کارآیی بتن تازه - قسمت اول
مقدمه
کارآمدی خاصیتی است که به‌طور مستقیم بر مقاومت، کیفیت، ظاهر و حتی هزینه برآورد شده برای شروع و اتمام عملیات بتن‌ریزی تآثیر می‌گذارد.
کارآیی ایده‌آل به معنای برآورده کردن انتظارات متفاوت افراد متفاوت می‌باشد. انتظارات و برنامه‌های مختلفی هنگام طراحی بهینه بتن توسط تیم طراحی و ساخت‌وساز وجود دارد. مهندس سازه استحکام بالاتر و پیوند قوی‌تر بین بتن و فولاد می‌خواهد، معمار نگران جذابیت‌های ظاهری و زیبایی سازه است، ظرفیت بارگذاری برای مالک اهمیت دارد زیرا اجازه می‌دهد تا مقاطع کوچکتری از عناصر ساختی استفاده گردد و در نتیجه از فضای بیشتری بهره‌برداری نماید،یک کارگر نیاز به ترکیبی دارد که به راحتی جابه‌جا شود و در محل مورد نظر به‌آسانی قرارگرفته ،یکپارچه و متراکم شود ودر کل تمام دست‌اندرکاران دنبال گزینه‌ای هستند که به سرعت به یک محصول بادوام و باکیفیت دست یابند. مخلوط بتنی با قابلیت کارایی بالا، بسیاری از این انتظارات را به تعادل می‌رساند و به ایجاد محصولی با کیفیت و با ماندگاری طولانی منجر می‌شود.
کارآیی بتن
کارایی بتن یک خاصیت مخلوط بتن تازه است که استفاده از بتن را بدون از دست دادن کیفیت برای کاربری سهل و آسان می‌نماید .
ASTM کارایی بتن تازه را چنین تعریف می‌کند:
این ویژگی عبارتست از حداکثر تلاش مورد نیاز جهت کاربری بتن با از بین رفتن کمترین میزان همگنی بتن تازه
به زبان ساده وقتی از کارایی بتن صحبت می‌شود منظور میزان قابلیت آن در حمل، ریختن، تراکم، پرداخت و عمل‌آوری بتن می‌باشد که به‌طور مستقیم به روانی بتن بستگی دارد و عواملی چون تراکم آرماتور، مواد افزودنی ونوع قالب‌بندی هنگام بتن‌ریزی نیزدر کارایی آن بی‌تآثیر نیستند .
انواع کارآیی بتن
بتن را از نظر کارآیی میتوان به سه نوع زیر تقسیم کرد:
۱- بتن غیر قابل اجرا
۲- بتن با کارآیی متوسط
۳- بتن بسیار کارآمد
بتن غیرقابل اجرا
این بتن به‌عنوان بتن خشن نیز شناخته می‌شود، مقدارآب آن بسیار کم بوده و مخلوط کردن آن به‌خصوص با نیروی دست کار آسانی نمی‌باشد . به‌دلیل مقدار آب بسیار کمی که دارد پیوند بین مصالح و خمیر سیمان به‌درستی صورت نمی‌گیرد ، جدایی سنگدانه‌ها در آن بالا می‌باشد و چسبندگی کامل اتفاق نمی‌افتد به‌طوری‌که حفظ حالت همگن مخلوط بتن تازه بسیار دشوار می‌باشد و تراکم بتن به‌سختی انجام می‌پذیرد. در این نوع بتن نسبت آب به سیمان کمتر از ۰.۴ درصد می‌باشد.
بتن با کارآیی متوسط
از این نوع بتن در بیشتر کارهای ساختمانی می‌شود . عمل اختلاط ، حمل‌ونقل و بتن‌ریزی در این بتن بدون جداسازی اجزاء تشکیل‌دهنده و از دست دادن حالت همگن آن اتفاق می‌افتد . از کارآیی این بتن عموما در کلیه سازه‌ها با حجم آرماتور سبک استفاده می‌شود، در این نوع بتن فاصله بین آرماتورها به بتن این اجازه را می‌دهد که پیوند بین آرماتور و بتن به‌طور کامل صورت پذیرد ،از پدیده جداسازی جلوگیری گردیده و بتن به‌طور کامل متراکم گردد .
در این نوع بتن نسبت آب به سیمان به‌طور متوسط بین ۰.۴ تا ۰.۵۵ درصد متغییر می‌باشد.
بتن بسیارکارآمد
در بتن بسیارکارآمد عمل اختلاط، حمل‌ونقل، قرار گیری در قالب و متراکم شدن آن در سازه بسیار آسان انجام می‌شود این بتن اغلب زمانی استفاده می‌شود که تراکم مؤثر بتن امکان‌پذیر نباشد یا زمانی‌که بخواهد بتن در حجم انبوه استفاده شود. بتن بسیار کارآمد می‌تواند به راحتی جریان یابد و بدون هیچ‌گونه مشکلی در سازه قرار‌گیرد اما نکته حائز اهمیت اینجاست که در این بتن احتمال جداسازی بالا می‌باشد و امکان از دست دادن حالت همگن بتن وجود دارد . سنگدانه‌های درشت تمایل به استقرار در پایین کار داشته و این امر باعث می‌شود خمیر بتن یا باصلاح شیره بتن به سطح آمده جداشدگی اتفاق بیفتد.از این بتن درسازه‌های با حجم بالای آرماتور استفاده می‌شود به‌خصوص در جایی‌که امکان ویبره کردن بتن وجود نداشته باشد . به‌عنوان مثال میتوان گفت که بتن خود‌تراکم نمونه بارزی از بتن بسیار کارآمد می‌باشد، این بتن به‌گونه‌ای طراحی شده است که علاوه بر روانی بالایی که دارد در برابر جداسازی بسیار مقاوم می‌باشد .
در این نوع بتن نسبت آب به سیمان بیشتر از ۰.۵۵ درصد می‌باشد.
در هر ساخت‌وساز کارآیی بتنی که استفاده می‌شود بسته به نوع سازه و حجم تراکم مورد نیاز تعریف می‌گردد و می‌تواند از پروژه‌ای به پروژه دیگر متفاوت و یا یکسان باشد به‌عنوان مثال کارآیی بتن مورد نیاز برای ساخت قطعه با کارایی بتن مورد نیاز جهت ساخت پایه بتونی انبوه در یک حد و اندازه می‌باشد و یا کارایی مورد نیاز در هنگام استفاده از ویبراتورها برای ساخت‌وساز با زمانی‌که ویبراتورها استفاده نمی‌شوند متفاوت است ویا به‌طور مشابه کارآیی بتن استفاده شده در قسمت‌های پرعمق با بخش‌های کم‌عمق متفاوت می‌باشد و همیشه نمی‌توان از یک بتن با کارآیی یکسان در هردو قسمت بهره برد.
عوامل مؤثر بر کارآیی بتن
۱- نسبت آب به سیمان
۲- مقدار و نوع مصالح
۳- مقدار و نوع سیمان
۴- شرایط آب و هوایی
الف- درجه حرارت
ب- باد
۷- ترکیبات شیمیایی
۸- نسبت ماسه به کل مصالح
در زیر به تآثیر هرکدام از این عوامل بر میزان کارآیی اشاره گردیده است:
نسبت آب به سیمان
هرچه نسبت آب به سیمان بیشتر باشد کارآیی بتن بالاتر خواهد بود .با افزودن آب بیشتر روانی اجزاء بیشتر شده کارآیی را بالا می‌برد اما استحکام بتن را کاهش می‌دهد زیرا با افزایش حجم آب با تخلخل بیشتر بتن روبرو خواهیم شد هم‌چنین منجر به هدر رفتن شیره بتن می‌گردد از این‌رو افزایش مقدار آب می‌تواند باعث فرار دوغاب سیمان از طریق فواصل بین قالب‌‌ها گردد و نتیجه آن یک بتن ضعیف بدون استحکام خواهد بود .
مقدار و نوع مصالح
از آن‌جا که مصالح بزرگتر مساحت نسبتآ کمتری دارند ( برای پوشش خمیر سیمان ) و از آن‌جا که آب کمتر به معنای سیمان کمتر نیز می‌باشد اغلب گفته می‌شود که بهتر است از بزرگترین اندازه اسمی مصالح و سخت‌ترین ترکیب استفاده گردد ،بیشتر عناصر ساختمانی با حداکثر اندازه مصالح ۴/۳ تا یک اینچ ساخته می‌شوند.
از آن‌جا که پدیده جمع‌شدگی دربتن به‌طور مداوم و پس از گذشت سال‌‌ها هم‌چنان اتفاق می‌افتد باید پذیرفت که بتن پس از بارگذاری هرگز به حجم اولیه خود برنمی‌گردد بنابراین هرچه از میزان مصالح بیشتری استفاده کنیم، مخلوط خشن‌ترشده و بتن کارآیی کمتری خواهد داشت.
استفاده از مصالح گرد گوشه با سطح صاف موجب افزایش کارآیی شده در صورتی‌که مصالح خشن و زاویه دار کارآیی بتن را کاهش می‌دهند .
مصالح زاویه دار موجب پوسته پوسته شدن، انبساط و یا کشیدگی طولی می‌شوند بنایراین کاهش کارآیی را به‌دنبال خواهند داشت اما دانه‌های گرد وصاف با نیاز کمتر به آب و اینکه خودشان به سادگی جریان می‌یابند کارآیی بتن را بالاتر برده و نسبت آب به سیمان را به‌خودی خود پایین می‌آورند.
مصالح متخلخل برای رسیدن به درجه مطلوب کارآیی به آب بیشتری در مقایسه با سنگدانه‌های غیرجاذب دارند.
مقدار و نوع سیمان
میزان سیمان نیز در کارآیی بتن نقش به‌سزایی دارد چرا که هرچه نسبت سیمان بیشتر باشد کارآیی کمتر خواهد شد به این دلیل که سیمان کمتر به معنای آب کمتر است و نتیجه آن یک خمیر سیمانی سفت و غیر کارا خواهد بود.
شرایط آب و هوایی
الف - درجه حرارت: هرچه درجه حرارت بالاتر باشد تبخیر افزایش می‌بابد و با کاهش آب موجود کارآیی نیز کاهش می‌یابد.
ب - باد: با افزایش سرعت باد میزان تبخیر نیز افزایش می‌یابد که باعث کاهش میزان آب و در نهایت کاهش کارآیی می‌شود.
ترکیبات شیمیایی
از ترکیبات شیمیایی میتوان در جهت افزایش کارآیی استفاده کرد.
با استفاده از مواد حباب‌ساز که مثل توپی از حباب اکسیژن بین ذرات عمل می‌کنند کاهش شیره بتن ، افزایش تحرک ذرات ، کاهش جداسازی آنها و در نهایت افزایش کارآیی بتن را خواهیم داشت .هم چنین مواد پوزولان مرغوب نیز موجب روانی بتن و در نتیجه کارآیی بیشتر خواهند گردید.
نسبت ماسه به کل مصالح
هرچه نسبت ماسه به کل مصالح بیشتر باشد کارآیی بتن کاهش می‌یابد زیرا ماسه سطح بیشتری اشغال کرده و هرچه سطح تماس بیشتر شود مقاومت نیز بیشتر می‌شود.
علاوه بر عوامل فوق شرایط کارآیی برای ساخت بتن بستگی به موارد زیر دارد:
نوع کارآیی سازه
روش اختلاط بتن
ضخامت محل بتن‌ریزی
ضخامت میلگردها
روش تراکم
فاصله تا محل بتن‌ریزی ( نوع حمل و نقل)
روش بتن‌ریزی
شرایط محیطی
رابطه بین مقاومت و کارآیی بتن
با افزایش نسبت آب به سیمان مقاومت بتن کاهش می‌یابد . افزایش نسبت آب به سیمان بیانگر افزایش کارآیی بتن می‌باشد بنابراین میتوان گفت مقاومت بتن با کارایی آن نسبت عکس دارد.
دلیل این رابطه این است که آب حاصل از بتن خشک می‌شود و پس از گیرش بتن حفره‌هایی باقی می‌مانند ، هرچه آب بیشتر باشد تعداد حفره‌ها بیشتر می‌شود بنابراین افزایش تعداد حفره‌ها مقاومت فشاری بتن را کاهش می‌دهد بدین جهت برقرای توازن بین مقاومت و کارایی یکی از اصول مهم در بتن‌ریزی می‌باشد.
کارایی بتن را میتوان با استفاده از مصالح گردگوشه و مواد افزودنی مناسب افزایش داد . با استفاده از مواد افزودنی مانند ترکیبات هواساز قابلیت کارآیی بدون افزایش نسبت آب به سیمان افزایش می‌یابد و با این امر مقاومت و کارایی در یک راستا در تولید بتن مرغوب و قابل اجرا حرکت خواهند کرد.
.jpg)
چگونه از کارایی بتن اطمینان حاصل کنیم؟
برای رسیدن به تراکم کامل در بتن باید یک‌سری عوامل دست به دست هم دهند تا بر نیروی اصطکاک بین مواد غلبه کنند .
بدیهی‌است که تنها با انجام یک تست واحد نمی‌توان تمام عوامل را ارزیابی نمود در حقیقت بسیاری از این موارد به راحتی قابل ارزیابی نمی‌باشند حتی اگر برخی آزمون‌های استاندارد برای ارزیابی آنها در شرایط خاص طراحی شده باشد .
به‌طور عام بتن‌های مرطوب کارایی بیشتری نسبت به بتن‌های خشک دارند ،اما بتن با همان قوام ممکن است از لحاظ کارایی متفاوت باشد .ازآن‌جا که استحکام بتن از وجود حفره‌ها در جرم متراکم شده تآثیر می‌پذیرد دستیابی به حداکثر تراکم ممکن بسیار ضروری است . وجود حفره در بتن باعث کاهش چگالی شده و استحکام را به شدت کاهش می‌دهد ۵٪ از حفره‌ها می‌توانند مقاومت را تا ۳۰٪ درصد کاهش دهند .
بدین منظور از آزمون‌های مناسب میتوان برای تعیین حدود کارایی بتن استفاده کرد. که در ادامه بحث به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
واحد تحقیق و توسعه شرکت پایهان بتن