بتن در مفهوم بسیار وسیع به هر ماده با محصولی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد اتلاق می شود.این ماده چسبنده عموماً حاصل فعل و انفعال سیمانهای هیدرولیکی وآب می باشد حتی امروزه چنین تعریفی از بتن شامل طیف وسیعی از محصولات می شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان نیز پوزولانهای، سرباره کوره ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همچینن در نحوه ساخت آن ممکن است از حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلاء، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کننده های مختلف استفاده شود. در اینجا سعی می شود از بتنی صحبت شود که مخلوطی از سیمان و آب و سنگدانه و در نهایت مواد افزودنی است.
اولین سئوالاتی که در اینجا مطرح است این است که ارتباط بین مواد تشکیل دهندة مخلوط بتن چیست؟ سه امکان وجود دارد: ابتدا ممکن است تصور شود که اصل مادة ساختمانی ماده چسبنده ای استکه از هیدراتاسیون سیمان و آب ناشی شده است و سنگدانه ها بعنوان مواد ارزان و پرکنندة این ماده چسبنده می باشد. امکان دوم این است که سنگدانه های درشت بعنوان سنگهای بنائی که توسطملات بهم پیوسته اند درنظر گرفته شود و این ملات دوغاب سیمان و سنگدانه های ریزدانه می باشد. امکان سوم آن استکه بتن بعنوان ماده ای از دوفاز مختلف یعنی سیمان هیدراته و دانه های سنگی در نظر گرفته شود. بنابراین خواص بتن به خواص هر یک از فازها و فصل مشترک این دو فاز بستگی دارد.
بتن چیست ؟
بتن در مفهوم بسیار وسیع به هر ماده با محصولی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد اتلاق می شود.این ماده چسبنده عموماً حاصل فعل و انفعال سیمانهای هیدرولیکی وآب می باشد حتی امروزه چنین تعریفی از بتن شامل طیف وسیعی از محصولات می شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان نیز پوزولانهای، سرباره کوره ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همچینن در نحوه ساخت آن ممکن است از حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلاء، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کننده های مختلف استفاده شود. در اینجا سعی می شود از بتنی صحبت شود که مخلوطی از سیمان و آب و سنگدانه و در نهایت مواد افزودنی است.
اولین سئوالاتی که در اینجا مطرح است این است که ارتباط بین مواد تشکیل دهندة مخلوط بتن چیست؟ سه امکان وجود دارد: ابتدا ممکن است تصور شود که اصل مادة ساختمانی ماده چسبنده ای استکه از هیدراتاسیون سیمان و آب ناشی شده است و سنگدانه ها بعنوان مواد ارزان و پرکنندة این ماده چسبنده می باشد. امکان دوم این است که سنگدانه های درشت بعنوان سنگهای بنائی که توسطملات بهم پیوسته اند درنظر گرفته شود و این ملات دوغاب سیمان و سنگدانه های ریزدانه می باشد. امکان سوم آن استکه بتن بعنوان ماده ای از دوفاز مختلف یعنی سیمان هیدراته و دانه های سنگی در نظر گرفته شود. بنابراین خواص بتن به خواص هر یک از فازها و فصل مشترک این دو فاز بستگی دارد.
هر یک از نظریات دوم و سوم محدودیت هایی داشنه و می توانند برای بیان رفتار بتن بکار روند. لیکن در نظریه اول این مسائل وجود ندارد. اگر تصور شد که می توان سیمانی ارزانتر از سنگدانه ها نیز تهیه کرد این سئوال پیش می آید که آیا می توان سیمان و آب را به تنهایی بعنوان یک مادة ساختمای(بتن) بکاربرد؟ پاسخ قطعاً منفی خواهد بود و علت آن تغییرات حجمی بالای خمیر سیمان می باشد.جمع شدگی خمیر خالص سیمان تقریباً به 10 برابر جمع شدگی بتنی با 250 کیلوگرم سیمان در مترمکعب می رسد. همین مسائل برای خزش و وارفتگی نیز مطرح است. علاوه بر این حرارت زیاد تولید شده ناشی از مصرف سیمان به مقدار زیاد، بخصوص در آب و هوای گرم سبب ایجاد ترک خواهد شد. همچنین باعث می شود که سنگدانه ها نسبت به خمیر سیمان در مقابل حملات مواد شیمیایی پایدارترند اگرچه خمیر سیمان نیز در این محیط های خورنده نسبتاً پایدار است. بنابراین صرفنظر از قیمت مواد سنگی در بتن بسیار مفید خواهند بود.
دانه بندی مناسب بتن
باید مشخص کرد که آیا منحنی دانه بندی مخصوصی برای ساخت بتن خوب لازمست یا خیر. در وهله اول دانه بندی به جهت تأثیر در کارآیی بتنی اهمیت دارد، درحالی که مقاومت بدان وابسته نیست. البته مقاومت بالا زمانی حاصل می شود که بازای یک میزان کار معقول، حداکثر تراکم در مخلوط بدست آید که این تنها با ساختن یک مخلوط با کارآیی کافی میسر است. درواقع بعلت اندرکنش تأثیر عوامل مؤثر و کارآیی دانه بندی ایده آلی وجود ندارد. این فاکتورها شامل سطح مخصوص دانه ها که تعیین کننده میزان آب لازم برای تر نمودن دانه هاست. حجم نسبی که توسط دانه ها انتقال می شود. تمایل به جدایی در دانه ها و میزان درصد ریزدانه در مخلوط می باشد.
ابتدا به بررسی سطح مخصوص می پردازیم. معمولاً برای رسیدن به مقاومتی مشخص و دوام مناسب نسبت آب به سیمان در مخلوط محدود می گردد. از طرفی باید در مخلوط به اندازه کافی دوغاب سیمان موجود باشد تا بتواند دانه ها را بپوشاند. بنابراین با کتر کردن سطح مخصوص و دانه بندی به یکدیگر وابسته بوده و در صورت درشت بودن مصالح سطح مخصوص کل کمتر خواهد بود. در این حالت میزان آب لازم نیز کمتر خواهد شد. البته استفاده از سطح مخصوص برای تخمین میزان آب لازم اشکالی به همراه دارد و آن وجود ذرات ریز( کوچکتر از 150 میکرون) می باشد که نقش روغنکاری داشته و برای خیس شدن باندازة ذرات درشت به آب نیاز ندارند. لذا سطح مخصوص ممکنست در نشان دادن میزان کارآیی باعث گمراهی گردد.
حجم نسبی دانه ها هم در میزان کارآیی مؤثر است از نقطه نظر اقتصادی هرچه دانه ها حجم نسبی بیشتر را اشغال کند بعلت ارزانی آنها درمقایسه با خمیر سیمانف با صرفه تر است. به هر حال در صورتی که حداکثر حجم دانه ها، براساس حداکثر وزن مخصوص یا به عبارت دیگر برای ایجاد حداقل فضای خالی بین دانه ها براساس توزیع ذرات و نحوة پخش آنها تعیین گردد، بتنی حاصل می شود که کارآیی کمی داشته و نسبتاً زیر می باشد. عمدتاً، زمانی که دوغاب سیمان زیادتر از مقدار لازم برای پرکردن فضای خالی ماسه باشد ، کارآیی افزایش می یابد. همچنین وجود ملات بیشتر( ماسه و سیمان) از مقدار لازم برای پرکردن فضای خالی بین سنگدانه های درشت و مخلوط، سبب بهبودی کارآیی بتن خواهد شد. و این امر به دلیل نقش روغنکاری دانه های ریز در مجاورت دانه های درشت تحقق می یابد. سومین عامل در حقیقت تمایل دانه ها در بتن به جداشدن ازهم می باشد. همانقدر که در یک نمونه پرکردن فضای بین درشت دانه ها توسط دانه های ریز مختلف الاندازه ساده است به همان آسانی هم ذرات ریز به جداشدن و خارج شدن از فضاهای خالی، در حالت خشک تمایل دارند. درواقع این ملات است که باید از خروج آنها از حفرات ممانعت بعمل آورد تا بتوان بتنی قابل پذیرش ایجاد نمود.
چهارمین عامل مؤثر برکارآیی بتن وجود مصالح ریزتر از 300 میکرون( نمرة 50 در ASTM ) می باشد. برای داشتن بتنی با کارآیی مناسب بایستی حجم ذرات ریز داخل مخلوط( ریزتر از 125 میکرون یا نمرده 120 در ASTM )از جدول زیر تبعیت کند. حجم مطلق ذرات زیردانه شامل دانه های ذکرشده در بالا، سیمان و هرنوع پرکننده و همچنین نصف حجم حباب های هوامی باشد که می توانند معادل ذرات ریز گرفته شوند و لازمست جزء حجم ریزدانه ها محسوب گردند.
حداکثر اندازه دانه های سنگی حجم مطلق ریزدانه ها بعنوان درصدی از حجم بتن
میلیمتر اینچ
8 315/0 5/16
16 630 /0 14
32 260/0 5/12
63 480/2 11
آب برای عمل آوردن بتن
اصولاً آبی که برای ساختن مخلوط بتن مناسب است برای عمل آوردن آن نیز مطلوب خواهد بود. به هر حال وجود مواد آهنی و آلی در آب سبب ایجاد لکه روی سطح بتن شده و این امر هنگامی که آب به آرامی روی سطح بتن جریان می یابد و سریع تبخیر میشود، تسریع می گردد در پاره ای موارد که ظاهر بتن اهمیت ندارند، استفاده از آبی که برای مخلوط بتن به کار می رود و حتی کیفیت آن کمی پائین تر از آب مناسب مخلوط می باشد. برای عمل آوردن مجاز می باشد. بطورکلی توصیه می شود آبی که برای عمل آوردن بتن مصرف می شود، از موادی که ممکن است روی بتن سخت شده اثر بگذارند، عاری باشد.بعنوان مثال آبی که دارای دارد، بتن را حل نموده و سبب سایش آن می شود. در این مورد در فصل 14 بطور مفصل تر بحث خواهد شد به هر حال عمل آوردن با آب دریا ممکن است سبب بروز خوردگی در آرماتور نیز بشود.
آب انداختن بتن
آب انداختن بتن در حقیقت نوعی جدایی در بتن می باشد که در آن قسمتی از آب مخلوط به بالا و سطح بتن آمده و از دانه ها جدا می شود. در حقیقت علت آن عدم توانایی ذرات جامد در نگهداشتن همه آب مخلوط بین خود و جلوگیری از ته نشین شدن آنها می باشد. آب انداختن بتن را از لحاظ کمی می توان بصورت کل نشست
( تقلیل در ارتفاع) در واحد ارتفاع بتن بیان نمود. ظرفیت آب انداختن و سرعت آب انداختگی بتن را می توان با استفاده از روش آزمایشASTM c 232-71 اندازه گیری نمود. هنگامی که خمیر سیمان سخت می شود. آب انداختن بتن متوقف می گردد.
در اثر آب انداختن بتن لایه بالای بتن بسیار پرآب شده و با ریختن لایه بعدی بتن برروی آن و محبوس شدن این آب اضافی، لایه ای بسیار ضعیف و متخلخل و کم دوام از بتن بین هر دو لایه ایجاد می شود. در صورت مخلوط کردن مجدد این آب اضافی سطحی به هنگام پرداخت بتن، لایه سطحی کم مقاومتی در مقابل سایش ایجاد می شود. برای اجتناب از این مسأله می توان عمل پرداخت بتن را با تبخیر آب رو زده به تأخیر انداخت. همچنین استفاده از تخته ماله نیز جهت تحریک کمتر سطح مناسب می باشد. از طرف دیگر اگر سرعت تبخیر آب سطحی بتن بیش از سرعت آب انداختن آن باشد. ترکهای جمع شدگی پلاستیک بوجود خواهد آمد.
علاوه بر جمع شدن آب در سطح بتن، مقداری از آب بالا آمده نیز در زیر سنگدانه های درشت و یا زیر آرماتور محبوس شده و ناحیه ای از چسبندگی بسیار ضعیف را ایجاد می کند. جنس آبی از خود فضاهای خالی بجای گذاشته و چون این فضاها در یک جهت قرار می گیرند. در نتیجه نفوذپذیری بتن درصفحه افقی افزایش می یابد. به هر حال در بتن تعداد حفره های بتن بخصوص در دالهای نازک و روسازیهای خطر یخبندان بتن را تشدید می کند.
آب انداختن بتن لزوماً عملی زیانبار نیست. اگر این عمل درست نخورده بماند( و آب بخار شود) نسبت آب به سیمان مؤثر مخلوط پایین آمده و مقاومت افزایش می یابد. اما در صورتی که آب بالا آمده به همراه خود مقدار قابل توجهی ذرات ریز سیمان را به بالای سطح بتن بیاورد. لایه ای از شیره بتن روی سطح تشکیل می شود. این لایه در بالای دال یک سطح کاملاً متخلخل و کم مقاومت در مقابل سایش پدید می آورد. همچنین در بالای هر قسمت بتن ریزی شده این سطح ضعیف تشکی می شود که چسبندگی آن با لایه بسیار بالا بسیار کم خواهد بود. به همین دلیل همواره باید شیره فوق با برس زدن و شستن از سطح بتن پاک شود.
اگرچه آب انداختن به میزان آب مخلوط بستگ دارد لیکن تا حد زیادی به خواص سیمان نیز وابسته است. آب انداختن بتن با ریزتر شدن سیمان کاهش می یابد و پاره ای از واکنشهای سیمان را نیز در آن اثر می گذارند. بعنوان مثال سیمانی با خاصیت قلیایی بالا، آب انداختن را کاهش می دهد. همچنین بالا رفتن در سیمان و یا اضافه کردن کلرور کلسیم به سیمان محدوده طبیعی دمای بالاتر سرعت آب انداختن ز را زیاد می کند لیکن کل ظرفیت آب انداختن بتن بی تغییر باقی می ماند. مخلوط های پر عیار نیست به مخلوطهای کم عیار خطر آب انداختن کمتری دارند اضافه کردن مواد پوزولانی و یا پودر آلومینیوم این خطر را کاهش می دهد اضافه کردن مواد هوازا خطر آب انداختن را کم کرده و می توان پرداخت بتن را بعد از ریختن آب بدون تأخیر انجام داد.
عوامل مؤثر در مقاومت بتن
اگرچه تخلخل، عامل اولیه مؤثر بر مقاومت است.لیکن این خاصیت در عمل، با مشکلات بسیار اندازه گیری می شود و یا حتی محاسبه می گردد. زیرا تعیین درصد هیدراتاسیون کار مشکلی است( البته با فرض اینکه نسبت آب به سیمان معلوم باشد) همچنین تأثیر سنگدانه روی ترکهای زیر بآسانی قابل بررسی کمیتی نیست. به دلایل فوق عوامل اصلی مؤثر بر مقاومت که در عمل گرفته می شوند شامل نسبت آب به سیمان، درجه تراکم، سن بتن و درجه حرارت می باشد. به هر حال عوامل دیگری نیز وجود دارند که بر مقاومت مؤثر می باشند و عبارتند از نسبت سنگدانه به سیمان، کیفیت سنگندانه( دانه بندی، بافت سطحی، شکل، مقاومت و سختی) و حداکثر اندازه سنگدانه، این عوامل، هنگامی که سنگدانه های معمولی تا حداکثر اندازه40 میلیمتر بکار می روند. بعنوان عامل درجه دوم شناخته شده اند.
بتن آماده
در ساخت بتن گاه به عوض پیمانه کردن و مخلوط نمودن مصالح در کارگاه با استفاده از یک مرکز بتن سازی بتن به صورت آماده و پیش مخلوط شده به کارگاه آورده می شود. این روش بتن سازی که کاربرد زیادی نیر دارد دارای مزایای زیادی نسبت به رش بتن سازی در کارگاه است که آن مزایا عبارتند از:
الف) کنترل کیفیت بالا و نزدیک سبب کاهش تغییرات در خواص بتن سخت شده می شود.
ب) استفاده در کارگاههای با فضای کم و شلوغ یا در راهسازیها که امکان دپوی مصالح و ساخت بتن دشوار است.
ج) استفاده از کامیونهای مخلوط کن که در طول حمل از جدایی دانه ها و کاهش کارآیی جلوگیری می کند.
د) راحتی در ساخت مقادیر کم بتن و بتن ریزی متناوب
قیمت بتن آماده بعلت اینکه بعنوان یک کالا خریداری می شود. کمی بیش از بتن معمولی ساخته شده در کارگاه می باشد. لیکن این افزایش قیمت با صرفه جویی که در سازماندهی کارگاه در بتن ریزی، هزینه ناظر بتن و مقدار سیمان می شود، جبران میگ گردد. همچنین کنترل کیفیت بهتر بتنی به مراتب مرغوبتر و با تغییرات کم تحویل می دهد. بتن آماده به دو صورت ساخته می شود، نوع سیستم مرکزی و نوع کامیون مخلوط کن. در نوع اول بتن، در یک کارگاه مرکزی ساخته شده و سپس توسط کامیونهای بهم زن به محل کار حمل می شود. در نوع دوم مصالح در کارگاه مرکزی پیمانه شده لیکن اختلاط حین حمل و یا قبل از تخلیه بتن، در کامیون انجام می شود، مخلوط کردن حین حمل این اجازه را می دهد که بتن با تغییرات کمتر و با تأخیر قابل استفاده باشد لیکن ظرفیت این نوع کامیونها کمتر از ظرفیت کامیونهای حمل کننده بتن آماده می باشد.جهت رفع عیب کاهش ظرفیت، پاره ای اوقات بتن تا حدی در کارگاه مرکزی مخلوط شده و بقیه اختلاط در راه صورت می پذیرد. بایستی توجه داشت که بهم زدن یا مخلوط کردن که توسط دوران مخلوط کن صورت می گیرد تفاوت دارد. سرعت بهم زدن بین 2 تا 6 دور در دقیقه است در حالی که سرعت مخلوط کردن بین 4 تا 16 دور در دقیقه می باشد. استاندارد BS 1929:62 حداقل سرعت مخلوط کردن را 7 دور در دقیقه مشخص می کند. سرعت مخلوط کردن در میزان سخت شد بتن تأثیر داشته و کل تعداد دوران با دور مخلوط کن کنترل کننده یکنواختی مخلوط می باشد. هر دو نوع مخلوط کردن و بهم زدن در استانداردASTMC 94-83 به حد 300 دور در محدوده شده اند. به صورت دیگر بتن باید تا 5/1 ساعت بعد از مخلوط کردن در محل نهایی ریخته شود. درحالتی که بتن در راه مخلوط می شود، نیازی نیست که آب قبل از آغاز مخلوط کردن اضافه شود. لیکن برطبق استاندارد BS 5328:81 زمانی که سیمان و سنگدانه های مرطوب مجازند در تماس با یکدیگر باقی بمانند. نباید از 2 ساعت بیشتر شود. این محدودیت ها در جهت اطمینان بالا بوده و تجاوز از آنها به شرطی که تأثیر معکوسی بر مقاومت بتن نداشته و مخلوط برای تراکم با کارآیی کافی باقی بماند، مانعی ندارد. تأثیر مخلوط کردن در زمان طولانی و دوباره کوبیدن بتن تازه همانند تأثیر آن برروی بتن تهیه شده درکارگاه می باشد. استاندارد BS-5328:81 روشهای مشخص کردن انواع بتن ها از جمله بتن آماده را بیان می کند.
حمل و نقل بتن
روشهای زیادی جهت انتقال بتن از مخلوط کن به کارگاه متداول است که به قسمتی از آنها در بخش قبل اشاره شد. انتخاب بهترین روش اصولاً بر ملاحظات اقتصادی مبتنی بوده و به میزان بتنی که باید جابجا شود بستگی دارد. روشهای متداول استفاده از فرغون، سطل، پیمانه، تسمه نقاله، کامیونهای مخصوص و پمپ همگی به شرطی بایستی بکار روند که از حفظ خواص بتن تازه یعنی چسبندگی ذرات و عدم جدایی دانه ها اطمینان حاصل شود. از انتقال نامناسب بتن که سبب جدایی ذرات می شود، جداً باید اجتناب شود. در این بخش انتقال بتن با پمپ مورد بررسی قرار می گیرد
بتن ریزی با پمپ
امروزه بتن در حجم زیادی توسط پمپ و با استفاده از لوله های انتقال تا مسافت های نسبتاً زیاد و به محلهایی که دسترسی به آنها با روشهای دیگر مشکل است، انتقال می یابد. سستم پمپ بتن از یک ظرف قیفی شکل که محل ریختن بتن از مخلوط کن می باشد، پمپ و لوله های انتقال تشکیل شده است. بسیاری از پمپها با عملکرد مستقیم از آن یک پیستون افقی با مجموعه شیرهای نیمه دوار برای اطمینان از عبور ذرات درشت دانه تشکیل می گردند
بتن تحت وزن خود و تحت مکش حاصل از حرکت پیستون بداخل پمپ می رود. با باز و بسته شدن متناوب شیرها، بتن وارد لوله ها شده و همیشه آنها را پر نگه میدارد استفاده از دو پیستون باعث یکنواختی جریان بتن می گردد. خروجی تا 60 مترمکعب در ساعت را می توان از لوله های تا قطر 220 میلیمتر بدست آورد.
همچنین گاه از پمپهای کوچک قابل حمل به نام های پمپ های فشرده در انتقال بتن استفاده می شود. بتن ریخته شده در ظرف قیفی شکل پمپ با دوران تیغه هایی در داخل لوله هایی قابل انعطاف که به محفظه پمپ متصل اند، رانده می شود. این محفظه تحت خلاء با فشار جیوه حدود600 میلیمتر می باشد. این خلاء سبب می شود که به جز جریانی که لوله ها توسط غلتکها فشرده می شوند شکل آنها استوانه ای باقیمانده و اجازه می دهد تا جریان پیوسته بتن برقرار می گردد. دو غلتک دوار پیوسته با فشرده کردن لوله های قابل انعطاف سبب راندن بتن به لوله تخلیه می شوند. پمپ های فشرده گاز روی کامیون نصب ده و توسط میله های تا شده بتن را انتقال می دهند. با لوله های تا 75 سانتیمتر می توان خروجی تا حدود 20 مترمکعب بتن در ساعت از این پمپها بدست آورد.
پیستون با عمل مستقیم
پمپ های فشرده قادرند بتن را تا مسافت افقی 90 متر و ارتفاع 30 متر انتقال دهند. لیکن با پمپ های پیستونی می توان بتن را تا مسافت افقی 450 متر و ارتفاع 40 متر انتقال داده. نسبت بین مسافت افقی به ارتفاع بستگی به روانی بتن و سرعت آن در داخل لوله دارد سرعت بیشتر سبب کم شدن این نسبت می شود. برای مسافت های طولانی تر می توان از پمپ های لوله ای استفاده نمود. در انتقال پمپی باید از خمهای تند و تغییرات ناگهانی لوله پرهیز نمود.
قطر لوله انتقال حداقل باید سه برابر قطر درشت ترین دانه انتخاب شود. لوله های سخت و انعطاف پذیر هر دو می توانند استفاده شوند. در حالیکه لوله های انعطاف پذیر اتلاف اصطکاک اضافی و مشکل تمیزکردن را به همراه خواهند داشت. لوله های آلومینیومی نبایستی مصرف گردند زیرا با قلیایی های سیمان و فعل و انفعال انجام داد وگاز هیدروژن تولید می کنند که بعداً در بتن حباب ایجاد کرده و سبب کاهش مقاومت خواهد شد.
مخلوط بتنی که باید پمپ گردد، نبایستی زبر و بسیار چسبنده باشد. همچنین باید نه خیلی خشک و نه خیلی تر باشد. در حقیقت روانی بتن بسیار مهم است. برای بتن پمپی، اسلامپ بین 40 تا 100 میلیمتر یا ضریب تراکم 9/0 تا 95/0 و یا زمان V-B بین 3 تا 5 ثانیه توصیه شده است. از آنجا که عمل پمپ کردن خود سبب تراکم می شود لذا ممکن است اسلامپ در هنگام تحویل 10 تا 25 میلیمتر کاهش یابد.روانی منساب مخلوط سبب می شود که از افزایش مقاومت اصطکاکی در لوله ها در مخلوط های خیلی خشک و جدایی دانه ها در مخلوطهای خیلی تر جلوگیری شو . بخصوص درصد ریزدانه بسیار مهم است زیرا کم بودن آن سبب جدایی و زیادبودن آن باعث افزایش مقاومت اصطکاکی و احتمال مسدودشدن لوله ها می شود حالت بهینه موقعی است که حداقل اصطکاک با دیوارها و جدارهای لوله و حداقل فضای خالی در مخلوط ایجاد شود. این حالت یا یکنواختی دانه بندی و پیوستگی آن حاصل می شود. برای بتنهای با حداکثر اندازه دانه سنگی 20 میلیمتر مقدار بهینه ریزدانه( ماسه) بین 35 تا 40درصد می باشد و ماسه زیر الک 300 میکرون بایستی حدوداً بین 20-15 درصد وزن کل ماسه باشد. همچنین دانه های ریزتر از 150 میکرون باید حدود سه درصد باشد که شامل ماسه و یامواد پوزولانی مثل توف و تراس می شود و این میزان پیوستگی دانه ها را با دانه بندی سیمان محفوظ نگه میدارد.
در پمپ کردن بتن دانه سبک، جهت غلبه بر مشکل افت کارآیی، بعلت حذف آب زیاد مصالح سبک و متخلخل، افرودنی های خاصی( مواد کمکی برای پمپ) بکار می رود. بتن با مواد هوازا معمولاً تا فاصله های کوتاه و حدود 45 متر پمپ می شود. زیرا در مسافت های بیشتر حبابهای هوا فشرده و سبب کاهش کارآئی بتن می شود
پمپ های فشرده در انتقال بتن
ریختن و تراکم بتن
عمل ریختن و تراکم بتن معمولاً توأم و وابسته بوده و اغلب همزمان انجام می شود این عمل جخهت رسیدن به مقاومت لازم، غیر قابل نفوذ بودن و پایایی بتن سخت شده در ساختمان فوق العاده مهم است در مورد ریختن بتن هدف اصلی قراردادن بتن هر چه نزدیکت تر به محل نهایی آن بمنظور جلوگیری از خطر جداشدن دانه ها و ایجاد تراکم کامل می باشد.
الف) باید از پرتاب بتن با بیل و حرکت دادن آن با فشار خودداری گردد.
ب) بتن باید در لایه های یکنواخت ریخته شود و از انباشته کردن آن در لایه های شیب دا رخودداری کرد.
ج) ضخامت لایه باید متناسب با دستگاه لرزاننده بتن انتخاب شود تا هوای محبوس نتواند از انتهای هر لایه خارج گردد.
د) سرعت ریختن و تراکم بتن باید مساوی باشد.
ه) جهت دستیابی به بتن یکنواخت و پرداخت مناسب روی ستونها و دیوارها باید قالبها با سرعت حداقل 2 متر در ساعت پر شوند تا تأخیر حاصل شود( تأخیر طولانی سبب بروز درز های اتصال سرد می گردد.
و) قبل از ریختن لایه جدیدباید لایه قبلی کاملاً متراکم گردد. لایه های بعد باید قبل از سخت شدن لایه قبلی و زمانی که هنوز در حالت پلاستیک است ریخته شوند تا ساختمان یکپارچه ای حاصل شود.
ت) باید از برخورد بتن با قالب ها و آرماتور ها جلوگیری شود. در قطعات با ارتفاع زیاد استفاده از لوله های دراز و ترمی بتن را بدون جدائی در محل نهایی آن قرار می دهد.
ی) بتن بایستی در صفحه قائمی قرار داده شود. موقعی که بتن ریزی در قالب های افقی و یا شیبدار انجام می شود بتن باید عمود بر آن ریخته شود و فاصله ای بین بتن قدیم و جدید ایجاد شود. برای شیب های بیش از 10 درجه نوارهای مخصوصی بکار می رود.
روشهای ویژه ای برای بتن ریزی وجود دارد از جمله: استفاده از قالب های لغزان، روش قیف و لوله بلند( ترمی)، بتن پاشی، بتن با مصالح سنگی پیش آکنده و بتن غلطکی را می توان نام بردو روش استفاده از قالب های لغزنده روش پیوسته ریختن و تراکم بتن است. در این روش بتن با کارآیی کم و کنترل دقیق مصالح تشکیل دهنده بکار می رود. هر دو روش قالبهای لغزنده افق و قائم کاربرد دارند که نوع دوم آهسته تر بوده و قالب ها باید تا حصول مقاومت کافی بتن جهت نگهداری بتن تازه بعدی و قالبهای بالا در محل باقی بماند. سرمایه گذاری این روش نسبتاً بالاست ولیکن میزان زیاد بتن ریزی در این روش آنرا جبران می کند. ریختن بتن توسط روش قیف و لوله(نرمی) بخصوص برای قالب های عمیق که تراکم بتن با روشهای متداول مشکل است و برای بیتن ریزی زیر آب بکار می روددر این روش بتن با کارآیی بالا تحت وزن خود از لوله های قائمی که بتدریج بالا کشیده می شود به پائین می ریزد. مخلوطی که با این روش بکار می رود باید چسبنده بدون جدایی و آب انداختگی، و معمولاً با میزان سیمان بالا و ریزدانه بالا و در پاره ای از موارد شامل مواد کمی نظیر پوزولانها و مواد افزودنی برای کارآیی باشد. همانطور که در فصل شم بیان شده، منظور از تراکم، خارج کردن هوای محبوس از بتن تا حد امکان است تا بتن سخت شدة حاصل با کمترین تخلخل و در نتیجه با مقاومت بالا و با دوام و یا نفوذپذیری کم باشد.
بتن های یا کارآیی کم، هوای محبوس بیشتری نسبت به بتن های با کارآئی بالا دارند و از این نظر انرژی بیشتری برای تراکم نیاز دارد. انرژی اضافی معمولاً با بکاربردن دستگاههای لرزاننده مناسب فراهم می شود.
شکل (7-6) کنترل جدائی دانه ها و ملات در انتهای ناودانیهای حامل بتن
شکل(7-7) ریختن بتن توسط فرغون
شکل(7-8) ریختن بتن در دیوارهای عمیق و بلند
شکل(7-9) ریختن بتن روی سطح شیبدار
شکل(7-10) بت ریزی در زیر آب
لرزاندن بتن
لرزاندن و ارتعاش بتن توسط دستگاه لرزاننده( ویبراتور) اساساً به حدف هوای محبویس و نزدیک کردن ذرات جامد به یکدیگر اطلاق می شود. بدین وسیله مخلوط های خیلی خشک و چسبنده در مقایسه با روش دستی بخوبی متراکم شده و بتنی با مقاومت خوب و سیمان کمتر حاصل می شود. البته این صرفه جوییی در مصرف سیمان را هزینه دستگاههای لرزاننده و نیاز به قالب های محکمتر جهت استفاده از این وسائل جبران می گردد. به هرحال در مقایسه قیمت نهائی تمام شده، هزینه کارگر و نیروی انسانی تعیین کننده خواهد بود. با استفاده از مخلوط مناسب و نیروی انسانی ماهر د و روش تراکم با دست و با دستگاه لرزاننده می تواند بتن با کیفیت خوبی را نتیجه دهد. از طرف دیگر در هر دو روش نیز می توان بتن ضعیفی داشت. در روش دستی و با استفادهاز میله، تراکم ناکافی سبب ضعف بتن می شود، در حالی که در استفاده از دستگاههای مرتعش کننده، تراکم ناکافی همه قسمت ها، بتن غیر یکنواختی نتیجه می دهد و گاه لرزاندن زیاد سبب جدایی دانه ها از ملات می گردد. که این مسأله باکاربرد مخلوط نسبتاً سفت و با دانه بندی مناسب قابل پیشگیری است.
انتخاب دستگاه لرزاننده مناسب ارتباط مستقیم با روانی مخلوط دارد. مثلاً مخلوطهای مناسب جهت پمپ کردن ممکن است روانی بیش از حدی برای لرزاندن داشته باشند. بنابراین برای رسیدن به تراکم کافی و مناسب مشخصات دستگاه لرزاننده باید با روانی مخلوط انطباق داشته باشد. اساساً لرزاندن بتن به سه روش متداول است که در اینجا مورد بحث قرار خواهد گرفت. البته باید توجه داشت که روشهای خاصی نیز برای برنامه ای خاص ابداع شده است که در این کتاب مجال بحث در مورد آنها نیست.
لرزاننده درونی
در میان روشهای متداول لرزاندن بتن، این روش از همه معمولتر است. این دستگاه از یک مرتعش کننده که توسط یک میلة انعطاف پذیر به یک موتور متحرک اتصال دارد تشکیل شده است. سرخرطومی شکل دستگاه وارد بتن شده و با ایجاد لرزش یکنواخت سبب تراکم آن می گردد.
فرکانس ارتعاش دستگاه معمولاً بین 70 تا 200هرتز(Hz ) با شتابی بیش از g 4 می باشد. سر دستگاه بایستی به آسانی از یک قسمت بتن به قسمت دیگر قابل انعطاف باشد تا مطابق با تراکم بتن، هر نیم تا یک متر آن در ظرف پنج ثانیه تا دو دقیقه متراکم گردد. پایان عمل تراکم معمولاً با قضاوت ظاهری سطح بتن مشخص می گردد. در این زمان نباید بتن کرمو و متخلخل و یا با زیاد روزدن شیره ملات همراه باشد. بیرون آوردن سر ویبراتور باید بآهستگی و با سرعت حدود 80 میلیمتر در ثانیه صورت گیرد تا سوراخ ایجاد شده توسط آن بخودیخود پرشدهه و هوایی در داخل بتن باقی نگذارد. دستگاه مرتعش کننده بایستی سریعاً در ضخامت کامل بتن تازه و تا حدی در بتن در حالت پلاستیک لایه قبلی فرو رود( شکل 7-11 را ببینید) در این حالت بتن یکپارچه ای حاصل شده و از ایجاد یک سطح ضعیف بین دو لایه بتن، امکان ترک های ناشی از نشست بتن و اثرات داخلی آب انداختن بتن، جلوگیری می شود. بایستی توجه داشت که در بتن ریزی با ضخامت بیش از 5/0 متر ویبراتور ممکن است نتواند هوای محبوس را از قسمت پائین لایه بطور کامل خارج نماید. برخلاف پاره ای از ویبراتور ها، لرزاننده های درونی به علت اعمال تمام نیرو و کار روی بتن از راندمان بالایی برخوردارند. با ساخت اندازه های مختلف تا قطر 20 میلیمتر این دستگاه را برای قطعاتی که آرماتور انبوه دارند و همچنین قسمت هایی که دسترسی به آنها مشکل است نیز می توان بکار برد.
شکل(7-11) قراردادن لرزاننده های درونی در داخل بتن
لرزاننده های خارجی
این نوع مرتعش کننده بروی یک تکیه گاه ارتجاعی به قالبها متصل می شود و بنابراین قالب و بتن هر دو لرزانده می شوند، در نتیجه قسمتی از کار انجام شده صرف لرزاندن قالب می شودکه باید باندازه کافی مقاوم و محکم باشد تا نیرو را تحمل نموده و از نفوذ دوغاب سیمان از آن جلوگیری شود. اصول کار ویبراتور های خارجی همانند ویبراتور های داخلی است لیکن فرکانس ارتعاشات 50 و 15 هرتز متغیر است. لرزاننده های خارجی عموماً برای بتن های پیش ساخته و با قطعات بتنی درکارگاه که شکل و ضخامت کم آنها برای مرتعش کننده های داخلی مناسب نیست بکار می روند.
در چنین قالبهایی بتن باید در لایه های با ضخامت مناسب جهت خروج هوا ریخته شود زیرا لایه های ضخیم در این روش نمی توانند هوا را راحت از خود خارج کنند. با پیشرفت بتن ریزی محل لرزاننده تغییر داده می شود. ویبراتور های خارجی قابل حمل نیز که به قالبها متصل نمی شوند گاه برای قطعات با دسترسی محدود کاربرد دارند لیکن قدرت تراکم آنها بسیار محدود می شود. یک نوع از این مرتعش کننده ها چکش الکتریکی است که در پاره ای موارد برای تراکم قالب نمونه های آزمایشگاهی بکار می رود.
میزهای لرزاننده
میزهای مرتعش کنده مناسب ترین وسیله تراکم بتن برای قطعات پیش ساخته بوده و ارتعاش یکنواختی در بتن ایجاد می کنند.در این سیستم قالبها به ویبراتور بسته می شود.( برخلاف لرزاننده های خارجی)لیکن اصل ارتعاش و لرزش همانند ویبراتور های خارجی است. اصولاً دو شفت و محور دوار که درجهت خلاف دوران می کند مؤلفه افقی لرزه خنثی شده و میز با یک حرکت یکنواخت درجهت فقط قائم حرکت می کند. همچنین میز های ویبره کوچکی ساخته شده اند که با جریان متناوب و نیروی الکترومغناطیسی کار می کنند. این میزها با فرکانس بین 25 تا 120 هرتز و شتاب بینg 7-4 کار می کنند.
اگرچه در عمل فرکانس بندرت متغیر است لیکن در ارتعاش بتن هایی که اندازه های متغیر دارند و همچنین برای نمونه های آزمایشگاهی می توان از میزهای ویبره با شتاب و فرکانس متغیر استفاده نمود. ایده آل آن است که با پیشرفت تراکم بتن، فرکانس افزایش و شتاب کاهش یابد. کاربرد فرکانس بالا سبب تنظیم حرکت ذرات در زمان تعیین شده می شود ویبره کردن با شتاب زیاد که متناسب با فضای بین ذرات نباشد، جریان ثابتی در بتن ایجاد کرده و هیچگاه به تراکم کامل ختم نمی گردد. عملاً پیش بینی شتاب بهینه و فرکانس مناسب یک مخلوط مشخص تاکنون امکانپذیرنشده است.
ارتعاش مجدد
در بخشهای قبلی به ارتعاش بتن بلافاصله بعد از ریختن بتن و تراکم کامل آن، قبل از سخت شدن بتن، اشاره شد. همچنین بیان شد که برای ایجاد پیوستگی مناسب بین لایه های مختلف بتن ریزی، باید لایه های قبلی زمانی که هنوز در حالت پلاستیک و خمیری هستند، مجدداً مرتعش شوند. حالا این سئوال پیش می آید که آیا ارتعاش مجدد برای بتن سودمند است یا خیر. در واقع ارتعاش مجدد بتن بین یک تا دو ساعت بعد از ریختن آن سبب افزایش مقاومت فشاری تا 15 درصد می شود. لیکن مقدار واقعی افزایش بستگی به کارآیی مخلوط دارد. بطور کلی افزایش مقاومت در زمانهای اولیه بیشتر بوده و در بتن هایی که قابلیت آب انداختن زیاد دارند به علت خارج کردن آب محبوس با تراکم و ویبره مجدد، این افزایش مقاومت قابل ملاحظه است. به همین دلیل چسبندگی بین بتن و فولاد نیز افزایش می یابد. همچنین احتمال تقلیل تنش های حاصل از جمع شدگی پلاستیک در اطراف دانه های درشت مصالح سنگی فراهم می شود.
علیرغم مزایایی که ذکر شد ارتعاش مجدد بتن به علت اضافه نمودن مرحله جدیدی در تولید بتن کاربرد وسیع ندارد. علاوه بر این با اضافه شدن هزینه تولید، اگر دیر انجام شود، ممکن است سبب ایجاد خساراتی در بتن نیز بشود.
بتن پاشی
بتن پاشی به حمل بتن توسط یک شلینگ و پاشیدن سریع آن به کمک فشار باد و با سرعت زیاد در روی سطوح، گفته می شود. پاشیدن بتن که با فشار زیاد انجام می شود، سبب تراکم بتن و چسبیدن و جدا نشدن آن بر روی حتی سطوح قائم و سطوح بالای سر می شود. بتن پاشی گاه به بتن یا ملات پاشیده شده توسط باد و نامهای« شاتکریت» و « گنایت» شهرت پیدا کرده است. در بعضی کشورهای صنعتی جهان این طریق به بتن پاشیده موسوم است و عموماً برای ملاتی با ماکزیمم قطر دانه 5 میلیمتر بکار می رود که برای پوشش داخلی تونلها و تانکها و مخازن بتن پیش تنیده کاربرد دارد. همچنین این نوع بتن برای تعمیرات بتن های خراب شده، پایدار کردن صخره های سنگی شیب دار، پوشش فولاد برای ضد آتش کردن آن و ایجاد لایه نازک روی بتن و آجر و مصالح بنائی و فولاد، مورد استفاده قرار می گیرد.
در کاربردهای بالا در حقیقت روی ریختن بتن اهمیت زیاد این روش را مشخص می سازد. در این روش مهارت و تجربه قابل ملاحظه ای لازم است تا بتن یا ملات با کیفیت خواسته شده پاشیده شود. عملکرد شخص پاشنده بتن بخصوص در استفاده صحیح و کنترل قسمت انتهایی و سر دستگاه در این مهم نقش اساسی دارد.
از آنجا که در این روش بتن روی سطح پاشیده می شود و به تدریج ضخامت کامل شده و تا حدود 100 میلیمتر نیز می رسد، نیازی به یک طرف قالب نیست. در نتیجه با مصرف نکردن یک جداره و حائل های لازم از نظر اقتصادی این روش به صرفه است. اما از طرف دیگر استفاده از سیمان زیاد و وسائل خاص بتن پاشی باعث گرانتر شدن این روش نسبت به روش متداول بتن ریزی است.
دو روش عمده در بتن پاشی معمول است. در روشی که بیشتر متداول است و به روش خشک موسوم است، ابتدا سیمان و دانه های سنگی مرطوب مخلوط شده و به یک تغذیه کن مکانیکی با تفنگ بتن پاش وارد می شود( شکل 7 -12- الف را ببینید). سپس مخلوط با میزان مشخصی توسط یک پخش کن به جریانی از هوای فشرده داخل شلینگ که به سر بتن پاش منتهی می شود، وارد می گردد. داخل سر بتن پاش صفحه چند شاخه سوارخ داری تعبیه شده است که باد را با فشار روی مخلوط ریخته و سپس مخلوط با سرعت زیادی آماده پاشیدن می شود.
در روش تر تمام اجزاء بتن از جمله آب مخلوط قبلاً با یکدیگر مخلوط می گردند(شکل 7-120ب را ببینید). سپس بتن حاصل به محفظه مخصوص انتقال هدایت شده و از آنجا توسط انتقال با فشار باد یا با پمپ انتقال مخصوص نشان داده شده در شکل( 7-5) به قسمت انتهایی راه می یابد. جهت ایجاد سرعت بالا در پاشیدن هوای فشرده( در استفاده از سیستم باد، هوای اضافی) به قسمت انتهایی تزریق می گردد.
در مقایسه با روش خشک، در روش تر روی آب مورد نیاز مخلوط که قبل از مخلوط شدن اندازه گیری می شود و احتمالاً مقدار مواد افزودنی مصرفی، کنترل بهتری وجود دارد. همچنین به علت ایجاد گرد و غبار کمتر، شرایط کاری در روش تر خیلی بهتر خواهد بود. در هر دو روش محصول نهایی بسیار خوب بوده و به خصوص در روش خشک و در استفاده از سنگدانه های سبک و متخلخل می توان راندمان بالایی در بتن ریزی داشت. در این نوع بتن ریزی با استفاده از زودگیرهای بسیار سریع نظیر کربنات سدیم( سودا) می توان سطوح با آب روان را بتن ریزی کرد. البته زودگیر کننده ها روی مقاومت تأثیر منفی دارند لیکن انجام کارهای تعمیراتی را ممکن می سازند.
مخلوطی که در بتن پاشی مصرف می شود باید به اندازه ای خشک باشد که در هر شرایطی بتواند خود را در محل پاشیده شده نگه دارد. در عین حال مخلوط باید به اندازه ای تر باشد که در اثر پاشیدن، خودبخود متراکم گردد و مصالح بعد از برخورد به آن برنگردد.
البته واضح است که تمامی مصالحی که پاشیده می شوند در محل خود باقی نمی مانند و به خصوص ذرات درشت تمایل به به بازگشت از سطح را دارند. میزان مصالحی که بعد از پاشیدن بازگشت می کنند در لایه اولیه بیشتر بود و همچنین در دیواره ها و قسمت های بالای سر بیش از دالها و کفها است. البته اهمیت از دست دادن مصالح چندان قابل ملاحظه نیست لیکن جمع شدن مصالح در یک محل و مخلوط شدن آن با مواد لایه بعدی نقطه ضعفی در بتن پاشی است. کم شدن سنگدانه ها نیز سبب ایجاد ملات و بتنی با جمع شدگی بیشتر می شود. برای اجتناب از جمع شدن مصالح برگشتی در گوشه های داخلی، در پائین دیواره ها، در پشت آرماتور ها با لوله های کار گذاشته شده، و بالاخره در سطوح افقی، دقت زیادی در بتن پاشی لازم بوده و توصیه می شود از آرماتور های نمره پائین استفاده شود.
حدود متداول نسبت آب به سیمان مخلوط مصرفی5/0 – 35/0 بوده آب انداختگی کمی دارد. نسبت متداول در ملات تا بااستفاده از ماسه مصرفی در مخلوط های معمولی می باشد. در خصوص بتن مصرفی حداکثر قطر دانه به 25میلیمتر محدود می شود. لیکن میزان دانه های درشت مخلوط کمتر از بتن های معمولی است. بعلت برگشت زیاد مصالح در بتن پاشی، معمولاً استفاده بتن بسیار محدود می باشد. بعلت بزرگ بودن نسبت سطح به حجم قطعات بتن پاشی عمل آوردن و نگهداری این نوع بتن ها که با خشک شدن سریع همراه است اهمیت دارد. در این خصوص می توان به توصیه استانداردها نظیر ACI506-3R-82 عمل نمود.
شکل(7-12) – نمونه تیپ وسیله بتون پاشی(الف)حالت مخلوط خشک، (ب)حالت مخلوط تر
بتن با سنگدانه پیش آکنده
این نوع بتن که بنام بتن پیش آکنده یا دوغابی نیز معروف است برای محلهایی که به آسانی قابل دسترسی نبود یا محلهایی که مناسب بتن ریزی با روشهای معمولی نیستند کاربرد دارد. این بتن در دو مرحله ساخته می شود. ابتدا سنگدانه درشت با شن در قالب ریخته شده و متراکم می گردد و سپس فضای خالی بین آنها که تقریباً 33 درصد کل حجم را تشکیل می دهد، با ملات پر می شود واضح است که مصالح با دانه بندی ناپیوسته بوده و میتواند براساس نمونه جدول(7-2) انتخاب گردد برای دستیابی به پیوستگی بهتر بین سنگدانه ها و دوغاب سنگدانه های درشت دانه باید عاری از گرد و ناخالصیاز نوع خاک، باشند زیراا ین مواد در مخلوط باقی مانده و جدا نمی شوند.ا ین مصالح باید قبل از اضافه کردن دوغاب به ملات، کاملاً خیس و اشباع شود. به هرحال آب نیز نباید مدت طولانی روی مصالح باقی بماند زیرا ممکن است سبب رشد جلبک و خره گردد.
ملات معمولاض تحت فشار از میان لوله های شکافدار پمپ شده و این لوله ها تا قطر 35 میلیمتر نیز ساخته می شوند با بالا آمدن سطح ملات لوله ها به تدریج بیرون کشیده می شوند اصولاً نیازی به ارتعاش داخلی نیست ولی گاهی ارتعاش خارجی در سطح بالای ملات بهتر شدن کیفیت سطوح نهایی منجر می شودو.
جدول (7-2) نمونه دانه بندی مصالح سنگی در بتن با سنگدانه پیش آکنده
نسبت های اختلاط ملات از نظر وزنی معمولاً شامل دو قسمت سیمان پرتلند، یک قسمت خاکستر بادی( PFA ) و سه قسمت تا چهار قسمت ریزدانه می باشد که همراه با آب کافی، مخلوط مایع گونه ای ایجاد می کند. هدف از مصرف پوزولان کمک به تقلیل خطر آب انداختن و جدایی دانه ها و بهبود کیفیت روانی ملات می باشد. گاه مواد کمک روان کننده که زمان گیرش ملات را نیز کند می کند اضافه می شود. این مواد کمکی شامل مقدار کمی پودر آلومینیوم است که پس از فعل وا انفعال با ایجاد گاز ئیدروژن سبب انبساط کمی قبل از زمان سخت شدن می شود. بعنوان راه حل دیگر، سیمان و سنگدانه ریز در یک مخلوط کن مخصوص کلوئیدی که سرعت گردش در آن بسیار بالاست با سرعت مخلوط شده و تا قبل از تکمیل عمل پمپاژ سیمان در آن بصورت معلق باقی می ماند. این روش بتن با سنگدانه پیش آکنده،گاه بتن کلوئیدی نیز نامیده می شود.
بتن با سنگدانه پیش آکنده در ارتباط با مصرف سیمان اقتصادی بوده( تا 120 الی 150 کیلوگرم سیمان در متر مکعب بتن) کیکن لزوم استفاده از نسبت آب به سیمان بالا که برای جریان ملات لازم است، مقاومت فشاری محدودی را ایجاد میک ند(MPa 20) به هر حال چنین مقاومتی برای کاربرد این نوع بتن کافی به نظر می رسد. همچنین دراین روش بتنی نسبتاض کم نفوذ با دوام و مصالح یکنواخت بدست خواهد آمد.
یک نوع استفاده خاص بتن با سنگدانه پیش آکنده درقطعاتی است که باید مقدار زیادی مصالح و یا قطعات دیگر در جای خاصی از بتن باقی بماند. یکی از این موارد در آشیانه ها ونیروگاههای اتمی است در این موارد خطر جدایی سنگدانه های در شت سنگین بخصوص مواد سنگی فلز دار تقریباً حذف می گرددزیرا در این روش سنگدانه های درشت و ریز بطور جداگانه ریخته می شود. به هر حال دراین ساختمان های اتمی مصرف پوزولان به علت کم کردن وزن مخصوص بتن لزومی ندارد.
بعلت ایجاد جدایی بسیار کم بین دانه ها، روش بتن با سنگدانه پیش آکنده برای بتن ریزی اب نیز بکار می رود. کاربردهای دیگر آن در ساخت مخازن و منابع آب، در ساخت بلوکهای یکپارچه و درکارهای تعمیراتی بتن می باشد، که بعلت جمع شدگی و انقباض کمتر و نفوذپذیری پائین تر این نوع بتن ها( و بنابراین مقاومت بالا در مقابلخ خوردگی و آب شدن) از بتن های معمولی مناسب تر می باشد.
بعلت یکنواختی دانه های سنگی درشت در این بتن می توان آنرا برای نما یا شنهای نمایان نیز بکار برد. در بتن ریزی های حجیم افزایش حرارت ناشی از هیدراتاسیون را میتوان باجریان آب خنک در اطراف سنگدانه، قبل از اضافه نمودن ملات به آن کنترل نمود. در جهت دیگر در سرمای هوا خطر یخ بستن وجود دارد.می توان با جریان بخار سنگدانه ها را قبلاً گرم نمود بطورکلی بتنهای با سنگدانه پیش آکنده مزایای نسبتاً متعددی دارندلیکن بعلت مشکلات متعدد فعلی تجارت و مهارت قابل ملاحظه ای در کاربرداین بتن لازم می باشد.
بتن ریزی در هوای گرم:
رو شهای متعددی جهت حل مسائل بتن در هوای گرم که در قسمت قبل بیان گردید وجود دارد. در اولین قدم بتن درکارگاه یا به هنگام تحویل بایستی پایین و در حدود 16 درجه سانتیگراد() و حداکثر 32 درجه سانتیگراد() نگهداشته شود. دمای مخلوط تازه با داشتن دمای اجزاء تشکیل دهند آنرا از فرمول زیر محاسبه می گردد.
(9-1)
در این فرمول T دما( یا)،w جرم اجزاء تشکیل دهنده در واحد حجم بتن یا ) و ضریب های a وcو w و wa به سنگدانه خشک، سیمان، آب اضافه شده و آب جذب شده توسط سنگدانه ها مربوط می باشند. مقدار ضریب 22/ نسبت تقریبی حرارت ویژه مصالح خشک به آب است که در دو سیستم واحد SI و سیستم آمریکایی کاربرد دارد.
البته حرارت و دمای واقعی بتن کمی بیش از مقدار محاسبه شده از فرمول فوق می باشد و این بعلت کار مکانیکی انجام شده هنگام مخلوط کردن بتن و افزایش حرارت هیدراتاسیون اولیه سیمان است. معهذا مقادیر محاسبه شده از فرمول باندازه کافی دقیق می باشد. از آنجا که معمولاً کنترلهائی روی دما اجزاء تشکیل دهنده بتن اعمال می شود لذا لازم است اثر نسبی تغییرات درجه حرارت مصالح روی بتن بررسی شود. بعنوان مثال برای نسبت آب به سیمان 5/0 و نسبت سنگدانه به سیمان6/5 کاهش دمای بتن تازه به میزان 1 درجه سانتیگراد( یا ) یا با پائین آوردن دمای سیمان به میزان9 درجه سانتیگراد() ، یا آب به میزان 6/3 درجه سانتیگراد() یا سنگدانه ها بمیزان 6/1 درجه سانتیگراد() میسر میگردد. بنابراین می توان مشاهده کرد که به علت مقدار کم سیمان در مخلوط، افت دمای بیشتری برای آن نسبت به مصالح دیگر لازمست و در نتیجه خشک کردن آب ساده تر از سیمان و سنگدانه است.
همچنینن برای خنک کردن میتوان یخ را بعنونانقسمتی از آب اختلاط مصرف نمود. راندمان این کار بعلت جذب حرارت مصالح دیگر جهت تأمین گرمای نهان ذوب یخ بیشتر است در این حالت دمای بتن تازه از فرمول زیر بدست می آید:
(9-2)
عبارات فوق همان است که در فرمول(9-1) بیان شد بجز اینکه کل جرم آب اضافه شده به مخلوط مجموع آب
دردمای بعلاوه جرم یخ بوده و L نشاندهنده نسبت دمای نهان ذوب یخ به حرارت ویژه آب و برابر می باشد. بایستی به هنگام صرف یخ دقت کافی نمود تا کل یخ قبل از کامل شدن مخلوط آب شده باشد.
اگرچه سردکردن سنگدانه ها در پایین آوردن دمای بتن تأثیر کمتری دارد، لیکن با دپوکردن سنگدانه ها در سایه و دور از تابش مستقیم افتاب و آب پاشی به آن می شود
حرارت بتن را پایین آورده . از روشهایدیگر می توان پوشانیدن لوله های آب، رنگ کردن، تمام لوله ها و مخزن های آب به رنگ سفید آب پاشی کردن قالب ها قبل از بتن ریزی، و انجام بتن ریزی در شب را نام برد. در ارتباط با انتخاب مخلوط منسب به منظور کاهش تأثیر هوای خیلی گرم مقدار سیمان باید تا حد امکان جهت تقلیل حرارت هیدراتاسیون کم انتخاب شود. در خوصص حل مشکل کارآیی بتن نوع و دانه بندی مصالح سنگی باید طوری باشد که جذب آب زیاد نداشته و مخلوط چسبنده بوده و موادی نظیر سولفاتها درسنگدانه ها که خطر گیرش کاذب و سریع را در بتن بالا می برد، به حداقل برسد.
بمنظورکاهش خطر کم شدن کارآیی بتن و افزایش زمان گیرش میتوان از مواد افزودن دیرگیرکننده استفاده نمود( فصل 8) در بتن ریزی های متوالی این ماده از تشکیل اتصالات سرد بین قسمتها جلوگیری میکند. در بعضی کاربردهای خاص میتوان درصد استفاده از ماده افزودنی را با نظر متخصص مربوطه بالا برد.
پس از بتن ریزی باید از تبخیر آب بتن جلوگیری نمود. از میزان تبخیر بیش از 5/0 کیلوگرم بر مترمربع( ) در ساعت از سطح بتن در معرض محیط باید اجتناب کرد تا به عمل آوردن قابل قبول و جلوگیری از ترکهای پلاستیک فراهم گردد. میزان تبخیر بستگی به دمای هوا، دمای بتن، رطوبت نسبی هوا، و سرعت باد دارد. مقادیر مختلف تبخیر از شکل 9-2 قابل تخمین می باشد. بتن باید از اشعه خورشید محافظت شود. زیرا در غیر اینصورت اگر شب سردی فرا برسد دراثر ممانعت از انقباض ناشی از سردشدن، ترکهائی حرارتی ایجاد خواهد شد. گسترش ترکها مستقیماً به اختلاف دمای بین بتن و محیط اطراف وابسته است. در هوای خشک، خیس کردن بتن و فراهم نمودن شرایط تبخیر به خنک شدن مناسب و عمل آوردن مؤثر منجر می گردد. روشهای دیگر عمل آوری تأثیر کمتری دارند. در صورتی که صفحه و غشاء و پوشش پلاستیکی بکار رود بهتر است به رنگ سفید باشند تا اشعه آفتاب را منعکس نمایند. سطوح بزرگ بتنی در معرض محیط، نظیر بزرگراه ها و باند فرودگاه ها در برابر مسائل حرارتی بیشتر آسیب پذیرن و ریختن و عمل آوردن بتن در این حالات باید دقیقاً برنامه ریزی و اجرا گردد.
شکل(9-2) اثر دمای بتن وهوا، رطوبت نسبی وسرعت باد بر میزان تبخیر سطحی رطوبت از بتن( طبی ACI 305.R-77 ).
بتن های حجیم
هنگام بتن ریزی حجیم و غیرمسطح نظیر سدهای وزنی، خطر ترکهای حرارتی، ( بعلت قید در مقابل انقباض در سرد شدن بتن، از حداکثر دمای ایجادشده در اثر حرارت هیدراتاسیون) افزایش می یابد. ایجاد چنین ترکهایی ممکنا ست چند هفته ای طول بکشد تا ظاهر شود. از طرف دیگر در قطعات نازک، خطر ترک حرارتی سنین اولیه در صورتی که بتنی بصورت مناسب مسلح نشود، وجود دارد.
ترکهای حرارتی بایستی از ترکهای پلاستیک تشخیص داده شوند هنگامی که بعاتن در حالت پلاستیک در معرض تبخیر سریع آب از سطح آن قرار می گیرد، ترکهای پلاستیک روی یا نزدیک سطح آن ایجاد می شوند، بایستی اضافه کرد که خشک شدن نیز ترکهای انقباضی ایجاد میکند که معمولاً این ترکها کمی دیرتراز ترکهای حرارتی اتفاق می افتد .
هنگامی که بتن حجیم ازمحیط عایق نبش به علت اینکه داخل آن گرم و سطح آن در اثر تبادل حرارت با محیط سرد می شود، گرادیان حرارتی بوجود می آید. در نتیجه در قسمت داخلی که از انبساط حرارتی کامل مقید می گردد، تنشهای فشاری بوجود می آید تا با تنشهای کششی، در قسمت خارجی آن تعادل یابد. هردو تنش در اثر خزش بتن رها شده لیکن تنش کششی باندازه کافیست که ترکهای سطحی ایجاد نماید. هنگامی که بتن شروع به سردشدن و انقباض می نماید تنشهای کششی در سطح خارجی رها شده و ترکهای سطحی بسته می شود از آنجا که قسمت داخلی بتن تمایل به انقباض بیشتری نسبت به سطح دارد کرنش در قسمت داخلی مقید شده و تنش کششی کمتری در اثر خزش از حالت گرم شدن بتن وجود دارد. واین به علت این است که بتن اینجا بیشتر رسیده است. بنابراین تنش کششی ایجادشده بعلت قیود داخلی در سردشدن ممکن است باندازه کافی بزرگ باشد تا در قسمت داخلی بتن حجیم ترک ایجاد کند، لذا لازم است اختلاف حرارتی با گرادیان حرارتی در بتن بمنظور اجتناب از ترک محدود گردد.
از طرف دیگر زمانی که کل بتن حجیم در مقابل هوای خارج با زمین عایق می شود تا حرارت در آن یکنواخت گردد ترک تنها هنگامی ایجاد می شود که از انقباض یافتن تمام یا قسمتی از سطح خارجی بتن در طول دوران سرد شدن، جلوگیری گردد. این نوع قید به قید خارجی موسوم است و برای اجتناب از ترک لازم است اختلاف دمای نقطه اوج بتن و دمای محیط با قید را حداقل نمود. اختلاف دمای قابل تحمل بین دمای نقطه اوج و دمای نهایی محیط باید به 20 درجه سانتیگراد() در کابرد سنگدانه از نوع فلنیت و به 40 درجه سانتیگراد()در کاربرد سنگدانه از نوع آهکی محدود شده ولیکن در کاربرد سنگدانه سبک می تواند به 130 درجه سانتیگراد برسد.
جهت حداقل کردن اختلاف با گرادیان حرارتی، اقدامات متعدد دیگری نیز به شرح زیر می تواند انجام شودک
الف) اجزاء مخلوط بتن، با روشهای ذکرشده قبلی سرد شود تا دمای بتن تازه به حدود 7 درجه سانتیگراد() تقلیل یابد. بدین وسیله اختلاف مابین دمای نقطه اوج و دمای محیط در سردشدن کاهش می یابد.
ب) سطح بتن خنک شود، لیکن فقط برای قطعات با ضخامت کمتر از 500 میلیمتر( 20 اینچ) و یا کاربرد قالبهائی که شبیه قالب های فولادی عایق کمی ایجاد می کنند. در اینجا سردکردن بتن، بالارفتن دمای قسمت مرکزی و هسته را بدون آنکه اثر مضر گرادیان حرارتی داشته باشد تقلیل داده و از بوجود آمدن قید داخلی جلوگیری می کند.
ج) کلیه سطوح منجلمه سطح بالای بتن، عایق بندی شود. این عمل برای قطعاتی با ضخامت بیش از 500 میلیمتر( با 20 اینچ) با استفاده کردن از قالب های دارای مواد عایق انجام می شود تا بدینوسیله گرادیان حرارتی حداقل گردد. بتن در این حالت به شرط عدم وجود قید خارجی به راحتی می تواند منبسط یا منقبض گردد.
د) اجزاء تشکیل دهنده بتن با دقت انتخاب شوند.
انتخاب مواد تشکیل دهنده بتن بنوبه خود به عوامل دیگر مؤثر در ایجاد ترک، بعلاوه درجه حرارت وابسته می باشد. سنگدانه مناسب می تواند در تقلیل ضریب انبساط حرارتی بتن و افزایش ظرفیت کششی کمک نماید. مثلاً بدن ساخته شده با سنگدانه های زاویه دار نسبت به بتن ساخته شده از سنگدانه ایی گرد، ظرفیت کرنش کششی بیشتری دارد. مشابه آن سنگدانه سبک دانه، ظرفیت کرنش کششی بالاتری از سنگدانه معمولی نتیجه می دهد. البته این مزیت تا حدودی با کاربرد سیمان بیشتر در سنگدانه سبک برای مقاومت کارآیی یکسان،خنثی می گردد.
بطورکلی کاربرد سیمان با حرارت زایی کم، سیمان پوزولانی مقدار کم سیمان و استفاده از مواد افزودنی تقلیل دهنده آب، در کاهش نقطه اوج درجه حرارت بتن مؤثرند. نوع سیمان براساس میزان حرارت ایجادشده که سبب افزایش دما می شود، انتخاب می گردد. البته با افزایش مقدار سیمان کل حرارت در واحتد حجم بتن افزایش می یابد.
بنابراین می توان دریافت که بالارفتن دما به عوامل متعددی وابسته است. نوع و مقدار سیمان( بعبارت دیگر کل مصالح سیمانی)، اندازة قطعه، میزان عایق بودن قالبها و دمای بتن ریزی از عوامل عمده می باشد. عامل آخر یعنی دمای بتن ریزی، هر چقدر بالاتر باشد هیدراتاسیون بتن سریع تر شده و افزایش دما بیشتر می شود.
در عمل کمترین افزایش دما با کاربرد سیمان ضدسولفات( نوع 5) و مخلوط با سیمان سرباره میسر می گردد سیمان مناسب بعدی مخلوط سیمان معمولی( نوع 1) و سرباره خاکستر سیمان بادی(PFA ) می باشد. در قطعات حجیم، مقدار مواد سیمانی یعنی مخلوط سیمان تعیین می شوند تا مقاومت فشاری 28 روزه که بیش از 14 مگاپاسکال نیاز نیست. به هرحال در بتن مسلح سازه ممکن است مقاومت اولیه تعیین کننده بوده و به ناچار باید سیمان نوع 1 به تنهایی به مقدار بیشتری بکار رود. در این حالت باید اقدامات دیگری را بمنظور حداقل کردن تأثیر بد افزایش درجه حرارت اعمال نمود.
قبلاً به تفاضل دمای قابل تحمل شاره شد اختلاف دما در یک حالت داده شده( از اطلاعات مشخصات حرارتی در بتن و عایق حرارتی بودنش) قابل محاسبه است، لیکن در عمل درجه حرارت در نقاط متعدد درجه حرارت در حد قابل قبولی کنترل شود. فراهم می آید. عایق کاری باید افت حرارت از طریق تبخیر و همچنین انتقال و تشعشع را کنترل نماید برای کنترل تبخیر باید از غشاء پلاستیکی یا مواد عمل آورنده استفاده نمود. در حالی که تخته صاف آنرا در افت حرارت های دیگر عایق می کند. در همه حالات لحاف های با روکش پلاستیکی مناسب می باشد.
زمان لازم باری بازکردن قالب ها، در ارتباط با حداقل کردن تفاضل حرارتی، اهمیت دارد. در قطعات نازک کمتر از 50 میلیمتر، بازکردن زودتر قالب ها سبب سردشدن سریعتر سطح بتن می گردد. بهرحال در قطعات حجیم مجزا، عایقکاری باید تا سردشدن کامل کل قطعه باقی بماند تا پس از برداشتن نهایی قالبها افت دما در سطح از نصف مقادیر داده شده در قبل یعنی 10درجه سانتیگراد()برای بتن با سنگدانه فلینیتی تجاوز نکند. دلیل ارائه مقادیر کمتر تفاضل حرارتی قابل تحمل، این است که اگر عایقکاری زود برداشته شود سردشدن باندازه ای سریع است که خزش بتن نمی تواند در افزایش ظرفیت کرنش حدود 2 هفته قبل از اینکه بتن تا درجه حرارت ایمن سرد شود، در محل باقی بماند . این عمل بهرحال در صورتی که قطعه تحت قید خارجی باشد، نمی تواند از بروز ترک جلوگیری کند و باید روشهای دیگری در نظر گرفته شود.
بتن ریزی در هوای سرد
مشکلات بتن ریز در هوای به مسأله یخ زدن بتن تازه مربوط می شود. که بعداً به آن بیشتر پرداخته می شود. اگر بتنی که هنوز کاملاً سخت نشده است یخ ببندد، آب اختلاط یخ بسته و حجم کلی بتن افزایش می یابد، در این حالت چون آب برای فعل و انفعال شیمیایی وجود ندارد. گرفتن و سخت شدن به تأخیر می افتد و ممکن است مقدار کم خمیر سیمان بعلت تشکیل یخ شکسته شود. هنگامی که در مرحله بعدی یخ آب می شود. بتن گرفته و در وضعیت منبسط شده سخت می گردد و بنابراین دارای حفره های زیاد و مقاومت کمی خواهد شد. ممکن است بتوان بتن را هنگامی که یخ آب می شود مجدداً لرزانده و متراکم نمود. ولی چنین عملی عموماً توصیه نمی شود. زیرا تعیین دقیق زمان شروع گیرش در بتن، مشکل است.
اگر یخ زدن بتن پس از گیرش آن و قبل از رسیدن به مقاومت کافی و مناسب اتفاق بیفتد، انبساط حاصل به همراه تشکیل یخ سبب افت قابل توجه مقاومت می شود اما اگر بتن قبل از یخ زدن مقاومت کافی را دارا باشد، می تواد در مقابل فشار داخلی تولیدشده در اثر تشکیل یخ،( از بقیه آب مخلوط) مقاومت نماید. در این حالت آب کمی باقیمانده، زیرا قسمتی از آب مخلوط برای هیدراتاسیون سیمان مصرف شده، و قسمتی در حفره های کوچک ژلی قرارگرفته که قادر به یخ زدن نیست. متأسفانه تعیین سن بتن که در آن سن، بتن آنقدر مقاوم باشد که در مقابل یخ زدگی پایدار باشد، کار مشکلی می باشد. اگرچه پاره ای قوانین سرانگشتی موجود است. بطورکلی هیدراتاسیون بیشتر سیمان و مقاومت بالاتر آسیب پذیری بتن را کاهش می هد.
علاوه بر حفاظ بتن در مقابل یخزدگی در سنین اولیه بتن باید سیکلهای بعدی یخ زدن و آب شدن را در صورت وقوع تحمل نماید. در اینجا به نحوة جلوگیری از یخ زدن بتن تازه و حفاظت بتن در طول هیدراتاسیون اولیه اشاره می شود. برای دستیابی به این مورد باید مطمئن بود که دمای ریختن بتن باندازة کافی بالاست، طوریکه از یخ زدن آب بتن جلوگیری می شود و خود بتن نیز از نظر حرارتی برای زمان کافی و تا رسیدن به مقاومت مناسب، محافظت می گردد. جدول(9-1) حداقل درجه حرارت بتن را هنگام بتن ریزی در هوای سرد بازای درجه حرارتهای مختلف محیط و اندازه قطعات نشان می دهد. اعداد جدول نشان می دهد که حداقل دمای قابل تحمل بتن در موقع ریختن و نگاهداری، برای قطعات بزرگتر بعلت افت حرارت کمتر، پائین تر می باشد. از همان جدول می توان دریافت که در دمای هوای زیر 5درجه سانتیگراد()بتن باید در دمای بالاتری مخلوط حمل و نقل ریخته شود. علاوه بر این باید مطمئن بود که بتن تازه در محل و سطح یخ زده ریخته نشود. همچنین بمنظور اجتناب از ایجاد ترکهای حرارتی در 24 ساعت ا ول بعد از پایان حفاظت، و زمانی که بتن تا دمای محیط سرد می شود. حداکثر افت مجاز در طول 24 ساعت نباید از مقادیر داده شده در جدول 9-1 تجاوز نماید.
باید توجه داشت که سنگدانه های سبک حرارت بیشتری را نگه می دارند، و لذا حداقل درجه حرارت ریختن و نگاهداری می تواند کمتر انتخاب شود. مدت زمان پیوسته برای حفاظت بتن های ساخته شده و یا مواد هوازا وسنگدانه معمولی که در دماهای توصیه شده در جدول 9-1 ریخته و نگهداری شده اند، در جدول 9-2 ارائه شده است. در مواردی که پدیده یخ زدن و آب شدن در حالت بهره برداری، رخ خواهد داد باید بتن باحباب هوا مصرف شود در غیر اینصورت در بتن معمولی زمان حفاظت داده شده در جدول 9-2 باید حداقل دو برابر گردد زیرا چنین بتنی، بخصوص در شرایط اشباع در مقابل یخ زدگی کاملاً آسیب پذیر است.
جدول 9-1 دماهای توصیه شده بتن برای بتن ریزی در هوای سرد
(براساسACI-306R-78. )
کوچکترین بعد مقطع
دمای هوا کوچکتر از بیش از
حداقل دمای بتن هنگام ریختن و نگهداری
پائین
حداقل دمای بتن هنگام ریختن و نگهداری
دوران حفاظت توصیه شده در جدول 9-2 به نوع و مقدار سیمان، استفاده از تسریع کننده ها و شرایط بهره برداری بستگی دارد. این زمانهای حفاظت باید اطمینان از خطر یخ زدگی در سنین اولیه و مسائل دوام در درازمدت را تأمین نمایند.
جدول 9-2- زمانهای محافظت توصیه شده برای بتن ریزی در هوای سرد( با استفاده از حباب زایی در بتن)
در حالتی که لازم است درصد بالایی از مقاومت طرح بتن سازه، قبل از قالب برداری تأمین گردد، دوران حفاظت از جدول9-3 بدست می آید. این مقادیر نمونه هایی برای مقاومت 28روزه بین 21 تا 34 مگاپاسکال( psi 5000-3000) می باشند، برای شرایط دیگر بهره برداری و بتن های نوع دیگر، زمان حفاظت باید از ارتباط بین مقاومت پیش تعیین شده و رسیدگی بتن تخمین زده شود. از اعداد جداول 9-2و 9-3 چنین استنباط می شود که برای داشتن میزان حرارت بالا( و بنابراین بالا رفتن سریع دمای اولیه) باید سیمان زود سخت شونده( نوع 3) یا مواد افزودنی تسریع کننده مصرف شود و ترجیحاً مخلوط پر عیار با آب به سیمان پائین استفاده گردد.
قبلاً به حداقل دمای لازم در بتن، به هنگام ریختن آن اشاره گردید. هدف اعدادی بین 7 و 21 درجه سانتیگراد(70-45) می باشد. تجاوز از حداکثر این دما ممکن است اثر معکوسی در مقاومت درازمدت باقی بگذارد. دمای بتن به هنگام ریختن تابعی از دمای اجزاء تشکیل دهنده بوده و از معادله 9-1 قابل محاسبه است. در صورت لزوم میتوان بعضی از مصالح را گرم نمود. از مطالب عنوان شده در بخش بتن ریزی در هوای گرم چنین بر می آید که حرارت دادن آب آسانتر و با صرفه تر است؛ لیکن توصیه می شود دمای آب از 80- 60 درجه سانتیگراد(180-140) فراتر نرود. زیرا ممکن است گیرش آنی ایجاد نماید؛ و این در ارتباط با اختلاف دمای سیمان و آب می باشد. همچنین باید از تماس مستقیم سیمان و آب گرم جلوگیری کرد تا سیمان به صورت گلوله درنیاید. لذا لازم است نحوه ریختن اجزا مخلوط در مخلوط کن به طریق مناسب منظم گردد.
جدول 9-3- زمانهای محافظت توصیه شده برای بتن های کاملاً بارگذاری شده در معرض هوای سرد.
تداوم محافظت( روز)
نوع سیمان
درصد مقاومت 28 روزه
50 65 85 95
برای بتن با دمای 10 درجه سانتیگراد (
سیمان پرتلند معمولی(نوع I ) 6 11 21 29
سیمان اصلاح شده (نوعII ) 6 14 28 35
سیمان پرتلند زود سخت 3 5 16 26
شونده( نوع III )
برای بتن با دمای 21 درجه سانتیگراد(:
سیمان پرتلند معمولی(نوع I ) 4 8 16 23
سیمان اصلاح شده (نوعII) 6 10 18 24
سیمان پرتلند زود سخت
شونده( نوع III ) 3 4 12 20
براساس ACI 306R-78
اگر گرم کردن آب، دمای بتن را باندازه کافی بالا نبرد، می توان سنگدانه ها را با بخار بطور غیرمستقیم تا 52 درجه سانتیگراد(125) گرم نمود. حرارت دادن مستقیم با بخار سبب تغییرات رطوبت نسبی سنگدانه ها می شود. هنگامی که دمای سنگدانه ها زیر صفر درجه سانتیگراد است، آب جذب شده به آن، به صورت یخ می باشد. بنابراین حرارت لازم نه تنها باید دمای یخ را از دمای سنگدانه به صفر ببرد؛ بلکه باید یخ را به آب تبدیل نماید( دمای نهان ذوب). در این حالت دمای بتن تازه از فرمول زیر محاسبه می شود.
در این فرمول 5/0 نسبت حرارت ویژه یخ به آب و L همان است که در فرمول 9-2 بیان گردید.
پس از بتن ریزی، جهت حفظ دمای مناسب بتن، باید بتن از محیط عایق گردد و در صورت لزوم ساختمان پوشیده شود، و با یک منبع حرارتی گرم گردد. نحوه حرارت دادن بایستی طوری باشد که هیچ قسمتی از بتن سریعاً خشک نشده و زیاد حرارت نبیند. همچنین گاز کربنیک زیاد(Co2)( که ممکنست بتن را کربناته کند) نباید در قسمتی متمرکز گردد. به دلایل فوق بخار، یک منبع مناسب گرمایی می باشد. قالبهای فولادی به صورت ژاکت با سیکل آب گرم نیز در پاره ای موارد بکار می رود.
در سازه های مهم دمای بتن را باید ثبت گردد. در انتخاب محل قرار دادن ترمومترها و یا ترموکوپل ها باید توجه داشت که گوشه ها و سطوح، از بقیه نقاط، در مقابل یخ زدن آسیب پذیرترند. ثبت زمانی دمای بتن، کمک می کند تا نحوه عایق کاری و حرارت دادن را بتوان با زمان تنظیم نمود، و در مقابل تغییرات هوا، مثلاً زمان وزش باد ناگهانی، که باعث پایین آوردن دما می شود و به یخ زدن کمک می کند، بتن را محافظت نمود. از طرف دیگر برف، شبیه یک عایق عمل کرده و یک حفاظت طبیعی برای بتن ایجاد می کند.
روشهای عمل آوردن بتن
نخست، تذکر این نکته ضروری است که در این بخش هدف بررسی جزئیات نمی باشد و فقط کلیاتی از روشهای مختلف عمل آوردن بتن که بسته به موقعیت،در بسیاری از نقاط جهان مورد استفاده قرار می گیرند، ارائه خواهد شد. روشهایی که چگونگی اجرای آنها به وضعیت و شرایط کارگاهی و هچنین ا ندازه، شکل و موقعیت مقاطع بتنی مورد نظر بستگی دارد.در مورد آن دسته از قطعات بتنی که نسبت سطح به حجم آنها کوچک می باشد، حتی روغنکاری جداره قالبها قبل از قالب بندی، و یا مرطوب ساختن آنها قبل از مرحله بتن ریزی نیز می تواند اقدامی کمکی در زمینه عمل آوردن بتن محسوب شود. همچنین می توان قالب ها را باز نکرده و در جای خود باقی گذاشت، و حتی در صورتیکه جنس قالبها مناسب باشد. آنها را در تمام طول دوره سخت شدن بتن، مرطوب نگهداشت. بدیهی است در صورتی که به دلیل تنگناهای اجرایی لازم باشد که قالب ها در همان سنین ابتدائی و مراحل اولیه سخت شدن بتن باز شوند باید سطح بتن را با مواد عایقی مانند صفحات پلاستیکی و دیگر پوشش های مناسب پوشاندو.
سطوح بتنی افقی و گسترد مانند دالهای روسازی بزرگراه ها،مشکلات و مسائل جدیدتری را ایجاد می نماید. زیرا در چنین مواردی برای جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از خشک شدن، باید از کاهش آب بر اثر خروج آن از جسم بتن جلوگیری بعمل آمده و اقدامات لازم حتی قبل از گیرش کامل بتن آغاز گردد. چون دراین شرایط بتناز نظر مکانیکی ضعیف است بدیهی است که باید از پوشاندن سطح آن با روشهای معمول خودداری کرد:»
و از روشهای مناسب تری مانند پاشیدن مواد عایق روی بتن، استفاده نمود.
در اینجا باید اضافه نمودکه هرچند محافظت سریع از سطوح افقی، معمولاً در هوای خشک ضرورت می یابد اما در شرایطی دیگر نیز بمنظور نگهداری و محافظت سطح بتن تازه در مقابل خسارت ناشی از بازندگی نیز چنین اقدماتی لازم بوده و می تواند مفید واقع شود.
بلافاصله پس از گرفتن بتن می توان عمل آوردن مرطوب آنرا از طریق تماس مستمر قطعه بتنی با آب به مرحله اجرا درآورد.و این امر با آب پاشی یا غرقاب کردن کامل بتن، و یا به روشهای دیگر همچون پوشاندن بتن با ماسه،خاک، خاک اره، و یا کاه مرطوب نیز امکانپذیر است. در شرایط خاص، پارچه های کنفی و کتانی مرطوب شده نیز میتواند مورد استفاده قرار گیرند. همچنین ممکن است یک پوشش جاذب آب را بروی سطح بتن قرار داد و سپس با آب پاشی آب را به درون پوشش مزبور وارد ساخت. طبیعتاً یک آبرسانی مداوم و پیوسته نسبت به آبرسانی متناوب و ناپیوسته مؤثرتر و مناسب تر می باشد. در همین رابطه شکل(10-2) رشد مقاومت نمونه های استوانه ای بتن را برای هر دو وضعیت نگهداری، وعمل آوردن مقایسه می نماید. که در یک مورد نمونه های بتن را در طول 24 ساعت نگهداری، درون آب قرار داده و باصطلاح غرقاب نموده اند و در مورد دیگر نمونه های استوانه ای در مورادی جلب نظر می نماید که نسبت آب به سیمان در مخلوط بتن کم می باشد و بنابراین خود خشکیدن بتن شدیداً برقرار است.
یکی دیگر از روشهای عمل آوردن بتن،پوشاندن سطح آن و ایجاد یک غشاء نفوذناپذیر و به عبارت دیگر عایق پاشی سطح بتن می باشد. طریقه دیگر استفاده از کاغذهای ضدرطوبت تقویت شده و یا ورقه های پلاستیکی می باشد.
شکل (10-2) تأثیر شرایط عمل آوری بر مقاومت نمونه های استوانه ای
یک غشاء عایق کننده، در صورتی که بطور کامل بروی سطح بتن پاشیده شده و دارای سوراخ شدگی و آسیب دیدگی نباشد، به نحو مؤثری تبخیر آب از بتن را متوقف می سازد. اما این غشاء نفوذناپذیربه همان نسبت که از خروج آب از درون بتن جلوگیری می نماید امکان ورود آن را نیز از بین می برد و بدین ترتیب جبران مقدار آبی که بر اثر خود خشکیدن بتن از بین می رود و درواقع تغییر ماهیت میدهد ناممکن خواهد شد. غشاء مزبور با استفاده از مواد و ترکیبات لعاب ساز ایجاد می گردد که در مرحله اجرا به صورت مایع و یا وسایل دستی مانند قلم مو و یااز طرق پاشیدن بوسیله پمپ و پیستوله بکار می روند ایناکر باید بلافاصله پس از تبخیر و جداشدن آب آزاد موجود در سطح ظاهری بتن انجام پذیرد قبل از آنکه مجاری و منافذ موجود در لایه سطحی آ« باندازه ای خشک شوند که قابلیت جذب ماده لعاب ساز را بیابند همواره این امکان وجود دارد که لعا ب عایق کننده را به رنگ سیاه یا سفید اجرا نمود. البته بدیهی است ک ترکیبات تیره رنگ سبب تیرگی بتن شده و انواع روشن و کم رنگ آن منجر به جذب مقدار کمتری از گرمای خورشی می گردد. در نتیجه افزایش کمتری در دمای داخلی بتن را سبب خواهد شد نتیجه آزمایشهای انجام شده در رابطه با مقاومت نمونه های مختلف بتن، مشخص نموده است که تأثیر پاشیدن یک لعاب سفید رنگ در حد ایجاد پوشش با ورقه های پلاستیکی سفید رنگ می باشد. در ASTM C 309-81 به ویژگی های مواد لعاب ساز برای عمل آوردن بتن اشارهشده و ASTM C 171 -69 ( بازبینی شده در سال 1980) به معرفی ویژگی های ورقه های پلاستیکی و کاغذ های ضدرطوبت تقویت شده پرداخته است. ضمناً آزمایشهای استاندارد در رابطه با ارزیابی قابلیت عمل آوری مواد و مصالح مصرفی برای عمل آوردن بتن نیز د ر ASTM C 156-80a تشریح گردیده است. جهت انطباق با مشخصات فنی بزرگراهها و پلها(BS 8110:Part 1: 1985 ) لازم است قابلیت عمل آوری پوشش حاصل از مواد عایق کننده پاشیدنی در حد 75% لازم باشد در اینجا بیان این مطلب با نمونه های عایق پاشی نشده ای که تحت شرایط مقرر شده از سوی آئین نامه ساخته و نگهداری شده اند تعیین می گردد.
جز در مواردی که نسبت آب به سیمان بتن بالا می باشد استفاده ازمواد لعاب ساز در مقایسه با عمل آوردن مرطوب و پیوسته منجر به افت فعل و انفعالات هیدراسیون می گردد. زیرا خود خشکیدن بتن سب می شود تا مجاری موئیننه در خمیر سیمان از حالت کاملاً اشباع خارج شده و با فرآوردههای ناشی از هیدراتاسیون بطور موضعی مسدود گردند و بدین ترتیب فعال و انفعالات هیدراتاسیون در چینن قسمت هایی متوقف می شود. با این حال چون در شرایط کارگاهی عمل آوردن هیدراتاسیون مرطوب بتن بطور مستمر و پیوسته ممکن نبوده، و غالباً به صورت متناوب و ناپیوسته انجام می پذیرد بنابراین عایق پاشی بتن با مواد لعاب ساز ممکن است در مقایسه با چنین حالاتی و یا روشهای دیگر مراقبت و نگهداری، به نتایج بهتری منتهی گردد.
درمورد کاغذ های ضدرطوبت تقویت شده نیز باید گفت که اگر قبلاً یک بار مورد بهره برداری قرار گرفته باشد در صورت تکرار استفاده بنحو خوبی با لایه بعدی تماس حاصل نکرده و به آن نمی چسبد. اگرچه در مواردی که از مواد لعاب ساز نیز استفاده می شود باید میزان چسبندگی آنها به سطح بتن مورد بررسی قرار گرفته و تعیین گردد. همچنین باید اضافه نمود که بتنها با ورقه های پلاستیکی ممکن است موجب لکه اای شدن سطح بتن و درنتیه بدنما شدن آب شود این امر ناشی از جمع شدن آب به صورتی ناهمآهنگ در زیر پوشش پلاستیک یعنی در حد فاصل سطح بتن و ورقه های پلاستیکی می باشد و برای جلوگیری از این وضعیت ضروری است که در هنگام استفاده از این ورقه ها آنها را کاملاًچسبیده به سطح بتن قرار داد.
طول مدت نگهداری و عمل آوری بتن موضوعی نیست که به سادگی تعیین شده و مقرر گردد. اما در شرایطی که دما بالاتر از 10 درجه سانتیگراد باشدACI 308-81 حداقل مدت مراقبت و عمل آوردن را برای بتنهای ساخته شده با سیمان زودگیر( نوع III )سه روز، برای بتن های ساخته شده با سیمان معمولی( نوعI ) هفت روز، و برای بتنهای ساخته شده با سیمانهای با حرارت زاییی کم( نوع IV ) چهارده روز، مقرر میدارد. البته بدیهی است ک دما نیز در طول مدت لازم برای عمل آوردن بتن موثر می باشد و در شرایط محیطی گوناگون ودر صورت استفاده از انواع مختلف سیمان در طول مدت عمل آوردن را در حدود مقادیر ارائه شده در جدول(10-1) توصیه نمود ه است. واضح است در صورتی که دما از 5 درجه سانتیگراد پائین تر رود پیش بینی و مراقبت های ویژه ای ضرورت خواهد یافت. ACI 308- 81 در رابطه با نگهداری و عمل آوردن بتن اطلاعات وسیع و جامعی را در زمینه های مختلف ارائه نموده است.
در مورد بتن های با مقاومت بالا ضروری است که اقدامات لازم در جهت عمل آوردن بتن ها از همان ابتدای سنین اولیه بتن آغاز گردد. زیرا هیدراتاسیون ناقص و موضعی ممکن است مجاری موئینه را مسدود نموده و به این ترتیب بتدریج و در ادامه اقدامات عمل آوردن امکن ورود آب و رطوبت خارجی را به د ون بتن از بیتن ببرد. که نتیجه آن جلوگیری از هیدراتاسیون بیشتر و کاملتر ذرات سیمان خواهد بود. البته مخلوط هایی با نسبت آب به سیمان بالا ، همواره مقدار زیادی از منافذ و مجاری موئینه خود را به صورت مسدود نشده و متصل حفظ می نمایند و این مقدار باندازه ای خواهد بود که عمل آمدن بتن و در حقیقت ادامه هیدراتاسیون ذرات سیمان را درمحیطی اشباع و یا نزدیک به اشباع تا مدتها استمرار بخشد با این حال بهتر است که به طور کلی عمل آوردن بتن را تا حد امکان زودتر شروع نمود. زیرا در عمل خشک شدن زودهنگان بتن ممکن است علاوه بر توقف فعل و انفعالات هیدراتاسیون منجر به انقباض و ترک خوردگی بتن گردد. که این پدیده در مخلوهای ساخته شده با نسبت آب به سیمان بالا بنحو بارزتری بوقوع می پیوندد.
بتن در برابر یخبندان
بمنظور جلوگیری از خرابی بتن توسط تناوب های یخ زدن و آب شدن می توان با استفاده از مواد حباب زا بطور عمدی حبابهای هوا را در داخل خمیر سیمان ایجاد نمود. این روش در قسمتهای بعد مورد بحث قرار خواهد گرفت. البته حباب زایی نه تنها هنگامی مؤثر است که در مخلوط هایی با نسبت آب به سیمان پائین بکار می رود. بطوریکه خمیر سیمان دارای حجم کمی از حفره های موئینه باشد و حفره ها مجزا و غیرپیوسته باشند. برای رسیدن به این منظور بتن باید بخوبی متراکم شده و قبل از قرارگرفتن در معرض یخ زدن، هیدراتاسیون کافی در آن انجام شده باشد.
در شرایطی که یخبندان ملایم تر است ممکن است استفاده از بتن مرغوب، بدون حباب زایی کافی باشد. جدول(15-1) توصیه هائی برای ماکزیمم مقادیر نسبت آب به سیمان کمترین مقدار مصالح ساختمانی، و حداقل مقاومت بتن در شرایط جوی گوناگون ارائه می دهد. ( جداول 14-5 و 14-6 در فصل 14 را ببینید) مقادیر داده شده برای بتن هائی است که قبل از قرارگرفتن در معرض شرایط جوی، به مدت تعیین شده در جدول( 10-1) عمل آمده ان و هنگامیکه عوامل مخرب دیگر با یخبندان همراه باشند، قابل استفاده نمی باشند. استفاده از سنگدانه های درشت و یا نسبت بزرگی از مصالح تخت و پولکی قابل توجیه نمی باشد زیرا ممکن است زیردانه های سنگی درشت توده های آب ایجاد شود.
کفایت مقاومت بتن در سراسر یخبندان را می توان با آزمایش های یخ زدن و آب شدن تعیین نمود. دو روش توسط استاندارد ASTM C 666-84 توصیه شده اند. در هر دو روش یخ زدن سریع بکار می رود. اما در یک روش یخ زدن و آب شدن در آب انجام می شود. در ایجاد شرایط واقعی جوی، فراهم می شوند استاندارد BS 5075:Part 2: 1982 نیز یخ زدن در آب را توصیه می نماید. خسارت ناشی از یخ زدن بعد از تعدادی سیکل یخ زدن و آب شدن با اندازه گیری میزان کاهش در جرم نمونه، افزایش طول نمونه، کاهش مقاومت و یا کاهش مدول الاستیسیتة دینامیکی( که از بقیه مرسوم تر است ) ارزیابی می شود. در روش ASTM ،یخ زدن و آب شدن تا 300 سیکل یا تا زمان کاهش مدول دینامیکی تا 60 درصد مقدار اولیه اش، (هرکدام زودتر اتفاق بیافتد) ادامه داده می شود. سپس فاکتور دوام با رابطة زیر تعریف می شود:
که در آن n تعداد سیکلها در پایان آزمایش مدول الاستیسیته دینامیکی در پایان آزمایش، و مدول الاستیسیته دینامیکی در آغاز آزمایش می باشد.
مقدار معمولاً برای مقایسه بتن های مختلف بخصوص هنگامی که تنها یک متغیر( مثلاً سنگدانه ها)تغییر می کند بکار می رود. بطورکلی عددی کوچکتر از 40 نشان دهنده آسیب پذیری بتن خواهد بود. اعداد بین 40 تا 60 وضعیتی مشکوک را نشان می دهند. مقادیر بزرگتر از 60 بیانگر وضعیتی رضایتبخش در بتن خواهد بود.
شرایط پیش بینی شده در ASTM C 666-84 از آنچه در عمل رخ میدهد، شدیدتر می باشند زیرا سیکلهای گرم کردن و سردکردن بین 4/4 و 8/17- درجه سانتیگراد با سرعت سردکنندگی بالای 16 درجه سانتیگرا در ساعت می باشند. در بیشتر نقاط جهان میزان سردشدن به ندرت از 4 درجه سانتیگراد در ساعت تجاوز می کند.البته در روش آزمایش دیگر استاندارد ASTM C 971-77 سرعت یخ زدن پائین تری با یک سیکل در هر دو هفته توصیه می نماید. آزمایش تا رسیدن به تعداد سیکل های خواسته شده، با تعداد سیکل هائی که باعث انبساط بحرانی می شود، ادامه می یابد.
طبقه بندی بتن های سبک
انواع گوناگون بتن سبک را می توان با توجه به روش تولید آنها به صورت زیر طبقه بندی نمود:
الف)با استفاده از سنگدانه های سبک و متخلخل که وزن مخصوص ظاهری آنها کمتر از 6/2 می باشد. این نوع بتن بعنوان بتن دانه سبک شناخته می شود.
ب) با ایجاد حفره های بزرگ در داخل بتن با ملات.این حفره ها باید بوضوح از حبابهای فوق العاده ریز ناشی از حباب زایی قابل تشخیص باشند. انواع مختلف این نوع بتن با اسامی بتن اسفنجی، بتن متخلخل، و بتن کفی یا گازی شناخته می شوند.
ج) با حذف ریزدانه ها از مخلوط، بطوری که تعداد زیادی حفره های درونی دربتن ایجاد شود.در این موارد معمولاً درشت دانه های معمولی مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع بتن بعنوان بتن بدون ریزدانه شناخته می شوند.
درواقع، کاهش در وزن حجمی بتن درهر روشی با ایجاد حباب هایی درسنگدانه ها با ملات و یا در فاصله بین سنگدانه ای درشت حاصل می گردد. واضح است که حضور این حفره ها مقاومت بتن ریزدانه شناخته می شود.
درواقع کاهش، در وزن حجمی بتن در هر روسی با ایجاد حبابهایی در سنگدانه ها با ملات و یا در فاصلة بین سنگدانه های درشت، حاصل می گردد. واضح است که حضور این حفره ها مقاومت بتن سبک را در مقایسه با بتن معمولی کاهش می دهد. اما در بعضی موارد مقاومت بالا موردنظر نمی لباشد و سبک شدند بتن دارای اهمیت بیشتری می باشد.
بتن سبک به دلیل درمیان داشتن حبابهای هوا، عایق حرارتی خوبی بوده و دوام رضایت بخشی دارد اما در مقابل سایش، مقاوم نمی باشد. عموماً بتن سبک گرانتر از بتن معمولی است و اختلاط حمل و نقل و ریختن آن محتاج دقت و مواظبت بیشتری نسبت به بتن معمولی میباشد، بهر حال برای بعضی مقاصد، مزایای بتن سبک مهمتر از نقایص آن می باشد و جهت مصرف بیشتر بتن سبک در مواردی همچون بتن پیش تنیده، ساختمان های بلند و حتی پوسته های سقف تمایل روز افزونی وجود دارد.
بتن سبک را می توان براساس هدف از کاربرد آن نیز طبقه بندی نمود. بدین ترتیب که بتن های سازه ای سبک(ASTM C 330-82a ) بتن های سبک مورد مصرف در واحد های بنایی(ASTM C 33- 81 ) و بتن های سبک جداکننده(ASTM C 332-83 ) را به صورت انواعی از بتن سبک، در نظر گرفت. براساس مشخصات ارائه شده در ASTM C 330-82a در مورد بتن سازه ای سبک، مقاومت فشاری 28 روزه نمونه های استوانه ای نباید کمتر از 170 کیلوگرم بر سانتی متر مربع بوده و وزن حجمی چنین بتنی ( اندازه گیری شده در حالت خشک) نباید از 1840 کیلوگرم بر مترمکعب تجاوز نماید. وزن حجمی این نوع بتن معمولاً بین 1400 تا 1800 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد.از سوی دیگر بتن بنائی معمولاً دارای وزن بین 500 تا 800 کیلوگرم بر مترمکعب و مقاومیت بین 70 تا 140 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می باشد. خصوصیت اصلی بتن جداکننده ضریب انتقال حرارت آن است، که باید کمتر از باشد ضمن اینکه وزن حجمی آن معمولاً کمتر از 800 کیلوگرم بر مترمکعب بوده و مقاومت آن بین 7 تا 70 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می باشد.
در ساختمانهای بتنی، وزن ساختمان، معمولاً بخش بزرگی از مجموع باروارده به سازه را تشکیل میدهد و روشن است که مزیت های قابل توجهی درکاهش وزن حجمی بتن وجود دارد.در رأس این مزایا کاهش بار مرده و در نیتجه کاهش بار وارد بر اعضاء گوناگون سازه و در پی آن کاهش ابعاد پی ها می باشد. بعلاوه با بتن سبکتر قالبها باید فشار کمتری را تحمل کند و همچنین وزن کلی مصالحی که باید جابجا شوند کاهش می یابد. که از لحاظ اقتصادی به صرفه می باشند. بنابراین موارد کاربرد بتن سازه ای سبک در مرحله اول مبتنی بر ملاحظات اقتصادی است.س
انهغباق
بسیااااااااااااار عالی بود ممنونم از شما من خیلی استفاده کردم از این مطلب