بتن(اسفنجی)

مقدمه

همانطور كه مي دانيم امروزه صنعت بتن نقش بسيار مهمي در ساخت و سازهاي جوامع بشري ايفا مي كند و يكي از عوامل بسيار مؤثر در سازه هاي بتني در جهان است. در اين راستا انجمن سيمان پرتلند (PCA) تحقيقاتي را به منظور استفاده از بتن در ديگر پروژه ها آغاز نموده؛ پس از آزمايشات و تحقيقات فراوان موفق شد به راه حل بسيار خوبي به نام بتن اسفنجي (بتن تراوا ) دست يابد. بتن اسفنجي كه حاصل اين دست رنج بود، توانست تحولات زيادي را در محوطه سازي هاي شهر هاي اروپا و آمريكا ايجاد كند. البته اين نوع بتن هنوز در ايران جا نيفتاده، ولي اميد است با تلاش مسئولين ادارات، مهندسين و متخصصين فن اين بتن به منظور حفظ بيشتر محيط زيست و مقرون به صرفه بودن مورد استفاده در پروژه هاي كشورمان نيز قرار بگيرد.

بتن اسفنجي چيست؟

بتن اسفنجي يك مخلوط سنگدانه درشت(شن)،سيمان، آب و ماسه به ميزان اندك(وگاهي اوقات بدون ماسه) است. در ساختار اين بتن %25-15 (از لحاظ حجم) فضاي خالي وجود دارد و اين امر موجب عبور آب از داخل اين بتن مي شود.

در بتن اسفنجي از آب نسبت به ديگر انواع بتن كمتر استفاده مي شود و اين مسأله باعث شده تا پس از ساختن مخلوط بتن آب آن به سرعت تبخير شده و مخلوط در مدت يك ساعت كاملا" از آب تخليه خواهد شد.

نسبت مواد مختلف در بتن اسفنجي

براي آشنايي بيشتر با اين بتن، در جدول، زير ميزان مواد مختلف به كار رفته شده از آن ذكر شده است:

رفتار بتن سنجي

همچنين به منظور آشنايي بيشتر با رفتار اين بتن، ويژگي هاي آن در زير بيان شده است:

نصب بتن اسفنجي

نصب بتن اسفنجي شامل 4 مرحله اساسي است:

1- مخلوط كردن

2- جاگذاري كردن (گماردن، قراردادن)

3- تراكم و فشرده سازي (كوبيدن )

4- عمل آوردن بتن

بوجود آوردن، قرار دادن و عمل آوردن بتن اسفنجي همه به جاي اينكه در يك كارخانه زير شرايط يكسان انجام شوند، در محل كار (پاي كار) انجام مي شوند.

اگر چه بتن اسفنجي مي تواند توسط همان تهيه كننده هاي بتن توپر تهيه شده و توسط همان كاميون هاي بتن توپر تحويل داده شود، اما اين ويژگي هاي فيزيكي منحصر به فردش است كه نياز به يك پيمانكار با تجربه تخصصي دارد. همچنين تفاوت هاي ساختاري ما بين بتن اسفنجي و بتن غير قابل نفوذ نصب متفاوت آن را نيازمند است.

به هر حال، كيفيت و عملكرد بتن اسفنجي بستگي به ميزان آشنايي و عملكرد نصب كننده و خاصيت ضربه هاي ساختاري (كمپكت) دارد.

اين نوع بتن به دليل مقاومت نسبتاً پايين آن psi400 الي psi 4000 اساس مشخص شده و پذيرفته شده اي براي مقاومت بالا نيست. و مساله مهم تر در موفقيت يك روسازي بتن اسفنجي مقدار پوكي (فضاي خالي) آن است.

البته بايد بدانيم كه زير سازي اين بتن و زمين زيرينش نبايد كاملاً غير قابل نفوذ باشد و بايد حداقل اندكي خاك و زير سازي آن نفوذ پذيري داشته باشد. در مناطق ماسه اي هم بتن اسفنجي مستقيماً بالاي ماسه گذاشته مي شود.

همچنين بايد به اين موضوع اشاره كرد كه يخ زدن آب در داخل اين بتن مشكلي ايجاد نمي كند، زيرا آزمايش هايي صورت گرفته كه در آن بتن اسفنجي را به مدت بيش از 15 سال در آب و هواي سرد گذاشته و آب باران و برف پس از ورود به داخل بتن يخ مي زد. كاربرد موفق بتن اسفنجي در اين مناطق اين مساله را حل نموده است و مشكلي در به كار بردن اين بتن در اين مناطق وجود ندارد.

نقش مواد افزودني ( مواد داراي خواص سيماني ) در بتن اسفنجي

مواد افزودني(يا همان مواد داراي خواص سيماني) كه در بتن اسفنجي بكار مي روند عبارتند از: رقيق كننده هاي سيمان(C 1157، C 595 ASTM )، خاكستر بادي و پوزولان طبيعي (ASTM C 618)، روباره (ASTM C 989) و بخار سيليس(ASTM C 1240 ).

حال به برخي از آن ها كه نقش بسيار مهمي در ساختار بتن دارند و مي توانند به جاي سيمان مورد استفاده قرار گيرند(كه در ايران از آنها به ندرت استفاده مي شود) اشاره مي كنيم. در واقع اين مواد بر عملكرد زمان گيرش، ميزان افزايش مقاومت، تخلخل، نفوذ پذيري و ... در بتن تأثير مي گذارند و در يك كلام كليد عملكرد بالاي بتن، در استفاده از مواد افزودني (SCMS) است.

از آن جمله مي خواهيم به گاز سيليس، خاكستر بادي و روباره كه همگي دوام بتن را بوسيله كم كردن نفوذ پذيري و شكاف ( ترك خوردگي) افزايش مي دهند اشاره مي كنيم:

گاز سيليس (Silica fume):يك فرآورده فرعي (محصول جانبي) از توليد سيليكون است، و از دانه هاي خيلي ريز و ذرات كروي شكلي تشكيل شده است و به طور موثري مقاومت و دوام بتن را افزايش مي دهد. به طور مكرر براي ارتفاعات بلند ساختمان ها به منظور افزايش مقاومت فشاري بتن(با استفاده از گاز سيليس مقاومت بتن از psi 20000 هم فراتر مي رود.) استفاده مي شود و مي توان از آن %12- 5 به جاي سيمان در بتن استفاده كرد.

خاكستر بادي(fly ash):خاكستر بادي، محصول فرعي انبار زغال سنگ سوزان در نيروگاه هاي برق است و سال ها قبل به عنوان ماده اي بي مصرف روي زمين انباشته مي شد و بدون استفاده بود. اما حالا به عنوان يك ماده مهم در صنعت سيمان سازي به كار برده مي شود و مي توان از آن %65-5 به جاي سيمان در بتن استفاده كرد.

روباره (Blast furnace Slag):روباره، محصول فرعي زباله در صنعت پولاد (فولاد) است، و سهم آن در مقاومت و دوام بتن بيشتر است و مي توان از آن %70-20 به جاي سيمان در بتن استفاده كرد.

مزاياي بتن اسفنجي چيست و موارد استفاده از آن كدام است؟

بتن اسفنجي داراي مزاياي اقتصادي و زيست محيطي فراواني است، كه البته مزاياي زيست محيطي آن بيشتر مد نظر است. از مزاياي اقتصادي آن مي توان به پايين آمدن خرج هاي فراوان به منظور هدايت آب باران و فاضلاب اشاره داشت. در واقع مي توان گفت با وجود بتن اسفنجي نيازي به ساختن جوي هاي آب فراوان در سطح شهر و كنار خيابان و كوچه ها و همچنين كانال هاي بزرگ آب نيست. زيرا اين بتن هر گونه بارندگي را مستقيماً به زمين و سفره هاي آب زيرزميني منتقل مي كند و در واقع يك مزيت زيست محيطي نيز محسوب مي شود. از ديگر مزاياي زيست محيطي آن مي توان به موارد زير اشاره كرد:

1-جلوگيري از بروز آب گرفتگي در معابر و مكان ها به هنگام بارندگي

2- جلوگيري از آلوده شدن آب بارندگي ها (زيرا اگر زمين غيرقابل نفوذ باشد، آب باران و برف در سطح زمين كه آلودگي فراوان دارد جريان مي يابد و منجر به آلوده شدن آب بارندگي مي شود.)

3- پر شدن ذخاير آب زيرزميني

4- در نقاط سرد كه ماندن برف و باران روي زمين (بعد از بارش) منجر به سردتر شدن آن مناطق مي شود مي توان با استفاده از اين بتن آب باران و برف را به داخل زمين هدايت كرد و از سردتر شدن آن ناحيه جلوگيري كرد.

5- همچنين مي توان از اين نوع بتن در مكان هايي كه نياز به زمين خشك است استفاده كرد مثلاً در زير سازي چمن هاي استاديوم هاي فوتبال.

6- همچنين در مناطق سردسير، بدليل عبور آب از اين بتن از يخ زدگي سطح معابر و در نتيجه ايجاد خطر جلوگيري مي كند كه شهرداري هاي محترم مي توانند از اين بتن در پياده رو سازي ها و محوطه سازي پارك ها، پاركينگ ها و معابري كه مشكل آبگيري دارند استفاده نمايند.(مترجم)

7- ايجاد مناظري زيبا به هنگام بارندگي، زيرا با وجود اين بتن ديگر هنگام بارندگي آب گرفتگي وجود ندارد.

روش های نوین ترمیم سازه های بتنی:

از عوامل دیگر خوردگی در بتن یک واکنش شیمیایی با نام کربناسیون در مقطع بتنی است که عامل آن یون های فعال کلسیم که ناشی از هیدراسیون سیمان است، می باشد. این یون های فعال به سرعت با گازهای جو و رطوبت هوا واکنش انجام داده و باعث ایجاد ترکیبات شیمیایی پیچیده می گردد که سبب تغییرات در مشخصات مقطع واحد گردید. این زنجیره از واکنشهای شیمیایی به سرعت بتن را کاهش داده و بنابراین باعث شروع خوردگی در میل گردها می گردد. در ادامه PH سیمان نیز خواص خود را از دست می دهد و قابلیت تحمل خمش در آن به شدت کاهش می یابد. در واقع یک روش ترمیم بتن است که برای مقاطع بتنی که مقاومت خود را در اثر Izo-BTS خوردگی از دست داده اند و یا آنکه در هنگام اجرا در اثر عدم دقت کافی به مقاومت مورد نظر نرسیده اند و یا در اثر زلزله دچار تخریب شده اند، استفاده می گردد.

با توجه به مراحل کار در این روش ابتدا قسمتهای ضعیف مقطع بتنی که مقاومت لازم را ندارند توسط روشهای مکانیکی تخریب می گردد که لازمه آن، در ابتدای کار قبل از تخریب، تعیین عمق دقیق نفوذ خوردگی در مقطع است که توسط آزمایشات خاصی این عمق و نواحی که ترمیم باید در آن انجام شود مشخص می گردد. ترمیم می گردد، این ماده در مرحله بعد سطح بتن توسط ماده ای خاص با نام IZOMET-BRM دارای شباهت زیادی با بتن می باشد اما قابلیتها و خواص آن چه به لحاظ مشخصات ساختمانی و چه به لحاظ مقاومت در برابر عوامل خوردگی بسیار بالاتر از بتنهای معمولی است.

● تقویت.سازه.های.بتنی

هدف در این روش مقاوم سازی سازه ها در مقابل زلزله و یا بالا بردن مقاومت سازه بنا بهنیازمواردی همچون تغییر کاربری ساختمان و یا اشتباه درمحاسبات اولیه طراح می باشد. در این روش علاوه بر بدست آوردن مشخصات مورد نظر به لحاظ ساختمانی مسایل معماری ساختمان و زیبایی بنا نیز مد نظر است بدین صورت که در این روش بعد از اتمام کار سطح مقطع اجزا ساختمان تغییراتی نخواهد داشت. روش کار بدین صورت است که یک سری ورقهای فولادی با توجه به محاسبات انجام شده و مقاومت موردنظر از خارج مقطع توسط یک نوع Steel-plates اپوکسی خاص به مقطع اضافه می گردد. طراحی این فولادها و مقادیر آن با توجه به محاسبات اولیه ساختمان و نیز مشخصاتی از مقطع که در نظر داریم به آن برسیم انجام می گیرد. مراحل انجام کار و نیز مواد استفاده شده به صورتی است که بعد از پایان مقطع جدید و قدیم به خوبی با یکدیگر کار می کنند.