تکنولوژی بتن و آزمایشگاه قسمت سوم- بتن

تکنولوژی بتن و آزمایشگاه

فصل سوم : بتن

بتن از مخلوط کردن یک جسم چسبنده (دوغاب سیمان) و یک جسم پرکننده (شن و ماسه)و درصدی هوا ساخته می شود.

این الزام که سنگدانه ها تا حد ممکن حجم نسبی بیشتری از بتن را پر کند از لحاظ اقتصادی به صرفه تر است زیرا سنگدانه از سیمان ارزان تر است اما دلیل فنی وجود دارد که چرا یک مخلوط پر سیمان نامطلوب می باشد. هر چه مقدار ذرات جامدی که در داخل حجم معینی از بتن متراکم شده ، بیشتر باشد چگالی آن بیشتر شده و مقاومت آن افزایش خواهد یافت(نظریه حداکثر چگال). آزمایشات نشان داده اند که آن دانه بندی که حداکثر چگالی را ایجاد می نمایند مخلوط بتن را خشن و کارایی را تا حدی کم می کند. بنابراین فرضیه یک منحنی دانه بندی ایده آل مطرح گردید ،که هم مقاومت فشاری و هم اقتصاد قضیه را تامین می نماید.

---

مقاومت بتن به عوامل زیر بستگی دارد:

مقدار سیمان و جنس آن – آب و مقدار آن یا نسبت آب به سیمان – شن و ماسه از لحاظ جنس و دانه بندی و حداکثر اندازه مصالح – ساختن ، ریختن و متراکم کردن بتن – نسبت مصالح سنگی به سیمان – عمل آوری و عمر بتن

برخی از دلایل که بتن را به یکی از پرمصرف ترین مصالح ساختمانی تبدیل کرده است :

• عمر بسیار طولانی ساختمان های بتنی
• مقاومت در مقابل آتش سوزی : حدود یک ساعت طول می کشد تا فولادی که دارای پوشش بتنی 2/5 سانتی متری است حرارتش به 500 درجه سانتیگراد برسد.
• فراوانی و در دسترس بودن مصالح
• فرم پذیری
• مقاومت فشاری بالا

معایب سازه های بتنی :

• سنگین بودن این سازه ها – این مشکل را می توان با استفاده از دیوار هایی با ضخامت کم ، اعضای توخالی بتن پیش تنیده، بتن مسلح حاوی بتن های سبک ، استفاده از بتن با مقاومت بالا و … برطرف نمود.
• قدرت انتقال صوت و انتقال حرارت – این نقص را می توان تا حدود زیادی با استفاده از عایق های صوتی و حرارتی کاهش داد.
• نیاز به نظارت گسترده در مراحل مختلف مانند تهیه مصالح ،اختلاط و نگهداری

وضعیت ظاهری سنگدانه ها از لحاظ رطوبت سطحی : آب اختلاط بتن تشکیل شده است از :

1. آبی که در زمان ساخت بتن به آن اضافه می گردد.
2. آبی که همراه سنگدانه ها وارد دستگاه مخلوط کن می شود.

طبق آیین نامه های طرح اختلاط بتن در هنگام ساخت بتن ، سنگدانه ها باید در حالت S.S.D (اشباع با سطح خشک) باشند. قسمت دیگر آب که همراه سنگدانه ها وارد بتن می شود آب آزاد است. در این حالت باید آبی را که همراه سنگدانه ها به مخلوط بتن اضافه شده است را از آب اصلی بتن کم نمود و در مقابل به همان اندازه به وزن سنگدانه های بتن اضافه نمود. چنانچه سنگدانه ها در حالت خشک با خمیر سیمان مخلوط گردند باعث می شود که سنگدانه ها آب مورد نیاز خود را از خمیر سیمان جذب نماید و در نتیجه آب آزاد و یا آب موثر مخلوط بتن کم گردد ، و کارایی بتن نسبت به دقایق اولیه ساخت بتن کم خواهد شد، ولی بعد از 15 دقیقه این افت در کارایی تقریبا ثابت خواهد ماند. از طرف دیگر وقتی سنگدانه های خشک در بتن مصرف می گردد ، سطح خارجی سنگدانه ها سریعا با خمیر سیمان پوشانده می شوند و در نتیجه از پیشروی آب به داخل سنگدانه ها برای رسیدن به حالت S.S.D جلوگیری به عمل می آید. این اثر در مورد بتن ها پر سیمان موثرتر است و در بتن های کم سیمان و پر آب رسیدن سنگدانه ها به حالت S.S.D به صورت معمولی ادامه می یابد. در این حالت برای توزین اجزای بتن عکس حالت قبل عمل می کنیم.

شکل ظاهری و اندازه سنگدانه ها:

استفاده از مصالح سنگی درشت (نه مصالح سنگی بسیار درشت ) موجب می شود که برای دستیابی به کارایی مطلوب از آب کمتری استفاده شود در نتیجه مقاومت بتن بیشتر می شود. طبق آبا به کاربردن سنگدانه های درشت تر از 37 میلی متر در ساخت بتن آرمه توصیه نمی شود ، ولی در هیچ حالت اندازه سنگدانه ها نباید از 63 میلیمتر تجاوز کند. مصالح سنگی بزرگ در بتن های پر سیمان نسبت به بتن های کم سیمان اثر منفی بیشتری بر روی مقاومت آنها می گذارد و هرچه مقدار دانه های ریز بیشتر باشد به همان نسبت باید از سیمان بیشتری استفاده نمود. دانه های ریز در مواد ترکیبی بتن به دانه های سیمان خوار معروفند. مقدار حداقل خمیر سیمان باید به اندازه ای باشد که سطح کلیه سنگدانه ها را بپوشاند و فضای خالی بین سنگدانه ها را پر کند.اگر چنانچه بیش از مقدار حداکثر در بتن از خمیر سیمان استفاده گردد علاوه بر اینکه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود مصالح کم مقاومت (خمیر سیمان) جایگزین مصالح پر مقاومت (سنگدانه ها ) خواهد بود. شکل و بافت دانه های سنگی بر میزان آب مورد نیاز بتن تاثیر زیادی دارد. هر چه در بتن از مصالح تیزگوشه تر بیشتر استفاده شود ،روانی بتن کاهش می یابد ولی چسبندگی و پیوستگی بین آنها و خمیر سیمان را بیشتر می کند.شکل دانه ها در میزان کارایی موثر است و بافت سطحی در چسبندگی و مقاومت. میزان و درصد تاثیر نوع سنگدانه ها بر روی مقاومت فشاری بتن به نسبت آب به سیمان بستگی دارد.در نسبت های پایین (کمتر از 4/0) استفاده از سنگدانه های شکسته سبب افزایش مقاومت فشاری بتن تا 38 درصد بیشتر از سنگدانه های صاف می شود و در نسبتهای بالا (65/0) مقاومت یکسان است. این یکسانی مقاومت به این دلیل است که در بتن هایی با نسبت آب به سیمان بالا مقاومت فشاری خمیر سیمان عامل کنترل کننده اصلی است نه سنگدانه ها.

تاثیر نسبت سنگدانه به سیمان در یک مقاومت فشاری مشخص و ثابت وقتی درصد سنگدانه در بتن بیشتر باشد خطرات جمع شدگی و آب انداختن بتن کمتر می گردد ، به علاوه به علت کمتر شدن سیمان ، تغییرات حرارتی ناشی از هیدراتاسیون سیمان کمتر می گردد ، و به علت کمتر شدن وزن سیمان در متر مکعب مقدار آب نیز در یک متر مکعب بتن کم می گردد (در نسبت آب به سیمان ثابت ) در نتیجه از تمام جهات عملکرد بتن بهتر خواهد شد. البته نسبت سنگدانه به سیمان یک عامل درجه دوم در مقاومت فشاری بتن است.

اختلاط بتن در کارهای کوچک معمولا بتن را با دست می سازند که بر طبق بند 5-4 استاندارد ش 8451 ایران اختلاط سیمان باید با مخلوط کن های مکانیکی صورت گیرد مگر برای مقادیر کم. در این مورد حداکثر حجم بتن برای هر بار ساخت با دست به 300 لیتر محدود می گردد. برای بدست آوردن کارایی در اختلاط دستی تمام اجزای بتن غیر از آب را با هم خوب مخلوط کرده و سپس با آب پاش مقدار آب مشخص شده بر روی مصالح خشک ریخته می شود( استفاده از آبخوره مانند ساخت ملات مجاز نیست ) و بتن ساخته شده با دست حداکثر 30 دقیقه بعد از ساخت باید مصرف گردد. در کارگاه جهت ساخت بتن با دستگاه بتن ساز،حداقل تعداد دور چرخش دورانی کامل دستگاه برای رسیدن به مخلوط یکنواخت 20دور می باشد. حداقل زمان مخلوط کردن ، زمان لازم برای دستیابی به مخلوط با یکنواختی کامل می باشد که این زمان حداقل یک دقیقه برای مخلوط کن با حجم 3/4 متر مکعب و 15 ثانیه اضافی برای هر3/4 متر مکعب بعدی می باشد . زمانی که از سبکدانه ها در بتن استفاده شود زمان مخلوط کردن را نباید از 5 دقیقه کمتر در نظر گرفت. ترتیب ریختن مواد در دستگاه مخلوط کن های کوچک : ابتدا سنگدانه های درشت را به همراه مقداری از آب مخلوط و اگر افزودنی های محلول مورد نیاز هستند، اضافه می کنیم. پس از شروع به مخلوط کردن سنگدانه های ریز، سیمان و آب را به مخلوط کن اضافه می کنیم. برطبق نشریه 55 حداکثر زمان برای حمل بتن پس از اضافه شدن سیمان با احتساب زمان تخلیه بتن نباید از 90 دقیقه تجاوز کند. بر طبق مبحث نهم – بتنی که پس از افزودن آب به آن ، یا بعد از گیرش اولیه دوباره مخلوط شود نباید استفاده گردد. پس حداکثر زمان مخلوط کردن بتن ، معادل زمان گیرش اولیه بتن در نظر گرفته می شود. مدت حمل بتن در مواقع سرد می تواند بیشتر از زمان گیرش اولیه و در مواقع گرم باید کمتر باشد. برای حمل بتن می توان از تراک میکسر استفاده کرد. برای به تاخیر انداختن گیرش در بتن به هنگام انتقال با تراک میکسر آن را به حرکت در می آورند. در موقع حمل نمودن بتن با اسلامپ 8 سانتیمتر ، مخزن تراک میکسر در هر دقیقه 4 دور می زند. هر چه اسلامپ بتن کمتر باشد سرعت بیشتر و هر چه اسلامپ بتن بیشتر باشد سرعت کمتر می گردد.

کارایی بتن

بتن کارا به بتنی گفته می شود که به آسانی بتوان آنرا ساخت،جابجا نمود ، در قالب ریخت، و متراکم کرد بدون آنکه در یکنواختی آن در طول مراحل یاد شده تغییری ایجاد شود. عامل اصلی موثر بر کارایی بتن مقدار آب مخلوط بتن می باشد. چنانچه در یک مخلوط بتنی مقدار آب بتن ثابت فرض شود ، در این صورت کارایی توسط حداکثر اندازه سنگدانه ها، دانه بندی، شکل و بافت سطحی سنگدانه ها، نسبت سنگدانه به سیمان، نوع سیمان، نرمی سیمان، وجود افزودنی ها و حتی عواملی مانند زمان و درجه حرارت محیط از عوامل موثر بر کارایی بتن می باشند.

روانی بتن ACI روانی را اینچنین بیان می کند: روانی را قابلیت تحرک نسبی یا توانایی بتن و یا ملات تازه مخلوط شده برای جریان یافتن می نامد. در لفظ عمومی روانی را در حالت شلی یا سفتی بتن بکار می برند. به همین دلیل روانی را شاخصی از نسبت آب در نظر می گیرند.

مقدار آب مصرفی در بتن یکی از مهمترین عوامل در کیفیت بتن نسبت آب به سیمان می باشد. دو کار اصلی آب در بتن:

1. ترکیب شیمیایی با سیمان و انجام هیدراتاسیون سیمان
2. ایجاد کارایی و روانی لازم برای بتن

آب به دو صورت بر مقاومت بتن اثر می گذارد:

• تاثیر اساسی مقدار آب در مخلوط در مقاومت بتن
• کیفیت آب به کار رفته در بتن

مزایای کاهش مقدار آب در بتن:

• افزایش مقاومت فشاری و خمشی بتن
• افزایش خاصیت آب بندی در بتن
• کاهش جذب آب در بتن
• افزایش مقاومت در برابر عوامل جوی
• پیوستگی بهتر بین لایه های متوالی بتن
• کاهش تغییرات حجمی در اثر تر و خشک شدن
• چسبندگی بهتر بین آرماتور و بتن
• کاهش مقدار افت بتن
• کاهش مقدار خزش

بتن ریزی: بر طبق آبا بتن باید تا حد امکان نزدیک به محل نهایی خود ریخته شود تا از جدایی دانه ها در اثر جا به جایی مجدد جلوگیری شود. بتنی که به حالت نیمه خشک در آمده یا به مواد زیان آور بیرونی آلوده شده نباید در بتن ریزی قطعات سازه ای به کار برده شود. بتنی که پس از افزودن آب به آن یا بعد از گیرش اولیه دوباره مخلوط شود نباید مورد استفاده قرار گیرد. بتن باید در طول عملیات بتن ریزی با استفاده از وسایل مناسب کاملا متراکم شود، به طوری که کاملا میلگردها و اقلام مدفون را در بر گیرد و قسمت های داخلی و به خصوص گوشه های قالب را به خوبی پر کند. چنانچه ارتفاع بتن ریزی بیش از 50 سانتیمتر باشد ممکن است نتوان به وسیله ویبره هوای موجود در قسمت پایین بتن را خارج کرد. بتن را باید از تابش آفتاب ، وزش باد، گرمای هوا، یخ زدن، سولفاتها، مواد نفتی ، فشارهای زودرس حفظ کرد تا هیدراتاسیون کامل گردد. در غیر اینصورت بتن می سوزد و تاب مقاومت آن کاهش می یابد. در انتقال بتن با پمپ حداکثر نسبت اندازه سنگدانه ها به کوچکترین قطر داخلی لوله نباید از 33 درصد برای سنگدانه های تیز گوشه و 40 درصد برای سنگدانه های گردگوشه بیشتر باشد.و همچنین نسبت آب به سیمان نباید از 6/0 تجاوز کند.

متراکم کردن بتن در تراکم بتن خواه به صورت کوبیدن خواه به صورت لرزاندن صورت گیرد ، هدف اصلی حذف نمودن هوای محبوس در بتن است تا اینکه در یک مخلوط معین ، بافت حتی الامکان فشرده ای ایجاد شود. لذا تعریف فیزیکی آن عبارتست از کار انجام شده برای از بین بردن اصطکاک بین ذرات داخل بتن و به علاوه از بین بردن اصطکاک بین بتن و سطح قالب و سطح میلگرد ها این دو عامل را می توان به ترتیب به اصطکاک داخلی و اصطکاک سطحی نامید. بتن ویبره شده تقریبا حالت مایعی به خود گرفته و باعث می شود اصطکاک داخلی کاهش یافته و در نتیجه درصد تراکم افزایش یابد.در عمل زمانی تراکم حاصل می شود که حباب های هوا در سطح بتن مشاهده شود . هوای بین دانه های درشت و ریز سنگدانه ها به سطح بتن می آید و به صورت کف های ریز روی بتن را می گیرد و اصطلاحا آنرا شیره بتن گویند. تراکم بتن موجب می گردد که بتن مقاومت بهتری پیدا نموده و در مقابل عوامل مخرب محیطی دوام بهتری از خود نشان دهد ، همچنین تراکم بتن سبب بیشتر شدن سطح تماس بین بتن و آرماتور (در سازه های بتن آرمه) و چسبندگی بهتر بین آنها می گردد. همچنین سطح ظاهری بتن صاف و بدون خلل و فرج می شود. عمل تراکم به طرق مختلفی مانند میل زدن و یا کوبیدن، استفاده از لرزاننده های داخلی یا بیرونی، استفاده از میزهای لرزاننده صورت می گیرد. ویبراتور در داخل بتن باید به طور منظم و در فواصل مشخص به نحوی فرو برده شود که دو قسمت لرزانیده شده ، با هم همپوشانی داشته باشند. قسمتی از ویبراتور باید در لایه زیرین که هنوز حالت خمیری دارد فرو رود. فرو بردن ویبراتور در بتن باید با سرعت 8 سانتیمتر در ثانیه انجام گیرد. ویبراتور باید تا حد امکان به صورت قائم وارد بتن گردد و به آرامی بیرون کشیده شود تا حباب هوا داخل بتن باقی نماند. در عملیات اجرایی کامل شدن تراکم بتن را می توان از ظاهر سطحی آن قضاوت نمود که نباید کرمو باشد( زمان ویبره کوتاه) و نباید مقادیر زیادی شیره بتن بر سطح آن نمایان گردد(زمان ویبره طولانی). ویبره زیاد بتن موجب می شود که سنگدانه های درشت به سمت پایین حرکت کرده و دوغاب سیمان و ریز دانه ها به طرف بالا حرکت کنند. مقاومت فشاری بتن اساسا ارتباط معکوس با درصد منافذ بتن دارد. در حقیقت منافذ داخل بتن عمدتا به صورت یکی از موارد زیر در بتن ظاهر می گردند:

• به صورت حباب های هوای محبوس شده در بتن (به وسیله دانه بندی ریزترین ذرات مخلوط بتن و تراکم بتن کنترل می گردد)
• در اثر فضای خالی باقی مانده پس از خارج شدن آب اضافی بتن
• فضای خالی توام ناشی از آب و هوای باقی مانده در زیر ذرات درشت سنگدانه ها و یا در زیر میلگردها(در سازه های بتن آرمه)

ارتعاش مجدد بتن ارتعاش مجدد بتن پس از یک یا حداکثر یک و نیم ساعت پس از ریختن بتن درون قالب موجب می شود که مقاومت فشاری بتن حدود 15 درصد افزایش یابد ، ویبره مجدد بتن سبب بهبود کیفیت آب بند شدن بتن ،و همچنین افزایش چسبندگی بین بتن و آرماتور (درسازه های بتن آرمه)، و خروج مجدد حبابهای هوا، و حذف ترک های ناشی از نشست بتن، و همچنین پیوستگی بهتر بین لایه های متوالی بتن، و کم کردن تنش های جمع شدگی پلاستیک در اطراف سنگدانه های درشت بتن، و افزایش تراکم در فصل مشترک و یا ناحیه انتقال بتن می گردد. تا موقعی که بتن هنوز در حالت خمیری است می توان از ارتعاش مجدد استفاده نمود.

جداشدگی در بتن جداشدگی را می توان به صورت جدا شدن مواد تشکیل دهنده یک مخلوط غیر همگن از یکدیگر تعریف نمود ، به صورتی که توزیع مواد در مخلوط ، یکنواخت نباشد . در بتن اختلاف بین اندازه ذرات (دانه بندی نا مناسب) ، و همچنین اختلاف بین وزن مخصوص و عدم دقت در حمل بتن دلایل اصلی جداشدگی می باشد. در مخلوط هایی با نسبت آب به سیمان کم جداشدگی دانه ها کمتر اتفاق می افتد. دو نوع جدا شدگی در بتن:

• جدا شدگی دوغاب سیمان(آب انداختگی)- وقتی نسبت آب به سیمان در بتن زیاد باشد
• جدا شدن سنگدانه های درشت بتن – وقتی که مخلوط کم سیمان باشد یا دانه بندی نا مناسب باشد و یا نسبت آب به سیمان خیلی کم باشد و یا با ریختن بتن در سطح شیبدار

قواعد عملی برای جلوگیری از وقوع جداشدگی در بتن

• نباید پس از ریختن بتن آنرا فاصله زیادی جابه جا نمود.
• ریختن بتن از یک ارتفاع قابل ملاحظه، ریختن بتن در سطح شیبدار ، تخلیه بتن در مقابل یک مانع خطر جداشدگی را افزایش می دهد.
• استفاده از ویبره طولانی مدت باعث جداشدگی دانه می گردد. لایه نزدیک به سطح این بتن بسیار پر سیمان و پر آب خواهد بود به طوریکه پس از خشک شدن ترک بر می دارد.
• استفاده از مواد افزودنی حباب زا خطر جداشدگی را کاهش می دهد.
• سنگدانه های درشت که وزن مخصوص آنها با وزن مخصوص سنگدانه های ریز تفاوت فاحش داشته باشد خطر جداشدگی را افزایش می دهد.

آب انداختن بتن آب انداختگی در بتن در واقع نوعی جداشدگی در بتن است. ایجاد جداشدگی در بتن سبب می شود محصولی کرمو، ضعیف، بی دوام و با کیفیت متغیر ایجاد شود. جداشدگی به این معنی که لایه ای نازک از آب آغشته به سیمان روی بتن جمع می شود. آبی که در سطح بتن جمع شده هنگام پرداخت سطح بتن (لایه فشاری بتن در اکثر موارد) لایه سطحی ضعیفی به وجود می آورد. از طرفی دیگر در هوای گرم اگر سرعت تبخیر آب سطحی بتن بیش از سرعت آب انداختن بتن باشد ممکن است ترک های جمع شدگی خمیری ایجاد شود. علاوه بر جمع شدن آب در سطح بتن و تبخیر شدید آن مقداری از آب در بتن در اثر گرما به صورت بخار به طرف بالا صعود می کند که در زیر ذرات سنگ درشت و یا در زیر میلگردها محبوس شده و در این صورت ناحیه ای با چسبندگی بسیار ضعیف به وجود می آید. روشهایی برای جلوگیری از آب انداختن بتن:

• استفاده از سیمان های ریزدانه تر در بتن(زودتر هیدراته شده و دیرتر ته نشین می شود)
• استفاده از عیار سیمان بالاتر
• اضافه کردن مواد پوزولانی یا خاکستر بادی یا دوده سیلیسی (دوده سیلیسی آب آزاد موجود در بتن را به سرعت جذب می نماید و بروز ترک های ناشی از نشست خمیری و خشک شدن سطح را تشدید و تسریع می کند. از این دیدگاه بتن حاوی دوده سیلیسی باید بلافاصله پس از ریختن و پرداخت سطح بتن ، مراقبت شود تا از خشک شدن سطح آن جلوگیری شود. عمل آوری با آب بهتر است.)
• اضافه کردن پودر آلمینیوم (به علت ایجاد حباب هوا)
• اضافه نمودن کمی نمک طعام به بتن(استفاده از کلرید ها در سازه های بتن آرمه به هیچ وجه مجاز نمی باشد)
• استفاده از بتن با اسلامپ پایین
• دانه بندی مناسب و استفاده از نسبت کافی از سنگدانه های ریز(مخصوصا کوچکتر از 150 میکرون)
• استفاده از افزودنی هایی مانند روان کننده ها و فوق روان کننده ها به جز در اسلامپهای خیلی زیاد خطر آب انداختن را کاهش می دهد.

عمل آوری بتن عمل آوری فرآیندی است که طی آن از افت رطوبتن بتن جلوگیری و دمای بتن در حدی رضایت بخش حفظ می شود. عمل آوری بتن بر ویژگی های بتن سخت شده از قبیل میزان نفوذپذیری، مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن اثر بسزا دارد. عمل آوردن بتن از مراقبت، محافظت و پروراندن تشکیل می شود. مراقبت: مجموعه کارهایی که سبب می شود سیمان موجود در بتن به مدت کافی مرطوب بماند. افت رطوبت بتن به نحو نامطلوبی بر توسعه مقاومت اثر می گذارد، منجر به جمع شدگی خمیر سیمان گردیده و نفوذپذیری را افزایش می دهد و مقاومت در برابر سایش کاهش می یابد. در عمل آوری بتن ، دمای هیچ قسمت از سطح بتن نباید از 5 درجه سلسیوس کمتر شود. حداقل زمان عمل آوری بتن بر طبق آبا در جدول زیر آمده است. شرایط محیطی :

• خوب : رطوبت نسبی بالای 80 درصد و محافظت شده در برابر تابش مستقیم خورشید و باد
• ضعیف : رطوبت نسبی زیر 50ردصد و محافظت نشده در برابر تابش مستقیم خورشید و باد
• متوسط : شرایطی بین دو حد خوب و ضعیف

تا موقعی که بتن حداقل 70 درصد مقاومت فشاری طراحی خود را بدست نیاورده است باید نگه داری و عمل آوری بتن ادامه داشته باشد.

محافظت: مجموعه کارهایی که از اثر نامطلوب عوامل بیرونی مانند شسته شدن به وسیله باران یا آب جاری ، اثر بادهای گرم و خشک، سرد شدن سریع یا یخبندان، لرزش و ضربه خوردن بتن جوان جلوگیری شود. پروراندن : منظور سرعت بخشیدن به گرفتن و سخت شدن بتن به کمک حرارت است.

تاثیر دما بر بتن مشاهده شده است که افزایش در دمای عمل آوری باعث تسریع واکنش های شیمیایی هیدراتاسیون می گردد. افزایش دما در جریان تماس و پس از اولین تماس بین سیمان و آب ، مدت زمان عدم فعالیت هیدراتاسیون را کاهش می دهد، به طوری که ساختار کلی خمیر هیدراته شده سیمان ، خیلی زود شکل می گیرد.اگرچه دمای زیادتر در جریان درجا ریختن و گیرش ،مقاومت اولیه را افزایش می دهد، ولی امکان دارد به نحونامطلوبی بر مقاومت از هفت روز به بعد تاثیر بگذارد. روند سریع هیدراتاسیون اولیه در دمای زیادتر ، باعث کندشدن هیدراتاسیون بعدی می گردد، و محصولات هیدراتاسیون در داخل خمیر سیمان به طور غیر یکنواخت توزیع می شوند. زیرا روند سریع هیدراتاسیون اولیه ، زمان کافی جهت نفوذ محصولات هیدراتاسیون دورتر از ذرات سیمان و رسوب نمودن آنها به صورت یکنواخت در فضای بین ذرات وجود نخواهد داشت، در نتیجه تمرکز زیادی از محصولات هیدراتاسیون در حوالی ذراتی که هیدراته می شوند ، به وجود می آید و باعث کند شدن هیدراتاسیون بعدی می شوند و بر مقاومت دراز مدت بتن اثر نامطلوبی خواهند داشت. نکته: همواره نقاط موضعی ضعیف تر باعث کاهش کل مقاومت خمیر هیدراته شده سیمان می گردد. نکته: کسب مقاومت اولیه کم اثر مفیدی بر مقاومت دراز مدت خواهدداشت. برای به حداقل رساندن سیر نزولی مقاومت در رداز مدت بر اثر افزایش دما دو کار می توان انجام داد:

1. تاخیر در آغاز حرارت دادن

2. کاهش روند افزایش دما و مقدار حداکثر دما

مقاومت بتن عمل آوری شده در دماهای مختلف از طرف دیگر توجیه کاهش در مقاومت دراز مدت بتن عمل آوری شده در دمای بالا تا حدی در اثر وجود ترک های خیلی ریز ناشی از انبساط حباب های هوا در خمیر سیمان نهفته می باشد. اثر مخرب انبساط حباب های هوا را می توان با زمان تاخیر طولانی، قبل از عمل آوری در بخار یا با روند کمتر افزایش دما کاهش داد. حداقل زمان تاخیر برای دماهای تا حدود 40 درجه سلسیوس تاخیر 2 ساعته و برای دمای تا 55 درجه 3 ساعت برای دمای 75 درجه 5 ساعت و برای دمای 85 درجه 6 ساعت تاخیر در عمل آوری باعث کاهش شدید اثرات نامطلوب حرارت دادن می گردد. دلیل دیگری بر لزوم دوره تاخیر عبارتست از وجود سنگ گچ در سیمان پرتلند (البته این نظریه هنوز مورد تایید نشده است). در دمای زیادتر قابلیت واکنش شیمیایی سنگ گچ کاهش یافته و بخشی از آن با C3A وارد واکنش نشده و این واکنش بعدا صورت می گیرد که منبسط شونده است .

برای بتن ساخته شده با سیمان پرتلند معمولی ، بهترین دمای نگهداری 13 درجه می باشد. و برای سیمان پرتلند زود سخت شونده 4 درجه است.( دمای بهینه که منتهی به بالاترین مقاومت در عمر معینی می گردد.) پس از گیرش اولیه دمای زیادتر باعث تسریع توسعه مقاومت می گردد. 4 روش آزمایش وجود دارد که درآنها از عمل آوری تسریع شده استفاده می شود. سه روش اول عمل آوردن بتن با بخار در فشار متعارف (1 اتمسفر) انجام می گیرد و در روش چهارم عمل آوردن بتن با بخار تحت فشار زیاد صورت می گیرد. نکته: هرگز نباید در مورد سیمان های پر الومین از روش های عمل آوری استفاده نمود.

پروراندن (عمل آوردن) بتن با بخار در فشار متعارف این روش برای سازه های بتنی در محیط های بسته یا قطعات پیش ساخته به کار می رود. هدف اصلی از عمل آوری کسب مقاومت اولیه ایست که به اندازه کافی زیاد باشد به طوری که بتوان محصول بتنی را در زمان کوتاهی پس از درجا ریختن جابجا کرد ، از قالب خارج کرد و انبار نمود.

• مرحله قبل از گرم کردن، ریختن و متراکم کردن بتن و حفظ آن در هوای آزاد تا بتن سخت شود .(این زمان معروف است به زمان پیش از گیرش نهایی)
• مرحله افزایش درجه حرارت ، این مرحله حداقل باید 5/2 ساعت طول بکشد . ACI 33 درجه بر ساعت را بای نمونه با ابعاد کوچک و 11 درجه بر ساعت را برای نمونه های بزرگ توصیه نموده است. روند افزایش دما اثر نامطلوب کمی بر مقاومت دراز مدت بتن دارد ولی حداکثر دما و زمان نگهداری بتن در دمای حداکثر یک عامل اصلی در کاهش مقاومت بتن در 28 روزگی و بعد دارد.
• مرحله ثابت نگه داشتن درجه حرارت حداکثر ، مدت زمان این مرحله بین 3 الی 12 ساعت متفاوت است هرچه دما بالاتر باشد زمان کوتاهتر و هر چه دما پایین باشد زمان بلندتر می گردد.
• مرحله سرد کردن ، کاهش تدریجی دما از دمای حداکثر به دمای مورد نظر در مدت حداقل 5/2 ساعت.شیب کاهش حرارت با شیب افزایش حرارت باید یکسان باشد.
• عمل آوری در رطوبت تکمیلی ممکن است، این عمل برای جلوگیری از خشک شدن سریع و افزایش بعدی مقاومت موثر می باشد.

نکته مهم اینکه مخلوط های بتن با نسبت آب به سیمان پایین خیلی بهتر از مخلوط هایی با نسبت آب به سیمان زیاد به عمل آوری در بخار جواب می دهند و عوارض نامطلوب کمتری دارند. بتن های عمل آمده در بخار در روش اتوکلاو نسبت به بتن های عمل آمده در آب دارای نفوذناپذیری بیشتری هستند.

پروراندن (عمل آوردن)بتن تحت فشار زیاد (عمل آوردن بتن با اتوکلاو) برای به عمل آوردن سریع بتن و دستیابی به مقاومت های موردنظر و قالب برداری سریع استفاده از این روش توصیه می شود. در این روش دما و بخار آب و فشار همراه با هم به عضو بتنی که درون اتوکلاو قرار گرفته است تزریق می شود. بدلیل اینکه فشاربخار در این حالت نسبت به فشار جو بیشتر است موجب می شود که گرما با سرعت بیشتری در عمق بتن نفوذ کند و گیرش سریع شود. از مهمترین خصوصیات این روش می توان به موارد زیر اشاره نمود:

مقاومت اولیه زیاد، مقاومت بتن سریعا افزایش می یابد.

دوام زیاد ، مقاومت بتن در برابر عوامل جوی و حمله مواد شیمیایی و سولفات ها بیشتر می شود.

کاهش جمع شدگی بتن

این روش در مورد بتن های ساخته شده با سیمان پرتلند کاربرد دارد و استفاده از این روش در سیمان های پر آلومین و سیمان های سوپر سولفات جایز نیست. روش عمل آوری بتن توسط اتوکلاو :

• گیرش اولیه بتن در شرایط معمول تا زمان گیرش نهایی
• قرار دادن قطعات در اتوکلاو و افزایش دما تا حداکثر 180 درجه سانتیگراد و افزایش فشار به میزان حداکثر 8 مگاپاسکال بالاتر از فشار اتمسفربه صورت تدریجی در یک دوره حداقل 3 ساعته ، سرعت ازدیاد دما 40 درجه سانتی گراد در ساعت می باشد. به علت واکنش های شیمیایی بین سیلیس و Ca(OH)2 آزاد شده در هنگام هیدراتاسیون C3S بیشترین تاثیر را خواهد داشت لذا ، در این روش عمل آوری پیشنهاد می گردد که همواره میکروسیلیس (معمولا بین 4/0 الی 7/0 جرم سیمان) به سیمان اضافه گردد.
• نگه داری در شرایط بالا به مدت 5 تا 8 ساعت
• کاهش فشار و حرارت و خنک کردن سریع عضو ظرف 20 الی 30 دقیقه

عمل آوری بتن در بخار با فشار زیاد ، مقاومت بتن را در برابر سولفات ها بهبود می بخشد به دو دلیل زیر — آلومیناتهای تشکیل شده در برابر سولفاتها دارای ثبات بیشتری نسبت به آلومینات های تولید شده در دمای کمتر می باشد. – کاهش مقدار آهک در خمیر سیمان می باشد که به سبب واکنش بین آهک و سیلیس صورت می گیرد.

ضریب یا مدول الاستیسیته بتن مدول الاستیسیته بتن (Ec) ضریب زاویه منحنی نمایش تنش کرنش (تغییر طول نسبی) بتن می باشد.مدول الاستیسیته بتن تحت آزمایش مقاومت فشاری از روی شیب منحنی تنش کرنش در بارگذاری تک محوری بدست می آید. Ec به مقاومت فشاری مشخصه بتن f’c)) و مشخصات دیگری مثل عمر بتن، مشخصات سنگدانه ها ، سیمان ، سرعت بارگذاری ، نوع و ابعاد نمونه آزمایشی …بستگی دارد. چون در بتن حتی در بارگذاری های کوچک ، تغییر شکل دائمی به وجود می آید (در بتن به این مسئله خزش گفته می شود) تعاریف مختلفی از مدول الاستیسیته وجود دارد که در زیر آورده شده است: مدول الاستیسیته بتن درتحلیل خطی Ec= 5000 (بر حسب کیلوگرم بر سانتیمتر مربع) مدول سکانت شیب خطی است که از مبدا به نقطه ای از منحنی که 50 درصد تنش نهایی گسیختگی است وصل می گردد. مدول ایتدایی شیب خطی است که مماس بر نقطه شروع منحنی بر آن رسم می گردد. مدول مماسی شیب خطی است که از هر نقطه غیر مشخص منحنی مماس بر آن رسم می گردد.

ضریب پواسون وقتی که یک نمونه بتنی تحت بار تک محوری قرار می گیرد ، نسبت تغییر شکل نسبی جانبی به تغییر شکل نسبی طولی را در محدوده ارتجاعی ضریب پواسون می نامند. برای تنش هایی که رابطه بین تنش و کرنش تقریبا خطی است مقدار ضریب پواسون بتن تقریبا ثابت بوده و عموما در محدوده 0/15 تا 0/20 قرار می گیرد. در بتن ، ضریب پواسون ممکن است تحت تاثیر شرایط ویژه قرار بگیرد.

خزش افزایش تدریجی تغییر شکل نسبی تحت بار با گذشت زمان را خزش می گویند. به عبارتی دیگر خزش آن خاصیت از بتن می باشد که به علت آن ، بتن به تغییرشکل خود در اثر بارهای دراز مدت تحت تنش ثابت در محدوده قابل قبول الاستیک(f’c 0/5) ادامه می دهد. با افزایش زمان بارگذاری ، مقدار این تغییر شکل غیر الاستیک نیز افزایش یافته و مقدار کل آن ممکن است چند برابر تغییر شکل های کوتاه مدت الاستیک باشد. منحنی خزش دارای مجانب است و با گذشت زمان سرعت افزایش تغییر شکل کاهش می یابد. مسئله خزش در سازه های بتنی اهمیت زیادی دارد زیرا تغییر شکل در دراز مدت می تواند چندین برابر بزرگتر از تغییر شکل نسبی در هنگام بارگذاری باشد. بتن فقط در برابر بارهای کوتاه مدت به طور الاستیک عمل می کند و به دلیل تغییر شکل های اضافی در طی زمان، رفتار اصلی آن به صورت مصالح غیر الاستیک می باشد. مهمترین عوامل موثر بر خزش عبارتند از :

1. جنس و مقدار مصالح سنگی : هر چه در بتن نسبت مصالح سنگی به سیمان بیشتر باشد و سنگدانه ها سختر باشد مقدار خزش کمتر خواهد شد. افزایش مقدار حجمی سنگدانه ها از 65 درصد به 75 درصد می تواند خزش را به میزان 10 درصد کاهش دهد.

2. سن بتن در موقع بارگذاری و مدت بارگذاری بتن : تاخیر در بارگذاری موجب کاهش خزش بتن می شود.

3. مقاومت فشاری بتن : خزش با مقاومت فشاری بتن رابطه معکوس دارد بنابراین با نسبت آب به سیمان ارتباط مستقیم دارد.

4. رطوبت و دمای محیط : هر چه رطوبت نسبی هوا کمتر باشد مقدار خزش بیشتر می شود.

5. شدت تنش وارده بر بتن : هر چه تنش وارده کمتر باشد مقدار خزش کمتر است.

خزش در بتن برای مدت طولانی ادامه می یابد. روش های کاهش مقدار خزش در بتن :

• کم کردن عواملی که موجب تشدید خزش می گردد.
• استفاده نمودن از حداکثر مقدار مجاز میلگرد(حداکثر آرماتور)

افت(انقباض)(جمع شدگی) در بتن جمع شدگی یا افت بتن از تغییر حجم بتن بدون وابستگی به تاثیر نیروی خارجی می باشد(خزش به جمع شدگی بتن در اثر نیروی خارجی گفته می شود). تغییرات حجم بتن را که از زمان آغاز گیرش بتن شروع و در طول مدت سخت شدن ادامه پیدا می کند افت یا انقباض می گویند. عوامل موثر بر جمع شدگی بتن همان عوامل موثر بر خزش می باشد. در شرایط معمولی افت بتن بین 0/0002 الی 0/0008 حجم است که 15 تا 35 درصد آن در دو هفته اول و 40 تا 80 درصد آن در سه ماهه اول و 65 الی 90 درصد آن در یک سال اول عمر بتن روی می دهد. عوامل موثر در افت بتن :

• مقدار آب در بتن(نسبت W/C) : نسبت آب به سیمان با مقدار افت بتن رابطه مستقیم دارد. بهترین راه کاستن جمع شدگی ، کاهش مقدار آب در مخلوط بتن می باشد.
• رطوبت : در محیط خشک ، بتن به سرعت آب خود را از دست می دهد و در محیط خشک افت بتن بیشتر است.
• درصد دانه های سنگی : هر چه بیشتر باشد افت بتن کمتر است.
• نوع سنگدانه ها
• استفاده از آرماتور در بتن : در قطعات بتن مسلح آرماتورها از جمع شدن قطعه بتنی جلوگیری می کند و نتیجه این عمل به وجود آوردن نیروهای فشاری در فولاد است.
• عمر بتن

عمر بتن از دیگر مواردیست که در کارهای بتنی باید مدنظر قرار بگیرد. معمولا با گذشت زمان مقاومت فشاری بتن افزایش می یابد. بتنی که در جای نمناک بماند پس از گذشت 28 روز به حدود 90 درصد تاب فشاری نهایی خود می رسد. البته با اندیشیدن تدابیری می توان در زمان کوتاهتری به مقاومت 28 روزه بتن دسترسی پیدا کرد.

این واقعیت که مقاومت بتن با پیشرفت هیدراتاسون سیمان افزایش می یابد ، همراه با این حقیقت که روند هیدراتاسیون سیمان با افزایش دما زیاد می شود منجر به این پیشنهاد گردیده است که مقاومت بتن را می توان به صورت تابعی از ترکیب زمان – دما بیان نمود. از آنجا که مقاومت بتن به هر دو عامل عمر و دما بستگی دارد ، می توان گفت که مقاومت تابعی از (دما*فاصله زمانی) ∑ و حاصل این انتگرال را بلوغ بتن می نامند.

خصوصیات فصل مشترک و یا منطقه انتقال

به سطح مشترکی که بین سنگدانه های بتن و خمیر سیمان وجود دارند فصل مشترک یا منطقه انتقال گفته می شود که بسیاری از خصوصیات بتن به این ناحیه بستگی دارد. ناحیه انتقال در حقیقت ضعیفترین حلقه در زنجیره بتن است. به همین دلیل ، بر اثر وجود ناحیه انتقال ، معمولا نمونه بتنی تحت تنشی شکسته می شود که به مراتب کمتر از مقاومت هر یک از دو جزء سنگدانه ها و خمیر سیمان می باشد. معمولا برای گسترش ترک های موجود در ناحیه انتقال به 40 الی 70 درصد نیروی لازم برای شکستن هر یک از اجزاء سنگدانه ها و یا خمیر سیمان احتیاج می باشد.

ساختار خمیر هیدراته شده سیمان در ناحیه انتقال

در منطقه انتقال ، وضعیت تراکم خمیر هیدراته شده سیمان ، با ساختار انبوه خمیر هیدراته شده سیمان متفاوت است.مهمترین دلیل آن این است که در جریان مخلوط نمودن بتن در حین ساخت ، تراکم خمیر سیمان در ناحیه انتقال کمتر از مرکز ناحیه خمیر سیمان می باشد ، درست این وضعیت مانند اثر دیواره بر روی سطوحی از بتن که در مجاورت قالب ها قرار می گیرند با مقیاس خیلی کوچکتر می باشد. ( در مواقعی که حداکثر اندازه سنگدانه به اندازه قالب بزرگ باشد ، تراکم بتن و یکنواختی توزیع ذرات درشت سنگدانه ها در قسمت مرکزی بتن و بتن چسبیده به جداره قالب یکسان نمی باشد. زیرا جداره قالب بر فشردگی و تراکم بتن اثر می گذارد. این موضوع اثر دیواره نامیده می شود.) ناحیه انتقال در حقیقت ضعیفترین حلقه در زنجیره مقاومت بتن است. پس از تراکم بتن ، غلظت خمیر سیمان اطراف سنگدانه های بتن با سایر قسمت های خمیر سیمان غیر یکنواخت می باشد ، زیرا فیلم نازکی از آب اطراف سنگدانه های درشت تشکیل می شود. این مسئله به علت بالا بودن نسبت آب به سیمان در مجاورت سنگدانه های درشت در مقایسه با سایر قسمت های خمیر سیمان می باشد.این مسئله حتی در بتن با نسبت پایین آب به سیمان نیز صادق می باشد. در اوایل هیدراتاسیون و سنین کم ، حجم و اندازه فضای خالی در ناحیه انتقال بزرگتر از سایر قسمت های خمیر سیمان می باشد. ولی در این بتن ها با افزایش سن بتن ممکن است مقاومت ناحیه انتقال برابر یا حتی بیشتر از مقاومت قسمت های توده خمیر سیمان گردد. به صورت کلی ، سطح مشترک بین خمیر سیمان و سنگدانه های بتن حوزه تمرکز تنش می باشد.(حوزه تمرکز تنش به علت اختلاف بین مدول الاستیسیته و ضریب پواسون دو نوع ماده است.) در اثر پیشرفت هیدراتاسیون سیمان ، تغییرات حجمی حاصل می گردد که مهمترین آن کاهش حجم مجموعه سیمان بعلاوه آب است (خمیر سیمان) هنگامی که خمیر سیمان هنوز در حالت خمیری باشد ، انقباض حجمی حاصل می نماید که مقدار آن در حدود 1 درصد حجم سیمان خشک می باشد. با افزایش هیدراتاسیون و افزایش زمان گیرش انقباض در اثر از دست رفتن آب در اثر هیدراتاسیون تا اندازه زیادی محدود می گردد.( تغییرات حجمی ذکر شده با تغییرات حجمی که در اثر پیشرفت هیدراتاسیون سیمان حاصل می گردد متفاوت است.)

ترک خوردگی و مقاومت فشاری بتن :

گسیختگی بتن در اثر ترک برداشتن آن است. به همین سبب بررسی ترک و شناخت علل آن یکی از راه های مقابله با آن می باشد. در بررسی ها مشخص شده است حتی قبل از اینکه بتن تحت بار قرار گیرد ، ترک های بسیار ریزی در ناحیه انتقال وجود دارند که به آنها ریزترک خوردگی گفته می شود. این ترک خوردگی ها ناشی از اختلافات اجتناب ناپذیر بین خواص مکانیکی سنگدانه های درشت و خمیر سیمان هیدراته شده ، همراه با جمع شدگی و یا انبساط حرارتی می باشد. ریزترک های موجود در بتن قبل از اعمال بار عمدتا مسئول مقاومت پایین کششی بتن می باشند. مکانیزم شکست بتن به مراحل زیر تقسیم می شود:

1. میزان بار وارده تا 30 درصد بار نهایی اعمال گردد، در ابعاد و تعداد ریزترک ها هیچگونه تغییری حاصل نمی گردد.
2. میزان بار وارده به 30 الی 60 درصد بار نهایی افزایش می یابد. طول و عرض ریزترک ها افزایش می یابد و ترک جدیدی به وجود نمی آید. (مرحله انتشار کند ترک)
3. میزان بار وارده به 60 الی 90 درصد بار نهایی افزایش می یابد، در این محدوده از میان ملات(خمیر سیمان و سنگدانه های ریز) ترک ها باز می شود . این ترک ها ، ریز ترک ها را به یکدیگر منتقل نموده و در نتیجه یک الگوی پیوسته از ترک ها را ایجاد می نماید(مرحله انتشار سریع ترک). در این مرحله طول تجمعی ریزترک ها در بتن با مقاومت بالا بیشتر از طول تجمعی ریزترک ها در بتن های معمولی می باشد.
4. با افزایش بار در 90 تا 100 درصد بار نهایی، طول ترک ها در بتن افزایش چشمگیری می یابد تا نمونه گسیخته گردد. این ترک ها (در مورد 3 اشاره شد)، ریزترک ها را به یکدیگر منتقل نموده و در نتیجه یک الگوی پیوسته از ترک ها را ایجاد می نماید و با زاویه ای 20 الی 45 درجه با جهت بار وارده نمونه شکسته می شود.

نتیجه گیری از مراحل بالا:

• تا زمانیکه ریزترک ها تثبیت شده هستند هیچگونه ضرری برای مقاومت فشاری بتن ندارند.
• در محل استقرار ریزترک ها ، وجود سنگدانه های درشت در بتن از باز شدن و گسترش ترک های منفرد جلوگیری می کند.

ریزترک خوردگی ها با ترک های جمع شدگی بتن حاصل از تبخیر آب بتن متفاوت است. در ترک های جمع شدگی آب از سطح بتنی که هنوز حالت خمیری دارد،خارج شده(این حالت می تواند در لایه زیرین بتن که با خاک در ارتباط است نیز رخ دهد)این انقباض جمع شدگی خمیری نامیده می شود.مقدار جمع شدگی خمیری تحت تاثیر میزان آب از دست رفته از سطح بتن، دما ، رطوبت نسبی محیط، سرعت باد، … قرار دارد. چنانچه میزان آب از دست رفته در واحد سطح ، بیش از مقدار آبی باشد که در اثر آب انداختن به سطح می رسد، ترک های سطحی ظاهر می شود، که این ترک های سطحی با ریزترک ها متفاوت است.

تفاوت حالت شکست بتن در حالت کشش و فشار:

در مصالحی همچون بتن که دارای فضای خالی با اندازه های مختلف درون آن می باشد و به علاوه دارای ریز ترکها در ناحیه انتقال خمیر سیمان و سنگدانه های درشت می باشد، حالت شکست تحت تنش های وارده بسیار پیچیده بوده و با میزان تنش وارده تغییر می کند. در حالت کشش تک محوری،انرژی نسبتا کمتری برای شروع و رشد ترکها در خمیر سیمان مورد نیاز است.گسترش سریع ترکها و ارتباط بین سیستم ترکهای مختلف عامل اصلی شکست در حالت کشش در بتن است. راستای توسعه ترکها در کشش تک محوری ، عمود بر راستای تنش می باشد.پیدایش و رشد هر ترک جدید، مساحت باربری را کاهش می دهد و این کاهش سبب افزایش تنش هادر انتهای ترکها می شود. بنابراین گسیختگی در کشش بر اثر ترکهای اتصالی رخ می دهد. در حالی که در گسیختگی حالت فشاری تعداد زیاد ترکها عامل این شکست است. معمولا نسبت بین مقاومت کششی و فشاری تک محوری بتن های معمولی در حدود 0/07 الی 0/11 است. توسط روابط تجربی می توان مقاومت فشاری را به مقاومت کششی مربوط نمود. رابطه زیر هرچند در آبا معرفی نشده است لیکن از لحاظ تجربی حاکی از دقت مناسب آن می باشد.

Fst=0.55√fc

Fst : مقاومت کششی بتن

fc : مقاومت فشاری مشخصه

مقاومت فشاری بتن :

مقاومت فشاری بتن یکی از دو خاصیت مهم بتن می باشد. خاصیت دیگر آن دوام و یا پایایی بتن است. مقاومت فشاری بتن مهمترین خاصیت و مشخصه بتن نزد اکثر طراحان و مهندسان کنترل و کیفیت بتن می باشد.مقاومت فشاری بتن یک تصویر کلی را از بتن به وجود می آورد. مقاومت فشاری بتن به عوامل متعددی بستگی دارد که مهمترین آنها را در ذیل عنوان نموده ایم:

1. مقدار سیمان و جنس آن: مقاومت فشاری بتن نسبت مستقیم با مقدار سیمان مصرفی دارد، کمترین مقدار خمیر سیمان در بتن، مقداری است که دوغاب سیمان دور تمام سنگدانه های مخلوط را اندود کند ، و اگر کمتر از این مقدار سیمان مصرف گردد، دانه های سنگها به یکدیگر نچسبیده و باعث کاهش شدید مقاومت بتن می گردد. بیشترین مقدار خمیر سیمان در بتن ، به اندازه ای می باشد که علاوه بر اینکه دور دانه های سنگی را اندود کرده ، فضای خالی استخوان بندی سنگدانه ها را نیز پر کند.اگر چنانچه در ساختن بتن بیش از مقدار فوق (مقدار حداکثر) خمیر سیمان مصرف گردد، گذشته از اینکه به نسبت افزوده شده سیمان تاب بتن زیاد نمی شود، جنس گران قیمت و کم مقاومت سیمان جانشین جنس ارزان قیمت و پر مقاومت سنگ می گردد ، در نتیجه بتن گرانتر و کم مقاومت تر می گردد. نکته: برای بتن های با عیار سیمان خیلی پایین، هوای ایجاد شده در بتن سبب افزایش مقاومت فشاری می گردد.
2. آب و مقدار آن و یا نسبت آب به سیمان w/c : مقاومت فشاری بتن با نسبت آب به سیمان نسبت معکوس دارد و همواره با افزایش مقدار آب (اضافه بر آب مورد نیاز برای هیدراتاسیون سیمان ) مقاومت فشاری بتن کاهش می یابد. افزایش نسبت آب به سیمان و کاهش مقاومت فشاری بتن (علاوه بر مطلب بیان شده در مورد ریزترک ها )به علت افزایش تخلخل و افزایش ترک های مویین در بتن خشک بر اثر افزایش مقدار آب بتن می باشد.
3. شن و ماسه از لحاظ جنس و دانه بندی و حداکثر اندازه مصالح : خواص مصالح سنگی مانند مقاومت فشاری سنگدانه ها ، حداکثر اندازه سنگدانه ، شکل و بافت سطحی سنگدانه ها ، دانه بندی ، جنس سنگدانه ها از لحاظ کانی شناسی، در مقالات قبل مورد بررسی قرار گرفته است. نکته قابل توجه در این زمینه تاثیر اثر دیواره می باشد. اگر حداکثر اندازه سنگدانه نسبت به اندازه قالب بزرگ باشد ، تراکم بتن و یکنواختی توزیع ذرات درشت سنگدانه ها ، تحت تاثیر واقع می گردد.(این موضوع اثر دیواره نامیده می شود) زیرا جداره قالب بر فشردگی بتن اثر می گذارد، به طوری که مقدار ملات لازم برای پر نمودن فضای بین ذرات سنگدانه های درشت و جداره قالب، بیش از مقدار لازم در داخل جرم بتن است و بنابراین بیش از مقدار ملات موجود در یک مخلوط با نسبت های مناسب می باشد. هر چه نسبت سطح به حجم نمونه بزرگتر باشد اثر دیواره مشهودتر می گردد. برای به حداقل رساندن اثر دیواره در نمونه های بتنی استانداردهای مختلف حداکثر اندازه سنگدانه ها را با توجه به ابعاد قالب مشخص نموده اند. بند 3-4-3 آیین نامه بتن ایران (آبا) بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه های درشت را به یک پنجم کوچکترین بعد داخلی قالب بتن محدود نموده است. استاندارد ASTM C 192-90a در مورد حداکثر اندازه سنگدانه ها نسبت به ابعاد قالب چنین بیان داشته است که قطر استوانه آزمایشی و یا حداقل بعد منشور ، باید حداقل 3 برابر اندازه اسمی سنگدانه ها باشد.
4. ساختن، ریختن و متراکم کردن بتن: هنگامی که حباب های هوا در نتیجه عدم تراکم کافی در بتن بوجود می آیند باعث افزایش پوکی و کاهش مقاومت می گردند.
5. نسبت مصالح سنگی به سیمان : هرچه در بتن از دانه های بیشتری استفاده شود (با دانه بندی مناسب) بتن اقتصادی تر می گردد و در صورت تراکم مناسب مقاومت مناسبی بدست می آید.
6. عمل آوری و عمر بتن: پس از مخلوط شدن آب و سیمان ، هیدراتاسیون آغاز شده ودر شرایط مناسب با اقزایش عمر بتن درجه هیدراتاسیون افزایش می یابد و مقاومت بتن بیشتر می گردد. افزایش مقاومت بتن در عمرهای اولیه بتن بسیار سریع است ولی با افزایش عمر بتن از سرعت آن کاسته می گردد. چنانچه مقدار رظوبت کمتر از 80 درصد باشد هیدراتاسیون و کسب مقاومت بتن تقریبا متوقف می گردد. معمولامقاومت فشاری بتن 7 روزه با سیمان نوع 1 حدود 70 درصد مقاومت فشاری بتن 28 روزه می باشد و مقاومت 28 روزه بتن حدود 90 درصد مقاومت نهایی بتن در نظر گرفته می شود.