بتن خودتراکم یک نوع بتن جدید با کارایی بالا با مقاومت در برابر جداشدگی و تغییرشکل‌پذیری بالا است. بتن خودتراکم، بدون نیاز به ویبره تحت وزن خود متراکم می‌شود و تمام فضای خالی قالب و بین آرماتورها را بدون این‌که حباب هوا ایجاد گردد، می‌پوشاند و بتنی نسبتاً همگن تولید می‌نماید. حتی در جاهایی که امکان دسترسی وجود نداشته باشد و یا تراکم آرماتورها زیاد باشد با طراحی صحیح بتن خودتراکم می‌توان به بتنی متراکم و یکنواخت دست یافت. بتن خودتراکم عموماً برای کاربردهای بتن‌ریزی در محل و کارهای پیش‌ساخته می‌تواند استفاده شود.

بتن خود تراکم یا SCC در دهه 1980 در ژاپن ابداع شد و هدف آن کاهش هزینه بتن‌ریزی بود اما مزایای آن موجب شد به سرعت در دیگر کشورها نیز استفاده شود. در ژاپن هر سال حدود 500 هزار مترمکعب SCC مصرف می‌شود. این بتن در سال‌های اخیر در ایران نیز کاربرد گسترده‌ای یافته است. تحقیقات در خصوص عملکرد و رفتار بتن خود متراکم در سال‌های گذشته بخش مهمی از پژوهش‌های فناوری بتن را به خود اختصاص داده است.

در سال‌های اخیر استفاده از این نوع بتن در پروژه‌های شهری به دلیل کاهش چشم‌گیر سروصدای تراکم، امکان اجرای آسان در مقاطع با تراکم آرماتور بالا و امکان ایجاد سطوح صاف و نمایان و پیاده‌کردن طرح‌های متفاوت معماری، رواج مناسبی یافته است. همچنین استفاده از بتن خودتراکم خصوصاً به دلیل عدم نیاز به لرزاننده جهت ایجاد تراکم، باعث صرفه‌جویی در نیروی کار ماهر شده است. به‌طورکلی بتن خودتراکم دارای مؤلفه‌های اساسی مشابه با بتن معمولی و بتن با کارایی بالا است. اگرچه به علت میزان بالای پرکننده‌ها نظیر پودر سنگ‌آهک و خاکستر بادی، ریزساختار آن متفاوت خواهند بود. عموماً بتن خودتراکم شامل میزان بالای مواد سیمانی و نسبت آب به سیمان پایین‌تر از بتن‌های معمولی است و می‌تواند مقاومت بالایی را ایجاد نماید.

خصوصیات بتن خودتراکم

سه خاصیت اصلی SCC به شرح زیر است:

1.    قابلیت پر‌کنندگی: که به مفهوم قابلیت جاری شدن SCC تحت وزن خود و پر کردن تمام فضای درون قالب است.

2.    قابلیت عبور کردن: قابلیت عبور کردن از موانع مانند مقاطع نازک، قالب، میلگردها با فاصله کم از یکدیگر، بدون جدا شدن و مسدود شدن که ناشی از چفت و بسته شدن ذرات سنگدانه است.

3.    مقاومت در برابر جدا شدن: این خاصیت به پایداری نیز موسوم است و قابلیت SCC به باقی ماندن به صورت همگن در مدت انتقال و بتن ریزی است.

تاریخچه بتن خودتراکم

به تحقیقات و کارهایی که سال‌های پیش توسط محققین، از جمله اوکامورا، اوزاوا و ماکاوا و همکارانشان به انجام رسیده است می‌توان به شرح زیر اشاره کرد. نظریۀ بتن خودتراکم، بتنی که خودش متراکم می‌شود و احتیاج به تراکم توسط ویبراتور ندارد به‌عنوان راه‌حلی برای رفع مشکل دوام سازه‌های بتنی توسط اوکامورا در سال 1986 پیشنهاد گردید و تحقیقات برای گسترش این نوع بتن توسط ازاوا و ماکاوا در دانشگاه توکیو به‌انجام رسید. اوکامورا، در خلال تحقیقات خود دریافت که دلیل اصلی کاهش دوام و میزان کارایی بتن در سازه‌ها، عدم یکپارچگی و عدم همگنی در هنگام بتن‌ریزی می‌باشد.

با تولید و توسعۀ این نوع بتن، اوکامورا ضعف دوام و کارایی بتن در ژاپن را تا اندازه‌ای برطرف نمود. اوزاوا در ادامۀ تحقیقات خود به این نتیجه رسید که با به کارگیری فوق‌روان‌کننده و موادی نظیر سرباره و خاکستر بادی به‌عنوان جایگزین بخشی از سیمان، می‌توان مقاومت در برابر جداشدگی بتن خودتراکم را کنترل نمود و به میزان جریان‌پذیری بتن افزود. وی میزان 10 تا 20 درصد خاکستر بادی و 25 تا 45 درصد سرباره به نسبت آب به سیمان را به‌عنوان بهینه‌ترین مقدار برای افزایش جریان‌پذیری و پیشرفت مقاومتی بتن پیشنهاد نمود.

از ابتدای سال 1990 به‌کارگیری بتن خودتراکم به‌عنوان بتنی که نیاز به هیچ‌گونه ویبره نداشت، در ژاپن شدت گرفت و در ساخت پل‌ها، تونل‌ها و ساختمان‌ها استفاده شد. به‌طوری‌که مصرف این بتن در سال 2000 میلادی در صنعت بتن درجا و پیش‌ساخته به 400 هزار مترمکعب رسید. اولین مقاله دربارۀ بتن خودتراکم در دومین کنفرانس مهندسی سازه و ساختمان آسیای شرقی در سال 1989 ارائه شد و توسط مقالۀ دیگر در همایش بین‌المللی بتن آمریکا در سال 1992 ادامه یافت.

در سال 1996 چندین کشور اروپایی پروژۀ مشترکی را تحت عنوان “تولید منطقی و گسترش استفاده از بتن خودتراکم” به‌منظور مشخص‌شدن منابع مهم در رابطه با بتن خودتراکم تعریف کردند و به‌انجام رساندند. در سال 1997 کمیتۀ RILEM TCI 47 در زمینۀ بتن خودتراکم شروع به فعالیت نمود. امروزه بتن خودتراکم در هر کنفرانس مربوط به بتن مورد بررسی قرار می‌گیرد. در امریکا صنعت بتن خودتراکم از سال 2000 با کاربرد بیشتر در صنعت بتن پیش‌ساخته و همچنین در ساخت چندین پروژۀ تجاری مورد استفاده قرار گرفت.

انواع بتن خودتراکم

بتن‌های خودتراکم به سه گروه به شرح زیر تقسیم می‌شوند:

•    نوع پودری

بتن خودتراکم به نحوی نسبت‌بندی می‌شود که نیاز خودتراکم‌بودن را بدون استفاده از مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته و با بهره‌گیری از پودر تأمین می‌کند. با استفاده از پودر، مقاومت مناسب در مقابل جداشدگی ذرات در مخلوط بتن ایجاد می‌شود و با به‌کارگرفتن مواد افزودنی کاهندۀ آب و هوازا، تغییر شکل زیاد تأمین می‌شود.

•    نوع دارای مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته

در این گروه بتن خودتراکم، از مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته برای ایجاد مقاومت در برابر جداشدگی ذرات استفاده می‌شود و مواد افزودنی کاهنده آب و هوازا برای ایجاد تغییر شکل زیاد استفاده می‌شوند.

•    نوع ترکیبی

در این گروه از بتن خودتراکم از پودر همزمان با مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته استفاده می‌شود و مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته برای کاهش تغییرات کیفیت بتن تازه استفاده می‌شود.

مزایا و معایب بتن خود تراکم

SCC از مزایای متعددی برخوردار است که بخشی از آن‌ها به شرح زیر است:

•    قابلیت جاری شدن در میان میلگردهای متراکم و در قالب‌ها با شکل پیچیده

•    کاهش هزینه ساخت به دلیل بی نیازی به ویبره کردن و نیز عملیات کم‌تر در پرداخت سطح

•    انعطاف‌پذیری بیشتر در پخش شدن در قالب‌ها و در نتیجه نیاز کم‌تر به تعدد نقاط بتن‌ریزی

•    حصول بتن یکنواخت و همگن و در نتیجه بهبود خواص مکانیکی و دوام

•    کاهش آلودگی صوتی به دلیل حذف ویبره کردن

•    سرعت بیشتر در ساخت به دلیل حذف زمان ویبره کردن

•    بهبود سطح بتن مجاور قالب و در نتیجه حذف تعمیر جهت رفع منافذ سطحی

•    کاهش مصرف مقدار سیمان با طراحی مناسب مخلوط بر اساس چگالی انباشتگی

هرچند بتن خود تراکم از مزایای مهمی برخوردار است اما معایبی هم دارد که با انتخاب مناسب مصالح، مواد و طرح مخلوط می‌توان معایب را به حداقل رساند.

معایب SCC به شرح زیر است:

•    افزایش هزینه قالب‌ها به دلیل افزایش احتمالی فشار بر روی قالب

•    نیاز به منابع انسانی ماهر و متخصص در هنگام انتخاب مصالح، طرح مخلوط، انجام دادن آزمایش‌ها و اجرا

•    افزایش ریسک و عدم قطعیت به دلیل استفاده از مواد جدید مانند نسل جدید فوق روان‌کننده، ماده اصلاح کننده ویسکوزیته و پودر سنگ

•    افزایش الزامات کنترل کیفیت

•    احتمال تغییرات عمده در خواص بتن تازه و سخت شده به دلیل کوچک‌ترین تغییر در نوع و مقدار مواد مصرفی

حساسیت بتن خودتراکم در مرحلۀ طراحی، ساخت و اجرا در مقایسه با بتن معمولی

همان‌طور که اشاره شد، بتن خودتراکم می‌تواند برای ساخت هر نوع سازه با ویژگی‌های مطلوب دوام و مقاومت به‌کار رود. این نوع بتن به لحاظ پارامترهایی نظیر مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مدول الاستیسیته و … با بتن‌های معمولی تفاوت چندانی نداشته و همچنین تمامی پارامترها و فرمول‌های طراحی بتن معمولی، در مورد آن کاربرد دارد.

به دلیل استفاده از مواد افزودنی کاهنده آب و فوق‌روان‌کننده، مادۀ اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته و مواد پودری در ساخت بتن خودتراکم، طراحی طرح مخلوط و ساخت این نوع بتن از حساسیت بیشتری نسبت به بتن معمولی برخوردار بوده و در صورت عدم دقت در لحاظ‌نمودن صحیح پارامترهای طراحی، بتن موردنظر، مشخصات بتن خودتراکم را تامین نخواهد نمود. همچنین به دلیل استفاده از مقادیر زیاد مواد پودری در بتن خودتراکم، جمع‌شدگی خمیری و خزش بیشتری را نسبت به بتن معمولی انتظار داریم لذا سرعت در شروع عملیات عمل‌آوری در بتن خودتراکم یک امر ضروری است. لذا موارد گفته‌شده همگی بر لزوم کنترل دقیق پارامترهای طراحی، ساخت و اجرای بتن خودتراکم در مقایسه با بتن معمولی دلالت دارند.

مقایسۀ اجزای سازنده بتن خودتراکم و بتن‌های متداول

اجزای اصلی سازنده بتن خودتراکم همان اجزای تشکیل‌دهنده بتن معمولی است. با این وجود برای تامین ویژگی‌های خود تراکمی معمولاً تغییراتی در نسبت‌بندی مصالح انجام می‌شود و در صورت عدم تأمین مشخصات مورد نظر از مصالح کمکی استفاده می‌شود.

مواد مورد نیاز برای ساخت SCC به شرح زیر است:

•    سیمان و مواد سیمانی

انواع مختلف سیمان‌هایی که در بتن معمولی قابل‌استفاده هستند را می‌توان در بتن خودتراکم به‌کار برد. حجم خمیر که شامل ریزدانه‌ها، سیمان و آب و مواد افزودنی معدنی است در بتن خودتراکم بیشتر از بتن معمولی انتخاب می‌شود. دلیل این امر 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 ضروری است. نوع و مقدار سیمان بر اساس خواص و دوام مورد نیاز تعیین می گردد. معمولا مقدار سیمان در بتن خود تراکم بین kg/m3 450-350 است.

•    سنگدانه درشت

تمام سنگدانه‌های درشت که برای بتن معمولی استفاده می‌شود، قابل مصرف در SCC است.

اندازه حداکثر معمولا بین mm 20-16 است. بطور کلی مقدار سنگدانه درشت در SCC کم‌تر از بتن معمولی است زیرا سنگدانه درشت انرژی زیادی مصرف می‌کند که باعث کاهش جاری شدن بتن می‌شود و در هنگام عبور از موانع مانند آرماتور سبب مسدود شدن بتن می‌گردد.

•    سنگدانه ریز

تمام سنگدانه‌های ریز که برای بتن معمولی استفاده می‌شود، برای SCC نیز مناسب است. هر دو نوع ماسه شامل شکسته و گرد‌گوشه قابل استفاده می باشد.

•    مواد افزودنی معدنی

انواع مواد افزودنی معدنی یا پوزولان‌ها را می‌توان در SCC مصرف کرد. این مواد برای بهبود خواص بتن تازه و یا بتن سخت شده و دوام مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله این مواد می‌توان میکروسیلیس، سرباره و روباره را نام برد.

•    آب

آب به‌کاررفته در بتن خودتراکم باید همان ویژگی‌های ملزومات آب به‌کاررفته در بتن معمولی را فراهم نماید. 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 بیش‌ازاندازه لزجی بتن می‌شود. تنظیم نسبت آب به سیمان یکی از مهم‌ترین بخش‌های طراحی نسبت اختلاط بتن خودتراکم است.

•    فوق کاهنده آب

فوق کاهنده آب یا فوق روان کننده‌ها از مواد بسیار مهم برای ساخت SCC محسوب می‌شوند.

•    مواد اصلاح کننده ویسکوزیته

مواد اصلاح کننده برای افزایش مقاومت جداشدگی در SCC مصرف می‌شود. استفاده از این مواد نه تنها ویسکوزیته مخلوط را افزایش می‌دهد بلکه اثر تغییر در آب مخلوط را کاهش می‌دهد. به هر حال مخلوط‌های بتن خود تراکمی که عملکرد عالی پایداری از خود نشان می‌دهند و از سطح کافی ویسکوزیته برخوردارند تا از جدا شدگی جلوگیری کنند، نیاز به مواد اصلاح کننده ویسکوزیته ندارند.

•    فیلرها

به دلیل الزامات رئولوژی خاص SCC، هر دو مواد افزودنی فعال و خنثی برای بهبود کارایی و همچنین برای تعادل در مقدار مصرف سیمان، مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از فیلرها مانند پودر سنگ گرانیت سبب پایداری مخلوط بتن خودتراکم می‌شود، در نتیجه می‌توان جایگزین مواد اصلاح‌کننده ویسکوزیته مصرف نمود. اندازه فیلرها معمولا کمتر از ۰/۱۲۵mm است.

•    مواد افزودنی شیمیایی

دو نوع مادۀ افزودنی شیمیایی به‌صورت عمده در بتن خودتراکم استفاده می‌شود.

مواد افزودنی فوق‌روان‌کننده: برای افزایش روانی بتن تازه

مواد قوام‌آور: برای بهبود پایداری بتن

مواد افزودنی فوق‌روان‌کنندۀ مناسب برای کاربرد در بتن خودتراکم عمدتاً فوق‌روان‌کننده‌های نسل جدید بر پایۀ پلی‌کربکسیلاتی هستند. مقدار مصرف این مواد در حدود 0/5 تا 1/5 درصد وزنی سیمان است. در این میان مواد قوام‌آور کاربرد کم‌تری دارند و درصورتی‌که نتوان با روش‌های دیگر پایداری مورد نیاز را تامین نمود از این مواد استفاده می‌شود. مقدار مصرف این مواد در حدود  0/1 تا 0/5 درصد وزنی سیمان است.

در نهایت

استفاده از بتن خودتراکم از چندین سال قبل به‌صورت عضو سازه‌ای در کشورهای توسعه‌یافته رشد چشم‌گیری داشته درحالی‌که اجرای این بتن در سازه‌های بتنی ایران متداول نبوده است. در یک مطالعۀ موردی با بررسی موردی 10 پروژه با اسکلت بتنی و ارزیابی طرح‌های اختلاط و هزینۀ اجرای هر کدام از اعضای سازه‌ای، اگرچه هزینۀ تولید و مصالح اولیۀ بتن خودتراکم 44 درصد از بتن معمولی بیشتر شده است اما با محاسبۀ هزینه‌های اجرا به‌طور متوسط  63/2 درصد کاهش قیمت در این زمینه به‌دست آمده که نشان‌دهندۀ منفعت اقتصادی این نوع بتن می‌باشد. شاید مهم‌ترین دلیل عدم رواج استفاده از بتن خودتراکم در کشور، پیچیدگی‌های اجرایی این بتن به‌صورت درجا چه در اجرا و چه در تولید قطعات پیش‌ساخته می‌باشد که یقیناً با افزایش مطالعات آزمایشگاهی و رجوع به سوابق اجرایی مرتبط در دیگر کشورها، این نقص قابل ‌حل است.

 برای ارتباط با کارشناسان طرح تو طرح و دریافت مشاوره، روی دکمه زیر کلیک کنید.

درخواست مشاوره

برای خواندن مطالب بیشتر:

لرد راجرز | معرف معماری «های-تک» به جهان

ویلا | طراحی ویلا | مسابقات طراحی ویلا طرح تو طرح

معرفی اپلیکیشن Houzz  برای طراحی و دکوراسیون داخلی

نویسنده و گردآورنده: نیما قیطانی