افزایش مقاومت بتن
افزایش مقاومت بتن
بتن یکی از ماده های اساسی در ساختمان ها محسوب می شود که کیفیت آن می تواند بیانگر عمر کلی سازه باشد. نحوه ی ساخت بتن و چگونگی بتن ریزی، نقش موثری در مقاومت این ماده ایفا می کنند. هرچقدر مقاومت یک سازه ی بتنی بیشتر باشد، ظرفیت باربری آن در تحمل بارهای مختلف (اعم از بارهای مرده، بارهای مرده، بارهای ناشی از زلزله و غیره) بیشتر خواهد بود. آزمایش بتن راهی مناسب برای تعیین مقاومت این ماده است و نتایج نامطلوب حاصل از آن می تواند زمینه ساز اقدامات لازم برای افزایش مقاومت بتن باشد. لازم بذکر است که مواد مختلفی در تولید بتن نقش ایفا می کنند و هر کدام بطور مجزا نقش متفاوتی در افزایش مقاومت بتن خواهند داشت بنابراین انتظار می رود که ویژگی های مواد تشکیل دهنده ی بتن ارتباط مستقیمی با میزان مقاومت آن داشته باشند.مزایای افزایش مقاومت بتن
۱-افزایش ویژگی های مکانیکی بتن
۲-افزایش نفوذناپذیری بتن در برابر عوامل شیمیایی
۳-کاهش ابعاد هندسی سازه ی مورد نظر و بهینه سازی در فضای موجود
۴-تسریع فرآیند اجرا با کاهش حجم عملیات
۵-استفاده از بتن های مختلف با توجه به مقاومت مورد نیاز در هر طبقه
راه های افزایش مقاومت بتن
۱-افزایش مقاومت بتن با افزایش نسبت سیمان به آب
نسبت سیمان مصرفی به آب بکار رفته در بتن با مقاومت نهایی این ماده ارتباط مستقیمی دارد بنابراین به منظور افزایش مقاومت بتن می توان نسبت سیمان به آب را افزایش داد. این نسبت معمولا ۶/۰ به ۴۵/۰ در نظر گرفته می شود. لازم بذکر است که وجود آب بیش از حد در ترکیب بتن می تواند سبب گسیختگی و ایجاد فضاهای خالی در بتن شود. پس هرچقدر میزان آب مصرفی بتن افزایش یابد از مقاومت آن کاسته می شود.
۲-افزایش مقاومت بتن با افزایش تراکم آن
افزایش تراکم بتن یکی از راه های افزایش مقاومت این ماده است. هر چقدر حفره های هوا بین ذرات بتن کمتر باشد، بتن نهایی متراکم تر خواهد بود. وجود فضاهای خالی بین ذرات بتن، تأثیر مستقیمی در مقاومت این ماده خواهد داشت به گونه ای که ۵ درصد فضای خالی بین ذرات بتن، مقاومت آن را ۳۰ تا ۴۰ درصد کاهش خواهد داد. در نهایت می توان انتظار داشت با افزایش تراکم بتن، مقاومت بالا رود.
۳-افزایش مقاومت بتن با مواد تشکیل دهنده
بتن ترکیبی از سیمان، ماسه، اب و سنگدانه است. فارغ از اینکه کیفیت هر یک از مواد تشکیل دهنده ی بتن بر مقاومت نهایی آن تاثیر خواهد گذاشت، ترکیب صحیح آنها می تواند افزایش مقاومت بتن را بدنبال داشته باشد. بنابراین لازم است تا میزان مصرف مواد تشکیل دهنده ی بتن براساس استانداردهای موجود باشد. کیفیت سنگدانه های مورد استفاده در ترکیبات بتن نیز ارتباط مستقیمی با مقاومت نهایی این ماده خواهد داشت. آب مورد استفاده برای بتن نیز می تواند هر نوع آب شربی باشد. نکته ی قابل توجه در آب مصرفی، ارتباط مستقیم کیفیت آن با افزایش مقاومت بتن است. بدین ترتیب باید از مصرف آب های اسیدی، روغنی و آب دریا در ترکیبات بتن خودداری شود. چرا که وجود ناخالصی در آب مصرفی منجر به وقوع پدیده های نامطلوبی اعم از خوردگی میلگرد در بتن، کربناته شدن،حملات اسیدی و در نهایت کاهش عمر سازه خواهد شد.
۴-افزایش مقاومت بتن با نرخ بارگذاری
سرعت بالای بارگذاری، فرصت کمتری برای خزش ایجاد می کند. پدیده ی خزش سبب ایجاد تغییر شکل دائمی در بارگذاری دائمی سازه می شود. بنابراین می توان با تسریع بارگذاری، سبب افزایش مقاومت بتن شد.
۵-افزایش مقاومت بتن با استفاده از افزودنی های بتن
استفاده از افزودنی های بتن یکی از راه های افزایش مقاومت این ماده است. منظور از افزودنی بتن، هر ماده ای غیر مواد اصلی سازنده ی بتن است که به شکل مایع و جامد و به منظور بهبود خواص بتن در طرح اختلاط این ماده بکار می رود. البته نکته ی قابل توجه در افزودنی های بتن، مصرف آنها به مقدار لازم است. چنانکه عدم رعایت این مسئله می تواند نتایج نامطلوبی را بدنبال داشته باشد.
۶-افزایش مقاومت بتن با عمل آوری آن
یکی از راه هایی افزایش مقاومت بتن، عمل آوری صحیح آن می باشد. منظور عمل آوری بتن، مجموعه اقداماتی است که پس از به اتمام رسیدن بتن ریزی و با اعمال رطوبت و برقراری دمای مناسب انجام می شود که کمک زیادی فرآیند هیدراتاسیون بتن خواهد کرد. فرآیند عمل آوری بتن آب مورد نیاز برای تکمیل هیدراتاسیون را به طور مرتب در اختیار بتن قرار میدهد که همین امر تاثیر زیادی در افزایش مقاومت بتن خواهد داشت.
عمل آوری صحیح برای افزایش مقاومت بتن
رعایت پارامترهای مورد نیاز برای عمل آوری بتن می تواند سبب افزایش مقاومت بتن شود. منظور از عمل آوری بتن مجموعه عملیاتی است که برای ادامه ی واکنش های سیمان پس از بتن ریزی اعمال می شود. عمل آوری بتن شامل کنترل زمان، درجه حرارت و رطوبت است. بنابراین انتظار می رود که کنترل این پارامترها نقش مهمی در عمل آوری صحیح بتن داشته باشند.افزایش مقاومت بتن با کنترل زمان
برای تعریف تاثیر دما در افزایش مقاومت بتن معمولا تصور می شود که عمل آوری بتن در محیطی مرطوب و دمای معمولی انجام می گیرد. در چنین شرایطی اگر واکنش های دانه های سیمان هیدراته نشده همچنان ادامه داشته باشند، انتظار می رود که با افزایش مدت زمان عمل آوری بتن شاهد افزایش مقاومت بتن باشیم. البته در صورتی که آب لوله های مویینه تبخیر شده باشند، افزایش مدت زمان عمل آوری تاثیر چندانی در افزایش مقاومت بتن نخواهد داشت.
افزایش مقاومت بتن با کنترل رطوبت
میزان رطوبت هوا تأثیر مستقیمی در افزایش مقاومت بتن خواهد داشت. با توجه به تحقیقات صورت گرفته به ازای یک نسبت مشخص آب به سیمان، پس از ۱۸۰ روز شاهده ۳ برابر افزایش مقاومت بتن در شرایط کاملا مرطوب نسبت به شرایط فقدان آن خواهیم بود. لازم بذکر است که روند کاهش آب بتن علاوه بر اینکه از نسبت سطح به حجم تاثیر می گیرد بلکه می تواند با تغییرات دما، سرعت باد و رطوبت محیط نیز تغییر کند. به منظور کنترل رطوبت عمل آوری می توان از بتن آب بند شده یا پوشش های غیرقابل نفوذ بلافاصله بعد از بتن ریزی استفاده کرد و شرایط مناسب برای واکنش سیمان و دستیابی به مقاومت نهایی مورد نیاز را فراهم کرد.
افزایش مقاومت بتن با کنترل درجه حرارت
برای توصیف صحیح تاثیر دما در افزایش مقاومت بتن لازم است تا تحلیل های انجام گرفته با توجه به تاریخچه ی زمان و درجه ی حرارت در زمان بتن ریزی و حین عمل آوری انجام گیرد. تاثیر این عوامل به سه شکل نشان داده می شود که در ادامه به آن اشاره می کنیم:
۱-حالت اول مربوط به شرایطی است که بتن در یک دمای مشخص اجرا و عمل آوری می گردد.
۲-حالت دوم به بتن هایی اختصاص دارد که دماهای مختلف ریخته می شوند اما نگهداری و عمل آوری آنها در دمای معمولی می باشد.
۳-حالت سوم مربوط به بتن هایی است که بر خلاف حالت دوم در دمای معمولی اجرا شده و در دماهای مختلف عمل آوری می شوند.
با تغییر دمای بین ۴ تا ۴۶ درجه در حالت اول یعنی شرایطی که بتن در یک دمای خاصی اجرا و عمل آوری شود، عموما تا سن ۲۸ بتن هر چقدر دما افزایش یابد، واکنش های سیمان تسریع شده و شاهد افزایش مقاومت بتن خواهیم بود. براساس آزمایش های صورت گرفته مقاومت ۲۸ روزه ی بتن در شرایطی که دمای بتن ریزی و عمل آوری ۴ درجه در نظر گرفته می شود تقریبا ۸۰ درصد مقاومت نمونه هایی است که دمای بتن ریزی و عمل آوری آنها بین ۲۱ تا ۴۶ درجه در نظر گرفته شده اند. در سنین بالاتر بتن دیگر شاهده چنین نتایجی نخواهیم بود و کاهش درجه ی هیدراتاسیون بتن تاثیرات مشاهده شده را در افزایش مقاومت بتن ندارد.
برای بتن هایی که دمای بتن ریزی آنها بین ۴ تا ۴۶ درجه بوده اما دمای عمل آوری آنها بطور یکسان ۲۱ درجه در نظر گرفته شده است، براساس نتایج تحقیقات مقاومت نهایی بتن هایی که در دمای ۴ تا ۱۳ درجه ساخته شده اند بیشتر از بتن هایی است که در دماهای بیشتر تولید شده اند. علت افزایش مقاومت بتن در این دماها، یکنواخت تر بودن خمیر هیدراته شده در عنوان شده است.
در نهایت برای بتن هایی که در دمای ۲۱ درجه تولید می شوند و در دماهای مختلف (از منفی تا ۲۱ درجه) عمل آوری و نگهداری می شوند، در چقدر دمای عمل آوری پایین تر باشد متقابلاً مقاومت بتن تا ۲۸ روزگی آن پایین خواهد بود. به گونه ای که مقاومت بتنی که در دمای نزدیک به صفر عمل آوری شده است تقریبا نصف مقاومت بتن عمل آوری شده در دمای ۲۱ درجه است.
به منظور افزایش مقاومت بتن و با توجه به اینکه واکنش سیمان و آب تقریبا واکنشی آهسته محسوب می شود، توصیه می شود که برای یک مدت مشخص، دما در یک سطح مطلوب نگه داشته شود تا انرژی مورد نیاز برای انجام واکنش ها تأمین گردد. به این ترتیب واکنش ها ادامه خواهد یافت و شاهد افزایش مقاومت بتن از طریق پر شدن فضاهای خالی خواهیم بود.
روش های افزایش مقاومت بتن
به منظور افزایش مقاومت بتن می توان می توان از مواد افزودنی مختلف استفاده کرد که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.۱-افزایش مقاومت بتن با ژل میکروسیلیس
یکی از مصالح پر استفاده در افزایش مقاومت بتن ژل میکروسیلیس است که استفاده از آنها نه تنها مقاومت بتن را از نظر فشاری، خمشی، کششی، ضربه ای و غیره بهبود می دهد بلکه با کاهش خاصیت نفوذپذیری بتن سبب افزایش دوام و پایداری این ماده خواهد شد. یکی از روش های ساده در افزایش مقاومت بتن به کمک ژل میکروسیلیس، استفاده از سیمان حاوی این ماده بجای سیمان معمولی است. در این سیمان ها حدود ۷ الی ۱۰ درصد ژل میکروسیلیس بکار رفته است و بیشتر در آب و هوای گرم مورد استفاده قرار می گیرد. در صورتی که بتن مورد نظر از مقاومت بالا برخوردار باشد، استفاده از این ماده سبب افزایش مقاومت بتن از نظر سایشی و فرسایشی خواهد شد.
۲-افزایش مقاومت بتن با افزودنی حباب ساز
یکی دیگر از افزودنی های پرکاربرد در افزایش مقاومت بتن، حباب سازها هستند. استفاده از حباب ساز بتن می تواند با حفظ روانی بتن و کاهش مصرف آب، نسبت آب به سیمان در بتن را کاهش دهد و این ترتیب افزایش مقاومت بتن را بدنبال خواهد داشت. استفاده از افزودنی حباب ساز به منظور افزایش مقاومت بتن، دوام بتن را در برابر پدیده های انجام و ذوب شدگی نیز افزایش خواهد داد. از این محصول معمولا در تولید حجم بالایی از بتن استفاده می شود. نکته ی قابل توجه در مصرف افزودنی های حباب ساز بتن، مربوط به مقدار مورد استفاده از آنهاست. چرا که استفاده ی بیش از حد از آن می تواند به طور متقابل سبب کاهش مقاومت بتن شود.
۳-افزایش مقاومت بتن با افزودنی کاهنده ی آب
افزودنی کاهنده آب یکی دیگر از مواد مورد استفاده برای افزایش مقاومت بتن است که بکارگیری آن عاملی موثر در پیشگیری از وقوع ترک در بتن، کرمو شدگی و گسیختگی این ماده خواهد بود. این افزودنی علاوه بر توانایی قابل توجهی که در افزایش مقاومت بتن دارد سبب تغییر در گرانروی بتن نخواهد شد و با اهداف مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله سایر ویژگی های این افزودنی می توان به توانایی آن در بهبود کارایی سیمان و کاهش نسبت آب به سیمان اشاره کرد.
۴-افزایش مقاومت بتن با فوق روان کننده بتن
روان کننده ی بتن می تواند سبب ایجاد ماهیتی روان در بتن شود و به این ترتیب علاوه بر بهبود کارایی این ماده سبب افزایش مقاومت بتن، کاهش ترک خوردگی، محافظت از آن و کاهش انقباض بتن شود. نکته قابل توجه این افزودنی ها در امکان استفاده ی بیشتر از آنها نسبت به کاهنده های معمولی آب است بطوریکه افزایش مقدار مصرف آنها سبب تاخیر در گیرش بتن نخواهد شد.
۵-افزایش مقاومت بتن با شتاب دهنده ها
نحوه ی عملکرد شتاب دهنده ها به عنوان ماده ای موثر در افزایش مقاومت بتن، از طریق تسریع روند آبگیری بتن است. بکارگیری این افزودنی سبب عمل آوری صحیح و افزایش سرعت کسب مقاومت اولیه خواهد شد. بنابراین انتظار می رود با استفاده از آن بتوان در مدت کوتاه تری قالب های بتن را برداشت.
۶-افزایش مقاومت بتن با ضدیخ بتن
یکی دیگر از مواد مورد استفاده در افزایش مقاومت بتن، ضد یخ است. از این محصول با هدف ممانعت از توقف فرآیند بتن ریزی در آب و هوای سرد استفاده می شود. این محصول دارای خاصیت سخت کنندگی بوده و فرآیند هیدراتاسیون را تسریع می کند بدین ترتیب مانع از یخ زدگی بتن خواهد شد. با استفاده از این افزودنی می توان در مدت زمان کوتاه تری به مقاومت اولیه بتن دست پیدا کرد و علاوه بر تاثیری که در افزایش مقاومت بتن خواهد داشت، نگهداری صحیح از این ماده را در دمای پایین فراهم می کند.