در این مقاله از فروشگاه مصالح ساختمانی شهر ساختمانی به معرفی بتن با مقاومت زیاد (بتن پر مقاومت) یا HSC خواهیم پرداخت. در همین ابتدا باید گفت بر اساس تعریف موسسه بتن آمریکا، این نوع بتن دارای مقاومت فشاری بالاتر از MPA 42 برای بتن ساخته شده از سنگدانه های سبک باشد.
ساخت بتنی با مقاومت زیاد و در حد MPA 120 و استفاده از آن در ساخت سازه های مختلف به ویژه ساختمان های بلند، در کشورهای پیشرفته دنیا رواج یافته ساخت. از جمله مزایای این بتن‌ها می توان به مقاومت فشاری و مقاومت کششی بالا، مدول الاستیسیته بیشتر و نفوذپذیری کمتر آن ها اشاره کرد.
از عوامل موثر در رسیدن به چنین مقاومت‌های بالا در بتن، استفاده از شن و ماسه مقاوم و با شکل مناسب، افزایش مقدار سیمان مصرفی، محدود کردن اندازه بزرگترین سنگدانه، استفاده از ماسه با مدول نرمی مناسب و نسبت ماسه به سیمان مناسب برای همگنی بیشتر آن می باشد. همچنین با استفاده از مواد بسیار ریزدانه و با اندازه هایی کمتر از دهم میکرون مانند دوده سیلیس می توان مجموعه ای متراکم تر و با تخلخل بسیار کم را تهیه نمود .
کاربرد بتن با مقاومت زیاد:
امروزه استفاده اصلی از بتن HSC در ساختمان های بلند مرتبه، پل های پیش‌تنیده و ساخت بعضی سازه های خاص می باشد. اگر چه در ساخت قسمت های مختلف ساختمان‌های بلند ممکن است از این نوع بتن استفاده شود، ولی کاربرد اصلی بتن HSC در ساخت ستون های این نوع ساختمان ها می‌باشد. با انجام چنین کاری ابعاد ستون ها به طور قابل ملاحظه ای کاهش‌یافته و امکان افزایش تعداد طبقات یک ساختمان فراهم می آید.
در ساخت پل ها نیز از این نوع بتن بطور روز افزونی استفاده می‌شود. مقاومت کششی بتن با ازدیاد مقاومت فشاری آن افزایش‌یافته و این امر در طراحی اعضای بتنی پیش@تنیده نظیر شاه تیرها (که در آن مقاومت کششی بتن کنترل‌کننده است) دارای ارزش زیادی می‌باشد.
برای تولید بتن با مقاومت بالا، از چه روش‌ها و مواد افزودنی مختلفی میتوان استفاده کرد؟
- انتخاب مواد مخلوط کننده: انتخاب مناسب‌ترین مواد خمیری و مواد معدنی برای تولید بتن با مقاومت بالا بسیار مهم است. معمولاً سیمان پرتلند، سنگدانه‌های با مقاومت بالا (مانند سنگدانه‌های سنگ باز) و مواد افزودنی مناسب برای بهبود خواص بتن انتخاب می‌شوند.
- نسبت مواد: برای دستیابی به بتن با مقاومت بالا، نسبت دقیق بین سیمان، آب، سنگدانه‌ها و مواد افزودنی بسیار مهم است. نسبت‌های صحیحی باید مورد استفاده قرار گیرند تا بهترین ریزساختار و مقاومت ممکن حاصل شود.
- استفاده از مواد افزودنی معمولی: مواد افزودنی معمولی می‌توانند برای بهبود خواص بتن با مقاومت بالا استفاده شوند. مانند پیشرفته‌کننده‌های تنش بتن که قابلیت جریان پلاستیک بتن را افزایش می‌دهند و قدرت چسبندگی سیمان را به سنگدانه‌ها افزایش می‌دهند.
- استفاده از مواد افزودنی خاص: برخی از مواد افزودنی خاص می‌توانند بهبود قابل توجهی در مقاومت بتن ایجاد کنند. به عنوان مثال، استفاده از پوزولاناها مانند خاکستر ولکانیک یا خاکستر سیلیسی، می‌تواند بهبود قابل توجهی در مقاومت فشاری و خوردگی بتن ایجاد کند.
- آب‌کاهی مناسب: در تولید بتن با مقاومت بالا، آب‌کاهی (Water-Curing) مهم است. پس از ریختن‌بتن، باید از روش‌های مختلف آب‌کاهی استفاده کرد تا رطوبت در بتن حفظ‌شده و فرآیند تشکیل کریستال‌های هیدروکسی‌آپاتیت (Hydroxyapatite) که مقاومت بتن را افزایش می‌دهند، اتفاق بیافتد.
- رعایت شرایط خشک‌شدن و تقویت: بعد از ریختن‌بتن، باید شرایط خشک‌شدن و تقویت مناسب رعایت شود. این ششرایط شامل رطوبت، دما و زمان است. روش‌های مختلف برای تقویت بتن وجود دارد، از جمله استفاده از بخار، حمام حرارتی، عمل تقویت تحت فشار و استفاده از پوشش‌های محافظ مانند پوشش‌های پلیمری.
- کنترل کیفیت: در هر مرحله از فرایند تولید بتن با مقاومت بالا، باید کنترل کیفیت دقیق صورت گیرد. این شامل آزمایش‌های مختلفی مانند آزمایش فشار، آزمایش خمشی، آزمایش جذب آب و آزمایش خوردگی است.
ویژگی های بتن با مقاومت بالا
- غالبا ًرشد مقاومت بتن HSC در سنین اولیه نسبت به بتن معمولی بیشتر است. ولی افزایش مقاومت در طول زمان، تابع مواد تشکیل دهنده و روش های عمل آوری بتن می باشد.
- نکته قابل توجه در عمل آوری بتن با مقاومت زیاد، تامین رطوبت و دمای کافی است تا در طول دوره عمل آوری، آبگیری سیمان تداوم داشته باشد.
- مقاومت کششی بتن از دیگر خصوصیات مکانیکی آن می باشد. بطورمعمول مقاومت کششی بتن حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد مقاومت فشاری آن است. بنابراین کلیه عوامل موثر بر مقاومت فشاری بر روی مقاومت کششی نیز تاثیر گذار بوده و مقاومت کششی بتن HSC به مراتب بیشتر از بتن معمولی می باشد.
- از آنجاکه مقاومت بتن تا حد زیادی به میزان تراکم آن بستگی دارد، لازم است میزان روانی مخلوط به حدی باشد که امکان دستیابی به یک تراکم مناسب را فراهم سازد. با افزودن فوق روان کننده، میکرو سیلیس و نظایر آن به مقدار مناسب در مخلوط بتن میتوان کارایی مورد نظر را تامین کرد. منحنی تنش – کرنش و ضریب ارتجاعی بتن از دیگر ویژگی‌های مکانیکی بتن می باشد. شکل منحنی تنش – کرنش بتن با مقاومت بالا در مقایسه با بتن معمولی ، خطی تر و دارای شیبی بیشتر می باشد.
- مقدار کرنش در حداکثر تنش ممکن است بیشتر از مقدار مشابه در بتن معمولی باشد. با این حال کرنش نهایی در این نوع بتن نسبت به بتن معمولی کمتر است. به بیانی دیگر ، بتن HSC تردتر از بتن معمولی می باشد.
- برای رفع این کمبود و افزایش میزان نرمی بتن HSC میتوان به آن الیاف کوتاه اضافه نمود. ضریب ارتجاعی یا همان شیب منحنی تنش – کرنش برای این نوع بتن در مقایسه با بتن معمولی دارای مقادیر بالاتری است. یعنی این نوع بتن، علاوه بر اینکه می تواند تنش بسیار بالاتری را نسبت به بتن معمولی تحمل کند. دریک تنش یکسان کرنشی به مراتب کمتر از بتنهای معمولی از خود نشان می دهد.