مقدمه ای بر رفتار های بتن های معمولی و بتن خود متراکم

بتن پر مصرف‌ترین مصالح ساختمانی است. در سال 1992 میلادی تنها در آمریکا 63 میلیون تن سیمان پرتلند به 500 میلیون تن بتن تبدیل شده است که این از نظر وزنی پنج برابر مصرف فولاد، در مدت مشابه بوده است. در بیشتر کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته است. کل بتنی که در سال 91 میلادی در جهان مصرف شده است بالغ بر 3 میلیارد تن یعنی در زمان خود تقریباً یک تن به ازای هر نفر در جهان تخمین زده می شود. تنها ماده ای که بشر به این میزان مصرف می‌کند، آب است.

میزان مصرف امروز بتن در جهان بیش از 5/5 میلیون تن در سال است. بتن، چه از نظر مقاومت و چه از نظر طاقت، قابل مقایسه با فولاد نیست، اما با این حال بتن پر مصرف ترین مصالح مهندسی است. دلایل متعددی را برای این موضوع می توان ذکر نمود. مقاومت بالای بتن در مقابل آب، بر خلاف بسیاری از مصالح دیگر، از آن ماده ای مناسب برای کنترل و ذخیره کردن و حمل و انتقال آب ساخته است. از دلایل دیگر کاربرد گسترده بتن، شکل پذیری عالی آن است. بتن می‌تواند با استفاده از قالب مناسب، به شکل مورد نظر در‌ آمده، برای ساخت اجزای مختلف سازه به کار رود. علت این امر خاصیت شکل پذیری بتن تازه است که به راحتی به درون قالب‌ها با شکل‌های مختلف ریخته می‌شود. پس از چند ساعت قابل باز شده و در جایی دیگر مصرف می‌شود و بتن به شکل مورد نظر، و به صورت جسم سخت شده و مقام در می آید.

از دلایل دیگر کاربرد وسیع بتن در ساختمان و سازه‌های مختلف، سهولت دسترسی و ارزانی نسبی این مصالح است. مصالح اصلی تشکیل دهنده بتن، یعنی سیمان پرتلندو سنگدانه، امروزه تقریبا در همه جا در دسترس است و نسبتاً ارزان محسوب می‌شود. به علاوه در مقایسه با بسیاری از مصالح ساختمانی، تولید بتن نیاز به انرژی اولیه کمتری دارد، زیرا مقادیر زیادی از مواد زائد و ضایعات صنعتی می‌توانند مجددا به عنوان مواد سیمانی یا سنگدانه در ساخت بتن مصرف شوند. بتن می تواند برای تحمل بارها، محصور کردن فضاها، پوشش سطوح و پر کردن حجم‌ها در عموم سازه‌ها به کار رود. به نظر می‌آید کاربرد بتن به عنوان یک مصالح ساختمانی در آینده گسترش بیشتری داشته باشد.

در عین حال استفاده مناسب از بتن مستلزم آگاهی از مشخصات مواد، واکنش‌های بین تشکیل‌دهنده ها، رعایت نکات فنی مختلف در طرح اختلاط مواد و اجرا می‌باشد، تا ماده ای با مشخصات فنی مورد نظر، با مقاومت، دوام و عملکرد مناسب به دست آید. به این منظور یکی از مواردی که در سازه های بتنی در بیشتر اوقت نیاز است، لرزاندن بتن با روش های مختلف است، تا با کاهش تخلخل و هوای درون بتن، مقاومت لازم به دست آید و از شکل گیری بتن معیوب جلوگیری شود. عملیات لرزاندن (ویبره) از مشکلات اساسی در این صنعت به شمار می رود. با توسعه روزافزون مصرف بتن در انواع ساختمان‌ها و کمبود نسبی کارگران ماهر و یا سهل انگاریهای آنان در کارگاهها و یا به دلیل مزاحمت‌های جسمی و روحی و یا هزینه لرزاندن بتن در هنگام ریختن بتن در قالب، به ویژه در مواضعی که تراکم میلگرد وجود دارد، عمل لرزاندن، به طور کامل و صحیح انجام نگرفته و در نهایت مشخصات مکانیکی مطلوب بتن حاصل نمی شود. بنابراین ساخت بتن بدون نیاز به لرزاندن، هموره هدف مهمی برای تکنولوزیست‌های بتن بوده است. آنها کوشیده‌اند با استفاده از مواد افزودنی شیمیایی مختلف و تغییر در مقادیر مصالح طرح اختلاط به این مهم دست یابند و بتن را از نقص های اجرایی لرزاندن رها سازند.

ابداع بتن خود متراکم [1] یا SCC نتیجه این تلاشها بوده است. امروزه استفاده از بتن خود متراکم نه تنها به مجریان پروژه‌های بزرگ برای حل مشکلات عدم کارایی و یا ضعف اجرایی کارگران کمک می کند، بلکه موجب صرفه جویی‌های چشمگیری در مدت زمان اجرا و هزینه ها می شود. با ابداع فوق روان کننده های نسل جدید که حاصل تلاش پژوهشگران ژاپنی بوده است، امروزه می‌توان ضمن به دست آوردن روانی زیاد، از ایجاد جداشدگی نیز جلوگیری کرد. البته قبل از آن نیز افزایش روانی بتن از طریق مصرف مواد افزودنی روان کننده و فوق روان کننده امکانپذیر بوده است، ولی چنانچه از این طریق روانی بتن بیش از حد معین افزایش یابد، جداشدگی در بتن اتفاق افتاده و به کیفیت بتن صدمه می زند. از آن جایی که احتمال جدایی اجزای بتن با زیاد شدن قابلیت تغییر شکل، افزایش می‌یابد، لازم است تا یک تعادل بین تغییر شکل زیاد و مقاومت زیاد در برابر جداشدگی ایجاد نمود. در واقع دلیل این که همواره برای بتن های رایج، بالاترین قوام یا لزجت قابل کار کردن توصیه می شود، این است که از خطر جدایی اجزای بتن جلوگیری شودف که این به معنای کاهش شکل پذیر است. بنابراین باید ضمن استفاده از انواع مناسب فوق روان کننده ها، لزجت مخلوط را در حد مناسبی حفظ کرد تا از جداشدگی ملات از سنگدانه جلوگیری شود. برای این منظور از مقادیر مناسب پودرها و پرکننده های معدنی و در صورت لزوم از مواد اصلاح کنندهلزجت[2] (VMA) استفاده می شود.

مواد پودری یا افزودنی‌های معدنی، اساسا مواد آسیا شده ریزدانه ای هستند که امروزه در صنعت بتن جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده اند. این مواد برای بهبود خواص بتن تازه،بتن سخت شده و دوام بتن استفاده می‌شوند. مواد افزودنی معدنی را می توان به سه گروه مواد با فعالیت کم، مواد سیمانی یا چسبنده و مواد پوزولانی تقسیم کرد که در جای خود راجع به آن بحث خواهد شد.

از جمله خواص مهم بتن که در اکثر سازه‌ها مورد توجه خاص است، کسب مقاومت لازم در برابر آتش است. اگر چه بتن یک ماده غیر قابل سوختن است، اما این لزوماً به معنای مقاومت زیاد در برابر آتش نیست، زیرا مقاومت در برابر آتش مفهومی متفاوت از قابلیت اشتعال مواد دارد. برای درک بهتر این موضوع، مفاهیم اصلی مربوط به رفتار مواد در برابر آتش و آزمایش‌های آتش در فصل سوم ارائه شده است.

مقاومت مصالح ساختمانی در برابر آتش، در واقع به نوعی انعکاس وابستگی خواص آنها به دما است. با بالا رفتن دما، خواص حرارتی و فیزیکی ماده تغییراتی خواهد داشت. این تغییرات، چگونگی انتقال حرارت به داخل ماده، تغییرات ابعادی، چگونگی نیروهای فیزیکی و شیمیایی بین مولکول‌ها و ذرات ماده و در نتیجه مقاومت مکانیکی آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد. چگونگی تغییرات خواص مواد با افزایش دما و ارتباط آن با رفتار مصالح در برابر آتش نیز در فصل سوم بحث می شود.

رفتار بتن در برابر آتش موضوع پیچیده ای است. بتن به طور معمول از حدود 25% حجمی سیمان و 75% حجمی سنگدانه تشکیل شده است. هر دوی اینها می‌توانند تاثیر بالایی در رفتار بتن در برابر آتش داشته باشند. همچنین هر یک از مواد افزودنی می توانند بر روی مقاومت و رفتار بتن در برابر آتش موثر باشند. به علاوه، نوع بتن و مقاومت آن، تاثیر بسزایی در خواص بتن در برابر آتش دارد. خواص بتن های نسبتاً جدید مانند بتن‌های مقاومت بالا، بتن های عملکرد بالا و بتن های خود تراکم در برابر آتش بسیار متفاوت از بتن های معمولی است. بویژه چگالی تراکم بالا و کاهش تخلیخل در این بتن ها، پیچیدگی‌های بیشتری را از نظر مقاومت آنها در برابر آتش ایجاد می‌نماید.یکی از پدیده هایی که باعث شکست بتن در برابر آتش می‌شود، پدیده ترکیدن (spalling) بتن در دمای بالا است. در بتن های معمولی، افزایش درصد تخلخل، کمک خوبی به افزایش مقاومت بتن در برابر آتش می‌نماید، اما این موضوع در بتن‌های مقاومت بالا مطلوب نیست، زیرا مقاومت مکانیکی کاهش می یابد. در بتن های توانمند و مقاومت بالا (HSC,HPC) و نیز در بتن خود متراکم (SCC)، زمینه ترکیدن بتن در برابر آتش متفاوت بوده و حتی بیشتر از بتن  معمولی است. در بتن مقاومت بالا، به علت ساختار فشرده بتن، انتقال بخار و رطوبت خیلی سخت‌تر رخ می‌دهد و به این علت فشار بخار زیادی می تواند در لایه‌های نزدیک به سطح ایجاد شود. یعنی بتن مقاومت بالا شرایط مساعد‌تری برای وقوع ترکیدن نسبت به بتن های معمولی دارد. بتن خود متراکم نیز که استفاده از آن در چند سال اخیر رشد بسیار سریعی داشته است، دارای مشکلات مشابهی است. برخی از کارشناسان، بتن SCC را آینده بتن می دانند که از دلایل آن حذف ویبره، کاهش کار کارگری، نمای بسیار صاف و خوب، سرعت بالاتر بتن ریزی، کاهش سر و صدای بتن ریزی (که در مناطق شهری بسیار مزاحم است)، چسبندگی خوب به آرماتور و غیره نام برده می شود. در عین حال مقاومت بتن SCC در برابر آتش و دمای بالا نیز همانند HPC کمتر از بتن معمولی است و بررسی آن جزو پژوهش‌های جدید و مورد علاقه در حال حاضر است.

تعریف بتن خود متراکم و دلایل گسترش آن

تعاریف گوناگونی از بتن خود متراکم توسط محققان مختلف ارائه شده است. طبق تعریف بارتوس، بتن خود متراکم بتنی است که تحت وزن خود جاری شده و بدون نیاز به هر نوع لرزاندن، بطور کامل (حتی با وجود میلگردهای متراکم)، قالبها را پر کرده و حالت همگن بودن خود را حفظ می کند. طبق تعریف اوزاوا بتن خود متراکم تازه باید خواص زیر را داشته باشد:

الف- توانایی پرکنندگی: جاری شدن بتن خود متراکم در تمام فضاهای قالب تحت وزن خود

ب- توانایی عبور: امکان عبور از فواصل تنگ بین میلگردها و قالب تحت وزن خود.

ج- مقاومت در مقابل جداشدگی: ضمن دارا بودن خواص (الف) و (ب) باید شکل و ترکیب یکنواخت خود را در جریان حمل و بتن ریزی حفظ نماید.

امروزه برای بتن خود متراکم مشخصات کلی زیر را پیشنهاد می کنند:

الف- کارایی: از نظر کارایی یک بتن خود متراکم مناسب باید خواص زیر را داشته باشد:

- در حالت معمولی دارای جریان اسلامپ بیش از 600 میلیمتر و بدون جداشدگی باشد.

- روانی خود را به مدت حداقل 90 دقیقه (در صورت نیاز) کند.

- توانایی مقاومت در شیب 3% درس سطح افقی آزاد (در صورت نیاز) داشته باشد.

- قابلیت پمپ شدن در لوله ها به طول حداقل 100 متر و به مدت حداقل 90 دقیقه (در صورت نیاز) داشته باشد.

ب-مشخصات مکانیکی: از نظر مقاومت فشاری دو محدوده زیر برای بتن خود متراکم منظور می‌شود:

- مقاومت فشاری 28 روزه حدود 600-250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع

- مقاومت فشاری اولیه برای بتن های مصرفی در خانه سازی حدود 200-50 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع در 15-12 ساعت اولیه و در دمای 20 درجه سانتیگراد.

ج- دوام: برای بتن خود متراکم ساخت شده نیز مانند بتن های دیگر، انتظار می‌رود تا دوام نسبت به شرایط محیطی، مقاومت در مقابل خوردگی، تهاجم سولفاتها، کلریدها و دیگر عوامل شیمیایی و مقاومت در مقابل انجماد- ذوب بنا به نیاز برآورده شود.

مزایای چشمگیربتن خود متراکم موجب گسترش سریع آن در دنیا شده است. برخی از این مزایا به شرح زیر است:

1- حذف مشکلات لرزاندن و از جمله مشکل کمبود کارگران ماهر بتن‌ریزی ویبره زن.

2- سهولت بتن ریزی و افزایش سرعت اجرای سازه های بتنی

3- اطمینان از تراکم مناسب بتن، به خصوص در مقاطع تنگ و یا دارای میلگردهای فشرده که در آنها عملیات لرزاندن دشوار است.

4- مقاومت خوب در برابر جداشدگی سنگدانه

5- امکان صرفه جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت، به ویژه در پروژه های بزرگ.

6- امکان ایجاد سطوح تمام شده صاف و زیبای بتنی و در نتیجه تهیه طرح های متنوع معماری در نما.

7- کاهش سر و صدا و آلودگی صوتی محیط کار، به ویژه در صنایع پیش ساخته بتنی.

بعلاوه حدود 7% از دی اکسید کربن تولیدی توسط صنایع، مربوط به کارخانه های تولید سیمان است. بنابراین یکی از راههای کاهش دی اکسید کربن، کاهش مشکلات گرم شدن زمین ناشی از گازهای گلخانه ای، حفظ منابع طبیعی و معدنی و حفظ محیط زیست، استفاده از انواع بتن های با عملکرد بالا و خود متراکم است که در آنها سیمان به طور موثرتری استفاده شده، یا جایگزینی سیمان به وسیله پر کننده ها در آن صورت گیرد. بنابراین این مسائل نیز می‌توانند دلایل بسیار خوبی برای گسترش بتن‌های عملکرد بالا و  خود متراکم در سطوح ملی و بین المللی باشد.

کاربرد بتن خودتراکم در دنیا به سرعت رو به افزایش است. اگر چه کاربردهای اولیه عمدتاً برای مواردی مانند پل‌ها و پروژه های بزرگ بوده‌اند، اما با مرور زمان و آشنایی بیشتر صنعت با طرح های اختلاط و روش های کنترل این ماده، کاربرد آن در پروژه‌های دیگر نیز رو به افزایش است. خصوصاً با استاندارد شدن آزمایش‌های SCC و آشنا شدن بیشتر صنایع بتن پیش ساخته با این فناوری، کاربرد آن بسیار بیشتر و سرعت‌تر رشد خواهد یافت.

بتن خودتراکم در اجرای موارد خاصی از سازه های بتنی مزایایی دارد که به نمونه هایی از آنها اشاره می‌شود:

1- سازه‌های بتنی معماری- هنری که نیاز به ظرافت خاصی با میلگردگذاری فشرده دارند.

2- پلهای با دهانه های بزرگ که به دلیل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرای آنها با بتن معمولی امکان پذیر نیست و در ضمن استفاده از بتن معمولی موجب قطورتر شدن اندازه پایه ها و نازیبایی سازه می‌گردد.

3- تونل‌های شهری و آبی که در آنها مسافت طولانی انتقال بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات مهم اجرایی است.

4- ساختمان های بلند و برجها

5- ستون ها و دیوارهای بلند با میلگردهای متراکم

6- ستونهای بتن ریزی شده با پمپ

7- بتن ریزی بلوکهای بتنی

8- بتن ریزی کف ها و سطوح افقی

9- بتن‌ریزی در سازه های زیرآبی

دامون 68 مورد خاص کاربردهای استفاده درباره SCC را برای یک دوره 11 ساله مرور کرده است. او با استفاده از اطلاعات این موارد خاص، انواع اصلی کاربردهای بتن خودتراکم را معرفی می نماید، در عین حال ذکر می کند که توسعه کاربرد این نوع بتن چنان سریع است، که ادعاهای ارائه شده در مقاله وی، احتمالاً با گذشت زمان تغییر خواهد کرد. وی اطلاعات این 68 مورد مطالعه خاص را از مرور و بررسی 43 مقاله بدست آورده است. از این بین 75% پروژه‌ها تجاری و باقی آنها عمدتاً برای منظورهای آزمایش‌های مقیاس بزرگ بوده‌اند. بررسی های وی نشان می دهد که از نظر جغرافیایی، با توجه به اینکه توسعه SCC از ژاپن شروع شده است، بیشتر استفاده ها نیز در سالهای اول (5-1993) در ژاپن و آسیا بوده است. در سالهای 96-97 استفاده از آن در اروپا نیز رشد کرده و در سال 2000، حجم پروژه های کار شده در اروپا به مراتب از ژاپن و آسیا پیش می گیرد. در سالهای 3-2002، استفاده از SCC در آمریکای شمالی و جنوبی نیز افزایش نشان می‌دهد. همچنین بررسی های دامون نشان می دهد که استفاده از SCC تقریباً تمام کاربردها از پروژه‌های سنگین مانند پلهای بزرگ تا کارهای کوچک نظیر پروژه های تعمیراتی را شامل شده است. سازه های مختلفی با استفاده از بتن خودتراکم در دنیا اجرا شده‌اند که از جمله می‌توان به پل معلق آکاشی- کایکو (طولانی‌ترین و بلندترین پل دنیا با 3910 متر طول)، دیواره های مخازن عظیم LNG شرکت گاز اوزاکا در ژاپن، بازار بزرگ میدسامر در لندن، برج لند مارک در شهر یوکوهاما، پارکینگ روباز چاپمن در شهر کلوونا، ایالت بریتش کلمبیای کانادا، پروژه تونل غوطه‌ور در کوبه ژاپن و بسیاری پروژه‌های دیگر اشاره نمود. 

بتن خودتراکم، به دلایلی که اشاره شد، در دنیا به شدت در حال گسترش است و حتی از آن بعنوان آینده بتن یاد می شود. بنابراین دستیابی به دانش فنی آن در کشور ضروری است. از طرف دیگر، دانش فنی موجود در دنیا در خصوص رفتار بتن خودتراکم در برابر آتش بسیار اندک است و پژوهش‌ها در این زمینه به تازگی در حال تعریف و توسعه است.

بتن در سازه‌های مختلف، اعم از کاربردهای معمولی مانند مسکونی و اداری، کاربریهای صنعتی و ساختمان های خاص نظیر سیلوها، نیروگاهها، سازه های هسته ای و غیره کاربرد عمده‌ای دارد. بسیاری از این ساختمانها در معرض وقایع آتش سوزی احتمالی به علت حوادث پیش بینی نشده، وقوع حوادث در فرآیند تولید. حملات نظامی و غیره می‌باشند. مقاومت بتن در برابر آتش باید به گونه ای باشد که مقاومت مکانیکی خود در برابر دمای بالا را تا زمانی معقول (که براساس مقررات یا بر حسب نیاز طرح تعیین می شود) حفظ کند. این در حالی است که بر خلاف تصور عمومی، بتن همیشه هم مقاومت بالایی در برابر دمای بالا و آتش ندارد و به ویژه به طور کلی می توان گفت که هر چه تراکم و مقاومت مکانیکی بتن بالاتر باشد، مقاومت آن در برابر آتش کمتر می‌شود. تراکم مواد در بتن خودتراکم نیز تا حدود زیادی بالا است. بنابراین با توجه به زمینه مساعد برای توسعه قابل توجه این نوع بتن در ساخت و ساز، لازم است تا خواص مختلف آن به دقت بررسی و شناسایی شده و روش های بهبود آن توسعه یابد.

نکته مهم دیگر: توسعه سیستم قالب عایق ماندگار (ICF) برای بتن ریزی در ایران و دنیا است. در این سیستم، قالب که از جنس پلی استایرن منبسط است، در محل خود باقی مانده و نقش عایق را برای ساختار بتنی ایفا می کند. بنابراین به علت نیاز دنیا به صرفه جویی در انرژی، این سیستم بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بتن خودتراکم به علت خواص جریان پذیری آن، قابلیت خوبی برای کاربرد در این سیستم دارد. اما هم شرایط ویژه سیستم ICF، به علت حفظ رطوبت در آن، و هم مشخصات خود بتن خودتراکم می‌تواند شرایط خطرناکی برای ترکیدن بتن در آتش سوزی و سقوط سازه ایجاد کند. بنابراین در مورد رفتار این نوع سیستم در برابر آتش باید تحقیقات و آزمایش های لازم صورت گیرد و راه حل های کاربردی ارائه شود

بتن خود متراکم از آخرین دستاوردهای تکنولوژی بتن است . مهم ترین ویژگی این بتن آن است که نیاز به تراکم نداشته و تحت وزن خود و در قالب قرار می گیرد .واضح است که این ویژگی مهم کاربرد های فراوانی را برای این بتن ممکن می سازدکه تاکنون برای بسیاری ازمهندسان ناشناخته ودست نیافتنی می باشد . یکی از مهم ترین مشکلاتی که در استفاده عملی از بتن خود تراکم وجود دارد، آن است که به دلیل جدید بودن این تکنولوژی، هنوز شناخت دقیقی ازآن وجود ندارد و استانداردهای آن در حال تکوین می باشند .از بتن خودتراکم می توان در صنعت سبک سازی ساختمان که به نوبه خود جزو صنایع جدید ساخت و ساز در کشور ما محسوب می شود استفاده نمود . کلیه آزمایشات بتن خود متراکم جمع آوری ومورد بررسی قرار گرفته است.

امروزه بتون به عنوان یک مصالح ساختمانی شناخته شده در سطح جهان کاربرد بسیاری در پروژه های عمرانی دارد .بتن دارای تنوع و دامنه خواص وسیعی است . امروزه ابداع مواد افزودنی بتن جدید و اصلاح مواد افزودنی بتن قدیمی باعث شده است که این تنوع درخواص روزبه روز افزایش یابد ، نقاط قوت بتن افزایش ونقاط ضعف آن کاهش یابند .یکی از نقاط ضعف بتن های عادی (در مقابلبتن خود تراکم) آن است که این بتن ها دارای سیالیت زیاد نیستند .کمبود سیالیت باعث می شود که بتن درمناطق محدود و مناطقی که دارای تراکم آرماتور باشند به خوبی نفوذ نکرده و بتن پوک یا کرمو اجرا شود . در حدود سال 1988 در ژاپن برای اولین بار بتنی بوجود آمد (بتن خود تراکم) که این نقیصه به طور کلی درآن از بین رفته است .این بتن که دارای سیالیت فوق العاده بالا است را بتن نامیدند .نسل اول این بتن دارای طرح اختلاطی مشابه بتن های Self Compacting Concrete یا (SCC) خود متراکم شونده عادی است با این تفاوت که در آن مواد افزودنی بتن مخصوص برای روان کردن بتن استفاده می شود . بنابراین طرح اختلاط این بتن شامل سیمان،سنگدانه،آب،موادافزودنی وموادمضاف است .از این بتن (بتن خود تراکم) در ابتدا برای مرمت سازه های بتنی و بتن ریزی در مناطق محدود استفاده شد.از آنجایی که هزینه زیاد استفاده از مواد افزودنی بتن باعث گران شدن این بتن می شود در نسل دوم بتن خود تراکم سعی شده است که با اعمال اصلاحات و جایگزین نمودن برخی مصالح هزینه ساخت بتن خود تراکم شونده درحدامکان کاهش یابد تا استفاده از آن برای این طیف وسیع تری از سازه ها امکان پذیر گردد . در سال 1997 بتن خودتراکم شونده تنها 1 درصد تولید کشور ژاپن را تشکیل می داد .تا کنون در صنعت پیش ساخته ، کاربردهای تجاری وبرخی سازه های خاص SCC رقم با سرعت زیاد در حال افزایش است . از استفاده شده است،ولی هزینه بالا هنوز روند استفاده وسیع ازآن را بخصوص در سازه های مسکونی کند می کند . قیمت زیاد این بتن بدلیل ) ( Admixture Viscosity - Enhancing )VEA ، ( High Range Water Reducing) HRWR یا نیازآن به مواد افزودنی در کارهای مربوط به مرمت ، که انتظار می رود بتن نواحی به SCC است .از Viscosity – Modifying Admixture) VMA شدت محدود را پر کند نیز استفاده می شود . در این حالت برای تسهیل در عبور بتن از فضاهای بسته بدون آنکه این فضاها مسدود شوند و اطمینان از پر شدن قالب بدون به وجود آمدن تحکیم ،از مواد چسباننده استفاده میشود . مقدار مواد چسباننده لازم برای مرمت حدود 525 تا 450 است .چنین بتنی نیاز به سنگدانه زیاد ندارد علاوه بر این استفاده از مقادیر زیاد مصالح پودری بسیار ریز در بهبود kg/m3 که مخصوص مرمت تولید می شود لازم است . SCC چسبندگی و افزایش حجم خمیر در ساخت موفق (SCC) روش های آزمایش بتن خود متراکم آزمایشات بتن خود تراکم شونده با آزمایش های بتن عادی متفاوت می باشند . تفاوت عمده این آزمایش ها مربوط به حالت تر بتن است . برای تعیین ویژگی های بتن خود متراکم آزمایش های زیر ارائه شده اند .

آزمایش جریان اسلامپ (Slump Flow Test ) برای سنجش تراکم بتن خود تراکم

توسط آیین نامه( ASTM C143- 90 (JSCE مورد تأیید قرار گرفته است. این آزمایش توسط انجمن مهندسان عمران ژاپن است .این آزمایش برای سنجش میزان تغییر شکل پذیری بتن تحت اثر وزن خود و میزان غلبه بر اصطکاک داخلی بکار می رود .این آزمایش نیز شناخته میشود .برای انجام این آزمایش از همان مخروط " Deformability تحت عنوان آزمایش تغییر شکل پذیری یا اسلامپ که برای بتن معمولی کاربرد دارد ،استفاده می شود . با این تفاوت که بعد از برداشتن مخروط،مقداراسلامپ برابر است بامتوسط قطربتن پخش شده درطی دوبار تکرار آزمایش شکل 1و 2 جمعی از محققان معتقدند که برای سنجش بهتر اسلامپ در بتن خود تراکم باید از تعدادی میله در اطراف مخروط اسلامپ استفاده شود. (Self Compactability) اگر ارتفاع بتن در طرف دوم لوله بیش از 300 میلی مترباشد ، بتن خود تراکم محسوب می گردد . از این آزمایش برای سنجش میزان خود متراکم شوندگی استفاده می شود

آزمایش لزجت ( Viscosity )

در بتن خود تراکم از این آزمایش برای تعیین لزجت بتن ،سنجش توانایی تغییرمسیردرذرات سنگدانه وملات وهمچنین توانایی پخش شدن آنها در مناطق محدود بدون جداشدگی سنگدانه ها،استفاده می شود .

آزمایش ظرفیت پرکنندگی (Filling Capacity)

در بتن خو تراکم بتن از طریق قیف در جعبه ریخته می شود تا ارتفاع بتن به 220 میلی متر برسد.هنگامی که جریان بتن ازورودی قطع شود،مساحت ناحیه ای که بتن درداخل میله ها عبورنموده است ( Filling Abiity ) بااستفاده ازرابطه مقدارظرفیت پرکنندگی محاسبه می گردد .این آزمایش به نام آزمایش قابلیت پرکنندگی نیزخوانده می شود .

آزمایش نشست سطحی ( Surface Settlement )

بتن خود تراکم : از یک لوله به قطر 200 میلی متروارتفاع 800 میلی متراستفاده می شود و لوله تاارتفاع 700 میلی متربدون هرگونه تراکم پرمی شود .سپس یک صفحه پلکسی گلاس به ضخامت 3 وقطر 150 میلی متر که سه پیچ به طول 75 میلی متردر قسمت زیر آن قراردارد،روی بتن قرار می گیرد.سپس یک ابزارسنجش تغییر مکان روی صفحه قرارمی گیرد و نشست بتن را تا زمان سخت شدن به طور خود کار ثبت می کند .برای آنکه دقت آزمایش به حداکثر برسد باید ازنشت آب ازطریق اتصالات لوله جلوگیری گردد.این آزمایش برای تعیین مقدار نشست بتن ترتازمان خشک شدن استفاده می شود.

آزمایش جدایش سنگدانه و ملات ( Segregation Test)

برای تعیین میزان جدایش سنگدانه و ملات در بتن خود متراکم توسط فوجیوارا میلی متری قرار می گیرد .بعداز 5 دقیقه بدون هیچگونه لرزشی،جرم ملاتی که از l 5* آزمایش 2 لیتر بتن تازه به آرامی بر روی یک شبکه 5 به صورت درصد ملاتی که از شبکه عبور Segregation Index ) SI ) روزنه های شبکه می گذرد اندازه گیری می شود .اندیس جدایش کرده به کل ملات تعریف می شود .اگرمقداراین پارامتر کمتر از 5درصد باشد،بتن درمقابل جدایش مقاوم است و درغیر این صورت، بتن در برابر جدایش مقاوم نخواهد بود .

آزمایش مقاومت فشاری( Compressive Strength )

توصیه می شودکه ازهر نمونه بتن 12 قالب استوانه ای تهیه و بر اساس - 192 SCC برای تعیین مقاومت فشاری بتن 90 دررطوبت عمل آورده شود (a(Standard Practice for Making and curing Concrete Test Specimens in the Laboratory) .برای پرکردن قالب ها هیچگونه ویبراسیون یا کوبیدن توسط میله برروی آن انجام نمی پذیرد . براساس این توصیه ابعاد این نمونه 28 و 90 روز از متوسط مقاومت سه , 100 مییلمتر می باشد . برای بدست آوردن مقاومت فشاری در هر یک از عمرهای 7،1 * ها 200 ASTMC39-86(Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical ) نمونه متشابه که بر اساس استاندارد گردد. Concrete Specimens ( L- Box Test ) شکل L آزمایش جعبه 700 میلی متر و دیگری عمودی به ابعاد ×200× شکل شامل دو قطعه یکی افقی به ابعاد 150 L ابزاراین آزمایش، یک جعبه 600 میلی متر است که به وسیله یک دریچه و چهار میله فلزی به قطر 12 میلیمتر از هم جدا می شوند.فاصله بین مرکز تا مرکز 12×200×100 لیتر بتن تازه بدون متراکم یا ویبره کردن در جعبه عمودی ریخته می شود . بعد از 1 دقیقه میله های فلزی 40 میلیمتر است . ابتدا 7 بتن از T و 200 میلی متر 20 T استراحت دریچه بین قسمت افقی و عمودی باز می شود و زمان های لازم برای عبور 400 میلی متر40قسمت قائم به افقی از میان میل ه های فلزی اندازه گیری می شود.بعدازآنکه بتن به حالت متعادل برسدوهیچ حرکتی درآن مشاهده نشود ارتفاع 0/ بیش از 8 h2/h اندازه گیری می شود . اگر نسبت 1 h و متوسط ارتفاع بتن در قطعه عمودی 1 h بتن در انتهای قطعه افقی 2 بتن از میان دریچه در پایان 1 bleeding باشد بتن خود تراکم محسوب می شود . اگر ا حتمال جدایش وجودداشته باشد،معمولا شاهد دقیقه استراحت خواهد بود .

آزمایش کارایی دو نقطه ای (Two - Point Workability)

پارامترهای رئولوژیک بتن خود تراکم می توان به کمک رئومت کارایی دو نقطه ای که توسط تاترسال (Tattersall ) فرانسه ارائه شده است،مقایسه گردیده است .این دستگاه Nante ساخته شده و بارئومتر دانشگاه UCL تعیین نمود.این دستگاه در دانشگاه انجام شده است .ازاین دستگا ه هم برای ملات و هم برای بتن SCC نیست ولی تلاشهایی در جهت اصلاح آن برای SCC مختص استفاده می شود با این تفاوت که اندازه های آن برای ملات و بتن متفاوت است شکل . بتن یا ملات در ظرف مخصوص ریخته می شود و سپس یک میله حلزونی شکل داخل ظرف می شود سپس میله توسط دستگاه مخصوص حول محور خود می چرخد و سرعت آن به تدریج 0/7 برسد در همین حال سرعت و گشتاور لازم برای چرخش میله ثبت می گردد . سپس سرعت rps زیاد می گردد تا به سرعت حداکثر میله کاهش می یابد .مراحل افزایش و کاهش سرعت به صورت پله ای انجام می شود .درهرمرحله 15 ثانیه پس از تثبیت سرعت،گشتاور قرائت است .شیب خط و گشتاور Bingham می گردد.اگر رابطه بین سرعت و گشتاور یک رابطه خطی باشد بتن دارای خواص سیال بینگهام خواهد بود. (g) و تنش تسلیم ظاهری (h) لازم در برش صفر به ترتیب لزجت گشتاور پلاستیک

آزمایش تعیین ثبات سیستم حفره های هوا ( Stability Of the Air – Void System )

برای ارزیابی ثبات سیستم حفره های هوا نسبت به حرکت، لرزش و مخروط کردن K.H.Khayat – J. Assad این آزمایش توسط بتن ارائه گردید.در این آزمایش نمونه ها 95 و 50 دقیقه بعد از تماس سیمان و آب برداشته شدند .برای مدل کردن حرکت ولرزشها بتن پس از 3 دقیقه مخلوط شدن 7 دقیقه استراحت می کند برای جلوگیری از تبخیر در طی استراحت سطح بتن با یک پارچه مرطوب پوشیده برای ارزیابی هوای از دست رفته در حین مخروط کردن Pigeon – Saucier – Plante می شود این روش مشابه روشی است که تعیین می گردد.برای تعیین سیستم حفره های هوای آزاد ASTMC و یا حمل و نقل استفاده کردند .مقدار هوای آزاد در بتن براساس 231 100 میلی متر از بتن برداشته می شود و پس از آنکه 24 ساعت در آب آهک ×200× در بتن سخت نمونه های استوانه ای به ابعاد 25 اشباع و در دمای 20 درجه سانتی گراد نگهداری شدند . توسط اره در امتداد طول بریده می شوند. سطح نمونه ها پولیش شده و به صورت میکروسکوپیک مورد بررسی قرار می گیرند 4 ASTMC 457 Modified Point – Count Method براساس استاندارد آزمایش خود متراکم شوندگی در سایت ضعف در خود متراکم شوندگی اصلاح پذیر نیست در هنگام اجرا روشهای نمونه برداری کاربرد زیادی نداردو SCC از آنجایی که در بتن پیشنهاد می کند که دستگاه شامل قیف و مفتولهای فلزی به Ouchi باید تمام حجم بتن مورد آزمایش قرار گیرد با چنین استدلالی عنوان مانع بین کامیون میکسر و پمپ در سایت قرار گیرد . اگر بتن به سهولت از داخل این ابزار عبور کند مناسب است و در غیر این صورت باید قبل از ریخته شدن در قالب یا مردود شمرده شود . بحث و تجزیه و تحلیل از بتن خود متراکم در پروژه های حساس مانند آبندی سدها ی بتنی و بتن غلتکی، اجرای سکوهای دریائی و یا بطور خلاصه در هر محلی که امکان متراکم نمودن و ویبرة بتن وجود نداشته باشد، استفاده می گردد . مزایای ذیل در صورت استفاده از حاصل می گردد. نیاز به وسایل لرزاننده ندارد . SCC با توجه به روانی زیاد این بتن قابلیت پرکنندگی آن بسیار بالا است و بنابراین حذف ویبراسیون در اجرای بتن باعث کم شدن سر و صدا و فشارهای اضافی وارد بر قالب می گردد .این مسئله به خصوص در کارخانجات تولید قطعات بتنی حائز اهمیت است . علاوه براین حذف ویبراسیون باعث کم شدن هزینه های مربوط به وسایل و کارگر متخصص نیز می گردد . تراکم پذیری بالای این بتن باعث کارایی بهتر در بتن مرطوب و بهبود خواص بتن سخت شده از جمله افزایش مقاومت در برابر سایش و فرسایش ، کاهش جذب آب و .... می باشد . از آنجایی که سرعت اجرای قطعات بتنی با استفاده از بتن خود متر اکم شونده بیشتر است ، زمان ساخت سازه های بتنی کاهش می یابد وجود ندارد . همچنین سطح فینیش در این finishing نیاز به صرف زمان، ابزار و کارگر برای SCC با استفاده از بتن بسیار صاف ترو هموارتر از بتن عادی است . اطمینان از تراکم بتن ، بخصوص در مناطقی که محدودیت فضای وجود دارد و یا تراکم آرماتور SCC با استفاده از زیاد است ، به شدت افزایش می یابد . نسبت به بتن های عادی بیشتر است . از این رو استفاده از آن فقط در پروژه های با ارزش SCC هزینه تولید بتن افزوده بالا توجیه اقتصادی دارد ولی گاهی صرفه جویی در مسائلی مثل زمان ، هزینه وسایل و دستگاهها ، دستمزد در برخی پروژها دارای توجیه اقتصادی باشد . علاوه بر این SCC کارگران و غیره می تواند باعث شود که استفاده از ممکن است این نقیصه بزودی ، SCC با توجه به تلاشهای روز افزون در جهت ارائه راهکارهای تولید اقتصادی مطلق نیست و گاهی SCC برطرف شود . در هر حال آنچه مهم است این است که اقتصادی یا غیر اقتصادی بودن اوقات سرعت اجرا ، صرفه جویی ها و تهسیلاتی که با استفاده از این بتن امکان پذیر می گردد ، باعث می شود که استفاده از آن در برخی پروژها دارای توجیه اقتصادی گردد . باعث کم شدن سر و صدا در کارگاهها شده و باعث می گردد که کارگران بهتر بتوانند SCC حذف ویبراسی ون در صدای یکدیگر را بشنوند . از طرف دیگر حذف ویبراسیون باعث می شود که کارگران مجبور به جابجایی و حرکت از روی قالبها و شبکه آرماتورها نباشد . این مطلب باعث ایمنی بیشتر کارگاه است . در صنعت ساختمان هنوز استانداردهای مدرن و جامعی برای این بتن تدوین نشده است SCC با توجه به جوان بودن وجود داشته است عبارتند از : ابداع روشهای نوین آزمایش بتن – SCC . مشکلاتی که بر سر راه استاندارد سازی را اندازه گیری کنند و تغییر روشهای اجرای سازه ها و تایید SCC بخصوص در حالت تر – که بتوانند ویژگی های استفاده کرد، می بایست روشهای SCC این نوع بتن در سایت . علاوه بر این برای آنکه بتوان از مشخصات خاص اجرا نیز تغییر کنند . نتیجه گیری دریچه جدیدی به سوی صنعت ساختمان گشوده شده است، که از طریق آن می توان به SCC میتوان ابراز نظر نمود که با ابداع روشهای اجرای نوین سازه های بتنی دست یافت وسازه هایی را به کمک بتن اجرا کرد که تاکنون امکان آن وجود نداشته است . تحقق این امر به استانداردهای جدید، به خصوص در زمینه شکل و ابعاد قالب و فواصل آرماتور و محدودی تهای فضا نیاز مند است . استفاده از صنعت نوپای بتن و به طور خاص بتن های خود متراکم در صنعت نوین سبک سازی می تواند تحول عطیمی در ساخت و ساز کشور به وجود آورد به همین دلیل معرفی بتن خودمتراکم که جزو آخرین دستاوردهای صنعت بتن در جهان است به متخصصان سبک سازی و ه مچنین معرفی دانش سبک سازی به پیشگامان صنعت بتن یک ضرورت جدی خواهد بود.

نویسنده : کلینیک بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))