مقدمه ای بر عوامل موثر بر مقاومت فشاری بتن های پر مقاومت
• چاپ
• پست الکترونیکی
سال های زیادی است که از بتن به عنوان یکی از مصالح ساختمانی مهم استفاده می شود. بتن در مقیاس ماکروسکوپی یک ماده ناهمگن، شامل دو فاز سنگدانه و خمیر سیمان است. امّا در مقیاس میکروسکوپی ناحیه ی انتقالی سطح مشترک سنگدانه-خمیر سیمان نیز یک فاز را در بتن تشکیل می دهد.
مقاومت بتن های مقاومت بالا (HSC) با زمان و موقعیت جغرافیایی، بسته به در دسترس بودن مواد اولیه، دانش فنی و تقاضا متغیر است. بتنی که ۵۰ سال قبل به عنوان بتن با مقاومت بالا در نظر گرفته می شد در حال حاضر به عنوان بتن مقاومت پایین شناخته شده است. به عنوان مثال، بتن با مقاومت فشاری بالای ۳۰ مگا پاسکال به عنوان بتن مقاومت بالا در سال ۱۹۵۰ در نظر گرفته می شد. به تدریج بتن هایی با مقاومت فشاری بالا تر در محدوده ۵۰-۴۰ مگا پاسکال در سال ۱۹۶۰، ۶۰ مگا پاسکال در سال ۱۹۷۰ و ۱۰۰ مگا-پاسکال و فراتر از آن در سال ۱۹۸۰ تکامل یافته و در سازه های خاص مورد استفاده قرار گرفتند.
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 پیچیده مورد استفاده قرار گیرند امکان پذیر می باشد. ساخت بتن هایی با مقاومت زیاد و در حد ۱۲۰ مگاپاسکال و کاربرد آن در ساختمان های بلند در کشور های پیشرفته ی دنیا رواج یافته است. این مقاومت با اضافه نمودن مواد ریز و فعال به سیمان تا حد زیادی افزایش یافته که بتن هایی با مقاومت های فشاری بین ۲۰۰ تا ۸۰۰ مگاپاسکال و مقاومت های کششی بین ۳۰ تا ۱۵۰ مگاپاسکال در نمونه های آزمایشگاهی به دست آمده است. برای دست یابی 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 این مقاومت ها استفاده از سنگدانه هایی با مقاومت بالا و کاهش حداکثر اندازه-ی سنگدانه در مخلوط بتنی برای ایجاد ساختار همگن در آن می باشد. همچنین با استفاده از مواد بسیار ریز-دانه و با اندازه های کمتر از دهم میکرون می توان مجموعه ای متراکم تر و با تخلخل بسیار کم، که بالا ترین وزن مخصوص را خواهد داشت، تهیه نمود.
در بتن هایی با مقاومت زیاد بایستی تا حد ممکن نسبت آب به سیمان را کاهش داد. بدیهی است که برای تامین کارایی چنین مخلوط هایی با آب بسیار کم، لازم است از روان کننده ها، فوق روان کننده ها و پخش کننده-ی ذرات ریز در بتن استفاده نمود. برای افزایش مقاومت خمشی (با افزایش مقاومت، شکنندگی و تردی بتن افزایش می یابد) می توان به آن ها الیاف های کوتاه اضافه نمود و در نهایت معمولا در ساخت چنین بتن هایی ( با مقاومت در حد فولاد و بالا تر) از روش های سخت کردن تحت فشار( پرسینگ) و دمای بالا برای عمل آوری بتن استفاده می گردد. در سال های اخیر و با بررسی دوام سازه های بتنی مسلح به ویژه در مناطق خورنده و سخت برای بتن، نظر اکثر کارشناسان و دست اندرکاران کار های بتنی به این مسئله جلب شده است که مقاومت نهایی به تنهایی نمی تواند جواب گوی کلیه ی خواص مربوط به بتن به خصوص دوام آن باشد و لازم است در طراحی بتن برای مناطق مختلف علاوه بر مسئله ی مقاومت و تحمل بارها در طول مدت بهره دهی، پایایی و دوام آن نیز مد نظر قرار گیرد .
مقاومت بتن به مقاومت اجزای تشکیل دهنده ی آن، خواص شکل پذیری اجزاء و چسبندگی بین خمیر و سطح دانه ها (ناحیه انتقالی سطح مشترک) بستگی دارد. ناحیه انتقالی سطح مشترک، لایه نازکی از محصولات جانبی سیمانی پیرامون سطح سنگدانه است. با وجود اینکه خمیر سیمان و سنگدانه ساختار متراکمی دارند، عملکرد ضعیف ناحیه انتقالی به عنوان یک عامل اتصال، بتن را تحت تاثیر قرار می دهد. مقاومت فشاری خمیر سیمان و سنگدانه هر یک به تنهایی می تواند بالای ۱۰۰ مگاپاسکال باشد، در حالیکه مقاومت فشاری بتن تولید شده با این مواد حدود ۴۰-۲۰ مگاپاسکال است که دلیل آن وجود ناحیه انتقالی است. با بسیاری از سنگدانه های طبیعی، با بهبود مقاومت خمیر سیمان، از طریق کنترل نسبت آب به سیمان و نوع و مقدار مواد افزودنی می توان بتنی با مقاومت فشاری بالای ۱۲۰ مگاپاسکال تولید کرد. با این وجود با پیشرفت اخیر در فن آوری بتن و در دسترس بودن انواع مواد معدنی و مواد افزودنی شیمیایی و فوق روان ساز های خاص، هم اکنون می توان بتن با مقاومت فشاری بالای ۱۰۰ مگا پاسکال درسطح تجاری با سطح قابل قبول از تنوع تولید نمود.
مهمترین خاصیت محصولات پایه ی سیمان استحکام مکانیکی یا مقاومت های فشاری، خمشی و کششی آنها می باشد. محصولات پایه ی سیمان (سیمان پرتلند)، متشکل از خمیر سیمانی و سنگدانه های ریز و درشت می باشند. مقاومت این محصولات به خواص و مقاومت اجزای تشکیل دهنده ی آن ها بستگی دارد. علاوه بر این با استفاده از افزودنی های شیمیایی (فوق روان سازها، افزودنی های انبساطی، بهبود دهنده های کیفیت، کاهنده-های آب، پلیمر ها، فعال کننده ها، افزودنی های کاهش دهنده ی جمع شدگی) و معدنی (دوده ی سیلیس)، افزودن الیاف (طبیعی و مصنوعی) و استفاده از شرایط عمل آوری و اعمال فشار می توان مقاومت فشاری این محصولات را به میزان چشمگیری افزایش داده و بر دوام و پایداری این مواد افزود. با استفاده از این راهکار ها، بتن هایی با مقاومت های فشاری بین ۲۰۰ تا ۸۰۰ مگاپاسکال و مقاومت های کششی بین ۳۰ تا ۱۵۰ مگاپاسکال در نمونه های آزمایشگاهی بدست آمده است.
