خواص بتن خود تراکم و برنامه آزمایشگاهی خواص بتن خود تراکم

 بتن خود تراکم

فصل اول: بررسی خواص بتن خود تراکم

1-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۵

1-2 تعاریف، مزایا و معایب بتن خود تراکم…………………………………………………………………………………………………………………………….. 5

1-2-1 تعریف بتن خودتراکم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5

1-2-2 امتيازات استفاده از بتن خود تراكم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6

1-2-3 معایب بتن خودتراکم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7

۱-3 توسعه مخلوط‌هاي بتن خود تراكم…………………………………………………………………………………………………. 7

1-۴ بررسي عملكرد اجزاي تشكيل دهنده بتن خود تراكم………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۸

۱-۴-1 حجم بالاي خمیر در بتن خود تراكم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۸

۱-۴-2 حجم بالای ذرات ریز کوچکتر از mm80………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۸

۱-۴-۲ انواع مواد پودری مورد استفاده در بتن خود تراکم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 9

۱-۴-4 مصرف افزودني ها در بتن خود تراكم …………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۹

۱-۴-5 حجم كم سنگدانه‌هاي درشت………………………………………………………………………………………………………………. ۹

2-۵ طرح اختلاط بتن خود تراکم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۱۰

۱-۶ آزمايش‌هایی براي تعيين خصوصيات مختلف بتن تازه خود تراکم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۱۲

۱-۶-1 انديس پايداري چشمي…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۱۳

۱-۶-2 قيف V شكل……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۱۷

۱-۶-۳ جعبه L شكل……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۰

۱-۷ خصوصيات بتن خودتراکم سخت شده……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۲۳

۱-۷-1 مقاومت فشاري بتن خود تراکم………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۳

۱-۷-2 مقاومت کششي بتن خود تراکم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۶

۱-۷-۳ عمل‌آوري بتن‌هاي خود تراکم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۸

2-6 طرح اختلاط بتن خود تراکم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 19

2-7 آزمايش‌هایی براي تعيين خصوصيات مختلف بتن تازه خود تراکم………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 23

2-7-1 انديس پايداري چشمي……………………………………………………………………………………………………………………………………. 24

2-7-2 قيف V شكل…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 28

فصل دوم  مروری برکارهای انجام شده بروی بتن خود تراکم

2-۱ مطالعه در مورد مصرف تايرهاي فرسوده…………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۹

2-۱-1 ويژگي هاي بتن تازه حاوي خرده لاستيک……………………………………………………………………………………………………………………………………. ۲۹

2-۱-2 ميزان هوا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۱

2-۱-3 مقاومت فشاري، خمشی و سايشي………………………………………………………………………………………………………………………………. ۳۱

2-۱-4 عایق صوت و جذب آب……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۳

2-۲ رفتار بتن درمقابل آتش……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… .۳۴

2-۳ پاسخ فیزیکی و شیمیایی به حرارت………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۵

2-۴ تورم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۷

2-۵ تشکیل ترک……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۸

2-۶ خواص مکانیکی و ظاهری بتن‌های حرارت دیده………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۸

2-۶-1 مقاومت فشاری……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۸

2-۷ پژوهشهاي علمي انجام شده در ارتباط با عملکرد بتن با قرارگیری در درجه حرارتذ بالا…………………………………………………………………………………………………. ۳۹

فصل سوم : برنامه ی آزمایشگاهی

3-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۴۸

3-2 مصالح مورد استفاده……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۴۸

3-2-۱ سیمان……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۴۸

3-2-۲شن مصرفي……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۴۹

3-2-۳ ماسه مصرفي……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۵۱

3-2-4 آب مصرفی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۵۲

3-2-۵ خرده لاستيک مصرفي……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۵۲

3-3 طرح های اختلاط بتن……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۵۲

3-4 آزمايشات بتن تازه  خود تراکم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۵۳

3-5 بتن‌ريزي قالب‌ها و عمل‌آوری نمونه ها……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۵۴

3-6 دستگاه‌های آزمایش بتن خودتراکم در حالت سخت شده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۵۴

3-6-1جک فشاری……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۵۴

3-6-2 دستگاه تست اولتراسونیک………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ..۵۴

3-7 آزمایش های بتن سخت شده……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ..۵۵

3-7-1 روش حرارت و برودت……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ..۵۵

3-7-2 آزمایش مقاومت فشاری………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ..۵۶

3-7-3 آزمایش اولتراسونیک……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ..۵۷

3-7-4 آزمایش جذب آب……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …۵۸

3-7-5 آزمایش کاهش جرم  …………………………………………………………………….

منابع ………………………………………………………………….

 تعاریف، مزایا و معایب بتن خود تراکم

تعریف بتن خود تراکم

از بتن خود تراکم تعاریف گوناگونی توسط محققان مختلف ارائه شده است که به بعضی از آنان اشاره می‌شود:

– تعريف اگاوا [۶] : خواص بتن خود تراکم تازه را در 3 چيز خلاصه کرده است :

الف – توانايی پرکنندگی: جاری شدن بتن خود تراکم در تمام فضای قالب تحت وزن خود.

ب –  توانايی عبور : امکان عبور از فواصل تنگ ميلگردها و قالب‌ها تحت وزن خود.

ج –  مقاوم در مقابل جداشدگی: بتن خود تراکم ضمن دارا بودن خواص (الف) و (ب) بايد شکل و ترکيب يکنواخت خود را در جريان حمل و بتن‌ريزی حفظ نمايد.

– تعريف بارتوس [7] : بتن خود تراکم بتنی است که تحت وزن خود جاری شده و بدون نياز به هر نوع لرزاندنی به طور کامل قالب را پر کرده و حالت همگن بودن خود را حفظ نمايد.

 امتيازات استفاده از بتن خود تراكم

استفاده از بتن خود تراكم مزاياي بسيار ارزشمندي را در امر ساخت ‌و ساز فراهم مي‌آورد كه از جمله اين مزايا عبارتند از:

• 1 – ساخت در زمان کوتاه‌تر: به علت تراکم بيشتر و استفاده از فيلر در مقايسه با بتن‌های معمولی کسب مقاومت اوليه با سرعت بیشتری رخ داده و امکان بهره‌برداری سریع از سازه و بهره‌دهي در توليد فراهم می‌شود[8].
• 2 – طول عمر بیشتر قالبها: به دليل فشار کمتر اعمال شده به قالبها ( تا حدود 50% ) در اثر فقدان ويبره خارجی طول عمر قالبها افزايش می‌یابد[9].
• 3 – کاهش در نيروی کار در محل: به علت عدم نياز به ويبره خارجی و مسائل پيرامون در بتن‌ريزی نياز به نيروی کار کمتر احساس خواهد شد.
• 4 –  سطوح کار تمام شده بهتر: به علت ويسکوزيته بالا و خاصيت خودتراکمی سطوح کار تمام شده از کيفيت بهتری برخوردار است.
• 5 – کاهش نفوذپذيری: به علت حجم بالای ذرات ريز در مخلوط، که باعث تراکم و کاهش ریز ترکها در بتن می شود.
• 6 – جا به جائی آسانتر: به علت ويسکوزيته بالا و خاصيت خود تراکمی جا به جايی و ريختن بتن راحت تر از حالت بتن‌های نرمال صورت می‌گيرد.
• 7 – بهبود دوام: به علت تراکم بالا و مصرف بالاتر پودر (Filler)، امکان نفوذ مواد مضر در بتن کمتر شده و دوام آن افزايش می‌يابد.
• 8 -آزادی عمل بيشتر در طراحی: به دليل امکان عبور بتن خود تراکم در ميان آرماتوربندی پيچيده، امکان طراحی سازه‌های بتنی با هر حجم از آرماتور و فاصله آرماتوربندی آن امکان پذير می‌گردد[۱۰].
• ۹ – کاهش مصرف انرژی : بدليل عدم استفاده از دستگاه‌های ويبراتور، مبالغی که برای مصرف انرژی در آنها بکار گرفته می‌شود کاهش مي يابد.
• ۱۰ – شکل‌پذيری بهتر : بدليل مدول الاستيسيته کم بتن خودتراکم در مقايسه با بتن‌های نرمال اين بتن از شکل‌پذيری  نسبتاً بيشتری برخوردار می‌باشد[۱۱].
• ۱۱ – کاهش سر و صدای ناشی از ويبره نمودن : به علت حذف ويبره خارجی باعث کاهش آلودگی صوتی ناشی از آن می‌گردد.
• ۱۲ – محيط کار ايمن تر: به علت حذف عمل ويبره خارجی و خطرات احتمالی ناشی از کار کردن با آن، تا حدودی خطرات محيط كار کاهش می‌يابد.

 معایب بتن خود تراکم

از عمده معایب بتن خود تراکم ، ضعف این بتن در مقابل آتش نسبت به بتن ویبره شده می باشد. این ضعف ناشی از مقدار زیاد فیلر و همچنین نسبت آب به سیمان کمتر است. در صورت استفاده از فيلر آهكي، اين نوع بتن در مقابل حمله سولفات‌ها، مقاومت ضدسولفات كمتري را نسبت به بتن معمولی از خود نشان مي‌دهد [۱۲]. همچنين به دليل ماهيت بتن خود تراكم در صورت عدم نظارت دقيق ممكن است مشكلاتي در ساخت بتن در مقايسه با بتن معمولي بوجود آيد.

 توسعه مخلوط‌هاي بتن خود تراكم

مخلوط هاي بتن خود تراكم بايستي سه ويژگي اساسي را دارا باشند :

• توانايي جريان يافتن و پر كردن در داخل قالب هاي پيچيده تحت اثر وزن خود
• توانايي عبور از ميان يك شبكه آرماتوربندي حجيم و پيچيده تحت اثر وزن خود
• مقاومت بالا در مقابل با جداشدگي

مخلوط هاي بتن خود تراكم به گونه اي طراحي مي شوند تا نياز هاي پروژه را تأمين كنند . به عنوان مثال در يك پروژه در ژاپن لازم بود بتن در طولي برابر 200 متر پمپ شود و در عين حال از ارتفاعي برابر     5 متر بدون هيچ گونه جدا شدگي سقوط كند و بطور موفقيت آميزي از ميان يك شبكه آرماتور عبور نمايد. بنابراين لازم بود تا به گونه‌اي عمل شود كه بتن تمامی شرايط  فوق را دارا باشد و با توجه به ويژگي‌هاي  اساسي بتن خود تراكم با توسعه اين بتن توانسته‌اند اين شرايط را فراهم كنند.

 بررسي عملكرد اجزاي تشكيل دهنده بتن خود تراكم

 حجم بالاي خمیر در بتن خود تراكم

خمیر وسیله ای است برای انتقال دانه‌ها، بنابراین حجم خمیر باید از فضاهای خالی در دانه‌ها بیشتر باشد و تمام ذرات دانه‌ها باید کاملاً با یک لایه از خمیر پوشیده شوند. با افزایش حجم خمیر جریان پذیری افزایش یافته و اصطکاک دانه‌ها کاسته میشود، زیرا اصطکاک  مابین سنگ دانه‌ها با افزایش در تنش داخلی، سرعت پخش شدن و توانایی پر نمودن توسط بین خود تراکم را محدود می نماید. حجم خمیر شامل (سیمان + افزودنی + آب) در حدود 30 الی 42 درصد گزارش شده و براساس پیشنهاد اروپایی بین 300 الی 380 لیتر بر متر مکعب می باشد]۱۳[.

 حجم بالای ذرات ریز کوچکتر از mm80

مخلوط‌های بتن‌های خود تراکم غالباً شامل یک مقدار عظیمی از مواد پودری است که لازم است تا ویسکوزیته و توانایی پرکنندگی را در مخلوط تازه این بتن تأمین نماید. از طرفی این موضوع باعث کاهش آب انداختن و جداشدگی و نشست دانه‌ها گردد.

چون استفاده از مقدار زیاد سیمان باعث افزایش هزینه شده و منجر به بالارفتن حرارت ناشی از هیدراسیون و همچنین جمع شدگی ناشی از آن می گردد، از دیگر مواد پودری نظیر پودر سنگ آهک، خاکستر بادی و غیره در بتن خود تراکم استفاده می شود]۱۴-1۶[. مقدار مواد فیلر به نحوی انتخاب می شوند که مقاومت و دوام مورد نیاز را ایجاد نمایند]۱7[. براساس پیشنهاد استاندارد اروپا میزان پودر در حدود 380 تا 600 کیلوگرم بر متر مکعب برای تولید بتن خود تراکم لازم می باشد. همچنین در مطالعاتی دیگری که انجام شد]۱8[ حجم پودر در محدوده 42 تا 625 کیلوگرم بر متر مکعب متغیر بوده است.

طرح اختلاط بتن خود تراکم

تحقیقات انجام شده نشان می دهد که دامنه طرح اختلاط و مواد ترکیبی در انواع  بتن خود تراکم بسیار گسترده می باشد و محدوده فراوانی از مخلوط های مناسب بتن خود تراکم برای کاربردهای مختلف و با توجه به نیازمندی های متفاوت تعریف شده است]۲۱[. براساس طرح اولیه اصلی اکامورا و اگاوا [۲۲] در کل 3 نوع بتن خود تراکم می تواند وجود داشته باشد.

نوع اول : روش پودری : در این روش تولید بتن خود تراکم با افزایش حجم مواد پودری در بتن امکان پذیر است.

نوع دوم : روش استفاده از فوق روان کننده و اصلاح ویسکوزیته : در این روش برای تولید بتن خود تراکم از یک  عامل چسباننده و لزج ساز در بتن استفاده میشود که خاصیت ویسکوزیته مخلوط را افزایش می دهد.

نوع سوم : روش ترکیبی : در این روش برای تولید بتن خود تراکم با ترکیب 2 روش گفته شده يعنی هم افزایشی مواد پودری و هم استفاده از فوق روان کننده و ماده لزج ساز در بتن مي باشد. روند فعلی توليد بتن خودتراکم به طور عمومی، تجربی می‌باشد. اين طرح اختلاط براساس تجربه ای در ژاپن، اروپا و امريکا بنا نهاده شده است.

از تحقيقات انجام شده بنظر می رسد که نسبتهای اختلاط در اکثر موارد براساس نوع دوم و یا نوع سوم می‌باشد که البته از اصلاح کننده ویسکوزیته نیز استفاده شده است. البته قابل ذکر است که هنوز مرز بین نوع ترکیبی و نوع دوم که استفاده از فوق روان‌کننده می‌باشد به خوبی روشن نشده است.

اکامورا و اگاوا در سال 1995 نیز یک روش ساده برای نسبتهای اختلاط، با فرض تولید کلی در کارگاه پیشنهاد کردند]۲۳[. دراین روش مقدار مصالح سنگدانه درشت و ريز ثابت نگه داشته می‌شود و بتن خود‌تراکم می‌تواند به آسانی با تنظیم نسبتهای آب، پودر و روان کننده تهيه شود.

براساس استاندارد اروپايی برای آنکه به يک ترکيب لازم از خصوصيات در مخلوط های بتن خود تراکم تازه برسيم می بایست مخلوطها براساس خصوصیات لازم به شرح زیر اصلاح شوند]۲۴[.

الف– اصلاح توانایی پرکنندگی

برای این منظور از آزمایش slump-flow استفاده می‌شود. در اين حالت حجم سنگدانه‌ها ها ثابت بوده و برای کاهش توانايی پرکنندگی باید حجم فوق روان کننده کاهش و نسبت آب به پودر افزایش یابد.

ب – اصلاح توانايی عبور

برای اين منظور از آزمایش L-Box استفاده می شود. برای افزايش توانايی عبور می‌بايست حجم سنگدانه‌های درشت را کاهش داد.

ج – اصلاح مقاومت در برابر جداشدگی

برای این منظور کاهش نسبت آب و فوق روان کننده در مخلوط لازم می باشد.

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات ، پیشینه تحقیق و مبانی نظری پایان نامه های مهندسی عمران کلیک کنید.

نمونه ای از مراجع

• [1] Ozawa K, Maekawa K, Okamura H. “Self-Compacting high performance concrete”, Collected Papers (University of Tokyo: Department of Civil Engineering), 34, pp135-149, 1996.
• [2] Okamura H. Self Compacting High-Performance Concrete, Concrete International, PP 50-54,1997.
•  [3] Okamura H, Ozawa K. Self-Compactable high performance concrete in japan, International Workshop on High Performance Concrete, SP 169, American Concrete Institute, Farmington Hills,  MI, pp 31-44,1994.
• [4] Ouchi M, Hibino M, Okamura H. Effect of super plasticizer on self-compact ability of fresh concrete, TRR 1574, pp 37-40, 1996.
• [5] Okamura. Hajime, Ouchi. Masahiro “Self-compacting concrete”, Journal of AdvancedConcrete Technology, 5-15 , No 1, 2003.
• [6] Ozawa, K., “Development of high performance concrete based on the durability design of concrete structures” , EASEC-2 , Vol.1 , pp.445-450,1989.
• [7] Bartos, P.J.M., Gibbs, J.C. and Zhu, W., “Uniformity of in situ properties of Self-compacting Concrete in full scale structural elements” , Cement and Cocrete Composites, 2001.
• [8] Zho .W ,Gibbs , J.C, Bartos .P.J.M , ” uniformity of in situ properties of self compacting concrete in full scale structure elements ” cem &con composite 23 (2001) , 57-64.
• [9] Marco Borroni , ” self compacting concrete for high performance structures “.
• [10] Masahiro Ouchi , ” self compacting concrete Development , Applications and Investigations”.
• [11] Schlumf .J , ” self compacting concrete structures in Switzerland ” Tunnelling and underground space Technology 19 (2004) 480.
•  [13] EFNARC , Specification and Guide line for self compacting concrete , Feb 2002.
• [14] Bosiljkov .V.B , ” scc mixes with poorly graded aggregate and high volume of limestone filler ” cem &con res , Vol 33 Issue 9 Sept 2003,pp 1279-1286.
• [15] Nehdi . M ,Mindess and P-C . Aitcin , ” Rheology of high performance concrete : effect of ultra fine particles . cem & con res285,(1998), pp687-697.
• [16] Jorg DIETZ jianxin Ma “Preliminary Examinations for the production of self compacting concrete using lignite fly ash ” 2000.
• 17-…
• 18-…