بتن خود تراکم وتاثیر افزودنی هابروی آن

دانشگاه محقق اردبیلی
دانشكده فنی و مهندسی
بهار88

بتن خود تراکم وتاثیر افزودنیهابروی آن SCC (self – consolidating concrete)

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 می تواند 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 1920 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 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 .
بتن خود تراکم 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 .










بررسی خصوصیات رفتاری بتن تازه خودتراکم به عنوان محصولی که به روانی و کارپذیری بالا مشهور است، از اهمیت زیادی برخوردار است. مطابق مدل رفتارشناسی بینگهام این ویژگی وابسته به دو پارامتر مستقل لزجت و تنش تسلیم است که در بتن خودتراکم هر دو کاهش می¬یابند.





اما کاهش بیش از اندازه لزجت می¬تواند منجر به پدیده جداشدگی سنگدانه ها از خمیر سیمان شود. دو آزمایش mini-slump و flow-cone به ترتیب برای اندازه¬گیری غیر مستقیم دو پارامتر تنش تسلیم و لزجت در خمیر سیمان بتن خود تراکم استفاده می گردد. البته قابل ذکر است که علت استفاده از این وسایل و انجام آزمایش ها روی خمیر سیمان بتن خودتراکم، قابلیت تعمیم رفتار خمیر سیمان به بتن و سادگی انجام آزمایش ها و نیز صرفه جویی در هزینه و زمان است.
به منظور تأمین خواص مورد نظر در بتن خودتراکم لازم است تنش تسلیم و لزجت که دو پدیده مستقل از یکدیگر هستند در محدوده مشخصی نگه داشته شوند. کاستن تنش تسلیم اساساً به وسیله اضافه کردن نسبت آب به سیمان ممکن است. ولی اضافه کردن فوق-روان¬کننده¬ها نیز این هدف را محقق می¬سازد از طرفی اضافه کردن بیش از حد مقدار آب به سیمان باعث ضعف در کارایی مخلوط بتن می گردد. تحقیق های به عمل آمده نشان می دهد که فوق¬روان-کننده¬های پایه پلی کربکسیلاتی نسبت به فوق¬روان¬کننده¬های پایه نفتالینی برای دست¬یابی به این هدف مناسب¬تر هستند، زیرا درصد بهینه برای دستیابی به یک کارایی مناسب در بتن خودتراکم در فوق¬روان¬کننده¬های پایه پلی کربکسیلاتی نسبت به فوق¬روان-کننده¬های پایه نفتالینی کمتر بوده که این امر باعث صرفه جویی در هزینه می گردد.


مواد قوام¬آور یا مواد تغییر دهنده لزجت به منظور افزودن و کنترل کردن لزجت مورد استفاده قرار می¬گیرند. ولی در صورتی که هدف حفظ تنش تسلیم و افزایش لزجت بتن باشد استفاده از مواد قوام آور چندان مناسب نیست







فوق روان کننده ها
در تولید بتن بدون انرژی ترکیبی از افزودنی های فوق روان کننده که دارای خاصیت جانبی افزایش مقاومت زودرس و افزایش دوام می باشد. مصرف افزودنی ها ی شیمیایی فوق روان کننده بر پایه پلی کربو کسیلیک اتو (PCE) و افزودنی اصلاح کننده قوام (VWA) جهت تولید بتن خود متراکم به کار می رود.از آنجایی که ساخت افزودنی های شیمیایی بر مبنای PCE جهت کاربردهای خاص و مختلف بسیار مناسب می باشد، توسعه افزودنی نوین با خاصیت مقاوم دهی زودرس برای مخلوط های بتن خودمتراکم را امکان پذیر نموده است.
فوق روان کننده های MRWR (روان کننده هایی که کاهنده آب در میزان متوسط را دارا هستند.) و قابلیت های جانبی به بتن می دهند نظیر :
1- قابلیت پرداخت را افزایش می دهد.(Flat work)
2- قابلیت پمپاژ
3- استقرار بدون ویبره
ویژگی های افزودنی های MRWR ویژگی های گیرایی کنترل شده ، کارایی عالی ، کارپذیری ، قابلیت پمپاژ ، پرداخت افزایش یافته ، مقاومت دهی اولیه و نهایی افزایش یافته ، حفظ یکپارچگی و . . . می باشد.
لازم به ذکر است نقش روان کننده ها در طرح اختلاط آن است که باعث جدایی دانه های سیمان از یکدیگر می شود که سبب می شود دانه های سیمان به صورت گسترده در بتن در حال میکس پخش شوند و روان کننده ها از این طریق باعث کم کردن نسبت آب به سیمان شده ، نه آن که اصطکاک بین سنگدانه ها با هم می شوند ، فوق روان کننده ها اگر از میزان ماکزیمم بیشتر استفاده شوند باعث می شود چسبندگی در بتن از بین برود و باعث عدم گیرایی می شود.


پودر سنگ:
پودر سنگ آهک ، دولومیت ، گرانیت خورد شده ریز که اندازه آنها ریزتر از اندازه ماسه ها D<0.125 می باشد و در قسمت پراکنده ها قرار گرفته و فواید زیادی از جمله پر کردن منافذ خالی و در دوام و مقاومت ایفا می شود و در بتن خود متراکم نقش اساسی ایفا می کند . پودر سنگ دولومیت دوام بتن را در مقابل واکنشهای قلیایی کربناتها افزایش می دهد.





خاکستر بادی
ماده ایست غیر آلی با خصوصیات پوزولانی که تاثیر زیادی در بهبود خواص بتن همانند پایداری را داراست .






میکروسیلیس
میکروسیلیس در بتن خودمتراکم باعث سیالیت بالای بتن شده و دوام بتن را نیز افزایش میدهد و نقش های مهمی در چسبندگی و پراکندگی در توسعه بتن با عملکرد بالا دارد.میکرو سیلیس دارای حدود 90 درصد دی اکسید سیلیس می باشد.

نانو سیلیس
محلول نانوسیلیس دی اکسید سیلیس است که اندازه ذرات آن در ابعاد نانومتری می باشد. محلول نانو سیلیس متشکل از ذراتی است گلوله ای که با قطر کمتر از 100 میلیمتر یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشد.
محلول نانوسیلیس یکی از محصولات شیمیایی جدید می باشد.نانوسیلیس معلق کاربردهایی چند منظوره از خود نشان می دهد مانند : خاصیت ضد سایش ، ضد لغزش ، ضد حریق ، ضد انعکاس سطوح اجزاء شکل
آزمایشات در زمینه تفاوت میکروسیلیس و نانوسیلیس صورت گرفته است که واکنش محلول سیلیس با هیدروکسیدکلسیم درمقایسه با میکروسیلیکا بسیار سریعتر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزولانی مقدار بسیاری میکروسیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد. این خاصیت ماده به دلیل ریز بودن ذرات محلول نانوسیلیس معلق می باشد.
گروت نانو سیلیکا در مقایسه با میکروسیلیکا هیچ جدا شدگی و آب اندازی از خود نشان نمی دهد.


سنگدانه ها
تمامی ماسه هایی که در بتن معمولی استفاده می شود در بتن خود متراکم هم کاربرد دارد . کمترین اندازه سنگدانه ها 125/0 میلیمتر می باشد. و ریزتر از این مقدار را به عنوان پودر استفاده می کنند که در روانی بتن خودمتراکم بسیار تاثیر دارد و کاربرد فراوانی دارد.
اندازه ماکزیمم سنگدانه ها در بتن خودمتراکم بین 16 تا 20 میلیمتر می باشد اگرچه اجزایی که تا 40 میلیمتر می باشند در بتن خود متراکم استفاده شده است. (میزان درجه غلظت در این قسمت بسیار مهم است) در باره خصوصیت انواع سنگدانه ها ، سنگدانه های گوشه دار باعث بهبود مقاومت می شوند زیرا قسمت های گوشه دار با هم اتصال برقرار می کنند .
سنگدانه های گرد گوشه روانی بتن را بهبود می بخشند زیرا اصطکاک درونی کاهش می یابد. فاصله درجه بندی بین سنگدانه ها غالبا بهتر از درجه بندی پیوسته در سنگدانه هاست زیرا تجربه نشان داده است که این عمل باعث افزایش اصطکاک درونی و تقلیق افتادگی می شود .
معمولا قطر سنگدانه های درشت (D>4mm) می شود . وقتی درصد حجم سنگدانه های درشت زیاد تر از حد می شود برخورد بین سنگدانه ها و اجزای تشکیل دهنده بیشتر می شو د و ریسک در بلوکه شدن بیشتر می شود در واقع هنگامی که بین فضا ها عبور می کند .
باید ماکزیمم اندازه سنگدانه کاهش داده شده ، افزایش نسبت سنگدانه های درشت ، میزان سنگدانه های گرد گوشه را نسبت به سنگدانه های گوشه دار بیشتر استفاده کرد. اندازه ماسه بین 162/0 تا 4 میلیمتر می باشد.


نکاتی در مورد طرح اختلاط بتن خود متراکم
از آنجایی که خصوصیات بتن های دارای فوق روان کننده بستگی زیادی به نسبت آب به سیمان دارد طرح اختلاط این بتن ها از اهمیت خاصی برخوردار است . باید در استفاده از فوق روان کننده ها و نسبت استفاده آنها دقت زیادی نمود. این مواد می توانند تاثیر زیادی روی چسبندگی مخلوط داشته باشند . به خصوص در مواردی که از روان کننده ها به تعداد زیاد استفاده می شود. طرح اختلاط بتن خودمتراکم مشابه بتن معمولی است که شامل سیمان ، سنگدانه ، آب و مواد افزودنی می باشد.البته مقدار زیادی فوق روان کننده برای کاهش حد مایع بتن (Liquid Limit) و کارایی بهتر آن ، مقدار زیادی پر کننده (Filler) به عنوان عامل روغنکاری برای درشت دانه ها و استفاده از عامل نرم کننده (VMA) برای زیاد کردن فرصت بتن را نیز باید به حساب آورد.خواص بتن تازه و سخت شده بستگی زیادی به طرح اختلاط آن دارد.
شرایط پذیرش اجزاء تشکیل دهنده بتن خودمتراکم (SCC)
اجزاء و مواد تشکیل دهنده (SCC) باید به صورت عمومی با شرایط EN206 مطابقت نماید. این مواد باید برای کاربردهای در نظر گرفته شده مناسب بوده و نباید شامل اجزاء مضر به مقداری باشد که به کیفیت یا قوام بتن آسیب برساند یا باعث خوردگی میله گرد های مسلح کننده شود.علاوه بر شرایط عمومی فوق هر یک از مواد تشکیل دهنده به تنهایی باید مورد بررسی قرار گیرند تا با آیین نامه های مربوط به خود مطابقت نمایند. استانداردهای مورد استفاده تحت آیین نامه انگلستان عبارتند از :
• سیمان (ترکیبات ، خصوصیات ، معیارهای انطباقی) EN1197
• بتن (ویژگی ها ، اجرا ، ساخت ، انطباق) EN206
• افزودن آب به بتن EN1008
• آزمایش بتن تازه ; قسمت اول : نمونه گیری EN12350-1
• آزمایش بتن تازه ; قسمت دوم : آزمایش اسلامپ EN12350-2
• سنگدانه برای بتن EN12620
• سیستم مدیریت کیفیت(شرایط) ENISO9001
• افزودنی ها
الف: افزودنی های نوع اول (پر کننده ها ; تقریبا خنثی)
1- اجزاء سنگی پر کننده EN12878
2- رنگدانه برای رنگ آمیزی مصالح ساختمانی با اساس سیمانی EN12878
ب: افزودنی های نوع دوم (پر کننده ها ; پوزولانی یا هیدرولیکی نهفته)
1- خاکستر بادی برای بتن EN1۴۵۰
2- میکروسیلیس PREN13263
3- BS6699 ذرات سرباره کوره آهنگدازی
الیاف مصرفی در بتن (استاندارد اروپا- ویژگی ها) ENXXXX
الیافی که در بتن خودمتراکم مورد استفاده قرار می گیرد عموما فلزی یا پلیمری است . الیاف فلزی به طور طبیعی برای بالا بردن رفتار مکانیکی بتن نظیر مقاوم پیچشی و سختی استفاده می شود . الیاف پلیمری به منظور کاهش جدا شدگی و انقباض پلاستیکی و یا افزایش مقاومت در برابر آتش سوزی به کار میرود .
استفاده از پر کننده ها به جهت پر کردن خلل و فرج بتن و افزایش استحکام ملات است . در آغاز گسترش SCC میکروسیلیس اولین ماده ای بود که به عنوان پر کننده مورد استفاده قرار گرفت . میکروسیلیس باعث ایجاد نوعی بهبود در تغییر شکل و همچنین ویژگی های شیمیایی و مکانیکی می شود . علاوه بر این دوام بتن را نیز اصلاح می کند سطح مخصوص میکروسیلیس 300000 سانتی متر مکعب بر گرم می باشد.استفاده از این مواد در SCC که به مقاومت زیاد در بتن نیاز می باشد از لحاظ اقتصادی قابل توجیه است . در هنگام تقاضای SCC با مقاومت کمتر این امکان وجود دارد که از مواد درشت تری استفاده شود . بنابراین SCC رایج از خاکستر بادی یا تفاله ریز کوره آهن گدازی ساخته می شود نتایج خوب در استفاده از سنگ آهک ریز شده معدنی و پودر سنگ که از فرایند شکست سنگها سرچشمه می گیرد به دست آمد . استفاده از پودر سنگ سبب افزایش درصد جذب آب می شود که با آزمایشات مکرر باید به نسبت بهینه ای از فوق روان کننده و پر کننده دست یافت که با این مقدار افزایش آب سبب جدا شدگی بتن می شود . پر کننده ها در سطح مخصوص و بسیاری فاکتور های دیگر با هم فرق دارند. سوال اصلی در استفاده از پر کننده ها ، در نوع و میزان استفاده از آنها در ترکیب SCC مطرح است.
موادی که میتوانند به عنوان پر کننده مورد استفاده قرار گیرند عبارتند از :
1- خاکستر بادی
2- میکروسیلیس
3- سرباره نرم کوره آهن گدازی
4- پودر سنگ
5- خاکستر پوسته برنج
6- ذرات ریز سنگ آهک معدنی
7- پودر شیشه
ذکر این نکته ضروری می نماید که استفاده از پر کننده در هر کشوری با توجه به ذخایر همان کشور تعیین می شود. برای مثال در کشور های اروپایی که هنوز از ذغال سنگ به عنوان سوخت کربنی استفاده می شود به کار بردن خاکستر بادی امری بهینه و مفید است . در کشور هایی که به لحاظ صنعت ذوب آهن در مرحله صنعتی قرار دارند می توان از تفاله کارخانجات ذوب آهن استفاده نمود. در کشور ما نیز با توجه به در دسترس بودن و همچنین کارایی آن پر کننده باید به دنبال ماده مناسب و مقرون به صرفه برای جایگزینی فیلرهای مرسوم در صنعت SCC اروپایی باشیم .
پودر شیشه نیز معمولا از فرایند سایش ریز شیشه به دست می آید . اندازه اجزای آن باید کوچکتر از 1/0 میلیمتر و سطح مخصوص ان نیز بزرگتر از cm2 2500 بر گرم باشد.اجزای بزرگتر می توانند باعث واکنش قلیایی سیلیسی شوند .





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 بین kg/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 بین mm20-16 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 میباشد هرچه مقدار ماسه در مخلوط بیشتر باشد ، مقاومت برشی مخلوط بیشتر است .
4 – 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 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.
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
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 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.
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 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 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 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
برج Landmark در شهر یوکوهاما ژاپن
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





















بررسی خصوصیات رفتاری بتن تازه خودتراکم به عنوان محصولی که به روانی و کارپذیری بالا مشهور است، از اهمیت زیادی برخوردار است. مطابق مدل رفتارشناسی بینگهام این ویژگی وابسته به دو پارامتر مستقل لزجت و تنش تسلیم است که در بتن خودتراکم هر دو کاهش می¬یابند.





بررسی خصوصیات رفتاری بتن تازه خودتراکم به عنوان محصولی که به روانی و کارپذیری بالا مشهور است، از اهمیت زیادی برخوردار است. مطابق مدل رفتارشناسی بینگهام این ویژگی وابسته به دو پارامتر مستقل لزجت و تنش تسلیم است که در بتن خودتراکم هر دو کاهش می¬یابند. اما کاهش بیش از اندازه لزجت می¬تواند منجر به پدیده جداشدگی سنگدانه ها از خمیر سیمان شود. دو آزمایش mini-slump و flow-cone به ترتیب برای اندازه-گیری غیر مستقیم دو پارامتر تنش تسلیم و لزجت در خمیر سیمان بتن خود تراکم استفاده می گردد. البته قابل ذکر است که علت استفاده از این وسایل و انجام آزمایش ها روی خمیر سیمان بتن خودتراکم، قابلیت تعمیم رفتار خمیر سیمان به بتن و سادگی انجام آزمایش ها و نیز صرفه جویی در هزینه و زمان است.
به منظور تأمین خواص مورد نظر در بتن خودتراکم لازم است تنش تسلیم و لزجت که دو پدیده مستقل از یکدیگر هستند در محدوده مشخصی نگه داشته شوند. کاستن تنش تسلیم اساساً به وسیله اضافه کردن نسبت آب به سیمان ممکن است. ولی اضافه کردن فوق-روان¬کننده¬ها نیز این هدف را محقق می¬سازد از طرفی اضافه کردن بیش از حد مقدار آب به سیمان باعث ضعف در کارایی مخلوط بتن می گردد. تحقیق های به عمل آمده نشان می دهد که فوق¬روان-کننده¬های پایه پلی کربکسیلاتی نسبت به فوق¬روان¬کننده¬های پایه نفتالینی برای دست¬یابی به این هدف مناسب¬تر هستند، زیرا درصد بهینه برای دستیابی به یک کارایی مناسب در بتن خودتراکم در فوق¬روان¬کننده¬های پایه پلی کربکسیلاتی نسبت به فوق¬روان-کننده¬های پایه نفتالینی کمتر بوده که این امر باعث صرفه جویی در هزینه می گردد.


مواد قوام¬آور یا مواد تغییر دهنده لزجت به منظور افزودن و کنترل کردن لزجت مورد استفاده قرار می¬گیرند. ولی در صورتی که هدف حفظ تنش تسلیم و افزایش لزجت بتن باشد استفاده از مواد قوام آور چندان مناسب نیست







فوق روان کننده ها
در تولید بتن بدون انرژی ترکیبی از افزودنی های فوق روان کننده که دارای خاصیت جانبی افزایش مقاومت زودرس و افزایش دوام می باشد. مصرف افزودنی ها ی شیمیایی فوق روان کننده بر پایه پلی کربو کسیلیک اتو (PCE) و افزودنی اصلاح کننده قوام (VWA) جهت تولید بتن خود متراکم به کار می رود.از آنجایی که ساخت افزودنی های شیمیایی بر مبنای PCE جهت کاربردهای خاص و مختلف بسیار مناسب می باشد، توسعه افزودنی نوین با خاصیت مقاوم دهی زودرس برای مخلوط های بتن خودمتراکم را امکان پذیر نموده است.
فوق روان کننده های MRWR (روان کننده هایی که کاهنده آب در میزان متوسط را دارا هستند.) و قابلیت های جانبی به بتن می دهند نظیر :
1- قابلیت پرداخت را افزایش می دهد.(Flat work)
2- قابلیت پمپاژ
3- استقرار بدون ویبره
ویژگی های افزودنی های MRWR ویژگی های گیرایی کنترل شده ، کارایی عالی ، کارپذیری ، قابلیت پمپاژ ، پرداخت افزایش یافته ، مقاومت دهی اولیه و نهایی افزایش یافته ، حفظ یکپارچگی و . . . می باشد.
لازم به ذکر است نقش روان کننده ها در طرح اختلاط آن است که باعث جدایی دانه های سیمان از یکدیگر می شود که سبب می شود دانه های سیمان به صورت گسترده در بتن در حال میکس پخش شوند و روان کننده ها از این طریق باعث کم کردن نسبت آب به سیمان شده ، نه آن که اصطکاک بین سنگدانه ها با هم می شوند ، فوق روان کننده ها اگر از میزان ماکزیمم بیشتر استفاده شوند باعث می شود چسبندگی در بتن از بین برود و باعث عدم گیرایی می شود.


پودر سنگ:
پودر سنگ آهک ، دولومیت ، گرانیت خورد شده ریز که اندازه آنها ریزتر از اندازه ماسه ها D<0.125 می باشد و در قسمت پراکنده ها قرار گرفته و فواید زیادی از جمله پر کردن منافذ خالی و در دوام و مقاومت ایفا می شود و در بتن خود متراکم نقش اساسی ایفا می کند . پودر سنگ دولومیت دوام بتن را در مقابل واکنشهای قلیایی کربناتها افزایش می دهد.





خاکستر بادی
ماده ایست غیر آلی با خصوصیات پوزولانی که تاثیر زیادی در بهبود خواص بتن همانند پایداری را داراست .






میکروسیلیس
میکروسیلیس در بتن خودمتراکم باعث سیالیت بالای بتن شده و دوام بتن را نیز افزایش میدهد و نقش های مهمی در چسبندگی و پراکندگی در توسعه بتن با عملکرد بالا دارد.میکرو سیلیس دارای حدود 90 درصد دی اکسید سیلیس می باشد.

نانو سیلیس
محلول نانوسیلیس دی اکسید سیلیس است که اندازه ذرات آن در ابعاد نانومتری می باشد. محلول نانو سیلیس متشکل از ذراتی است گلوله ای که با قطر کمتر از 100 میلیمتر یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشد.
محلول نانوسیلیس یکی از محصولات شیمیایی جدید می باشد.نانوسیلیس معلق کاربردهایی چند منظوره از خود نشان می دهد مانند : خاصیت ضد سایش ، ضد لغزش ، ضد حریق ، ضد انعکاس سطوح اجزاء شکل
آزمایشات در زمینه تفاوت میکروسیلیس و نانوسیلیس صورت گرفته است که واکنش محلول سیلیس با هیدروکسیدکلسیم درمقایسه با میکروسیلیکا بسیار سریعتر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزولانی مقدار بسیاری میکروسیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد. این خاصیت ماده به دلیل ریز بودن ذرات محلول نانوسیلیس معلق می باشد.
گروت نانو سیلیکا در مقایسه با میکروسیلیکا هیچ جدا شدگی و آب اندازی از خود نشان نمی دهد.


سنگدانه ها
تمامی ماسه هایی که در بتن معمولی استفاده می شود در بتن خود متراکم هم کاربرد دارد . کمترین اندازه سنگدانه ها 125/0 میلیمتر می باشد. و ریزتر از این مقدار را به عنوان پودر استفاده می کنند که در روانی بتن خودمتراکم بسیار تاثیر دارد و کاربرد فراوانی دارد.
اندازه ماکزیمم سنگدانه ها در بتن خودمتراکم بین 16 تا 20 میلیمتر می باشد اگرچه اجزایی که تا 40 میلیمتر می باشند در بتن خود متراکم استفاده شده است. (میزان درجه غلظت در این قسمت بسیار مهم است) در باره خصوصیت انواع سنگدانه ها ، سنگدانه های گوشه دار باعث بهبود مقاومت می شوند زیرا قسمت های گوشه دار با هم اتصال برقرار می کنند .
سنگدانه های گرد گوشه روانی بتن را بهبود می بخشند زیرا اصطکاک درونی کاهش می یابد. فاصله درجه بندی بین سنگدانه ها غالبا بهتر از درجه بندی پیوسته در سنگدانه هاست زیرا تجربه نشان داده است که این عمل باعث افزایش اصطکاک درونی و تقلیق افتادگی می شود .
معمولا قطر سنگدانه های درشت (D>4mm) می شود . وقتی درصد حجم سنگدانه های درشت زیاد تر از حد می شود برخورد بین سنگدانه ها و اجزای تشکیل دهنده بیشتر می شو د و ریسک در بلوکه شدن بیشتر می شود در واقع هنگامی که بین فضا ها عبور می کند .
باید ماکزیمم اندازه سنگدانه کاهش داده شده ، افزایش نسبت سنگدانه های درشت ، میزان سنگدانه های گرد گوشه را نسبت به سنگدانه های گوشه دار بیشتر استفاده کرد. اندازه ماسه بین 162/0 تا 4 میلیمتر می باشد.


نکاتی در مورد طرح اختلاط بتن خود متراکم
از آنجایی که خصوصیات بتن های دارای فوق روان کننده بستگی زیادی به نسبت آب به سیمان دارد طرح اختلاط این بتن ها از اهمیت خاصی برخوردار است . باید در استفاده از فوق روان کننده ها و نسبت استفاده آنها دقت زیادی نمود. این مواد می توانند تاثیر زیادی روی چسبندگی مخلوط داشته باشند . به خصوص در مواردی که از روان کننده ها به تعداد زیاد استفاده می شود. طرح اختلاط بتن خودمتراکم مشابه بتن معمولی است که شامل سیمان ، سنگدانه ، آب و مواد افزودنی می باشد.البته مقدار زیادی فوق روان کننده برای کاهش حد مایع بتن (Liquid Limit) و کارایی بهتر آن ، مقدار زیادی پر کننده (Filler) به عنوان عامل روغنکاری برای درشت دانه ها و استفاده از عامل نرم کننده (VMA) برای زیاد کردن فرصت بتن را نیز باید به حساب آورد.خواص بتن تازه و سخت شده بستگی زیادی به طرح اختلاط آن دارد.
شرایط پذیرش اجزاء تشکیل دهنده بتن خودمتراکم (SCC)
اجزاء و مواد تشکیل دهنده (SCC) باید به صورت عمومی با شرایط EN206 مطابقت نماید. این مواد باید برای کاربردهای در نظر گرفته شده مناسب بوده و نباید شامل اجزاء مضر به مقداری باشد که به کیفیت یا قوام بتن آسیب برساند یا باعث خوردگی میله گرد های مسلح کننده شود.علاوه بر شرایط عمومی فوق هر یک از مواد تشکیل دهنده به تنهایی باید مورد بررسی قرار گیرند تا با آیین نامه های مربوط به خود مطابقت نمایند. استانداردهای مورد استفاده تحت آیین نامه انگلستان عبارتند از :
• سیمان (ترکیبات ، خصوصیات ، معیارهای انطباقی) EN1197
• بتن (ویژگی ها ، اجرا ، ساخت ، انطباق) EN206
• افزودن آب به بتن EN1008
• آزمایش بتن تازه ; قسمت اول : نمونه گیری EN12350-1
• آزمایش بتن تازه ; قسمت دوم : آزمایش اسلامپ EN12350-2
• سنگدانه برای بتن EN12620
• سیستم مدیریت کیفیت(شرایط) ENISO9001
• افزودنی ها
الف: افزودنی های نوع اول (پر کننده ها ; تقریبا خنثی)
1- اجزاء سنگی پر کننده EN12878
2- رنگدانه برای رنگ آمیزی مصالح ساختمانی با اساس سیمانی EN12878
ب: افزودنی های نوع دوم (پر کننده ها ; پوزولانی یا هیدرولیکی نهفته)
1- خاکستر بادی برای بتن EN1۴۵۰
2- میکروسیلیس PREN13263
3- BS6699 ذرات سرباره کوره آهنگدازی
الیاف مصرفی در بتن (استاندارد اروپا- ویژگی ها) ENXXXX
الیافی که در بتن خودمتراکم مورد استفاده قرار می گیرد عموما فلزی یا پلیمری است . الیاف فلزی به طور طبیعی برای بالا بردن رفتار مکانیکی بتن نظیر مقاوم پیچشی و سختی استفاده می شود . الیاف پلیمری به منظور کاهش جدا شدگی و انقباض پلاستیکی و یا افزایش مقاومت در برابر آتش سوزی به کار میرود .
استفاده از پر کننده ها به جهت پر کردن خلل و فرج بتن و افزایش استحکام ملات است . در آغاز گسترش SCC میکروسیلیس اولین ماده ای بود که به عنوان پر کننده مورد استفاده قرار گرفت . میکروسیلیس باعث ایجاد نوعی بهبود در تغییر شکل و همچنین ویژگی های شیمیایی و مکانیکی می شود . علاوه بر این دوام بتن را نیز اصلاح می کند سطح مخصوص میکروسیلیس 300000 سانتی متر مکعب بر گرم می باشد.استفاده از این مواد در SCC که به مقاومت زیاد در بتن نیاز می باشد از لحاظ اقتصادی قابل توجیه است . در هنگام تقاضای SCC با مقاومت کمتر این امکان وجود دارد که از مواد درشت تری استفاده شود . بنابراین SCC رایج از خاکستر بادی یا تفاله ریز کوره آهن گدازی ساخته می شود نتایج خوب در استفاده از سنگ آهک ریز شده معدنی و پودر سنگ که از فرایند شکست سنگها سرچشمه می گیرد به دست آمد . استفاده از پودر سنگ سبب افزایش درصد جذب آب می شود که با آزمایشات مکرر باید به نسبت بهینه ای از فوق روان کننده و پر کننده دست یافت که با این مقدار افزایش آب سبب جدا شدگی بتن می شود . پر کننده ها در سطح مخصوص و بسیاری فاکتور های دیگر با هم فرق دارند. سوال اصلی در استفاده از پر کننده ها ، در نوع و میزان استفاده از آنها در ترکیب SCC مطرح است.
موادی که میتوانند به عنوان پر کننده مورد استفاده قرار گیرند عبارتند از :
1- خاکستر بادی
2- میکروسیلیس
3- سرباره نرم کوره آهن گدازی
4- پودر سنگ
5- خاکستر پوسته برنج
6- ذرات ریز سنگ آهک معدنی
7- پودر شیشه
ذکر این نکته ضروری می نماید که استفاده از پر کننده در هر کشوری با توجه به ذخایر همان کشور تعیین می شود. برای مثال در کشور های اروپایی که هنوز از ذغال سنگ به عنوان سوخت کربنی استفاده می شود به کار بردن خاکستر بادی امری بهینه و مفید است . در کشور هایی که به لحاظ صنعت ذوب آهن در مرحله صنعتی قرار دارند می توان از تفاله کارخانجات ذوب آهن استفاده نمود. در کشور ما نیز با توجه به در دسترس بودن و همچنین کارایی آن پر کننده باید به دنبال ماده مناسب و مقرون به صرفه برای جایگزینی فیلرهای مرسوم در صنعت SCC اروپایی باشیم .
پودر شیشه نیز معمولا از فرایند سایش ریز شیشه به دست می آید . اندازه اجزای آن باید کوچکتر از 1/0 میلیمتر و سطح مخصوص ان نیز بزرگتر از cm2 2500 بر گرم باشد.اجزای بزرگتر می توانند باعث واکنش قلیایی سیلیسی شوند .
منبع : سایت دانشجو