بتن خود متراکم 

بتن خود متراکم یا سیمان خود متراکم یکی از نوآوری های جدید صنعت ساختمان است که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این نوع بتن، در مقایسه با بتن های سنتی، دارای خواص مکانیکی و فیزیکی بسیار بهتری است و در برابر تاثیرات محیطی نیز مقاومت بیشتری دارد.
زمان، هزینه و کیفیت سه عامل مهم در اجرای پروژه های ساختمانی می باشد که تاثیر مهمی در صنعت ساخت دارند. هر گونه پیشرفت و یا توسعه ای که باعث بهبود این سه عامل گردد، همواره مورد علاقه مهندسان عمران خواهد بود. 

هرگاه این پیشرفت ها در صنعت ساخت و ساز تاثیر گذار باشد باید تحقیقات کافی بر روی فواید و مضرات آنها انجام گرفته و اقدامات لازم برای اجرایی ساختن آنها در صنعت ساخت و ساز صورت پذیرد. بتن خود تراکم با توجه به خصوصیات ویژه خود یکی از این توسعه هاست که می تواند تاثیر قابل توجهی بر صنعت ساخت داشته باشد.

تاریخچه بتن خود متراکم

برای سالیان متمادی دست یابی به بتنی با قابلیت خودترازی ( خود تراکمی ) بدون افت در مقاومت، روانی و جداشدگی، آرزوی مهندسین در کشورهای مختلف بوده، در اوایل قرن بیستم به دلیل خشک بودن مخلوط بتنی، تراکم بتن تنها از طریق اعمال ضربه های سنگین در مقاطع وسیع و در دسترس ممکن بود. با شیوع استفاده از بتن های مسلح و آشکار شدن مشکلات اجرایی کاربرد مخلوطهای خشک، گرایش به استفاده از مخلوطهای مرطوب تر گسترش یافت اما شناسایی تاثیر نسبت آب به سیمان در دهه 1920 نشان داد که افزایش این نسبت می تواند موجب افت مقاومت بتن گردد. 
در سالهای بعد، توجه به مسئله دوام بتن همچنین تاثیر مخرب افزایش نسبت آب به سیمان را به نفوذ پذیری و کاهش دوام بتن آشکار ساخت. این همه باعث گردید تا توجه ویژه ای بر خواص کارایی و رئولوژی بتن و تراکم بتن، با هدف بهبود خواص مقاومت و دوام آن صورت گیرد. این تحقیقات در نهایت منجر به معرفی بتن خود متراکم در ژاپن گردید. بتنی با قابلیت جریان زیاد که می تواند تنها تحت تاثیر نیروی ثقل و بدون نیاز به انجام هرگونه فرآیند دیگری، که تمامی زوایای قالب را پر کرده و آرماتور ها را دربرگیرد، بدون آنکه جداشدگی یا آب انداختن ایجاد گردد.
بتن خود متراکم نخست در سال 1986 توسط H.okamura در ژاپن پیشنهاد گردید و در سال 1988 این نوع بتن در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ارائه داد. مقالات متعددی در ارتباط با توسعه بتن خودتراکم در دنیا ارائه شد امروزه بتن خود تراکم همزمان با کشور ژاپن در مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی کشورهای اروپایی، کانادا و امریکا تحت عنوان self – consolidating concrete موضوع بحث، بررسی و اجرای سازه های بتنی است.
درایران نیز استفاده از بتن خود تراکم از چند سال قبل آغاز شده و از مزایای آن بهره گرفته شده است برای مثال می توان از مصرف بتن خود تراکم در تونل رسالت در تهران نام برد.

پیشنهاد می شود مقاله نحوه ساخت بتن پلیمری را مطالعه کنید.

کارایی و مزایای بتن خود متراکم

بررسی رئولوژی و کارایی بتن خود متراکم، تاثیر بالایی بر تعیین خواص این نوع بتن را نشان، می دهد، لذا بر اساس روابط مایع لزج نیوتنی، پارامترهای موثر در تعریف رفتار جریان بتن خود تراکم را معرفی می کند و آزمایش جی – رینگ آزمایش ساده و مناسبی برای اندازه گیری مقاومت بتن در مقابل جداشدگی سنگدانه ها است و چنانچه مقدار آب و خصوصا فوق روان کننده از یک حد معینی افزایش یابد مقاومت جداشدگی بتن کاهش می یابد و از آزمایش دو نقطه ایی می توان بدست آورد که ثابت های رئولوژی می توانند خواص رئولوژی، خصوصا توانمندی بتن از نظر حرکت پذیری و پرشدگی را بخوبی تعیین نماید.

مبانی طراحی مخلوط بتن خود تراکم

سیال و پایدار بودن از مبانی طراحی مخلوط scc هست، اما غیر از این خصوصیات، عوامل اقتصادی را نیز باید در طراحی در نظر گرفت. چالش مهم در طراحی مخلوط scc، معادل بودن مشخصات مورد نیاز با مشخصات واقعی است. مواد مورد نیاز برای ساخت scc به شرح زیر است :
1.    سیمان: نوع و مقدار سیمان براساس خواص و دوام مورد نیاز تعیین می گردد. معمولا مقدار سیمان بینkg/m3 450- 350 است.
2.    سنگدانه درشت: تمام سنگدانه های درشت که برای بتن معمولی استفاده می شود، قابل مصرف در scc است. اندازه حداکثر معمولا بینmm20-16 است. به طور کلی مقدار سنگدانه درشت در scc کمتر از بتن معمولی است زیرا سنگدانه درشت انرژی زیادی مصرف می کند که باعث کاهش جاری شدن بتن می شود و در هنگام عبور از موانع مانند آرماتور سبب مسدود شدن بتن می گردد.
3.    سنگدانه ریز: تمام سنگدانه های ریز که برای بتن معمولی استفاده می شود برای scc نیز مناسب است هر دو نوع ماسه شامل شکسته و گرد گوشه قابل استفاده می باشد هرچه مقدار ماسه در مخلوط بیشتر باشد، مقاومت برشی مخلوط بیشتر است.

پیشنهاد می شود مقاله بتن هوادار چیست را مطالعه فرمایید

4.    مواد افزودنی معدنی: انواع مواد افزودنی معدنی یا پوزولان را می توان در scc مصرف کرد این مواد برای بهبود خواص بتن تازه و یا بتن سخت شده و دوام مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله این موارد می توان میکروسیلیس، سرباره و روباره را نام برد.
5.    فوق کاهنده آب: فوق کاهنده آب یا فوق روان کننده ها از مواد بسیار مهم برای ساخت scc محسوب می شوند.
6.    مواد اصلاح کننده ویسکوزیته: مواد اصلاح کننده ویسکوزیته برای افزایش مقاومت جداشدگی در scc مصرف می شود.
7.    فیلرها: به دلیل الزامات رئولوژی خاص scc هردو مواد افزودنی فعال و خنثی برای بهبود کارایی و همچنین برای تعادل در مقدار مصرف سیمان مورد استفاده قرار می گیرد.

ویژگی‌های بتن خود متراکم

- چگالی بالا: بتن خود متراکم دارای چگالی بسیار بالایی است که این موضوع باعث می شود که از حجم کمتری نسبت به بتن های سنتی برای ساخت سازه هایی با قدرت و مقاومت بالا استفاده شود.
- مقاومت بالا در برابر فشار: بتن خود متراکم دارای مقاومت بسیار بالا در برابر فشار است که می تواند به عنوان سازه ایمن و پایدار در برابر بارهای سنگین و زلزله استفاده شود.
- نفوذپذیری کم: بتن خود متراکم دارای نفوذپذیری کمتری نسبت به بتن های سنتی است که این موضوع می تواند برای مقاومت در برابر رطوبت و سایر عوامل زیست محیطی مفید باشد.
- انعطاف پذیری بالا: بتن خود متراکم دارای انعطاف پذیری بالایی است که می تواند در سازه هایی که نیاز به انعطاف دارند، مفید باشد.
- مقاومت بالا در برابر حرارت: بتن خود متراکم دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر حرارت است که می تواند در برابر حریق و سایر عوامل حرارتی موثر و مفید باشد.

تنظیم طرح مخلوط

پس از ساخت مخلوط های آزمایشی، اگر عملکرد آنها مطلوب نباشد، باید طرح مخلوط مجددا انجام شود. بسته به مشکلاتی که در خواص بتن تازه ایجاد می شود، ممکن است واکنش های زیر انجام گردد:
•    اضافه کردن فیلر یا استفاده از نوع دیگر فیلر
•    تجدید نظر در مقادیر شن وماسه
•    تغییر در مقدار فوق روان کننده یا ماده اصلاح کننده ویسکوزیته
•    تغییر در مقدار آب و نسبت آب به پودر
•    تغییر در نوع مواد اصلاح کننده ویسکوزیته یا فوق روان کننده
از نظر کارآیی یک بتن خود تراکم مناسب دارای خواص زیر خواهد بود:
در حالت معمولی دارای جریان اسلامپی بیش از 600 میلی متر و بدون جداشدگی، حفظ روانی به مدت حداقل 90 دقیقه، توانایی مقاومت در شیب 3 % در سطح افقی آزاد، قابلیت پمپ شدن در لوله ها بطول حداقل 100 متر و به مدت 90 دقیقه، مقاومت فشاری 28 روزه حدود 600-250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع، مقاومت در مقابل خوردگی تهاجم سولفاتها و کلریدها و انجماد و ذوب مطابق استاندارد، کاهش خطر ترکهای حرارتی در مقایسه با بتن معمولی لرزانده شده.

همچنین پیشنهاد می شود مقاله بتن پیش تنیده را نیز مطالعه کنید.

مزایای استفاده از بتن خود متراکم

•    یکی از مزایای استفاده از بتن خود متراکم، استفاده از آن در سازه های بتنی معماری – هنری که نیاز به ظرافت خاص با میلگرد گذاری فشرده دارند، است.
•    همچنین بتن خود متراکم در پل های با دهانه بزرگ نیز مورد استفاده قرار می گیرد در این پل ها به دلیل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرای آن ها با بتن معمولی امکان پذیر نمی باشد و در ضمن استفاده از بتن معمولی موجب قطورتر شدن اندازه پایه ها و نازیبایی سازه می گردد.
•    در تونل های شهری و آبی که مسافت انتقال طولانی است، انتقال بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات اجرایی است.
دیگر موارد استفاده از بتن خود متراکم
•    ساختمان های بلند و برج ها
•    ستونها و دیوارهای بلند یا میلگردهای متراکم
•    ستونهای بتن ریزی شده با پمپ
•    بتن ریزی بلوک های بتنی
•    بتن ریزی کف ها و سطوح افقی
•    بتن ریزی در سازه های زیر آبی
مزایای چشمگیر بتن خود تراکم موجب گسترش سریع آن در دنیا شده است که بطور اجمال می توان به مواردی از آنها اشاره نمود :
1.    توسعه سازه های بتنی در دنیا و نیاز به بتن های با خواص ویژه
2.    کمبود کارگران ماهر بتن ریزی بویژه کارگران ویبره زن
3.    افزایش سرعت اجرای سازه های بتنی در سهولت بتن ریزی
4.    امکان بهبود کیفیت مکانیکی بتن
5.    امکان اجرای سازه های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطع کوچک یا میلگردهای فشرده
6.    توسعه صنایع پیش ساخته بتنی
7.    صرفه جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت
8.    توجه به سطوح تمام شده زیبا و مرغوب سازه های بتنی
9.    کاهش سر و صدا و آلودگی صوتی محیط کار به ویژه در صنایع پیش ساخته بتنی

معایب بتن خود متراکم

با این حال، همانطور که در هر نوع ماده ای مزایایی وجود دارد، معایبی نیز دارد. در ادامه برخی از معایب بتن خود متراکم برای شما بیان می شود:
1- قیمت بالا نسبت به بتن معمولی
2- مشکلات حمل و نقل: بتن خود متراکم به دلیل وزن بالا و همچنین حجم بیشتری که دارد، مشکلاتی در حمل و نقل دارد و این مشکل در صورتی که میزان سفارش بالا باشد، بیشتر خواهد شد.
3- نیاز به دستگاه های خاص: برای تولید بتن خود متراکم نیاز به دستگاه های خاصی است که برای شرکت های ساختمانی کوچک، قابل دسترس نیست.
4- تاثیرات زیست محیطی: در تولید بتن خود متراکم، مقدار زیادی مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد که می تواند برای محیط زیست آسیب بسیاری بر جای بگذارد.
سازه های مختلفی با استفاده از بتن خود تراکم در دنیا اجرا شده اند که به نمونه هایی از آنها در سراسر دنیا اشاره می شود. قابل ذکر است که اجرای بعضی از این پروژه ها بدون استفاده از بتن خود تراکم امکان اجرا نداشته اند.
دیواره های مخازن عظیم LNG شرکت گاز Osaka در ژاپن
•    حجم بتن خود تراکم مصرفی = 12000 متر مکعب ( تکمیل بتن ریزی در سال 1998 )
•    صرفه جویی در تعداد کارگران = حدود 67 درصد در مقایسه با بتن معمولی
•    صرفه جویی در مدت زمان ساخت = حدود 18 درصد در مقایسه با بتن معمولی
•    صرفه جویی در تعداد کارگاهها = حدود 29 درصد در مقایسه با بتن معمولی
بازار بزرگ Midsummer Place واقع در لندن – انگلستان
•    ستونهای بیضوی با میلگردهای خیلی تراکم به ارتفاع 8٫5 – 10 متر
•    صرفه جویی در مدت زمان ساخت = حدود 40 درصد در مقایسه با بتن معمولی
•    صرفه جویی در هزینه = حدود 10 درصد در مقایسه با بتن معمولی
•    ستونهای 9 طبقه اول این برج با استفاده از بتن خود تراکم اجرا شده است
•    (با توجه به فشردگی میلگرد ها)
•    تعداد ستونهای 9 طبقه = 66 ستون
•    مقدار بتن خود تراکم مصرفی = 885 متر مکعب
از همراهی شما سپاس گزاریم.