بتن خود تراکم ( self-consolidating concrete ) قسمت اول :

بتن خود تراکم را بتن خود متراکم نیز می گویند اما عباراتی چون بتن خود تراز، بتن روان یا بتن با روانی بالا می­توانند مربوط به انواع بتن معمولی نیز باشد.

تاریخچه

بتن خود تراکم از ابتدا در کشور ژاپن در دهه ۱۹۹۰ به وجود آمد.در دهه ۹۰ نیروی کار کافی وجود نداشت و نیروی کار مجرب مرتبط با کارهای بتنی هم بسیار از سطح نیاز کمتر بود؛ این موضوع باعث شد مهندسان ژاپنی به فکر تولید محصولی افتادند که کمتر به نیروی کار احتیاج داشته باشد. به مرور این سوال پیش آمد که آیا می شود بتنی ساخت که احتیاج به تراکم و نیروی کار زیاد نداشته باشد؟ همانطور که گفته شد مقاومت بتن با درصد تراکم آن رابطه ی بسیار تنگاتنگی دارد.

یک محقق ژاپنی به نام اوکاروما موفق به ساخت  بتن بدون نیاز به تراکم شد و از آن زمان بتن خود تراکم در جهان و به خصوص در کشور ژاپن پیشرفت چشمگیری کرد. همچنین بتن خود تراکم به دلیل دارا بودن روانی کافی و سنگدانه های مناسب، می­تواند در اجزای سازه ای فولادی پرتراکم قابل استفاده باشد.

ویژگی های اجرایی بتن خود تراکم scc

عدم نیاز به پمپ قائم

عدم نیاز به حرکت دادن نازل پمپ در محل بتن ریزی

بدون نیاز به ماله دستی و حتی پروانه ای( سطح کار خود به خود مسطح است)

به ما اجازه می دهد تا از شبکه آرماتوری پیچیده مخصوصا در اتصالات استفاده کنیم.

از ابتدا تا انتهای تولید این بتن و با در نظرگیری هزینه ی اتلاف زمانی می توان گفت بتن scc از بتن معمولی ارزانتر خواهد شد.اگرچه هزینه ی تولید اولیه ی آن از ۱۰ تا ۲۰ درصد گرانر از بتن معمولی است.

کاهش خستگی و تنش های فیزیکی کارگران و تاثیر این موضوع بر کیفیت بتن

نکته ی قابل توجه در بتن خود تراکم نحوه ی تولید این بتن است که نیاز به تخصص دارد.

در پل صدر قطعات پیش ساخته ی بسیاری را به دو دلیل زیر از بتن خود تراکم ساختند.

• اجرای قطعات پیچیده
• سرعت ساخت بالا

درحالت کلی جهت تشخیص بتن خود تراکم  باید به این ویژگی های اصلی توجه کرد: اول اینکه بتن خود تراکم تحت وزن خودش جاری می شود و همه جای قالب را پر می کند ثانیا این نوع بتن در عین حال که نیاز به تراکم ندارد باید همگنی خود را نیز حفط کند.

برای اندازه گیری میزان افزایش یا کاهش کارایی در بتن ساخته شده می توان آزمایش های زیر را انجام داد : در اینجا ۳ مورد از مهم ترین آزمایش هارا  که در ASTM آمده است بازگو می کنیم :

• آزمایش جریان اسلامپ
• آزمایش حلقه J
• آزمایش ستون جدا افتادگی

آزمایش جریان اسلامپ

این آزمایش یکی از آزمایش های رایج برای سنجش خصوصیات بتن خود تراکم است روش آزمایش بر مبنای آزمایش تعیین اسلامپ می باشد و قطر دایره بتن معیاری برای قابلیت جریان و پر کنندگی بتن می باشد.

وسایل مورد نیاز

۱-  مخروط ناقص مورد استفاده در آزمایش اسلامپ مطابق با استاندارد ۲- ۱۲۳۵۰ EN به ابعاد قطر کوچک ۱۰ سانتیمتر، قطر بزرگ۲۰ سانتیمتر، ارتفاع ۳۰ سانتیمتر.
۲-  صفحه پایه از یک ماده سخت غیر جاذب و کاملا صاف و تخت به ابعاد ۹۰×۹۰ سانتیمتر که دایره ای هم مرکز با آن به قطر ۵۰ سانتیمتر بر روی آن حک شده است.
۳- متر مدرج به طول ۱۰۰ سانتیمتر یا بیشتر
۴- کرنومتر
۵-  ماله و کمچه

محور مخروط را در مرکز صفحه تراز شده و مرطوب قرار داده و درون مخروط مرطوب می شود سپس ۶ لیتر بتن را بوسیله کمچه به داخل مخروط ریخته و سطح بتن را در بالای ان صاف می کنیم. پر کردن مخروط اسلامپ باید بدون هیچگونه تراکم داخلی و خارجی انجام شود. همچنین ریختن بتن به داخل مخروط باید به صورتی باشد که از تجمع درشت دانه ها در یک سمت مخروط و ریز دانه ها در سمت دیگر اجتناب شود. پس از پر شدن کامل، مخروط را با سرعتی ثابت که نه سریع باشد و نه آهسته به صوت قائم بالا می کشیم. بعد از بالا کشیدن مخروط قطر دایره ی ایجاد شده را ثبت می­کنیم. ثبت قطر دایره به این صورت است که میانگین قطر بزرگ و کوچک را معیار قرار می­دهیم.

توجه شود که اگر در این آزمایش زمان رسیدن قطر دایره، به ۵۰ ثبت شود به آن T₅₀ گوییم.

همانطور که در شکل می بینید؛ در برخی از مراجع گفته شده:  برای تست کردن نوع بتن خود تراکم از لحاظ جداشدگی و همگنی در آزمایش جریان اسلامپ، می توان از معیار چشمی که دارای ۴ حالت مختلف است استفاده کرد.

آزمایش حلقه j

این آزمایش به نوعی شبیه سازی عبور بتن از بین موانع بخصوص آرماتورهای متراکم موجود در قالب می باشد. از این آزمایش می توان برای تعین ویزگی عبور بتن تازه که خود متاثر از دو پارامتر اساسی تنش تسلیم و لزجت خمیری می باشد استفاده نمود. این ازمایش همراه با آزمایشهای اریمت و قیف V شکل نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

وسایل مورد نیاز

۱- مخروط ناقص مورد استفاده در آزمایش اسلامپ مطابق با استاندارد ۲- ۱۲۳۵۰ EN به ابعاد قطر کوچک ۱۰سانتیمتر، قطر بزرگ ۲۰ سانتیمتر، ارتفاع ۳۰ سانتیمتر(مانند حالت قبل)

۲- صفحه پایه از یک ماده سخت غیر جاذب و کاملاً صاف و تخت به ابعاد ۹۰×۹۰ سانتیمتر که دایره ای هم رمکز با آن به قطر ۵۰ سانتیمتر بر روی ان حک شده است.

۳- حلقه ای به قطر ۳۰ سانتیمتر که آرماتورهای به قطر ۱۴ میلیمتر با ارتفاع ۱۰ سانتیمتر وبه فاصله سه برابر اندازه حداکثر درشت دانه روی آن نصب می شوند(مطابق شکل۱). در بتن الیافی این فاصله ۳-۱ برابر طول الیاف باید در نظر گرفته شود.

۴- متر مدرج به ۱۰۰ سانتیمتر یا بالاتر

۵- ماله و کمچه

تفاوتی که این آزمایش با آزمایش جریان اسلامپ دارد تنها اینست که مخروط در حلقه قرار می­گیرد و بعد قطر عبوری ایجاد شده با قطر دایره جریان اسلامپ مقایسه می شود. در این حالت باید اختلاف عدد اندازه گیری شده با عدد جریان اسلامپ ثبت شود.

آزمایش ستون جداشدگی

آزمایش ستون جداشدگی استاتیکی، مطابق استاندارد ASTM C1610 برای برآورد مقاومت بتن خود تراکم در برابر جداشدگی استاتیکی بیان شده است. دستگاه این آزمایش همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، از یک استوانه به قطر ۲۰۰ میلیمتر و ارتفاع ۶۶۰ میلی متر تشکیل شده است که به سه قسمت تقسیم می شود.

ارتفاع قسمت های بالا و پایین، هر کدام ۱۶۵ میلی متر و ارتفاع قسمت وسط ۳۲۰ میلی متر است.

برای انجام این آزمایش، دستگاه در مدت ۲ دقیقه، تا لبه، از بتن پرشده و سپس، به مدت ۱۵ دقیقه دست نخورده رها می شود. حال قسمت بالایی ستون با یک حرکت چرخشی افقی و به کمک صفحه جمع آوری کننده که در شکل نشان داده شده است از آن جدا می شود.در مراحل بعدی بتن قسمت های دیگر جداشده و سپس، هر کدام از نمونه های قسمت های بالا و پایین بر روی الک شماره ۴ (۴٫۷۵ میلی متر) شسته می شود. در این صورت، ریز دانه ها از الک عبور کرده و درشت دانه ها باقی می مانند. سپس، با استفاده از یک پارچه جاذب بزرگ، سطح درشت دانه ها خشک می شود. سپس، وزن درشت دانه ها با دقت ۵۰ گرم اندازه گیری شده و شاخص جداشدگی استاتیکی با دقت ۰٫۱ درصد از رابطه زیر محاسبه می شود.

در رابطه بالا CAB وزن درشت دانه های قسمت پایین و CAT وزن درشت دانه های قسمت بالای دستگاه است. محدوده شاخص جداشدگی برای بتن های با مقاومت مناسب در برابر جداشدگی استاتیکی در استاندارد مشخص نشده است.

علاوه بر آزمایش های مربوط به بتن خود تراکم که در ASTM آمده، دو آزمایش موثر دیگر نیز وجود دارد که خصوصیات بتن خود تراکم را بهتر برای ما روشن می سازد.

آزمايش قيف V و آزمايش قيف V در ۵ دقيقه

اين آزمايش در كشور ژاپن و توسط Ozawa و همكاران وي ابداع شده و توسعه يافته است. در واقع از يك قيف V شكل براي اين آزمايش استفاده مي­شود و با تعيين زمان خروج بتن پر شده در آن، قابليت پر كردن ( رواني ) بدست مي آيد. حجم قيف ۱۲ ليتر و اين وسيله براي بتن هائي با حداكثر اندازه سنگدانه ۲۰ ميليمتر كاربرد دارد. گاه در ژاپن و ساير كشورها از قيفي با مقطع دايره اي استفاده شده است كه قيف O نام دارد .

در نوع ديگري از اين آزمايش، پس از پر كردن قيف اجازه مي­دهيم ۵ دقيقه در قيف بماند سپس زمان خروج بدست مي آيد كه در اين حالت زمان خروج جداشدگي را با توجه به افزايش قابل ملاحظه خود نشان مي­دهد .

وسايل آزمايش :

قيف V ، سطل يا ظرف ۱۲ ليتري، ماله ( كمچه ) ، سرتاس، كرونومتر در اين آزمايش بكار ميرود .

 نحوه انجام آزمايش :

در حدود ۱۲ ليتر بتن براي انجام آزمايش لازمست كه بايد طبق دستور استاندارد معمول، نمونه گيري شده باشد. قيف V را روي جاي محكمي قرار دهيد. سطوح داخلي آنرا مرطوب نمائيد. دريچه تحتاني را باز نگهداريد تا آب اضافي تخليه شود . سپس دريچه را ببنديد و يك سطل را زير آن بگذاريد . قيف را كاملاً با بتن بدون اعمال تراكم يا ضربه پر نمائيد و بتن اضافي آنرا با ماله يا كمچه برداشته و سطح آنرا به آرامي صاف كنيد . ۱۰ ثانيه پس از پر كردن قيف ، دريچه تحتاني را باز كنيد و زمان خروج تمام بتن را ثبت و بعنوان زمان جريان قيف V يادادشت کرده و گزارش نمائيد . وقتي ميتوان گفت كه بتن خارج شده كه اگر از بالا به داخل قيف نگاه كنيم نور را از زير ( بعلت خروج بتن ) ببينيم . كل آزمايش بايد ظرف ۵ دقيقه انجام شده باشد .

براي انجام آزمايش قيف V درT_5min (زمان ۵ دقيقه ) نبايد سطوح داخلي قيف راپس از انجام آزمايش فوق پاك كنيد يا مرطوب نمائيد بلكه بايد دريچه تحتاني را ببنديد و مجدداً قيف را با سرعت و فوراً ( پس از اندازگيري زمان جريان ) پر نمائيد . سطل را زير آن بگذاريد و با روشي كه در فوق به آن اشاره شد بايد قيف پر شده و سطح آن صاف گردد . ۵ دقيقه پس از اينكه قيف پر شد دريچه تحتاني را باز كنيد و اجازه دهيد بتن در اثر وزن خود خارج شود و زمان جريان را با روش فوق الذكر بدست آوريد . در مراحل قبلي وقتي دريچه باز مي شود بايد بطور همزمان كرونومتر را بكار انداخت و پس از خروج بتن و مشاهده نور، كرنومتر را از كار انداخت و زمان را قرائت نمود . در اين مرحله زمان جريان را “زمان جريان در زمان ۵ دقيقه” مي­نامند .

تفسير و ارزيابي نتايج آزمايش :

گرچه آزمايش قابليت جريان را اندازه گيري مي­نمايد، اما نتيجه تحت تاثير ساير خواص بتن نيز واقع مي­شود. بطور مثال اگر سنگدانه درشت زيادي در بتن موجود باشد موجب ميشود بدليل شكل قيف بخوبي جريان نيابد و انسداد صورت گيرد همچنين اگر بدليل لزجت زياد خمير و يا اصطكاك زياد بين ذرات ، بتن مانند خمير سفت ميشود و زمان جريان افزايش مي­يابد وسيله آزمايش داراي شكل ساده اي است و اثر زاويه قيف و اثر جدار بر جريان روشن نيست . نتيجه كمتر، نشانه قابليت رواني بيشتر است .

براي بتن SCC ، زمان جريان ۲± ۱۰ ثانيه مناسب در نظر گرفته شده است . شكل قيف ( مخروط وارونه ) جريان را مقيد مي­كند و زمان جريان طولاني تر برخي مشخصه هاي مخلوط را در رابطه با انسداد بدست ميدهد .

وقتي پس از ۵ دقيقه تأخير و ماندن بتن در قيف زمان جريان را اندازه ميگيريم ، جداشدگي ناشي از ته نشيني سنگدانه هاي بتن باعث افزايش جريان ميشود. افزايش بيش از ۳ ثانيه ابداً مناسب نيست و مسلماً كاهش زمان را نيز شاهد خواهيم بود.

آزمايش جعبه  L

اين آزمايش بر اساس يك طرح ژاپني براي بتن زير آب ( ترمي ) بنا نهاده شده است و توسط Petersson مورد استفاده قرار گرفته و تشريح شده است. اين آزمايش رواني بتن را مورد ارزيابي قرار مي­دهد و همچنين تا حدي قابليت انسداد بتن را در برابر ميلگردها نشان مي­دهد . دستگاه مربوطه در شكل ۵ نشان داده شده است. وسيله مورد نظر شامل يك جعبه با مقطع مستطيل و به شكل يك L ميباشد و داراي يك بخش افقي و يك قسمت قائم است كه توسط يك دريچه متحرك از يكديگر جدا شده اند . در جلوي دريچه ميلگردهائي بصورت قائم قرار دارد كه پس از باز شدن دريچه بتن بخش قائم ميتواند از دريچه و ميلگردها عبور كرده و به بخش افقي وارد شود . با توقف جريان ارتفاع بتن در انتهاي بخش افقي و بتن باقيمانده بخش قائم بدست مي‌آيد و از تقسيم ايندو برهم ، شيب بتن در حالت سكون را نشان ميدهد و قابليت عبور از ميله ها را به نمايش ميگذارد . بخش افقي مي­تواند در فواصل ۲۰۰ و ۴۰۰ ميليمتري دريچه علامت گذاري شود و زمانهاي رسيدن بتن به اين نقاط اندازه گيري گردد . اين زمانها بعنوان زمانT₄₀,T₂₀ شناخته ميشود و مشخصه اي براي قابليت پر كردن (رواني ) است .

قطر ميلگردها و فاصله آنها مي­تواند با آنچه در شكل آمده است متفاوت باشد و طبق شرايط واقعي پروژه تغيير يابد . معمولاً سه برابر حداكثر اندازه سنگدانه ميتواند فاصله مناسب تلقي شود با اين حال براي مشخص كردن قابليت عبور بتن ميتوان فواصل ديگري ( كمتر يا بيشتر ) را مد نظر قرار داد .

روش آزمايش :

 وسايل آزمايش :

دستگاه جعبه L كه با ماده محكم و غير جاذب ساخته شده است. (ترجيح دارد طلقي و از جنس Perspex , Plexiglas باشد تا درون آن ديده شود) ماله يا كمچه ، سرتاس ، كرونومتر ، خط كش

نحوه انجام آزمايش :

حدود ۱۴ ليتر بتن مورد نياز را كه طبق استاندارد نمونه گيري شده است بايد مورد استفاده قرار داد . ابتدا وسيله را روي سطح محكم و تراز ( افقي ) قرار دهيد . مطمئن شويد كه دريچه كشوئي بخوبي كار ميكند و براحتي بالا و پائين ميرود و دريچه را ببنديد. داخل قسمت قائم را آب بريزيد و دريچه را باز كنيد تا آب خارج شود و بخش افقي نيز مرطوب گردد . بهرحال آب را از دستگاه خارج كنيد. دريچه را بسته و بخش قائم را با بتن پر كنيد. اجازه دهيد بمدت يك دقيقه بتن در اين قسمت باقي بماند . سپس دريچه را باز كنيد تا بتن به بخش افقي وارد شود . همزمان بايد كرونومتر را بكار اندازيم و زمان رسيدن بتن به علامت ۲۰۰ و ۴۰۰ ميليمتري را اندازه گيري نمائیم .وقتي بتن از حركت باز ماند، ارتفاع H₂   و H₁  ( در ابتدا و انتهاي بتن ) را اندازه‌گيري نمائيد . نسبت H_{2  به}  H₁  را محاسبه كنيد. اين نسبت را ضريب انسداد يا نسبت بلوكه شدن مي­نامند. تمام آزمايش بايد ظرف ۵ دقيقه انجام شود .

تفسير و ارزيابي نتايج آزمايش :

اگر بتن همچون آب جريان يابد ۱ =H₂/H₁ ميگردد . هر چه بتن نتواند بخوبي جريان يابد و از ميلگردها رد شود نسبت مزبور از۱کمترمي­شود و از يك فاصله ميگيرد. گروه تحقيقات EU حداقل نسبت انسداد را ۸/۰ پيشنهاد داده‌ است اين نسبت مشخصه اي براي سهولت جريان را نشان ميدهد اما بطور كلي توافقي در مورد مقدار اين نسبت وجود ندارد . درصورتيكه سنگدانه هاي درشت انسداد آشكاري را در پشت ميلگردها بوجود آورد ميتوان آنرا از طريق مشاهده مشخص نمود .

آزمايش جعبه L بصورت گسترده‌اي ميتواند در آزمايشگاه مورد استفاده قرار گيرد و شايد بتوان در كارگاه نيز از آن بهره گرفت نتيجه آزمايش قابليت پر كردن و عبور را نشان ميدهد و مورد ارزيابي قرار ميگيرد . همچنين فقدان پايداري جدي ( جداشدگي ) را ميتوان با چشم مشاهده نمود . درصورتيكه جعبه از نوع طلقي و قابل مشاهده نباشد بايد آنرا بريد و داخل آنرا ديد .

متاسفانه فعلاً در مورد جنس ، ابعاد و ميلگردهاي دستگاه توافقي وجود ندارد . بنابراين مقايسه نتايج موجود در تحقيقات ، مشكل بنظر ميرسد روشن نيست كه اثر جداره دستگاه بر رواني بتن چگونه است ، اما قطر و فاصله ميلگردها تا حدي بايد مشابه وضعيت معمول در كارگاه باشد .

براي آزمايش دو نفر آزمايشگر ( بويژه براي اندازه گيري زمان ) لازم است . خطا تا حدي در اين آزمايش از جانب آزمايشگر غير قابل اجتناب است .

محمد طاهری فرد

۹۷/۱۲/۱۶