نیازمندی های عمومی جهت ترمیم بتن

عبارت «ترمیم بتن» به معنای هر گونه جایگزینی، تغییر و بهبود بتن یا سطح بتن بعد از عمل‌آوری اولیه است. در واقعترمیم بتن یکی از مراحل «نگهداری بتن» است.

از نظر تاریخی، ترمیم بتن بیش‌تر از آن که به عنوان یک مبحث علمی شناخته شود، شاخه‌ای از هنر بوده است. آموزش‌های خاص برای ترمیم بتن بسیار محدود بوده یا اصلا وجود نداشته و بیشتر دانشی که در اختیار بشر بوده، از طریق سال‌ها تجربه به دست می‌آمده. امروزه هم این علم هم‌چنان در حال پیشرفت است. (Vision 2020, 2006).

حالا که از ترمیم بتن سخن می‌گوییم، بد نیست اشاره کنیم که ترمیم بتن همیشه هم جواب نمی‌دهد. متاسفانه تعداد دفعاتی که ترمیم بتن با شکست مواجه می‌شود کم نیستند. (Goodwin, 2008); بنابراین، پیش از این که عملیات ترمیم آغاز شود، پروسه، روش و مواد مورد استفاده در اجرای عملیات باید مورد تایید شخص یا اشخاص با صلاحیت قرار گیرد. فهم تمامی مسائل مربوط به هم‌زیستی مواد، تاثیر شرایط محیطی و شیوه‌ی استفاده از سازه‌ی ترمیم شده از عناصر مهم و حیاتی ترمیم بتن است. (Vaysburd et al., 2014) (Vaysburd et al., 2015)

با گذشت زمان و گسترش صنعت، هر روز بیش از پیش مواد و محصولات بسته‌بندی شده، مخصوص ترمیم بتن در بازار دیده می‌شود. انتخاب از بین این محصولات معمولاً سخت است، زیرا اطلاعات مورد نیاز درباره‌ی آن‌ها به خوبی ارائه نمی‌شود. تولیدکنندگان این مواد اطلاعات کاملی ارائه نمی‌دهند یا اگر هم ارائه کنند؛ به دلیل تفاوت در شرایط آزمایشی هر کدام، نمی‌توان مقایسه‌ای بین آن‌ها انجام داد. به همین دلیل، بسیار مهم است موادی را انتخاب کنیم که بر مبنای پروتکل‌های ACI یا موسسه بین‌المللی ترمیم بتن (ICRI) آزمایش شده باشند. (ACI 364.3R, 2009) (ICRI320.3R, 2012).

نیاز برای ترمیم بتن، می‌تواند شامل کوچک‌ترین نقص‌ها مانند جای سوراخ پیچ بر روی بتن یا تاثیر آب و هوا بر روی آن تا خسارت‌های جدی هم‌چون واکنش‌های شیمیایی و فیزیکی شود. در ابتدا شاید پروسه‌ی ترمیم بسیار مفصل‌تر از آن چه ضروری است به نظر بیاید، اما تجربه نشان داده که کوچک‌ترین تغییر یا حذف یک مرحله از این پروسه، می‌تواند کل عملیات ترمیم را به خطر بیندازد. کمبود مهارت، ضعف در اجرای عملیات و استفاده نکردن از مواد مرغوب، می‌تواند عملیات ترمیم را با شکست مواجه کند.

1) مهارت:

مهارت تکنسین‌هایی که عملیات ترمیم را انجام می‌دهند، برای موفقیت پروژه حیاتی است. زیرا بیش‌تر کارهای مربوط به ترمیم بتن به صورت دستی انجام می‌شود.

2) روش‌ها (پروسه‌ها)

ترمیم بتن تنها در صورتی به صورت موفقیت‌آمیز جواب می‌دهد که تمام مراحل و روش‌ها به دقت انتخاب و انجام شود. انتخاب اشتباه یا غیر موثر به همراه نبودِ مهارت، موجب پایین آمدن کیفیت ترمیم می‌شود.

عملیات ترمیم بایستی به محض این که خرابی دیده شد، آغاز شود. به خصوص در مورد بتنی که تازه عمل‌آوری شده، این مسئله حیاتی تر است؛‌ زیرا هر چه زودتر عملیات ترمیم بر روی بتن جدید انجام شود، تاثیر و دوام آن بیشتر خواهد بود.

3) مواد

مواد مورد استفاده در ترمیم بتن، باید دارای بالاترین حد کیفیت و پاسخگوی نیازهای ما در این عملیات باشند. هم‌چنین اطلاعات مربوط به آزمایش‌هایی که با این مواد صورت گرفته، باید توسط تولیدکننده‌ی آن در اختیار مصرف‌کننده قرار بگیرد.

اهمیت نگهداری و ترمیم بتن

احتمالاً تصور عمومی از بتن، ماده‌ای باشد که به نگهداری خاصی احتیاج ندارد. بتن‌های مدرن،‌ بسیار با دوام هستند و اگر بتن‌ ریزی به صورت صحیح و اصولی انجام گرفته باشد، تا مدت بسیار زیادی به عملیات ترمیم و نگهداری احتیاج ندارند.

متاسفانه، دفعاتی که بتن به نگهداری و ترمیم برای پایان نیافتن عمرش احتیاج دارد، کم نیستند. بسیاری از سازه‌های بتنی بیش از پنجاه سال عمر دارند. طبیعتاً در آن زمان بتن‌های امروزی وجود نداشته‌اند و از بتن با فناوری همان زمان در آن سازه‌ها استفاده شده است. حالا هم پنجاه سال مورد استفاده قرار گرفته‌اند و به احتمال خیلی زیاد، باید اقداماتی در جهت پایدار کردن و بهبود اوضاع بتن صورت گیرد.

اگر در قبال سازه‌های بتنی، کاری در جهت نگهداری و بهبود کیفیتشان صورت نگیرد؛ خسارتی به مراتب بیش‌تر به سازه‌ها وارد می‌شود و بتن به جایی می‌رسد که دیگر قابل ترمیم نیست و باید جایگزین شود. بدیهی است که هزینه‌ی ترمیم از جایگزینی کم‌تر است.

در تصویر بالا، سازه‌ای مشاهده می‌شود که نگهداری مناسبی از آن صورت نگرفته و به دلیل نفوذ آب و یخ‌زدگی، به این شکل در آمده است. نفوذ و یخ زدن آب در بتن، باعث ترک‌خوردگی و شکست آن می‌شود، زیرا آب در هنگام منجمد شدن، بر خلاف دیگر مایعات، حجمش افزایش می‌یابد. این سازه دیگر قابل ترمیم نیست و باید با هزینه‌ی بسیار زیادی تعویض شود؛ در صورتی که عملیات ترمیم می‌توانست با هزینه‌ی بسیار کم‌تری صورت بگیرد.

یک برنامه‌ی نگهداشت مناسب، دارای مراحل مختلفی است که از قبل مشخص شده است: نواحی مشکوک به آسیب‌دیدگی بایستی شناسایی و ثبت شوند. یادداشت‌ها و عکس‌ها از تحقیقات محلی باید جمع‌آوری شده تا در مراحل بعدی از آن‌ها استفاده شود. هم‌چنین روش‌های جدید از جمله تولید یک نمونه‌ی سه‌بعدی کامپیوتری از سازه، کمک زیادی به پیش‌بُرد پروژه می‌کند.

بسیاری از برنامه‌های نگهداری از سازه، شامل تغییرات در شرایط موجود بر روی سازه می‌باشد. به طور مثال سازه‌هایی که تحت تاثیر موادی نظیر آب، کلریدها، دی‌اکسید کربن، سولفات‌ها و دیگر مواد معدنی هستند، پایداری مشخصی نسبت به آن‌ها دارند و اگر مقدار مواد از آن نقطه‌ی مشخص عبور کند، سازه دچار مشکل می‌شود.

در تصویر بالا، سازه‌ی بتنی‌ای را می‌بینیم که به راحتی می‌توانست با از بین بردن منبع رطوبت و آب، جلوی خرابی آن گرفته شود.

نوع دیگری از خرابی بتن، شامل بتن‌هایی می‌باشد که تحت اثر آب جاری هستند. ابتدایی‌ترین اقدام برای حفظ این نوع سازه‌ها، ترمیم تخلخل و نواحی ترک‌خورده است؛ پیش از آن که خسارت بیش‌تر شود. طبیعتاً هیچ ماده‌ای در برابر ترک خوردن مقاوم نیست؛ پس بهترین اقدام عملی در جهت حفظ بتن، بهبود شرایط به نحوی است که آب جاری تخلخل ایجاد نکند.

یک نوع دیگر از خسارتی که آب جاری به بتن می‌زند، فرسایش است. آب جاری به مرور باعث فرسایش بتن و ایجاد تخلخل در آن می‌شود. آب‌های جاری که با سرعت زیادی در جریان‌اند، قابلیت حمل ریزدانه‌ها و درشت‌دانه‌ها را دارند و برخورد مداوم آن‌ها با بتن، موجب خرابی بتن می‌شود.

به طور کلی نگهداری مناسب، به معنای تغییر شرایط در جهت کاهش خرابی و تضعیف بتن است. این تغییرات می‌تواند در خود بتن یا محیط اطراف آن رخ دهد.

راهبردهای ترمیم ستون های بتنی

روند ترمیم برای ستون های بتنی باید با در نظر گرفتن بارهای فشاری روی ستون های ترمیم شده باشد. ستون های سازه ای ، طبیعتاً به دلیل حمل بارهای قائم و برخی بارهای جانبی و لنگر ناشی از آن بارها طراحی شده اند. البته وزن بار مرده سازه به علاوه بارهای زنده نیز باید کنترل شوند.

طبقه بندی ترمیم ستون های بتنی

ترمیم ستون های بتنی معمولاً در داخل دو طبقه بندی قرار می گیرد: ترمیم های سطحی یا ظاهری که به دلیل ترمیم سطح قسمت های خراب شده مشخص شده اند یا ترمیم های سازه ای که بهبود یا مهیا کردن مجدد ظرفیت حمل بار ستون را میسر می کنند.

وقتی ستون های بتنی نیاز به ترمیم ناشی از خرابی سطح دارند، بارهای فضاری در مقاطع ستون که مختل نشده است، دوباره پخش می شوند. اگر خرابی موثری مقطع را کاهش نداده باشد، فرایند ترمیم بتن متداول می تواند به طور موفقیت آمیزی آسیب را مشخص و برطرف کند.

وقتی خرابی ستون ها قابل توجه است، عدم بارگذاری ستون تا زمان کامل شدن ترمیم بتن نیاز است و باید کل مقطع ستون، قابلیت حمل بار را مجدداً داشته باشد. اگر برداشتن بار از ستون ناممکن باشد، می توان از سیستم های مکمل و یا یک روش جایگزین (مدنظر) جهت حمایت از پیوستگی با ترمیم ستون موجود بهره گرفت.

 راهبردهای ترمیم ستون

راهبردهای ترمیم ستون باتوجه به شرایط مختلف متفاوت است و شامل موارد زیر می شود :

پوشش دادن یا بزرگ کردن مقطع ستون
حفاظت کاتدی به منظور توقف خوردگی فولاد مسلح کننده
قلیایی کردن میلگردهای فولادی به منظور توقف خوردگی
کم کردن کلراید به منظور به تعویق انداختن خوردگی
استفاده از فولاد صفحه فولادی، کربنی، الیاف شیشه ای
اضافه کردن بست های برشی به منظور افزایش ظرفیت برشی طبقه های میانی
بستن صفحات فلزی به منظور اضافه کردن ظرفیت خمشی
ستون های مکمل
کاربرد سیستم های حفاظتی به منظور جلوگیری از خوردگی در آینده

بتن ریزی و پرداخت بتن

مخلوط کردن ، انتقال و حمل بتن باید بدقت و هماهنگ با عملیات بتن ریزی و پرداخت انجام شود و باید در نظر داشت استفاده از افزودنی های بتن نقش مهمی در ساختار سازه ما دارند استفاده از ژل میکروسیلیس و افزودنی های فوق روان کننده یا ابر روان کننده های کربکسیلاتی و نفتالینی خواهند داشت تا ما بعدا دچار مشکل نشویم که بخواهیم از ترمیم کننده های بتن در پرداخت بتن استفاده کنیم ، باید در نظر داشت که بتن را باید به سرعتی مستقر نمود که بتن پخش کرد ، اضافه ها را برداشت ، یکپارچه نمود و به حالت شناور به حرکت در آورد . بتن را باید تا حد ممکن و بطور مستقر در نزدیکی محل نهایی ریخت. در حالت ساخت قالب یک تخته ، باید از یک گوشه و در امتداد پیرامون قطعه ، بتن ریزی را آغاز نمود و پر بار، مقابل بار بتن قبلی ، ریخته شود . بتن را نباید به شکل توده های مجزا ریخت و سپس هموار نمود و نیز نباید پربار یک توده بزرگ را یکجا ریخت و سپس آنرا به صورت حرکت افقی به نقطه مورد نظر و نهایی منتقل نمود.

یکپارچه سازی

در برخی ساختمان سازی ها ، بتن را درون فرم یا قالب می ریزد و سپس آنرا یکپارچه می کند. با یکپارچه سازی ،بتن تازه به شکل و فرم قالب در می آید و اطراف آنرا مسلح می کنند و بسته ها سنگی ، اشکال نشانه عسلی و فضا های هوایی محبوس را حذف و ترمیم می کنند. بخشی از هوای محبوس ، عمدی است و نباید حد قابل توجهی از آن از بین برود . ارتغاش دادن، روش بسیار متداول برای یک کاسه کردن بتن است و به دو صورت از داخل یا از خارج انجام می شود. بتن هنگام ارتعاش ، اصطکاک داخلیش در بین ذرات شن و ماسه و به طور موقتی از بین می رود و به شکل مایع عمل می نماید ودر اثر نیروی گرانیش در داخل قالب مس نشینند و هوای محبوس درون فضای خالی به راحتی به سطح بتن بالا می آید. اصطکاک داخلی به محض توفقف ارتعاش مجددا بر قرارمی گردد.

پرداخت

بتنی که در برابر چشم قرار خواهد گرفت باید به چندین شکل پرداخت شود از جمله بتن یک تخته که در ساخت جاده ،بزرگراه یا حیاط مسطح کنار حانه بکار می رود.

انواع پرداخت با رنگها و بافتهای ممتنوع دیده می شود از جمله شن و ماسه برجسته و بیرون از بتن و یا سطوح منقوش دربعضی از سطوح فقط همواره سازی انجام می شود، پستی و بلندیها را می گیرد و در بعضی از موارد دیگر عمل جارو کردن ، قوطه دادن یا بیلچه زدن به طرز خاصی انجام می شود. هموار کردن در عملیات تهیه بتن یک تختهیعنی برش دادن قسمتهای اضافی بتن تا سطح بتن به گیرش معینی برسد با یک حرکت اره ای در امتداد و لبه بتن بطورمستقیم حرکت می کنند و پر بار مسافت کمی به جلو می روند. نقاط پست و بلند از بین می رود و بلافاضله بعد از این عمل ، ذرات دانه درشت شن و ماسه کار گذاشته می شود. مثل این است که لبه تخته بتن را در یک امتدا و مستقیم و از طول بکشند. درزهای نامشهود و اتفاقی را باید بهم پیوند داد تا محو شوند. با شیار کن دستی یا با فروبردن قطعات پلاستیکی ، چوپی ، فلزی ، فاصله های مفصل را بهم متراکم می کنند یا ماده اتصال را به بتن در حالتی که هنوز سفت نشد.

اضافه می نمایند. مفصل های دندانه اره ای وقتی است که بتن به حد کافی سفت شده یا به حد کافی قوی است تا از بازشدگی جلوگیری می کند. بعد از مفصل بندی بتن ، باید با استفاده از ابزار چوپی یا فلزی عمل غوطه دادن را انجام داد یا از ماشین پرداخت استفاده . نمود . این ماشین تیغه هایی برای غوطه دادن دارد. در نتیجه ذرات شن و ماسه به زیر سطح بتن اضافه می شود. و عیب و ایرادهای جزئی، فضاهای خالی و نقاط قلمبه شده را از بین می رود و تمام سطوح ملاط آماده عملیات بعدی پرداخت می گردد. در صورت تمایل به ایجاد یک سطح هموار ، سخت و مزاکه ، بعد از عوطه دادن باید با بیلچه فولادی ، بیلچه زنی کرد. بیلچه زنی تنها بعد از انجام پرداخت کافی نیست . یک سطح ضد لغزش باید به صورت جارویی کردن پرداخت شود. پیش از آنکه بتن کاملا سفت شده باشد اما بقدر کافی هم باید سفت باشد تا آثار و رد جاروب باقی بماند.

اصول بتن = افزودنی های شیمیائی

افزودنی های شیمائی از جمله ترکیبات داخل بتن غیر از سیمان پرتلند، آب و شن ماسه هستند که بعد از محل مخلوط کردن این مواد یا در حین این عمل ، به مخلوط اضافه می شوند اصولا منظور از استفاده از این افزودنی های این است که هزینه ساخت بتن کم شود، کیفیت سنتی بتن بهتر شود، کیفیت بتن موقع مخلوط کردن، حمل و نقل،بتن ریزی و نرمیم بهتر شود و بر برخی حوادث اضطراری حین عملیات بتن ریزی غلبه گردد.موفقیت در اضافه کردن مواد افزودنی مستلزم کاربرد روش های مناسب و درست در مجموعه عملیات بتن ریزی است. اکثرا مواد افزودنی به فرم مایع آماده به کار است و در محل کارگاه یا در محل ریختن بتن، به بتن اضافه می شوند. برخی مواد افزودنی مثل رنگدانه ها، مواد گرانقیمت و مواد کمکی برای پمپاژ فقط به مقدار بسیار بسیار کم معمولا به صورت دستی و با ظروف سنجش شده بکار می روند. میزان تاثیر یک ماده افزودنی به چندین فاکتور بستگی دارد از جمله : نوع و مقدار سیمان، ترکیب آب، مدت زمان مخلوط کردن ، سفت و شل بودن بتن و دمای بتن ودمای هواوافزودنی رسید/برای این کاربایدازانواع سیمان استفاده کرد یا درجه شن وماسه را تعییر داد.

5 نوع کاربرد

افزودنی ها را بر اساس نوع کاربرد تقسیم می کنند. 5 طبقه مواد افزودنی شیمیایی مشخص شده است: محبوس کننده هوا، کاهش دهنده آب ، تاخیر دهنده ، شتاب دهنده، مواد شکل دهندن ( فوق شکل دهنده ها ) بقیه مواد افزودنی در طبقه خاصی جای می گیرند و کارهای خاصی انجام می دهند: جلوگیری از خوردگی، کاهش چروکیدگی، کاهش فعل و انفعال قلیا ـ سلیکا ، تقویت کاربری ، پیوند شیمیایی، ضد رطوبت ور نگ دادن ، مواد افزودنی محبوس کنند. هوا که بطورعمدی برای قرار دادنحباب هوا در بتن استفاده می شوند، در بحث « بتن دارای هوا محبوس » به طور کامل بررسی گردیده اند. مواد افزودنی کاهش دهنده آب معمولا حدوده تا 10 درصد از ترکیب آب بتن را کم می کنند. این نوع بتن به آب کمتری نیاز دار تا به حد سفتی لازم برسد. نسبت آب و سیمان در این بتن کمتر است. در نتیجه استقامت بتن بدون اضافه کردن بتن، بالاتر می رود. پیشرفت های جدید در تکنولوژی اضافه کردن مواد افزودنی موجب گردیده ، طیف متوسطی از کاهش دهنده های آب تهیه گردد- این مواد حدود 8 درصد از آب بتن را کم می کنند و در دماهای مختلف استقامت و دوام بیشتری دارند. مواد کاهش دهنده آب در طیف متوسط، نسبت به انواع استاندارد ، تنظیم زمانی دقیقتری دارند.

مواد افزودنی تاثیر دهنده که سفت شدن بتن را کندتر می سازد، برای مقابله با اثر تشدیدی آب و هوای داغ بر سفت شدن بتن استفاده می شوند. دمای زیاد موجب افزایش سرعت سفت شدن بتن می شود، در نتیجه کار پرداخت بتن دشوار می گردد. مواد تاخیر دهنده موجب سهولت عملیات استقرار بتن می شوند و سفتی اولیه بتن را به تاخیر می اندازند. اکثر آنها عمل کاهش دادن آب را نیز انجام می دهند و ممکن است هوا را نیز در بتن محبوس کنند. مواد افزودنی شتاب دهنده، سرعت افزایشاستحکام اولیه بتن محبوس کنند. مواد افزودنی شتاب دهنده، سرعت افزایش استحکام اولیه بتن را بالا می برند و از زمان لازم برای ترمیم و حفاظت از بتن می کاهند و عملیات پرداخت را سرعت می بخشند. مواد افزودنی شتاب دهنده از لحاظ اصلاح خصوصیات بتن از آب و هوای سرد، اهمیت خاصی دارند. سوپر شکل دهنده ها نیز در حد زیاد کاهش دهنده آب و شکل دهنده بتن هستند ( HRW R ) و 12 تا 30 درجه آب از داخل بتن کم می کنند . و بهنسبت نوع ماده و مقدار مصرف فرق می کند ودر نتیجه کار ایی بتن به سرعت از دست می رود و در سفتی بتن تاثیر می گذارد. این مواد معمولا در محل استفاده بتن، به بتن اضافه می شوند ، مواد افزودنی ضد خوردگی،در گرد. خاص خود قرار دارند. و برای کند کردن خوردگی فلز درون بتن بکار می روند.

مواد ضد خوردگی یک استراژی دفاعی برای ساختار های بتنی است از جمله در امکانات دریائی ، پل ، بزرگراه و محل توقف اتومبیل ها که با کلراید غلظت بالا مواجه هستند. سایر مواد افزودنی خاص عبارتند از : مواد کاهش دهنده چروک و مواد ضد فعل و انفعال قلیا با سلیکا……. مواد کاهش دهنده چرو کیدگی برای کنترل خشک شدن و به حداقل رساندن تشکیل ترک و ارز استفاده می شوند ولی مواد ضد ASR برای کنترل مسایل پایدار مربوط به فعل و انفعال قلیا ، سلیکا بکار می روند.

اصول بتن = شن و ماسه

مواد شن و ماسه ، مواد دانه ای و بی حرکتی هستند از جمله ماسه ، گراویه یا سنگ خرد شده که در کنار آب و سیمان پرتلند، از ترکیبات اساسی بتن محسوب می شوند . برای تهیه یک ترکیب خوب از بتن باید شن ماسه، تمیز ، سفت، خوی و عادی از مواد شیمیایی جذبی یا خاک رس و سایر ذرات ریز که موجب خرابی بتن می شوند، باشد. مواد شن و ماسه 60 تا 75 درصد مجموع حجم بتن را تشکیل می دهند و به دو نوع دانه درشت و دانه ریز تقسیم می گردند. مواد شن و ماسه دانه ریز معمولا شامل شن طبیعی یا خرده سنگ هستند به صورتی از سرند 5/9 تا 5/37 میلیمترقطر دارند. اکثر مواد شن و ماسه درشت دانه از نوع گراویه است که در بین بتن همراه با خرده سنگ بخش اعظم باقیمانده را می سازند ، گراویه و ماسه طبیعی معمولا با کندن زمین چک چاله، رودخانه، دریاچه یا بشر دریا تهیه می شوند. مواد خرد شده از شکستن و خرد کردن سنگ، و قلوه سنگ یا گراویه سایز بزرگ تهیه می شوند. بتن کهنه یک منبع برای تهیه مواد شن و ماسه است و در زیر پایه ها گرانولی به طرز رضایت بخشی بکار رفته است هم چنین در سیمان کاری روی خاک و در بتن جدید کاربرد دارد. تهیه مواد شن و ماسه شامل خرد کردن ، سرند کردن و شستن تا حد درجه و تمیزی معین است. در صورت لزوم ، برای ارتقا درجه کیفی شن و ماسه می توان از روش های جدا سازی با وسیله سنگین یا حرکت دادن استفاده کرد.

مقدمه ای بر رفتار های بتن های معمولی و خود متراکم

مقدمه ای بر رفتار های بتن های معمولی و بتن خود متراکم

بتن پر مصرف‌ترین مصالح ساختمانی است. در سال 1992 میلادی تنها در آمریکا 63 میلیون تن سیمان پرتلند به 500 میلیون تن بتن تبدیل شده است که این از نظر وزنی پنج برابر مصرف فولاد، در مدت مشابه بوده است. در بیشتر کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته است. کل بتنی که در سال 91 میلادی در جهان مصرف شده است بالغ بر 3 میلیارد تن یعنی در زمان خود تقریباً یک تن به ازای هر نفر در جهان تخمین زده می شود. تنها ماده ای که بشر به این میزان مصرف می‌کند، آب است.

میزان مصرف امروز بتن در جهان بیش از 5/5 میلیون تن در سال است. بتن، چه از نظر مقاومت و چه از نظر طاقت، قابل مقایسه با فولاد نیست، اما با این حال بتن پر مصرف ترین مصالح مهندسی است. دلایل متعددی را برای این موضوع می توان ذکر نمود. مقاومت بالای بتن در مقابل آب، بر خلاف بسیاری از مصالح دیگر، از آن ماده ای مناسب برای کنترل و ذخیره کردن و حمل و انتقال آب ساخته است. از دلایل دیگر کاربرد گسترده بتن، شکل پذیری عالی آن است. بتن می‌تواند با استفاده از قالب مناسب، به شکل مورد نظر در‌ آمده، برای ساخت اجزای مختلف سازه به کار رود. علت این امر خاصیت شکل پذیری بتن تازه است که به راحتی به درون قالب‌ها با شکل‌های مختلف ریخته می‌شود. پس از چند ساعت قابل باز شده و در جایی دیگر مصرف می‌شود و بتن به شکل مورد نظر، و به صورت جسم سخت شده و مقام در می آید.

از دلایل دیگر کاربرد وسیع بتن در ساختمان و سازه‌های مختلف، سهولت دسترسی و ارزانی نسبی این مصالح است. مصالح اصلی تشکیل دهنده بتن، یعنی سیمان پرتلندو سنگدانه، امروزه تقریبا در همه جا در دسترس است و نسبتاً ارزان محسوب می‌شود. به علاوه در مقایسه با بسیاری از مصالح ساختمانی، تولید بتن نیاز به انرژی اولیه کمتری دارد، زیرا مقادیر زیادی از مواد زائد و ضایعات صنعتی می‌توانند مجددا به عنوان مواد سیمانی یا سنگدانه در ساخت بتن مصرف شوند. بتن می تواند برای تحمل بارها، محصور کردن فضاها، پوشش سطوح و پر کردن حجم‌ها در عموم سازه‌ها به کار رود. به نظر می‌آید کاربرد بتن به عنوان یک مصالح ساختمانی در آینده گسترش بیشتری داشته باشد.

در عین حال استفاده مناسب از بتن مستلزم آگاهی از مشخصات مواد، واکنش‌های بین تشکیل‌دهنده ها، رعایت نکات فنی مختلف در طرح اختلاط مواد و اجرا می‌باشد، تا ماده ای با مشخصات فنی مورد نظر، با مقاومت، دوام و عملکرد مناسب به دست آید. به این منظور یکی از مواردی که در سازه های بتنی در بیشتر اوقت نیاز است، لرزاندن بتن با روش های مختلف است، تا با کاهش تخلخل و هوای درون بتن، مقاومت لازم به دست آید و از شکل گیری بتن معیوب جلوگیری شود. عملیات لرزاندن (ویبره) از مشکلات اساسی در این صنعت به شمار می رود. با توسعه روزافزون مصرف بتن در انواع ساختمان‌ها و کمبود نسبی کارگران ماهر و یا سهل انگاریهای آنان در کارگاهها و یا به دلیل مزاحمت‌های جسمی و روحی و یا هزینه لرزاندن بتن در هنگام ریختن بتن در قالب، به ویژه در مواضعی که تراکم میلگرد وجود دارد، عمل لرزاندن، به طور کامل و صحیح انجام نگرفته و در نهایت مشخصات مکانیکی مطلوب بتن حاصل نمی شود. بنابراین ساخت بتن بدون نیاز به لرزاندن، هموره هدف مهمی برای تکنولوزیست‌های بتن بوده است. آنها کوشیده‌اند با استفاده از مواد افزودنی شیمیایی مختلف و تغییر در مقادیر مصالح طرح اختلاط به این مهم دست یابند و بتن را از نقص های اجرایی لرزاندن رها سازند.

ابداع بتن خود متراکم [1] یا SCC نتیجه این تلاشها بوده است. امروزه استفاده از بتن خود متراکم نه تنها به مجریان پروژه‌های بزرگ برای حل مشکلات عدم کارایی و یا ضعف اجرایی کارگران کمک می کند، بلکه موجب صرفه جویی‌های چشمگیری در مدت زمان اجرا و هزینه ها می شود. با ابداع فوق روان کننده های نسل جدید که حاصل تلاش پژوهشگران ژاپنی بوده است، امروزه می‌توان ضمن به دست آوردن روانی زیاد، از ایجاد جداشدگی نیز جلوگیری کرد. البته قبل از آن نیز افزایش روانی بتن از طریق مصرف مواد افزودنی روان کننده و فوق روان کننده امکانپذیر بوده است، ولی چنانچه از این طریق روانی بتن بیش از حد معین افزایش یابد، جداشدگی در بتن اتفاق افتاده و به کیفیت بتن صدمه می زند. از آن جایی که احتمال جدایی اجزای بتن با زیاد شدن قابلیت تغییر شکل، افزایش می‌یابد، لازم است تا یک تعادل بین تغییر شکل زیاد و مقاومت زیاد در برابر جداشدگی ایجاد نمود. در واقع دلیل این که همواره برای بتن های رایج، بالاترین قوام یا لزجت قابل کار کردن توصیه می شود، این است که از خطر جدایی اجزای بتن جلوگیری شودف که این به معنای کاهش شکل پذیر است. بنابراین باید ضمن استفاده از انواع مناسب فوق روان کننده ها، لزجت مخلوط را در حد مناسبی حفظ کرد تا از جداشدگی ملات از سنگدانه جلوگیری شود. برای این منظور از مقادیر مناسب پودرها و پرکننده های معدنی و در صورت لزوم از مواد اصلاح کنندهلزجت[2] (VMA) استفاده می شود.

مواد پودری یا افزودنی‌های معدنی، اساسا مواد آسیا شده ریزدانه ای هستند که امروزه در صنعت بتن جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده اند. این مواد برای بهبود خواص بتن تازه،بتن سخت شده و دوام بتن استفاده می‌شوند. مواد افزودنی معدنی را می توان به سه گروه مواد با فعالیت کم، مواد سیمانی یا چسبنده و مواد پوزولانی تقسیم کرد که در جای خود راجع به آن بحث خواهد شد.

از جمله خواص مهم بتن که در اکثر سازه‌ها مورد توجه خاص است، کسب مقاومت لازم در برابر آتش است. اگر چه بتن یک ماده غیر قابل سوختن است، اما این لزوماً به معنای مقاومت زیاد در برابر آتش نیست، زیرا مقاومت در برابر آتش مفهومی متفاوت از قابلیت اشتعال مواد دارد. برای درک بهتر این موضوع، مفاهیم اصلی مربوط به رفتار مواد در برابر آتش و آزمایش‌های آتش در فصل سوم ارائه شده است.

مقاومت مصالح ساختمانی در برابر آتش، در واقع به نوعی انعکاس وابستگی خواص آنها به دما است. با بالا رفتن دما، خواص حرارتی و فیزیکی ماده تغییراتی خواهد داشت. این تغییرات، چگونگی انتقال حرارت به داخل ماده، تغییرات ابعادی، چگونگی نیروهای فیزیکی و شیمیایی بین مولکول‌ها و ذرات ماده و در نتیجه مقاومت مکانیکی آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد. چگونگی تغییرات خواص مواد با افزایش دما و ارتباط آن با رفتار مصالح در برابر آتش نیز در فصل سوم بحث می شود.

رفتار بتن در برابر آتش موضوع پیچیده ای است. بتن به طور معمول از حدود 25% حجمی سیمان و 75% حجمی سنگدانه تشکیل شده است. هر دوی اینها می‌توانند تاثیر بالایی در رفتار بتن در برابر آتش داشته باشند. همچنین هر یک از مواد افزودنی می توانند بر روی مقاومت و رفتار بتن در برابر آتش موثر باشند. به علاوه، نوع بتن و مقاومت آن، تاثیر بسزایی در خواص بتن در برابر آتش دارد. خواص بتن های نسبتاً جدید مانند بتن‌های مقاومت بالا، بتن های عملکرد بالا و بتن های خود تراکم در برابر آتش بسیار متفاوت از بتن های معمولی است. بویژه چگالی تراکم بالا و کاهش تخلیخل در این بتن ها، پیچیدگی‌های بیشتری را از نظر مقاومت آنها در برابر آتش ایجاد می‌نماید.یکی از پدیده هایی که باعث شکست بتن در برابر آتش می‌شود، پدیده ترکیدن (spalling) بتن در دمای بالا است. در بتن های معمولی، افزایش درصد تخلخل، کمک خوبی به افزایش مقاومت بتن در برابر آتش می‌نماید، اما این موضوع در بتن‌های مقاومت بالا مطلوب نیست، زیرا مقاومت مکانیکی کاهش می یابد. در بتن های توانمند و مقاومت بالا (HSC,HPC) و نیز در بتن خود متراکم (SCC)، زمینه ترکیدن بتن در برابر آتش متفاوت بوده و حتی بیشتر از بتن  معمولی است. در بتن مقاومت بالا، به علت ساختار فشرده بتن، انتقال بخار و رطوبت خیلی سخت‌تر رخ می‌دهد و به این علت فشار بخار زیادی می تواند در لایه‌های نزدیک به سطح ایجاد شود. یعنی بتن مقاومت بالا شرایط مساعد‌تری برای وقوع ترکیدن نسبت به بتن های معمولی دارد. بتن خود متراکم نیز که استفاده از آن در چند سال اخیر رشد بسیار سریعی داشته است، دارای مشکلات مشابهی است. برخی از کارشناسان، بتن SCC را آینده بتن می دانند که از دلایل آن حذف ویبره، کاهش کار کارگری، نمای بسیار صاف و خوب، سرعت بالاتر بتن ریزی، کاهش سر و صدای بتن ریزی (که در مناطق شهری بسیار مزاحم است)، چسبندگی خوب به آرماتور و غیره نام برده می شود. در عین حال مقاومت بتن SCC در برابر آتش و دمای بالا نیز همانند HPC کمتر از بتن معمولی است و بررسی آن جزو پژوهش‌های جدید و مورد علاقه در حال حاضر است.

تعریف بتن خود متراکم و دلایل گسترش آن

تعاریف گوناگونی از بتن خود متراکم توسط محققان مختلف ارائه شده است. طبق تعریف بارتوس، بتن خود متراکم بتنی است که تحت وزن خود جاری شده و بدون نیاز به هر نوع لرزاندن، بطور کامل (حتی با وجود میلگردهای متراکم)، قالبها را پر کرده و حالت همگن بودن خود را حفظ می کند. طبق تعریف اوزاوا بتن خود متراکم تازه باید خواص زیر را داشته باشد:

الف- توانایی پرکنندگی: جاری شدن بتن خود متراکم در تمام فضاهای قالب تحت وزن خود

ب- توانایی عبور: امکان عبور از فواصل تنگ بین میلگردها و قالب تحت وزن خود.

ج- مقاومت در مقابل جداشدگی: ضمن دارا بودن خواص (الف) و (ب) باید شکل و ترکیب یکنواخت خود را در جریان حمل و بتن ریزی حفظ نماید.

امروزه برای بتن خود متراکم مشخصات کلی زیر را پیشنهاد می کنند:

الف- کارایی: از نظر کارایی یک بتن خود متراکم مناسب باید خواص زیر را داشته باشد:

- در حالت معمولی دارای جریان اسلامپ بیش از 600 میلیمتر و بدون جداشدگی باشد.

- روانی خود را به مدت حداقل 90 دقیقه (در صورت نیاز) کند.

- توانایی مقاومت در شیب 3% درس سطح افقی آزاد (در صورت نیاز) داشته باشد.

- قابلیت پمپ شدن در لوله ها به طول حداقل 100 متر و به مدت حداقل 90 دقیقه (در صورت نیاز) داشته باشد.

ب-مشخصات مکانیکی: از نظر مقاومت فشاری دو محدوده زیر برای بتن خود متراکم منظور می‌شود:

- مقاومت فشاری 28 روزه حدود 600-250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع

- مقاومت فشاری اولیه برای بتن های مصرفی در خانه سازی حدود 200-50 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع در 15-12 ساعت اولیه و در دمای 20 درجه سانتیگراد.

ج- دوام: برای بتن خود متراکم ساخت شده نیز مانند بتن های دیگر، انتظار می‌رود تا دوام نسبت به شرایط محیطی، مقاومت در مقابل خوردگی، تهاجم سولفاتها، کلریدها و دیگر عوامل شیمیایی و مقاومت در مقابل انجماد- ذوب بنا به نیاز برآورده شود.

مزایای چشمگیربتن خود متراکم موجب گسترش سریع آن در دنیا شده است. برخی از این مزایا به شرح زیر است:

1- حذف مشکلات لرزاندن و از جمله مشکل کمبود کارگران ماهر بتن‌ریزی ویبره زن.

2- سهولت بتن ریزی و افزایش سرعت اجرای سازه های بتنی

3- اطمینان از تراکم مناسب بتن، به خصوص در مقاطع تنگ و یا دارای میلگردهای فشرده که در آنها عملیات لرزاندن دشوار است.

4- مقاومت خوب در برابر جداشدگی سنگدانه

5- امکان صرفه جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت، به ویژه در پروژه های بزرگ.

6- امکان ایجاد سطوح تمام شده صاف و زیبای بتنی و در نتیجه تهیه طرح های متنوع معماری در نما.

7- کاهش سر و صدا و آلودگی صوتی محیط کار، به ویژه در صنایع پیش ساخته بتنی.

بعلاوه حدود 7% از دی اکسید کربن تولیدی توسط صنایع، مربوط به کارخانه های تولید سیمان است. بنابراین یکی از راههای کاهش دی اکسید کربن، کاهش مشکلات گرم شدن زمین ناشی از گازهای گلخانه ای، حفظ منابع طبیعی و معدنی و حفظ محیط زیست، استفاده از انواع بتن های با عملکرد بالا و خود متراکم است که در آنها سیمان به طور موثرتری استفاده شده، یا جایگزینی سیمان به وسیله پر کننده ها در آن صورت گیرد. بنابراین این مسائل نیز می‌توانند دلایل بسیار خوبی برای گسترش بتن‌های عملکرد بالا و  خود متراکم در سطوح ملی و بین المللی باشد.