مسائل اجرائي بتن سبكدانه سازه اي

بسياري از اصول اجرائي حاكم بر بتن ريزيهاي معمولي در بتن ريزي با بتن سبــكدانه سازه اي كماكان از اهميت برخوردار است . مسلما" در بتن هاي غير سازه و سبكدانه بسياري از نكات مورد نظر نميتواند با اهميت تلقي شود و عدم رعايت برخي قواعد تا آنجا كه به وزن مخصوص بتن ريخته شده لطمه نزند و آنرا بالا نبرد با اهميت تلقـــي نميشـــود.

اصل پيوستگي و تدوام در بتن ريزي ( عدم ايجاد درز سرد ) ، اصل عدم گيرش يا نزديكي به گيرش در بتن قبل از ريختن و تراكم ، اصل عدم جدا شدگي مواد (نا همگني ) بتن ، اصل رعايت دماي مناسب بتن ريزي ، اصل عدم آلودگي بتن به مواد مضر ، اصل رعايت تراكم صحيح ، اصل رعايت پرداخت صحيح سطح بتن ، اصل انتخاب صحيح اسلامپ با توجه به وضعيت قطعه و وسايل تراكمي موجود ، اصل رعايت و بكارگيري نسبت ها و مقادير صحيح مصالح و پرهيز از مصرف مواد نا مناسب ، و در نهايت اصل عمل آوري صحيح و قالب برداري به موقع و با دقت همواره در اين نوع بتن ريزيها مانند بتن هاي معمولي از اهميت برخوردار مي باشد .

 

استفاده از مواد مناسب و نسبت هاي صحيح :

بكار گيري مواد و مصالح مناسب طبق مشخصات پروژه ، رعايت مصرف سيمان تازه و غير فاسد از نوع مورد نظر و مطابق با استاندارد مورد قبول كاملا" مهم مي باشد . توزين يا پيمانه كردن دقيق و صحيح مصالح مصرفي طبق طرح اختلاط ارائه شده از اهميت برخوردار است . بهتر است مصالح سنگي مصرفي به ويژه سبكدانه در شرايطي قرار گيرد كه نوسانات رطوبتي اندكي داشته باشد . براي مثال خوبست بدانيم ليكاهاي موجود در ايران ميتواند تا بيش از 30 درصد آب را در خود جذب و نگهداري كند .    بنا براين بين سنگدانه كاملا" خشك و كاملا" اشباع تفاوت فاحشي وجود دارد  و ميتواند بر اسلامپ حاصله و نسبت آب به سيمان و در نتيجه به مقاومت و دوام بتن سبكدانه سازه اي اثر چشمگيري   باقي گذارد . بهر حال اگر بدانيم مثلا" سنگدانه هاي ما حدود 5 درصد رطوبت دارد ميتوانيم مقدار آب مصرفي را تنظيم نمائيم تا به طرح اختلاط مورد نظر دست يابيم .

بايد دانست مشكل بزرگ توليد بتن سبكدانه همين تغيير رطوبت است و لذا كنترل نسبت آب به سيمان در اين بتن ها مشكل مي باشد و حتي مانند بتن هاي معمولي نيز نميتوان با كنترل اسلامپ به نتيجه مورد نظر رسيد .

 

انتخاب اسلامپ صحيح :

مانند بتن هاي معمول انتخاب اسلامپ ميتواند مهم باشد . از نظر جدا شدگي ، آب انداختن ، رسيدن به تراكم مورد نظر با توجه به ابعاد قطعه ، طرز قرارگيري ، وضعيت درهمي ميلگردها ، وسايل تراكمي موجود قابل تأمين اين انتخاب كاملا" معنا دار و با اهميت است . به دليل سبكي سنگدانه ها بويژه سبكدانه هاي درشت احتمال جدا شدگي در بتن شل افزايش مي يابد . لذا اسلامپ هاي بيش از       ده سانتي متر ابدا" مطلوب نيست مگر اينكه بتن پر عياري داشته باشيم ، همچنين با وجود موادي مانند ميكرو سيليس ممكنست اين جدا شدگي به حداقل برسد .

بنا براين اگر قرار باشد بتن سبكدانه پمپي با اسلامپ 10 تا 15 سانتي متر را داشته باشيم عيار سيمان بايد از حدود 400 كيلو در متر مكعب فراتر رود . در حاليكه اگر اسلامپ كمتر باشد حداقل عيار سيمان در ACI برابرkg/m3 335 مطرح شده است . در حالات عادي اسلامپ هاي 5 تا 8 سانتي متر براي بتن سبكدانه غير پمپي و اسلامپ 7 تا 10 سانتي متر براي بتن سبكدانه پمپي مطلوب تلقي ميشود بدون اينكه اين اعداد جنبه آئين نامه اي داشته باشد .

تغييرات اسلامپ در طول اجراء در بتن سبكدانه بسيار جدي است . در بتن هاي معمولي نيز اين پديده به چشم ميخورد بويژه وقتي سنگدانه هاي درشت خيلي خشك باشند ممكن است حتي در طول     15 دقيقه پس از ساخت شاهد افت جدي در اسلامپ باشيم . در بتن سبكدانه اين امر به شدت وجود دارد . فرض كنيد اگر در طول 15 تا 30 دقيقه جذب آب سبكدانه 5 تا 10 درصد فرض شود و فقط سبكدانه درشت به ميزان 300 كيلو داشته باشيم 15 تا 30 كيلو آب را جذب مي كند كه كاهش اسلامپ 6 تا 15 سانتي متر را ميتوان شاهد بود . اگر قرار باشد طول مدت حمل و ريختن و تراكم زياد باشد كاملا" دچار مشكل ميشويم . همچنين در بتن هاي پمپي ، اين كاهش و افت در اسلامپ    مسئله ساز است . بنا براين سعي ميشود كه چنين پروژه هائي حتي الامكان از 24 ساعت قبل از ساخت بتن ، سبكدانه ها را خيس كرد (Presoaking ) تا آب قابل ملاحظه اي را جذب نمايد و پس از اختلاط بتن شاهد افت اسلامپ زيادي نباشيم . اين خيس كردن ممكن است حتي از سه روز قبل شروع شود ادامه يابد . خيس كردن سنگدانه ممكنست با آب پاشي تحت فشار و بصورت باراني باشد و يا از سيستم خلاء براي نفوذ سريعتر آب به داخل سبكدانه استفاده شود كه در ايران روش ساده اول معمولتر و عملي تر مي باشد . ريختن آب و سبكدانه در مخلوط كن و اضافه كردن سيمان و غيره    پس از مدتي تأخير ميتواند به افت اسلامپ كمتر منجر شود .

ميزان جذب آب سبكدانه ها علاوه بر زمان تابع ميزان آب موجود در آن ( رطوبت اوليه ) نيز مي باشد كه پيش بيني جذب آب را در مدت معين دشوار مي كند مگراينكه قبلا" آزمايشهائي را با رطوبت اوليه موجود انجام داده باشيم .

اسلامپ هاي كمتر از 5 سانتي متري نيز كار تراكم را با مشكل مواجه مي سازد و فضاي خالي زيادي را در بتن بهمراه دارد . بسياري از تحقيقات نشان داده اند مقاومت و دوام بتن هاي سبكدانه كه با سبكدانه خشك ساخته شده اند بهتر از وقتي است كه از سبكدانه قبلا" خيس شده يا اشباع شده استفاده گشته است .

 

 

اصل رعايت دماي مناسب :

حداقل و حداكثر دماي مجاز و مطلوب در أئين نامه ها مشخص شده است . رعايت اين امر براي بتن سبك سازه اي و با دوام بشدت ضروري است و از اين نظر تفاوتي با بتن معمولي وجود ندارد . حداقل دماي مجاز 5+ درجه سانتي گراد و حداقل دماي مطلوب 10+ درجه سانتي گراد است . حداكثر دماي مجاز معمولا" 32-30 درجه سانتي گراد تا هنگام گيرش مي باشد و بهتر است از اين حد فاصله معقولي را داشته باشيم . در هواي سرد و گرم كه بتن با دماي مناسب توليد مي شود نبايد در حين اجرا آنقدر تأخير و معطلي بوجود آورد كه با تبادل گرمائي ، دماي مطلوب از دست برود .

 

 

اصل همگني ( عدم جداشدگي ) :

اصول جداشدگي و عوامل مؤثر بر آن براي بتن سبكدانه همچون بتن معمولي است ، اما براي بتن سبكدانه يك عامل ديگر يعني اختلاف در چگالي ذرات و خمير سيمان يا ملات ميتواند به جداشدگي منجر گردد . عوامل جداشدگي ميتوانند داخلي باشند كه صرفا" استعداد جداشدگي را بوجود مي آورند و يا عامل خارجي  باشند كه مربوط به اجرا هستند و استعداد را شكوفا مي كنند . از عوامل داخلي بالا رفتن حداكثر اندازه سبكدانه مي باشد كه معمولا" باعث جداشدگي ميگردد و بهتر است حداكثر اندازه سبكدانه براي بتن سازه اي به 20 ميلي متر محدود شود و توصيه مي گردد تا از حداكثر اندازه         15 – 12ر ميلي متر استفاده شود . جالب است بدانيم معمولا" با افزايش حداكثر اندازه ، چگالي حجمي خشك ذرات سبكدانه درشت كاهش مي يابد و از اين نظر نيز امكان جداشدگي را قوت مي بخشد .

بالا رفتن اسلامپ به افزايش استعداد جداشدگي منجر مي شود . كاهش ميزان عيار سيمان و مواد سيماني و چسباننده ميتواند بشدت باعث افزايش استعداد جداشدگي گردد . اختلاف وزن مخصوص     ( چگالي ) ذرات سبكدانه با خمير سيمان و يا اختلاف چگالي ذرات ريزدانه و درشت دانه به بالا رفتن استعداد جداشدگي منجر مي گردد . بالا رفتن نسبت آب به سيمان به افزايش پتانسيل جداشدگي     مي انجامد . درشت تر شدن بافت دانه بندي سنگدانه ها معمولا" امكان جداشدگي را افزايش مي دهد . وجود مواد ريز دانه و چسباننده مانند پوزولان و ميكروسيليس و سرباره ها مي تواند باعث كاهش استعداد جداشدگي بتن سبكدانه گردد ، همچنين بكارگيري مواد حبابزا و ايجاد حباب هوا ميتواند جداشدگي و آب انداختن را كاهش دهد ضمن اينكه رواني و كارآئي مورد نظر تأمين ميگردد .

از عوامل خارجي مي توان حمل نامناسب ، ريختن غلط ، استفاده از شوت هاي طولاني و يا شيب نامطلوب ، برخورد بتن با قالب و ميلگردها ، ريختن بتن از ارتفاع زياد بدون لوله و قيف هادي و يا بدون پمپ معمولا" به جداشدگي منجر ميشود . بخاطر حساسيت جداشدگي در اين بتن ها بايد دقت بيشتري را اعمال نمود . بايد دانست نتيجه جداشدگي در بتن سبكدانه نيز از نظر مقاومتي و دوام بمراتب حادتر و مضرتر از بتن معمولي است .

 

 

اصل عدم آلودگي بتن به مواد مضر :

در طول حمل و ريختن و تراكم نبايد مواد مضر اعم از مواد ريزدانه رسي ( گل و لاي ) ، مواد شيميايي شامل چربي ها و مواد قندي يا انواع مختلف نمكها و آب شور و غيره با بتن مخلوط شود . مخلوط شدن موادي همچون گچ نيز توجيه ندارد . بهرحال در اين رابطه هيچ تفاوتي بين بتن معمولي و سبكدانه سازه اي وجود ندارد .

 

اصل عدم كاركردن با بتن در مرحله گيرش :

اگر عمليات بتن ريزي با بتني كه در مرحله گيرش است انجام گيرد مقاومت و دوام آن بشدت كاهش مي يابد و نفوذپذيري آن زياد ميشود . از اين نظر بتن مانند ملات گچ زنده است كه اگر آن را مرتبا" بهم بزنيم و ورز دهيم تبديل به ملات گچ كشته ميشود كه بشدت كم مقاومت و كم دوام است ، هرچند گيرش آن به تأخير مي افتد و يا اصلا" خود را نمي گيرد و صرفا" خشك مي شود . بهرحال نبايد بتن را در هنگامي كه در شرف گيرش است مخلوط نمود و يا ريخت و متراكم كرد . از اين نظر بين بتن سبكدانه و بتن معمولي اختلافي احساس نمي گردد .

مسلما" در هواي گرم و يا بتن با دماي زياد ، گيرش زودتر حاصل ميشود . زمان گيرش تابع نوع سيمان ( جنس و ريزي ) ، نسبت آب به سيمان و وجود مواد افزودني مي باشد . براي افزايش زمان گيرش و ايجاد مهلت براي عمليات اجرائي مي توان از بتن خنك ، كار در هنگام خنكي هوا يا شب ، سيمانهاي كندگير كننده استفاده نمود .

 

اصل پيوستگي و تداوم بتن ريزي ( عدم ايجاد درز سرد در بين لايه ها ) :

اگر در هنگام بتن ريزي به هر علت ، لايه زيرين قبل از ريختن و تراكم لايه روئي گيرش خود را انجام داده باشد درز سرد Cold Joint بوجود مي آيد . در اين رابطه فرقي بين بتن سبكدانه و معمولي   وجود ندارد . بايد با تجهيز مناسب كارگاه ، افزايش توان توليد و حمل در ريختن و تراكم بتن ، افزايش زمان گيرش بتن و يا ايجاد درزهاي اجرائي مناسب و كاهش سطح بتن ريزي و يا كاهش ضخامت لايه ها امكان ايجاد درز سرد را به حداقل رساند .

 

تراكم صحيح بتن سبكدانه :

از آنجا كه بتن هاي سبكدانه بشدت در معرض جدا شدگي هستند ، تراكم با قدرت زياد و يا مدت بيش از حد مشكلات جدي را بوجود مي آورد . به محض اينكه احساس مي نمائيم كه شيره يا سنگدانه ها شروع به روزدن مي نمايند بايد تراكم را قطع كرد . لرزش ، بيش از فشار و ضربه ميتواند موجب      جدا شدگي گردد.

به هر حال بايد كاملا" هواي بتن خارج و فضاي خالي به حداقل برسد تا مقاومت و دوام كافي ايجاد گردد.

 

پرداخت سطح بتن سبكدانه :

آب انداختن بتن همواره مشكل بزرگي در پرداخت نهائي سطح بتن مي باشد و اين امر اختصاص به بتن سبكدانه ندارد . خوشبختانه به دليل جذب آب تدريجـــي توسط سبكدانه ها ، آب انداختن ميتواند به كمترين مقدار برسد اما اگر سبكدانه ها قبل از اختلاط كاملا" اشباع شده باشد امكان آب انداختن بيشتر مي گردد . كم بودن عيار سيمان و مواد چسباننده سيماني ، فقدان مواد ريزدانه ، عدم وجود حباب هوا در بتن ، درشتي بافت دانه بندي ، افزايش حداكثر اندازه سبكدانه ، گردگوشه گي سنگدانه ها و بافت صاف سطح سنگدانه ، بالا بودن اسلامپ ، زيادي نسبت آب به سيمان و ... ميتواند موجب افزايش     آب انداختن شود .

وقتي بتن آب مي اندازد بايد اجازه داد آب تبخير گردد و اگر تبخير به سرعت ميسر نمي گردد يا نگران گيرش هستيم بايد سعي كنيم آب روزده را با وسيله مناسبي ( گوني يا اسفنج ) از سطح پاك نمائيم و سپس سطح را با ماله چوبي و بدنبال آن با ماله فلزي يا لاستيكي صاف كنيم .

عدم رعايت اين نكات موجب افزايش نسبت آب به سيمان در سطح و كاهش مقاومت و دوام و افزايش نفوذپذيري بتن سطحي مي گردد .

عمل آوري بتن و سبكدانه :

هر چند عمل آوري رطوبتي و حرارتي بتن سبكدانه با بتن معمولي تفاوت چنداني ندارد اما اعتقاد بر اين است كه  سبكدانه ها بعلت پوكي و تخلخل و جذب آب ميتوانند در صورت فقدان عمل آوري رطوبتي از ناحيه اجرا كنندگان ، بخشي از آب خود را در اختيار خمير سيمان قرار دهند و توقف شديدي در هيدراسيون سيمان رخ ندهد . اين امر را عمل آوري داخلي بتن سبكدانه مي گويند .

 

كنترل كيفي بتن سبكدانه :

كنترل كيفي بتن سبكدانه شامل بتن تازه و سخت شده است . كنترل رواني ، وزن مخصوص و هواي بتن از مهمترين كنترلهاي بتن تازه است . استفاده از آزمايش اسلامپ ، ميز آلمانی ( رواني ) و درجه تراكم براي اين بتن ها پيش بيني شده است . وزن مخصوص بتن تازه سبكدانه متراكم معمولا" كنترل      مي شود و در آئين نامه هاي مختلف اختلاف 2 تا 3 درصد مجاز شمرده ميشود ( نسبت به طرح اختلاط ) . هواي بتن را براي بتن سبكدانه نميتوان بكمك روش فشاري بدست آورد و حتما" بايد از روش حجمي بهره گرفت . براي بتن سبكدانه سخت شده ، وزن مخصوص ، مقاومت فشاري ، كششي خمشي و نفوذپذيري ، جذب آب ، جذب موئينه و آزمايشهاي دوام در برابر خوردگي قابل كنترل است .

وزن مخصوص بتن سخت شده سبكدانه بصورت اشباع و خشك اندازه گيري ميشود و گاه بجاي خشك كردن از جمع زدن مقادير اجزاء در هر متر مكعب و افزودن مقداري رطوبت ثابت به آن ، وزن مخصوص بتن سخت شده را بدست مي آورند .

براي تعيين مقاومت فشاري و ساير پارامتر ها تفاوت چنداني بين بتن سبكدانه و معمولي وجود ندارد و شباهت جدي و كامل بين آنها وجود دارد . بهرحال ممكنست در مواردي نتايج حاصله در مقايسه با  بتن هاي معمولي گمراه كننده باشد . مثلا" اگر جذب آب بتن سبكدانه را بصورت درصد وزني گزارش كنيم و آنرا با جذب آب بتن معمولي مقايسه نمائيم دچار اشتباه ميشويم و لذا توصيه ميشود جذب آب بتن بصورت درصد حجمي گزارش گردد .

 

بتن فاقد ريزدانه ( Concrete finez – No ) :

اگر سنگدانه هاي درشت تك اندازه را با سيمان و آب مخلوط كنيم و در قالب بدون تراكم بريزيم بتن فاقد ريزدانه و متخلخل بدست مي آيد كه از وزن مخصوص كمتري نسبت به بتن معمولي برخوردار خواهد بود . اگر چگالي سنگدانه ها در حدود معمولي باشد وزن مخصوص بتن فاقد ريزدانه حدود 1600 تا kg/m3 2000 بدست مي آيد اما اگر از سبكدانه درشت استفاده نمائيم ممكنست وزن مخصوص بتن حاصله از kg/m3  1000 كمتر شود ( حتي تا حدود kg/m3 650 ) . بهرحال در هر مورد بتن مورد نظر سبك يا نيمه سبك تلقي مي شود اما اگر سنگدانه معمولي استفاده شود نميتوان آنرا بتن سبكدانه دانست .

مسلما" اگر سنگدانه تك اندازه بكار نرود و حاوي ذرات ريز تا درشت باشد وزن مخصوص بتن حاصل نيز زياد خواهد شد . سنگدانه درشت مصرفي بايد 20-10 ميلي متر باشد و 5 درصد ذرات درشتر و  10 درصد ذرات ريزتر در اين نوع سنگدانه تك اندازه (Singl Size) مجاز است اما بهرحال نبايد ذرات ريزتر از 5 ميلي متر در آن مشاهده گردد . سنگدانه درشت بهتر است پولكي و كشيده و يا بسيار      تيزگوشه نباشد . سنگدانه هاي گرد گوشه يا نيمه شكسته براي توليد اين بتن ارجح است .

ساختار بتن فاقد ريزدانه داراي تخلخل ظاهري است و حفرات موجود در بتن با چشم براحتي ديده   مي شود كه در اين مجموعه خمير سيمان بايد صرفا" تا حد امكان سنگدانه ها را بهم چسباند و از      پر كردن فضاها با خمير سيمان پرهيز شود زيرا وزن مخصوص بالا خواهد رفت . وجود خمير سيمان با ضخامت حدود 1 ميلي متر بر روي سنگدانه ها كاملا" مناسب است .

اگر سنگدانه معمولي بكار رود معمولا" مقدار شن اشباع تك اندازه بين 1400 تا 1750 كيلوگرم        مي باشد . حجم اشغالي ذرات شن در حدود 550 تا 700 ليتر در هر متر مكعب است . وزن سيمان مصرفي بين 75 تا 150 كيلو در متر مكعب يا بيشتر است كه حجم آن حدود 25 تا 50 ليتر مي باشد . معمولا" نسبت آب به سيمان مصرفي 4/0 تا 5/0 مي باشد كه افزايش آن مي تواند به شلي خمير سيمان و رواني آن منجر شود كه موجب جداشدگي و پرشدن خلل و فرج مي گردد و بتن مورد نظر حاصل نمي شود . با كاهش نسبت آب به سيمان چسبندگي لازم بوجود نمي آيد و از نظر اجرائي دچار مشكل مي شويم . نسبت وزني سيمان به سنگدانه  تا  مي باشد . همانطور كه از محاسبات فوق بر مي آيد فضاي خالي اين بتن ( پوكي ) بين 25 تا 40 درصد مي باشد و ابعاد اين فضاها نيز بزرگ است درصد جذب آب بصورت وزني حدود 15 تا 25 درصد است . طبيعتا" با افزايش مقدار سيمان و آب و يا مصرف شن با دانه بندي پيوسته ( Graded Size ) وزن مخصوص بتن بيشتر خواهد شد . توصيه مي شود شن ها قبل از مصرف خيس و اشباع گردند .

طرح اختلاط اين بتن ها بصورت آزمون و خطا خواهد بود و بشدت تابع شرايط ساخت بتن مي باشد . بتن فاقد ريزدانه معمولا" بدون تراكم توليد مي شود و اگر مرتعش يا متراكم شود بسيار جزئي خواهد بود زيرا خمير سيمان ميل به پر كردن فضاي خالي بين سنگدانه ها را خواهد داشت و چسبندگي سنگدانه به يكديگر به حداقل خواهد رسيد .

معمولا" انجام آزمايش كارآئي يا اسلامپ براي اين نوع بتن موردي نخواهد داشت . از آنجاكه سنگدانه تك اندازه مصرف مي شود جداشدگي از نوع جدائي ريز و درشت سنگدانه معنائي ندارد و مي توان آن را از ارتفاع قابل ملاحظه ريخت .

بعلت محدوديت دامنه نسبت آب به سيمان و وجود فضاي خالي قابل توجه در اين نوع بتن ، مقاومت فشاري اين نوع بتن اغلب در حدود 5 تا 15 مگا پاسكال مي باشد و طبيعتا" يك بتن سبك سازه اي تلقي نمي گردد و بصورت مسلح مصرف نمي شود . برخي اوقات سعي مي كنند ميلگردها را با يك لايه ضد خوردگي ( پوشش مناسب ) آغشته كنند و سپس در بتن فاقد ريزدانه بكار برند . اگر از سبكدانه براي ساخت اين بتن استفاده شود ، مقاومت فشاري آن 2 تا 8 مگا پاسكال مي باشد .

جمع شدگي بتن هاي فاقد ريزدانه بمراتب كمتر از بتن معمولي است زيرا مقدار سنگدانه در مقايسه با خمير سيمان زياد است و يقه قابل توجه بوجود مي آورد . بتن فاقد ريزدانه سريعا" خشك مي شود زيرا خمير سيمان در مجاورت هواي موجود و فضاي خالي است و علي القاعده در ابتدا از جمع شدگي بيشتري نسبت به بتن معمولي برخوردار مي باشد و عمل آوري آن از اهميت برخوردار است . قابليت انتقال حرارتي آن بمراتب از بتن معمولي با سنگدانه مشابه كمتر است ( حدود  تا  ) كه با افزايش رطوبت و اشباع بودن اين بتن ، اين قابليت انتقال حرارت افزايش مي يابد .

مدول الاستيسيته اين بتن ها بين 5 تا Gpa20 است ( براي مقاومت هاي 2 تا 15مگا پاسكال ) . نسبت مقاومت خمشي به فشاري حدود 30 درصد است كه از نسبت مقاومت خمشي به فشاري       بتن هاي معمولي بيشتر مي باشد . ضريب انبساط حرارتي اين نوع بتن در حدود  تا  بتن معمولي است .

نفوذپذيري زياد از مزايا و شايد معايب اين نوع بتن است . اما نكته مهم آنست كه موئينگي در اين نوع بتن كم تا ناچيز مي باشد . اگر اشباع از آب نباشد در برابر يخبندان مقاوم است . بعنوان يك     نفوذپذير زهكش و تثبيت شده و همچنين يك مسير درناژ و مقاوم بسيار مفيد است . بازي كردن     لايه هاي قلوه سنگ و شن درشت و متوسط يا ريز بعنوان زهكش يا بلوکاژ و فيلتر از مشكلات اجرائي محسوب مي شود بويژه اگر بخواهد باربر باشد يكي از معدود راههاي حل مشكل ، استفاده از بتن فاقد ريزدانه است و در اين حالت مسئله سبكي زياد مهم نيست .

اين نوع بتن مانند بسياري از بتن هاي سبك مي تواند جاذب صوت باشد ( نه عايق صوت ) و براي اين منظور نبايد سطح اين بتن با اندودي پوشانده شود .

اندودكردن اين بتن بسيار خوب و ساده انجام مي شود . استفاده از اين بتن براي روسازي و پياده رو سازي اطراف درختان و يا پاركينگ ها بسيار مفيد است ( بدليل نفوذپذيري ) . در ديوارهاي باربر با طبقات كم مي توان از اين نوع بتن استفاده نمود . براي ايجاد نفوذپذيري بعنوان لايه اساس يا زير اساس ميتواند بطور مؤثر عمل نمايد . همچنين بعنوان يك لايه بتن مگر نفوذپذير مناسب است در زير دال كف يا شالوده منابع آب بتني نيز از اين بتن مي توان استفاده نمود .       

 

طرح اختلاط بتن سبکدانه ( سازه ای و غير سازه ای )

در طرح اختلاط هر نوع بتن ابتدا بايد خواسته ها را بررسی و فهرست نمود که در مورد بتن سبک نيز اين خواسته ها عبارتند از :

مقاومت فشاری در سن مورد نظر ، وزن مخصوص بتن تازه و خشک ، دوام بتن در شرايط محيطی يا سولفاتی ، اسلامپ و کارآئی بتن ، مقدار حباب هوای لازم با توجه به حداکثر اندازه وشرايط محيطی ، و احتمالا" موارد ديگری همچون مدول الاستيسيته يا خواص فيزيکی مکانيکی ديگر مثل قابليت انتقال حرارت و غيره ، در کنار اين موارد ممکنست محدوده دانه بندی مطلوب ( بويژه در روشهای اروپائی ) از جمله محدوديت ها و خواسته ها باشد .

    -   در کنار اين خواسته ها ، داده هائی نيز بر اساس اطلاعات موجود از سيمان ، سنگدانه و ... در دست است و يا بايد در آزمايشگاه بدست آيد از جمله اينها می توان به موارد زير اشاره نمود :

نوع سيمان ، حداقل و حداکثر مجاز مصرف سيمان ، حداکثر مجاز نسبت آب به سيمان ، نوع مواد افزودنی مورد نظر و مشخصات آن ، نوع سنگدانه درشت و ريزدانه ، شکل و بافت سطحی سنگدانه ها ، چگالی و جذب آب سبکدانه ها و سنگدانه های معمولی ، رژيم و روند جذب آب سبکدانه ، وزن مخصوص توده ای سنگدانه درشت متراکم با ميله ( در طرح امريکائی ) ، دانه بندی سنگدانه ها و حداکثر اندازه آنها ، ويژگيهای مکانيکی و دوام سنگدانه ها ، مدول ريزی سنگدانه ها و ريزدانه ها         ( بويژه در روش امريکائی ) ، چگالی ذرات سيمان و افزودنيها : گاه لازمست دانه بندی يا مدول ريزی سبکدانه ها معادل سازی شود يعنی با توجه به اختلاف در چگالی ذرات ، دانه بندی وزنی به دانه بندی و مدول ريزی حجمی تبديل گردد که در اين حالت لازمست برای چگالی ذرات هر بخش اندازه ای را تعيين کنيم .

 

 

روش طرح اختلاط و جداول و اطلاعات ضروری در هر روش :

معمولا" در هر نوع روش طرح اختلاط لازمست حدود مقدار آب آزاد با توجه به کارآئی ، حداکثر اندازه سنگدانه و شکل آن فرض گردد و بدست آيد . نسبت آب به سيمان از جداول راهنما يا تجربيات گذشته و شخصی فرض می گردد . پس مقدار سيمان در اين صورت مشخص می گردد . هر چند گاه در طرح اختلاط بتن سبک ابتدا عيار سيمان فرض شده و با در نظر گرفتن نسبت آب به سيمان يا کارآئی ، مقدار آب مشخص می شود .

اختلاف عمده روش ها در تعيين مقدار سنگدانه ها خواهد بود و بويژه در طرح مخلوط بتن سبکدانه يا نيمه سبکدانه ، اختلافات موجود روشها برای بتن معمولی ، بيشتر می گردد .

در روشهای اروپائی ( آلمانی و اتحاديه بتن اروپا ) با توجه به محدوده مطلوب دانه بندی حجمی، سهم سنگدانه های ريز و درشت ( خواه هر دو سبکدانه يا يکی از آنها سبکدانه باشد ) بدست می آيد، سپس چگالی متوسط سنگدانه ها تعيين شده و در فرمول حجم مطلق قرار می گيرد و مقدار کل سنگدانه بدست می آيد . فرمول حجم مطلق در شکل ساده آن در اين حالت بصورت زير است :

که C و  و  به ترتيب وزن سيمان ، آب آزاد و کل سنگدانه ها بصورت اشباع با سطح خشک است و  و  و  به ترتيب چگالی ذرات سيمان ، آب و چگالی متوسط سنگدانه های اشباع با سطح خشک می باشد و  حجم هوا در واحد حجم بتن است .

با داشتن اطلاعات مورد نياز ، مجهول ما فقط  می باشد که تعيين می شود . اگر افزودنی     داشته باشيم حجم افزودنی از تقسيم وزن به چگالی آن بدست می آيد و در رابطه قرار داده می شود .

پس از تعيين  با توجه به سهم هر سنگدانه ، وزن آن مشخص می گردد و با توجه به ظرفيت جذب آب هر نوع سنگدانه می توان وزن خشک هر کدام و آب کل را تعيين کرد . وزن مخصوص بتن تازه نيز از جمع اوزان اجزاء بتن بدست می آيد ( بصورت محاسباتی ) در عمل پس از ساخت مخلوط آزمون با توجه به نتيجه محاسبات و اطلاعات حاصله مانند اسلامپ ، کارآئی و مقاومت و وزن مخصوص بتن ميتوان اصلاحات لازم را در محاسبات به انجام رسانيد و طرح اختلاط را نهائی کرد. امريکائی ها نيز در ACI 211.1 و ACI 211.2 و ACI 213 R سه روش را برای طرح اختلاط بتن سشبکدانه و يا نيمه سبکدانه توصيه نموده اند :

 

1.       روش حجم مطلق :

در اين روش عملا" پس از تعيين آب آزاد ، سيمان ، سنگدانه درشت خشک و اشباع ، ازفرمول حجم مطلق استفاده نموده و وزن ماسه اشباع با سطح خشک بدست می آيد . اين روش برای بتن معمولی ، نيمه سبکدانه و تمام سبکدانه قابل اجراست . مشکل عمده در اين حالت تعيين مقدار چگالی اشباع با سطح خشک سبکدانه ها و ظرفيت جذب آب آنهاست . علاوه بر آن عملا" يک اشکال مفهومی نيز در اين حالت وجود دارد و آن اينکه آيا اصولا" در هنگام ريختن و گيرش بتن ، سبکدانه ها به مرحله اشباع با سطح خشک رسيده اند که بتوان از چگالی اشباع با سطح خشک آنها برای تعيين حجم اشغال آنها در بتن استفاده نمود . از آنجا که تفاوت حالت واقعی با فرضی گاه خيلی زياد است . استفاده از اين روش بويژه اگر قرار باشد وزن اشباع با سطح خشک و چگال مربوط در فرمول حجم مطلق بکار رود محل تأمل است مگر اينکه از يک چگالی يا وزن ديگر با توجه به جذب آب واقعی در اين حالت استفاده نمود که روش بسيار دقيقی حاصل می گردد . امروزه سعی شده است با اين روش به طرح اختلاط مناسب دست يافت . مثلا" در روش های اروپائی که اين مشکل وجود دارد سعی می شود از جذب آب و چگالی نيم ساعته ، 1 ساعته يا 2 ساعته و حتی 4 ساعته استفاده گردد.

آنچه در اينجا اهميت دارد آنست که در هنگام گيرش نسبت آب به سيمان واقعی چقدر است و با دانستن اينکه آبهای موجود در بتن ، در سنگدانه يا خمير سيمان است به اين نتيجه رسيد که                            آب آزاد واقعی چيست و چقدر می باشد . مسلما" کارآئی و اسلامپ را آب آزاد مربوط به زمانهای کوتاهتر مثل 15 دقيقه يا 30 دقيقه تعيين می کنند . اين امر مستلزم آنست که رژيم جذب آب سبکدانه را بدانيم و در هر حالت چگالی سبکدانه را محاسبه کنيم .

 

2.      روش حجمی ( Volumetric ) :

در روش حجمی از يک مخلوط آزمون با مقادير تخمينی استفاده می شود ( آب ، سيمان ، سنگدانه ريز و درشت ) . پس از ساخت مخلوط آزمون و انجام آزمايشهای لازم مانند : اسلامپ ، درصد هوا و وزن مخصوص بتن تازه و مشاهده قابليت تراکم ، ماله خوری و کارآئی ، خصوصيات ديگر نيز می تواند در زمانهای بعد بدست آيد ( مثل مقاومت و ..... ) . اما پس از ساخت بتن و اندازه گيری وزن مخصوص بتن تازه ، با توجه به وزن مصالح مورد استفاده در ساخت بتن ، حجم بتن حاصله تعيين می شود . حجم محاسباتی بتن نيز قبلا" مشخص شده است و لذا و اصلاح در مخلوط برای يکی شدن اين ها صورت  می گيرد . مسلما" بايد اهداف مقاومتی و دوام نيز تأمين گردد . در اينجا نيز مشکل چگالی ذرات و جذب آب وجود دارد که معمولا" رطوبت و چگالی موجود مد نظر قرار می گيرد . لازم به ذکر است که اين روش برای بتن های نيمه سبکدانه و تمام سبکدانه کاربرد دارد. همچنين در اين روش از حجم سنگدانه ها بصورت شل استفاده می گردد .

 

3.   روش وزنی يا فاکتور چگالی                                                                        ( Weight Method or Specificgravity factor Method ) :

اين روش صرفا" برای سبکدانه درشت و ريز دانه معمولی کاربرد دارد يعنی صرفا" برای بتن نيمه سبکدانه مورد استفاده قرار می گيرد . در اين روش از فاکتور چگالی بجاب چگالی ذرات سبکدانه استفاده می شود . فاکتور چگالی تعريف خاصی است که فقط در ACI 211.2  ( در ضميمه A ) آمده است و با تعريف چگالی تفاوت دارد . S  فاکتور چگالی بصورت زير می باشد.  C وزن سبکدانه ( خشک يا مرطوب ) و B وزن پيکنومتر پر از آب و A وزن پيکنومتر پر از آب و سبکدانه می باشد .                                                                

بنابراين در اين تعريف وضعيت رطوبتی مشخص نيست و ميتواند از حالت خشک تا کاملا" اشباع انجام شود اما بايد وضعيت رطوبتی در هر مورد گزارش شود يعنی بگوئيم فاکتور چگالی برای سبکدانه ای با رطوبت معين برابر S می باشد . با توجه به روند معمولی طرح اختلاط امريکائی ، مقدار آب آزاد ، نسبت آب به سيمان ، مقدار سيمان ، وزن سبکدانه درشت خشک و مرطوب بدست می آيد که در اين رابطه مدول زيری ماسه و حداکثر اندازه سنگدانه ها و کارآئی مورد نياز کاربرد دارد . جذب آب سبکدانه     می تواند طبق دستورهای استاندارد موجود و يا ضميمه B مربوط به  ACI 211.2  مشخص شود که بر اين اساس آب کل بدست می آيد . در اين روش نيز باتوجه به وزن يک متر مکعب بتن مقدار ماسه بدست می آيد و بتن مورد نظر با اصلاحات رطوبتی ساخته شده و حک و اصلاح لازم بر روی مقادير بدست آمده صورت می گيرد تا بتن مطلوب حاصل شود

                            

کاربردهای بتن سبک

همانطور که می دانيم بتن سبک می تواند به صورت های مختلفی طبقه بندی شود ، مثلا" سازه ای و غير سازه ای . از اين نوع طبقه بندی می توان کاربردها را حدس زد . اما گاه از طبقه بندی ديگری استفاده می نمائيم مثل بتن سبکدانه ، بتن اسفنجی و بتن فاقد ريز دانه . در اين نوع طبقه بندی ظاهرا" نمی توان کاربردها را حدس زد .

 

·     ساخت قطعاتی است که صرفا" جنبه پر کننده دارند . در نوع سازه ای نيز دو نوع بتن داريم : مسلح و غير مسلح . مثلا" اجزاء سازه ای غير مسلح مثل بلوکهای ساختمانی را بايد از اين جمله موارد دانست . بتن سبکدانه ای سازه ای مسلح کاربردهائی شبيه بتن معمولی مسلح دارد و حتی ممکن است پيش تنيده هم باشد . جالب است بدانيم بتن های سبکدانه سازه ای مسلح در ابتدا عمدتا" در ساخت کشتی های تجاری و جنگی در جنگ جهانی اول از سال 1918 تا 1922 بکار رفته است . کشتی Atlantus به وزن 3000 تن در سال 1918 و کشتی  Selmaبه وزن 7500 تن و طول 132متر در سال 1919 به آب افتادند . همچنين در جنگ جهانی دوم ( تا اواسط جنگ) بدليل محدوديت هائی در توليد ورق فولادی ( مانند جنگ جهانی اول ) کشتی ها و بارج های زيادی ساخته شدند که در همه آنها از بتن سبکدانه ( و معمولا" سبکدانه رسی منبسط شده ) استفاده شده بود . 24 کشتی اقيانوس پيما و 80 بارج دريائی تا پايان جنگ جهانی دوم در امريکا ساخته شد که ظرفيت آنها از 3 تا        000/ 140 تن بود .

جالب است بدانيم تا اين اواخر يک کشتی بنام Peralta که در جنگ جهانی اول ساخته شده بود ، شناور بود و آزمايشهای ارزشمندی نيز بر روی آن انجام شده است که نشان دوام عالی بتن آن از نظر خوردگی ميلگردها و کربناسيون می باشد .

مخازن شناور آب و مواد نفتی از جمله موارد استفاده بتن سبکدانه ای مسلح در طول دوران جنگ جهانی اول و دوم بوده است که ظاهرا" بعدها نيز بر خلاف ساخت کشتی ها ، توليد و ساخت آنها ادامه يافته است اما بدليل اقتصادی در زمان صلح بواسطه وفور ورق فولادی ، توليد کشتی مقرون به صرفه نمی باشد .

در سالهای 1950 و 1960 پل ها و ساختمانهای زيادی با بتن سبکدانه مسلح سازه ای در دنيا ساخته شد . بطور مثال در ايالات متحده و کانادا بيش از 150 پل و ساختمان از اين نوع مورد    بهره برداری قرار گرفت . بطور مثال ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئيز امريکا ، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سيتی در سال 1929 از ساختمانهائی هستند که در دهه 20 و 30 ميلادی ساخته شده اند .

ساختمان 42 طبقه در شيکاگو ، ترمينال TWA در فرودگاه نيويورک ( 1960 ) ، فرودگاه Dulles واشنگتن در 1962 ، کليسائی در نروژ در 1965 ، پلی در وايسبادن آلمان در 1966 و    پل آب بر در روتردام هلند در 1968 از جمله اين موارد هستند . در هلند ، انگلستان ، ايتاليا و اسکاتلند در دهه 70 و 80 ميلادی پلهائی از نوع ساخته شده اند .

مخازن عظيم گاز طبيعی ، اسکله شناور ، مخزن نفت در زير آب و ساختمانهای فرا ساحلی مانند سکوهای استخراج نفت و گاز با بتن سبکدانه مسلح سازه ای ساخته شده اند که اغلب بصورت نيمه سبکدانه و گاه تمام سبکدانه بوده اند . سکوی بزرگ پرش اسکی ، جايگاه تماشاچی در برخی استاديومها و همچنين سقف اين استاديومها گاه از بتن سبکدانه ساخته شده است .

بزرگترين بنای بتن سبکدانه ، يک ساختمان اداری 52 طبقه در تکزاس با ارتفاع 215 متر می باشد. در هلند در سالهای 60 تا 73 ميلادی 15 پل با دهانه بزرگ با بتن سبکدانه ساخته شده است. در سالهای دهه 70 ميلادی ساخت بتن های سبکدانه پر مقاومت آغاز شد و در دهه 80 بدليل نياز برخی شرکتهای نفتی در امريکا ، نروژ و مکزيک ، ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و   فرا ساحلی مانند سکوهای نفتی با بتن سبکدانه پر مقاومت آغاز شد که در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 به بهره برداری رسيد و نتايج آن منتشر شده است .

FIP ( fib ) برخی پروژه های مهم ساخته شده با بتن سبکدانه را منتشر نموده است که کاربرد آن را نجومی نشان می دهد .

 

·     بتن اسفنجی معمولا" بع دو نوع گازی و کفی تقسيم ميشود . اين نوع بتن ها را بتن پوک و متخلخل نيز می نامند و در برخی منابع بتن Cellular نام دارد . اغلب بتن های گازی و کفی غير سازه ای هستند اما برخی بتن های گازی از قابليت سازه ای شدن و حتی مسلح شدن برخوردار        می باشند .

بتن های اسفنجی عمدتا" پر کننده هستند . ساخت برخی پانل های جداکننده ، ايجاد کف سازی و شيب بندی ، عايق های حرارتی و جاذب صوت از جمله موارد مورد استفاده بتن اسفنج غير سازه ای است . توليد قطعات و بلوکهای ساختمانی برای بنائی از جمله کاربردهای بتن گازی است . نوعی بتن گازی بنام سيپورکس در سوئد ساخته شد که می توانست مسلح گردد و در ايران نيز مدتی قطعات بتنی مسلح سيپورکسی بکار رفت از جمله دالهای بتن مسلح پيش ساخته برای پوشش سقف از جنس سيپورکس در برخی پروژه های کشور ما مصرف گشته است . قطعات نما از جنس بتن کفی و گازی يا سبکدانه غير سازه ای نيز توليد و مصرف شده است .

کاربردهای بتن فاقد ريزدانه نيز در مبحث جداگانه ای نيز ارائه شده است .