افزایش مقاومت بتن با افزودنی بتن

افزایش مقاومت بتن با افزودنی بتن
  • 93
  • 1400/12/21

افزودن به مخلوط: استفاده از مواد افزودنی برای اینکه بتن شما کاری را که می خواهید انجام دهد

امروزه افزودنی های بتن نقش های مشابه، هرچند بسیار متنوع تر، ایفا می کنند. آنها ویژگی هایی مانند زمان تنظیم سریع یا کندتر، کارایی بهبود یافته و استحکام بیشتر را ارائه می دهند.

علاوه بر کاهش میزان آب مورد نیاز، افزودنی‌های کاهنده آب به تولیدکنندگان مخلوط آماده اجازه می‌دهند از سیمان کم‌هزینه‌تر استفاده کنند و در عین حال ترکیبی به همان اندازه کارآمد را برای خدمه بتن فراهم می‌کنند.
تعیین الزامات برای مخلوط بتن
پیشرفت‌های فناوری در مواد، تجهیزات تولید و فرآیندهای بتن‌سازی، کاربردهای نوآورانه احتمالی بتن را در طیف وسیعی از کاربردها افزایش داده است. با این حال، مشخصات مخلوط بتن همچنان تجویزی است، که اغلب توانایی توسعه و استفاده از محصولات و روش های ساخت و ساز نوآورانه را محدود می کند. مشخصات باید به گونه‌ای طراحی شوند که از تخصص ذینفعان مختلف برای ارائه ساختاری با کیفیت بالا با طول عمر مطلوب به مالک بهره ببرند.

چالش‌ها و فرصت‌ها با مشخصات مبتنی بر عملکرد برای بتن قبلاً مورد بحث قرار گرفته‌اند.مشخصات تجویزی، مشخصاتی است که شامل جزئیات ترکیبی مواد یا وسایل و روش‌های ساخت می‌شود. عملکرد مورد نظر مربوط به یک نیاز تجویزی ممکن است تعریف شود یا نباشد. از طرف دیگر، مشخصات عملکرد، نتیجه مورد نیاز را که با معیارهای پذیرش مرتبط است، بدون جزئیات چگونگی دستیابی به آن، تعریف می کند. یک اصل مهم با الزامات عملکرد، همخوانی مسئولیت و اختیار است. به ذینفع خاص اختیار مناسبی را با مسئولیت تعیین شده برای دستیابی به نتیجه دلخواه می دهد. یک مشخصات تجویزی، با یک نتیجه عملکرد بیان شده یا تعریف نشده، چنین نیست. مشخصاتی که الزامات تجویزی و عملکردی متناقض را با هم ترکیب می‌کنند، مشکل‌سازتر هستند.

در یک ارزیابی اخیر ، الزامات تجویزی که توسط تولیدکنندگان بتن سخت تلقی می‌شوند، رتبه‌بندی شدند و فراوانی این الزامات با بررسی نمونه‌ای از حدود 100 مشخصات برای انواع مختلف سازه‌ها تعیین شد. بیشتر این الزامات تجویزی با استانداردهای مؤسسه بتن آمریکا (ACI) سازگار نیست و در اینجا مورد بحث قرار گرفته است.

محدودیت های تجویزی در نسبت های مخلوط

نسبت مخلوط برای بتن باید به گونه ای ایجاد شود که کارایی لازم برای ساخت داشته باشد و از کمترین حجم خمیر مرغوب (مواد سیمانی و آب) تشکیل شده باشد که مقاومت و دوام مورد نیاز را در عضو سازه مطابق با طراحی فراهم کند. ، که شامل در نظر گرفتن شرایط قرار گرفتن در معرض است. این امر مستلزم استفاده از سیمان ها و سنگدانه های محلی با کیفیت خوب با ویژگی های ثابت، استفاده از مواد سیمانی مکمل (SCMs) برای بهبود دوام و توسعه طولانی مدت و استفاده موثر از افزودنی های شیمیایی است که سازگار بوده و کارایی و کارایی مورد نیاز را فراهم می کنند. افزایش خواص بتن سخت شده مشخصاتی که دستیابی به این اهداف اولیه را کاهش می‌دهند باید از نظر قصد و محدودیت‌های بالقوه آنها بررسی شوند. برخی از محدودیت های تجویزی در مورد مخلوط بتن شامل موارد زیر است:
حداکثر نسبت آب به مواد سیمانی (w/cm) با استفاده از فوق روان کننده های پایه کربوکسیلاتی 
w/cm یک مخلوط یک پارامتر مهم است. برای هر مجموعه ای از مواد، یک رابطه منحصر به فرد بین استحکام و وزن بر سانتی متر وجود دارد. تولیدکنندگان بتن از این رابطه برای تناسب مخلوط های خود استفاده می کنند. نباید تصور کرد که این رابطه جهانی است. دو مخلوط با وزن بر سانتی متر یکسان اما حجم خمیر به میزان قابل توجهی متفاوت، خواص بسیار متفاوتی خواهند داشت (شکل 1). w/cm  افزودنی کاهنده آب بتن همچنین بر نفوذپذیری یا خواص حمل و نقل بتن تأثیر می‌گذارد که در مواردی که دوام اهمیت دارد اهمیت دارد. این ویژگی همچنین با استفاده از SCM ها مانند خاکستر بادی، سیمان سرباره و دوده سیلیس به طور قابل توجهی بهبود می یابد. حداکثر w/cm باید برای رسیدگی به شرایط نوردهی که بر دوام بتن تأثیر می‌گذارد مشخص شود. در سال 2008، ACI 318 کلاس های نوردهی را برای چهار دسته دوام با حداکثر وزن بر سانتی متر و حداقل استحکام مشخص مرتبط ایجاد کرد. فرض این است که برای تضمین کیفیت، w/cm را نمی توان تأیید کرد، اما استحکام را می توان.

در 73 درصد از مشخصات بررسی شده در ارزیابی، حداکثر w/cm بدون توجه به شرایط مواجهه مشخص شد. در اکثر موارد، استحکام مشخص شده با حداکثر w/cm مشخص شده مطابقت نداشت. برای مثال 3000 psi و w/cm 0.40. این یک تضاد ذاتی ایجاد می کند زیرا معیارهای پذیرش استحکام تضمین نمی کند که w/cm مشخص شده تامین شود. در برخی موارد، نسبت w/cm مشخص شده کمتر از 0.40 بوده و برای نوع عضو مناسب به نظر نمی‌رسد. استفاده از w/cm کمتر از 0.40 محدود به بتن با مقاومت بسیار بالا یا برای شرایط شدید مواجهه است و برای ساختمان های بتنی چندان رایج نیست. تعیین w/cm کم بر هزینه مخلوط و کارایی آن برای قابلیت ساخت تأثیر می گذارد. همچنین می تواند منجر به محتوای مواد سیمانی و حجم خمیر بیشتر شود و در نتیجه نفوذپذیری مخلوط و پتانسیل ترک خوردگی به دلیل دما یا انقباض خشک شدن را افزایش دهد. اگر شرایط نوردهی برای یک عضو مستلزم استفاده از وزن کم بر سانتی‌متر باشد، باید از مقاومت بالاتر بتن در هنگام طراحی عضو استفاده کرد.

در حالی که w/cm یکی از عواملی است که نفوذپذیری را تحت تاثیر قرار می دهد، سهم مفید SCM ها به رسمیت شناخته نشده است. تست های مبتنی بر عملکرد وجود دارد که می تواند به عنوان جایگزینی برای w/cm استفاده شود.
حداکثر محدودیت در SCM ها

یک شرط در ACI 318 وجود دارد که حداکثر محدودیت ها را برای مقدار SCM برای بتن که در معرض چرخه های انجماد و ذوب و استفاده از مواد شیمیایی یخ زدایی قرار می گیرد تعیین می کند (کلاس قرار گرفتن در معرض F3). محدودیت به دلیل افزایش پتانسیل برای پوسته پوسته شدن در این نوع نوردهی در نظر گرفته شده است. در بتن مسلح، رسوب گذاری باعث کاهش پوشش و تشدید خوردگی آرماتور می شود. این شرایط نوردهی در ساختمان ها نادر است. این محدودیت در 85 درصد از مشخصات بررسی شده در ارزیابی بیان شده است. مشخصات این حد یا یک سوء تفاهم از هدف یا دستورالعملی برای به حداقل رساندن استفاده از SCMs در بتن است.

استفاده از SCM ها برای بهبود دوام - کاهش نفوذپذیری و مقاومت در برابر زوال ناشی از واکنش های قلیایی- سیلیس، حمله سولفات ها و سایر مواد شیمیایی - به خوبی ثابت شده است. کاهش نفوذپذیری بتن از خوردگی آرماتور محافظت می کند. در اعضای بتنی انبوه، افزایش مقدار SCM ها ابزار اقتصادی تر برای کاهش پتانسیل ترک حرارتی است. استفاده از SCM ها همچنین با دستیابی به اسلامپ بیشتر با آب کمتر و کاهش پتانسیل جداسازی، کارایی بتن را بهبود می بخشد. همچنین از طرح های پایداری حمایت می کند. گیرش کندتر یا سرعت افزایش مقاومت را می توان با استفاده خردمندانه از افزودنی ها جبران کرد و با روش های بلوغ برای تخمین مقاومت بتن در محل با افزایش سن تأیید کرد. پیشنهاد می شود که این محدودیت ها فقط برای کلاس نوردهی F3 مشخص شود.

حداقل محتوای سیمان

تعیین حداقل میزان سیمان برای بتن در بسیاری از مشخصات، یک باقیمانده تاریخی است. در 46 درصد از مشخصات بررسی شده مشاهده شد. در بسیاری از موارد، حداقل میزان سیمان مشخص شده به طور قابل توجهی بیشتر از مقدار مورد نیاز برای مقاومت مشخص شده بود. آژانس های بزرگراه دولتی به تعریف کلاس های بتن بر اساس محتوای سیمان ادامه می دهند. ممکن است هدف بهبود دوام باشد، اما این معیوب است. تأثیر نامطلوب بر گرمای هیدراتاسیون، انقباض و نفوذپذیری با نیاز به حداقل محتوای سیمان بالاتر مستند شده است (Obla et al., 2017). اثر بر خواص انتقال (یا نفوذپذیری) و انقباض خشک شدن به ترتیب در شکل 2 و شکل 3 نشان داده شده است. این تمایل به کاهش مقدار SCM های قابل استفاده و افزایش حجم خمیر برای تأثیر نامطلوب بر عملکرد دارد. حداقل الزامات محتوای سیمان در استانداردهای ACI برای ساختمان ها وجود ندارد. این نیاز به طور قابل توجهی توانایی تولید کننده بتن را برای بهینه سازی مخلوط برای بهترین عملکرد محدود می کند و پیشنهادات رقابتی را محدود می کند. این نیاز، علاوه بر الزامات محافظه کارانه برای وزن بر سانتی متر، منجر به مقاومت واقعی بتن 30 تا 40 درصد بیشتر از مقاومت تعیین شده می شود و در نتیجه باعث طراحی بی اثر می شود که ساخت بتن را گران تر و پایدارتر می کند.

سایر مسائل

  • فراخوانی الزامات محدودتر برای مواد سازنده بتن، مانند سنگدانه ها یا خاکستر بادی، نسبت به آنچه در مشخصات ASTM آمده است - این باعث می شود منابع موجود با سابقه محلی از استفاده محدود شوند یا نیاز به واردات مواد داشته باشند.
  • نیاز به استفاده از مارک های خاص یا منابع مواد، مانند مواد افزودنی یا سیمان - تولیدکنندگان قراردادهایی منعقد کرده اند و نیاز به استفاده از موادی که با آنها آشنایی ندارند، می تواند مشکلاتی را ایجاد کند.
  • تعیین درجه بندی ترکیبی سنگدانه ها به نوارهای نسبتاً سفت با هدف کنترل کارایی یا انقباض / پیچ خوردگی - این معمولاً قابل اجرا نیست و اغلب نمی توان با مواد محلی یا در طول تولید به دست آورد. ممکن است عملکرد مورد نظر حاصل نشود.
  • منع تنظیم نسبت مخلوط مخلوط‌های تایید شده - تنظیمات جزئی در زمان واقعی (بدون درخواست تأیید) برای حفظ کیفیت و سازگاری برای تطبیق تغییرات در مواد اولیه و شرایط محیطی مورد نیاز است.
  • محدودیت در محتوای قلیایی سیمان، در درجه اول به عنوان تلاشی برای به حداقل رساندن پتانسیل ترک های مضر ناشی از واکنش های سنگدانه قلیایی (AAR) - ASTM C1778 تشخیص می دهد که استفاده از سیمان کم قلیایی لزوما از مشکل جلوگیری نمی کند و گزینه های مختلفی را برای کاهش ارائه می دهد. AAR.
  • کنترل های دقیق بر اسلامپ یا سایر خواص بتن تازه - می تواند بر قابلیت ساخت تأثیر بگذارد. ACI 301 به پیمانکار این امکان را می دهد که رکود را انتخاب کند و آن را در یک ارسال مستند کند. در بتن امروزی، اسلامپ معیار یا کنترلی بر میزان آب نیست.
        از جمله ارجاع به کد یا راهنماهای غیر اجباری یا گزارش‌های پیشرفته - اینها شامل نظرات کمیته، مشاهدات، و فهرست‌بندی چندین گزینه است که مرجع را نامشخص می‌سازد. پیمانکار نمی تواند با ارجاع کلی به ACI 318 در قبال الزامات کد مسئول باشد.

خلاصه

الزامات تجویزی برای مخلوط های بتن در مشخصات اغلب باعث تضادهای ذاتی می شود که می تواند بر قابلیت ساخت، هزینه های پروژه و کمبودهای پروژه ساخته شده تأثیر منفی بگذارد. بسیاری از مقررات تجویزی مشاهده شده در مشخصات با استانداردهای ACI که از طریق یک فرآیند اجماع ایجاد شده اند سازگار نیستند. در حالی که برخی از این الزامات تجویزی هستند، اما با شرایط خاصی مرتبط هستند. روش ها و معیارهای آزمون مبتنی بر عملکرد قابل اعتماد در حال تکامل هستند و باید جهت آینده باشند. در این بین، طراحان باید مشخصات خود را بررسی کنند و به برخی از موارد مورد بحث در این مقاله بپردازند. این به بهینه سازی ساخت و ساز بتن و رقابت آن با سیستم های جایگزین کمک می کند.