ebrahim110
عضو جدید
شرح کامل مسائل اجرایی بتن سبكدانه سازه اي
شرح کامل مسائل اجرایی بتن سبكدانه سازه اي
بتن فاقد ریزدانه ( Concrete finez – No ) :
اگر سنگدانه های درشت تک اندازه را با سیمان و آب مخلوط کنیم و در قالب بدون تراکم بریزیم بتن فاقد ریزدانه و متخلخل بدست می آید که از وزن مخصوص کمتری نسبت به بتن معمولی برخوردار خواهد بود. اگر چگالی سنگدانه ها در حدود معمولی باشد وزن مخصوص بتن فاقد ریزدانه حدود 1600 تا kg/m3 2000 بدست می آید اما اگر از سبکدانه درشت استفاده نمائیم ممکنست وزن مخصوص بتن حاصله از kg/m3 1000 کمتر شود ( حتی تا حدود kg/m3 650 ). بهرحال در هر مورد بتن مورد نظر سبک یا نیمه سبک تلقی می شود اما اگر سنگدانه معمولی استفاده شود نمیتوان آنرا بتن سبکدانه دانست.
مسلما" اگر سنگدانه تک اندازه بکار نرود و حاوی ذرات ریز تا درشت باشد وزن مخصوص بتن حاصل نیز زیاد خواهد شد . سنگدانه درشت مصرفی باید 20-10 میلی متر باشد و 5 درصد ذرات درشتر و 10 درصد ذرات ریزتر در این نوع سنگدانه تک اندازه (Singl Size) مجاز است اما بهرحال نباید ذرات ریزتر از 5 میلی متر در آن مشاهده گردد . سنگدانه درشت بهتر است پولکی و کشیده و یا بسیار تیزگوشه نباشد . سنگدانه های گرد گوشه یا نیمه شکسته برای تولید این بتن ارجح است.
ساختار بتن فاقد ریزدانه دارای تخلخل ظاهری است و حفرات موجود در بتن با چشم براحتی دیده می شود که در این مجموعه خمیر سیمان باید صرفا" تا حد امکان سنگدانه ها را بهم چسباند و از پر کردن فضاها با خمیر سیمان پرهیز شود زیرا وزن مخصوص بالا خواهد رفت . وجود خمیر سیمان با ضخامت حدود 1 میلی متر بر روی سنگدانه ها کاملا" مناسب است.
اگر سنگدانه معمولی بکار رود معمولا" مقدار شن اشباع تک اندازه بین 1400 تا 1750 کیلوگرم می باشد . حجم اشغالی ذرات شن در حدود 550 تا 700 لیتر در هر متر مکعب است. وزن سیمان مصرفی بین 75 تا 150 کیلو در متر مکعب یا بیشتر است که حجم آن حدود 25 تا 50 لیتر می باشد . معمولا" نسبت آب به سیمان مصرفی 4/0 تا 5/0 می باشد که افزایش آن می تواند به شلی خمیر سیمان و روانی آن منجر شود که موجب جداشدگی و پرشدن خلل و فرج می گردد و بتن مورد نظر حاصل نمی شود . با کاهش نسبت آب به سیمان چسبندگی لازم بوجود نمی آید و از نظر اجرائی دچار مشکل می شویم . نسبت وزنی سیمان به سنگدانه تا می باشد . همانطور که از محاسبات فوق بر می آید فضای خالی این بتن ( پوکی ) بین 25 تا 40 درصد می باشد و ابعاد این فضاها نیز بزرگ است درصد جذب آب بصورت وزنی حدود 15 تا 25 درصد است . طبیعتا" با افزایش مقدار سیمان و آب و یا مصرف شن با دانه بندی پیوسته ( Graded Size ) وزن مخصوص بتن بیشتر خواهد شد . توصیه می شود شن ها قبل از مصرف خیس و اشباع گردند.
طرح اختلاط این بتن ها بصورت آزمون و خطا خواهد بود و بشدت تابع شرایط ساخت بتن می باشد . بتن فاقد ریزدانه معمولا" بدون تراکم تولید می شود و اگر مرتعش یا متراکم شود بسیار جزئی خواهد بود زیرا خمیر سیمان میل به پر کردن فضای خالی بین سنگدانه ها را خواهد داشت و چسبندگی سنگدانه به یکدیگر به حداقل خواهد رسید.
معمولا" انجام آزمایش کارآئی یا اسلامپ برای این نوع بتن موردی نخواهد داشت. از آنجاکه سنگدانه تک اندازه مصرف می شود جداشدگی از نوع جدائی ریز و درشت سنگدانه معنائی ندارد و می توان آن را از ارتفاع قابل ملاحظه ریخت.
بعلت محدودیت دامنه نسبت آب به سیمان و وجود فضای خالی قابل توجه در این نوع بتن، مقاومت فشاری این نوع بتن اغلب در حدود 5 تا 15 مگا پاسکال می باشد و طبیعتا" یک بتن سبک سازه ای تلقی نمی گردد و بصورت مسلح مصرف نمی شود . برخی اوقات سعی می کنند میلگردها را با یک لایه ضد خوردگی ( پوشش مناسب ) آغشته کنند و سپس در بتن فاقد ریزدانه بکار برند . اگر از سبکدانه برای ساخت این بتن استفاده شود، مقاومت فشاری آن 2 تا 8 مگا پاسکال می باشد.
جمع شدگی بتن های فاقد ریزدانه بمراتب کمتر از بتن معمولی است زیرا مقدار سنگدانه در مقایسه با خمیر سیمان زیاد است و یقه قابل توجه بوجود می آورد . بتن فاقد ریزدانه سریعا" خشک می شود زیرا خمیر سیمان در مجاورت هوای موجود و فضای خالی است و علی القاعده در ابتدا از جمع شدگی بیشتری نسبت به بتن معمولی برخوردار می باشد و عمل آوری آن از اهمیت برخوردار است . قابلیت انتقال حرارتی آن بمراتب از بتن معمولی با سنگدانه مشابه کمتر است ( حدود تا ) که با افزایش رطوبت و اشباع بودن این بتن، این قابلیت انتقال حرارت افزایش می یابد.
مدول الاستیسیته این بتن ها بین 5 تا Gpa20 است ( برای مقاومت های 2 تا 15مگا پاسکال ). نسبت مقاومت خمشی به فشاری حدود 30 درصد است که از نسبت مقاومت خمشی به فشاری بتن های معمولی بیشتر می باشد. ضریب انبساط حرارتی این نوع بتن در حدود تا بتن معمولی است. نفوذپذیری زیاد از مزایا و شاید معایب این نوع بتن است. اما نکته مهم آنست که موئینگی در این نوع بتن کم تا ناچیز می باشد. اگر اشباع از آب نباشد در برابر یخبندان مقاوم است. بعنوان یک نفوذپذیر زهکش و تثبیت شده و همچنین یک مسیر درناژ و مقاوم بسیار مفید است. بازی کردن لایه های قلوه سنگ و شن درشت و متوسط یا ریز بعنوان زهکش یا بلوکاژ و ***** از مشکلات اجرائی محسوب می شود بویژه اگر بخواهد باربر باشد یکی از معدود راههای حل مشکل، استفاده از بتن فاقد ریزدانه است و در این حالت مسئله سبکی زیاد مهم نیست.
این نوع بتن مانند بسیاری از بتن های سبک می تواند جاذب صوت باشد ( نه عایق صوت ) و برای این منظور نباید سطح این بتن با اندودی پوشانده شود .
اندودکردن این بتن بسیار خوب و ساده انجام می شود. استفاده از این بتن برای روسازی و پیاده رو سازی اطراف درختان و یا پارکینگ ها بسیار مفید است ( بدلیل نفوذپذیری ). در دیوارهای باربر با طبقات کم می توان از این نوع بتن استفاده نمود . برای ایجاد نفوذپذیری بعنوان لایه اساس یا زیر اساس میتواند بطور مؤثر عمل نماید. همچنین بعنوان یک لایه بتن مگر نفوذپذیر مناسب است در زیر دال کف یا شالوده منابع آب بتنی نیز از این بتن می توان استفاده نمود.
طرح اختلاط بتن سبکدانه ( سازه ای و غیر سازه ای )
در طرح اختلاط هر نوع بتن ابتدا باید خواسته ها را بررسی و فهرست نمود که در مورد بتن سبک نیز این خواسته ها عبارتند از : مقاومت فشاری در سن مورد نظر، وزن مخصوص بتن تازه و خشک، دوام بتن در شرایط محیطی یا سولفاتی، اسلامپ و کارآئی بتن، مقدار حباب هوای لازم با توجه به حداکثر اندازه وشرایط محیطی، و احتمالا" موارد دیگری همچون مدول الاستیسیته یا خواص فیزیکی مکانیکی دیگر مثل قابلیت انتقال حرارت و غیره، در کنار این موارد ممکنست محدوده دانه بندی مطلوب ( بویژه در روشهای اروپائی ) از جمله محدودیت ها و خواسته ها باشد.
- در کنار این خواسته ها، داده هائی نیز بر اساس اطلاعات موجود از سیمان، سنگدانه و ... در دست است و یا باید در آزمایشگاه بدست آید از جمله اینها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
نوع سیمان، حداقل و حداکثر مجاز مصرف سیمان، حداکثر مجاز نسبت آب به سیمان، نوع مواد افزودنی مورد نظر و مشخصات آن، نوع سنگدانه درشت و ریزدانه، شکل و بافت سطحی سنگدانه ها، چگالی و جذب آب سبکدانه ها و سنگدانه های معمولی، رژیم و روند جذب آب سبکدانه، وزن مخصوص توده ای سنگدانه درشت متراکم با میله ( در طرح امریکائی )، دانه بندی سنگدانه ها و حداکثر اندازه آنها، ویژگیهای مکانیکی و دوام سنگدانه ها، مدول ریزی سنگدانه ها و ریزدانه ها ( بویژه در روش امریکائی )، چگالی ذرات سیمان و افزودنیها : گاه لازمست دانه بندی یا مدول ریزی سبکدانه ها معادل سازی شود یعنی با توجه به اختلاف در چگالی ذرات، دانه بندی وزنی به دانه بندی و مدول ریزی حجمی تبدیل گردد که در این حالت لازمست برای چگالی ذرات هر بخش اندازه ای را تعیین کنیم.
روش طرح اختلاط و جداول و اطلاعات ضروری در هر روش :
معمولا" در هر نوع روش طرح اختلاط لازمست حدود مقدار آب آزاد با توجه به کارآئی، حداکثر اندازه سنگدانه و شکل آن فرض گردد و بدست آید. نسبت آب به سیمان از جداول راهنما یا تجربیات گذشته و شخصی فرض می گردد. پس مقدار سیمان در این صورت مشخص می گردد . هر چند گاه در طرح اختلاط بتن سبک ابتدا عیار سیمان فرض شده و با در نظر گرفتن نسبت آب به سیمان یا کارآئی، مقدار آب مشخص می شود.
اختلاف عمده روش ها در تعیین مقدار سنگدانه ها خواهد بود و بویژه در طرح مخلوط بتن سبکدانه یا نیمه سبکدانه، اختلافات موجود روشها برای بتن معمولی، بیشتر می گردد.
در روشهای اروپائی ( آلمانی و اتحادیه بتن اروپا ) با توجه به محدوده مطلوب دانه بندی حجمی، سهم سنگدانه های ریز و درشت ( خواه هر دو سبکدانه یا یکی از آنها سبکدانه باشد ) بدست می آید، سپس چگالی متوسط سنگدانه ها تعیین شده و در فرمول حجم مطلق قرار می گیرد و مقدار کل سنگدانه بدست می آید.
اگر افزودنی داشته باشیم حجم افزودنی از تقسیم وزن به چگالی آن بدست می آید و در رابطه قرار داده می شود.
پس از تعیین با توجه به سهم هر سنگدانه، وزن آن مشخص می گردد و با توجه به ظرفیت جذب آب هر نوع سنگدانه می توان وزن خشک هر کدام و آب کل را تعیین کرد. وزن مخصوص بتن تازه نیز از جمع اوزان اجزاء بتن بدست می آید ( بصورت محاسباتی ) در عمل پس از ساخت مخلوط آزمون با توجه به نتیجه محاسبات و اطلاعات حاصله مانند اسلامپ، کارآئی و مقاومت و وزن مخصوص بتن میتوان اصلاحات لازم را در محاسبات به انجام رسانید و طرح اختلاط را نهائی کرد. امریکائی ها نیز در ACI 211.1 و ACI 211.2 و ACI 213 R سه روش را برای طرح اختلاط بتن سشبکدانه و یا نیمه سبکدانه توصیه نموده اند :
آنچه در اینجا اهمیت دارد آنست که در هنگام گیرش نسبت آب به سیمان واقعی چقدر است و با دانستن اینکه آبهای موجود در بتن، در سنگدانه یا خمیر سیمان است به این نتیجه رسید که آب آزاد واقعی چیست و چقدر می باشد. مسلما" کارآئی و اسلامپ را آب آزاد مربوط به زمانهای کوتاهتر مثل 15 دقیقه یا 30 دقیقه تعیین می کنند . این امر مستلزم آنست که رژیم جذب آب سبکدانه را بدانیم و در هر حالت چگالی سبکدانه را محاسبه کنیم.
در روش حجمی از یک مخلوط آزمون با مقادیر تخمینی استفاده می شود ( آب، سیمان، سنگدانه ریز و درشت ). پس از ساخت مخلوط آزمون و انجام آزمایشهای لازم مانند : اسلامپ، درصد هوا و وزن مخصوص بتن تازه و مشاهده قابلیت تراکم، ماله خوری و کارآئی، خصوصیات دیگر نیز می تواند در زمانهای بعد بدست آید ( مثل مقاومت و ..... ). اما پس از ساخت بتن و اندازه گیری وزن مخصوص بتن تازه، با توجه به وزن مصالح مورد استفاده در ساخت بتن، حجم بتن حاصله تعیین می شود . حجم محاسباتی بتن نیز قبلا" مشخص شده است و لذا و اصلاح در مخلوط برای یکی شدن این ها صورت می گیرد . مسلما" باید اهداف مقاومتی و دوام نیز تأمین گردد . در اینجا نیز مشکل چگالی ذرات و جذب آب وجود دارد که معمولا" رطوبت و چگالی موجود مد نظر قرار می گیرد . لازم به ذکر است که این روش برای بتن های نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه کاربرد دارد. همچنین در این روش از حجم سنگدانه ها بصورت شل استفاده می گردد.
این روش صرفا" برای سبکدانه درشت و ریز دانه معمولی کاربرد دارد یعنی صرفا" برای بتن نیمه سبکدانه مورد استفاده قرار می گیرد . در این روش از فاکتور چگالی بجاب چگالی ذرات سبکدانه استفاده می شود . فاکتور چگالی تعریف خاصی است که فقط در ACI 211.2 ( در ضمیمه A ) آمده است و با تعریف چگالی تفاوت دارد . S فاکتور چگالی بصورت زیر می باشد. C وزن سبکدانه ( خشک یا مرطوب ) و B وزن پیکنومتر پر از آب و A وزن پیکنومتر پر از آب و سبکدانه می باشد.
بنابراین در این تعریف وضعیت رطوبتی مشخص نیست و میتواند از حالت خشک تا کاملا" اشباع انجام شود اما باید وضعیت رطوبتی در هر مورد گزارش شود یعنی بگوئیم فاکتور چگالی برای سبکدانه ای با رطوبت معین برابر S می باشد . با توجه به روند معمولی طرح اختلاط امریکائی، مقدار آب آزاد، نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، وزن سبکدانه درشت خشک و مرطوب بدست می آید که در این رابطه مدول زیری ماسه و حداکثر اندازه سنگدانه ها و کارآئی مورد نیاز کاربرد دارد. جذب آب سبکدانه می تواند طبق دستورهای استاندارد موجود و یا ضمیمه B مربوط به ACI 211.2 مشخص شود که بر این اساس آب کل بدست می آید. در این روش نیز باتوجه به وزن یک متر مکعب بتن مقدار ماسه بدست می آید و بتن مورد نظر با اصلاحات رطوبتی ساخته شده و حک و اصلاح لازم بر روی مقادیر بدست آمده صورت می گیرد تا بتن مطلوب حاصل شود.
کاربردهای بتن سبک
همانطور که می دانیم بتن سبک می تواند به صورت های مختلفی طبقه بندی شود، مثلا" سازه ای و غیر سازه ای . از این نوع طبقه بندی می توان کاربردها را حدس زد . اما گاه از طبقه بندی دیگری استفاده می نمائیم مثل بتن سبکدانه، بتن اسفنجی و بتن فاقد ریز دانه . در این نوع طبقه بندی ظاهرا" نمی توان کاربردها را حدس زد.
• ساخت قطعاتی است که صرفا" جنبه پر کننده دارند. در نوع سازه ای نیز دو نوع بتن داریم : مسلح و غیر مسلح . مثلا" اجزاء سازه ای غیر مسلح مثل بلوکهای ساختمانی را باید از این جمله موارد دانست. بتن سبکدانه ای سازه ای مسلح کاربردهائی شبیه بتن معمولی مسلح دارد و حتی ممکن است پیش تنیده هم باشد. جالب است بدانیم بتن های سبکدانه سازه ای مسلح در ابتدا عمدتا" در ساخت کشتی های تجاری و جنگی در جنگ جهانی اول از سال 1918 تا 1922 بکار رفته است. کشتی Atlantus به وزن 3000 تن در سال 1918 و کشتی Selmaبه وزن 7500 تن و طول 132متر در سال 1919 به آب افتادند. همچنین در جنگ جهانی دوم ( تا اواسط جنگ) بدلیل محدودیت هائی در تولید ورق فولادی ( مانند جنگ جهانی اول ) کشتی ها و بارج های زیادی ساخته شدند که در همه آنها از بتن سبکدانه ( و معمولا" سبکدانه رسی منبسط شده ) استفاده شده بود. 24 کشتی اقیانوس پیما و 80 بارج دریائی تا پایان جنگ جهانی دوم در امریکا ساخته شد که ظرفیت آنها از 3 تا 000/ 140 تن بود.
جالب است بدانیم تا این اواخر یک کشتی بنام Peralta که در جنگ جهانی اول ساخته شده بود، شناور بود و آزمایشهای ارزشمندی نیز بر روی آن انجام شده است که نشان دوام عالی بتن آن از نظر خوردگی میلگردها و کربناسیون می باشد.
مخازن شناور آب و مواد نفتی از جمله موارد استفاده بتن سبکدانه ای مسلح در طول دوران جنگ جهانی اول و دوم بوده است که ظاهرا" بعدها نیز بر خلاف ساخت کشتی ها، تولید و ساخت آنها ادامه یافته است اما بدلیل اقتصادی در زمان صلح بواسطه وفور ورق فولادی، تولید کشتی مقرون به صرفه نمی باشد.
در سالهای 1950 و 1960 پل ها و ساختمانهای زیادی با بتن سبکدانه مسلح سازه ای در دنیا ساخته شد . بطور مثال در ایالات متحده و کانادا بیش از 150 پل و ساختمان از این نوع مورد بهره برداری قرار گرفت . بطور مثال ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئیز امریکا، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سیتی در سال 1929 از ساختمانهائی هستند که در دهه 20 و 30 میلادی ساخته شده اند .
ساختمان 42 طبقه در شیکاگو، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک ( 1960 )، فرودگاه Dulles واشنگتن در 1962، کلیسائی در نروژ در 1965، پلی در وایسبادن آلمان در 1966 و پل آب بر در روتردام هلند در 1968 از جمله این موارد هستند . در هلند، انگلستان، ایتالیا و اسکاتلند در دهه 70 و 80 میلادی پلهائی از نوع ساخته شده اند .
مخازن عظیم گاز طبیعی، اسکله شناور، مخزن نفت در زیر آب و ساختمانهای فرا ساحلی مانند سکوهای استخراج نفت و گاز با بتن سبکدانه مسلح سازه ای ساخته شده اند که اغلب بصورت نیمه سبکدانه و گاه تمام سبکدانه بوده اند . سکوی بزرگ پرش اسکی، جایگاه تماشاچی در برخی استادیومها و همچنین سقف این استادیومها گاه از بتن سبکدانه ساخته شده است.
بزرگترین بنای بتن سبکدانه، یک ساختمان اداری 52 طبقه در تکزاس با ارتفاع 215 متر می باشد. در هلند در سالهای 60 تا 73 میلادی 15 پل با دهانه بزرگ با بتن سبکدانه ساخته شده است. در سالهای دهه 70 میلادی ساخت بتن های سبکدانه پر مقاومت آغاز شد و در دهه 80 بدلیل نیاز برخی شرکتهای نفتی در امریکا، نروژ و مکزیک، ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فرا ساحلی مانند سکوهای نفتی با بتن سبکدانه پر مقاومت آغاز شد که در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 به بهره برداری رسید و نتایج آن منتشر شده است.
• بتن اسفنجی معمولا" بع دو نوع گازی و کفی تقسیم میشود. این نوع بتن ها را بتن پوک و متخلخل نیز می نامند و در برخی منابع بتن Cellular نام دارد. اغلب بتن های گازی و کفی غیر سازه ای هستند اما برخی بتن های گازی از قابلیت سازه ای شدن و حتی مسلح شدن برخوردار می باشند.
1. روش حجم مطلق : در این روش عملا" پس از تعیین آب آزاد، سیمان، سنگدانه درشت خشک و اشباع، ازفرمول حجم مطلق استفاده نموده و وزن ماسه اشباع با سطح خشک بدست می آید. این روش برای بتن معمولی، نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه قابل اجراست . مشکل عمده در این حالت تعیین مقدار چگالی اشباع با سطح خشک سبکدانه ها و ظرفیت جذب آب آنهاست. علاوه بر آن عملا" یک اشکال مفهومی نیز در این حالت وجود دارد و آن اینکه آیا اصولا" در هنگام ریختن و گیرش بتن، سبکدانه ها به مرحله اشباع با سطح خشک رسیده اند که بتوان از چگالی اشباع با سطح خشک آنها برای تعیین حجم اشغال آنها در بتن استفاده نمود . از آنجا که تفاوت حالت واقعی با فرضی گاه خیلی زیاد است. استفاده از این روش بویژه اگر قرار باشد وزن اشباع با سطح خشک و چگال مربوط در فرمول حجم مطلق بکار رود محل تأمل است مگر اینکه از یک چگالی یا وزن دیگر با توجه به جذب آب واقعی در این حالت استفاده نمود که روش بسیار دقیقی حاصل می گردد. امروزه سعی شده است با این روش به طرح اختلاط مناسب دست یافت . مثلا" در روش های اروپائی که این مشکل وجود دارد سعی می شود از جذب آب و چگالی نیم ساعته، 1 ساعته یا 2 ساعته و حتی 4 ساعته استفاده گردد.
شرح کامل مسائل اجرایی بتن سبكدانه سازه اي
بتن فاقد ریزدانه ( Concrete finez – No ) :
اگر سنگدانه های درشت تک اندازه را با سیمان و آب مخلوط کنیم و در قالب بدون تراکم بریزیم بتن فاقد ریزدانه و متخلخل بدست می آید که از وزن مخصوص کمتری نسبت به بتن معمولی برخوردار خواهد بود. اگر چگالی سنگدانه ها در حدود معمولی باشد وزن مخصوص بتن فاقد ریزدانه حدود 1600 تا kg/m3 2000 بدست می آید اما اگر از سبکدانه درشت استفاده نمائیم ممکنست وزن مخصوص بتن حاصله از kg/m3 1000 کمتر شود ( حتی تا حدود kg/m3 650 ). بهرحال در هر مورد بتن مورد نظر سبک یا نیمه سبک تلقی می شود اما اگر سنگدانه معمولی استفاده شود نمیتوان آنرا بتن سبکدانه دانست.
مسلما" اگر سنگدانه تک اندازه بکار نرود و حاوی ذرات ریز تا درشت باشد وزن مخصوص بتن حاصل نیز زیاد خواهد شد . سنگدانه درشت مصرفی باید 20-10 میلی متر باشد و 5 درصد ذرات درشتر و 10 درصد ذرات ریزتر در این نوع سنگدانه تک اندازه (Singl Size) مجاز است اما بهرحال نباید ذرات ریزتر از 5 میلی متر در آن مشاهده گردد . سنگدانه درشت بهتر است پولکی و کشیده و یا بسیار تیزگوشه نباشد . سنگدانه های گرد گوشه یا نیمه شکسته برای تولید این بتن ارجح است.
ساختار بتن فاقد ریزدانه دارای تخلخل ظاهری است و حفرات موجود در بتن با چشم براحتی دیده می شود که در این مجموعه خمیر سیمان باید صرفا" تا حد امکان سنگدانه ها را بهم چسباند و از پر کردن فضاها با خمیر سیمان پرهیز شود زیرا وزن مخصوص بالا خواهد رفت . وجود خمیر سیمان با ضخامت حدود 1 میلی متر بر روی سنگدانه ها کاملا" مناسب است.
اگر سنگدانه معمولی بکار رود معمولا" مقدار شن اشباع تک اندازه بین 1400 تا 1750 کیلوگرم می باشد . حجم اشغالی ذرات شن در حدود 550 تا 700 لیتر در هر متر مکعب است. وزن سیمان مصرفی بین 75 تا 150 کیلو در متر مکعب یا بیشتر است که حجم آن حدود 25 تا 50 لیتر می باشد . معمولا" نسبت آب به سیمان مصرفی 4/0 تا 5/0 می باشد که افزایش آن می تواند به شلی خمیر سیمان و روانی آن منجر شود که موجب جداشدگی و پرشدن خلل و فرج می گردد و بتن مورد نظر حاصل نمی شود . با کاهش نسبت آب به سیمان چسبندگی لازم بوجود نمی آید و از نظر اجرائی دچار مشکل می شویم . نسبت وزنی سیمان به سنگدانه تا می باشد . همانطور که از محاسبات فوق بر می آید فضای خالی این بتن ( پوکی ) بین 25 تا 40 درصد می باشد و ابعاد این فضاها نیز بزرگ است درصد جذب آب بصورت وزنی حدود 15 تا 25 درصد است . طبیعتا" با افزایش مقدار سیمان و آب و یا مصرف شن با دانه بندی پیوسته ( Graded Size ) وزن مخصوص بتن بیشتر خواهد شد . توصیه می شود شن ها قبل از مصرف خیس و اشباع گردند.
طرح اختلاط این بتن ها بصورت آزمون و خطا خواهد بود و بشدت تابع شرایط ساخت بتن می باشد . بتن فاقد ریزدانه معمولا" بدون تراکم تولید می شود و اگر مرتعش یا متراکم شود بسیار جزئی خواهد بود زیرا خمیر سیمان میل به پر کردن فضای خالی بین سنگدانه ها را خواهد داشت و چسبندگی سنگدانه به یکدیگر به حداقل خواهد رسید.
معمولا" انجام آزمایش کارآئی یا اسلامپ برای این نوع بتن موردی نخواهد داشت. از آنجاکه سنگدانه تک اندازه مصرف می شود جداشدگی از نوع جدائی ریز و درشت سنگدانه معنائی ندارد و می توان آن را از ارتفاع قابل ملاحظه ریخت.
بعلت محدودیت دامنه نسبت آب به سیمان و وجود فضای خالی قابل توجه در این نوع بتن، مقاومت فشاری این نوع بتن اغلب در حدود 5 تا 15 مگا پاسکال می باشد و طبیعتا" یک بتن سبک سازه ای تلقی نمی گردد و بصورت مسلح مصرف نمی شود . برخی اوقات سعی می کنند میلگردها را با یک لایه ضد خوردگی ( پوشش مناسب ) آغشته کنند و سپس در بتن فاقد ریزدانه بکار برند . اگر از سبکدانه برای ساخت این بتن استفاده شود، مقاومت فشاری آن 2 تا 8 مگا پاسکال می باشد.
جمع شدگی بتن های فاقد ریزدانه بمراتب کمتر از بتن معمولی است زیرا مقدار سنگدانه در مقایسه با خمیر سیمان زیاد است و یقه قابل توجه بوجود می آورد . بتن فاقد ریزدانه سریعا" خشک می شود زیرا خمیر سیمان در مجاورت هوای موجود و فضای خالی است و علی القاعده در ابتدا از جمع شدگی بیشتری نسبت به بتن معمولی برخوردار می باشد و عمل آوری آن از اهمیت برخوردار است . قابلیت انتقال حرارتی آن بمراتب از بتن معمولی با سنگدانه مشابه کمتر است ( حدود تا ) که با افزایش رطوبت و اشباع بودن این بتن، این قابلیت انتقال حرارت افزایش می یابد.
مدول الاستیسیته این بتن ها بین 5 تا Gpa20 است ( برای مقاومت های 2 تا 15مگا پاسکال ). نسبت مقاومت خمشی به فشاری حدود 30 درصد است که از نسبت مقاومت خمشی به فشاری بتن های معمولی بیشتر می باشد. ضریب انبساط حرارتی این نوع بتن در حدود تا بتن معمولی است. نفوذپذیری زیاد از مزایا و شاید معایب این نوع بتن است. اما نکته مهم آنست که موئینگی در این نوع بتن کم تا ناچیز می باشد. اگر اشباع از آب نباشد در برابر یخبندان مقاوم است. بعنوان یک نفوذپذیر زهکش و تثبیت شده و همچنین یک مسیر درناژ و مقاوم بسیار مفید است. بازی کردن لایه های قلوه سنگ و شن درشت و متوسط یا ریز بعنوان زهکش یا بلوکاژ و ***** از مشکلات اجرائی محسوب می شود بویژه اگر بخواهد باربر باشد یکی از معدود راههای حل مشکل، استفاده از بتن فاقد ریزدانه است و در این حالت مسئله سبکی زیاد مهم نیست.
این نوع بتن مانند بسیاری از بتن های سبک می تواند جاذب صوت باشد ( نه عایق صوت ) و برای این منظور نباید سطح این بتن با اندودی پوشانده شود .
اندودکردن این بتن بسیار خوب و ساده انجام می شود. استفاده از این بتن برای روسازی و پیاده رو سازی اطراف درختان و یا پارکینگ ها بسیار مفید است ( بدلیل نفوذپذیری ). در دیوارهای باربر با طبقات کم می توان از این نوع بتن استفاده نمود . برای ایجاد نفوذپذیری بعنوان لایه اساس یا زیر اساس میتواند بطور مؤثر عمل نماید. همچنین بعنوان یک لایه بتن مگر نفوذپذیر مناسب است در زیر دال کف یا شالوده منابع آب بتنی نیز از این بتن می توان استفاده نمود.
طرح اختلاط بتن سبکدانه ( سازه ای و غیر سازه ای )
در طرح اختلاط هر نوع بتن ابتدا باید خواسته ها را بررسی و فهرست نمود که در مورد بتن سبک نیز این خواسته ها عبارتند از : مقاومت فشاری در سن مورد نظر، وزن مخصوص بتن تازه و خشک، دوام بتن در شرایط محیطی یا سولفاتی، اسلامپ و کارآئی بتن، مقدار حباب هوای لازم با توجه به حداکثر اندازه وشرایط محیطی، و احتمالا" موارد دیگری همچون مدول الاستیسیته یا خواص فیزیکی مکانیکی دیگر مثل قابلیت انتقال حرارت و غیره، در کنار این موارد ممکنست محدوده دانه بندی مطلوب ( بویژه در روشهای اروپائی ) از جمله محدودیت ها و خواسته ها باشد.
- در کنار این خواسته ها، داده هائی نیز بر اساس اطلاعات موجود از سیمان، سنگدانه و ... در دست است و یا باید در آزمایشگاه بدست آید از جمله اینها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
نوع سیمان، حداقل و حداکثر مجاز مصرف سیمان، حداکثر مجاز نسبت آب به سیمان، نوع مواد افزودنی مورد نظر و مشخصات آن، نوع سنگدانه درشت و ریزدانه، شکل و بافت سطحی سنگدانه ها، چگالی و جذب آب سبکدانه ها و سنگدانه های معمولی، رژیم و روند جذب آب سبکدانه، وزن مخصوص توده ای سنگدانه درشت متراکم با میله ( در طرح امریکائی )، دانه بندی سنگدانه ها و حداکثر اندازه آنها، ویژگیهای مکانیکی و دوام سنگدانه ها، مدول ریزی سنگدانه ها و ریزدانه ها ( بویژه در روش امریکائی )، چگالی ذرات سیمان و افزودنیها : گاه لازمست دانه بندی یا مدول ریزی سبکدانه ها معادل سازی شود یعنی با توجه به اختلاف در چگالی ذرات، دانه بندی وزنی به دانه بندی و مدول ریزی حجمی تبدیل گردد که در این حالت لازمست برای چگالی ذرات هر بخش اندازه ای را تعیین کنیم.
روش طرح اختلاط و جداول و اطلاعات ضروری در هر روش :
معمولا" در هر نوع روش طرح اختلاط لازمست حدود مقدار آب آزاد با توجه به کارآئی، حداکثر اندازه سنگدانه و شکل آن فرض گردد و بدست آید. نسبت آب به سیمان از جداول راهنما یا تجربیات گذشته و شخصی فرض می گردد. پس مقدار سیمان در این صورت مشخص می گردد . هر چند گاه در طرح اختلاط بتن سبک ابتدا عیار سیمان فرض شده و با در نظر گرفتن نسبت آب به سیمان یا کارآئی، مقدار آب مشخص می شود.
اختلاف عمده روش ها در تعیین مقدار سنگدانه ها خواهد بود و بویژه در طرح مخلوط بتن سبکدانه یا نیمه سبکدانه، اختلافات موجود روشها برای بتن معمولی، بیشتر می گردد.
در روشهای اروپائی ( آلمانی و اتحادیه بتن اروپا ) با توجه به محدوده مطلوب دانه بندی حجمی، سهم سنگدانه های ریز و درشت ( خواه هر دو سبکدانه یا یکی از آنها سبکدانه باشد ) بدست می آید، سپس چگالی متوسط سنگدانه ها تعیین شده و در فرمول حجم مطلق قرار می گیرد و مقدار کل سنگدانه بدست می آید.
اگر افزودنی داشته باشیم حجم افزودنی از تقسیم وزن به چگالی آن بدست می آید و در رابطه قرار داده می شود.
پس از تعیین با توجه به سهم هر سنگدانه، وزن آن مشخص می گردد و با توجه به ظرفیت جذب آب هر نوع سنگدانه می توان وزن خشک هر کدام و آب کل را تعیین کرد. وزن مخصوص بتن تازه نیز از جمع اوزان اجزاء بتن بدست می آید ( بصورت محاسباتی ) در عمل پس از ساخت مخلوط آزمون با توجه به نتیجه محاسبات و اطلاعات حاصله مانند اسلامپ، کارآئی و مقاومت و وزن مخصوص بتن میتوان اصلاحات لازم را در محاسبات به انجام رسانید و طرح اختلاط را نهائی کرد. امریکائی ها نیز در ACI 211.1 و ACI 211.2 و ACI 213 R سه روش را برای طرح اختلاط بتن سشبکدانه و یا نیمه سبکدانه توصیه نموده اند :
آنچه در اینجا اهمیت دارد آنست که در هنگام گیرش نسبت آب به سیمان واقعی چقدر است و با دانستن اینکه آبهای موجود در بتن، در سنگدانه یا خمیر سیمان است به این نتیجه رسید که آب آزاد واقعی چیست و چقدر می باشد. مسلما" کارآئی و اسلامپ را آب آزاد مربوط به زمانهای کوتاهتر مثل 15 دقیقه یا 30 دقیقه تعیین می کنند . این امر مستلزم آنست که رژیم جذب آب سبکدانه را بدانیم و در هر حالت چگالی سبکدانه را محاسبه کنیم.
در روش حجمی از یک مخلوط آزمون با مقادیر تخمینی استفاده می شود ( آب، سیمان، سنگدانه ریز و درشت ). پس از ساخت مخلوط آزمون و انجام آزمایشهای لازم مانند : اسلامپ، درصد هوا و وزن مخصوص بتن تازه و مشاهده قابلیت تراکم، ماله خوری و کارآئی، خصوصیات دیگر نیز می تواند در زمانهای بعد بدست آید ( مثل مقاومت و ..... ). اما پس از ساخت بتن و اندازه گیری وزن مخصوص بتن تازه، با توجه به وزن مصالح مورد استفاده در ساخت بتن، حجم بتن حاصله تعیین می شود . حجم محاسباتی بتن نیز قبلا" مشخص شده است و لذا و اصلاح در مخلوط برای یکی شدن این ها صورت می گیرد . مسلما" باید اهداف مقاومتی و دوام نیز تأمین گردد . در اینجا نیز مشکل چگالی ذرات و جذب آب وجود دارد که معمولا" رطوبت و چگالی موجود مد نظر قرار می گیرد . لازم به ذکر است که این روش برای بتن های نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه کاربرد دارد. همچنین در این روش از حجم سنگدانه ها بصورت شل استفاده می گردد.
این روش صرفا" برای سبکدانه درشت و ریز دانه معمولی کاربرد دارد یعنی صرفا" برای بتن نیمه سبکدانه مورد استفاده قرار می گیرد . در این روش از فاکتور چگالی بجاب چگالی ذرات سبکدانه استفاده می شود . فاکتور چگالی تعریف خاصی است که فقط در ACI 211.2 ( در ضمیمه A ) آمده است و با تعریف چگالی تفاوت دارد . S فاکتور چگالی بصورت زیر می باشد. C وزن سبکدانه ( خشک یا مرطوب ) و B وزن پیکنومتر پر از آب و A وزن پیکنومتر پر از آب و سبکدانه می باشد.
بنابراین در این تعریف وضعیت رطوبتی مشخص نیست و میتواند از حالت خشک تا کاملا" اشباع انجام شود اما باید وضعیت رطوبتی در هر مورد گزارش شود یعنی بگوئیم فاکتور چگالی برای سبکدانه ای با رطوبت معین برابر S می باشد . با توجه به روند معمولی طرح اختلاط امریکائی، مقدار آب آزاد، نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، وزن سبکدانه درشت خشک و مرطوب بدست می آید که در این رابطه مدول زیری ماسه و حداکثر اندازه سنگدانه ها و کارآئی مورد نیاز کاربرد دارد. جذب آب سبکدانه می تواند طبق دستورهای استاندارد موجود و یا ضمیمه B مربوط به ACI 211.2 مشخص شود که بر این اساس آب کل بدست می آید. در این روش نیز باتوجه به وزن یک متر مکعب بتن مقدار ماسه بدست می آید و بتن مورد نظر با اصلاحات رطوبتی ساخته شده و حک و اصلاح لازم بر روی مقادیر بدست آمده صورت می گیرد تا بتن مطلوب حاصل شود.
کاربردهای بتن سبک
همانطور که می دانیم بتن سبک می تواند به صورت های مختلفی طبقه بندی شود، مثلا" سازه ای و غیر سازه ای . از این نوع طبقه بندی می توان کاربردها را حدس زد . اما گاه از طبقه بندی دیگری استفاده می نمائیم مثل بتن سبکدانه، بتن اسفنجی و بتن فاقد ریز دانه . در این نوع طبقه بندی ظاهرا" نمی توان کاربردها را حدس زد.
• ساخت قطعاتی است که صرفا" جنبه پر کننده دارند. در نوع سازه ای نیز دو نوع بتن داریم : مسلح و غیر مسلح . مثلا" اجزاء سازه ای غیر مسلح مثل بلوکهای ساختمانی را باید از این جمله موارد دانست. بتن سبکدانه ای سازه ای مسلح کاربردهائی شبیه بتن معمولی مسلح دارد و حتی ممکن است پیش تنیده هم باشد. جالب است بدانیم بتن های سبکدانه سازه ای مسلح در ابتدا عمدتا" در ساخت کشتی های تجاری و جنگی در جنگ جهانی اول از سال 1918 تا 1922 بکار رفته است. کشتی Atlantus به وزن 3000 تن در سال 1918 و کشتی Selmaبه وزن 7500 تن و طول 132متر در سال 1919 به آب افتادند. همچنین در جنگ جهانی دوم ( تا اواسط جنگ) بدلیل محدودیت هائی در تولید ورق فولادی ( مانند جنگ جهانی اول ) کشتی ها و بارج های زیادی ساخته شدند که در همه آنها از بتن سبکدانه ( و معمولا" سبکدانه رسی منبسط شده ) استفاده شده بود. 24 کشتی اقیانوس پیما و 80 بارج دریائی تا پایان جنگ جهانی دوم در امریکا ساخته شد که ظرفیت آنها از 3 تا 000/ 140 تن بود.
جالب است بدانیم تا این اواخر یک کشتی بنام Peralta که در جنگ جهانی اول ساخته شده بود، شناور بود و آزمایشهای ارزشمندی نیز بر روی آن انجام شده است که نشان دوام عالی بتن آن از نظر خوردگی میلگردها و کربناسیون می باشد.
مخازن شناور آب و مواد نفتی از جمله موارد استفاده بتن سبکدانه ای مسلح در طول دوران جنگ جهانی اول و دوم بوده است که ظاهرا" بعدها نیز بر خلاف ساخت کشتی ها، تولید و ساخت آنها ادامه یافته است اما بدلیل اقتصادی در زمان صلح بواسطه وفور ورق فولادی، تولید کشتی مقرون به صرفه نمی باشد.
در سالهای 1950 و 1960 پل ها و ساختمانهای زیادی با بتن سبکدانه مسلح سازه ای در دنیا ساخته شد . بطور مثال در ایالات متحده و کانادا بیش از 150 پل و ساختمان از این نوع مورد بهره برداری قرار گرفت . بطور مثال ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئیز امریکا، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سیتی در سال 1929 از ساختمانهائی هستند که در دهه 20 و 30 میلادی ساخته شده اند .
ساختمان 42 طبقه در شیکاگو، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک ( 1960 )، فرودگاه Dulles واشنگتن در 1962، کلیسائی در نروژ در 1965، پلی در وایسبادن آلمان در 1966 و پل آب بر در روتردام هلند در 1968 از جمله این موارد هستند . در هلند، انگلستان، ایتالیا و اسکاتلند در دهه 70 و 80 میلادی پلهائی از نوع ساخته شده اند .
مخازن عظیم گاز طبیعی، اسکله شناور، مخزن نفت در زیر آب و ساختمانهای فرا ساحلی مانند سکوهای استخراج نفت و گاز با بتن سبکدانه مسلح سازه ای ساخته شده اند که اغلب بصورت نیمه سبکدانه و گاه تمام سبکدانه بوده اند . سکوی بزرگ پرش اسکی، جایگاه تماشاچی در برخی استادیومها و همچنین سقف این استادیومها گاه از بتن سبکدانه ساخته شده است.
بزرگترین بنای بتن سبکدانه، یک ساختمان اداری 52 طبقه در تکزاس با ارتفاع 215 متر می باشد. در هلند در سالهای 60 تا 73 میلادی 15 پل با دهانه بزرگ با بتن سبکدانه ساخته شده است. در سالهای دهه 70 میلادی ساخت بتن های سبکدانه پر مقاومت آغاز شد و در دهه 80 بدلیل نیاز برخی شرکتهای نفتی در امریکا، نروژ و مکزیک، ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فرا ساحلی مانند سکوهای نفتی با بتن سبکدانه پر مقاومت آغاز شد که در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 به بهره برداری رسید و نتایج آن منتشر شده است.
• بتن اسفنجی معمولا" بع دو نوع گازی و کفی تقسیم میشود. این نوع بتن ها را بتن پوک و متخلخل نیز می نامند و در برخی منابع بتن Cellular نام دارد. اغلب بتن های گازی و کفی غیر سازه ای هستند اما برخی بتن های گازی از قابلیت سازه ای شدن و حتی مسلح شدن برخوردار می باشند.
1. روش حجم مطلق : در این روش عملا" پس از تعیین آب آزاد، سیمان، سنگدانه درشت خشک و اشباع، ازفرمول حجم مطلق استفاده نموده و وزن ماسه اشباع با سطح خشک بدست می آید. این روش برای بتن معمولی، نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه قابل اجراست . مشکل عمده در این حالت تعیین مقدار چگالی اشباع با سطح خشک سبکدانه ها و ظرفیت جذب آب آنهاست. علاوه بر آن عملا" یک اشکال مفهومی نیز در این حالت وجود دارد و آن اینکه آیا اصولا" در هنگام ریختن و گیرش بتن، سبکدانه ها به مرحله اشباع با سطح خشک رسیده اند که بتوان از چگالی اشباع با سطح خشک آنها برای تعیین حجم اشغال آنها در بتن استفاده نمود . از آنجا که تفاوت حالت واقعی با فرضی گاه خیلی زیاد است. استفاده از این روش بویژه اگر قرار باشد وزن اشباع با سطح خشک و چگال مربوط در فرمول حجم مطلق بکار رود محل تأمل است مگر اینکه از یک چگالی یا وزن دیگر با توجه به جذب آب واقعی در این حالت استفاده نمود که روش بسیار دقیقی حاصل می گردد. امروزه سعی شده است با این روش به طرح اختلاط مناسب دست یافت . مثلا" در روش های اروپائی که این مشکل وجود دارد سعی می شود از جذب آب و چگالی نیم ساعته، 1 ساعته یا 2 ساعته و حتی 4 ساعته استفاده گردد.
)
-
