بتن خود تراکم یا خود متراکم (SCC) چیست؟

بتن سیالی که تحت اثر وزن خود متراکم شده و دارای کارایی فوق العاده زیادی است. این بتن خود متراکم میتواند در مقاطع با آرماتورگذاری زیاد، بدون استفاده از ویبراتور مورد استفاده قرار گیرد. بتن خود تراکم (S.C.C) نامیده میشود. این بتن علاوه بر دارا بودن کارآیی بالا و عدم جداشدگی ذرات تشکیل دهنده بتن در حالت تازه، دارای نفوذپذیری کم، دوام زیاد و مقاومت بالا در حالت سخت شده می باشد.

در گذشته هم بتن ریزی های حجیم Mass Concrete و بتن ریزی با لوله ترمی در زیر آب Shaft Concrete بدون ویبره انجام میشد. ولی این بتن ها معمولاً مقاومت کمی داشته و دارای کیفیت مطلوب و همگن نبودند. در حالیکه بتن خود تراکم کارایی بالا داشته و به ویبره نیاز ندارد. پس از بتن ریزی هم ساختاری همگن و یکنواخت دارد و از نظر مقاومت فشاری نیز در حد مطلوب است.

بتن خود تراکم به دلیل دارا بودن مقدار بیشتر ماده چسباننده سیمانی و منحنی دانه بندی متفاوت، نسبت به بتن معمولی مقدار ریزدانه بیشتری دارد. این تمهیدات در ترکیب با فوق روان کننده های مخصوص، باعث روانی بی نظیر و تراکم پذیری مطلوب بتن می شود.

در سال ۱۹۸۶ ایده بتن خود تراکم توسط Okamura ژاپنی ارائه گردید. بتن خود تراکم را میتوان بتنی با ظرفیت پرشوندگی بالا و در برگیری آرماتورها بدون نیاز به ویبره، با قابلیت حفظ یکنواختی در طول فرآیند تولید تا جای گیری در قالب معرفی نمود.

کاربرد بتن خود متراکم

امروزه بتن خود تراکم، بدلیل کاربردهای فراوان به ویژه در بخش‌های تولید بتن آماده و قطعات پیش ساخته، مورد توجه صنعت ساختمان، قرار گرفته است.

خواص رئولوژی بتن خود تراکم

خواص رئولوژی بتن خود تراکم را میتوان در سه مرحله بیان نمود:

• بتن تازه: دارا بودن خواص روانی بالا، تراکم پذیری زیاد و ثبات مناسب.
• سنین اولیه: کاهش انقباض، تولید حرارت کم در زمان گیرش، کسب مقاومت کافی.
• مرحله سخت شده: دارای نفوذ پذیری کم، دوام زیاد و همچنین مقاومت زیاد.

بتن خود تراکم پتانسیل های جدیدی فراتر از کاربردهای بتن معمولی را به نمایش می گذارد که عبارتند از:

• قابلیت استفاده به همراه آرماتورهای شبکه ای
• برای شکل های هندسی پیچیده در قطعات پیش ساخته
• برای اجزای باریک و نازک قطعات
• بطور کلی هر جایی که تراکم بتن دشوار باشد.
• برای مشخصه هایی که به ساختار همگن بتن نیازمندند مانند قطعات نما
• برای سرعت های اجرای بالا
• برای کاهش یا حذف ویبره
• کاهش آسیب دست و بازوی کارگران در اثر عملیات ویبره

روانی بتن خود تراکم

بنا به تعریف هر مایع بدون حد روانی برای مثال آب یا روغن، خود تراکم پذیر نامیده می شود. بطوریکه می تواند در گوشه های قالب بدون اثر نیروی خارجی جریان پیدا کند. بنابراین بتن خود تراکم می بایست از روانی زیادی برخوردار باشد تا همانند آب یا روغن در قالب جریان یافته و درزهای قالب را پر نماید و تحت وزن خود و بدون نیاز به ویبره کردن متراکم گردد. مقاومت در برابر جداشدگی به مفهوم خواص مطلوب چسبندگی بین ذرات تشکیل دهنده در طول زمان، ساخت، حمل و جادادن در قالب و همچنین داشتن ضریب عبوری بالا که منجر به عبور بتن از فواصل آرماتورهای متراکم می باشد، ویژگی های تعیین کننده ای برای بتن خود تراکم خواهند بود.

اضافه نمودن پودرهای نرم، با اندازه ذرات کوچکتر از ۰/۱۲۵ میلیمتر و به مقدار لازم خطر جداشدگی را کاهش میدهد. پودرهایی همچون خاکستر بادی و دوده سیلیسی ضریب عبوری را افزایش خواهند داد.

استفاده از فوق روان کننده ها، موجب جایگزینی آب مورد نیاز و کاهش نسبت آب به سیمان در اینگونه طرح ها می شود. همچنین استفاده از افزودنی های اصلاح کننده غلظت، نقش کمک کننده ای در یکنواختی بتن های روان شده فوق خواهد داشت. در واقع دستیابی به تعادل، میان کارپذیری بالا و عدم جدا شدگی ذرات تشکیل دهنده بتن رمز موفقیت در ساخت بتن های خود تراکم می باشد.

با توجه به پیشرفت های علم در زمینه افزودنی های بتن، به ویژه روان سازهای پلیمری، مواد افزایش دهنده ویسکوزیته، درخواست روزافزون بتن هایی که نیاز به ویبره ندارند بویژه در سازه های مسلح به شبکه های پیچیده آرماتور، هر روز افزایش می یابد.

ساخت بتن خود تراکم

سنگدانه ها

حداکثر اندازه، سنگدانه کوچکتر از اندازه (۱۲-۲۰) میلیمتر ترجیح داده میشوند، اما در اصل همه اندازه های سنگدانه ها قابل استفاده اند سنگدانه های مکعبی گرد گوشه نتایج بهتری می دهند.

مقدار ماده چسباننده

ماده چسباننده شامل انواع سیمان های پرتلند و سایر مواد افزودنی چسباننده است. بر اساس مقدار ریز دانه ها، بسته به کیفیت مورد نیاز بتن و حداکثر اندازه ی سنگدانه های استفاده شده، مقادیری برای ماده ی چسباننده می تواند انتخاب شود.

مقدار آب

مقدار آب در بتن خود تراکم بستگی به الزامات کیفیت بتن دارد.

مواد افزودنی شیمیایی و فوق روان کننده

برای اطمینان از ویژگی های بتن تازه برای بتن خود تراکم با کارایی بالا به کارگیری یک ماده فوق روان کننده Superplasticizer بر پایه پلی کربوکسیلات اتر (Ether Polycarboxylate (PCE الزامی است. با این کار مقدار آب پایین نگه داشته میشود و همگنی به سان ویسکوزیته قابل تنظیم خواهد بود. افزودنی های شیمیایی دیگر نیز با توجه به نوع پروژه و مواد هوازا AEA برای بالا بردن مقاومت یخ زدگی – ذوب شدگی و همچنین کندگیر کننده.

مواد افزودنی معدنی

خاکستر بادی Fly Ash

برای افزایش کیفیت و دوام بتن خود تراکم افزودن مقدار مناسبی در حدود (۲۵-۳۰) ٪ خاکستر بادی قابل استفاده خواهد بود.

سرباره کوره آهن گذاری دانه ای  (GGBFS)

این مواد که بر پایه سیمانی و همچنین پوزولانی هستند ممکن است به بتن خود تراکم برای بالا بردن ویژگی آن اضافه شوند.

دوده سیلیسی Silica Fume

میکرو سیلیس حدود %۳ برای افزایش خصوصیات مکانیکی بتن خود تراکم مانند مقاومت فشاری و نفوذ ناپذیری به آن افزوده می شود.

پودر سنگ Stone Powder

پودر خرد شده سنگ آهک، دولومیت و گرانیت در بخش ریز دانه بتن خود تراکم که دارای قطر کوچکتر از ۱۲۵ میکرون است می تواند بکار برده شود.

الیاف Fibers

الیاف فولادی و یا پلی پروپیلن با خواص عالی HIPP مانند بتن عادی قابل استفاده است.

اجرای بتن خود تراکم

سطح قالب بندی

قالب بندی برای بتن خود تراکم باید تمیز، مقاوم و آب بند باشد. مقدار فشار های قالب بندی بیشتر از بتن با ویبره ی معمولی است. فشارهای قالب بندی به ویسکوزیته بتن، سرعت اجرا و محل بتن ریزی بستگی دارند. باید پتانسیل فشار هیدرواستاتیکی بتن برای طراحی سازه قالب بندی در محاسبات در نظر گرفته شود.

روش بتن ریزی

بتن خود تراکم به همان روش بتن معمولی، ریخته می شود و نباید آزادانه از ارتفاع بالا رها شود. بهترین پتانسیل جاری شدن و شکل ظاهری مطلوب بتن به وسیله یک سوکت پر کننده واقع در ناحیه تحتانی قالب و یا لوله های ترمی که از زیر سطح بتن قالب را پر می کنند بدست می آیند.

بتن خود تراکم قابلیت پمپ کردن زیادی دارد. در پروژه ای در ژاپن این بتن در طولی در حدود ۲۰۰ متر پمپ شد. بتن خودتراکم ارتفاع سقوط آزاد مجاز بیشتری نسبت به بتن معمولی دارد و حداکثر ارتفاع سقوط آزاد ۵ متر برای آن مجاز است. از نظر حداکثر قطر سنگدانه تا قطر ۵۰ میلی متر در بتن ریزی های حجیم Mass Concrete قابل استفاده می باشد ولی در صورتی که در بتن مسلح به کار رود حداکثر قطر سنگدانه ها (۱۰-۲۰) میلی متر است.

طرح اختلاط

سه نوع بتن خود تراکم ساخته می شود که عبارتند از:

• نوع پودری (powder type)
• نوع VMA
• نوع ترکیبی (Combined Type)

در نوع پودری مقدار ریز دانه ها را افزایش می دهند. در نوع VMA از ماده شیمیایی افزودنی اصلاح کننده ویسکوزیته VMA استفاده می شود و در نوع سوم روش ترکیبی نامبرده بالا همزمان به کار می رود. هر کدام به نوع سازه و شرایط خاص بتن ریزی بستگی دارد.

آزمایشات بتن خود تراکم

بدلیل روانی بسیار زیاد بتن خود تراکم امکان استفاده از روش معمول تعیین اسلامپ برای این نوع بتن وجود ندارد. چرا که در آزمایش اسلامپ معمولی ارتفاع بتن داخل مخروط اندازه گیری می شود. لیکن در مورد بتن خود تراکم قطر بتن پخش شده مطلوب است در ادامه این آزمایشات تشریح شده اند.

آزمایش اسلامپ فلو Slump Flow Test

آزمایش اسلامپ فلو یکی از آزمایشات متداول برای تشخیص کارایی بتن های فوق روان می باشد. وسایل و مراحل انجام آزمایش تقریباً همانند مراحل آزمایش اسلامپ بتن معمولی است. با این تفاوت که در آزمایش اسلامپ معمولی افت بتن در مخروط اسلامپ اندازه گیری می شود. در حالی که در آزمایش اسلامپ فلو به علت روان بودن بتن پس از بلند نمودن مخروط اسلامپ، بتن کاملاً پخش شده و عدد اسلامپ بعضاً به ۲۸ نیز می رسد.

در این روش اندازه گیری اسلامپ بتن، قدری مشکل و به علت نزدیک بودن عدد اسلامپ بتن های خیلی روان مقایسه آنها با یکدیگر نیاز به وقت و دقت نظر کافی خواهد داشت. در بتن خیلی روان قطر بتن پخش شده بر روی صفحه اسلامپ اندازه گیری و به عنوان مبنای سنجش قرار می گیرد.

چگونگی انجام آزمایش اسلامپ فلو

• داخل مخروط اسلامپ در سه لایه بتن ریخته و هر لایه توسط میله مخصوص متراکم می شود.
• پس از پر شدن، مخروط اسلامی را به آهستگی بلند میکنند.
• زمان رسیدن بتن به قطر ۵۰ سانتی متر معروف به T50 و همچنین توقف کامل بتن روان بر روی صفحه اسلامپ یادداشت می گردد.
• پس از توقف کامل بتن بیشترین قطر و قطر متعامد آن اندازه گیری شده، متوسط آنها بدست می آید این عدد اسلامپ فلو نامیده می شود.
• بتن در مخروط اندازه گیری می شود.
• همگن بودن، یکنواختی، جدایی سنگدانه ها و یا آب انداختگی احتمالی مشاهده شده و ثبت می گردد.

آزمایش اسلامپ فلو اصلاح شده MSFT

آزمایش اسلامپ فلو معمولی، نمی تواند کارایی و جدابی سنگدانه ها در بتن را در حالی که مانعی همانند آرماتورهای داخل قالب در مسیر حرکت بتن قرار می گیرد را ارزیابی نماید. بدین منظور آزمایش اسلامپ فلو اصلاح شده ابداع شده است.
به منظور تأثیر این موضوع و مطالعه خواص جدایی سنگدانه ها، قبل از انجام آزمایش اسلامپ، شبکه میلگرد استوانه ای شکل بر روی صفحه اسلامپ قرار داده می شود، سپس آزمایش بصورت ذیل انجام می گیرد:

• مخروط اسلامپ را در سه لایه پر نموده و هر لایه را ۵ بار با میله مخصوص، متراکم می نماییم.
• حلقه آرماتورها روی صفحه زیرین طوری قرار داده می شود که مخروط اسلامپ وسط آن قرار گیرد.
• با بلند کردن مخروط اسلامپ به آهستگی، بتن شروع به حرکت و گذشتن از میان شبکه آرماتورها می کند.
• قطر بتن پخش شده، مثل آزمایش اسلامپ فلو اندازه گیری می شود.
• بتن داخل و خارج حلقه آرماتور، جداگانه برداشته شده و وزن می شوند.
• نمونه های بتن وزن شده، شسته شده و از سرند ۲/۳۶mm گذرانده می شوند.
• از نمونه های شسته شده، خشک شده و سپس به منظور رسیدن به نسبت دانه های درشت بین ۵ و ۱۰ و ۱۰ تا ۲۰ میلیمتر بطور جداگانه از الک های ۵ و ۱۰ میلیمتر گذرانده می شوند.
• دانه های باقی مانده بر روی هر الک وزن می شوند.

آزمایش اصلاح شده جریان لرزان (MVF)

آزمایش جریان لرزان برای اولین بار جهت بررسی کارایی و جدایی سنگدانه ها در بتن های با کارایی معمولی استفاده شد. با توجه به اسلامپ پایین بتن های معمولی استفاده از میز ویبره توصیه شده است. اما به علت خود تراکم پذیرم بتن های خیلی روان میز ویبره از آزمایش حذف شده است. بدین جهت آن را آزمایش اصلاح شده جریان لرزان می نامند.

وسایل آزمایش شامل سیلندری با قطر ۱۵ و عمق ۳۰ سانتی متر می باشد. در پایین سیلندر سه پنجره به ابعاد ۵*۷/۵ سانتی متر تعبیه شده است. این پنجره ها با ۶۰ درجه چرخاندن سیلندر حول محور قائمش قابل باز و بسته شدن می باشند.

دو مانع به شکل دیوار دایره ای با ارتفاع ۵۰ میلیمتر روی صفحه زیرین با فاصله ۷۰ میلیمتر نسبت به هم جوش شده اند، مراحل آزمایش به قرار زیر است:

1. سیلندر VF با بتن پر می شود (بدون انجام هرگونه تراکمی)
2. بتن اضافی در سطح بالایی سیلندر برداشته شده و توسط تسمه مخصوص صاف و بصورت تراز در می آید.
3. سیلندر را حول محور قائمش به اندازه ۶۰ درجه چرخانده تا پنجره به حالت باز در آید. بتن بسته به روانی اش، شروع به حرکت می کند و از میان پنجره ها و موانع روی صفحه زیرین عبور می کند.
4. زمان بلافاصله بعد از باز شدن پنجره سیلندر تا زمانی که بتن از حرکت می ایستد اندازه گیری می گردد.
5. جریان بتن از داخل سیلندر و عبور از پنجره ها، بطور چشمی رویت، نکات لازم ثبت و عکس گرفته می شود.
6. پس از توقف کامل بتن میزان افت بتن در داخل سیلندر، اندازه گیری و این عدد را VF می نامند.

بتن خیلی روان

بتن خیلی روان (HFC) در این آزمایش بتنی است که بتواند از میان پنجره ها و موانع روی صفحه آزادانه و یکپارچه بدون ایجاد جدایی عبور کند. در این نوع بتن عدد VF معمولاً باید بیشتر از ۲۰۰mm باشد. در بتنی که جداشدگی اتفاق افتاده باشد، ابتدا ملات و شیره بتن از میان پنجره ها جاری می گردد. دانه های درشت بلوکاژ می شوند و حرکت بتن در داخل سیلندر متوقف می گردد. بنابراین عدد VF بسیار کوچک خواهد بود (کمتر از ۱۵۰mm). در بتن سفت، بتن نمیتواند از پنجره ها عبور کند و عدد VF معمولاً کمتر از ۵۰mm خواهد بود.

مزایای آزمایش VF

از مزایای آزمایش VF آن است که می تواند، قبل از بتن ریزی در کارگاه از همگن بودن، چسبندگی و جدایی سنگدانه ها و قابلیت جریان پذیری آن تا حدودی مطمئن شد، چرا که اگر بتن همگن، چسبندگی مناسب و مقاوم در مقابل جدایی سنگدانه ها را داشته باشد، کاملاً از داخل سیلندر تخلیه شده و از موانع موجود عبور نموده و به یک میزان از سه پنجره انتهایی خارج می شود.

بنابر تجربه در بتن های خیلی روان و با کیفیت، عدد VF بزرگتر از ۲۰ سانتی متر، در بتن های با کارایی متوسط و یا بتن های ضعیف در مقابل جدایی عدد VF کوچکتر از ۱۵ سانتی متر و این عدد در بتن های با کارایی پایین، کمتر از ۵ سانتی متر می باشد.

آزمایش مقاوت فشاری بتن

این آزمایش هم برای سنجش مقاومت بتن است که در مقاله آزمایش مقاومت فشاری بتن چگونه انجام میشود بررسی شده است.