مشخصات طرح اختلاط بتن در نواحی سواحل خلیج فارس

بتن از مصالح متخلخل و نفوذپذير محسوب مي‌شود. نفوذپذيريبتن در مقاومت آن  در برابر تهاجم عناصرمخرب مانندCl^-,SO₃^--,CO₂  و ... اثر مي‌گذارد. نفوذپذيري بتن تحت تأثيرماهيت منافذ از نظر اندازه و ارتباط بين منافذ است. با افزايش اندازه منافذ وارتباط بيشتر منافذ، به نفوذپذيري بتن افزوده مي‌شود. منافذ مويينه و منافذ هوايناخواسته (تا حدود 3 ميليمتر) اثر چشمگيري در نفوذپذيري بتن دارند.

مهمترين عوامل اثرگذار در نفوذپذيري بتن، نسبت آب بهسيمان، مقدار سيمان و دانه بندي مصالح سنگي است. البته نوع سيمان، ميزان تراكم ونحوه آن و نيز عمل‌آوري از عوامل اثرگذار در نفوذپذيري بتن مي‌باشند كه درقسمت هايمربوط در مورد آنها مطالبي آورده شده است.

3-1- نسبت آب به سيمان

بتني كه داراي مقاومت كافي باشد و به نحو صحيح ساخته، ريخته و عمل‌آوريشده باشد، در شرايط معمولي دوام كافي خواهد داشت. اما در صورتي كه به لحاظ شرايطمحيطي، دوام بتن اهميت زيادي پيدا مي‌كند، نسبت آب به سيمان يكي از عواملتأثيرگذار در دوام خواهد بود. نسبت آب به سيمان، تعيين كننده نفوذپذيري بتن است وهمان‌طوري كه قبلاً ذكر شد، نفوذپذيري نقش اصلي و تأثير قابل ملاحظه‌اي در برابرحمله مواد مهاجم به عهده دارد.

به طور خلاصه برخي مزاياي ناشي از كاهش مقدار آب در بتن و در نتيجهكاهش نسبت آب به سيمان، به شرح زير است :

الف) بهبود خواص مكانيكي بتن

ب) كاهش نفوذپذيري بتن

ج) افزايش دوام بتن در برابر تهاجم عوامل خورنده محيطي

د) چسبندگي مطلوبتر بين بتن و ميلگرد

ه) كاهش اثر تغييرات حجمي بر اثر تروخشك شدن

لذا هر قدر كه آب كمتري در اختلاط بتن طرح شود ، كيفيت بتن بهتر خواهدشد، به شرطي كه بتوان آن را به‌ طور صحيح متراكم نمود. زيرا  هر چه ميزان آب كمتر باشد مخلوط ناكاراتري بهدست خواهد آمد كه براي جا دادن آن درون قالب و بين ميلگرد به انرژي تراكمي وارتعاشي بيشتري نياز است.

در مناطق گرمسير با افزايش دماي بتن، سرعت افت اسلامپ افزايش مي‌يابد وبراي جبران اين افت، به دليل عدم آگاهي در مورد اثرات نامطلوب افزايش نسبت آب بهسيمان روي خواص بتن در كارگاه، آب بيشتري به مخلوط اضافه مي‌كنند. افزودن آب رويخواص بتن اثر نامطلوب دارد. كاهش مقاومت، افزايش نفوذپذيري، افزايش تمايل به جمع‌شدگيخميري در بتن تازه و جمع‌شدگي ناشي از خشك شدن در بتن سخت‌شده و ترك خوردن بتن براثر آن و عملكرد نامطلوب در برابر حمله مواد مهاجم از جمله اين آثار است.

بنابراين نسبت آب به سيمان براي بتن ريزي درمناطق گرم و خورنده بايدكاملاً محدود و تحت كنترل باشد. از طرف ديگر، نسبت كم آب به سيمان و بتن با كاراييكم، باعث مشكلات اجرايي بتن‌ريزي در اين مناطق است.  بنابراين در اين مناطق بايد با  تدابير خاص مثلاً استفاده از روان‌كننده‌ها و  فوق‌روان‌كننده‌ها براي  حصول كارايي و رواني اقدام نمود.                    

بنابراين در مواردي كه بتن، در معرض تهاجم عوامل خورندهاست، بايد نسبت آب به سيمان را به كمترين حد ممكن رساند، به نحوي كه بتوان بيشترينتراكم را بدست آورد.

3-2- مقدار سيمان

شرايط محيطي خورنده در مناطق حاشيه خليج فارس ايجاب مي‌كندكه غير از محدوديت در نسبت آب به سيمان، حداقل مقدار سيمان نيز محدود گردد. مقدارمناسب سيمان در بتن با نسبت كم آب به سيمان باعث مي‌شود تا غلظت خميرسيمان بيشترگردد و فضاي كمتري براي آب موجود باشد و در نتيجة نزديك شدن ذرات سيمان به يكديگر،پس از هيدراتاسيون، منافذ ريزتري در بتن ايجاد گردد كه بر اثر ادامه واكنشهيدراتاسيون اين منافذ ريز هم مسدود مي‌گردد. از طرف ديگر، مقدار مناسب سيمان درمخلوط سبب تراكم بهتر و عدم جداشدگي دانه‌ها مي‌شود و نفوذپذيري كاهش مي‌يابد.

گر چه بايد در نظر داشت كه نبايد مقدار سيمان آنقدر زيادباشد كه باعث جمع‌شدگي در مقاطع نازك و تنش‌هاي حرارتي در مقاطع ضخيم بشود. مقدارزياد سيمان با وجود نسبت آب به سيمان ثابت موجب افزايش مقدار آب و حجم خمير سيماندر بتن مي‌شود و بدليل جمع‌شدگي بيشتر و افزايش حجم حفرات مويينه در واحد حجم بتن،نفوذپذيري افزايش مي‌يابد و از دوام و مقاومت آن مي‌كاهد.

3-3- مصالح سنگي

خصوصيات فيزيكي سنگدانه‌ها مانند حداكثر اندازه و شكلسنگدانه‌ها نقش مهمي در ميزان نفوذپذيري بتن دارد. سنگدانه‌ها در مقابل جمع‌شدگيخمير سيمان قيد ايجاد مي‌كنند و در نتيجه در وجه مشترك خمير سيمان و سنگدانه‌ها(فاز انتقالي) تركهاي ميكروسكوپي به وجود مي‌آيد. هر چه اندازه سنگدانه‌ها افزايشيابد،  ترك‌هاي بزرگتري ايجاد مي‌گردد،  زيرا قيد بيشتري در مقابل جمع شدگي به وجود مي‌آيد.با ثابت بودن نسبت آب به سيمان، افزايش نسبت سنگدانه به سيمان تأثير زيادي درافزايش دوام بتن دارد. همچنين نسبت ريزدانه به كل سنگدانه‌ها بر كارايي، تراكم، آب‌انداختگيو جداشدگي ذرات بتن تأثير بسيار زيادي دارد. درصورتي كه مقدار ماسه در حد مناسبنباشد، كارايي بتن كاهش مي‌يابد. مقدار ماسه بيش از حد بهينه، نياز به آب يا سيمانبيشتري دارد تا كارايي لازم به دست آيد و مقدار ماسه كمتر از مقدار بهينه، باعثجداشدگي دانه‌ها مي‌گردد. بنابراين تعيين نسبت صحيح ماسه و شن در طرح اختلاط برايكاهش نفوذپذيري بسيار با اهميت است. همچنين وجود رس و مواد گذشته از الك شماره200  تأثير بسزايي در ميزان كارايي، جمعشدگي و دوام بتن دارد و ضمناً مي‌تواند اثرات نامطلوبي نيز بر مقاومت داشته باشد.لذا مقادير اين مواد نيز بايد محدود به مقادير مجاز در آيين نامه‌ها باشد. 

ارائه يك نسبت مخلوط كلي و عمومي براي انواع سازه‌هايبتني، در شرايط مختلف محيطي در منطقه خليج فارس شايد غير‌ممكن باشد. به دليل اينكهخواص بتن تازه و سخت شده متأثر از عوامل متعددي است كه گاه كنترل بعضي از آنها غيرممكن مي‌نمايد و نيز بسته به نوع كاربري سازه و ميزان باربري مورد نظر در طراحي،پارامترهاي زيادي را مي‌توان تغيير داد تا به خواص معين و مطلوب رسيد.  لذا ارائه يك نسبت اختلاط عمومي شايد دور ازذهن باشد. از طرف ديگر، ارائه نسبت اختلاط مناسب براي انواع سازه‌ها و بخصوص با درنظر داشتن دوام بتن در شرايط خورنده، نيازمند تحقيقات جامع و مشاهدات كافي است كهمتأسفانه در كشور ما چنين رويكردي وجود ندارد. البته از مدتي قبل توسط مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، مطالعاتي به منظورارائه طرح اختلاط بتن با دوام در شرايط محيطي خليج فارس آغاز شده و هنوز ادامهدارد.  بر اساس نتايج اين تحقيقات و مقايسهآن با محدوديت‌هاي طرح اختلاط بتن در شرايط گرم و خورنده در آيين‌نامه‌هاي معتبرديگر با شرايط محيطي مشابه منطقه خليج فارس، در جدول        (3-2‌)  يكسري از محدوديت‌ها در انتخاب مقدار سيمان ونسبت آب به سيمان و ميزان پوشش بتن با توجه به شرايط محيطي كه سازه در معرض آنقرار مي‌گيرد(جدول 3-1) ، ارائه شده است. مقادير اين جدول بر اساس دانه‌بندي با حداكثر اندازه 25-20 ميليمتر ارائهشده است. دانه بندي با حداكثر اندازه 20  ميليمتر در بتن‌هاي مسلح معموليدر اين مناطق انتخاب مناسبي است. البته آيين‌نامه آبا استفاده از سنگدانه باحداكثر اندازه 38 ميليمتر را در بتن مسلح مجاز دانسته است. همچنين براساس جدول (3-3) و (3-4) ،  محدوده دانه‌بندي درشت دانه وريزدانه بر اساس استاندارد ملي ايران پيشنهاد گرديده ‌است. بايد توجه داشت كه نوعدانه‌بندي و ميزان ريزدانه و درشت دانه، اثر زيادي در خواص فيزيكي و مكانيكي بتندارد و لذا بسته به مشخصات طراحي مي‌تواند تغيير نمايد. حتي نوع سنگدانه‌ها نيز برخواص بتن تازه و سخت شده مؤثر است. لذا ارائه يك محدوده خاص در ميزان ريزدانه ودرشت دانه و با توجه به نوع دانه‌بندي كاربردي نخواهد بود و طراح بايد با توجه بهخواص سنگدانه‌ها و نيز محدوديت هاي طراحي و روشهاي مناسب طرح اختلاط و بر اساسمخلوط‌هاي آزمايشي، محدوده دانه‌بندي و ميزان سنگدانه‌ها را معين كند.

توصيه مي‌شود در طرح اختلاط بتن، بافت دانه‌بندي مخلوطدرشت نباشد تا جداشدگي و آب‌انداختگي و جمع‌شدگي كاهش يابد.

جدول3-1-  دسته بندي شرايط محيطي كه سازه درمعرض آن قرار دارد .

طبقه‌بنديبر اساس آبا با در نظر گرفتن شرايط منطقه تقسيم‌بندي شده است.

جدول 3-2 - حداقل مقدار سيمان، نوع سيمان، نسبت آب بهسيمان و حداقل ميزان پوشش با توجه به دسته‌بندي شرايط محيطي

*مواد جايگزين سيمانشامل دوده سيليس، روباره، خاكستر بادي و پوزولانهاي طبيعي يا مصنوعي هستند كه بايدمشخصات آنها و عملكرد آنها قبل از مصرف تأييد شده باشد.

در صورتي كه حفاظت هايسطحي اعمال شود، از مقادير ذكر شده مي‌توان تا mm 20  كاهش داد.

اگر ردة بتن به اندازة5 مگاپاسكال بالاتر از حداقل رده باشد، مي‌توان 5 ميليمتر از مقدار پوشش كاهش داد.مشروط بر اينكه اندازة پوشش ميلگرد از 25 ميليمتر در محيط متوسط، 35 ميليمتر درمحيط شديد و 50 ميليمتر در محيط فوق‌العاده شديد كمتر نشود.

  براي ميلگرد با قطر بيش از 36 ميليمتر مقاديرپوشش بايد 10 ميليمتر اضافه شود.

در صورت مصرف حباب‌زامي‌توان حداقل رده بتن را 5 مگاپاسكال كاهش داد.

حداكثر مقدار مواد سيماني به 425 كيلوگرم در متر مكعبمحدود مي‌گردد. در صورت لزوم استفاده از مواد سيماني به مقدار بيش از حداكثر مقدارمجاز بايد اقدامهاي لازم به منظور جلوگيري از ترك خوردن ناشي از خشك شدن و جمع‌شدگيحرارتي در قطعات ضخيم اعمال گردد و كيفيت كار توسط مهندس ناظر تأييد گردد.

جدول3-3 - الزامات اجباري دانه بندي سنگدانه ريز براي بتن

جدول3-4 – محدوده دانه بندي سنگدانه درشت  (درصد رد شده) براي ساخت بتن مسلح معمولي سازهاي در منطقه

جدول فوق بر اساسالزامات ذكر شده در استاندارد ملي ايران تنظيم شده است.