بتن خود متراکم چیست؟ بررسی کامل آزمایش‌های بتن خود تراکم

بتن خودمتراکم یا SCC نوعی بتن خاص است که نیاز به ویبراتور و لرزاندن ندارد. اما آیا می‌دانید مواد افزودنی چه تاثیری بر این نوع بتن دارند؟ یا هدف اصلی آزمایش جریان اسلامپ چیست؟ آیا با مراحل آزمایش حلقه J آشنایی دارید؟

در این مقاله جامع، ابتدا توضیح خواهیم داد که بتن خودمتراکم چیست و چه ویژگی‌هایی دارد. سپس به بررسی آزمایش‌های مختلف مرتبط با بتن خود تراکم می‌پردازیم و در نهایت آیین‌نامه‌ها و استانداردهای مرتبط را بررسی خواهیم کرد.

⌛ آخرین به‌روزرسانی: 25 مهر 1403

📕 تغییرات به‌روزرسانی: آپدیت براساس آخرین ویرایش مبحث 9 و آبا

1. بتن خود متراکم چیست؟

یکی از مراحل مهم در اجرای سازه­ های بتنی، عملیات متراکم ­سازی و خارج کردن حباب­ های هوای محبوس در بتن است. تراکم بتن معمولاً با ویبره زدن با ویبراتور انجام می ­شود. تراکم بتن با استفاده از ویبراتور ممکن است مشکلاتی را به همراه داشته باشد، از جمله این مشکلات می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

• جداشدگی دانه ­بندی‌ بتن به دلیل ویبره زیاد
• تراکم غیریکنواخت بتن و در نتیجه تفاوت در مقاومت فشاری در قسمت­ های مختلف سازه
• عدم دسترسی برای ویبره زدن در نقاط با تراکم بالای آرماتور و کرمو شدن بتن در آن بخش­ ها
• ایجاد آلودگی صوتی و آسیب به محیط­ زیست و تیم اجرایی
• نیاز به نیروی کار ماهر و حرفه ­ای برای ویبره زدن اصولی بتن

استفاده از بتن خود متراکم (SCC) می­تواند راه‌حلی منطقی برای پیشگیری از این مشکلات باشد، به‌خصوص در شرایطی که دانه­ بندی درشتی برای بتن و یا تراکم بالایی از آرماتورها در سازه وجود دارد. بتن خود متراکم اولین بار در دهه 1980 میلادی در ژاپن برای جبران کمبود نیروی کار ماهر، کاهش در هزینه­ های بتن­ ریزی و افزایش کیفیت ساخت در سازه‌ها ابداع شد، به‌گونه‌ای که بتن بدون نیاز به لرزش مکانیکی بتواند فضاهای قالب را به‌صورت یکنواخت پر کند. نام دیگر بتن خود متراکم، بتن خود متراکم شونده است.

❓بتن SCC مخفف چیست؟

بتن SCC مخفف Self Consolidating Concrete است.

بتن خود متراکم، یک بتن بسیار روان اما پایدار است که می تواند به‌راحتی حتی از میان تراکم زیاد آرماتورها در المان های سازه ای عبور کرده، تمام فضاهای خالی قالب را به‌صورت یکنواخت و بدون جداشدگی پر کند، و بدون نیاز به هرگونه ویبره یا لرزش مکانیکی، تنها تحت وزن خود متراکم شود. تصاویر بتن خود متراکم در شکل 1 و شکل 2 نشان‌داده‌شده است.

شکل 1: نمونه ای از اجرای بتن خود متراکم

شکل 2: نمونه ای از جریان بتن خود متراکم در میان آرماتورها

در گذشته از افزایش نسبت آب به سیمان برای بالا بردن کارایی بتن استفاده می شد، اما باید توجه کرد که نسبت آب به سیمان با مقاومت و دوام بتن نسبت معکوس دارد، یعنی هر چه نسبت آب به سیمان در بتن بیشتر باشد، مقاومت و دوام آن کمتر خواهد بود. به همین علت امروزه در ساخت بتن خود متراکم، بدون کاهش نسبت آب به سیمان و با اصلاح دانه بندی سنگدانه ها، اضافه کردن پودرهای پرکننده معدنی مانند میکروسیلیس و خاکستر بادی و همچنین افزودن نسل جدید فوق‌روان‌کننده‌ها می توان به اسلامپ موردنظر رسید. بتن خود متراکم را می‌توان بر اساس نوع افزودنی‌ها به سه دسته تقسیم کرد:

▪️ بتن خود متراکم پودری: در این نوع بتن، از افزودنی‌های پودری با ذرات کوچک‌تر از 150 میکرومتر برای افزایش پایداری استفاده می‌شود. مقدار کل پودر در این بتن حدود 500 تا 570 کیلوگرم در متر مکعب است.

▪️ بتن خود متراکم با مواد اصلاح‌کننده ویسکوزیته: برای حفظ پایداری و جریان‌پذیری در بتن خود متراکم با مواد اصلاح‌کننده ویسکوزیته، از مواد شیمیایی اصلاح‌کننده ویسکوزیته استفاده می شود. مقدار پودر در این نوع حدود 320 تا 400 کیلوگرم در مترمکعب است.

▪️ بتن خود متراکم ترکیبی: در این بتن، ترکیبی از پودر و مواد اصلاح‌کننده ویسکوزیته به کار می‌رود تا هم روانی و هم پایداری به حداکثر برسد. مقدار پودر در این نوع بین 400 تا 500 کیلوگرم در متر مکعب است.

2. خصوصیات بتن خود متراکم

در این بخش به معرفی مشخصه های اصلی ارزیابی کارایی بتن خود تراکم و مشخصات مکانیکی آن پرداخته شده و در ادامه نکات مدل‌سازی بتن خود متراکم در ایتبس و سیف مورد بررسی قرار می گیرد.

1.2. مشخصه‌های کارایی بتن خود متراکم

به‌طورکلی تفاوت بتن خود متراکم با بتن معمولی را می توان در کارایی بتن دانست. کارایی بتن به مجموعه ویژگی‌هایی گفته می‌شود که تعیین‌کننده میزان سهولت یا پیچیدگی در مخلوط کردن، حمل و نقل، ریختن، تراکم و پرداخت بتن تازه است. کارایی بتن به طور مستقیم بر کیفیت نهایی سازه تأثیر می‌گذارد و باید با توجه به نیازهای خاص هر پروژه تنظیم شود. کارایی بتن خود متراکم تازه با سه مشخصه اصلی زیر بررسی می شود:

• روانی (Filling Ability)
• توان عبور (Passing Ability)
• مقاومت در برابر جداشدگی (Segregation Resistance)

برای خود متراکم بودن بتن تازه و حفظ این خاصیت در حین حمل‌ونقل و بتن ریزی، لازم است سطوح قابل‌قبولی از روانی، توان عبور و مقاومت در برابر جداشدگی در بتن وجود داشته باشد. برای ارزیابی و تایید هر کدام از ویژگی های کارایی بتن خود متراکم، آزمایش هایی طراحی شده است که در ادامه به آن ها اشاره خواهد شد.

1.1.2. روانی

روانی یا توان پر کردن یکی از معیارهای ارزیابی کارایی بتن بوده و به توانایی بتن تازه در جریان یافتن تحت وزن خود و پر کردن تمام فضاهای خالی و گوشه های قالب گفته می شود. همچنین مخلوط بتن تازه باید به اندازه کافی روان باشد تا هنگام جریان ‌پیدا کردن آن، هوای محبوس شده در بتن حین فرایند ساخت و یا بتن ریزی از بین رفته و بتن تنها تحت وزن خود به‌خوبی متراکم شود.

2.1.2. توان عبور

ویژگی دوم ارزیابی کارایی بتن، توان عبور آن است. توان عبور بتن تازه تا حدی به روانی آن هم مرتبط است. توان عبور به توانایی بتن تازه در عبور از میان فضاهای تنگ قالب و تراکم زیاد آرماتورها گفته می شود. برای اینکه بتن تازه بتواند به‌راحتی از فضاهای تنگ و از میان آرماتورها عبور کند، لازم است سنگدانه‌های درشت بتن کمی جابه‌جا شده، تا حدی از هم فاصله داشته باشند و درهم قفل نشوند تا مسیر عبور بتن مسدود نشود.

3.1.2. مقاومت در برابر جداشدگی

مقاومت در برابر جداشدگی یا پایداری بتن، به توانایی بتن تازه برای حفظ همگنی و توزیع یکنواخت مواد تشکیل دهنده، حین حمل و بتن ریزی گفته می شود. وقوع جداشدگی در بتن تازه، به چگالی سنگدانه های بتن و ویسکوزیته خمیر سیمان بستگی دارد.

❓ویسکوزیته چیست؟

ویسکوزیته به مقاومت یک مایع در برابر جریان یافتن گفته می‌شود. برای مثال عسل ویسکوزیته بالایی دارد، چون خیلی غلیظ است و به‌سختی جریان پیدا می‌کند درحالی‌که آب ویسکوزیته پایینی دارد، چون رقیق است و به‌راحتی جاری می‌شود؛ بنابراین، هرچه ویسکوزیته یک مایع بیشتر باشد، حرکت آن کندتر و سخت‌تر است.
زمانی که چگالی سنگدانه بتن بیشتر از خمیر سیمان باشد، سنگدانه ها تمایل به ته نشین شدن پیدا می کنند و همچنین اگر ویسکوزیته خمیر سیمان کم باشد، توانایی آن برای نگه‌داشتن سنگدانه‌ها در محل خود کاهش می‌یابد. در این حالت، سنگدانه‌های درشت با چگالی بیشتر ممکن است از خمیر سیمان جدا شده و به سمت پایین مخلوط بتن حرکت کنند. این موضوع منجر به جمع شدن سنگدانه‌ها در قسمت‌های پایین بتن و تشکیل لایه‌ای از خمیر رقیق سیمان در بالای بتن و در نتیجه رخ دادن جداشدگی در بتن می-شود.

جداشدگی در بتن معمولاً به شکل های زیر ظاهر می شود:

▪️ کرموشدگی در بتن سخت شده: کرموشدگی در بتن به‌صورت حفره‌های بزرگ و نامنظم بین ذرات سنگدانه‌هایی است که از خمیر جدا شده‌اند. کرموشدگی ممکن است ناشی از خوب متراکم نشدن بتن باشد.

▪️ آب انداختن در بتن تازه: آب‌ انداختن زمانی در بتن رخ می‌دهد که آب در طول بتن ریزی از مخلوط بتن جدا شود و در سطح بالایی عضو بتن‌ریزی شده به‌صورت لایه نازکی از خمیر رقیق سیمان جمع شود.

▪️ انسداد در بتن تازه: زمانی که چسبندگی مخلوط بتن تازه برای یکنواختی سنگدانه‌ها کافی نباشد ممکن است خمیر سیمان با ویسکوزیته کمتر با سرعت بیشتری حرکت ‌کند و بخشی از مخلوط بتن بدون خمیر باقی بماند. به این پدیده که ممکن است پمپاژ بتن را با مشکل همراه کند و یا حتی آن را متوقف کند، انسداد یا جداشدگی فشاری گفته می شود.

2.2. مشخصات مکانیکی بتن خود متراکم

در ادامه مشخصات مکانیکی بتن خود متراکم مانند مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته، مقاومت کششی، مقاومت برشی، خزش و جمع شدگی مورد بررسی قرار گرفته و به‌صورت اجمالی با بتن معمولی مقایسه می گردد.

1.2.2. مقاومت فشاری

بتن خود متراکم با داشتن مواد افزودنی‌ ریزدانه، پس از سخت شدن، ریزساختار متراکم تری نسبت به بتن معمولی دارد. از سوی دیگر به دلیل عدم وجود لرزش در بتن خود متراکم، بتن در نواحی میان سنگدانه و سیمان از کیفیت بالاتری نسبت به بتن ویبره شده برخوردار است. این عوامل باعث می شود که بتن خود متراکم نسبت به بتن معمولی مقاومت فشاری بالاتری از خود نشان دهد. مقاومت فشاری 28 روزه  بتن خود متراکم می تواند تا حدود 10% بیشتر از بتن معمولی با نسبت آب به سیمان یکسان باشد. به همین علت گاهی تولید بتن خود متراکم مقاومت بالا راحت تر از تولید بتن خود متراکم با مقاومت پایین است.

2.2.2. مدول الاستیسیته

ازآنجایی‌که حجم زیادی از بتن را سنگدانه ها تشکیل می دهد، میزان و نوع سنگدانه تأثیر بسیار زیادی بر روی مقدار مدول الاستیسیته بتن دارد و به طبع کاهش میزان سنگدانه و افزایش میزان خمیر سیمان می تواند مدول الاستیسیته را کاهش دهد؛ بنابراین انتظار می رود که بتن خود متراکم با مقدار کمتر و حداکثر اندازه کوچک‌تر سنگدانه و همین‌طور حجم بیشتر خمیر سیمان، مدول الاستیسیته کمتری نسبت به بتن معمولی با مقاومت فشاری یکسان داشته باشد.

شواهد حاصل از برخی آزمایش ها نشان می دهد که مدول الاستیسیته بتن خود متراکم ممکن است حدود 10% تا 15% کمتر از بتن معمولی با مقاومت فشاری یکسان باشد و این تفاوت مقدار مدول الاستیسیته برای بتن با مقاومت فشاری های کمتر، بیشتر مشاهده شده است. این در حالی است که در برخی دیگر از آزمایش ها مدول الاستیسیته بتن خود متراکم برابر با بتن معمولی با مقاومت فشاری یکسان مشاهده شده است.

آیین نامه ACI 237 پیشنهاد می کند که برای محاسبه مدول الاستیسیته در بتن خود متراکم با چگالی بین 1500 تا 2500 کیلوگرم بر مترمکعب، در شرایطی که مدول الاستیسیته در عضو سازه ای بحرانی و تعیین کننده نباشد، همچنان می توان از رابطه رایج زیر برای محاسبه مدول الاستیسیته در بتن استفاده کرد:

E_c=0.043 w_c^1.5  √(f´_c)

که در این رابطه w_c چگالی بتن با واحد کیلوگرم بر مترمکعب و f´_c مقاومت فشاری بتن برحسب مگاپاسکال است.

در شرایطی که مدول الاستیسیته برای عضو سازه ای تعیین کننده باشد، لازم است مدول الاستیسیته بتن خود متراکم، به طور دقیق مطابق دستورالعمل استاندارد  ASTM C 469 تعیین شود.

3.2.2. مقاومت کششی

برخلاف اطلاعات قابل توجه در مورد مقاومت فشاری، در مورد مقاومت کششی بتن خود متراکم اطلاعات نسبتا کمی وجود دارد. داده‌های موجود در مورد مقاومت کششی بتن خود متراکم از آزمایش‌ کشش غیرمستقیم به ‌دست آمده و مقایسه‌های بین بتن خود متراکم و بتن معمولی بر اساس نسبت مقاومت کششی به مقاومت فشاری انجام می‌شود.

داده‌های موجود نشان می‌دهد که بتن خود متراکم، مقاومت کششی مشابه یا تا حدود تا 40% بیشتری نسبت به بتن معمولی از خود نشان می دهد. این مشاهده را می توان به دلیل یکنواختی بیشتر بتن خود متراکم و ریزساختار متراکم‌تر و با تخلخل کمتر آن، نسبت به بتن معمولی دانست. اما می‌توان به طور محافظه‌کارانه فرض کرد که مقاومت کششی بتن خود متراکم مشابه با بتن معمولی است، زیرا میزان بالاتر خمیر سیمان در بتن خود متراکم به طور کلی تأثیر قابل‌توجهی بر مقاومت کششی ندارد.

4.2.2. مقاومت برشی

درمورد مقاومت برشی بتن خود متراکم سخت شده هم مشابه مقاومت کششی آن، اطلاعات اندکی وجود دارد. کمتر بودن میزان درشت‌دانه در یک بتن خود متراکم نسبت به بتن معمولی ممکن است باعث کاهش قفل‌شدگی سنگدانه‌ها در سطح شکست برشی و در نتیجه کاهش مقاومت برشی بتن شود، اما شواهد آزمایشگاهی دقیقی برای اثبات این مسئله وجود ندارد و حتی در آزمایش های انجام شده هم کاهشی در مقاومت برشی بتن خود متراکم مشاهده نشد.

می توان این‌طور استنباط کرد که این کاهش احتمالی مقاومت برشی بتن خود متراکم که از کاهش میزان قفل شدگی سنگدانه ها در سطح شکست برشی ناشی می شود، ممکن است در واقع توسط افزایش مقاومت ناشی از پیوند سنگدانه و ملات سخت شده متراکم‌تر و قوی‌تر در بتن خود متراکم جبران شود یا حتی باعث افزایش جزئی در مقاومت برشی بتن خود متراکم شود.

5.2.2. خزش

خزش بتن به افزایش تدریجی تغییرشکل بتن تحت تنش با گذشت زمان، و بدون افزایش بار اعمالی اطلاق می شود. خزش بتن به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله این عوامل می توان به مقدار خمیر سیمان، مقدار و سختی سنگدانه ها، مدت و روش عمل-آوری، دما، رطوبت و سن بتن در هنگام بارگذاری اشاره کرد.

به دلیل میزان بیشتر خمیر سیمان در بتن خود متراکم، می توان انتظار داشت که در شرایط یکسان، ضریب خزش این نوع بتن بیشتر از بتن معمولی باشد، اما این تفاوت اندک بوده و در روابط پیشنهاد شده توسط آیین نامه ها لحاظ شده است.

6.2.2. جمع‌شدگی

جمع شدگی در بتن به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن حجم بتن در طول زمان کاهش می‌یابد. این پدیده به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود:

▪️ جمع شدگی پلاستیک: این نوع جمع شدگی به دلیل تبخیر آب از سطح بتن تازه ریخته شده رخ می‌دهد. این نوع جمع شدگی می‌تواند به ترک‌های سطحی در بتن منجر شود. بتن خود متراکم می تواند مستعد جمع شدگی پلاستیک باشد، به همین دلیل عمل آوری بتن به‌ویژه در 24 ساعت اولیه اهمیت زیادی دارد و لازم است در مواردی که جمع شدگی پلاستیک برای عضو سازه ای اهمیت دارد، آزمایش-های تکمیلی انجام شود.

▪️ جمع شدگی خشک شدگی: جمع شدگی خشک شدگی در طولانی‌مدت و بعد از سخت شدن بتن رخ می‌دهد. در این نوع از جمع شدگی آب از منافذ ریز بتن تبخیر شده، بتن به آرامی منقبض می‌شود و می‌تواند منجر به ایجاد ترک‌ها در ساختار بتن شود. در پیش‌بینی‌ جمع‌شدگی خشک‌شدگی بتن خود متراکم، اغلب تمرکز اصلی بر روی نسبت آب به سیمان است. از سوی دیگر بتن خود متراکم ممکن است نسبت آب به سیمان مشابهی با بتن معمولی داشته باشد، اما نوع و میزان افزودنی‌های آن با بتن معمولی بسیار متفاوت است.

این مسئله، مقایسه رفتار جمع شدگی خشک شدگی در بتن خود متراکم را با بتن معمولی پیچیده و دشوار می کند. آزمایش ها و تحقیقات انجام شده هم نتایج متناقضی را در این مورد نشان می دهند؛ بنابراین، میزان جمع‌شدگی بتن خود متراکم می‌تواند برابر، بیشتر، و یا کمتر از بتن معمولی باشد و تحت تأثیر عوامل دیگری نیز قرار گیرد.

3.2. نکات مدل‌سازی بتن خود متراکم در ایتبس و سیف

در مدل‌سازی بتن خود متراکم در ایتبس و سیف، لازم است که مشخصات مکانیکی بتن بر اساس نتایج آزمایشگاهی یا دستورالعمل‌های موجود به‌دقت تعیین و در نرم افزار تعریف شود. برای تعریف بتن خود متراکم در ایتبس و سیف باید ابتدا از منوی Define گزینه Material Properties را انتخاب کرد. همان‌طور که در شکل 3 نشان‌ داده‌شده است، برای تعریف بتن خود متراکم لازم است وزن واحد حجم، مدول الاستیسیته، ضریب پواسون و ضریب انبساط حرارتی آن تعیین شود.

تمامی این مشخصات از طریق آزمایش های مربوطه قابل‌تعیین هستند، اما درصورتی‌که داده های آزمایشی در دسترس نباشد می-توان هر مورد را توسط راهکارهای زیر تخمین زد:

• برای تخمین وزن واحد حجم می توان طرح اختلاط بتن را مورد بررسی قرار داد و مجموع وزن مواد تشکیل دهنده بتن خود متراکم را به‌ازای حجم یک مترمکعب محاسبه کرد.
• مدول الاستیسیته بتن خود متراکم به‌صورت تقریبی توسط روابط پیشنهادی بر اساس مقاومت فشاری آن تعیین می شود.
• ضریب پواسون بتن خود متراکم تقریبا مشابه بتن معمولی بوده و می توان مقدار 0.21 را برای آن در نظر گرفت.
• مطالعات نشان داده است که ضریب انبساط حرارتی بتن خود متراکم را می توان بین دو مقدار زیر در نظر گرفت:

13×10^(-6)  1/c°   ,  10×10^(-6) 1/c°

شکل 3: تعریف مشخصات بتن خود متراکم در ایتبس و سیف

3. مزایا و معایب بتن خود متراکم

بتن خود متراکم به‌عنوان یک نوآوری در صنعت ساخت‌وساز، جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. این نوع بتن در کنار مزیت های فراوان خود، با محدودیت هایی نیز همراه است. در ادامه به مهم ترین مزایا و معایب بتن خود متراکم اشاره خواهد شد.

1.3. مزایای بتن خود متراکم

مزایای بتن خود متراکم عبارت است از:

• بتن خود متراکم می تواند در میان تراکم بالای میلگردها و در تمام فضاهای تنگ قالب به‌راحتی جاری شود. این مسئله استفاده از قالب  با اشکال پیچیده و طراحی های نوآورانه را امکان پذیر می کند.
• بتن خود متراکم بدون نیاز به ویبره زدن و تنها تحت وزن خود به‌خوبی متراکم می شود و درعین‌حال به‌اندازه کافی پایدار است تا فرایند بتن ریزی بدون جداشدگی و آب انداختن انجام شود.
• بتن خود متراکم از یکنواختی، پایداری، و تراکم بالایی برخوردار بوده که می تواند ویژگی های مکانیکی و دوام آن را بهبود ببخشد.
• روانی و مقاومت در برابر جداشدگی باعث می شود که سطح تمام شده بتن خود متراکم یکنواخت، بدون نقص، و زیبا بوده و نیاز به تعمیر یا پرداخت مجدد نداشته باشد.
• بتن خود متراکم نسبت به بتن معمولی می‌تواند تا فاصله خیلی بیشتری در سطح افقی بدون جداشدگی جاری شود و این ویژگی باعث کاهش تعدد نقاط بتن ریزی می شود.
• ارتفاع سقوط مجاز بتن خود متراکم بیشتر از بتن معمولی بوده و در نتیجه بتن ریزی دیوار و ستون ها با سهولت بیشتری انجام شود.
• در فرایند اجرای سازه با بتن خود متراکم، حذف مرحله ویبره زدن، آلودگی صوتی محل را کاهش داده و به بهبود ایمنی و سلامت کارگران و محیط زیست کمک می کند.
• استفاده از خاکستر بادی به‌عنوان یک افزودنی در ساخت بتن خود متراکم، با کاهش گرمای زیاد هیدراتاسیون بتن، از آسیب زیاد به محیط زیست جلوگیری می کند.
• فرایند بتن ریزی با بتن خود متراکم، به دلیل سهولت جریان و حذف زمان ویبره زدن، با سرعت بالایی انجام می شود و این مسئله می تواند به کاهش روزهای عملیاتی و در نتیجه کاهش هزینه ساخت منجر شود.
• به دلیل حذف مرحله ویبره زدن و پرداخت سطحی در اجرای بتن خود متراکم، نیروی انسانی کمتری استخدام شده و در نتیجه هزینه ساخت کاهش می یابد.

2.3. معایب بتن خود متراکم

محدودیت ها و معایب بتن خود متراکم عبارت است از:

• درصد کمتر سنگدانه درشت و حداکثر اندازه اسمی کوچک‌ تر سنگدانه در بتن خود متراکم ممکن است باعث مدول الاستیسیته کمتر این بتن نسبت به بتن معمولی شود.
• فرایند تولید بتن خود متراکم‌ به‌عنوان یک فناوری جدید، نیازمند کنترل کیفیت دقیق‌تری نسبت به بتن معمولی است. برای حفظ کارایی بتن خود متراکم، نظارت مداوم بر تولید ضروری بوده و لازم است تولید و اجرای آن تنها توسط افراد آموزش‌دیده انجام شود.
• برای ارزیابی هرکدام از ویژگی های کارایی بتن خود متراکم، لازم است آزمایش های متعددی انجام شود.
• به دلیل محتوای بالای ریزدانه و روانی بتن خود متراکم، قالب‌بندی باید محکم و بدون هرگونه درز و شکافی انجام شود تا از نشت شیره بتن جلوگیری شود.
• در اجرای بتن خود متراکم به دلیل استعداد جمع شدگی پلاستیک زیاد، لازم است به‌محض اتمام بتن‌ریزی، عمل آوری و مراقبت زیادی مخصوصا در 24 ساعت اولیه انجام شود تا از ترک خوردگی سطحی در آن جلوگیری شود.
• زمان اختلاط بتن خود متراکم در میکسر ممکن است بیشتر از بتن معمولی باشد.
• بتن خود متراکم در فرایند بتن ریزی و سخت شدن حساسیت بالایی به دما دارد؛ بنابراین لازم است در بتن ریزی در هوای گرم مراقبت های ویژه ای در نظر گرفته شود.
• بتن خود متراکم نسبت به تغییرات کوچک در ترکیب مواد اولیه و به‌ویژه میزان آب بسیار حساس است. تغییرات جزئی در مقدار آب، سیمان، یا افزودنی‌ها می‌تواند بر خواص نهایی بتن تأثیر قابل توجهی بگذارد؛ بنابراین لازم است میزان رطوبت سنگدانه ها به‌دقت اندازه گیری شده و همچنین قبل از اختلاط از خشک و تمیز بودن میکسر اطمینان پیدا کرد.

4. اجزا اصلی بتن خود متراکم

به جز تفاوت در استفاده از مواد افزودنی، به‌طورکلی اجزا بتن خود متراکم مشابه با بتن معمولی بوده و شامل سنگدانه‌ها، آب، و سیمان می باشد، اما نسبت‌های مصالح و ویژگی‌های سنگدانه در بتن خود متراکم با بتن معمولی متفاوت است.

1.4. سنگدانه

سنگدانه‌های درشت مورد استفاده در بتن خود متراکم باید حداکثر اندازه اسمی کوچک‌تری نسبت به بتن معمولی داشته باشند. در بتن خود متراکم باید حداکثر اندازه اسمی سنگدانه به 20 میلی متر محدود شود. همچنین بهتر است در ساخت بتن خود متراکم از سنگدانه های گرد و کروی استفاده کرد، چون معمولاً بتن با سنگدانه های گرد و با بافت سطحی صاف  به دلیل سهولت بیشتر در حرکت و جریان، برای رسیدن به یک اسلامپ مشخص، نسبت به بتن با سنگدانه های شکسته و زبر به آب و سیمان کمتری دارد. ماسه و یا ریزدانه های مصرفی در بتن هم باید از دانه بندی مناسبی برخوردار باشد. آیین نامه بتن ایران توصیه می کند که در ساخت بتن خود متراکم ترجیحا از ماسه گرد گوشه استفاده شود و حدود 20% تا 30% وزن ماسه را ذرات کوچک تر از 0.3 میلی متر تشکیل دهد.

شکل 4: سنگدانه ها با اندازه ذرات مختلف در دانه بندی

2.4. سیمان

آیین نامه بتن ایران استفاده از انواع استاندارد سیمان پرتلند و آمیخته را با توجه به الزامات خاص هر پروژه در بتن خود متراکم مجاز اعلام کرده است. به‌علاوه، باید توجه کرد که در شرایطی که آب مصرفی بتن کم بوده و درعین‌حال مقدار زیادی فوق روان-کننده به بتن اضافه می شود، احتمال بروز ناسازگاری بین سیمان و فوق روان کننده ها وجود دارد و می تواند منجر به سفت شدن زودتر از موعد خمیر بتن و در نتیجه کاهش اسلامپ شود؛ بنابراین لازم است این مسئله در انتخاب نوع سیمان مصرفی و تعیین مقدار فوق روان کننده در نظر گرفته شود.

3.4. آب

بازه های پیشنهادی برای تعیین نسبت آب به سیمان توسط آیین نامه های مختلف ارائه شده که در ادامه به آن ها اشاره خواهد شد.

❓آیا در بتن خود متراکم از نسبت آب به سیمان بالاتر برای بهبود کارایی بتن استفاده می شود؟

خیر، در بتن خود متراکم نه‌تنها از نسبت آب به سیمان بالاتری برای بهبود کارایی بتن استفاده نمی شود، بلکه معمولاً به دلیل تمایل بیشتر به ساخت بتن خود متراکم با مقاومت بالا، نسبت آب به سیمان در این نوع بتن کمتر از بتن معمولی در نظر گرفته می شود.

5. مواد افزودنی بتن خود متراکم

مواد افزودنی بتن خود متراکم را می توان به دو گروه مواد افزودنی پرکننده و مواد افزودنی شیمیایی تقسیم کرد که در ادامه به معرفی هر کدام پرداخته خواهد شد. افزودنی های بتن خود متراکم ممکن است بسته به نیاز پروژه به مقدار محدودتری در ساخت بتن معمولی هم کاربرد داشته باشند. در ساخت بتن خود متراکم بهتر است از افزودنی های زیر استفاده نشود:

▪️ افزودنی‌های حباب‌زا: این افزودنی‌ها معمولاً برای افزایش مقاومت بتن در برابر دوره های یخبندان و آب شدن استفاده می‌شود. اما در بتن خود متراکم که نیاز به روانی بالایی دارد، افزودنی‌های حباب‌زا ممکن است به دلیل ایجاد حباب‌های هوا، خواص جریان‌پذیری و تراکم‌پذیری بتن را کاهش دهد.

▪️ افزودنی‌های تندگیر کننده: این افزودنی ها می‌توانند زمان گیرش بتن را کاهش دهند، درحالی‌که بتن خود متراکم نیاز به زمان کافی برای جریان و تراکم دارد و این مواد ممکن است کارایی بتن را کاهش دهد.

1.5. مواد افزودنی پرکننده معدنی

پرکننده‌های معدنی می‌توانند حجم زیادی از بتن خود متراکم را تشکیل دهند. این مواد به‌منظور بهبود کارایی بتن تازه و دستیابی به دانه بندی بهتر استفاده می شوند. پرکننده های معدنی به‌صورت مواد فعال و غیرفعال در بتن خود متراکم کاربرد دارند.

مواد افزودنی فعال بتن، به طور مستقیم در واکنش‌های شیمیایی با سیمان شرکت می‌کنند و خواص مکانیکی و دوام آن را بهبود می‌بخشند. مواد افزودنی غیرفعال بتن، مستقیما در واکنش‌های شیمیایی با سیمان شرکت نکرده و معمولاً به منظور بهبود دانه‌بندی و کارایی بتن استفاده می شوند.

باید توجه کرد که اگر بخشی از حجم سیمان موردنیاز، با پرکننده های معدنی غیرفعال جایگزین شود، بهبودی در تراکم و دوام بتن مشاهده نمی شود، درحالی که اگر با ثابت نگه داشتن مقدار سیمان موردنیاز، مقدار اضافی از این پرکننده ها افزوده شود، به دلیل کم شدن نسبت آب به کل مواد پودری، می توان انتظار بهبود در تراکم و دوام بتن را داشت. اما هنگامی که بخشی از حجم سیمان موردنیاز، با پرکننده های معدنی فعال جایگزین می‌شود، به دلیل واکنش های اضافی ممکن است برخی از ویژگی های بتن بهبود پیدا کند.

مقدار دقیق مواد افزودنی پودری باید بر اساس نیاز هر پروژه، با توجه به محدوده تعیین شده برای محتوای پودر، و همچنین درنظرگرفتن نسبت آب به مواد پودری محاسبه شود و طرح اختلاط توسط ساخت بتن آزمایشی و انجام آزمایش های لازم مورد بررسی قرار گیرد.

1.1.5. پودر سنگ

پرکننده‌های معدنی غیرفعال می توانند شامل پودر سنگ‌آهک یا پودر گرانیت با دانه بندی بسیار ریز باشند که باعث افزایش حجم خمیر می شوند. آیین نامه بتن ایران در تفسیر بند 11-5-2-پ توصیه می کند که اندازه ذرات پود سنگ به طور کلی کوچک تر از 150 میکرومتر باشد و حداقل 70% از آن از الک نمره 200 (75 میکرومتر) عبور کند. می توان از پود سنگ برای افزایش ویسکوزیته و پایداری بتن خود متراکم هم استفاده کرد. مقدار پودر سنگ در بتن خود متراکم می تواند بین 50 تا 150 کیلوگرم بر مترمکعب باشد.

شکل 5: پودر سنگ آهک

2.1.5. خاکستر بادی

این پرکننده معدنی فعال با ذرت کروی به قطر 1 تا 150 میکرومتر دارای خواص پوزولانی بوده و می تواند علاوه بر افزایش چسبندگی بتن، حساسیت به تغییرات میزان آب را در بتن خود متراکم کاهش دهد. خاکستر بادی می تواند گرمای هیدراتاسیون را هم کاهش داده و به این ترتیب یک افزودنی بتن دوست دار محیط زیست به شمار می رود. با این حال لازم است اضافه کردن خاکستر بادی به بتن کنترل شده انجام شود، چون مقدار زیاد این ماده ممکن است با افزایش بیش از حد چسبندگی، جریان بتن با مشکل مواجه شود. مقدار مناسب این افزودنی باید بسته به نیاز پروژه و با آزمون و خطا محاسبه شود، اما مقدار 60 تا 80 کیلوگرم بر مترمکعب ممکن است قابل قبول باشد.

شکل 6: پودر خاکستر بادی

3.1.5. میکروسیلیس

میکروسیلیس با ذرات شبه کروی با اندازه تقریبا 100 برابر کوچک تر از ذرات سیمان، جزو مواد پرکننده پوزولانی فعال است که می تواند چسبندگی، پایداری، و دوام بتن را بهبود ببخشد. بااین‌حال، استفاده از مقدار زیاد میکروسیلیس ممکن است با کاهش بیش از حد آب انداختن بتن، باعث ایجاد نواقص و مشکلات در پوسته سطحی بتن شده و درز سرد ایجاد کند. به‌علاوه میکروسیلیس یک افزودنی پرهزینه در بتن محسوب می شود.

شکل 7: پودر میکروسیلیس

4.1.5. سرباره کوره بلند

سرباره کوره بلند یک پرکننده معدنی فعال است که به‌عنوان یک محصول جانبی غیرفلزی، طی فرایند تولید آهن تشکیل می شود. این ماده علاوه بر استفاده به‌عنوان افزودنی بتن، در سیمان  پرتلند هم وجود دارد و یکی از علت های مقاومت بیشتر این سیمان نسبت به سیمان معمولی است. افزودن سرباره کوره بلند منجر به کاهش قابل توجهی در تخلخل و نفوذپذیری بتن و در نتیجه افزایش دوام و مقاومت آن می شود. افزودن بیش  از حد سرباره کوره بلند ممکن است پایداری بتن تازه را دچار مشکل کند. مقدار مناسب سرباره کوره بلند هم باید با توجه به نیاز پروژه تعیین شود، اما برای تخمین اولیه ممکن است مقدار 90 تا 180 کیلوگرم بر مترمکعب محدوده مناسبی باشد.

شکل 8: پودر سرباره کوره بلند

2.5. مواد افزودنی شیمیایی

مواد افزودنی شیمیایی در بتن خود متراکم شامل فوق روان کننده ها و افزودنی های اصلاح‌کننده ویسکوزیته است.

1.2.5. فوق‌روان‌کننده‌ها

فوق‌روان‌کننده‌ها با هدف کاهش نسبت آب به سیمان مخلوط بتن و یا افزایش کارایی بتن در یک نسبت آب به سیمان ثابت استفاده می‌شود. رایج ترین فوق روان کننده های مورداستفاده در بتن، فوق‌روان‌کننده‌های بر پایه پلی کربوکسیلات اتر هستند. افزودن مواد فوق روان کننده، ذرات سیمان مواد فعال موجود در این افزودنی ها را جذب کرده و بار منفی ایجاد می‌کنند. این بار های منفی باعث دفع ذرات سیمان از یکدیگر و جلوگیری از چسبیدن آن‌ها می‌شود. طی این فرایند، ذرات سیمان بیشتر به‌صورت پراکنده باقی می‌مانند و هیدراتاسیون بهتری در بتن رخ می‌دهد و به‌علاوه یک لایه آب در اطراف ذرات سیمان تشکیل می‌دهد که خاصیت روانی بتن را افزایش می‌شود.

2.2.5. مواد افزودنی اصلاح‌کننده ویسکوزیته

مواد افزودنی شیمیایی اصلاح‌کننده ویسکوزیته برای تنظیم ویسکوزیته و افزایش مقاومت در برابر جداشدگی بتن خود متراکم استفاده می شود و پایداری بتن تازه را بهبود می‌بخشد. گاهی برخی از فوق روان کننده ها علاوه بر افزایش روانی و سیالی، برای اصلاح ویسکوزیته بتن هم کاربرد دارند.

استاندارد به خصوصی برای میزان استفاده از افزودنی‌های اصلاح‌کننده ویسکوزیته وجود ندارد، اما پیشنهاد شده است که برای تعیین میزان این افزودنی، یک بتن خود متراکم این نوع افزودنی ساخته شود و تحت آزمایش جریان اسلامپ قرار گیرد که عرض لبه بتن بعد از آزمایش حداقل 50 میلی متر باشد. سپس مخلوط مشابهی به همراه مقدار مشخص افزودنی اصلاح کننده ویسکوزیته ساخته و مجددا تحت آزمایش جریان اسلامپ قرار گیرد. اگر در این حالت عرض لبه خمیر بتن به کمتر از 20 میلی متر کاهش پیدا کند، می توان مقدار افزودنی استفاده شده را مناسب دانست.

6. طرح اختلاط بتن خود متراکم

برای بررسی نحوه ساخت بتن خود متراکم، ابتدا باید طرح اختلاط آن تعیین شود. به این منظور، آیین نامه های مختلف پیشنهاداتی را برای تعیین طرح اختلاط بتن خود متراکم ارائه کردند که در ادامه به برخی از آن ها اشاره خواهد شد.

1.6. طرح اختلاط بتن خود متراکم در مقررات ملی ساختمان

مبحث پنجم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1396 در صفحات 74 و 75 و در بند 5-10-3-1-5-د به نکاتی در مورد طرح اختلاط بتن خود متراکم اشاره می کند. این بند بیان می کند که طرح اختلاط بتن خود متراکم باید به گونه ای تعیین شود که سه ویژگی کارایی بتن (شامل روانی، توان عبور و پایداری) با توجه به نیاز هر پروژه با شرایط مختلف میلگردگذاری، شکل قالب و روش بتن ریزی تامین شود.

همچنین، آیین‌نامه به مفهوم ابقاپذیری به‌عنوان یکی دیگر از نکات بتن خود متراکم اشاره می‌کند که به توانایی مخلوط بتن در حفظ خصوصیات خود تحت تغییرات جزئی در مواد اولیه و شرایط اجرای پروژه اشاره دارد. به‌منظور ارزیابی ابقاپذیری، توصیه می‌شود که علاوه بر مخلوط اصلی، دو مخلوط دیگر با تغییر جزئی در میزان آب ساخته شوند و سپس این سه مخلوط با هم مقایسه شوند. این مقایسه باید نشان دهد که تغییرات جزئی در میزان آب (8 لیتر در هر مترمکعب) تأثیر عمده‌ای بر ویژگی‌های بتن، به‌ویژه بر نتایج آزمایش های جریان اسلامپ، آزمایش T50cm، و مقاومت فشاری 28 روزه نداشته باشد. درصورتی‌که تفاوت‌ها بیش از حد مجاز باشد، مخلوط اصلی باید مجددا بررسی و اصلاح شود.

2.6. طرح اختلاط بتن خود متراکم در آیین‌نامه بتن ایران(آبا)

آیین نامه بتن ایران در بند 11-5-3 بیان می کند که طرح اختلاط بتن خود متراکم را می توان با توجه به مقاومت و دوام موردنظر مشابه با طرح اختلاط بتن معمولی تعیین کرد، اما لازم است ویژگی های کارایی و رفتار شناسی (رئولوژی) بتن خود متراکم توسط آزمایش های استاندارد ارزیابی شود.

رئولوژی بتن به مطالعه ویژگی های جریان و تغییرشکل بتن تازه و قبل از سخت شدن اشاره دارد. این علم بررسی می‌کند که چگونه بتن در حالت خمیری، یعنی زمانی که هنوز سخت نشده و قابلیت شکل‌دهی دارد، تحت شرایط مختلف قرار می گیرد.

مطابق تفسیر این بند از آیین نامه، روش دقیق ارزیابی رفتارشناسی بتن خود متراکم، استفاده از دستگاه رئومتر است که محدوده های پیشنهادی پارامترها در شکل ت 11-1 نشان‌داده‌شده است، اما برای سهولت می توان آزمایش های جایگزین دستگاه رئومتر را بکار گرفت. آبا انجام آزمایش های زیر را برای بررسی کارایی و رفتارشناسی بتن خود متراکم کافی دانسته، اما انجام آزمایش های دیگری هم می تواند انجام شود.

• آزمایش جریان اسلامپ،T50 و معیار چشمی پایداری
• آزمایش حلقه J یا جعبه L
• آزمایش قیف V
• یکی از آزمایش های پایداری بتن

3.6. طرح اختلاط بتن خود متراکم در آیین‌نامه ACI

آیین نامه ACI 237 نیز در بند 4-4 توصیه هایی را برای تخمین نسبت ترکیبات بتن خود متراکم ارائه می کند. مراحل زیر خلاصه‌ای از فرایند تعیین طرح اختلاط بتن خود متراکم است:

گام اول: اسلامپ موردنیاز با توجه به شرایط پروژه از جدول اهداف اسلامپ بتن خود متراکم پیشنهادشده توسط داتزکو و کانستانتینر تعیین شود.

گام دوم: در این مرحله باید نسبت سنگدانه درشت بر اساس حداکثر اندازه اسمی دانه ها تعیین شود. به این منظور سنگدانه های درشت به دو دسته تقسیم بندی می شوند:

▪️ سنگدانه با حداکثر اندازه اسمی کوچک تر از 12.5 میلیمتر: در این حالت می توان نسبت حجمی 50% ماسه و 50% سنگدانه درشت را اولین نسبت محاسبات برای بتن آزمایشی در نظر گرفت، به‌ویژه در شرایطی که بتن خود متراکم برای عضو سازه ای با تراکم زیاد آرماتور و یا شکل خاصی از قالب طراحی می شود.

▪️ سنگدانه با حداکثر اندازه اسمی 12.5 میلیمتر و بزرگ تر: در این حالت ابتدا باید چگالی خشک توده ای خشک میله خورده سنگدانه درشت محاسبه شود، سپس می توان تخمین اولیه را طوری در نظر گرفت که 50% از حجم کل بتن را حجم توده ای سنگدانه درشت تشکیل دهد. همچنین مطابق جدول خلاصه نسبت های مصالح در بتن خود متراکم، حجم مطلق سنگدانه درشت باید بین 28% تا 32% کل حجم بتن باشد تا از گیر کردن سنگدانه‌ها در فضای بین تراکم میلگردها جلوگیری شود.

گام سوم: مواد پودری به تمام پرکننده های موجود در بتن مانند سیمان، پودر سنگ، و… گفته می شود که از الک نمره 100 عبور کنند. برای افزایش روانی و پایداری، شاید لازم باشد با افزایش آب، پودر یا هر دو، مقدار مواد خمیری را افزایش داد. مقدار کل مواد پودری بر اساس اسلامپ موردنظر از جدول محدوده پیشنهادی محتوای پودری تعیین می شود. به‌طورکلی، هرچه اسلامپ بالاتری مدنظر باشد، به میزان بیشتری مواد پودری برای حفظ توان عبور و پایداری بتن خود متراکم نیاز است. همچنین نسبت آب به سیمان را هم می توان با توجه به مقاومت فشاری موردنظر بین 0.32 تا 0.45 برآورد کرد.

گام چهارم: در این مرحله لازم است که حجم خمیر و حجم ملات به‌صورت درصدی از حجم کل مخلوط تعیین شود. حجم خمیر و ملات در بتن خود متراکم معمولاً بیشتر از بتن معمولی بوده و یکی از عوامل افزایش کارایی آن است. حجم خمیر شامل حجم کل مواد پودری، آب، مواد افزودنی شیمیایی و هوا بوده درحالی‌که حجم ملات شامل حجم خمیر به‌اضافه حجم سنگدانه‌های ریز (مواد عبوری از الک شماره 8) می‌باشد. مقدار اولیه حجم خمیر و ملات را می توان با استفاده از جدول خلاصه نسبت های مواد تخمین زد.

گام پنجم: پس از تعیین اجزای اصلی بتن خود متراکم، لازم است مواد افزودنی با توجه به ویژگی های مطلوب بتن خود متراکم در پروژه تعیین شود.
گام ششم: پس از تعیین طرح اختلاط اولیه، باید بتن آزمایشی ساخته شود.
گام هفتم: ویژگی های کارایی بتن ساخته شده (روانی، توان عبور، پایداری) باید توسط انجام آزمایش های مختلف ارزیابی گردد.
گام هشتم: در آخر لازم است طرح اختلاط بر اساس نتایج آزمایش ها مورد بررسی قرار گرفته و در صورت نیاز اصلاح شده و مجددا مورد آزمایش قرار گیرد.

7. آزمایش‌های بتن خود متراکم

در ساخت بتن خود متراکم، لازم است هر کدام از ویژگی های کارایی بتن، یعنی روانی، توان عبور و پایداری، توسط آزمایش های بتن تازه مورد ارزیابی قرار گیرد. آزمایش های بتن خود متراکم هنوز قطعی و استاندارد نشده اند و آزمایش استاندارد بتن خود متراکم که بتواند تمام ویژگی های کارایی بتن را همزمان بررسی کند طراحی نشده است، اما آزمایش های موجود در حال حاضر روش خوبی برای ارزیابی بتن خود متراکم به شمار می روند. آزمایش های قابل انجام برای هریک از ویژگی های کارایی بتن خود متراکم و محدوده قابل پذیرش توصیه شده برای آن ها در جدول 1 نشان داده شده است. در ادامه روش  آزمایش های بتن خود متراکم به‌صورت خلاصه توضیح داده خواهد شد.

جدول 1: محدوده قابل پذیرش برای آزمایش های بتن خود متراکم

1.7. آزمایش جریان اسلامپ و جریان اسلامپ T50cm

آزمایش جریان اسلامپ بتن خود متراکم یک روش رایج، ساده و سریع برای ارزیابی جریان آزاد افقی بتن خود متراکم بدون حضور موانع (روانی) است. این آزمایش به‌راحتی هم در کارگاه و هم در کارخانه بتن قابل‌انجام است. برای انجام این آزمایش، لازم است یک لایه بتن، بدون هیچ‌گونه تراکمی، در قالب مخروطی ریخته شده و فقط سطح آن به‌آرامی با ماله صاف  شود. سپس همان‌طور که در شکل 9 نشان‌داده‌شده است، قالب به‌آرامی بالا برده ‌شده و به بتن اجازه داده ‌شود که تحت وزن خود فروبریزد. در نهایت میانگین دو قطر عمود بر هم دایره ایجاد شده، معیاری از روانی بتن خود متراکم در نظر گرفته می  شود. همچنین، برای آزمایش جریان اسلامپ T50cm، هم‌زمان با بلند کردن قالب، باید کرنومتر را فعال کرده و زمان رسیدن قطر دایره به 50 سانتی متر اندازه گیری  شود، این آزمایش معیار ثانویه ای برای بررسی روانی بتن خود متراکم است.

شکل 9: آزمایش جریان اسلامپ و جریان اسلامپ T50cm

2.7. آزمایش حلقه J

در این آزمایش از یک حلقه فولادی به قطر 30 سانتی متر با میلگردهایی با ارتفاع 10 سانتی متر در اطراف آن، به‌عنوان موانع برای جریان بتن استفاده می شود. قطر و فاصله میلگردها می تواند براساس نیاز پروژه متفاوت باشد اما اگر الزامات خاصی وجود نداشته باشد، فاصله میلگردها را می توان سه برابر با حداکثر اندازه اسمی سنگدانه در نظر گرفت.

برای انجام این آزمایش مطابق شکل 10، باید صفحه پایه و قالب مخروطی به‌صورت هم مرکز روی صفحه قرار گرفته، سپس بتن بدون فشرده کردن در قالب ریخته شود و فقط سطح آن با ماله صاف شود. در ادامه باید قالب مخروطی به آرامی بالا برده شود تا بتن آزادانه جریان پیدا کند. در نهایت اختلاف ارتفاع بتن در چهار نقطه مختلف در درون و بیرون حلقه معیاری از توان عبور بتن خود متراکم محاسبه  شود. هر چه این اختلاف کمتر باشد، بتن از توان عبور بالاتری برخوردار است.

شکل 10: آزمایش حلقه J

3.7. آزمایش قیف V و قیف V در T5,inutes

برای آزمایش قیف V، ابتدا باید درحالی‌که دریچه قیف بسته است، بتن بدون هیچ‌گونه تراکمی درون قیف ریخته شود و سطح بالای آن با ماله صاف شود. بعد از 10 ثانیه، باید دریچه قیف باز شود تا بتن مطابق شکل 11 تحت وزن خود از قیف خارج شود. لازم است در زمان باز کردن دریچه، کرنومتر هم فعال شود و زمان تخلیه کامل بتن از قیف اندازه گیری شود. این آزمایش باید کمتر از 5 دقیقه طول بکشد. این زمان معیار خوبی برای روانی بتن خود متراکم است. هرچه زمان تخلیه کوتاه تر باشد، بتن روان تر است.
برای انجام آزمایش قیف V5minutes بلافاصله بعد از آزمایش قیف V، باید بدون تمیز کردن قیف، دریچه بسته شده و قیف با بتن پر شود. سپس لازم است به بتن 5 دقیقه زمان برای ته نشینی داده شود. بعد از گذشت 5 دقیقه، باید هم‌زمان با باز کردن دریچه، کرنومتر فعال شده و مجددا زمان تخلیه کامل بتن اندازه گیری شود. پس از 5 دقیقه ته نشینی، ممکن است جداشدگی در بتن باعث کاهش جریان بتن شود، به همین دلیل این زمان معیاری از میزان جداشدگی بتن در نظر گرفته می شود و هرچه زمان تخلیه طولانی تر باشد به این معنی است که جداشدگی بیشتری در بتن رخ‌داده است.

شکل 11: آزمایش قیف V

4.7. آزمایش جعبه L

این آزمایش شامل یک جعبه L شکل است که دو بخش افقی و عمودی آن توسط یک دریچه از هم جدا شده اند. جلوی این دریچه میلگردهایی به‌صورت عمودی نصب شده اند تا توان عبور بتن از میان آن ها ارزیابی شود. فاصله میلگردها را می توان بر اساس میزان توان عبور موردنظر در پروژه تعیین کرد.

برای این آزمایش مطابق شکل 12، ابتدا باید در حالیکه دریچه بسته است، بخش عمودی جعبه با بتن پر شود و 1 دقیقه زمان داده شود. سپس دریچه بالا برده شود تا بتن با عبور از میان میلگردها در بخش افقی جعبه جریان پیدا کند. زمانیکه جریان متوقف شد، ارتفاع بتن در انتهای بخش افقی (h2) و ارتفاع بتن در بخش عمودی (h1) اندازه گیری شده و نسبت h2/h1 معیاری از توان عبور بتن خود متراکم در نظر گرفته می شود.

همچنین می توان طی این آزمایش روانی بتن را هم تا حدی مورد بررسی قرار داد. به این منظور لازم است هم‌زمان با باز کردن دریچه، کرنومتر فعال شده و زمان رسیدن بتن به فاصله های 200 و 400 میلی متری بخش افقی جعبه اندازه گیری شود. این زمان-ها که T20 و T40 نام دارند، می توانند تا حدی قابلیت پر کردن و روانی بتن را نشان دهند. کل فرایند آزمایش جعبه L باید در 5 دقیقه تکمیل شده باشد.

شکل 12: آزمایش جعبه L

5.7. آزمایش جعبه U

جعبه U یک دستگاه شامل یک محفظه U شکلی است که توسط دریچه ای از وسط به دو بخش تقسیم شده است. جلوی دریچه، میلگردهایی به قطر 13 میلی‌متر و با فاصله‌ مرکز تا مرکز 50 میلی‌متر به‌عنوان موانعی برای عبور بتن قرار داده شده اند.

در این آزمایش باید ابتدا یک سمت جعبه با بتن پر شده و بعد از 1 دقیقه دریچه میان دو بخش باز شود. در این زمان بتن از میان میلگردها عبور کرده و مطابق شکل 13 در سمت دیگر جعبه به سمت بالا حرکت می کند. بعد از توقف جریان، لازم است ارتفاع بتن در دو سمت جعبه (h1 و h2) اندازه گیری شود. اختلاف این دو ارتفاع (h2- h1) را می توان معیاری از توان عبور بتن خود متراکم در نظر گرفت. هر چه این مقدار به صفر نزدیک تر باشد، بتن خود متراکم جریان و توان عبور بالاتری دارد. کل آزمایش باید در کمتر از 5 دقیقه به پایان برسد.

شکل 13: آزمایش جعبه U

6.7. آزمایش پر کردن جعبه

در آزمایش پر کردن جعبه، یک جعبه شفاف وجود دارد که درون آن 35 مانع از جنس PVC به قطر 20 میلی متر و فاصله مرکز تا مرکز 50 میلی متر قرار داده شده است. در بالای این جعبه یک لوله که انتهای دیگر آن به یک قیف متصل شده نصب شده است. به دلیل ساختار پیچیده دستگاه و حجم بالای بتن مصرفی، انجام این آزمایش در محل دشوار است.

مطابق شکل 14 برای انجام آزمایش پر کردن جعبه باید ابتدا دستگاه را با بتن پر کرد. به این منظور باید هر 5 ثانیه یک پیمانه شامل 1.5 تا 2 لیتر بتن وارد قیف شود و این کار تا زمانیکه بتن به اولین مانع برسد ادامه پیدا کند. پس از توقف جریان بتن، لازم است ارتفاع بتن در سمت پرشده جعبه (h₁) و همچنین سمت دیگر (h₂) اندازه گیری شود و درصد متوسط پر شدن بتن از رابطه زیر محاسبه شود:

F=(h₁+h₂)/(2h₁ )×100

هرچه این درصد بالاتر و به 100% نزدیک تر باشد، جریان و توان عبور بتن خود متراکم بالاتر است. کل آزمایش باید در کمتر از 8 دقیقه تکمیل شود.

شکل 14: آزمایش پر کردن جعبه

7.7. آزمایش پایایی الک

آزمایش پایداری الک که به نام طراح آن GTM هم نام دارد، برای ارزیابی مقاومت در برابر جداشدگی (پایداری) طراحی شده است. در این آزمایش باید نمونه بتن را برای رخ دادن هرگونه جداشدگی داخلی، به مدت 15 دقیقه در سطلی قرار داد، فقط باید درپوش سطل قرار داده شود تا تبخیری در سطح بتن اتفاق نیفتد. سپس باید نیمی از بتن روی یک الک به قطر 350 میلی متر و شبکه بندی 5 میلی متر که روی یک تشت قرار گرفته و کل سیستم الک و تشت روی یک ترازو بادقت حداقل 20 گرم قرار دارد، ریخته شود.
بعد از گذشت 2 دقیقه، باید وزن خالص ملات عبور کرده از الک (M_b) و وزن خالص کل بتن ریخته شده روی الک (M_a) را محاسبه کرد. درصد ملات عبور کرده از الک نسبت به کل نمونه ریخته شده که از رابطه زیر به دست می آید، می تواند معیار خوبی برای ارزیابی جداشدگی در بتن باشد.

ratio=M_b/M_a ×100

معمولاً مقادیر کمتر از 15% برای ملات عبوری نشانه پایداری خوب بتن به شمار می رود. اما بهتر است این درصد کمتر از 5% هم نباشد، چون ممکن است وجود مقاومت بیش از حد در برابر جداشدگی، با کاهش آب انداختن روی سطح، به ناصافی و وجود حفره های سطحی منجر شود. بسیاری از مهندسین این روش را برای ارزیابی پایداری بتن خود متراکم بسیار مؤثر می دانند، اما زمان بر بودن و نیاز به ترازو بادقت بالا ممکن است این آزمایش را برای استفاده در محل کمی دشوار کند.

8.7. آزمایش اریمت

آزمایش اریمت یک آزمایش برای ارزیابی روانی بتن تازه در محل‌ پروژه است. مطابق شکل 15 اریمت یک لوله عمودی است که در انتهای خود یک دهانه مخروطی شکل و دریچه دارد. در این آزمایش، ابتدا درحالی‌که دریچه بسته است، باید بتن تازه بدون هیچ‌گونه تراکمی درون لوله اریمت ریخته شود و فقط سطح آن با ماله صاف شود. 10 ثانیه بعد از پر کردن لوله، باید دریچه را باز کرده تا بتن تحت وزن خود جاری شود. لازم است هم‌زمان با باز کردن دریچه، کرنومتر فعال شود و زمان تخلیه کامل بتن اندازه گیری شود. کل فرایند آزمایش اریمت باید در کمتر از 5 دقیقه تکمیل شود. هرچه زمان تخلیه بتن کوتاه تر باشد به این معنی است که بتن از روانی بالاتری برخوردار است.

شکل 15: آزمایش اریمت

9.7. معیار چشمی پایداری

معیار چشمی پایداری (VSI) به بررسی چشمی پخش‌شدگی جریان اسلامپ بتن خود متراکم پس از انجام آزمون اسلامپ گفته می-شود. به این منظور پس از انجام آزمایش جریان اسلامپ بتن خود متراکم، عدد VSI با توجه به نشانه های توصیه شده در منابع مختلف تعیین می شود. مطابق آیین نامه ACI 237 پیشنهاداتی را برای انتخاب عدد مناسب ارائه می کند:

• اگر حین پخش‌شدن بتن هیچ‌گونه جداشدگی مشاهده نشود: VSI=0 (کاملاً پایدار)
• اگر هیچ لایه ای از ملات در اطراف و هیچ توده ای از سنگدانه در نقطه ای خاص جمع نشده باشد: VSI=1 (پایدار)
• اگر لایه کوچکی (کمتر از 10 میلی متر) از ملات در اطراف و یا توده کوچکی از سنگدانه در یک نقطه جمع شده باشد: VSI=2 (ناپایدار)
• اگر جداشدگی به‌صورت واضحی با تشکیل لایه ای از ملات (بیشتر از 10 میلی متر) در اطراف و یا جمع شدن توده بزرگی از سنگدانه در یک نقطه ایجاد شده باشد: VSI=3 (کاملاً ناپایدار)

عدد تعیین شده معیار خوبی برای بررسی پایداری بتن است، اما از آنجایی‌که این عدد به‌صورت چشمی تعیین می شود، نباید معیار رد یا پذیرش بتن قرار گیرد.

❓VSI مخفف چیست؟ 

VSI مخفف Visual stability index به معنی شاخص پایداری چشمی است.

8. کاربرد بتن خود متراکم

بتن خود متراکم به دلیل روانی، توان عبور و پایداری بالای بتن تازه و همچنین مقاومت و دوام بالای بتن سخت شده در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی و عمرانی کاربرد دارد. بعضی از مهم ترین موارد استفاده از بتن خود متراکم عبارت است از:

• کاربرد بتن خود متراکم در سازه‌های بتنی با شکل های خاص و پیچیده قالب و تراکم زیاد آرماتورها
• کاربرد بتن خود متراکم در ساخت دیوارها و ستون ها به دلیل ارتفاع سقوط بیشتر بتن و عدم نیاز به ویبره زدن
• کاربرد بتن خود متراکم در پروژه‌های خاص مانند ساخت پل‌ها، سدها، و سازه‌های آبی که در آن ها شرایط بتن‌ریزی به دلیل محدودیت دسترسی دشوار است.
• کاربرد بتن خود متراکم در پروژه‌های تعمیر و بازسازی سازه‌ها، به دلیل قابلیت پر کردن درزها و نواقص بدون نیاز به ویبره زدن
• کاربرد بتن خود متراکم در اعضای پیش ساخته به دلیل سرعت بالاتر اجرا

امروزه استفاده از بتن خود متراکم در ساختمان های مسکونی خیلی رایج نیست، اما اگر اعضای سازه ای ساختمان مثل ستون و دیوارها دارای تراکم بالای میلگردها و یا شکل هندسی خاصی باشد، استفاده از بتن خود متراکم می تواند کمک کننده باشد.

بتن خود متراکم مقاومت بالا در سازه های آبی، سازه های پیش ساخته و پیش تنیده، سازه های بلندمرتبه و… کاربرد داشته و از اهمیت بالایی برخوردار است. برای افزایش مقاومت بتن خود متراکم می توان علاوه بر کاهش نسبت آب به پودر تا حد مجاز، از افزودنی-های مناسب هم استفاده کرد.

در پروژه‌های عمرانی انتظار می رود که قیمت بتن خود متراکم به دلیل محتوای بیشتر سیمان و افزودنی ها خیلی بیشتر از بتن معمولی باشد، اما مشاهده شده است که به طور تقریبی قیمت بتن خود متراکم را می تواند حدود 10% تا 15% بیشتر از بتن معمولی تخمین زد. از سوی دیگر با در نظر گرفتن کاهش هزینه های ناشی از بکارگیری بتن خود متراکم، مانند حذف مراحل ویبره زدن و پرداخت سطحی و همچنین کاهش روزهای عملیاتی به دلیل سرعت بالاتر بتن ریزی، مشاهده می شود که بتن خود متراکم نه تنها باعث افزایش هزینه های ساخت نمی شود بلکه ممکن است مقرون به صرفه هم باشد.

❓بتن خود متراکم در ایران هم کاربرد دارد؟

بله، مطالعات بر روی بتن خود متراکم در ایران از دهه 80 آغاز شده و تاکنون پروژه های تحقیقاتی و عمرانی زیادی دراین‌خصوص انجام شده است. امروزه بتن خود متراکم در بسیاری از پروژه های ساختمانی در ایران مورداستفاده قرار می گیرد.

1.8. الزامات بتن خود متراکم در آیین‌نامه‌ها

مبحث نهم مقررات ملی و آیین نامه ACI 318 الزامات و دستورالعمل‌های طراحی و اجرای سازه‌های بتنی را مشخص می کنند. اما به طور خاص به نکات بتن خود متراکم اشاره نکرده اند. البته برخی از الزامات کلی بتن و سازه های بتنی در بتن خود متراکم هم کاربرد دارد. آیین نامه بتن ایران و آیین نامهACI 237 الزاماتی را در خصوص بتن خود متراکم ارائه کرده اند که در ادامه به مهم-ترین آن ها اشاره خواهد شد.

1.1.8. الزامات بتن خود متراکم در آیین‌نامه بتن آیران(آبا)

آیین نامه بتن ایران در بند 11-5-4 در خصوص اجرای بتن خود متراکم نکاتی را ارائه می کند که مهم ترین آن ها به شرح زیر است:

• به دلیل حساسیت بالای بتن خود متراکم به تغییرات مصالح نسبت به بتن معمولی، آماده سازی مصالح دقت بالاتری را می طلبد. به‌خاطر حساسیت این بتن نسبت به محتوای آب، لازم است رطوبت سنگدانه های ریز و درشت هر 4 ساعت به‌دقت اندازه گیری شده و در محاسبه آب نهایی بتن لحاظ شود.
• به علت چسبندگی بالای بتن خود متراکم، بهتر است به‌جای استفاده از ابزار چوبی برای پرداخت سطحی، از ابزار فلزی استفاده شود.
• زمان اختلاط و ترتیب ریختن مصالح باید بر اساس تجربه و نتایج ساخت بتن های آزمایشی تعیین شود، اما به‌طورکلی زمان اختلاط بتن خود متراکم بیشتر از بتن معمولی است و بعد از ریختن آخرین مصالح می توان زمان حدودا 1 تا 2 دقیقه را برای اختلاط نهایی در نظر گرفت.
• مطابق بند 11-5-4-8 آیین نامه بتن ایران، اگر مطالعات اضافی انجام نشده باشد، باید طول حرکت جریان افقی باید برای بتن خود متراکم کاملاً پایدار تا 10 متر و برای بتن پایدار تا 5 متر محدود شود، چون افزایش طول حرکت افقی احتمال وقوع جداشدگی و افزایش هوای محبوس را بالا می برد.
• مطابق بند 11-5-4-9 آیین نامه بتن ایران، ارتفاع سقوط بتن خود متراکم بهتر است تا 5 متر محدود شود.
• برای جلوگیری از خشک شدگی سطحی بتن خود متراکم، به‌خصوص در آب‌وهوای گرم و خشک، باید بلافاصله بعد از بتن ریزی حفاظت سطحی و عمل آوری آغاز شود.

2.1.8. الزامات بتن خود متراکم در آیین‌نامه ACI 237

آیین نامه ACI 237 در فصل های 5 و 6 الزاماتی را برای تولید، حمل و اجرای بتن خود متراکم توصیه می کند که در ادامه به برخی از آن ها اشاره خواهد شد:

• با توجه به تأثیر تغییرات مصالح بر عملکرد بتن خود متراکم، باید در تمام طول مدت پروژه از یک منبع برای مصالح استفاده کرد و کنترل کیفیت مواد مصرفی با دقت بالایی انجام شود.
• بتن خود متراکم حدودا به 30 تا 90 ثانیه زمان اختلاط بیشتری نسبت به بتن معمولی نیاز دارد.
• ازآنجاکه بتن خود متراکم فناوری جدیدی به شمار می رود، لازم است نیروی انسانی فعال در ساخت و اجرای بتن خود متراکم به طور مناسب آموزش دیده و تحت آزمون و تایید صلاحیت قرار گیرند.
• به دلیل روانی بالای بتن خود متراکم، در صورت حمل با کامیون، باید برای جلوگیری از ریزش بتن در مسیرهای شیب‌دار، حجم بتن کمتر از 80% ظرفیت موجود باشد. همچنین لازم است که حین حرکت، بتن در حالت اختلاط نگه داشته شود.
• مطابق بند 6-2-3 آیین نامه ACI 237 طول حرکت بتن معمولاً باید به 10 متر محدود شود تا از کارایی بتن حفظ شده و دچار جداشدگی نشود.
• هنگام بتن‌ریزی با بتن خود متراکم، مخصوصا در شرایطی که بتن ویسکوزیته نسبتا کمی دارد، آب‌بندی قالب ها بسیار اهمیت دارد.
• روانی بالای بتن خود متراکم، مخصوصا اگر نرخ بتن ریزی بالا باشد، ممکن است باعث افزایش فشار به قالب شود. در این حالت توصیه می‌شود قالب‌ها برای فشار کامل مایع طراحی شوند.
• در بتن خود متراکم برای جلوگیری از کاهش رطوبت بتن و ایجاد ترک، لازم است سریعا سطوح بیرونی محافظت شده و عمل-آوری با دقت بالایی انجام شود. برای عمل آوری بتن خود متراکم می توان از دستورالعمل‌های موجود در آیین نامه ACI 308 استفاده کرد.

2.8. ساخت بتن خود متراکم در هوای گرم و سرد

تهیه بتن خود متراکم در شرایط هوای گرم و سرد نیازمند تغییرات خاصی برای اطمینان از دستیابی به خواص مطلوب بتن و جلوگیری از مشکلاتی است که ممکن است در این شرایط ایجاد شود.

برای تعیین طرح اختلاط و ساخت بتن در هوای گرم، نگهداری سنگدانه ها در سایه برای خنک ماندن، استفاده از آب خنک به‌عنوان آب مصرفی در بتن، استفاده از کندگیرکننده‌ها، افزودن خاکستر بادی به دلیل کاهش گرمای هیدراتاسیون، و همچنین گاهی افزایش نسبت آب به سیمان در محدوده کنترل شده ممکن است کمک کننده باشد.

در تهیه بتن در هوای سرد هم می توان با روش هایی مثل استفاده از آب گرم، کاهش نسبت آب به سیمان برای جلوگیری از یخ-زدگی، و محافظت از بتن در مقابل تماس مستقیم با هوای سرد شرایط را کنترل کرد. همان‌طور که پیش تر هم گفته شد، برای جلوگیری از کاهش کارایی بتن خود متراکم، بهتر است از مواد زودگیرکننده استفاده نشود.

برای اطلاعات بیشتر در مورد بتن ریزی در هوای گرم و بتن ریزی در هوای سرد، می­توانید به مقالات موجود در سبزسازه مراجعه کنید.

پرسش و پاسخ

نتیجه‌گیری

بتن خود متراکم با برخورداری از ویژگی های روانی، توان عبور و مقاومت در برابر جداشدگی، می تواند به‌راحتی و بدون نیاز به ویبره زدن، از میان آرماتورها عبور کرده و تمامی فضاهای تنگ قالب را پر کند. در این مقاله با خصوصیات بتن خود متراکم، مزایا و چالش های استفاده از آن آشنا شدید. همچنین با شناخت افزودنی های بتن خود متراکم و با کمک دستورالعمل های موجود در آیین نامه ها، آموختید که چگونه می توان یک طرح اختلاط مناسب برای بتن خود متراکم تعیین کرد و آن را با کمک آزمایش های بتن خود متراکم مورد ارزیابی قرار داد. در آخر با یادگیری کاربرد و نکات اجرایی این بتن، با نحوه استفاده از آن در پروژه های عملیاتی آشنا شدید.

به طور کلی، بتن خود متراکم می‌تواند کیفیت ساخت را بالا برده، زمان اجرای پروژه‌ها را کاهش دهد و هزینه‌های مرتبط با ویبره زدن و تعمیرات احتمالی را به حداقل برساند. این بتن با توانایی پرکردن فضاهای تنگ و پیچیده، به ویژه در پروژه‌های بزرگ و پیچیده، یک انتخاب عالی محسوب می‌شود. با این حال، برای دستیابی به بهترین نتایج، ضروری است که طراحان، مهندسان و ناظران با نکات اجرایی و روش‌های ارزیابی صحیح این نوع بتن آشنا باشند. آشنایی با این موارد می‌تواند به بهبود عملکرد ساخت‌وساز و کاهش مشکلات اجرایی منجر شود.

در نهایت، این مقاله به‌عنوان یک راهنمای جامع، می‌تواند به متخصصان کمک کند تا با شناخت دقیق‌تری از بتن خود متراکم، از مزایای آن بهره‌برداری کرده و چالش‌های آن را به‌طور موثر مدیریت کنند. استفاده صحیح از این تکنولوژی می‌تواند به پیشرفت چشمگیری در کیفیت و کارایی پروژه‌های ساختمانی منجر شود.

 منابع

1. مبحث پنجم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1396
2. آیین­ نامه بتن ایران (آبا)، جلد دوم، ویرایش 1400
3. بتن خود تراکم، قدوسی و همکاران، ویرایش 1393
4. Self-Consolidating Concrete, ACI 237R-07
5. Self-Compacting Concrete – De Schutter et al – 2008
6. Specification and Guidelines For Self-Compacting Concrete – 2002
7. WRD HANDBOOK CHAPTER NO. 3. SELF COMPACTED CONCRETE– 2019

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا