بتن خود متراکم (SCHPC) چیست؟
بتن خود متراکم شده از انواع نوین بتن است. این نوع از بتن یک محصول کاملاً مهندسی شده است که در مقایسه با انواع رایج بتن دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است. بتن خود متراکم شونده مزایا و معایب خاص خود را دارد. در این مقاله از کارگشا به بررسی این از بتن و کاربردهای آن می‌پردازیم.
بتن خود متراکم شونده چیست؟
وقتی از میان اسکلت فلزی و بتنی به سمت بتنی متمایل شدید، بد نیست در خصوص انواع بتن اطلاعات کافی داشته باشید. البته قبل از همه چیز بد نیست مقاله «بتن چیست و چه مزایایی دارد؟» را مطالعه کنید و از مزایای بتن بهتر آگاه شوید.
بتن خود متراکم (Self-consolidating concrete)، نوید ساخت و سازی ایمن، ارزان و کارآمد. بتن خود متراکم (SCHPC) با قابلیت کم کردن زمان ساخت و ساز، نیاز به تجهیزات کمتر و ایجاد سر و صدای کمتر در ساختمان دارای مزایای فراروانی در مقایسه با بتن معمولی ارتعاشی می‌باشد.
تنها عیبی که این بتن دارد عدم مقاومت در برابر حریق است، به طوری که این بتن در برابر حریق پوسته پوسته شده و فرو می‌ریزد. در نتیجه ظرفیت باربری این بتن کاهش یافته و باعث فرو ریختن سازه میشود. در پی بروز چنین مشکلی دانشمندان اِمپا (Empa) راه حلی را کشف کرده‌اند.
آنها با استفاده از غلیظ کردن ترکیبات بتن با پلیمری خاص که گفته میشود باعث عملکرد بهتر بتن در حرارت بالا می‌باشد، به نوبه خود به حفظ انسجام و حفظ یکپارچگی بتن در مجاورت حریق کمک کرده‌اند.
بتن انواع جالب دیگری هم دارد. فوم بتن یکی از این انواع است. در مقاله «فوم بتن چیست و چگونه ساخته میشود؟ مزایا، معایب و کاربردهای آن در چیست؟» به طور مفصل به فوم بتن پرداخته شده است.
بتن خود ترمیم شده نیز یکی دیگر از انواع جالب بتن است که به نسبت جدیدتر است و کمتر از آن در ساختمان سازی استفاده می شود. در مقاله «بتن خود ترمیم شونده: از تعریف تا خواص مکانیکی» در مورد این بتن بیشتر صحبت شده است.
واکنش بتن ارتعاشی معمولی در برابر حریق
اگر چه بتن به معنای متعارف آن نمی‌سوزد، اما به هنگام قرار گیری در مجاورت حریق پوسته پوسته میشود. این پدیده درست به همان دلیلی رخ می‌دهد که هیزم هنگام سوختن صدای تق تق تولید می‌کند.
بدین معنی که آب درون مصالح به دام می‌افتد و در اثر دمای بالا تبخیر میشود، درون مصالح فشار ایجاد کرده و با شکافتن و پوسته پوسته شدن همراه است. چنین پدیده‌ای هنگامی که در بحث سقف، دیوارها و ستون‌های باربر مطرح میشود بسیار اهمیت پیدا می‌کند.
با اضافه کردن چند کیلوگرم فیبر پروپیلن (PP) به هر متر مکعب مخلوط بتن ارتعاشی معمولی، این مشکل قابل حل است. هنگامی که بتن حاوی این فیبر در مجاورت حریق قرار گیرد این فیبرها از بین رفته و شبکه‌ای از کانال‌های به هم پیوسته را به جا می‌گذارند که باعث خروج بخار آب میشود، یک ترفند تمیز و کوچک که فشار را از روی مصالح بر می‌دارد و به این ترتیب سازه بتنی فرو نمی‌پاشد.
واکنش بتن خود متراکم در برابر حریق
بتن خود متراکم در برابر چنین افزودنی (فیبر پروپیلن) کامل متفاوت عمل می‌کند. افزودن بیش از دو کیلوگرم فیبر پروپیلن به هر متر مکعب بتن خود متراکم قابلیت این محصول را در خود متراکم بودن از بین می‌برد. بنابراین میزان فیبری که در آن استفاده میشود بایستی بسیار کم باشد، کاربرد کم فیبر بدین معنی است که پس از قرارگیری مصالح در برابر حریق و از بین رفتن فیبر یک شبکه پیوسته از کانال‌ها ایجاد نمی‌شود و بتن ورقه ورقه میشود. در نتیجه دستیابی به بتنی شگفت انگیز که هم خاصیت خود تراکمی دارد و هم ضد حریق خواهد بود، درو از دسترس است.
بیشتر بخوانید: مقایسه فوم بتن با پوکه معدنی، کف سازی با فوم بتن یا پوکه؟
سؤالی که در اینجا برای محققان و دانشمندان مطرح میشود این است که چگونه می‌توان بتنی خود متراکم داشت که در عین حال که نسبت کمی از فیبرهای پلیمری در آن استفاده میشود، در برابر حریق مقاوم است؟
در حال حاضر دانشمندان آزمایشگاه فدرال سوییس (EMPA) می‌گویند که یک راه حل پیداکرده‌اند. آنها یک سری دیوارهای بتنی نازک ساخته‌اند که همه آنها با فیبر پلی پروپیلن ترکیب شده بودند، اما تنها برخی از آنها حاوی موادی مصنوعی به نام پلیمر جذب کننده عالی با اختصار (SAP)بوده‌اند که توانایی جذب آب، با وزنی چندین برابر وزن خود را داشته‌اند.
این ایده به این ترتیب اجرا میشود که ابتدا پلیمر جذب کننده عالی را از قبل در آب می‌خیسانند تا چندین برابر حالت خشک خود متورم شود. سپس همچنان که بتن اجرا میشود آب جذب شده توسط پلیمر جذب کننده عالی از طریق ماتریس (افزایش حجم) سیمان متخلخل از آن خارج میشود.
به این ترتیب حجم پلیمر جذب کننده عالی کم شده و داخل بتن فضای خالی ایجاد شود. این فضاهای خالی سپس یا دیگر فضاهای خالی حاصل از بین رفتن فیبر ترکیب می‌شوند و شبکه‌ای از کانال‌ها را ایجاد می‌کند که باعث خروج بخار آب در هنگام احتراق شده و اصطلاحاً در برابر حریق مقاوم میشود.
این تیم، با استفاده از یک بخاری تابشی، تمامی دیوارهای بتی را در معرض دما تا 1000 درجه سانتی‌گراد قرار داده‌اند. 90 دقیقه بعد متوجه شدند که در بتن حاوی پلیمر جذب کننده عالی ترک‌های جزئی ایجاد شده است، در حالی که بتن‌های عاری از پلیمر جذب کننده عالی کاملاً پوسته پوسته شده و فرو ریخته است.
این شرکت جهت ثبت اختراع خود اقدام کرده است و پیش بینی می‌کند که اضافه کردن خاصیت ضد حریق بودن به ویژگی‌های بتن خود متراکم، بتنی کاملاً جدید و همه کاره در صنعت ساخت و ساز حاصل می‌کند.
بیشتر بخوانید: بتن اکسپوز، موارد استفاده و روش های اجرای آن
مشخصات بتن خود متراکم شونده
ویژگی‌های بتن خود متراکم شونده را می‌توان در چند مورد زیر به صورت خلاصه‌وار ذکر کرد.
- بتن خود متراکم بسیار روان است. بدون استفاده از تجهیزات مخصوص از جمله ویبراتور قابل استفاده است.
- روانی بالا باعث میشود که در تمامی مراحل بت نریزی دارای تراکمی یکنواخت باشد.
- روانی بالا باعث میشود این بتن به راحتی در اطراف میلگردها جای گیرد. به طوری که استفاده از این بتن در سازه‌های بتنی با سیستم آرماتوربندی فشرده بسیار مناسب است.
- عواملی نظیر دانه بندی مصالح مورد نیاز و نوع فیلرها و مواد افزودنی در طرح اختلاط بتن نقش دارند و توجه به آنها بر کیفیت و کارایی بتن تأثیرگذار خواهد بود.
- مقاومت بالا در برابر جدا شدن اجزاء و جریان پذیری از اصلی‌ترین ویژگی‌های بتن خود متراکم شونده است.
- تغییراتی که در اثر استفاده از پودر سیمان، پودر سنگ، افزودنی‌های معدنی و روان کننده‌های جدید در طرح اختلاط بتن رخ می‌دهند، جریان پذیری آن را بهبود می‌دهد.
- انتخاب دقیق سنگ‌دانه‌ها و دانه بندی مناسب آنها از جمله مواردی هستند که در طرح مخلوط بتن باید مورد توجه قرار گیرند. بتن خود متراکم شونده پس از سخت شدن از مقاومت و استحکام بالاتری نسبت به بتن معمولی برخوردار خواهد بود.
- در مقایسه با بتنی که برای همگن سازی نیازمند ویبره است، بتن خود متراکم دچار ترک‌های حرارتی نمی‌شود و در برابر عواملی نظیر حمله سولفات‌ها، خوردگی، عوامل شیمیایی و انجماد مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهد.
مزایای بتن خود متراکم
بعد از پرداختن به چیستی و ویژگی‌های این نوع از بتن، بد نیست به مزایای آن بپردازیم.
- به دلیل روان پذیری بالا به روان کننده یا تجهیزات مخصوص به منظور جای‌گیری در سازه‌های بتنی و شبکه‌های آرماتوربندی نیاز ندارد.
- به طور کامل میلگردها را پوشش می‌دهد و از این رو ماندگاری و مقاوت میلگرد را نیز بالا می‌برد.
- به دلیل روان بودن و عدم استفاده از ویبراتور و دیگر اقدامات حین بتن ریزی، اجرای آن بسیار سریع است.
- آلودگی‌های صوتی ناشی از آن به دلیل عدم استفاده از تجهیزاتی مانند ویبراتور بسیار کمتر است.
- در مقایسه با بتن‌های معمولی انعطاف پذیری بیشتری دارد و ساخت سازه‌های بتنی خاص را ممکن می‌سازد.
- زمان لازم برای خشک و سفت شدن آن در مقایسه با انواع معمولی بتن کمتر است.
- انعطاف پذیری بیشتر دست معمار و طراح را حین طراحی سازه باز می‌گذارد.
- پایداری این بتن در برابر جداشدگی دانه‌ها بالاست، زیرا مقدار شن مصرفی در آن به نسبت ماسه کمتر از بتن معمولی است و همان‌طور که می‌دانید دانه بندی اجزا بتن بر مشخصات این ماده تأثیرگذار می‌باشد.
- بتن خود متراکم در تمام قسمت‌های قالب تحت وزن خود روان میشود.
- در تولید این بتن با توجه به چگالی انباشتگی، از طرحی مناسب برای مخلوط استفاده میشود و میزان سیمان مصرفی کاهش می‌یابد، در نتیجه تولید بتن از نظر اقتصادی مقرون به‌صرفه خواهد بود.
معایب بتن خود متراکم
علی‌رغم تمامی مزایایی که در بالا در خصوص بتن خود متراکم عنوان شد، نباید از معایب آن هم چشم پوشید که در ادامه به مهمترین آنها اشاره شده است.
- همان‌طور که در بالا نیز عنوان شد، مقاومت کم در برابر آتش سوزی و حرارت‌های بالا مهمترین نقطه ضعف بتن خود متراکم است.
- بتن ریزی سازه‌های مرتفع که ممکن است مشکلاتی در حین بتن ریزی آنها وجود داشته باشد.
- ساخت سازه‌هایی که امکان ویبره کردن بتن در آنها وجود ندارد از جمله سازه‌های زیر آب
- سازه‌هایی که معماری و طراحی آنها بسیار ظریف است و نیازمند میلگردگذاری فشرده هستند.
- بتن ریزی ستون‌ها و دیوارهای بلند دارای میلگردهای متراکم
- بتن ریزی گوشه‌های درب و دریچه ها
- بتن ریزی بلوک‌های بتنی
- بتن ریزی تونل‌های آبی که انتقال بتن معمولی و تراکم سازی آن به علت مسافت طولانی امکان پذیر نیست.
انواع بتن خود متراکم
بتن خود متراکم بر اساس ترکیبی که می‌تواند داشته باشد در سه دسته زیر قرار می‌گیرد.
- پودری؛ با استفاده از پودر، مقاومت مناسب در مقابل جداشدگی ذرات در مخلوط بتن ایجاد میشود و با به‌کارگرفتن مواد افزودنی کاهنده آب و هوازا، تغییرشکل زیاد تأمین میشود.
- دارای اصلاح کننده ویسکوزیته؛ از مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته برای ایجاد مقاومت در برابر جداشدگی ذرات استفاده میشود.
- ترکیبی؛ پودر همزمان با مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته استفاده میشود.
تفات بتن خود متراکم با بتن معمولی
بتن خود متراکم شونده از بابت سیمان، سنگدانههای ریز و درشت، مواد افزودنی، آب و فیلرها با بتن معمولی تفاوت‌هایی دارد.
تفاوت از نظر نوع و حجم سیمان
بتن خود متراکم و بتن معمولی از نوع نظر سیمان تفاوتی ندارند و هر نوع سیمانی را می‌توان در هر دوی آنها به کار برد. ین دو از نظر حجم سیمان با هم تفاوت دارند. حجم خمیر در بتن خود متراکم بیشتر است که دلیل آن هم افزایش فاصلۀ بین سنگ‌دانه‌ها و کاهش اصطکاک میان آنها برای بهبود روانی و کارپذیری بتن تازه است.
استفاده از مواد پودری ریز نیز برای افزایش حجم خمیر در بتن خودتراکم لازم است. مقدار سیمان در بتن خود تراکم به طور معمولی بین 350 تا 450 کیلوگرم بر متر مکعب است.
در مقاله «افزودنی های بتن، روان کننده ها و مواد مضاف هوازا» به طور مشروح به معرفی انواع مواد افزودنی در تهیه بتن پرداخته شده است.
تفاوت از نظر سنگ‌دانه
از نظر نوع سنگ‌دانه تفاوتی وجود دارد و بیشتر به مقدار آن بر می‌گردد. تمامی سنگدانههای ریز و درشت را می‌توان در هر دو نوع بتن معمولی و بتن خود متراکم استفاده کرد. مقدار سنگ‌دانه در بتن خود متراکم کمتر است.
تفاوت از نظر آب
آب به کار رفته در تولید بتن خود متراکم با بتن معمولی تفاوتی ندارد. نسبت آب به سیمان در بتن خودتراکم برابر یا کمتر از نسبت آب به سیمان در بتن معمولی است. به دلیل آنکه افزایش مقدار آب باعث افزایش احتمال ناپایداری بتن میشود و از طرف دیگر کاهش زیاد آب باعث افزایش بیش‌ازاندازۀ لزجت بتن میشود.
سخن آخر
بتن خود متراکم شونده از انواع پر کاربرد و منحصر به فرد بن است که در مقایسه با بتن معمولی یک سری مزایا و معایب دارد که در بالا به آنها اشاره شد. تفاوت‌های میان این دو هم مورد اشاره قرار گرفت.
