روش های کنترل کیفیت بتن های HSC

روش های کنترل و ارزیابی کیفیت بتن های HSC

دنیایی که همیشه در حال تکامل است به روش های ساخت و ساز در حال توسعه نیاز دارد. در دنیای کنونی، بتن یکی از پرمصرف ترین مصالح ساختمانی است و استحکام، مقرون به صرفه بودن، دوام و انعطاف پذیری آن نقش حیاتی ایفا میکند. بتن به راحتی در انواع اشکال و سیستم های سازه ای آماده و ساخته و تقریباً در هر نقطه از جهان به راحتی در دسترس می باشد. در نتیجه فراگیر بودن، عملکرد و انعطاف پذیری آن، تا حد زیادی به محبوب ترین و پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در جهان تبدیل شده است. سیمان و چسب از اجزای تشکیل دهنده بتن می باشد که باعث میشود سایر اجزای تشکیل دهنده بتن در کنار یکدیگر قرار گیرند. بتن از اختلاط سیمان، مواد سیمانی تکمیلی ، آب ، سنگدانه های ریز (ریزدانه های ماسه/سنگ خرد شده)، سنگدانه درشت (شن یا سنگ خرد شده) و افزودنی ها، تقویت کننده ها، الیاف یا رنگدانه ها ساخته شود.

 
 
در سال‌های اخیر، فناوری بتن از تحولات و پیشرفت های بسیار زیادی داشته که این تحولات منجر به پیدایش بتن‌های جدید با خواص متفاوت شده است. یکی از مهمترین این بتن ها، بتن با مقاومت بالا (HSC) می باشد . ایجاد و حضور بتن های  HSC امکان ساخت بناها و برج های بلند، با هنر و ظرافت معماری را فراهم کرده است و در آینده نه چندان دور امکان استفاده از بتن های پرمقاومت در مناطق وسیع وجود خواهد داشت.  تحقیقات نشان می دهد که در صورت رعایت محدودیت های آیین نامه ای و انطباق آئین نامه های جدید با این نوع بتن، امید است بتوان از آن به عنوان گزینه ای مطمئن برای ساخت و ساز ایمن در مناطق لرزه خیز استفاده کرد.

بتن با مقاومت بالا(HSC) 

پیشرفت تکنولوژی مواد منجر به تولید درجات بالاتر مقاومت بتن شده است. استفاده از بتن با مقاومت بالا "HSC" در سازه های مهندسی عمران به طور قابل توجهی افزایش یافته است که صرفه جویی، مقاومت برتر، افزایش سختی و دوام بیشتر از دلایل اصلی محبوبیت آن است

بتن های با مقاومت بالا (HSC) بتن هایی هستند که عمدتاً توسط مقاومت فشاری تعریف می شوند. استحکام بتن می تواند نتایج عالی دیگر خواص، یعنی دوام را تضمین کند. برای تولید HSC یک رویکرد دقیق در طراحی ترکیب بتن، به ویژه کیفیت مواد خام ضروری است. در درجه اول لازم است که محتوای چسب ترکیب شده با سیمان پرتلند و یک ماده افزودنی دیگر افزایش یابد.  دوده سیلیس به دلیل خواص بسیار خوبی که دارد تا حد زیادی به عنوان ماده افزودنی استفاده می شود که لازم است مقدار موثر آن در نظر گرفته شود. همچنین ترکیب این ماده افزودنی با سایر مواد افزودنی فعال مناسب است.کیفیت و خلوص سنگدانه ها جزء ضروری طراحی کیفی این بتن ها است. عملاً بر تمام پارامترهای حاصل از بتن تأثیر می گذارد.

علاوه بر کیفیت بهتر برای مواد اولیه، تولید HSC نیاز به استفاده از مواد ویژه دیگری مانند: دوده سیلیس و فوق روان کننده و روش های کنترل کیفیت اضافی دارد. برای بسیاری از کاربردها، مزایای به دست آمده با استفاده از بتن HSC بیشتر از هزینه اضافی مواد ویژه و کنترل کیفیت اضافی مورد نیاز برای تولید آنها است. بزرگترین مزایای HSC که استفاده از آن را در ساخت و سازهای مرتفع جذاب می کند، استحکام / هزینه واحد بیشتر است. نسبت مقاومت / واحد حجم، مقاومت / وزن واحد و سختی / نسبت هزینه واحد در مقایسه با بتن با مقاومت معمولی است.

مزایای بتن با مقاومت بالا

• اندازه ستون بهینه شده
• افزایش فضای کف
• با دوام بالا و استحکام بالا
• به دلیل سطح مقطع باریکتر زیبایی شناسی را بهبود می بخشد.
• وزن خود ساختار را کاهش می دهد.
• مدول الاستیسیته بتن را افزایش می دهد و خزش (تغییر شکل تحت بارگذاری مداوم) را کاهش می دهد که انحرافات کوتاه مدت و بلند مدت را کنترل می کند.
• دوام بلندمدت سازه‌ها را بهبود می‌بخشد که یک نگرانی کلیدی برای استفاده پایدار از مصالح ساختمانی است.
• بتن با مقاومت بالا یک ماده مفید برای ساختمان های بلند، پل های با دهانه بلند، کف های صنعتی سنگین، بتن پیش تنیده و غیره است.

استفاده از بتن با مقاومت بالا (HSC) نسبت به بتن با مقاومت معمولی (NSC) رایج‌تر شده است و می‌توان آن را توسط کارخانه‌های بتن آماده با استفاده از مواد سیمانی تکمیلی مانند دوده سیلیس (SF)، خاکستر بادی، متاکائولین، تولید کرد.

 روش های بررسی کیفیت بتن های پرمقاوم HSC

پنج روش کنترل کیفی برای بتن مورد ارزیابی قرار میگیرد.

-بر اساس معیارهای استاندارد ACI

-بر اساس معیارهای کنترل کیفی عمومی

- روش CUSUM

- الزامات یکنواختی بتن

-بر اساس ضوابط پذیرش بتن مطابق مبحث ۹ مقررات ملی ساختمان

ضوابط استاندارد  ACI 363.2Rبه دو منظر برای کنترل کیفیت بتن میپردازد. یکی بررسی کلی نتایج و دیگر بررسی نتایج درون آزمایشی که برای هرکدام بر اساس انحراف معیار و میانگین و ضریب تغییرات و نمودارهای مختلف به شرح و بسط موضوع میپردازد.

عمل آوری بتن پرمقاومت 

عمل آوری نقش مهمی در توسعه مقاومت و دوام بتن دارد و بلافاصله پس از بتن ریزی و تکمیل ان انجام می شود .

این عمل شامل حفظ رطوبت و شرایط دمایی مطلوب، در عمق و در نزدیکی سطح بتن، برای مدت زمان طولانی است. بتن با عمل آوری مناسب دارای مقدار رطوبت کافی برای هیدراتاسیون مداوم و توسعه استحکام، پایداری حجم، مقاومت در برابر یخ زدگی و ذوب، و مقاومت در برابر سایش و پوسته پوسته شدن می شود.

در این روش برای جلوگیری از جمع شدگی خود به خود بتن‌های پرمقاومت از روش‌ آبرسانی ، ایجادحوضچه بر روی دالها و یا پوشش های خیس و مرطوب و حداقل به مدت 10 روز می باشد.

مقاومت فشاری بتن پرمقاومت

ساخت بتن با مقاومت بالا شامل استفاده بهینه از مواد اولیه تشکیل دهنده بتن با مقاومت معمولی است. تولیدکنندگان بتن مقاومت بالا  با تسلط بر دلایل عوامل تاثیر گذار بر روی مقاومت فشاری و روش دستیابی به آن علاوه بر انتخاب سیمان پرتلند با کیفیت بالا،  سنگدانه ها را نیز بهینه کرده و پس از آن  ترکیب مواد را با تغییر نسبت آب به سیمان، سنگدانه ها و مواد افزودنی بهینه می کنند.

معمولا نسبت آب به سیمان در بتن‌های پرمقاومت بین 0/2 الی 0/3 در نظر گرفته می‌شود و کاهش  نسبت آب به سیمان باعث کاهش کارایی بتن شده که برای افزایش کارایی در این موارد از فوق روان‌کننده‌ها استفاده می‌شود.

هرچه اندازه سنگدانه‌ها در بتن کمتر باشد، به دلیل افزایش سطح ویژه‌ی آنها، مقاومت فشاری بتن افزایش را افزایش می دهند. با افزودن مواد افزدنی ، نیاز به کاهش نسبت آب به سیمان جهت افزایش مقاومت کمتر خواهد شد.

تست مقاومت فشاری

مقاومت فشاری مهمترین ویژگی بتن است و به عنوان واحد مرجع برای طبقه بندی بتن استفاده می شود. به دلایل تاریخی و همچنین به منظور مدیریت بهتر، مقاومت فشاری با کمک مکعب ها و سیلندرها تعیین می شود.برای آزمایش و تست مقاومت بتن، استوانه‌های بتنی با قطر 150 میلی‌متر در ارتفاع 300 میلی‌متر و/یا مکعب‌های بتنی با طول لبه‌های 150×150 میلی‌متر پس از ذخیره‌سازی طبق استاندارد EN 12390-2 استفاده می‌شوند. نمونه های آزمایشی باید با الزامات EN 12390-1 مطابقت داشته باشند. در ابتدا، حداقل 3 نمونه باید از کامیون های مختلف مخلوط آماده برای حداکثر 50 متر مربع بتن در روز آزمایش شوند. طبق استاندارد EN 12390-4 ماشین های تست فشرده سازی حداقل با کیفیت 2 مطابق با DIN 51220 / EN 7500-1 به عنوان دستگاه تست مورد نیاز هستند. با این حال، استفاده از دستگاه‌های تست سروو هیدرولیک با تشخیص پارگی قابل تنظیم کلاس 1 به شدت توصیه می‌شود.تکامل مقاومت فشاری برای نسبت‌های مختلف آب به مواد سیمانی بین 1 روز تا 180 روز در ذیل به درج شده است. 

طرح اختلاط بتن پرمقاومت

طرح اختلاط بهينه بتن، از انتخاب مصالح موجود در دسترس که موجب اجرایی بودن و کارپذیری بتن شده و اطمینان از رسیدن به مقاومت و سایر ویژگی‌های مورد انتظار از یک بتن سفت شده که مورد نظر طراح بوده است را فراهم می‌کند، بدست می آید. برخی از اصول اساسی که باید برای بتن های پر مقاومت مورد توجه قرار گیرد، عبارتند از :

1-سنگدانه هایی که در طرح اختلاط بتن با مقاومت بالا استفاده می گردد. به جهت ساخت بتن با مقاومت بالا می بایست از سنگدانه های با حداکثر اندازه استفاده شود.ماسه می بایست متناسب با استاندارد ASTM C33 مدول ریزدانگی بزرگتر از ۳٫۲)، درشت‌تر باشد تا درصد مقدار ریز دانه در سیمان بیشتر شود.

۲- مخلوط‌های بتن HSCهای پرمقاومت دارای درصد بیشتری سیمان نسبت به مابقی بتن ها می باشد و این عامل سبب افزایش گرمای هیدرراسیون و ترک خوردگی می گردد .

در بسیاری از مخلوط‌ها یک یا چند افزودنی ( شامل روان کننده ها بتن ، فوق روان کننده های بتن و ژل ها )یا مواد پوزولانی طبیعی استفاده می‌شود.

٣- نسبت آب به سیمان طرح اختلاط بتن های پرمقاومت در محدوده‌ی ۰٫۲۳ تا ۰٫۳۵ میباشد. این نسبت تنها در صورت استفاده از مقدار زیاد افزودنی‌های کاهنده‌ی آب (یا فوق روانسازها) طبق 194 ASTM C قابل دستیابی خواهد بود.

۴- میزان سیمان موجود در بتن پرمقاومت معمولا در حدود 415 کیلوگرم بر متر مکعب (kg/m3) و کمتر از 650 کیلوگرم بر متر مکعب می‌باشد.

۵- استفاده از حباب‌ هوا ساز در بتن پرمقاومت موجب کاهش شدید مقاومت آن می‌شود.

منابع :

ACI 363.2R-98

9th International Conference Interdisciplinary in Engineering, INTER-ENG 2015, 8-9 October

2015, Tirgu-Mures, Romania