طرح اختلاط و روش‌های بتن ریزی و عمل آوری بتن فوق توانمند (UHPC)

بتن فوق توانمند به علت خواص و ویژگی‌هایی که دارد امروزه به طور گسترده مورد استفاده صنایع مختلف می‌باشد. در مقاله بتن فوق توانمند و کارایی بالا به طور مفصل راجع به ویژگی‌ها، مزایا و موارد استفاده این محصول صحبت کردیم. در این مقاله از تسا سنگ قصد داریم راجع به مواد تشکیل دهنده، طرح اختلاط و بتن ریزی آن صحبت کنیم.

بتن UHPC در واقع نوعی سیمان است که مقاومت کششی و فشاری بالایی دارد، شکل پذیری و دوام آن نسبت به بتن‌های معمولی بسیار بالاتر است. این خصوصیات به دلیل طرح اختلاط و مواد افزودنی به آن می‌باشد. امروزه انواع مختلفی از این بتن تولید می‌شود که با توجه به شرایط پروژه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مواد تشکیل دهنده بتن کار پذیر یا فوق توانمند (UHPC)

اجزای تشکیل دهنده این بتن به طور کلی به صورت زیر است:

• سیمان پرتلند
• میکروسیلیس
• پودر کوارتز
• ماسه سیلیسی
• الیاف فولادی
• آب
• فوق روان کننده‌ها

سیمان

میزان سیمانی که برای ساخت این نوع بتن استفاده می‌شود از حالت معمولی بیشتر است. در تحقیقات اولیه از سیمان‌هایی استفاده می‌کردند که C₄A نداشته باشند اما امروزه سیمان‌های مورد استفاده هم C₄A دارند و هم C₃S . این دو ماده علاوه بر اینکه مقاومت اولیه بتن را افزایش می‌دهند باعث کاهش بلین می‌شوند. سطح پایین بلین مقدار آب مصرفی را کاهش می‌دهد.

میکرو سیلیس

میکروسیلیس در ملات بتن چند نقش را ایفا می‌کند:

1. ذرات را دسته بندی و فشرده می‌کند.
2. چون شکل کروی دارد باعث افزایش روانی ملات بتن می‌شود.
3. به عنوان یک پوزولان باعث استحکام بلورها در هیداسیون می‌شود.

هنگام هیدراسیون سیمان هم بلورهای مقاوم تولید می‌کند و هم بلورهای ضعیف هیدروکسید کلسیم. میکروسیلیس با بلورهای هیدروکسید کلسیم واکنش می‌دهد و ترکیب مقاوم سیلیکات کلسیوم را ایجاد می‌کند.

سنگدانه‌ها

سنگدانه‌های استفاده شده در بتن فوق توانمند ماسه سیلیسی با اندازه 0.6 میلیمتر و پودر کوارتز با اندازه 10 میکرون می‌باشد. استفاده از این سایز علاوه بر تاثیر بر روی چگالی و تراکم بتن، بر روی خواص رئولوژی بتن فوق توانمند تاثیرگذار است. البته می‌توان از دانه‌های درشت تر استفاده کرد اما بر روی استحکام بتن تاثیر گذار است.

ذرات پودر کوارتز در بین دانه‌های ماسه سیلیسی قرار می‌گیرند و فضای خالی بین آنها را پر می‌کنند. طبق تحقیقات محققان هنگامی که میزان پودر کوارتز از صفر تا 30% زیاد می‌شود، تراکم بتن از 48 تا 54% افزایش می‌یابد. البته اگر میزان پودر را افزایش دهید باعث از هم گسیختگی و کاهش تراکم بتن خواهد شد.

الیاف بتن فوق توانمند

معمولا در ترکیب بتن فوق توانمند از الیاف فولاد استفاده می‌کنند البته می‌توان از دیگر الیاف‌ها هم استفاده کرد ولی حداقل مدول الاستیسیته آنها باید4500n/mm²  باشد تا تراکم مورد نیاز حاصل شود. بتن اصولا یک ماده شکننده می‌باشد با اضافه کردن الیاف به آن خاصیت شکل پذیری بتن افزایش می‌یابد.

معمولا میزان مصرف الیاف در بتن فوق توانمند حدود 2 تا 5 درصد حجمی بتن می‌باشد. این مقدار از لحاظ وزنی می‌تواند در حدود 100 تا 180 کیلوگرم در مترمکعب باشد. استفاده از الیاف بر روی مقاومت خمشی، برشی و کششی بتن اثر گذار است و تاثیر زیادی بر مقاومت فشاری آن ندارد.

فوق روان کننده‌ها

برای افزایش حالت همگنی و روان بودن بتن از فوق روان کننده‌های پایه پلی کربوکسیلات اتر استفاده می‌شود. چون نسبت آب به سیمان در بتن فوق توانمند بسیار پایین است، باید برای افزایش اسلامپ در طول فرایند بتن ریزی از این مواد استفاده کنیم. البته استفاده از فوق روان کننده‌ها باعث افزایش مقاومت نهایی خواهد شد.

جدول مواد تشکیل دهنده بتن فوق توانمند (UHPC)

طرح اختلاط بتن فوق توانمند UHPC

طرح اختلاط بتن باید به گونه‌ای باشد که متراکم‌ترین حالت ممکن ساخته شود. بتن‌های فوق توانمند اولین بار برای تحمل تنش‌های کششی تولید شدند. سازه‌هایی که با این بتن ساخته می‌شوند مواد مصرفی و مصالح کمتری نیاز دارند و پایداری بالاتری نسبت به ساخت با بتن‌های معمولی دارند.

طرح اختلاط بتن پر مقاومت باید به گونه‌ای طرحی شود که ترکیب فاقد حفرات موئینه باشد. این امر باعث می‌شود نفوذ مایعات و گازها به درون آن نزدیک به صفر شود و خوردگی آن را بسیار ناچیز خواهد کرد. به همین دلیل به عنوان لایه پوششی روی دال پل‌ها استفاده می‌شود. این پوشش در برابر خوردگی‌ کلرایدی، قلیایی و نمک یخ زدا مقاوم است.

packing density یا حداکثر چگالی انباشته باید در طرح اختلاط رعایت شود. حضور مواد پودری و ریزدانه‌ها با کاهش تنش در سطح بتن باعث می‌شوند در مقاومت‌های بالا ترک‌های ریز و مویی در بتن ایجاد نشود و قسمت‌هایی از سازه که مسلح شده‌اند را در برابر حملات شیمیایی حفظ می‌کند.

مراحل میکس بتن فوق توانمند

مراحل میکس بتن های فوق توانمند و با کارایی بالا معمولا به صورت زیر انجام می‌شود:

1. ابتدا میکروسیلیس و سنگدانه را به صورت خشک به مدت 5 دقیقه میکس می‌کنند.
2. سپس سیمان، ماسه سیلیسی و پودر کوارتز را اضافه کرده و مجدد به مدت 5 دقیقه میکس می‌کنند.
3. در مرحله بعد آب و یک سوم روان کننده به ملات اضافه می‌شود و میکس به مدت یک دقیقه ادامه پیدا می‌کند.
4. بعد از آن باقی مانده روان کننده به بتن اضافه می‌شود و بعد از یک دقیق میکس کردن سرعت میکسر را افزایش می‌دهند.
5. آخرین ماده‌ای که به ملات اضافه می‌شود الیاف است. باید آن را کم کم به ملات اضافه کرد.
6. میکس کردن را ادامه می‌دهیم تا ملات به مرحله روانی بهینه برسد.

روش‌های بتن ریزی و کیورینگ بتن فوق توانمند (UHPC)

روش‌های بتن ریزی بتن فوق توانمند مانند بتن خود متراکم است. البته در فرایند بتن ریزی باید به وجود الیاف در ملات بتن توجه ویژه داشت. بتن ریزی باید به شیوه‌ای انجام شود که از ایجاد درزهای سرد در بتن، جلوگیری شود. بهتر است این فرایند در یک مرحله و از یک مکان صورت گیرد. سعی کنید برنامه به گونه‌ای باشد که از لرزش‌های داخلی تا حد امکان جلوگیری شود چون این لرزش‌ها باعث جدا شدن الیاف از ملات می‌شود و یکپارچه بودن بتن را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

سطح بتن فوق توانمند در روزهای اول بتن ریزی به سرعت خشک می‌شود و این امر باعث جمع شدگی پلاستیک و ایجاد ترک بر روی آن می‌شود؛ پس بعد از بتن ریزی باید سطح سازه پرداخت و پوشانده شود. یکی از روش‌های عمل آوردی در این مورد استفاده از بخار داغ می‌باشد. این روش هم باعث بالا رفتن مقاومت اولیه بتن می‌شود هم کمبود حجمی که به علت جمع شدگی و خزش ایجاد شده را جبران می‌کند.

بیشترین استفاده بتن UHPC در ساخت پل‌ها می‌باشد. روش‌های مرسوم برای بتن ریزی در زیر آب به شرح زیر می‌باشد:

• استفاده از bag work :

این روش قدیمی مانند ساخت سنگر است با این تفاوت که کیسه ها از بتن روان پر می‌شوند. در این روش نباید کیسه‌ها را پر کرد تا انعطاف پذیر باشند. جنس آنها از پارچه کنفی است که بعد از چیدن توسط فولاد مسلح می‌شود. این روش برای ترمیم مناسب است.

• استفاده از روش پشته پیشرو:

در مناطقی که عمق آب کم است و جریان شدیدی ندارد، مقداری از مخلوط را متناسب با شیب ساحل می‌ریزند تا از سطح آب بالاتر بیاید و این روند را ادامه می‌دهند، بتن‌های جدید بتن‌های اولیه را به سمت آب می‌راند و بتن باقی مانده حفظ می‌شود.

• استفاده از روش پیش آکنده برای ریختن مخلوط در زیر آب:

در این روش مصالح با قالب بندی درشت و ثابت در قالب ریخته می‌شود. ازانتهای قالب جریان دوغاب ماسه سیمان به قالب تزریق می‌شود، این جریان آب بین سنگدانه‌ها را خارج کرده و خود جانشین آن می‌شود.

• استفاده از جام‌های زیرآبی برای ریختن بتن:

در این روش بتن را درون مخزن‌هایی که درب آنها به سمت پایین است می‌ریزند و مخزن را به عمق مورد نظر می‌برند و عملیات تخلیه را انجام می‌دهند. استفاده از این روش به علت اتلاف زمان زیاد برای بتن ریزی در حجم زیاد، مناسب نیست.

• استفاده از لوله ترمی و قیف:

در این حالت ابتدا مقداری بتن در کف ریخته می‌شود سپس لوله ترمی درون آن قرار می‌گیرد و همگام با بتن ریزی لوله به بالا کشیده می‌شود. در این روش باید بتن به فرمی باشد که براحتی در داخل لوله حرکت کند و در انتها متراکم شود.

• پمپاژ کردن مخلوط:

مخلوط بتن به انتهای قالب پمپاژ می‌شود و آب از قسمت بالایی توسط هواکش خارج می‌گردد. اگر عمق بتن ریزی زیاد باشد باید تدابیری بیندیشید تا از سقوط آزاد مخلوط جلوگیری شود. روش ترمی نسبت به این روش کارایی بهتری دارد.

• بتن غیر قابل پراکنده شدن:

این نوع از بتن توسط پلیمرهایی تقویت شده است که علاوه بر خاصیت ضد آب بودن خود تراز هم هست و دیگر نگران مخلوط شدن آن با آب نخواهید بود.

کلام آخر

در این مقاله از تسا سنگ سعی کردیم شما را با مواد تشکیل دهنده بتن فوق توانمند آشنا کنیم. دریافتید که طرح اختلاط این نوع بتن به چه صورت طراحی و اجرا می‌شود. روش‌های بتن ریزی برای ساخت پایه پل‌ها که در آب هستند را برای شما بیان کردیم. شما می‌توانید سوالات خود در زمینه بتن فوق توانمند را با ما در میان بگذارید، همکاران ما مشتاقانه پاسخگوی شما خواهند بود.