بتن خودتراکم (SCC) و تحقیقات انجام شده در مورد آن

بتن خودتراکم (Self Compacting Concrete) یک فن آوری نوپا در عرصه ساخت و ساز دنیاست. این نوع بتن که کارایی بسیار بالایی دارد میتواند تحت اثر وزن خودش و بدون جداشدن دانه ها در میان انبوه اجزای سازه ای جریان یابد. به عبارت دیگر این نوع بتن بدون نیاز به لرزاننده (ویبره) و به خاطر وزن خودش متراکم میشود.
با توجه به فراگیرشدن این صنعت در دنیا و روی آوردن دست اندرکاران عرصه ساخت و ساز به استفاده از بتن خودتراکم، بر آن شدیم تا در طی یک روند ادامه دار به معرفی و ذکر نتایج تحقیقات انجام شده در مورد آن بپردازیم.
بخش مهندسی عمران دانشگاه شهید باهنر کرمان اولین تجلی گاه جدی ظهور بتن خودتراکم در ایران است. تحقیقاتی که توسط دانشجویان کارشناسی ارشد و زیر نظر دکتر مقصودی عضو هیئت علمی این بخش صورت گرفته و میگیرد شایان توجه و قابل تحسین است. در ادامه اولین فصل از این مقوله که به معرفی بتن خودتراکم اختصاص دارد میپردازیم.

تاریخچه
برای ایجاد سازه های بتنی بادوام، به تراکم کافی تأمین شده توسط نیروی کار ماهر نیاز است. بحران کاهش نیروی کار ماهر در صنعت ساخت و ساز ژاپن در اوایل دهه 80 میلادی از یک سو، تراکم نامناسب ناشی از افزایش حجم آرماتورهای مصرفی به منظور بهبود عملکرد سازه ای و همچنین تمایل به استفاده از آرماتورهای با قطر کمتر به منظور کنترل ترک خوردگی از طرف دیگر باعث کاهش کیفیت کارهای اجرایی انجام گرفته گردید[1]. این موضوع برای چندین سال مورد بحث و بررسی قرار گرفت تا اینکه نظریه بتن خودتراکم (Self Compacting Concrete) به عنوان راه حلی برای رفع مشکل دوام سازه های بتنی توسط Okamura در سال 1986 مطرح گردید[1]. بتن خودتراکم (SCC)، بتنی است که تحت اثر وزن خود متراکم شده و نیاز به هیچ لرزاننده (ویبره) ای برای ایجاد تراکم ندارد. این مسأله باعث صرفه جویی اقتصادی و کاهش زمان ساخت و ساز و در نتیجه بالارفتن راندمان نهایی میشود. بتن خودتراكم با عمر كمتر از 20 سال زمینه*ساز حل بسیاری از مشكلات سازه های بتنی به خصوص در مقاطع با تراكم زیاد میلگرد گردیده است. از دیگر خصوصیات ویژه این بتن میتوان به كارایی بالا، مقاومت زیاد در برابر جداشدگی و تسریع در عملیات ساخت و ساز اشاره كرد. چنین مشخصاتی باعث شده است تا كاربرد آن به خصوص در اعضا با تراكم بالای آرماتور روز به روز بیشتر گردد.
بتن خودتراکم علاوه بر استفاده فراوانی که در سازه های با تراکم بالای آرماتور دارد گاهی نیز بصورت غیرمسلح، مثلاً در خاکریزها مورد استفاده قرار میگیرد. از مزایای دیگر استفاده از آن میتوان به کاهش آلودگی صوتی ناشی از سر و صدای لرزاننده ها، کاهش نیروی انسانی، جلوگیری از بیماریهای ناشی از استفاده از لرزاننده ها و حفظ سلامت کارگران و بالارفتن کیفیت محصولات نهایی اشاره کرد.
در مقایسه با ژاپن، تحقیقات در اروپا و آمریکا چندی پیش آغاز گردیده و در حالیکه اکنون در ژاپن به بتن خودتراکم از نقطه نظر بتن با مقاومت بالا نگاه میشود، در اروپا بتن خودتراکم با مقاومت متوسط همچنان مورد نظر می باشد. این در حالی است که تا قبل از شروع فعالیت ها در بخش مهندسی عمران دانشگاه شهید باهنر کرمان، در ایران هیچگونه گزارش تحقیقاتی در مورد چنین بتن هایی مشاهده نشده بود.
در بخش مهندسی عمران دانشگاه شهید باهنرکرمان، تحقیقات در قالب پایان نامه کارشناسی ارشد سازه در مورد طراحی، ساخت و بررسی بعضی خواص مکانیکی بتن خودتراکم زیر نظر استاد راهنمای پایان نامه (نگارنده) آغاز گردید و در دفاع از پایان نامه مزبور از داوری اساتیدی چون دکتر رمضانیانپور و دکتر فدایی بهره گرفته شد.
در حال حاضر تعدادی از دانشجویان کارشناسی ارشد بخش مزبور مشغول بررسی خواص آزمایشگاهی و تیوریک بتن های خودتراکم با مقاومت بالا (HSSCC) بوده و تعداد دیگری از دانشجویان ارشد به طور همزمان درگیر تحقیق در مورد نانو بتن ها (nano-concrete)، از دو دیدگاه تکنولوژی بتن و سازه می باشند.
از پروژه های مطرحی که در ساخت آنها از بتن خودتراکم استفاده شده، می توان به موارد ذیل اشاره کرد:
1- برج Landmark: این برج با 296 متر ارتفاع و 70 طبقه مرتفع ترین برج در ژاپن بوده و در یوکوهاما واقع شده است. برای پرکردن 66 ستون در نه طبقه ابتدایی آن از بتن خودتراکم استفاده شده است. در این پروژه مجموعاً m3885 بتن مصرف شده است.
Akashi-Kaikyo: این پل به طول 3. 910 کیلومتر بلندترین پل معلق جهان می باشد و در سال 1998 افتتاح شده است. در این پروژه حدود m3290000 بتن خودتراکم استفاده شده و در نتیجه 20 درصد در زمان ساخت و ساز صرفه جویی شده است.
LNG در دیواره های این منبع که در ازاکای ژاپن قرار دارد m312000 بتن خودتراکم استفاده شده است. با کاربرد این بتن، برای دیواری به ارتفاع 38. 4 متر، تعداد قطعات (lots) از 14 به 10، تعداد کارگرها از 150 به 50 نفر و زمان اجرا از 22 ماه به 18 ماه کاهش یافت.
در ادامه به طور خلاصه به معرفی بیشتر چنین بتنی پرداخته شده است. 2- پل معلق 3- منبع گاز :
طرح اختلاط
در حال حاضر سه شیوه مختلف برای تولید SCC در نظر گرفته میشود. در مقایسه با بتن معمولی (NC) برای تولید SCC در شیوه اول، میزان مولد پودری افزایش پیدا میکند، درحالت دوم از مواد لزج کننده استفاده میشود و در حالت سوم ترکیبی از دو حالت قبل بکار گرفته میشود. لازم به یادآوری است، میزان فوق روان کننده مصرفی نسبت به بتن معمولی در هر سه حالت افزایش می یابد.

ویژگیهای بتن خودتراکم تازه
در حال حاضر معیار جهانی استانداری برای پذیرش بتن SCC وجود ندارد. با این وجود، چند آزمایش که بارها در گزارشات تکرار شده اند به عنوان آزمایشات مورد قبول برای سنجش ویژگیهای بتن تازه خودتراکم در نظر گرفته میشود.
Slump flow test)
این آزمایش توسط انجمن مهندسین عمران ژاپن به منظور ارزیابی قابلیت تغییرشکل بتن تحت وزن خود بدون حضور هیچ قیدی بجز اصطکاک صفحه جریان براساس اصول آزمایش مخروط اسلامپ برای بتن های معمولی تدوین شد. در این آزمایش قطر توده بتن پخش شده به عنوان معیار سنجش مدنظر می باشد. همچنین جداشدگی در صورت وقوع در اطراف لبه های توده پخش شده قابل مشاهده می باشد.
LBox Test - L
وسیله ای که برای انجام این آزمایش مورد استفاده قرار می گیرد در شکل 1 نشان داده شده است. با این آزمایش خواص متفاوتی از قبیل قابلیت روانی، انسداد و جداشدگی بتن مورد سنجش قرارمی گیرد. در این آزمایش قسمت قائم جعبه ابتدا تا حدود 12. 7 لیتر از بتن پر میشود و بعد از یک دقیقه دریچه باز شده و بتن پس از عبور از سفره آرماتور در قسمت افقی جریان می یابد. پس از توقف کامل بتن، ارتفاع بتن در انتهای قسمت افقی (h¬2) و همچنین ارتفاع بتن مانده در قسمت قائم (h1) اندازه گیری شده و نسبت h2/h1 به عنوان معیار سنجش عبورکنندگی مطرح می گردد. 2- آزمایش جعبه ی 1- آزمایش جریان اسلامپ (

3- آزمایش قیف (V-funnel test)
وسیله مورد استفاده در این آزمایش در شکل 2 نشان داده شده است. این آزمایش به منظور سنجش توانایی بتن برای تغییر جهت جریان و عبور از میان مقاطع مسلح و مقید بدون جداشدگی و وقوع انسداد در جریان انجام می گیرد. در این آزمایش زمان خروج کامل بتن از قیف بعد از بازشدن دریچه به عنوان معیار سنجش در نظر گرفته میشود.

آزمایشات بتن سخت شده
در تحقیقات انجام شده برای سه شرط عمل آوری متفاوت (شرایط عمل آوری غرقاب)، (شرایط عمل آوری محیط معمولی) و (شرایط عمل آوری محیط سولفات) نمونه های بتنی (SCC) ساحته شده و با انجام آزمایشات مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته، مقاومت گسیختگی بتن، انقباض و انبساط نمونه ها در سنین کوتاه و طولانی مدت تعیین و گزارش شده است.