ویژگیهای بتن SCC

از خصوصیات بتن scc جیزی می دانید؟

ویژگی سخت شوندگی بتن SCC

ویزگی سخت شوندگی بتن، صرف نظر از کارآمدی مخلوط، مورد انتقاد است. زمانی که SCC در آمریکای شمالی معرفی شد، سوالات مربوط به ویژگی سخت شدگی براساس دو زمینه قدیمی مطرح شد:

1. یک تصور غلط تاریخی این است که بتن با اسلامپ بیشتر و یا خاصیت روانی بالاتر کیفیت پایین تری نسبت به بتن سفت دارد.
   
2. مخلوط های جدید SCC و تکنیک نسبت بندی مخلوط اولیه SCC در محتوای شنی و خمیری استفاده می شدند. این مطلب خود منجر به ویژگی هایی از قبیل انقباض و خزش می شود.

آیا همیشه SCC دارای انقباض بیشتر، خزش بیشتر و میزان مدول الاستیسیته پایین تر از بتن معمولی می باشد؟ آیا ویژگی های تازه SCC بر ویژگی سخت شدگی آن تاثیر می گذارد؟
مطالعات فشرده شده در رابطه با ویژگی سخت شدگی SCC گاهی اوقات موجب تناقض در نتیجه گیری از سوالات فوق می شود. چنانچه کسی جزئیات و نتایج حاصل از این مطالعات را بررسی کند و همچنین مقایسه هایی را که انجام شده بازبینی کند، بسیار مفید خواهد بود.

پنج روش اساسی وجود دارد که عملکرد سخت شدگی SCC به کمک آنها مقایسه شده یا ارائه می شود.

1. ویژگی SCC و اطلاعات مربوط به آن به تنهایی و بدون هیچگونه مقایسه ای ارائه شده است.
   
2. SCC با بتن معمولی، با توجه به کاربرد مورد نظر، مقایسه شده است. در این بررسی ها نسبت های مخلوط برای بتن معمولی و مخلوط SCC بطور قابل ملاحظه ای متفاوت است. زمانی که مبنای نسبی مقایسه بتن معمولی با عملکرد پایین است، اختلاف بین آن و SCC، نسبت به زمانی که مقایسه نسبی با بتن با عملکرد بالا انجام می شود، بیشتر است.
   
3. SCC با بتن معمولی مقایسه شده است که نسبت ها در هر دو به گونه ای است که مقاومت مورد نظر، قابل حصول باشد. توسعه مخلوط SCC کم مقاومت، که همواره خاصیت تازگی مناسب و مطلوبی را از خود نشان دهد امری دشوار بوده، زیرا برای دستیابی به این ویژگی های تازه، محدودیت هایی در تکنیک نسبت اختلاط وجود دارد.
   
4. با اعمال تغییرات سیستماتیک در نسبت های SCC و یا مواد تشکیل دهنده، تغییرات حاصله در عملکرد بتن گزارش شده است. مطالعات فراوانی وجود دارد که تاثیر حجم خمیر و ترکیب، نسبت آب به سیمان (W/C) و اندازه سنگدانه ها و ترکیب را بیان می کند.
   
5. عملکرد SCC با مطالعات پیش بینی شده ACI و AASHTO و یا دیگر شاخص اروپایی مقایسه شده است. در این موارد، هدف این است که مشخص کنیم که آیا معادلات خاص که توسط مهندسین طراح مورد استفاده قرار می گیرند، برای بتن SCC نیز کاربرد دارد یا خیر؟

متغیرهای موثر بر ویژگی های سخت شوندگی

هر یک از بخش های زیر یک ویژگی خاص و متغیرهای نسبت اختلاط را که تاثیر گذار هستند بررسی می کند.

مقاومت فشاری

می توان SCC را به منظور دستیابی به میزان بالایی از مقاومت فشاری توسعه داد. ایجاد مقاومت فشاری در ابتدا به کمک نسبت آب به سیمان و از طریق ترکیب اجزاء سیمانی تعیین می شود.  بطور مثال مخلوط SCC را می توان با هر ترکیبی از سیمان، پوزولان ها و در برخی موارد به همراه پودرهای ریز تولید نمود. اگر یک مخلوط SCC با استفاده از ترکیبی از سیمان و خاکستر سبک تامین می شود. بهبود مقاومت فشاری نیز نیازمند اندازه گیری در بازه زمانی بیش از 28 روز است، (همانطور که برای اسلامپ بتن معمولی انجام می شود). بطور مشابه، اگر مقاومت فشاری اولیه مطلوب باشد، مانند بتن پیش ساخته، میزان جایگزینی سیمان پرتلند با ماده سیمانی مکمل، محدود خواهد شد.

مدولوس الاستیسیته (MOE)

مدولوس الاستیسیته از اهمیت ویژه ای برخوردار است. زیرا استفاده از SCC بطور خاص، در کاربردهای مربوط به بتن پیش ساخته و پیش تنیده افزایش یافته است. مطالعات متعددی نشان داده اند که همانند اسلامپ بتن معمولی، MOE مربوط به SCC نیز با افزایش محتوای خمیری مخلوط، یا کاهش مقاومت و یا کاهش سنگدانه ها، کاهش یافته است. از آنجا که میزان وسیعی از مقادیر مربوط به مقاومت فشاری را می توان ایجاد کرد، میزان وسیعی از مقادیر MOE نیز در مخلوط های SCC قابل حصول است. دستورالعمل های ACI و دستوالعمل های اروپایی بیانگر این است که رابطه بین مقاومت فشاری مدولوس الاستیسیته برای مخلوط های SCC، احتمالاً مشابه با رابطه پیش بینی شده ای که برای بتن معمولی ارائه شده، نمی باشد. گزارش 237 انجمن، ACI بیان می کند که برای کاربردهایی که MOE اهمیت دارد، باید از طریق مخلوط های آزمایشی مشخص شود.

خزش

خزش بتن بطور قابل ملاحظه ای وابسته به نسبت های به کار گرفته شده در مخلوط می باشد.
 ACI 237.R.07 بیان می کند زمانی که از مواد و نسبت های مشابهی در ساخت بتن معمولی و بتن SCC استفاده می شود، خزش در مخلوط SCC مشابه با خزش در اسلامپ بتن معمولی می باشد. اگر ظرفیت نسبی خمیر افزایش پیدا کند یا نسبت آب به سیمان افزایش یابد، افزایش خزش قابل پیش بینی است، همین مطلب برای بتن های معمولی نیز صادق است.

انقباض و ترک خوردگی

انقباض (افت) بتن به صورت های انقباض ذاتی، خشک شدگی و انقباض خمیری (پلاستیک) دسته بندی می شود. انقباض خمیری زمانی اتفاق می افتد که میزان بخار آب (شیره) بتن از میزان آب روی سطح، قبل از سخت شدن کامل و مقاومت کافی، بیشتر باشد، اندازه میزان شیره (آّب) بتن می تواند تحت تاثیر روش های مشخص تعیین نسبت مخلوط باشد. همچنین این میزان می تواند بر روی سخت شدگی و مقاومت نیز موثر باشد. افزایش نسبت درصد هوا، حجم مواد ریز و سبک (سیمان به علاوه پودرهای دیگر شامل شن ریز) و افزایش نسبت آب به پودر همگی موجب کاهش مقدار و میزان شیره بتن بر روی سطح می شوند. گنجاندن برخی از افزودنی های ویسکوزیته نیز می تواند مقدار و میزان شیره (آّب) را کاهش دهد. میزان سخت شدگی و افزایش مقاومت با استفاده از افزودنی های (ترکیب) تاخیری، از طریق جایگزینی مواد سیمانی مکمل و یا از طریق استفاده از مقدار بالایی از کاهش دهنده های آب با طیف بالا کاهش می یابد. مخلوط های SCC با محتوای پودر بیشتر، نسبت های آب به پودر پایین و یا مقدار بالایی از ویسکوزیتی اصلاح مواد افزودنی (VMA) می توانند بر روی ترک خوردگی، انقباض (افت) پلاستیکی (خمیری) مستعدتر باشند که شرایط محیطی مناسبی را فراهم می کنند. در این موارد باید توجه خاصی برای به حداقل رساندن تبخیر سطحی در مراحل اولیه معطوف گردد.
انقباض خمیری (افت پلاستیکی) در واقع تحت تاثیر ویژگی مواد تشکیل دهنده و نیز نسبت اختلاط بکار برده شده در مخلوط می باشد.  انقباض SCC از همان قوانین سرانگشتی سیمانی معمولی پیروی می کند. انقباض با افزایش حجم آب و همچنین کاهش میزان سنگدانه های درشت، افزایش می یابد. باید متذکر شد که مخلوط های اسلامپ بتن معمولی با نسبت های مشابه مخلوط SCC، انقباض مشابهی ایجاد می کنند. انقباض بتن از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا با ترک خوردگی مرتبط است. ASTM C1581 به عنوان روشی برای ارزیابی پتانسیل ترک خوردگی بتن ارائه شده، زیرا نوعی انقباض تحت کنترل است. کاهش نسبت سنگدانه های درشت، به حداقل رساندن حجم خمیر و یا وارد کردن فیبرها و مخلوط کاهش دهنده انقباض، می توانند انقباض و میزان ترک خوردگی را کاهش دهند.

اتصال به فولاد و کابل پیش تنیده

اگر مخلوط بیش از حد مورد ارتعاش قرار بگیرد، اتصال به فولاد در بتن معمولی می تواند دچار گسستگی شود.
اگر یک مخلوط SCC روان و پایدار مناسب مورد استفاده قرار گیرد، این متغیرها را در ساختار می توان حذف کرد. تا زمانی که پیوستگی به آرماتور مخلوط SCC پایدار باشد، افزایش سیالیت SCC تاثیر مثبت خواهد داشت. همان طور که مخلوط SCC ناپایدار می شود، پیوستگی فولاد در معرض تخریب قرار می گیرد. این مطلب به خصوص در قسمت بالای میله، در عناصر بلندتر تاثیرگذار است، در جایی که آب بتن در زیر میله های بالایی گیر افتاده و موجب کاهش پیوستگی بتن به فولاد می شود. ضمناً ثابت شده که این اثر، با افزایش نشست مخلوط، افزایش می یابد.

دوام (پایداری)

SCC می تواند طوری نسبت بندی شود که پایداری در مقابل انجماد / ذوب شدگی، مقاومت نسبت به نمک و مقاومت نسبت به نفوذ کلرید را فراهم آورد. کیفیت سنگدانه های به کار رفته، کیفیت سیستم های سختی حفره هوا، مقاومت نسبت به نمک و پایداری در مقابل انجماد / ذوب شدگی SCC از اهمیت بالایی برخوردار است.
سیستم هوادهی در بتن از طریق عمل تاکردن در حین فرآیند مخلوط ایجاد می شود. بسیاری عوامل تحت تاثیر هوادهی در مخلوط هستند، از جمله میزان روان بودن بتن، اندازه پیمانه نسبت به اندازه مخلوط کن، نسبت های مخلوط، ریز بودن سنگدانه ها، سیستم سیمانی و ترکیبات شیمیایی. کاربرد ترکیبات هوا (AEA) در بتن، پایدار سازی حباب های ایجاد شده در حین مخلوط سازی است.
جدول 4-2 نشان دهنده ضریب فاصله در مخلوط های SCC دارای هواست که هدف آنها، ایجاد جریان اسلامپ به میزان 610-660 میلی متر است که با برند تجاری AEAs قابل دسترسی می باشد. نمونه های تحلیلی حفره هوا به دو روش تولید شده اند: یکی از طریق ریختن بتن در سیلندرها و دیگری بواسطه ریختن و میله زدن بتن در سیلندر.
اندازه گیری ضریب فاصله و نیز سطوح نواحی مخصوص نشان می دهد زمانی که میله زدن همراه با بتن ریزی انجام شود، نسبت به زمانی که فقط بتن ریزی انجام شود نتیجه بهتر و موثرتری در بر خواهد داشت.
پرکردن یا ریختن بتن در سیلندر در آزمایشگاه و فرآیند بتن ریزی در یک پروژه، از نظر میزان سطح انرژی مصرفی، یکسان نیستند. در زمان ریختن (پر کردن) نمونه ها در تحلیل حفره هوا ممکن است فضاهای خالی باقی بماند و سیستم حفره هوا عملکرد بدتری داشته باشند. نفوذپذیری بتن با نسبت آب به سیمان افزایش می یابد و با وارد کردن موادی از قبیل نرمه سیلیس، کاهش می یابد.
جدول 4-3 نشان دهنده نتایج آزمون نفوذپذیری کلرید سریع در مخلوط SCC است، (با نرمه سیلیس و بدون آن)، البته با افزودن نرمه سیلیس متوجه بهبود در اندازه 28 روزه و 56 روزه مخلوط می شویم. مشابه همین روند برای بتن معمولی هم وجود دارد. نسبت های مخلوط، کیفیت اولیه و غلظت خمیر سیمان نقش مهمی در دوام مخلوط های SCC دارد. ارتقاء یک مخلوط با مقاومت فشاری معادل یک مخلوط بتن معمولی، برای دستیابی به عملکرد پایداری یکسان، کافی نیست. زمانی که ویژگی پایداری براساس حجم برابری از سیمان و نسبت آب به سیمان برابر باشد پایداری SCC به اندازه میزان بتن معمولی خواهد بود.

جدول  پارامترهای خارج شده هوای سخت و فشرده شده برای ریختن در برای نمونه های میل شده

جدول  نفوذپذیری سریع ترکیب کلرید با جسم بسیط دیگر همراه و بدون بخار سیلیک

سیالیت مخلوط، پایداری و ویژگی های سخت شوندگی SCC

این دلیل که ویژگی های سخت شدگی در SCC به شدت تحت تاثیر نسبت های مخلوط هستند، قابل قبول است. اما سوال این است که آیا ویژگی هایی که SCC را از اسلامپ بتن معمولی متمایز می کنند تاثیر گذار خواهند بود یا خیر؟ در صورت تاثیر گذار بودن، سیالیت و پایداری مخلوط چه تاثیری بر ویژگی های سخت شوندگی SCC دارند؟

تاثیر سیالیت بر مقاومت فشاری

مقاومت فشاری برای یک مخلوط SCC می تواند بیشتر از اسلامپ بتن معمولی با نسبت W/C یکسان باشد.
جدول زیر نشان دهنده داده هایی از یک تحقیق آزمایشگاهی طراحی شده، برای مطالعه تاثیر سطح سیالیت بر مقاومت فشاری است. در این ارزیابی چهار پیمانه (Batch) بزرگ بتن تولید شده است. از هر پیمانه چهار مجموعه از سیلندرهای (استوانه ای) مقاومت فشاری با چهار سطح مختلف سیالیت پر شده است. در ابتدا به منظور دستیابی به یک جریان اسلامپ به اندازه 150-125 میلی متر، به هر مخلوط یک واحد HRWR اضافه می شود تا جایی که همه سیلندرهای مقاومت فشاری پر شوند. سپس HRWR اضافی به باقیمانده بتن مجدداً اضافه می شود تا جایی که جریان اسلامپ به میزان 225- 200 میلی متر افزایش یابد و سپس مجموعه دیگری از سیلندرهای مقاومت فشاری نیز پر شوند. این روند دو بار دیگر نیز تکرار می شود تا جریان اسلامپ به میزان 550- 500 و 650- 600 میلی متر برسد. هر بار سیلندرهای اضافی برای انجام آزمون مقاومت فشاری پر می شوند. در این سنجش در مخلوط 1 و 2 اندازه سنگدانه های درشت 10 میلی متر و در مخلوط 3 و 4 اندازه سنگدانه های درشت استفاده شده 25 میلی متر بوده است. مقاومت فشاری مخلوط های SCC با میزان W/C برابر، می تواند بالاتر از یک مخلوط اسلامپ بتن معمولی باشد.

جدول سیالیت مخلوط بتن و مقاومت فشاری 28 روزه

پایداری مخلوط و سیستم حفره هوا

همان طور که مخلوط های SCC ناپایدار شده و تفکیک اتفاق می افتد، حباب هوای کشیده شده محبوس می شود، زمانی که ذرات سنگین تر فرو می روند این حباب ها همراه با هر آب آزادی بالا می آیند. این ناپایداری به یکپارچگی سیستم حفره هوا لطمه می زند و در نتیجه می تواند بر پایداری یک مخلوط SCC تاثیر بگذارد. همان طور که یک مخلوط پایداری اش را از دست می دهد سیستم حفره هوا بطور منفی تاثیر گذار می شود. همان طور که مخلوط بسیار ناپایدار می شود (VSI=3) نه تنها ضریب فاصله افزایش می یابد، بلکه در یک نمونه به شدت تغییر می کند.
بیش از هزار مقاله در ارتباط با SCC نوشته شده است و تعداد زیادی از این تحقیقات بر روی ویژگی سخت شوندگی آن انجام شده است. برخی از آنها نتیجه گرفته اند که ویژگی سخت شوندگی SCC معادل این ویژگی در اسلامپ این ویژگی در اسلامپ بتن معمولی است. در هر صورت، اصولاً غیرممکن است که SCC را به دو دسته همواره بهتر و بدتر دسته بندی کنیم. نتیجه این که ویژگی سخت شوندگی SCC در واقع توسط نسبت های مخلوط و مواد تشکیل دهنده آن تعیین می شود.
اگر این نسبت ها بطور قابل ملاحظه ای متفاوت از مخلوط اسلامپ معمولی باشد که با آن مورد مقایسه قرار می گیرد، طبیعتاً باید انتظار تفاوت در عملکرد را داشت. برای اثبات این حقیقت داشتن مخلوطی پایدار ضروری است. اگر یک مخلوط پایداری کمتری داشته باشد، ویژگی های دیگر نیز باید تاثیر منفی بپذیرند، درحالی که همه خصوصیات و ویژگی های دیگر تحت تاثیر قرار نمی گیرند. زمانی که پایداری مخلوط تحت تاثیر قرار می گیرد، سیالیت نیز تاثیر منفی می پذیرد. البته لازم به ذکر است که بگوییم مخلوطی از SCC با میزان سیالیت بالا و مقاومت بتن و میزان سختی عالی می تواند تولید شود و هم اکنون نیز تولید شده است.