مشخصات بتن خوب چیست؟

بتن ماده کامپوزیتی است که از اختلاط سیمان، ماسه، سنگدانه‌ها و آب به نسبت مناسبی بدست می‌آید. بتن به یک ماده ساختمانی جهانی تبدیل شده است که به طور گسترده ای در ساخت و سازهای مهندسی ساختمان استفاده می‌شود. هیچ ماده‌ای از نظر مقاومت فشاری بالا، انعطاف پذیری آن در هر شکل، با دارا بودن مقاومت بالا در برابر آتش و بدون خوردگی با هزینه نگهداری ناچیز، نمی‌تواند با بتن رقابت کند. همانطور که می‌دانیم بتن به تنهایی در ساختار ساختمانی استفاده نمی‌شود. میله‌های تقویت شده در بتن وارد می‌شوند تا سازه ای به اندازه کافی مقاوم را ایجاد کنند. در ادامه با ما همراه باشید تا مشخصات بتن خوب را به شما توضیح بدهیم.

بتن چیست؟

اکنون به طور خاص، بتن با مخلوط کردن سیمان، شن و ماسه، آب و سنگدانه ساخته می‌شود. سنگدانه‌ها نقش مهمی ‌در حمل نیروهای فشاری دارند و مخلوط باقیمانده (سیمان، شن و ماسه، آب) به عنوان چسبی برای اتصال این سنگدانه‌ها عمل می‌کند. وقتی نیرو به عضوی از بتن وارد می‌شود، این چسب تنش‌های فشاری را از یک ماده به یک ماده ای دیگر منتقل می‌کند. در اصطلاحات فنی، چسب به عنوان یک منطقه انتقال سطحی نامیده می‌شود.

وقتی بتن تحت تنش است، سنگدانه‌ها از یکدیگر دور می‌شوند. چسبی که کل سیستم را در خود نگه داشته، به طور قابل توجهی ضعیف تر از سنگدانه‌ها است. با توجه به نیروی کششی اعمال شده، چسبی که ترکیبات مختلف بتن را در کنار هم نگه داشته است، می‌شکند. بنابراین تحت تنش، این منطقه به عنوان یک حلقه ضعیف عمل می‌کند و بتن با نیروی کمتری خراب می‌شود. بنابراین، میله‌های فولادی برای نیازهای کششی در بتن قرار می‌گیرند زیرا فولاد دارای مقدار مشابهی از فشار و کشش است.

چرا بتن دارای آرماتور است؟

بتن از نظر فشرده سازی بسیار محکم است، اما از نظر کششی ضعیف می‌باشد. برای جبران مقاومت کششی کم، میله‌های تقویت شده بتنی قرار داده می‌شوند. بنابراین بتن توسط فولاد تقویت شده و جرم کامپوزیت حاصل از آن، بتن سیمان تقویت شده نامیده می‌شود. حالا این سوال در ذهن شما وجود دارد؟ چرا بتن در تنش ضعیف است؟ خب، بتن از نظر تنش محکم می‌باشد، اما فشاری بودن بتن ده برابر قوی تر از کشش آن است. از سویی دیگر، نیروی فشرده سازی در بتن مساوی 10 برابر نیروی کششی بتن است.

خواص مهم بتن

دانستن خصوصیات مهم بتن برای هر مهندس عمرانی برای طراحی سازه ضروری است. خصوصیات بتن توسط عوامل مختلف، کنترل و تحت تأثیر قرار می‌گیرد، از بین آنها نسبت‌های مخلوط، نقش مهمی در مقاومت بتن دارند و این نسبت‌ها خصوصیات مقاومت را کنترل می‌کنند. اثر متقابل شیمیایی بین سیمان و آب، سنگدانه را به یک جرم جامدی متصل می‌کند. بتن تازه پلاستیکی خواهد بود تا بتوان آن را به هر شکل دلخواهی قالب زد. بتن تازه باید دارای خصوصیات زیر باشد:

کارایی بتن

کارایی خاصیت پیچیده ای از بتن است. کارایی بتن تازه مخلوط شده، سهولت و یکدستی را در مخلوط کردن، قرار دادن، فشرده سازی و پایان کار تعیین می‌کند. یک بتن خوب و قابل کار کردن نباید هیچگونه تفکیک و آب انداختگی پس از تراکم از خود نشان دهد. قابلیت کار در بتن دارای روغن کاری لازم برای کار بتن بدون جداسازی است و باید بدون از دست دادن همگن بودن در موقعیت قرار گیرد و با حداقل تلاش متراکم شود.

عواملی که بر کارایی بتن تأثیر می‌گذارند:

• کارایی در مخلوط کردن نسبت‌ها
• نسبت آب به سیمان
• درجه بندی کل
• درصد مواد ریز موجود در مخلوط
• استفاده از مواد افزودنی

نکته: معمولاً تست اسلامپ برای بررسی کارایی بتن انجام می‌شود.

تفکیک بتن

جداسازی سنگدانه درشت از مخلوط بتن را جداسازی بتن می‌نامند. یک بتن خوب باید پس از مخلوط کردن، تفکیک کمتری از خود نشان دهد. تفکیک بیش از حد منجر به لانه زنبوری (شن نمایی بتن) و کاهش تراکم بتن و در نهایت از بین رفتن مقاومت بتن سخت شده می‌شود.

آب انداختگی در بتن

جداسازی آب از بتن تازه مخلوط شده را آب انداختگی می‌نامند. یک بتن خوب نباید آب انداختگی کمتری داشته باشد. آب انداختگی باعث متخلخل و ضعیف شدن بتن می‌شود. برای به حداقل رساندن آن، در مورد دلایل جداسازی و آب انداختگی در بتن و روش‌ها بیشتر بیاموزید.

ویژگی‌های بتن در مرحله سخت شدن

بتن با عمل آوری دوره ای 95 درصد مقاومت فشاری مورد نظر را طی 28 روز بدست می‌آورد. بتن سخت شده باید دارای خصوصیات زیر باشد:

مقاومت فشاری بتن

مقاومت بتن به عنوان مقاومت فشاری مشخصه مکعب 150 میلی متر در سن 28 روزگی هنگام آزمایش با دستگاه تست جهانی در N / mm2 تعیین می‌شود. از آنجا که گریدهای بتن بین 15 تا 80 N / mm2 متغیر هستند، این نمرات بر اساس نسبت مخلوط متفاوت خواهند بود. یک بتن خوب نباید کمتر از 5 درصد مقاومت بتن مورد نظر باشد.

ما می‌دانیم که بتن درجه M20، مقاومت فشاری 20N / mm2 دارد. یک بتن خوب نباید بعد از 28 روز آزمایش با فشار UTM، کمتر از 19N / mm2 (5 درصد) مقاومت فشاری از خود نشان دهد. 

مقاومت کششی بتن

همانطور که در بالا بحث شد، بتن دارای کشش بسیار کمی است. مقاومت کششی بتن خاصیت مهمی می‌باشد که بر میزان و عرض ترک‌های سازه تأثیر می‌گذارد. مقاومت کششی بتن یکی دیگر از مشخصات بتن خوب به حساب می آید. یک بتن خوب باید دارای مقاومت کششی 10/1 برابر مقاومت فشاری باشد. طبق IS 456: 2000 مقاومت کششی بتن را می‌توان از مقاومت فشاری مکعب مشخص کرد.

مقاومت کششی فرمول بتن

مقاومت کششی بتن با روش آزمایشی Split Cylinder  محاسبه می‌شود. مقدار مقاومت کششی بین 8/1 تا 12/1 مقاومت فشاری مکعب متغیر است. طبق معیار یوروکد -2، مقادیر مختلف بتن دارای مقاومت کششی زیر هستند:

مدول الاستیسیته

مدول الاستیسیته بتن ویژگی مهمی است که برای محاسبه انحراف اعضای سازه بتنی مورد نیاز می‌باشد. مدول الاستیسیته نسبت بین فشار و کشش است. طبق IS456: مدول الاستیسیته 2000 با رابطه زیر بدست می‌آید. طبق یوروکد -2، گریدهای مختلف بتن دارای مدول مقادیر خاصیت ارتجاعی زیر می‌باشند:

نسبت پواسون

وقتی بتن در یک جهت فشرده شده، معمولاً تمایل دارد در دو جهت دیگر عمود بر جهت فشرده سازی نیز منبسط شود. تغییر طول محاسبه شده و به طول‌های موجود اضافه می‌شود. نسبت پواسون بین بتن با مقاومت بالا و 0.1 برای بتن ضعیف متفاوت است.

جمع شدن بتن

خاصیت کاهش حجم در طی فرآیند خشک شدن و سخت شدن بتن، جمع شدگی بتن نامیده می‌شود. جمع شدگی ممکن است منجر به ترک سطح شود. وقوع ترک‌های انقباضی به نسبت و ترکیبات بتن و همچنین شرایط محیطی بستگی دارد. طبق IS456: 2000 در هنگام طراحی سازه، کرنش جمع شدگی کل 0.0003 در نظر گرفته شده است.

خزش در بتن

طبق IS456: 2000 Creep، خزش در بتن به عنوان تغییر شکل پلاستیک تحت بار یا تنش ثابتی تعریف می‌شود. ضریب خزش به عنوان نسبت کرنش خزش نهایی به کرنش الاستیک در سنین مختلف بارگذاری تعریف می‌شود.

نحوه تولید بتن خوب

برای درک عملکرد بتن خوب، لازم است بدانید که اولویت‌های بتن خوب چیست و ثانیا چگونه می‌توان در عمل به آنها دست یافت. مشخصات بتن خوب به شرح زیر هستند:

• بتن خوب باید هم در حالت پلاستیک و هم در حالت سخت شده رضایت بخش باشد.
• این باید قابلیت کارایی کافی برای جابجایی و قرار دادن داخل فرم‌ها با جریان مناسب در اطراف آرماتور بدون جداسازی را داشته باشد و باید بدون تلاش بیش از حد فشرده شود.
• همچنین لازم است که از نظر نیاز طراحی، مقاومت و دوام لازم را داشته باشد و تمام این خصوصیات باید با هزینه معقولی صورت گیرند تا از حداکثر اقتصاد در هزینه ساخت و ساز اطمینان حاصل شود.

مشخصات اصلی بتن

خصوصیات بتن در حالت پلاستیک:

• کارایی خوب
• آزادی از تفکیک ، انسجام
• آزادی از خونریزی

خصوصیات بتن در حالت سخت شده:

1- مقاومت در خرد شدن کشش ، خم شدن و پیوند

2- ماندگاری:

• مقاومت در برابر هوازدگی
• مقاومت در برابر واکنش‌های شیمیایی نامطلوب
• مقاومت در برابر سایش

3- نفوذناپذیری:

• تنگی آب
• مقاومت در برابر خوردگی آرماتور

4- خصوصیات مربوط به تغییرات ابعادی:

• حداقل انقباض خشک شدن
• حداقل تغییر طول به دلیل دما
• آزادی از ترک
• توسعه پذیری

انسجام بتن: دومین نیاز بتن خوب در حالت پلاستیک، انسجام یا آزادی از جداسازی است. در یک بتن متناسب با سنگدانه‌های درجه بندی شده با کیفیت خوب، حاوی مقدار مناسب سیمان و آب، جداسازی، حمل و نقل و رسیدگی به دقت انجام نمی‌شود. نتایج تفکیک منجر به عدم همگنی در محصول نهایی خواهند شد.

مقاومت فشاری بتن: نیاز اولیه معمول بتن خوب در حالت سخت شده، مقاومت فشاری مطلوبی است، زیرا بسیاری از خصوصیات مطلوب دیگر از جمله مقاومت در برابر کشش، مقاومت در برابر خمش، چگالی، نفوذ ناپذیری، دوام و سایر با مقاومت بالایی همراه هستند. مقاومت خرد شدن بتن کاملاً متراکم، بستگی دارد به:

• نسبت آب به سیمان
• کیفیت و مشخصات سیمان
• درجه تراکم
• سن بتن
• دما و دوره عمل آوری

ماندگاری بتن: بتن خوب باید بتواند به طرز مطلوبی در برابر اثرات شرایط خدماتی که تحت آن قرار خواهد گرفت، مقاومت کند:

• شرایط آب و هوا
• واکنش‌های شیمیایی
• پوشش

شرایط آب و هوا: هوازدگی در اثر عمل برهم زننده یخ زدگی یا ذوب شدن و در اثر انبساط و انقباض تحت مهار ناشی از تغییر دما یا خیس شدن و خشک شدن جایگزین ایجاد می‌شود.

واکنش شیمیایی : به شرایط زیر وابسته است:

• واکنش‌های شیمیایی بین مواد قلیایی موجود در سیمان و مواد معدنی مواد دانه ای حاوی سیلیس واکنش پذیر مانند عقیق، کلسدونی
• نیروهای انبساطی که در اثر واکنش سولفات‌های محلول سدیم، منیزیم یا کلسیم با C3A ​​ایجاد می‌شوند، سیمان را در حضور آهک هیدراته می‌کنند و انواع مونو سولفات کلسیم سولفو آلومینات را تشکیل می‌دهند. واکنش، با انبساط و اختلال قابل توجهی همراه است.
• خوردگی بتن به دلیل تشکیل محصولات محلول که با شستشو مانند شرایط حمله اسیدهای غیر آلی و آلی از بین می‌روند. شرایط اسیدی در بنیاد احاطه شده توسط گیاه ذغال سنگ نارس یا گیاهان تجزیه شده وجود دارد. اسید هیومیک، اسید کربنیک و اسید سولفوریک تشکیل شده توسط پیریت‌های موجود در شیل یا رس‌ها در صورت عدم محافظت می‌توانند به بتن حمله کنند.
• از بین بردن مداوم آهک ایجاد شده در طی آبرسانی به وسیله آب که اغلب توسط CO محلول تحت فشار قرار می‌گیرد، از طریق ترک‌ها یا حفره‌های به هم پیوسته یا در امتداد اتصالات ساختمانی که به طور نامناسب تصفیه شده‌اند.

پوشش بتن: علت اصلی ساییدگی یا فرسایش سطح بتن به دلیل عملکرد آب روان حاوی مواد ساینده است یا به دلیل فرسایش و تأثیر سایش ترافیک در اثر کاویتاسیون در ساختار هیدرولیکی یا در اثر انفجار باد ایجاد می‌شود.

نفوذ پذیری بتن: مشکلات ماندگاری زمانی بوجود می‌آیند که بتن به سولفات‌ها، کلریدها و محلول‌های اسیدپذیر نفوذپذیر باشد. نفوذناپذیری، مقاومت خودکاری را در برابر همه تأثیرات مخرب وارد می‌کند. بتن خوب، مستحکم و همگن تهیه شده از سنگدانه‌های با کیفیت خوب در نسبت به درستی فشرده و پخته شده، عملاً نفوذ ناپذیر است.

خوردگی: از آنجا که بیشتر بتن‌های سازه ای تقویت می‌شوند، ضرورت اصلی بتن خوب توانایی آن در ایجاد حفاظت از فولاد جاسازی شده حتی در محیط‌های دریایی تهاجمی است. یكی از پیش شرط‌های ایجاد حفاظت و جلوگیری از كربناسیون از رسیدن به آرماتور در یك فضای آلوده، حصول اطمینان از پوشش خوب علاوه بر تعیین حدود سطح كلرید می‌باشد.

ترک خوردگی: بتن خوب توانایی مقاومت در برابر تغییرات بعدی را دارد که منجر به ترک خوردگی می‌شود. احتمال و میزان ترک خوردگی به موارد زیر بستگی دارد:

• انقباض با خشک کردن یا خنک شدن
• مهار که ممکن است داخلی، خارجی، کامل یا جزئی باشد
• الاستیک یا سفتی
• خزش
• مقاومت کششی

برای کاهش تمایل به ترک خوردگی، خصوصیات اساسی بتن عبارتند از:

• ضریب حرارتی کم انبساط
• افت بتن
• عدم وجود محدودیت داخلی یا خارجی
• کشش کم
• خزش زیاد
• قابلیت انعطاف پذیری بالا
• مقاومت کششی بالا

خصوصیات اصلی، روابط متقابل آنها و عناصری که این خصوصیات را کنترل می‌کنند، در بالا بحث شده‌اند. پس یک بتن خوب باید نیازهای فوق را برآورده کند.

منابع:

https://civilread.com/

https://www.constructioncivil.com/