روش و راه های افزایش مقاومت بتن های سبک

راه های افزایش مقاومت بتن های سبک

توليد سيمان كه ماده اصلي چسبندگي در بتن است در سال 1756 ميلادي در كشورانگلستان توسط «John smeaton» كه مسئوليت ساخت پايه برج دريايي «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهايت سيمان پرتلند در سال 1824ميلادي در جزيره اي به همين نام در انگلستان توسط «JosephAspdin » به ثبت رسيد . مردم كشور مانيز از سال 1312 با احداث كارخانه سيمان ري با مصرف سيمان آشنا شدند و با پيشرفتصنايع كشور ، امروزه در حدود 26 الي 30 ميليون تن سيمان در سال توليد مي گردد . باآگاهي مهندسان از نحوه استفاده سيمان در كارهاي عمراني ، اين ماده جايگاه خودش رادر كشورمان پيدا كرد .

يكي از روشهاي ساختمان سازي كه امروزه در جهان به سرعت توسعه مي يابدساختمانهاي بتني است . بعد از انقلاب اسلامي به علت كمبود تير آهن در نتيجهتحريمها و نيز گسترش ساخت و سازهاي عمراني در كشور ، كاربرد بتن بسيار رشد نمود .علاوه بر اين موضوع ساختمانهاي بتني نسبت به ساختمانهاي فولادي داراي مزايايي ازقبيل مقاومت بيشتر در مقابل آتش سوزي و عوامل جوي ( خورندگي ) آسان بودن امكانتهيه بتن به علت فراواني مواد متشكله بتون و عايق بودن در مقابل حرارت و صوت ميباشند كه توسعه روز افزون اين نوع ساختمانها را فراهم مي سازد .

يكي از معايب مهم ساختمانهاي بتني وزن بسيار زياد ساختمان مي باشد كه باميزان تخريب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقيم دارد . اگر بتوانيم تيغه هاي جداكننده و پانل ها را از بتن سبك بسازيم وزن ساختمان و در نتيجه آن تخريب ساختمانتوسط زلزله مقدار زيادي كاهش مي يابد . ولي كم بودن مقاومت بتن سبك عامل مهمي درمحدود نمودن دامنه كاربرد اين نوع بتن و بهره گيري از امتيازات آن بوده است .استفاده از ميكروسيليس در ساخت بتن سبك سبب شده است كه مقاومت بتن سبك بالا رود واين محدوديت كاهش يابد . در اين تحقيق ضمن توضيحاتي در مورد بتن و تاثير آب بر رويمقاومت بتن ، بيشتر در باره بتن سبك و روشهاي افزايش مقاومت آن با استفاده ازميكروسيلس ، خواص مكانيكي و همچنين موارد كاربرد آن بحث مي شود .

1- سيمان

- سيمان توليد شده در كشور ما با سيمان توليد شده در كشورهاي صنعتي متفاوتاست كه لازم است تفاوت آن تا حد ممكن بررسي شود .

- طبقه بندي سيمانها شناسايي شود .

-  عدم تنوع در كيفيت سيمان نشانه ضعفهايي از سيستمساخت و ساز مي باشد .

-  عدم استفاده از سيمان با كيفيت بالا از عواملاوليه عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح مي باشد .

2 – شن و ماسه

- معيارها و آئين نامه هاي توليد كلان شن و ماسه بررسي شود .

- توليد كلان  شن و ماسه در كشور ما از نظر معيار و رعايت آئيننامه هاي توليد بررسي شود .

-  معايب شن و ماسه توليدي در كشور در حد كلان بدلائلزير آنرا در درجه دوم و يا سوم كيفيت قرار مي دهد .

الف : وجود گرد و غبار

 ب : عدم شستشو

ج : دانه بندي نا صحيح

د : استفاده از شن و ماسه رودخانه اي بجاي شن و ماسه شكسته .

 - استفاده از شن و ماسه درجه 2 ويا 3 از عوامل ثانوي عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح مي باشد .

افزايش مقاومت بتن مد نظر تمام دست اندركاران صنعت توليد بتن مي باشد .

ساختار بتن :

 - بتن داراي چهار ركن اصلي ميباشد كه به صورت مناسبي مخلوط شده اند ، اين چهار ركن عبارتند از :
الف : شن

ب : ماسه

ج : سيمان

د : آب

 - در برخي شرايط براي رسيدن به هدفي خاص مواد مضافبه آن اضافه مي شود كه جزﺀ اركان اصلي بتن به شمار نمي آيد .

- توده اصلي بتن مصالح سنگي درشت و ريز ( شن و ماسه ) مي باشد .

-  فعل و انفعال شيميايي بين سيمان و آب موجب مي شودشيرابه اي بوجود آيد و اطراف مصالح سنگي را بپوشاند و مصالح سنگي را بصورت يكپارچهبهم بچسباند .

 -  استفاده از آب براي ايجاد واكنش شيميايي است .

-  براي ايجاد كار پذيري لازم بتن مقداري آب اضافياستفاده مي شود تا بتن با پر كردن كامل زواياي قالب بتواند دور كليه ميلگرد هايمسلح كننده را بگيرد .

 -  جايگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هيدراتاسيون داراي حساسيتبسيار زيادي است .

ويژگيهاي آب مصرفي بتن :

- آب هاي مناسب براي ساختن بتن

1- آب باران

2- آب چاه

3- آب بركه

4- آب رودخانه در صورتي كه به پسابهاي  شيميايي كارخانجات آلوده نباشد و غيره …

بطور كلي آبي كه براي نوشيدن مناسب باشد براي بتن نيز مناسب است باستثناﺀ مواردي كه متعاقبا توضيح داده خواهد شد .

    - آبهاي نا مناسب براي ساختن بتن

 1- آبهاي داراي كلر ( موجب زنگ زدگي آرماتور مي شود )

2-  آبهايي كه بيش از حد به روغن و چربي آلوده ميباشند .

3-  وجود باقيمانده نباتات در آب .

4-  آب گل آلود ( موجب پايين آوردن مقاومت بتن مي شود)

5-  آب باتلاقها و مردابها

 6-  آبهاي داراي رنگ تيره و بدبو

 7-  آبهاي گازدار مانند2 co و…

8- آبهاي داراي گچ و سولفات و يا كلريد موجب اثر گذارينا مطلوب روي بتن مي شوند .

نكته : 1- آبي كه مثلا شكر در آن حل شده است براي نوشيدن مناسب است وليبراي ساخت بتن مناسب نيست .

نكته : 2- مزه بو و يا منبع تهيه آب نبايد به تنهايي دليل رد استفاده ازآب باشد .

نكته : 3- ناخالصيهاي موجود در آب چنانچه از حد معين بيشتر گردد ممكن استبشدت روي زمان گرفتن بتن ، مقاومت بتن ، پايداري حجمي آن ، اثر بگذارد و موجب زنگزدگي فولاد شود .

نكته : 4- استفاده از آب مغناطيسي بعنوان يكي از چهار ركن اصلي مخلوط بتنمي تواند بعنوان تاثيرگذار بر روي يارامترهاي مقاومت بتن انتخاب گردد .

تمايز بتن از نظر چگالي :

الف : بتن معمولي : چگالي بتن معمولي در دامنه باريك 2200 تا 2600 kg/m3 قرار دارد زيرا اكثر سنگها در وزن مخصوص تفاوت اندكي دارند (ادامه اين مبحث از بحث ما خارج است )

ب : بتن سنگين : از اين بتنها در ساختمان محافظهاي بيولوژيكي بيشتراستفاده مي شود مانند ساختار ، آكتورهاي هسته اي و پناهگاههاي ضد هسته اي كه موردبحث ما نمي باشد كه چگالي آن معمولا بيشتر از 2200 تا 2600 كيلوگرم بر متر مكعب ميباشد .
ج : بتن سبك : مصرف بتن سبك اصولا تابعي از ملاحظات اقتصادي است ضمن اينكه استفادهاز اين بتن بعنوان مصالح ساختماني داراي اهميت بسيار زيادي است اين بتن دارايچگالي كمتر از 2200 تا 2600 كيلوگرم در متر مكعب مي باشد . بدليل اينكه دارايچگالي كمتر از بتن سنگين است داراي امتياز قابل توجهي از نظر ايجاد بار وارده برسازه مي باشد چگالي بتن سبك تقريبا بين 300 و 1850 كيلوگرم بر متر مكعب مي باشديكي از امتيازات مهم امكان استفاده از مقاطع كوچكتر و كاهش مربوطه در اندازه پي هامي باشد ضمن اينكه قالبها فشار كمتري را از حالت بتن معمولي تحمل مي كنند و همچنيندر كاهش جابجايي كل وزن مصالح بدليل افزايش توليد جايگاه ويژه اي دارد .

روش هاي كلي توليد بتن سبك :

- روش اول : از مصالح متخلخل سبك با وزن مخصوص ظاهري كم بجاي سنگدانهمعمولي كه تقريبا داراي چگالي 6/2 مي باشد استفاده مي كنند .

 -  روش دوم : بتن سبك توليد شده در اين روش بر اساس ايجاد منافذ متعدد درداخل بتن يا ملات مي باشد كه اين منافذ بايد به وضوح از منافذ بسيار ريز بتن باحباب هوا متمايز باشد كه بنام بتن اسفنجي ، بتن منفذ دار و يا بتن گازي يا بتنهوادار مي شناسند .

- روش سوم : در اين روش توليد ، سنگدانه ها ي ريز از مخلوط بتن حذف ميشوند . بطوريكه منافذ متعددي بين ذرات بوجود مي آيد و عموما از سنگدانه هاي درشتبا وزن معمولي استفاده مي شود . اين نوع بتن را بتن بدون سنگدانه ريز مي نامند .

نكته : كاهش در وزن مخصوص در هر حالت به واسطه  و جود منافذ يا در مصالح يا در ملات و يا در فضاي بين ذرات درشت موجبكاهش مقاومت بتن مي شود .

طبقه بندي بتن هاي سبك بر حسب نوع كاربرد آنها :

- بتن سبك بار بر ساختمان

 -  بتن مصرفي در ديوارهاي غير بار بر

-  بتن عايق حرارتي

نكته 1- طبقه بندي بتن سبك بار بر طبق حداقل مقاومت فشاري انجام مي گيرد .

مثال : طبق استاندارد 77 – 330 ASTMC در بتن سبك ---- مقاومت فشاريبر مبناي نمونه هاي استوانه اي استاندارد از    شده پس از 28 روز نبايد كمتر از Mpa17 باشد . و وزن مخصوص آن نبايداز 1850 كيلوگرم بر متر مكعب تجاوز نمايد كه معمولا بين 1400 او 1800 كيلوگرم برمتر مكعب است .

نكته : 2- بتن مخصوص عايق كاري معمولا داراي وزن مخصوص كمتر از 800كيلوگرم بر متر مكعب و مقاومت بين 7/0 و Mpa 7مي باشد .

انواع سبك دانه هايي كه به عنوان مصالح در ساختار بتن سبك استفاده مي شود :

الف -  سبك دانه هاي طبيعي : مانند دياتومه ها ، سنگ پا ،پوكه سنگ ، خاكستر ، توف كه بجز دياتومه ها بقيه آنها منشاﺀ آتشفشاني دارند .

نكته :1- اين نوع سبك دانه ها معمولا بدليل اينكه فقط در بعضي از جاهايافت مي شوند به ميزان  زياد مصرف نمي شوند ، معمولا از ايتاليا و آلماناينگونه مصالح صادر مي شود .

نكته : 2- از انواعي پوكه معدني سنگي كه ساختمان داخلي آن ضعيف نباشد بتنرضايت بخشي با وزن مخصوص 700 تا 1400 كيلو گرم بر متر مكعب توليد مي شود كه خاصيتعايق بودن آن خوب مي باشد اما جذب آب و جمع شدگي آن زياد است . سنگ پا نيز دارايخاصيت مشابه است .

ب -  سبك دانه هاي مصنوعي : اين سبك دانه ها به چهارگروه تقسيم مي شوند .

 - گروه اول : كه با حرارت دادن ومنبسط شدن خاك رس ، سنگ رسي ، سنگ لوح ، سنگ رسي دياتومه اي ، پرليت ، اسيدين،ورميكوليت بدست مي آيند .

 - گروه دوم : از سرد نمودن ومنبسط شدن دوباره كوره آهن گدازي به طريقي مخصوص بدست مي آيد .

 - گروه سوم : جوشهاي صنعتي (سبكدانه هاي كلينكري) مي باشند .

- گروه چهارم : مخلوطي از خاك رس با زباله خانگي و لجن فاضلاب پردازش شدهرا مي توان به صورت گندوله در آورد تا با پختن در كوره تبديل به سبك دانه شود ولياين روش هنوز به صورت توليد منظم در نيامده است .

الزامات سبكدانه ها بتن سازه اي :

الزامات سبكدانه ها در آيين نامه هاي ASTMC330-89 ( مشخصات سبكدانه ها براي بتنسازه اي در آمريكا ) و BS3797:1990 ( مشخصات سبكدانه ها براي قطعات بنايي و بتن سازه اي در بريتانيا ) دادهشده اند . در استاندارد بريتانيايي مشخصات واحدهاي بنايي نيز مورد بحث قرار گرفتهاست . اين آيين نامه ها محدوديتهايي براي افت حرارتي ( 5% درASTM و4% در BS)وهمچنين در BS برايمقدار سولفات  1% 3 so  (به صورت جرمي ) را مشخص نموده اند .

ذكر اين نكات براي فهم بهتر مفيد است :

1- آيين نامه BS1047:7983 مشخصات دوباره در هواي سرد شده ، كه منبسط نشده است را در بر مي گيرد .

2- سبكدانه هاي به كار رفته در بتن سازه اي ، صرفنظر از منشأ آنهاتوليداتي مصنوعي مي باشند و در نتيجه معمولا يكنواخت تر از سبكدانه طبيعي مي باشند. بنابراين سبكدانه را مي توان براي توليد بتن سازه اي با كيفيت ثابت مورد استفادهقرار داد .
نكته : سبكدانه ها داراي خصوصيت ويژه اي هستند كه سنگدانه هاي معمولي فاقد آن ميباشند و در رابطه با انتخاب نسبتهاي  مخلوط و خواص مربوطبه بتن حاصل داراي اهميت ويژه اي مي باشند .اين ويژگي عبارتست از توانايي سبكدانهها در جذب مقادير زياد آب و همچنين امكان نفوذ مقداري از خمير تازه سيمان به درونمنافذ باز ( سطحي ) ذرات سبكدانه (مخصوصا ذرات درشت تر ) در نتيجه اين جذب آب توسطسبكدانه ، وزن مخصوص آنها زيادتر از وزن مخصوص ذراتي مي شود كه در گرمچال خشك شده اند .

روشهاي افزايش مقاومت بتن سبك :

كم بودن مقاومت بتن سبك عامل مهمي در محدود نمودن دامنه كاربرد اين نوعبتن و بهره گيري از امتيازات آن بوده است براي بدست آوردن بتن سبك با مقاومت زيادروشهاي زيادي مورد توجه قرار گرفته است .

نكته : عامل موثر و مشترك در كليه اين پژوهشها مصرف ميكروسيليس در بتن ميباشد . در اينجا اجمالا به چند روش اشاره مي گردد :

1- تحقيقات مشترك V.Novokshchenovو W.Whitcomb جهتافزايش مقاومت بتن سبك و بهبود ديگر خواص آن با استفاده از سبكدانه هاي سيليسيمنبسط شده ، به اعتقاد آنان مقاومت بتن سبك تابعي از مقاومت سبكدانه ها و ملات استكه اين رابطه به صورت ذيل ارائه گرديد .

fc = fm (vm)+fa (1-vm)

fc = مقاومت بتن    fa =مقاومت سبكدانه

fm = مقاومت ملات  vm = حجم نسبي ملات

بدين ترتيب مشاهده مي شود كه مي توان با افزايش مقاومت سبكدانه و مقاومت وحجم ملات مقاومت بتن سبك را افزايش داد .