نسبت آب به سیمان چه ارتباطی با مقاومت بتن دارد؟
نسبت آب به سیمان
نسبت آب به سیمان، وزن آب موجود در یک ترکیب تقسیم بر وزن مواد سیمانی است. وزن کل آب شامل تمام آب مخلوط بتن و آب سطح مصالح است. مواد سیمانی شامل سیمان پرتلند، سیمان مخلوط و مواد افزودنی سیمانی مانند خاکستر بادی، سیلیکا فوم و سرباره میباشد. به این دلیل، نسبت آب به سیمان ممکن است به عنوان نسبت آب به مصالح سیمانی( (W/C نامیده شود.
مقاومت بتن
نسبت آب به سیمان یکی از بزرگترین عواملی است که بر مقاومت بتن خوب متراکم شده بستگی دارد. مقاومت بتن عمل آوری شده به دو عامل اصلی بستگی دارد:
1-نسبت آب به سیمان
2 -درجه تراکم
حفره های هوا در بتن به نسبت آب به سیمان بستگی دارد. افزایش حفره های هوا با افزایش وزن آب رابطه مستقیم دارد. زمانی که چنین وضعیتی اتفاق میافتد، مقاومت بتن پایین میآید. بتن سخت شده حدود 1 ٪حفره هوا دارد. در بتن سخت شده، مقاومت با نسبت آب به سیمان رابطه عکس دارد.
دامنه اعتبار نسبت آب به سیمان بسیار محدود است. هنگامی که نسبت آب به سیمان کم باشد،مقاومت فشاری حداکثر میزان را دارد. آغاز منحنی بستگی به ابزار متراکم کننده دارد. اگر سنگدانههایی با اندازه بزرگ، نسبت آب به سیمان کم و مقادیر زیاد سیمان استفاده شود؛ مقاومت بتن کاهش مییابد. اگر نسبت آب به سیمان در مخلوط تازه کمتر از بتن سخت شده باشد، نسبت آب به سیمان نمیتواند مقاومت باالتری در بتن به همراه داشته باشد. این شرایط به علت افزایش تنشهای کششی ناشی از انقباض و خزش اتفاق میافتد. این امر منجر به ترک خوردگی سیمان و یا از دست رفتن چسبندگی (که بین سیمان و سنگدانه وجود دارد) میشود چرا که سنگدانه سعی میکند تنشهای کششی را مهار کند. اجازه دهید تا دو حالت را در نظر بگیریم:
حالت 1 :هنگامی که نسبت آب به سیمان بالا است.
اگر نسبت W/C بالا باشد، مقدار زیادی آب به ازای هر واحد وزن سیمان در مخلوط بتن وجود دارد؛ بنابراین اگر یک حجم ثابت از بتن به صورت یک مکعب بتن ریزی شود، تعداد زیادی حفره آب در مکعب بتنی وجود خواهد داشت؛ بنابراین هنگامی که واکنش هیدراتاسیون در سطح ذرات سیمان شروع میشود، فرآورده های ژل مانند هیدراتاسیون در آب به دور از سطح ذرات سیمان رسوب میکنند.دو دلیل وجود دارد که چرا مقاومت بتن در این مورد کم است:
1-از آنجایی که یک فضای بزرگی برای فرآورده های خارجی هیدراتاسیون وجود دارد، فرآورده های خارجی هیدراتاسیون ابعاد بزرگی دارند. از قانون اثر اندازه میدانیم که ذرات بزرگتر مقاومت پایینتری در مقایسه با ذرات با اندازه کوچکتر دارند.
2 -اهمیتی ندارد که چقدر نرخ مصرف آب در واکنش زیاد است، با توجه به مقدار زیاد آب موجود در مخلوط، مقداری آب همچنان زمانی که بتن به سخت شدگی رسید و آماده استفاده شد باقی میماند. این آب محبوس شده به تدریج تبخیر میشود و فضاهای خالی را در بلوک بتنی برجای میگذارد. حضور این حفره ها منجر به کاهش زیاد مقاومت میشود.
حالت 2 :هنگامی که نسبت آب به سیمان کم است.
در این حالت، زمانی که بتن به داخل قالب ریخته میشود، مقدار بسیار کمی آب در بلوک قالب باقی میماند و بنابراین حفرات کمتری خواهیم داشت. هنگامی که واکنش هیدراتاسیون انجام میگیرد، ژلهای تشکیل شده فضای کافی برای انتقال و رسوب در حفرات را ندارد؛ بنابراین آنها در سطح ذرات سیمان رسوب خواهند کرد. فرآورده های اینچنینی هیدراتاسیون به عنوان فرآورده های داخلی هیدراتاسیون نامیده میشوند. فضای در دسترس برای رشد کریستالها محدود است، به طوری که آنها در مقایسه با فرآوردههای خارجی هیدراتاسیون با اندازه بسیار کوچکتری باقی میمانند.
زمانی که نسبت W/C کم باشد، به دلایل زیر مقاومت بتن بیشتر خواهد بود:
-1همانطور که در قانون تأثیر اندازه گفته شد، ژلهای تشکیل شده با اندازه کوچکتر در این مورد مقاومت بسیار بیشتری در مقایسه با زمانی که نسبت W/C بالا است، دارند.
2-از آنجایی که آب موجود برای هیدراتاسیون بسیار کمتر است، تقریباً همه آن در طول واکنش استفاده میشود؛ بنابراین آبی برای تبخیر شدن باقی نمیماند و از این رو کاهش مقاومت به علت تشکیل حفرات نیز هنگامی که نسبت W/C کم است، بسیار پایینتر خواهد بود.