بتن با مقاومت زیاد
امروزه بر اساس تکنولوژی رایج بتن، ساخت بتنهای با
مقاومتهای فشاری زیاد و دور از انتظار که میتواند برای طراحی سازههای اجرایی
رایج مورد استفاده قرار گیرند، امکانپذیر میباشد. اگر چه اغلب آییننامههای بتن
هنوز مقاومت بتن مورد استفاده در سازهها را به MPa 60 محدود میکنند، اما
آییننامههای جدید اخیراً حدی بالاتر از MPa 105 را نیز در نظر گرفتهاند ] 1 [.
ساخت بتنهای با مقاومت زیاد و در حد MPa 120 و کاربرد آن در ساختمانهای بلند در
کشورهای پیشرفته دنیا رواج یافته است. این مقاومت با اضافه نمودن مواد ریز و فعال
به سیمان تا حدی افزایش یافته که بتنهایی با مقاومتهای فشاری بین MPa 200 و MPa
800 و مقاومتهای کششی بین MPa 30 و MPa 150 در نمونههای آزمایشگاهی بدست آمده
است. برای دستیابی به چنین مقاومتهایی لازم است تغییراتی در طرح اختلاط داده و از
مواد و افزودنیهای جدیدی استفاده نمود.
از عوامل مهم در رسیدن به چنین
مقاومتهایی استفاده از سنگدانههای مقاوم و کاهش حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط
بتنی برای همگنی بیشتر آن میباشد. همچنین با استفاده از مواد بسیار ریزدانه و با
اندازههای کمتر از دهم میکرون میتوان مجموعهای متراکمتر و با تخلخل بسیار کم که
بالاترین وزن مخصوص را خواهد داشت، تهیه نمود. در بتنهای با مقاومت زیاد بایستی تا
حد ممکن نسبت آب به سیمان (w/c) را کاهش داد (امروزه حتی نسبت 18/0 = w/c استفاده
شده است) که در این حالت بعضی دانههای سیمان هیدراته نشده بصورت مواد ریزدانه
پرکننده، دانسیته را افزایش داده و در نتیجه سبب افزایش مقاومت میشوند. بدیهی است
برای تأمین کارایی چنین مخلوطهایی با آب بسیار کم لازم است از روان کننده ها،
فوق روانکننده ها و پخش کننده ذرات ریز در بتن استفاده نمود. برای افزایش نرمی
چنین بتنهایی (با افزایش مقاومت شکنندگی و تردی بتن افزایش مییابد) میتوان به
آنها الیافهای کوتاه اضافه نمود. در ساخت چنین بتنهایی (مقاومت در حد فولاد و
بالاتر) از روشهای سخت شده تحت فشار و دما برای عمل آوری بتن و تأمین مقاومت اولیه
زیاد استفاده میگردد.
بتن های با کارایی بسیار زیاد (بتن خود متراکم)
امروزه در بعضی کشورهای جهان و بویژه در ژاپن بتن جدیدی با کارایی بسیار بالا که
نیاز به لرزاندن نداشته و خودبخود متراکم میگردد ساخته شده و در برخی پروژهها
اجرا شده است. با داشتن کارایی بسیار زیاد این بتن در اجرا، خطر جدایی سنگدانهها و
خمیر را نداشته و در عین حال از مقاومت زیاد و دوام نسبتاً بالایی برخوردار است. در
طرح اختلاط این بتن، موارد زیر در نظر گرفته شده است.
میزان شن در این بتن حدود
50 درصد حجم مواد جامد بتن بوده و در آن ماسه به میزان
40 درصد حجم ملات
استفاده شده است. نسبت آب به مواد ریزدانه و پودری بر اساس خواص مواد ریز بین9/0 تا
1 انتخاب میشود. برای تعیین میزان نسبت آب به سیمان و مقدار فوق روان کننده مخصوص
مصرفی با استفاده از روش میز روانی، مقدار بهینه با آزمون و خطا تعیین میگردد
]2و3[.
بتن با سنگدانه بازیافتی
امروزه با توجه به پیشرفت جمعیت و مشکل فضا در شهرهای بزرگ برای ساخت و ساز لازم است ساختمانهای قدیمی بتنی تخریب و بجای آن ساختمانهای بلند جدید احداث شوند. در کشور ژاپن و چند کشور اروپایی که زمین و فضای لازم برای ایجاد بنا ارزش ویژهای دارد و همچنین برای جلوگیری از مسائل محیطزیستی که از تخریب ساختمانها ناشی میشود و کاربرد مصالح آن در بنای جدید تحقیقات وسیعی در ساخت بتن با سنگدانه بازیافتی (خورد کردن بتن قدیم و استفاده از آن بعنوان سنگدانه در بتن جدید) در حال انجام است. بعنوان مثال در کشور هلند هر سال حدود 10 میلیون تن مصالح ناشی از تخریب ساختمانهای بتنی که حدود 3/1 حجم بتن مورد نیاز در ساخت ساختمانهاست، تولید میشود. قرار است نیمی از این مصالح در بتنهای جدید استفاده شوند. در حال حاضر تحقیقات روی میزان جمعشدگی و خزش و دوام این بتنها ادامه دارد تا در قرن بیست و یکم کاربرد وسیعتر آن را امکانپذیر سازد.
بتنهای با نرمی بالا
امروزه کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکلهای زیاد را بدون شکست تحمل نماید، مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات وسیعی در خصوص تأمین نرمی لازم در بتن با الیافهای مختلف و حتی حذف آرماتور در حال انجام میباشد. هدف از کاربرد الیاف در بتن افزایش مقاومت کششی، کنترل گسترش ترکها و افزایش طاقت (Toughness) بتن میباشد تا قطعه بتنی بتواند در مقابل بارهای وارده در یک مقطع ترک خورده تغییر شکلهای زیادی را پس از نقطه حداکثر تنش تحمل نماید. شکل شماره 1 عملکرد یک تیر خمشی با الیاف را در تحمل خیزهای زیاد در مقایسه با بتن بدون آرماتور نشان میدهد.
بتن با الیاف مختلف در سالهای اخیر در سازههای عمدهای چون روسازی راهها و
فرودگاهها، بتن پیهای عظیم با تغییر شکلهای زیاد و بویژه در پوشش بتنی تونلها
بکار رفته است. در ساخت پوشش تونلها بتن الیافی با پاشیدن بر جداره شکل میپذیرد.
اخیراً برای حذف ترکها در پوشش تونلهایی که بصورت چند تکه پیش ساخته اجرا میشود از
بتن بدون آرماتور و تنها الیاف استفاده شده و این نوع بتن سبب حذف ترکها در حین
عملآوری و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونلهای مترو شده است.
در نوع بسیار جدید بتن الیافی که میتوان با آن به حداکثر نرمی در بتن رسید از
روش ریختن دوغاب روی الیاف (SIFCON) استفاده میشود. در این روش ابتدا الیاف ریخته
شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر میشود. میزان الیاف در این بتن حدود 10
درصد میباشد که حدود 10 برابر میزان الیاف در بتنهای الیافی متداول است. با این
مصالح لایههای محافظی بدون ترک و تقریباً غیر قابل نفوذ میتوان ایجاد نمود. بعلت
نرمی زیاد این قطعات ظرفیت تغییر شکلپذیری این قطعات به میزان ظرفیت دالهای فولادی
میرسد. مقاومت فشاری این نوع بتن حدود 110-85 مگاپاسکال و مقاومت خمشی حدود 45-35
مگاپاسکال میباشد. از این قطعات نه تنها میتوان بعنوان لایههای محافظ کوچک
استفاده نمود، بلکه در باندهای فرودگاه در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان میدهند.
در کارهای تعمیراتی دالها میتوان از آنها بعنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز و
در زمانی کوتاه استفاده نمود