بتن متخلخل یا بتن بدون ريزدانه No-Fines Concrete – براي سبك كردن بتن مي توان فضاي خالي زيادي در آن ايجاد كرد. بتن بدون ريزدانه با فضاي خالي با ساختار باز بتن سبكي است كه در آن سنگدانه ريز بكار نمي رود. مقاومت آن عمدتاً در ارتباط با چگالي حجمي بتن مي باشد و بيشترين كاربرد آن در زهكشي و سبك سازي است.
اين بتن در اجرا با محدوديت هايي همراه مي باشد. محدوديت در نسبت آب به سيمان و رواني خمير سيمان، عدم تراكم معمول و نگهداري جدي تر از جمله اين موارد است.
كليد واژه ها: بتن سبك، بتن بدون ريزدانه، زهكشي.
بتن بدون ريزدانه بتني است که در آن سنگدانه ريز (ماسه) بکار نمي رود . اين بتن از انواع بتن سبک با ساختار باز (با منافذ آشكار) شناخته مي شود .در اين بتن از آب, سيمان و سنگدانه درشت استفاده مي شود. ممکن است برخي افزودني ها يا الياف نيز در آن بکار رود. فقدان سنگدانه ريز (ماسه) در اين بتن عملاً مي تواند به ايجاد منافذ بزرگ در بتن منجر شود مشروط بر اين که اين منافذ به دلايل گوناگون با خمير سيمان پر نگردد.
اين نوع بتن چنانچه با سنگدانه معمولي ساخته شود جزء رده بتن سبک با وزن حجمي زياد محسوب مي گردد (1600 تا 2000 کيلوگرم بر متر مکعب ) و معمولا نمي تواند در حالت عادي به صورت بتن مسلح در آيد زيرا مقاومت آن عملا از 16 Mpa کمتر است ويک بتن سبک نيمه سازه اي محسوب مي شود.
كاربرد بتن متخلخل یا بتن بدون ریز دانه
به دليل متخلخل بودن و داشتن منافذ بزرگ و آشكار در اين بتن و سوراخ هاي بزرگ به هم پيوسته، آب به راحتي از اين بتن عبور مي كند. بنابر اين كاربرد عمده بتن بدون ريزدانه در عمليات زهكشي به عنوان زهکش مي باشد . با حداقل 15 درصد فضاي خالي بتن به خوبي به عنوان زهکش عمل مي کند وهمچون يک آبکش, آب را از خود عبور مي دهد.
در زهكشي زير منابع آب و نفت يك پتوي زهكش 10 تا 20 سانتي متري بكار مي رود. زهكش مي تواند در يك ترانشه ايجاد شود و نقش لوله را ايفا نمايد. در كف هاي متكي بر زمين در ساختمان ها و زير زمين و پاركينگ ها مي توان از آن به عنوان بلوكاژ استفاده نمود. در روسازي هاي پياده رو و خيابان در اطراف درختان و اصولاً در زير اساس يا به عنوان زير اساس مي توان از اين بتن بهره گرفت تا امكان رساندن آب به درختان فراهم گردد.
در سدهاي خاكي يا بتني از اين بتن به عنوان زهكش مقاوم و ثابت مي توان استفاده كرد. شستگي در اين نوع زهكشي سدها، تحت فشار زياد بوجود نمي آيد زيرا دانه ها به هم متصل هستند. روان گرايي و غليان نيز در آن حاصل نمي گردد.
با توجه به مصرف سيمان كم در اين نوع بتن، اين بتن عملاً يك بتن كم سيمان يا بتن مگر و نسبتاً كم مقاومت محسوب مي شود. بتن فاقد ريزدانه به علت اين كه نم موئينه را به بالا هدايت نمي كند در كف هاي ساختمان كه متكي بر زمين است به عنوان بلوكاژ مطمئن و مقاوم بكار مي رود.
كاربردهاي فوق ربطي به سبك بودن بتن فاقد ريزدانه نداشت. از بتن فاقد ريزدانه مي توان در ساخت ديوار باربر ساختمان هاي كوتاه (حداكثر 3 طبقه) و يا تيغه هاي غير باربر و جدا كننده به عنوان مصالح بتني سبك استفاده نمود.
ديوار ساخته شده با بتن فاقد ريزدانه باعث جذب صدا و عدم انعكاس صوت مي گردد و چنان چه بخواهيم جذب صدا كاهش يابد بايد سطح ديوارها با لايه اي مناسب اندود كاري شود. اندودها به خوبي به اين ديوار پر منفذ مي چسبد؛ هر چند ميزان مصرف اندود افزايش مي يابد.
معمولاً در حالت عادي نمي توان اين نوع بتن را با توجه به آيين نامه هاي موجود مسلح نمود و در صورت لزوم، بايد براي ايجاد چسبندگي و پيوستگي ميلگرد با بتن مزبور و جلوگيري از خوردگي ميلگردها (به ويژه در مناطق خورنده)، ميلگرد را با لايه اي نازك از خمير سيمان يا ملات ريزدانه به ضخامت 2 تا 3 ميلي متر پوشش داد كه در اين مورد از پاشيدن خمير سيمان يا ملات ريزدانه به سطح ميلگردها استفاده مي نمايند.
در عكس زير، يك لايه بتن بدون ريزدانه كه در كف يك مخزن ذخيره نفت خام و در زير يك لايه عايق اجرا شده است، مشاهده مي شود.
تصوير 1- بتن بدون ريزدانه اجرا شده به صورت لايه زهكش زير يك مخزن نفتي بر روي يك ورق پليمري
مصالح مصرفي، مقادير و نسبت هاي اختلاط بتن متخلخل
ـ سيمان مصرفي مي تواند از نوع پرتلند يا آميخته باشد. انواع سيمان پرتلند نوع 1 (با مقاومت هاي مختلف)، نوع2 ، نوع 3 و 5 بسته به شرايط حاكم بر پروژه قابل استفاده است. از آن جا كه مواد زيان آور به راحتي در تماس با خمير سيمان سخت شده قرار مي گيرد، لازم است به تناسب سيمان پرتلند مصرفي با آب و خاك مجاور (از نظر عوامل شيميايي) توجه ويژه اي مبذول نمود. انواع سيمان هاي آميخته (پوزولاني، روباره اي و پودر سنگي) با منظور نمودن شرايط موجود نيز قابل مصرف مي باشد.
ـ آب مصرفي بايد ويژگي هاي آب بتن معمولي را داشته باشد.
ـ سنگدانه درشت مصرفي از نظر دانه بندي به صورت يكدست (تك اندازه يا يكنواخت) مي باشد. اين سنگدانه نبايد داراي ذرات ريز زيادي باشد زيرا منافذ بين درشت دانه ها را پر مي كند. پيوسته بودن دانه بندي و استفاده از شن مخلوط نيز باعث پر كردن منافذ خواهد شد.
براي اين كه سنگدانه ها به صورت تك اندازه محسوب شود لازم است نسبت حداكثر اندازه اسمي به حداقل اندازه اسمي سنگدانه درشت از 2 تجاوز ننمايد. معمولاً سعي مي شود بيش از 5 يا 10 درصد ذرات بزرگتر از حداكثر اندازه اسمي و بيش از 10 درصد ذرات كوچكتر از حداقل اندازه اسمي نباشد.
در غالب اوقات حداكثر اندازه اسمي حدود 20 ميلي متر و حداقل اندازه اسمي حدود 10 ميلي متر است اما مي توان آن را بسته به نياز پروژه تغيير داد. در اصطلاح عاميانه شن بادامي يا نقلي (بدون شن نخودي) براي اين بتن ها بكار مي رود. سنگدانه درشت گردگوشه و شكسته قابل مصرف است هر چند لازم است از سنگدانه هاي بسيار تيز گوشه به صورت نوك تيز اجتناب كرد تا گوشه ها و لبه ها در اثر تمركز تنش خرد نشود.
مصرف سنگدانه درشت پولكي، كشيده و سوزني ابداً توصيه نمي شود.
ـ عيار سيمان مصرفي عملاً در حالت كم عيار از 75 تا 150 كيلو در متر مكعب بتن تغيير مي كند. در بتن هاي بدون ريزدانه پر عيار ممكن است عيار سيمان تا حد 250 كيلو در متر مكعب بتن نيز برسد.
ـ نسبت آب به سيمان (وزني) معمولاً بين 4/0 تا 5/0 مي باشد هر چند ممكن است از مقادير كمتر از 38/0 تا بيشتر از 52/0 را نيز در بر گيرد. افزايش نسبت آب به سيمان باعث رواني و سيلان خمير سيمان مي شود و منافذ بتن پر مي گردد. كاهش نسبت آب به سيمان باعث سفتي زياد خمير سيمان شده و مانع اختلاط بتن به ميزان كافي و پوشش مناسب خمير سيمان در سطح سنگدانه مي گردد.
ـ استفاده از روان كننده بتن یا فوق روان کننده بتن براي كاهش نسبت آب به سيمان يا عيار سيمان ممكن مي باشد مشروط بر اين كه به روان شدگي خمير و پر شدن منافذ نيانجامد. مي توان از پودر سنگ هاي آهكي و سيليسي يا پوزولان هاي مختلف و سرباره نيز استفاده نمود. مصرف افزودني هاي كندگير و زودگيركننده نيز بسته به شرايط حاكم بر پروژه و اجرا ميسر است.
افزودني هاي زودگيركننده معمولاً كاربرد بيشتري در اين بتن ها دارند به نحوي كه از جريان خمير يا دوغاب سيمان در كوتاه مدت جلوگيري نمايند. پودر سنگ، پوزولان ها و روباره ها نيز مي توانند از جريان دوغاب مواد چسباننده جلوگيري كنند.
ـ نسبت حجمي سنگدانه به سيمان معمولاً بين 6 تا 10 مي باشد كه مي تواند در بتن هاي كم عيار به 20 هم برسد.
نسبت وزني سنگدانه به سيمان معمولاً بين 7 تا 12 خواهد شد كه تا 25 در بتن هاي كم عيار هم مي رسد.
ـ از سبكدانه هاي درشت طبيعي يا مصنوعي نيز مي توان به جاي سنگدانه معمولي استفاده نمود كه مسلماً وزن حجمي بتن مزبور به مراتب كمتر خواهد شد. در اين حالت نسبت حجمي سنگدانه به سيمان مي تواند بكار رود و مقادير نسبت وزني تغيير خواهد كرد.
روش طرح مخلوط بتن بدون ريزدانه یا بتن متخلخل
روش مدوني براي طرح اختلاط بتن فاقد ريزدانه وجود ندارد و معمولاً به صورت تجربي عمل مي شود. به نظر مي رسد در هر متر مكعب حداقل به ميزان وزن مخصوص توده اي (حجمي) سنگدانه در حالت شل، شن وجود دارد.
حداكثر ميزان شن معادل وزن مخصوص توده اي سنگدانه در حالت متراكم با ميله مي باشد. اين دو مقدار براي شن يكدست (تك اندازه) تفاوت چنداني با يكديگر ندارد و احتمالاً كمتر از Kg/m3100 خواهد بود. عيار سيمان و مقدار آب آزاد با توجه به نسبت آب به سيمان مورد نظر، با توجه به خواسته هاي ما از بتن مشخص خواهد شد.
لازم به ذكر است مقدار شن شكسته عملاً كمتر از شن گرد گوشه خواهد بود. معمولاً بدين ترتيب براي حداكثر اندازه 20 ميلي متر، مقدار سنگدانه معمولي گردگوشه يا شكسته بين 1400 تا 1600 كيلوگرم بر متر مكعب خواهد شد.
اجراي بتن بدون ريزدانه (ساخت بتن، حمل و ريختن، تراكم و عمل آوري)
ـ ساختن بتن و اختلاط آن با بتن معمولي تفاوت عمده اي ندارد. توصيه مي شود اگر سنگدانه درشت خشك است، اجازه داده شود تا به صورت مرطوب و اشباع درآيد تا آب خمير سيمان را نمكد و جمع شدگي شديد ايجاد ننمايد و اتصال خمير سيمان و سنگدانه تضعيف نشود.
ـ حمل بتن مزبور تفاوتي با بتن معمولي ندارد. مسلماً حمل با پمپ و لوله مشكل به نظر مي رسد و احتمال موفقيت در آن ناچيز است زيرا اولاً عيار سيمان كم مي باشد و ثانياً به دليل تك اندازه بودن سنگدانه، خمير و سنگدانه درشت ممكن است از هم جدا شود.
جداشدگي در حين حمل از نظر سنگدانه مفهوم ندارد زيرا سنگدانه يكدست است اما خمير سيمان اگر زياد باشد ممكن است از سنگدانه جدا شود.
ـ در ريختن بتن نگراني وجود ندارد و حتي مي توان آن را از ارتفاع زياد ريخت و برخورد بتن به قالب نيز مشكلي بوجود نمي آورد. شكل ظاهري بتن مانند وقتي است كه بتن معمولي دچار جدا شدگي شده است.
ـ اين نوع بتن نياز به تراكم ندارد. در صورت تراكم معمول، خمير سيمان مي تواند منافذ موجود را پر نمايد. به هر حال گاه اين بتن را مي لرزانند و يا با ميله متراكم مي كنند تا به خوبي زواياي قالب و گوشه ها را پر كنند. لرزاندن يا تراكم كوتاه مدت باعث جلوگيري از ايجاد قوس در اين بتن مي شود.
امروزه براي ايجاد اساس يا زير اساس اين بتن را با غلتك نيز متراكم مي نمايند (بتن غلتكي فاقد ريز دانه).
ـ در بتن ريزي اين بتن بايد تسريع به عمل آورد و آن را سريعاً در قالب ريخت و جاي داد زيرا عمل تبخير سريعتر از اين بتن صورت مي گيرد و آب آن از دست مي رود.
ـ با توجه به اين كه خمير سيمان موجود در اين بتن با هوا در ارتباط است و ضخامت خمير سيمان كم مي باشد نياز به عمل آوري رطوبتي و حفاظت از اين بتن در سنين اوليه و ساعات نخستين نسبت به بتن هاي معمولي بيشتر مي باشد. به ويژه در مواردي كه هوا خشك و گرم است و وزش باد وجود دارد و تابش آفتاب زياد است بايد دقت بيشتري را در محافظت و عمل آوري رطوبتي (مراقبت) به عمل آورد.
ـ در قالب برداري اين بتن معمولاً بايد دقت زيادي را بكار برد و بايد آن را كمي به تأخير انداخت تا مقاومت فشاري و خمشي آن به قدر كافي بالا رود.
ويژگي هاي بتن بدون ريزدانه یا بتن متخلخل
ـ خمير سيمان يك لايه نازك به ضخامت 1 تا 5/1 ميلي متر را بر روي سنگدانه بوجود مي آورد. كاهش يا افزايش آن عملاً به كاهش مقاومت و يا افزايش وزن حجمي بتن و پرشدگي منافذ مي انجامد.
ـ وزن حجمي بتن بدون ريزدانه وقتي از سنگدانه معمولي استفاده مي كنيم عملاً بين 1600 تا 2000 كيلوگرم بر متر مكعب متغير است و به چگالي سنگدانه، وزن مخصوص توده اي شن و نسبت سنگدانه به سيمان (عيار سيمان) بستگي دارد. وزن حجمي بتن تازه عملاً كمي بيشتر از وزن مخصوص توده اي شن اشباع با ميله خورده مي باشد و تفاوت آن در واقع در حدود وزن خمير سيمان مصرفي است كه بين 150 تا 350 كيلوگرم در هر متر مكعب مي باشد.
ـ اگر از سبكدانه ها استفاده كنيم وزن حجمي بتن ممكن است به كمتر از Kg/m31000 برسد و مي تواند به حدود Kg/m3600 بالغ گردد. با استفاده از ليكاي درشت دانه ايران مي توان به اين وزن حجمي دست يافت. مسلماً در اين حالت نبايد انتظار مقاومت هايي را داشته باشيم كه با سنگدانه معمولي براي بتن بدون ريزدانه بدست مي آوريم.
ـ با افزايش تراكم بتن مسلماً وزن حجمي آن بيشتر مي شود زيرا منافذ آن كمتر مي گردد. درصد حجمي منافذ اين بتن معمولاً با توجه به اندازه و شكل دانه ها، ميزان خمير سيمان و نحوه تراكم بين 15 تا 30 درصد مي باشد كه همان پوكي تلقي مي گردد.
ـ نم موئينه در اين بتن عملاً به بالا نفوذ نمي كند. اين بتن در صورتي كه اشباع نشود و آب فضاي خالي آن را پر نكند در برابر يخ بندان و آبشدگي مقاوم است. در غير اين صورت به راحتي در يخ بندان منهدم مي گردد.
پايايي اين بتن در برابر عوامل مهاجم شيميايي به دليل نفوذ سريع آب به درون بتن و مجاورت با خمير سيمان زياد نيست.
ـ با روش هاي معمول نمي توان ميزان جذب آب حجمي اين بتن را اندازه گيري نمود. هر چند مي توان گفت كه جذب حجمي اين بتن بين 15 تا 25 درصد يا بيشتر است اما در عمل مقدار آب جذب شده و باقيمانده در اين بتن به يك پنجم اين مقدار مي رسد. مقدار آب جذب شده به صورت وزني عملاً نصف مقادير جذب به صورت حجمي مي باشد.
ـ اندازه گيري نفوذپذيري آب تحت فشار براي اين بتن مشابه خاك درشت دانه با روش ارتفاع آب ثابت ميسر است زيرا نفوذپذيري آن بسيار زياد مي باشد. محدوديت خاصي براي (گراديان هيدروليكي) در اين بتن ها وجود ندارد.
ـ براي اندازه گيري رواني و كارآيي اين نوع بتن هنوز روش خاصي ابداع نشده است و نمي توان از آزمايش اسلامپ عملاً بهره برد.
ـ جمع شدگي نهايي بتن بدون ريزدانه از جمع شدگي بتن معمولي كمتر است زيرا حجم سنگدانه زياد و حجم خمير سيمان كم است؛ اما در سنين اوليه و به ويژه در ساعات اوليه ميزان جمع شدگي آن بيشتر از بتن معمولي مي باشد. در شرايط گوناگون اين جمع شدگي بين 100 تا 200 ميكرو كرنش است كه زياد به نظر نمي رسد.
ـ خاصيت جذب صداي اين بتن زياد است اما عايق صدا محسوب نمي شود. بافت باز اين بتن موجب اين پديده است.
ـ كار اندود كردن سطح اين بتن به سادگي انجام مي شود؛ هر چند ممكن است مقدار اندود مصرفي زياد باشد.
ـ قابليت هدايت حرارتي بتن بدون ريزدانه همانند بتن هاي سبك، كمتر از بتن معمولي مي باشد. ضريب هدايت حرارتي بتن بدون ريزدانه با سنگدانه معمولي 7/0 تا 9/0 و با سنگدانه سبك 2/0 تا 25/0 (J/m2S°C/m) است.
ـ ضريب انبساط حرارتي اين بتن 6/0 تا 8/0 برابر بتن معمولي است و به نوع سنگدانه مصرفي ارتباط دارد.
ـ مقاومت فشاري بتن بدون ريزدانه معمولاً بين 5/1 تا 15 مگاپاسكال متغير است كه معمولاً تابع نسبت آب به سيمان، نسبت سنگدانه به سيمان و به تبع آن وزن حجمي بتن است. به هر حال بر خلاف بتن معمولي، نسبت آب به سيمان چندان كنترل كننده نيست. جنس سنگدانه نيز در مقاومت موثر است. در شكل 1 رابطه مقاومت با W/C و وزن حجمي اين بتن را مي بينيد.
ـ مقاومت خمشي اين نوع بتن به حدود 30 درصد مقاومت فشاري آن مي رسد در حالي كه در بتن معمولي اين نسبت 15 تا 20 درصد مقاومت فشاري آن مي باشد.
ـ ضريب ارتجاعي اين بتن نيز مانند بتن معمولي تابع وزن حجمي و مقاومت فشاري بتن است و عملاً بين 2 تا 10 گيگا پاسكال مي باشد.
شكل 1- مقاومت فشاري بتن بدون ريزدانه در سن 28 روز در رابطه با وزن حجمي آن
- مراجع
]1[ تدين، محسن، جزوه درسي تكنولوژي بتن، دانشگاه بوعلي سينا ، 1363.
]2[ فاميلي، هرمز، “خواص بتن”، ترجمه، 1378.
]3[ رمضانيانپور، علي اكبر، شاه نظري، محمد رضا، “تكنولوژي بتن”، ترجمه، 1369.
]4[ شركت بلند پايه، “گزارش طرح اختلاط بتن بدون ريزدانه مخازن نفتي بتني مارون اميديه”، 1383.
[5] Tarun R. Naik, et. al, “Strength and Durability of Roller-Compacted HVFA Concrete Pavements”, Report No. CBU-2001-08, Rep-434 Center for By-Products Utilization, Dept. of Civil Engg. And Mech. University of Wisconsin, Milwaukee, 2001.
[6] Tarun R. Naik, Rudolf N. Kraus, “Development and Demonstration of High Carbon CCPS and FGD By-Product in Permable Roadway Base Construction”, Report No. CBU-2002-33, Rep-487 Center for By-Products Utilization, Dept. of Civil Engg. And Mech. University of Wisconsin, Milwaukee, 2002.