ارائه طرح های مخلوط رده های مقاومتی بتن با رده های مختلف مقاومتی سیمان

 

 

ارائه طرح های مخلوط رده های مقاومتی بتن با رده های مختلف مقاومتی سیمان

فرضیات

با استفاده از سه رده مقاومتی سیمان یعنی 325-1، 425-1 و 525-1، طرح مخلوط اولیه بتن بر اساس روش ملی برای رده­های مقاومتی C12، C16، C20، C25، C30، C35، C40 و C45 ارائه می­شود. در این طرح­ها حداکثر اندازه شن 25 میلی­متر و به­صورت شن صد­درصد شکسته منظور می­گردد. در حالی­که ماسه ها به صورت کاملا گرد گوشه رودخانه ای در نظر گرفته می­شود.

برای محاسبه مقاومت هدف (متوسط لازم) طرح اختلاط، از حاشیه امنیت ارائه شده در آیین نامه بتن ایران استفاده شده است و فرض آن است که انحراف معیار مقاومتی کارگاه مشخص نیست.

جدول 1- مقاومت هدف طرح مخلوط رده های مختلف مقاومتی بتن طبق آبا

رده بتن	C12	C16	C20	C25	C30	C35	C40	C45
مقاومت فشاری متوسط لازم برای طرح	18	5/23	5/28	5/34	5/40	5/45	51	56

بتن مصرفی برای پمپاژ در نظر گرفته شده است و اسلامپ آن پس از ساخت ،125 میلی متر فرض شده است.

دانه بندی شن و ماسه به صورت زیر منظور شده است و برای دانه بندی مطلوب مخلوط سنگدانه آن جهت بتن پمپی، دانه بندی متوسط با توان 4/0– 5/0n= در نظر گرفته شده است.

جدول 2- دانه بندی شن و ماسه مصرفی و دانه بندی مورد استفاده و دانه بندی های مطلوب پمپی

الک	25	19	5/9	75/4	38/2	2/1	6/0	3/0	15/0
شن مخلوط	100	70	20	0
ماسه	100	100	100	90	60	40	20	15	5
مخلوط سنگدانه (50% شن + 50% ماسه)	100	85	60	45	30	20	10	5/7	5/2
دانه بندی 5/0n=	100	85	59	40	27	17	11	6	2
دانه بندی 4/0n=	100	88	64	46	32	22	14	8	3

جدول 3- اطلاعات مربوط به سنگدانه مصرفی

نوع مصالح	چگالی SSD	ظرفیت جذب آب (درصد)	درصد شکستگی	مدول ریزی	حداکثر اندازه اسمی
شن	60/2	5/1	100	10/7	25
ماسه	55/2	5/2	0	70/3	75/4

در طرح های اختلاط بتن ها از مواد روان کننده استفاده نمی شود.

روند تهیه طرح های اختلاط با توجه به فرضیات موجود

طبق روش ملی طرح مخلوط، مدول ریزی مخلوط سنگدانه 40/5 بدست می آید. بر اساس این روش درصد شکستگی متوسط معادل سنگدانه برای محاسبه مقدار آب 33 درصد محاسبه می شود.

برای تعیین نسبت آب به سیمان از منحنی های نسبت آب به سیمان – مقاومت فشاری که برای رده های مختلف مقاومتی سیمان و سنگدانه های درشت گرد­گوشه و شکسته تهیه شده است استفاده می شود. با توجه به شکستگی کامل شن ها از منحنی­های 325-C، 425-C و 525-C استفاده می گردد.

مقدار آب مورد نیاز بتن با استفاده از مدول ریزی و درصد شکستگی معادل و اسلامپ مورد نیاز بدست می آید که پس از تعیین مقدار سیمان، مقدار آب اصلاح می گردد و سپس مجددا مقدار سیمان طرح اختلاط اولیه بتن محاسبه می شود. در نهایت مقدار شن و ماسه مصرفی با توجه به رابطه حجم مطلق و درصد هوای غیر عمدی یک درصد و با در نظر گرفتن چگالی اشباع با سطح خشک آنها بدست می آید.

طرح های اختلاط اولیه بدست آمده

اطلاعات و نتایج زیر پس از محاسبات انجام شده بر اساس فرضیات و داده های فوق بدست آمده است.

جدول 4- نتایج طرح های اختلاط اولیه بتن رده های مقاومتی مختلف برای رده سیمان 325-1

رده مقاومتی بتن	C12	C16	C20	C25	C30	C35
مقاومت هدف طرح	18	5/23	5/28	5/34	5/40	5/45
نسبت آب به سیمان	7/0	62/0	56/0	48/0	42/0	36/0
آب آزاد	178	178	178	180	189	198
سیمان مصرفی	254	285	318	372	456	552
شن SSD	949	936	922	896	849	797
ماسه SSD	930	918	904	879	833	781
وزن مخصوص بتن تازه متراکم	2311	2316	2322	2327	2327	2329

برای رده مقاومتی C40  و بالاتر با حاشیه امنیت مفروض، نسبت آب به سیمان لازم در محدوده روش­ملی طرح­مخلوط نمی­باشد.

جدول 5- نتایج طرح های اختلاط اولیه بتن رده های مقاومتی مختلف برای رده سیمان 425-1

رده مقاومتی بتن	C12	C16	C20	C25	C30	C35	C40
مقاومت هدف طرح	18	5/23	5/28	5/34	5/40	5/45	51
نسبت آب به سیمان	72/0	67/0	62/0	55/0	49/0	44/0	39/0
آب آزاد	178	178	178	178	179	185	193
سیمان مصرفی	246	267	289	321	364	419	502
شن SSD	952	943	934	921	901	870	824
ماسه SSD	934	925	916	903	883	853	808
وزن مخصوص بتن تازه متراکم	2309	2313	2317	2322	2327	2327	2328

برای رده مقاومتی C45  و بالاتر با حاشیه امنیت مفروض، نسبت آب به سیمان لازم در محدوده روش­ملی طرح­مخلوط نمی­باشد.

جدول 6- نتایج طرح های اختلاط اولیه بتن رده های مقاومتی مختلف برای رده سیمان 525-1

رده مقاومتی بتن	C12	C16	C20	C25	C30	C35	C40	C45
مقاومت هدف طرح	18	5/23	5/28	5/34	5/40	5/45	51	56
نسبت آب به سیمان	74/0	70/0	66/0	62/0	57/0	52/0	47/0	42/0
آب آزاد	178	178	178	178	178	178	182	182
سیمان مصرفی	242	254	268	288	314	341	387	448
شن SSD	954	948	943	934	923	912	888	854
ماسه SSD	935	930	925	916	906	895	871	837
وزن مخصوص بتن تازه متراکم	2309	2311	2313	2317	2321	2325	2327	2327

تفسیر نتایج و بحث

همانگونه که مشاهده می شود، با تغییر رده مقاومتی سیمان و افزایش آن، با توجه به فرض های انجام شده، عیار سیمان مصرفی در بتن کاهش می یابد.

همچنین با افزایش رده مقاومتی بتن، تاثیر افزایش رده مقاومتی سیمان در کاهش عیار سیمان بیشتر می گردد.

جدول 7- درصد­کاهش عیار­سیمان­مصرفی بتن­رده­های­مختلف مقاومتی برای سیمان­های 425-1 و 525-1 در­مقایسه­با سیمان 325-1

رده مقاومتی بتن	C12	C16	C20	C25	C30	C35	C40	C45
درصد کاهش برای سیمان 425-1	1/3	3/6	1/9	7/13	1/20	1/24	بیشتر از 30	بیشتر از 35
درصد کاهش برای سیمان 525-1	7/4	9/10	7/15	6/22	1/31	2/38	بیشتر از 45	بیشتر از 50

در صورتی که در طرح های اختلاط فوق، محدودیت نسبت آب به سیمان و حداقل عیار سیمان یا حداکثر عیار سیمان وجود داشته باشد، وضعیت طرح ها متفاوت خواهد بود.

در صورتی که حداقل عیار سیمان مجاز مطرح شود، اگر این حداقل مجاز بیشتر از مقدار سیمان حاصل از محاسبه باشد نمی توان به کاهش عیار سیمان امید داشت. فرض کنید در طرح مخلوط بتن C25 موضوع رویارویی با حمله سولفات ها ایجاب کند که حداقل 370 کیلوگرم سیمان بکار رود. هنگامی که از سیمان 325-1 استفاده شود عیار سیمان 372 و با بکارگیری سیمان های 425-1 و 525-1 به ترتیب عیار سیمان 321 و 288 بدست می آید که به دلیل محدودیت فوق مجبور خواهیم شد تا عیار سیمان 370را بکار بریم. بنابراین بالا بردن رده مقاومتی سیمان، کمکی به کاهش عیار سیمان نخواهد کرد.

 باوجود محدودیت نسبت آب به سیمان و بکارگیری حداکثر مجاز برای آن و کمتر بودن این نسبت آب به سیمان در مقایسه با نسبت آب به سیمان حاصل از مقاومت ،کاهش عیار سیمان به صورت جدی ممکن است حاصل نشود.  اگر در این طرح مخلوط قرار باشد به دلیل محدودیت حداکثر نسبت آب به سیمان برابر 5/0، طرح اختلاط کامل شود، از آنجا که با سیمان 325-1، نسبت آب به سیمان 48/0 و با سیمان های 425-1 و 525-1 به ترتیب نسبت آب به سیمان 55/0 و 62/0 بدست می آید. با محدودیت فوق مجبور هستیم نسبت آب به سیمان را به 5/0 محدود کنیم. هنگام بکارگیری سیمان های 425-1 و 525-1 عیار سیمان برابر 356 بدست می آید و صرفه جویی چندانی در مقایسه با عیار سیمان 372 برای سیمان های رده 325-1 حاصل نمی شود.

اگر حداکثر عیار سیمان مجاز اعمال گردد، بکارگیری رده سیمانی بالاتر کمک می کند در بسیاری از موارد محدودیت مزبور رعایت شود و تهیه طرح مخلوط بدون بکارگیری روان کننده تسهیل گردد. فرض کنید در حاشیه خلیج فارس و دریای عمان قرار باشد طرح مخلوط بتن با رده C35 با حداکثر نسبت آب به سیمان 45/0 و حداقل سیمان 350 و حداکثر عیار سیمان 425 کیلوگرم در متر مکعب بتن طبق آیین نامه پیشنهادی پایایی بتن در خلیج فارس و دریای عمان را ارائه دهیم. طبق جداول فوق برای سیمان 325-1، نسبت آب به سیمان 36/0 و عیار سیمان 552 کیلوگرم حاصل می شود که نمی توان از آن استفاده کرد زیرا عیار سیمانی بیش از 425 کیلوگرم دارد و لذا با مصرف فوق روان کننده، مقدار آب و در نتیجه سیمان مصرفی را می توان کاهش داد.

در حالی که با مصرف سیمان 425-1، نسبت آب به سیمان 44/0 و عیار سیمان 419 کیلوگرم را داریم و بدون مصرف روان کننده به نتیجه می رسیم. با مصرف سیمان 525-1، نسبت آب به سیمان 52/0 و عیار سیمان 341 کیلوگرم می شود که نیاز به تغییر دارد. اولا نسبت آب به سیمان باید به 45/0 تبدیل شود و بدین ترتیب عیار سیمان اولیه 396 کیلوگرم می شود که با اصلاح مقدار آب از 178 به 184 مقدار سیمان طرح 409 کیلوگرم در متر مکعب خواهد شد و بدون مصرف روان کننده همه چیز قابل قبول خواهد بود.

همانگونه که در بتن هایی با رده مقاومتی کم ،تاثیر رده سیمانی بر مصرف سیمان جدی نیست، در ملات های بنایی نیز نمی توان به کاهش جدی مصرف سیمان امیدوار بود بویژه اینکه کاهش شدید عیار سیمان، ملات را از کارایی مناسب دور می کند و نمی توان عیار سیمان را در این ملات ها از 200 کیلوگرم در متر مکعب و حتی در مواردی از 250 کیلوگرم در متر مکعب کمتر در نظر گرفت. در واقع محدودیت مصرف حداقل سیمان در این ملات ها و کم اهمیت بودن مقاومت در اینگونه موارد، کاهش مصرف سیمان را به دنبال نخواهد داشت.

مخلوط های تجویزی در نشریه 101 و 55 (مشخصات فنی عمومی راه و کارهای ساختمانی) ارائه شده است. در نشریه 101 مقادیر عیار سیمان با توجه به طبقه بتن (رده بتن) به صورت زیر ارائه شده است.

جدول 8- رده های مقاومتی و عیار سیمان در مخلوط های تجویزی

رده مقاومتی بتن	C12	C16	C20	C25	C30	C35
عیار سیمان	200	250	300	350	400	450
اسلامپ (cm)	5-5/2	5-5/2	5-5/2	10-5	10-5	10-5

لازم به ذکر است که این عیار­ها بدون توجه به حداکثر اندازه سنگدانه، شکل سنگدانه ها و نوع و رده مقاومتی سیمان ارائه شده است و اگر قرار باشد از این مخلوط های تجویزی استفاده شود، مصرف سیمان پر مقاومت در کاهش عیار سیمان تاثیری نخواهد داشت. تاثیر افزایش اسلامپ در عیار بتن نیز طرح نشده است. ضمناً لازم به ذکر است در این نشریه به صراحت اعلام شده است که جدول مخلوط های تجویزی برای بتن های با رده بالاتر از C25 کاربردی ندارد و باید       نسبت های اختلاط از طریق مطالعات آزمایشگاهی بدست آید اما متاسفانه در جدول مزبور نسبت ها و مقاومت های رده C30 و C35 ارائه شده است.

نتیجه گیری

– رده های مقاومتی بالاتر در سیمان (مصرف سیمان پر مقاومت تر) به کاهش مصرف سیمان در بتن ها منجر می گردد.

– در بتن های پر مقاومت، تاثیر مصرف سیمان پر مقاومت در کاهش مصرف سیمان بیشتر خواهد بود.

– در صورتی که مصرف بتن های پر مقاومت در کشور رایج تر شود، سیمان های پر مقاومت می تواند مفیدتر واقع گردد.

– مصرف سیمان های پر مقاومت در ملات های بنایی توصیه نمی شود و به هدر رفتن پتانسیل های این نوع سیمان­ها منجر می­شود.

– در صورتی که محدودیت نسبت آب به سیمان موجب شود تا نتوان از نسبت آب به سیمان بالاتر استفاده نمود، مصرف سیمان های پر مقاومت به کاهش عیار سیمان منجر نمی گردد.

– در صورتی که حداقل مجاز برای عیار سیمان مشخص شده باشد، در مواردی که عیار سیمان کمتر از حداقل عیار مجاز بدست آید، کاهش عیار سیمان میسر نیست.

– در مواردی که حداکثر مجاز عیار سیمان شود، به­دلیل امکان مصرف نسبت آب به سیمان بالاتر و پایین آمدن عیار سیمان مصرفی، ممکن است نیاز به مصرف روان کننده منتفی شود.

– به دلیل پیچیدگی های موجود، کاهش مصرف سیمان در صورت مصرف سیمان های پر مقاومت وقتی میسر است که طرح اختلاط آزمایشگاهی تهیه شود و در این صورت ساخت مخلوط آزمون در آزمایشگاه ضرورت دارد.

– در صورت استفاده از مخلوط­های تجویزی موجود، مصرف سیمان های پر مقاومت به کاهش عیار سیمان منجر نمی­شود.

– برای بهره گیری از پتانسیل های سیمان های پر مقاومت باید آموزش های لازم به مهندسین و دست اندرکاران داده شود و زمینه مصرف آنها فراهم گردد.

– کاهش مصرف سیمان به کاهش مصرف انرژی و مواد اولیه منجر می شود و به حفظ محیط زیست و جلوگیری از آلودگی و از بین نرفتن منابع طبیعی تجدید ناپذیر می انجامد.