پیشرفت در فناوری بتن و کاربردهای آن

بتن آماده برای اولین بار تقریباً 100 سال پیش در یک سایت ساختمانی در بالتیمور ایالات متحده استفاده شد و اکنون در بسیاری از کشورهای توسعه یافته بیش از نیمی از سیمان مورد استفاده در ساخت و ساز را تشکیل می دهد. بتن با تولید سالانه تقریبا چهار میلیارد متر مکعب در سراسر جهان، بدلیل ترکیب منحصر به فرد، تطبیق پذیری، اقتصادی بودن و دوام، پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در جهان است.

اگرچه مفهوم اصلی محصول بدون تغییر باقی مانده است، بتن های امروزی شباهت کمی به بتن هایی که اولین بار در اوایل قرن بیستم تولید شدند، دارند. پیشرفت های چشمگیر در فناوری مواد سیمانی، افزودنی های معدنی و افزودنی ها، همراه با پیشرفت ها در روش های تولید، منجر به ایجاد طیف گسترده ای از بتن های با کارایی بالا شده است که می توانند راه حل های مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست را برای سخت ترین کاربردها ارائه دهند.

نیازهای مشتری، فناوری های رقیب و تمایل روزافزون به روش های ساخت و ساز پایدار، فشار بر صنعت را برای معرفی راه های جدید و نوآورانه برای برآورده کردن این خواسته ها افزایش داده است. این صنعت با انتقال نوآوری ها در فناوری بتن از آزمایشگاه تحقیقاتی به میدان پاسخ داده است و دامنه بتن های موجود در حال حاضر بیشتر از هر زمان دیگری در تاریخ صنعت است. با این حال، کاربردی کردن ایده های تحقیقاتی چندان ساده نیست. Scrivener و Kirkpatrick سه مانع اصلی را برای اجرای نوآوری در صنعت بتن شناسایی کردند:

• ایمنی سازه: نیاز به عمر طراحی 100 سال یا بیشتر می تواند منجر به رویکرد محافظه کارانه برای پذیرش ایده های جدید برای جلوگیری از عواقب شکست شود.
• پایگاه دانش تجربی: عدم آگاهی از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی که بر عملکرد مواد سیمانی در سطح ماکروسکوپی حاکم است و منجر به نیاز به آزمایش های تکراری و در مقیاس کامل می شود.
• جایگاه بازار و جرم بحرانی: موفقیت بتن به عنوان یک ماده ساختمانی عمدتاً بر این واقعیت استوار است که تولید آن ارزان است. با این حال، این تنها بدلیل صرفه جویی در مقیاس، بویژه در تولید سیمان امکان پذیر است. نیازمندی های در مقیاس کوچکتر میتواند هزینه ها را به سرعت افزایش دهد و یکی از مزایای اساسی محصول را نفی کند.

علیرغم این موانع در اجرا، موفقیت های قابل توجهی در کاربرد فناوری های یشرفته در صنعت بتن آماده با پیشرفت هایی مانند بتن با مقاومت بالا، بتن الیافی، استفاده از بتن خود متراکم و استفاده گسترده از بتن های آماده بدست آمده است. این مقاله به بررسی برخی از پیشرفت های کلیدی در فناوری بتن می پردازد که منجر به تغییراتی در طراحی و تولید بتن آماده در طول 30 سال گذشته شده است و برخی از تحقیقات فعلی را در نظر می گیرد که ممکن است بر ماهیت صنعت تأثیر بیشتری بگذارد.

تکنولوژی سیمان

پیشرفت در تکنولوژی تولید سیمان منجر به قوام بیشتر و بهبود عملکرد سیمان های سنتی شده است. پیشرفت های قابل توجهی در استفاده از سوخت های جایگزین وجود دارد که اثرات زیست محیطی تولید سیمان را کاهش می دهد، که همچنان یک فرآیند انرژی بر است که بدلیل ماهیت واکنش های شیمیایی درگیر، CO2 تولید می کند. با این حال، صنعت سیمان در کاهش مقدار CO2 آزاد شده در طول تولید موفق بوده است و آمار نقل شده مبنی بر اینکه هر تن سیمان تولیدی معادل همان مقدار وزن CO2 آزاد می کند، دیگر درست نیست و بسیاری از تولیدکنندگان ادعا می کنند که تولید CO2 را تا 30 درصد یا بیشتر کاهش داده اند.

در 30 سال گذشته افزایش چشمگیری در دسترسی و استفاده از مواد سیمانی تکمیلی مشاهده شده است. بویژه مزایای ناشی از مواد زیر منجر به گسترش استفاده از آنها شده است:

سرباره کوره بلند دانه بندی شده

سرباره کوره بلند دانه بندی شده زمینی (ggbs) محصول جانبی تولید آهن است و زمانی تشکیل می شود که سرباره کوره بلند مذاب به سرعت خاموش شود. خواص سیمانی ggbs از دیرباز شناخته شده است (شواهد اولین استفاده از آن به بیش از 80 سال قبل باز می گردد) و استفاده از آن در تعدادی از کشورهای جهان گسترده است. می توان آن را با کلینکر سیمان برای تولید سیمان مخلوط شده در کارخانه مخلوط کرد و این رویکرد در اروپا رایج است، اگرچه در انگلستان ggbs بطور کلی در میکسر بتن برای تولید یک ترکیب سیمان معادل اضافه می شود. به طور معمول، ggbs برای جایگزینی 50٪ از مخلوط سیمان تیپ 1 استفاده می شود، اگرچه در برنامه های تخصصی می توان آنرا در سطوح جایگزینی تا 90٪ استفاده کرد.

هنگامی که ggbs در سطوح جایگزینی بیش از 40% استفاده میشود، پیشرفت های قابل توجهی در مقاومت در برابر حمله کلرید حاصل میشود. استفاده از آن همچنین مقاومت بتن در برابر حمله سولفات را بهبود می بخشد و این در استانداردهای بریتانیا به رسمیت شناخته شده است که در آن استفاده از سطوح بالای جایگزینی ggbs برای شدیدترین دسته های حملات شیمیایی تشویق میشود.

استفاده از ggbs همچنین خطر واکنش مضر قلیایی-سیلیکا (ASR) را کاهش می دهد و مجدداً در اسناد راهنمای ملی که استفاده از ggbs را در جایی که پتانسیل ASR وجود دارد، به رسمیت شناخته است. یکی دیگر از مزایای ggbs گرمای کمتر هیدراتاسیون است که استفاده از آن را در ساختارهای انبوه برای کاهش مسائل مرتبط با توسعه دمای بالا محبوب می کند. جای تعجب نیست که با توجه به مزایای بالقوه استفاده از ggbs، افزایش مداومی در استفاده از آن در بتن آماده وجود داشته است، اگرچه در هنگام استفاده از مواد، پیامدهایی برای تولیدکننده وجود دارد:

• نیاز برای ظرفیت ذخیره سازی اضافی.
• الزامات کنترل کیفیت اضافی برای افزایش دامنه مخلوط ها.
• افزایش اندک در محتوای سیمان که در آن مقاومت معادل 28 روز مورد نیاز است.
• زمان گیرش طولانی مدت، بویژه در هوای سرد، می تواند منجر به آب انداختن بتن شود، اگرچه می توان با استفاده از مواد افزودنی و تغییر در طراحی مخلوط، آنرا کنترل کرد.

بطور کلی، استفاده از ggbs مشکلات کمی را برای تولید کننده بتن آماده ایجاد میکند و رایج ترین ماده سیمانی مکمل در انگلستان است.

خاکستر سوخت پودر شده

خاکستر سوخت پودر شده (PFA) یک محصول جانبی از تولید الکتریسیته در نیروگاه های زغال سنگ است و واکنش پوزولانی این ماده در صورت استفاده همراه با سیمان پرتلند به خوبی ثبت شده است. PFA می تواند با کلینکر سیمان برای تولید سیمان مخلوط شده در کارخانه مخلوط شود یا میتوان آن را در میکسر بتن برای تولید یک ترکیب سیمان معادل اضافه کرد. هر دو روش معمولا در انگلستان استفاده می شود. PFA معمولاً در سطوح جایگزینی پایین تر (حدود 30٪) از ggbs استفاده میشود. اگرچه سطوح بالاتر گاهی اوقات برای برنامه های خاص استفاده میشود.

نشان داده شده است که استفاده از PFA با کاهش نفوذ کلرید، بهبود مقاومت سولفات و به حداقل رساندن خطر ASR مضر، دوام بتن را بهبود میبخشد. همچنین می تواند خواص تازه بتن را با کاهش محتوای آب که منجر به آب انداختن کمتر و بهبود ویژگی های جریان می شود، افزایش دهد. استفاده از PFA همچنان در حال افزایش است، اگرچه در دسترس بودن چرخه ای مواد، رشد آنرا در مقایسه با ggbs محدود کرده است.

از دیدگاه بتن آماده، هنگام استفاده از PFA مفاهیمی وجود دارد:

• نیاز به ظرفیت ذخیره سازی اضافی و نیاز به هوادهی پیشرفته در سیلوها برای رسیدگی به ماهیت ظریف تر PFA در مقایسه با سیمان یا ggbs.
• الزامات کنترل کیفیت اضافی برای افزایش دامنه مخلوط ها.
• افزایش محتوای سیمان در جایی که مقاومت معادل 28 روز مورد نیاز است. این افزایش های تدریجی تا حدودی بزرگتر از مواردی است که با ggbs مشاهده میشود و می تواند تا 40 کیلوگرم بر متر مکعب باشد.

میکروسیلیس

میکروسیلیس یک محصول جانبی حاصل از تولید سیلیکون و فروسیلیکون است. این یک پوزولان بسیار ریز، بسیار واکنش پذیر و با SiO2 بالا است که بطور قابل توجهی تخلخل بتن را کاهش میدهد. میکروسیلیس معمولاً به عنوان افزودنی برای افزایش خواص بتن های با کارایی بالا مورد استفاده قرار میگیرد و بین 5 تا 20 درصد وزن سیمان استفاده میشود. نشان داده شده است که میکروسیلیکا دوام، مقاومت در برابر سایش و عملکرد مقاومت بتن را بهبود می بخشد اما این ماده بطور قابل توجهی گران تر از سیمان است و استفاده از آن تا حد زیادی به کاربردهای تخصصی یا بتن های با مقاومت بالا (معمولاً بیشتر از 80 N/mm2) محدود میشود.

متاکائولین

متاکائولین از کلسینه کردن کائولن در دمای بین 700 تا 900 درجه سانتیگراد برای تولید پوزولان بسیار واکنش پذیر در هنگام مخلوط شدن با سیمان تیپ 1 تولید میشود. معمولاً به روشی مشابه میکروسیلیس استفاده میشود، یعنی به عنوان افزودنی (5 تا 15 درصد وزنی سیمان)) برای تولید بتن با کارایی بالا. در دسترس بودن محدود و تجربه میدانی با متاکائولین منجر به نرخ کمتر استفاده نسبت به سایر مواد افزودنی معدنی مانند ggbs، PFA و میکروسیلیس شده است. با این حال، داده های تحقیقاتی سطوح عملکرد مشابه با میکروسیلیس را نشان میدهد.

تحقیقات قابل توجه و تجربه میدانی نشان داده است که استفاده از افزودنی های معدنی با بهبود تعدادی از خواص کلیدی، عملکرد بتن را افزایش میدهد. این در استانداردهای بریتانیا و اروپا به رسمیت شناخته شده است و طراحان بطور فزاینده ای استفاده از چنین موادی را مشخص میکنند. صنعت بتن آماده با در دسترس قرار دادن چنین موادی بطور گسترده به نیازها پاسخ داده است و تخمین زده میشود که 75 درصد از تمام بتن های آماده اکنون حاوی مواد معدنی هستند.

تکنولوژی افزودنی ها

شاید مهمترین پیشرفت ها در فناوری بتن در زمینه افزودنی ها بوده است که امکان توسعه طیف وسیعی از بتن های با کارایی بالا را فراهم کرده است و به طراحان اجازه می دهد تا بطور کامل از مزایای این ماده استفاده کنند. شرکت های بزرگ مواد افزودنی، سرمایه گذاری هنگفتی را در تحقیق و توسعه انجام می دهند و در طی 30 سال گذشته افزایش قابل توجهی در طیف مواد افزودنی در دسترس هم برای تولید کننده سیمان و هم برای تولید کننده بتن آماده مشاهده شده است:

افزودنی های کاهنده آب

اینها متداول ترین افزودنی ها هستند که معمولاً برای کاهش محتوای آب و در عین حال حفظ کارایی و در نتیجه کاهش محتوای سیمان برای یک استحکام معین اضافه میشوند.

کاهنده آب با برد بالا

بطور فزاینده ای برای افزایش قوام بتن با حفظ مقاومت استفاده میشود. مسلماً مهمترین پیشرفت ها در این زمینه از فناوری افزودنی با توسعه محصولات مبتنی بر پلی کربوکسیلات اتر (PCE) رخ داده است. اینها منجر به توسعه بتن خود تراکم شده و در دستیابی به مقاومت های بتن هر چه بیشتر بسیار مهم بوده است. افزودنی های PCE را می توان برای اصلاح تأثیر آنها بر خواص مهم بتن، مانند چسبندگی، نرخ افزایش مقاومت، قوام و حفظ اسلامپ دستکاری کرد.

عوامل اصلاح کننده ویسکوزیته

عوامل اصلاح کننده ویسکوزیته برای حفظ انسجام در مقادیر قوام بسیار بالا ساخته شده اند و بطور معمول در ساخت بتن خود تراکم استفاده می شوند.

وسایل کمکی آسیاب

ابزارهای کمکی آسیاب که فرآیند تولید سیمان را بهینه می کنند و مصرف انرژی را کاهش می دهند، در کنار مواد شیمیایی که عملکرد مقاومتی سیمان را افزایش می دهند، رایج هستند.

مواد افزودنی جبران کننده انقباض

این طیف از مواد افزودنی انقباض ذاتی بتن را کاهش میدهد که نتیجه اجتناب ناپذیر فرآیند هیدراتاسیون است. استفاده از این افزودنی ها بویژه در ساخت کف های بتنی مفید است، جایی که فاصله اتصالات بسیار وسیع تری را ممکن می سازد. در ارتباط با سایر پیشرفت های فن آوری، مانند الیاف فولادی، حتی می توان از آنها برای تولید کف های بدون اتصال استفاده کرد.

بازدارنده های خوردگی

مقاومت اضافی در برابر خوردگی آرماتورها را میتوان با ادغام بازدارنده های خوردگی در بتن به دست آورد و چنین افزودنی هایی اغلب در پروژه های حیاتی استفاده میشوند.

رنگدانه ها

رنگدانه ها در طیف گسترده ای از رنگ ها هستند و مجوز هنری را به طراحان میدهند و به آنها اجازه می دهند از بتن به طرق مختلف استفاده کنند.

افزودنی های ضد آب

مسدود کننده های منافذ بطور فزاینده ای در طراحی و ساخت سازه های ضد آب مورد استفاده قرار میگیرند و توسعه مستمری در این زمینه برای بهبود عملکرد چنین افزودنی هایی وجود دارد، بویژه در جاهایی که بتن تحت فشار آب اعمال شده خارجی قرار میگیرد.

فهرست بالا به هیچ وجه کامل نیست و سایر افزودنی ها مانند کندکننده ها و هواگیرها بطور معمول برای اصلاح خواص تازه و سخت شدن بتن استفاده میشوند. مزایای افزودنی ها در افزایش دوام، بهبود زمان گیرش، کاهش هزینه ها و بهبود پایداری بتن بطور گسترده ای تایید شده است و افزایش استفاده از افزودنی ها نشان دهنده این است که حجم فروش در بریتانیا طی 15 سال گذشته سه برابر شده است.

تکنولوژی فیبر و الیاف

استفاده از الیاف در بتن و ملات چیز جدیدی نیست، همانطور که از الیاف حیوانی در برخی از اولین بتن های ثبت شده استفاده شده است. مانند مواد افزودنی، پیشرفت های قابل توجهی در نوع، در دسترس بودن و عملکرد الیاف صورت گرفته است و سه نوع الیاف عمومی در بازار موجود است:

الیاف فولادی

الیاف فولادی در طیف وسیعی از اشکال و اندازه ها تولید می شوند و اگرچه عموماً از فولاد نرم تولید می شوند اما بصورت فولاد ضد زنگ و گالوانیزه در دسترس هستند. بسته به نوع الیاف و خواص مورد نظر بتن، معمولاً با دوزهای بین 15 تا 50 کیلوگرم در متر مکعب اضافه میشوند. الیاف فولادی میتوانند چقرمگی و شکل پذیری بتن را افزایش دهند و بطور گسترده در کاربردهای کفپوش صنعتی در سراسر جهان استفاده میشوند. اخیراً، تکنیک های ساخت کامپوزیتی توسعه یافته اند که به فیبر فولادی اجازه میدهد تا در برخی از کاربردها، جایگزین تقویت کننده های ساختاری سنتی شود. اطمینان از پراکندگی کامل الیاف در بتن ضروری است و معمول است که بتن الیاف فولادی از یک مخلوط کاهنده آب با برد بالا برای افزایش قوام بتن و تسهیل اختلاط کامل استفاده کند.

الیاف پلی پروپیلن

الیاف پلی پروپیلن عموماً با میزان دوز بسیار پایین تری نسبت به الیاف فولادی، معمولاً کمتر از 1 کیلوگرم بر متر مکعب، ترکیب می شوند و اساساً برای اصلاح خواص پلاستیکی بتن برای به حداقل رساندن مشکلات ترک خوردگی پلاستیک استفاده میشوند. آنها همچنین به بهبود مقاومت سایشی، افزایش مقاومت در برابر ضربه و افزایش مقاومت پوسته شدن در آتش کمک میکنند. استفاده از الیاف پلی پروپیلن از دهه 1980 بطور پیوسته افزایش یافته است و برآوردها نشان میدهد که بیش از 5٪ از کل بتن های آماده در بریتانیا اکنون از چنین الیافی استفاده میکنند. از دیدگاه یک تولیدکننده، الیاف به راحتی قابل حمل هستند و به راحتی به بتن اضافه می شوند، اگرچه مراقبت لازم است تا اطمینان حاصل شود که اثرات آن بر مقاومت و قوام بتن در نظر گرفته میشود.

الیاف ماکرو مصنوعی

الیاف ماکرو مصنوعی یک پیشرفت جدیدتر هستند و عموماً از ترکیبی از پلیمرهای آلی مختلف، از جمله پلی اتیلن و پلی اولفین ها ساخته میشوند. پیشرفتهای اخیر امکان ساخت مواد با مدول بالاتر با انواع مکانیسم های لنگر را فراهم کرده است که باعث افزایش پیوند و عملکرد بهتر این نوع الیاف میشود. اگرچه در بریتانیا نسبتاً جدید است، اما میزان دوز کاهش یافته آنها (معمولاً 2 تا 7 کیلوگرم بر متر مکعب) باعث محبوبیت آنها در بین تولیدکنندگان بتن آماده شده است؛ زیرا کار با آنها نسبت به الیاف فولادی آسان تر است. استفاده از آنها در کاربردهایی مانند کفپوش صنعتی و عرشه فولادی کامپوزیت همچنان رو به افزایش است. ترکیبی از انواع الیاف همچنین میتواند برای درک مزایای حالت پلاستیک ارائه شده توسط الیاف پلی پروپیلن همراه با مزایای حالت سخت شده که با استفاده از فولاد یا الیاف ماکرو مصنوعی مرتبط است، مورد استفاده قرار گیرد.

پایداری

مفهوم پایداری به موضوعی مهم در تمامی زمینه های ساختمانی تبدیل شده است و تولید بتن آماده نیز از این قاعده مستثنی نیست. پایداری به یک محرک اصلی برای توسعه آینده مواد سیمانی تبدیل خواهد شد و شرکت ها بطور فزاینده ای به دنبال کاهش اثرات زیست محیطی محصولات خود خواهند بود. پایداری را می توان ترکیبی از اثرات اجتماعی، اقتصادی و زیست محیطی در نظر گرفت و اینها روی هم بر نحوه نگرش یک محصول تأثیر میگذارند. یک ماده پایدار باید دارای این ویژگیها باشد:

• حداقل آسیب به محیط زیست (تجدید پذیر، غیر سمی، قابل بازیافت، زیست تخریب پذیر و غیره)؛
• حداقل ضایعات مرتبط با استفاده از آن (ضایعات در تولید، سفارش بیش از حد، پیش مونتاژ خارج از محل و غیره)؛
• عرضه محلی (اگر در محلی یافت میشود، سفر به حداقل ممکن کاهش می یابد و انتشار سوخت مضر کاهش می یابد)؛
• انتشار کم CO2 (تمام انتشارات در طول منبع یابی، ساخت و چرخه عمر یک ماده/محصول را شامل میشود).

علاوه بر این، یک ماده پایدار باید بادوام، مستحکم، مقاوم در برابر آتش باشد و امنیت کافی را فراهم کند.

صنعت بتن آماده به این چالش ها از طرق زیر پاسخ میدهد.

کاهش آلودگی و انتشار گازهای گلخانه ای

• انتشار گرد و غبار طی 20 سال گذشته 90 درصد کاهش یافته است
• کاهش 18 درصدی دی اکسید کربن در هوا
• کاهش 46 درصدی دی اکسید گوگرد
• کاهش 17 درصدی اکسیدهای نیتروژن
• 60 درصد صرفه جویی در ذرات معلق

افزایش استفاده از مواد خام بازیافتی

• صنعت سیمان و بتن بریتانیا با مصرف ضایعات تولید شده توسط سایر صنایع و بازیافت زباله های خود به کمک به استراتژی ضایعات بریتانیا ادامه میدهد.
• صنعت سیمان با فرآوری ضایعات منتخب به سوخت های جایگزین کوره، نقش مهمی در به حداقل رساندن برخی از مشکلات دفع زباله در کشور ایفا میکند.
• استفاده از ggbs و خاکستر بادی در بتن و سیمان در حال افزایش است که باعث کاهش انتشار CO2 تا 45٪ میشود.

کاهش ضایعات و افزایش کارایی

• انطباق با قوانین زیست محیطی دقیق
• گواهینامه ISO 14001 تبدیل به یک هنجار
• کارخانه های بتن در حال حاضر آب را بازیافت می کنند (تا 65٪ قابل دستیابی است)
• در سراسر اتحادیه اروپا، مصرف انرژی ویژه در تولید کلینکر سیمان از دهه 1970 تا 30 درصد کاهش یافته است.

اتکای کمتر به مواد معدنی اولیه

• سالانه 1.5 میلیون تن ggbs و خاکستر بادی در بریتانیا به عنوان جایگزین سیمان استفاده می شود.
• کاهش انتشار CO2 به میزان 1.5 میلیون تن
• کاهش مصرف انرژی اولیه به میزان 2000 میلیون کیلووات در ساعت
• صرفه جویی 1.5 میلیون تن در استخراج معادن
• صرفه جویی 1.5 میلیون تن دفن زباله

کاهش استفاده از سنگدانه های اولیه

• کاهش 45 درصدی در تولید سنگدانه های اولیه از 1989-2011
• افزایش 94 درصدی استفاده از سنگدانه های بازیافتی و ثانویه
• تا سال 2011، 30 درصد از سنگدانه ها (70 میلیون تن) از منابع غیر اولیه تامین خواهد شد.

این صنعت از مسئولیتهای خود در رابطه با مسائل پایداری آگاه است و به سرمایه گذاری برای بهبود عملکرد خود در این زمینه مهم ادامه میدهد. اگرچه بتن سهم خالص کوچکی در گرم شدن کره زمین دارد، اما همچنان به ترویج استفاده از مواد و فناوری هایی ادامه میدهد که تأثیر آن بر جامعه را بیشتر کاهش دهد.

طراحی مخلوط

برای استفاده حداکثری از پیشرفت های برجسته شده در بالا، نیاز به تکنسین بتنی است که طرح های اختلاط را مطابق با الزامات مشخص شده تنظیم کند.

سه کاربرد که در نتیجه پیشرفتهای فناوری بتن توسعه یافته اند برجسته می شود:

بتن با مقاومت بالا

مقاومت مشخص شده بتن طی 30 سال گذشته بطور پیوسته افزایش یافته است. در طول این دوره مقاومت متوسط ​​حدود 10 N/mm2 افزایش یافته است و مقدار فزاینده ای از بتن با تمام ویژگی های مقاومت مشخص میشود. افزایش چشمگیرتری در توسعه بتن های با مقاومت بالا مشاهده شده است. در حالی که زمانی C50 به عنوان یک مقاومت بالا در نظر گرفته می شد، اکنون مشاهده بتن های C80 معمول می باشد و مقاومت های تا C130 توسط برخی از کارخانه های بتن آماده تولید میشود.

این استحکام تنها با انتخاب دقیق و ترکیب مواد خام و استفاده از افزودنی های کاهنده آب با برد بالا در ترکیب با اجزای سیمانی انتخابی مانند PFA و میکروسیلیس امکان پذیر است. تئوری بسته بندی ذرات و رفتار رئولوژیکی بتن به بخش مهمی از فرآیند طراحی مخلوط در این کاربردها تبدیل میشود. مرزهای بتن با مقاومت بالا با توسعه و تولید بتنهای فوق العاده با مقاومت بیشتر افزایش یافته است که در آن مقاومتها می تواند از 200 نیوتن بر میلی متر مربع تجاوز کند. اگرچه تا به امروز کاربرد و تولید این گونه مواد محدود است.

بتن خود تراکم

بتن خود تراکم (SCC) از زمانی که برای اولین بار در اواخر دهه 1980 در ژاپن به نمایش گذاشته شد، به سرعت توسعه یافته است. پیشرفتها در فناوری افزودنی و درک بهتر ویژگیهای رئولوژیکی SCC به تولیدکنندگان اجازه میدهد تا موادی را که میتوانند بدون ارتعاش در جای خود قرار گیرند، بطور قابل اعتماد تولید کنند که منجر به مزایای افزایش بازده در محل، کاهش اثرات زیست محیطی و بهبود پوشش سطحی میشود. با این حال، طراحی SCC پیچیده است، اغلب شامل چندین ترکیب پودر و افزودنی برای اطمینان از دستیابی به خواص مورد نظر است. برای اطمینان از استحکام بیشتر طرح های مخلوط، تحقیقات و توسعه بیشتری مورد نیاز است.

طراحی برای پایداری

استفاده از اجزای سیمانی ثانویه در صنعت رایج است و استفاده از چنین موادی می تواند ردپای CO2 بتن را تا 40 درصد کاهش دهد. افزودنی های کاهنده آب معمولاً برای کاهش محتوای آب استفاده میشوند و در نتیجه فرصتهایی را برای برآوردن نیازهای مقاومتی مشخص با محتوای سیمان کمتر فراهم میکنند. استفاده از آب بازیافتی و حذف ضایعات شستشو در حال حاضر در این صنعت معیار است و واحدهای تولیدی بزرگتر دارای امکانات بازیابی مواد از هر بتن برگشتی خواهند بود.

استفاده از سنگدانه های بازیافتی اغلب به عنوان روشی منطقی برای کاهش اثرات زیست محیطی بتن در نظر گرفته میشود. با این حال، استفاده از سنگدانه بازیافتی (RA) یا سنگدانه بتن بازیافتی (RCA) نیاز به بررسی دقیق دارد؛ زیرا استفاده از آنها می تواند محتوای سیمان را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. توجه دقیق به مزایای پایداری کلی استفاده از RA یا RCA لازم است تا اطمینان حاصل شود که تأثیر کامل بر پایداری درک شده است. زیرا اغلب چنین است که سنگدانه طبیعی محلی راه حل پایدارتری نسبت به واردات مواد بازیافتی است.

فن آوری تولید

الزامات اساسی برای تولید بتن امروزه با زمانی که این صنعت تقریباً 80 سال پیش متولد شد، تفاوت چندانی ندارد. اختلاط همگن سیمان، سنگدانه ها و آب برای تولید ماده ای که می تواند تا 2 ساعت حمل شود و همچنان در محل ساخت و ساز، قابل استفاده باشد. با این حال، جهان تغییر کرده است و پیشرفتها در فناوری سیمان و بتن منجر به ایجاد مخلوط های پیچیده تر شده است که به تکنیک های پیچیده تر اختلاط و کنترل نیاز دارند تا نیازهای روشهای ساخت و ساز مدرن را برآورده کنند.

کامپیوتری شدن، پیشرفت در اندازه گیری مواد و در دسترس بودن افزودنی های پیشرفته به تولید کننده بتن آماده اجازه میدهد تا مجموعه عظیمی از بتنهای پیچیده و فنی را طراحی و تولید کند که حتی 10 سال پیش به سادگی قابل دستیابی نبود. افزایش آگاهی زیست محیطی باعث تغییرات قابل توجهی در طراحی واحدهای تولید بتن مدرن شده است. بطوری که کارخانه های جدید کاملاً محصور شده اند و هیچ زباله ای از محل خارج نمی شود؛ زیرا واحدهای بازیافت بتن و آب به یک امر عادی تبدیل شده اند. از بیرون، یک کارخانه تولید بتن مدرن ممکن است با کارخانه های ساخته شده در 60 سال پیش تفاوت چندانی نداشته باشد اما تکنولوژی و پیچیدگی کارخانه مدرن و موادی که تولید می کند، چندین سال نوری نسبت به اولین کارخانه های ساخته شده فاصله دارد.

نتیجه گیری

در 30 سال گذشته شاهد نوآوری های زیادی در زمینه فناوری بتن بوده ایم، بویژه در رابطه با توسعه اجزای سیمانی جایگزین و سیستم های افزودنی قوی تر و انعطاف پذیرتر که قادر به اصلاح خواص تازه و سخت شده بتن هستند. اخیراً تمرکز بر مسائل زیست محیطی و مفهوم پایداری منجر به تغییراتی در نحوه تولید و استفاده از مواد خام برای تولید بتن شده است. استفاده از مواد بازیافتی و جایگزین افزایش یافته است که در کنار هم میتوانند اثرات زیست محیطی بتن را کاهش دهند و پیشرفتهای بیشتری در این زمینه انتظار می رود.

این تحولات توسط صنعت بتن آماده پذیرفته شده است و ماهیت محصولات تولید شده توسط این صنعت بطور قابل توجهی تغییر کرده است. واحدهای تولیدی در حال حاضر پیچیده تر هستند و طیف وسیع تری از سیمان، مواد افزودنی و سنگدانه ها را در خود جای داده اند که امکان تولید طیف وسیعی از بتن های با مشخصات بالای مهندسی شده برای پاسخگویی به سخت ترین کاربردها را فراهم میکنند.

منبع: agg-net.com