انواع بتن توانمند

بتن با مقاومت زیاد:

امروزه بر اساس تکنولوژی رایج بتن، ساخت بتن های با مقاومت های فشاری زیاد و دور از انتظار که می تواند برای طراحی سازه های اجرایی رایج مورد استفاده قرار گیرند، امکان پذیر می باشد. اگر چه اغلب آیین نامه های بتن هنوز مقاومت بتن مورد استفاده در سازه ها را به MPa 60 محدود می کنند، اما آیین نامه های جدید اخیراً حدی بالاتر از MPa 105 را نیز در نظر گرفته اند ] 1 [. ساخت بتن های با مقاومت زیاد و در حد MPa 120 و کاربرد آن در ساختمان های بلند در کشورهای پیشرفته دنیا رواج یافته است.

این مقاومت با اضافه نمودن مواد ریز و فعال به سیمان تا حدی افزایش یافته که بتن هایی با مقاومت های فشاری بین MPa 200 و MPa 800 و مقاومت های کششی بین MPa 30 و MPa 150 در نمونه های آزمایشگاهی به دست آمده است. برای دستیابی به چنین مقاومت هایی لازم است تغییراتی در طرح اختلاط داده و از مواد و افزودنی های جدیدی استفاده نمود.
از عوامل مهم در رسیدن به چنین مقاومت هایی استفاده از سنگدانه های مقاوم و کاهش حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتنی برای همگنی بیشتر آن می باشد. همچنین با استفاده از مواد بسیار ریزدانه و با اندازه های کمتر از دهم میکرون می توان مجموعه ای متراکم تر و با تخلخل بسیار کم که بالاترین وزن مخصوص را خواهد داشت، تهیه نمود.

در بتن های 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 دانه های سیمان هیدراته نشده به صورت مواد ریزدانه پرکننده، دانسیته را افزایش داده و در نتیجه سبب افزایش مقاومت می شوند. بدیهی است برای تأمین کارایی چنین مخلوط هایی با آب بسیار کم لازم است از روان کننده ها، فوق روان کننده ها و پخش کننده ذرات ریز در بتن استفاده نمود.

برای افزایش نرمی چنین بتن هایی (با افزایش مقاومت شکنندگی و تردی بتن افزایش می یابد) می توان به آنها الیاف های کوتاه اضافه نمود. در ساخت چنین بتن هایی (مقاومت در حد فولاد و بالاتر) از روشهای سخت شده تحت فشار و دما برای عمل آوری بتن و تأمین مقاومت اولیه زیاد استفاده می گردد.

بتن های با کارایی بسیار زیاد (بتن خود متراکم):

امروزه در بعضی کشورهای جهان و به ویژه در ژاپن بتن جدیدی با کارایی بسیار بالا که نیاز به لرزاندن نداشته و خودبخود متراکم می گردد ساخته شده و در برخی پروژه ها اجرا شده است. با داشتن کارایی بسیار زیاد این بتن در اجرا، خطر جدایی سنگدانه ها 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 می شود. 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 می گردد.

بتن با سنگدانه بازیافتی:

امروزه با توجه به پیشرفت جمعیت و مشکل فضا در شهرهای بزرگ برای ساخت و ساز لازم است ساختمان های قدیمی بتنی تخریب و به جای آن ساختمان های بلند جدید احداث شوند. در کشور ژاپن و چند کشور اروپایی که زمین و فضای لازم برای ایجاد بنا ارزش ویژه ای دارد و همچنین برای جلوگیری از مسائل زیست محیطی که از تخریب ساختمانها ناشی می شود و کاربرد مصالح آن در بنای جدید تحقیقات وسیعی در ساخت بتن با سنگدانه بازیافتی (خورد کردن بتن قدیم و استفاده از آن به عنوان سنگدانه در بتن جدید) در حال انجام است. به عنوان مثال در کشور هلند هر سال حدود 10 میلیون تن مصالح ناشی از تخریب ساختمان های بتنی که حدود حجم بتن مورد نیاز در ساخت ساختمانهاست، تولید می شود. قرار است نیمی از این مصالح در بتن های جدید استفاده شوند. در حال حاضر تحقیقات روی میزان جمع شدگی و خزش و دوام این بتن ها ادامه دارد تا در قرن بیست و یکم کاربرد وسیع تر آن را امکان پذیر سازد.

بتن های با نرمی بالا:

امروزه کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکل های زیاد را بدون شکست تحمل نماید، مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات وسیعی در خصوص تأمین نرمی لازم در بتن با الیاف های مختلف و حتی حذف آرماتور در حال انجام می باشد. هدف از کاربرد الیاف در بتن افزایش مقاومت کششی، کنترل گسترش ترکها و افزایش طاقت (Toughness) بتن می باشد تا قطعه بتنی بتواند در مقابل بارهای وارده در یک مقطع ترک خورده تغییر شکل های زیادی را پس از نقطه حداکثر تنش تحمل نماید.

بتن با الیاف و بدون الیاف:

بتن با الیاف مختلف در سال های اخیر در سازه های عمده ای چون روسازی راهها و فرودگاه ها، بتن پی های عظیم با تغییر شکل های زیاد و به ویژه در پوشش بتنی تونلها بکار رفته است. در ساخت پوشش تونلها بتن الیافی با پاشیدن بر جداره شکل می پذیرد. اخیراً برای حذف ترکها در پوشش تونلهایی که به صورت چند تکه پیش ساخته اجرا می شود از بتن بدون آرماتور و تنها الیاف استفاده شده و این نوع بتن سبب حذف ترکها در حین عمل آوری و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونلهای مترو شده است.
در نوع بسیار جدید بتن الیافی که می توان با آن به حداکثر نرمی در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف (SIFCON) استفاده می شود. در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر می شود. میزان الیاف در این بتن حدود 10 درصد می باشد که حدود 10 برابر میزان الیاف در بتن های الیافی متداول است. با این مصالح لایه های محافظی بدون ترک و تقریباً غیر قابل نفوذ می توان ایجاد نمود. بعلت نرمی زیاد این قطعات ظرفیت تغییر شکل پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دالهای فولادی می رسد. مقاومت فشاری این نوع بتن حدود 110-85 مگاپاسکال و مقاومت خمشی حدود 45-35 مگاپاسکال می باشد. از این قطعات نه تنها می توان به عنوان لایه های محافظ کوچک استفاده نمود، بلکه در باندهای فرودگاه در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان می دهند. در کارهای تعمیراتی دالها می توان از آنها به عنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز و در زمانی کوتاه استفاده نمود.

در سال های اخیر استفاده ی محدودی از آرماتورهای غیرفلزی آغاز گشته است هر چند تحقیقات بر روی کاربرد وسیع تر آنها و عملکرد دراز مدت این نوع آرماتورها ادامه دارد. این آرماتورها که معروف به آرماتورهای با الیاف پلاستیکی (FRP) هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه ای (GFRP)، الیاف آرامیدی (AFRP) و الیاف کربنی (CFRP) در یک رزین چسباننده تشکیل شده اند. در جدول 2 خواص مکانیکی چند آرماتور الیافی که کاربرد پیدا کرد ه اند، آورده شده است. در شکل 2 میله های پلاستیکی ساخته شده با الیاف مختلف و فولادهای پیش تنیدگی از نقطه نظر منحنی های تنش-کرنش با یکدیگر مقایسه شده اند.

بتن های ابداعی:

در بعضی موارد با تغییر در مواد تشکیل دهنده بتن و با روش های ابداعی می توان پاره ای از خواص نامطلوب بتن را حذف نمود. این امر منجر به پیدایش بتن های خاص با خواص ویژه ای می گردد. به عنوان مثال تغییراتی است که می توان در ترکیب بتن های با مقاومت زیاد که این روزها کاربرد بیشتری پیدا می کنند را نام برد. بتن های با مقاومت بالا معمولاً با سیمان زیاد و نسبت آب به سیمان کم و اضافه و جایگزین نمودن سیمان با دوده سیلیس ساخته می شوند. در حین عمل هیدراسیون سیمان و سخت شدن این بتن ها چون آب داخل بتن کافی نیستَ، مقداری آب از سطح خارجی به قسمت داخلی برای تکمیل عمل فوق می رسد.

بنابراین بتن های با مقاومت زیاد در ساعت اولیه سخت شدن دچار جمع شدگی ذاتی قابل ملاحظه ای می شوند. ممکن است اثرات منفی دیگری نظیر حساسیت به ترک خوردگی بیشتر در این بتن ها مشاهده شود. این معایب را می توان با روش ساده ای برطرف نمود. در یک عمل ابداعی می توان حدود 25 درصد از حجم سنگدانه را با سنگدانه سبک وزن قبلاً خیس شده جایگزین نمود.

این سنگدانه ها باعث ایجاد ذخیره آب در بتن شده و محیطی با عمل آوری مرطوب فراهم می سازند. نتیجه اضافه کردن سنگدانه پیش اشباع شده به بتن با مقاومت زیاد، کاهش جمع شدگی ذاتی و کم شدن و حذف ترکهای مویی خواهد بود. همچنین تراکم و دانسیته بالای بتن های با مقاومت زیاد سبب کاهش مقاومت در برابر آتش این بتن ها می شود که به عنوان یک عیب محسوب می شود. در دمای بالا آب شیمیایی خمیر سیمان بخار شده ولی به علت متراکم بودن بتن با مقاومت زیاد نمی تواند از آن خارج شود.

در نتیجه پوشش بتنی به صورت ورقه جدا شده و ظرفیت بارپذیری ستون کاهش می یابد. در یک کار ابداعی می توان الیاف پروپیلنی به بتن اضافه نمود. در دمای بالا الیاف ذوب شده و کانالهایی برای فرار و خروج بخار آب از بتن فراهم می سازند و از ورقه ورقه شدن بتن جلوگیری بعمل می آورند.