بتن و خوردگی

مقدمه : عمر متوسط سازه‌هاي بتني ( مثل پل ، ساختمان و ديگر ابنيه بتني ) به طور متوسط 50 تا 100 سال در نظر گرفته مي‌شود . اما در سراسر دنيا سازه‌هايي وجود دارند كه در مدت كوتاهي پس از بهره‌برداري ، ضعفهاي مهمي از خود نشان داده‌اند . برآورد مي‌شود كه هر ساله ميليونها دلار پول بر اثر خوردگي فولادهاي داخل بتن مسلح ، و در نتيجه تخريب سازه‌هاي بتني از بين مي‌رود . اين مسئله مهم باعث انجام تحقيقات زيادي جهت جلوگيري از خوردگي فولاد گرديده است . 
بتن معمولي ساخته شده از سيمان پرتلند داراي محيطي قليايي است كه سببرويين شدن سطح آرماتورها مي‌شود ، اما با حضور يون كلرور در بتن لاية رويين سطح آرماتورها ، از بين رفته و خوردگي آغاز مي‌شود . بر اثر خورده شدن آرماتورها حجم آنها افزايش يافته و فشار زيادي را در داخل بتن به وجود مي‌آورند ( در حدود MPa 32 ) . اين فشار ، باعث ايجاد تنش كششي زيادي در بتن مي‌شود كه در نتيجه آن ، بتن خرده شده و ترك مي‌خورد . احتمال وقوع خوردگي ، بستگي به ميزان كلرور موجود در بتن دارد كه با درصد وزن كلرور نسبت به وزن سيمان سنجيده مي‌شود (W % ) و در انگلستان به صورت زير طبقه‌بندي شده است : 
الف ) اگر وزن كلرور موجود در بتن كمتر از 4/0 درصد وزن سيمان باشد احتمال وقوع خوردگي كم است . 
ب ) اگر وزن كلرور موجود در بتن بين 4/0 ـ 1 درصد وزن سيمان باشد احتمال وقوع خوردگي متوسط است . 
ج ) اگر وزن كلرور موجود در بتن بيشتر از 1 درصد وزن سيمان باشد احتمال وقوع خوردگي زياد است . 
موسسه FHWA در امريكا ، مقدار بحراني يون كلرور را جهت ايجاد خوردگي 2/0 درصد وزن سيمان اعلام كرده ، و مقرر داشته است كه اگر مقدار يون كلرور موجود در سطح پل كمتر از 15/0 درصد وزن سيمان باشد هيچ خطري از جانب خوردگي آن را تهديد نمي‌كند ، در صورتي كه مقدار آن بيشتر از 3/0 درصد وزن سيمان باشد بايستي در مورد تعويض سطح پل اقدام كرد . در ايالت اهايون ، امريكا اگر سطح بتني پلي در تمام عمق بتن سطح بيش از 25/0 ـ 15/0 درصد وزن سيمان يون كلر داشته باشد ، كلاً تعويض مي‌گردد كاملاً مشخص است كه احياي چنين سازه‌هايي از نظر اقتصادي حايز اهميت‌اند . 
روشهاي مختلفي براي جلوگيري از خوردگي آرماتورها پيشنهاد شده است ، اما تنها روش مؤثري در متوقف كردن خوردگي آرماتورها بدون توجه به مقدار يون كلرور موجود در بتن حفاظت كاتدي ( CP ) است . 
روش حفاظت كاتدي فولادهاي مدفون در خاك و آب ، مثل خطوط لوله ، اسكله‌ها ، مخازن ذخيره و سازهاي ديگر كلاً شناخته شده است ، روش حفاظت سازه‌هاي بتني در برابر خوردگي‌ است . 
حفاظت كاتدي براي حفاظت تعداد زيادي از سطح پلها و ديگر سازه‌هاي وجود در امريكا و كانادا مورد استفاده قرار گرفته است ( متجاوز از100 مورد در سال 1986 گزارش شده است ) . استقبال زياد از اين روش نشان‌دهنده موفقيت روش حفاظت كاتدي بتن مسلح ارائه مي‌شود . 
در روش حفاظت كاتدي با پايين آوردن پتانسيل فلز از پتانسيل فعال خوردگي به پتانسيل غير فعال باعث توقف كامل خوردگي فلز مي‌شود . ساده‌ترين روش حفاظت كاتدي آرماتورها ، اتصال قطب منفي منبع تغذيه جريان مستقيم ( DC ) به آرماتورهاي داخل بتن ( كاتد ) و متصل كردن قطب مثبت منبع تغذيه به آندي است كه با سطح بتن در تماس است . 
مزيت اقتصادي حفاظت كاتدي : 
جهت روشن كردن گسترش روز افزون خطر خوردگي ناشي از وجود كلروردار در بتن ، ساختمان چندين طبقه London office را كه در ساخت قطعات بتني پيش تنيده آن از كلرور كلسيم استفاده شده است ، به عنوان نمونه مورد بررسي قرار مي‌دهيم . اين ساختمان 26 سال پيش ساخته شده است . سيزده سال بعد اولين سري تعميرات آن شروع شد . سطوح خرد شده تعمير گر ديد و با تلاش فراوان سعي كردند تا از رطوبت بتن بكاهند و بدين ترتيب از شدت خوردگي كاسته گردد . چهار سال قبل پيمانكار ، آخرين سري تعميرات همين ساختمان را شروع كرد . از آن به بعد يك گروه تعميراتي پيوسته مشغول تعمير تركه او ريزشهاي بتن نماي ساختمان بوده است . آنها اخيراً دهمين دوره تعميرات متداول خود را به پايان رسانده‌اند . حتي كيفيت خوب تعميرات هم نمي‌تواند جلو خرابيها را بگيرد ، خطر خوردگي پيوسته ادامه دارد و بازرسيهايي كه هر سه ماه يك بار انجام مي‌شود سطوح جديدي كه دچار خوردگي شده‌آند ، نمايان مي‌شوند . 
در جدول 1 مخارج تعميرات اين ساختمان با مخارج حفاظت كاتدي آن مقايسه و نشان داده شده است كه حفاظت كاتدي در يك دوره چهار پنج ساله ارزانتر تمام مي‌شود . علاوه بر جنبه اقتصادي ، مزيت ديگري نيز دارد و آن بهبود نما و زيبايي ساختمان بر اثر پوشش رنگي مورد استفاده در حفاظت كاتدي است ، در ضمن نيازي به ادامه تعميرات كه كار مشكلي است نخواهد داشت . 
جدول 1 : مقايسه اقتصادي بين دو روش حفاظت كاتدي و انجام تعميرات مداوم
مخارج ساليانه ( قيمتهاي 1986 )
 سال اول سال دوم سال سوم سال چهارم سال پنجم ارزش كل
ارزش ثابت
1) استفاده از تعميرات مداوم 62500 62500 62500 62500 62500 
2) استفاده از حفاظت 250000 1000 1000 1000 1000 
كاتدي 254000

همچنين به نظر مي‌رسد كه اين روش يكي از متداولترين و موثرترين راههاي مبارزه با حملة عوامل كلرور دار باشد ،‌ استفاده از حفاظت كاتدي بارها ارزانتر از تعميرات تمام مي‌شود. بخصوص اگر تعميرات ساختمان مانند تعميرات هشت سال اخير ساختمان مذكور باشد. از ديد صاحب كار در نظر اول هزينة حفاظت كاتدي بسيار زياد به نظر مي‌رسد و در اغلب موارد احتياج به توجيه اقتصادي براي حفاظت كاتدي هر سازه‌اي احساس مي‌گردد، تا استفاده از روش حفاظت كاتدي توجيه گردد. 
بررسي واكنشهاي شيميايي و اصول خوردگي 
كليات :
هدف از اين فصل، توضيح ساده اصول خوردگي براي مهندسين سازه است كه اطلاعات كمي در زمينه مسائل خوردگي دارند ولي داراي زمينة كافي در علم شيمي هستند. جهت روشن شدن نقاط مبهم مثالهايي هم زده شده است. 
مدل پيل خوردگي 
آند :
عده زيادي از خوانندگان راجع به فلزات، يونهاي فلزي و مسائلي از اين قبيل در كتابهاي شيمي درسي مطالعاتي داشته‌اند. يك مثال در اين مورد عبارت است از خورده شدن مفتول مسي، زماني كه آن را داخل محلول نمك مس فرو مي‌بريم، اتم‌هاي مس تمايل زيادي به از دست دادن الكترون و تبديل شده به يون مس و يونها تمايل به گرفتن الكترون و تبديل شدن به اتم مس را دارند. اين واكنش دو طرفه توسط فرمول زير بيان مي‌گردد. 
 (1)  
در يك نيم پيل پس از رسيدن به حالت تعادل، ديگر واكنشي انجام نمي‌شود. با قرار دادن يك كاتد ( بعداً درباره آن توضيح داده مي‌شود) مي‌توان واكنش را به سمت يك واكنش پيوسته هدايت نمود. 
اين پديده به دلايل زير تاكنون آن گونه كه بايد و شايد معرفي نشده است: 
1) شيميدانها اين پديده، يعني واكنشي كه در آن يك اتم الكترون از دست داده و به يك يون مثبت تبديل شود، اكسيداسيون مي‌گويند. و به اتمي كه الكترون از دست داده باشد، مي‌گويند كه آن اتم اكسيده شده است. (مثلاً به اتم مس كه الكترون از دست بدند و به يون مثبت تبديل گردد مي‌گويند كه مس اكسيد شده است).
2) شيميدانها ( كساني كه در زمينه حفاظت كاتدي كار مي‌كنند) از آن به نام جريان جاري نام مي‌برند كه جهت آن خلاف جهت جريان الكترونهاست . اين اصطلاح براي بسياري از شيميدانها و مهندسين، نامأنوس است و به همين جهت از به كار بردن آن در اين بحث خودداري مي‌كنيم. 
پژوهشگران براي آنكه مثالي در مورد فلز، يون فلزي و نيم پيل عنوان كرده باشند، غالباً از مس، سولفات مس يا كلرور جيوه جهت تشكيل نيم پيل براي نشان دادن خوردگي فولاد در بتن استفاده مي‌كنند. ( ASTM C876 )
هدف ما بررسي خوردگي فولاد موجود در بتن مسلح است كه مختصراً شامل آهن، يون آهن و نيم پيلي است كه سمت چپ شكل 1 ملاحظه مي‌شود. واكنش اين نيم پيل مطابق فرمول زير است : 
  (2)  
زماني كه واكنش از چپ به راست صورت پذيرد، اكسيداسيون انجام مي‌شود و الكترود مانند آند عمل مي‌كند. بنابراين، خوردگي در آند اتفاق مي‌افتد. ( در علم شيمي، يوني را كه داراي بار مثبت شد، كاتيون و يون با بار منفي را آنيون مي‌نامند.)

كاتد :
به الكترودي كه تمايل به گرفتن الكترونهاي حاصل از واكنش آندي دارد كاتد مي‌گويند. 
واكنش كاتدي در اكثر واكنشهاي شيميايي خوردگي آهن در بتن، مطابق فرمول زير است:
 (3)  
احتياج اين واكنش به آب و اكسيژن باعث اين تصور غلط مي‌گردد كه اين دو ماده عامل اصلي زنگ زدن فولادند، اما بايد توجه داشت كه خوردگي ايجاد شده نتيجه فعاليت آندي آرماتورها بوده و تركيب آب و اكسيژن موجود در كاتد در ايجاد خوردگي ، مستقيماً اثري ندارند. در حقيقت، در اكثر مواقع پس از خورده شدن فولاد حجم آن زياد مي‌شود كه باعث ايجاد تركهايي در بتن مي‌گردد. بر اثر به وجود آمدن تركها، نفوذ‌پذيري بتن افزايش يافته، به دنبال آن فولاد براحتي با اكسيژن هوا تركيب شده و زنگ آهن قرمز رنگ Fe 203 توليد مي‌شود. 
به دليل آنكه آب و اكسيژن هر دو به حالت گازي موجودند و بهترين بتن‌ها هم نسبت به گازها نفوذناپذيرند، ايجاد واكنش كاتدي در بتن‌هاي مسلح به سادگي امكان‌پذير است. اما براي محدود كردن مقدار اكسيژن در دسترس كاتد روشهايي موجود است كه عبارتند از : استفاده از نسبت آب به سيمان كم جهت تهيه بتن‌هاي مجاور با آب دريا و استفاده از مكانيسم‌هاي ( ساز و كار) منهدم كنندة اكسيژن.
شدت خوردگي نسبت مستقيمي با بزرگي كاتد دارد. ( چون كاتد عامل موثري در دسترسي به آب و اكسيژن است) كه جزئيات آن در ادامه اين بحث آورده شده است. جلوگيري از رسيدن آب و اكسيژن به سطح آرماتورهاي داخل بتن مسلح ، يكي از روشهاي مهمي است كه بايد به آن توجه داشت. 
الكتروليت :
مايع واسط بين واكنش‌ آندي و كاتدي كه يونها در آن جابجا مي‌شوند را الكتروليت مي‌گويند. 
الكتروليت، يونهاي منتشره را از خود عبور مي‌دهد و بنابراين بايستي داراي مقداري آب و مقدار كمي يون محلول در آب باشد تا يونها توسط آن بتوانند جريان يابند. 
پيل كامل :
پيل كامل خوردگي فولاد در بتن، به صورت شماتيك در شكل 1 و به صورت واقعي در شكل 2 نشان داده شده است. اين پل داراي آند ، كاتد و الكتروليت است كه قبلاً تك تك آنها را توضيح داده‌ايم. كاتد معمولاً فلزي است، اما لزومي ندارد كه از جنس آهن يا فولاد باشد. جهت انتقال الكترون‌ها از آند به كاتد به فلز رسانا و جهت انتقال يونها از آند به كاتد و بالعكس به الكتروليت نياز داريم. آرماتورهاي موجود در بتن مسلح كار انتقال الكترون‌ها و رطوبت موجود در داخل بتن، كار الكتروليت پيل در انتقال يونها را انجام مي‌دهند. 






از پيل خوردگي چندين نتيجة مهم عايدمان مي‌گردد كه عبارتند از : 
1- آند و كاتد از هم مجزا هستند . فاصل بين آنها ممكن است در حد ميكرون ( براي ميكروپيلها) و در حد متر يا كيلومتر (براي ماكروپيلها) متغير باشد. 
2- در محل خوردگي آند نيازي به اكسيژن نيست . بلكه همان گونه كه توضيح داده شد حضور اكسيژن در آند مي‌تواند سبب محدود شدن يا قطع خوردگي گردد. 
3- بطريق زير مي‌توان فعاليت پيل را متوقف كرد ( جريان خوردگي را متوقف نمود):
الف) با قطع ارتباط الكتريكي بين آند و كاتد ( قطع فلز رسانا)
ب) با ممانعت از رسيدن اكسيژن به كاتد
ج) خشك كردن محيط بين آند و كاتد در پيل ( چون جهت انتقال يونها بين آند و كاتد به الكتروليت نياز است) . 
در اكثر خوردگي‌هاي الكترو شيميايي آرماتورهاي بتن مسلح ، سطح آند در مقايسه با كاتد نامحدود و برعكس سطح كاتد محدود است . متاسفانه بر اثر برداشت اشتباه از مكانيسم (سازوكار) واكنش خوردگي در كارهاي اجرايي براي جلوگيري از خوردگي اقدامهايي انجام شده كه منجر به خرابيهاي فاجعه‌آميز گرديده است. مثلاً با رنگ كردن قسمتي از سطح آند، ضريب سطح كاتد به سطح آند افزايش يافته و در نتيجه خرابي بيشتري باعث شده است. روش مناسب جهت جلوگيري از رسيدن آب و اكسيژن به كاتد، رنگ كردن سطح كاتدي است. 
رويين شدن :
تاكنون يكي از عوامل موثر پديده خوردگي را در نظر نگرفته‌ايم ،‌اين عامل موثر رويين شدن سطح فولاد است. خورده شدن فولاد موجود در بتن (آند) در محيط شديداً قليايي متوقف مي‌گردد ( در صورت زياد بودن PH الكتروليت سطح فولاد رويين مي‌شود) مگر اينكه عوامل فعال كننده جهت ادامه واكنش خوردگي به اندازه كافي موجود باشند. 
در اكثر مراجع علمي به ايجاد يك لايه اكسيد آهن گاما ( ) كه در سطح آهن ايجاد مي‌شود و از خورده شدن آن جلوگيري مي‌كند. رويين شدن گفته‌اند اين خاصيت دقيقاً مشابه قلع اندود كردن مس و ايجاد يك لايه بسيار نازك از اكسيد قلع در سطح مس براي حفاظت مس و همچنين آب كروم دادن آهن و ايجاد يك لايه اكسيد كروم در سطح آن ( فولاد ضد زنگ) است. در شكل 3 لايه يكنواخت اكسيد آهن گاما كه در سطح آهن ايجاد شده نشان داده شده است. ( برا روشن شدن مطلب اين لايه با بزرگنمايي زيادي در شكل نشان داده شده است) 
در اينجا واكنشي شبيه آنچه در شكل 2 ايجاد كاتد كرده اتفاق نمي‌افتد. 





اخيراً ثابت شده است كه پديده رويين شدن همواره به صورتي كه در بالا توضيح داده شد صورت نمي‌گيرد. به عبارت ديگر براي رويين شدن فلز لازم نيست كه حتماً بر روي آن يك لايه اكسيد آهن گاما ايجاد شده باشد. در هر حال، توجه به اين نكته ضروري است كه بر اثر وجود اكسيژن در آند، واكنش خوردگي و اكسيد آهن توليد شده باعث رويين شدن فولاد مي‌گردد. در اين واكنش به گاز اكسيژن نيازي نيست و آب مورد نياز جهت ادامه حيات پيل هم توليد مي‌شود. واكنش رويين شدن فولاد مطابق فرمولهاي زير است: 
 (4)  
 (5)  
خاصيت رويين شدن فولاد در بتن، به ما امكان استفاده از ميليونها تن بتن مسلح را داده است. به دو علت فولاد ، رويين شدگي خود را از دست مي‌دهد: 
1- بر اثر نفوذ دي اكسيد كربن موجود در هواي محيط به داخل بتن خاصيت قليايي خميرة سيمان خنثي مي‌شود. اين عمل در بتن‌هايي با نسبت آب به سيمان كم داراي سرعت بسيار كمي حدود چند ميليمتر در سال است ( بر اثر اين واكنش PH خميرة سيمان به حدود 9 مي‌رسد) بر اثر كاهش PH محيط لاية رويين سطح فولاد خاصيت خود را از دست داده و از بين مي‌رود. در بتن‌هاي سبك ملاتها سرعت كربناته شدن بيشتر از بتن‌هاي معمولي است كه دليل آن تخلخل بيشتر بتن‌هاي سبك و ملاتها نسبت به بتن معمولي است . 
2- لاية رويين با تهاجم يونهاي اسيدي از بين مي‌رود. يونهاي كلرور و برومور تنها يونهاي مهاجم به بتن‌هاي معمولي‌اند. 
  نكته قابل توجه اينكه هنوز پژوهشگران در مورد مكانيسم عمل يونهاي كلرور و برومور كه لاية رويين سطح فولاد را از بين مي‌برند به نقطه نظر واحدي نرسيده‌اند. 
 لاية رويين سطح فولاد را از بين مي‌برند به نقطه نظر واحدي نرسيده‌اند. 
توسط اداره راه و دايره استاندارهاي ايالت كاليفرنيا مطالعاتي انجام گرفته است،‌كه نشان مي‌دهد اگر غلظت يون كلرور به اندازه 2/0 وزن سيمان باشد باعث از بين رفتن لاية رويين سطح فولاد داخل بتن مي‌گردد. اما بيشتر اين مطالعات شامل موارد توزيع غير يكنواخت يون كلر در بتن مي‌شوند. براي ايجاد خوردگي در فولاد بتن مسلحي كه يون كلر از توزيع يكنواختي در آن برخوردار است، به مقدار بيشتري يون كلر نياز دارد. 
پتانسيل خوردگي و رابطه با شدت خوردگي :
طرز كار پيل الكترو شيميايي دقيقاً مثل يك مدار الكتريكي است. در اين مدار بين آند و كاتد جرياني عبور مي‌كند، بدين صورت كه الكترون‌هاي اضافي توليد شده در آند توسط رساناي فلزي كه آند و كاتد را به هم متصل مي‌كند به طرف كاتد مي‌روند و در آنجا توسط كاتد داخل الكتروليت مي‌شوند. به نيرويي كه اين جريان را ايجاد مي‌كند نروي الكترو موتوري يا emf مي‌گويند. نيروي الكتروموتوري ، حاصل واكنش‌هاي شيميايي پيل الكتروشيميايي است . 
مقدار نيروي الكتروموتوري نمي‌تواند معياري براي شدت خوردگي باشد بلكه اين نيرو با انرژي پتانسيل فقط باعث واكنش در جهت خاصي مي‌گردد . 
شدت خوردگي بستگي به مقدار واقعي جريان گذرنده از مدار پيل الكترو شيميايي دارد كه طبق قانون فارادي محاسبه مي‌گردد . 
(6) W = K I t
در فرمول بالا W وزن فلز خورده شده ، K ضريب هم ارز الكترو شيميايي ، I شدت جريان گذرنده از مدار و t مدت زمان عبور جريان هستند . 
عوامل مؤثر در ميزان خوردگي فولاد : 
در ميزان فعاليت يك پيل خوردگي عوامل زيادي موثرند. مهم‌ترين اين عوامل عبارتند از: 
1 ) . ضريب سطح آندي به سطح كاتدي . 
2 ) . پولاريزاسيون . 
3 ) . مقاومت الكتريكي الكتروليت . 
1 ـ ضريب سطح : شدت خوردگي به شدت جرياني كه از پيل مي‌گذرد بستگي دارد . اگر براي جريان ثابتي سطح آندي نسبت به سطح كاتدي افزايش يابد ، چگالي جريان در سطح آند كاهش مي‌يابد . 
كاهش چگالي جريان در سطح آند باعث كاهش شدت خوردگي آند مي‌شود . 
2- پولاريزاسيون : پولاريزاسيون الكترو شيميايي با تغيير پتانسيل يك الكترود بر اثر عبور جريان را مي‌توان به دو گروه فعال و متمركز تقسيم كرد. پولاريزاسيون فعال توسط واكنش‌هاي الكترو شيميايي پي در پي كه در سطح مشترك الكتروليت و الكترود فلزي انجام مي‌شوند كنترل مي‌گدند. پولاريزاسيون متمركز توسط واكنش‌هايي كه باعث انتشار يونها در الگتروليت مي‌شوند كنترل مي‌گردند. معمولاً در سطح الكترود ، پولاريزاسيون فعال و متمركز همزمان اتفاق مي‌افتند، ولي معمولاً در واكنش‌هاي ضعيف پولاريزاسيون فعال و در واكنش‌هاي شديد پولاريزاسيون متمركز كنترل كننده‌اند. پولاريزاسيون كل يك الكترود مجموع پولاريزاسيون فعال و متمركز است. 
رويين شدن نوع خاصي از پولاريزاسيون فعال به علت ايجاد يك لاية نازك (عايق) در روي سطح الكترود فلزي است. حدس زده مي‌شود كه ضخامت لاية رويين حدود 30 آنگستروم يا حتي كمتر از آن باشد. زماني كه اين لايه آند يا كاتد به اندازه كافي ضخيم گردد باعث كاهش جريان و يا قطع كامل آن مي‌گردد، در اين صورت واكنش پيل متوقف مي‌شود. لايه رويين سطح فلز به دو صورت از بين مي‌رود كه عبارتند از : 
1) تمركز يونها 
2) PH الكتروليت 
3) مقاومت الكتروليت : يكي ديگر از عوامل موثر در شدت خوردگي مقاومت الكتريكي الكتروليت است. از آنجايي كه جريان ناشي از خوردگي توسط يونهاي موجود در الكتروليت‌ هدايت مي‌شود، مقاومت الكتريكي الكتروليت در شدت خوردگي موثر است. مقاومت الكتريكي الكتروليت به عامل زير بستگي دارد : 
- درجه حرارت الكتروليت 
- رطوبت الكتروليت 
- مقدار يونهاي موجود در الكتروليت 
- شدت خوردگي نسبت عكس با مقاومت الكتريكي الكتروليت دارد . 

نقش كلرورها در ايجاد خوردگي :
بر اثرز وجود يونهاي كلرور در بتن مسلح ، خوردگي آرماتورها شديداً افزايش مي‌يابد. 
اكثر قريب به اتفاق پژوهشگران متفق القولند كه يونهاي كلرور عمدتاً نقش كاتاليزور ررا در واكنش خوردگي ايفا مي‌كنند. هرچند، تاكنون نتوانسته‌اند نقش دقيقي را كه يونهاي كلرور در اين واكنش بازي مي‌كنند ، مشخص نمايند. 
اثر هدايت الكتريكي الكتروليت :
بتن مانند يك الكتروليت عمل مي‌كند كه داراي مقاومت الكتريكي ويژة بسيار متفاوتي است. پژوهشگراني كه بر روي بتن مطالعه مي‌كنند موفق شده‌اند مقاومت‌هايي از حدود 10000 تا 10000000 اهم –سانتيمتربرايبتن‌هاييبامقداررطوبتويونهايمتفاوتبهدستآورند. افزايشدرجهحرارت،رطوبتزيادووجوديونهاييمثليونهايكلرورداردربتن،باعثكاهششديدمقاومتالكتريكيبتنمي‌شوند. استفادهازضريبآببهسيمان زياد ، وجود يونهاي كلروردار در مصالح و رطوبت زياد بتن، كه در كارهاي اجرايي رايج است، كمترين مقاومت الكتريكي را به دست مي‌دهد. در صورتي كه از ضريب آب به سيمان كم ، نگاهداري خوب از بتن، تا مدتي پس از بتن‌ريزي و قرار دادن بتن در محيطي خشك بيشترين مقاومت الكتريكي به دست مي‌آيد. استفاده از پودر سيليس به عنوان مادة افزودني به بتن باعث افزايش باور نكردني مقاومت الكتريكي بتن مي‌شود. 


سلسله واكنش‌هاي شيميايي خوردگي :
جهت روشن شدن نحوة اثر يونهاي كلرور دار در واكنش خوردگي ، بهتر است واكنش‌هاي اساسي را كه در پيل الكترو شيميايي صورت مي‌پذيرد مورد بررسي قرار دهيم. عملاً واكنش‌هايي كه انجام مي‌گيرند بسيار پيچيده‌اند، اما چكيدة آنها در زير توضيح داده شده است. 
در آند ، يون فلزي با از دست دادن الكترون و اكسيد شدن در الكتروليت حل مي‌شود. 
  (7)  
در كاتد ، اكسيژن محلول در آب با گرفتن الكترونهاي حاصل از واكنش آندي و تركيب شدن با آب، توليد يون هيدروكسيل مي‌نمايد: 
  (8)  
با عبور يونهاي منفي هيدروكسيل از داخل بتن ( كه كار الكتروليت را انجام مي‌دهد) و رسيدن به آند، مدار برگشت جريان تكميل مي‌شود. سرعت عبور يونها از داخل بتن به درجه حرارت ، مقدار رطوبت ،‌غلظت يونها و نفوذ پذيري بتن بستگي دارد. اين سلسله واكنش‌ها را مي‌توان با در نظر گرفتن نيروي الكتروموتوري ( emf) ، شدت جريان الكتريكي و مقاومت الكتروليت توسط قانون اهم مدل كرد. 
در آند ، يون با كاتيون تركيب شده و هيدروكسيد آهن Fe (OH)2 را كه در آب محلول است توليد مي‌كند. 
  (9)  
همچنين ، هيدروكسيد آهن توليد شده با اكسيژن تركيب شده و اكسيد آهن قرمز رنگ (زنگ آهن) را كه در آب نامحلول است توليد مي‌كند. اما تا زماني كه بتن ترك نخورده است، اكسيژن به راحتي نمي‌تواند به آند برسد و بنابراين هيدروكسيد آهن توليد شده به همان صورت در بتن باقي مي‌ماند. 
اثرهاي عمومي كلرورها :
نظر اكثر پژوهشگران بر اين است كه ، واكنش خوردگي توسط يون كلرور با از بين بردن لاية نازك اكسيد طبيعي موجود در سطح آرماتورها شروع مي‌شود، اما لزومي ندارد كه اين عمل مستقيماً بر اثر واكنش يونهاي كلرور و كاهش خاصيت قليايي الكتروليت صورت بگيرد. هم اكنون عده‌اي از پژوهشگران به اين نتيجه رسيده‌اند كه يونهاي كلرور با گذشتن از لايه رويين سطح آرماتورها مستقيماً عمل مي‌كنند. اين نظريه اولين بار توسط هار بيان گرديد. اما تا به حال اين مكانسيم ( ساز و كار ) اين عمل كاملاً شناخته نشده است. اخيراً اوهاما و اوگرا نظريه‌اي دربارة پيوند ميكروسكوپي بين سطح آرماتورها با خميرة سيمان ارائه داده‌اند. در اين باره نظريه ديگري مبني ر اثرهاي غلظت موضعي يون كلرور در سطح مشترك مابين الكتروليت و لاية نازك اكسيد آهن موجود است كه دليل از بين رفتن لاية رويين را كاهش PH بتن ، در فصل مشترك فولاد و الكتروليت مي‌داند. 
نقش يونهاي كلروردار در خوردگي فولاد :
يون كلرور در واكنش خوردگي فولاد نقش يك كاتاليزور را به عهده دارد. يون كلر با اكسيد كردن آهن يون مركب و ناپايدار را توليد مي‌كند كه در آب محلول است. 
با حل شدن در آب و انجام واكنش با يونهاي هيدروكسيل موجود در آب، Fe(OH)2 توليد مي‌شود. بر اثر اين واكنش ، يون آزايد و آمادة واكنش مجدد مي‌گردد. همچنين در اين واكنش يونهاي هيدروكسيل مصرف مي‌شود و از قابليت بتن كاسته مي‌گردد. 
  (10)  
(11)  
الكترون‌هاي توليد شده در معادله 10 از طريق آرماتورها به سطح كاتدي جريان مي‌يابند . بر اثر تمركز يونهاي كلريد و كاهش موضعي PH، واكنش خوردگي ايجاد مي‌گردد . 
هيدروكسيد آهــن توليــد شده Fe (OH ) 2 آماده تركيــب شــدن با اكسيــژن 
( سوختن ) و توليد تركيبهايي از قبيل Fe (OH ) 3 و Fe203 و Ff304 است . در صورت عدم دسترسي به اكسيژن ، Fe ( OH )2 به همان صورت در بتن باقي مي‌ماند . 
ذكر چند مثال علمي از ايجاد پيل خوردگي در بتن : 
در مقالاتي كه راجع به خوردگي فولادهاي موجود در بتن مسلح منتشر مي‌شوند ، گزارشهاي متقاضي راجع به رفتار فولاد موجود در سازه‌هاي بتن مسلح در تماس با آي دريا در برابر خوردگي درج گرديده است كه توجه به آنها ضروري به نظر مي‌رسد . جهت توجيه رفتار فولادهاي داخل بتن مسلح مجاور با آب دريا ، در اينجا نمونه‌اي را مورد بررسي قرار مي‌دهيم . در شكل 4 فولاد‌هاي موجود در سازه‌ سمت چپ كاملاً در زير سطح دريا قرار دارند ، بنابراين مقدار اكسيژن موجود رد بتن جهت ايجاد كاتد كافي نيست . به علت كمبود اكسيژن در بتن ، پيل خوردگي فاقد كاتد فعال بوده و در نتيجه ، خوردگي در فولاد ايجاد نخواهد شد ، در سازه‌ سمت راست ، قسمتي از سازه بيرون از سطح آب دريا قرار گرفته است بنابراين اكسيژن موجود در اتمسفر در آن قسمت سازه‌ كه بيرون از آب قرار دارد نفوذ كرده و نياز فعاليت كاتدي به اكسيژن را تامين مي‌نمايد . بدين ترتيب آرماتورهاي موجود در آن قسمت از سازه‌ كه بيرون سطح آب قرار دارند كاركاتد ، آرماتورهاي موجود در آن قسمت از سازه‌ كه درعمق آب قرار دارند كارآند ( به دليل وجود يون كلرورو عدم حضور اكسيژن ) ، خود آرماتورها كار انتقال جريان الكتريكي ، و رطوبت موجود در بتن ، كار الكرتوليت را انجام مي‌دهند . بدين ترتيب يك پيل الكتروشيميايي ايجاد مي‌شود كه نتيجه آن ايجاد خوردگي شديد در فولادهاي داخل بتن است . 
مطابق تحقيقاتي كه به عمل آمده است سازه‌هاي بتن مسلحي كه تا سطح دريا ادامه دارند فولادهايشان تا عمق 6 متري سطح دريا خوردگي مي‌شوند . 





در شكل 5 يك قطعه بتن مسلح كه آرماتورهاي آن توسط پوكسي پوشيده شده نشان داده شده‌ است . اين قطعه از طرفي تحت تاثير بارهاي ديناميكي و از طرف ديگر ، تحت تاثير محلول نمك ( يون كلرور ) قرار دارد . همانگونه كه در شكل مشاهده مي‌كنيد خوردگي در محلي كه آرماتور تحت كشش قرار دارد ، ايجاد مي‌گردد . دليل آن احتمالاً تغيير شكل طولي فولاد و ايجاد تركهاي مويين در لايه سطحي اپوكسي است . در محل تركهاي به وجود آمده در بتن ، به علت در دسترس بودن اكسيژن ، كاتد ايجاد مي‌شود . نتيجه نهايي خورده شدن فولاد تحت كشش و سالم ماندن فولاد در قسمت ترك خورده است . اين مسئله براي كساني كه از رفتار الكتروشيميايي پيل خوردگي اطلاعي ندارد ، ثقيل است . نظر آنها بر اين است كه چون فولاد در محل تركها با اكسيژن در تماس است ، بايد اكسيده شود . 










حفاظت كاتدي بتن‌هاي مسلح با استفاده از پوششهاي رسانا
كليات : 
بتن‌هاي معمولي محيط بسيار مناسبي جهت فولادهاي داخل سازه‌هاي بتن مسطح بندرت دچار خوردگي مي‌شوند مگر زماني كه بتن مسطح داراي كلرور باشد . زماني كه كلرورها به سطح فولاد مي‌رسند باعث از بين بردن لايه رويين سطح فولاد دارد ، اين افزايش حجم باعث ايجاد فشار بسيار زيادي حدود Mpa 32 در بتن مي‌گردد . بيشتر تركها و خردشدنهاي بتن ، در امتداد آرماتورها بر اثر اين نيروي انبساطي است . معمولاً آستانه شروع خوردگي جدي كلرورها وجود kgm3 77/0 رمون كلرور در بتن است . در ابتداي واكنش خوردگي سرعت واكنش شديد است . يونهاي كلرور به طرفي خورده شده‌آند ( آند ) مهاجرت مي‌كنند و باعث افزايش شديد غلظت يون كلريد در آن محل مي‌شوند . علاوه بر اين ، PH اطراف محل خوردگي با PH بقيه نقاط بتن تفاوت دارد . آزمايشها نشان داده‌اند كه PH سطح مشترك ما بين فولاد ، زنگ آهن و بتن مجاور آرماتورها حدود 3 يا كمتر است ، در صورتي كه




PH در بقيه ، نقاط بتن 12 و حتي بيشتر است ( ويرماني ، جونز 1984 ) . در ابتداي واكنش سطح آند بزرگ است . بدين علت واكنش با شدت زيادي انجام مي‌گيرد . 
شدت خوردگي به مقدار يـونهاي موجود در بـتن مــقدار اكسيژن موجود در سطح فــلز
 ( كاتد ) ، PH بتن و مقاومتالكتريكي بتن بستگي دارد (ACI222R – ) و مقاله براون و كسلر 1975 ) . 
براي مشخص كردن ميزان فعاليت خوردگي فولادهاي بتن مسطح ، داشتن ان مشخصات ضروري است . نحوه انجام واكنش خوردگي فولادهاي بتن مسطح ، داشتن اين مشخصات ضروري است . نحوه انجام واكنش خوردگي فولادهاي بتن مسطح اساسً مثل واكنش پيل الكترو شيميايي اما در مقياس بزرگ است . قسمتي از آرماتورها را كه يونهاي كلرور در آنجا جمع شده و با آن تماس پيدا مي‌كنند ، آند مي‌گويند .
( سطحي كه خورده مي‌شود ) . به قسمتي از فولاد كه غلظت يون كلر در آن كم يا ناچيز است ، كاتد مي‌گويند ( سطحي كه خورده مي‌شود ) . به قسمتي از ولاد كه غلظت يون كلر در آن كم يا ناچيز است ، كاتد مي‌گويند ( سطحي كه سالم مي‌ماند ) . رطوبت موجود در بتن عيناً نقش الكتروليت در پيل شيميايي را ايفا مي‌مكند . خوردگي واكنشي الكترو شيميايي است كه بر اثر عبور جريان الكتريسيته از آند به الكتروليت و از آنجا به كاتد ايجاد مي‌گردد . شناخت جزئيات سطوح آندي و كاتدي از طريق به دست آوردن نقشه پتانسيل طولي امكانپذيراست، پتانسيل الكتريكي فولاد داخل بتن نسبت به الكترودمبنا ( CUSo4 ـ Cu ) مقايسه مي‌شود . اگر پتانسيل نقطه‌اي در حدود 250 ميلي ولت يا مقادير مثبت‌تر از آن باشد ( مقادير بزرگتراز 250 ـ ميلي ولت تا صفر ) اين نشان دهنده عدم خوردگي آن نقطه ( كاتدي بودن ) است . اگر پتانسيل نقطه‌اي نسبت به الكترود مبنا ( CUSo4 ـ Cu ) حدود 350 ـ ميلي ولت يا مقادير منفي‌تري باشد ( مقادير كوچكتر از 350 ميلي ولت ) در آنجا خوردگي ايجاد مي‌گردد ( منطقه آندي ) كربناته شدن بتن ممكن است باعث تغيير پتانسيلي حدوداً برابر با 100 ميلي ولت در الكترونگاتيوي آند و كاتد گردد . به علاوه ، اختلاف پتانسيلي حدوداً برابر200 ميلي ولت يا بيشتر بين اند و كاتدي كه به هم نزديك باشند ( فاصله حدود 15 تا 30 سانتي‌متر ) را مي‌توان دليل فعال بودن پيل خوردگي دانست . زماني كه غلظت يون كلرور افزايش يابد و ميزان اكسيژن هم زياد شود فعاليت خوردگي در سطح وسيعي و با شدت زياد انجام مي‌گيرد . 
كنترل خوردگي : 
نمك موجود در داخل بتن مسلح ، سرچشمه اوليه ايجاد خوردگي در فولاد‌هاي داخل بتن مسلح است . يونهاي كلرور بطرق مختلف به داخل سازه‌هاي بتن مسطح نفوذ مي‌كنند . 
- ريختن نمك بر روي يخ موجود در سطح پلها جهت آب كردن آن . 
- شستن سطح بتن 
- قرار گرفتن بتن در مجاورت دريا . 
- ايجاد ترك در بتن مسلح و نفوذ كلرور به داخل تركها . 
- شور بودن سنگدانه‌هاي تشكيل دهنده بتن . 
معمولاً با جلوگيري از ورود نمك به بتن و آلوده كردن آن مي‌توان جلو خوردگي فولادهاي بتن مسلح را گرفت . چنين كاري را مي‌توان با استفاده از پوششهاي محافظ بتونه‌كاري سطح بتن ، باز دارنده‌ها ، سطوح محافظ و چيزهاي شبيه به آنها در ساختمانهاي جديد به كار برد . اما در ساختمانهاي موجود كه از قبل يونهاي كلر در بتن آنها موجود است ، اين كارها بي‌نتيجه ، استفاده از پوششهاي سطحي در بتني كه داراي يون كلر است بيفايده است . 
اداره مركزي بزرگراههاي امريكا ( FHWA ) پس از تحقيقات و آزمايش‌هاي فراوان ، دستورالعمل زير را منتشر نمود ( بارن هارت 1982 ) 
ـ روشهايي مثل استفاده از پوششهاي سطحي بتن و پوششهاي ضد آب در آزمايشگاه و در عمل جهت محافظت فولادهاي داخل بتن در برابر خوردگي آزمايش خوبي را پس داده‌اند . 
ـ تنها روش مؤثر جهت متوقف كردن خوردگي‌فولادهاي سطح پلها كه در بتن آنها نمك رسوخ كرده باشد ، بدون توجه به مقدار يونهاي كلرور موجود در بتن آنها ، حفاظت كاتدي است ( جديداً عبارت آخر اضافه شده ) .
از آنجا كه اين دستورالعمل‌ در سال 1982 صادر شده و از آن زمان تا به حال تكنولوژي پيشرفت غير منتظره‌اي كرده است ، امروزه مؤثرترين و با صرفه‌ترين وسيله جهت كنترل خوردگي فولاد در بتن‌هاي آلوده به كلرور ، حفاظت كاتدي است . 
حفاظت كاتدي : 
تاريخچه حفاظت كاتدي به سال 1824 . زماني كه سرهامفري ديوي و ميشل ارادي اولين سيستم حفاظت كاتدي را طراحي و نصب كردند ، بر مي‌گردد . ( تقريباً مصادف با زماني كه جوزف آسپدين از انگلستان اولين سيمان پرلند را ساخت ) . 
كاربرد روش حفاظت كاتدي جهت كنترل خوردگي در سازه‌هاي مختلف بسرعت گسترش يافت ( مثلاً در خطوطه لوله ، بدني كشتي ، مخاذن ذخيره ، سكوهاي اسحلي ، لنگرگاههاي و ترمينالهاي دريايي ، تاسيسات نيروگاههاي برق ، پالايشگاهها ، صنايع شيميايي ، صنايع غذايي و موتورخانه‌ها ) . در حقيقت مشخصه بارز و منحصر بفرد ، روش حفاظت كاتدي جهت كنترل خوردگي ، استفاده از جريان الكترو شيميايي خوردگي براي مبارزه با خوردگي است . 
حفاظت كاتدي داراي اصول ساده‌اي است . خوردگي يك واكنش الكترو شيميايي است كه بر اثر عبور جريان الكتريسيته از الكتروليت ( مثل خاك ، آب ، محلول‌هاي مختلف يا بتن ) ايجاد مي‌گردد . جريان الكتريكي بين سطوح فلزي كه داراي اختلاف پتانسيل‌اند ايجاد مي‌گردد . 
اختلاف پتانسيل بر اثر عوامل بسيار زيادي ايجاد مي‌گردد كه مهمترين آنها عبارتند از : عوامل محيطي ، مشخصات متالوژيكي ، غلظت نمك ، مقدار اكسيژن ، حرارت ، ساختار بنيادي فلز ، سرعت حلاليت و ميزان ناخالصي فلز . اما در صورت علت اساسي خوردگي همان واكنش الكتروشيميايي است كه با ايجاد جريان از سطح الكترود به داخل الكتروليت است خوردگي ايجاد ايجاد نمي‌شود . 
اگر يك جريان الكتريكي از خارج به پيل خوردگي متصل شود باعث تغيير پتانسيل الكتريكي ( ولتاژ ) آند و كاتد مي‌گردد . اگر ما بگونه‌اي باعث تغيير پتانسيل گرديم كه اختلاف پتانسيل بين آند و كاتد صفر شود ، آنگاه هيچ جريان الكتريكي نخواهيم داشت كه نتيجه آن متوقف شدن خوردگي است . در حقيقت تعريف حفاظت كاتدي عبارت است از تغيير پتانسيل كاتد و رسانيدن آن به پتانسيل آند . 
طرز عمل حفاظت كاتدي بدين صورت است كه ، جريان الكتريسيته بين سطوح آندي و كاتدي باعث كاهش اختلاف پتانسيل اين دو سطح مي‌شود . زماني كه اختلاف پتانسيل بين آند و كاتد صفر گردد هيچ جرياني نمي‌تواند وجود داشته باشد و در نتيجه خوردگي متوقف مي‌شود  
در سازه‌هاي بتني بسته به غلظت كلرور ، اكسيژن و. افزودنيهاي شيميايي ديگر اختلاف ، پتانسيل بين آند و كاتد معمولاً در محدوده 20 تا 500 ميلي ولت تغيير مي‌كند . 
جهت ايجاد حفاظت كاتدي ، به جريان الكتريسيته نيازمنديم كه معمولاً مقدار آن جهت هر متر مربع از بتن مسلح در حد ميلي آمپر است . مثلاً انرژي مورد نياز جهت حفاظت كاتدي سازة بتن مسلحي با 900 متر مربع مساحت برابر انرژي مورد نياز جهت روشن كردن يك لامپ 150 واتي است . 
اولين بار در دهه 1945 ـ 1955 براي كنترل خوردگي‌ فولادهاي داخل بتن خطوط لولة بتني ، از روش حفاظت كاتدي استفاده گرديد . در سال 1959 استراتفول اولين سيستم حفاظت كاتدي را كه جهت محافظت آرماتورهاي تيرهاي بتني پلي در اتوبان مورد استفاده قرار گرفته بود گزارش نمود ( استراتفول 1974 ) . از دهه 1970 تا كنون روشهاي گوناگوني با تكنولوژيهاي متفاوت جهت حفاظت كاتدي سطح پلها مورد استفاده قرار گرفته است . اين روشها عبارتند از : آندهاي بشقابي با روكش رسانا ، روكشهاي رسانا از جنس آسفالت ككي ، آندهاي ميله‌اي داخل بتن يا شكافهاي اطراف ، توسط مواد پليمري رساناي جريان برق احاطه شده‌اند . در طي دهة 1980 از سيستم‌هاي آندي كه توسط بتن كاملاً پوشيده شده‌اند استفاده شده كه اولين موارد آنها عبارتند از : اليس وكلسن ( 1980 ) جكسون ( 1982 ) شكل و مانينگ ( 1985 ) تورگئن ( 1984 ) براون اولين كسي بود كه از پوششهاي رسانا جهت حفاظت كاتدي سازه‌هاي بتني ( در ايالت فلوريدا ) در سال 80 ـ 1981 استفاده نمود . وي قبلاً بتن رسانا را كه مثل آند است ابداع كرده بود ( 1974 ) سيستم‌هاي مختلف زيادي با استفاده از فلزات ، پوششهاي رسانا ، با شبكه كابلهاي پليمري رساناي جريان برق ايجاد شده‌اند ، آنها داراي مزاياي متنوعي هستند و درجات موفقيتشان هم متفاوت است اما امروزه تمامي سيستم‌هاي حفاظت كاتدي كه در كنترل خوردگي‌ آرماتورها مؤثرند داراي مشخصات زير هستند .

بتن خود تراکم از تئوري تا توليد

 
بتن خود تراکم از تئوري تا توليد
 
مهندس جواد مروتي ـ کارشناس واحد تحقيق و توسعه بنيان بتن
مهندس مرجان محمودی ـ کارشناس واحد تحقيق و توسعه بنيان بتن

 
چکیده

تراکم کامل بتن و جاگیری مناسب آن در قالب از مهمترین نکات در اجرای صحیح سازه های بتنی می باشد. متراکم نمودن بتن با استفاده از روشهای معمول یعنی استفاده از ویبراتورها مشکلات متعددی از جمله جداشدگی دانه ها، شن‌نماشدن بعضی نقاط را به همراه دارد.

بتن خودتراکم راه حل بسیار مناسبی برای مقابله با این مشکلات است که اولین بار در دهه گذشته توسط دانشمندان ژاپنی ابداع گردید.

سطح تمام شده بهتر، اطمینان از تراکم بتن بدون استفاده از ویبراتور، افزایش سرعت اجرا و کاهش نیروی انسانی مورد نیاز برای اجرا، از جمله مزایای بتن خودتراکم می باشد.

در این مقاله علاوه بر معرفی کلی بتن خودتراکم و خواص آن آزمایشات مربوطه به صورت کامل تشریح گردیده است.

 
1- مقدمه

يکي از نکات مهم در اجراي صحيح سازه هاي بتني تراکم کامل بتن و جا گيري مناسب آن در قالب مي باشد . اين مسأله در مورد المان هايي همچون ديوار برشي و ستون که در آنها فشردگي آرماتور زياد و ابعاد مقطع بتن ريزي کوچک مي باشد از اهميت بيشتري برخوردار است.

 استفاده از ويبراتور جهت متراکم کردن بتن، مشکلات زيادي به همراه دارد که از جمله آنها مي‌توان به موارد زير اشاره نمود :

·  جداشدگي دانه بندي بتن به علت ويبره زياد در بعضي مناطق

·  تراکم ناهمگن در نقاط مختلف سازه و در نتيجه مقاومت فشاري متفاوت در مقاطع مختلف سازه

·  گير کردن شيلنگ ويبره بين آرماتورها در حين اجرا

·  کرمو شدن بعضي مناطق به علت غيرقابل دسترس بودن

·  کرمو شدن نقاطي از سطح بتن به علت ويبره بيش از حد و فرار شيره بتن

 

جاگیری ناقص بتن در قالب

 

به موارد فوق بايد آلودگي صوتي و خطرات جاني عمليات ويبره در مورد ديوارها و ستونهاي بتني را نیز افزود.

بتن خود تراکم راه حلي است که امروزه جهت رفع اين مشکلات و همچنين رسيدن به بتني با کيفيت بالاتر مطرح مي باشد .

نظريه بتن خود تراکم که انقلابي در زمينه تکنولوژي بتن ناميده شده است اولين بار توسط پروفسور حجيم اکمورا از دانشگاه کوجي ژاپن در سال 1986 مطرح گرديد .

درسال 1988 اين نظر تکميل و براي اولين بار بتن خود تراکم ساخته شد .

درسال 1989 اولين مقاله درباره بتن خود تراکم در دومين کنفرانس مهندسي سازه و ساختمان آسياي شرقي ارائه شد .

امروزه بتن خود تراکم در پروژه هاي مختلف عمراني در سطح دنيا مورد استفاده قرار مي گيرد همچنين آزمايشات تحقيقي و پژوهشي در اين زمينه ادامه دارد .

 
2- آشنايي کلي با بتن خود تراکم

بتن خود تراکم بتني است که بدون اعمال هيچگونه انرژي خارجي و تحت اثر وزن خود متراکم گردد. اين بتن که ماده اي بسيار سيال و روان و مخلوطي همگن است ، بسياري از مشکلات بتن معمولي نظير جدا شدگي ، آب انداختن ، جذب آب ، نفوذپذيري و ...را رفع نموده و علاوه بر اين بدون نياز به هيچ لرزاننده (ويبره) داخلي يا ويبره بدنه قالب تحت اثر وزن خود متراکم مي شود.

اين بتن به راحتي توانايي پر کردن قالب در محل شبکه هاي آرماتور فشرده را دارا مي باشد و حتي در جاهايي که دسترسي به آنها دشوار است به راحتي عبور مي کند .

بتن خود تراکم در طرح اختلاط و ساختارش تفاوت عمده اي با بتن معمولي ندارد . البته مواد خاصي جهت نيل به مشخصات ويژه اين بتن در توليد آن مورد مصرف قرار مي گيرد. اين مواد عمدتاً شامل فوق روان کننده ها، مواد مضاف پوزولاني و فيلرها (پودر سنگ با قطر دانه های ريزتر از 125 میکرون) مي باشند. همچنين ملاحظات خاصي در مورد دانه بندي سنگدانه هاي مورد مصرف در اين نوع بتن در نظر گرفته مي شود .

مزاياي استفاده از بتن خود تراکم به شرح زير مي باشد :

·  اطمينان از تراکم بخصوص در مقاطعي که کاربرد لرزاننده دشوار است .

·  جاگيري آسانتر در قالب

·  سطح تمام شده بهتر

·  کاهش نيروي انساني

·  اجراي سريعتر خصوصاً در مورد مقاطع ديوار و ستون

·  آزادي عمل بيشتر در طراحي (امکان ايجاد مقاطع نازک تر )

· 
 

کاهش آلودگي صوتي ناشي از عمليات ويبره
سطح تمام شده بتن خود تراکم در مقایسه با بتن معمولی

 
3- مواد تشکيل دهنده بتن خود تراکم
3-1- سنگدانه :

سنگدانه ها به دو دسته تقسيم  مي شوند :

 
3-1-1- ماسه :

تمامي ماسه هاي متداول در توليد بتن معمولي در اين صنعت نيز به کار مي رود . هر دونوع ماسه شکسته و يا گرد گوشه اعم از سليسي و يا آهکي مي تواند مورد استفاده قرار گيرد . ذرات ريزتر از
125 میکرون که به عنوان " پودر" تلقي ميشوند، برخواص رواني بتن خود تراکم بسيار مؤثر بوده و به منظور توليد بتن يکنواخت ، رطوبت آن بايد دقيقاً کنترل شود. حداقل ميزان ريزدانه ها (از ماسه تا مواد چسباننده پودري ) به منظور جلوگيري از جداشدگي دانه‌بندي از مقدار شخصی نباید کمتر باشد.

 
3-1-2- شن (درشت دانه ها ) :

تمامي انواع درشت دانه در اينجا به کار مي رود، ولي حداکثر اندازه معمولي دانه ها 16 تا
20 ميلي‌متر مي باشد . به هر حال سنگدانه هاي تا حدود 40 میلی متر نيز مي تواند در بتن خود تراکم به کار رود.استفاده از سنگدانه هاي شکسته سبب افزايش مقاومت بتن خود تراکم(بدليل افزايش قفل و بست بين ذرات) مي شود در حاليکه سنگدانه هاي گرد گوشه بدليل گوشه بدليل کاهش اصطکاک داخلي رواني آن را بهبود مي بخشد .

 
3-2-  سيمان :

به طور کلي تمامي انواع سيمان هاي استاندارد مي تواند در بتن خود تراکم به کار رود . انتخاب نوع سيمان بستگي به پارامترهاي مورد انتظار بتن مثل مقاومت ، دوام و ... دارد .

دامنه عمومي ميزان مصرف سيمان در اينجا 350 تا 450 کيلوگرم در مترمکعب مي باشد . ميزان بيشتر از 500 مي تواند سبب افزايش خطر جمع شدگي شود . ميزان کمتر از 350 نيز فقط در صورتي قابل قبول مي باشد که به همراه مواد پوزولاني ، خاکسترهاي بادي ، دوده سيليسي و ... به کار رود .

حضور بيش از 10% ميزان  در سيمان مي تواند سبب کاهش نگهداشت کارايي بتن گردد .

 
3-3- مواد مضاف :

مصالح بسيار ريز غير آلي هستند که به منظور بهبود و يا ايجاد خواص مشخص در بتن به آن افزوده مي شوند .اين مواد باعث بهبود کارايي ، کاهش حرارت هيدراتاسيون و عملکرد بهتر بتن در دراز مدت مي گردند .

مواد مضاف عمومي مورد استفاده عبارتند از :

 
3-3-1- پودر سنگ :

ذرات شکسته بسيار ريز (کوچکتر از 125 میکرون) سنگ آهک، دولوميت و يا گرانيت است که به منظور افزايش مواد پودري به کار مي رود . استفاده از پودرهاي دولوميتي، بدليل واکنش هاي کربنات قليايي مي تواند دوام بتن را با مشکل مواجه نمايد .
3-3-2- خاکستر بادي :

ماده اي است که از سوختن زغال سنگ حاصل مي شود و داراي خصوصيات پوزولاني است که در بهبود خواص بتن خيلي مؤثر مي باشد .

 
3-3-3- ميکرو سيليس

ميکرو سيليس در بتن خود تراکم باعث سياليت بالاي بتن شده و دوام بتن را افزايش مي دهد و نقش مهمي در چسبندگي و پرکنندگي بتن با عملکرد بالا دارد. ميکروسيليس داراي حدود 90 درصد دي اکسيد سيليس مي باشد .

ذکر اين نکته ضروري مي نمايد که استفاده از پرکننده در هر کشوري با توجه به ذخائر همان کشور تعيين مي شود. براي مثال در کشورهاي اروپايي که هنوز از زغال سنگ به عنوان سوخت کربني استفاده مي شود به کاربردن خاکستر بادي امري بهينه و مفيد است، در کشورهايي که به لحاظ صنعت ذوب آهن در مرحله صنعتي قراردارند ، ميتوان از سرباره کارخانجات ذوب آهن استفاده نمود در کشور ما نيز با توجه به در دسترس بودن و همچنين کارآيي آن پرکننده، بايد به دنبال ماده اي مناسب و مقرون به صرفه براي جايگزيني فيلرهاي مرسوم در صنعت بتن خود تراکم اروپايي باشيم .

 
3-4- مواد افزودني :

 موادي هستند که به منظور ايجاد و يا بهبود خواص مشخصي به بتن تازه و يا سخت شده در حين ساخت بتن به آن افزوده ميشوند. استفاده از فوق روان  کننده ها براي توليد بتن خود تراکم به منظور ايجاد کارآيي مناسب، ضروري مي باشد. از انواع ديگر مواد افزودني ميتوان به عامل اصلاح لزجت (V.M.A) به منظور اصلاح لزجت، مواد افزودني حباب زا (A.E.A) به منظور بهبود مقاومت در برابر يخ زدگي و آب شدن، کندگير کننده ها به منظورکنترل گيرش و . . . اشاره نمود .

استفاده از V.M.A در حضور پودرها امکان جدا شدگي دانه بندي را کاهش داده و مخلوط را يکنواخت‌تر مي‌کند ولي در استفاده از آن بايد به اثرات آنها برروي عملکرد بلند مدت بتن توجه داشت‌.

استفاده از فوق روان کننده ها مي تواند تاحدود 20% مصرف آب را کاهش دهند .

 
3-5- آب مخلوط :

 مطابق استاندارد بتن هاي معمولي به کار مي رود .

 
4- خصوصيات ويژه بتن خود تراکم

اين بتن مي تواند براي ساخت هر نوع سازه با ويژگيهاي مطلوب دوام ، مقاومت و ... به کار رود . به لحاظ مقاومت فشاري ، کششي ، مدول الاستيسيته و . . . با بتن هاي معمولي فرق نمي کند و تمامي پارامترها و فرمول هاي طراحي بتن معمولي اينجا نيز کاربرد دارد . بدليل استفاده از مقادير زياد مواد پودري ، انقباض خميري و خزش بيشتري را نسبت به بتن معمولي انتظار داريم لذا سرعت در شروع عمليات عمل آوری در بتن خود تراکم يک امر ضروري است .

جهت بررسي خواص بتن تازه مهمترين فاکتورمطرح، رواني بتن مي باشد که عموماً بوسيله آزمايش اسلامپ سنجيده مي شود ولي در مورد بتن خود تراکم بايد فاکتورهاي بيشتري مورد بررسي قرار گيرد تا از توانايي بتن ساخته شده جهت تراکم خودکار اطمينان حاصل شود ، اين پارامترها به شرح ذيل مي باشد:

- روانی

- توان عبور

- مقاومت در برابر جدا شدگي

- لزجت (ويسکوزيته)

 
4-1- روانی

 

به قابلیت جریان یابی روان و آسان بتن تازه وقتی مانعی بر سر راه آن نباشد، روانی گویند این ویژگی با آزمایش جریان اسلامپ سنجیده می شود.

 
4-2- توان عبور :

به توانايي بتن خود تراکم  در جاري  شدن وعبور از بين فضاي کوچک شبکه آرماتور بدون توقف يا جدا شدگي توان عبور گويند .

اين ويژگي با آزمايش جعبه L سنجيده مي شود .

 

4-3- مقاومت در برابر جدا شدگي :

به توانايي بتن خود تراکم براي يکنواخت و همگن ماندن، طي مراحل حمل و بتن ريزي گويند .

مقاومت در برابر جدا شدگي به وسيله آزمايش پايايي الک سنجيده مي شود .

 
4-4- لزجت (ويسکوزيته)

به خاصيتي که باعث مقاومت دربرابر جاري شدن سريع بتن مي گردد گويند . بتن داراي لزجت پايين به سرعت جريان مي يابد و توقف مي کند ولي بتن با لزجت زیاد مدت زمان بيشتري حرکت مي کند تا متوقف شود .

 

اين ويژگي بوسيله آزمايش قيف V سنجيده مي شود .
روش سنجش خواص کارآيي بتن خود تراکمرديف ويژگي مورد سنجش نام آزمايش
1 روانی جريان اسلامپ
2 توان عبور جعبه L
3 مقاومت در برابر جدا شدگي پايايي الک
4 لزجت (ويسکوزيته ) قيف

 
5- آزمايشات بتن خود تراکم

در اينجا به اختصار اشاره اي به روش انجام آزمايشات مربوط به خواص بتن خود تراکم مي گردد .

 
5-1- آزمايش جريان اسلامپ

آزمايش جريان اسلامپ به منظور تعيين آزادي حرکت بتن خود تراکم در سطح افق به هنگام نبود مانع صورت مي گيرد. اساس آزمايش بر اصولي استوار است که آزمايش اسلامپ معمولي برآن بنا نهاده شده است . قطر دايره اي که بتن پس از پخش شدن مي سازد ، معيار سنجش قابليت پرکنندگي بتن خواهد بود . نتايج اين آزمايش هيچ اشاره اي به توانايي گذشتن بدون انسداد بتن از خلال موانع ندارد، اما مي تواند ملاکي براي ارزيابي مقاومت در برابر جدا شدگي نيز باشد .

 
روش انجام آزمايش :

حدود 6 ليتر بتن مورد نياز است . ابتدا بدنه ي داخلي مخروط اسلامپ را تر کنيد . سپس صفحه فلزي را روي سطح متعادلي محکم کنيد . استوانه در مرکز صفحه قرار گرفته و داخل آنرا به کمک پيمانه از بتن پر کنيد . هيچ ضربه اي نبايد به بدنه ي استوانه زده شود . مواد زائد را از اطراف آن بزدايد ، سپس مخروط را بصورت عمودي بالا کشيده و اجازه دهيد بتن آزادانه به بيرون جريان يابد . درهمين لحظه ، زمان سنج را فعال نموده و زماني را که طول مي کشد تا بتن به قطر 500 ميليمتر پهن شود ، ثبت نماييد . اين همان جريان اسلامپ T50cm است . قطر نهايي بتن پهن شده را در دو جهت عمود بر هم اندازه گيري نموده ، ميانگين آنها را به عنوان قطر نهايي بتن پهن شده ثبت کنيد . اين اندازه جريان اسلامپ بر حسب ميليمتر است .

 

 

5-2- آزمايش جعبه L

اين آزمايش جريان يابي بتن و همچنين انسداد ناشي از فاصله ي ميلگردها را تشريح مي کند . از نتيجه ي اين آزمايش ، شيب قرار گيري بتن در حالت توقف حاصل مي شود که معياري براي قابليت گذرندگي يا درجه اي از حدود فاصله ي ميلگردها براي گذر بتن خواهد بود . قسمت افقي جعبه مي‌تواند 200 تا 400 ميليمتر از دريچه امتداد داشته باشد زمان لازم براي پر شدن اين فاصله به عنوان و  شناخته شده و معياري براي قابليت پرکنندگي است. قطر ميلگردها و فاصله آنها از هم اختياري است. براساس قرارداد، در صورت استفاده از ميلگردهاي معمولي ، فاصله بین آنها به مقدار سه برابر بزرگترين اندازه دانه ي سنگي در نظر گرفته می شود .

 
روش انجام آزمايش :

حدود 14 ليتر بتن مورد نياز است . دستگاه را روي يک سطح صاف و محکم قرار دهيد از باز شدن راحت دريچه اطمينان حاصل کنيد و سپس آن را ببنديد. سطح داخلي دستگاه را مرطوب نماييد و آبهاي اضافي را خارج کنيد قسمت عمودي دستگاه را از بتن پر کنيد به مدت يک دقيقه آن را به حال خود رها کنيد تا در محل خود قرار گيرد. دريچه را باز کنيد تا بتن آزدانه به قسمت افقي دستگاه جريان يابد. همزمان با باز کردن دريچه زمان سنج را فعال نموده و زمان لازم براي پهن شدن بتن در طول 200 يا 400 ميليمتر در قسمت عمودي را ثبت نماييد. وقتي بتن از جريان ايستاد ، مقادير  (ارتفاع بتن در انتهاي قسمت افقي دستگاه ) و   (ارتفاع بتن در پشت دريچه ) را اندازه گيري نماييد .

 

 نسبت انسداد را نشان ميدهد تمام آزمايش بايد در 5 دقيقه انجام گيرد مقادير و  مي توانند اطلاعاتي پيرامون آساني حرکت در اختيار گذارد اما هيچ محدوده مناسبي به طور عمومي براي آنها مورد تأييد قرار نگرفته است انسداد و گير کردن درشت دانه ها در پشت ميلگردها دستگاه را مي توان به شهودي ديد .

 
5-3- آزمايش پايايي الک :

برای ارزیابی مقاومت در برابر جداشدگی این آزمایش روش مناسبی در بتن خودتراکم است . اساس آزمایش بر آن است که حدود 10 لیتر بتن را به مدت مشخصی، در حالت سکون قرار داده و اجازه می دهیم که تمام جداشدگی درونی آن آشکار شود. سپس نیمی از آن را روی الک 5 میلیمتری به قطر 30 سانتی متر ریخته، روی ته الک قرار داده و مجموعه را روی ترازو قرار می دهیم . پس از دو دقیقه ملاتی که از خلال الک گذشته را وزن نموده و آن را به صورت درصدی از مصالح اولیه روی الک بیان می کنیم .
روش انجام آزمایش :

حدود 10 لیتر بتن برای این آزمایش مورد نیاز است . بتن را در سطلی ریخته و روی سطح آن را به منظور جلوگیری از تبخیر با کلاهکی بپوشانید و به مدت 15 دقیقه در حالت سکون رها کنید. وزن الک و ته الک خالی را تعیین کنید. سطح بتن را پس از گذشت زمان مقرر مورد بررسی قرار دهید و جمع شدگی آب روی آن را در صورت وجود یادداشت کنید. بیش از 2 لیتر یا
kg 2/0±  kg8/4 از بتن داخل سطل را در ظرف دیگری بریزید. ظرف حاوی بتن را وزن کنید. تمام بتن موجود در ظرف را از ارتفاع 500 میلیمتری و در یک حرکت پیوسته ومدام روی الک بریزد. ظرف خالی را وزن کنید و وزن بتن خالص ریخته شده روی الک را محاسبه نمایید (m) اجازه دهید تا ملات در یک دوره زمانی 2 دقیقه ای از خلال الک به داخل ته الک جریان پیدا کند . سپس الک را جدا نموده و وزن ته الک پر شده را محاسبه نمایید . حال با داشتن وزن ته الک خالی و وزن موجود، وزن ملات گذشته از الک را تعیین کنید (mb)،  نسبت وزنی ملات جدا شده از بتن ، درصد جداشدگی را تشکیل میدهد.

      درصد جدا شدگی = )´100)

برای درصد جداشدگی 5 تا 15 درصد وزنی از کل نمونه ، مقاومت در برابر جداشدگی بتن مناسب خواهد بود . کمتر از 5%، مقاومت بیش از حد را بدنبال دارد و به احتمال زیاد روی سطح تمام شده‌ی بتن تأثیر می گذارد (سوراخهای هوایی احتمالی). در بیش از 15% و مخصوصاً بیش از 30% ، با یک جداشدگی قوی روبرو خواهیم بود .

 
5-4- آزمايش قيف v :

این آزمایش به منظور اندازه گیری قابلیت پرکنندگی بتن با حداکثر اندازه ی دانه ی20 میلیمتر بکار می رود. زمان لازم برای جریان پیدا کردن بتن از میان دستگاه اندازه‌گیری می‌شود،  سپس قیف دوباره از بتن پر شده و مدت 5 دقیقه در همان حالت باقی مانده و دوباره آزمایش فوق صورت می‌گیرد، چنانچه بتن دچار جداشدگی شود، زمان جریان یابی آن بطور محسوسی افزایش می یابد .

 
روش انجام آزمایش قیف V :

حدود 12 لیتر بتن برای انجام آزمایش لازم است.قیف v را بصورت متعادل روی زمین قرار داده و محکم کنید . سطح درونی قیف را تر کنید . درب زانویی دستگاه را باز کنید تا هرگونه آب مازاد تخلیه شود. درب زانویی را بسته و سطلی زیر آن قرار دهید. دستگاه را کاملاً از بتن پر کنید . هیچگونه فشرده کردن، پر کردن حفره ها یا ضربه زدنی به بدنه‌ی دستگاه به وسیله‌ی بیلچه نباید صورت گیرد‌.
10 ثانیه پس از پر شدن کامل دستگاه ، درب زانویی را باز کنید تا بتن تحت وزن خود به بیرون جریان یابد . زمان سنج را هنگام باز کردن درب زانویی فعال کنید و زمان تخلیه ی کامل را ثبت نمایید . این زمان مربوط به آزمایش قیف v می باشد . زمان سنج هنگامی متوقف می شود که بتوان نور را از بالای دستگاه در دریچه تخلیه دید . همه آزمایش باید در 5 دقیقه انجام گیرد .
روش انجام آزمایش V  T5minute  :

 

سطح داخلی دستگاه را تمیز یا تر نکنید . درب زانویی را بسته و قیف را بلافاصله پس از اندازه‌گیری زمان جریان یابی از همان بتن پر نمایید . سطل را در زیر قرار دهید. درب زانویی را
5 دقیقه پس از دومین پر کردن دستگاه بگشایید و اجازه دهید بتن آزادانه و تحت وزن خود جریان یابد . همزمان با بازکردن درب، زمان سنج را فعال نموده و زمان تخلیه ی کامل را ثبت نمایید . این زمان ، همان V5min خواهد بود. برای بتن خود تراکم زمان جریان یابی 10 ثانیه اختصاص یافته است‌. شکل معکوس مخروطی دستگاه، جریان را محدود می‌کند و زمان جریان یابی را طولانی می کند. این می‌تواند اشاره ای به حساسیت اختلاط نسبت به انسداد باشد . پس از 5 دقیقه قرارگیری ، جداشدگی بتن بطور پیوسته با افزایش زمان جریان یابی خود را نشان خواهد داد .

 
6- طرح اختلاط
6-1- طرح اوليه اختلاط

طرح اختلاط بتن خود تراکم را بايد به نحوي تنظيم نمود که تمام خواص و ويژگيهاي بتن تازه و سخت شده را برآورده نمايد . يک طرح اختلاط زماني مي تواند جزء گروه بتن خود تراکم طبقه بندي شود که هر سه فاکتور زير را بطور کامل تأمين نمايد .

·        روانی

·        قابليت گذر از ميان موانع

·        مقاومت در برابر جدا شدگي

محاسبه طرح اختلاط براساس واحد حجم محاسبه بهتر از محاسبه بر اساس جرم می باشد. هنوز هیچ طرح اختلاط ثابت و کاملي براي بتن خود تراکم ارائه نشده است و همه ترکيبات و نسبتهاي اختلاط به صورت نسبي و تجربي بدست آمده است .

مراتب دستيابي به يک طرح اختلاط مناسب، با طرح نسبتهاي اختلاط اوليه براساس حدود تجربي بدست آمده، آغاز شده و با بررسي ويژگيهاي حاصل اصلاح نسبتهاي اوليه ختم مي شود .

حدود شاخص هاي بتن خود تراکم به قرار زير است :

·  نسبت حجمي پودر به آب: 8/0 تا 1/1

·  محتواي پودري: 160تا 240 ليتر (400تا600کيلوگرم) به ازاي هر مترمکعب

·  مقدار درشت دانه: بطور معمول 28 تا 35 درصد حجمي از مخلوط

· نسبت آّب به سيمان: مي تواند هر مقدار عملي باشد ولي در نهايت محتواي آب نبايد از  200 تجاوز کند .ميزان ماسه بايد بيش از 50 درصد وزن کل سنگدانه ها و بيشتر از 40 درصد حجم مخلوط باشد .

 
6-2-  اصلاح طرح اختلاط اوليه :

آزمايش هاي لازم در محيط آزمايشگاه براي بازبيني خواص اولیه مخلوط انجام مي شود تمامي شرايط از پيش تعيين شده بايد تأمين گردد. مخروط بايد به اندازه ي طبيعي در محل کارگاه آزمايش شود در صورتي که عملکرد رضايت بخش به دست نيايد بايد بصورت بنيادي به طراحي مجدد پرداخت . بسته به مشکلات پیش آمده ، عکس العمل هاي زير به کار مي رود :

·        استفاده از مواد مضاف يا موارد ديگر پرکننده

·        اصلاح نسبت ماسه و سنگدانه درشت در مخلوط

·        استفاده از يک عامل اصلاح لزجت (V.M.A)

·        استفاده از نوع ديگري از فوق روان کننده که با مصالح محلي سازگارتر باشد .

·        تنظيم نسبت افزودني ها به منظور اصلاح مقدار آب و براساس آن اصلاح محتواي پودري .
 
6-3- مسير طراحي

در زير نمونه مسير طراحي که توسط اُکمورا در ژاپن ابداع شده ، آورده شده است. نتايج حاصل از روش زير ممکن است با مقادير مندرج درقبل به عنوان طرح اختلاط يکسان نباشد .

·        تعيين هواي مخلوط (عموماً 2%) ممکن است به سبب نياز به مقاومت بيشتر در برابر يخ زدگي، مقدار بيشتري لحاظ شود.

·    محاسبه مقادير حجمي درشت دانه : اين ميزان به دليل برخورد سنگدانه ها و خطر توقف بتن نبايد بيش از 60 درصد حجم، مخلوط شود، لذا ميزان بهينه درشت دانه ها براساس دو پارامتر حداکثر اندازه سنگ دانه و شکسته يا گرد گوشه بودن آن بدست مي آيد. کاهش حداکثر اندازه سنگدانه ها و يا استفاده از گردگوشه ها سبب افزايش سهم نسبي درشت دانه مي شود .

·        محاسبه ميزان ماسه : ميزان بهينه ماسه در حدود 40-50 درصد کل مخلوط مي باشد .

·        محاسبه ميزان نسبت آب به پودر و فوق روان کننده ها : با آزمايشهاي مختلف اسلامپ و قيف v ميزان بهينه آب به مواد پودري 8/0-9/0 مي باشد .

با آزمايشات متعدد، مي توان ميزان بهينه فوق روان‌کننده را نيز متناسب با کارآيي مطلوب بدست آورد.

 

در صورت عدم ارضاي مشخصات مورد نياز، اولين گام، تغيير ترکيب مصالح خواهد بود در مرحله بعد ميتوان از افزودني ديگر استفاده نمود و در نهايت، مي‌توان با تغيير نوع سيمان به هدف مطلوب رسيد .

 

بتن ریزی قطعات پیش ساخته با استفاده از بتن خود تراکم
قطعات پیش ساخته با استفاده از بتن خود تراکم

 

بتن ریزی مرکز تجاری در ایتالیا با استفاده از بتن خود تراکم

 

برج مراقبت فرودگاه شهر استکهلم سوئد اجرا شده با بتن خود تراکم
مراجع :

[1] The European Guide lines for Self-compacting concrete Specification , production and Use,May 2005

 

[2] Specification and Guide lines for Self-compacting concrete Efnarc February 2005

 

[3] N.Lachemi Develop ment of cost-Effective Self-compactivy Concrete, Act Materials journal Vol. 100 , No. 5,October 2003

 

4- اميرعباس کوچکعلي ، حسين صدارت ، بتن خود تراکم و کاربرد ذرات سيليس،تکنولوژي بتن شماره 2 آذر 82

 

5- محسن علي حمزه ، مصطفي شمشيري ، بتن خود تراکم و ويژگيهاي آن ، مجموعه مقالات یازدهمین کنفرانس دانشجویی عمران 1383

 

6- عليرضا شاهجوئي – جاهد زاد مهر – بتن خود تراکم ، مجموعه مقالات یازدهمین کنفرانس دانشجویی عمران 1383

 

7- سعيد شرافتي پور – بررسي خواص بتن خود تراکم ، مجموعه مقالات یازدهمین کنفرانس دانشجویی عمران 13

 

                                               گرداورنده:امیر امامی         

                                                     زمستان ۱۳۸۸   

                    

تولید بتون کامپوزیتی از ماسه و پلاستیک

طرح نو

توليد‌ بتون‌ كامپوزيتي ‌از ‌ماسه‌ ‌‌و ‌پلاستيك

جام جم آنلاين: بتون‌ رايج‌ترين مصالح‌ صنعت ساختمان محسوب مي‌شود و استفاده از بتون در ساخت پل‌ها، راه‌ها، سدها و تقريبا در تمامي‌ سازه‌ها روز به روز در حال افزايش است. بنابراين هم نياز به داشتن فناوري برتر در اين زمينه ضروري است و هم نياز به بتون‌هاي سبك با مطلوب‌ترين خواص و بيشترين كارايي مهم‌ترين كمبود در اين حوزه به شمار مي‌رود.

از سوي ديگر، در بيشتر كشورهاي جهان از جمله ايران، انفجاري در زمينه توليد و مصرف مواد پلاستيكي مثل نايلون‌ها و ظروف يكبار مصرف رخ داده و روز به روز در حال بيشتر شدن است، از اين‌رو، توليداتي مثل كامپوزيت بتوني ماسه و پلاستيك كه با حداقل هزينه ممكن و با هدف بهبود اكوسيستم توسط بازيافت بهينه مواد ضايعاتي صورت مي‌گيرد، ارزشمندتر از گذشته نمود پيدا مي‌كند.

بتون كامپوزيتي ماسه و پلاستيك توليد شده علاوه بر ساخت مصالح ساختماني با مزايا و قابليت‌هاي ويژه به دليل استفاده از پلاستيك‌هاي ضايعاتي در ساخت آن، بسيار شاخص مي‌شود.

اسماعيل صادقي مرشت، دانش‌آموخته دوره كارشناسي دانشكده مهندسي معدن و متالورژي و نفت دانشگاه صنعتي اميركبير بتازگي موفق به ساخت اين كامپوزيت با اين گستره مصرف شده است كه گفتگويمان در اين ارتباط را مي‌خوانيد.

بتون كامپوزيتي يعني چه؟

بتون كامپوزيتي از 2 ماده اصليماسه بادي و پلاستيك‌هاي ضايعاتي مانند بطري‌هاي نوشابه درست مي‌شود كه به دليل وفور منابع مواد اوليه، هزينه توليد اين نوع بتون از ديگر مواد ساختماني به نسبت ويژگي‌هاي آن، بسيار پايين‌تر خواهد بود.

از مراحل ساخت اين بتون برايمان بگوييد.

براي توليد نمونه‌هاي آزمايشگاهي اين بتون، ابتدا نسبت‌هاي وزني مشخصي از 2 ماده اوليه انتخاب شده، سپس پلاستيك ضايعاتي در كوره تا دمايي نزديك دماي خميري شدن حرارت داده مي‌شوند. پس از اين‌كه ماده خميري با ويسكوزيته مشخص به دست آمد، ماسه بادي به آن اضافه مي‌شود و با هم زدن، مخلوطي كاملا همگن به دست مي‌آيد. سپس افزودني هاي مورد نياز براي رسيدن به حداكثر كارآيي مانند بالا بردن مقاومت در برابر UV و ضداشتعال كردن ساختار و ... به مخلوط اضافه شده و مخلوط تحت فرآيند فشار مستقيم (پرس) قرار مي‌گيرد.

مقاومت اين بتون در چه حدي است؟

از آنجا كه بسياري از خواص بتون مانند وزن مخصوص، نفوذپذيري، تاحد دوام، مقاومت در برابر سايش و ضربه و مقاومت كششي تا حدي به مقاومت فشاري ارتباط پيدا مي‌كنند، آزمايش مقاومت فشاري روي نمونه‌ها صورت گرفت. نمونه‌هاي فوق از آنجا كه ‌بايد در شرايط كاركرد دوام بياورند، در دماهاي مختلف از 20 درجه سانتي‌گراد تا دماي 80 درجه سانتي‌گراد تحت تست مقاومت فشاري قرار گرفتند. نتايج به دست آمده نشان داد كه مقاومت فشاري بتون توليد شده در نسبت‌هاي وزني كنترل شده در دماي 20 درجه سانتي‌گراد برابر 55 mpa ، در دماي 25 درجه سانتي‌گراد برابر56 mpa و در دماي 80 درجه سانتي‌گراد برابر85‌ mpa ‌بوده است. با در نظر گرفتن اين مطلب كه مقاومت فشاري بتون هاي سيماني رايج كمتر از20 mpa است كه ارزشمندي اين بتون را بسيار بيشتر مي‌كند.

ويژگي‌هاي شاخص آن چيست؟

ساختمان بتون بدست آمده متخلخل بوده ودرصد اين تخلخل نيز به روش‌هاي مختلف قابل تغيير است و اين مساله پارامتر بسيار موثري است. زيرا تخلخل موجود در بتون باعث مقاوم شدن در برابر زلزله و عايق شدن در برابر صدا، گرما و سرما مي‌شود. همچنين به دليل يكپارچگي در نوع ساختمان بتون ، قطعه توليدي از استحكام بالايي برخوردار شده و مقاومت بالايي نيز در برابر زلزله از خود نشان خواهد داد. البته زمان بسيار كمتري جهت توليد ديوارهاي بتوني سبك پيش‌ساخته يا قطعات ديگر لازم است.

اين نوع بتون نسبت به ساير بتون ها از چه مزايايي برخوردار است؟

پرت مواد اوليه براي توليد اين نوع بتون بسيار كمتر از بتون معمولي است. چون كه تمام مراحل توليد در محل مشخصي صورت گرفته و براي توليد پروسه‌اي طراحي شده است. همچنين بعد از طي عمر كاري بتون مي‌توان مجددا از آن به كمك گرما در توليد بتون جديدتر استفاده كرد. البته رسيدن به حداكثر مقاومت فشاري در زمان 10 دقيقه است كه در اين زمان بتون كاملا خود را مي‌گيرد كه اين مورد در مقايسه با بتون‌هاي معمولي كه در مدت زمان 28 روز تقريبا به حداكثر مقاومت فشاري خود مي‌رسد، از اين رو اين ويژگي، بتون را داراي كاربردهايي با قابليت‌هايي ويژه كرده است.

ارزش اقتصادي اين بتون چقدر است؟

صرفه‌جويي اقتصادي و كاهش هزينه توليد بتون و كاهش نيروي انساني،‌كاهش وزن مخصوص تا 6/1 كيلوگرم بر مترمكعب و كاهش بار مرده ساختمان، صرفه‌جويي در مصرف انرژي، عايق گرما، سرما و صدا، مقاوم در مقابل يخ‌زدگي، سهولت در حمل‌ونقل قطعات پيش‌ساخته، نصب و سريع و آسان، مقاوم كردن سازه در مقابل زلزله با كاهش وزن ساختمان از خصوصيات منحصر به فرد اين بتون به شمار مي‌رود.

از كاربردهاي اين ماده كامپوزيتي مي‌توانيد نمونه‌هايي را نام ببريد؟

از آن مي‌توان در ديوار و سقف پيش‌ساخته، جدول‌هاي كنار خيابان، كفپوش، مرمت آسفالت خيابان، ساخت لوله‌هاي بتوني و ... استفاده كرد.

 

بتن سبك و اثر ميكروسيليس ها در افزایش مقاومت آن

بتن سبك و اثر ميكروسيليس ها در افزایش مقاومت آن

 

مقدمه :
توليد سيمان كه ماده اصلي چسبندگي در بتن است در سال 1756 ميلادي در كشور انگلستان توسط «John smeaton » كه مسئوليت ساخت پايه برج دريايي «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهايت سيمان پرتلند در سال 1824 ميلادي در جزيره اي به همين نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسيد . مردم كشور ما نيز از سال 1312 با احداث كارخانه سيمان ري با مصرف سيمان آشنا شدند و با پيشرفت صنايع كشور ، امروزه در حدود 26 الي 30 ميليون تن سيمان در سال توليد مي گردد . با آگاهي مهندسان از نحوه استفاده سيمان در كارهاي عمراني ، اين ماده جايگاه خودش را در كشورمان پيدا كرد .
يكي از روشهاي ساختمان سازي كه امروزه در جهان به سرعت توسعه مي يابد ساختمانهاي بتني است . بعد از انقلاب اسلامي به علت كمبود تير آهن در نتيجه تحريمها و نيز گسترش ساخت و سازهاي عمراني در كشور ، كاربرد بتن بسيار رشد نمود . علاوه بر اين موضوع ساختمانهاي بتني نسبت به ساختمانهاي فولادي داراي مزايايي از قبيل مقاومت بيشتر در مقابل آتش سوزي و عوامل جوي ( خورندگي ) آسان بودن امكان تهيه بتن به علت فراواني مواد متشكله بتون و عايق بودن در مقابل حرارت و صوت مي باشند كه توسعه روز افزون اين نوع ساختمانها را فراهم مي سازد .
يكي از معايب مهم ساختمانهاي بتني وزن بسيار زياد ساختمان مي باشد كه با ميزان تخريب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقيم دارد . اگر بتوانيم تيغه هاي جدا كننده و پانل ها را از بتن سبك بسازيم وزن ساختمان و در نتيجه آن تخريب ساختمان توسط زلزله مقدار زيادي كاهش مي يابد . ولي كم بودن مقاومت بتن سبك عامل مهمي در محدود نمودن دامنه كاربرد اين نوع بتن و بهره گيري از امتيازات آن بوده است . استفاده از ميكروسيليس در ساخت بتن سبك سبب شده است كه مقاومت بتن سبك بالا رود و اين محدوديت كاهش يابد . در اين تحقيق ضمن توضيحاتي در مورد بتن و تاثير آب بر روي مقاومت بتن ، بيشتر در باره بتن سبك و روشهاي افزايش مقاومت آن با استفاده از ميكروسيلس ، خواص مكانيكي و همچنين موارد كاربرد آن بحث مي شود .
1- سيمان
- سيمان توليد شده در كشور ما با سيمان توليد شده در كشورهاي صنعتي متفاوت است كه لازم است تفاوت آن تا حد ممكن بررسي شود .
- طبقه بندي سيمانها شناسايي شود .
-  عدم تنوع در كيفيت سيمان نشانه ضعفهايي از سيستم ساخت و ساز مي باشد .
-  عدم استفاده از سيمان با كيفيت بالا از عوامل اوليه عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح مي باشد .
2 – شن و ماسه
- معيارها و آئين نامه هاي توليد كلان شن و ماسه بررسي شود .
- توليد كلان  شن و ماسه در كشور ما از نظر معيار و رعايت آئين نامه هاي توليد بررسي شود .
-  معايب شن و ماسه توليدي در كشور در حد كلان بدلائل زير آنرا در درجه دوم و يا سوم كيفيت قرار مي دهد .
الف : وجود گرد و غبار
ب : عدم شستشو
ج : دانه بندي نا صحيح
د : استفاده از شن و ماسه رودخانه اي بجاي شن و ماسه شكسته .
- استفاده از شن و ماسه درجه 2 و يا 3 از عوامل ثانوي عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح مي باشد .
افزايش مقاومت بتن مد نظر تمام دست اندركاران صنعت توليد بتن مي باشد .
ساختار بتن :
- بتن داراي چهار ركن اصلي مي باشد كه به صورت مناسبي مخلوط شده اند ، اين چهار ركن عبارتند از :
الف : شن
ب : ماسه
ج : سيمان
د : آب
- در برخي شرايط براي رسيدن به هدفي خاص مواد مضاف به آن اضافه مي شود كه جزﺀ اركان اصلي بتن به شمار نمي آيد .
- توده اصلي بتن مصالح سنگي درشت و ريز ( شن و ماسه ) مي باشد .
-  فعل و انفعال شيميايي بين سيمان و آب موجب مي شود شيرابه اي بوجود آيد و اطراف مصالح سنگي را بپوشاند و مصالح سنگي را بصورت يكپارچه بهم بچسباند .
-  استفاده از آب براي ايجاد واكنش شيميايي است .
-  براي ايجاد كار پذيري لازم بتن مقداري آب اضافي استفاده مي شود تا بتن با پر كردن كامل زواياي قالب بتواند دور كليه ميلگرد هاي مسلح كننده را بگيرد .
-  جايگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هيدراتاسيون داراي حساسيت بسيار زيادي است .
ويژگيهاي آب مصرفي بتن :
- آب هاي مناسب براي ساختن بتن
1- آب باران
2- آب چاه
3- آب بركه
4- آب رودخانه در صورتي كه به پسابهاي  شيميايي كارخانجات آلوده نباشد و غيره …
بطور كلي آبي كه براي نوشيدن مناسب باشد براي بتن نيز مناسب است باستثناﺀ مواردي كه متعاقبا توضيح داده خواهد شد .
- آبهاي نا مناسب براي ساختن بتن
1- آبهاي داراي كلر ( موجب زنگ زدگي آرماتور مي شود )
2-  آبهايي كه بيش از حد به روغن و چربي آلوده مي باشند .
3-  وجود باقيمانده نباتات در آب .
4-  آب گل آلود ( موجب پايين آوردن مقاومت بتن مي شود )
5-  آب باتلاقها و مردابها
6-  آبهاي داراي رنگ تيره و بدبو
7-  آبهاي گازدار مانند2 co و…
8- آبهاي داراي گچ و سولفات و يا كلريد موجب اثر گذاري نا مطلوب روي بتن مي شوند .
نكته : 1- آبي كه مثلا شكر در آن حل شده است براي نوشيدن مناسب است ولي براي ساخت بتن مناسب نيست .
نكته : 2- مزه بو و يا منبع تهيه آب نبايد به تنهايي دليل رد استفاده از آب باشد .
نكته : 3- ناخالصيهاي موجود در آب چنانچه از حد معين بيشتر گردد ممكن است بشدت روي زمان گرفتن بتن ، مقاومت بتن ، پايداري حجمي آن ، اثر بگذارد و موجب زنگ زدگي فولاد شود .
نكته : 4- استفاده از آب مغناطيسي بعنوان يكي از چهار ركن اصلي مخلوط بتن مي تواند بعنوان تاثيرگذار بر روي يارامترهاي مقاومت بتن انتخاب گردد .
تمايز بتن از نظر چگالي :
الف : بتن معمولي : چگالي بتن معمولي در دامنه باريك 2200 تا 2600 kg/m3 قرار دارد زيرا اكثر سنگها در وزن مخصوص تفاوت اندكي دارند ( ادامه اين مبحث از بحث ما خارج است )
ب : بتن سنگين : از اين بتنها در ساختمان محافظهاي بيولوژيكي بيشتر استفاده مي شود مانند ساختار ، آكتورهاي هسته اي و پناهگاههاي ضد هسته اي كه مورد بحث ما نمي باشد كه چگالي آن معمولا بيشتر از 2200 تا 2600 كيلوگرم بر متر مكعب مي باشد .
ج : بتن سبك : مصرف بتن سبك اصولا تابعي از ملاحظات اقتصادي است ضمن اينكه استفاده از اين بتن بعنوان مصالح ساختماني داراي اهميت بسيار زيادي است اين بتن داراي چگالي كمتر از 2200 تا 2600 كيلوگرم در متر مكعب مي باشد . بدليل اينكه داراي چگالي كمتر از بتن سنگين است داراي امتياز قابل توجهي از نظر ايجاد بار وارده بر سازه مي باشد چگالي بتن سبك تقريبا بين 300 و 1850 كيلوگرم بر متر مكعب مي باشد يكي از امتيازات مهم امكان استفاده از مقاطع كوچكتر و كاهش مربوطه در اندازه پي ها مي باشد ضمن اينكه قالبها فشار كمتري را از حالت بتن معمولي تحمل مي كنند و همچنين در كاهش جابجايي كل وزن مصالح بدليل افزايش توليد جايگاه ويژه اي دارد .
روش هاي كلي توليد بتن سبك :
- روش اول : از مصالح متخلخل سبك با وزن مخصوص ظاهري كم بجاي سنگدانه معمولي كه تقريبا داراي چگالي 6/2 مي باشد استفاده مي كنند .
-  روش دوم : بتن سبك توليد شده در اين روش بر اساس ايجاد منافذ متعدد در داخل بتن يا ملات مي باشد كه اين منافذ بايد به وضوح از منافذ بسيار ريز بتن با حباب هوا متمايز باشد كه بنام بتن اسفنجي ، بتن منفذ دار و يا بتن گازي يا بتن هوادار مي شناسند .
- روش سوم : در اين روش توليد ، سنگدانه ها ي ريز از مخلوط بتن حذف مي شوند . بطوريكه منافذ متعددي بين ذرات بوجود مي آيد و عموما از سنگدانه هاي درشت با وزن معمولي استفاده مي شود . اين نوع بتن را بتن بدون سنگدانه ريز مي نامند .
نكته : كاهش در وزن مخصوص در هر حالت به واسطه  و جود منافذ يا در مصالح يا در ملات و يا در فضاي بين ذرات درشت موجب كاهش مقاومت بتن مي شود .
طبقه بندي بتن هاي سبك بر حسب نوع كاربرد آنها :
- بتن سبك بار بر ساختمان
-  بتن مصرفي در ديوارهاي غير بار بر
-  بتن عايق حرارتي
نكته 1- طبقه بندي بتن سبك بار بر طبق حداقل مقاومت فشاري انجام مي گيرد .
مثال : طبق استاندارد 77 – 330 ASTM C در بتن سبك ---- مقاومت فشاري بر مبناي نمونه هاي استوانه اي استاندارد از    شده پس از 28 روز نبايد كمتر از Mpa 17 باشد . و وزن مخصوص آن نبايد از 1850 كيلوگرم بر متر مكعب تجاوز نمايد كه معمولا بين 1400 او 1800 كيلوگرم بر متر مكعب است .
نكته : 2- بتن مخصوص عايق كاري معمولا داراي وزن مخصوص كمتر از 800 كيلوگرم بر متر مكعب و مقاومت بين 7/0 و Mpa 7 مي باشد .
انواع سبك دانه هايي كه به عنوان مصالح در ساختار بتن سبك استفاده مي شود :
الف -  سبك دانه هاي طبيعي : مانند دياتومه ها ، سنگ پا ، پوكه سنگ ، خاكستر ، توف كه بجز دياتومه ها بقيه آنها منشاﺀ آتشفشاني دارند .
نكته :1- اين نوع سبك دانه ها معمولا بدليل اينكه فقط در بعضي از جاها يافت مي شوند به ميزان  زياد مصرف نمي شوند ، معمولا از ايتاليا و آلمان اينگونه مصالح صادر مي شود .
نكته : 2- از انواعي پوكه معدني سنگي كه ساختمان داخلي آن ضعيف نباشد بتن رضايت بخشي با وزن مخصوص 700 تا 1400 كيلو گرم بر متر مكعب توليد مي شود كه خاصيت عايق بودن آن خوب مي باشد اما جذب آب و جمع شدگي آن زياد است . سنگ پا نيز داراي خاصيت مشابه است .
ب -  سبك دانه هاي مصنوعي : اين سبك دانه ها به چهار گروه تقسيم مي شوند .
- گروه اول : كه با حرارت دادن و منبسط شدن خاك رس ، سنگ رسي ، سنگ لوح ، سنگ رسي دياتومه اي ، پرليت ، اسيدين، ورميكوليت بدست مي آيند .
- گروه دوم : از سرد نمودن و منبسط شدن دوباره كوره آهن گدازي به طريقي مخصوص بدست مي آيد .
- گروه سوم : جوشهاي صنعتي ( سبكدانه هاي كلينكري) مي باشند .
- گروه چهارم : مخلوطي از خاك رس با زباله خانگي و لجن فاضلاب پردازش شده را مي توان به صورت گندوله در آورد تا با پختن در كوره تبديل به سبك دانه شود ولي اين روش هنوز به صورت توليد منظم در نيامده است .
در جدول ( 1 ) خواص انواع بتن هاي سبك كه با اين سنگدانه ها ساخته مي شوند نشان داده شده اند :
الزامات سبكدانه ها بتن سازه اي :
الزامات سبكدانه ها در آيين نامه هاي ASTM C330-89 ( مشخصات سبكدانه ها براي بتن سازه اي در آمريكا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبكدانه ها براي قطعات بنايي و بتن سازه اي در بريتانيا ) داده شده اند . در استاندارد بريتانيايي مشخصات واحدهاي بنايي نيز مورد بحث قرار گرفته است . اين آيين نامه ها محدوديتهايي براي افت حرارتي ( 5% درASTM و4% در BS)و همچنين در BS براي مقدار سولفات  1% 3 so  (به صورت جرمي ) را مشخص نموده اند . برخي الزامات دانه بندي اين آيين نامه ها در جداول 2 ، 3 و 4 نشان داده شده اند .
ذكر اين نكات براي فهم بهتر اين جداول مفيد است :
1- آيين نامه BS 1047:7983 مشخصات دوباره در هواي سرد شده ، كه منبسط نشده است را در بر مي گيرد .
2- سبكدانه هاي به كار رفته در بتن سازه اي ، صرفنظر از منشأ آنها توليداتي مصنوعي مي باشند و در نتيجه معمولا يكنواخت تر از سبكدانه طبيعي مي باشند . بنابراين سبكدانه را مي توان براي توليد بتن سازه اي با كيفيت ثابت مورد استفاده قرار داد .
نكته : سبكدانه ها داراي خصوصيت ويژه اي هستند كه سنگدانه هاي معمولي فاقد آن مي باشند و در رابطه با انتخاب نسبتهاي  مخلوط و خواص مربوط به بتن حاصل داراي اهميت ويژه اي مي باشند .اين ويژگي عبارتست از توانايي سبكدانه ها در جذب مقادير زياد آب و همچنين امكان نفوذ مقداري از خمير تازه سيمان به درون منافذ باز ( سطحي ) ذرات سبكدانه (مخصوصا ذرات درشت تر ) در نتيجه اين جذب آب توسط سبكدانه ، وزن مخصوص آنها زيادتر از وزن مخصوص ذراتي مي شود كه در گرمچال خشك شده اند .
روشهاي افزايش مقاومت بتن سبك :
كم بودن مقاومت بتن سبك عامل مهمي در محدود نمودن دامنه كاربرد اين نوع بتن و بهره گيري از امتيازات آن بوده است براي بدست آوردن بتن سبك با مقاومت زياد روشهاي زيادي مورد توجه قرار گرفته است .
نكته : عامل موثر و مشترك در كليه اين پژوهشها مصرف ميكروسيليس در بتن مي باشد . در اينجا اجمالا به چند روش اشاره مي گردد :
1- تحقيقات مشترك V.Novokshchenov و W.Whitcomb جهت افزايش مقاومت بتن سبك و بهبود ديگر خواص آن با استفاده از سبكدانه هاي سيليسي منبسط شده ، به اعتقاد آنان مقاومت بتن سبك تابعي از مقاومت سبكدانه ها و ملات است كه اين رابطه به صورت ذيل ارائه گرديد .
fc = fm (vm)+fa (1-vm)
fc = مقاومت بتن    fa = مقاومت سبكدانه
fm = مقاومت ملات  vm = حجم نسبي ملات
بدين ترتيب مشاهده مي شود كه مي توان با افزايش مقاومت سبكدانه و مقاومت و حجم ملات مقاومت بتن سبك را افزايش داد .

بتن‌هاي توانمند و ويژه

بتن‌هاي توانمند و ويژه

سالهاي زيادي است که بتن بعنوان يک ماده ساختماني مهم در ساخت و سازه‌هاي بتني چون ساختمانها، سدها، پلها، تونلها، راهها، اسکله‌ها و برجها و سازه‌هاي خاص ديگر کاربرد دارد. در اکثر موارد به بتن بعنوان ماده‌اي مقاوم در برابر نيروهاي فشاري نگريسته مي‌شده است. انجام پروژه‌هاي وسيع تحقيقاتي بر روي مواد مختلف تشکيل دهنده بتن و ازمايش‌ بتن‌هاي مختلف با مواد جديد در سالهاي آخر قرن اخير منجر به پيدايش بتن‌هايي شده است که علاوه بر تأمين مقاومت خواص ديگري از اين ماده نظير دوام، کارايي، نرمي و مقاومت در برابر عواملي چون آتش و محيط و هوازدگي را دستخوش تغييرات اساسي نموده است. علاوه بر دگرگوني و تحول در مواد تشکيل دهندة بتن، افزودن مواد ديگري به بتن همچون افزودنيهاي مختلف، انواع الياف‌ها و حتي مواد زائدي که ارزش خاصي نداشته و باعث آلودگي محيط زيست نيز مي‌شوند، موجب پيدايش بتن‌هاي جديد با خواص جديد و بهبود يافته شده است.

در بتن مسلح علاوه بر خود بتن بر روي آرماتور نيز تحولاتي صورت پذيرفته است. بعنوان مثال کاربرد فولادهاي ضد زنگ براي مناطق بسيار خورنده، استفاده از آرماتورهاي ساخته شده با الياف‌هاي مختلف پلاستيکي و پليمري از جمله تحقيقاتي بوده است که نتايج اوليه سودمندي بدست داده است، ليکن کار بر روي آنها و تحقيقات وسيع‌تر و دراز مدت براي بررسي داوم آنها هنوز ادامه داشته و به قرن آينده خواهد رسيد.

هدف از مقالة اخير عنوان نمودن پاره‌اي از دستاوردهاي اخير در بتن و بتن مسلح و ادامه راه در سالهاي آينده مي‌باشد. در اين خصوص به تحول دستيابي به بتن‌هاي با مقاومت زياد و بسيار زياد و بالاتر ازMPa 100 و همچنين بتن‌‌‌هاي توانمند با عملکرد بالا خواهيم پرداخت. همچنين کاربرد مواد مختلف و الياف‌ها براي افزايش نرمي بتن که مسألة بسيار مهمي در پديدة زلزله و بارهاي ديناميکي بر روي سازه‌هاي بتني است، بيان خواهد شد. در ادامه به بتن‌هايي که بسيار کارا بوده و نياز به لرزاندن نداشته و درعين حال مقاومت زيادي دارند، اشاره خواهد شد. در بخش ديگري از مقاله کاربرد بتن بعنوان راه حلي براي کاهش آلودگي محيط زيست توضيح داده خواهد شد. در بخش پاياني آخرين نتايج و کاربرد محدود آرماتورها با جنسيت‌هاي مختلف از جمله الياف کربني، پليمري و پلاستيکي شده است.

بايد اذعان نمود که نتايج تحقيقات سالهاي آخر قرن حاضر و ادامة‌ آنها در آينده و قرن جديد مي‌تواند نگرش تازه‌اي به بتن بعنوان يک مادة ساختماني پرمصرف بدهد. اين نتايج منجر خواهد شد تا ديدگاه بتن بعنوان تنها يک ماده با مقاومت فشاري خوب به کلي دگرگون شده و خواص ويژه بتن‌هاي جديد نظر اکثر دست‌اندرکاران پروژه‌هاي بزرگ عمراني را در جهان بخود معطوف سازد.

مقدمه

سالهاي زيادي است که از بتن بعنوان يک مادة ساختماني مهم و با تحمل فشارهاي بالا جهت ساخت و ساز انواع سازه‌ها استفاده مي‌شود. ضعف اين مادة مهم و پر مصرف ساختماني در مقابل کشش با قرار دادن آرماتور تا حد زيادي جبران شده است. در سالهاي اخير و با بررسي دوام سازه‌هاي بتني مسلح بويژه در مناطق خورنده و سخت براي بتن نظر اکثر کارشناسان و دست‌اندرکاران کارهاي بتني به اين مسأله جلب شده است که مقاومت به تنهايي نمي‌تواند جوابگوي کليه خواص مربوط به بتن بخصوص دوام آن باشد و لازم است در طراحي بتن براي مناطق مختلف علاوه بر مسأله مقاومت و تحمل بارها در طول مدت بهره‌دهي، پايايي و دوام آن نيز مد نظر قرار گيرد. در حال حاضر با اضافه نمودن مواد مختلف بتن و تغييرات در طرح اختلاط مي‌توان به بتن‌هايي دست يافت که بدون تغيير قابل ملاحظه در مقاومت آنها از نقطه نظر دوام به بتن‌هايي با دوام بالا دست يافت. مسأله محيط زيست وآلودگي آن نيز در سالهاي اخير نظر جهانيان را بخود معطوف ساخته است. کاربرد مواد و مصالحي که در ساخت آن آلودگي کمتري به محيط منتقل گردد و همچنين برداشت مصالح طبيعي که کمتر محيط را تخريب نمايد، مورد توجه خاص قرار دارد. در اين راستا محدوديت کاربرد سنگدانه‌ها، دستيابي به مواد جديد و نيز استفاده از مواد زائد کارخانه‌ها و آلاينده‌هاي محيط زيست در بتن در رأس برنامه‌هاي تحقيقاتي پاره‌اي از کشورهاي جهان قرار گرفته است.

علاوه بر خود بتن و مصالح تشکيل‌دهندة آن در سالهاي اخير بر روي آرماتور مصرفي در سازه‌هاي بتني مسلح نيز تحولاتي صورت گرفته است. بعنوان مثال و براي پرهيز از خطر خوردگي آرماتور، از فولادهاي ضد زنگ و نيز آرماتورهاي ساخته شده با الياف‌ مختلف پلاستيکي و پليمري در محيط‌هاي بسيار خورنده استفاده مي‌شود. کار بر روي عملکرد دراز مدت چنين موادي هنوز ادامه دارد.

در مقالة اخير به چند مورد از بتن‌هاي جديد که چند سالي است از آنها در صنعت ساخت و ساز براي سازه‌هاي بتني استفاده مي‌شود اشاره شده و مواد جديد مورد استفاده در بتن که تحقيقات روي آنها هنوز ادامه دارد، نيز بيان خواهد شد. بعنوان مثال بتن‌هاي با مقاومت زياد و بتن‌هاي توانمند و با عملکرد بالا در اين خصوص جايگاه ويژه‌اي دارند. کاربرد الياف و مواد مختلف در بتن براي افزايش نرمي آن و مقاومت در مقابل بارهاي ضربه‌اي و نيروهاي ناشي از زلزله مورد ديگري از بتن‌هاي خاص مي‌باشد. با نگرشي عميق به مسأله دوام بتن و ضمن تأمين مقاومت لازم، کاربرد بتن‌هاي با کارايي بالا که اجراي آن را نيز آسان مي‌سازد در برنامه کار مراکز بسياري قرار گرفته و برخي از اين بتن‌ها با اضافه کردن افزودنيهاي مختلف به آنها، اينک وارد صنعت بتن شده‌اند.

بتن با مقاومت زياد

امروزه بر اساس تکنولوژي رايج بتن، ساخت بتن‌هاي با مقاومت‌هاي فشاري زياد و دور از انتظار که مي‌تواند براي طراحي سازه‌هاي اجرايي رايج مورد استفاده قرار گيرند، امکان‌پذير مي‌باشد. اگر چه اغلب آيين‌نامه‌هاي بتن هنوز مقاومت بتن مورد استفاده در سازه‌ها را به MPa 60 محدود مي‌کنند، اما آيين‌نامه‌هاي جديد اخيراً حدي بالاتر از MPa 105 را نيز در نظر گرفته‌‌اند ] 1 [. ساخت بتن‌هاي با مقاومت زياد و در حد MPa 120 و کاربرد آن در ساختمان‌هاي بلند در کشورهاي پيشرفته دنيا رواج يافته است. اين مقاومت با اضافه نمودن مواد ريز و فعال به سيمان تا حدي افزايش يافته که بتن‌هايي با مقاومت‌هاي فشاري بين MPa 200 و MPa 800 و مقاومت‌هاي کششي بين MPa 30 و MPa 150 در نمونه‌هاي آزمايشگاهي بدست آمده است. براي دستيابي به چنين مقاومت‌هايي لازم است تغييراتي در طرح اختلاط داده و از مواد و افزودني‌هاي جديدي استفاده نمود.

از عوامل مهم در رسيدن به چنين مقاومت‌هايي استفاده از سنگدانه‌هاي مقاوم و کاهش حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتني براي همگني بيشتر آن مي‌باشد. همچنين با استفاده از مواد بسيار ريزدانه و با اندازه‌هاي کمتر از دهم ميکرون مي‌توان مجموعه‌اي متراکم‌تر و با تخلخل بسيار کم که بالاترين وزن مخصوص را خواهد داشت، تهيه نمود. در بتن‌هاي با مقاومت زياد بايستي تا حد ممکن نسبت آب به سيمان (w/c) را کاهش داد (امروزه حتي نسبت 18/0 = w/c استفاده شده است) که در اين حالت بعضي دانه‌هاي سيمان هيدراته نشده بصورت مواد ريزدانه پرکننده، دانسيته را افزايش داده و در نتيجه سبب افزايش مقاومت مي‌شوند. بديهي است براي تأمين کارايي چنين مخلوط‌هايي با آب بسيار کم لازم است از روان‌کننده‌ها، فوق‌روان‌کننده‌ها و پخش کننده ذرات ريز در بتن استفاده نمود. براي افزايش نرمي چنين بتن‌هايي (با افزايش مقاومت شکنندگي و تردي بتن افزايش مي‌يابد) مي‌توان به آنها الياف‌هاي کوتاه اضافه نمود. در ساخت چنين بتن‌هايي (مقاومت در حد فولاد و بالاتر) از روشهاي سخت شده تحت فشار و دما براي عمل آوري بتن و تأمين مقاومت اوليه زياد استفاده مي‌گردد.

جدول 1- مشخصات بتن بکار رفته در يک ساختمان بلند در مونترال کانادا

طرح اختلاط	خواص بتن
نسبت آب به سيمان 25/0	اسلامپ 250 ميلي‌متر
آب 135 ليتر	درصد هوا 4/4 درصد
سيمان نوع 1 500 کيلوگرم در متر مکعب	مقاومت فشاري 7 روزه 77 مگاپاسکال
دوده سيليس 30 کيلوگرم در متر مکعب	مقاومت فشاري 28 روزه 3/92 مگاپاسکال
شن‌با‌حداکثر اندازه10ميليمتر ‌1100‌کيلوگرم‌در مترمکعب	مقاومت فشاري 90 روزه 106 مگاپاسکال
ماسه طبيعي 700 کيلوگرم در متر مکعب	مقاومت فشاري يکساله 4/119 مگاپاسکال
ديرگير کننده 8/1 ليتر در متر مکعب
فوق روان کننده 14 ليتر در متر مکعب

بتن هاي با کارايي بسيار زياد (بتن خود متراکم)

امروزه در بعضي کشورهاي جهان و بويژه در ژاپن بتن جديدي با کارايي بسيار بالا که نياز به لرزاندن نداشته و خودبخود متراکم مي‌گردد ساخته شده و در برخي پروژه‌ها اجرا شده است. با داشتن کارايي بسيار زياد اين بتن در اجرا، خطر جدايي سنگدانه‌ها و خمير را نداشته و در عين حال از مقاومت زياد و دوام نسبتاً بالايي برخوردار است. در طرح اختلاط اين بتن، موارد زير در نظر گرفته شده است.

ميزان شن در اين بتن حدود 50 درصد حجم مواد جامد بتن بوده و در آن ماسه به ميزان
40 درصد حجم ملات استفاده شده است. نسبت آب به مواد ريزدانه و پودري بر اساس خواص مواد ريز بين9/0 تا 1 انتخاب مي‌شود. براي تعيين ميزان نسبت آب به سيمان و مقدار فوق روان کننده مخصوص مصرفي با استفاده از روش ميز رواني، مقدار بهينه با آزمون و خطا تعيين مي‌گردد .

بتن با سنگدانه بازيافتي

امروزه با توجه به پيشرفت جمعيت و مشکل فضا در شهرهاي بزرگ براي ساخت و ساز لازم است ساختمان‌هاي قديمي بتني تخريب و بجاي آن ساختمان‌هاي بلند جديد احداث شوند. در کشور ژاپن و چند کشور اروپايي که زمين و فضاي لازم براي ايجاد بنا ارزش ويژه‌اي دارد و همچنين براي جلوگيري از مسائل محيط‌زيستي که از تخريب ساختمانها ناشي مي‌شود و کاربرد مصالح آن در بناي جديد تحقيقات وسيعي در ساخت بتن با سنگدانه بازيافتي (خورد کردن بتن قديم و استفاده از آن بعنوان سنگدانه در بتن جديد) در حال انجام است. بعنوان مثال در کشور هلند هر سال حدود 10 ميليون تن مصالح ناشي از تخريب ساختمان‌هاي بتني که حدود حجم بتن مورد نياز در ساخت ساختمانهاست، توليد مي‌شود. قرار است نيمي از اين مصالح در بتن‌هاي جديد استفاده شوند. در حال حاضر تحقيقات روي ميزان جمع‌شدگي و خزش و دوام اين بتن‌ها ادامه دارد تا در قرن بيست و يکم کاربرد وسيع‌تر آن را امکان‌پذير سازد.

بتن‌هاي با نرمي بالا

امروزه کاربرد بتن با نرمي بالاتر که بتواند تغيير شکل‌هاي زياد را بدون شکست تحمل نمايد، مورد توجه قرار گرفته است. تحقيقات وسيعي در خصوص تأمين نرمي لازم در بتن با الياف‌هاي مختلف و حتي حذف آرماتور در حال انجام مي‌باشد. هدف از کاربرد الياف در بتن افزايش مقاومت کششي، کنترل گسترش ترکها و افزايش طاقت (Toughness) بتن مي‌باشد تا قطعه بتني بتواند در مقابل بارهاي وارده در يک مقطع ترک خورده تغيير شکل‌هاي زيادي را پس از نقطه حداکثر تنش تحمل نمايد. شکل شماره 1 عملکرد يک تير خمشي با الياف را در تحمل خيزهاي زياد در مقايسه با بتن بدون آرماتور نشان مي‌دهد.

شکل 1- منحني تغيير شکل يک تير با و بدون الياف در يک تير خمشي

بتن با الياف مختلف در سالهاي اخير در سازه‌هاي عمده‌اي چون روسازي راهها و فرودگاه‌ها، بتن پي‌هاي عظيم با تغيير شکل‌هاي زياد و بويژه در پوشش بتني تونلها بکار رفته است. در ساخت پوشش تونلها بتن اليافي با پاشيدن بر جداره شکل مي‌پذيرد. اخيراً براي حذف ترکها در پوشش تونلهايي که بصورت چند تکه پيش ساخته اجرا مي‌شود از بتن بدون آرماتور و تنها الياف استفاده شده و اين نوع بتن سبب حذف ترکها در حين عمل‌آوري و حمل و نقل قطعات و نصب آنها براي کامل کردن مقطع تونلهاي مترو شده است.

در نوع بسيار جديد بتن اليافي که مي‌توان با آن به حداکثر نرمي در بتن رسيد از روش ريختن دوغاب روي الياف (SIFCON) استفاده مي‌شود. در اين روش ابتدا الياف ريخته شده و سپس فضاي بين آنها با ملات دوغابي پر مي‌شود. ميزان الياف در اين بتن حدود 10 درصد مي‌باشد که حدود 10 برابر ميزان الياف در بتن‌هاي اليافي متداول است. با اين مصالح لايه‌هاي محافظي بدون ترک و تقريباً غير قابل نفوذ مي‌توان ايجاد نمود. بعلت نرمي زياد اين قطعات ظرفيت تغيير شکل‌پذيري اين قطعات به ميزان ظرفيت دالهاي فولادي مي‌رسد. مقاومت فشاري اين نوع بتن حدود 110-85 مگاپاسکال و مقاومت خمشي حدود 45-35 مگاپاسکال مي‌باشد. از اين قطعات نه تنها مي‌توان بعنوان لايه‌هاي محافظ کوچک استفاده نمود، بلکه در باندهاي فرودگاه در برابر ضربات عملکرد خوبي نشان مي‌دهند. در کارهاي تعميراتي دالها مي‌توان از آنها بعنوان لايه روي بتن قديم و بدون درز و در زماني کوتاه استفاده نمود .

آرماتورهاي غيرفولادي در بتن

در سالهاي اخير استفاده محدودي از آرماتورهاي غيرفلزي آغاز گشته است هر چند تحقيقات بر روي کاربرد وسيع‌تر آنها و عملکرد دراز مدت اين نوع آرماتورها ادامه دارد. اين آرماتورها که معروف به آرماتورهاي با الياف پلاستيکي (FRP) هستند از الياف مختلفي چون الياف شيشه‌اي (GFRP)، الياف آراميدي (AFRP) و الياف کربني (CFRP) در يک رزين چسباننده تشکيل شده اند. در جدول 2 خواص مکانيکي چند آرماتور اليافي که کاربرد پيدا کرد‌ه‌اند‌، آورده شده است. در شکل 2 ميله‌هاي پلاستيکي ساخته شده با الياف مختلف و فولادهاي پيش تنيدگي از نقطه نظر منحني‌هاي تنش-کرنش با يکديگر مقايسه شده‌اند.

جدول - خواص مکانيکي الياف‌هاي مختلف

نوع الياف	مقاومت کششي (MPa)	کرنش نهايي (٪)	E (Gpa)
آراميد	3400-2700	4-5/2	165-73
شيشهE	3500	5-3	75
شيشه S	4500	5/5-5/4	87
کربن مدول پايين	3900-3200	6/1-1	250
کربن مدول بالا	2700-2300	6/0	400

خاصيت عمده اين آرماتوها که سبب کاربرد آنها شده است، مقاومت در برابر خوردگي آنهاست که مي‌تواند در محيط‌هاي بسيار خورنده دوام دراز مدتي داشته باشند. علاوه بر اين مقاومت بالا، مقاومت به خستگي بالا، ظرفيت بالاي تغيير شکل ارتجاعي، مقاومت الکتريکي زياد و هدايت مغناطيسي پايين و کم اين مواد از مزاياي آنها شمرده مي‌شود. البته اين مواد معايبي چون کرنش گسيختگي کم و شکننده بودن و خزش زياد و تفاوت قابل ملاحظه ضريب انبساط حرارتي آنها در مقايسه با بتن را به همراه دارند .

اخيراً از الياف مختلف شبکه‌هايي بافته شده و بصورت يک شبکه آرماتور در سطح بتن براي کنترل ترک و کم کردن عرض آن و همچنين در ديوارهاي نماي بتني از آن استفاده مي‌کنند. تحقيقات روي کاربرد صفحات اليافي بجاي صفحات فولادي براي تقويت قطعات خمشي و تيرها و دالها بويژه در پلها ادامه دارد. اين صفحات بارزين‌هاي اپوکسي به نواحي کششي از خارج اتصال داده مي‌شوند. کاربرد صفحات با الياف کربني براي اين تقويت بيشتر رايج گشته و در چندين پل در ژاپن و در بعضي کشورهاي اروپايي از آن استفاده شده است.

مصالح نوین درساخت و تعمیر ونگهداری بتن

مصالح نوین در ساخت وتعمیر ونگهداری بتن

خلاصه مقاله:

مقاوم سازي سازه هاي بتن مسلح با استفاده از مصالح FRP در مقايسه با ساير روش هاي مقاوم سازي به دليل حصول مقاومت بالاتر در ازاي زحمت كمتر و همچنين بدون تغيير باقي ماندن ابعاد و شكل سازه پس ازمقاوم سازي به عنوان روشي متداول در سرتاسر جهان پذيرفته شده است . تحقيقات انجام شده نشان مي دهند كه استفاده از اين مصالح به شيوه تسليح با اتصال خارجي (EBR) يعني چسباندن ورقه هاي FRP بر سطوح خارجي سازه ها، به علت جدا شدگي پيش از موعد، امكان استفاده از تمامي مقاومت كششي FRP را فراهم نمي كند. براي غلبه بر اين ضعف تلاش هاي گوناگوني صورت گرفته كه يكي از كارآمدترين انها استفاده از مصالح FRP به روش نصب در نزديك سطح (NSM) مي باشد كه بر اساس ايده ي كار گذاشتن مصالح مقاوم كننده در شيارهاي تعبيه شده در سطح سازه ها شكل گرفته است.
در اين تحقيق سعي مي شود تا با معرفي كامل روش NSM به عنوان روشي كارامد در مقاوم سازي سازه هاي بتني بامصالح FRP مزيت هاي اين روش در مقايسه با روش EBR نشان داده شده و تحقيقات انجام شده بر كاربرد اين روش در زمينه هاي مختلف مقاوم سازي مورد اشاره قرار گيرند.

مدیریت حفاظت بتن

علیرغم اینکه مدت نسبتا؛ زیادی از پیرایش بتن نمی گذرد ( حدود 125 سال ) شناخت علل فساد در پروسه ی تحقیقات میدانی و جلوگیری از بروز آن ‏‏، مقاومت زیاد ، استحکام و شکل پذیری بتن استفاده از این ماتریال را با استقبال روز افزونی مواجه ساخته است . با توجه به گستردگی استفاده از بتن نتایج بهره وری از آن همواره رضایت بخش نبوده و در پاره ای از موارد مسائل و مشکلاتی بوجود آورده است . در سازه های بتونی ا«ن پرسش مطرح است که آیا بتن با ترکیبات اولیه ی خویش به تنهایی توانسته است در شرایط زمانی و مکانی مختلف عملکرد بهینه ای داشته باشد ؟ متأسفانه بررسی ها و تحقیقات انجام شده در این زمینه ، پاسخ منفی را بدست می دهد .

تکنیک های جلوگیری از ازدیاد درجه حرارت بتن در هوای گرم

انتخاب سیمان
استفاده از سیمانهای با حرارت هیدراتاسیون کم، ممکن است تا حدودی سبب تخفیف اشکالات مربوط به ازدیاد درجه حرارت بتن شود. ولی باید درنظر داشت که مصرف سیمانهای مذکور پیشگیری های لازم را غیر ضروری نمی سازد. گرچه در درجه حرارتهای معمولی، سیمانهای با حرارت هیدراتاسیون کم، آهسته تر از سیمانهای معمولی هیدراته می شوند ولی میزان هیدراتاسیون آنها با زیاد شدن درجه حرارت افزایش می یابد. هرنوع سیمانی که مصرف شود وقتی بتن گرم می شود قابلیت کاربردخود را سریعتر از موقعی که سرد باشد از دست می دهد به علاوه گرچه وقتی سیمان با حرارت زایی کم به کار رود درجه حرارت بتن ممکن است تا حدودی در تمام مراحل پائین تر باشد، ولی در شرایط خشک کننده، تبخیر آب در مراحل اختلاط، حمل، جادادن و عمل آوردن تسریع خواهد شد. اگر بخواهیم عیوبی نظیر ترک خوردگی خمیری یا به عبارتی ترک خوردگی ناشی از باد رخ ندهد، لازم است برای به حداقل رساندن این تبخیر تدابیری اتخاذ گردد.

بتن سبک و اثر میکروسیلیس ها در افزایش مقاومت آن

مقدمه :
تولید سیمان که ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال 1756 میلادی در کشور انگلستان توسط «John smeaton » که مسئولیت ساخت پایه برج دریایی «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهایت سیمان پرتلند در سال 1824 میلادی در جزیره ای به همین نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسید . مردم کشور ما نیز از سال 1312 با احداث کارخانه سیمان ری با مصرف سیمان آشنا شدند و با پیشرفت صنایع کشور ، امروزه در حدود 26 الی 30 میلیون تن سیمان در سال تولید می گردد . با آگاهی مهندسان از نحوه استفاده سیمان در کارهای عمرانی ، این ماده جایگاه خودش را در کشورمان پیدا کرد .

سیمان

^{تاریخچه سیمان}

^{در اواخر قرن هيجدهم به منظور آشنائی با خواص هيدروليکی ملاتهای ساختمانی گامهای موثری توسط مهندس انگليسی جوانی به نام جان اسميتون (John Smeaton) برداشته شد و در سال ١٧٦٩ ميلادی مطالعاتی در زمينه خواص ترکيبی موجود در خاک رس، گيرش هيدروليکی و خاصيت سخت شدن اين ترکيبات به عمل آمد که در نتيجه مواد جديد حاصله، سيمان (Cement) نامگذاری گرديد.}

.