بتن خود متراکم Self-compacting concrete نمونه ای از انواع بتن است که در مقایسه با بتن معمولی از پایداری و مقاومت بالایی برخوردار می باشد. با این مقدمه در ادامه این مطلب از ساختمانچی به بیان ویژگی های این بتن و کاربرد آن خواهیم پرداخت.
چرا بتن خود متراکم تولید شد؟
در اجرای بتن ریزی های معمولی مشکلات بسیاری ممکن است پیش آید، از جمله تراکم ناهمگن در اثر ویبره بتن، کرموشدن بتن و تفکیک دانه های آن به دلیل ویبره زیاد و عدم دسترسی به ابزارهای مورد نیاز جهت اجرای ویبره.
عملیات ویبره بتن به منظور خارج نمودن هوای درون بتن و کاهش خلل و فرج های آن صورت می گیرد؛ از این رو در بتن ریزی حتماً باید بدین امر توجه شود.
مشکلاتی که در اثر ویبره یا لرزش بتن برای متراکم کردن آن به وجود می آیند، تولیدکنندگان و متخصصین را وادار کرده بتنی با کیفیت به بازار عرضه نمایند تا بدون نیاز به لرزش، از دانه بندی مناسب برخوردار بوده و تراکم آن در حد مطلوب باشد.
این محصول که بتن خود متراکم یا Self-Consolidating Concrete نام دارد، نیاز سازندگان را در ساخت سازه های گوناگون برطرف می کند و در مقایسه با بتن معمولی پایداری و مقاومت بالاتری دارد.
مواد تشکیل دهنده بتن خود متراکم
- سیمان
- آب
- سنگدانههای ریز و درشت
- مواد افزودنی معدنی مانند میکروسیلیس، سرباره و روباره
- فوق کاهنده آب
- مواد اصلاحکننده ویسکوزیته
- فیلرهایی مانند پودر سنگ گرانیت
- مواد افزودنی شیمیایی مانند مانند مواد فوق روانکننده و یا مواد قوامآور
ویژگی های بتن خود متراکم
- این بتن با مقاومت بالا از جمله بتن های روان است که بدون نیاز به ویبره کردن با کارایی بالا خود در ساخت سازه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
- بتن خود متراکم در تمام مراحل بتن ریزی، تراکم خود را حفظ می کند و حتی در مجاورت میلگردهای متراکم به طور یکنواخت در قالب جای می گیرد.
- در ساخت سازه هایی که شبکه بندی آرماتور آن ها فشرده است، بتن خود متراکم یا بتن SCC بهترین گزینه می باشد.
- عواملی نظیر دانه بندی مصالح مورد نیاز و نوع فیلرها و مواد افزودنی در طرح اختلاط بتن نقش دارند و توجه به آن ها بر کیفیت و کارایی بتن تاثیرگذار خواهد بود.
- مهم ترین ویژگی بتن خود متراکم، مقاومت بالا در برابر جدا شدن اجزاء و جریان پذیری آن می باشد.
- تغییراتی که در اثر استفاده از پودر سیمان، پودر سنگ، افزودنی های معدنی و روان کننده های جدید در طرح اختلاط بتن رخ می دهند، جریان پذیری آن را ارتقاء می بخشند.
- علاوه بر آن، انتخاب دقیق سنگدانه ها و دانه بندی مناسب آن ها از جمله مواردی هستند که در طرح مخلوط بتن باید مورد توجه قرار گیرند. بتن SCC پس از سخت شدن از مقاومت و استحکام بالاتری نسبت به بتن معمولی برخوردار خواهد بود.
- در مقایسه با بتنی که برای همگن سازی نیازمند ویبره است، بتن خود متراکم دچار ترک های حرارتی نمی شود و در برابر عواملی نظیر حمله سولفات ها، خوردگی، عوامل شیمیایی و انجماد مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می دهد.
مزایای بتن خود متراکم یا SCC
بتن خود متراکم از ویژگی ها و قابلیت هایی برخوردار است که آن را از بتن معمولی متمایز می سازد. در ادامه به بررسی برخی از آنها می پردازیم.
- بتن خود متراکم بدون نیاز به هیچ نوع متراکم کننده در تمام گوشه و کنار قالب ها تراکم یکسان ایجاد نموده و دوام سازه بتنی را تضمین می کند.
- این بتن سطح انواع میلگرد را به طور کامل پوشش می دهد، در نتیجه عمر آن ها افزایش می یابد.
- به دلیل عدم استفاده از ویبراتور یا لرزاننده برای متراکم سازی بتن، میزان آلودگی صوتی حین انجام پروژه ساخت و ساز کاهش می یابد.
- سرعت بتن ریزی با استفاده از بتن خود متراکم بالاست و می توان به میزان قابل توجه هزینه نیروهای انسانی را کاهش داد.
- بتن خود متراکم کیفیت سطوح بتنی را ارتقاء می دهد و امکان بتن ریزی با طرح های خاص را فراهم می نماید.
- این بتن از تراکم و فشردگی مناسب برخوردار است و حرارتی که در اثر هیدراتاسیون آن ایجاد می شود، قابل قبول می باشد.
- بتن خود متراکم به نسبت بتن معمولی در کوتاه ترین زمان ممکن خشک می شود و به سختی نهایی دست می یابد.
- پایداری این بتن در برابر جداشدگی دانه ها بالاست، زیرا مقدار شن مصرفی در آن به نسبت ماسه کمتر از بتن معمولی است.
- بتن خود متراکم در تمام قسمت های قالب تحت وزن خود روان می شود.
- در تولید این بتن با توجه به چگالی انباشتگی، از طرحی مناسب برای مخلوط استفاده می شود و میزان سیمان مصرفی کاهش می یابد.
- با استفاده از بتن SCC، کیفیت مکانیکی بتن افزایش پیدا می کند.
- این بتن را می توان در ساخت سازه های سنگین و ظریف مورد استفاده قرار داد و آزادی عمل بیشتری حین طراحی سازه داشت.
معایب بتن خود متراکم
این بتن به دلایل زیر در هر پروژه ای توصیه نمی شود:
- هزینه بالاتر مصالح
- حساسیت زیاد این بتن در برابر تغییرات در ویژگیهای مواد و مصالح
- نیاز به کنترل دقیق بتن در حالت تازه
- افزایش هزینه قالببندی به دلیل فشار وارد شده بر قالب و نیاز به مهارت زیاد برای تهیه
- کنترل و آزمون مخلوطهای بتنی
کاربرد بتن خود متراکم
طبق تحقیقاتی که بر روی فرمولاسیون بتن و ویژگی های آن صورت می گیرد، بتن خود متراکم کاربردهای گسترده ای را به خود اختصاص می دهد که در ذیل به آن ها اشاره می کنیم:
- بتن ریزی سازه های مرتفع که ممکن است مشکلاتی در حین بتن ریزی آن ها وجود داشته باشد.
- ساخت سازه هایی که امکان ویبره بتن در آن ها وجود ندارد، از جمله سازه های زیر آب.
- سازه هایی که معماری و طراحی آن ها بسیار ظریف است و نیازمند میلگردگذاری فشرده هستند.
- بتن ریزی ستون ها و دیوارهای بلند دارای میلگردهای متراکم.
- بتن ریزی گوشه های درب و دریچه ها.
- بتن ریزی بلوک های بتنی.
- بتن ریزی تونل های آبی که انتقال بتن معمولی و تراکم سازی آن به علت مسافت طولانی امکان پذیر نیست.
نانو ذرات مورد استفاده در بتن خودمتراکم
در بتن خود متراکم برای افزایش مقاومت و کارایی بتن از ذراتی استفاده می شود که به شرح زیر می باشند.
نانو سیلیس ها
نانوسیلیس ها از جمله نانوذراتی هستند که پایداری بتن و خواص مکانیکی آن را افزایش می دهند و فواید بی شماری نظیر کاهش ترک خوردگی در اثر فرآیند هیدراتاسیون، کاهش نفوذپذیری آب، به حداقل رساندن مدت زمان گیرش بتن و افزایش مقاومت فشاری، کششی و خمشی در برابر حمله سولفات ها، یون کلر، مواد شیمیایی و مواد اسیدی را در پی دارند.
نانوسیلیس ها تحرک یون های کلر و عمق نفوذ آن ها در بتن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند، از این رو از بتن خود متراکم می توان برای بتن ریزی سازه های زیر آب استفاده نمود. افزودن این ذرات به بتن سرعت هیدراتاسیون سیمان را بالا می برد و تمام خلل و فرج های مخلوط را پر می کند.
نانو رس ها
نانو رس ها مقاومت فشاری بتن را افزایش می دهند و رفتار آن را بهبود می بخشند. این نانو ذرات میزان جمع شدگی بتن را به حداقل می رسانند و آن را در برابر نفوذ کلریدها پایدار می نمایند. علاوه بر آن عملکرد پوزولانی نانو رس ها منجر به کاهش نفوذ آب در بتن خود متراکم می شود.
نانو اکسید تیتانیوم
نانو اکسید تیتانیوم از جمله نانوذراتی است که با افزایش سرعت هیدراتاسیون سیمان منجر به گیرش سریع بتن می شود. افزودن این ذرات به مخلوط بتن ساختارهای ریز آن را بهبود می بخشد و با کوچک شدن حفره های داخلی مقاومت فشاری و خمشی آن پایدار می گردد.
نانو اکسید تیتانیوم علاوه بر اینکه خواص مکانیکی بتن را بهبود می بخشد، آن را به بتنی خود تمیزشونده تبدیل می کند.
نانوذرات اکسید آهن
نانو ذرات اکسید آهن خاصیت پرکنندگی بتن را تقویت می کنند و مقاومت آن را در برابر نفوذ آب بالا می برند. این ذرات میزان ترک خوردگی بتن را کاهش و مقاومت فشاری آن را بالا می برند.
نانورشته ها و نانو لوله های کربنی
نانورشته ها و نانو لوله های کربنی از جمله نانو ذراتی هستند که پایداری و خاصیت الاستیسیته آن ها بالا می باشد. این ذرات در صورت افزودن به مخلوط بتن، خواص مکانیکی آن را بالابرده و این ماده را در برابر امواج الکتریکی و مواد شیمیایی مقاوم می کنند.
با استفاده از این نانوذرات میزان ترک ها در بتن خود متراکم تقلیل می یابد و بتن از خاصیت خود ترمیمی برخوردار می گردد. به طور کلی می توان گفت این نانو ذرات از گسترش ترک در بتن جلوگیری خواهند کرد.
لازم به ذکر است که فرآوری نانورشته های کربنی در مقایسه با نانو لوله های کربنی آسان تر است و توزیع آن ها در سیمان راحت تر می باشد.
نانو اکسید آلومینیوم
با افزودن نانو اکسید آلومینیوم، خاصیت الاستیسیته بتن به میزان قابل توجه افزایش می یابد. این افزودنی ها بتن را متراکم می کنند و میزان حرارت آزادشده در اثر واکنش هیدراتاسیون را کاهش می دهند.
نانو اکسید آلومینیوم هر چند مدول الاستیسیته بتن را افزایش می دهد اما تاثیر خاصی بر مقاومت فشاری بتن نخواهد داشت.
آزمایشات انجام شده بر روی بتن خودمتراکم
آزمایش جریان در حالت آزاد
این آزمایش جهت تعیین و بررسی میزان پرکنندگی بتن خود متراکم، یعنی میزان توانایی بتن در جریان یافتن و پرکردن تمام فضاهای خالی، سنجیده می شود. به کمک آزمایش جریان می توان روش بتن ریزی و فاصله مجاز بین نقاط بتن ریزی را مشخص نمود.
آزمایش جریان در حالت محبوس
این آزمایش برای بررسی قابلیت عبور بتن خود متراکم انجام می شود، یعنی بتن را برای عبور از نقاط مختلف و فضاهای باریک در قالب، ارزیابی می کنند تا بتن بدون انسداد و یا بلوکه شدن، جریان یابد.
انسداد جریان به منظور جداشدن موضعی سنگدانه ها در مجاورت موانع رخ می دهد و موجب توقف جریان در حالت ویبره کردن می شود.
بتن خود متراکم زمانی می تواند کارایی مناسبی داشته باشد که قابلیت پر کنندگی و عبور دهندگی را به طور همزمان داشته باشد. تنها در این صورت است که می تواند یک مقطع خاص را تحت نیروی وزن خود پر کند.
آزمایش پهن شدگی
این آزمایش برای اولین بار در ژاپن و در زیر آب انجام شد. طبق این آزمایش، می توان قابلیت پهن شدن بتن را تحت اثر وزن خود، ارزیابی و بررسی کرد.
برای انجام آزمایش اسلامپ یا همان پهن شدگی باید داخل یک مخروط تمیز و مرطوب را با حدود 6 لیتر بتن پر کرد. مخروط ناقص اسلامپ 200 میلی متر قطر در پایین، 100 میلی متر در بالا و 300 میلی متر ارتفاع دارد.
قطر صفحه انتخابی نیز باید فلزی و غیر جاذب و حداقل ۷۰۰ میلی متر باشد. همچنین بر روی آن، قطر ۵۰۰ میلی متر نشانه گذاری شده باشد. مخروط با یک سرعت ثابت بالا آورده می شود و بر روی صفحه پخش می شود.
قطر دایره ای که ایجاد می شود به عنوان معیاری برای میزان پهن شدگی بتن درنظرگرفته می شود. در واقع این قطر از میانگین دو قطر عمود بر هم بدست می آید.
اگر میانگین این دو قطر کمتر از 55 سانتی متر باشد، به این معنی است که بتن کارایی پایینی دارد و اگر این میانگین بیش از 85 سانتی متر باشد، ویسکوزیته خمیری بتن کم بوده و احتمال ناپایداری و جداشدگی آن وجود دارد. میانگین قطر استاندارد برای این محصول 60 سانتی متر به بالا می باشد.
سخن پایانی
همانطور که می دانید بتن از جمله مصالحی است که نقشی اساسی در ساخت و ساز ایفا می کند. این ماده منجر به استحکام و مقاومت سازه می شود، از این رو دوام بتن از جمله مسائلی است که همواره مورد توجه شرکت های ساختمانی قرار می گیرد.
یک سازه بتنی باید از مقاومت بالا و تراکم مناسب برخوردار باشد که چنین سازه ای مسلتزم استفاده از بتنی مرغوب با دانه بندی مناسب و کیفیت ایده آل است؛ از این رو آشنایی با انواع بتن از جمله بتن خود متراکم و کاربرد آن ها می تواند در انتخاب نمونه مرغوب کارگشا باشد.
سوالات متداول
بتن خودمتراکم به بتنی می گویند که از مقاومت بالایی برخوردار است و در طی مراحل بتن ریزی تراکم خود را حفظ می کند. این بتن از جمله بتن های روان می باشد.
از این بتن می توان در بتن ریزی های مرتفع، ساخت سازه هایی که امکان ویبراتور کردن بتن وجود ندارد، سازه هایی با معماری ظریف، بتن ریزی گوشه ها، بتن ریزی بلوک های بتنی و بتن ریزی تونل های آبی اشاره کرد.
نانو سیلیس ها، نانو رس ها، نانو اکسید تیتانیوم، نانو ذرات اکسید آهن، نانو رشته ها و لوله های کربنی و نانو اکسید آلومینیوم
