بتن و خواص آن

بتن عمدتاً از 2 قسمت تشکیل شده است:

1. 1.مصالح سنگی: حدود 75-60 درصد حجم بتن از مصالح سنگی تشکیل می‌شود.
2. 2.خمیر سیمان: حدود 40-25 درصد حجم بتن با خمیر سیمان پر می‌شود.

از 40-25 درصد خمیر سیمان، 7 الی 15 درصد سیان و 14 الی 21 درصد آب است.

میزان آب در خمیر سیمان

میزان آب در بتن معمولاً با نسبت وزنی آب به سیمان (W/C) نشان داده می‌شود که W معرف وزن آب و C معرف وزن سیمان است. به صورت یک اصل باید حتی‌المقدور نسبت W/C کم انتخاب شود.

قسمتی از آبی که در ساخت بتن مصرف می‌شود (حدود 25 درصد وزنی سیمان)، جذب ذرات سیمان شده و در واکنش‌های شیمیایی (هیدراسیون) بکار گرفته می‌شود، اما عملاً ساخت بتنی با W/C=0.25 امکان‌پذیر نیست، زیرا چنین بتنی به اندازه‌‌ای سفت است که کار کردن با آن میسر نیست، به همین جهت باید W/C را تا آنجا افزایش داد که به سهولت بتوان با بتن کار کرد، لذا W/C را تا 4/0 الی 6/0 افزایش می‌دهند، اما در همین محدود باز هم هرچه W/C را کمتر درنظر بگیرند، بهتر خواهد بود، زیرا مازاد آب که در واکنش شیمیایی شرکت نمی‌کند، جا اشغال کرده و نهایتاً یا در بتن محبوس می‌شود و یا تبخیر شده و فضای خالی ایجاد می‌کند، ‌یعنی در هر حال از حجم مفید بتن می‌کاهد.

محاسن استفاده از نسبت آب به سیمان کمتر

1. افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن؛

2. افزایش خاصیت آب‌بندی در بتن (زیرا هرچه آب کمتری مصرف شده باشد، فضای خالی کمتری در بتن ایجاد شده و در نتیجه روزنه‌های کمتری برای عبور آب وجود خواهد داشت)؛

3. کاهش جذب آب (به دلیل محدود شدن فضاهای خالی)؛

4. پیوستگی بهتر بین لایه‌های متوالی در بتن‌ریزی؛

5. افزایش چسبندگی بین میلگرد و بتن (چون سطح تماس میلگرد و بتن بیشتر خواهد بود)؛

6. افزایش مقاومت در مقابل شرایط جوی نامساعد (تر و خشک شدن‌های متوالی و سرد و گرم شدن‌های متوالی)؛

7. کاهش میزان افت؛

8. کاهش میزان خزش؛

9. کاهش امکان آب انداختن بتن؛

1. 10. کاهش امکان جدا شدن دانه‌ها.

مزیت استفاده از نسبت آب به سیمان بیشتر

W/C زیاد فقط یک حسن دارد و آن روانی و کارایی بیشتر است. جای بسی تاسف است که اکثراً 10 مزیت قبلی (ناشی از W/C کمتر) فدای این یک حسن (کارایی بالاتر) شده و از W/C بیشتر استفاده می‌شود، یعنی فقط به لحاظ آنکه در کارگاه کار کردن با بتن راحت‌تر باشد، آب بتن را زیاد کرده و بدین ترتیب نارسایی‌های عدیده‌ای را برای بتن سخت شده آتی فراهم می‌کنند.

توجه شود که در هر حال، کار کردن با بتنی با W/C کمتر از 4/0 امکان‌پذیر نیست.

بعضی از مسائلی که ممکن است در بتن تازه بوجود آید

1. آب انداختن بتن:

آب انداختن بتن از نظر یک پدیده ظاهری، اینگونه تجلی می‌کند که پس از بتن‌ریزی و پرداخت سطحی بتن، یک لایه نازک آب آغشته به سیمان روی سطح بتن ظاهر می‌شود.

این آب از قسمت‌های زیرین بتن به دلیل خاصیت مویینگی به قسمت‌های سطحی آب بالا آمده و در مسیر خود احتمالاً مقداری سیمان را نیز با خود شسته و همراه می‌کند. لذا در قسمت‌های بالایی بتن، مقدار آب موجود از آبی که در طراحی درنظر گرفته شده، بیشار خواهد شد و به عکس، در قسمت‌های پایینی بتن مقدار آب کمتر خواهد گردید.

مشخصات نامطلوب‌ بتن آب انداخته به شرح زیر است:

الف) پس از سخت شدن نامرغوب بوده و به مقاومت مطلوب و موردنظر نخواهد رسید.

ب) لایه رویی بتن آب انداخته، پس از سفت شدن (سخت شدن) به مرور زمان و با استفاده‌های ترافیکمی از آن پودر شده و به صورت گرد و خاک درمی‌آید و به این جهت سطح رویی ناصاف شده و پدیده «پودرشدگی» اتفاق می‌افتد. چنین بتنی اولاً بدن‌نما شده و ثانیاً نقطه ضعفی برای شرایط یخ‌زدگی و هوازدگی خواهد بود. آب انداختن پدیده بسیار نامطلوبی است و باید حتی‌المقدور از ایجاد آن جلوگیری کرد، متاسفانه بعضی از استادکاران سعی می‌کنند با زیاد ماله شدن بر روی سطح بتن، یک قشر آب در سطح ایجاد کنند، غافل از اینکه این عمل، ضعف‌های اساسی برای بتن ایجاد می‌کند.

مهمترین دلیل در آب انداختن بتن، اسلامپ بیش از حد است. بنابراین کارایی و اسلامپ کم در کنار مزایایی دیگر، احتمال آب انداختن را نیز کاهش می‌دهد. دلایل دیگری از جمله ویبره بیش از حد و نیز نامناسب بودن دانه‌بندی، احتمال آب انداختن بتن را افزایش می‌دهند.

2. جدا شدن دانه‌ها

جدا شدن دانه‌ها از پدیده‌هایی است که در بتن تازه ایجاد می‌گردد. به این ترتیب که دانه‌های درشد مخلوط نشست کرده و به سمت پایین حرکت می‌کنند و دانه‌های ریزتر به سمت بالا منتقل می‌شوند، بنابراین بتن حالت یکنواختی خود را از دست داده و توزیع دانه‌بندی به هم می‌خورد.

جدا شدن دانه‌ها در بتن تازه یک پدیده نامطلوی محسوب می‌شود و ناظرین و مهندسین کارگاه همواره باید سعی کنند تا از عواملی که ممکن است منجر به بروز این حالت شود، جلوگیری نمایند. بتنی که دانه‌های آن جدا شده، از نظر مقاومت فشاری و خمشی ضعیف شده و به حد مطلوب نخواهد رسید.

مهمترین دلیل جدا شدن دانه‌ها در بتن تازه، اسلامپ بالا و بیش از حد است.

دلایل دیگری از قبیل ویبره بیش از حد، جابجا کردن بتن در قالب بوسیله بیل یا ویبراتور، ریختن بتن از ارتفاع نیز ممکن است به جدا شدن دانه‌ها منجر شود. انبار کردن نامناسب دانه‌ها ممکن است به جدا شدن دانه‌ها قبل از ساخت بتن و احتمالاً عدم وجود دانه‌بندی یکنواخت و صحیح در بتن ساخته شده منجر شود. به همین جهت لازم است انبار کردن دانه‌های شن و ماسه در کارگاه به صورت مجزا و در دپوهای جداگانه صورت گیرد. از طرفی بهتر است برای ماسه یک دپوی (0-5mm) و برای شن دپوهای (5-10mm) یا نخودی و (10-20mm) یا بادامی تنظیم شود و در صورت استفاده از دانه‌های درشت‌تر می‌توان از یک دپوی (20-40mm) نیز استفاده کرد. به این ترتیب می‌توان در هنگام ساخت بتن مصالح دانه‌ای از هر دپو به میزان محاسبه شده جدا کرده و اختلاط را انجام داد.

تراکم بتن تازه

تراکن بتن، یعنی به حرکت درآوردن ذرات بتن، کم کردن اصطکاک بین آنها و خارج کردن حباب‌های هوا از بتن.

مکانیزمی که برای تراکم بتن بکار می‌رود، ارتعاش است. هدف از متراکم کردن بتن و خارج کردن حباب‌های هوا، آن است که بتن توپرتری به دست آید تا در نتیجه آن بتن از مقاومت بهتری برخوردار شده و در مقابل عوامل مخرب محیطی از خود دوام بهتری نشان دهد.

از طرفی با افزایش سطح تماس بین بتن و میلگرد، چسبندگی بهتری بین آنها فراهم کرده و نیز سبب می‌شود که پس از باز کردن قالب‌ها، سطح ظاهری صاف و بدون خلل و فرج برای بتن حاصل شود. قدیمی‌ترین روش برای ویبره، ضربه زدن به بتن (به قالب) است. طبیعی است که این نحو ویبره برای کارهای کوچک و کم‌اهمیت می‌تواند تا حدودی مناسب باشد.

انواع ویبره

1. ویبره دستی:

ساده‌ترین نوع ویبره، ویبره دستی است که ممکن است به صورت میله‌ای یا شیلنگی باشد. ویبره میله‌ای یک وسیله لرزاننده کوچک است که آن را به وسیله دست هدایت کرده و یا فرو بردن به صورت قائم در قسمت‌های مختلف بتن را مرتعش کرده و حباب‌های هوا را خارج می‌کنند. توصیه می‌شود در این روش، میله لرزان را به فاصله هر 5/0 الی یک متر در بتن فرو برده و هر بار بین 5 تا 30 ثانیه در بتن نگه دارند (بسته به میزان تراکم مورد نظر و همچنین اسلامپ بتن).

2. ویبره لرزاننده قالب:

*تحقیق درباره خواص بتن*

تاریخچه:

استفاده از مواد شیمیایی از زمانهای بسیار دور متداول بوده است. مصریان قدیم گچ تکلیس شده ناخالص را بکار می‌بردند یونانیان و رومی‌ها سنگ آهک تکلنیس شده را مصرف می‌کردند و بعداَ آموختند که به مخلوط آهک و آب، ماسه،سنگ خردشده یا آجر و سفال‌های شکسته نیز اضافه کنند این اولین نوع بتن در تاریخ بود. ملات آهک درزیر آب سخت نمی‌شود و رومی‌ها برای ساختمان‌سازی در زیر آب، سنگ و آهک و خاکستر آتشفشانی با پودر بسیار نرم سفال‌های سوخته شده را با هم آسیاب می‌نمودند و بکار می‌بردند سیلیس و آلومین فعال موجود در خاکستر و سفال با آهک ترکیب شده و آنچه به اسم سیمان پوزولانی (پوزولان از اسم دهکده pozzuli که در نزدیکی آتشفشان وزو قرار دارد و برای اولین بار خاکستر آتشفشانی را در این محل پیدا نمودند گرفته شده است). شناخته شده است را تولید می‌نماید نام «سیمان پوزولانی» را تا به امروز برای توصیف سیمانهایی که بآسانی از آسیاب نمودن مواد طبیعی در دمای معمولی بدست می‌آیند بکار برده‌اند بعضی از ساختمانهای رومی که در آنها آجرها بوسیله ملات به یکدیگر چسبانده شده‌اند مانند

Coliseum در روم و pont du Gard در نزدیکی Nimes و سازه‌های بتنی مانند ساختمان pantheon در روم تا امروز باقی مانده‌اند و مواد سیمانی آنها هنوز سخت و محکم است در خرابه‌های نزدیک pompeii اغلب ملات بهم چسباننده سنگها کمتر از خود سنگها که نسبتاَ سست می‌باشد هوازده شده است.

در قرون وسطی انحطاطی در کیفیت و کاربرد سیمان بوجود آمد و فقط در قرن 18 بود که پیشرفتی در دانش سیمانها حاصل شد در سال 1756 که john Smeaton مأمور بازسازی برج چراغ دریایی Eddystone د رفرا ساحل جنوب غربی انگلستان شده بود به این نتیجه رسید که بهترین ملات وقتی بدست می‌آید که مواد پوزولانی با سنگ آهک حاوی نسبت قابل توجهی از مواد رسی مخلوط شود با تشخیص اینکه نقش خاک رس که قبلاً نامناسب در نظر گرفته می‌شد. Smeaton اولین شخصی بود که خواص شیمیایی آهک آبی یعنی ماده‌ای که از پخت مخلوطی از سنگ و خاک رس بدست می‌آید پی برد. متعاقباً سیمانهای آبی دیگر مانند سیمان رومی که james parker از کلسینه نمودن گلوله‌های سنگ آهک رسی آن را بدست آورده بوجود آمد. بالاخره در 1824 Joseph Aspdin که معماری در شهر لیدز بود سیمان پرتلند را به ثبت رساند این سیمان را از حرارت دادن مخلوطی از پودر نرم خاک رس و سنگ آهک سخت در کوره تاحدودی که CO₂ آن بخارج رانده وشد بدست آورند دمای کوره خیلی پائین‌تر از حد لازم برای تولید کلینکر نخستین نمونه از سیمانی که امروزه آن را به نام سیمان پرتلند می‌شناسیم در سال 1845 بوسیله Isaac Johnson از حرارت دادن مخلوط خاک رس و سنگ آهک کیفیت تا حد کلینکر شدن و صورت پذیرفتن واکنش‌های لازم برای تشکیل ترکیبات چسباننده‌ی پرقدرت تهیه گردید.

نام سیمان پرتلند که در ابتدا به علت تشابه رنگ و سیمان حاصل کرده با سنگ پرتلند – سنگ آهکی که در Dorset انگلستان استخراج می‌شود به آن داده شد تا امروز در سراسر دنیا برای توصیف سیمانی که از در هم آمیختن کامل و حرارت دادن مواد آهکی و رسی، یا سایر مواد حاوی سیلیس، آلومین، و اکسید آهن تا دمای کلینکر شدن و آسیاب نمودن کلینکر حاصل شده باقی مانده است و تعریف سیمان پرتلند در استانداردهای مختلف با توجه به اینکه از پخت سنگ گچ به آن افزوده می‌شود بر این راستا قرار دارد امروزه ممکن است مواد دیگری نیز افزوده یا آمیخته شوند.

بتن تازه:

گواینکه بتن تازه فقط بصورت گذرا مورد توجه واقع می‌شود باید توجه نمود که مقاومت بتن با نسبتهای مخلوط معین بصورت خیلی جدی تحت تأثیر درجه‌ی تراکم آن واقع می‌شود و بنابراین بسیار مهم است که روانی مخلوط بتن تازه در حدی باشد که بتوان آنرا با سهولت کافی حمل نمود درجاریخت، متراکم کرد و سطح آن را پرداخت نمود بدون آنکه در خلال این مراحل جداشدگی صورت گیرد.

عوامل مؤثر بر کارآیی:

عامل اصلی مقدار آب مخلوط است که بر حسب کیلوگرم( یا لیتر) آب، بر متر مکعب بتن، بیان می‌شود از نظر سهولت( گواینکه تقریبی است) فرض می‌شود که برای یک نوع سنگدانه بخصوص با دانه‌بندی معین و کارآیی مشخص بتن، مقدار آب مستقل از نسبت سنگدانه‌ها به سیمان و یا از مقدار سیمان مخلوط باشد براساس این فرض می‌توان نسبت‌های مخلوط بین بتن‌های بامقدار سیمان مختلف را تخمین زد. جدول A مقادیر نمونه آب را برای اسلامب‌های مختلف بتن و حداکثر اندازه‌های مختلف سنگدانه‌ها می‌دهد این مقادیر فقط در مورد بتن بدون حباب هوا صدق می‌کند.

*مقاله درباره بتن های مقاوم در اجرا*

گسترش زیر بنای حمل و نقل ملتها ، برترین و اولین جزء جامعة حمل و نقا است . اما فراتر می رویم ، زیرا تولیدات ، اقتصاد محلی ، رقابت بین المللی اقتصادی هر ملت به حمل و نقل سریع و مورد اطمینان افراد و کالاها بستگی دارد . در این میان ساختار پل بزرگراه ها ‌، ارزنده ترین ، ضروری ترین و فنی ترین جنبه های مورد نیاز برای گسترش زیر اساس حمل ونقل است . ما به پلهای مقاومتر و با دوامتر نیازمندیم . بر اساس گزارشی از کنگرة سیستم حمل و نقل ملل 1995 دربارة موقعیت و اجرا ، بیش از 5/12 درصد از پلهای جاده های ایالتی ، جاده های شریانی و جاده های گردآورنده یا ما در دارای ضعف و خرابی ساختاری هستند .

43524 پل وجود دارند که نیاز به تعمیرات اساسی نوسازی یا جایگزینی دارند با وجود آنکه یک پل ناکار آمد لزوماً ناامن نیست ، بعضی از این پلها همواره تحت بار گذرانید و برای عبور وسایل نقلیة سنگین و اتوبوسها در مسیر طولانی و متناوب قرار دارند . یکی از پیشرفت های فنی که توقع ما را در بدست آوردن مدت زمان طولانی و تأثیر گذار بر هزینة سازة پل بزرگراه ها افزایش داده ، اجرای بتنهای مقاوم است . موادی که تحت عنوان اجزاء و فرآورده های مصرفی در ساختار بتنهای مقاوم اجرایی طبقه بندی شده اند چند دهه در آمریکا و دیگر کشور ها در ساختمانها به کار می رفته است . ولی در سالهای اخیر ، نیاز به گسترش زیربنایی ، مطالعات و اجرای HPC در پلها را شتاب بخشید . افزایش شاخصه مقاومت و پایداری پلهایی که HPC را در تیرها ، کف و پایه های خود شامل می شوند نوید بخش کاهش هزینه نگهداری و زوال این گونه سازه هاست . هم اکنون رقابت بر سر پیدا کردن راهی عملی جهت استفادة فراگیر HPC و کاهش هزینه های ضروری و خطراتی که ذاتاً در استفاده از هر نوع تکنولوژی جدید است ، می باشد .

« سولین » مهندس پژوهش در پلها و نمایندة بزرگراه های دولتی ، اشاره کرد : اجزای HPC ، نفذ ناپذیری و دوام بیشتری را سبب شده و دستیابی به مقاومتی را که از بتن معمولی حاصل می شود را سرعت می بخشد « ماری لورانس » ، طراح پل بخش حمل و نقل تگزاس ( TXDOT ) و کسی که در بیشتر پروژه های پلهای پیشرفته ای که از HPC استفاده می کنند شرکت داشته ، افزوده: استفاده از HPC باید افزایش چشمگیری در ظرفیت زمانی پلها را موجب شود . به علاوه ایالات و محلات باید هزینة کمتری جهت تعمیر پلهایی که با HPC ساخته شده اند ، صرف کنند .

در کل این دومورد اساسی ترین فایدة مواد ساختاری HPC را نتیجه می دهند که همان افزایش مقاومت و پایداری و کاهش هزینة تعمیرات و نگهداری پل در دراز مدت است .

FHWA در حال ترویج ، آزمایش و استفاده از HPC در بسیار از راههایی است که سرمایه گذاری شده اند . اطلاعات ارزشمندی نیز از ساختمان پلها از کشورهایی مانند کانادا ، فرانسه ، ژاپن و نروژ رسیده است . انتشار این اطلاعات به طور گسترده و دقیق از مسئولیت های اولیة FHWA می باشد . در ماه مارس 1996 ، FHWA و TXDOT با مشارکت مرکز تحقیقات حمل و نقل دانشگاه تگزاسی در « استین » ، از برنامة تحقیقاتی استراتژیک بزرگراه های منطقه ای در مورد HPC حمایت کردند و آن را به نمایش گذاشتند . هدف از این نمایشگاه ها ، ترویج ومصرف HPC در پلها است. این حمل به آژانس های دولتی ، محلی و ایالتی ، صنعت ساختمان و جامعة آکادمیک این امکان و اجازه را می دهد که در تمام زمینه ها ، این تکنولوژی مفید را مورد تبادل نظر قرار دهند .

نورافکن هایی روی دو پرو.ژه اخیر پلهای زیر گذر در تگزاز و رو گذر هوستون که اولین پروژه ساخت پل بزرگراه ها با استفاده از HPC در ایالات متحده آمریکا هستند ، قرار داده شده اند .