بتن پر مقاومت چیست؟ (0 تا 100 بتن پرمقاومت HSC)

بتن پر مقاومت (HSC) دارای مقاومت فشاری بین 45 تا 140 مگاپاسکال است و اصولا در ساخت ستون های ساختمان های مرتفع، سازه های ساحلی، بزرگراه ها، پل های بتنی استفاده می شود. نسبت آب به سیمان در بتن پر مقاومت از 0.25 برای مقاومت بیش از 80 مگاپاسکال در سن 56 روزگی تا 0.4 برای برخی از بتن ها در سن 28 روز متغیر است. کاهش نفوذپذیری در برابر عوامل شیمیایی، افزایش خواص مکانیکی بتن و بهینه سازی فضا با کاهش ابعاد هندسی سازه مورد نظر از جمله مزایای آن می باشد.

در ادامه این مطلب از سنگ شکن غرب به بررسی طرح اختلاط، نحوه ساخت، ویژگی ها و کاربردهای بتن پرمقاومت می پردازیم.

بتن پر مقاومت چیست؟

یکی از انواع بتن، بتن با مقاومت فشاری حداقل 45 مگاپاسکال، بتن مقاومت بالا یا HSC می گویند. مقاومت این محصول از بتن معمولی بیشتر است و این قدرت در 28 روز به دست می آید. برای ساخت این نوع بتن، مواد باید از کیفیت بالایی برخوردار باشند تا محصول به مقاومت فشاری تعیین شده دست یابد. بتن های پرمقاومت تاریخچه طولانی دارند. تا اواخر دهه 1970، استفاده از بتن بیش از 40 مگاپاسکال در ساختمان های بلند شناخته شده نبود. اکنون با استفاده مؤثر از مواد افزودنی و سایر کاربردهای پیچیده تکنولوژی بتن، به راحتی می توان به مقاومت 50 مگاپاسکال در 12 تا 18 ساعت و بالاتر از 70 مگاپاسکال در 28 روز دست یافت. تولید بتن با مقاومت فشاری تا 150 مگاپاسکال در 91 روز امکان پذیر است.

 

 

طرح اختلاط بتن پر مقاومت

مهمترین عامل تعیین میزان مقاومت در HSC، تخلخل در سه فاز بتن یعنی سنگدانه، خمیر سیمان و ناحیه انتقال است. به دلیل عدم توانایی در تعیین تخلخل زمینه و ناحیه انتقالی در بتن نمی توان مدل های دقیقی برای محاسبه مقاومت ایجاد کرد. برای به دست آوردن مقاومت بالا باید از سنگدانه های مرغوب و سیمان پرمقاومت استفاده شود.

همانطور که می دانید بتن از دو قسمت اصلی سنگدانه و خمیر سیمان تشکیل می شود. سنگدانه در حقیقت استخوان بندی بتن را تشکیل می دهد و سیمان ماده چسباننده سنگدانه می باشد.

سنگدانه پرمقاومت

سنگدانه ها از لحاظ مقاومت، شکل و دانه بندی می توانند بر مقاومت بتن تاثیر گذار باشند. هرچقدر شکل سنگدانه تیز گوشه تر و شکسته تر باشد، مقاومت بتن افزایش می یابد و برعکس، هر چقدر گرد گوشه تر باشد، مقاومت بتن کاهش ولی در مقابل کارایی بتن افزایش می یابد.

این نکته در مورد ماسه نیز صدق می کند. در بتن های بالای مقاومت 45 تا 50 مگاپاسکال می توانیم از سنگدانه های رودخانه ای استفاده کنیم ولی برای تولید بتن های بالای 80 مگاپاسکال، باید از سنگدانه های پرمقاومت تر مانند انواع سنگدانه های آذرین مثل گرانیت، بازالت و سیلیسی استفاده کنیم.

 

مقاومت فشاری بتن                                           حداکثر اندازه سنگدانه

    70 مگاپاسکال                                                 20-25 میلیمتر

    100 مگاپاسکال                                               14-20 میلیمتر

    120 مگاپسکال                                                10-14 میلیمتر

 

در مورد دانه بندی نیز این نکته مهم را خوب است بدانید که اگر مقاومت های بالای 80 مگاپاسکال و بیشتر مد نظرتان باشد، دیگه بهتره از شن استفاده نکنید و به سراغ ماسه و ماسه های ریز دانه تر بروید. یعنی برای تولید بتن با مقاومت 100 مگاپاسکال باید از ماسه های زیر الک 8 استفاده کنید. ماسه هایی با سنگدانه پر مقاوم تر مانند بازالت و گرانیت 100 درصد شکسته می تواند مقاومت بتن را تا 100 مگاپاسکال افزیش بدهد.

 

سیمان پرمقاومت

میزان سیمان در این بتن 450 تا 550 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد که بهتر است به جای سیمان معمولی از سیمان پرمقاومت استفاده کرد. میزان مصرف سیمان در ساخت بتن پرمقاومت نسبت بتن معمولی بیشتر است. البته با افزایش مقدار سیمان، اندازه سنگدانه‌ها نیز در مقایسه با NSC باید افزایش یابد.

 

آب 

آب به عنوان یک جزء حیاتی در HSC باید با سیمان و مواد افزودنی معدنی/شیمیایی سازگار باشد. آب مورد استفاده برای اختلاط بتن با مقاومت بالا باید تمیز و عاری از هرگونه مواد عالی و مقادیر مضر قلیایی، اسید، روغن، نمک و شکر باشد.

 

 

نسبت اب به سیمان در بتن پر مقاومت

در اختلاط بتن های با مقاومت زیاد بایستی تا حد ممکن نسبت آب به سیمان را کاهش داد. نسبت سیمان آب 0.25 تا 0.35 است اما گاهی اوقات می توان از 0.20 کرد. اما همان‌طور که می‌دانید با کاهش نسبت آب به سیمان، میزان کارایی و اسلامپ بتن نیز کاهش می یابد.

برای حل این مشکل و تامین کارایی می توان از روان کننده بتن یا فوق روان کننده ها استفاده نمود. مقدار این ماده شیمیایی در 1 متر مکعب باید 5 تا 15 لیتر باشد و همچنین از دوده سیلیس در بتن با مقاومت بالا استفاده می شود. از دود سیلیس برای پرکردن فضاهای خالی استفاده می شود و بتن استحکام بیشتری خواهد داشت.

نتایج حاصل از تحقیقات نشان می دهد که با نسبت آب به سیمان ۰.۳۸ ، ۰.۳۶ و ۰.۳۴ می توان به ترتیب به مقاومت های فشاری ۴۰ ، ۵۲ و ۶۰ دست پیدا کرد.

 

نحوه ساخت بتن پر مقاومت

 برای ساخت بتن های پرمقاومت باید در طرح اختلاط بتن از سنگدانه های پر مقاومت آذرین و کاهش حداکثر اندازه سنگدانه ها استفاده شود. این امر باعث همگنی بیشتر در ترکیبات بتن می شود. نسبت آب به سیمان بسیار پایین در ساخت این بتن اهمیت زیادی دارد.

امروزه حتی بسیاری از پیمانکاران و مهندسان نسبت آب به سیمان را برای تهیه بتن 18 به صفر در نظر می‌گیرند. این امر برخی دانه‌های سیمان هیدراته نشده را به صورت ریزدانه‌های پرکننده درآورده و باعث افزایش مقاومت بتن می‌شود. البته برای افزایش کارایی بتن باید از روان‌کننده‌ها، فوق روان‌کننده‌ها و پخش‌کننده ذرات ریز در ساخت بتن استفاده کرد.

لازم به ذکر است که با افزایش مقاومت بتن، میزان شکنندگی و تردی آن نیز بیشتر می‌شود که برای حل این مشکل و افزایش نرمی بتن‌ می‌توان به آن‌ها الیاف‌های کوتاه اضافه کرد.

نکته: در تولید بتن پرمقاومت به جای استفاده از میکسرهای معمولی باید از همزن های برقی با دور تند استفاده کرد.

مزایا و معایب بتن پرمقاومت

بتن با مقاومت بالا دارای مزایا و معایب زیر است.

مزایای بتن پر مقاومت

• افزایش دوام سازه: نسبت w/c کم، محتوای سیمان بالا و استفاده از پازولانا و فوق روان کننده ها باعث کاهش نفوذپذیری و افزایش دوام سازه می شود. افزایش دوام عامل خوبی برای ساخت و ساز پایدار است.
• کاهش وزن خود سازه: از آنجایی که کل بتن مصرفی به دلیل استحکام بالای آن کمتر است، بار مرده وارد بر ساختمان ها کاهش می یابد.
• کاهش خزش: مدول الاستیسیته بتن افزایش می یابد که باعث کاهش خزش بتن در سازه می شود.
• کاهش در انحراف: با کاهش مدول الاستیسیته، انحراف سازه نیز کاهش می یابد.
• کاهش نفوذپذیری در برابر عوامل شیمیایی
• بهینه سازی فضا با کاهش ابعاد هندسی سازه مورد نظر
• افزایش سرعت اجرا با کاهش حجم عملیات

 

معایب بتن با مقاومت بالا

• بتن با مقاومت بالا را نمی توان برای ساخت اعضایی که در معرض چرخه های انجماد و ذوب هستند استفاده کرد.
• اقدامات کنترل کیفیت سختگیرانه تری باید در انتخاب مصالح و ساخت انجام شود.
• مواد برای HSC باید با دقت انتخاب شوند و ممکن است گرانتر باشند.

 

کاربرد بتن پرمقاومت

• ساخت ساختمان های چند طبقه یا آسمان خراش ها
• پایه های سقف جایگاه تماشاگران در میدان های ورزشی
• ستون های ساختمان های مرتفع
• سازه های بتنی با هدف خاص
• سازه های ساحلی
• بزرگراهها

 

نکات مهمی که در مورد بتن با مقاومت بالا باید بدانید!!!!

• حداکثر اندازه سنگدانه از 20 تا 28 میلی متر می تواند مقاومت فشاری بتن نزدیک به 70 مگاپاسکال ایجاد کند.
• مقاومت فشاری بتن 100 مگاپاسکال زمانی قابل دستیابی است که از حداکثر اندازه سنگدانه از 10 تا 20 میلی متر استفاده شود.
• حداکثر اندازه سنگدانه 10 تا 14 میلی متر برای تولید مقاومت فشاری بتن بیشتر از 125 مگاپاسکال استفاده می شود.
• مواد سیمانی تکمیلی می‌توانند هزینه تولید بتن را کاهش داده و با مشکلات ناشی از اسلامپ مقابله کنند. نمونه هایی از مواد تکمیلی عبارتند از: سرباره کوره بلند، خاکستر بادی و پوزولان های طبیعی.
• دود سیلیس معمولاً در تولید بتن با مقاومت فشاری بیشتر از 70 مگاپاسکال استفاده می شود.
• استفاده از سنگدانه های ریز با مدول ظرافت بالاتر (حدود 3.0) پیشنهاد می شود. زیرا استفاده از سنگدانه های ریز درشت تر به آب کمتری برای به دست آوردن کارایی یکسان نیاز دارند.
• سنگدانه های ریز با مدول ظرافت حدود 3.0 بهترین کارایی و مقاومت فشاری را ارائه می دهند.
• زمانی که سنگدانه های درشت و ریز به خوبی دانه بندی شوند، تخلخل را کاهش داده و چگالی را افزایش می دهد و در نتیجه استحکام و دوام بتن را افزایش می دهد.
• محتوای سیمان باید کمتر از 500 کیلوگرم بر متر مکعب باشد تا از افزایش بیش از حد شکنندگی جلوگیری شود و هزینه مصالح بتن کاهش یابد.
• برای مخلوط کردن مواد اولیه بهتر است از آب تمیز و عاری از هر گونه آلودگی استفاده شود.

 

تفاوت های بتن پرمقاومت و معمولی

مقایسه بتن معمولی و بتن با مقاومت بالا را در جدول زیر مشاهده می کنید.

بتن پر مقاومت	بتن معمولی
استحکام بیشتر از 40 مگاپاسکال	استحکام تا 35 مگاپاسکال
نفوذپذیری کم	نفوذپذیری نسبتا بیشتر
نسبت w/c بسیار پایین به اندازه 0.3 استفاده می شود.	نسبت w/c کم به متوسط حدود 0.4 به طور معمول استفاده می شود.
فوق روان‌کننده‌ها باید برای جبران کاهش کارایی به دلیل کاهش نسبت آب به سیمان مورد استفاده قرار بگیرد.	استفاده از فوق روان کننده ها ضروری نیست.
مقدار سیمان بیشتر استفاده می شود.	سیمان کمتری مورد استفاده قرار می گیرد.
حداکثر اندازه سنگدانه‌های درشت کاهش می‌یابد.	حداکثر اندازه سنگدانه‌های درشت بیشتر از اندازه‌های مورد استفاده در HSC است.
منحنی تنش-کرنش HSC تندتر و خطی تر است.	منحنی تنش-کرنش کمتر شیب دار و خطی است.
دوام به دلیل نفوذپذیری کمتر افزایش می یابد.	دوام کمتر از HSC است.

نتیجه گیری

بتن با مقاومت بالا با استفاده از مواد سیمانی مناسب، ماسه، سنگدانه درشت 10 میلی متر تا 20 میلی متر و مواد افزودنی از طریق استفاده از نسبت آب به سیمان بسیار پایین (مثلاً 0.25-0.35) و کنترل دقیق کیفیت ساخت می شود. بتن های پرمقاومت معمولاً با سنگدانه های اضافی نسبت به بتن معمولی همراه هستند که باعث افزایش استحکام و چسبندگی ذرات بتن در مخلوط می شود. این بتن نسبت آب به سیمان کمتری نسبت به بتن معمولی دارد که باعث افزایش مقاومت آن می شود. این نوع بتن کاربردهای زیادی دارد و در ساخت ساختمان های بلند، سازه های بتنی، بزرگراهها و …. مورد استفاده قرار می گیرد. امیدوارم این مطلب برای شما مفید بوده باشد. لطفا نظرات خود را با ما و کاربران به اشتراک بگذارید.