گروه مهندسی بتن آزما

میکروسیلیکا ماده‌ای پودر مانند و بدون بو، غیر قابل احتراق ودر دما و فشار محیط پایدار می‌باشد. دمای ذوب این ماده ۲۳۰۰ درجه سانتیگراد است این ماده شامل رنگ‌های سفید وخاکستری بوده که عموما رنگ آن از خاکستری کم رنگ تا خاکستری پررنگ متغیر است.

میکروسیلیس چیست

رنگ میکروسیلیس بسته به منشاء و نحوه تولید متفاوت بوده و با توجه به این که سیلیس بدون رنگ است رنگ میکرو سیلیکا عمدتا به وسیله سایر ترکیبات به غیراز، SIO2 نظیر کربن و اکسید آهن تعیین می‌شود. رنگ تولیدی میکروسیلیکا در این روش خاکستری می‌باشد. لازم به توضیح است که در فرآیند تولید فروسیلیسیم به ازای تولید هر تن فروسیلیسیم در حدود ۳۰۰ کیلو گرم محصول فرعی میکروسیلیکا بدست می‌آید.

پودر میکروسیلیکا یا میکروسیلیس با نام‌های Amorphous silica , Silica fume و دوده سیلیکافیوم نیز شناخته می‌گردد. میکروسیلیکا در آب حل نمی‌شود و با آن واکنش انجام نمیدهد ولی در محلول هیدروکسید سدیم یا پتاسیوم قابل حل بوده وبا فلوراید یا اسیدهیدروفلوریک واکنش می‌کند این محصول قابل اشتعال نبوده وموجب اشتعال سایر مواد را فراهم نمی‌کند. نوع غبار از نقطه نظر ساختار ومشخصات فیزیکی بی‌شکل و آمورف بوده و با ذرات سیلیس متصاعد ه از کارخانجات سنگبری ماسه ریخته گری واحدهای سند بلاست و معادن سنگ سیلیس که ساختار کریستالی داشته و منشاء بیماریهای ریوی می‌باشد، متفاوت بوده و ایجاد بیماریهای حاد ریه نخواهد کرد.

روند تولید پودر میکروسیلیس

فرآیند تولید فروسیلیسیم همراه با تولید میزان نسبتاً زیادی گازهای حاصله از درون منطقه واکنشی است که عمدتاً حاوی گازهای sio، co است که این دو گاز در سطح شارژ کوره سوخته و به co2 و غبارهای حاوی sio2 تبدیل می‌شوند و توسط دودکش‌ها تا خارج از ساختمان کوره هدایت می‌شوند این گازها بعد از یک سری مراحل میانی وارد غبارگیر شده و ذرات میکرو سیلیکا به صورت آمورف و بدون ساختار کریستالی توسط یک سری مکانیزم‌ها از گازها جدا می شود و سپس بسته بندی شده و به بازار ارائه می شود.

سالیان درازی غبار حاصله از کوره‌های قوس فروسیلیسیم ضایعات این فرآیند محسوب می‌شد ولی با پیشرفت تکنولوژی و یافتن موارد مصرف مختلفی برای این ضایعات (به خصوص در بتن، ملات و سنگ مصنوعی) هم اکنون این غبارها با نام تجاری میکروسیلیکا به عنوان محصول جانبی این فرآیند در قیمت های مختلف به فروش می‌رسد.

لذا جهت استفاده بهتر از غبارات حاصله از این فرآیند، سیستم‌های غبار گیری نیز با گذشت زمان تکامل زیادی پیدا کرده است. از این محصول برای تولید انواع ژل میکروسیلیس استفاده شده که با توجه به نوع ماده افزودنی کاهنده آب بکار رفته در تولید میکروسیلیس ژل شده به انواع: دوغاب میکروسیلیکا، مکمل بتن، پاور ژل، سوپر ژل، ژل میکروسیلیس آب بند الیاف دار و ... تقسیم میشوند.

کابرد پودر میکروسیلیکا

 امروزه پودر میكروسیلیكا در موارد مختلفی استفاده می شود كه به صورت خلاصه در ذیل برخی از این ارایه شده است:

کاربرد پودر میكروسیلیكا در بتن و سیمان

استفاده ازغبار میكروسیلیكا در بتن و سیمان در سالیان اخیر رشد فراوانی داشته است میكروسیلیكا به پخش شدن یكنواخت و بالا بودن حجم محصولات هیدراسیون در بتن به عنوان یك پوزلان ( pozzolan ) عمل می كند از طرف دیگر با توجه به ریز بودن دانه ها به عنوان یك پر كننده ( filler ) باعث كاهش اندازه حفره ها درخمیر سیمان می شود. در نتیجه استفاده از میكروسیلیكا در بتن باعث ایجاد خواص زیر می شود:

• افزایش مقاومت فشاری
• تاثیر میکروسیلیس در افزایش مقاومت بتن در برابر سایش
• خواص ویژه در کاهش نفوذپذیری
• افزایش مقاومت دربرابر سولفات‌ها
• بهبود مقاومت در برابر خوردگی

مقدار مصرف میکروسیلیکا پودری در بتن به طور معمول ۵ تا ۲۰ درصد وزن سیمان است. راندمان میکروسیلیکا حدود ۳ برابر سیمان است. به عبارت دیگر می‌توان یک کیلوگرم میکروسیلیکا را جایگزین سه کیلوگرم سیمان کرد. بدون اینکه کیفیت و استحکام آن کاهش یابد. این پدیده را می‌توان به عنوان عامل کاهش مصرف سیمان محسوب نمود ولی در هر حال باعث حذف سیمان نخواهد شد.

وجود ذرات میکروسیلیکا در مخلوط بتن، میزان آب مورد نیاز جهت اختلاط را کاهش می‌دهد به همین دلیل بتون حاصله پایدارتر و چسبنده تر است و عملیات بتن ریزی با سهولت بیشتری انجام می‌شود. همچنین میکروسیلیکا را می‌توان مستقیما در تولید سیمان نیز به کار برد.

زمانی که سیمان و آب مخلوط می‌شوند دو واکنش اصلی صورت می‌گیرد. محصولات این دوواکنش عبارتند از: سیلیکات کلسیم هیدراته و هیدروکسید کلسیم. محصول اول، عمدترین فاز پیوندی در بتن را موجب می‌شود و محصول دوم، ماده‌ای ماکروکریستالی است که به سهولت حل شونده بوده و تاثیر چندانی بر استحکام بتن ندارد.

کاربرد میکروسیلیس پودری در تولید قطعات پلیمری

هنگامی که محصولات پلیمری اکسترود می‌شوند می‌توان از میکروسیلیکا به عنوان یک پر کننده وتقویت کننده در جهت بهبود بخشیدن استحکام ضربه‌ای وسفتی آن‌ها استفاده نمود. همچنین میکروسیلیکا باعث بهبود این فرآیند درجهت تولید سطوح صاف‌تر شده ونیز افزایش راندمان تولید می‌شود.

کاربرد پودر سیلیکافیوم در تولید محصولات دیرگداز

میکروسیلیکا را می‌توان در تولید بتن‌ های نسوز که از سیمان‌های کلسیم - آلومینات تولید می‌شوند به کاربرد، در عین حال این ماده میتواند در تولید انواع دیگر مواد نسوز نیز مورد استفاده قرار گیرد. دراین موارد به کارگیری میکرو سیلیکا باعث بهبود پیوندهای سرامیکی شده و خواص محصول به میزان قابل توجهی بهبود داده می شود.

دیگر کاربردهای پودر سیلیکافیوم

جهت تولید انواع مختلف سیلیکات‌ها می‌توان از میکروسیلیکا استفاده نمود چرا که میکروسیلیکا قابلیت واکنش پذیری بالایی داشته ومی تواند به راحتی با دیگر عناصر وارد واکنش و تشکیل سیلیکات دهد. همچنین پودر میکروسیلیکا به عنوان پودرهای پوششی پودر‌های عایق مواد کمکی در سیستم محفظت کاتالیکی وبرای جذب انتخابی یون‌ها در صنایع شیمیایی به کار گرفته شود.
در هر حال با توجه به گسترش تولید فروآلیاژها وهمچنین افزایش حجم غبار میکرویلیکای ایجاد شده، مصارف دیگری در صنایعی که ظرافت واستحکام را همزمان باید داشته باشند برای میکرو سیلیکا پیش بینی می‌گردد.

آنالیز شیمیایی فرمول میکروسیلیس

مولفه‌های اصلی شیمیایی میکروسیلیکا به شرح زیر می‌باشد:

آمورف (Amorphous) این مشخصه نشان می‌دهد که میکروسیلیکا یک ماده کریستالی نیست، مواد کریستالی در بتن غیر قابل حل هستند، مواد کریستالی موجود در بتن مانند ماسه از نظر شیمیایی مانند میکروسیلیکا بوده ومحتوي SIO2 هستند ولی بدلیل ماهیت کریستالی با سیمان واکنش شیمیایی انجام نمی‌دهند.

اکسید سیلیکون (Sio2) این مواد در واقع مواد واکنش دهنده در میکروسیلیکا هستند.

عناصر جزیی (trace elements) ممكن است مواد اضافی در میکروسیلیکا بر اساس مواد اولیه مصرفی در فرآیند تولید د ر کوره‌های قوس وجود داشته باشند که بهمراه میکروسیلیکا بازیابی می‌گردند. این مواد تاثیری بر عملکرد میکروسیلیکا در بتن ندارند ولی ممکن است در برخی استانداردها محدودیت‌هایی برای میزان ان اعمال گردد.

مطابق استاندارد بین المللی ASTM c1240 حداقل میزان SIO2 آمورف 85 درصد، رطوبت ماکزیمم 3 درصد ومیزان L.O.L حداکثر 6 درصد خواهد بود.

مشخصات فیزیکی پودر میکروسیلیس

اندازه دانه‌بندی (particle size) ذرات میکروسیلیکا بینهایت کوچک هستند اندازه ذره میکروسیلیکای مورد استفاده در بتن هم از نظر شیمیایی و هم از نظر فیزیکی بسیار مهم هستند. برآورد می‌گردد جایگزینی ۱۵ درصد میکروسیلیکا با سیمان تقریبا ۲۰۰۰۰۰۰ ذره میکروسیلیکا با یک ذره سیمان خواهد بود. مطابق استاندارد ASTM c1240 نود درصد اندازه دانه بایستی کمتر از ۴۵ میکرون باشد.

سطح ویژه (Specific surface) میکروسیلیس سطح ویژه کل مساحت یک مقدار مشخص از یک ماده است که در یک سطح استاندارد پخش شده باشد بدلیل اینکه ذرات میکروسیلیکا خیلی کوچک هستند مساحت سطحی آن خیلی بزگ خواهد شد بنابراین جذب آب بیشتری خواهد داشت.

چگالی یا وزن مخصوص میکروسیلیس (density) دانسیته اندازه گیری شده در آزمایشگاه مرکز تحقیقات سیمان برای میکروسیلیکا حدود ۲/۱۹ تا ۲/۲۱ در مقایسه با دانسیته سیمان که حدود ۳ گرم بر سانتیمتر مکعب است می‌باشد. دانسیته فله‌ای میکروسیلیکا (bulk density) معمولا کمتر از ۲۵۰ کیلو گرم بر متر مکعب است وبستگی به شرایط کوره‌ای دارد که در آن تولید می‌گردد ولی با توجه به مشکلات مربوط به حمل و نقل و بسته‌بندی با تکنیک‌های خاصی به حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب می‌رسد.

مقاومت پوزولانی (pozzolanic strength) مطابق استاندارد ASTM c1240 مقاومت پوزولانی بایستی حداقل ۱۰۵ باشد.

مواد افزودنی تولید شده با میکروسیلیس

ژل میکروسیلیس جزء بهترین فرآورده‌های افزودنی شیمی ساختمان بتن بوده که با استفاده از آن در ملات‌های بتنی یک ملات نفوذ ناپذیر در برابر مواد شیمیایی مانند یون‌های کلر و سولفات، نمک و جریان‌های متناوب مکانیکی به وجود می‌آید. این ماده پرکاربرد را با نام‌های دیگری مانند چسب بتن، چسب آب بند، پاور ژل، ژل سیلیکا و پودر میکروسیلیس هم در صنعت ساختمان می‌شناسند.
این افزودنی بتن پس از ترکیب با بتن می‌تواند هرگونه خلل و فرج در آن را بپوشاند و به عنوان یک جایگزین مناسب بسیاری از افزودنی‌های بتن، قرار می‌گیرد. ترکیبات ژل میکروسیلیس از چند جزء اصلی تشکیل شده است. در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم:

ژل میکروسیلیکا

ای محصول یک سوپر پوزولان چند منظوره ترکیبی از مواد افزودنی بر پایه تکنولوژی سیلیکافیوم تولید و دارای مواد فعال SiO2 ویژه تولید بتن های با مقاومت بالا، نفوذ پذیری پایین ، کار پذیری بالا و مقاوم با دوام است.

ژل میکروسیلیس الیاف دار

ژل میکروسیلیس الیاف دار یک افزودنی مهم بتن برای افزایش مقاومت و دوام و نفوذ پذیری کمتر بوده که در این نوع از فوق روان‌کننده کربوکسیلاتی استفاده می شود.

میکروسیلیس ژل شده

در تمامی فضاهایی که نیاز به بتن با دوام است، از این ژل مکمل برای آب بندی و افزایش دوام و آب بندی می توان استفاده شود.

ژل میکروسیلیکا الیاف دار

بر پایه سلیکافیوم الیافی افزودنی چند منظوره پیشرفته جهت ارتقا کیفیت بتن، افزایش مقاومت فشاری و کاهش مقدار سیمان مصرفی و جذب آب کاربرد دارد.

پاور ژل میکروسیلیکا

وجود دوده سیلیسی در ترکیب با فوق روان کننده بتن بر پایه کربوکسیلات اتر در این ژل سبب تشکیل ترکیب سیلیکات کلسیم سخت شده که با وجود روان‌کننده ها در فرمولاسیون این ژل مقاومت بتن افزایش جدی می یابد.

سوپر ژل میکروسیلیس الیاف دار

این ژل از ابر روانساز کربوکسیلاتی تشکیل شده و با وجود الیاف پلی پروپیلن مقاومت کششی، خمشی و سایش بتن را ارتقا می دهد.

دوغاب ژل میکروسیلیکا

ترکیبی از افزودنی های شیمیایی آب بند کننده ، آب گریز و سوپر پوزولان، بر پایه تکنولوژی سیلیکا فیوم ویژه آب بندی ساختار بتن با خاصیت افزایش مقاومت فشاری، ارتقای دوام و روانی بتن است.

ژل میکروسیلیس آب بند الیاف دار

این ژل میکروسیلیس به دلیل وجود مواد روان‌کننده در ساختار آن به راحتی موجب آب بندی بتن شده و تمامی حفرات میکروسکوپی بتن را پر کرده و مانع نفوذ آب در فرآیند تولید بتن می شود.

مشکلات بتن ریزی در هوای سرد

چرا هوای سرد در هنگام بتن ریزی مشکل ساز است؟ برای پاسخ به این سوال ابتدا دانست که در صورت یخ زدن خمیر سیمان چه اتفاقی برای بتن و ملات های سیمانی می‌افتد و در ادامه به چگونگی دست یافتن به مخلوط بتن مناسب هوای سرد می پردازیم.

ریختن بتن در هوای سرد در شرایط جغرافیایی سردسیر و زمستانی دو مشکل اصلی دارد: هنگامی که دمای خمیر سیمان بتن سرد است واکنش شیمیایی بین سیمان و آب (هیدراتاسیون) کندگیر می شود. و در زمانی که دمای بتن با ملات 4.5 درجه سانتیگراد (زیر 40 درجه فارنهایت) واکنش هیدراتاسیون اساسا متوقف می شود و بتن استحکام نمی یابد. در این حالت بتن قبل از اینکه حداقل استحکام استاندارد را پیدا کند که ماتریس سیمانی دچار یخزدگی شده و بتن ساختاری نفوذپذیری می یابد.

ضوابط بتن ریزی در هوای سرد

تا اینجا تنها درباره دمای بتن و ارتباط آن با سرعت گیرش در اثر برودت هوا توضیح داده شد، نه دمای هوا. هنگامی که هوا سرد است، باید از بتن محافظت کنیم تا زمانی که بتواند سرما را به تنهایی تحمل کند و در عین حال به روند رشد مقاومت اولیه و نهایی صدمه ای وارد نشود.

بنابر قاعده کلی ارائه شده توسط استاندارد و آیین نامه های ملی و بین المللی هنگامی که بتن به مقاومتی در حدود 35 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع (500 psi) مقاومت پیدا کرد، دیگر مشکل چندانی ندارد. در این زمان چیزی جادویی که اتفاق می افتد، و آن این است که تقریباً همزمان با دستیابی بتن به مقاومت فشاری 35 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع (500 psi) هیدراتاسیون سیمان به اندازه کافی آب موجود در مخلوط اصلی را مصرف می کند، به طوری که حتی اگر یخ بزند، آب کافی در آن باقی نمی ماند.

در بیشتر موارد در صورت رعایت نکات و الزامات مورد نیاز اتفاق در روز دوم می افتد. بنابراین، برای کمک به رسیدن بتن به این مقاومت فشاری، دو کار وجود دارد که می‌توانیم در هوای سرد انجام دهیم: طرح اختلاط بتن و ملات را با استفاده از تغییر اجزاء یا افزودن انواع ضد یخ و زودگیر کننده بتن به نحوی تنظیم کنیم تا گیرش سریع‌تر روی دهد یا با گرم کردن محیط بتن ریزی را در برابر سرما محافظت و به طریقی که میسر است عایق نمایید. یا به احتمال زیاد، هر دو.

تمهیدات بتن ریزی در هوای سرد

با انجام برخی تغییرات کارا در طراحی و تولید می توان بسیاری از مشکلات معمول هوای سرد برای مخلوط تازه بتن و ملات را برطرف کرد. در ادامه به چند روش معمول اشاره می گردد:

• آب گرم - برخی از تولید کنندگان بتن آماده معمولاً زمانی که هوا سرد می شود از آب گرم در ساخت بتن استفاده می کنند. اکثر تولیدکنندگانی که از این روش برای مقابله با یخزدگی بتن استفاده می‌کنند، دمای بتن حداقل 18 درجه سانتیگراد (65 درجه فارنهایت) را هنگام خروج از بچینگ پلانت تامین می کنند، به طور کلی این دما بسته به درجه برودت هوا و ضخامت سازه بتنی مسلح یا غیر مسلح وابسته است.
• زودگیر کنندهای حاوی کلراید - از آنجایی که هوای سردتر منجر به بتن سردتر می شود، زمان زمان گیرش به تعویق می افتد. انواع شتاب دهنده های مایع و پودری اضافه شده به بتن می توانند آن را در رون عادی کسب مقاومت اولیه نگه دارند. افزودن 2% (به نسبت وزن سیمان) ضد یخ با کلراید AG Antifreeze C بر پایه کلرید کلسیم راه سنتی، بسیار موثر و نسبتاً ارزان قیمت برای تسریع واکنش هیدراتاسیون است. اما از انجا که یون کلر زیاد می تواند منجر به خوردگی فولادی که در بتن تعبیه شده است (مانند میلگرد و آرماتور بندی) شود استفاده از آن محدود به بتن های غیر مسلح و ساخت دوغاب و ملات های نصب و بند کشی کاشی، سرامیک و موزاییک، سیمانکاری دیوار های نمای داخلی و خارجی، ملات های خود تراز شونده کف سازی، سنگ کاری و ترمیم، دیوار چینی، نرمه کشی و تولید قطعات پیش ساخته سیمانی فاقد آرماتوربندی (مانند: بلوک سبک، موزائیک، کف پوش بتنی، واش بتن، کول بتنی، جدول، بلوک نمادار، نیوجرسی و سنگ مصنوعی) است.
• شتاب دهنده های غیرکلریدی - ضد یخ بتن بدون کلراید AG Antifreeze R به طور گسترده و بسیار موثر در بتن ریزی سازه های بتن مسلح در فصول سرد سال و مناطق سردسیر کاربرد دارد. ضدیخ بتن مسلح مایع AG Antifreeze R رنگ بتن را تغییر نمی دهند و موجب افزایش نقطه انجماد آب و تسریع در روند هیدراتاسیون بتن می شوند.
• سیمان - برای اینکه واکنش کمی تسریع شود، برخی از تولید کنندگان مخلوط بتن آماده مقداری سیمان اضافی معمولاً 60 کیلوگرم بر متر مکعب (100 پوند در یارد مکعب) اضافه بر مقدار مندرج در طرح اختلاط بتن و ملات بکار می برند، یا می توان از سیمان نوع III (سیمان زودگیر) استفاده کنند که سریعتر هیدراته می شود.
• خاکستر بادی – معمولاً باید از استفاده از خاکستر بادی یا سیمان دارای سرباره و مواد پوزولانی در هوای سرد دوری کنید، زیرا این مواد کندتر گیرش می کنند و گرمای داخلی کمتری تولید می کنند.

تراکم کامل بتن و جاگیری مناسب آن در قالب یکی از مهمترین نکات در اجرای صحیح سازه‌های بتنی می‌باشد. متراکم نمودن بتن با استفاده از روشهای معمول یعنی استفاده از ویبراتورها مشکلات متعددی از جمله جداشدگی دانه ها، و شن نماشدن بعضی نقاط را به دنبال دارد. بتن خود تراکم راه حل بسیار مناسبی برای مقابله با این مشکلات است که اولین بار در دهه گذشته توسط دانشمندان ژاپنی ابداع گردید.
سطح تمام شده بهتر، اطمینان از تراکم بتن بدون استفاده از ویبراتور، افزایش سرعت اجرا و کاهش نیروی انسانی مورد نیاز برای اجرا، از جمله مزایای بتن خودتراکم می‌باشد.

تاریخچه بتن خودمتراکم

نظریه انقلابی تکنولوژی بتن خود تراکم اولین بار توسط پروفسور حجیم اکمورا از دانشگاه کوجی ژاپن در سال 1986 مطرح گردید. درسال 1988 این نظر تکمیل و برای اولین بار بتن خود تراکم ساخته شد. و در نهایت در سال 1989 اولین مقاله درباره بتن خود تراکم در دومین کنفرانس مهندسی سازه و ساختمان آسیای شرقی ارائه شد.
امروزه بتن خود تراکم در پروژه‌های مختلف عمرانی در سطح دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد همچنین آزمایشات تحقیقی و پژوهشی در این زمینه ادامه دارد.

بتن خود متراکم چیست

بتن خود تراکم بتنی است که بدون اعمال هیچگونه انرژی خارجی و تنها تحت اثر وزن خود متراکم گردد. این بتن که ماده‌ای بسیار سیال، روان و همگن است، بسیاری از مشکلات بتن معمولی نظیر جدا شدگی، آب انداختن، جذب آب، نفوذپذیری و…را رفع نموده و علاوه بر این بدون نیاز به هیچ لرزاننده (ویبره) داخلی یا ویبره بدنه قالب تحت اثر وزن خود متراکم می‌شود.
بتن خود تراکم به راحتی توانایی پر کردن قالب در محل شبکه‌های آرماتور فشرده را دارا می باشد و حتی در جاهایی که دسترسی به آن‌ها دشوار است به راحتی عبور می‌کند. بتن خود تراکم در طرح اختلاط و ساختارش تفاوت عمده‌ای با بتن معمولی ندارد.

البته مواد افزودنی شیمیایی خاصی جهت نیل به مشخصات ویژه این بتن در تولید آن مورد مصرف قرار می گیرند. این مواد عمدتاً شامل انواع فوق روان کننده های بتن، مواد مضاف پوزولانی نظیر میکروسیلیس و فیلرها (پودر سنگ با قطر دانه های ریزتر از 621 میکرون) می باشند.

مزایای بتن خود متراکم

برخی از مزایای استفاده از بتن خود تراکم عبارت است از: اطمینان از تراکم بخصوص در مقاطعی که کاربرد لرزاننده دشوار است، جاگیری آسان تر در قالب، سطح تمام شده بهتر، کاهش نیروی انسانی، اجرای سریعتر خصوصاً در مورد مقاطع دیوار و ستون، آزادی عمل بیشتر در طراحی و امکان ایجاد مقاطع نازک تر با خصوصیات معماری ویژه، کاهش آلودگی صوتی ناشی از عملیات ویبره، سطح تمام شده بتن خود تراکم در مقایسه با بتن معمولی و مواردی از این دست که برای هر بتنی که در طرح اختلاط، ساخت و حمل آن اصول اساسی استاندارد ها رعایت شده باشد.

مواد تشکیل دهنده بتن خود متراکم

مواد و مصالح مورد مصرف در طراحی و تولید بتن خود تراکم عبارت است از مصالح سنگی از پودر، ماسه و شن، سیمان، مواد افزودنی معدنی مانند مواد پوزولانی و شیمیایی که در ادامه به شرح مفصل آن می‌پردازیم.

ماسه

تمامی ماسه‌هایی که طرح‌های اختلاط متداول معمول جهت تولید بتن به کار می‌روند در این ساخت بتن خود تراکم کاربرد دارند. هر دو نوع ماسه شکسته و یا گرد گوشه اعم از کانی‌های سلیسی و یا آهکی را می‌توان مورد استفاده قرار داد.

ذرات شکسته ریز تر از ۶۲۱ میکرون ساخته شده از سنگ آهک، دولومیت و یا گرانیت که به منظور افزایش مواد پودری به کار می رودکه به عنوان «پودر» تلقی می‌شوند، برخواص روانی بتن خود تراکم بسیار مؤثر است. اما در استفاده از این مصالح و تولید بتن یکنواخت، رطوبت آن دقیقاً کنترل شود و استفاده از پودرهای دولومیتی، بدلیل واکنش های کربنات قلیایی محدود گردد.

شن

تمامی انواع مصالح سنگی درشت دانه نیز در تولید بتن خودتراکم به کار می‌رود، لیکن حداکثر اندازه معمولی دانه‌ها 16 تا 20 میلیمتر می‌باشد، به هر حال سنگدانه‌های تا حدود 40 میلی متر نیز می‌تواند در بتن خود تراکم به کار رود. استفاده از سنگدانه‌های شکسته سبب افزایش مقاومت بتن خود متراکم می‌شود، در حالیکه سنگدانه‌های گرد گوشه بدلیل گوشه بدلیل کاهش اصطکاک داخلی روانی آن را بهبود می‌بخشد.

سیمان

انتخاب نوع سیمان بستگی به پارامترهای مورد انتظار از بتن مثل مقاومت، دوام و سایر موارد مرتبط دارد. دامنه عمومی میزان مصرف سیمان در اینجا 350 تا 450 کیلوگرم در مترمکعب میباشد. میزان بیشتر از 500 کیلوگرم در هر مترمکعب می تواند سبب افزایش خطر جمع شدگی شود.

میزان کمتر از 120 کیلوگرم در متر مکعب نیز فقط در صورتی قابل قبول می‌باشد که به همراه مواد افزودنی معدنی نظیر مواد پوزولانی، خاکستر بادی (از سوختن زغال سنگ حاصل می شود و دارای خصوصیات پوزولانی) غبار میکروسیلیس (دارای حدود 90 درصد دی اکسید سیلیس می باشد و باعث سیالیت بالای بتن شده و دوام بتن را افزایش می دهد و نقش مهمی در چسبندگی و پرکنندگی بتن با عملکرد بالا دارد) و… به کار رود.

مواد افزودنی

انواع مواد افزودنی بتن به منظور ایجاد و یا بهبود خواص مشخصی به بتن تازه و یا سخت شده در حین ساخت بتن افزوده می شوند. استفاده از ابر روان کننده ها برای تولید بتن خود تراکم به منظور ایجاد کارآیی مناسب، ضروری می باشد. از انواع دیگر مواد افزودنی میتوان به عامل اصلاح چسبندگی یا V.M.A (به منظور اصلاح لزجت) مواد هوازا یا حباب ساز (به منظور بهبود مقاومت در برابر سیکل های یخ زدگی و آب شدن) و مواد افزودنی کندگیر کننده (به منظورکنترل گیرش) و سایر مواد افزودنی اشاره نمود .
استفاده از ابر روان کننده های بتن می توانند به طور متوسط تا حدود 40 درصد مصرف آب بتن را کاهش دهند.

آب مخلوط

مطابق استاندارد بتن های معمولی به کار می رود.

خصوصیات بتن خود متراکم

بتن خود تراکم می‌تواند با ویژگی‌های مطلوبی همچون دوام، مقاومت فشاری، کششی، مدول الاستیسیته و. . . با بتن‌های معمولی رقابت کند. لیکن بدلیل استفاده از مقادیر زیاد مواد پودری، انقباض خمیری و خزش بیشتری را نسبت به بتن معمولی انتظار داریم لذا سرعت در شروع عملیات عمل آوری در بتن خود تراکم یک امر حیاتی است.

جهت بررسی خواص بتن تازه مهمترین فاکتور مطرح، روانی بتن می‌باشد که عموماً بوسیله آزمایش اسلامپ سنجیده می‌شود ولی در مورد بتن خود تراکم باید فاکتورهای بیشتری مورد بررسی قرار گیرد تا از توانایی بتن ساخته شده جهت تراکم خودکار اطمینان کامل حاصل شود، این پارامترها به شرح ذیل می‌باشد:

روانی: به قابلیت جریان یابی روان و آسان بتن تازه وقتی مانعی بر سر راه آن نباشد، روانی گویند این ویژگی با آزمایش اسلامپ سنجیده می شود.

توان عبور: به توانایی بتن خود تراکم در جاری شدن وعبور از بین فضای کوچک شبکه آرماتور بدون توقف یا جدا شدگی توان عبور گویند. این ویژگی با آزمایش جعبه L سنجیده می شود .

مقاومت در برابر جدا شدگی: به توانایی بتن خود تراکم برای یکنواخت و همگن ماندن، طی مراحل حمل و بتن ریزی گویند. مقاومت در برابر جدا شدگی به وسیله آزمایش پایایی الک سنجیده می شود.

لزجت (ویسکوزیته): به خاصیتی که باعث مقاومت در برابر جاری شدن سریع بتن می گردد گویند. بتن دارای لزجت یا چسبندگی پایین به سرعت جریان می یابد و توقف می کند ولی بتن با لزجت زیاد مدت زمان بیشتری حرکت می کند تا متوقف شود. این ویژگی بوسیله آزمایش قیف V سنجیده می شود.

آزمایش بتن خود متراکم

در ادامه به اختصار اشاره ای به روش انجام آزمایشات مربوط به تعیین خواص بتن خود تراکم نظیر: آزمایش اسلامپ، پایایی الک، جعبه L و قیف V اشاره می گردد:

آزمایش جریان اسلامپ بتن خود متراکم

آزمایش جریان اسلامپ به منظور تعیین آزادی حرکت بتن خود تراکم در سطح افق به هنگام نبود مانع صورت می گیرد. اساس آزمایش بر اصولی استوار است که آزمایش اسلامپ معمولی برآن بنا نهاده شده است. قطر دایره ای که بتن پس از پخش شدن می سازد، معیار سنجش قابلیت پرکنندگی بتن خواهد بود.

نتایج این آزمایش هیچ اشاره ای به توانایی گذشتن بدون انسداد بتن از خلال موانع ندارد، اما می تواند ملاکی برای ارزیابی مقاومت در برابر جدا شدگی نیز باشد.

آزمایش جعبه بتن خود متراکم

آزمایش جریان یابی جعبه L بتن، انسداد ناشی از فاصله ی میلگردها را شرح می دهد. از نتیجه ی این آزمایش، معیاری برای قابلیت گذرندگی یا درجه ای از حدود فاصله ی میلگردها برای گذر بتن خواهد بود. قسمت افقی جعبه میتواند 200 تا 400 میلیمتر از دریچه امتداد داشته باشد. زمان لازم برای پر شدن این فاصله به عنوان و شناخته شده و معیاری برای قابلیت پرکنندگی است.

قطر میلگردها و فاصله آنها از هم اختیاری است. براساس قرارداد، در صورت استفاده از میلگردهای معمولی، فاصله بین آنها به مقدار سه برابر بزرگترین اندازه دانه ی سنگی در نظر گرفته می شود.

آزمايش پايايی الک

برای ارزیابی مقاومت در برابر جداشدگی این آزمایش روش مناسبی در بتن خود متراکم است. اساس آزمایش بر آن است که حدود 10 لیتر بتن را به مدت مشخصی، در حالت سکون قرار داده و اجازه می دهیم که تمام جداشدگی درونی آن آشکار شود.

سپس نیمی از آن را روی الک 5 میلیمتری به قطر 30 سانتی متر ریخته، روی ته الک قرار داده و مجموعه را روی ترازو قرار می دهیم . پس از دو دقیقه ملاتی که از خلال الک گذشته را وزن نموده و آن را به صورت درصدی از مصالح اولیه روی الک بیان می کنیم.

برای درصد جداشدگی 5 تا 15 درصد وزنی از کل نمونه ، مقاومت در برابر جداشدگی بتن مناسب خواهد بود. کمتر از 5 مقاومت بیش از حد را بدنبال دارد و به احتمال زیاد روی سطح تمام شده ی بتن تأثیر می گذارد. در بیش از 15 و مخصوصاً بیش از  30 با یک جداشدگی قوی روبرو خواهیم بود.

آزمايش قيف V
 

این آزمایش به منظور اندازه گیری قابلیت پرکنندگی بتن با حداکثر اندازه ی دانه ی 20 میلیمتر بکار می رود. زمان لازم برای جریان پیدا کردن بتن از میان دستگاه اندازه گیری میشود، سپس قیف دوباره از بتن پر شده و مدت 5 دقیقه در همان حالت باقی مانده و دوباره آزمایش فوق صورت میگیرد، چنانچه بتن دچار جداشدگی شود، زمان جریان یابی آن بطور محسوسی افزایش می یابد.

طرح اختلاط بتن خود متراکم

طرح اختلاط بتن خود تراکم را باید به نحوی تنظیم نمود که تمام خواص و ویژگی های بتن تازه و سخت شده را برآورده نماید. یک طرح اختلاط زمانی می تواند جزء گروه بتن خود تراکم طبقه بندی شود که هر سه فاکتور: روانی و قابلیت گذر از میان موانع و مقاومت در برابر جدا شدگی را بطور کامل تأمین نماید.

اگر چه هنوز هیچ طرح اختلاط ثابت و کاملی برای بتن خود تراکم ارائه نشده است و همه ترکیبات و نسبت های اختلاط به صورت نسبی و تجربی بدست آمده است. مراتب دستیابی به یک طرح اختلاط مناسب، با طرح نسبت های اختلاط اولیه بر اساس حدود تجربی بدست آمده، آغاز شده و با بررسی ویژگی های حاصل اصلاح نسبت های اولیه ختم می شود. به عنوان راهنمایی حدود شاخص های بتن خود تراکم به قرار زیر است:

• نسبت حجمی پودر به آب: 0.8 تا 1.1
• محتوای پودری: 160 تا 240 لیتر (400 تا 600 کیلوگرم) به ازای هر مترمکعب
• مقدار درشت دانه: بطور معمول 28 تا 35 1درصد حجمی از مخلوط
• نسبت آب به سیمان: می تواند هر مقدار عملی باشد (استفاده از کاهنده مقدار آب با استفاده از انواع روان کننده های بتن در تعیین این میزان از اهمیت بسزایی برخوردار است)
• میزان ماسه: مقدار باید بیش از 50 درصد وزن کل سنگدانه ها و بیشتر از 40 درصد حجم مخلوط باشد.

اصلاح طرح اختلاط بتن خود متراکم (scc)

هر چند که در شرایط کارگاهی تلاش بر این است که تمامی شرایط موجود بازبینی شده، تا با الزامات از پیش تعیین شده در محیط آزمایشگاه تطبیق پیدا کند، لیکن مخروط باید به اندازه ی کافی با محدودیت های موجود در محل کارگاه آزمایش شود در صورتی که عملکرد رضایت بخش به دست نیاید باید بصورت بنیادی به طراحی مجدد پرداخت. بسته به موانع و مشکلات پیش آمده، راه حل های زیر به کار بسته می شود:
 

1. استفاده از مواد افزودنی معدنی
2. اصلاح نسبت شن و ماسه موجود در مخلوط
3. استفاده از یک عامل اصلاح چسبندگی (V.M.A)
4. استفاده از گونه های نرمال، زودگیر یا دیرگیر انواع روان کننده های بتن که با مصالح محلی سازگارتر باشد
5. تنظیم مجدد نسبت افزودنی ها به منظور اصلاح (کاهش) مقدار آب و بر اساس آن اصلاح محتوای پودری ترکیب

قیمت بتن خود متراکم

جنبه های اقتصادی استفاده ازبتن خود متراکم در ارتباط با خرید مصالح و تفاوت قیمت آن با بتن معمولی همواره یکی از دغدغه های به حق طراحان و سازندگان است، از اینرو کاشناسان تکنولوژی بتن واحد فنی و فروش شیمی ساختمان گروه مهندسی بتن آزما آماده ارائه مشاوره و خدمات در این بخش هستند.