تعریف بتن خودتراکم

طبق تعریف انجمن بتن ایالات متحده بتن خودتراکم «بتنی با کارایی زیاد و عدم جداشدگی است که می‌تواند در محل مورد نظر ریخته شده، فضای قالب را پر کند و اطراف آرماتورها را بدون نیاز به تراکم مکانیکی فرا بگیرد». بطور کلی بتن خودتراکم با مصالح بتن معمولی ساخته می‌شود و در برخی موارد برای ساخت آن علاوه بر مقادیر نسبتاً زیاد فوق روان‌کننده، از افزودنی لزجت دهنده نیز استفاده می‌شود

تاریخچه

از آغاز گسترش کاربرد بتن مسلح، مشکلات اجرایی ناشی از کاربرد مخلوط‌های خشک موجب گرایش به مخلوط‌های مرطوب تر با روانی بیشتر مخصوصاً در میان متولیان اجرای سازه‌های بتنی شده بود ولی از آنجا که افزایش روانی در گرو استفاده از آب بیشتر در مخلوط بتن بود و از طرفی تأثیر افزایش میزان آب به سیمان بر کاهش مقاومت و دوام بتن شناسایی شده بود، این سؤال برای متخصصان بتن ایجاد شده بود که چگونه می‌توان بدون تأثیر منفی بر خواص بتن در جهت سهولت اجرای سازه‌های بتنی، روانی مخلوط را افزایش داد. با گذشت زمان و پیدایش روان‌کننده‌ها و فوق روان‌کننده‌ها به عنوان نوع جدیدی از افزودنی‌ها، بسیاری از مشکلات اجرایی بتن که ناشی از استفاده از بتن‌های با کیفیت خوب ولی کارایی کم بود از میان برداشته شد. با این حال دست‌یابی به بتن با قابلیت خودتراکمی بدون افت در مقاومت و دوام بتن و عدم ایجاد انسداد و جداشدگی، سالها به عنوان یک هدف دست نیافتنی برای دست اندرکاران صنعت بتن در کشورهای مختلف قلمداد می‌شده است. این مسایل باعث توجه محققین به خواص کارایی و رئولوژی بتن گردید. نهایتاً در اوایل دهه هشتاد میلادی به دنبال کاهش نیروی کار ماهر در صنعت ساخت و ساز ژاپن و نیز تراکم نامناسب بتن ناشی از افزایش حجم آرماتورهای مصرفی که باعث کاهش کیفیت کارهای اجرایی انجام گرفته شده بود، این موضوع برای چندین سال مورد بحث و بررسی قرار گرفت تا اینکه نظریه  بتن خودتراکم، بتنی که بتواند تحت وزن خود و بدون نیاز به لرزاندن متراکم شده و تمام زوایای قالب را پر کند، به عنوان راه حلی توسط Okamura در سال ۱۹۸۶ مطرح شد. لازمهٔ تحقیق بر روی بتن خودتراکم مطالعهٔ عمیق کارایی بتن بود که توسط Ozawa و Maekawa در دانشگاه توکیو صورت گرفت. مدل اولیه  بتن خودتراکم در سال ۱۹۸۸ تکمیل شد و در همین سال این نوع بتن برای اولین بار در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی ارائه داد. تحقیقات در زمینهٔ بتن خودتراکم در اروپا و آمریکا در مقایسه با ژاپن دیرتر آغاز گردید. لیکن امروزه بتن خودتراکم همزمان با کشور ژاپن در مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی کشورهای اروپایی، کانادا، آمریکا و نیز آسیا موضوع بحث، بررسی و اجرای سازه‌های بتنی است. در پی استفاده گسترده از بتن خودتراکم در ژاپن، مراکز علمی و پژوهشی در دنیا بر آن شدند تا این تجربیات را بصورت مدون و استاندارد درآورند. می‌توان گفت منسجم‌ترین تلاش در این زمینه توسط مؤسسه اروپایی EFNARC در سال ۲۰۰۲ با انتشار راهنمای بتن خودتراکم به ثمر نشست. در سال ۲۰۰۵ میلادی نیز این مؤسسه به همراه چهار مؤسسهٔ دیگر تجربیات عملی در بتن خودتراکم را تحت عنوان «راهنمای اروپایی بتن خودتراکم، ویژگی‌ها، تولید و استفاده» گردآوری و منتشر نمودند. در ایران نیز آشنایی با این بتن از اوایل دههٔ ۷۰ آغاز شد و با گذشت زمان و پس از انجام مطالعاتی در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی کشور، این نوع بتن در چندین پروژهٔ خاص بکار گرفته شد

ویژگی‌های بتن خودتراکم

شروع تست L

اتمام تست L

شروع تست U

اتمام تست U

خواص بتن تازه در بتن‌های خودتراکم از حساسیت بیشتری نسبت به انواع دیگر برخوردار است زیرا مزایای این بتن غالباً از خواص آن در حالت تازه ناشی می‌گردد و به همین دلیل نیز آزمایش‌های خاصی برای ارزیابی رفتار بتن خودتراکم تازه بکار گرفته می‌شود. بتن خودتراکم در حالت تازه عموماً با سه ویژگی زیر شناخته می‌شود:

• قابلیت پرکردن
• قابلیت عبور
• مقاومت در برابر جداشدگی (پایداری)

باید توجه داشت که یک مخلوط بتن فقط هنگامی می‌تواند در طبقه‌بندی بتن خودتراکم قرار گیرد که الزامات مربوط به هر سه ویژگی را دارا باشد. به عبارت دیگر این سه ویژگی کارایی بتن خودتراکم را توصیف می‌کنند. طبق تعریف، کارایی بتن نشانگر سهولت اختلاط، جای‌دهی، تراکم و پرداخت سطح بتن تازه است. این ویژگی در بتن خودتراکم توسط آزمایش‌های ویژه‌ای مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. قابلیت پرکردن (جریان در حالت آزاد) توانایی بتن خودتراکم برای جریان و پرکردن همهٔ فضاهای داخل قالب، تحت وزن خود را نشان می‌دهد. این ویژگی هنگام انتخاب روش بتن ریزی و نیز تعیین فاصلهٔ مجاز بین نقاط بتن ریزی اهمیت خاصی می‌یابد. قابلیت عبور (جریان در حالت محبوس) به توانایی بتن برای عبور از موانع مختلف و فضاهای باریک در قالب، بدون وقوع انسداد جریان (اصطلاحاً بلوکه شدن) اشاره دارد. بلوکه شدن در نتیجهٔ جداشدگی موضعی سنگدانه‌ها در مجاورت موانع رخ می‌دهد و منجر به توقف جریان در غیاب تراکم دینامیکی می‌گردد. بتن خودتراکم هنگامی می‌تواند ظرفیت پرکنندگی زیادی داشته باشد که حد مناسبی از قابلیت عبور و قابلیت پرکنندگی را به صورت همزمان داشته باشد تا بتواند یک مقطع خاص را فقط تحت نیروی ثقل پر کند. پایداری بتن تازه به توانایی آن برای حفظ توزیع همگن اجزای مختلف در حین جریان و گیرش گفته می‌شود. برای بتن خودتراکم دو نوع ویژگی پایداری حائز اهمیت هستند: پایداری دینامیکی و استاتیکی. پایداری دینامیکی، مقاومت بتن در برابر جداشدگی اجزا حین جای دهی در قالب می‌باشد. هنگامی که شرایط آرماتوربندی به‌گونه‌ای باشد که نیازمند عبور بتن از فضاهای کوچک باشد، بتن خودتراکم مذکور باید پایداری دینامیکی کافی داشته باشد. پایداری استاتیکی نشانگر مقاومت بتن در برابر آب انداختگی، جداشدگی و نشست سطحی بعد از بتن ریزی و در حالی که بتن هنوز در حالت خمیری است، می‌باشد. در اغلب موارد، افزودنی اصلاح کنندهٔ لزجت و یا مقدار مواد پودری زیاد برای بهبود پایداری بتن تازه استفاده می‌شود. افزودنی اصلاح کنندهٔ لزجت برای بهبود رئولوژی مصالح سیمانی در حالت خمیری و کاهش خطر جداشدگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخلاف بتن معمولی، حادترین نوع جداشدگی در بتن خودتراکم هنگامی رخ می‌دهد که عملیات بتن ریزی انجام شده است و مخلوط بتنی در حالت سکون قرار دارد. در واقع در صورتی که مخلوط بتن از پایداری کافی برخوردار نباشد، سنگدانه‌های درشت تمایل به ته‌نشینی در ملات پیدا می‌کنند و حاصل کار بتن ناهمگن با خواص نامطلوب خواهد بود

مزایای بتن خودتراکم

کاربرد صحیح بتن خودتراکم می‌تواند تأثیرات مثبت فراوانی بر روند ساخت سازه‌های بتنی داشته باشد. «افزایش بهره‌وری» یکی از موارد مهمی است که با استفاده از بتن خودتراکم می‌توان به آن دست پیدا کرد. باید توجه داشت که در کنار تلاش برای کاهش هزینه‌ها، افزایش بهره‌وری در امر بتن ریزی نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این مسئله برای تمام رده‌های کاربرد، از پروژه‌های معمولی تا پیچیده‌ترین سازه‌ها، صادق است. مسئله بتن ریزی و تراکم در قسمت‌هایی از سازه که در آن‌ها بتن با مقاومت متوسط و مخصوصاً بتن پرمقاومت استفاده می‌شود، دارای اهمیت بیشتری است. به‌عنوان نمونه در اجزایی مانند دیوار برشی و ستون که معمولاً دارای تراکم زیاد آرماتور و ابعاد کوچک مقطع بتن ریزی می‌باشند، تراکم ناکافی ناشی از فاصلهٔ کم آرماتورها می‌تواند منجر به پیدایش نقاط ضعف در عضو بتنی شود. حذف کامل عملیات تراکم با به‌کارگیری بتن خودتراکم، باعث افزایش سرعت کار و کاهش هزینه‌ها می‌شود که نتیجهٔ آن افزایش بهره‌وری است. افزایش سرعت بتن ریزی نه تنها از منظر کاهش هزینه‌ها، بلکه از بُعد کاهش کل زمان ساخت حائز اهمیت است. بر این اساس، به‌کارگیری بتن خودتراکم می‌تواند از طریق کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری نقش کلیدی در ارتقای جایگاه صنعت بتن در عرصهٔ ساخت‌وساز داشته باشد. استفاده از بتن خودتراکم افزایش بهره‌وری را در حمل‌ونقل و بتن‌ریزی، علاوه بر فرایند تراکم، ممکن می‌سازد. رفتار شبه مایعِ بتن خودتراکم تازه سبب می‌شود بتوان روش‌های جدیدی را برای پمپ کردن بتن و هدایت آن به درون قالب بکار گرفت؛ مسئله‌ای که باعث پیدایش روش‌های نوین بتن ریزی شده است که نمونه‌های موفقی از به‌کارگیری آن‌ها در کشور ژاپن موجود است. با حذف نیاز به تراکم خارجی و وجود قابلیت جریان، درجهٔ بالاتری از اتوماسیون و صنعتی سازی در ساخت سازه‌های بتنی دست یافتنی است. این مسئله منجر به تحول سامانه‌های تولید (مخصوصاً در صنعت پیش ساختگی) و در نهایت افزایش بیش از پیش بهره‌وری در روند ساخت‌وساز می‌گردد. «افزایش همگنی» یکی دیگر از مزایای مهم استفاده از بتن خودتراکم می‌باشد. در واقع یکی از نگرانی‌های اصلی که موجب پیدایش بتن خودتراکم شد، کاهش دوام بتن به دلیل ناهمگنی اعضای بتنی بود. در بسیاری از سازه‌ها نیاز به بهبود عملکرد سازه‌ای و متعاقباً افزایش حجم آرماتور مصرفی در بتن، باعث ایجاد مشکلاتی در روند عملیات بتن‌ریزی و تراکم می‌شود که نتیجهٔ امر، تراکم ناکافی و ناهمگنی بتن خواهد بود. حتی در سازه‌های معمولی و در حجم کم آرماتور نیز استفاده از نیروی انسانی آموزش ندیده و عدم اعمال نظارت دقیق بر روند تراکم بتن باعث بروز این مشکلات می‌شود؛ بنابراین بهبود کیفیت عضو بتنی با تراکم زیاد آرماتور از طریق به‌کارگیری بتنی که خود انجام عملیات تراکم را تضمین نماید و با برخورداری از خصوصیت «پایداری» همگنی را در قسمت‌های مختلف فراهم کند، یک هدف مهم از تولید و به‌کارگیری بتن خودتراکم می‌باشد. علاوه بر موارد مطرح شده، بتن خودتراکم مزایای دیگری را نیز در اختیار سازندگان قرار می‌دهد. به‌طور خلاصه موارد زیر را می‌توان به‌عنوان مزایای اصلی استفاده از این نوع بتن ذکر نمود: ۱- افزایش سرعت اجرای سازه‌های بتنی و تسریع پیشرفت کار ۲- بهبود کیفیت ساخت - به دلیل اطمینان از تراکم کافی در مناطق با تراکم زیاد آرماتور ۳- کاهش آلودگی صوتی و توجه بیشتر به مسائل ایمنی و زیست‌محیطی در محیط کار- با توجه به حجم زیاد صدا ناشی از عملیات تراکم حین بتن‌ریزی و نیز در نظر گرفتن خطر ابتلای کارگران به سندروم انگشت سفید ۴- صر