کارکردهای بتن با کارایی یا مقاومت بالا
بتن‌هایی که قبلا (اواخر دهه 1970) به عنوان بتن‌های با مقاومت بالا شناخته می‌شد هم اکنون به عنوان بتن با کارایی بالا نام برده می‌شوند. این به دلیل آن است که در اجسام بتنی با مقاومت بالا عملکرد خود را در دیگر حوزه‌ها همچون دوام و مقاومت ساییدگی بهبود می‌بخشند. فوق روان کننده بتن از اجزاء ضروری در چنین بتن‌هایی هستند که هم اکنون به طور فزاینده‌ای برای سازه‌هایی که برای عمر 100 ساله طراحی شده‌اند، استفاده می‌شود. از جمله سازه‌های متداول پل‌های بتنی بزرگی هستند که در معرض شرایط زیست محیطی خورنده و سکوهای حفر شده ساحلی می‌باشند. در ادامه این مطلب از کلینیک بتن تهران دو مثال زیر کاربرد این نوع بتن را در دو سازه بزرگ در کانادا توصیف می‌کند.
جدول 7 – 17 پروژه پل استریت، خصوصیات بتن سازه ای
| Kg/m3 450 | سیمان فوم سیلیکا مخلوط شده |
| Kg/m3737 | ماسه طبقه بندی شده |
| | سنگدانه |
| Kg/m3570 | mm 20 - 10 |
| Kg/m3460 | mm 10 - 5 |
| l m-3 153 | آب |
| l m-3 160 | افزودنی محبوس کننده هوا |
| l m-3 71.1 | افزودنی کاهنده آب |
| l m-3 0.3 | فوق روان کننده |
| | اسلامپ قبل از افزوده شدن فوق روان کننده |
| mm 40 | اسلامپ پس از افزوده شدن فوق روان کننده |
| mm 200 | افت اسلامپ در یک |
| mm 40 | هوای موجود |
| 1.6 ٪ (range 5.5-7.8%) | فاکتور فاصله گذاری |
| mm 40 | سطح مخصوص |
| m 153 | ضریب خطی انبساط |
| mm-18.25 | مقاومت فشاری |
| 6- 10 × 3.8 c-1 | 24 ساعت |
| MPa 9.34 | 3 روز |
| MPa 2.52 | 7 روز |
| MPa 6.62 | 28 روز |
| MPa 9.81 | مدول الاستیسیته |
| | (استوانه 200×100) |
| GPa 0.40 | 28 روز |
| GPa 0.41 | 91 روز |
پل کنفدراسیون، کانادا
این پل از جزیره Northumberland Straid link Edward به سرزمین کانادا می‌گذرد. در باریک‌ترین نقطه آن دارای km9/12 طول است و از 44 دهانه تشکیل می‌شود که هر کدام 250 متر طول دارد. پایه‌های پل در یک عمق 35 متری آب مدفون می‌شود. شاه تیرهای دهانه اصلی (با وزن حدود 800 تن) به خوبی به هم متصل شده و در محل پروژه پس کشیده شده‌اند. این پل، که در معرض یک محیط آبی شدیدا خورنده است و بیش از 100 چرخه ذوب انجماد سالیانه دارد، برای یک عمر خدمت دهی 100 ساله طراحی می‌شود. نسبت‌های مخلوط و خصوصیات HPC در جدول 7 – 17 نشان داده می‌شود. نمایی از شاه تیر دهانه اصلی تکمیل شده در شکل 7 – 23 نشان داده می‌شود.
سکوی بتنی ساحلی HIBERNIA
سکوی بتنی ساحلی HIBERNIA در کرانه‌های Grand خارج از ساحل Newfound land، در کانادا یک سازه 111 متری است و حدود m3 165000 بتن با مقاومت بالا را نیاز دارد. نسبت‌های مخلوط معمول و خصوصیات بتن استفاده شده برای المان‌های «دامنه» از سازه در جدول 7 – 18 نشان داده می‌شود. «دامنه‌های» پیش ساخته یک مجموعه المان‌های بتنی مسلح هستند که به هم متصل شده بودند تا تشکیل دیواره‌های ممتدی دهند که از اساس دال سازه حمایت کند.
بتن با کارایی بالا یا حجم خاکستر بادی و سرباره بالا
بتن با کارایی بالا یا بتن با حجم خاکستر بادی بالا (HP/HVFAC)، % 60 –50 ماده سیمانی، خاکستر بادی است. میزان آب موجود خیلی پایین نگه داشته می‌شود و کارایی بالا با کاربرد پیمانه‌های مصرفی زیاد یک فوق روان کننده به دست می‌آید. به علت نسبت آب به سیمان خیلی پایین، این نوع بتن دارای توسعه مقاومت اولیه، مقاومت‌های بالا و خصوصیات دوام عالی است. هزینه پایین، حرارت هیدراتاسیون خیلی پایین و نفوذ پذیری بالا این بتن را برای کاربرد در بتن ریزی‌های حجیم برای دیواره‌های نگه دارنده ضخیم، ستون‌های بزرگ و بتن‌های حجیم خیلی به گزینه جذابی تبدیل کرده است. این نوع بتن با استفاده از خاکستر بادی کلاس C در ASTM به صورت موفقیت آمیز در گستره‌ای از کارکردهای سازه‌ای استفاده شده است.
شکل 7-23- نماهای شاه تیر دهانه اصلی تکمیل شده برای پل Nathumberland Strait
همانند HP/HVFAC، بتن با کارایی بالا یا با حجم سرباره بالا (HP/HVFAC) دارای نسبت آب به سیمان خیلی پایین در محدوده 27.0 – 45.0 است و از فوق روان کننده با پیمانه مصرفی بالا استفاده می‌شود تا به اسلامپ‌های فراتر از mm 125 دست یابیم. جدول 7 – 20 نسبت‌های اختلاط را به همراه خصوصیات بتن تازه و سخت شده نشان می‌دهد. می‌توان از جدول 7 – 20 مشاهده کرد که مقاومت فشاری 1 روزه بتن سرباره در بازه 5/2 تا MPa 9/6 است و مقاومت فشاری 7 روزه در بازه 1/14 تا 7/44 است. مقاومت متناظر 7 روزه برای بتن سیمان پرتلند کنترلی حاوی kg/m3 428 – 292 سیمان در بازه 8/27 تا 2/51 MPa است. مقاومت خمشی 14 روزه HP/HVFAC عموما به اندازه محسوسی بالاتر از بتن کنترلی با همان نسبت آب به سیمان است.
جدول 7 – 18 سکوی ساحلی HIBENIA، نسبت های مخلوط و نتایج آزمایش مقاومت بتن برای
المان های «دامنه» پیش ساخته
| میزان | اجزاء |
Kg m-3450
Kg m-3 976
Kg m-3 730
Kg m-3 162
36.0
700 میلی لیتر در kg100 سیمان
220 میلی لیتر در kg100 سیمان
25 میلی لیتر در kg100 سیمان | سیمان با فوم سیلوی ترکیب شده
درشت دانه
ریز دانه
آب
نسبت آب به سیمان
HRWRA*
WRA*
AEA* |
| محدوده انحراف استاندارد میانگین تعداد آزمون ها |
| زیاد کم |
110
2.6 | 100
8.2 | 20
7.0 | 108
8.4 | 136
136 | اسلامپ (mm)
درصد هوای موجود |
69.2 -
MPa8.73 -
MPa17.5 -
٪ 01.7 -
٪ 86.2 - | داده های مربوط به مقاومت فشاری 28 روز
تعداد آزمون ها
مقاومت فشاری میانگین
انحراف استاندارد کل
ضریب تغییرات کلی بین آزمون ها |
| | | | | |
HRWRA= افزودنی (فوق روان کننده) کاهنده آب با حد بالا WRA=. افزودنی کاهنده آب.
AEA= افزودنی هوازا
جدول 7 – 19 خصوصیات مکانیکی متداول بتن با خاکستر بادی حجیم ساخته شده با سیمان تیپ 1 و 2
| III سیمان نوع I ASTM | III سیمان نوع I ASTM | |
| MPa 2 ± 14 | MPa 2 ± 8 | مقاومت فشاری |
| MPa 4 ± 27 | MPa 4 ± 20 | ۱ روز |
| MPa 5 ± 40 | MPa 5 ± 35 | 7 روز |
| MPa5 ± 50 | MPa 5 ± 43 | ۲۸ روز |
| - | MPa 5 ± 55 | ۹۱ روز |
| MPa 5.0 ± 5.5 | | ۳۶۵ روز |
| MPa 5.0 ± 5.6 | MPa 5.0 ± 5.4 | مقاومت خمشی |
| | MPa 5.0 ± 0.6 | ۱۴ روز |
| MPa 5.0 ± 5.3 | | ۹۱ روز |
| | MPa5.0 ± 5.3 | مقاومت کششی |
| MPa 2 ± 37 | | ۲۸ روز |
| - | GPa 2 ± 35 | مدول الاستیسیته یانگ |
| - | GPa 2 ± 38 | کرنش جمع شدگی خشک در ۴۴۸ روز |
| - | | کرنش خزشی ویژه در ۳۶۵ روز |
| | 6- 10 × 50 ± 500 | (تنشMPa) |
| | 6- 10 × 4 ± 28 | |
جدول 7 – 20 خصوصیات مکانیکی بتن با حجم سرباره بالا
| نفوذ یون کلرید (c) مدول الاستیسیته (GPa) مقاومت خمشی (MPa) مقاومت فشاری (MPa) چگالی در 1 روز تعداد ترکیب سری های اختلاط |
| 28روز 28 روز 14 روز 91 روز 28 روز 7 روز 1 روز |
| 830 | 3.38 | 9.3 | 4.28 | 4.24 | 5.15 | 5.2 | 2475 | 60.0 | 45.0 | A | 1 |
| 230 | 4.42 | 8.7 | 4.51 | 6.19 | 5.31 | 8.2 | 2465 | 60.0 | 45.0 | B | 2 |
| 175 | 3.44 | 3.8 | 6.53 | 6.45 | 1.26 | 5.4 | 2435 | 70.0 | 34.0 | A | 3 |
| 1160 | 6.32 | 4.3 | 5.23 | 6.43 | 1.14 | 5.2 | 2470 | 70.0 | 34.0 | B | 4 |
| 325 | 3.42 | 0.7 | 9.49 | 6.49 | 6.25 | 3.4 | 2455 | 75.0 | 29.0 | A | 5 |
| 215 | 1.45 | 6.8 | 0.66 | 1.37 | 1.40 | 3.6 | 2450 | 75.0 | 29.0 | B | 6 |
| 385 | 3.44 | 0.7 | 2.55 | 2.21 | 8.34 | 9.6 | 2450 | 50.0 | 45.0 | A | 7 |
| 275 | 5.42 | 0.9 | | 9.19 | 9.40 | 7.6 | 2435 | 50.0 | 45.0 | B | 8 |
| | | | 3.58 | 6.45 | | | 2420 | 60.0 | 36.0 | A | 9 |
| 320 | 8.43 | 7.8 | 5.69 | 8.50 | 7.44 | 9.4 | 2460 | 60.0 | 36.0 | B | |
| 2985 | | 5.4 | | 3.57 | | | 2480 | 70.0 | 28.0 | A | 10 |
| 1285 | 4031 | 3.6 | 3.40 | 2.51 | 8.27 | 4.16 | 2455 | 70.0 | 28.0 | B | 11 |
| 1305 | 4511 | 2.7 | 4.66 | 3.52 | 3.43 | 8.27 | 2440 | 50.0 | 38.0 | A | 12 |
| | 1621 | | 8.71 | 6.53 | 2.51 | 2.37 | 2430 | 50.0 | 38.0 | B | |
| | | | | 6.54 | | | 2440 | 60.0 | 38.0 | A | |
| | | | | 4.54 | | | 2445 | 60.0 | 30.0 | B | |
| | | | | 2.63 | | | 2465 | 65.0 | 30.0 | control | |
| | | | | 4.57 | | | 2455 | 65.0 | 27.0 | control | |
| | | | | 6.34 | | | 2475 | 0 | 27.0 | control | |
| | | | | 1.55 | | | 2485 | 0 | 39.0 | | |
| | | | | 3.61 | | | | 0 | 31.0 | | |
| | | | | | | | | | 27.0 | | |
* آزمایش انجام شده روی استوانه‌های 152.
+ آزمایش انجام شده روی منشورهای 76.
+ نتایج در سن 91 روزگی هستند.