بتن با کارایی بالا یا HPC و کاربرد های آن

بتن با کارایی بالا (HPC) فقط یک شعار در صنعت ساخت و ساز نیست. این ماده بازی ساخت و ساز را تغییر میدهد و استانداردها را بازتعریف میکند. اما چه چیزی آنرا متمایز میکند؟ بتن با کارایی بالا با استحکام و دوام استثنایی میتواند بارهای سنگین و شرایط شدید را تحمل کند که آنرا به یک ماده فوق العاده برای پروژه های ساختمانی تبدیل میکند.

بتن یک مصالح ساختمانی بادوام و همه کاره است. نه تنها قوی و مقرون به صرفه است، بلکه شکل قالبی که در آن قرار میگیرد را نیز به خود میگیرد و از نظر زیبایی شناختی رضایت بخش است. با این حال، تجربه نشان داده است که بتن در معرض تخریب است مگر اینکه اقدامات پیشگیرانه در مرحله طراحی و تولید انجام شود. بتن پرمقاومت و بتن با کارایی بالا مترادف نیستند زیرا مقاومت و عملکرد بتن از خواص مختلف بتن است. بتن با مقاومت بالا بر اساس مقاومت فشاری آن در سن معین تعریف می شود در حالی که بتن با عملکرد بالا بر اساس معیارهای عملکرد یعنی دوام بالا، استحکام بالا و کارایی بالا تعریف میشود.

ترکیب HPC

جادو در ترکیب دقیق آن نهفته است. افزودنیهای پیشرفته، سنگدانه های ریز دانه بندی شده و مواد سیمانی تکمیلی با هم ترکیب میشوند تا دستورالعملی را ایجاد کنند که بر بتن سنتی برتری دارد. این مسئله منجر به ماده ای میشود که از نظر عملکرد و انعطاف پذیری بسیار قدرتمند است. بتن با کارایی بالا (HPC) با انتخاب دقیق و تناسب اجزای تشکیل دهنده آن یعنی سیمان، ماسه، شن، مواد سیمانی مانند خاکستر بادی تولید می شود. ترکیب بتن با کارایی بالا معمولاً از مواد زیر تشکیل شده است:

1. سیمان

خواص شیمیایی و فیزیکی سیمان میتواند به انتخاب سیمان مورد نظر برای تولید بتن با کارایی بالا کمک کند. بعنوان مثال سیمان با C3A پایین مطلوب ترین نوع سیمان برای تولید بتن با کارایی بالا است؛ زیرا C3A باعث ایجاد ناسازگاری سیمان با یک فوق روان کننده می شود. علاوه بر این، رئولوژی سیمان حاوی C3A کم را میتوان به راحتی کنترل کرد. با این وجود مقدار مشخصی از C3A برای سیمان از نقطه نظر مقاومت مهم است.

2. آب

آب جزء حیاتی در بتن با کارایی بالا است که باید با سیمان و مواد افزودنی معدنی یا شیمیایی سازگار باشد.

3. سنگدانه ریز

مقدار سنگدانه ریز در مقایسه با ماسه برای تولید بتن با کارایی بالا مطلوب است؛ زیرا ماسه ریزتر نیاز بتن به آب را افزایش می دهد.

4. سنگدانه درشت

انتخاب سنگدانه درشت بسیار مهم است؛ زیرا ممکن است مقاومت بتن با کارایی بالا را کنترل کند.

5. فوق روان کننده

فوق روان کننده ها جزء ضروری بتن با کارایی بالا هستند که برای کاهش نسبت آب به سیمان به مخلوط بتن اضافه می شود.

پیشنهاد میکنیم انجام دهید: ابزار محاسبه حجم بتن مصرفی در ساختمان بتنی

6. مواد افزودنی

هر ترکیبی از مواد سیمانی مانند سرباره، خاکستر بادی و دود سیلیس:

• دود سیلیس: دوده سیلیس یک محصول جانبی زائد حاصل از تولید سیلیکون و آلیاژهای سیلیکون است. دوده سیلیس به اشکال مختلفی موجود است که در حال حاضر بیشترین استفاده از آن بصورت متراکم است. در کشورهای توسعه یافته آنرا به آسانی با سیمان مخلوط میکنند. ساخت بتن با مقاومت بالا بدون دود سیلیس با مقاومت فشاری تا 98 مگاپاسکال امکان پذیر است. با این حال فراتر از این سطح استحکام، دود سیلیس ضروری است. با دود سیلیس، ساخت HPC برای استحکام بین 63 تا 98 مگاپاسکال آسانتر است.
• خاکستر بادی: خاکستر بادی سالهاست که بطور گسترده در بتن استفاده میشود. متأسفانه خاکستر بادی از دود سیلیس هم از نظر خصوصیات فیزیکی و هم شیمیایی بسیار متغیرتر است. بیشتر خاکسترهای بادی قدرتی بیش از 70 مگاپاسکال ندارند. بنابراین برای استحکام بالاتر، دود سیلیس باید همراه با خاکستر بادی استفاده شود. برای بتن با مقاومت بالا خاکستر بادی با نرخ دوز حدود 15 درصد از محتوای سیمان استفاده می شود.
• سرباره کوره بلند دانه بندی شده (GGBFS): سرباره ها برای استفاده در بتنهای با مقاومت بالا با نرخ دوز بین 15 تا 30 درصد مناسب هستند. با این حال برای استحکام بسیار بالا (بیش از 98 مگاپاسکال) استفاده از سرباره همراه با دود سیلیس ضروری است.
• سایر مواد: گاهی اوقات آرد کوارتز و الیاف نیز اجزای سازنده HPC هستند که به ترتیب دارای مقاومت فوق العاده و انعطاف پذیری فوق العاده هستند.

مزایای بتن با کارایی بالا

بیایید مزایای بی شماری را که بتن با کارایی بالا را به یک ابرقهرمان در دنیای ساخت و ساز تبدیل میکند بررسی کنیم.

• عملکرد سازه ای: اول از همه، HPC عملکرد سازه ای را افزایش میدهد. استحکام و دوام برتر آن نه تنها عمر مفید سازه ها را افزایش میدهد بلکه هزینه های تعمیر و نگهداری را نیز کاهش میدهد و تأثیری پایدار بر طول عمر آنها دارد.
• پایداری: بتن با کارایی بالا فراتر از استحکام، پایداری را تقویت میکند. طراحی ترکیبی بهینه آن امکان طراحی المانهای نازک تر و کاهش استفاده از مواد را فراهم میکند و فرآیند ساخت و ساز سازگار با محیط زیست را ارتقا میدهد. این یک بازی برد-برد هم برای سازندگان و هم برای محیط زیست است.
• هزینه: سرمایه گذاری اولیه در HPC در دراز مدت نتیجه میدهد. دوام آن نیاز به تعمیرات و تعویض های مکرر را کاهش میدهد و به معنای صرفه جویی قابل توجهی در هزینه در طول چرخه عمر یک سازه است.

کاربردهای بتن با کارایی بالا

اکنون که مزایا را بررسی کرده ایم، اجازه دهید به برنامه های متنوعی بپردازیم که بتن با کارایی بالا را به انتخابی مناسب برای معماران و مهندسان خوش بین تبدیل می کند.

• از آسمان خراشهای بلند و پلهای باشکوه گرفته تا زیرساختهای حیاتی مانند سکوهای نفتی و سدها، بتن با کارایی بالا انتخاب اول است. تطبیق پذیری آن به معماران و مهندسان این امکان را می دهد که مرزهای طراحی و عملکرد را پشت سر بگذارند.
• برای مثالی در دنیای واقعی بیایید به برج خلیفه نگاه کنیم. یک سازه نمادین که از بتن با کارایی بالا بهره میگیرد. این ماده در پروژه نه تنها یکپارچگی سازه را تضمین کرد، بلکه استاندارد جدیدی برای انعطاف پذیری در برابر چالش های زیست محیطی ایجاد کرد.

واضح است که این ماده فقط برای سازه های ساختمانی نیست. در واقع این ماده آینده ساخت و ساز را شکل میدهد. قدرت، پایداری و تطبیق پذیری آن ما را به سوی عصر جدیدی از معماری نوآورانه و انعطاف پذیر سوق می دهد.

منابع: theconstructor.org و nbmcw.com