میزان یون ورودی به بتن مستقیماً با میزان شوریِ آب دریا رابطه دارد. همچنین به صورت کلی به میزان آب مورد استفاده نیز بستگی دارد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که از لحاظ ایجاد مشکل و مخرب بودن، سولفات‌ها در رتبه‌ی اول قرار دارند و بیشترین مشکل را ایجاد می‌کنند. همین موضوع باعث شد تا سیمان‌های مقاوم در برابر حملات سولفاتیتولید شوند. بتن‌هایی که نسبت آب به سیمان در آن‌ها به نسبت کمتر است، دارای مقاومت بیشتری در برابر سولفات‌ها می‌باشند.
نمک موجود در آب دریا، مقاومت بتن را بین 10 تا 20 درصد کاهش می‌دهد. بیشتر از کاهش مقاومت، خوردگی فولاد تقویت شده در بتن است که دردسر ساز می‌شود. کلریدها عامل اصلی خوردگی در بتن هستند.
بتنی که در معرض هوا قرار دارد، شانس خوردگی‌اش بیشتر از بتنی است که در آب است. یکی دیگر از تاثیرهای کلریدبر روی بتن فرسایش یا شوره زدن بتن است.
برای مقابله با یون کلرید، توصیه می‌شود تا از سیمانی با مقدار C3A بالا استفاده شود. آلومینیوم جلوی فعالیت کلرید در بتن را می‌گیرد. که در نهایت باعث افزایش عمر فولاد و دوام سازه می‌شود.
دو دلیل اصلی وجود یون کلرید در بتن به شرح زیر می‌باشد:
1. اضافه کردن کلسیم کلرید به بتن به عنوان افزودنی
2. استفاده از آب دریا در مخلوط بتن
اگر در سیمان‌هایی که در برابر سولفات مقاوم نیستند، از CaCl2 استفاده شود؛ این ماده مخرب بودن سولفات‌ها را افزایش می‌دهد. اگر سیمان حاوی مواد ضد سولفاتی و مقاوم در برابر سولفات باشد، چنین مشکلی پیش نمی‌آید. البته آیین‌نامه‌ها استفاده از کلسیم کلرید را در زمانی که از سیمان‌های ضد سولفاتی استفاده شده را توصیه نمی‌کنند.
تاثیر اسیدها و مواد قلیایی در آب بر روی ویژگی‌های بتن
آبی که حاوی پساب صنعتی باشد، برای استفاده در مخلوط بتن مناسب نیست. پساب صنعتی حاوی اسیدها و مواد قلیایی مضر است که بسته به کارخانه، نوعش می‌تواند متفاوت باشد. گفته می‌شود که آب مورد استفاده در بتن، نباید pH کمتر از 6 داشته باشد. با این حال استفاده از عدد pH، روش دقیقی برای کنترل کیفیت آب از نظر اسیدی نیست.
تاثیر جلبک‌های موجود در آب بر روی ویژگی‌های بتن
ممکن است داخل آب مورد استفاده یا سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن جلبک وجود داشته باشد. این جلبک‌ها باسیمان ترکیب می‌شوند و باعث کاهش چسبندگی بین چسب سیمان و سنگدانه‌ها می شوند.
همچنین ورود جلبک به مخلوط بتن، باعث افزایش قابل توجه هوای داخل آن می‌شود که نهایتاً موجب کاهش مقاومت بتن می‌گردد.
تاثیر قند بر روی ویژگی‌های بتن
اگر قند موجود در آب، کمتر از 0٫5 درصد وزن کل آب باشد، هیچ گونه تاثیر منفی‌ای بر روی سازه‌ی بتنی ندارد. مقدار قند اگر بیشتر شود، باعث ایجاد تاخیر در گیرش بتن و کسب مقاومت اولیه‌ی آن می‌شود. اما مشاهده شده که در روز بیست و هشتم، مقاومت بتن افزایش پیدا می‌کند.
تاثیر آلودگی نفتی بر ویژگی‌های بتن
وجود نفت در آب، معمولاً باعث هیچ گونه تغییری در ویژگی‌های مختلف بتن نمی‌شود. با این حال گفته می‌شود اگر میزان نفت موجود، در حدود 2 درصد وزن کل آب باشد، مقاومت بتن افزایش پیدا می‌کند؛ اگر مقدار از 8 درصد تجاوز کند، اثر سو خواهد داشت.
وجود ناخالصی در آب مخلوط بتن باعث تغییراتی در ویژگی‌های سازه‌ای بتن نظیر مقاومت و دوام می‌شود. به طور کلی، تاثیر ناخالصی‌ها بر روی ویژگی‌های بتن را می‌توان به دو صورت بررسی کرد. نخست: تغییرات زمان گیرش سیمان پرتلند در زمان استفاده از آب حاوی ناخالصی و آب مقطر. دوم: تغییرات مقاومت بتن در زمان استفاده از آب حاوی ناخالصی و آب مقطر.
تاثیر ناخالصی‌های آب بر روی مقاومت و دوام بتن
آزمایش‌های مختلف نشان داده که استفاده از آب‌هایی که حاوی انواع مختلف نمک‌ها به صورت محلول هستند، باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می‌شود. نرخ کاهش مقاومت بتن بر اثر وجود نمک محلول در آب، بین 10 تا 30 درصد می‌باشد. این کاهش مقاومت، در مقایسه با بتنی که در آن از آب مقطر استفاده شده، محاسبه شده است.
میزان بالای کلرید در آب باعث فرسایش سطوح بتن می‌شود و شانس خوردگی فولاد تقویت شده که در بتن قرار دارد را افزایش می‌دهد. این مشکل در مناطق استوایی بسیار شایع است. در جدول زیر، میزان تاثیر مواد مختلف بر رویمقاومت فشاری بتن آمده است :
درصد نمک در آب
درصد کاهش مقاومت فشاری
نیم درصد SO4
4
یک درصد SO4
10
5 درصد NaCl
30
1 درصد CO2
20
تاثیر ذرات معلق در آب بر روی ویژگی‌های آب
اگر آب استفاده شده در مخلوط بتن، حاوی ذرات معلق کم تر از 0٫02 درصد وزن کل آب باشد، بر روی ویژگی‌های بتنتاثیر گذار نخواهد بود. میزان زیاد درات معلق بر روی مقاومت فشاری بتن تاثیری نخواهد داشت، اما بر روی دیگر ویژگی‌های بتن اثرگذار است. به طور مثال، آب حاوی ذرات معلق بیش از حد مجاز، دوام بتن را کاهش می‌دهد. توصیه‌ی تمامی آیین‌نامه‌ها و استانداردهای بین‌المللی این است که از آب‌های گل‌آلود در مخلوط بتن استفاده نشود.
تاثیر نمک‌های معدنی غیر متفرقه در آب بر ویژگی‌های بتن
وجود نمک در آب بتن، تاثیر منفی در ویژگی‌های آن دارد. نمک‌های عناصرِ منگنز، قلع، سرب، مس و روی اگر چه به صورت گسترده در آب وجود ندارند، اما بعضاً دیده شده و اثراتی بر روی ویژگی‌های بتن دارند.
مثلا وجود کلرید روی در آب باعث تاخیر در کسب مقاومت بتن می‌شود. این تاخیر با مقایسه و آزمایش بتن در روز دوم یا سوم عمل‌آوری به دست آمده است. نیترات سرب دیگر نمکی است که اثر مخرب بر روی بتن می‌گذارد. دیگر نمک‌ها مانند سدیم فسفات، سدیم آرسنات، سدیم یدات و سدیم برات باعث کاهش مقاومت اولیه‌ی بتن می‌شوند. سدیم و پتاسیم کربنات باعث افزایش سرعت گیرش در بتن‌ریزی‌های بزرگ می‌شود. که این موضوع نهایتاً باعث کاهش مقاومت نهایی بتن می‌شود.
وجود کلسیم کلرید سرعت گیرش و سخت شدن بتن را افزایش می‌دهد. اما از طرف دیگر وزن کلسیم کلرید موجود، نباید از 1٫5 درصدِ وزن کل سیما بیشتر شود.
تاثیر نمک‌های آب دریا بر روی ویژگی‌های بتن
3٫5 درصد از آب دریا، نمکِ محلول است. ترکیب شیمیایی آب دریا در تمامی دنیا یکسان است. بیشتر نمک موجود در آب، سدیم کلراید یا همان نمک خوراکی است؛ هر چند مقداری پتاسیم کلرید و منیزیم سولفات نیز یافت می‌شود.
در محاسبه ترکیب شیمیایی آب و مقدار یون موجود در آن، از کل میزان یون موجود، 51٫3 درصد کلرید، 3٫6 درصد منیزیم، 7٫2 درصد سولفات، 28٫5 درصد سدیم، 1٫ درصد کلسیم و 1 درصد پتاسیم می‌باشد. مجموع میزان نمک‌ها ممکن است متفاوت باشد.
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 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.
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.