بتن خود تراکم SCC چیست؟

بتن خود تراکم ، شامل بازه گسترده ای از طرح های اختلاط می باشد که خواص بتن تازه و سخت شده لازم برای کاربری های خاص دارا می باشند . اگرچه مقاومت هم چنان معیار اصلی موفقیت این بتن می باشند اما ویژگی های بتن تازه آن ، بسیار گسترده تر از بتن معمولی و متراکم شده توسط لرزاننده ها می باشد . این خواص مطلوب باید در زمان ، محل و بتن ریزی حفظ شوند . بتن خود تراکم در مواردی که شبکه بندی آرماتور ها فشرده است ، گزینه ای مطلوب می باشد . هم چنین عدم نیاز به لرزاننده ، آلودگی صوتی محیط را به نحو قابل ملاحظه ای کاهش می دهد . علی رغم ویژگی های مطلوب ، طرح اختلاط و اجرای این نوع بتن به عوامل متعددی از قبیل دانه بندی مصالح سنگی ، نوع مواد افزودنی و همچنین فیلرهای مورد استفاده بستگی دارد . در نظر گرفتن هر یک از معیارهای فوق ، کیفیت بتن سخت شده و کار پذیری بتن تازه را تحت تاثیر قرار میدهد .

زمان هزینه و کیفیت سه عامل مهم در اجرا 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 میتواند تاثیر قابل توجهی بر صنعت ساخت داشته باشد .

برای سالیان متمادی دست یابی به بتنی با قابلیت خودترازی ( خود تراکمی ) بدون افت در مقاومت ، روانی و یا جداشدگی ، آرزوی مهندسین در کشورهای مختلف بوده است 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 ۱۹۲۰ نشان داد که افزایش این نسبت می تواند موجب افت در 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 نیز روشهای تراکم ، 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 تمامی زوایای قالب را پر کرده و آرماتور ها دربرگیرد، بدون آنکه جداشدگی یا آب انداختن ایجاد گردد . بررسی رئولوژی و کارایی ، تاثیر بالایی بر تعیین خواص بتن خود تراکم 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 میتوان بدست آورد که ثابت های رئولوژی میتوانند خواص رئولوژی ، خصوصا" توانمندی بتن از نظر حرکت پذیری و پرشدگی را بخوبی تعیین نماید .

بتن خود تراکم نخست در سال ۱۹۸۶ توسط H.okamura در ژاپن پیشنهاد گردید و در سال ۱۹۸۸ 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 . در ایران نیز استفاده از بتن خود تراکم از چند سال قبل آغاز شده و مزایای آن بهره گرفته شده است برای مثال می توان از مصرف بتن خود تراکم در تونل رسالت در تهران نام برد .

مبانی طراحی مخلوط بتن خود تراکم

سیال و پایدار بودن از مبانی طراحی مخلوط scc هست ، اما غیر از این خصوصیات ، عامل اقتصادی 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 :

۱ – سیمان : نوع و مقدار سیمان براساس خواص و دوام مورد نیاز تعیین می گردد . معمولا" مقدار سیمان بین ۳۵۰ – ۴۵۰ kg/m۳ است .

۲ – سنگدانه درشت : تمام سنگدانه های درشت که برای بتن معمولی استفاده می شود ، قابل مصرفدر scc است . اندازه حداکثر معمولا" بین ۱۶ – ۲۰   میلیمتر 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 میگردد .

۳ – سنگدانه ریز : تمام سنگدانه های ریز که برای بتن معمولی استفاده میشود برای scc نیز مناسب است هر دو نوع ماسه شامل شکسته و گرد گوشه قابل استفاده میباشد هرچه مقدار ماسه در مخلوط بیشتر باشد ، مقاومت برشی مخلوط بیشتر است .

۴ – مواد افزودنی معدنی : انواع مواد افزودنی معدنی یا پوزولان را میتوان در scc مصرف کرد این مواد برای بهبود خواص بتن تازه و یا بتن سخت شده و دوام مورد استفاده قرار میگیرد . از جمله این موارد میتوان میکروسیلیس ، سرباره و روباره را نام برد .

۵ – فوق کاهنده آب : فوق کاهنده آب یا فوق روان کننده ها از مواد بسیار مهم برای ساخت scc محسوب میشوند .

۶ – مواد اصلاح کننده ویسکوزیته : مواد اصلاح کننده ویسکوزیته برای افزایش مقاومت جداشدگی در scc مصرف میشود .

۷ – 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 میگیرد.

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 میشود ، 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

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

الف ) کارآیی ؛ از نظر کارآیی یک بتن خود تراکم مناسب دارای خواص زیر خواهد بود : در حالت معمولی دارای جریان اسلامپی بیش از ۶۰۰ میلی متر و بدون جداشدگی ، حفظ روانی به مدت حداقل ۹۰ دقیقه ، توانایی مقاومت در شیب ۳ % در سطح افقی آزاد ، قابلیت پمپ شدن در لوله ها بطول حداقل ۱۰۰ متر و به مدت ۹۰ دقیقه ، مقاومت فشاری ۲۸ روزه حدود ۶۰۰-۲۵۰ 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

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

-          سازه های بتنی معماری – هنری که نیاز به ظرافت خاص با میلگرد گذاری فشرده دارند .

-    پل های با دهانه بزرگ که بدلیل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرای آن ها با بتن معمولی امکان پذیر نمی باشد و در ضمن استفاده از بتن معمولی موجب قطور تر شدن اندازه پایه ها و نازیبایی سازه می گردد.

-    تونل های شهری و آبی که در آنها مسافت طولانی انتقال بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات اجرایی است

-          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 میتوان به مواردی از آنها اشاره نمود :

-          توسعه سازه های بتنی در دنیا و نیاز به بتن های با خواص ویژه

-          کمبود کارگران ماهر بتن ریزی بویژه کارگران ویبره زن

-          افزایش سرعت اجرای سازه های بتنی در سهولت بتن ریزی

-          امکان بهبود کیفیت مکانیکی بتن

-          امکان اجرای سازه های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطع کوچک یا میلگردهای فشرده

-          توسعه صنایع پیش ساخته بتنی

-          صرفه جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت

-          توجه به سطوح تمام شده زیبا و مرغوب سازه های بتنی

-          کاهش سر و صدا و آلودگی صوتی محیط کار بویژه در صنایع پیش ساخته بتنی

سازه های مختلفی با استفاده از بتن خود تراکم در دنیا اجرا شده اند که به نمونه هائی 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 = ۱۲۰۰۰ متر مکعب ( تکمیل بتن ریزی در سال ۱۹۹۸ )

صرفه جویی در تعداد کارگران = حدود ۶۷ درصد در مقایسه با بتن معمولی

صرفه جویی در مدت زمان ساخت = حدود ۱۸ درصد در مقایسه با بتن معمولی

صرفه جویی در تعداد کارگاهها = حدود ۲۹ درصد در مقایسه با بتن معمولی