ویژگی های بتن خود تراکم(SCC)و جنبه های کاربردی آن

CD7- دومین کنفرانس بین المللی 009

بتن و توسعه

12-10 اردیبهشت 1384 ، تهران، ایران

و جنبه های کاربردی آن (SCC) ویژگی های بتن خود تراکم

علی صدر ممتازی 1، فرید حاتمی 2

1. استادیار گروه عمران، دانشکده فنی دانشگاه گیلان

2. دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، گروه عمران، دانشکده فنی دانشگاه گیلان

چکیده

بتنی است جدید با کارایی و قابلیت شکل پذیری بالا و مقاوم در برابر (Self Compacting Concrete) بتن خود تراک م

جداشدگی دانه ها که برای اولین بار در سال 1988 در ژاپن تولید شده اس ت . این بتن بدون احتیاج به لرزاننده و مترا کم کننده می

تواند به راحتی در میان فضای بین میلگردها تحت اثر وزن خود جریان یابد . بتن خود تراکم با داشتن ویژگی های مخصوص خود

می تواند دوام و پایایی را در سازه های بتن آرمه به طور قابل ملاحظه ای افزایش دهد.

در این مقاله ابتدا به نحوه پیدایش و تعریف علمی بتن خود تراکم پرداخته و سپس آن را از لحاظ مواد تشکیل دهنده با بتن

معمولی مقایسه می کنی م . روش طرح اختلاط و روش های آزمون تعیین خود تراکمی در آزمایشگاه و کارگاه معرفی و ارایه شده

است. پس از انتخاب اختلاط، بتن خود تراکم با استفاده از مصالح محلی و پودر سنگ آهک ساخ ته شد . آزمون های پذیرش

آزمایشگاهی خود تراکمی بر روی آن انجام گرفت که نتایج رضایت بخش بوده است.

کلید واژه ها: ( بتن خود تراکم، کارآیی، مقاومت در برابر جداشدگی، قابلیت پرکنندگی، قابلیت عبور)

مقدمه

از سال 1983 مسأله دوام سازه های بتنی در ژاپن به صورت یک موضوع اصلی مورد توجه قرار داشت . برای ساختن سازه های بتنی

با دوام وجود کارگران ماهر، دارای هماهنگی کافی ضرورت دارد . لذا کاهش تدریجی تعداد کارگران ماهر در صنعت ساختمان ژاپن

منجر به تنزل مشابهی در کیفیت کار ساختمان سازی شد . صرف نظر از کیفیت کار، کاربرد بتن خ ود تراکم، راه حل مناسبی برای

رسیدن به سازه های بتنی با دوام تشخیص داده شد که می تواند بدون استفاده از هر گونه وسیله لرزاندن و متراکم کردن، صرفاً با

پیشنهاد شد و اولین ن مونه آن Okamura وزن خود تمام گوشه و کنار قالب را پر کند . در سال 1986 نیاز به این نوع بتن از سوی

در سال 1988 ساخته شد [ 1]. امروزه بتن با مقاومت بالا یکی از موضوعات جالب برای محققین و کاربران تبدیل شده است . بتن

خود تراکم که در زمره بتن با مقاومت بالاست می تواند این جذابیت را افزایش دهد . از آن زمان تا کنون مطالعات در زمینه تعیین

روش طرح اختلاط و آزمون تراکم پذیری بتن خود تراکم، به منظور استاندارد نمودن آن در حال انجام است.

تعریف بتن خود تراکم

بتن خود تراکم به بتنی اطلاق می گردد که دارای سه ویژگی زیر باشد [ 4،3،2 و 5]. اگر بتنی همزمان دارای این ویژگی ها باشد،

.(( کارآیی لازم برای خود تراکمی را دارد(شکل( 1

: (Filling ability) الف- قابلیت پرکنندگی

توانایی بتن خود تراکم در جاری شدن و پر کردن تمام فضای درون قالب تحت اثر وزن خود می باشد.

: (Passing ability) ب- قابلیت عبوری

توانایی بتن خود تراکم در جاری شدن بین فضای بین میلگرد ها، بدون انسداد آنها می باشد.

: (Segregation resistance) ج- مقاومت در برابر جداشدگی

توانایی بتن خود تراکم در همگن ماندن ترکیباتش می باشد.

شکل 1- تعریف بتن خود تراکم ومنظور از کارآیی آن

مقایسه مواد تشکیل دهنده بتن معمولی با بتن خود تراکم

همان طور که در شکل ( 2) نشان داده شده است اجزای بتن خود تراکم را سیمان، سنگدانه، آب و مواد افزودنی است که اجزای بتن

.[ معمولی را نیز تشکیل می دهد. تفاوت آنها در موارد زیر است که در شکل( 3) ملاحظه می شود[ 1

الف- محدودیت مقدار سنگدانه ها

ب- استفاده از فوق روان کننده اعلاء

ج- نسبت پایین آب به پودر

[ شکل 2- مقایسه نسبت اجزای تشکیل دهنده بتن معمولی با بتن خود تراکم[ 1

[ شکل 3- روش دستیابی به خود تراکمی[ 1

با کاهش فاصله نسبی بین ذرات سنگدانه ، تکرار برخورد و تماس بین ذرات آنها، می تواند افزایش یابد، در نتیجه تنش داخلی نیز

با افزایش تنش داخلی، ناشی از (flowing) می تواند همراه با شکل پذیری بتن زیاد شود . مشخص شده که انرژی لازم برای روانی

بلوکه شدن ذرات سنگدانه، ب ه مصرف می رس د . لذا محدود کردن مقدار سنگدانه های درشت که مصرف انرژی آنها زیاد است، برای

جلو گیری از این نوع بلوکاژ موثر است.

وقتی که بتن از میان موانع عبور می کند، خمیر با ویسکوزیته بالا برای جلوگیری از بلوکاژ سنگدانه های درشت لازم است . وقتی

بتن شکل پذیر است خمیر با ویسکوزیته بالا باعث جلوگیری از افزایش تمرکز داخلی، ناشی از نزدیکی ذرات سنگدانه های درشت،

می شود . شکل پذیری زیاد فقط با مصرف فوق روان کننده اعلا ء ام کان پذیر است که سبب می شود بتن روان با نسبت پایین آب به

پودر بسازیم.

روش طرح اختلاط

خود تراکم پذیری به طور وسیع می تواند از خواص مصالح و نسبت های اختلاط تاثیر پذیرد. روش های طرح اختلاط زیادی برای

1] سیستم ساده ای برای نسبت اختلاط در ] Maekawa & Ozawa بتن خود تراکم پیشنهاد شده است [ 7،6،5 و 8]. از این بین

ایستگاه های تولید بتن آماده پیشنهاد کرده اند . در این سیستم مقدار سنگدانه های درشت و ریز ثابت نگه داشته می شوند خود

تراکمی به آسانی فقط با تنظیم نسبت آب به پودر و عیار فوق روان کننده اعلاء امکان پذیر باشد . مراحل طرح اختلاط به صورت زیر

بیان می شود:

1) مقدار سنگدانه های درشت در بتن به 50 % حجم مواد خشک ثابت نگه داشته شود.

2) مقدار سنگدانه های ریز به 40 % حجم ملات ثابت نگه داشته شود.

0 تا 1 فرض می شود که بستگی به خواص پودر دارد. / 3) نسبت آب به پودر 9

4) عیار فوق روان کننده اعلاء و نسبت آب به پودر نهایی طوری تعیین شوند که خود تراکم پذیری را تأمین کند.

در نسبت اختلاط بتن معمولی، در ابتدا نسبت آب به سیمان با توجه به مقاومت لازم ثابت نگه داشته می شود . در صورتیکه در بتن

خود تراکم، نسبت آب به پودر برای رسیدن به خود تراکم پذیری در نظر گرف ته می شود . زیرا خود تراکم پذیری خیلی به این نسبت

حساس است . در بیشتر موارد، نسبت آب به سیمان تابع مقاومت مورد نیاز نیست، چون نسبت آب به پودر برای بدست آوردن

مقاومت لازم در سازه های معمولی بسیار ناچیز است مگر این که بیشتر مصالح پودری مصرفی فعال نباشد . ملات یا خمیر در بتن

خود تراکم احتیاج به ویسکوزیته بالا همانند شکل پذیری بالا دارد . این مورد با استعمال فوق روان کننده اعلاء کامل می شود که

.[ نتیجه آن کاهش نسبت پودر به آب برای شکل پذیری بالا می باشد[ 1

روش های آزمایشگاهی- کارگاهی در تعیین میزان خود تراکمی

برای پذیرش و قبول خود تراکمی لازم هم در آزمایشگاه و هم در محل اجرا، آزمون خود تراکمی انجام می گیرد.

روش های آزمایشگاهی

:[ معمول ترین آزمون هایی که در آزمایشگاه برای تعیین میزان خود تراکمی صورت می گیرد عبارتند از[ 2

(Slump Flow test ) 1) آزمایش روانی اسلامپ

(J-Ring test) J 2) آزمایش حلقه

(V-Funnel test) V 3) آزمایش قیف

(L-Box test) L 4) آزمایش جعبه

(U-Box test) U 5) آزمایش جعبه

هر یک از این آزمایش های برای تعیین یکی از سه ویژگی بتن خود تراکم یعنی قابلیت پرکنندگی (روانی)، قابلیت عبوری و مقاومت

در برابر جدا شدگی به کار می روند . هر یک ا ز این روش های آزمای ش به تنهایی قادر به اندازه گیری هر سه ویژگی به طور همزمان

نمی باشند.

(Slump Flow Test ) آزمایش روانی اسلامپ

.[ این آزمایش به منظور تعیین میزان روانی و مقاومت در برابر جدا شدگی دانه ها به کار می رود[ 2

الف- بتن خود تراکم با توجه به عملک رد آن باید بسیار روان باشد، لذا اسلامپ آن مانند بتن معمولی نمی باشد ، از این رو

میانگین قطر بتن پخش شده در روی صفحه اسلامپ در دو جهت عمود بر هم به عنوان معیار روانی بتن استفاده می

شود. اگر مقدار اندازه گیری شده این قطر بین 65 تا 80 سانتیمتر باشد می توان گفت که بتن روانی لازم را دارا می باش د

.( (شکل 4

[ شکل 4- نحوه آزمایش روانی اسلامپ (ابعاد به میلیمتر)[ 2

ب- اگر مدت زمان خالی شدن از قیف تا رسیدن

به قطر 50 سانتیمتر را اندازه گیری نماییم، می توانیم معیاری برای

مقاومت دانه ها در برابر جداشدگی داشته باشیم. اگر این مدت زمان بین 2 تا 5 ثانیه باشد، این ویژگی حاصل گردیده

است.

(J-Ring Test) J آزمایش حلقه

این آزمایش برای تعیین قابلیت عبور دانه ها از میان حفرات باریک در فضای بین میلگرد ها به کار می رود [ 2]. همان طور که

درشکل( 5) نشان داده شده است روی صفحه اسلامپ تعداد میلگرد به صورت دایره ای شکل تعبیه شده است . اختلاف ارتفاع بتن

در داخل و بیرون این میلگردها بیانگر قابلیت عبور دانه ها می باشد . اگر این اختلاف حداکثر 1 سانتیمتر باشد، می گوییم که بتن

توانایی عبور از بین میلگرد ها را دارد.

[ ابعاد به میلیمتر)[ 2 ) J شکل 5- آزمایش حلقه

(V-Funnel Test) V آزمایش قیف

.[ این آزمایش می تواند به دو صورت برای اندازه گیری میزان روانی بتن به کار رود[ 2

500

1000

100

200

300

800

600

200

100

0-200 0-400

200

H1 150

3 φ 12

Gap 35 mm

الف- جام قیفی شکل دستگاه را بدون متراکم نمودن از بتن پر می نماییم . پس از 10 ثانیه در یچه زیر جام را باز کرده و

مدت زمان لازم برای تخلیه کامل بتن از جام را اندازه گیری می نمایی م . اگر این زمان بین 6 تا 12 ثانیه باشد می گوییم

.( که بتن روانی لازم را دارد (شکل 6

ب- در این حالت پس از 10 دقیقه از ریختن بتن در جام، دریچه را باز کرده و زمان خالی شد ن جام از بتن را اندازه

گیری می کنیم. اگر مدت زمان اندازه گیری شده حداکثر 3 ثانیه باشد، می گوییم بتن روانی لازم را دارد.

[ ابعاد به میلیمتر)[ 2 ) V شکل 6- آزمایش قیف

(L-Box Test) L آزمایش جعبه

این آزمایش [ 2] معیاری برای قابلیت عبو ر ی بتن از فضای بین میلگردها می باشد . مخزن دستگاه را از بتن پر کرده و پس از مدت

زمان 1 دقیقه دریچه را باز می کنیم . نسبت ارتفاع بتن در دو خط نشان 20 و 40 سانتیمتری معیار قابلیت عبور دانه ها می باشد .

.( 0 باشد، می گوییم بتن قابلیت عبوری لازم را داراست(شکل 7 / اگر این نسبت بیشتر از 8

[ ابعاد به میلیمتر)[ 2 ) L شکل 7- آزمایش جعبه

U (U-Box Test) آزمایش جعبه

شکل U این آزمایش می تواند به عنوان معیاری برای قابلیت عبور دانه ها به کار رود [ 2]. اختلاف ارتفاع بتن در دو شاخه لوله

معرف میزان قابلیت عبو ر ی دانه ها می باش د . اگر این اختلاف ار ت فاع حداکثر 30 سانتیمتر باشد می گوییم بتن قابلایت عبور ی لازم

.( را داراست( شکل 8

425

150

55,65,75

480,490,500

[ ابعاد به میلیمتر)[ 2 ) U شکل 8- آزمایش جعبه

آزمون کارگاهی

درجه تراکم در سازه، اساساً به تراکم پذیری بتن بستگی دارد . خود تراکمی ضعیف بتن نمی تواند با کار اجرایی جبران شود. بنابراین

خود تراکمی بتن باید قبل از جاگذاری آن در محل کنترل شود . روش های سنتی برای خود تراکمی، نمونه برداری را لازم می داند .

اگر آزمون خود تراکمی برای تمام بتن لازم باشد آنگاه نمونه برداری فوق العاده پر زحمت خواهد بود . روش آزمون قابل قبولی برای

و همکارانش ابداع شده است[ 1]. در این روش: Ouchi خود تراکمی به وسیله

1) دستگاه آزمون بین همزن کامیون و پمپ در محل کار نصب می شود. تمام بتن در آن دستگاه ریخته می شود.

2) اگر بتن در دستگاه روان بود، برای خود تراکمی مناسب است . اگر بتن در دستگاه متوقف شد، دارای خود تراکمی ن اکافی

است و نسبت اختلاط باید دوباره بازنگری شود.

دستیابی به بتن خود تراکم

مصالح مصرفی

در جدول ( 2) دانه بندی شن و ماسه مصرفی نشان داده شده اس ت . پودر مصرفی آهکی بوده اس ت . سیمان مصرفی نوع 1 ، از کارخانه

سیمان خزر و فوق روان کننده از شرکت وند شیمی تأمین شده است.

جدول 2 - درصد عبوری مخلوط شن و ماسه از الک

شماره الک No.1/2 No.4 No.8 No.16 No.30 No.50 No.100 No.200

100 92 64 47 35 25 11 3 درصد رد شده از الک

روش و نسبت اختلاط

به منظور دستیابی به مخلوطی یکنواخت ابتدا شن، ماسه، سیمان و پودر خاک سنگ در داخل مخلوط کن به همراه 75 % آب

مخلوط شدن د . سپس عمل اختلاط به همراه آب باقیمانده و فوق روان کننده به مدت 4 دقیقه ادامه یافت [ 10 و 9]. جدول( 3) نسبت

اختلاط را برای 1 متر مکعب بتن خود تراکم نشان می دهد.

جدول 3 - طرح اختلاط 1 متر مکعب بتن

(kg) شن (kg) ماسه (kg) پودر خاک سنگ (kg) سیمان (lit) آب (lit) روان کننده

713 781 374 374 146 17

200

450

140

590

140 140

280

Distance 4x50

3Φ 12

ویژگی های بتن تازه

بلافاصله بعد از پایان اختلاط شروع شد و این عملیات L-Box و V-Funnel ،Slump Flow آزمایش های پذیرش خود تراکمی

5 تا 10 دقیقه به طول انجامید . در جدول ( 4) نتایج هفتمین طرح اختلاط ک ه پاسخگوی آزمایشات خود تراکمی است آورده شده

است.

جدول 4- نتایج آزمایش برای پذیرش خود تراکمی بتن

Slump Flow test V-Funnel test L-Box test آزمایش

ویژگی قابلیت عبوری قابلیت عبوری روانی جداشدگی

T50cm D T10sec T5min

4 sec 72 cm 11 sec 3 sec

0/ نتایج طرح اختلاط 94

نتیجه گیری

از آنجا که روش طراحی اختلاط منطقی و روش آزمون پذیرش مخصوص در محل کار برای بتن خود تراکم برقرار گردیده است، می

توان ملاحظه کرد که موانع اساسی برای ساختن بتن خود تراکم حل شده است . وظیفه دیگر آن است که تکنیک لازم برای ساخت

و اجرای بتن خود تراکم را به سرعت فراهم آوریم . آموزش خوب و سیستم کیفیتی برای مهندسین از جمله وظایف است . به علاوه

طراحی سازه های جدید و سیستم های اجرایی با کارآیی خوب بتن خود تراکم باید در برنامه جای گیرد.

وقتی به مرحله ای برسیم که بتن خود تراکم استاندارد شود و از حالت بتن مخصوص خارج گردد، می توان موفق به تولید سازه

های با هزینه نگهداری پایین، پایایی و دوام بالا بود.

مراجع

1. H.Okamura, M.Ouchi, "Self-Compacting Concrete" Journal of Advanced Concrete

Technology, 2003, Vol.1, No.1 pp.5-15.

2. Specification and Guidelines for Self-compacting Concrete "EFNARC", 2002.

3. B.Persson, "A comparison between mechanical properties of self-compacting concrete and

the corresponding properties of normal concrete", Cement and Concrete Research, 2001,

Vol.31, pp.193-198.

4. V.K.Bui, Y.Akkaya, S.P.shah, "Rheological Model for Self-Consolidating Concrete", ACI

Materials journal, 2002, pp.549-559.

5. H. Okamura, M. Ouchi, "Self-compacting concrete, development, present use and future",

in: A°.Skarendahl, O¨.Petersson (Eds.), Self-Compacting Concrete, RILEM Symposium

Stockholm, RILEM Publications, 1999, pp. 3 – 14.

6. O¨. Petersson, P. Billberg, "Investigation on blocking of self-compacting concrete with

different maximum aggregate size and use of viscosity agent instead filler", in:

A°.Skarendahl, O¨. Petersson (Eds.), Self-Compacting Concrete, RILEM Symposium

Stockholm, RILEM Publications, Cachan, 1999, pp. 333 – 344.

7. T. Sedran, F. de Larrard, "Optimization of self-compacting concrete thanks to packing

model, in : A°.Skarendahl, O¨. Petersson (Eds.), Self-Compacting Concrete, RILEM

Symposium Stockholm, RILEM Publications, Cachan, 1999, pp. 321 – 332.

8. N.Sua, K.C.Hsu, H.W.Chai, "A simple mix design method for self-compacting concrete",

Cement and Concrete Research, 2001,Vol.31, pp.1799-1807.

9. D.W.S. Ho, A.M.M. Sheinn, C.C. Ng, C.T. Tam, "The use of quarry dust for SCC

applications", Cement and Concrete Research, 2002,Vol.32, pp.505-511.

10. V.B.Bosiljkov, "SCC mixes with poorly graded aggregate and high volume of limestone

filler", Cement and Concrete Research, 2003,Vol.33, pp.1279-1286

:: موضوعات مرتبط: عمران , ساختمان , سد , ,
:: بازدید از این مطلب : 1009

امتیاز مطلب : 62

تعداد امتیازدهندگان : 17

مجموع امتیاز : 17