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 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.
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.
از این افزودنی‌ها برای بهبود کارایی پمپاژ بتن استفاده می‌شود. این افزودنی‌ها توانایی تبدیل بتنهای غیر قابل پمپاژ را به بتنهای قابل پمپاژ ندارند؛ بلکه بتنهای با قابلیت پمپاژ کم را به بتنهای با قابلیت پمپاژ زیاد تبدیل می‌کنند.افزودنی‌های تسهیل‌کننده‌ی پمپاژ با افزایش ویسکوزیته یا چسبندگی بتن، از دست دادن آب توسط چسب سیمانی را تحت فشار پمپاژ به حداقل می‌رساند.
برخی از افزودنی‌های تسهیل‌کننده‌ی پمپاژ ممکن است نیاز به آب را افزایش دهند، باعث کاهش مقاومت بتن، افزایشهوازایی یا تاخیر در گیرش بتن بشوند. این اثرات جانبی می‌تواند با کنترل میزان مواد مصرفی یا استفاده از دیگرافزودنی‌ها برطرف شود. شایان ذکر است که برخی از مواد هوازا و کاهنده‌ی آب نیز باعث افزایش قابلیت پمپاژ بتنمی‌شوند.
افزودنی‌های پیوند دهنده (چسباننده)
افزودنی‌های پیوند دهنده معملاً شامل امولوسیون‌های مواد ارگانیک مانند لاستیک، پلی‌ونیل، کلراید، پلی‌ونیل استات و دیگر پلیمرهای موجود می‌باشد. از این افزودنی‌ها برای ایجاد پیوند محکم و چسباندن بتن جدید به بتن قدیمی استفاده می‌شود. این مواد بایستی به سیمان مورد استفاده در مخلوط بتن اضافه شود؛ چرا که سیمان چسب بتن را ایجاد می‌کند. همچنین استفاده از این مواد باعث افزایش مقاومت خمشی و مقاومت در برابر حملات یون‌های کلریدی نیز می‌شود. مقدار مورد استفاده از این نوع افزودنی‌ها عموماً بین 5 تا 20 درصد وزن کل سیمان مورد استفاده در بتنمی‌باشد؛ بنا بر نیازهای پروژه، دیگر مواد مورد استفاده و شرایط محیطی، این مقدار تغییر می‌کند. برخی از مواد پیوند دهنده یا چسباننده ممکن است باعث هوازایی در بتن نیز بشوند. انواع ضد انجمادی نیز از این نوع مواد وجود دارد که بیشتر از آن‌ها در محیط‌های خارجی و محیط‌های دارای رطوبت بالا استفاده می‌شود.
نتیجه‌ی نهایی استفاده از افزودنی‌های چسباننده، به سطح بتنی که می‌خواهیم در آن چسبندگی و پیوند ایجاد کنیم نیز بستگی دارد. این سطح بایستی خشک، تمیز، سالم، بدون گرد و غبار، رنگ و روغن باشد و نیز دارای دمای مناسبی باشد.
افزودنی‌های چسباننده یا پیوند دهنده در بتن را نبایستی با دیگر مواد چسباننده در بتن اشتباه گرفت. مواد چسباننده را به سطح بتن قدیمی می‌زنند تا دو بتن به خوبی با هم پیوند بخورند و بچسبند. از افزودنی‌های چسبانندهدر مخلوط بتن جدید استفاده می‌شود تا دو ماده به هم بچسبند. از مواد چسباننده در ترمیم بتن استفاده‌های فراوانی می‌شود. در این نوع مواد، دوغاب سیمان پرتلند، مواد پلیمری و چسب‌های رزین موجود است.
افزودنی‌های تزریقی یا تزریق شونده
از دوغاب یا افزودنی‌های تزریقی یا تزریق شونده برای مقاصد مختلفی استفاده می‌شود: تثبیت سازه‌ها، پر کردن ترک‌ها و مفاصل در بتن و پر کردن فضاهای خالی که توسط سنگدانه‌ها در بتن ایجاد می‌شود. دوغاب در واقع مخلوط سیمان پرتلند، آب و سنگدانه است و تفاوت آن با بتن این است که نسبت آب به سیمان آن بسیار بالاست. برای تغییر مشخصات و ویژگی‌های دوغاب از دیگر افزودنی‌های موجود نظیر انواع مختلف افزودنی‌های هوازا، افزودنی‌های تندگیر کننده، افزودنی‌های کندگیر کننده و افزودنی‌های مهارکننده‌ی جمع شدگی استفاده می‌شود.
کلینیک بتن ایران، با سال‌ها تجربه در زمینه‌ی افزودنی‌های بتن، بهترین مواد و خدمات را در این زمینه به مشتریان ارائه می‌کند.
مواد افزودنی کاهنده‌ی جمع شدگی بتن نیز در دهه 1980 میلادی معرفی شدند. از این مواد در پل‌ها، سازه‌ها و ساختمان‌هایی که ترک خوردگی و آسیب دیدگی بایستی به حداقل برسد، استفاده می‌شود. پروپلین گلیکول و پلیاکسی‌آلکلین الکل از مواد معمولی هستند که از آن‌ها به عنوان کاهنده‌ی جمع شدگی در بتن استفاده می‌شود. آزمایش‌ها نشان داده که این نوع مواد، جمع شدگی را در بتن بین 25 تا 50 درصد کاهش می‌دهند. این افزودنی‌ها تاثیر چندانی بر روی اسلامپ و کاهش هوای بتن ندارند، اما گیرش بتن را به تاخیر می‌اندازند. اکثر افزودنی‌های کاهنده‌ی جمع شدگی با دیگر افزودنی‌ها سازگار هستند و مشکلی ایجاد نمی‌کنند.
افزودنی‌های شیمیایی کاهنده‌ی واکنش‌های قلیایی
افزودنی‌های شیمیایی که باعث کاهش و کنترل واکنش‌های قلیایی در بتن می‌شوند (افزایش حجم سنگدانه‌ها) در دهه 90 میلادی معرفی شدند. لیتیم نیتریت، لیتیم کربنات، لیتیم هیدرکسید، لیتیم آلومینیوم سیلیکات و نمک‌های باریم از موادی هستند که در آزمایش‌ها نشان داده شده باعث کاهش واکنش‌های قلیایی در بتن می‌شوند. برخی از این مواد پتانسیل این را نیز دارا هستند که از آن‌ها به عنوان جایگزینی برای قسمتی از سیمان نیز استفاده شود. به علت مصرف کم از این مواد، تجربه‌های زیادی از استفاده از آن‌ها در پروژه‌ها در دست نیست.
افزودنی‌های رنگ‌افزون (رنگدانه‌ها)
از انواع رنگ‌های طبیعی و مصنوعی برای رنگ کردن بتن برای مقاصد امنیتی و ظاهری استفاه می‌شود. به طور مثال ازبتن قرمز در اطراف خطوط برق یا لوله‌های گاز استفاده می‌شود تا به کسانی که نزدیک این سازه‌ها می‌شوند، اخطار داده شود. از بتن زرد برای ساخت موانع جاده‌ای استفاده می‌شود. به طور کلی، مقدار رنگدانه‌ی مورد استفاده در بتن نباید از 10 درصد از وزن سیمان تجاوز کند. رنگدانه‌هایی که مقدارشان از 6 درصد کمتر باشد، تاثیری بر روی دیگر خواصبتن نمی‌گذارند.
کربن اصلاح نشده برای مشکی کردن بتن به کار می‌رود. این ماده باعث کاهش هوای بتن نیز می‌شود. پیش از استفاده از این گونه مواد، بایستی بر روی آن‌ها آزمایش‌هایی صورت بگیرد تا پایداری شیمیایی، مقاومتشان در برابر آفتاب و تاثیرهایشان بر روی دیگر خصوصیات بتن مشخص شود. همچنین به همراه رنگدانه‌ها، نبایستی از کلسیم کلرید در بتن نیز استفاده کرد؛ زیرا باعث به هم ریختگی رنگ بتن می‌شود.
افزودنی‌های کاهنده‌ی نفوذپذیری
افزودنی‌های کاهنده‌ی نفوذپذیری، نرخی را که در آن آب تحت فشار به بتن نفوذ می‌کند را کاهش می‌دهند. یکی از بهترین روش‌های کاهش نفوذپذیری در بتن، افزایش رطوبت بتن در هنگام عمل‌آوری و کاهش نسبت آب به سیمان به کمتر از 0٫5 می‌باشد. بیشتر افزودنی‌هایی که نسبت آب به سیمان را در بتن کاهش می‌دهند، به طور اتوماتیک میزاننفوذپذیری بتن در برابر آب را نیز کاهش می‌دهند.
برخی از مواد که از آن‌ها به عنوان جانشین سیمان در مخلوط بتن استفاده می‌شود مانند دوده‌ی سیلیس، به وسیله‌یهیدراسیون و واکنش پوزولانی، نفوذپذیری بتن را کاهش می‌دهند. افزودنی‌های که با پر کردن فضاهای خالی در بتن،نفوذپذیری آن را کاهش می‌دهند؛ باعث کاهش خوردگی فولاد در بتن نیز می‌شوند. این افزودنی‌ها که برای استفاده در بتن‌هایی با نسبت آب به سیمان بالا و یا پایین تولیده شده‌اند، حاوی اسیدهای چرب، امولیسیون پلیمری و مواد آروماتیک هستند.