بتن خود تراکم ابزاری قوی جهت بتن ریزی پیچیده

بتن خود تراکم یا SCC تکنولوژی تازه ای از بتن است که در آن بتن می تواند در شکل های فشرده با آرماتوربندی زیاد در قالب ها ریخته شود، بدون اینکه نیاز به هر گونه ویبره داشته باشد. جریان بتن ادامه پیدا می کند تا تمام فضاهای خالی قالب را پر کند. همچنین در اطراف میلگرد ها بطور کامل جریان می یابد، بدون اینکه حباب هوا و تخلخل ایجاد شود. هیچ گونه جدا شدگی و آب انداختگی در طول بتن ریزی و در طول زمانی که بتن به حالت پلاستیک می رسد اتفاق نمی افتد.

SCC بتن با اسلامپ بالا به شکل سنتی و قدیمی نیست. شکل 1 نتایج آزمایش اسلامپ را روی مخلوط SCC نشان می دهد. توجه شود که بتن مثل یک مایع ویسکوز جریان یافته است. بجای اینکه نشانه های سنتی اسلامپ برای بتن های با اسلامپ بالا را داشته باشد. بتن به شکل قابل جریان با تغییرات در نسبتهای اختلاط و استفاده از افزودنیهایی که از جداشدگی جلوگیری می کنند، ساخته می شود.

تاریخچه SCC

SCC برای اولین بار در اواخر دهه 1980 میلادی در ژاپن ساخته شد تا کار مورد نیاز برای بتن ریزی مناسب را کاهش دهد. پس از توسعه آن بوسیبله جامعه مهندسی ژاپن تکنولوژی بسرعت آنرا پذیرفت. چندین ساختمان بزرگ با استفاده از SCC ساخته شده است. از جمله دو تکیه گاه لنگرگاهی پل معلق را آکاشی کایکیو با استفاده از 512 هزار متر مکعب بتن و 250 هزار مترمکعب بتن از SCC برای هر کدام. استفاده از بتن SCC در این مناطق زمان بتن ریزی را 2 تا 2.5 سال کاهش داد. بتن در اعماق بیش از 3 متر بدون هر گونه جداشدگی و بدون نیاز به استفاده از ویبراسیون ریخته شد.

استفاده از بتن SCC در ایالات متحده امریکا در طول 5 سال اخیر رو به گسترش بوده و در حال حاضر این تکنولوژی در صنعت بتن های پیش ساخته استفاده می شود. دیگر بخش هایی که در اهداف استفاده از SCC قرار گرفته اند عبارتند از: بتن ریزی در مناطق مسطح و صاف، ستون ها و دیوارها. کاربردهای SCC فراوان هستند. محدودیت ها فقط بوسیله اطلاعات صنایع از آن بوجود می آیند و قابلیت های زیادی برای تولید و پذیرش آن وجود دارد.

چگونه بتن SCC بسازیم؟

در ابتدا باید بدانیم که SCC نوعی بتن است. SCC طرح ویژه ای از مخلوط بتن نیست. بلکه مخلوطی پیوسته با نشانه های مشابه از خصوصیات جریان است. مشخصات رئولوژیک به وسبله تغییرات در طرح اختلاط اصلاح شده اند و احتمالا با استفاده از سایر افزودنی ها. اولاً مقدار زیادی از افزودنی های کاهنده آب (فوق روان کننده ها)برای ایجاد روانی زیاد مخلوط استفاده می شوند که بسیار شبیه بتن های با اسلامپ بالا هستند. دوم مقادیر دانه بندی اصلاح شده است. برای ساختن یک مخلوط موفقی از SCC اندازه و شکل بزرگدانه ها خیلی مهم هستند. سوم برای رسیدن به مخلوط دارای چسبندگی که می بایستی نگهدارنده دانه ها باشد و آنها را به یکدیگر بچسباند مشخصات جریان تغییر داده شده است.

همچنین افزودنی های کاهنده آب قدیمی به مقدار فراوان برای ایجاد روانی زیاد مورد نیاز مخلوط استفاده میشوند. نسل جدید فوق روان کننده های پلی کربوکسیلیتبکار می روند و بترتیب گلنیوم، ادوا، ویسکوکریت، سوپر فلوکس،گریس، سیکا، و اکسیمتوسط تولید کنندگانشان نامیده می شوند. این نسل جدید از فوق روان کننده ها کاهش آب زیاد و قابلیت حفظ اسلامپ بالا را بوجود می آورند.
اندازه دانه بندی، شکل آن، مقدار و درجه بندی آنها نقش حیاتی در ساختن SCC ایفا می کنند. مشابه با هرگونه مخلوط بتن برای اینکه بتن بتواند از بین میلگرد ها عبور کند، اندازه دانه بندی می بایستی محدود شود. در SCC بیشترین اندازه اغلب 2/1 تا 8/3 اینچ است.

دانه بندی نخودی قابل قبول تر از دانه بندی بادامی است زیرا دانه بندی بادامی تمایل به قفل شدن به یکدیگر را دارد. مقدار دانه های درشتدانه معمولا در مخلوط SCC کاهش پیدا می کند و در نتیجه نسبت ماسه به کل دانه بندی برابر با 2/1 یا بیشتر می شود. درجه بندی دانه های مخلوط مهمترین جنبه ساخت مخلوط SCC است. یک منبع بد دانه بندی شده ممکن است ساختن مخلوط SCC را غیرممکن سازد. بیشتر شرکت های بتن ساز و تولید کنندگان بزرگ مخلوط های آماده بتنی برنامه های کامپیوتری برای مشخص کردن اپتیمم آب انداختگی مصالح از منابع در دسترس را دارند.

مشخصات ویسکوز مخلوط SCC بوسیله یکی از سه روش زیر بدست آمده است:

• مقدار زیادتر ریزدانه (بیش از 100/1 یارد مکعب). ریزدانه ها می توانند سیمان، خاکستر بادی، پودر سنگ آهک، پودر شیشه زمینی و سرباره کوره آهن گدازی باشند.
• افزودن افزودنی های اصلاح کننده ویسکوزیته (VMA)با مواد ریزدانه کمتر
• افزودن ترکیبی از هر دو

نوع VMA مورد استفاده بستگی به این دارد که چه کسی سازنده مخلوط بتن آماده به وسیله افزودنیهاست. هر شرکت مخلوط کننده ای، VMA خاص خود را دارد. اغلب و نه همیشه افزودنی های VMA در بتن سازی و ملات سیمان قبل از اینکه به طور مشخص به عنوان VMA از آن استفاده شود بکار می رود؛ نظیر بتن و ملات سیمان مقاوم در برابر آب شستگی.

نوع VMA مورد استفاده معمولا تاثیر زیادی ندارد، مگر اینکه سایر مشخصات افزودنی ها، مثل مقاومت در برابر آب شستگی، لازم باشد. نیاز مهم به VMA آنست که یک مخلوط مقرون به صرفه بوجود می آورد که برآورده کننده ثابت های رئولوژیک، سختی و نیاز های طولانی مدت به بتن است.
سایر افزودنی ها ممکن است در مخلوط SCC از وقتی که طرح اختلاط معمولی گسترش داده شده است نظیر عوامل محبوس کننده هوا، کندگیر کننده ها یا عامل های کنترل هیدراسیون و افزودنی های مقاوم در برابر خوردگی، بهمراه سایرین استفاده شوند. زمانی که بیشتر افزودنی ها یا یکی از آنها سازگار هستند هم تولیدکننده بتن می بایستی همیشه مخلوط خود را برای مشخص کردن سازگاری این افزودنی ها کنترل کند. اگرچه آزمایش مخلوط می بایستی انجام شود تا مشخص شود که سایر جنبه های مخلوط مثل زمان گیرش و مشخصات رئولوژیک بطور ناشناخته تغییر خواهد کرد.

مشخصات رئولوژیک بتن SCC

بطور سنتی یکی از مشکلات بتن های با اسلامپ بالا تمایل آنها به جداشدگی و آب انداختگی است. توسعه تکنولوژی ساخت بتن SCC این امکان را فراهم می کند تا بتنی بسازیم که اسلامپ بالایی داشته باشد. به هر حال، رفتار بتن های SCC نسبت به مخلوط های با اسلامپ بالا بسیار متفاوت است.

یک مخلوط SCC دارای ویژگی های زیر است:

• جدا نشدگی: مصالح دانه ای به حالت معلق در مخلوط باقی می ماند تا زمانیکه در قالب جریان یابد.
• آب نینداختن: آب به بالای مخلوط نخواهد آمد و یا در آزمایش جریان از گوشه های صفحه زیرین خارج نخواهد شد. شکل 1 بخوبی هر دو مشخصه جدانشدگی و همچنین پایداری مخلوط را نشان می دهد.
• ویبراسیون: هیچ گونه ویبره ای در زمان بتن ریزی لازم نخواهد بود. SCC به دور میلگردها و سایر منافذ، تحت اثر وزن خود در قالب، جریان خواهد یافت.
• پخش جریان: پخش جریان به قطر 18 اینچ یا بیشتر به دست خواهد آمد.
• زمان گیرش: زمان گیرش اولیه در بیشتر مخلوط های SCC به بیش از 90 دقیقه خواهد رسید که این بستگی به مواد افزودنی مورد استفاده و مقدار آب مصرفی مخلوط دارد. این قابلیت می تواند مشخصه ویژه متداولی برای بسیاری از کاربردهای بتن در صنعت حفاری باشد.

مشخصات سخت شدگی SCC

همانند بتن های معمولی ویژگی های سخت شدگی بتن های SCC با توجه به طرح های اختلاط متفاوت است. به دلیل اینکه اغلب مقدار سیمان و ریزدانه زیاد است، بتن های با مقاومت بالا ممکن است به دست آیند. (با مقاومت بیش ازpsi8000). به هر حال مقاومت های بتن از psi 5000 به سادگی قابل حصول است. سایر مشخصات سخت شدگی، نظیر مدول سخت شدگی، مشابه مخلوط های بتن معمولی هستند. مشخصات و ویژگی های بلند مدت مخلوط های SCC نظیر دوام و خزش، در حال حاضر شناخته شده نیستند زیرا تحقیقات اجرایی طولانی مدتی وجود ندارد. مقدار زیاد ماسه در بعضی از مخلوط ها می تواند منجر به مقادیر بالاتر انقباض شوند. بهر حال، آزمایش های انجام شده تاکنون نشان می دهند که بیشتر مخلوط های SCC رفتار و مقادیر مشابهی در انقباض، در مقایسه با بتن های معمولی نشان می دهند.

روش های QC

آزمایش اسلامپ استاندارد، معیار قابل قبولی برای آزمایش مخلوط های SCC نیست. همانطوریکه در شکل 1 نشان داده شده است، اسلامپ مخلوط به اندازه ارتفاع مخروط اسلامپ است؛ به همین علت قطر پخش شده مصالح دانه ای اندازه گیری میشود. دو مخلوط بتن ممکن است که اسلامپ برابری را نشان دهند، در حالیکه در ویژگی های مقاومتی رفتارهای بسیار متفاوت از خود نشان می دهند

فعالیت های صنعتی در حال حاضر از آزمایش های زیر بهره می برد:

آزمایش جریان اسلامپ (شکل 1): یک اندازه گیری از قطر پخش شده جریان در آزمایش مخروط اسلامپ. جریان اسلامپ برای مخلوط SCC می تواند بین 18 تا 30 اینچ باشد. مشاهدات جریان می بایستی هیچ جداشدگی در دوغاب سیمان مخلوط نشان ندهد، همچنین هر گونه آب انداختگی در سطح بتن یا گوشه های صفحه زیرین مشاهده نشود، و حتی پخش مصالح دانه ای در ظرف هم مشاهده نشود. هر چه جریان اسلامپ بیشتر باشد درجه مربوط به قابلیت جریان بتن بیشتر است.

آزمایش جریان V- شکل (شکل 2): آزمایشی برای ارزیابی بتن تازه در وسیله ای قیف شکل است.
یک جعبه V- شکل با دروازه ای باریک در ته آن ساخته می شود. دریچه ثابت نگه داشته می شود. دریچه باز می شود و زمان سپری شده برای اینکه بتن به بیرون جریان پیدا کند اندازه گیری می شود. زمان های کمتر جریان نشان دهنده ویسکوزیته پلاستیک کمتر مخلوط است. این آزمایش یک ارزیابی کیفی از مخلوط خواهد بود.

آزمایش جعبه U - شکل (شکل 3): جعبه مورد نظر یک جعبه U - شکل است که به دو بخش تقسیم میشود که بوسیله یک دَر از هم جدا می شوند. در حالیکه دَرِ مدکور در محل خود قرار داده شده است یک بخش با بتن پر می شود. طرف دیگر در داخل خود آرماتور دارد که اندازه آرماتورها و محل قرارگیری آنها مشخص شده است. دَر برداشته می شود و بتن در طول آرماتورها به جریان می افتد؛ با رسیدن به ارتفاع برابر در دو طرف، آزمایش به اتمام می رسد. ارتفاع بتن اندازه گیری مشود. این آزمایش قابلیت جریان بافتن بتن در بخش آرماتوربندی شده را اندازه گیری می کند. جریان بیشتر بتن در طرف دیگر جعبه U - شکل نشان دهنده قابلیت بالاتر بتن برای جریان یافتن در محل های با آرماتوربندی فشرده و در گوشه های قالب است.

هزینه

هزینه مخلوط SCC از هزینه مخلوط بتن استاندارد بیشتر است. هزینه یک مخلوط SCC، نظیر سایر مخلوط های بتن، تابعی است از مقاومت، شعاع جریان مورد نیاز و سایر افزودنیهایی که به مخلوط اضافه می شوند. بطور میانگین افزایش معمولی 5 الی 10 درصدی در هزینه ها به ازای هر 6 اینچ اسلامپ قابل انتظار است. به هر حال صرفه جویی هایی در کنار افزایش هزینه های مصالح می تواند بوجود آید؛ نظیر شمع های با کیفیت بالاتر، کاهش دوباره کاری ها به دلیل فضاهای خالی کمتر، بتن ریزی سریع تر و احتمالا آزمایش های مخرب کمتر مورد نیاز بعد از ساخت.

کاربرد

بتن ریزی در شمع ها و ستون ها یا اعماق زیر آب (بیشتر VMAهای استفاده شده در صنعت بتن آماده شامل افزودنی های هستند که جهت ساختن بتن ها و مخلوط های تازه با مقاومت زیاد در برابر شسته شدن استفاده می شود). شمع ها و ستون ها با آرماتوربندی فشرده (SCC ساخته شده تا نیاز به ویبراسیون بتن در سازه هایی با آرماتوربندی فشرده کاهش یابد) و شمع ها و ستون های با مقاومت بالا (عموما مقادیر بیشتر ریزدانه ها در مخلوط های SCC منجر به مقاومت های بالاتر بتن می شوند. مقاومت بتن معمولا در حدود psi 8000 بدست می آید)

محدودیت های استفاده

محدودیت های استفاده از SCC در صنعت حفاری شامل:

• فروش بوسیله تولیدکنندگان بتن و افزودنیها: SCC تکنولوژی نسبتا جدیدی در آمریکا است. شرکت های تولید کننده افزودنی ها در حال حاضر از آن به عنوان ‹‹یک میوه آویران بی مزه›› برای فروش به شرکت های تولید کننده قطعات پیش ساخته سازه ای و معماری یاد می کنند. این ها مواردی هستند که مزیت های SCC را می توانند به راحتی نادیده بگیرند.
• پذیرفته شده توسط بخش حمل و نقل: فقدان نسبی اطلاعات درباره SCC، نظیر آزمایش QC، استفاده آن را در فروشگاه ها محدود کرده است. بهرحال این مورد هم به مورد اول که فروشندگان هنوز به بخش حمل و نقل دسترسی پیدا نکرده اند مربوط می شود. بی شک بخش های حمل و نقل آن را خواهند پذیرفت و زمانیکه نیاز به آن احساس شود غنیمت خواهند شمرد و مزایای آن تشخیص داده می شود.
• آزمایش رفتار بلند مدت SCC: نتایج آزمایشات رفتارهای طولانی مدت نظیر انقباض، خزش و دوام روی SCC عموما بطور محلی در دسترس نیست. به کار بردن SCC در محل هایی که این اطلاعات مفید هستند اتفاق نیفتاده است.
  محدویت های ذهنی: استفاده از SCC فقط بدلیل تصورات صنعت از آن محدود می شود. مردم زیادی راجع به مشخصات این ماده مطلع هستند و مردم زیادی هم قادر به بکاربردن آن در کارهای شخصی خود هستند.

تکنولوژی SCC موقعیتی برای به حداقل رساندن یا حذف مشکلات بتن ریزی در شرایط دشوار به صنعت حفاری پیشنهاد می دهد. از این به بعد نباید بتن ریزی شمع ها در اعماق آب ها و بتن ریزی در محل های با آرماتوربندی زیاد و سایر محل های با شرایط پیچیده و دشوار منجر به سردرد و عارضه های قلبی برای افراد شود. اینگونه دردها و ناخوشی ها می بایستی مثل همیشه برای طبیعت بافی بماند.