بررسی بتن خودتراکم، کاربردها، ویژگی ها، معایب و مزایا

معرفی بتن خودتراکم

بتن خودتراکم یک نوع بتن جدید با کارایی بالا با مقاومت در برابر جداشدگی و تغییرشکل‌پذیری بالا است. بتن خودتراکم، بدون نیاز به ویبره تحت وزن خود متراکم می‌شود و تمام فضای خالی قالب و بین آرماتورها را بدون این‌که حباب هوا ایجاد گردد، می‌پوشاند و بتنی نسبتاً همگن تولید می‌نماید. حتی در جاهایی که امکان دسترسی وجود نداشته باشد و یا تراکم آرماتورها زیاد باشد با طراحی صحیح بتن خودتراکم می‌توان به بتنی متراکم و یکنواخت دست یافت. بتن خودتراکم عموماً برای کاربردهای بتن‌ریزی در محل و کارهای پیش‌ساخته می‌تواند استفاده شود.

در سال‌های اخیر استفاده از این نوع بتن در پروژه‌های شهری به دلیل کاهش چشم‌گیر سروصدای تراکم، امکان اجرای آسان در مقاطع با تراکم آرماتور بالا و امکان ایجاد سطوح صاف و نمایان و پیاده‌کردن طرح‌های متفاوت معماری، رواج مناسبی یافته است. همچنین استفاده از بتن خودتراکم خصوصاً به دلیل عدم نیاز به لرزاننده جهت ایجاد تراکم، باعث صرفه‌جویی در نیروی کار ماهر شده است. به‌طورکلی بتن خودتراکم دارای مؤلفه‌های اساسی مشابه با بتن معمولی و بتن با کارایی بالا است. اگرچه به علت میزان بالای پرکننده‌ها نظیر پودر سنگ‌آهک و خاکستر بادی، ریزساختار آن متفاوت خواهند بود. عموماً بتن خودتراکم شامل میزان بالای مواد سیمانی و نسبت آب به سیمان پایین‌تر از بتن‌های معمولی است و می‌تواند مقاومت بالایی را ایجاد نماید.

تاریخچۀ بتن خودتراکم

به تحقیقات و کارهایی که سال‌های پیش توسط محققین، از جمله اوکامورا، اوزاوا و ماکاوا و همکارانشان به انجام رسیده است می‌توان به شرح زیر اشاره کرد. نظریۀ بتن خودتراکم، بتنی که خودش متراکم می‌شود و احتیاج به تراکم توسط ویبراتور ندارد به‌عنوان راه‌حلی برای رفع مشکل دوام سازه‌های بتنی توسط اوکامورا در سال ۱۹۸۶ پیشنهاد گردید و تحقیقات برای گسترش این نوع بتن توسط ازاوا و ماکاوا در دانشگاه توکیو به‌انجام رسید. اوکامورا، در خلال تحقیقات خود دریافت که دلیل اصلی کاهش دوام و میزان کارایی بتن در سازه‌ها، عدم یکپارچگی و عدم همگنی در هنگام بتن‌ریزی می‌باشد.

با تولید و توسعۀ این نوع بتن، اوکامورا ضعف دوام و کارایی بتن در ژاپن را تا اندازه‌ای برطرف نمود. اوزاوا در ادامۀ تحقیقات خود به این نتیجه رسید که با به کارگیری فوق‌روان‌کننده و موادی نظیر سرباره و خاکستر بادی به‌عنوان جایگزین بخشی از سیمان، می‌توان مقاومت در برابر جداشدگی بتن خودتراکم را کنترل نمود و به میزان جریان‌پذیری بتن افزود. وی میزان ۱۰ تا ۲۰ درصد خاکستر بادی و ۲۵ تا ۴۵ درصد سرباره به نسبت آب به سیمان را به‌عنوان بهینه‌ترین مقدار برای افزایش جریان‌پذیری و پیشرفت مقاومتی بتن پیشنهاد نمود.

 

از ابتدای سال ۱۹۹۰ به‌کارگیری بتن خودتراکم به‌عنوان بتنی که نیاز به هیچ‌گونه ویبره نداشت، در ژاپن شدت گرفت و در ساخت پل‌ها، تونل‌ها و ساختمان‌ها استفاده شد. به‌طوری‌که مصرف این بتن در سال ۲۰۰۰ میلادی در صنعت بتن درجا و پیش‌ساخته به ۴۰۰هزار مترمکعب رسید. اولین مقاله دربارۀ بتن خودتراکم در دومین کنفرانس مهندسی سازه و ساختمان آسیای شرقی در سال ۱۹۸۹ ارائه شد و توسط مقالۀ دیگر در همایش بین‌المللی بتن امریکا در سال ۱۹۹۲ ادامه یافت.

در سال ۱۹۹۶ چندین کشور اروپایی پروژۀ مشترکی را تحت عنوان “تولید منطقی و گسترش استفاده از بتن خودتراکم” به‌منظور مشخص‌شدن منابع مهم در رابطه با بتن خودتراکم تعریف کردند و به‌انجام رساندند. در سال ۱۹۹۷ کمیتۀ RILEM TCI 47 در زمینۀ بتن خودتراکم شروع به فعالیت نمود. امروزه بتن خودتراکم در هر کنفرانس مربوط به بتن موردبررسی قرار می‌گیرد. در امریکا صنعت بتن خودتراکم از سال ۲۰۰۰ با کاربرد بیشتر در صنعت بتن پیش‌ساخته و همچنین در ساخت چندین پروژۀ تجاری مورداستفاده قرار گرفت.

انواع بتن خودتراکم

بتن‌های خودتراکم به سه گروه به شرح زیر تقسیم می‌شوند:

۱) نوع پودری

بتن خودتراکم به نحوی نسبت‌بندی می‌شود که نیاز خودتراکم‌بودن را بدون استفاده از مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته و با بهره‌گیری از پودر تأمین می‌کند. با استفاده از پودر، مقاومت مناسب در مقابل جداشدگی ذرات در مخلوط بتن ایجاد می‌شود و با به‌کارگرفتن مواد افزودنی کاهندۀ آب و هوازا، تغییرشکل زیاد تأمین می‌شود.

۲) نوع دارای مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته

در این گروه بتن خودتراکم، از مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته برای ایجاد مقاومت در برابر جداشدگی ذرات استفاده می‌شود و مواد افزودنی کاهندۀ آب و هوازا برای ایجاد تغییرشکل زیاد استفاده می‌شوند.

۳) نوع ترکیبی

در این گروه از بتن خودتراکم از پودر همزمان با مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته استفاده می‌شود و مواد اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته برای کاهش تغییرات کیفیت بتن تازه استفاده می‌شود.

 

مزایا و معایب بتن خودتراکم

توسعۀ بتن خودتراکم در دهه‌های اخیر به علت مزایای اقتصادی و صرفه‌جویی در نیروی کار گسترش یافته است. بتن خودتراکم باعث کاهش هزینۀ نیروی کار و بهبود کارایی سازه‌ها در کارگاه و افزایش سرعت ساخت سازه‌ها می‌شود. استفاده از بتن خودتراکم باعث بتن‌ریزی آسان و بهبود دوام بتن و سطح کار تمام‌شدۀ بهتر برای سازه‌ها می‌شود. قابلیت جاری‌شدن از میان میلگردهای متراکم و در قالب‌هایی با شکل پیچیده و انعطاف‌پذیری بیشتر در پخش‌شدن در قالب‌ها و در نتیجه نیاز کمتر به تعدد نقاط بتن‌ریزی نیز از مزایای استفاده از بتن‌های خودتراکم می‌باشد. با استفاده از بتن خودتراکم به دلیل کاهش ویبره در عملیات بتن‌ریزی، سروصدای ناشی از عملیات تراکم و صدای مزاحم کاهش می‌یابد. بتن خودتراکم آزادی بیشتری در حین طراحی سازه‌ها به محاسب می‌دهد و از آن برای مقاطع نازک بتنی می‌توان استفاده کرد.

 

در کنار مزایای گفته‌شده بتن خودتراکم دارای محدودیت‌ها و ضعف‌های مشخصی است که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱) افزایش ریسک و عدم قطعیت به دلیل تغییر ماهیت مواد جدید مانند نسل جدید فوق‌روان‌کننده، مادۀ اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته و پودر سنگ و احتمال تغییرات عمده در خواص بتن تازه و سخت‌شده به دلیل تغییرات جزیی در نوع و مقدار مادۀ مصرفی.

۲) نیاز به منابع انسانی ماهر و متخصص در هنگام انتخاب مصالح، طرح مخلوط و انجام‌دادن آزمایش‌ها.

۳) افزایش هزینۀ قالب‌ها به دلیل افزایش احتمالی فشار بر روی قالب و نیاز به درزبندی مناسب‌تر.

۴) کاهش مقاومت در برابر آتش‌سوزی: بتن خودتراکم به دلیل استفاده از مقدار بیشتر مواد پرکننده نسبت به بتن سنتی، مقاومت کمتری در برابر موارد آتش‌سوزی از خود نشان می‌دهد.

۵) مقاومت کمتر در مقابل سولفات‌ها: بتن خودتراکم در صورت استفاده از پودر سنگ به‌عنوان پرکننده، مقاومت کمتری نسبت به بتن‌های معمولی در برابر سولفات‌ها از خود نشان خواهد داد.

۶) مشکلات ساخت بتن خودتراکم: ساخت بتن خودتراکم در مقایسه با بتن معمولی نیاز به دقت و مهارت بیشتری دارد. لذا در صورت عدم نظارت دقیق در ساخت این بتن، مشکلاتی به‌وجود خواهد آمد و بتن به کیفیت مطلوب نخواهد رسید.

تکنولوژی بتن خودتراکم

با توجه به حساسیت در انتخاب نوع و نسبت‌های مصالح به‌کاررفته و همین‌طور مراحل و تکنیک‌های ساخت بتن خودتراکم در بچینگ نمی‌توان اذعان کرد که تهیۀ این بتن به راحتی بتن معمولی است. درواقع همان‌طور که انتخاب مواد افزودنی و مصالح سنگی و فیلر مناسب برای ساخت بتن خودتراکم لازم است استفاده از پرسنل فنی کارآزموده و خلاق، ماشین‌آلات مناسب و مهم‌تر از آن ایمان به تکنولوژی پیشرفته و اعتماد به نتایج آزمون‌های آزمایشگاهی و کارگاهی (صحت و دقت آزمایش) نیز لازمۀ رسیدن به بتن خودتراکم می‌باشد.

گاهی پیش آمده که در پروژه‌های مختلف به دلایل فنی و اجرایی ساخت بتن خودتراکم توسط دفتر فنی، کارفرما و یا مشاور ابلاغ شده و طرح اختلاط مناسبی نیز به‌دست آمده باشد، اما به دلیل عدم آگاهی و اطمینان یکی از عوامل اجرایی (از رئیس کارگاه گرفته تا رانندۀ میکسر، اپراتور بچینگ و یا پمپ بتن)، مخلوط بتن ساخته‌شده غیرقابل استفاده بوده (به‌عنوان مثال: غیرقابل پمپاژ) و مسئله به فراموشی سپرده شده است.

 

حساسیت بتن خودتراکم در مرحلۀ طراحی، ساخت و اجرا در مقایسه با بتن معمولی

همان‌طور که اشاره شد، بتن خودتراکم می‌تواند برای ساخت هر نوع سازه با ویژگی‌های مطلوب دوام و مقاومت به‌کار رود. این نوع بتن به لحاظ پارامترهایی نظیر مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مدول الاستیسیته و … با بتن‌های معمولی تفاوت چندانی نداشته و همچنین تمامی پارامترها و فرمول‌های طراحی بتن معمولی، در مورد آن کاربرد دارد.

به دلیل استفاده از مواد افزودنی کاهندۀ آب و فوق‌روان‌کننده، مادۀ اصلاح‌کنندۀ ویسکوزیته و مواد پودری در ساخت بتن خودتراکم، طراحی طرح مخلوط و ساخت این نوع بتن از حساسیت بیشتری نسبت به بتن معمولی برخوردار بوده و در صورت عدم دقت در لحاظ‌نمودن صحیح پارامترهای طراحی، بتن موردنظر، مشخصات بتن خودتراکم را تأمین نخواهد نمود. همچنین به دلیل استفاده از مقادیر زیاد مواد پودری در بتن خودتراکم، جمع‌شدگی خمیری و خزش بیشتری را نسبت به بتن معمولی انتظار داریم لذا سرعت در شروع عملیات عمل‌آوری در بتن خودتراکم یک امر ضروری است. لذا موارد گفته‌شده همگی بر لزوم کنترل دقیق پارامترهای طراحی، ساخت و اجرای بتن خودتراکم در مقایسه با بتن معمولی دلالت دارند.

 

عملکرد بتن خودتراکم در مقایسه با سایر بتن‌های متداول مورداستفاده در پروژه‌ها

مقایسۀ اجزای سازندۀ بتن خودتراکم و بتن‌های متداول

اجزای اصلی سازندۀ بتن خودتراکم همان اجزای تشکیل‌دهندۀ بتن معمولی است. با این وجود برای تأمین ویژگی‌های خودتراکمی معمولاً تغییراتی در نسبت‌بندی مصالح انجام می‌شود و در صورت عدم تأمین مشخصات موردنظر از مصالح کمکی استفاده می‌شود.

مواد مورد نیاز برای ساخت SCC به شرح زیر است:

• سیمان و مواد سیمانی

انواع مختلف سیمان‌هایی که در بتن معمولی قابل‌استفاده هستند را می‌توان در بتن خودتراکم به‌کار برد. حجم خمیر که شامل ریزدانه‌ها، سیمان و آب و مواد افزودنی معدنی است در بتن خودتراکم بیشتر از بتن معمولی انتخاب می‌شود. دلیل این امر افزایش فاصلۀ بین سنگ‌دانه‌ها و کاهش اصطکاک میان آن‌ها برای بهبود روانی و کارپذیری بتن تازه است. استفاده از مواد پودری ریز نیز برای افزایش حجم خمیر در بتن خودتراکم ضروری است. نوع و مقدار سیمان بر اساس خواص و دوام مورد نیاز تعیین می گردد. معمولا مقدار سیمان در بتن خود تراکم بین kg/m3 450-350 است.

• سنگدانه درشت

تمام سنگدانه های درشت که برای بتن معمولی استفاده می شود، قابل مصرف در SCC است.
اندازه حداکثر معمولا بین mm 20-16 است. بطور کلی مقدار سنگدانه درشت در SCC کمتر از بتن معمولی است زیرا سنگدانه درشت انرژی زیادی مصرف می کند که باعث کاهش جاری شدن بتن می شود و در هنگام عبور از موانع مانند آرماتور سبب مسدود شدن بتن می گردد.

•  سنگدانه ریز

تمام سنگدانه ها ی ریز که برای بتن معمولی استفاده می شود، برای SCC نیز مناسب است. هر دو نوع ماسه شامل شکسته و گردگوشه قابل استفاده می باشد.

 

• مواد افزودنی معدنی

انواع مواد افزودنی معدنی یا پوزولان ها را می توان در SCC مصرف کرد. این مواد برای بهبود خواص بتن تازه و یا بتن سخت شده و دوام مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله این مواد می توان میکروسیلیس، سرباره و روباره را نام برد.

• آب

آب به‌کاررفته در بتن خودتراکم باید همان ویژگی‌های ملزومات آب به‌کاررفته در بتن معمولی را فراهم نماید. نسبت آب به سیمان در بتن خودتراکم برابر یا کمتر از نسبت آب به سیمان در بتن معمولی است. به دلیل آنکه افزایش مقدار آب باعث افزایش احتمال ناپایداری بتن می‌شود و از طرف دیگر کاهش زیاد آب باعث افزایش بیش‌ازاندازۀ لزجت بتن می‌شود. تنظیم نسبت آب به سیمان یکی از مهم‌ترین بخش‌های طراحی نسبت اختلاط بتن خودتراکم است.

• فوق کاهنده آب

فوق کاهنده آب یا فوق روان کننده ها از مواد بسیار مهم برای ساخت SCC محسوب می شوند.

• مواد اصلاح کننده ویسکوزیته

مواد اصلاح کننده برای افزایش مقاومت جداشدگی در SCC مصرف می شود. استفاده از این مواد نه تنها ویسکوزیته مخلوط را افزایش می دهد بلکه اثر تغییر در آب مخلوط را کاهش می دهد. به هر حال مخلوط های بتن خودتراکمی که عملکرد عالی پایداری از خود نشان می دهند و از سطح کافی ویسکوزیته برخوردارند تا از جدا شدگی جلوگیری کنند، نیاز به مواد اصلاح کننده ویسکوزیته ندارند.

• فیلرها

به دلیل الزامات رئولوژی خاص SCC، هر دو مواد افزودنی فعال و خنثی برای بهبود کارایی و همچنین برای تعادل در مقدار مصرف سیمان، مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از فیلرها مانند پودر سنگ گرانیت سبب پایداری مخلوط بتن خودتراکم می شود، در نتیجه می توان جایگزین مواد اصلاح کننده ویسکوزیته مصرف نمود. اندازه فیلرها معمولا کمتر از ۰/۱۲۵mm است.

 

• مواد افزودنی شیمیایی

دو نوع مادۀ افزودنی شیمیایی به‌صورت عمده در بتن خودتراکم استفاده می‌شود.
مواد افزودنی فوق‌روان‌کننده: برای افزایش روانی بتن تازه
مواد قوام‌آور: برای بهبود پایداری بتن
مواد افزودنی فوق‌روان‌کنندۀ مناسب برای کاربرد در بتن خودتراکم عمدتاً فوق‌روان‌کننده‌های نسل جدید بر پایۀ پلی‌کربکسیلاتی هستند. مقدار مصرف این مواد در حدود ۰٫۵ تا ۱٫۵ درصد وزنی سیمان است. در این میان مواد قوام‌آور کاربرد کمتری دارند و درصورتی‌که نتوان با روش‌های دیگر پایداری موردنیاز را تأمین نمود از این مواد استفاده می‌شود. مقدار مصرف این مواد در حدود ۰٫۱ تا ۰٫۵ درصد وزنی سیمان است.

 

مقایسۀ ویژگی‌های بتن خودتراکم و بتن‌های متداول

اصلی‌ترین تفاوت بتن‌های معمولی و بتن خودتراکم در ویژگی‌های بتن تازه است. درحالی‌که تفاوت زیادی میان بتن خودتراکم و بتن معمولی در وضعیت سخت‌شده وجود ندارد. بتن خودتراکم باید روانی بیشتر و پایداری بیشتر به معنای جداشدگی حداقل، آب‌انداختگی حداقل و قفل‌شدگی حداقل نسبت به دیگر بتن‌های متداول داشته باشد. لازم به ذکر است که تأمین مشخصات گفته‌شده نیاز به طرح مخلوط مناسب و اطمینان به نتایج آزمون‌های آزمایشگاهی دارد. در صورت عدم دقت مناسب در ساخت بتن خودتراکم و درنظرنگرفتن تمامی ملزومات لازم، ممکن است بتن ساخته‌شده یک یا چند مورد از مشخصات برشمرده‌شده را تأمین ننموده و باعث بروز مشکلاتی در تولید، اجرا و بهره‌برداری از بتن مذکور گردد.

 

افزایش روانی درنتیجۀ افزایش مقدار آب و نسبت آب به سیمان، افزایش مقدار مواد افزودنی فوق‌روان‌کننده و افزایش حجم خمیر باعث بروز ایراداتی در مشخصات بتن تازه می‌گردد. همچنین کاهش جداشدگی سنگ‌دانه‌ها بستگی به مواردی ازقبیل استفاده از ماسه با دانه‌بندی مناسب، کاهش اندازۀ حداکثر دانه و افزایش نسبت ماسه به شن، استفاده از مواد افزودنی قوام‌آور و کاهش نسبت آب به سیمان و مواد افزودنی دارد که این موارد ممکن است برخی از خواص بتن تازۀ خودتراکم را تحت تأثیر قرار دهد.

کاهش آب‌انداختگی و کاهش احتمال انسداد سنگ‌دانه‌ها نیز از الزامات دیگر ساخت و تولید بتن خودتراکم می‌باشد که این پارامترها نیز نتیجۀ عواملی ازقبیل استفاده از ماسه با دانه‌بندی مناسب، استفاده از مواد افزودنی قوام‌آور، استفاده از مواد ریزدانۀ پودری و کاهش اندازۀ حداکثر دانه و افزایش نسبت ماسه به شن می‌باشند که این موارد نیز همچون موارد ذکرشدۀ قبلی، ممکن است برخی از خواص بتن تازۀ خودتراکم را تحت تأثیر قرار دهند.

لزوم استقرار نظام جامع کنترل کیفی و بهره‌برداری از نیروهای متخصص

با توجه به حساسیت‌های اشاره‌شده درخصوص مراحل ساخت و به‌کارگیری بتن خودتراکم، کنترل خواص این نوع بتن در مراحل مختلف ساخت و اجرا جهت حفظ و تأمین خواص طراحی‌شده الزامی می‎‌باشد. جهت بررسی خواص بتن تازه مهم‌ترین فاکتور طرح، روانی بتن می‌باشد که عموماً به‌وسیلۀ آزمایش اسلامپ سنجیده می‌شود ولی درمورد بتن خودتراکم باید فاکتورهای بیشتری نظیر روانی، توان عبور، مقاومت در برابر جداشدگی و لزجت (ویسکوزیته) موردبررسی قرار گیرد تا از توانایی بتن ساخته‌شده جهت تراکم خودکار اطمینان حاصل شود.

ازاین‌رو با توجه به حساسیت‌های موجود در تولید و اجرای بتن خودتراکم، بالطبع سطح اعمال نظارت و کنترل کیفیت نیز بالاتر از سازه‌های اجراشده با بتن معمولی می‌باشد؛ بنابراین لزوم استقرار نظام کنترل کیفیت با تجهیز آزمایشگاه و بهره‌گیری از افراد متخصص در زمینۀ تعیین سطح نظارت و کنترل کیفیت شامل تعیین نوع و تعداد آزمایش‌های موردنیاز و ارائۀ دستورالعمل جامع درخصوص نظارت و کنترل کیفیت بتن‌های اجراشده مشخص می‌باشد.

 

کاربرد بتن خودتراکم و مزایای فنی و اقتصادی آن در پروژه‌های شهری

استفاده از بتن خودتراکم از چندین سال قبل به‌صورت عضو سازه‌ای در کشورهای توسعه‌یافته رشد چشم‌گیری داشته درحالی‌که اجرای این بتن در سازه‌های بتنی ایران متداول نبوده است. در یک مطالعۀ موردی با بررسی موردی ۱۰ پروژه با اسکلت بتنی و ارزیابی طرح‌های اختلاط و هزینۀ اجرای هرکدام از اعضای سازه‌ای، اگرچه هزینۀ تولید و مصالح اولیۀ بتن خودتراکم ۴۴ درصد از بتن معمولی بیشتر شده است اما با محاسبۀ هزینه‌های اجرا به‌طور متوسط ۶۳٫۲ درصد کاهش قیمت در این زمینه به‌دست آمده که نشان‌دهندۀ منفعت اقتصادی این نوع بتن می‌باشد. شاید مهم‌ترین دلیل عدم رواج استفاده از بتن خودتراکم در کشور، پیچیدگی‌های اجرایی این بتن به‌صورت درجا چه در اجرا و چه در تولید قطعات پیش‌ساخته می‌باشد که یقیناً با افزایش مطالعات آزمایشگاهی و رجوع به سوابق اجرایی مرتبط در دیگر کشورها، این نقص قابل‌حل است.

یکی از نکات مهم در اجرای صحیح سازه‌های بتنی تراکم کامل بتن و جاگیری مناسب آن در قالب می‌باشد. این مسئله در مورد المان‌هایی همچون دیوار برشی و ستون که در آن‌ها فشردگی آرماتور زیاد و ابعاد مقطع بتن‌ریزی کوچک می‌باشد از اهمیت بیشتری برخوردار است. در این راستا استفاده از ویبراتور جهت متراکم‌کردن بتن، مشکلات زیادی به‌همراه دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

۱) جداشدگی دانه‌بندی بتن به علت ویبرۀ زیاد در بعضی مناطق
۲) تراکم ناهمگن در نقاط مختلف سازه و درنتیجه مقاومت فشاری متفاوت در مقاطع مختلف سازه
۳) گیرکردن شلنگ ویبره بین آرماتورها در حین اجرا
۴) کرموشدن بعضی مناطق به علت غیرقابل‌دسترس‌بودن
۵) کرموشدن نقاطی از سطح بتن به علت ویبرۀ بیش‌ازحد و فرار شیرۀ بتن و جاگیری ناقص بتن در قالب

 

به موارد فوق باید آلودگی صوتی و خطرات جانی عملیات ویبره در مورد دیوارها و ستون‌های بتنی را نیز افزود. ازاین‌رو همان‌طور که قبلاً نیز اشاره شد، بتن خودتراکم راه‌حلی است که امروزه جهت رفع این مشکلات و همچنین رسیدن به بتنی با کیفیت بالاتر مطرح می‌باشد. امروزه در کشورهای پیشرفته، استفاده از بتن خودتراکم در پروژه‌های ساخت‌وساز شهری با توجه به خصوصیات آن، بسیار متداول شده است. مزایای استفاده از این نوع بتن در پروژه‌های شهری را می‌توان به شرح ذیل معرفی نمود.

۱) اطمینان از تراکم به‌خصوص در مقاطعی که کاربرد لرزاننده دشوار است.
۲) جاگیری آسان‌تر بتن در قالب
۳) سطح تمام‌شدۀ بهتر
۴) کاهش نیروی انسانی
۵) اجرای سریع‌تر به‌خصوص در مورد مقاطع دیوار و ستون
۶) آزادی عمل بیشتر در طراحی (امکان ایجاد مقاطع نازک‌تر)
۷) کاهش آلودگی صوتی ناشی از عملیات ویبرۀ سطح تمام‌شدۀ بتن خودتراکم در مقایسه با بتن معمولی

 

رشد دانش فنی در ساخت و اجرای بتن خودتراکم و افزایش روزافزون استفاده از این نوع بتن در پروژه‌های مختلف باعث شده تا به دلایل مختلف شمرده‌شده، هزینه‌های اجرایی طرح‌ها نیز نسبت به اجرای سازه‌های بتنی با تکنولوژی بتن‌های متداول کاهش یافته و مزایای خاصی نیز در ساخت سازه‌های بتنی به‌وجود آید که نمونه‌ای از این موارد در کاربردهای شهری و در اجرای سازه‌های ویژه به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شوند.

۱) سازه‌های بتنی با معماری خاص که نیاز به ظرافت زیاد با میلگردگذاری فشرده دارند.
۲) پل‌های با دهانۀ بزرگ که به دلیل طولانی‌بودن خط انتقال بتن، اجرای آن‌ها با بتن معمولی امکان‌پذیر نمی‌باشد و درضمن استفاده از بتن معمولی موجب قطورترشدن اندازۀ پایه‌ها و نازیبایی سازه می‌شود.
۳) تونل‌های شهری و آبی که در آن‌ها مسافت طولانی انتقال بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات اجرایی به‌شمار می‌آید.
۴) ساختمان‌های بلند و برج‌ها
۵) ستون‌ها و دیوارهای بلند با میلگردهای متراکم
۶) کلیۀ بتن‌ریزی‌های مقاطع مختلف سازه‌ای که می‌بایست به‌وسیلۀ پمپ انتقال بتن انجام شوند.
۷) ساخت قطعات پیش‌ساختۀ نمادار در المان‌های شهری
۸) بتن‌ریزی کف‌ها و سطوح افقی
۹) بتن‌ریزی در سازه‌های زیرآبی

 

همچنین مزایای چشم‌گیر بتن خودتراکم و کمبود کارگران ماهر بتن‌ریزی به‌ویژه کارگران ویبره‌زن موجب گسترش سریع آن در دنیا شده است؛ که به‌طور اجمال می‌توان به مواردی از آن‌ها اشاره کرد.

۱) توسعۀ سازه‌های بتنی در دنیا و نیاز به بتن‌های با خواص ویژه
۲) افزایش سرعت اجرای سازه‌های بتنی در سهولت بتن‌ریزی
۳) امکان بهبود کیفیت مکانیکی بتن
۴) امکان اجرای سازه‌های بتنی ظریف و سبک‌تر نسبت به مقاطع معمول بتنی و انتخاب مقاطع کوچک با میلگردهای فشرده
۵) توسعۀ صنایع پیش‌ساختۀ بتنی
۶) صرفه‌جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت
۷) توجه به سطوح تمام‌شدۀ زیبا و مرغوب سازه‌‌های بتنی
۸) کاهش سروصدا و آلودگی صوتی محیط کار به‌ویژه در صنایع پیش‌ساختۀ بتنی

گزارشی از طرح‌های اجرایی بتن خودتراکم در پروژه‌های خاص شهری ایران

لاینینگ نهایی تونل بزرگ رسالت، شهر تهران

استفاده از بتن خودتراکم در پروژۀ احداث تونل شهری رسالت تهران و در لاینینگ نهایی دیواره‌های تونل در سال ۱۳۸۲ صورت گرفته است. استفاده از بتن خودتراکم در پروژه‌های کشورمان در سال‌های اخیر در صنعت ساختمان به‌صورت نسبی متداول شده است. دلیل عمدۀ این کاربرد دست‌یابی به طرح اختلاط یک بتن با روانی زیاد است که امکان بتن‌ریزی در مقاطع با آرماتور زیاد را فراهم می‌آورد. همچنین استفاده از این بتن در محل‌هایی که دسترسی به مقطع مشکل است ترجیح دارد. بر این اساس و به دلیل محدودیت دسترسی و عدم امکان ویبره‌کردن بتن در لاینینگ نهایی تونل رسالت تهران، با توجه به مطالعات و آزمایش‌های متعدد انجام‌شده در سال ۱۳۸۲، طرح اختلاط مناسب برای اجرای بتن‌ریزی لاینینگ تونل رسالت به صورت بتن خودتراکم به‌دست آمد.

 

X-Legهای لابی برج میلاد، شهر تهران

استفاده از بتن خودتراکم در X-Legهای لابی برج میلاد به‌عنوان یک نوآوری در ابعاد سازه و معماری مورداستفاده قرار گرفته است. X-Legهای لابی برج، ستون‌های مایل ضردری هستند که در محیط لابی برج قرار گرفته‌اند و بخشی از وزن طبقۀ چهارم و بام قوسی لابی به آن‌ها منتقل می‌شود. پس از آنکه طراحی X-Legهای لابی برج میلاد انجام گرفت لازم بود که متناسب با طراحی و شکل این سازه‌ها روش‌های اجرایی تدوین و مورداستفاده قرار گیرد که با توجه به ظرافت و حساسیت این بخش سرانجام ساخت X-Legها با استفاده از قالب پیش‌ساخته و بتن خودتراکم موردمطالعه و اجرا قرار گرفت.

بتن خودتراکم غیرسازه‌ای که در پروژۀ برج میلاد مورداستفاده قرار گرفت بتن‌های سفیدرنگی است که در نمای لابی کار شد و به‌عنوان کار منحصربه‌فرد دیگری از بتن خودتراکم تلقی می‌شود. نمای لابی تلفیقی از بتن سفید، شیشه و بتن نقش‎‌دار است. با توجه به اینکه ورود به برج از لابی انجام می‌شود نمای آن اهمیت خاصی دارد. تلفیقی از معماری مدرن و ایرانی و تکراری‌نبودن آن مدنظر بود که با توجه به بتنی‌بودن نما تصمیم گرفته شد در آن شکل نوینی از بتن استفاده شود.

روش ارائه‌شده یکی از بهترین روش‌ها جهت ساخت سنگ‌های مصنوعی در ابعاد بزرگ‌تر از حد متعارف می‌باشد که می‌تواند در نمای ساختمان‌ها و کف‌سازی‌ها مورداستفاده قرار گیرد. لازم به ذکر است که این روش از نظر اقتصادی نیز بسیار مقرون‌به‌صرفه بوده و می‌تواند هزینۀ تمام‌شدۀ پروژه‌ها را کاهش دهد. نتایج کنترل کیفی صورت‌گرفته نیز حاکی از کارایی، دوام و مقاومت مناسب بوده به‌طوری‌که می‌توان بتن خودتراکم را در بسیاری از موارد مشابه توصیه نمود.

 

پروژۀ بزرگراه طبقاتی شهید صدر، شهر تهران

پروژۀ ساخت بزرگراه طبقاتی شهید صدر را می‌توان یکی از مهم‌ترین و بدیع‌ترین پروژه‌های شهری دانست. تأمین ظرفیت مازاد به‌واسطۀ انتقال بخشی از بار ترافیکی به طبقۀ فوقانی بزرگراه از طریق ساخت پلی بتنی به طول کلی مسیر ۱۹ کیلومتر صورت می‌پذیرد که به‌منظور ساخت این پل در حدود ۲۸۳ هزار مترمکعب بتن استفاده گردید. طراحی سازۀ این پل به‌گونه‌ای برنامه‌ریزی شده بود تا ساخت شمع‌ها، فونداسیون‌ها و ستون‌ها در مسیر احداث پروژه و با استفاده از بتن معمولی و به‌صورت درجا انجام پذیرد و قطعات سرستون و عرشه به‌صورت اجزای بتنی پیش‌ساخته و در کارخانه‌هایی خارج از محور طرح ساخته شوند. بر این اساس و به‌منظور تسریع در روند ساخت  قطعات، افزایش سطح کیفی و دوام، حصول نتایج مطلوب در پارامترهای مقاومتی و سازه‌ای و نهایتاً به جهت تأمین تراکم متناسب با وجود فشردگی بیش‌ازحد میلگردها، استفاده از بتن خودتراکم در فرآیند تولید در دستور کار قرار گرفت.

به‌منظور ساخت پل بزرگراه طبقاتی شهید صدر، سازه‌ای بتنی و سگمنتال طراحی گردید. این سازۀ بتنی مبتنی بر تعداد زیادی از قطعات بتنی پیش‌ساخته می‌باشد که می‌بایست در کمترین زمان و با بهترین کیفیت تولید شوند. از طرفی به دلیل استقرار این پل در یک فضای پرتردد شهری، زیبایی ظاهری قطعات نیز دارای اهمیت بود و همچنین طراحی سازه‌ای، مقاومت مشخصۀ بتن مصرفی را در یک سطح بالایی مطالبه می‌نمود. درنهایت دوام و کیفیت قطعات نیز با حساسیت موردتوجه طراحان و سازندگان قرار گرفت. در چنین شرایطی استفاده از دو گزینه اجتناب‌ناپذیر می‌نمود: بتن خودتراکم و بتن توانمند.

براساس نظر مشاورین پروژه استفاده از بتن خودتراکم در سطح وسیع به دلیل مشکلات متعدد ازقبیل کمبود نیروی متخصص، تحمیل فشار به قالب‌های قطعات تولیدی و امکان خروج بتن از آن‌ها، تأمین افزودنی مناسب برای کسب روانی لازم، چگونگی انتخاب و استفاده از فیلر و یا مادۀ لزجت‌دهنده، تأمین لزجت مناسب با کاهش عیار سیمان، مشکل تولید این نوع بتن در بچینگ و حساسیت بالای دانه‌بندی مصالح سنگی و … مسائلی بود که ذهن مشاورین را به‌جای استفاده از این بتن به بتن توانمند ترغیب می‌نمود. درنهایت ضمن آموزش نیروهای متخصص، مطالعۀ گسترده در زمینۀ مصالح مصرفی، طرح‌های اختلاط، انجام آزمایش‌های متعدد و تأمین تجهیزات مناسب استفاده از بتن خودتراکم علی‌رغم تمام معضلات و چالش‌های تولید، در قطعاتی به‌صورت آزمایشی مورداستفاده قرار گرفت و نتیجه به‌قدری مطلوب بود که راه را برای تولید انبوه این محصول هموار ساخت.

 

بتن تزیینی خودتراکم در طرح توسعۀ حرم حضرت معصومه (س)، شهر قم

بتن امروزه علاوه بر عملکرد در زمینه‌های مقاومت و پایایی، در زمینۀ معماری نیز وارد شده است و بتن‌های تزیینی جایگاه ویژه‌ای در پروژه‌های معماری پیدا کرده است. نمونه‌ای از این کاربرد در پروژۀ توسعۀ حرم حضرت معصومه (س) موردتوجه قرار گرفته است. طرح توسعۀ حرم حضرت معصومه (س) در شهر قم، اوایل سال ۱۳۸۱ آغاز شد و با زیربنایی معادل ۵۵ هزار مترمربع در حدود ۳ سال به اتمام رسید و تیرماه ۱۳۸۴ از آن بهره‌برداری شد. این بنا که در ضلع جنوبی حرم مطهر احداث شده است، شامل صحن اصلی و شبستان‌هایی می‌باشد که با تکنولوژی روز ساختمان و معماری طراحی و اجرا شده است.

از ویژگی‌های این پروژه استفاده از بتن تزیینی سفید می‌باشد که علاوه بر کاربری سازه‌ای به‌عنوان تیر، ستون و دال سقف، کاربری معماری فضا را نیز تأمین می‌کند. در کتیبه‌نویسی آیات قرآن در دیوارهای اطراف حرم برای اولین بار در کشور از بتن ویژه‌ای استفاده شده است که از مشخصات آن می‌توان به استفاده از مصالح سنگی ریزدانه، افزودنی فوق‌روان‌کننده و الیاف پلی‌پروپیلن اشاره کرد که محصول آن بتن خودتراکم با مقاومت فشاری در حدود ۱۰۰ مگاپاسکال می‌باشد. از سایر خصوصیات این بتن می‌توان به شکل‌پذیری (روانی)، دقت و ظرافت، و مقاومت و پایایی آن در برابر عوامل جوی اشاره کرد.

 

طراحی و تولید قطعات پیش‌ساخته جهت عبور TBM از فضاهای باز، شیراز

طرح تونل‌های عمیق متروی شیراز شامل دو تونل به طول ۱۵ کیلومتر و به قطر ۸٫۶ متر در محیط آبرفتی و زیر سطح ایستابی می‌باشد که توسط دو دستگاه TBM حفاری شده است. این دستگاه‌ها جهت عبور فضاهای ایستگاه‌ها بایستی مسافت ۱۰۰ متر ایستگاه را به‌صورت روباز و از روی قطعات بتنی پرمقاومت عبور کند. این قطعات علاوه‌ بر مقاومت زیاد و با عنایت به شکل ویژه می‌بایست با بتنی روان تولید شوند که در پروژۀ متروی شیراز از بتن ویژۀ پرمقاومت SCC استفاده گردیده است. با توجه به شکل خاص موردنیاز قطعات بتنی بستر و همچنین مقاومت موردنیاز (در حدود ۵۵۰ کیلوگرم بر سانتی‌مترمربع)، تصمیم بر این گرفته شد که قطعات فوق به‌صورت پیش‌ساخته تولید و در کف شفت جای‌گذاری گردد.

 

ساختمان تجاری ـ اداری امید ۲، شهر تهران

اجرای پروژۀ ساختمانی ۲۶ طبقه مجتمع تجاری ـ اداری بانک سپه (امید ۲) با زیربنای ۲۵۰۰ مترمربع، واقع در تقاطع خیابان‌های مطهری و قائم‌مقام فراهانی در شهر تهران، از اواخر سال ۸۶ فعالیت خود را آغاز کرده است. سازه ۹ طبقۀ ابتدایی (۴ طبقه زیرزمین و ۵ طبقه بالای زمین) این ساختمان از نوع بتنی بوده که در طول ۲۵ سال اجرا گردیده است که به دلیل تغییر کاربری و افزایش سطح زیربنا و همچنین ابهاماتی که کیفیت سازه موجود داشته، تصمیم بر آن گرفته می‌شود تا سیستم سازه از نوع بتنی به فلزی تغییر یابد.

برای این منظور طبقۀ ششم به‌عنوان طبقۀ انتقالی درنظر گرفته می‌شود. به‌نحوی‌که در این طبقه ستون‌های فلزی در ستون‌های بتنی ادغام شده و سپس در طبقات بعدی سازه به‌صورت کاملاً فلزی تا طبقۀ ۲۶ ادامه می‌یابد. این نوع تغییر سیستم سازه‌ای در نوع خود در خاورمیانه منحصر‌به‌فرد بوده و برای اولین بار است که اجرا می‌شود. حجم بتن‌ریزی در حدود ۳۵۰۰ مترمکعب بوه و بتن مورداستفاده در ستون‌های ترکیبی این سازه به دلیل کمبود فضا با وجود هستۀ فولادی و تراکم زیاد آرماتور، از نوع بتن خودتراکم با مقاومت بالا انتخاب و اجرا شده است. مقاومت فشاری به‌دست‌آمده در کارگاه به‌طور متوسط ۶۵ مگاپاسکال بوده است. طراحی و نظارت بتن خودتراکم در این پروژه توسط انستیتو مصالح ساختمانی دانشکده فنی تهران انجام پذیرفت.

پروژۀ فاز ۱۲ پارس جنوبی

در این پروژه تراکم بالای میلگرد و عدم امکان تراکم مناسب بتن در برخی مقاطع به‌خصوص در محل پیرامون بازشو دیوارهای بتنی، منجر به کاهش کیفیت بتن و لزوم مصرف هزینۀ دوباره جهت ترمیم آن شده است. بر این اساس با انجام مطالعات گسترده و با همکاری انستیتو مصالح ساختمانی دانشکده فنی تهران به‌عنوان مشاور پروژه، طراحی، ساخت و اجرای بتن خودتراکم در این پروژه در دستور کار قرار گرفت. براساس برنامه‌ریزی انجام‌شده در مرحلۀ اول طرح بتن خودتراکم در آزمایشگاه تهیه و سپس مراحل تنظیم و نهایی‌سازی طرح در کارگاه انجام شد. در مرحلۀ آخر نیز ساخت بتن در کارگاه و اجرای آن در سازه‌های موردنظر با موفقیت به‌انجام رسید.

 

 

گزارشی از طرح‌های اجرایی بتن خودتراکم در پروژه‌های خاص شهری جهان

سازه‌های مختلفی با استفاده از بتن خودتراکم در دنیا اجرا شده‌اند. قابل ذکر است که اجرای بعضی از این پروژه‌ها بدون استفاده از بتن خودتراکم، امکان‌پذیر نبوده است. مطابق آمار در سال ۲۰۰۰، نزدیک به ۴۰۰,۰۰۰ مترمکعب بتن با استفاده از تکنولوژی بتن خودتراکم در کشور ژاپن اجرا شده است. در کشورهای اروپایی نیز که به‌عنوان پیشرو در استفاده از بتن خودتراکم در سال‌های گذشته شناخته می‌شوند، رشد به‌کارگیری این نوع بتن در پروژه‌های مختلف ساخت‌وساز شهری و صنایع پیش‌ساخته بسیار چشم‌گیر بوده است. درحالی‌که در ژاپن به بتن خودتراکم از نقطه‌نظر بتن با مقاومت بالا نگاه می‌شود، در اروپا بتن خودتراکم با مقاومت متوسط همچنان موردنظر است.

در آمریکا نیز با پیشرفت دانش فنی در طراحی، ساخت و اجرای بتن خودتراکم، استفاده از این نوع بتن در پروژه‌های مختلف افزایش چشم‌گیری داشته است. به‌طوری‌که به‌عنوان مثال، میزان تقریبی استفاده از بتن خودتراکم از نزدیک به ۲۰۰,۰۰۰ مترمکعب در سال ۲۰۰۰ به میزان تقریبی نزدیک به ۱٫۸ میلیون مترمکعب در سال ۲۰۰۳ رسیده است. در این بخش به نمونه‌هایی از پروژه‌های اجراشده در کشورهای مختلف اشاره شده و مشخصات هرکدام به‌‌صورت خلاصه معرفی شده است. بدیهی است هدف از معرفی مشخصات فنی هرکدام از این طرح‌ها، استفاده از تجربیات به‌جامانده از طراحی، ساخت و اجرای بتن خودتراکم در این طرح‌ها، در پروژه‌های آتی و بهره‌برداری بهتر از تکنولوژی این نوع بتن در ساخت‌وسازهای پیش ‌رو می‌باشد.

دیواره‌های مخازن عظیم LNG شرکت گاز Osaka، کشور ژاپن

پروژۀ‌ ساخت دیواره‌های مخازن عظیم LNG شرکت گاز Osaka در کشور ژاپن در سال ۱۹۹۸ اجرا شده است. حجم بتن خودتراکم مصرف‌شده در این پروژه ۱۲,۰۰۰ مترمکعب بوده که استفاده از این تکنولوژی باعث صرفه‌جویی در تعداد کارگران در حدود ۶۷% در مقایسه با بتن معمولی، صرفه‌جویی در مدت‌زمان ساخت نزدیک به ۱۸% در مقایسه با بتن معمولی و صرفه‌جویی در تعداد کارگاه‌ها در حدود ۲۹% در مقایسه با بتن معمولی شده است.

بازار بزرگ Midsummer Place، شهر لندن، کشور انگلستان

مشخصۀ بارز این پروژه وجود ستون‌های بیضوی با میلگردهای با تراکم بالا به ارتفاع ۸٫۵ تا ۱۰ متر می‌باشد که عملاٌ این موضوع توجیه اصلی استفاده از بتن خودتراکم به جهت امکان اجرای آسان‌تر با حفظ کیفیت بهتر بتن نسبت به بتن‌های متداول بوده است. استفاده از بتن خودتراکم در این پروژه زمان ساخت و اجرا را در مقایسه با شرایطی که از بتن معمولی استفاده شود، کاهش داده است.

استادیوم ورزشی پراگ، کشور جمهوری چک

امروزه استفاده از بتن خودتراکم در صنایع پیش‌ساخته و در کارخانه‌های تولید قطعات پیش‌ساخته به‌خصوص از نوع نمادار جهت استفاده در المان‌های شهری، بسیار متداول شده است. دلیل این امر امکان ساخت بتن‌های خاص ازجمله بتن خودتراکم با خواص مکانیکی مناسب و مقاومت‌های فشاری مناسب در شرایط تولید کارخانه‌ای بوده که در مقابل بتن خودتراکم نیز با روانی و کارایی مناسب، نگرانی‌های مربوط به جاگیری بتن در قالب و تراکم کافی در مقاطع پرآرماتور را برطرف می‌سازد. نشیمنگاه‌های ساخته‌شده در استادیوم ورزشی شهر پراگ در کشور جمهوری چک به‌وسیلۀ قطعات درجا و پیش‌ساختۀ بتنی از نوع خودتراکم در سال ۲۰۱۰ اجرا شده است. استفاده از این نوع بتن باعث شده تا مقاطع نازک بتنی با تراکم آرماتور بالا، با پیوستگی و تراکم قابل‌قبول و با ظاهری مناسب اجرا شوند.

پل Ritto، کشور ژاپن

پل Ritto، واقع در مسیر بزرگراه Meishin، در نزدیکی شهر توکیو و در کشور ژاپن واقع شده است. اهمیت این پل به دلیل وجود شبکۀ عظیم و پیچیده در عرشه و همین‌طور استفاده از بتن توانمند خودتراکم در ستون‌ها و سر‌ستون‌های آن است. مقاومت طراحی بتن خودتراکم استفاده‌شده تا ۵۰ مگاپاسکال بوده و در این طرح از فولاد با تنش تسلیم تا ۶۸۵ مگاپاسکال استفاده شده است. بتن خودتراکم در این طرح، به دلیل تراکم بالای آرماتور در مقاطع بتنی و همچنین کارایی و روانی مناسب برای پرکردن قالب‌ها با معماری خاص، انتخاب شده است.

منبع: کاربرد بتن خودتراکم در پروژه‌های عمرانی شهری، مرکز مطالعات و برنامه‌ریزی شهر تهران.