روش های افزایش مقاومت بتن

ساخت اولیه بتن و بتن ریزی دو عامل مهم و اساسی است که نقش مهمی در افزایش مقاومت بتن ایفا می کند. مقاومت یک نشانه کلی از کیفیت بتن می باشد زیرا ارتباط مستقیمی با عملکرد مادام العمر سازه بتنی دارد. پیمانکاران از مقاومت بتن مراقبت می کنند که نشان دهنده توانایی سازه در تحمل بارهای مختلف (به عنوان مثال بار مرده، بار زنده، بار زلزله، بار باد و غیره) است. مقاومت بتن را می توان با آزمایش های مختلفی که بر روی آن انجام می شود مانند مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت خمشی اندازه گیری کرد. بتن از مواد مختلفی تشکیل شده است که البته همه آنها نقش متفاوتی در افزایش مقاومت بتن دارند. سیمان، مهم‌ترین عامل موثر در استحکام بتن محسوب می شود. نوع، مقدار، نسبت ترکیبات شیمیایی، نحوه ساخت و شرایط محیط نگهداری سیمان بر روی مقاومت نهایی بتن تاثیر می گذارد.

 

روش افزایش مقاومت بتن

 

1. نسبت بیشتر سیمان به آب

نسبت وزن سیمان به وزن آب را نسبت سیمان به آب می گویند که مهمترین عامل برای به دست آوردن مقاومت بتن است. نسبت بیشتر سیمان به آب یکی از روش های افزایش بتن به شمار می رود. معمولاً از نسبت آب به سیمان 0.45 تا 0.60 استفاده می شود. آب بیش از حد باعث جدا شدن و ایجاد فضای خالی در بتن می شود. نسبت آب به سیمان با مقاومت بتن نسبت معکوس دارد. به این معنا زمانی که نسبت w/c افزایش می یابد مقاومت و استحکام بتن کاهش می یابد و زمانی که نسبت w/c کاهش می یابد مقاومت بتن افزایش می یابد.

2. افزایش مقاومت بتن با تراکم بیشتر بتن

تراکم مقاومت بتن را افزایش می دهد زیرا این فرآیند با از بین بردن حفره های هوا بین ذرات، بتن را فشرده و متراکم می کند. وجود حفره های هوا در بتن مقاومت آن را تا حد زیادی کاهش می دهد. به گونه ای که تقریباً 5 درصد از فضاهای خالی هوا می تواند مقاومت را 30 تا 40 درصد کاهش دهد. به طور کلی بتن کاملا متراکم شده نسبت به بتن کم متراکم از افزایش مقاومت بیشتری برخوردار است.

3. مواد تشکیل دهنده بتن

ترکیبات اصلی بتن سیمان، ماسه، سنگدانه و آب است. علاوه بر کیفیت هر ماده که بر مقاومت بتن تأثیر می گذارد، در صورت ترکیب هر یک به میزان کافی، ما شاهد افزایش مقاومت بتن خواهیم بود. بنابراین، همه مواد باید معیارهای استاندارد را برای استفاده در بتن داشته باشند.

طبق استاندارد IS 456 2000، حداقل میزان سیمان مشخص شده از 300 تا 360 کیلوگرم در هر متر مکعب بتن برای شرایط مختلف قرار گرفتن و برای گریدهای مختلف بتن متغیر است. حداکثر میزان سیمان در بتن نیز به 450 کیلوگرم در هر متر مکعب بتن محدود شده است. عیار سیمان – یعنی عیار 33، عیار 43، عیار 53 نیز بر مقاومت بتن تأثیر می گذارد. هرچه درجه بالاتر باشد، استحکام بالاتر به ویژه استحکام اولیه بالا است. در مورد جدول عیار بتن چه می دانید؟

کیفیت بالا سنگدانه نیز باعث افزایش مقاومت بتن می شود. همچنین اگر بخواهیم آب مورد نیاز در ساخت بتن را طبقه بندی کنیم، باید بگوییم که به طور کلی هر نوع آبی که برای شرب مناسب باشد برای ساخت و افزایش مقاومت بتن نیز مناسب است. خوب است بدانید کیفیت آب در فرآیند گیرش و سخت شدن بتن نقش بسزایی دارد. آب های اسیدی، روغنی، سیلتی و آب دریا نباید در مخلوط بتن استفاده شود. ناخالصی های آب بر مقاومت بتن اثر نامطلوبی می گذارد و ممکن است منجر به خوردگی، کربناته شدن یا حمله اسیدی شود، که باعث کاهش مقاومت بتن و درنتیجه عمر سازه می شود.

4. عمل آوری بتن

افزایش مقاومت و دوام بتن تنها در صورتی تأمین می‌شود که به خوبی عمل‌آوری شده باشد. شاید بپرسید عمل آوری بتن چیست؟ مجموعه اقداماتی که با اعمال رطوبت و دمای مناسب در بتن برای مدتی پس از اتمام عملیات بتن ریزی به توسعه جدی هیدراتاسیون کمک می کند، عمل آوری یا کیورینگ بتن نامیده می شود. عمل آوری آب کافی را برای تکمیل فرآیند هیدراتاسیون بدون وقفه در اختیار بتن قرار می دهد که برای افزایش مقاومت مهم است.

5. نرخ بارگذاری

مقاومت بتن با افزایش سرعت بارگذاری افزایش می یابد زیرا در بارگذاری های بالا زمان کمتری برای خزش وجود دارد. خزش باعث ایجاد تغییر شکل دائمی در سازه در بارگذاری ثابت می شود. به طوری که شکست در مقادیر محدود کرنش به جای تنش رخ می دهد. در بارگذاری سریع، مقاومت بار بهتر از بارگذاری آهسته است.

6. افزودنی های بتن

یکی دیگر از راه های افزایش مقاومت بتن، استفاده از افزودنی ها می باشد. در تعریف افزودنی بتن به هر ماده ای غیر از سیمان پرتلند، آب و سنگدانه هایی که به صورت جامد (گرد) یا مایع به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده بتن و برای بهبود خواص بتن کمی قبل از اختلاط یا در حین اختلاط اضافه شده، گفته می شود. افزودن مواد افزودنی به بتن به نسبت مناسب بسیار مهم است، در غیر این صورت ممکن است نتیجه مطلوب حاصل نشود.

 

مواد افزودنی افزایش مقاومت بتن

ابرروان‌کننده بتن، ژل میکروسیلیس و پودر میکروسیلیس از جمله مواد افزودنی‌ هستند که می‌توانند موجب افزایش مقاومت بتن شوند.

1. میکروسیلیس

میکروسیلیس و فرآورده های آن یکی از بهترین افزودنی های معدنی در بتن می باشد که بر تمامی اقلام مقاومتی بتن اعم از فشاری، کششی، خمشی، ضربه ای و سایشی اثر مثبت داشته و با کاهش نفوذپذیری بتن، بر تمام مشخصه‌های دوامی بتن نیز مؤثر است. یکی از راههای افزایش مقاومت بتن استفاده از سیمان حاوی حدود 7 تا 10 درصد میکروسیلیس به‌ جای سیمان معمولی است که بیشتر در شرایط آب و هوایی گرم کاربرد دارد. استفاده از میکروسیلیس در بتن‌های با مقاومت بالا موجب می‌شود که مقاومت سایشی و فرسایشی بتن افزایش یابد.

2. افزودنی های حباب ساز

مهمترین کاربرد این گونه افزودنی ها برای بتن ایجاد مخلوط های بتن با مقاومت بالا در برابر یخ زدگی و ذوب است. استفاده از مواد حباب زا به ویژه اگر با حفظ روانی و کاهش مصرف آب همراه باشد به کاهش نسبت آب به سیمان نیز منجر شده و مقاومت بتن را افزایش می دهد. هوازایی به طور عمده برای ایجاد بتن‌های عظیم و مخلوط‌های بتنی با وزن کم مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که مواد افزودنی حباب‌ساز موجب ایجاد خواص ضد رطوبتی در ذرات سیمان می‌شوند، افزودن بیش از اندازه این مواد باعث تأخیر زیاد در هیدراتاسیون سیمان می‌شود. زیادی این مواد می‌تواند کاهش متقابل مقاومت را نیز ایجاد کند.

3. کاهش‌دهنده‌های آب

استفاده از افزودنی‌های کاهنده آب، نه تنها باعث افزایش مقاومت بتن می شود بلکه از ایجاد ترک خوردگی، جداشدگی، کرموشدگی و پدیده خونریزی در بتن جلوگیری می کند.این مواد بدون تغییر در گرانروی بتن، میزان آب موجود در مخلوط بتن را کاهش می‌دهندو با چند هدف در مخلوط‌های بتنی مورد استفاده قرار می گیرد.

•  با کاهش نسبت آب به سیمان موجب افزایش مقاومت بتن می‌شوند.
• با افزایش مقدار سیمان در کاهش دمای هیدراتاسیون سیمان موثر بوده و این امر آنها را برای استفاده در بتن ریزی حجیم مناسب می کند.
•  کارایی سیمان را نیز افزایش می‌دهد.

 

 

4. فوق روان‌کننده‌های بتن

انواع فوق روان کننده‌،­ بتن سفت با اسلامپ (آزمایش اندازه‌گیری غلظت بتن) کم را به راحتی به بتن روان و قابل ریختن تبدیل کرده و می‌­تواند باعث افزایش مقاومت بتن،کارایی، گیرش، محافظت سیمان بتن و کاهش انقباض و ترک‌خوردگی شود و بتن را از ترک‌خوردگی حرارتی بهبود بخشد.

 

 

نکته: فوق روان‌کننده‌ها را می‌توان به میزان بیشتری نسبت به افزودنی کاهنده آب معمولی به مخلوط‌های بتنی اضافه کرد بدون اینکه در گیرش بتن تاخیر زیادی ایجاد شود.

5. شتاب‌دهنده‌ها

شتاب دهنده ها با تند کردن روند آبگیری سیمان باعث افزایش مقاومت بتن می شوند. این مواد افزودنی افزایش مقاومت بتن موجب سرعت بخشیدن به انجام  برخی وقایع مانند کاهش زمان لازم برای عمل‌آوری صحیح و افزایش سرعت کسب مقاومت اولیه می شوند به‌گونه‌ای که بتوان قالب‌ها را در زمان کمتری برداشت و زودتر از ساختمان استفاده کرد.

نکته: شتاب­ دهنده ­ها در مقادیر مصرف متعارف, زمان گیرش اولیه و نهایی را کاهش می­دهند.

6. ضد یخ بتن

ضد یخ‌ها از دیگر مواد افزودنی بتن می‌باشند که جهت جلوگیری از یخ زدن بتن در شرایط آب و هوایی سرد و به منظور جلوگیری از توقف بتن‌ ریزی در این شرایط آب هوایی در مخلوط‌ های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در واقع این ماده  نوعی زود سخت‌کننده محسوب می شود که می‌تواند موجب افزایش سرعت هیدراتاسیون سیمان شده و مانع از یخ‌زدگی بتن شود. همچنین ضد یخ باعث می‌شود مقاومت اولیه بتن زودتر به دست آید و با افزایش مقاومت اولیه و نهایی بتن، نگهداری از آندر هوای سرد بهتر انجام گیرد.

 

افزایش مقاومت بتن سبک

استفاده از بتن سبک در سقف ساختمان های بلند به سازندگان این امکان را می داد که ارتفاع برج ها را افزایش دهند. عرشه پل های دهانه بلند و دکل های استخراج اولین کاربرد بتن سبک با مقاومت بالا بود. مقاومت نه چندان خوب از معایب بتن سبک می باشد ولی استفاده از میکروسیلیس به همراه متاکائولن در حالت پوزولان به عنوان جایگزین درصدی از سیمان از راه‌‌هایی است که می‌تواند روی مقاومت کششی و مدول الاستیسیته و مقاومت فشاری بتن سبک تاثیر بگذارد. درواقع استفاده از میکروسیلیس در ساخت بتن سبک سبب شده است که مقاومت بتن سبک بالا رود و محدودیت کاربردی آن کاهش یابد . از دیگر روش های افزایش مقاومت بتن سبک استفاده از متاکائولن می باشد. این ماده افزودنی با سیمان معمولی واکنش داده و چسبندگی ترکیبات سیمان را بالا می برد. مطالعات و بررسی های انجام شده تایید می کنند که جایگزینی 5 تا 20 درصد وزنی سیمان با این ماده می تواند خواص بتن را بهبود بخشد. این بهبود را می توان در افزایش مقاومت بتن و کاهش نفوذپذیری و دوام بتن، کنترل سفیدک زدگی و آسیب های ناشی از سیلیکات های قلیایی به وضوح مشاهده کرد.

نتیجه گیری

کاهش نسبت آب به سیمان یکی از مهمترین عوامل در افزایش مقاومت بتن می باشد. طرح اختلاط، دانه بندی، اندازه و نوع سنگدانه، نوع و گیرش سیمان، عمل آوری و تراکم بتن، نسبت آب به سیمان و … از دیگر عوامل موثر در افزایش مقاومت بتن محسوب می شود. انواع مختلف افزودنی ها نیز می توانند به افزایش مقاومت بتن کمک کنند، مانند ژل میکروسیلیس، فوق روان کننده بتن ( روان کننده بتن چیست )، پودر میکروسیلیس.