بتن و خصوصیات
بتن و فولاد دو نوع مصالحی هستند که امروزه بیشتر از سایر مصالح در ساختمان انواع بناها از قبیل ساختمان پلها،ساختمان سدها، ساختمان متروها،ساختمان فرودگاه ها و ساختمان بناهای مسکونی و اداری و غیره به کار برده می شوند.و شاید به جرأت می توان گفت که بدون این دو پیشرفت جوامع بشری به شکل کنونی میسر نبودبتن به طور کلی محصولی است که از اختلاط آب با سیمان آبی و سنگدانه های مختلف در اثر واکنش آب با سیمان در شرایط محیطی خاصی به دست می آیدو دارای ویژگیهای خاص است. بتن اینک با گذشت بیش از ۱۷۰ سال از پیدایش سیمان پرتلند به صورت کنونی توسط یک بنّای لیدزی، دستخوش تحولات و پیشرفتهای شگرفی شده است.در دسترس بودن مصالح آن، دوام نسبتاً زیاد و نیاز به ساخت و سازهای فراوان سازه های بتنیاین ماده را بسیار پر مصرف نموده است. اینک حدود سه تا چهار دهه است که کاربرد این ماده ارزشمند در شرایط ویژه و خاص مورد توجه کاربران آن گشته است.
چند سالی است که مسأله پایایی و دوام بتن در محیط های مختلف و به ویژه خورنده برای بتن و بتن مسلح مورد توجه خاص قرار گرفته است. مشاهده خرابی هایی با عوامل فیزیکی و شیمیایی در بتن ها در اکثر نقاط جهان و با شدتی بیشتر در کشور های در حال توسعه، افکار را به سمت طرح بتن هایی با ویژگی خاص و با دوام لازم سوق داده است.
در این راستا در پاره ای از کشورها مشخصات و دستورالعمل ها و استانداردهایی نیز برای طرح بتن با عملکرد بالا تهیه شده و طراحان و مجریان در بعضی از این کشورهای پیشرفته ملزم به رعایت این دستورالعملها گشته اند.
افزودنی های خاص در شرایط ویژه :
برای ساخت بتن های ویژه در شرایط خاص نیاز به استفاده از افزودنی های مختلفی می باشد. پس از پیدایش مواد افزودنی حباب هواساز در سالهای ۱۹۴۰ کاربرد این ماده در هوای سرد و در مناطقی که دمای هوا متناوباً به زیر صفر رفته و آب بتن یخ می زند، رونق بسیار یافت. این ماده امروز یکی از پر مصرف ترین افزودنی ها در مناطق سرد نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی است.
ساخت افزودنی های فوق روان کننده که ابتدا نوع نفتالین فرمالدئید آن در سالهای ۱۹۶۰ در ژاپن و سپس نوع ملامین آن بعداً در آلمان به بازار آمد شاید نقطه عطفی بود که در صنعت افزودنی ها در بتن پیش آمد. ابتدا این مواد برای کاستن آب و به دست آوردن کارایی ثابت به کار گرفته شد و چند سال بعد با پیدایش بتن های با مقاومت زیاد نقش این افزودنی اهمیت بیشتری یافت.
بتن های با کارآیی بسیار زیاد که چند سالی است از پیدایش آن در جهان و برای اولین بار در ژاپن نمی گذرد، تحول جدیدی در صنعت ساخت و ساز بتنی ایجاد کرده است. این بتن که نیاز به لرزاندن نداشته و خود به خود متراکم می گردد، مشکل لرزاندن در قالب های با آرماتور انبوه و محلهای مشکل برای ایجاد تراکم را حل نموده است. این بتن علیرغم کارایی بسیار زیاد خطر جدایی سنگدانه ها و خمیر بتن را نداشته و ضمن ثابت بودن کارایی و اسلامپ تامدتی طولانی می تواند بتنی با مقاومت زیاد و دوام و پایاپی مناسب ایجاد کند.
طرح اختلاط این بتن باید نسبت های خاصی را رعایت نمود. به عنوان مثال شن حدود ۵۰ درصد حجم مواد جامد بتن را تشکیل داده و ماسه حدود ۴۰ درصد حجم ملات انتخاب می شود. نسبت آب به مواد ریزدانه و پودری بر اساس خواص مواد ریز بین ۹/۰ تا ۱ می باشد. با روش آزمون و خطا نسبت دقیق آب به سیمان و مقدار ماده فوق روان کننده مخصوص برای مصالح مختلف تعیین می گردد. از این بتن با استفاده از افزودنی دیگری که گرانروی بتن را می افزاید در زیر آب استفاده شده است.
بتن (به فرانسوی: Béton)، از ریشه لاتین (به لاتین: Bitume) در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته میشود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان ونیز پوزولانها، سرباره کورهها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همچنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلأ، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کنندههای مختلف استفاده شود.[۱] با توجه به گسترش و پیشرفت علم و پیدایش تکنولوژیهای فراوان در قرن اخیر، شناخت بتن و خواص آن نیز توسعه قابل ملاحظهای داشته است، به نحوی که امروزه شاهد کاربرد انواع مختلف بتن با مصالح مختلف هستیم که هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست. در حال حاضر انواع مختلفی از سیمانها که شامل پوزولانها، سولفورها، پلیمرها، الیافهای مختلف و افزودنیهای متفاوتی هستند، تولید میشوند.
بتن از پر کاربردترین مصالح ساختمانی است. ویژگی اصلی بتن ارزان بودن و در دسترس بودن مواد اولیه آن است. همچنین میتوان خاطر نشان کرد که تولید انواع بتن با استفاده از حرارت، بخار، اتوکلاو، تخلیه هوا، فشار هیدرولیکی ویبره و قالب انجام میگیرد. بتن به طور کلی محصولی است که از مخلوط آب با سیمان آبی و سنگدانههای مختلف در اثر واکنش آب با سیمان در شرایط محیطی خاصی به حاصل میشود و دارای ویژگیهای خاص است. بتن اینک با گذشت بیش از ۱۷۰ سال از پیدایش سیمان پرتلند به صورت کنونی توسط یک بنّای لیدزی، دستخوش تحولات و پیشرفتهای شگرفی شده است. در دسترس بودن مصالح آن، دوام نسبتاً زیاد و نیاز به ساخت و سازهای فراوان سازههای بتنی چون ساختمانها، سازهها، سدها، پلها، تونلها و راهها، این ماده را بسیار پر مصرف نموده است. اینک حدود سه تا چهار دهه است که کاربرد این ماده در شرایط خاص مورد استقبال کاربران آن قرار گرفته است. امروزه با پیشرفت علم و تکنولوژی مشخص شده است که صرف توجه به مقاوت به عنوان یک معیار برای طرح بتن برای محیطهای مختلف و کاربردهای مختلف نمیتواند جوابگوی مشکلاتی باشد که در درازمدت در سازههای بتنی ایجاد میگردد. چند سالی است که مسئله دوام بتن در محیطهای مختلف مورد توجه قرار گرفته است. مشاهده خرابیهایی با عوامل فیزیکی و شیمیایی در بتنها در اکثر نقاط جهان و با شدتی بیشتر در کشورهای در حال توسعه، افکار و اذهان را به سمت طرح بتنهایی با ویژگی خاص و با دوام لازم سوق داده است. در این راستا در پارهای از کشورها دستورالعملها و استانداردهایی نیز برای طرح بتن با عملکرد بالا تهیه شده و طراحان و مجریان در بعضی از این کشورهای پیشرفته ملزم به رعایت این دستورالعملها گشتهاند.
مواد تشکیل دهنده
سنگدانهها در بتن تقریباً سه چهارم حجم آنرا تشکیل میدهند و ملات سیمان و آب یک چهارم برمبنای حجم، سنگدانههای مورد استفاده در بتن را به سه دسته تقسیم میکنند.
سیمان (Cement)[
سیمان پرتلند از مخلوط و آسیاب کردن سنگ آهک و خاک رس به نسبت ۳به۱، و پختن گرد همگن و یکنواخت زیر دمای ۱۰۰۰درجه، تا CO2 از سنگ آهک و آب شیمیایی از خاک رس جدا شوند. در گرمای زیر ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد آهک با سیلیس و رس ترکیب میشود. در گرمای بالای ۱۲۰۰درجه، رویه دانههای گرد داغ شده و ضمن عرق کردن به هم میچسبند و به صورت کلوخهای کلینکر درمی آیند. از سرد کردن کلوخها و سپس آسیاب کردن آنها با کمی سنگ گچ، سیمان تولید میشود.
آب (Water)[
کیفیت آب در بتن از آن جهت حائز اهمیت است که ناخالصیهای موجود در آن ممکن است در گیرش سیمان اثر گذاشته و اختلالاتی به وجود آورند. همچنین آب نامناسب ممکن است روی مقاومت بتناثر نامطلوب گذاشته و سبب بروز لکههایی در سطح بتن و حتی زنگ زدن آرماتور بشود.[۲] در اکثر اختلاطها آب مناسب برای بتن آبی است که برای نوشیدن مناسب باشد.[۲] مواد جامد چنین آبی به ندرت بیش از ۲۰۰۰ قسمت در میلیون ppm خواهد بود به طور معمول کمتر از ۱۰۰۰ ppm میباشد. این مقدار به ازای نسبت آب به سیمان ۰٫۵ معادل ۰٫۰۵ وزن سیمان میباشد. معیار قابل آشامیدنبودن آب برای اختلاط مطلق نیست و ممکن است یک آب آشامیدنی به جهت داشتن درصد بالایی از یونهای سدیم و پتاسیم که خطر واکنش قلیایی دانههای سنگی را به همراه دارد، برای بتن سازی مناسب نباشد. به عنوان یک قاعده کلی هر آبی که PH (درجه اسیدیته) آن بین ۶ الی ۸ بوده و طعم شوری نداشته باشد میتواند برای بتن مصرف شود. رنگ تیره و بو لزوماً وجود مواد مضر در آب را به اثبات نمیرساند
مقدار آب مصرفی
مقدار آب مصرفی در داخل بتن بسیار با اهمیت است. به منظور تکمیل فرایند واکنش سیمان با آب مقدار مشخصی آب مورد نیاز است. در صورتی که این مقدار کمتر از آن حد باشد قسمتی از سیمان برای واکنش آب کافی دریافت نمیکند و واکنش نداده باقی میماند. در صورتی که بیش از مقدار مورد نیاز آب به مخلوط بتن اضافه شود پس از تکمیل واکنش، مقداری آب به صورت آزاد در داخل بتن باقی میماند که پس از سخت شدن بتن باعث پوکی آن و نتیجتاً کاهش مقاومت خواهد شد. به همین دلیل دقت در مصرف نکردن آب زیاد در داخل بتن به منظور حصول مقاومت بالا ضروری است.
مقدار آب لازم برای تکمیل واکنش به صورت پارامتر نسبت آب به سیمان تعریف میشود. این نسبت برای سیمان پرتلند معمولی حدود ۲۵ درصد است. با این مقدار آب بتن فاقد کارایی لازم خواهد بود و معمولاً نسبت آب به سیمان مورد استفاده در کارگاههای ساختمانی بیش از این مقدار است. در تعیین نسبت اختلاط بتن پارامتری لحاظ میشود که مقدار رطوبت سنگدانهها را نیز قبل از افزودن آب به بتن لحاظ میکند که در تعیین مقدار آب مورد نیاز حائز اهمیت است. این رطوبت اضافی (یا کمبود رطوبت) مقدار رطوبت مازاد (کمبود رطوبت) سنگدانهها از حالت اشباع با سطح خشک SSD یا(Saturated Surface Dry)است.
عمل آوری
با ادامه یافتن Hydration مقاومت بتن افزایش مییابد و این واکنش عامل افزایش مقاومت بتن یا همان گیرش سیمان است. برای عمل آوری یا ادامه یافتن فرایند Hydration باید رطوبت نسبی حداقل ۸۰ درصد باشد. در صورتی که رطوبت کمتر از این مقدار شود عمل آوری متوقف شده و درصورتی رطوبت تسبی به بالای ۸۰ درصد بازگردد فرایند هیدراسیون یا Hydration دوباره شروع خواهد شد. به دلیل تبخیر قسمتی از آب مورد نیاز قبل از تکمیل واکنش بین آب و سیمان (که چندین روز طول میکشد) قسمتی از سیمان موجود در مخلوط بتن واکنش نداده باقی میماند. پس از بتن ریزی باید بلافاصله توجه لازم به فرایند عمل آوری معطوف گردد. عمل آوری عبارت است از حفظ رطوبت بتن تا زمانی که واکنش بین سیمان و آب تکمیل شود. این عمل میتواند به وسیله عایقکاری موقت، پاشش آب یا تولید بخار صورت گیرد. از دیدگاه عملی، حفظ رطوبت بتن برای ۷ روز توصیه میشود. در شرایطی که این کار ممکن نباشد حداقل زمان عمل آوری بتن نباید کمتر از ۲ روز باشد.
سنگدانهها (Aggregates)[
سنگدانهها در بتن تقریباً سه چهارم حجم آنرا تشکیل میدهند از اینرو کیفیت آنها از اهمیت خاصی برخوردار است. در حقیقت خواص فیزیکی، حرارتی و پارهای از اوقات شیمیایی آنها در عملکرد بتن تأثیر میگذارد. دانههای سنگی طبیعی معمولاً بوسیله هوازدگی و فرسایش و یا به طور مصنوعی باخرد کردن سنگهای مادر تشکیل میشوند.[۴] البته این مطلب نباید درمورد سنگدانهها فراموش شود. سطح سنگدانههای اگر آغشته به گل و لای باشد باید سطح آن تمیز شود حتی الامکان باید شسته شود در صورت لزوم.[۵]
اندازه دانههای سنگی[
بتن عموماً از سنگدانههایی به اندازههای مختلف که حداکثر قطر آن بین ۱۰ میلیمتر و۵۰ میلیمتر میباشد ساخته میشود. به طور متوسط از سنگدانههایی با قطر ۲۰ میلیمتر استفاده میشود.[۶]توزیع اندازه ذرات به نام «دانه بندی سنگدانه» مرسوم است. به طور کلی دانههای با قطر بیشتر از چهار یا پنج میلیمتر به نام شن و کوچکتر از آن به نام ماسه نامگذاری شدهاند که این حد فاصل توسط الک ۴٫۷۵ میلیمتری یا نمره چهار مشخص میگردد. حد پایین ماسه عموماً ۰٫۰۷ میلیمتر یا کمی کمتر میباشد. مواد با قطر بین ۰٫۰۶ میلیمتر و ۰٫۰۲ میلیمتر به نام لای(سیلت)و مواد ریزتر رسنامگذاری شدهاند. گل ماده نرمی است که شامل مقادیر نسبتاً مساوی ماسه و لای و رس میباشد.
کانیهای مهم
کانیهای مهم و متداول سنگدانهها در زمینه استفاده در بتن عبارتند از: کانیهای سیلیسی (کوارتز، اوپال، کلسه دون، تریمیت، کریستوبالیت) فلدسپاتها، کانیهای میکا، کانیهای کربناتی، کانیهای سولفاتی، کانیهای سولفور آهن، کانیهای فرومنیزیم، کانیهای اکسیدآهن، زئولیتها و کانیهای رس.[۷]
طبقهبندی براساس شکل ظاهری[
در استاندارد ASTM سنگها از لحاظ شکل ظاهری به پنج گروه تقسیم شدهاند:کاملاً گرد گوشه، گرد گوشه، نسبتاً گرد گوشه، نسبتاً تیز گوشه و تیز گوشه.[۸]
در استاندارد BS این نامگذاری به صورت:گرد گوشه، بی شکل-بی نظم، پولکی، تیز گوشه، طویل، پولکی طویل میباشد.
افزودنیها آرتاپ (Admixtures)[
ماده افزودنی بتن آرتاپ یا (Admixtures) مادهای است به غیر از سیمان پرتلند، سنگدانه، و آب، که به صورت گرد یا مایع، به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده بتن و برای اصلاح خواص بتن، کمی قبل از اختلاط یا در حین اختلاط به آن افزوده میشود.[۱۰] مواد افزودنی به دو گروه مواد افزودنیهای شیمیایی و مواد افزودنیهای معدنی تقسیم میشوند.
انواع معمول مواد افزودنی بتن به شرح زیر است.
کاربرد دیرگیرکننده در مواد افزودنی بتن: کار مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن به تأخیر انداختن گیرش بتن است. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن در بتن ریزیهای حجیم استفاده میشود. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن برای جلوگیری از ترکهای ناشی از گیرش در بتنریزی های پشت سر هم مناسب میباشد. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن برای حمل بتن در فاصلههای زیاد استفاده میشود.
از جمله از مواد افزودنی بتن میتوان از ژل میکرو سیلیس میکروسیلیکا ژل سیلیکافیوم نام برد همچنین گروت انواع روانکنندهها فایبر نیز از انواع افزودنی بتن میباشند.
معمولاً به جای استفاده از یک سیمان بخصوص، این امکان وجود دارد که بعضی از خواص سیمانهای معمولی مورد استفاده را به وسیله ترکیب کردن آن با یک افزودنی تغییر داد. قابل توجه اینکه نباید عبارات "مواد ترکیبی" و "مواد افزودنی" با معانی مترادف به کار روند، زیرا مواد ترکیبی موادی هستند که در مرحله تولید به سیمان اضافه میشوند در حالی که مواد افزودنی در مرحله مخلوط کردن به بتن اضافه میشوند. افزودنیهای شیمیایی اساساً عبارتند از:تقلیل دهندههای آب، کندگیر کنندهها و تسریع کنندههای گیرش که در آیین نامه ASTM به ترتیب تحت عنوانهای تیپهای C،B،Aطبقهبندی شدهاند. دستهبندی افزودنیها در استاندارد BS نیز مشابه میباشد. در ضمن افزودنیهای دیگری نیز وجود دارند که هدف اصلی از کاربرد آنها محافظت بتن از اثرات زیان آور یخ زدگی و ذوب یخ است
تسریع کنندهها
افزودنیهایی هستند که سخت شدگی بتن را تسریع میکنند و مقاومت اولیه بتن را بالا میبرند. چند نمونه از ت
بتن ماده ای تشکیل شده از شن (سنگ دانه های درشت دانه از 0.5تا 2.5 سانتیمتر است)، ماسه (سنگ دانه های کوچک تر از 2.5 سانتیمتر است)، سیمان که در بتن نقش اتصال سنگ دانه ها را دارد و در ارتباط مستقیم با مقاومت بتن است و آب در بتن نقش روان کردن بتن برای کارایی بهتر و انجام عملیات هیدراتاسیون را داراست.
در اثر واکنش شیمیایی سیمان و آب روند سخت شدن ادامه یافته و در نتیجه دانه ها (ماسه و شن) را بصورت تودﮤ سنگ مانندی به یکدیگر می چسباند.
دانه ها به دو گروه ریزدانه که تا ¼ اینچ (6میلیمتر) و درشت دانه که روی الک شماره 16 (1.18 میلیمتر) تقسیم می شوند.
برای داشتن اندازه مناسب و نسبت اختلاط شن و سیمان محاسباتی خاص انجام می شود و این نسبت را به عنوان طرح اختلاط می نامند. برای محاسبه مقدارمناسب آب به سیمان w/c تعریف می شود که عموماً بهترین مقدار آن 0.5 است. 0.25 مقدار آب به سیمان صرف روان کنندگی بتن و 0.25 دیگر آن صرف انجام عمل هیدراتاسیون می شود هرچه مقدار آب به سیمان کمتر شود کمتر شود بتن قویتری خواهیم داشت . اما با کاهش آب از مقدار روانی و کارائی بتن هم کاسته خواهد شد . برای حل مشکل از روان کننده ها استفاده می شود و همچنین بهترین حالت افزایش مقاومت بتن را با افزودن میکروسیلیس یا مکمل بتن خواهیم داشت.
خمیر سیمان عموما حدود 25 تا 40% کل حجم بتن را تشکیل می دهد که حجم مطلق سیمان بین 7 تا 15% و حجم آب از 14 تا 21% است. مقدار هوای در بتن تا حدود 8% حجم بتن را تشکیل می دهد این اندازه به درشت ترین دانه بستگی دارد.
برای مصالح و شرایط عمل آوردن (Curing) معین، کیفیت بتن سخت شده به مقدار آب در مقابل با مقدار سیمان بستگی دارد.
تعریف هوای گرم :
هوای گرم با ترکیبی از دمای زیاد هوا ، رطوبت نسبی کم ، دمای بالای بتن و سرعت وزش باد حاصل می گردد . وجود دمای زیاد بتن و عواملی که باعث تبخیر شدید آب از سطح آن می شود می تواند خسارت بار باشد . حتی می توان گفت دمای زیاد بتن به تنهایی نیز می تواند به بروز این شرایط کمک زیادی نماید .
معمولا" وقتی دمای بتن از 0c 32 در هنگام بتن ریزی و یا تا زمان گیرش تجاوز نماید شرایط هوای گرم حاصل می شود .
بروز شرایط ایجاد تبخیر با شدتی بیش از kg/m2 1 در هر ساعت از سطح بتن قطعا" مشکل زا
می باشد . حتی توصیه می گردد شدت تبخیر از سطح بتن کمتر از kg/m2 5/0 در هر ساعت باشد تا خسارت هائی به بتن وارد نشود و کار بتن ریزی بهتر انجام گردد .
ج ) مصرف بتن های پر سیمان در رابطه با بتن های پر مقاومت و با نسبت آب به سیمان کم که سرعت آبگیری را بیشتر می کند و زمان گرایش را کوتاه و گرمازائی و سرعت آنرا افزایش می دهد . بدیهی است اغلب در شرایط محیطی نا مناسب از نسبت آب به سیمان کم استفاده نمائیم لذا باید سعی شود بتن پر سیمان مصرف ننمائیم .
د ) استفاده از مقاطع بتنی نازک با درصد میلگرد زیاد .
هـ ) بکارگیری وسایل حمل با حجم زیاد که می تواند به ایجاد درز سرد و عدم پیوستگی
منجر شود .
و ) حرکت دادن بتن در مسیر افقی یا قائم بصورت طولانی مدت ویژه ای برای بتن های کم اسلامپ ( شوت ، شوت سقوطی یا ترمی )
ز ) استفاده از پمپاژ بتن در مسیرهای طولانی ، زیرا اصطکاک بتن با لوله باعث ایجاد گرما
می شود و در شرایط هوای گرم نیز این مسیر طولانی و گرمای لوله می تواند مشکل زا باشد .
ح ) استفاده از تسمه نقاله برای حمل بتن بدلیل ایجاد سطح هواخور خیلی زیاد و تبخیر شدید و تبادل گرمائی زیاد با محیط .
ط ) ضرورت انجام و تداوم کار در شرایط هوایی خیلی گرم بدلائل اقتصادی
ی ) استفاده از سیمانهای انبساطی و یا بدون جمع شدگی که می تواند مشکل زا باشد . در این رابطه برخی مواد انبساط زا یا برخی ملات ها یا بتن ها مانند گروت میتواند عامل ایجاد خسارت بیشتر باشد .
مسلما" باید گفت اگر شرایطی بر خلاف شرایط فوق ایجاد شود مسلما" در کاهش خسارات نقش خواهد داشت . اما بر ایجاد شرایط هوای گرم تأثیری ندارد .
مختلف و سنگدانه های موجود و پوزولانهای مصرفی یکسان و مساوی 0.22 نمی باشد . بویژه در سنگدانه ها و پوزولانها ممکنست ابن ظرفیت گرمائی از 0.19 تا 0.24 تغییر نماید و حتی از این محدوده نیز بیرون باشد . ظرفیت گرمائی آب و رطوبت موجود در سنگدانه kcal/kg 1 فرض شده است . i w جرم یخ مصرفی ، i t دمای یخ مصرفی ، 0.5 ظرفیت گرمائی یخ و 80 برابر گرمای نهان ذوب یخ بر حسب kcal/kg می باشد .
مثال 1 : طرح اختلاط زیر برای بتن سازی به میزان m3 1 داده شده است . با توجه به اطلاعات موجود دمای تعادل ساخت بتن را محاسبه کنید . سیمان 400 کیلو ، شن خشک 1000 کیلو ،
آب کل 220 کیلو ، دمای سیمان 0c 35 ، دمای شن 0c 40 و رطوبت آن 6/0 درصد ، دمای ماسه 0c 30 و رطوبت آن 5/4 درصد ، دمای آب 0c 25 می باشد .
مثال 2 : اگر بخواهیم دمای بتن به 28 برسد آب باید تا چند درجه خنک شود .
مثال 3 : اگر بخواهیم با آب 0c 25 و یخ 0c 4- به این دما دست یابیم ، چند کیلو یخ لازم است ؟
مثال 4 : اگر بدون خنک کردن آب یا مصرف یخ بخواهیم به این دما برسیم دمای شن باید به چند درجه سیلیوس برسد ؟
• اثرات هوای گرم بر خواص بتن :
همانطور که قبلا" اشاره شد هوای گرم بر روی بتن تازه سخت شده اثراتی را بر جای می گذارد که نامطلوب است . در این قسمت بطور مشروح به برخی از این اثرات و خواص بتن در هوای گرم اشاره می شود .
الف ) افزایش آب مورد نیاز در طرح مخلوط :
بسته به شرایط هوا و میزان تبخیر ممکنست تا 25 کیلو ( لیتر ) آب اختلاط مورد نیاز افزایش یابد ( نسبت به حالت بدون تبخیر ) – تقریبا" هر افزایش 5 درجه سانتی گراد به حدود 3 لیتر آب نیاز دارد . وجود آب بیشتر ، جمع شدگی را افزایش می دهد و میل به ترک خوردگی بیشتر می شود .
ب ) آهنگ افت اسلامپ :
مسلما" در شرایط هوای گرم ، گرمای بدون تبخیر و یا با تبخیر می توان تأثیر مهمی بر افت اسلامپ و آهنگ آن داشته باشد . میتوان گفت تقریبا" به ازاء 0c 40 افزایش دما ( 10 تا 0c 50 ) افت اسلامپ حدود 8 سانت را شاهد خواهیم بود ( هر 0c 10 حدود 2 سانت ) . مسلما" آهنگ افت اسلامپ نیز در هوای گرم بسیار زیاد می شود تا حدی که مزاحم کار اجرائی خواهد شد و غالبا" برای مقابله با آن به افزایش آب متوسل می شوند که کار صحیحی نیست.
ج ) افزایش آهنگ سفت شدن بتن و کاهش زمان گیرش :
در یک هوای معتدل و مناسب ممکن است زمان گیرش اولیه بتن بسته به نوع سیمان و نسبت های اختلاط بین ؟ تا 3 ساعت تغییر کند . با افزایش دما این زمان کاهش می یابد و ممکنست در دمای بتن بالاتر از 0c 30 و دمای محیط بیش از 0c 35 این زمان حتی به کمتر از نصف یا ثلث کاهش یابد . مسلما" این امر مشکلات اجرائی را افزایش می دهد . در حمل محدودیت زمانی بوجود
می آورد و در ریختن و تراکم باید سرعت قابل توجهی داشته باشیم تا قبل از گیرش لایه زیرین بتوانیم لایه روئی را ریخته و متراکم کنیم . پرداخت سطح مشکل می گردد و بتن زود سفت
می شود . در اکثر موارد در چنین شرایطی درز سرد ایجاد می گردد . درز سرد در آینده می تواند محل عبور آب و سایر مواد مزاحم شیمیائی باشد .
د ) ترک خوردگی خمیر بتن تازه :
این نوع ترک خوردگی معمولا" در محیط های گرم و خشک حاصل می گردد . بدیهی است اگر بتن در محیط گرم و مرطوب قرار گیرد بعلت تبخیر کم از سطح بتن ، جمع شدگی چندانی ایجاد نخواهد شد . در رطوبت های بیش از 80 درصد عملا" مشکل ترک خوردگی بتن تازه را نخواهیم اشت . وقتی تبخیر از kg/m2/hr 1 تجاوز نماید ، وضعیت حاد و بحرانی است و عملا" باید بتن ریزی متوقف گردد و یا تمهیدات خاصی تدارک دیده شود . وقتی ترک خوردگی بیشتری اتفاق می افتد که تأخیر در گیرش و سفت شدن بتن ، مصرف سیمانهای دیرگیر ، مصرف بیش از حد کندگیر کننده ، خاکستر بادی بعنوان جایگزین سیمان و یا بتن خنک داشته باشیم . مصرف موادی که آب انداختن را کم می کند میتواند به خشکی سطح و ترک خوردگی منجر شود . از جمله این مواد
می توان از میکروسیلیس نام برد .
از بین بردن ترکهای خمیری مشکل است ولی می توان با ماله کشی مجدد توأم با فشار ترکها را تا حدودی از بین برد .
ـ ) اثرات نامطلوب بر مقاومت :
مسلما" بتنی که گرم ریخته و نگهداری شود در سنین اولیه مقاومت قابل توجهی کسب می کند اما بطور کلی در سن 28 روز به بعد مقاومت کمتری نسبت به بتن ریخته شده با دمای کم
خواهد داشت . در شکل 2 و 3 میتوانید تأثیر دمای ریختن را بر مقاومت های اولیه و دراز مدت ببینید . بویژه اگر بتن حاوی مواد پوزولانی و کندگیر نباشند ، آسیب بیشتری می بینند . اگر ترک بتن را نیز در نظر بگیریم از نظر سازه ای آسیب جدی خواهد بود .
گاه دیده می شود که در روزهای گرم نسبت مقاومت 28 روزه به 7 روزه به مقادیری کمتر از 3/1 و حتی تا 1/1 می رسد . در شرایط خاص برخی آزمونه های 28 روزه مقاومتی کمتر از آزمونه های 7 روزه را نشان می دهند که بسیار تعجب برانگیز است . دلیل این امر استفاده از بتن گرم در
قالب های گرم و داغ می باشد که گاه در زیر تابش آفتاب نیز چند ساعتی نگهداری می شوند . با استفاده از سیمانهای ریز و زودگیر کننده ، سیمان زیاد یا w/c کم این مشکل بیشتر می گردد.
برای اختصار و با توجه به ذکر اثرات نامطلوب در ابتدای این نوشتار از بیان مشروح سایر اثرات خودداری می شود .
نحوه تولید بتن به زبان ساده:
اجزاء بتن
( Concrete Constituents )
اجزاء تشکیل دهنده بتن عبارتند از : سیمان، آب، دانه های سنگ و در مواردی مواد افزودنی. اکنون ذکر
مطالبی چند در مورد اجزاء تشکیل دهنده آن بی معنا نیست.
سیمان
مقدار سیمان و نوع سیمان مصرفی در بتن بستگی به کاربرد بتن دارد. طراحی بتن، تعیین و محاسبه نسبت اختلاط سیمان، آب، دانه های سنگ ( شن و ماسه ) برای موارد کاربرد مختلف، از جمله تخصص های بارز و پیچیده مهند سین راه و ساختمان می باشد.
مواد افزودنی
هر نوع موادی، جدا از آب، دانه های سنگ و سیمان ( منجمله سیمان های مخلوط دارای مواد افزاینده ) که به هر یک از اجزاء تشکیل دهنده بتن یا به مخلوط آنها اضافه می گردد، به نام مواد افزودنی موسوم است.
دلیل افزودن اینگونه مواد به سیمان یا بتن، ایجاد برخی خواص ویژه در بتن به منظور پاسخگویی به برخی نیازهای کاربردی بتن می باشد. از جمله عمده ترین این مواد افزودنی عبارتنداز، مواد سرعت زا ( تسریع کننده ) گیرش، کند کننده گیرش بتن، ترکیبات ضد یخ، مواد هوازا، مواد مولد گاز، مواد مقابله کننده با واکنش قلیایی ها با دانه های سنگ، مواد واتر پروف و مواد رنگی.
آب
ایزوگام، نام بازرگانی گونهای عایق آمادهٔ ضد نم و رطوبت برای پوشاندن پشت بام، استخر و مانند آن است. ایزوگام پوششی است برای عایق کردن که برای جلوگیری از رخنه و نفوذ آب بهکار میرود، و از فرآوردههای نفتی بدست میآید.
عایق بندی رطوبتی ساختمانها که تا چهل سال گذشته به صورت سنتی، با آسفالت و قیر گونی انجام میگرفت با پیدایش عایقهای رطوبتی و مزیتهای این نوع عایقها به تدریج جای خود را به این عایقها دادند. امروزه در بیشتر ساختمانها چه در مرحلهٔ پی و فونداسیون و چه در ایزولاسیون دیوارها، سرویسها و پشت بام، ایزولاسیون با لایه عایق رطوبتی انجام میگردد.
ایزوگام پوشش مقاومی از قیر و الیاف مصنوعی است که با گرما بر بستر بام چسبانده میشود و از نفوذ آب و رطوبت به محیط زیر خود جلوگیری میکند. عمر ایزوگام بطور میانگین ۱۰ سال است.
ایزوگام پدیدهای است صنعتی و متکی به دانش، آزمودگی (تجربه) و فناوری در راستای ایمنسازی سازهها در برابر نم و رطوبت پیش آمده از بارش برف و باران. ایزوگام که گونههای گوناگونی دارد، پس از گذر از آزمونهای گوناگون، در آزمایشگاههای کارخانههای فرآوری، ضریب پایداریاش را افزایش خواهند داد.
لایههای گوناگون به ترتیب از رو به کف به شرح زیر میباشد:
مصرف عایق رطوبتی در صنعت ساختمان روزبه روز بیشتر می شود. این امر به عللی چون سرعت، سهولت و دقت در نصب و عمر طولانی تر آن نسبت به روشهای قدیمی تر و همچنین حفظ محیط زیست صورت می گیرد.
نصب بخش عمده ای از کار ایزولاسیون را تشکیل می دهد، بدین معنی که عایق رطوبتی با بهترین کیفیت تولید در صورتی که به طریقه صحیح نصب و نگهداری نشود انتظار مصرف کننده را برآورده نخواهد کرد و کاملا بی ارزش است.
شیوه ها و اصول نصب در انواع عایقهای رطوبتی پیش ساخته که به صورت رول مورد مصرف در بام می باشد بسیار گسترده و متفاوت است. در ذیل بطور خلاصه تنها به چند نکته اشاره می شود.
عایقهای رطوبتی توسط روش جوش مشعل و به طور کلی به دوروش پهن کردن به صورت آزاد یا اتصال کامل با سطح زیرین نصب می شوند. در روش پهن کردن به صورت آزاد فقط لبه ها به هم متصل می شوند، کناره ها و پیرامون آن با روشهای ویژه ای پلمب می شوند. روش معمول در ایران اتصال کامل با سطح زیرین ا ست.
وسایل مورد نیاز جهت نصب بطور کلی یکسان است و به طور جزئی کاملا ابتکاری است. این وسایل عبارتند ا ز: گاز مایع (کپسول)، شعله پخش کن (به صورت تک شعله و چند شعله وجود دارد)، کمچه و ماله، تیغ موکت بری، فندک جرقه ای، دستکش نسوز، تیغه لاستیکی دسته دار، جارو، کفش کف صاف...
لازم به ذکر است که علاوه بر کیفیت عایق های رطوبتی استفاده شده جهت ایزوگام، “مهمترین پارامتر” جهت هرچه عالی تر شدن کیفیت عایق بندی ساختمان و سطوح، تجربه، تخصص و تبحر مهندسین ناظر و نصابان این گونه پروژه ها است و اقدام به انجام چنین اموری توسط افراد غیر حرفه ای نتیجه ای جز اتلاف وقت و بخصوص هزینه شما در پی نخواهد داشت و به تدریج ضررهای فراوانی را به شما وارد خواهد کرد.
بایرتوس شرق علاوه بر افتخار تولید و صدور طیفی از انواع محصولات پرایمری و عایق بندی دارای نشان استاندارد و گواهینامه های بین المللی، بزرگ ترین افتخار اجرای بهینه پروژه های ایزوگام خود را طی سال ها تجربه دانش محور نصب برای صدها مشتری حقیقی و حقوقی – شرکت ها و سازمان های دولتی و نیز مجتمع ها و منازل مسکونی، “اعتبار و تبحر مهندسین ناظر، نصابان، و نظارت و امنیت مالی مشتریان” خود می داند.
پسماند زدایی:
قبل از هرچیز، سطح سقف را از گرد و خاک، چربی و پسماندهای اضافی پاک کنید. پلیسه های سیمانی یا بتن یا سنگ ریزه ها را از سقف جمع آوری کردی و هرگونه لکه چرب یا نفتی-روغنی آن را از بین ببرید. شستن بام با آب در صورت امکان نیز توصیه می گردد. اما در زمان ایزوگام تمامی سطح باید خشک شده باشد بخصوص اگر قبلا از آستری درزگیر یا پرایمر عایق استفاده کرده اید.
زیرسازی و تسطیح:
یکی از نکات مهم واترپروفینگ و ایزوگام بام ها، پر کردن ترک های احتمالی درشت و اجرای زیرسازی و تسطیح با سیمان و ماسه (بتن) به ضخامت لااقل 3 سانتی متر در 1 لایه با شیب بندی 2% و یا سیمان و پوکه معدنی(35% سیمان و 65% پوکه سبک معدنی) به ضخامت حداکثر 3 سانتی متر در 3 مرحله (لایه) با شیب بندی 22%، خمیر ماستیک و آستری سطح به کمک لایه خمیر پرایمر پیش از آغازعملیات عایق سازی است.
آستری پرایمر:
قبل از ایزوگام بام باید تمام سطح سقف یکدست و بدون ناصافی و خشک شده باشد. برای یکدستی از خمیرهای پرایمر می توانید استفاده کنید. گاهی از یک لایه قیر مذاب بجای پرایمر نیز جهت پوشش زیرین استفاده میشود. پرایمرهای عایق آسترساز در دو نوع خمیری و مایع در دسترس می باشند. برای هر 1 متر مربع از سطح، از نیم تا 1 لیتر پرایمر جهت تسطیح و زیرسازی استفاده کنید.
شیب گیری – ناودان ها – چاهک های آبرو – چیلر و کولر:
در ایزوگام به خاطر داشته باشید سطوحی که دارای زاویه 90 درجه هستند، قبلا حتما با سیمان و پرایمر عایق فیله کشی و درز گیری شوند. شیب گیری مطابق با آبرو های سقف نیز بسیار اهمیت دارد. بهتر است تا شعاع 1 الی 2 متر از هر آبراهه ی سقف را ابتدا یک تا دو بار عایق بندی کرده و سپس بام را ایزوگام کنید. توجه کنید که پیش از آغاز کار، در اطراف ناودان و چاهک های آبرو حتما یک و ترجیحا دو لایه اولیه نصب شود. و بهمین صورت در زیر چیلر و کولرها.
تیر یکی از اعضاء اصلی در مجموعه المانهای مورد استفاده در سازههای ساختمانی است. در واقع وظیفه اصلی تیرها تحمل تنشهایحاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی ناشی از بارهای وارد بر آن و وزن خود تیر است. در طراحی سازهها، معمولاً تیرها بر اساس لنگر خمشی موجود طراحی گشته و ضابطه برش در آنها کنترل میگردد. خصوصیتهای اصلی تیرها عبارتند از نیمرخ (پروفیل)، طول و ماده سازنده.
تیر، معمولاً در معماری و مهندسی سازه، به عنوان عضوی بلند، مستقیم و منشوری تعریف میشود که برای نگهداری بارهای مختلف وارده در طول عضو طراحی میگردد. با این حال در سازههای کوچکتر مانند کامیونها و بدنه اتومبیلها نیز تیرها کاربرد دارند و با راهکارهایی مشابه محاسبه میشوند. البته در کار اجرایی عنوان تیر غالباً فقط به اعضای افقی اطلاق گردیده و به اعضای عمودیستون گویند.
معمولترین تیرها از نظر مصالح ساختمانی عبارتند از: تیر فولادی، تیر بتنی و تیر چوبی
معمولترین تیرها از نظر تکیهگاهی عبارتند از: تیر دوسرگیردار، طره و تیر ساده
تیرآهن
تیرآهن اساسیترین پروفیل ساختمانی است که بعضاً در پروژههای صنعتی نیز کاربرد دارد.
تیرآهن به سه صورت یافت میشود:
تیرآهن IPE و INP به ارتفاع ۸۰–۶۰۰ میلیمتر و تیرآهن IPB به ارتفاع ۱۰۰–۱۰۰۰ میلیمتر تولید میشود. کاربرد تیرآهن در ساختمان به صورت ستون، خرپا، نعل درگاه، تیر در پوشش سقفها و پلهای لانه زنبوری استفاده میشود.
تیرآهن IPE
این تیرآهن معمولی و استاندارد I شکل در ایران وجود دارد. این تیرآهن طبق استاندارد اروپا تولید میشود و ضخامت بال آن ثابت است.
تیرآهن INP
تیرآهن I شکل که ضخامت بال آنها با فاصله گرفتن از جان تیرآهن کاهش مییابد که این استاندارد کارخانجات روسیه و چین میباشد.
تیرآهن IPB
تیرآهن H یا تیر آهنهای عریض که در آنها طول بالها نسبت به تیرآهنهای IPE افزایش یافته است.
نکته: علامت V نشان دهنده سنگین بودن و علامت L نشان دهنده سبک بودن تیرآهن میباشد. به عنوان مثال IPBV نشان دهنده تیرآهن عریض سنگین و IPBL نشان دهنده تیرآهن عریض سبک میباشد.
اسکلت فلزی
اسکلتهایی که در محوطه پروژههای ساختمانی تولید میشوند بخاطر محدودیت در تأمین برق مکفی و بکار گیری دستگاههای جوش مدرن با نرخ نفوذ بالا و استاندارد، عدم وجود ابزار صنعتی سنگین، تیمهای مجرب، رنگ آمیزی و زنگ زدایی صحیح و … نه تنها فاقد کیفیت هستند بلکه کاملاً دست و پاگیر و دارای پروسهای زمان بر هستند که بلاشک منجر به ایجاد ترافیک در معبر و تزاحم همسایگان میشود. روش سنتی ساخت اسکلت در محل از لحاظ اتصال و برپایی نیز علاوه بر موارد ذکر شده هزینه بالایی از بابت جرثقیل دارد. با توجه بهزلزله خیز بودن کشور ما و حوادث ناگواری که در سالهای گذشته خصوصاً دربم صورت گرفت رویکرد و نگرشی جدید به تولید صنعتی و استاندارد اسکلتهای ساختمانی پدید آمده است، زیرا این نوع ساختمانها با طراحی خاص و اجرا بصورت صنعتی و مدرن، مقاومت شایانی در مقایسه با اسکلتهای سنتی دارند. نکته دیگر اقتصادی و پایینتر بودن هزینه تولید و نصب نسبت به روش سنتی معمول در کل است که در مواقع کمبود عرضه و افزایش قیمت تیرآهن درصدی قابل توجه میگردد. با توجه به گستره طراحی در تیر ورقها و سازههای پیش ساخته، محاسبات، فضا سازی و بارگذاری نیز با آزادی عمل بالایی صورت میپذیرد