scc یا بتن های خودمتراکم

تعریف بتن خود متراکم

طبق تعریف انجمن بتن ایالات متحده بتن خودمتراکم «بتنی با کارایی زیاد و عدم جداشدگی است که می‌تواند در محل مورد نظر ریخته شده، فضای قالب را پر کند و اطراف آرماتورها را بدون نیاز به تراکم مکانیکی فرا بگیرد». به‌طور کلی بتن خودمتراکم با مصالح بتن معمولی ساخته می‌شود و در برخی موارد برای ساخت آن علاوه بر مقادیر نسبتاً زیاد فوق روان‌کننده، از افزودنی لزجت دهنده نیز استفاده می‌شود.

خصوصیات بتن خودتراکم

قابلیت پر کنندگی: که به مفهوم قابلیت جاری شدن بتن خودتراکم تحت وزن خود و پر کردن تمام فضای درون قالب است.

قابلیت عبور کردن: قابلیت عبور کردن از موانع مانند مقاطع نازک، قالب، میلگردها با فاصله کم از یکدیگر، بدون جدا شدن و مسدود شدن که ناشی از چفت و بسته شدن ذرات سنگدانه است.

مقاومت در برابر جدا شدن: این خاصیت به پایداری نیز موسوم است و قابلیت این بتن به باقی ماندن به صورت همگن در مدت انتقال و بتن ریزی است.

مزایا و معایب بتن خود تراکم

ازمزایای متعددی برخوردار است که بخشی از آن ها به شرح زیراست:  scc

قابلیت جاری شدن در میان میلگردهای متراکم و در قالب ها با شکل پیچیده

کاهش هزینه ساخت به دلیل بی نیازی به ویبره کردن و نیز عملیات کمتر در پرداخت سطح

انعطاف پذیری بیشتر در پخش شدن در قالب ها و در نتیجه نیاز کمتر به تعدد نقاط بتن ریزی

حصول بتن یکنواخت و همگن و در نتیجه بهبود خواص مکانیکی و دوام

کاهش آلودگی صوتی به دلیل حذف ویبره کردن

سرعت بیشتر در ساخت به دلیل حذف زمان ویبره کردن

بهبود سطح بتن مجاور قالب و در نتیجه حذف تعمیر جهت رفع منافذ سطحی

کاهش مصرف مقدار سیمان با طراحی مناسب مخلوط بر اساس چگالی انباشتگی

هرچند بتن خود تراکم از مزایای مهمی برخوردار است اما معایبی هم دارد که با انتخاب مناسب مصالح، مواد و طرح مخلوط می توان معایب را به حداقل رساند.

معایب

افزایش هزینه قالب ها به دلیل افزایش احتمالی فشار بر روی قالب

نیاز به منابع انسانی ماهر و متخصص در هنگام انتخاب مصالح، طرح مخلوط، انجام دادن آزمایش ها و اجرا

افزایش ریسک و عدم قطعیت به دلیل استفاده از مواد جدید مانند نسل جدید فوق روان کننده، ماده اصلاح کننده ویسکوزیته و پودر سنگ

افزایش الزامات کنترل کیفیت

احتمال تغییرات عمده در خواص بتن تازه و سخت شده به دلیل کوچکترین تغییر در نوع و مقدار مواد مصرفی

مواد تشکیل دهنده بتن خودمتراکم شونده

به طور کلی بتن خود تراکم از مصالحی مشابه مصالح بتن معمولی مانند سیمان،آب، شن و ماسه به همراه مواد افزودنی فوق روان کننده و مواد تامین کننده گرانوی یا اصلاح کننده لزجت ساخته می شود.

الف) سیمان

اگر از نظر شرایط محیطی و دوام، محدودیتی در انتخاب سیمان نداشته باشید می توانید از تمام انواع سیمان های پرتلند استفاده کنید.

ب) سنگدانه

استفاده از هر اندازه حداکثر سنگدانه در ساخت بتن خود متراکم مجاز است اما توصیه می شود برای حفظ پایداری مخلوط، اندازه حداکثر به ۲۰ میلیمتر محدود شود.

تمامی ماسه های رایج در تولید بتن معمولی نظیر ماسه سیلیسی و آهکی نیز در تولید بتن خود متراکم مورد قبول است. سنگدانه های شکسته و دانه بندی پیوسته با تمامی رنج اندازه ها به دلیل درگیری و قفل و بست بین ذرات مقاومت بتن خود متراکم را افزایش می دهند اما استفاده از سنگدانه های گردگوشه و دانه بندی گسسته به دلیل کاهش اصطکاک داخلی و درگیری سنگدانه ها سبب بهبود روانی بتن می شود و مطلوب تر است.

ج) ماده تامین کننده گرانوی یا اصلاح کننده لزجت

برای افزایش قابلیت جاری شدن و پخش شدن مخلوط بتن باید ماده ای به آن اضافه کرد تا گرانوی آن تامین شود یعنی ماده تحت وزن خود به راحتی جاری شود.

این ماده می تواند پودر سنگ های خنثی نظیر آهکی، بازالت و کوارتز باشد که از آسیاب کردن سنگ ها و سیمان پرتلند آهکی حاصل می شود. هیچ گونه ترکیب زیان آوری نباید در ترکیب پودرها وجود داشته باشد. دانه بندی پودرها می تواند ریزدانه تر، درشت دانه تر و یا مشابه دانه بندی سیمان پرتلند باشد.

هم چنین می توان از ماده افزودنی شیمیایی اصلاح کننده لزجت یا گرانوی نیز استفاده کرد. افرودنی اصلاح کننده لزجت سبب کاهش خطر جداشدگی بتن خود متراکم می شود. ترکیب پودر سنگ و پودرهای فعال و ماده اصلاح کننده به صورت هم زمان جهت رسیدن به گرانوی مناسب نیز امکان پذیر است.

د) ماده تامین کننده روانی

برای تامین روانی مخلوط بتن باید از مواد افزودنی فوق روان کننده ممتاز مانند پلی کربوکسیلات استفاده کرد.

آزمایش های بتن خود متراکم

کارایی بتن، اختلاط آسان بتن، جای دهی آن، تراکم پذیری و پرداخت سطح بتن تازه را نشان می دهد. کارایی بتن خودمتراکم توسط آزمایش های ویژه ای مورد ارزیابی قرار می گیرد. این آزمایش ها سه خصوصیت اصلی بتن خودمتراکم یعنی قابلیت  پرکنندگی، قابلیت عبور و پایداری مخلوط را بررسی می کنند.

الف) آزمایش جریان در حالت آزاد

آزمایش جریان آزاد جهت بررسی قابلیت پر کنندگی بتن خودمتراکم است. در این آزمایش میزان توانایی بتن در جریان یافتن و پرکردن همه فضاهای داخل قالب تحت وزن خود سنجیده می شود. به کمک این آزمایش می توان روش بتن ریزی و فاصله مجاز بین نقاط بتن ریزی را تعیین کرد.

آزمایش جریان اسلامپ (پهن شدگی اسلامپ)

آزمایش جریان اسلامپ نخستین بار در کشور ژاپن برای بررسی بتن های اجرا شده در زیر آب اجرا شد و امروزه از متدال ترین آزمایش های بتن خود تراکم است. به کمک این آزمایش می توان قابلیت جاری شدن بتن تازه تحت اثر وزن خود بدون هیچ مانعی تنها با وجود اصطکاک صفحه جریان را ارزیابی کرد.

برای انجام این آزمایش داخل مخروط تمیز و مرطوب شده و حدود ۶ لیتر بتن درون آن ریخته می شود. مخروط ناقص اسلامپ ۲۰۰ میلی متر قطر در پایین ، ۱۰۰ میلی متر قطر در بالا و ۳۰۰ میلی متر  ارتفاع دارد. قطر صفحه انتخابی نیز فلزی و غیر جاذب، باید حداقل ۷۰۰ میلی متر باشد که روی آن قطر ۵۰۰ میلی متر به طور مشخصی نشانه گذاری شده باشد.

مخروط با سرعت ثابت بالا آورده شده تا بتن خودتراکم بر روی صفحه پخش شود. قطر دایره ایجاد شده پس از بلند کردن مخروط به عنوان معیاری برای روانی بتن استفاده می شود. این قطر میانگین دو قطر عمود برهم است به صورتی که یکی از قطرها حداکثر قطر ممکن باشد.

اگر میانگین دو قطر کمتر از ۵۵ سانتی متر باشد کارایی بتن خود تراکم کم و اگر بیشتر از ۸۵ سانتی متر باشد ویسکوزیته خمیری بتن کم بوده و احتمال ناپایداری و جداشدگی ذرات بتن وجود دارد. انجمن مهندسان عمران ژاپن حداقل قطر قابل قبول جریان اسلامپ را برای بتن خودتراکم ۶۰ سانتی متر می دانند.

بتن خود متراکم جریان اسلامپ

در صورتی که جریان اسلامپ نمونه ها یکسان باشد زمان رسیدن بتن به قطر ۵۰۰ میلی متر نیز به عنوان معیاری برای سنجش ویسکوزیته بتن خود تراکم کاربرد دارد. Efnarc این زمان را برای کاربردهای مهندسی رایج بین ۳ تا ۷ ثانیه و برای کاربردهای سازه ای ۲ تا ۵ ثانیه قابل قبول می داند. اما انجمن مهندسان عمران ژاپن زمان بین ۳ تا ۱۵ ثانیه را نیز مورد قبول می داند.

ب) آزمایش جریان در حالت محبوس

آزمایش جریان در حالت محبوس جهت بررسی قابلیت عبور بتن خودمتراکم است. این آزمایش توانایی بتن برای عبور از نقاط مختلف و فضاهای باریک در قالب را ارزیابی می کند تا بتن بدون انسداد یا اصطلاحاً بلوکه شدن جریان یابد.

انسداد جریان به سبب جداشدگی موضعی سنگدانه ها در مجاورت موانع اتفاق می افتد و باعث توقف جریان در حالت بدون تراکم دینامیکی (ویبره کردن) می شود.

بتن خودتراکم هنگامی می تواند کارایی مناسبی داشته باشد که قابلیت عبور و پرکنندگی مناسبی به طور هم زمان داشته باشد. در این صورت است که می تواند یک مقطع خاص را فقط تحت نیروی وزن خود پر کند. بتن خود تراکم آزمایش های متعدی دارد که در ادامه به مهم ترین آن ها اشاره خواهیم کرد :

آزمایش حلقه J

آزمایش حلقه J عبور بتن از میان آرماتورها را شبیه سازی می کند و قابلیت عبور بتن خودتراکم را می سنجد. مراجع مختلفی با معیارهای متفاوت برای این آزمایش وجود دارد.

از مطرح ترین مراجع برای این کار انجمن آمریکایی مصالح و روش های آزمایش است. طبق این مرجع قطر حلقه ۳۰۰ میلی متر، ارتفاع آرماتور ۱۰۰ میلی متر، قطر آرماتور ۱۶ میلی متر و فاصله خالص بین آرماتورها ۴۴ میلی متر است. میزان بازشدگی بیشتر بتن خودمتراکم در این آزمایش به این معنی است که بتن می تواند مسافت بیشتری را تحت اثر وزن خود از بین آرماتورها عبور کند و سریع تر قالب با آرماتورهای متراکم را پر کند.

در این آزمایش قطر نهایی بتن با قطر نهایی بتن در آزمایش جریان اسلامپ مقایسه می شود. بدیهی است که قطر بازشدگی در آزمایش جریان اسلامپ که مانعی ندارد بیشتر از قطر بازشدگی در آزمایش حلقه J باشد.

تفاوت بین آزمایش جریان اسلامپ با حلقه J درجه عبور بتن از بین آرماتورها را نشان می دهد. اگر این عدد بین ۰ تا ۲۵ میلی متر باشد توانایی عبور زیاد است. عدد ۲۵ تا ۵۰ قابلیت عبورمتوسط را نشان می دهد و درجه یک است. عدد بیش از ۵۰ نیز قابلیت عبور کم را نشان می دهد و درجه ۲ است.بتن خود متراکم حلقه J

آزمایش قیف V شکل

در این آزمایش زمان خروج بتن از قیف V شکل با ویسکوزیته بتن و توانایی عبور بتن از مقاطع باریک ارتباط دارد. این آزمایش نیز در مراجع مختلفی ذکر شده است.

مشخصات دستگاه آن طبق انجمن بتن هلند به این شرح است : ابعاد ورودی قیف ۷۵ در ۵۱۵ میلی مترمربع، ابعاد خروجی قیف ۷۵ در ۶۵ میلی مترمربع، ارتفاع بخش شیبدار ۴۵۰ میلی متر و ارتفاع نازل ۱۵۰ میلی متر در نظرگرفته شده است.

در ژاپن نوع دیگری از  این دستگاه با مقطع دایره وجود دارد که به آن قیف O شکل می گویند. قطر ورودی این قیف ۲۳۰ میلی متر و قطر خروجی آن ۷۵ میلی متر است. ارتفاع بخش شیبدار ۴۶۵ میلی متر و ارتفاع نازل ۱۵۰ میلی متر است.

بتن خود متراکم قیف V شکل

این آزمایش که قابلیت پرکنندگی و عبور بتن از فضاهای باریک را می سنجد به حدود ۱۲ لیتر بتن نیاز دارد. در نازل خروجی بسته شده و قیف بدون اینکه تراکمی صورت گیرد و یا ضربه ای به بدنه قیف وارد شود از بتن پر شده و سطح آن صاف می شود.

بعد از گذشت حدود ۱۰ ثانیه در نازل باز شده و اجازه داده می شود بتن تحت وزن خود از قیف خارج شود. زمان تخلیه کامل بتن از لحظه باز کردن در نازل تا زمانی که از بالای قیف به داخل آن نگاه کرد و نور ظاهر شود به طول می انجامد که به عنوان زمان جریان در نظر گرفته می شود. این زمان باید حداکثر ۵ دقیقه طول بکشد.

برای انجام این آزمایش در حالت ۵ دقیقه (که در یکسری منبع آورده شده است) بار دیگر بلافاصله بعد از آزمایش اول بدون تمیز کزدن یا مرطوب کردن قیف باید قیف از بتن پر شده و به مدت ۵ دقیقه رها گردد تا ته نشین شود. سپس در خروجی نازل باز شده و زمان تخلیه کامل بتن اندازه گیری می شود.

زمان مناسب تخلیه بتن از قیف V شکل در حالت دوم بین ۶ تا ۱۲ ثانیه توصیه شده است. زمان کمتر از ۶ ثانیه نشان دهنده ویسکوزیته کم بتن و احتمال وقوع پدیده جداشدگی است. زمان بیش از ۱۲ ثانیه نیز نشان دهنده ویسکوزیته خمیری زیاد بتن خود تراکم است.

آزمایش جعبه L شکل

آزمایش جعبه L شکل یکی دیگر از آزمایش های بتن خودمتراکم که برای بررسی قابلیت پرکنندگی و قابلیت عبور این نوع بتن استفاده می شود. به کمک این آزمایش می توان انسداد بتن در عبور از میلگردهای متراکم را سنجید. ابعاد دستگاه طبق پیشنهاد موسسه Efnarc به شرح ذیل است :

قسمت عمودی : ۱۰۰*۲۰۰*۶۰۰ ، قسمت افقی : ۱۵۰*۲۰۰*۸۰۰ ، آرماتورها : به قطر ۱۳ میلی متر با فاصله خالص ۳۵ یا ۴۵ میلی متر

برای انجام این آزمایش دریچه را بسته و قسمت عمودی دستگاه را از بتن خودمتراکم پر می  کنیم. پس  از یک دقیقه دریچه را باز کرده و اجازه می  دهیم بتن وارد قسمت افقی شود. زمان رسیدن بتن به فواصل ۲۰ سانتی متری و ۴۰ سانتی متری یکی از معیار های بررسی قابلیت عبور بتن خودتراکم است. کل آزمایش باید در مدت حداکثر ۵ دقیقه انجام شود.

پس از توقف جریان ارتفاع بتن در انتهای بخش افقی را h2 و ارتفاع بخش عمودی را h1 می نامیم. بهتر است ارتفاع انتهای بخش افقی میانگین ارتفاع بتن در انتهای جعبه در سه نقطه مرکز و گوشه ها است.

هم چنین ارتفاع بخش عمودی در برخی مراجع ارتفاع بتن بلافاصله بعد از میلگردها و در برخی دیگر ارتفاع قسمت عمودی در نظر گرفته می شوود. نسبت h2 به h1 به نسبت انسداد معروف است. مقادیر پیشنهاد شده برای این نسبت بین ۰٫۸ تا ۰٫۸۵ است. انجمن بتن آمریکا نیز عدد بین ۰٫۸ تا ۱ را مناسب می داند. هرچه نسبت انسداد به یک نزدیک تر باشد بتن روان تر است و قابلیت پرکنندگی و عبور بهتری دارد. مقدار یک برای نسبت انسداد به معنای روانی بسیار زیاد بتن یعنی روانی شبیه آب است