تفاوت های میان بتن معمولی و بتن با مقاومت بالا

در تقسیم‌بندی انواع بتن، به بتنی که مقاومتش بین 20 تا 40 مگاپاسکال باشد، بتن معمولی گفته می‌شود. همچنین به بتنی که مقاومتش بیش از 140 مگاپاسکال باشد، بتن با مقاومت بالا یا High Strength Concrete گفته می‌شود.

با گذشت زمان، فاکتورهای مشخص‌کننده‌ی بتن معمولی و مقاومت بالا نیز تغییر کرده است. به طور مثال، صد سال پیش، بتنی با مقاومت 28 مگاپاسکال، بتن با مقاومت بالا محسوب می‌شده. ولی هم‌اکنون بتن‌هایی تولید شده‌اند که تا 800 مگاپاسکال مقاومت دارند.

از لحاظ میزان استفاده، بتن معمولی پرمصرف‌تر از بتن با مقاومت بالاست. دلیل اصلی استفاده از بتن با مقاومت بالا، کاهش وزن، جمع شدگی، نفوذپذیری و افزایش دوام سازه است. همچنین در برخی سازه‌ها، به دلایل مختلف که معمولاً مربوط به معماری می‌شود، لازم داریم تا ستونی کوچک بار زیادی را تحمل کند. در این صورت نیاز به استفاده از بتن با مقاومت بالا داریم.

بتن معمولی و بتن با مقاومت بالا، در ویژگی‌های مختلف، تفاوت‌هایی با هم دارند که در این نوشتار قصد داریم تا به این تفاوت‌ها بپردازیم.

بتن معمولی، اغلب و در صورت استفاده از سنگدانه‌های مناسب کارایی بالایی دارد و در هنگام بتن‌ریزی و کار کردن بابتن، به سادگی جاری می‌شود. در مقابلبتن با مقاومت بالا معمولا چسبناک‌تر است و جاری شدن و بتن‌ریزی آن بسیار دشوارتر می‌باشد. به همین دلیل معمولاً از افزودنی‌های روان‌کننده برای این نوع بتن استفاده می‌کنند. دلیل اصلی کاراییِ کم بتن با مقاومت بالا، مقدار زیاد سیمان مورد استفاده در آن است.

پدیده آب انداختگی معمولاً در سطح بتن‌های معمولی رخ می‌دهد و آسیب دیدگی معمولی در این نوع بتن است. اما یکی از ویژگی‌های بسیار خوب بتن با مقاومت بالا این است که آب انداختگی‌اش بسیار بسیار کم است و حتی در بسیاری موارد می‌توان گفت که بتن با مقاومت بالا آب انداختگی ندارد.

به دلیل مقاومت و سختی بالا، بتن با مقاومت بالا نفوذپذیری کم‌تری نسبت به بتن معمولی دارد. همین موضوع باعث می‌شود تا دی‌اکسید کربنِ کم‌تری وارد بتن شود و پدیده‌ی کربناتاسیون نیز در این نوع بتن به ندرت رخ بدهد. کربناتاسیون پدیده‌ای است که در آن دی‌اکسید کربن موجود در هوا با چسب سیمانِ سخت شده واکنش می‌دهد و کلسیم کربنات تولید می‌کند؛ که این پدیده باعث آسیب دیدگی بتن می‌شود.

ویژگی نفوذپذیری بسیار پایین در بتن با مقاومت بالا، باعث جلوگیری و پیش‌گیری از بسیاری از انواع آسیب دیدگی‌ها در بتن می‌شود. اول این که مواد سولفاتی و شیمایی راهی به بتن پیدا نمی‌کنند و در نتیجه حمله سولفاتی یا شیمیاییاتفاق نمی‌افتد. دوم این که احتمال خوردگی فولاد در بتن بسیار پایین می‌آید. هم چنین احتمال حمله‌ی کلریدی به بتنتا حد زیادی کاهش پیدا می‌کند.

از دیگر تفاوت‌های میان بتن معمولی و بتن با مقاومت بالا، می‌توان به تفاوت در سطح بتن سفت شده اشاره کرد. در بتن معمولی، سطح بتن معمولا زبر و خشن است و در اغلب اوقات ناصاف است. اما در بتن با مقاومت بالا، سطح بتن صاف و صیقلی است و کم‌تر زبری در آن دیده می‌شود.

آزمایش مقاومت کششی بتن

مقاومت کششی یکی از ویژگی مهم و تاثیرگذار در بتن است که ضروری است برای طراحی یک سازه، مقدار آن را بدانیم. برای مشخص کردن مقاومت کششی بتن، از نمونه‌های استوانه‌ای شکل بتن استفاده می‌شود.

بتن مقاومت فشاری فوق‌العاده بالایی دارد و یکی از دلایل اصلی استفاده‌ی گسترده از بتن در ساخت و ساز، همین مقاومت فشاری بالای آن است. اما بتن حالتی ترد و شکننده دارد که باعث می‌شود مقدار مقاومت کششی آن در مقایسه با مقاومت فشاری‌اش، بسیار پایین‌تر باشد. بنا بر این تنش کششی را تا حد زیادی تحمل نمی‌کند و خیلی زود در راستای نیروهای وارد بر آن ترک می‌خورد. به همین دلیل، ضرورت دارد تا برای طراحی و ساخت یک سازه، میزانمقاومت کششی آن را بدانیم.

برای انجام آزمایش مقاومت کششی بتن، با استفاده از قالب‌هایی استوانه‌شکل با ارتفاع 60 سانتی متر و قطر 15 سانتی متر، نمونه‌هایی استوانه‌ای از بتن تهیه می‌کنند. عمل‌آوری بتن به ترتیب طی 1، 3، 7، 14 و 28 روز انجام می‌شود تامقاومت کششی کسب شده توسط بتن در سنین مختلف و اولیه‌ی آن مشخص شود. بتن بایستی در محیطی با هوای مرطوب به مدت 24 ساعت قرار داده شود. سپس آن را در هوای آزاد می‌گذارند تا مقدار زمان مورد نیاز (به طور مثال 14 یا 28 روز) سپری شود. عمل‌آوری بتن بایستی در دمای نسبتاً بالا صورت بگیرد. در ضمن ضروری است که آب مورد استفاده در هنگام عمل‌آوری بر روی بتن، دمایی در حدود 27 درجه سانتی‌گراد (2 درجه سانتی‌گراد کم‌تر یا بیش‌تر) داشته باشد.

در تصویر فوق، نمونه‌ای استوانه‌ای از یک نوع بتن را مشاهده می‌کنید که برای آزمایش و به دست آوردن مقدارمقاومت کششی‌اش، درون دستگاه قرار داده شده. این دستگاه با اعمال نیروی کششی بر روی نمونه‌ی بتنی، آن را تا مرز شسکت پیش می‌برد تا نیرویی که بتن در آن گسیخته می‌شود به دست بیاید و در نتیجه‌ی آن مقاومت کششی بتنمشخص شود.

بعد از انجام اقدامات اولیه و گذشت زمان لازم و یا کافی برای سخت شدن بتن،نمونه‌ی استوانه‌ای را در ماشین قرار می‌دهند تا نیروی کششی به آن وارد شود. لحظه‌ای بتن شکاف می‌خورد، افزایش نیرو متوقف می‌شود و نیروی آن لحظه به عنوان نیروی لحظه‌ی شکست بتن ثبت می‌شود. این مقدار اگر تقسیم بر مساحت قاعده‌ی استوانه شود، مقاومت کششی بتن به دست می‌آید و متوجه می‌شویم که در سازه، چه میزان نیروی کششی بایستی به ستون‌ها و تیرهای بتنی وارد شود تا دچار شکست نشوند. پیشنهاد می‌شود که از هر نوع بتن، 3 نمونه تهیه شود و آزمایش بر روی آن‌ها صورت گیرد. اگر بین این 3 نمونه تفاوت چشمگیری در مقاومت کششی (تفاوتی بیش از 15 درصدی) وجود داشت، احتمالاً در یکی از مراحل آزمایش اشتباه به وجود آمده و نتایج آزمایش مردود است. اگر تفاوت چشمگیری وجود نداشت، میانگین این نمونه‌ها، مقاومت کششی نهایی بتن مورد نظر خواهد بود.

شایان ذکر است که معمولاً مقاومت کششی بتن را با استفاده از فولاد تقویت شده یا میل‌گرد افزایش می‌دهند. زیرامقاومت کششی آن در حد زیادی پایین است و اگر این افزایش مقاومت صورت نگیرد، بتن تقریباً بلا استفاده خواهد بود.وهمچنین استفاده از الیاف پروپیلن و ژل میکروسیلیس باعث افزایش مقاومت کششی و مقاومت فشاری بتن می شود.

آزمایش نمونه مکعبی بتن یا آزمایش مقاومت فشاری بتن

آزمایش نمونه معکبی بتن در واقع یک ایده‌ی کلی از تمامی مشخصات بتن به ما ارائه می‌دهد. با همین آزمایش می‌توان تشخیص داد که بتن به حد کافی مناسب کار ما هست یا خیر. مقاومت فشاری بتن بر عوامل مختلفی هم چون نسبت آب به سیمان، مقاومت سیمان، کیفیت مواد بتن، کنترل کیفیت در طول تولید بتن و غیره بستگی دارد.

آزمایش مقاومت فشاری بتن بر روی قطعه‌های مکعب شکل از بتن انجام می‌شود. به همین دلیل آزمایش نمونه معکبی نامیده می‌شود. این آزمایش بر روی قطعه‌های استوانه‌ای بتن نیز مرسوم است. بسته به اندازه‌ی سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن از معکب‌های 10 × 10 × 10 سانتی‌متر یا 15 × 15 × 15 سانتی‌متر استفاده می‌شود.

بتن را در قالب‌هایی که تصویرش را در بالا مشاهده می‌کنید قرار می‌دهند و حرارت می‌دهند تا حباب و فضای خالی دیگر در آن باقی نماند. بعد از بیست و چهار ساعت، عمل‌آوری بتن را آغاز می‌کنند. عمل‌آوری بتن باید به نحوی باشد که سطح خارجی بتن کاملاً صاف بشود. برای این کار معمولاً از چسب سیمان استفاده می‌کنند و آن را بر روی سطح خارجیبتن طوری پخش می‌کنند که کاملاً صاف باشد.

برای عمل‌آوری، قطعات بتن را بیست و چهار ساعت در هوای مرطوب قرار می‌دهند. سپس آن‌ها را علامت‌گذاری کرده و در هوای تازه قرار می‌دهند تا زمان انجام آزمایش اصلی بر روی آن‌ها فرا برسد. آب مورد استفاده در عمل‌آوری بتن باید هر هفت روز یک بار چک شود. هم چنین دمای این آب باید حدود 27 درجه سانتی‌گراد (دو درجه بیشتر یا کمتر) باشد.

نمونه‌های بتن را پس از هفت یا بیست و هشت روز عمل‌آوری در ماشین‌های آزمایش مقاومت فشاری قرار می‌دهند. در این ماشین‌ها، بارگذاری به صورت دقیقه‌ای 140 کیلوگرم برا سانتی‌متر مربع افزایش می‌یابد تا نمونه شکسته شود. مقدار بارگذاری در لحظه‌ی شکست بتن، میزان مقاومت فشاری بتن را به ما می‌گوید.

حداقل از هر نمونه و در هر سن، بایستی 3 نمونه‌ی بتن آزمایش شود. اگر در نتیجه مشاهده شود که مقاومت آن‌ها بیش از 15 درصد با یکدیگر اختلاف دارد، نتایج آزمایش رد می‌شود و بایستی آزمایش دوباره انجام شود. در غیر این صورت، میانگین مقاومت فشاری آن سه نمونه، مقاومت فشاری بتن مورد محسوب خواهد شد.

مقاومت بتن با افزایش عمر، بیشتر می‌شود. در جدولی که در ادامه آمده است، نشان داده شده که در هر مقطع زمانی از عمل‌آوری، بتن چه مقدار از مقاومت اصلی‌اش را کسب می‌کند :

سن
درصد مقاومت کسب شده
1 روز
16 درصد
3 روز
40 درصد
7 روز
65 درصد
14 روز
90 درصد
28 روز
99 درصد
 

همانطور که مشاهده می‌کنید، بتن بیشتر مقاومت خود را در سنین اولیه به دست می‌آورد. بدین ترتیب که 90 درصد مقاومتش در 14 روز (دو هفته) کسب می‌شود. در 28 روز بتن به 99 درصدِ مقاومتش می‌رسد و در ادامه روند کسبمقاومت بتن بسیار کند تر دنبال می‌شود. به همین دلیل است که در آزمایش‌ها معمولاً نتایج 28 روزه‌ی نمونه‌های بتنیمورد نظر و مهم هستند. بتن در 28 روزگی مقاومتی تقریباً مساوی با مقاومت نهایی‌اش دارد.

عوامل تاثیرگذار بر کارایی بتن

کلینیک بتن ایران :: مقالات علمی بتن

کارایی و مقاومت بتن با هم رابطه ای عکس دارند. به این معنا که با افزایش کارایی بتن...

تمامی مراحل و مواد مورد استفاده در ساخت بتنبر میزان کارایی آن تاثیر دارند. کارایی بتن به معنای میزان سهولت در مخلوط کردن، انتقال و بتن ریزی در محل پروژه می‌باشد. کار با یک بتن با کارایی بالا بسیار راحت تر و بهتر است چرا که به راحتی می‌تواند جا به جایش کرد و بتن ریزی نیز به آسانی انجام می‌شود.

کارایی و مقاومت بتن با هم رابطه‌ای عکس دارند. به این معنا که با افزایش کارایی بتن، مقاومت بتن کاهش می‌یابد که موجب کاهش دوام و عمر بتن نیز می‌شود.

عوامل اصلی تاثیرگذار بر روی کارایی بتن :

مقدار سیمان بتن
مقدار آب بتن
نسبت‌های مواد مختلف در مخلوط بتن
اندازه‌ی سنگدانه‌ها
شکل سنگدانه‌ها
مرغوبیت سنگدانه‌ها
ویژگی‌های سطوح سنگدانه‌ها
افزودنی‌های مورد استفاده در بتن
استفاده از مواد جایگزین سیمان در بتن
سیمان، سنگدانه و آب مواد اصلی مورد استفاده برای ساخت بتن هستند. در بتن از افزودنی‌های مختلفی برای تغییر ویژگی‌های مختلف آن استفاده می‌شود. ویژگی‌های این مواد و میزان استفاده از آن‌ها بر کارایی بتن تاثیر می‌گذارد. در ادامه عوامل عمومی تاثیرگذار بر کارایی بتن را بررسی می‌کنیم:

مقدار سیمان بتن:

مقدار سیمان مورد استفاده در بتن تاثیر بسیار بالایی در کارایی آن دارد. هر چه مقدار سیمان بیشتر باشد، معنی آن این است که چسب بیشتری برای پوشش دادن سطح سنگدانه‌ها و پر کردن تخلخل‌ها موجود است. این موضوع باعث کاهش اصطکاک بین سنگدانه‌ها شده و جاری شدن بتن در هنگام مخلوط کردن، انتقال و بتن‌ریزی تسهیل می‌گردد. همچنین برای یک بتن با نسبت آب به سیمان ثابت، افزایش میزان سیمان به معنی افزایش میزان آب مورد استفاده نیز هست که در نهایت کارایی بتن را افزایش می‌دهد..

نوع سیمان:

نوع و مشخصات سیمان بر میزان کارایی بتن تاثیرگذار خواهد بود. افزایش عیار سیمان باعث می‌شود تا بتن به آب بیشتری برای رسیدن به کارایی مورد نظر پیدا کند. در حالی که سیمان با عیار کمتر، به آب کمتری برای رسیدن به همان میزان کارایی نیاز دارد.

نسبت آب به سیمان یا مقدار آب بتن:

یکی دیگر از عوامل بسیار مهم و تاثیرگذار در کارایی بتن، میزان آب مورد استفاده در آن می‌باشد. عموما نسبت آب بهسیمان بین 0٫45 تا 0٫6 تقریباً برای تمامی انواع مخلوط‌ها، کارایی خوبی را ارائه خواهد کرد. هر چه نسبت آب به سیمانبیشتر باشد، میزان آب مورد استفاده نسبت به مقدار سیمان بیشتر خواهد بود و در نتیجه کارایی بتن افزایش خواهد داشت.

اندازه سنگدانه‌ها:

میزان سطح خارجی سنگدانه‌ها به اندازه‌ی آن‌ها بستگی دارد. هر چه سنگدانه‌ها بزرگتر باشند، سطح خارجی آن‌ها کم‌تر خواهد بود. هر چه سطح خارجی سنگدانه‌ها بیشتر باشد، برای پوشش دادن سطوح به سیمان بیشتری احتیاج است. این موضوع باعث کاهش نسبت آب به سیمان و کاهش کارایی می‌شود.

در بتن معمولاً از افزودنی‌های مختلفی برای افزایش و یا کاهش ویژگی‌های مختلف آن استفاده می‌شود. چندین افزودنیمختلف نیز برای بهبود وضعیت کارایی بتن وجود دارد که روان کننده و فوق روان کننده نام دارند. این افزودنی‌ها قادر هستند تا کارایی بتن‌هایی با نسبت آب به سیمان بسیار پایین را نیز افزایش دهند. از افزودنی‌های هوازا نیز برای افزایش کارایی در بتن استفاده می‌شود. این افزودنی با ایجاد حباب‌های هوا در بتن، اصطکاک بین سنگدانه‌ها را کاهش می‌دهد و در نتیجه کارایی افزایش می‌یابد.

آزمایش اسلامپ بتن

آزمایش اسلامپ بتن یکی از راهکارها برای مشخص کردن مقدار کارایی و روانی بتن تازه می‌باشد. این آزمایش معمولاً در آزمایشگاه‌ها و تحت شرایط محیطی خاص یا در همان محل اجرای پروژه انجام می‌گیرد. آزمایش اسلامپ یکی از آسان‌ترین آزمایش‌هایی است که بر روی بتن انجام می‌شود؛ هزینه‌ی بسیار کمی دارد و نتیجه‌ی آن فوراً به دست می‌آید. به همین دلایل، از سال 1922 میلادی تا کنون، آزمایش اسلامپ پرکاربردترین و معمول‌ترین آزمایش در مورد کارایی و روانی بتن بوده است.

عموماً مقدار اسلامپ بتن برای به دست آوردن میزان کارایی آن نیاز است، که نشانگر نسبت آب به سیمان بتنمی‌باشد. اما چندین عامل دیگر نیز در بتن وجود دارد که در اسلامپ آن تاثیر می‌گذارد؛ از جمله: نوع مواد مورد استفاده در بتن، روش‌های مخلوط کردن بتن، میزان مواد مورد استفاده، نوع و میزان سنگدانه‌ها و غیره.

برای آزمایش اسلامپ از یک قالب که به شکل مخروط ناقص است استفاده می‌شود. قطر قاعده‌ی این مخروط ناقص، 20 سانتی‌متر و ارتفاع آن 30 سانتی‌متر است. بتن تازه به داخل این قالب ریخته می‌شود و سپس قالب را بر می‌دارند. مقدار افت و پایین آمدن بتن را اندازه‌گیری می‌کنند و آن را میزان اسلامپ بتن می‌نامند.

عوامل موثر بر روی آزمایش اسلامپ بتن :

1. ویژگی‌ها و جزئیات مواد مورد استفاده در بتن، مانند سنگدانه‌ها، عیار سیمان، نحوه‌ی مخلوط کردن و میزان رطوبت بتن.

2. ویژگی‌های شیمایی و مقدار استفاده از مواد افزودنی و نوع آن‌ها

3. میزان هوای موجود در بتن

4. نحوه‌ی مخلوط کردن و انتقال بتن

5. روش مورد استفاده در آزمایش اسلامپ

6. میزان آب مورد استفاده در بتن

7. میزان زمان سپری شده از هنگام مخلوط کردن بتن

نتایج آزمایش

هنگام اندازه‌گیری میزان اسلامپ باید از دقیق‌ترین ابزار اندازه گیری استفاده کرد، چرا که نتیجه تا حد میلی‌متر هم اهمیت دارد. اگر میزان اسلامپ صفر بود و بتن هیچ گونه تغییر شکلی نداشت، معنی‌اش این است که نسبت آب به سیمان در بتن بسیار کم بوده است. از این نوع بتن معمولاً در ساخت و ساز جاده‌ها و راه‌های بین شهری استفاده می‌شود.

اگر بتن به صورت کامل فرو ریخت، معنی‌اش این است که مقدار آب به سیمان در بتن بسیار زیاد بوده. اگر بخشی ازبتن فرو ریخت و بخش دیگری از آن تغییر شکلی نداد، آزمایش بایستی یک مرتبه‌ی دیگر تکرار شود.

در تصویر زیر، مدل‌های مختلفی که ممکن است در آزمایش اسلامپ رخ بدهد را مشاهده می‌کنید. از سمت چپ، نمونه‌ی اول نمونه‌ای است که مورد قبول است و به این معنی است که آزمایش به درستی انجام شده و بتن مشکل خاصی ندارد. در نمونه‌ی دوم میزان اسلامپ بتن صفر است که دلایل و استفاده‌ی آن را در بالا شرح دادیم. نمونه‌ی سوم از سمت چپ، نمونه‌ای از بتن است که به علت نسبت آب به سیمان بالا در آزمایش اسلامپ کاملاً گسیخته شده و فرو ریخته است. نمونه‌ی آخر اما، نمونه‌ای غیر قابل قبول در آزمایش اسلامپ است. ممکن است بتن مورد آزمایش همگن نبوده یا آزمایش به درستی انجام نشده باشد. به هر جهت آزمایش بایستی دوباره تکرار شود.