بتن با کارایی زیاد به بتنی گفته می شود که دارای خواص و مشخصات ویژه ای است که از طریق استفاده از مواد و روشهای خاص در تولید آن به دست می آید. به عنوان مثال، بتن با کارایی زیاد می تواند مقاومت بالایی در برابر فشار، کشش و خمش داشته باشد، همچنین می تواند دارای انعطاف پذیری بالا و مقاومت به درجه حرارت ورودی باشد. این نوع از بتن ممکن است با استفاده از موادی مانند خاک رس، سیمان و مواد شیمیایی بهینه سازی شود.
بتن کارپذیر یا “بتن خودتراکم” یک نوع بتن است که با طراحی خاص خود از طریق استفاده از مواد جاذب وجود هوا و تکنولوژی هایی مانند ویبره یا پمپاژ، بدون نیاز به لوله گذاری و فشار مکانیکی، خود به خود تراکم می‌شود. بتن کارپذیر برای ساختمان های با شکل های پیچیده و مساحت های بالا استفاده می شود. علاوه بر این، بتن کارپذیر مقاومت بیشتری نسبت به بتن سنتی دارد و به طور کلی برای پروژه های ساختمانی، پل سازی و تونل ها مورد استفاده قرار می گیرد.
کاربرد بتن با کارایی زیاد (بتن کارپذیر)
بتن با کارآیی زیاد در مقایسه با سایر مواد ساختمانی، کاربردهای بسیاری دارد. برخی از کاربردهای این ماده عبارتند از:
1. ساخت سازه‌های بزرگ مانند پل‌ها، سد‌ها و تونل‌ها
2. ساخت ساختمان‌های خانگی و تجاری، از جمله خانه ها، ادارات، انبارها و فروشگاه‌ها
3. ساخت بلاک‌های بتنی به منظور ساخت سیلو و ذخیره سازی مواد غذایی و صنعتی
4. ساخت دیوارها، حیاط ها، ستون‌ها و سقف‌های داخلی و خارجی ساختمان‌ها
5. تولید مواد پرسی و قطعات بتنی مورد استفاده در کارخانجات و محیط‌های صنعتی
6. ساخت منابع انبار نفت و سکوهای حفاری چاه‌های نفت
بتن با کارایی زیاد همچنین برای ساخت سازه‌های ماندگار، مقاوم در برابر زلزله و آتش سوزی و قابلیت پذیرش بارهای ثقلی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده به دلیل قابلیت شکل‌پذیری بالا و توانایی آب‌گیری کم و جذب حرارت و صدا، برای ساخت دیوارهای جداسازی و صداگیرها و همچنین جهت کاهش فرسایش سطوح نیز بکار می‌رود.
تفاوت کارایی و روانی بتن چیست؟
کارایی بتن به میزان قابلیت انجام وظیفه خود یعنی انتقال بار، مقاومت در برابر فشار، کشش و خمش و همچنین مقاومت در برابر تغییر حجم به دلیل متغیر بودن شرایط محیطی مربوط می‌شود. در حالی که روانی بتن منظور پذیرفته شدن، پر شدن و توزیع شدن بتن در قالب‌های مختلف است.
به عبارت دیگر، در کارایی بتن، توانایی باربری و مقاومت بتن به عنوان یک ماده مصالحی در قابلیت اجرای پروژه‌های ساختمانی به شکل مناسب ارزیابی می‌شود. در حالی که روانی بتن بر خلاف کارایی، به توانایی بتن برای پذیرفتن، تراکم و توزیع شدن به طور کامل در فرم‌های مختلف مانند قالب‌های سازه، حفره‌ها، نواحی توده هوا و غیره اشاره دارد.
به طور کلی، هر دوی این موضوعات برای کیفیت ساختمان اهمیت دارند و باید برای ایجاد یک ساختمان با کیفیت مناسب، هر دوی آن‌ها در نظر گرفته شوند.
اندازه گیری کارایی بتن و تعیین درجه بتن با کارایی زیاد
بهترین روش برای اندازه گیری کارایی بتن انجام آزمایش است.
هیچ آزمایش قابل قبولی که کارآیی بتن را به صورت مستقیم اندازه گیری کند، وجود ندارد. به هر حال، این آزمایشات در سطح جهانی پذیرفته شده اند .
رایج ترین آزمایش های اندازه‌گیری کارایی بتن آزمایش های زیر می باشند :
_ آزمایش اسلامپ
_ آزمایش ضریب تراکم
_ آزمایش میز سیلان یا جریان
_ آزمایش وی‌بی
_ آزمایش گلوله کلی یا نفوذ توپی
_ آزمایش دونقطه‌ای
برای اندازه گیری بتن با کارایی زیاد غالباً از آزمایش اسلامپ استفاده می شود که در ادامه به تفصیل در مورد آن توضیح خواهیم داد.
خواص و ویژگی بتن کارپذیر
بتن با کارایی زیاد معمولاً از مواد اولیه با کیفیت و تهیه شده با استفاده از نسبت‌های دقیق طراحی می‌شود. بتن با کارایی زیاد، دارای خواص و ویژگی‌های زیر است:
- مقاومت فشاری بالا: بتن با کارایی زیاد دارای مقاومت فشاری بسیار بالاست و می‌تواند بارهای سنگین را تحمل کند.
- مقاومت کششی بالا: بتن با کارایی زیاد دارای مقاومت کششی بالاست و می‌تواند در برابر شکستگی و ترکیدگی مقاومت کند.
- مقاومت در برابر آب: بتن با کارایی زیاد دارای مقاومت بالا در برابر آب و رطوبت است و نمی‌شکند و ضریب جذب آب نیز کم است.
- پایداری دمایی: بتن با کارایی زیاد تحت انقباض حرارتی کمی قرار می‌گیرد که تاثیر کمی بر روی ثبات ساختمان خواهد داشت.
- پایداری شیمیایی: بتن با کارایی زیاد دارای پایداری شیمیایی بالاست و در برابر خوردگی و تاثیرات مواد شیمیایی مقاومت می‌کند.
- قابلیت طراحی و ساخت: بتن با کارایی زیاد به راحتی قابلیت طراحی و ساخت دارد، به طوری که با انواع روش های مختلف ساخت و مدلسازی میتوان از آن استفاده کرد.
- مقاومت در برابر حریق: بتن با کارایی زیاد دارای مقاومت بالا در برابر حریق است و می‌تواند به عنوان یکی از بهترین مصالح مقاوم در برابر حریق در ساختمان ها به کار رود.
از دیگر ویژگی های بتن با کارایی زیاد میتوان به ماندگاری بالا، صداشکنی بالا، ایمنی و محافظت محیط زیستی اشاره کرد.
مزایای بتن با کارایی زیاد
استفاده از بتن با کیفیت بالا و کارایی عالی، چندین مزیت دارد از جمله:
- مقاومت بالا در برابر فشار و فرسایش: بتن با کارایی زیاد مقاومت بالایی در برابر فشار دارد و می‌تواند به‌عنوان یک مصالح سخت و مقاوم در برابر فرسایش و آسیب‌های مکانیکی به کار رود.
- طول عمر بالا: با توجه به مقاومت بتن در برابر فرسایش، با کاربرد بتن با کیفیت عالی و کارایی بالا، می‌تواند سازه‌ها و ساختمان‌ها را با طول عمر بالایی ساخت.
- مقاومت در برابر حریق: بتن با کیفیت عالی و کارایی بالا، می‌تواند به طور مؤثری در افزایش مقاومت سازه‌ها در برابر حریق کمک کند.
- انعطاف‌پذیری پایین: با توجه به شکل‌پذیری پایین بتن، سازه‌های ساخته‌شده از بتن با کارایی زیاد، می‌توانند به درستی شکل‌های مشخص شده شما را پایدار نگه‌دارند.
- سرعت ساخت بالا: بتن یکی از سریع‌ترین و موثرترین مواد ساختمانی است که با استفاده از آن، میتوان سازه‌ها را با سرعت بالا و هزینه پایین‌تری ساخت.
عوامل مؤثر بر کارایی بتن
عوامل زیادی بر کارایی بتن تاثیر می گذارند. مقدار سیمان بتن، نوع سیمان مورد استفاده در بتن، نسبت های مواد مختلف در مخلوط بتن و اندازه سنگ دانه ها برخی از این عوامل هستند که در ادامه می خواهیم به معرفی این عوامل بپردازیم.
مقدار سیمان بتن
افزایش میزان سیمان به معنی افزایش میزان آب مورد استفاده نیز هست که در نهایت کارایی بتن را افزایش می‌دهد.
نوع سیمان مورد استفاده در بتن
افزایش عیار سیمان باعث می‌شود تا بتن به آب بیشتری برای رسیدن به کارایی مورد نظر پیدا کند. در حالی که سیمان با عیار کمتر، به آب کمتری برای رسیدن به همان میزان کارایی نیاز دارد.
نسبت‌های مواد مختلف در مخلوط بتن
هر چه نسبت آب به سیمان بیشتر باشد، میزان آب مورد استفاده نسبت به مقدار سیمان بیشتر خواهد بود و در نتیجه کارایی بتن افزایش خواهد داشت.
اندازه‌ی سنگدانه‌ها
هر چه اندازه سنگدانه‌ها کوچکتر باشد، برای پوشش دادن سطوح ، به سیمان بیشتری احتیاج است. این موضوع باعث کاهش نسبت آب به سیمان و کاهش کارایی می‌شود.
افزودنی‌های مورد استفاده در بتن
چندین افزودنی مختلف برای بهبود وضعیت کارایی بتن وجود دارد که روان کننده و فوق روان کننده نام دارند.
ماده افزودنی حباب هوازا یکی از پر مصرف ترین مواد افزودنی به بتن است که آب لازم برای حصول یک کارآیی معین را کاهش می دهد.
مقدار آب بتن
میزان آب در هر حجم بتن بیشتر شده و بتن کارایی بیشتری پیدا می‌کند.
شکل سنگدانه‌ها
سنگدانه‌های گرد به دلیل مقاومت در برابر اصطکاک کمتر نسبت به سنگدانه‌های کشیده، زاویه‌دار و پوسته پوسته کارایی بیشتری تولید می‌کنند.
ویژگی‌های سطوح سنگدانه‌ها
بتن با سنگدانه های دارای سطوح صاف، کارایی بیشتری نسبت به سنگدانه‌هایی با بافت خشن دارد.
درجه حرارت هنگام بتن ریزی
به طور کلی ضرورت دارد دمای مخلوط بین ۱۳ تا ۲۷ درجه سانتی‌گراد نگه داشته شده
بتن ریخته شده در دماهای پایین نسبت به بتن مشابه ریخته شده در دماهای بالا، مقاومت نهایی بالاتر و دوام بیشتری دارد.
استفاده از مواد سیمانی تکمیلی
مواد سیمانی تکمیلی، موادی هستند که همراه با سیمان برای اصلاح خواص بتن تازه استفاده می‌شوند. خاکستر بادی، الیاف، پودر میکروسیلیس، سیمان‌های سرباره به عنوان مواد سیمانی تکمیلی استفاده می‌شوند.
پس نتیجه گیری کلی این است که این عوامل روی کارایی بتن تاثیرگذار است:
- نوع سیمان
- نرمی سیمان
- مرغوبیت سنگدانه ها
- استفاده از مواد جایگزین سیمان در بتن
روش بهبود کارایی بتن
یکی از مهمترین روشهای بهبود کارایی بتن، استفاده از افزودنی‌ها به آن است. این افزودنی‌ها می‌توانند ترکیباتی از پلیمرها، الیاف، نانوذرات، سیال‌ها و سایر مواد باشند. هدف از استفاده از این افزودنی‌ها، افزایش مقاومت مکانیکی، افزایش مقاومت در برابر آب، کاهش جذب آب، افزایش مقاومت در برابر شیمیایی‌ها، بهبود خواص الکتریکی و… است.
از جمله دیگر روشهای بهبود کارایی بتن میتوان به استفاده از بتن خودتراکم، بتن فوم، بتن سبک و بتن خاکستری اشاره کرد. بتن خودتراکم، به دلیل پایداری خوب سازه در برابر طوفان‌های باران، کاهش هزینه و زمان مورد نیاز برای ساخت سازه‌ها و کمتر شدن هدررفت مصالح، به عنوان یک راهکار عالی شناخته شده است. بتن فوم نیز به دلیل کاهش وزن مکانیکی، عایق حرارتی و صوتی بودن و در دسترس بودن مواد اولیه، گزینه مناسبی برای ساخت پنل‌های دیواری و سقف است. بتن سبک نیز به دلیل خصوصیات حفاظتی، عایق حرارتی، عایق صوتی و خواص ذاتی سبکی، برای ساخت بهترین خاکستری استفاده می‌شود.
از دیگر روشهای بهبود کارایی بتن، استفاده از سامانه‌های ساختاری الکتریکی به عنوان حسگر جهت طراحی ساختار هوشمند به منظور تشخیص خرابی و نواقص در بتن است. سیستم‌های ساختاری الکتریکی می‌توانند با استفاده از تکنولوژی مختلفی مانند الکترونیک حساس، بارگذاری مکانیکی و اشعه‌ی ایکس، برای تشخیص خرابی‌ها و نواقص در ساختارهای بتنی مورد استفاده قرار بگیرند.
افزودنی های حباب ساز بتن، از طریق ایجاد حباب های ریز سبب افزایش دوام بتن در برابر رطوبت و یخ زدن می شود. استفاده از مواد افزودنی حباب ساز به طور چشمگیری سبب افزایش کارایی بتن تازه و ایجاد خاصیت نفوذ ناپذیری در بتن سخت شده می شود
عوامل دیگری که باعث بهبود کارایی بتن می شوند:
_ نسبت آب به سیمان یا مقدار آب بتن:
هر چه نسبت آب به سیمان بیشتر باشد، میزان آب مورد استفاده نسبت به مقدار سیمان بیشتر خواهد بود و در نتیجه کارایی بتن افزایش خواهد داشت.
_ افزایش کارایی بتن با استفاده از بتن سبک دانه
_ افزایش کارایی بتن و بهبود عملکرد آن با استفاده از الیاف
الیاف شیشه باعث افزایش کارایی بتن می‌شود
انتخاب مصالح و نسبت های اختلاط بتن مناسب
بتن از مواد مختلفی تشکیل شده است :
آب ، سیمان ، سنگدانه ، الیاف ، پلیمر ، مواد افزودنی معدنی ، مواد افزودنی شیمیایی
بتن یک ماده سخت و پایدار است که به وسیله یک اختلاط از چندین مواد ساخته می‌شود. این مواد شامل سیمان، آب، خاکستر نارس، شن و ماسه می‌باشد. نسبت اختلاط بتن به این معنی است که برای تهیه یک مترمکعب بتن چقدر از هر یک از این مواد در مقدار وزنی استفاده می‌شود.
به طور کلی، نسبت های اختلاط بتن باید در یک تعادل مناسب باشند تا مقاومت، پایداری، زیبایی و خواص دیگری که برای بتن مورد نظر هستند، به دست آیند. عواملی که برای تعیین نسبت اختلاط بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل نوع و میزان سیمان، نوع و میزان خاکستر نارس، نوع و میزان شن و ماسه و نیز میزان آب مورد استفاده در اختلاط می‌باشد.
به خاطر داشته باشید که اختلاط بتن به شدت به شرایط محیطی و ظرفیت‌های سازهای طرح و شرایط مصرف بتن بستگی دارد. بنابراین معمولاً نسبت های اختلاط بتن برای هر پروژه خاص باید با توجه به این شرایط تعیین شوند.
براي تهیه هر متر مكعب بتن تقریبا ۱.۸ الی ۱.۹ تن شن و ماسه (۱۰۰۰ الی ۱۱۰۰کیلو شن یا همان درشت دانه و ۸۰۰ الی ۹۰۰ کیلو ماسه یا همان ریز دانه) همچنین ۳۰۰ الی ۳۵۰ کیلو (۶ الی ۷ پاکت ۵۰ کیلویی) سیمان و ۱۵۰ الی ۱۷۰ کیلو (۱۷۰ لیتر یا ۰.۱۷ متر مکعب) آب استفاده می شود.
آزمایش اسلامپ بتن + روش انجام
آزمایش اسلامپ بتن، یکی از مهمترین آزمون‌های استاندارد در صنعت ساختمان است که برای بررسی ویژگی‌های بتن استفاده می‌شود. این آزمایش به منظور اندازه‌گیری اسلامپ (اندازه‌گیری تغییر شکل بتن) انجام می‌شود. در این آزمایش، بتن مورد نظر در داخل یک قالب قرار می‌گیرد و پس از ذوب شدن قالب، یک سرنشین اسلامپ بتن، به صورت آهسته و تدریجی از بتن خارج می‌شود تا ارتفاعی به اسلامپ بیشتر ندهد. با اندازه‌گیری هر افزایشی در ارتفاع سرنشین، پارامترهایی مانند مقاومت، کیفیت و قابلیت پمپاژ بتن اندازه گیری می شود. این آزمایش به طور معمول در نظارت بر کیفیت بتن استفاده می‌شود و به عنوان شاخص مهمی در بررسی کیفیت روانکاری بتن استفاده می شود.
وسایل مورد نیاز آزمایش اسلامپ بتن:
جهت اجرای آزمایش اسلامپ به یک ظرف مخروطی فلزی و یک میله فولادی به قطر 6 میلی متر و طول 60 سانتی متر، جهت کوبش بتن داخل مخروط احتیاج است, علاوه برآن یک ظرف که مخروط داخل آن قرار می‌گیرد، بیل یا بیلچه، یک متر و یا خط کش برای اندازه گیری نمونه مورد نیاز است.
شرح آزمایش اسلامپ بتن
قبل از شروع آزمایش اسلامپ بتن ابتدا باید مخلوط بتن را در ظرفی که قابلیت جذب آب ندارد، ریخته شود و سپس عملیات تست اسلامپ بتن، 15 دقیقه پس از شروع اختلاط بتن تازه انجام گردد. در نتیجه، ابتدا قاعده بزرگ مخروط را روی صفحه فولادی کف قرار داده و سپس به وسیله بیل یا بیلچه باید مخروط ناقص را به ارتفاع 4/1 مخروط از مخلوط بتن تازه پر کنید. سپس با میله فولادی، 25 ضربه به سطح بتن تازه وارد کنید. مجددا توسط بیلچه مخروط ناقص را تا نیمه از مخلوط بتن تازه پر کرده و باری دیگر 25 ضربه توسط میله فولادی به سطح آن وارد کنید.
به همین ترتیب لایه سوم و لایه آخر را به مخروط ناقص اضافه می‌کنیم. با کمچه یا ماله سطح بتن را با سطح مخروط هم تراز گردد. در نهایت باید از دو طرف دسته مخروط را گرفته و مخروط را به سمت بالا حرکت دهید. مخروط ناقص فولادی را بصورت وارونه کنار بتن بگذارید . “چندی بعد مشاهده می‌کنید بتن تحت نیروی ایجاد شده ناشی از وزنش به سمت پایین ریزش می‌کند.” حال باید ارتفاع بتن را پس از تغییر شکل اندازه بگیرید. “اختلاف ارتفاع قالب مخروطی فلزی و بتن پس از تغییر شکل که بر حسب میلی متر ذکر می‌شود را عدد اسلامپ می‌نامند.” این عدد باید طبق جداول و مقادیر مجاز ارزیابی شود. در ادامه به نحوه ارزیابی عدد اسلامپ بتن بدست آمده می‌پردازیم.
دو نکته مهم در آزمایش اسلامپ:
نکته : این آزمایش از شروع تا پایان نباید بیش از 1.5 دقیقه طول بکشد.
نکته : دقت شود در هنگام بالا کشید مخروط ناقص،هیچگونه حرکت جانبی و یا چرخشی به قالب و بتن وارد نشود
تحلیل عدد آزمایش اسلامپ
بزرگ بودن عدد اسلامپ بتن، نشان دهنده‌ی روانی بسیار آن بتن می‌باشد. از این بتن‌ها نمی‌توان در ساخت و سازهای بتن مسلح استفاده کرد. علاوه بر این میتوان گفت که عدد بالای اسلامپ میتوان نشان دهنده‌ی یک بتن با درصد بالایی از آب نیز باشد
اگر عدد اسلامپ بتن بالا باشد، میتوان دریافت که مقاومت بتن بسیار کم است. در این شرایط قوام بتن افزایش پیدا خواهد کرد. این بتن بسیار غلیظ، با سطح گرانروی بالا خواهد بود. چنین بتن‌هایی را نمی‌توان به سادگی و توسط تجهیزات انتقال پمپ، به محل پروژه منتقل کرد.
فرق کارایی و روانی بتن چیست؟
کارایی بتن به میزان قابلیت انجام وظیفه خود یعنی انتقال بار، مقاومت در برابر فشار، کشش و خمش و همچنین مقاومت در برابر تغییر حجم به دلیل متغیر بودن شرایط محیطی مربوط می‌شود. در حالی که روانی بتن منظور پذیرفته شدن، پر شدن و توزیع شدن بتن در قالب‌های مختلف است.
به عبارت دیگر، در کارایی بتن، توانایی باربری و مقاومت بتن به عنوان یک ماده مصالحی در قابلیت اجرای پروژه‌های ساختمانی به شکل مناسب ارزیابی می‌شود. در حالی که روانی بتن بر خلاف کارایی، به توانایی بتن برای پذیرفتن، تراکم و توزیع شدن به طور کامل در فرم‌های مختلف مانند قالب‌های سازه، حفره‌ها، نواحی توده هوا و غیره اشاره دارد.
به طور کلی، هر دوی این موضوعات برای کیفیت ساختمان اهمیت دارند و باید برای ایجاد یک ساختمان با کیفیت مناسب، هر دوی آن‌ها در نظر گرفته شوند.