بتن های توانمند HPC و فوق توانمند UHPC

با گسترش نیازهای بشر در زمینه ساخت و آبادانی شهر و کشورها، امروزه نیاز به ویژگی های برتر از مواد و مصالح ساختمانی به منظور ساخت و ساز، بیش از پیش حس می گردد. با توجه به لزوم ساخت بتن های با مقاومت بالا، در پروژه های بلندمرتبه سازی یا پروژه های عمرانی خاص، دیگر بتن های معمولی ممکن است نتواند پاسخگوی نیازهای مهندسین باشد. از طرفی با تغییر ویژگی های معمول سازه ممکن است ما نیازمند ویژگی هایی از بتن باشیم که علاوه بر مقاومت بسیار بالا بتوان در مقاطع حساس، با فاصله ارتفاعی خاص یا شرایط محیطی خاص امر بتن ریزی را دنبال نمود. در همین راستا در این مقاله با دو نوع از بتن های خاص آشنا خواهیم شد.

بتن های توانمند یا High Performance Concrete

طبق تعریف ACI 116R، بتن توانمندHPC به بتنی گفته می شود که الزامات عملکردی خاصی را که نمی توان با استفاده از روش های سنتی و معمول اختلاط، جایدهی و عمل آوری به آن دست پیدا کرد را تامین می نماید. البته باید توجه داشت که در ACI 363R بتن پرمقاومت به بتنی گفته می شود که مقاومتی بیش از 55 مگاپاسکال داشته باشد و این بتن را نباید با بتن توانمند اشتباه گرفت.

استفاده از بتن های توانمند به موانع بسیاری در مقایسه با بتن های سنتی نظیر دوام پایین، ناحیه انتقالی ضعیف، مقاومت کم در برابر مواد شیمیایی و دشواری تعمیر و مقاوم سازی آن غلبه نموده است.

ویژگی های بتن های توانمند HPC

از جمله ویژگی های بتن های توانمند می توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• مقاومت های فشاری بالا
• مقاومت های  اولیه بالا
• مدول الاستیسیته بالا
• مقاومت سایشی بالا
• دوام و طول عمر بالا
• نفوذپذیری پایین
• مقاومت شیمیایی
• مقاومت ضربه و چغرمگی
• ثبات حجم
• سهولت جایدهی
• تراکم بدون جداشدگی

کاربردهای بتن های توانمند HPC

بتن های توانمند امروزه در پروژه های مختلفی نظیر تونل ها، پل ها و ساختمان های بلند مرتبه به دلیل مقاومت، دوام و مدول الاستیسیته بالا  استفاده می گردد. طبق دستورالعمل های اداره بزرگراه های آمریکا FHWA طی یک برنامه ملی در آمریکا، از سال 1993 بتن های توانمند در ساخت یک دسته از پل هایی که در شرایط آب و هوایی خاص قرار داشتند، استفاده گردیدند. از جمله ویژگی های این پروژه مقاومت فشاری بین 55 تا 101 مگاپاسکال، نفوذپذیری یون کلر بین 1.000 تا 2.500  کولمب و آب به سیمان بین 0.24 تا 0.35 بود.

بتن های فوق توانمند یا Ultra-High Performance Concrete

بتن فوق توانمند UHPC  نوعی از مواد سیمانی است که مقاومت بالاتر، شکل پذیری کششی، مشخصات دوامی بالاتری را نسبت به بتن های معمولی و بتن های توانمند دارد. طبق تعاریف ACI 239R، بتنی که حداقل مقاومت فشاری مشخصه 150 مگاپاسکال داشته والزامات دوامی چغرمگی و شکل پذیری کششی خاصی داشته باشد، بتن فوق توانمند نامیده می شود.

 الیاف می توانند این ویژگی ها را به بتن فوق توانمند ببخشند. با توجه به اینکه بتن عموما ماده شکننده ای می باشد افزودن الیاف می تواند شکل پذیری بتن را ارتقا ببخشد. معمولا میزان الیاف موجود در بتن های فوق توانمند 2 درصد حجمی و بیش از آن می باشد. حداکثر مقدار الیاف مورد استقاده به شکل و اندازه آنها بستگی دارد تا کارایی مختل نگردد.

عمدتا بتن های فوق توانمند، شامل سیمان، میکروسیلیس، ماسه کوارتز نرم، افزودنی های کاهنده آب قوی و الیاف با نسبت آب به سیمان بین 0.15 تا 0.25 می باشد. هرچند انواع مختلفی از بتن های فوق توانمند هم توسعه یافته اند که مواد جایگزین سیمانی و درشت دانه نیز داشته باشند.

ویژگی های بتن های فوق توانمند UHPC

اصلی ترین خصوصیات بتن های فوق توانمند به شرح ذیل می باشد:

• ارتقای همگنی به دلیل حذف درشت دانه
• ارتقای دانسیته به دلیل اصلاح دانه بندی
• ارتقای شکل پذیری با افزودن الیاف

با توجه به موارد ذکر شده فوق، در اغلب موارد مقاومت های مکانیکی به دلیل نسبت پایین آب به سیمان و استفاده از الیاف، بسیار بالاتر از بتن های معمولی می باشد. همچنین دوام بتن های فوق توانمند، بسیار بالاتر از بتن های معمولی می باشد چرا که ماتریس بتن متراکم تر شده، ریز ساختار غیرپیوسته شده و ترک های مویی مواد به خوبی پراکنده شده است. بتن های فوق توانمند مقاومت بسیار بالایی را در برابر گازها و مایعات خورنده، حمله کلریدی، عبور بخار و چرخه های ذوب و یخبندان نشان می دهند. این بهبودها در نتیجه دانسیته بالای فرآورده های هیدراسیون سیمان و ناحیه انتقالی بین ماتریس و سنگدانه ها می باشد. در برخی موارد با استفاده از الیاف خاص، مقاومت در برابر آتش خوبی نیز از بتن های فوق توانمند مشاهده گردیده است.

کاربردهای بتن های فوق توانمند UHPC

  از بتن های فوق توانمند می توان در پل های بزرگراهی خاص با دهانه های بزرگتر، ضخامت عرشه کمتر وبا دوام بیشتر استفاده نمود. همچنین یکی از پرکاربردترین موارد استفاده از بتن های فوق توانمند، پل های پیاده رو بدون پایه و با دهانه طولانی می باشد. از بتن های فوق توانمند همچنین در نوسازی و بهسازی لرزه ای سازه ها نیز استفاده می گردد. همچنین از خواص ویژه دوامی و مقاومت مکانیکی بالای این نوع از بتن ها به منظور تولید شمع های پیش ساخته و پیش تنیده بتنی نیز بسیار استفاده می شود. همچنین از خواص انعطاف پذیری و مقاومت ضربه این نوع از بتن ها در مواردی که احتمال انفجار وجود دارد یا در سازه های هسته ای بسیار استفاده می گردد. مقاومت بالا در محیط های خورنده نیز باعث شده استفاده از بتن های فوق توانمند در مخازن نیز گسترده باشد. همچنین از این نوع از بتن ها در ساخت دال های سقف گسترده نیز استفاده می گردد.

سبد محصولات شرکت آبادگران به منظور ساخت بتن های توانمند و فوق توانمند:

به منظور ساخت بتن های توانمند و فوق توانمند، بزرگترین تولیدکننده مواد شیمیایی در ایران، محصولات متنوعی را در این خصوص ارائه می نماید. افزودنی های کاهنده آب قوی بر پایه پلی کربوکسیلات به منظور ساخت بتن های با مقاومت فشاری و مقاومت های اولیه بسیار بالا ، نسبت آب به سیمان بسیار پایین و تسهیل جایدهی بتن نظیر POWERPLAST RM، افزودنی های حاوی میکروسیلیس به منظور ارتقای دوام و مقاومت های شیمیایی بتن  نظیر مکمل بتن A.C.P، افزودنی های حاوی الیاف به منظور ارتقای مقاومت های سایش، ضربه و خمشی بتن نظیر سوپرژل الیافی MS5-FP، افزودنی حباب هواساز E.M. AIR به منظور حفاظت بتن در چرخه های ذوب و یخبندان از جمله محصولات این شرکت می باشد.