مشخصات طرح اختلاط بتن در نواحی سواحل خلیج فارس

مشخصات طرح اختلاط بتن در نواحی سواحل خلیج فارس

 

بتن از مصالح متخلخل و نفوذپذير محسوب مي‌شود. نفوذپذيري بتن در مقاومت آن  در برابر تهاجم عناصر مخرب مانندCl^-,SO₃^--,CO₂  و ... اثر مي‌گذارد. نفوذپذيري بتن تحت تأثير ماهيت منافذ از نظر اندازه و ارتباط بين منافذ است. با افزايش اندازه منافذ و ارتباط بيشتر منافذ، به نفوذپذيري بتن افزوده مي‌شود. منافذ مويينه و منافذ هواي ناخواسته (تا حدود 3 ميليمتر) اثر چشمگيري در نفوذپذيري بتن دارند.

مهمترين عوامل اثرگذار در نفوذپذيري بتن، نسبت آب به سيمان، مقدار سيمان و دانه بندي مصالح سنگي است. البته نوع سيمان، ميزان تراكم و نحوه آن و نيز عمل‌آوري از عوامل اثرگذار در نفوذپذيري بتن مي‌باشند كه درقسمت هاي مربوط در مورد آنها مطالبي آورده شده است.

 

3-1- نسبت آب به سيمان

بتني كه داراي مقاومت كافي باشد و به نحو صحيح ساخته، ريخته و عمل‌آوري شده باشد، در شرايط معمولي دوام كافي خواهد داشت. اما در صورتي كه به لحاظ شرايط محيطي، دوام بتن اهميت زيادي پيدا مي‌كند، نسبت آب به سيمان يكي از عوامل تأثيرگذار در دوام خواهد بود. نسبت آب به سيمان، تعيين كننده نفوذپذيري بتن است و همان‌طوري كه قبلاً ذكر شد، نفوذپذيري نقش اصلي و تأثير قابل ملاحظه‌اي در برابر حمله مواد مهاجم به عهده دارد.

به طور خلاصه برخي مزاياي ناشي از كاهش مقدار آب در بتن و در نتيجه كاهش نسبت آب به سيمان، به شرح زير است :

الف) بهبود خواص مكانيكي بتن

ب) كاهش نفوذپذيري بتن

ج) افزايش دوام بتن در برابر تهاجم عوامل خورنده محيطي

د) چسبندگي مطلوبتر بين بتن و ميلگرد

ه) كاهش اثر تغييرات حجمي بر اثر تروخشك شدن

لذا هر قدر كه آب كمتري در اختلاط بتن طرح شود ، كيفيت بتن بهتر خواهد شد، به شرطي كه بتوان آن را به‌ طور صحيح متراكم نمود. زيرا  هر چه ميزان آب كمتر باشد مخلوط ناكاراتري به دست خواهد آمد كه براي جا دادن آن درون قالب و بين ميلگرد به انرژي تراكمي و ارتعاشي بيشتري نياز است.

در مناطق گرمسير با افزايش دماي بتن، سرعت افت اسلامپ افزايش مي‌يابد و براي جبران اين افت، به دليل عدم آگاهي در مورد اثرات نامطلوب افزايش نسبت آب به سيمان روي خواص بتن در كارگاه، آب بيشتري به مخلوط اضافه مي‌كنند. افزودن آب روي خواص بتن اثر نامطلوب دارد. كاهش مقاومت، افزايش نفوذپذيري، افزايش تمايل به جمع‌شدگي خميري در بتن تازه و جمع‌شدگي ناشي از خشك شدن در بتن سخت‌شده و ترك خوردن بتن بر اثر آن و عملكرد نامطلوب در برابر حمله مواد مهاجم از جمله اين آثار است.

بنابراين نسبت آب به سيمان براي بتن ريزي درمناطق گرم و خورنده بايد كاملاً محدود و تحت كنترل باشد. از طرف ديگر، نسبت كم آب به سيمان و بتن با كارايي كم، باعث مشكلات اجرايي بتن‌ريزي در اين مناطق است.  بنابراين در اين مناطق بايد با  تدابير خاص مثلاً استفاده از روان‌كننده‌ها و  فوق‌روان‌كننده‌ها براي  حصول كارايي و رواني اقدام نمود.                    

بنابراين در مواردي كه بتن، در معرض تهاجم عوامل خورنده است، بايد نسبت آب به سيمان را به كمترين حد ممكن رساند، به نحوي كه بتوان بيشترين تراكم را بدست آورد.

 

3-2- مقدار سيمان

شرايط محيطي خورنده در مناطق حاشيه خليج فارس ايجاب مي‌كند كه غير از محدوديت در نسبت آب به سيمان، حداقل مقدار سيمان نيز محدود گردد. مقدار مناسب سيمان در بتن با نسبت كم آب به سيمان باعث مي‌شود تا غلظت خميرسيمان بيشتر گردد و فضاي كمتري براي آب موجود باشد و در نتيجة نزديك شدن ذرات سيمان به يكديگر، پس از هيدراتاسيون، منافذ ريزتري در بتن ايجاد گردد كه بر اثر ادامه واكنش هيدراتاسيون اين منافذ ريز هم مسدود مي‌گردد. از طرف ديگر، مقدار مناسب سيمان در مخلوط سبب تراكم بهتر و عدم جداشدگي دانه‌ها مي‌شود و نفوذپذيري كاهش مي‌يابد.

گر چه بايد در نظر داشت كه نبايد مقدار سيمان آنقدر زياد باشد كه باعث جمع‌شدگي در مقاطع نازك و تنش‌هاي حرارتي در مقاطع ضخيم بشود. مقدار زياد سيمان با وجود نسبت آب به سيمان ثابت موجب افزايش مقدار آب و حجم خمير سيمان در بتن مي‌شود و بدليل جمع‌شدگي بيشتر و افزايش حجم حفرات مويينه در واحد حجم بتن، نفوذپذيري افزايش مي‌يابد و از دوام و مقاومت آن مي‌كاهد.

 

3-3- مصالح سنگي

خصوصيات فيزيكي سنگدانه‌ها مانند حداكثر اندازه و شكل سنگدانه‌ها نقش مهمي در ميزان نفوذپذيري بتن دارد. سنگدانه‌ها در مقابل جمع‌شدگي خمير سيمان قيد ايجاد مي‌كنند و در نتيجه در وجه مشترك خمير سيمان و سنگدانه‌ها (فاز انتقالي) تركهاي ميكروسكوپي به وجود مي‌آيد. هر چه اندازه سنگدانه‌ها افزايش يابد،  ترك‌هاي بزرگتري ايجاد مي‌گردد،  زيرا قيد بيشتري در مقابل جمع شدگي به وجود مي‌آيد. با ثابت بودن نسبت آب به سيمان، افزايش نسبت سنگدانه به سيمان تأثير زيادي در افزايش دوام بتن دارد. همچنين نسبت ريزدانه به كل سنگدانه‌ها بر كارايي، تراكم، آب‌انداختگي و جداشدگي ذرات بتن تأثير بسيار زيادي دارد. درصورتي كه مقدار ماسه در حد مناسب نباشد، كارايي بتن كاهش مي‌يابد. مقدار ماسه بيش از حد بهينه، نياز به آب يا سيمان بيشتري دارد تا كارايي لازم به دست آيد و مقدار ماسه كمتر از مقدار بهينه، باعث جداشدگي دانه‌ها مي‌گردد. بنابراين تعيين نسبت صحيح ماسه و شن در طرح اختلاط براي كاهش نفوذپذيري بسيار با اهميت است. همچنين وجود رس و مواد گذشته از الك شماره 200  تأثير بسزايي در ميزان كارايي، جمع شدگي و دوام بتن دارد و ضمناً مي‌تواند اثرات نامطلوبي نيز بر مقاومت داشته باشد. لذا مقادير اين مواد نيز بايد محدود به مقادير مجاز در آيين نامه‌ها باشد. 

 

ارائه يك نسبت مخلوط كلي و عمومي براي انواع سازه‌هاي بتني، در شرايط مختلف محيطي در منطقه خليج فارس شايد غير‌ممكن باشد. به دليل اينكه خواص بتن تازه و سخت شده متأثر از عوامل متعددي است كه گاه كنترل بعضي از آنها غير ممكن مي‌نمايد و نيز بسته به نوع كاربري سازه و ميزان باربري مورد نظر در طراحي، پارامترهاي زيادي را مي‌توان تغيير داد تا به خواص معين و مطلوب رسيد.  لذا ارائه يك نسبت اختلاط عمومي شايد دور از ذهن باشد. از طرف ديگر، ارائه نسبت اختلاط مناسب براي انواع سازه‌ها و بخصوص با در نظر داشتن دوام بتن در شرايط خورنده، نيازمند تحقيقات جامع و مشاهدات كافي است كه متأسفانه در كشور ما چنين رويكردي وجود ندارد.  البته از مدتي قبل توسط مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، مطالعاتي به منظور ارائه طرح اختلاط بتن با دوام در شرايط محيطي خليج فارس آغاز شده و هنوز ادامه دارد.  بر اساس نتايج اين تحقيقات و مقايسه آن با محدوديت‌هاي طرح اختلاط بتن در شرايط گرم و خورنده در آيين‌نامه‌هاي معتبر ديگر با شرايط محيطي مشابه منطقه خليج فارس، در جدول        (3-2‌)  يكسري از محدوديت‌ها در انتخاب مقدار سيمان و نسبت آب به سيمان و ميزان پوشش بتن با توجه به شرايط محيطي كه سازه در معرض آن قرار مي‌گيرد(جدول 3-1) ، ارائه شده است.  مقادير اين جدول بر اساس دانه‌بندي با حداكثر اندازه 25-20 ميليمتر ارائه شده است. دانه بندي با حداكثر اندازه  20  ميليمتر در بتن‌هاي مسلح معمولي در اين مناطق انتخاب مناسبي است. البته آيين‌نامه آبا استفاده از سنگدانه با حداكثر اندازه 38 ميليمتر را در بتن مسلح مجاز دانسته است. همچنين براساس جدول (3-3 ) و (3-4) ،  محدوده دانه‌بندي درشت دانه و ريزدانه بر اساس استاندارد ملي ايران پيشنهاد گرديده ‌است. بايد توجه داشت كه نوع دانه‌بندي و ميزان ريزدانه و درشت دانه، اثر زيادي در خواص فيزيكي و مكانيكي بتن دارد و لذا بسته به مشخصات طراحي مي‌تواند تغيير نمايد. حتي نوع سنگدانه‌ها نيز بر خواص بتن تازه و سخت شده مؤثر است. لذا ارائه يك محدوده خاص در ميزان ريزدانه و درشت دانه و با توجه به نوع دانه‌بندي كاربردي نخواهد بود و طراح بايد با توجه به خواص سنگدانه‌ها و نيز محدوديت هاي طراحي و روشهاي مناسب طرح اختلاط و بر اساس مخلوط‌هاي آزمايشي، محدوده دانه‌بندي و ميزان سنگدانه‌ها را معين كند.

توصيه مي‌شود در طرح اختلاط بتن، بافت دانه‌بندي مخلوط درشت نباشد تا جداشدگي و آب‌انداختگي و جمع‌شدگي كاهش يابد.

 

 

 

جدول 3-1-  دسته بندي شرايط محيطي كه سازه در معرض آن قرار دارد .

شرايط	دسته بندي	طبقه‌بندي
سازه‌هاي روزميني كه در معرض خطر نفود يون كلريد بر اثر وزش بادهاي داراي يونهاي نمك نيستند. سازه‌هاي روزميني درنواحي نزديك به ساحل و در معرض وزش بادهاي حاوي يونهاي كلريد. قسمتهايي از سازه كه در تماس با خاك است و بالاي ناحيه مويينگي خاك واقع شده است (به علت فشار كم آب يا وجود سيستم زهكشي، خطر نفوذ شديد آب از سطح به داخل بتن وجود ندارد) و يا قسمت‌هايي كه دائماُ در زير آب دريا واقع‌اند. قسمتهايي از سازه كه درتماس با خاك مهاجم است و در زير سطح آب زيرزميني واقع شده است (آب براحتي مي‌تواند از سطح به داخل نفوذ پيدا كند). سازه‌هاي دريايي (داراي قسمتهايي در ناحيه جزرومدي و ناحيه پاشش) سازه‌هاي نگهدارنده‌هاي آب و تصفيه‌خانه فاضلاب	A B C     D   E F	متوسط شديد شديد     فوق‌العاده شديد   فوق‌العاده شديد فوق‌العاده شديد  ‌‌

طبقه‌بندي بر اساس آبا با در نظر گرفتن شرايط منطقه تقسيم‌بندي شده است.

 

جدول 3-2 - حداقل مقدار سيمان، نوع سيمان، نسبت آب به سيمان و حداقل ميزان پوشش با توجه به دسته‌بندي شرايط محيطي

حداقل رده بتن	حداقل ميزان پوشش روي ميلگرد (mm)				حداكثر نسبت آب به مواد سيماني	حداقل مقدار مواد سيماني (kg/m3)	نوع سيمان انتخابي	شرايط
	شالوده‌ها	ديوارها و پوسته‌ها	دال	تير و ستون
30C     30C     35C     35C     40C	-     -     60     90     90	25     30     30     55     55	30     35     35     60     60	45     50     50     75     75	5/0     45/0     45/0     4/0     4/0	300     325     350     350     375	سيمان پرتلند نوع (1) و (2) و يا به همراه مواد جايگزين سيمان*   سيمان پرتلند نوع (1) و (2) و يا به همراه مواد جايگزين سيمان   سيمان پرتلند نوع (1) و (2) و يا به همراه مواد جايگزين سيمان   سيمان پرتلند نوع (2) به همراه  مواد جايگزين سيمان   سيمان پرتلند نوع (2) به همراه  مواد جايگزين سيمان	A     B     C     D     EوF

*مواد جايگزين سيمان شامل دوده سيليس، روباره، خاكستر بادي و پوزولانهاي طبيعي يا مصنوعي هستند كه بايد مشخصات آنها و عملكرد آنها قبل از مصرف تأييد شده باشد.

در صورتي كه حفاظت هاي سطحي اعمال شود، از مقادير ذكر شده مي‌توان تا mm 20  كاهش داد.

اگر ردة بتن به اندازة 5 مگاپاسكال بالاتر از حداقل رده باشد، مي‌توان 5 ميليمتر از مقدار پوشش كاهش داد. مشروط بر اينكه اندازة پوشش ميلگرد از 25 ميليمتر در محيط متوسط، 35 ميليمتر در محيط شديد و 50 ميليمتر در محيط فوق‌العاده شديد كمتر نشود.

  براي ميلگرد با قطر بيش از 36 ميليمتر مقادير پوشش بايد 10 ميليمتر اضافه شود.

در صورت مصرف حباب‌زا مي‌توان حداقل رده بتن را 5 مگاپاسكال كاهش داد.

 

 

حداكثر مقدار مواد سيماني به 425 كيلوگرم در متر مكعب محدود مي‌گردد. در صورت لزوم استفاده از مواد سيماني به مقدار بيش از حداكثر مقدار مجاز بايد اقدامهاي لازم به منظور جلوگيري از ترك خوردن ناشي از خشك شدن و جمع‌شدگي حرارتي در قطعات ضخيم اعمال گردد و كيفيت كار توسط مهندس ناظر تأييد گردد.

 

 

جدول 3-3 - الزامات اجباري دانه بندي سنگدانه ريز براي بتن

اندازه الك به ميليمتر (نمره الك)	درصد وزني عبور كرده
5/9 (8/3 اينچ)	100
75/4 (نمره 4)	100-89
36/2 (نمره 8)	100-60
18/1 (نمره 16)	90-30
6/0 (نمره 30)	54-15
3/0 (نمره 50)	40-5
15/0 (نمره 100)	15-0

 

 

جدول 3-4 – محدوده دانه بندي سنگدانه درشت  (درصد رد شده) براي ساخت بتن مسلح معمولي سازه اي در منطقه

درشت دانه				اندازه الك به ميليمتر (نمره الك)
حداكثر اندازه دانه
mm 10	mm 15	mm 20	mm 40
			100	50 (2 اينچ)
		100	100-85	5/37 (5/1 اينچ)
	100	100-85	25-0	19 (75/0 اينچ)
100	100-85			5/12 (5/0 اينچ)
100-85	25-0	25-0	5-0	5/9 (8/3 اينچ)
25-0	10-0	5-0		75/4 (الك نمره 4)
5-0				36/2 (الك نمره 8)

جدول فوق بر اساس الزامات ذكر شده در استاندارد ملي ايران تنظيم شده است.