سیمان
بتن:
مقدمه : تولید سیمان كه ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال 1756 میلادی در كشور انگلستان توسط «John smeaton » كه 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 كشور ما نیز از سال 1312 با احداث كارخانه سیمان ری با مصرف سیمان آشنا شدند و با پیشرفت صنایع كشور، امروزه در حدود 26 الی 30 میلیون تن سیمان در سال تولید می گردد. با آگاهی مهندسان از نحوه استفاده سیمان در كارهای عمرانی ، این ماده جایگاه خودش را در كشورمان پیدا كرد. یكی از روشهای ساختمان سازی كه امروزه در جهان به سرعت توسعه می یابد ساختمانهای بتنی است. بعد از انقلاب اسلامی به علت كمبود تیر آهن در نتیجه تحریمها و نیز گسترش ساخت و سازهای عمرانی در كشور ، كاربرد بتن بسیار رشد نمود. علاوه بر این موضوع ساختمانهای بتنی نسبت به ساختمانهای فولادی دارای مزایایی از قبیل مقاومت بیشتر در مقابل آتش سوزی و عوامل جوی ( خورندگی ) آسان بودن امكان تهیه بتن به علت فراوانی مواد متشكله بتون و عایق بودن در مقابل حرارت و صوت می باشند كه توسعه روز افزون این نوع ساختمانها را فراهم می سازد. مبانی بتن بتن اساسا از دو قسمت دانه های سنگی (Aggregates) و خمیر سیمان (Concrete) تشکیل شده است. خمیر سیمان که در واقع مخلوطی از سیمان پرتلند و آب میباشد. - در اثر واکنش شیمیایی سیمان و آب روند سخت شدن ادامه یافته و در نتیجه دانه ها (ماسه و شن) را بصورت تودﮤ سنگ مانندی به یکدیگر میچسباند. - دانه ها به دو گروه ریزدانه که تا ¼ اینچ (6میلیمتر) و درشت دانه که روی الک شماره 16 (1.18 میلیمتر) تقسیم میشوند. - خمیر سیمان عموما حدود 25 تا 40% کل حجم بتن را تشکیل میدهد که حجم مطلق سیمان بین 7 تا 15% و حجم آب از 14 تا 21% است. مقدار هوای در بتن تا حدود 8% حجم بتن را تشکیل میدهد این اندازه به درشت ترین دانه بستگی دارد. - برای مصالح و شرایط عمل آوردن (Curing) معین، کیفیت بتن سخت شده به مقدار آب در مقابل با مقدار سیمان بستگی دارد. مزایای کاهش مقدار آب 1. افزایش مقاومت فشاری و مقاومت خمشی 2. افزایش قابلیت آب بندی (Water Tightness) 3. کاهش جذب آب (Absorption) 4. افزایش مقاومت نسبت به عوامل جوی 5. پیوستگی بهتر بین لایه های متوالی 6. چسبندگی بهتر میان میلگرد و بتن 7. کاهش تغییرات حجمی در اثر تر و خشک شدن انواع سیمان پرتلند - نوع 1 : برای استفاده عمومی ومناسب برای همه کارها. - نوع 2 : زمانی که احتیاطات علیه حمله سولفات ها مهم باشد. - نوع 3 : با مقاومت زودرس که مقاومت های بالا را در مدت کوتاهی می دهد. - نوع 4 : با حرارت هیدراسیون کم در جائی که میزان و حرارت تولید شده باید حداقل باشد. - نوع 5 : در بتن هائی که در معرض شدید سولفاتها قرار دارند. (ضد سولفات) - سیمان حباب زا (نوع A1، A2، A3) در برابر یخ زدن و آب شدن و همچنین پیوسته شدگی حاصل از اثرات مواد شیمیائی برای از بین بردن یخ جاده ها مقاومت بهبود یافته ای دارند. سیمان پرتلند سفید تفاوت بنیادی آن در رنگ می باشد. اختلاط ترتیب 5 مادﮤ متشکله بتن در مخلوط کن نقش مهمی را در یکنواختی بتن خواهد داشت. کنترل ترک دو عامل اصلی برای ترک در بتن عبارتند از : 1. تنش بر اثر بارهای وارده (Control joints) 2. تنش بر اثر آب رفتگی در حین خشک شدن یا تغییرات دما (Restraint) شیوه جلوگیری 1. درزهای کنترل مؤثرترین شیوه جلوگیری از ترک های غیر قابل رؤیت به شمار می آیند (Isolation Joints) 2. درزهای جداکننده دال را از قسمتهای دیگر سازه جدا می کنند و اجازه حرکت افقی و عمودی را در دال می دهد (Footings) 3. درزهای اجرائی جائی که کار بتن ریزی روزانه پایان می یابد، ایجاد می شوند و مناطقی را که در دفعات مختلف بتن ریزی می شوند از یکدیگر جدا می سازند. مواد افزودنی بتن (Admixtures) 1. مواد افزودنی حباب زا (Air-entraining ) 2. مواد افزودنی کاهنده آب (Water Reducing) 3. مواد افزودنی کندگیرکننده (Retarding) 4. مواد افزودنی تسریع کننده (Accelerating) 5. پوزولانها 6. مواد کارائی ساز شامل روان سازهای اعلا (Super Plasticizers) 7. مواد متفرقه مانند مواد پیوند ساز، ضد رطوبت، کاهنده نفوظ پذیری، دوغاب ساز و گاز ساز بتن ریزی و پرداخت - تدارکات پیش از بتن ریزی شامل متراکم کردن، درست شکل دادن، مرطوب نمودن سطح زمین، بستن قالبها، قرار دادن آرماتورها و سایر اقلام کار گذاشته شده بطور محکم در محلهای خود. قالبها باید بطور دقیق قرار داده شوند و خود یا آستر آنها با مصالحی ساخته شده باشد که سرانجام نمای مطلوبی را به سطح بتن سخت شده ارائه کنند. قالبهای چوبی باید قبل از بتن ریزی مرطوب شوند در غیر اینصورت آب بتن را جذب کرده و متورم می شود در استفاده از قالبهای چوبی باید از بکار بردن میخهای خیلی بزرگ یا به تعداد خیلی زیاد اجتناب ورزید تا برداشتن قالبها آسان شود و آسیب پذیری کاهش یابد و برای سهولت در برداشتن قالبها باید آنها را با یک ماده رها ساز مانند روغن یا لاک آغشته کرد. هنگامی که بتن ریخته می شود،میلگردهای فولادی باید تمیز بوده وعاری از زنگ یا لایه اکسیده باشد. میلگردهای فولادی و سایر اقلام کار گذاشته که آغشته به ملات باشند، نیازی به .پاک کردن ندارند به شرطی که عملیات بتن ریزی در عرض چند ساعت پایان پذیرد. ریختن بتن بتن باید بطور پیوسته تا حد امکان در نزدیکی محل نهای خود ریخته شود.در اجرا دالها ، بتن ریزی باید در امتداد پیرامون انتهای دال آغاز شو د و هر پیمانه روی بتن ریخته شده قبلی تخلیه شود. عموما بتن در لایههای افقی با ضخامت یکنواخت ریخته شود وهر لایه باید قبل از ریختن لایه بعدی بطور کامل تراکم یابد. میزان بتن ریزی باید به اندازه کافی سریع بوده تا هنگام ریختن لایه جدید روی لایه قبلی ،آن لایه در حالت خمیری باشد . این امر باعث جلوگیری از خطوط جریان، درزها و سطوح سفحات ضعیف می شود که هنگام ریختن بتن تازه روی بتن سخت شده روی میدهد. پیمانه های نخستین در هر مرحله بتن ریزی در دیواره ها و تیرهای اصلی باید در دو انتهای عضو ریخته شوند و سپس بتن ریزی های بعدی به سوی قسمت مرکزی پیش روند. در تمام حالات باید از جمع شدن آب در انتهاها، در گوشه ها جلوگیری شود. -ارتفاع سقوط آزاد بتن نیازی به محدود شدن ندارد مگر اینکه جدائی درشت دانه ها رخ دهد که در آن صورت بتن از طریق بازشوهای پهلوئی موسوم به پنجره، که در اطراف قالبهای بلند و باریک وجود دارند، ریخته می شوند. در خارج بازشوها باید از یک مخزن قیفی شکل جمع شونده استفاده شود تا بتن امکان یابد آرام تر از کنا بازشو جریان یافته و تمایل به جدائی دانه ها کاهش یابد. قبل از اینکه سطح بتن سخت شود بتن ریزی باید دوباره از سر گرفته شود تا بدینوسیله از ایجاد اتصال سرد جلوگیری به عمل آید. متراکم کردن بتن متراکم کردن عبارتست از نزدیک ساختن ذرات جامد در بتن تازه به گونه ای که ریختن آن در قالبها و دور اقلام کار گذاشته شده و آرماتورها انجام گیرد و نیز محفظه های سنگی و هوای محبوس که بصورت حفره های هوائی اتفاقی یا تصادفی در بتن موجود است از بین برود. تراکم بوسیله دست یا توسط روشهای مکانیکی صورت می گیرد. روش انتخاب شده بستگی به روانی مخلوط و شرایط بتن ریزی مانند، پیچیدگی قالب بندی و مقدار آرماتورها دارد. مخلوط های خمیری و روان را می توان بطور دستی با کوبیدن بتن با یک میله فولادی یا یک وسیله فولادی دیگر متراکم ساخت. تراکم مکانیکی مناسب، بتن ریزی مخلوطهای سفت با نسبتهای آب به سیمان پایین و بتن های خوب حاوی درشت دانه های زیاد را امکان پذیر می سازد. برداشتن قالبها( باز کردن آنها) قالبها را تا مادامی که بتن به اندازه کافی مقاومت پیدا نکرده تا بتواند به طور رضایت بخشی تنشهای ناشی از بار مرده و نیز هر گونه بار اجرایی(construction load) وارده را تحمل کند،نباید برداشته شود.بتن باید به اندازه کافی سخت شده باشد به نحوی که وقتی دقت معقولی در باز کردن قالبها انجام شود هیجگونه آسیبی به به سطوح نرسد. به طور کلی برداشتن قالبهای مقاطع نسبتا ضخیم را می توان 12 تا 24 ساعت پس از بتن ریزی برداشت. در اغلب شرایط، برای زمان برداشتن قالبها بهتر است که متکی به مقاومتی از بتن بوده که بوسیله آزمایش تعیین می شود. میله نوک تیز یا سایر ابزار فلزی را نباید جهت شل کردن قالبها میان بتن و قالب به زور گذاشته شود. اگر لازم باشد جدا کردن قالب از بتن با استفاده از گوه (wedge) انجام گیرد، فقط باید با گوه های چوبی بکار روند. برداشتن قالبها باید از قسمتهای ساده آغاز شده وسپس به سوی قسمتهای پیش آمده پیشروی شود.این امر فشار وارد به گوشه های پیش آمده را کاهش می دهد. لکه گیری، پاک کردن، و پرداختن سطوح قالب گیری شده پس از برداشتن قالبها تمام برجستگیها،خطوط نشت، و پیش آمدگیهای کوچک باید به وسیله قلم زنی (chipping ( از بین برده شود.سطح بتن سپس باید سابیده یا مالیده شود. هر گونه باید پر شود. سطوح کرمو باید مرمت شده و تمام لکه ها باید پاک شوند . با دقت در عملیات اجرای قالب بندی و بتن ریزی، تمامی این عملیات به حداقل می رسد. بتن کرمو و دیگر بتن های معیوب باید کنده شوند تا مصالح خوب و سالم پدید آید. اگر بتن معیوبی مجاور محل لکه گیری شده باقی بماند، ممکن است رطوبت به درون خلل و فرج راه یابد و به مرور زمان عوامل جوی موجب کنده شدن بتن مرمت شده شود. لبه ها باید به طور مستقیم و عمود بر سطح، بریده یا قلم زنی شوند، یا مقدار کمی تو بریدگی داده شوند تا زبانکی را در کنار جای لکه گیری شده فراهم سازد. پیش از اعمال بتن لکه گیری، بتن اطراف باید برای چندین ساعت خیس نگه داشته شود. تمام سطوحی که بتن جدید به آنها پیوند داده می شوند، باید بوسیله برس دوغاب زده شوند. تکه های کم عمق را با ملات سفت مشابه آنچه کهدر بتن بکار می رود ،می توان پر کرد.لکه گیری باید لایه به لایه انجام شود. به گونه ای که ضخامت هر لایه بیشتر از 13 میلی متر نبوده و نیز هر لایه به صورت مجزا پرداخت شود تا پیوند آن به لایه بعدی بهتر صورت گیرد. لایه نهایی را با استفاده از تخته ماله به نحوی پرداخت کرد که با بتن اطراف خود همگون باشد. عمل آوردن تکه های لکه گیری شده پس از لکه گیری، عمل آوردن باید تا جایی که ممکن است زودتر آغاز شودتا از خشک شدن زود هنگام جلوگیری شود . کرباس تر،ماسه خیس، نایلون را میتوان به کار برد. عمل آوردن و حفاظت عمل آوردن بتن تاثیر قوی روی خواص بتن سخت شده مانند دوام، مقاومت، آب بندی، مقاومت سایشی، ثبات حجمیو مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن دارد. تمامی سازه های بتنی تازه ریخته شده، باید از خشک شدن سریع، از تغییرات شدید دما، و از آسیبهای ناشی از کارهای ساختمانی و عبور و مرور بعدی محفوظ بمانند. عمل آوردن تا حد امکان باید بلافاصله پس از پایان کار بتنی آغاز شود. عمل آوردن به دلایل زیر ضروری است : نگهداری بتن تحت دمای ثابت و جلوگیری از افت رطوبت برای مدت زمانی که برای هیدراسیون مطلوب سیمان و نیز برای کسب مقاومت بتن لازم است. یکی از معایب مهم ساختمانهای بتنی وزن بسیار زیاد ساختمان می باشد که با میزان تخریب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقیم دارد. اگر بتوانیم تیغه های جدا کننده و پانل ها را از بتن سبک بسازیم وزن ساختمان و در نتیجه آن تخریب ساختمان توسط زلزله مقدار زیادی کاهش می یابد. ولی کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است. استفاده از میکروسیلیس در ساخت بتن سبک سبب شده است که مقاومت بتن سبک بالا رود و این محدودیت کاهش یابد. ساختار بتن : - بتن دارای چهار رکن اصلی می باشد که به صورت مناسبی مخلوط شده اند ، این چهار رکن عبارتند از : الف : شن ب : ماسه ج : سیمان د : آب - در برخی شرایط برای رسیدن به هدفی خاص مواد مضاف به آن اضافه می شود که جزﺀ ارکان اصلی بتن به شمار نمی آید. - توده اصلی بتن مصالح سنگی درشت و ریز ( شن و ماسه ) می باشد. - فعل و انفعال شیمیایی بین سیمان و آب موجب می شود شیرابه ای بوجود آید و اطراف مصالح سنگی را بپوشاند و مصالح سنگی را بصورت یکپارچه بهم بچسباند. - استفاده از آب برای ایجاد واکنش شیمیایی است. - برای ایجاد کار پذیری لازم بتن مقداری آب اضافی استفاده می شود تا بتن با پر کردن کامل زوایای قالب بتواند دور کلیه میلگرد های مسلح کننده را بگیرد. - جایگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هیدراتاسیون دارای حساسیت بسیار زیادی است. ویژگیهای آب مصرفی بتن : - آب های مناسب برای ساختن بتن 1- آب باران 2- آب چاه 3- آب برکه 5- آب رودخانه در صورتی که به پسابهای شیمیایی کارخانجات آلوده نباشد و غیره … بطور کلی آبی که برای نوشیدن مناسب باشد برای بتن نیز مناسب است باستثناﺀ مواردی که متعاقبا توضیح داده خواهد شد. - آبهای نا مناسب برای ساختن بتن 1- آبهای دارای کلر ( موجب زنگ زدگی آرماتور می شود ) 2- آبهایی که بیش از حد به روغن و چربی آلوده می باشند. 3- وجود باقیمانده نباتات در آب. 4- آب گل آلود ( موجب پایین آوردن مقاومت بتن می شود ) 5- آب باتلاقها و مردابها 6- آبهای دارای رنگ تیره و بدبو 7- آبهای گازدار مانند2 co و… 8- آبهای دارای گچ و سولفات و یا کلرید موجب اثر گذاری نا مطلوب روی بتن می شوند. الزامات سبکدانه ها بتن سازه ای : الزامات سبکدانه ها در آیین نامه های ASTM C330-89 ( مشخصات سبکدانه ها برای بتن سازه ای در آمریکا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبکدانه ها برای قطعات بنایی و بتن سازه ای در بریتانیا ) داده شده اند. در استاندارد بریتانیایی مشخصات واحدهای بنایی نیز مورد بحث قرار گرفته است. این آیین نامه ها محدودیتهایی برای افت حرارتی ( 5% درASTM و4% در BS)و همچنین در BS برای مقدار سولفات 1% 3 so (به صورت جرمی ) را مشخص نموده اند. ذکر این نکات برای فهم بهتر مفید است : 1- آیین نامه BS 1047:7983 مشخصات دوباره در هوای سرد شده ، که منبسط نشده است را در بر می گیرد. 2- سبکدانه های به کار رفته در بتن سازه ای ، صرفنظر از منشأ آنها تولیداتی مصنوعی می باشند و در نتیجه معمولا یکنواخت تر از سبکدانه طبیعی می باشند. بنابراین سبکدانه را می توان برای تولید بتن سازه ای با کیفیت ثابت مورد استفاده قرار داد. نکته : سبکدانه ها دارای خصوصیت ویژه ای هستند که سنگدانه های معمولی فاقد آن می باشند و در رابطه با انتخاب نسبتهای مخلوط و خواص مربوط به بتن حاصل دارای اهمیت ویژه ای می باشند.این ویژگی عبارتست از توانایی سبکدانه ها در جذب مقادیر زیاد آب و همچنین امکان نفوذ مقداری از خمیر تازه سیمان به درون منافذ باز ( سطحی ) ذرات سبکدانه (مخصوصا ذرات درشت تر ) در نتیجه این جذب آب توسط سبکدانه ، وزن مخصوص آنها زیادتر از وزن مخصوص ذراتی می شود که در گرمچال خشک شده اند. نکات اجرایی حائز اهمیت در سازه های بتنی 1- باید توجه داشت که خم میلگردها به طرف پائین یا داخل المان و خارج از ناحیه پوشش بتنی قرار داشته باشد. 2- عملیات جوشکاری میلگردها در محیطی با دمای زیر -18 درجه سلسیوس مجاز نیست. 3- بعد از پایان پذیرفتن جوشکاری بایستی اجازه داد تا میلگردها به طور طبیعی تا دمای محیط سرد شود،شتاب دادن به فرآیند سرد شدن مجاز نیست. 4- کاربرد همزمان چند نوع فولاد با مقاومت های مشخصه متفاوت در یک المان بتنی مجاز نیست مگر اینکه در نقشه های اجرائی، مهندس محاسب قید کرده باشد. 5- برای مهار میلگردهای فشاری نبایستی از قلاب و خم استفاده نمود. 6- برای میلگردهای با سطح صاف(بدون آج) استفاده از مهارهای مستقیم مجاز نیست. 7- خم کردن میلگردها انتظار باید قبل از قالب بندی انجام گیرد. 8- میلگردهای ساده با قطر بیش از 12 میلیمتر را نباید بعنوان خاموت بکار برد. 9- قطر خاموت ها نباید از 6 میلی متر کمتر باشد. 10- مناسب ترین محل قطع و وصله میلگردهای طولی ستون بتنی،در نصف ارتفاع آن است. 11- محل مناسب برای وصله کردن میلگردهای طولی تیرهای بتنی،بیرون از گره تیر با ستون و در محدوده یک چهارم تا یک سوم از طول دهانه از تکیه گاه است. اثرات مواد زیان آور بر خواص بتن: 1.کربنات سدیم » گیرش سیمان را تسریع می کند،با حداکثر غلظت 0.1% 2.بی کربنات سدیم » گیرش سیمان را تسریع یا کند می کند با حداکثر غلظت 0.4% تا 0.1% 3.کلرورها » تسریع در زنگ زدگی آرماتور و کابل های پیش تنیدگی.بیش از 0.06% در بتن پیش تنیده و 0.1% در بتن آرمه خطرناک است. 4.سولفاتها » اثر نامطلوب روی بتن.به ازای هر 1% سولفات در آب،10% کاهش مقاومت بوجود می آید. 5.فسفاتها،آرسنات ها و براتها » افزایش زمان گیرش.حداکثر غلظت 0.05% 6.نمک های مس،روی،سرب،منگنز،قلع » افزایش زمان گیرش.حداکثر غلظت 0.05% 7.آبهای اسیدی » در صورت وجود اسید کلریدریک و اسید سولفوریک و سایر اسیدهای غیرآلی،حداکثر تا 0.1% بلامانع است و آبهای با 4.5<8.5 مجاز نیست. 8.آبهای قلیایی » در صورت وجود بیش از 0.5% هیدروکسید سدیم و 1.2% هیدروکسید پتاسیم ( نسبت به وزن سیمان ) باشد،مقاومت بتن تقلیل می یابد. 9.آبهای گل آلود » قبل از مصرف از حوضچه های ته نشینی عبور داده و یا به روش دیگر تصفیه کرد. 10.آب دریا » با حداکثر 3.5% نمک محلول برای ساخت بتن ( بدون آرماتور ) بلامانع است. 11.مقاومت بتن ساخته شده با آب دریا بین 10% تا 20% کاهش می یابد. سنگدانه ها بهترین منابع سنگدانه ها، در محل رودخانه ها می باشد که بسیار ساده و ارزان استخراج می گردند. دانه های درشت رودخانه ای عموما گرد و دارای دانه بندی مناسب ولی مقاومت بتن ها کمتر می باشند. مصرف سنگدانه های طبیعی (گرد گوشه با سطح صاف) در بتن، کارآئی بهتری می دهد. سنگدانه های شکسته که تیزگوشه می باشند کارآئی کمتر ولی مقاومت خمشی و فشاری بیشتری دارند. بهترین سنگدانه برای تهیه بتن،سنگدانه های سیلیسی هستند.سختی آنها بین 6 تا 7 (از 10 که مربوط به الماس است.) می باشد.ولی برای بتن های معمولی بیشتر از سنگدانه های آهکی استفاده می شود که سختی آنها بین 3 تا 4 است. مقدار آب همراه شن به لحاظ کم بودن آن قابل صرفنظر است ولی آب همراه با ماسه که گاهی به 50 تا 60 لیتر بر مترمکعب ماسه می رسد و قابل ملاحظه است و بایستی در زمان بتن ریزی مورد توجه قرار بگیرد. سنگدانه های مصنوعی که از گرد حاصل از سوزانیدن زباله ها و یا سرباره کوره های ذوب آهن و غیره بدست می آید و حاوی مقادیری فلزات و دیگر مواد سخت می باشند می توان برای ساخت بتن های غیرباربر استفاده نمود.امروزه بیش از 40 درصد بتن های مصرفی در کارگاه باربر نیستند و با استفاده از این روش می توان کمک شایانی به حفظ محیط زیست نمود.
مقدمه : تولید سیمان كه ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال 1756 میلادی در كشور انگلستان توسط «John smeaton » كه 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 كشور ما نیز از سال 1312 با احداث كارخانه سیمان ری با مصرف سیمان آشنا شدند و با پیشرفت صنایع كشور، امروزه در حدود 26 الی 30 میلیون تن سیمان در سال تولید می گردد. با آگاهی مهندسان از نحوه استفاده سیمان در كارهای عمرانی ، این ماده جایگاه خودش را در كشورمان پیدا كرد. یكی از روشهای ساختمان سازی كه امروزه در جهان به سرعت توسعه می یابد ساختمانهای بتنی است. بعد از انقلاب اسلامی به علت كمبود تیر آهن در نتیجه تحریمها و نیز گسترش ساخت و سازهای عمرانی در كشور ، كاربرد بتن بسیار رشد نمود. علاوه بر این موضوع ساختمانهای بتنی نسبت به ساختمانهای فولادی دارای مزایایی از قبیل مقاومت بیشتر در مقابل آتش سوزی و عوامل جوی ( خورندگی ) آسان بودن امكان تهیه بتن به علت فراوانی مواد متشكله بتون و عایق بودن در مقابل حرارت و صوت می باشند كه توسعه روز افزون این نوع ساختمانها را فراهم می سازد. مبانی بتن بتن اساسا از دو قسمت دانه های سنگی (Aggregates) و خمیر سیمان (Concrete) تشکیل شده است. خمیر سیمان که در واقع مخلوطی از سیمان پرتلند و آب میباشد. - در اثر واکنش شیمیایی سیمان و آب روند سخت شدن ادامه یافته و در نتیجه دانه ها (ماسه و شن) را بصورت تودﮤ سنگ مانندی به یکدیگر میچسباند. - دانه ها به دو گروه ریزدانه که تا ¼ اینچ (6میلیمتر) و درشت دانه که روی الک شماره 16 (1.18 میلیمتر) تقسیم میشوند. - خمیر سیمان عموما حدود 25 تا 40% کل حجم بتن را تشکیل میدهد که حجم مطلق سیمان بین 7 تا 15% و حجم آب از 14 تا 21% است. مقدار هوای در بتن تا حدود 8% حجم بتن را تشکیل میدهد این اندازه به درشت ترین دانه بستگی دارد. - برای مصالح و شرایط عمل آوردن (Curing) معین، کیفیت بتن سخت شده به مقدار آب در مقابل با مقدار سیمان بستگی دارد. مزایای کاهش مقدار آب 1. افزایش مقاومت فشاری و مقاومت خمشی 2. افزایش قابلیت آب بندی (Water Tightness) 3. کاهش جذب آب (Absorption) 4. افزایش مقاومت نسبت به عوامل جوی 5. پیوستگی بهتر بین لایه های متوالی 6. چسبندگی بهتر میان میلگرد و بتن 7. کاهش تغییرات حجمی در اثر تر و خشک شدن انواع سیمان پرتلند - نوع 1 : برای استفاده عمومی ومناسب برای همه کارها. - نوع 2 : زمانی که احتیاطات علیه حمله سولفات ها مهم باشد. - نوع 3 : با مقاومت زودرس که مقاومت های بالا را در مدت کوتاهی می دهد. - نوع 4 : با حرارت هیدراسیون کم در جائی که میزان و حرارت تولید شده باید حداقل باشد. - نوع 5 : در بتن هائی که در معرض شدید سولفاتها قرار دارند. (ضد سولفات) - سیمان حباب زا (نوع A1، A2، A3) در برابر یخ زدن و آب شدن و همچنین پیوسته شدگی حاصل از اثرات مواد شیمیائی برای از بین بردن یخ جاده ها مقاومت بهبود یافته ای دارند. سیمان پرتلند سفید تفاوت بنیادی آن در رنگ می باشد. اختلاط ترتیب 5 مادﮤ متشکله بتن در مخلوط کن نقش مهمی را در یکنواختی بتن خواهد داشت. کنترل ترک دو عامل اصلی برای ترک در بتن عبارتند از : 1. تنش بر اثر بارهای وارده (Control joints) 2. تنش بر اثر آب رفتگی در حین خشک شدن یا تغییرات دما (Restraint) شیوه جلوگیری 1. درزهای کنترل مؤثرترین شیوه جلوگیری از ترک های غیر قابل رؤیت به شمار می آیند (Isolation Joints) 2. درزهای جداکننده دال را از قسمتهای دیگر سازه جدا می کنند و اجازه حرکت افقی و عمودی را در دال می دهد (Footings) 3. درزهای اجرائی جائی که کار بتن ریزی روزانه پایان می یابد، ایجاد می شوند و مناطقی را که در دفعات مختلف بتن ریزی می شوند از یکدیگر جدا می سازند. مواد افزودنی بتن (Admixtures) 1. مواد افزودنی حباب زا (Air-entraining ) 2. مواد افزودنی کاهنده آب (Water Reducing) 3. مواد افزودنی کندگیرکننده (Retarding) 4. مواد افزودنی تسریع کننده (Accelerating) 5. پوزولانها 6. مواد کارائی ساز شامل روان سازهای اعلا (Super Plasticizers) 7. مواد متفرقه مانند مواد پیوند ساز، ضد رطوبت، کاهنده نفوظ پذیری، دوغاب ساز و گاز ساز بتن ریزی و پرداخت - تدارکات پیش از بتن ریزی شامل متراکم کردن، درست شکل دادن، مرطوب نمودن سطح زمین، بستن قالبها، قرار دادن آرماتورها و سایر اقلام کار گذاشته شده بطور محکم در محلهای خود. قالبها باید بطور دقیق قرار داده شوند و خود یا آستر آنها با مصالحی ساخته شده باشد که سرانجام نمای مطلوبی را به سطح بتن سخت شده ارائه کنند. قالبهای چوبی باید قبل از بتن ریزی مرطوب شوند در غیر اینصورت آب بتن را جذب کرده و متورم می شود در استفاده از قالبهای چوبی باید از بکار بردن میخهای خیلی بزرگ یا به تعداد خیلی زیاد اجتناب ورزید تا برداشتن قالبها آسان شود و آسیب پذیری کاهش یابد و برای سهولت در برداشتن قالبها باید آنها را با یک ماده رها ساز مانند روغن یا لاک آغشته کرد. هنگامی که بتن ریخته می شود،میلگردهای فولادی باید تمیز بوده وعاری از زنگ یا لایه اکسیده باشد. میلگردهای فولادی و سایر اقلام کار گذاشته که آغشته به ملات باشند، نیازی به .پاک کردن ندارند به شرطی که عملیات بتن ریزی در عرض چند ساعت پایان پذیرد. ریختن بتن بتن باید بطور پیوسته تا حد امکان در نزدیکی محل نهای خود ریخته شود.در اجرا دالها ، بتن ریزی باید در امتداد پیرامون انتهای دال آغاز شو د و هر پیمانه روی بتن ریخته شده قبلی تخلیه شود. عموما بتن در لایههای افقی با ضخامت یکنواخت ریخته شود وهر لایه باید قبل از ریختن لایه بعدی بطور کامل تراکم یابد. میزان بتن ریزی باید به اندازه کافی سریع بوده تا هنگام ریختن لایه جدید روی لایه قبلی ،آن لایه در حالت خمیری باشد . این امر باعث جلوگیری از خطوط جریان، درزها و سطوح سفحات ضعیف می شود که هنگام ریختن بتن تازه روی بتن سخت شده روی میدهد. پیمانه های نخستین در هر مرحله بتن ریزی در دیواره ها و تیرهای اصلی باید در دو انتهای عضو ریخته شوند و سپس بتن ریزی های بعدی به سوی قسمت مرکزی پیش روند. در تمام حالات باید از جمع شدن آب در انتهاها، در گوشه ها جلوگیری شود. -ارتفاع سقوط آزاد بتن نیازی به محدود شدن ندارد مگر اینکه جدائی درشت دانه ها رخ دهد که در آن صورت بتن از طریق بازشوهای پهلوئی موسوم به پنجره، که در اطراف قالبهای بلند و باریک وجود دارند، ریخته می شوند. در خارج بازشوها باید از یک مخزن قیفی شکل جمع شونده استفاده شود تا بتن امکان یابد آرام تر از کنا بازشو جریان یافته و تمایل به جدائی دانه ها کاهش یابد. قبل از اینکه سطح بتن سخت شود بتن ریزی باید دوباره از سر گرفته شود تا بدینوسیله از ایجاد اتصال سرد جلوگیری به عمل آید. متراکم کردن بتن متراکم کردن عبارتست از نزدیک ساختن ذرات جامد در بتن تازه به گونه ای که ریختن آن در قالبها و دور اقلام کار گذاشته شده و آرماتورها انجام گیرد و نیز محفظه های سنگی و هوای محبوس که بصورت حفره های هوائی اتفاقی یا تصادفی در بتن موجود است از بین برود. تراکم بوسیله دست یا توسط روشهای مکانیکی صورت می گیرد. روش انتخاب شده بستگی به روانی مخلوط و شرایط بتن ریزی مانند، پیچیدگی قالب بندی و مقدار آرماتورها دارد. مخلوط های خمیری و روان را می توان بطور دستی با کوبیدن بتن با یک میله فولادی یا یک وسیله فولادی دیگر متراکم ساخت. تراکم مکانیکی مناسب، بتن ریزی مخلوطهای سفت با نسبتهای آب به سیمان پایین و بتن های خوب حاوی درشت دانه های زیاد را امکان پذیر می سازد. برداشتن قالبها( باز کردن آنها) قالبها را تا مادامی که بتن به اندازه کافی مقاومت پیدا نکرده تا بتواند به طور رضایت بخشی تنشهای ناشی از بار مرده و نیز هر گونه بار اجرایی(construction load) وارده را تحمل کند،نباید برداشته شود.بتن باید به اندازه کافی سخت شده باشد به نحوی که وقتی دقت معقولی در باز کردن قالبها انجام شود هیجگونه آسیبی به به سطوح نرسد. به طور کلی برداشتن قالبهای مقاطع نسبتا ضخیم را می توان 12 تا 24 ساعت پس از بتن ریزی برداشت. در اغلب شرایط، برای زمان برداشتن قالبها بهتر است که متکی به مقاومتی از بتن بوده که بوسیله آزمایش تعیین می شود. میله نوک تیز یا سایر ابزار فلزی را نباید جهت شل کردن قالبها میان بتن و قالب به زور گذاشته شود. اگر لازم باشد جدا کردن قالب از بتن با استفاده از گوه (wedge) انجام گیرد، فقط باید با گوه های چوبی بکار روند. برداشتن قالبها باید از قسمتهای ساده آغاز شده وسپس به سوی قسمتهای پیش آمده پیشروی شود.این امر فشار وارد به گوشه های پیش آمده را کاهش می دهد. لکه گیری، پاک کردن، و پرداختن سطوح قالب گیری شده پس از برداشتن قالبها تمام برجستگیها،خطوط نشت، و پیش آمدگیهای کوچک باید به وسیله قلم زنی (chipping ( از بین برده شود.سطح بتن سپس باید سابیده یا مالیده شود. هر گونه باید پر شود. سطوح کرمو باید مرمت شده و تمام لکه ها باید پاک شوند . با دقت در عملیات اجرای قالب بندی و بتن ریزی، تمامی این عملیات به حداقل می رسد. بتن کرمو و دیگر بتن های معیوب باید کنده شوند تا مصالح خوب و سالم پدید آید. اگر بتن معیوبی مجاور محل لکه گیری شده باقی بماند، ممکن است رطوبت به درون خلل و فرج راه یابد و به مرور زمان عوامل جوی موجب کنده شدن بتن مرمت شده شود. لبه ها باید به طور مستقیم و عمود بر سطح، بریده یا قلم زنی شوند، یا مقدار کمی تو بریدگی داده شوند تا زبانکی را در کنار جای لکه گیری شده فراهم سازد. پیش از اعمال بتن لکه گیری، بتن اطراف باید برای چندین ساعت خیس نگه داشته شود. تمام سطوحی که بتن جدید به آنها پیوند داده می شوند، باید بوسیله برس دوغاب زده شوند. تکه های کم عمق را با ملات سفت مشابه آنچه کهدر بتن بکار می رود ،می توان پر کرد.لکه گیری باید لایه به لایه انجام شود. به گونه ای که ضخامت هر لایه بیشتر از 13 میلی متر نبوده و نیز هر لایه به صورت مجزا پرداخت شود تا پیوند آن به لایه بعدی بهتر صورت گیرد. لایه نهایی را با استفاده از تخته ماله به نحوی پرداخت کرد که با بتن اطراف خود همگون باشد. عمل آوردن تکه های لکه گیری شده پس از لکه گیری، عمل آوردن باید تا جایی که ممکن است زودتر آغاز شودتا از خشک شدن زود هنگام جلوگیری شود . کرباس تر،ماسه خیس، نایلون را میتوان به کار برد. عمل آوردن و حفاظت عمل آوردن بتن تاثیر قوی روی خواص بتن سخت شده مانند دوام، مقاومت، آب بندی، مقاومت سایشی، ثبات حجمیو مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن دارد. تمامی سازه های بتنی تازه ریخته شده، باید از خشک شدن سریع، از تغییرات شدید دما، و از آسیبهای ناشی از کارهای ساختمانی و عبور و مرور بعدی محفوظ بمانند. عمل آوردن تا حد امکان باید بلافاصله پس از پایان کار بتنی آغاز شود. عمل آوردن به دلایل زیر ضروری است : نگهداری بتن تحت دمای ثابت و جلوگیری از افت رطوبت برای مدت زمانی که برای هیدراسیون مطلوب سیمان و نیز برای کسب مقاومت بتن لازم است. یکی از معایب مهم ساختمانهای بتنی وزن بسیار زیاد ساختمان می باشد که با میزان تخریب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقیم دارد. اگر بتوانیم تیغه های جدا کننده و پانل ها را از بتن سبک بسازیم وزن ساختمان و در نتیجه آن تخریب ساختمان توسط زلزله مقدار زیادی کاهش می یابد. ولی کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است. استفاده از میکروسیلیس در ساخت بتن سبک سبب شده است که مقاومت بتن سبک بالا رود و این محدودیت کاهش یابد. ساختار بتن : - بتن دارای چهار رکن اصلی می باشد که به صورت مناسبی مخلوط شده اند ، این چهار رکن عبارتند از : الف : شن ب : ماسه ج : سیمان د : آب - در برخی شرایط برای رسیدن به هدفی خاص مواد مضاف به آن اضافه می شود که جزﺀ ارکان اصلی بتن به شمار نمی آید. - توده اصلی بتن مصالح سنگی درشت و ریز ( شن و ماسه ) می باشد. - فعل و انفعال شیمیایی بین سیمان و آب موجب می شود شیرابه ای بوجود آید و اطراف مصالح سنگی را بپوشاند و مصالح سنگی را بصورت یکپارچه بهم بچسباند. - استفاده از آب برای ایجاد واکنش شیمیایی است. - برای ایجاد کار پذیری لازم بتن مقداری آب اضافی استفاده می شود تا بتن با پر کردن کامل زوایای قالب بتواند دور کلیه میلگرد های مسلح کننده را بگیرد. - جایگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هیدراتاسیون دارای حساسیت بسیار زیادی است. ویژگیهای آب مصرفی بتن : - آب های مناسب برای ساختن بتن 1- آب باران 2- آب چاه 3- آب برکه 5- آب رودخانه در صورتی که به پسابهای شیمیایی کارخانجات آلوده نباشد و غیره … بطور کلی آبی که برای نوشیدن مناسب باشد برای بتن نیز مناسب است باستثناﺀ مواردی که متعاقبا توضیح داده خواهد شد. - آبهای نا مناسب برای ساختن بتن 1- آبهای دارای کلر ( موجب زنگ زدگی آرماتور می شود ) 2- آبهایی که بیش از حد به روغن و چربی آلوده می باشند. 3- وجود باقیمانده نباتات در آب. 4- آب گل آلود ( موجب پایین آوردن مقاومت بتن می شود ) 5- آب باتلاقها و مردابها 6- آبهای دارای رنگ تیره و بدبو 7- آبهای گازدار مانند2 co و… 8- آبهای دارای گچ و سولفات و یا کلرید موجب اثر گذاری نا مطلوب روی بتن می شوند. الزامات سبکدانه ها بتن سازه ای : الزامات سبکدانه ها در آیین نامه های ASTM C330-89 ( مشخصات سبکدانه ها برای بتن سازه ای در آمریکا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبکدانه ها برای قطعات بنایی و بتن سازه ای در بریتانیا ) داده شده اند. در استاندارد بریتانیایی مشخصات واحدهای بنایی نیز مورد بحث قرار گرفته است. این آیین نامه ها محدودیتهایی برای افت حرارتی ( 5% درASTM و4% در BS)و همچنین در BS برای مقدار سولفات 1% 3 so (به صورت جرمی ) را مشخص نموده اند. ذکر این نکات برای فهم بهتر مفید است : 1- آیین نامه BS 1047:7983 مشخصات دوباره در هوای سرد شده ، که منبسط نشده است را در بر می گیرد. 2- سبکدانه های به کار رفته در بتن سازه ای ، صرفنظر از منشأ آنها تولیداتی مصنوعی می باشند و در نتیجه معمولا یکنواخت تر از سبکدانه طبیعی می باشند. بنابراین سبکدانه را می توان برای تولید بتن سازه ای با کیفیت ثابت مورد استفاده قرار داد. نکته : سبکدانه ها دارای خصوصیت ویژه ای هستند که سنگدانه های معمولی فاقد آن می باشند و در رابطه با انتخاب نسبتهای مخلوط و خواص مربوط به بتن حاصل دارای اهمیت ویژه ای می باشند.این ویژگی عبارتست از توانایی سبکدانه ها در جذب مقادیر زیاد آب و همچنین امکان نفوذ مقداری از خمیر تازه سیمان به درون منافذ باز ( سطحی ) ذرات سبکدانه (مخصوصا ذرات درشت تر ) در نتیجه این جذب آب توسط سبکدانه ، وزن مخصوص آنها زیادتر از وزن مخصوص ذراتی می شود که در گرمچال خشک شده اند. نکات اجرایی حائز اهمیت در سازه های بتنی 1- باید توجه داشت که خم میلگردها به طرف پائین یا داخل المان و خارج از ناحیه پوشش بتنی قرار داشته باشد. 2- عملیات جوشکاری میلگردها در محیطی با دمای زیر -18 درجه سلسیوس مجاز نیست. 3- بعد از پایان پذیرفتن جوشکاری بایستی اجازه داد تا میلگردها به طور طبیعی تا دمای محیط سرد شود،شتاب دادن به فرآیند سرد شدن مجاز نیست. 4- کاربرد همزمان چند نوع فولاد با مقاومت های مشخصه متفاوت در یک المان بتنی مجاز نیست مگر اینکه در نقشه های اجرائی، مهندس محاسب قید کرده باشد. 5- برای مهار میلگردهای فشاری نبایستی از قلاب و خم استفاده نمود. 6- برای میلگردهای با سطح صاف(بدون آج) استفاده از مهارهای مستقیم مجاز نیست. 7- خم کردن میلگردها انتظار باید قبل از قالب بندی انجام گیرد. 8- میلگردهای ساده با قطر بیش از 12 میلیمتر را نباید بعنوان خاموت بکار برد. 9- قطر خاموت ها نباید از 6 میلی متر کمتر باشد. 10- مناسب ترین محل قطع و وصله میلگردهای طولی ستون بتنی،در نصف ارتفاع آن است. 11- محل مناسب برای وصله کردن میلگردهای طولی تیرهای بتنی،بیرون از گره تیر با ستون و در محدوده یک چهارم تا یک سوم از طول دهانه از تکیه گاه است. اثرات مواد زیان آور بر خواص بتن: 1.کربنات سدیم » گیرش سیمان را تسریع می کند،با حداکثر غلظت 0.1% 2.بی کربنات سدیم » گیرش سیمان را تسریع یا کند می کند با حداکثر غلظت 0.4% تا 0.1% 3.کلرورها » تسریع در زنگ زدگی آرماتور و کابل های پیش تنیدگی.بیش از 0.06% در بتن پیش تنیده و 0.1% در بتن آرمه خطرناک است. 4.سولفاتها » اثر نامطلوب روی بتن.به ازای هر 1% سولفات در آب،10% کاهش مقاومت بوجود می آید. 5.فسفاتها،آرسنات ها و براتها » افزایش زمان گیرش.حداکثر غلظت 0.05% 6.نمک های مس،روی،سرب،منگنز،قلع » افزایش زمان گیرش.حداکثر غلظت 0.05% 7.آبهای اسیدی » در صورت وجود اسید کلریدریک و اسید سولفوریک و سایر اسیدهای غیرآلی،حداکثر تا 0.1% بلامانع است و آبهای با 4.5<8.5 مجاز نیست. 8.آبهای قلیایی » در صورت وجود بیش از 0.5% هیدروکسید سدیم و 1.2% هیدروکسید پتاسیم ( نسبت به وزن سیمان ) باشد،مقاومت بتن تقلیل می یابد. 9.آبهای گل آلود » قبل از مصرف از حوضچه های ته نشینی عبور داده و یا به روش دیگر تصفیه کرد. 10.آب دریا » با حداکثر 3.5% نمک محلول برای ساخت بتن ( بدون آرماتور ) بلامانع است. 11.مقاومت بتن ساخته شده با آب دریا بین 10% تا 20% کاهش می یابد. سنگدانه ها بهترین منابع سنگدانه ها، در محل رودخانه ها می باشد که بسیار ساده و ارزان استخراج می گردند. دانه های درشت رودخانه ای عموما گرد و دارای دانه بندی مناسب ولی مقاومت بتن ها کمتر می باشند. مصرف سنگدانه های طبیعی (گرد گوشه با سطح صاف) در بتن، کارآئی بهتری می دهد. سنگدانه های شکسته که تیزگوشه می باشند کارآئی کمتر ولی مقاومت خمشی و فشاری بیشتری دارند. بهترین سنگدانه برای تهیه بتن،سنگدانه های سیلیسی هستند.سختی آنها بین 6 تا 7 (از 10 که مربوط به الماس است.) می باشد.ولی برای بتن های معمولی بیشتر از سنگدانه های آهکی استفاده می شود که سختی آنها بین 3 تا 4 است. مقدار آب همراه شن به لحاظ کم بودن آن قابل صرفنظر است ولی آب همراه با ماسه که گاهی به 50 تا 60 لیتر بر مترمکعب ماسه می رسد و قابل ملاحظه است و بایستی در زمان بتن ریزی مورد توجه قرار بگیرد. سنگدانه های مصنوعی که از گرد حاصل از سوزانیدن زباله ها و یا سرباره کوره های ذوب آهن و غیره بدست می آید و حاوی مقادیری فلزات و دیگر مواد سخت می باشند می توان برای ساخت بتن های غیرباربر استفاده نمود.امروزه بیش از 40 درصد بتن های مصرفی در کارگاه باربر نیستند و با استفاده از این روش می توان کمک شایانی به حفظ محیط زیست نمود.
+ نوشته شده در شنبه دهم دی ۱۳۹۰ ساعت 21:9 توسط علی اکبر عباس زاده
|
اين وبلاگ جهت درج مطالب و تحقيق هاي دانشجويان درس آزمايشگاه بتن دانشكده فني مشهد(شهيد محمد منتظري) تشكيل شده است.