طرح اختلاط بتن؛ تبدیل مقاومت استوانه ای به مکعبی همراه با حل 2 مثال کاربردی

پیش تر در مقاله روش های کیورینگ یا عمل آوری بتن بیان کردیم که نسبت های تقریبی اختلاط بتن بر روی افزایش مقاومت فشاری بتن تاثیر بسزایی دارد. اما طرح اختلاط بتن چیست؟ نحوه تبدیل آزمونه های مکعبی به استوانه‌ای به چه شکل است؟ افزودنی های بتن چیست؟

در این مقاله کاربردی سعی کرده ایم با حل مثال و به طور مفصل به این سوالات پاسخ دهیم.

1. مقاومت بتن چیست؟

مقاومت یا همان مقاومت فشاری بتن به اصطلاح به نتیجه آزمایش تعیین مقاومت فشاری بتن گفته می‌شود. این آزمایش بر روی نمونه‌های استاندارد مکعبی و یا استوانه‌ای صورت می‌گیرد. میزان بار وارد بر روی نمونه در سن مشخص در هنگام شکست نمونه در هر سانتیمتر مربع، مقاومت بتن نامیده می‌شود. در شکل زیر دستگاه تعیین مقاومت فشاری بتن را برای دو نمونه مکعبی و استوانه‌ای مشاهده می‌کنید.

شکل 2- دستگاه آزمایش فشاری بتن با نمونه درون آن

در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم) مقاومت بتن به این صورت تعریف می‌شود:

1. 1  نمونه‌های مکعبی بتن

این نمونه‌ها معمولاً در قالب‌هایی به ابعاد 100×100×100، 150×150×150، 200×200×200، 250×250×250 و 300×300×300 میلی‌مترمکعب تهیه می‌شوند

شکل 3- نمونه‌های مکعبی

1. 2 نمونه‌های استوانه‌ای بتن

طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، نمونه استوانه‌ای استاندارد به ابعاد 300×150 میلی‌متر می‌باشد.

شکل 4- نمونه‌های استوانه‌ای

1. 3 انواع سیمان و تأثیر در افزایش مقاومت فشاری بتن

ابتدا به طبقه‌بندی انواع سیمان پرداخته و سپس تأثیر آن‌ها را در افزایش مقاومت بتن بررسی می‌کنیم.

انواع سیمان به شرح زیر می‌باشد:

الف) سیمان پرتلند نوع 1: به عنوان سیمان پرتلند معمولی برای مصارف عمومی در ساخت ملات یا بتن به کار می‌رود.

ب) سیمان پرتلند نوع 2: به عنوان سیمان پرتلند اصلاح شده در برابر حمله سولفات‌ها، در مواردی که آب‌های زیرزمینی یا خاک حاوی مقدار کمی سولفات باشد مصرف می‌گردد و به علت گرمازایی کمتر در بتن‌ریزی‌های نسبتاً حجیم نیز مصرف می‌شود.

ج) سیمان پرتلند نوع 3: به عنوان سیمان پرتلند با مقاومت اولیه زیاد در شرایطی که مقاومت اولیه زیاد موردنظر باشد به کار می‌رود.

د) سیمان پرتلند نوع 4: به عنوان سیمان پرتلند با حرارت کم در شرایطی که حرارت هیدراتاسیون کم بتن موردنظر باشد به کار می‌رود.

ه) سیمان پرتلند نوع 5: به عنوان سیمان پرتلند ضد سولفات در شرایطی که مقاومت زیاد بتن در برابر سولفات‌ها موردنظر باشد به کار می‌رود.

نکته: به میزان حرارتی که در هر گرم از سیمان، در اثر  ترکیب شیمیایی سیمان با آب در دمای معینی تولید می‌گردد، حرارت هیدراتاسیون گفته می‌شود.

تأثیر مشخصات سیمان بر مقاومت:

منظور از تأثیر مشخصات سیمان بر روی افزایش مقاومت بتن آن است که اگر در تهیه بتن از انواع مختلف سیمان مانند سیمان پرتلند نوع 1 و … (که در بالا توضیح داده شد) استفاده شود، چه تأثیری در افزایش مقاومت نهایی بتن دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم.

با دانستن مقادیر نسبی واکنش زایی و محصولات هیدراته شدن ترکیبات جداگانه، طراحی سیمان‌هایی با مشخصات ویژه مانند مقاومت اولیه زیاد، حرارت هیدراته شدن کم، مقاومت سولفاتی زیاد و حرارت هیدراته شدن متوسط یا مقاومت سولفاتی متوسط امکان‌پذیر می‌باشد.

از آنجا که سرعت واکنش زایی هر یک از اجزای مختلف سیمان پرتلند با آب، به طور قابل‌توجهی با یکدیگر تفاوت دارند، لذا ممکن است که روند افزایش مقاومت سیمان را به سادگی از طریق ترکیب اجزای سیمان تغییر داد. برای مثال، اگر سیمان دارای مقادیر نسبتاً زیادی از تری کلسیم سیلیکات (C3S) و دی کلسیم سیلیکات (C2S) باشد، مقاومت‌های اولیه 3 و 7 و 22 روزه زیاد خواهند بود و اگر سیمان دارای نسبت زیادتری C2S باشد، مقاومت اولیه کم خواهد بود. 

شکل 5-تأثیر انواع سیمان بر روی افزایش مقاومت فشاری بتن بر حسب مگاپاسکال

همچنین شکل 5 آهنگ رشد مقاومت بتن‌های ساخته‌شده با انواع سیمان را نشان می‌دهد. با اینکه این رشد مقاومت‌ها به میزان قابل‌ملاحظه‌ای متفاوت‌اند، اما اختلاف کمی بین مقاومت 90 روزه انواع سیمان وجود دارد. همه منحنی‌ها تقریباً در سن سه ماهه (90 روزه) همدیگر را قطع می‌کنند. بتن ساخته‌شده با سیمان زودگیر (نوع III) در سنین تا سه ماهه نسبتاً مقاومت بالایی را دارا است ولی پس از آن مقاومتش اندکی کمتر از بتن ساخته‌شده با سیمان معمولی (تیپ I) و به میزان قابل‌ملاحظه‌ای کمتر از بتن ساخته‌شده با سیمان اصلاح شده (نوع II) یا کم حرارت (نوع IV) یا سیمان ضد سولفات (نوع V) است.

بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که روند کسب مقاومت بتن‌هایی که با شرایط یکسان ولی با انواع مختلف سیمان پرتلند ساخته می‌شوند، یکسان نیست ولی در عین حال مقاومت 90 روزه تمامی آن‌ها با یکدیگر برابر بوده و مساوی 1/2 برابر مقاومت نمونه 28 روزه‌ای است که با سیمان نوع یک ساخته‌شده است. هم‌چنین به هیچ وجه نمی‌توان برای نسبت‌های رشد مقاومت بتن ساخته‌شده با یک نوع خاص سیمان و یا نسبت رشد مقاومت بتن‌های ساخته‌شده با انواع مختلف سیمان در نسبت آب به سیمان برابر و یا روانی برابر نسبت به یکدیگر قانون وضع کرد. علاوه بر آن چنان چه عیار سیمان، توزیع دانه‌بندی سیمان، روانی یا نسبت آب به سیمان و حتی دمای ساخت بتن تغییر نماید، این نسبت‌ها مسلماً تغییر خواهد کرد.

1. 4 تبدیل نمونه های مکعبی به استوانه ای

نحوه تبدیل مقاومت نمونه‌های آزمایش مکعبی به استوانه‌ای طبق تفسیر آبا (آیین‌نامه بتن ایران) بدین‌صورت است:

مسئله: اگر مقاومت فشاری موردنیاز طبق نقشه‌های اجرایی 25 مگاپاسکال باشد، مقاومت فشاری نمونه مکعبی چقدر خواهد بود؟ (ابعاد نمونه استوانه‌ای 150×300 و ابعاد نمونه مکعبی 150×150×150 می‌باشد و مقادیر بر حسب میلی‌متر هستند.)

پاسخ:

معمولاً مقاومت فشاری موردنیاز بتن که در نقشه‌های اجرایی ذکر می‌شود بر اساس نمونه استوانه‌ای استاندارد هست و در کارگاه‌های ساختمانی معمولاً نمونه‌ها مکعبی می‌باشند.

با توجه به جدول 6-5-1-1-الف:

1/20= ضریب تبدیل مقاومت نمونه استوانه‌ای به مکعبی

با توجه به جدول 6-5-1-1-ب:

 1/00= ضریب تبدیل

در نتیجه:

مگاپاسکال 30=1/00×1/20×25 = مقاومت فشاری نمونه مکعبی

1. 5 رابطه مقاومت بتن و عمر آن بر حسب نوع سیمان مصرفی

تأثیر نوع سیمان و سن بتن بر روی مقاومت بتن طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش چهارم) بدین شکل است:

با توجه به جدول فوق برای مثال مقاومت بتن با سیمان نوع II در مدت 7 روز 0/56 مقاومتی است که برای بتن 28 روزه و با سیمان تیپ یک در نظر گرفته شده است.

همچنین با توجه به جدول فوق می‌توان نتیجه گرفت که مقاومت بتن 1 روزه و 7 روزه ساخته‌شده با سیمان نوع III در مقایسه با سایر سیمان‌ها بیش‌تر بوده اما به‌صورت کلی مقاومت 90 روزه تمامی بتن‌های ساخته‌شده با انواع مختلف سیمان یکسان بوده و 1/20 برابر مقاومتی است که برای بتن 28 روزه و با سیمان تیپ یک در نظر گرفته شده است.

1. 6 نحوه تبدیل کارگاهی مقاومت به عیار

برای تبدیل کارگاهی مقاومت به عیار می‌توان از روابط تجربی زیر استفاده کرد: (این رابطه تجربی است و نباید ملاک عمل برای سفارش بتن قرار گیرد. چون معمولاً عیار سیمان توسط طراح در نقشه‌های سازه مشخص می‌شود.)

رابطه اول:

f_c=(w/10)-9

f_c: مقاومت مشخصه بتن بر اساس آیین‌نامه بتن ایران و نمونه‌های استوانه‌ای استاندارد بر حسب مگاپاسکال

w: عیار سیمان بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب.

به عنوان مثال اگر مقاومت مشخصه بتن برابر 25 مگاپاسکال باشد، عیار سیمان حدوداً برابر 340 کیلوگرم بر مترمکعب می‌باشد.

25=w/10)-9)

34=w/10

w=340 kg/m³

رابطه دوم:

برای محاسبه عیار سیمان در بتن یک رابطه تقریبی دیگر هم وجود دارد. این روش به این شرح است که ابتدا باید مقاومت نمونه مکعبی بتن را به دست آورد. (بر حسب کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع) و حاصل را با 50 جمع کرد. (هر نیوتن بر میلی‌متر مربع 10 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است).

به عنوان مثال برای بتنی با مقاومت مشخصه 25 مگا پاسکال، مقاومت نظیر نمونه مکعبی برابر می‌شود با 30=25*2 /1(طبق تفسیر آبا، بند 6-5-1-1) پس مقاومت نمونه مکعبی برابر است با 300 که با 50 جمع می‌کنیم و عیار به دست می آید: 350kg/m³

هر دو رابطه بالا تقریبی هستند و همان‌طور که در ابتدا ذکر شد هیچ رابطه مشخص و تعریف‌شده‌ای بین رده مقاومت بتن و عیار همه بتن‌ها وجود ندارد.

2. نحوه ارائه طرح اختلاط بتن

در ارائه طرح اختلاط بتن چندین عامل مهم وجود دارد که در ادامه بدان می‌پردازیم:

 1) حاشیه ایمنی مقاومت

حاشیه ایمنی مقاومت بـرای در نظـر گرفتن نوسانات کمی مقاومت بتن به دلیل تغییـرات و نوسـانات کیفـی و کمـی احتمـالی سـیمان، سنگدانه، آب و افزودنی که ناشی از خطاهای انسانی، دستگاهی یا طبیعی است، منظور می‌شود. حاشیه ایمنی به مقاومت مشخصه بتن اضافه می‌شود و مقاومـت فـشاری متوسـط لازم برای طرح مخلوط یا همان مقاومت هدف یا نشانه طرح مخلوط به دست می‌آید. مـسلماً بـه هـر میزان بی‌دقتی در تأمین و به‌کارگیری اجزاء بتن و ساخت آن بیش‌تر باشد، نیاز به به‌کارگیری حاشیه امنیت مقاومتی بیش‌تری وجود دارد.

2) میزان روانی بتن

در تهیه یک طرح مخلوط بتن، دستیابی بـه روانـی و کارایی مطلـوب از جایگـاه خاصـی برخوردار است. کارایی و روانی بتن تأثیر زیادی در کیفیت و اجرای بتن دارد و توسط آزمایش اسلامپ اندازه‌گیری می‌شود.

3) آب آزاد بتن

به آبی که در زمان گیرش اولیه بتن در خمیر سیمان و بیرون سنگ‌دانه‌ها وجـود دارد آب آزاد می‌گویند. آب آزاد، کارایی خمیر سیمان در بتن را تأمین می‌کند و ساختار اولیـه خمیـر سیمان را به وجود می‌آورد به همین دلیل مقاومت و کیفیت و دوام خمیر سـیمان، تـابع نـسبت وزنی آب آزاد بتن می‌باشد.

4) نوع سنگ‌دانه‌ها

در طرح مخلوط بتن، جنس سنگدانه از نظر کمی تأثیری ندارد. جنس سنگدانه ممکن اسـت بر دوام سنگدانه و بتن اثرگذار باشد. ویژگی‌های مکانیکی سنگدانه نیز در طرح مخلـوط بـتن از نظر کمی کاربردی ندارد. مسلماً در انتخاب سنگدانه، جنس سنگدانه از نظر کانی‌شناسی و ویژگی‌های مکانیکی آن به همراه ویژگی‌های دوام اهمیت جدی دارد.

5) دانه‌بندی سنگ‌دانه‌ها

هر چند دانه‌بندی سنگدانه‌های بتن بر مقاومت، دوام و کارایی بتن مؤثر است اما نبایـد از تأثیر آن بر جداشدگی، آب انداختن و جمـع شـدگی بـتن غافـل شـد. نمی‌توان انتظـار داشـت کـه منحنی‌های دانه‌بندی‌های ارائه‌شده، حداقل فضای خالی را به وجود آورند؛ اما می‌توان انتظار داشت با این دانه‌بندی‌ها در مجموع به بتن مطلوبی دست یافت. تغییـر درشـتی و ریـزی بافت دانه‌بندی به نوع بتن مطلوب و نوع پروژه و قطعه و هم چنین نوع وسیله حمل و ریختن بستگی دارد و نمی‌توان توصیه کلی را برای همه موارد ارائه نمود.

6) سیمان مصرفی

در ایران، سیمان‌های مختلف با مقاومت‌های متفاوت و خواص گوناگون تولیـد می‌شود. سیمان‌های پرتلند تولیدی در ایران عمدتاً به صورت نوع 1،2 و 5 می‌باشد. سـیمان پرتلنـد نوع 1 در استاندارد ایران به سه رده مقاومتی 325،425 و 525 کیلوگرم بر سـانتیمترمربـع تقسیم می‌شود که امروزه هر سه رده در ایران تولید می‌گردد. با اینکه در ایـن روش، سـه رده مقاومتی سیمان پرتلند نوع 1 مدنظر قرار گرفته است، اما می‌توان نسبت آب بـه سـیمان بتن‌های حاوی سایر سیمان‌های پرتلند و آمیخته را نیز به دست آورد.

7) سن مقاومت مشخصه و شکل نمونه بتن

در ساختمان‌ها و سازه‌های متعارف، به ویژه وقتی از سیمان‌های پرتلنـد بـا رونـد عـادی کسب مقاومت مانند نوع 1 استفاده می‌شود، معمولاً از سـن مقاومـت مشخـصه 28 روزه در مشخصات فنی و آیین‌نامه‌ها استفاده می‌گردد. در برخی سازه‌ها ممکن اسـت سـن مقاومـت مشخصه کم‌تر یا بیش‌تر از 28 روز باشد. در سال‌های اخیر با توجه به گستردگی استفاده از سیمان‌های آمیخته و برای کاهش تولید و مصرف کلینکر سعی می‌شود در حد امکـان سـن مقاومـت مشخصه بتن پروژه‌ها بیش از 28 روز انتخاب شود تا از پتانسیل مقاومتی این نوع سیمان‌ها به نحو احسن استفاده گردد.

نکته: کلینکر در تولید سیمان پرتلند، دانه‌های حرارت دیده‌ای است که معمولاً ۳-۲۵ میلی‌متر (قطر) دارند و از حرارت دادن به سنگ آهک و آلومینیوم سیلیکات (خاک رس) در طی مرحله کوره سیمان به وجود می‌آیند.

8) دوام بتن

بـدیهی اسـت که یکـی از اهداف طرح مخلوط بتن، دستیابی به بتنی است که در شرایط محیطی پروژه از دوام مناسـب و عمر مفید مطلوبی برخوردار باشـد. مواردی که برای تأمین دوام مطرح می‌باشد، مربوط بـه کیفیـت اجـزاء بتن (سیمان، سنگدانه، آب و مواد افزودنی) است و یا بـرای تـأمین پایـایی، محدودیت‌هایی مانند حداکثر مجاز نسبت آب به سیمان، حـداقل یـا حـداکثر مجـاز سـیمان مـصرفی و حتـی محدود کردن حداکثر اندازه سنگدانه و یا توصیه‌هایی در مورد دانه‌بندی اسـت که در طرح مخلوط بتن باید به دقت مورد توجه قرار گیرد.

2. 1 طرح اختلاط بتن چیست؟

طرح اختلاط بتن به معنی تعیین نسبت به‌کارگیری اجزا تشکیل‌دهنده بتن به روش وزنی و یا حجمی می‌باشد.

روش حجمی:

در این روش حجم کلیه اجزای بتن در یک مترمکعب از بتن تازه باید برابر واحد شود؛ یعنی:

V_CA حجم شن، V_C حجم سیمان، V_W حجم آب، V_FA حجم ماسه و A درصد حجمی هوا است.

روش وزنی:

در این روش اساس کار بر این است که جمع وزن کلیه اجزای بتن در یک متر مکعب باید برابر با وزن مخصوص بتن تازه شود؛  یعنی اگر وزن سیمان، آب، شن مشخص باشد، وزن ماسه هم به دست می‌آید:

U=CA+C+W+FA

U وزن مخصوص بتن تازه، C وزن سیمان، W وزن آب، CA وزن شن و FA وزن ماسه در یک متر مکعب بتن می‌باشد.

نکته: در کارخانه‌های بتن ایران، طرح اختلاط بتن به روش وزنی انجام می‌شود که دارای دقت بیش‌تری نسبت به روش حجمی است.

2. 2 نکات پراهمیت در طرح اختلاط

نکات مهم و ضروری که در طرح اختلاط بتن (طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان-ویرایش پنجم) باید رعایت شوند، عبارت‌اند از:

2. 3 مثال طرح اختلاط بتن

برای مثال حل شده طرح اختلاط بتن به روش aci بایستی این گام‌ها به ترتیب انجام شوند:

1.3.2 گام‌های حل مثال طرح اختلاط بتن

گام اول: انتخاب اسلامپ

انتخاب اسلامپ معمولاً بر اساس تجربه صورت می‌گیرد. در غیر این صورت می‌توان از جدول 1 استفاده کرد:

جدول 1-اسلامپ های پیشنهادی برای سازه‌های مختلف (ACI-211-89)

گام دوم: انتخاب بزرگ‌ترین بعد دانه‌ها

بزرگ‌ترین بعد دانه‌ی شنی (D_max) معمولاً بر اساس تجربه‌ی مهندس طراح انتخاب می‌شود.

گام سوم: تخمین مقدار آب لازم و میزان هوا (W و A)

مقدار تقریبی آب لازم و میزان هوا را می‌توان از جدول 2 به دست آورد. همچنین درصد تقریبی هوای غیرعمدی که در بتن بدون حباب هوا ایجاد می‌شود، در این جدول پیش بینی شده است.

جدول 2-مقادیر طبیعی آب و هوا بر اساس اسلامپ و بزرگ‌ترین بعد دانه‌ها (ACI-211-89)

گام چهارم: انتخاب نسبت آب به سیمان (W/C)

انتخاب نسبت آب به سیمان باید بر اساس مقاومت مورد نیاز بتن و شرایط محیطی صورت گیرد. (جدول 3 الف و ب)

جدول 3 الف- نسبت آب به سیمان بر اساس مقاومت فشاری بتن (ACI-211-89)

جدول 3 ب- حداکثر نسبت مجاز آب به سیمان در شرایط محیطی نامناسب (ACI-211-89)

گام پنجم: محاسبه مقدار سیمان (C)

پس از تخمین مقدار آب مورد نیاز و محاسبه نسبت آب به سیمان به آسانی می‌توان مقدار سیمان را محاسبه کرد.

گام ششم: تخمین مقدار دانه‌های درشت (CA)

حجم دانه‌های درشت به صورت خشک در واحد حجم بتن را می‌توان بر اساس جدول 4 به دست آورد. با درنظرگرفتن این که وزن مخصوص شن خشک در محدوده 1600 تا 1800 کیلوگرم بر مترمکعب است، وزن شن بر حسب کیلوگرم به دست می‌آید.

جدول 4- حجم دانه‌های درشت در واحد حجم بتن (ACI-211-89)

گام هفتم: تعیین مقدار دانه‌های ریز (ماسه)، (FA)

پس از اتمام مرحله‌ی ششم از طرح اختلاط بتن ، تمام اجزای بتن غیر از سنگدانه ریز تخمین زده‌ شده‌اند. مقدار ماسه در این مرحله به روش حجم مطلق به شرح زیر تعیین می‌گردد:

کل حجم اشغال‌شده توسط اجزای معلوم (آب، هوا، سیمان و شن) از حجم واحد بتن کسر می‌گردد تا حجم موردنیاز ماسه به دست آید. سپس حجم به دست آمده در وزن مخصوص ماسه ضرب می‌گردد تا وزن آن تعیین گردد.

وزن مخصوص ماسه اشباع با سطح خشک حدود ۲۴۰۰ کیلوگرم در مترمکعب می‌باشد. با ضرب وزن مخصوص در حجم ماسه می‌توان وزن موردنیاز ماسه به‌صورت SSD در واحد حجم بتن را به دست آورد.

نکته: در هنگام طرح مخلوط بتن، شرایط رطوبت سنگ‌دانه‌ها به‌صورت اشباع با سطح خشک (SSD) در نظر گرفته می‌شود و آب به‌صورت آب مؤثر یا آب آزاد در محاسبات منظور می‌گردد.

گام هشتم: تنظیم رطوبت بتن

در مراحل قبلی فرض بر این بود که سنگ‌دانه‌ها در حالت اشباع با سطح خشک هستند. معمولاً در کارگاه‌ها دانه‌ها یا رطوبتی کمتر از این حالت دارند یا رطوبتی بیشتر از آن دارند؛ بنابراین وزن اجزای بتن باید تصحیح شود.

2.3.2 مثال طرح اختلاط بتن

مطلوب است طرح اختلاط بتن با مفروضات زیر:

• عضو سازه‌ای: فونداسیون بتن مسلح
• شرایط محیطی: ملایم
• حداکثر اندازه سنگدانه: ۳۸ میلی‌متر
• اسلامپ: بین ۸۰ تا ۱۰۰ میلی‌متر
• مقاومت فشاری ۲۸ روزه: ۲۵ مگاپاسکال

مشخصات مصالح از قرار زیر می‌باشد:

حل مثال:

مرحله اول: اسلامپ بین ۸۰ تا ۱۰۰ میلی‌متر داده شده است.

گام دوم: حداکثر اندازه سنگدانه 40 میلی‌متر داده شده است.

گام سوم: از جدول (2) مقدار آب مخلوط برابر 179 کیلوگرم و مقدار هوای ناخواسته برابر ۱ درصد به دست می‌آید.

گام چهارم: با استفاده از جدول (3-الف) مقدار آب به سیمان 0.61 به دست می‌آید.

گام پنجم: مقدار سیمان برابر است با:

179 / 0.61 = 293.44 kg/m³

گام ششم: با استفاده از جدول (4) مقدار دانه‌های درشت برابر است با:

0.71 x 1700 = 1207 kg/m³

گام هفتم: برای تعیین مقدار ماسه باید حجم اجزای معلوم را از حجم کل کم کرد.

Water Volume: 179 / 1000 = 0.179 m³ حجم آب

Cement Volume: 293 / 3150 = 0.093 m³ حجم سیمان

Coarse Agg. Volume (SSD): 1207 / 2700 = 0.447 m³ حجم مصالح درشت‌دانه

Air Volume: 0.01 m³ حجم هوا

Fine agg. Volume: 1 – (0.179 + 0.093 + 0.447 + 0.01) = 0.271 m³ حجم مصالح ریزدانه

وزن ماسه در حالت SSD برابر است با:

0.271 * 2600 = 704 kg/m³

نکته: در هنگام طرح مخلوط بتن، شرایط رطوبت سنگ‌دانه‌ها به‌صورت اشباع با سطح خشک (SSD) در نظر گرفته می‌شود و آب به‌صورت آب مؤثر یا آب آزاد در محاسبات منظور می‌گردد.

گام هشتم: تنظیم رطوبت برای پیمانه آزمایشی

بدین ترتیب نسبت‌های جدید طرح اختلاط بتن با اعمال انحراف رطوبت تعیین گردید.

 721/6kg/m³= مقدار ماسه

 155/73kg/m³= مقدار آب مخلوط

 1213/03kg/m³= مقدار شن

  293kg/m³= مقدار سیمان

2. 4 تشریح اهمیت آب به سیمان و تأثیر آن در خصوصیات بتن

بتنی که دارای مقاومت کافی باشد و به نحو صحیح ساخته، ریخته و عمل‌آوری شده باشد، در شرایط معمولی دوام کافی خواهد داشت؛ اما درصورتی‌که به لحاظ شرایط محیطی، دوام بتن اهمیت زیادی پیدا می‌کند، نسبت آب به سیمان یکی از عوامل تأثیرگذار در دوام خواهد بود.

– با افزایش نسبت آب به سیمان مقاومت فشاری بتن کاهش خواهد یافت.

شکل 6- نمودار نسبت آب به سیمان و مقاومت بتن (مگاپاسکال)

 – با افزایش نسبت آب به سیمان میزان تخلخل بتن افزایش قابل‌توجهی خواهد داشت.

– با افزایش نسبت آب به سیمان مقدار نفوذ یون کلر که عامل خورنده آرماتورها می‌باشد افزایش چشمگیری خواهد داشت.

– با افزایش تخلخل و حجم حفره‌های بتن، ابعاد سوراخ‌ها نیز افزایش می‌یابد.

– با افزایش نسبت آب به سیمان نرخ تبخیر آب بتن افزایش خواهد یافت که باعث نشست وافت سطحی بتن در هنگام گیرش خواهد شد. به‌بیان‌دیگر باعث افزایش احتمال ترک‌خوردگی در بتن می‌شود.

– با افزایش نسبت آب به سیمان نرخ جذب سطحی بتن افزایش چشمگیری خواهد داشت که خود عامل نفوذ مواد زیان‌آور به داخل بتن می‌باشد.

– با افزایش نسبت آب به سیمان میزان نفوذپذیری بتن افزایش قابل‌توجهی خواهد داشت.

با توجه به دلایل گفته‌شده، تعیین مقدار دقیق نسبت آب به سیمان از اهمیت زیادی برخوردار است.

2. 5 معرفی افزودنی‌های مهم و تأثیر آن‌ها در خصوصیات بتن

افزودنی‌های بتن حین فرآیند اختلاط بتن در مقادیر حداکثر پنج درصد وزن سیمان موجود در بتن اضافه می‌شوند تا بعضی از خواص بتن را به شکل مطلوبی تغییر دهند. به عنوان مثال زمان گیرش را تسریع یا تعویق می‌کنند و یا کارایی بتن را افزایش می‌دهند و مقاومت آن را می‌افزایند و یا از بتن در برابر یخ‌زدگی محافظت می‌کنند.

1.5.2 ‌انواع افزودنی‌های بتن

فوق روان کننده‌ها:

فوق روان کننده‌ها روانی بیشتری را در یک نسبت آب به سیمان ثابت در مقایسه با بتن شاهد ایجاد می‌کنند و همچنین یک روانی ثابت را در مقایسه با یک بتن شاهد با کاهش آب مخلوط فراهم می‌کنند. (فوق‌کاهنده آب)

نکته: بتن شاهد نمونه‌ای است که در کارگاه می‌ماند تا در صورتی که نمونه 28 روزه جواب نداد، مقاومت آن را 90 روزه بسنجند.

شکل 7-فوق روان کننده

معمولاً میزان مصرف افزودنی‌های بتن از جمله فوق روان کننده بتن، بر اساس درصدی از سیمان در بتن محاسبه می‌گردد. بسته به نوع روان کننده میزان مصرف می‌تواند بین 0/2 تا 2 درصد وزن سیمان مصرفی ‌باشد. علاوه بر آن برای محاسبه میزان مصرف بهترین روش مراجعه به دیتاشیت محصول می‌باشد.

تسریع‌کننده‌ها:

این نوع افزودنی‌ها نرخ کسب مقاومت بتن را در زمان‌های آغازین گیرش بتن افزایش می‌دهند و یا زمان‌گیرش را کاهش می‌دهند و یا هر دو اثر را ایجاد می‌کنند.

شکل 8- تسریع‌کننده

میزان مصرف فوق روان کننده زودگیر بتن با توجه به آزمایش‌های دقیق کارگاهی و دمای محیط و نوع مصالح مصرفی به دست می‌آید ولی به طور کلی میزان مصرف این نوع فوق روان کننده 1 الی 5/1 درصد وزن سیمان مصرفی است. باید توجه شود که حتماً‌ با توجه به افزودن فوق روان کننده زودگیر بتن،‌ به همان میزان ‌از آب بتن کاسته شود.

کندگیرکننده‌ها:

این نوع از افزودنی‌های بتن با ایجاد تأخیر در روند واکنش هیدراتاسیون سیمان، موجب کاهش سرعت گیرش و افزایش زمان آن می‌شوند. با استفاده از کندگیرکننده‌ها امکان افزایش زمان حمل و نقل فراهم می‌شود. همچنین این نوع افزودنی‌ها باعث کاهش درز سرد و ترک‌خوردگی ها می‌شوند.

شکل 9-کندگیرکننده

معمولاً افزودنی‌های کندگیرکننده در حالت مایع اندازه‌گیری و مصرف می‌شوند و چنانچه این افزودنی‌ها به شکل جامد (پودر) تحویل گردند، لازم است ابتدا بر طبق پیشنهاد تولیدکننده محلولی با درصد جامد مناسب از آن تهیه و سپس مصرف شوند.

مواد افزودنی کاهنده آب:

این ماده افزودنی بدون تغییر روانی، مقدار آب مخلوط بتن را کاهش می‌دهد یا بدون تغییر مقدار آب، اسلامپ و روانی را افزایش می‌دهد یا هردو اثر را به طور هم‌زمان ایجاد می‌کند.

افزودنی‌های کاهنده آب با کاهش مصرف آب باعث افزایش مقاومت می‌شوند و همچنین برای پر کردن آسان بخش‌هایی که دسترسی سخت است، کاربرد دارند.

شکل 10- کاهنده آب

افزودنی‌های کاهنده آب نیز در حالت مایع اندازه‌گیری و مصرف می‌شوند و چنان چه این افزودنی‌ها به شکل جامد (پودر) تحویل شوند، لازم است ابتدا بر طبق پیشنهاد تولیدکننده محلولی با درصد جامد مناسب از آن تهیه و سپس مصرف شوند.

افزونه‌ها و فیلرها:

مواد افزودنی معدنی، مواد سیلیسی‌ای می‌باشند که به‌طورکلی در حدود ۲۰ تا ۱۰۰ درصد وزنی سیمان پرتلند به بتن افزوده می‌شوند. همچنین پوزولان‌ها (گونه‌ای خاکستر آتش‌فشانی ریزدانه‌ که در ساخت بتن کاربرد دارد) به‌صورت خام یا بعد از فعال‌سازی حرارتی در بعضی از جاهای دنیا مورداستفاده قرار می‌گیرند.

شکل 11-ژل میکروسیلیس به عنوان افزونه و فیلر

مواد مضاف هوا زا:

این مواد سبب ایجاد حبا‌ب‌های عمدی ریز هوا در بتن می‌شوند. معمولاً مواد حباب‌زا با آهک موجود در سیمان در مجاورت آب ترکیب شده و حباب ریز تولید می‌کنند.

هدف از استفاده‌ی این مواد افزودنی حباب هواساز مقاومت در برابر دوره‌های یخ زدن و آب شدن بتن در بخش‌های مختلف است. با توجه به این موضوع که ترسازهای حباب هوازا، ذرات سیمان را به‌صورت ضد رطوبت می‌کنند، اضافه کردن مقدار بسیار زیاد افزودنی سبب تأخیر بسیار در هیدراتاسیون سیمان می‌شود.

با توجه به شرایط محیطی از نظر یخبندان و آب‌شدگی یا سایر شرایط موجود در حین بهره‌برداری در هر آیین‌نامه‌ای درصد حباب هوای لازم مشخص می‌شود. مقدار حباب هوای لازم در بتن معمولاً به حداکثر اندازه سنگدانه مصرفی ارتباط دارد. معمولاً هرچقدر خمیر سیمان بتن کمتر باشد، درصد حباب هوای لازم در بتن کمتر می‌شود، در حالی‌که ممکن است عملاً‌ درصد حباب هوا در خمیر سیمان ثابت باشد.

بهتر است ماده حباب‌زا به‌صورت مایع یا محلول به بتن اضافه شوند. مقدار مصرف مواد پودری بسیار کم است و نمی‌تواند به خوبی و با سرعت در بتن مخلوط و توزیع شود.

شکل 12-حباب هواساز بتن

3. نتیجه گیری

با بررسی مطالب ذکرشده و آزمایش‌های انجام‌ یافته می‌توان نتیجه گرفت که:

1- مقاومت 90 روزه بتن‌های ساخته‌شده با انواع مختلف سیمان برابر بوده و مساوی 1/2 برابر مقاومت نمونه 28 روزه‌ای است که با سیمان نوع یک ساخته‌شده است.

2- برای تبدیل مقاومت نمونه‌های مکعبی به استوانه‌ای یا برعکس باید از ضریب‌های موجود در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان استفاده کرد.

3- هیچ رابطه مشخص و تعریف‌شده‌ای بین مقاومت بتن و عیار سیمان وجود ندارد اما به طور تجربی می‌توان از رابطه زیر استفاده کرد:

f_c=(w/10)-9

که در آن f_c مقاومت مشخصه بتن بر حسب مگاپاسکال و w عیار سیمان بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب می‌باشد.

4- مراحل طرح اختلاط بتن به‌صورت خلاصه به شکل زیر است:

گام اول: انتخاب اسلامپ

گام دوم: انتخاب اندازه حداکثر سنگ‌دانه‌ها

گام سوم: تخمین آب مخلوط

گام چهارم: انتخاب نسبت آب به سیمان

گام پنجم: محاسبه مقدار سیمان

گام ششم: تخمین مقدار سنگ‌دانه‌های درشت

گام هفتم: تخمین مقدار سنگدانه ریز

گام هشتم: تنظیم رطوبت بتن

5- نسبت آب به سیمان یکی از عوامل تأثیرگذار در مقاومت و دوام بتن است و باید با دقت تعیین شود.

6- افزودنی‌های بتن برای رسیدن به چند هدف عمده مورداستفاده قرار می‌گیرند:

الف- بهبود کارایی

ب- تسریع یا تعویق زمان‌گیرش

پ- کنترل افزایش مقاومت

ت- افزایش مقاومت در برابر عمل یخ‌زدگی، ترک‌خوردگی حرارتی، انبساط قلیایی سنگدانه و محلول اسیدی و سولفاتی

منابع

1. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش پنجم، 1399.
2.  ماهنامه فن‌آوری سیمان هشتمین کنفرانس ملی سالیانه بتن ایران-تهران-15 مهرماه 1395
3. ACI-211

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا