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.

بتن چیست ؟

مواد تشکیل‌دهنده بتن:

 سنگدانه‌ها در بتن تقریبا سه چهارم حجم آن و ملات سیمان و آب یک چهارم آن را تشکیل می‌دهند.

آب

کیفیت آب در بتن از آن جهت حائز اهمیت است که ناخالصی‌های موجود در آن ممکن است در گیرش سیمان اثر گذاشته و اختلالاتی به وجود آورد. همچنین آب نامناسب ممکن است روی مقاومت بتن اثر نامطلوب گذاشته و سبب بروز لکه‌هایی در سطح بتن و حتی زنگ زدن آرماتور شود. در اکثر اختلاط‌ها آب مناسب برای بتن آبی است که برای نوشیدن مناسب باشد. مواد جامد چنین آبی به ندرت بیش از 2000 قسمت در میلیونppm خواهد بود، به طور معمول کمتر از 1000 ppm می‌باشد. این مقدار به ازای نسبت آب به سیمان 0٫5 معادل 0٫05 وزن سیمان است. معیار قابل آشامیدن بودن آب برای اختلاط مطلق نیست و ممکن است یک آب آشامیدنی به جهت داشتن درصد بالایی از یون‌های سدیم و پتاسیم که خطر واکنش قلیایی دانه‌های سنگی را به همراه دارد، برای بتن‌سازی مناسب نباشد. به عنوان یک قاعده کلی هر آبی که ph (درجه اسیدیته) آن بین 6 الی 8 بوده و طعم شوری نداشته باشد، می‌تواند برای بتن مصرف شود. رنگ تیره و بو لزوما وجود مواد مضر در آب را به اثبات نمی‌رساند.

مقدار آب مصرفی

مقدار آب مصرفی در داخل بتن بسیار با اهمیت است. به منظور تکمیل فرایند واکنش سیمان با آب مقدار مشخصی آب مورد نیاز است. در صورتی که این مقدار کمتر از آن حد باشد، قسمتی از سیمان برای واکنش آب کافی دریافت نمی‌کند و واکنش نداده باقی می‌ماند. در صورتی که بیش از مقدار مورد نیاز آب به مخلوط بتن اضافه شود، پس از تکمیل واکنش، مقداری آب به صورت آزاد در داخل بتن باقی می‌ماند که پس از سخت شدن بتن باعث پوکی آن و نتیجتا کاهش مقاومت خواهد شد. به همین دلیل دقت در مصرف نکردن آب زیاد در داخل بتن به منظور حصول مقاومت بالا ضروری است.

مقدار آب لازم برای تکمیل واکنش به صورت پارامتر نسبت آب به سیمان تعریف می‌شود. این نسبت برای سیمان پرتلند معمولی حدود 25 درصد است. با این مقدار آب بتن فاقد کارایی لازم خواهد بود و معمولاً نسبت آب به سیمانمورد استفاده در کارگاه‌های ساختمانی بیش از این مقدار است. در تعیین نسبت اختلاط بتن پارامتری لحاظ می‌شود که مقدار رطوبت سنگدانه‌ها را نیز قبل از افزودن آب به بتن لحاظ می‌کند که در تعیین مقدار آب مورد نیاز حائز اهمیت است.

عمل‌آوری

با ادامه یافتن Hydration، مقاومت بتن افزایش می‌یابد و این واکنش عامل افزایش مقاومت بتن یا همان گیرش سیماناست. برای عمل‌آوری یا ادامه یافتن فرآیند Hydration باید رطوبت نسبی حداقل 80 درصد باشد. در صورتی که رطوبت کمتر از این مقدار شود، عمل‌آوری متوقف شده و درصورتی رطوبت تسبی به بالای 80 درصد ، فرآیند هیدراسیون دوباره شروع خواهد شد. به دلیل تبخیر قسمتی از آب مورد نیاز قبل از تکمیل واکنش بین آب و سیمان(که چندین روز طول می‌کشد) قسمتی از سیمان موجود در مخلوط بتن واکنش نداده باقی میماند. پس از بتن‌ریزی باید بلافاصله توجه لازم به فرایند عمل‌آوری معطوف گردد. عمل‌آوری عبارت است از حفظ رطوبت بتن تا زمانی که واکنش بین سیمان و آب تکمیل شود. این عمل می‌تواند به وسیله عایقکاری موقت، پاشش آب یا تولید بخار صورت گیرد. از دیدگاه عملی، حفظ رطوبت بتن برای 7 روز توصیه می‌شود. در شرایطی که این کار ممکن نباشد، حداقل زمان عمل‌آوری بتن نباید کمتر از 2 روز باشد.

سنگدانه‌ها

سنگدانه‌ها در بتن تقریبا سه چهارم حجم آن را تشکیل می‌دهند، از این رو کیفیت آن‌ها از اهمیت خاصی برخوردار است. در حقیقت خواص فیزیکی، حرارتی و پاره‌ای از اوقات شیمیایی آن‌ها در عملکرد بتن تاثیر می‌گذارد. دانه‌های سنگی طبیعی معمولاً بوسیله هوازدگی و فرسایش و یا به طور مصنوعی باخرد کردن سنگ‌های مادر تشکیل می‌شوند.

اندازه دانه‌های سنگی

بتن عموما از سنگدانه‌هایی به اندازه‌های مختلف که حداکثر قطرآن بین 10 میلی‌متر و50 میلی‌متر و به طور متوسط از سنگدانه‌هایی با قطر 20 میلی‌متر استفاده می‌شود. توزیع اندازه ذرات به نام "دانه‌بندی سنگدانه" مرسوم است. به طور کلی دانه‌های با قطر بیشتر از چهار یا پنج میلی‌متر به نام شن و کوچک‌تر از آن به نام ماسه نامگذاری شده‌اند که این حد فاصل توسط الک 5 میل‌یمتری یا نمره چهار مشخص می‌گردد. حد پایین ماسه عموما 0٫07 میلی‌متر یا کمی کمتر می‌باشد. مواد با قطر بین 0٫06 میلی‌متر و 0٫02 میلی‌متر به نام لای (سیلت)‌ و مواد ریزتر رس نامگذاری شده‌اند. گل ماده نرمی است که شامل مقادیر نسبتا مساوی ماسه و لای و رس می‌باشد.

کانیهای مهم

کانیهای مهم و متداول سنگدانه‌ها در زمینه استفاده در بتن عبارتند از: کانی‌های سیلیسی (کوارتز، اوپال، کلسه دون، تریمیت، کریستوبالیت)، فلدسپاتها، کانیهای میکا، کانیهای کربناتی، کانیهای سولفاتی، کانیهای سولفور آهن، کانیهای فرومنیزیم، کانیهای اکسیدآهن، زئولیت‌ها و کانیهای رس.

افزودنی‌ها

معمولا به جای استفاده از یک سیمان بخصوص، این امکان وجود دارد که بعضی از خواص سیمان‌های معمولی مورد استفاده را به وسیله ترکیب کردن آن با یک افزودنی تغییر داد. قابل توجه این که نباید عبارات "مواد ترکیبی" و "مواد افزودنی" با معانی مترادف به کار روند، زیرا مواد ترکیبی موادی هستند که در مرحله تولید به سیمان اضافه می‌شوند در حالی که مواد افزودنی در مرحله مخلوط کردن به بتن اضافه می‌شوند. افزودنی‌های شیمیایی اساسا عبارتند از: تقلیل‌دهنده‌های آب، کندگیر کننده‌ها و تسریع کننده‌های گیرش که در آیین نامه ASTM به ترتیب تحت عنوان‌های تیپ‌های C،B،A ‌بندی شده‌اند. افزودنی‌های دیگری نیز وجود دارند که هدف اصلی از کاربرد آن‌ها محافظت بتن از اثرات زیان‌آور یخ‌زدگی و ذوب یخ است.

تسریع‌کننده‌ها

افزودنی‌هایی هستند که سخت‌شدگی بتن را تسریع می‌کنند و مقاومت اولیه بتن را بالا می‌برند. چند نمونه از تسریع‌کننده‌ها عبارتند از: کربنات سدیم، کلرورآلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم، نمک‌های آهن و کلرور کلسیم.

کندگیر کننده‌ها

افزودنی‌هایی هستند که زمان گیرش بتن را به تاخیر می‌اندازند. این مواد در هوای خیلی گرم که زمان گیرش معمولیبتن کوتاه می‌شود و همچنین برای جلوگیری از ایجاد ترک‌های ناشی از گیرش در بتن‌ریزی‌های متوالی مفید می‌باشند. به عنوان چند نمونه از کندگیر کننده‌ها می‌توان از شکر، مشتقات هیدروکربنی، نمک‌های محلول روی و براتهای محلول نام برد. به عنوان مثال اگر با یک کنترل دقیق 0٫05 وزن سیمان شکر به بتن اضافه کنیم، حدود چهار ساعت گیرش آن‌را به تاخیر می‌اندازد. مصرف 0٫2 تا یک درصد وزن سیمان از گیرش سیمان جلوگیری به عمل می‌آورد.

تقلیل دهنده‌های آب (روان کننده‌ها)

این افزودنی‌ها به سه منظور به کار می‌روند:

1- رسیدن به مقاومتی بالاتر به وسیله کاهش نسبت آب به سیمان

2- رسیدن به کارایی مشخص با کاهش مقدار سیمان مصرفی و نتیجتا کاهش حرارت هیدراتاسیون در توده بتن.

3- سادگی بتن‌ریزی به وسیله افزایش کارایی در قالب‌هایی با آرماتور انبوه و موقعیت‌های غیرقابل دسترسی

افزودنی‌های تقلیل‌دهنده آب تحت عنوان تیپA دسته‌بندی می‌شوند؛ لیکن اگر افزودنی‌ها همزمان با کاهش نیاز به آب باعث تاخیر در گیرش نیز بشوند تحت عنوان تیپD طبقه‌بندی می‌شوند. اگر این روان‌کننده‌ها باعث تسریع در گیرش شوند، تیپ E نامیده می‌شوند.

فوق روان‌کننده‌ها

این مواد از قوی‌ترین انواع تقلیل‌دهنده‌های آب هستند که در آمریکا به عنوان روان کننده قوی و درASTM به عنوان تیپ F نام‌گذاری شده‌اند. افزودنی‌هایی نیز هستند که ضمن تقلیل شدید آب باعث مقداری تاخیر در گیرش می‌شوند و به عنوان تیپ G طبقه‌بندی شده‌اند. دو نمونه از روان کننده‌های قوی: ملامین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده و یا (نفتالین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده) می‌باشند. اساسا استفاده از اسیدهای سولفاته شده باعث تسریع عمل پراکنش می‌شود. چون در سطح ذرات سیمان جذب شده و به آنها بار منفی می‌دهند واین باعث دفع ذرات از یکدیگر می‌شود. این فرایند کارایی را در یک نسبت آب به سیمان مشخص افزایش می‌دهد.

افزودنی های کندگیر کننده بتن

از مواد افزودنی کندگیر کننده برای کاهش سرعت گیرش بتن استفاده می‌شود. دمای بالا در بتن تازه (30 درجه سانتی‌گراد برابر با 86 درجه فارنهایت) باعث افزایش سرعت سخت شدن بتن و در نتیجه به وجود آمدن مشکلاتی در زمینه‌ی بتن‌ریزی و نازک کاری می‌شود. یکی از عملی‌ترین راه‌های مقابله با این شرایط، پایین آوردن دمای آب یاسنگدانه‌های مخلوط بتن می‌باشد. کندگیر کننده‌ها دمای اولیه‌ی بتن را کاهش نمی‌دهند؛ بلکه در ادامه باعث پایین آمدن دمای بتن می‌شوند. این افزودنی‌ها همچنین نرخ و ظرفیت آب انداختگی در بتن را نیز افزایش می‌دهند.

در کنار افزایش زمان گیرش بتن، از کندگیر کننده‌ها برای کاهش اسلامپ و افزایش کارایی بتن نیز استفاده می‌شود. به طور کلی از کندگیر کننده‌ها برای 1) کنترل تاثیر آب و هوای گرم بر گیرش بتن 2) به تاخیر انداختن گیرش بتن یا ملات در زمانی که بتن‌ریزی با مشکلاتی رو به رو می‌شود؛ 3) به تاخیر انداختن گیرش بتن برای انجام نازک‌کاری استفاده می‌شود.

معمولاً استفاده از کندگیر کننده‌ها در روزهای اولیه (سنِ بین یک تا سه روز) باعث کاهش مقاومت می‌شود. تاثیر این گونه موادها بر دیگر ویژگی‌های بتن مانند جمع شدگی، ممکن است قابل پیش بینی نباشد. در این گونه موارد، بایستی در محیط پروژه، با استفاده از مواد و افزودنی‌های مورد نظر، آزمایش‌هایی را انجام داد تا اطلاعات مورد نیاز به دست بیاید.

افزودنی‌های کنترل کننده‌ی هیدراسیون

افزودنی‌های کنترل کننده‌ی هیدراسیون در اواخر دهه 1980 میلادی معرفی شدند. این مواد از دو بخش شیمیایی تشکیل شده‌اند: 1) قسمتی که فرایند واکنش هیدراسیون مواد سیمانی را به تاخیر می‌اندازد یا به طور کلی متوقف می‌کند؛ 2) قسمتی که فرایند هیدراسیون را از حالت کند شده یا متوقف شده به حالت عادی باز می‌گرداند (فعال کننده). قسمت اول می‌تواند واکنش هیدراسیون را تا 72 ساعت به حالت تعلیق دربیاورد و فعال کننده درست پیش از عملیات بتن‌ریزی به بتن اضافه می‌شود. به طور مثال این افزودنی‌ها به بتن در تراک میکسرها اضافه می‌شود تا در طول حمل و نقل بتن، هیدراسیون صورت نگیرد و بتن سفت نشود. هنگام رسیدن بتن به محل پروژه، فعال کننده به آن اضافه می‌شود تا بتوانند از آن در محل استفاده کنند.

افزودنی‌های مهارکننده‌ی خوردگی

در سازه‌های دریایی و در پل‌هایی که در محیط ساختشان، نمک‌های کلرید وجود دارد، از افزودنی‌های مهارکننده‌ی خوردگی استفاده می‌شود. کلریدها می‌توانند باعث خوردگی فولاد تقویت شده در بتن بشوند. در سطح فولاد تقویت شده در بتن، اکسیژن با آن واکنش داده و اکسیدهای آهن به وجود می‌آیند. اکسیدهای آهن با کلریدها واکنش داده و در ادامه باعث به وجود آمدن خوردگی در فولاد می‌شوند. از افزودنی‌های مهارکننده‌ی خوردگی، برای متوقف ساختن واکنش‌های منجر به خوردگی فولاد تقویت شده استفاده می‌شود.

از معروف‌ترین مهارکننده‌های خوردگی موجود در بازار می‌توان به کلسیم نیتریت، سدیم نیتریت، دی‌متیل اتانولامین، آمین‌ها و فسفات‌ها اشاره کرد. این مواد با غیر فعال ساختن یون‌های کلرید، مانع حمله‌ی یون‌های کلریدی به فولاد و خوردگی آن می‌شوند.

مهارکننده‌های کاتدی هم نوع دیگری از این مواد افزودنی هستند. این نوع مواد در سطح فولاد با کاهش اکسیژن، مانع به وقوع پیوستن واکنش‌های مواد قلیایی و خورده شدن فولاد تقویت شده می‌گردند.

مروری بر استاندارد های افزودنی های بتن

کلینیک بتن ایران :: مقالات علمی بتن

هدف از تدوین این استاندارد مشخصات مصالح...

بتن _ مواد افزودنی شیمیایی ـ روش آزمون سمت اول: بتن و ملات شاهد

1 هدف و دامنه کاربرد

هدف از تدوین این استاندارد مشخصات مصالح، روش ترکیب و اختلاط برای تولید بتن و ملات شاهد جهت آزمون‌های بررسی تاثیر و سازگاری مواد افزودنی مطابق بخش اول میباشد.

2 مراجع الزامی:

مدارک الزامی زیر حاوی مقرراتی است که در متن این استاندارد به آنها ارجاع داده شده است. بدین ترتیب آن مقررات جزئی از این استاندارد محسوب می‌شود. در مورد مراجع دارای تاریخ چاپ و یا تجدیدنظر، اصلاحیه‌ها و تجدیدنظرهای بعدی این مدارک مورد نظر نیست. معهذا بهتر است کاربران ذینفع این استاندارد، امکان کاربرد آخرین اصلاحیه‌ها و تجدیدنظرهای مدارک الزامی زیر را مورد بررسی قرار دهند. در مورد مراجع بدون تاریخ چاپ و یا تجدیدنظر آخرین چاپ و یا تجدید‌نظر آن مدارک الزامی ارجاع داده شده مورد نظر است استفاده از مراجع زیر برای کاربر این استاندارد الزامی است:

2-1) استاندارد ملی ایران به شماره 3203 سال 1371  بتن تازه ـ آزمایش روانی (اسلامپ)

2-2) بتن -  مواد افزودنی شیمیایی ـ ویژگیها

(قسمت اول:تعاریف، الزامات، انطباق، بسته‌بندی ‌وعرضه)

2-3) استاندارد ملی ایران به شماره 1692  سیمان: اندازه گیری عناصراصلی سیمان پرتلند

2-4) استاندارد ملی ایران به شماره 1693 سال 1357  سیمان: اندازه گیری عناصر فرعی سیمان پرتلند

2-5) استاندارد ملی ایران به شماره 1695 سال 1381   سیمان: اندازه گیری اکسید سدیم و اکسید پتاسیم

2-6) استاندارد ملی ایران به شماره 393 سال 1370  سیمان: روش آزمون تاب فشاری و خمش ملات خمیری

2-7) استاندارد ملی ایران به شماره390 سال 1370   سیمان پرتلند: تعیین نرمی

2-8) استاندارد ملی ایران به شماره 391 سال 1370   سیمان پرتلند- تعیین انبساط

2-9) استاندارد ملی ایران به شماره 389 سال 1378  سیمان پرتلند – ویژگیها

2-10) BsEN 480-1:1998Admixtures for  concrete,mortar and  grout-testmethods

Part 1,Reference  concrete  and  reference  mortar  for  testing.

2-11) EN 480-4:1996 Admixtures for concrete, mortar and grout- part4, Determination of bleeding of concrete.

2-12) EN 196-1, Method of testing cement-Part 1: Determination of strength.

2-13) EN 196-2,Methods  of  testing  cement-Part 2:Chemical  analysis of  cement.

2-14) EN 413-2: Masonry cement – Part 2: Test merhods.

2-15) EN V197-1, Cement-composition,specification  and  conformity  criteria-Part 1:common  cement.

2-16) EN 12358: Tesing concrete- Determination of consistency – Flow table test.

3  مصالح

3-1  سیمان : سیمان مصرفی باید سیمان پرتلند مطابق با جدول 1 با C3A بین 7 تا 11 درصد وزنی و سطح ویژه 28000 تا 4000 باشد. برای بررسی اثر مواد افزودنی روی گیرش در حداکثر میزان مصرف توصیه شده در قسمت اول استاندارد، بند 3 جدول 1، می‌توان سه نوع سیمان آمیخته دیگر مطابق بند 3-1-1را انتخاب کرد.

یادآوری: در صورت عدم دستیابی به سیمان فوق، می توان از سیمان پرتلند استاندارد ایران استفاده کرد. بدیهی است ویژگیها باید براساس استاندارد ایران کنترل شود. 

 آزمایشهای شیمیایی و فیزیکی سیمان مطابق  EN196 یا استانداردهای ایران مطابق بند 2-10 تا 2-15 مراجع الزامی می‌باشد.

3-1-1 انواع سیمان

-  سیمان پرتلند

-سیمان پرتلند مخلوط: شامل:سیمان های پرتلند (سرباره ای،میکروسیلیسی،سیمان پرتلند پوزولانی ،خاکستر بادی وآهکی).

- سیمان سرباره ای

- سیمان پوزولانی

الزامات فیزیکی و مکانیکی سیمان مصرفی در جدول 1 ارائه گردیده است.

جدول 1- ویژگیها فیزیکی و مکانیکی سیمان

انبساط

(میلی‌متر)

 
زمان گیرش اولیه (دقیقه)

 
مقاومت فشاری (میلیمتر مربع/نیوتن)
28 روزه
2 روزه
کوچکتر‌یامساوی10
بزرگتریامساوی60
بزرگتریامساوی 5/42 و کوچکتریا مساوی ‌5/62
بزرگتریا‌مساوی10
3-2 سنگدانه

3-2-1 سنگدانه برای بتن : سنگدانه مورد مصرف باید سنگدانه متداول با وزن معمولی (غیر مصنوعی) و جذب آب پایین (کمتر از 2% ) و خشک شده در گرمخانه باشد. دانه‌بندی باید در محدوده تعیین شده در جدول 2 باشد.

 یادآوری 1- محدوده تعیین شده در جدول 2 برای هر دو نوع سنگدانه شکسته و غیر شکسته استفاده میشود.

یادآوری 2- انحراف میزان عبوری از هر الک برای هر دو مخلوط (کنترل و آزمایشی) نباید از 2% ± وزنی بیشتر شود.

جدول2- محدوده دانه‌بندی سنگدانه مورد مصرف در بتن شاهد

درصد عبوری از الک (وزنی)
اندازه الک (میلیمتر)
100
5/37
93 تا 98
25
84 تا 97
19
70 تا 85
5/12
61 تا 77
5/9
44 تا 54
75/4
32 تا 43
36/2
23 تا 33
18/1
13 تا 24
6/0
6 تا 12
3/0
3 تا 5
15/0
3-3 سنگدانه برای ملات شاهد- ماسه مصرفی، ماسه استاندارد طبیعی (غیر مصنوعی) سیلیسی ترجیحاً گردگوشه با مقدار سیلیس حداقل 98 درصد باشد.

دانه‌بندی ماسه باید در محدوده تعیین شده در جدول 3 باشد.

جدول 3- محدوده دانه‌بندی سنگدانه مورد مصرف در ملات شاهد

درصد عبوری از الک (وزنی)
اندازه الک (میلیمتر)
100
36/2
88 تا 98
60/1
72 تا 82
18/1
37 تا 48
6/0
20 تا 30
3/0
8 تا 18
15/0
0 تا 2
075/0
الک کردن ماسه تا زمانی که میزان ماسه عبوری از هر الک کمتر از g/min 5/0 برسد باید ادامه یابد. میزان رطوبت ماسه باید کمتر از 2% وزنی باشد. اندازه‌گیری میزان رطوبت بعد از 2 ساعت خشک شدن ماسه در خشک‌کن با دمای c ْ105 تا cْ 110 باید انجام گیرد.

4 بتن شاهد- برای بررسی عملکرد ماده افزودنی، مقایسه بتن شاهد و بتن حاوی افزودنی، با یک نوع سنگدانه و یک نسبت آب به سیمان باید ساخته شوند. الزامات بتن شاهد مطابق جدول4 می‌باشد.بتن تازه باید کاملاً متراکم شود و میزان هوا در آن از 2% تجاوز نکند.

جدول 4- الزامات بتن شاهد  

روانی (2)

(mm)
اسلامپ (2)

(mm)
مقدار سیمان (4)

(kg/m3)
نوع ماده افزودنی مورد آزمایش
بتن شاهد
 

20± 400
 

10± 70
 

5± 350
کاهنده آب/ روان کننده
 

I
فوق کاهنده آب/ فوق روان کننده
کندگیر کننده
تسریع کننده زمان سخت شدگی
تندگیر کننده
کاهنده جذب آب
20± 450
20± 120
5± 300
نگهدارنده آب (3)
II
10± 350
10± 50
5± 350
حباب هواساز
III
20± 350
10± 30
5± 350
فوق کاهنده آب/ فوق روان کننده
IV
(1)وقتی آزمایش ها در نسبت برابر آب به سیمان انجام می گیرد الزامات روانی فقط برای مخلوط کنترل بکار می‌رود.

(2) یکی از این دو آزمایش می‌تواند انتخاب شود. آزمایش اسلامپ مطابق با بند 2-8 مراجع الزامی و آزمایش روانی مطابق با بند 2-7 مراجع الزامی  انجام گردد.

(3) مقدار آب مطابق استاندارد EN 480-4 ثبت گردد.

(4) فقط برای مخلوط کنترل میباشد: ممکن است مقدار سیمان در مخلوط آزمایشی به دلیل اثرات مواد افزودنی کاهنده آب یا حباب هواساز تغییر ‌کند.

 
4-1 مراحل ساخت بتن شاهد

4- 1- 1 نسبت‌های اختلاط

مقدار سیمان باید مطابق جدول 4  باشد.

سنگدانه باید خشک شده در خشک‌کن باشد در غیر اینصورت باید رطوبت اندازه‌گیری شده و وزنها تصحیح شود.مخلوط آزمایشی نیز باید با همین سنگدانه‌ها ساخته شود و نسبت سیمان هم به اندازه مخلوط کنترل باشد، اما مقدار آب به گونه‌ای تنظیم شود تا اسلامپ یا روانی مطابق جدول 4 باشد. مقدار آب بر اساس مقدار رطوبت سنگدانه و آب اختلاط و مقدار آب مواد افزودنی محاسبه می‌شود.در صورتی که مواد افزودنی روان کننده یا فوق روان کننده و یامواد افزودنی کاهنده جذب آب در نسبت آب به سیمان برابر در بتن استفاده شوند مقدار آب کاهش نمی‌یابد.

4- 1- 2 روش اختلاط

برای اختلاط مصالح باید موارد زیر رعایت شود و اختلاط مطابق با دستور زیر انجام گردد:

- قبل از اختلاط‌ دمای مصالح باید cْ 2 ± 20 باشد([1]). بلافاصله بعد از اختلاط دمای بتن تازه

 cْ 2 ± 20 باشد.(1)

- تیغه مخلوط کن باید نیروی لازم برای مخلوط کردن مصالح از ظرفیت حداقل 50درصد تا حداکثر 90درصد مخلوط کن را داشته باشد.

- ظرف مخلوط کن با پارچه خیس مرطوب شود.

ابتدا تمام سنگدانه و نیمی از آب اختلاط در مخلوط‌کن ریخته ‌شود. پس از 2 دقیقه اختلاط و 2 دقیقه انتظار برای جذب آب، (ضمن پوشش دستگاه مخلوط‌کن برای جلوگیری از تبخیر آب)، سیمان در فاصله زمانی 30 ثانیه و بقیه آب اختلاط نیز در طی 30 ثانیه بعدی افزوده ‌گردد و سپس بتن به مدت 2 دقیقه دیگر مخلوط ‌شود.

در صورتی که ماده افزودنی پودری باشد باید به مصالح خشک بتن اضافه شود مگر تولید کننده روش دیگری را مشخص کرده باشد.آزمایش کارآیی تا حدود 5 دقیقه بعد از کامل شدن عمل اختلاط باید انجام شود.اگر کارآیی خارج از محدوده جدول 4 بود، (بجز مخلوط‌های آزمایشی با نسبت آب به سیمان برابر)، مخلوط مردود میباشد وباید مراحل اختلاط با مقدار آب اصلاح شده تکرار شود.اندازه‌گیری مقدار هوا و ساخت نمونه‌ها تا 30 دقیقه بعد از اختلاط باید انجام شود.

5  ملات شاهد

5-1  مراحل ساخت ملات شاهد

5-1-1  نسبت های اختلاط

نسبت های اختلاط باید بصورت، یک قسمت وزنی سیمان، سه قسمت وزنی ماسه استاندارد مطابق بند 3-3 ، یک دوم قسمت وزنی آب باشد. میزان آب مخلوط آزمایشی باید به گونه ای تنظیم شود که روانی آن برابر روانی مخلوط کنترل باشد، بجز زمانی که ماده افزودنی کاهنده جذب آب با نسبت آب به سیمان برابر مورد آزمایش قرار گرفته است.

5-1-2 روش اختلاط

الزامات و درجه حرارت باید مطابق بند 4-1-2 باشد.

ابتدا ماسه و سیمان به مدت30 ثانیه با سرعت پایین، مطابق جدول 5، مخلوط شوند. در30 ثانیه بعدی همه آب ( باضافه ماده افزودنی در مخلوط آزمایشی ) اضافه شوند. در صورتی که ماده افزودنی پودری و غیر قابل حل باشد به مصالح خشک اضافه گردند مگرتولید کننده روش دیگری را مشخص کرده باشد.عمل اختلاط به مدت60 ثانیه باسرعت پایین ادامه یابد، سپس عمل اختلاط متوقف شود و مصالح مخلوط نشده از لبه‌های تیغه و ته ظرف جدا شوند این عمل باید در مدت30 ثانیه انجام شود. دوباره مخلوط کن روشن شود و اختلاط به مدت60 ثانیه با سرعت بالا، مطابق جدول 5 ، ادامه یابد. اختلاط باید در3 دقیقه و 30 ثانیه تکمیل شود.

جدول 5- سرعت تیغه مخلوط کن

انتقالی

دقیقه/دور
چرخشی

دقیقه/دور
 
5  ±62
5 ±140
سرعت پایین
10  ±125
10 ±285
سرعت بالا
اندازه گیری روانی ملات مطابق بند 2-5 مراجع الزامی بصورت میز روانی یا کارآیی تا حدود 5 دقیقه بعد از پایان اختلاط انجام گردد.اگر روانی مخلوط آزمایشی ( بجز در مخلوط هایی که نسبت آب به سیمان یکسان در نظر گرفته شده است ) بیش از 5% با مخلوط کنترل تفاوت داشت ، مخلوط مردود میباشد و باید با اصلاح میزان آب مخلوط تکرار گردد.

اگر روانی توسط آزمون کارآیی اندازه گیری شود، در صورتی که مخلوط آزمایشی ویژگیهای زیر را بطورکامل برآورده نکند مردود میباشد.

 s 10               s  1 ± = t

s  30 ≤ تا 10 =       s  2 ± = t

 S 30                08/0 ± = t

= کارآیی مخلوط کنترل

 t= کارآیی مخلوط آزمایشی

6 گزارش آزمون

گزارش آزمون باید حاوی اطلاعات زیر در مورد بتن شاهد و یا ملات شاهد باشد.

6-1  برای بتن آزمایشی و کنترل:

6-1-1  سنگدانه

·منبع
·شکسته یا غیر شکسته
        ·نوع

        ·دانه بندی

6-1-2 سیمان

·نام کارخانه تولید کننده
·نتایج تجزیه شیمیایی
·مقدار C3A
·سطح ویژه
·نتایج روانی
·نتایج میزان هوا
·دمای بتن تازه
6-2 برای ملات آزمایشی و کنترل:

· نوع سیمان
·نام کارخانه تولید کننده
·انواع سیمان مصرفی
·رده مقاومت
·نتایج روانی
·دمای ملات تازه
 

افزودنی های بتن

از مواد افزودنی کاهنده‌ی آب برای کاهش مقدار آب مورد نیاز در مخلوط بتن برای رسیدن به اسلامپ مورد نظر، کاهش نسبت آب به سیمان، کاهش حجم سیمان یا افزایش اسلاماپ بتن استفاده می‌شود. کاهنده‌های آب معمولاً بین 5 تا 10 درصد از حجم آب در بتن را کاهش می‌دهند. اضافه کردن افزودنی کاهنده‌ی آب بدون کاهش مقدار آب در آن می‌تواند بتنی با اسلامپ بیشتر تولید کند. هر چند نرخ کاهش اسلامپ تغییری نمی‌کند و در برخی موارد حتی افزایش نیز می‌یابد (نمودار پایین). کم شدن اسلامپ بتن در زمان کوتاه، باعث کم شدن کارایی بتن و کاهش فرصت برایبتن‌ریزی می‌شود.

در این نمودار نرخ کاهش اسلامپ در سه بتن مختلف نمایش داده شده. همان طور که مشاهده می‌کنید، اضافه کردن کاهنده‌ی آب باعث کاهش نرخ کم شدن اسلامپ نمی‌شود و حتی شیب آن را بیشتر نیز می‌کند. نمودار افقی نشان‌دهنده‌ی زمان با واحد دقیقه و نمودار عمودی نشان‌دهنده‌ی مقدار اسلامپ به میلی‌متر می‌باشد.

افزودنی‌های کاهنده‌ی آب، به دلیل آن که نسبت آب به سیمان را در بتن افزایش می‌دهند، باعث بالا رفتن مقاومت بتن می‌شوند. برای بتن‌های مختلف در شرایط مشابه، مقاومت بیست و هشت روزه‌ی بتنی که در آن از کاهنده‌ی آب استفاده شده، بین ده تا بیست و پنج درصد افزایش داشته است. با وجود این که این نوع افزودنی‌ها، باعث کاهش آب در بتن می‌شوند و تصور عمومی این چنین است که باید جمع شدگی را نیز کاهش دهند، اما مشاهدات و تحقیقات نشان داده که مقدار جمع شدگی به دلیل تبخیر را بیشتر نیز می‌کنند. هر چند معمولاً نقش کاهنده‌های آب در مقایسه با دیگر عوامل ایجاد جمع شدگی در بتن، خیلی کمتر است. استفاده از کاهنده‌ی آب برای کاهش مقدار سیمان و آب درمخلوط بتن، با ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان، در مقاومت فشاری بتن تغییری ایجاد نمی‌کند یا آن را کاهش می‌دهد؛ همچنین می‌تواند باعث کاهش نرخ اسلامپ نیز شود.

افزودنی‌های کاهنده‌ی آب بر پایه‌ی مواد شیمیایی استفاده شده در تولیدشان، می‌توانند باعث کاهش، افزایش یا عدم تغییر مقدار آب انداختگی بتن شوند. کاهش آب انداختگی در سطوح صافی که شرایط خشک شدن سریع را دارند، مشکلاتی ایجاد می‌کند. از کاهنده‌های آب می‌توان برای ایجاد تغییرات در زمان گیرش استفاده کرد؛ البته در صورت عدم نیاز به تغییر زمان گیرش، کاهنده‌هایی نیز وجود دارند که در زمان گیرش تغییر چندانی ایجاد نمی‌کنند.

کاهنده‌های نوع A تاثیر کمی بر روی زمان گیرش دارند، در حالی که کاهنده‌های نوع D زمان گیرش را عقب می‌اندازند. کاهنده‌ی نوع E نیز به گیرش بتن سرعت می‌بخشد. کاهنده‌ی نوع D، زمان گیرش را بین یک تا سه ساعت عقب می‌اندازد. برخی از مواد کاهنده‌ی آب، می‌توانند در بتن هوازایی کنند. افزودنی‌های لینگین، مقدار هوای موجود در بتنرا بین 1 تا 2 درصد افزایش می‌دهد. همچنین بتن‌هایی که در آن‌ها از افزودنی‌های کاهنده‌ی آب استفاده شده، احتباس هوای بهتری دارند.

تاثیر افزودنی‌های کاهنده‌ی آب بر روی عملکرد بتن به عواملی همچون ترکیب شیمیایی‌شان، دمای بتن، ترکیب سیمان و مرغوبیت آن، مقدار و حجم سیمان و وجود دیگر افزودنی‌ها بستگی دارد.