وبلاگ

از دیرباز بتن به عنوان یک ماده مستحکم و یکی از مصالح پرکاربرد در انواع ساختمان ها مورد استفاده قرار می ‌گرفت. این ماده پرکاربرد یعنی بتن که از ترکیب سیمان، سنگریزه و آب تهیه می ‌شود، برای ساخت فونداسیون ساختمان ‌های فلزی و بتنی مورد استفاده قرار می ‌گیرد. بتن خود به تنهایی مقاومت کششی خوبی ندارد و تحت فشار و بلایای طبیعی احتمال از هم پاشیدگی آن وجود دارد. بنابراین آن را با میلگرد آجدار مسلح می ‌کنند و این چنین مقاومت کششی آن چندین برابر می ‌شود.

از آنجایی که بتن معمولی حتی با وجود مسلح شدن با میلگرد جوابگوی نیاز امروز صنعت ساخت ‌و ساز نیست، بنابراین انواع مختلفی از بتن برای کاربردهای مختلف تولید شدند. تفاوت بتن ‌های مختلف در نوع مواد تشکیل دهنده آنها می باشد، که باعث ایجاد ویژگی‌ های خاص در آنها می‌ شود‌. نوعی بتن نیز وجود دارد که به خاطر ویژگی‌ های منحصر به فرد و استحکام بالا و همچنین دوام زیاد در بسیاری از سازه ‌ها که به مقاومت و دوام بالا نیاز دارند مورد استفاده قرار می‌ گیرد. به این نوع بتن HPC یا بتن توانمند گفته می ‌شود. در ادامه با این بتن، ویژگی ‌ها، مواد تشکیل دهنده، مزایا، معایب و نکات اجرایی آن بیشتر آشنا خواهید شد.

بتن توانمند HPC چیست؟

بتن توانمند یا High Performance Concrete در نتیجه پیشرفت فناوری ‌های اخیر در صنعت بتن ‌سازی به وجود آمده است. این بتن زیر مجموعه‌ ای از بتن ‌های خاصی است که امروزه در اکثر کشورها بحث آن مطرح است. به‌ طور کلی بتن توانمند به بتنی گفته می ‌شود که کارایی بیشتر و پسندیده‌ تری برای کاربردهای مورد نظر نسبت به بتن معمولی داشته باشد و بتواند این کارایی را برای مدت زمان بیشتری در شرایط بهره‌ برداری سازه مورد نظر حفظ کند. طول عمر مفید سازه ‌های بتنی بین 15 الی 60 سال است. در نتیجه، ساخت و تولید بتن ‌های HPC یا (بتن با دوام بالا) باعث صرفه‌ جویی دراز مدت در مصالح مورد مصرف و هزینه ‌ها می ‌شود. کشورهایی که دارای تعداد زیادی معادن پوزولان باشند توانایی قابل قبولی در تولید انواع به‌ خصوصی بتن خواهند داشت.

لذا با توجه به توسعه صنعت ساخت ‌و ساز بتنی که خود دلایل گوناگونی دارد، ساخت بتن‌ های با ویژگی ‌های خاص سبب تولید ساختمان ‌های با عمر و دوام طولانی و ایجاد توسعه پایدار در ساخت ‌و سازهای بتنی می‌ گردد. لازم به ذکر است که بتن HPC نباید با بتن HSC اشتباه گرفته شود. بتن اول که به آن بتن توانمند می ‌گویند دارای دوام بسیار بالایی بوده و برای برخی مناطق که رطوبت زیادی دارند مناسب ‌تر است. در حالی که بتن دوم، بتن با مقاومت بالا نام دارد و مثلا در مناطق زلزله خیز مورد استفاده قرار می ‌گیرد. از آنجایی که در دنیای امروز بحث دوام بالا و عمر طولانی بیشتر مطرح است، بتن HPC مورد توجه مهندسان و سازندگان قرار گرفته است.

کاربرد بتن توانمند HPC

بتن توانمند اگر در کنار خواص دوام بالا، خواص بتن‌ های دیگر مثل مقاومت بالا را کسب کند، در هر منطقه ‌ای اعم از گرم، سرد و مرطوب، زلزله ‌خیز، بادخیز، سیل ‌خیز و غیره قابل استفاده خواهد بود. بنابراین می‌ توان گفت که این بتن برای هر سازه ‌ای با هر ویژگی قابل استفاده است. عمده استفاده این بتن در ساخت سدها، پل‌ ها، سازه‌ های ویژه، ساختمان‌ های با شکل‌ های مختلف، برج‌ های بلند و آسمان ‌خراش‌ ها، اسکله‌ هایی که در معرض آب هستند و تونل ‌ها است.

انواع بتن توانمند HPC

بتن توانمند HPC در ترکیب با برخی مواد، انواع مختلفی از بتن توانمند HPC را تولید می‌ کند که در ادامه به سه نوع آن اشاره می‌ شود.

• بتن HPC با سنگدانه‌ های بازیافتی

در قرن اخیر، با توجه به پیشرفت چشمگیر جمعیت و مشکل کمبود فضای ساخت‌ و ساز در شهرهای ‌توسعه ‌یافته و بزرگ، لازم است که سازه‌ های کهنه یا فرسوده بتنی تخریب شده و جای خود را به ساختمان ‌های بلند و جدید بدهند. به عنوان مثال در کشور ژاپن و چندین کشور اروپایی دیگر مثل هلند که زمین و فضای لازم برای احداث سازه ‌های جدید ارزش ویژه ‌ای دارد و همچنین برای جلوگیری از مسائل زیست ‌محیطی و آلودگی که از تخریب سازه‌ ها ناشی می ‌شود، تحقیقات گسترده ‌ای در ساخت بتن توانمند HPC با سنگدانه بازیافتی انجام گرفته است.

منظور از سنگدانه بازیافتی، خورد کردن بتن تخریب شده و استفاده از آن به عنوان سنگدانه در بتن جدید است. به عنوان مثال، در کشور هلند سالانه 10 میلیون تن مصالح ناشی از تخریب سازه‌ های بتنی تولید می ‌شود که قرار است از آنها برای ساخت مصالح و بتن جدید استفاده گردد. در حال حاضر تحقیقات وسیعی روی میزان خزش، دوام و جمع ‌شدگی این نوع بتن ‌های توانمند در حال انجام است که در آینده کاربردهای بیشتر این نوع بتن امکان ‌پذیرتر باشد.

• بتن HPC با نرمی بالا

یکی دیگر از انواع بتن توانمند، بتنی با نرمی بالاست که کاربردهای زیادی در صنعت ساخت ‌و ساز دارد. استفاده از بتن با نرمی بالا که بتواند تغییر شکل‌ های زیاد را بدون شکست یا ترک خوردن تحمل کند، مورد توجه بسیاری از سازندگان سازه‌ های بتنی قرار گرفته است. تحقیقات گسترده در خصوص تأمین نرمی مورد نیاز در بتن HPC با الیاف ‌های متنوع و یا حتی حذف آرماتوربندی در حال اجرا است. هدف از کاربرد الیاف در این نوع بتن توانمند با دوام بالا، جلوگیری از گسترش ترک ‌ها، افزایش مقاومت کششی و افزایش تحمل بتن بوده تا سازه بتنی بتواند در مقابل انواع بارهای وارده در یک مقطع از خود مقاومت نشان دهد‌.

یکی از روش ‌های نرم کردن بتن توانمند با دوام بالا، استفاده از دوغاب به همراه الیاف است. در این روش ابتدا الیاف با سنگریزه و سیمان ریخته شده و سپس فضای بین آنها را با ملات دوغاب پر می ‌کنند. میزان الیاف در این بتن توانمند HPC حدود 10 درصد است که میزان ده برابر الیاف در بتن‌ های معمولی برآورد می ‌شود. استفاده از این نوع بتن باعث ایجاد لایه ‌های محافظ غیرقابل نفوذ و تقریبا بدون ترک خواهد شد. مقاومت فشاری بتن نرم با دوام بالا بین ۸۵ الی ۱۱۰ مگاپاسکال و مقاومت خمشی آن در حدود ۳۵ الی ۴۵ مگاپاسکال است که به دلیل نرمی بسیار بالا، از این نوع بتن برای ساخت دال بتنی استفاده می ‌کنند، لذا برای انجام انواع تعمیرات بتن، از قطعات بتنی ساخته شده از این نوع بتن توانمند نرم استفاده می ‌شود. زیرا هم عملکرد خوبی در برابر ضربات دارد و هم باعث درزگیری و صرفه‌ جویی در زمان و هزینه ‌های تعمیر می ‌شود.

• بتن HPC با تراکم بالا

نوع دیگری از بتن توانمند HPC وجود دارد که بعد از اجرا نیازی به ویبره کردن ندارد و به صورت خود به خودی متراکم می ‌شود؛ به این نوع بتن، بتن توانمند با تراکم بالا می گویند. این بتن کارایی بسیار بالایی به هنگام اجرا از خود نشان می ‌دهد؛ زیرا خطر جدا شدن سنگدانه‌ ها از خمیر را نداشته و از مقاومت و دوام بسیار بالایی نیز برخوردار است. برای مخلوط کردن این نوع بتن باید میزان شن، ۵۰ درصد کل مواد جامد بتن را شکل بدهد؛ ضمن اینکه ماسه ۴۰ درصد از حجم مواد را باید به خود اختصاص دهد. مقدار آب مصرفی در این نوع بتن بسیار کم است. برای تعیین میزان آب مورد نیاز، از روش ‌های آزمون و خطا بهره گرفته می‌ شود.

مواد تشکیل دهنده بتن توانمند HPC

برای تهیه بتن توانمند HPC می ‌بایست از مواد و روش اختلاطی استفاده کرد که باعث کاهش نفوذ رطوبت به مرکز به بتن و در نتیجه افزایش طول عمر و دوام بتن می ‌شود.

• استفاده از سیمان مقاوم به سولفات

هر چقدر میزان سولفات کمتری در ساخت بتن استفاده شود دوام و طول عمر آن بیشتر می ‌شود؛ زیرا سولفات یک ماده خورنده است که به مرور زمان باعث خوردگی بخش ‌های مرکزی بتن می‌ گردد‌‌‌.

1. استفاده از سرباره کوره آهن ‌گدازی که به آن Slag گفته می‌ شود و می ‌بایست خیلی خوب خورد شده باشد.
2. استفاده از خاکستر بادی یا Fly Ash
3. استفاده از دوده سیلیسی یا Fuma silica به مقدار خیلی زیاد
4. استفاده از سیمان پرتلند به جای سیمان معمولی

• کاهش نسبت آب به سیمان

میزان آب مصرفی برای تولید این نوع بتن بستگی به سیمان مورد استفاده دارد و نباید آب بیش از نیاز برای آن استفاده شود؛ زیرا باعث اثرات نامطلوب روی آن می ‌شود. آب اضافی بر اثر خواص مویینگی به مرکز بتن نفوذ می‌ کند و اگر مواد خورنده نیز به همراه داشته باشد باعث خورده شدن میلگردهای داخلی و در نتیجه کاهش دوام و طول عمر بتن می‌ شود. ضمن اینکه برای تهیه این نوع بتن به دلیل آب مصرفی کم، نیاز به فوق روان کننده های باکیفیت وجود خواهد داشت. لازم به ذکر است که در تهیه این نوع بتن تنها از آب ‌بندهای ضد حرارت و خوردگی می ‌توان استفاده کرد.

•  استفاده از سنگریزه با دانه ‌بندی مناسب

برای تهیه بتن توانمند می ‌بایست از دانه‌ های سیلیسی استفاده کرد؛ زیرا هم صرفه اقتصادی دارند و هم باعث افزایش دوام بتن می‌ شوند. هر چقدر تخلخل دانه ‌ها کمتر و میزان تراکم آنها بیشتر باشد این بتن طول عمر و دوام بیشتری نیز خواهد داشت. استفاده از مواد واکنش ‌زا نظیر توف، سنگدانه‌ های آهکی، شیست و غیره به هیچ عنوان توصیه نمی ‌شود. مواد دیگری که برای ساخت این نوع بتن مورد نیاز هستند شامل پوزولان، مواد شیمیایی فوق روان کننده و مواد الیافی است. همچنین می ‌بایست از مصالح سنگی که باعث افزایش تراکم بتن می ‌شوند بهره گرفت. لازم به ذکر است که عمل ‌آوری این نوع بتن از بتن معمولی به مراتب سخت ‌تر بوده و نیاز به توجه بسیار بالایی دارد. باید توجه داشت که همه قسمت‌ های بتن به طور یکنواخت از تراکم یکسانی برخوردار شوند تا بتن به کیفیت مورد نظر نزدیک شود.

تاثیر مواد افزودنی آب ‌بند بر بتن توانمند

مواد افزودنی آب ‌بند یا Water Proofing Admixture چند تاثیر به خصوص روی عملکرد بتن می ‌گذارد که به آنها اشاره می ‌شود.

• اولین خواصی که به بتن از طریق مواد افزودنی آب ‌بند اضافه می‌ شود افزایش مقاومت آن به یخ زدگی و ذوب شدن متوالی در همه فصول سال است. این امر به افزایش طول عمر بتن و سازهای بتنی کمک به ‌سزایی می ‌کند.
• خواص دیگر بتن با افزودنی آب ‌بند، کاهش نفوذپذیری بتن و تراکم بیشتر آن است. این خواص به کاهش چشمگیر نفوذ آب و مواد خورنده به مرکز بتن کمک کرده و در نتیجه به افزایش عمر آن می ‌انجامد.

لازم به ذکر است که استفاده از این مواد در بتن توانمند باید به اندازه باشد و استفاده زیاد و کم آن اثرات نامطلوبی روی بتن می‌ گذارد.

مزایای بتن توانمند

استفاده از بتن توانمند HPC مزایای زیادی به همراه دارد که از میان آنها می ‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• بتن توانمند چه در مراحل اولیه و چه در مراحل نهایی از مقاومت خوبی برخوردار است.
• در بخش ‌هایی که تراکم میلگرد در آنجا زیاد باشد، بتن توانمند به‌ راحتی اجرا می ‌شود؛ زیرا در تولید آن از فوق روان کننده استفاده شده است.
• اجرای بتن توانمند باعث ایجاد سطوح یکنواخت و با تراکم بالا می ‌شود.
• استفاده از بتن توانمند در ساخت سازه‌ های بتنی با سرعت و روانی بیشتری صورت می‌ گیرد و به صورت یکنواخت در کل سطح مورد نظر پخش می ‌شود، زیرا نیاز به ویبره کردن هم ندارد.
• بتن توانمند به ‌راحتی هم در محیط ‌های سرد و هم گرم قابل اجرا است.
• به دلیل عدم نیاز به آب زیاد، صرفه جویی در مصرف آب صورت می‌ گیرد و ضمن اینکه کنترل هیدراسیون این بتن بسیار ساده ‌تر از بتن معمولی است.
• این بتن قابلیت پمپاژ بالایی دارد و از روانی و نرمی خوبی برخوردار است.
• بتن توانمند، الاستیسیته خوبی دارد و به‌ راحتی تحت فشار ترک نمی‌ خورد. به دلیل مواد تشکیل دهنده خاصی که دارد از دوام بسیار بالا تا ۱۰۰ سال برخوردار است.

معایب بتن توانمند HPC

در کنار مزایای بی ‌شماری که در بالا ذکر شدند، بتن توانمند معایبی هم دارد که البته در برابر نقاط قوت این بتن قابل چشم ‌پوشی هستند.

• اختلاط این بتن هزینه بالایی می ‌طلبد زیرا به مواد تشکیل دهنده به خصوصی نیاز دارد.
• عملیات اختلاط این بتن به کنترل و نظارت ویژه نیاز دارد و همه پارامترها به هنگام تولید آن باید به درستی انجام شوند.
• به کارگیری این بتن به قالب ‌بندی به خصوصی که قالب آب ‌بندی نام دارد نیازمند است.

جمع ‌بندی

بتن توانمند HPC یکی از بهترین و پرطرفدارترین بتن در ساختمان ‌سازی است که در برخی موارد به دلیل هزینه ‌های زیاد اولیه استفاده از آن محدود به برخی سازه‌ های ویژه می ‌باشد. این بتن باعث افزایش طول عمر سازه‌ ها و مقاومت آنها به خوردگی، ترک خوردگی و فشار می ‌شود‌. البته باید به این نکته توجه داشت که اختلاط این بتن باید با دقت زیاد و نظارت کامل مهندسین انجام شود تا نتیجه مطلوب را بدهد.

نوشته تحولی عظیم در صنعت ساختمان با بتن توانمند اولین بار در مرکزآهن. پدیدار شد.