند که به طور کلی، بتن دارای سیمان K، مقاومت بیشتری در مقابل سایش، فرسایش و تهاجم مواد شیمیایی دارد.

همچنین نتایج آزمایشها نشان میدهد که بتن ساخته شده با سیمان منبسط شونده نوع K، که دارای کلینکر سیمان پرتلند نوع ۲ یا ۵ استاندارد ASTM است، در مقابل تهاجم سولفاتها مقاوم است. این رفتار مشابه بتن ساخته شده با سیمان پرتلند ضد سولفات است. این یافته، در ساخت سازه های بهداشتی با استفاده از بتن با سیمان نوع K از اهمیت خاصی برخوردار بوده است.

چنانچه طراحی، جای دادن و عمل آوری بتن بدون جمع شدگی به نحو مطلوبی انجام پذیرد، مقاومت این بتن در مقابل چرخه های یخ زدن – آب شدن، و پوسته شدن ناشی از مواد یخ زدا، همانند بتن معمولی است. به طور کلی، استفاده از مقدار معینی ماده حباب هواساز در بتن بدون جمع شدگی، مقداری هوا ایجاد می کند که میزان آن و فاصله بین منافذ ایجاد شده، با مقادیر نظیر در بتن معمولی قابل مقایسه است. مقایسه کلی بین خصوصیات بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی، در جدول ۸-۱۱ ارائه شده است.

کاربرد

از سال ۱۹۶۰ استفاده از سیمانهای منبسط شونده به منظور ساخت هر دو نوع بتنهای بدون جمع شدگی و خود تنیده، در بسیاری از کشورها آغاز گردیده است. گزارشهای متعددی در مورد کاربرد صنعتی این نوع بتنها، در کشورهای ژاپن، شوروی، و ایالات متحدهدر منابع منتشر شده، به چشم می خورد. بعضی از سازه هایی که در ایالات متحده با استفاده از بتن بدون جمع شدگی ساخته شده اند، در جدول ۱۱-۹ شرح داده شده اند. ظاهرا بیشترین کاربرد این نوع بتن ها در اعضای سازه ای مانند دالها، تیرهای پیش تنیده و سقفها بوده است. بنا به دلایل مبرهن، صدها مورد از کاربرد این نوع بتنها در ساخت سازه های آب و فاضلاب مانند مخازن آب، واحدهای تصفیه آب، مخازن سرد کننده و استخرها گزارش شده است.

جدول 11-8- مقایسه بین خصوصیات بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی

مقایسه بین خصوصیات بتن بدون جمع شدگی و بتن معمولی

دو کاربرد اخیر از این نوع بتنها، در زیر شرح داده می شود:

به ساخت یک انبار در میدوست، شامل دال کف با ۱۵۰ میلیمتر ضخامت و ۱۸۶۰۰۰ متر مربع سطح روی زمین، به گونه ای که از کمترین میزان درز و ترک برخوردار بوده و قادر باشد که بارهای سنگین ثابت و متحرک لازم را حمل کند، نیاز بود. در صورت استفاده از بتن با پرتلند معمولی، لازم بود که ۵۰ درصد آرماتورهای کف در محل درزها بریده شوند و عمل ایجاد درز می بایستی ۱۲ ساعت پس از بتن ریزی، با اره صورت می گرفت و به طور کلی بتن بایستی در ابعاد ۱۲۸۱۲ متر ریخته می شد و سپس با اره، درزهایی در فواصل ۶ در 6 متر در آن ایجاد می گردید (شکل ۱۱-۱۸-الف). همچنین بلافاصله بعد از برش، درزها باید تمیز شده و با ماده مخصوص اندود می شدند، کل طول درزهای لازم در انبار حدود ۵۴km بود، اما اگر از بتن بدون جمع شدگی دارای سیمان نوع K (جدول ۷-۱۱) استفاده می شد، این امکان وجود داشت که بتن ریزی در ابعاد ۲۴ در ۳۶ متر صورت پذیرد، بدون آن که نیازی به برش با اره باشد.

میزان درز مورد نیاز 10.5 کیلومتر بود. کاهش درزها به میزان حدود ۸۰ درصد، با استفاده از بتن بدون جمع شدگی، مزیت بزرگی از نظر ظاهر، ساخت و هزینه تعمیرات در این پروژه است.

ساخت کارخانه تصفیه فاضلاب در هوستون (شکل ۱۱-۱۹)، در سال ۱۹۸۴ به اتمام رسیده است. یکی از نیازهای پروژه، استفاده از بتن بدون جمع شدگی در اکثر قسمتهای سازه از قبیل پیها، راکتورها، ایستگاه های پمپاژ، دال سقفها و تیرها بوده است. هزینه اضافی استفاده از سیمان نوع K با کاهش مصرف آرماتور لازم برای جمع شدگی، بتن ریزی در مقاطع بزرگ، درزهای اجرایی کمتر، و کاهش مصرف نوار آب بند، در مقایسه با بتن با سیمان پرتلند استاندارد متعادل گردید. چنین نتیجه گرفته شده است که در سازه های بدون ترک، دقت بیشتر در بتن ریزی، حتی در هوای گرم، از ارزش خاصی برخوردار است.

منبع

کتاب ریز ساختار، خواص و اجزای بتن 

تالیف: پروفسور مهتا، مونته ییرو

ترجمه: دکتر علی اکبر رمضانیانپور، پرویز قدوسی، دکتر اسماعیلیان گنجیان 

انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر

صفحه ۵۲۰

اگر این مطلب را دوست داشتید به اشتراک بگذارید.

WhatsApp
Telegram
Email
guest
0 دیدگاه ها
Inline Feedbacks
مشاهده همه نظرات