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.
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.