بتن حجیم چیست؟ بتن، ماده‌ای حیاتی در ساخت‌وساز مدرن، در انواع مختلفی وجود دارد. یکی از مهم‌ترین این انواع، بتن حجیم است که برای پروژه‌های عظیم و سازه‌های بزرگ استفاده می‌شود. در ادامه، به بررسی عمیق بتن حجیم، از تعریف و کاربردها گرفته تا روش‌های اجرا و چالش‌های آن می‌پردازیم.
بتن حجیم چیست؟
بتن حجیم به بتنی گفته می‌شود که در سازه‌های بزرگ با حجم زیاد استفاده می‌شود. این نوع بتن به دلیل حجم بالای خود، در هنگام هیدراتاسیون (واکنش سیمان و آب) گرمای زیادی تولید می‌کند. اگر این گرما کنترل نشود، می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی، تنش‌های حرارتی و کاهش مقاومت بتن شود. به همین دلیل، در تعریف موسسه بتن آمریکا (ACI) آمده است: “هر حجم بتنی که در آن گرمای حاصل از هیدراسیون باعث ایجاد واکنش‌های شیمیایی مضر، ترک خوردگی، تنش‌های گرمایی یا کاهش مقاومت طولانی‌مدت شود، بتن حجیم نامیده می‌شود.”
-
کاربردهای بتن حجیم
بتن حجیم به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، در پروژه‌های زیر کاربرد فراوانی دارد:
1- سیلوهای بزرگ: برای ذخیره‌سازی مواد حجیم.
2- پایه‌های پل‌ها: به خصوص پل‌های بزرگ و سازه‌های آبی.
3- نیروگاه‌ها: به دلیل نیاز به سازه‌های مقاوم در برابر شرایط سخت.
4- فونداسیون ساختمان‌های بلند: برای تحمل وزن سنگین و توزیع بار.
5- سدها: به دلیل حجم زیاد و نیاز به مقاومت بالا در برابر نیروهای وارده.
6- روسازی خیابان‌ها (مانند بمبئی، هند): مقاومت بیشتر در برابر گرما و ترافیک سنگین.
-
اجرای بتن حجیم
اجرای بتن حجیم یک فرآیند تخصصی است که شامل مراحل زیر می‌شود:
1. انتقال و توزیع
1- کنترل دما در حین تخلیه بتن.
2- محافظت از بتن در حین انتقال.
3- کوتاه کردن مسیر حمل و نقل بتن.
4- استفاده از ظروف پهن و مسطح برای انتقال.
5- جلوگیری از جدایی دانه‌ها و حفظ همگنی بتن.
6- کنترل اسلامپ (روانی بتن) تا حداکثر 25 میلی‌متر کاهش.
7- استفاده از روش‌های مختلف انتقال (پمپ، نوارنقاله، ناوه، کامیون، جام) بسته به پروژه.
2. ریختن
1- محدود کردن ارتفاع بتن‌ریزی به 2 متر.
2- توقف بتن‌ریزی در صورت بارندگی شدید.
3- ریختن بتن در محل اصلی و جلوگیری از جدایی.
4- استفاده از لوله برای هدایت بتن به نزدیکی سطح.
5- حفظ ضخامت یکسان لایه‌ها برای تراکم مناسب.
6- اجتناب از ویبره کردن و تردد روی بتن تازه تا 24 ساعت.
7- تنظیم سرعت بتن‌ریزی برای جلوگیری از گیرش لایه زیرین.
8- ریختن بتن به صورت یکنواخت و لایه‌ای با ضخامت کمتر از 50 سانتی‌متر.
3. تراکم
اطمینان از حذف حباب‌های هوا و تراکم مناسب بتن.
4. عمل‌آوری و محافظت
مراقبت ویژه از بتن برای جلوگیری از خشک شدن سریع و حفظ رطوبت مورد نیاز برای هیدراتاسیون.
استانداردها و آیین‌نامه‌ها
رعایت استانداردهای ملی و بین‌المللی (مانند آیین‌نامه بتن ایران) در تمام مراحل اجرای بتن حجیم ضروری است. این استانداردها، الزامات مربوط به مواد، طرح اختلاط، اجرا و عمل‌آوری بتن را مشخص می‌کنند.
مهم‌ترین چالش‌ها در اجرای بتن حجیم
-
کاهش مقاومت
اطمینان از اختلاط صحیح، تراکم مناسب و عمل‌آوری کافی برای دستیابی به مقاومت مورد نظر.
-
افزایش دما
کنترل دمای بتن از طریق استفاده از سیمان‌های کم حرارت، خنک کردن مصالح، استفاده از یخ در اختلاط و اجرای بتن‌ریزی در شب.
-
ترک‌خوردگی
پیشگیری از ترک‌خوردگی با کنترل دمای بتن، استفاده از مواد افزودنی کاهنده جمع‌شدگی، طراحی مناسب فونداسیون و عمل‌آوری صحیح.
-
متراکم‌سازی بتن حجیم
متراکم‌سازی بتن، فرآیندی حیاتی برای حذف حباب‌های هوا و دستیابی به بتن متراکم و مقاوم است. در بتن‌ریزی‌های حجیم، این فرآیند اهمیت دوچندانی پیدا می‌کند.
-
لرزاندن لایه‌ها
پس از ریختن هر لایه، باید بلافاصله با ویبراتور آن را متراکم کرد.
-
بیرون آوردن تدریجی ویبراتور
پس از متراکم شدن لایه، ویبراتور باید به آرامی از بتن خارج شود.
-
استفاده از دستگاه‌های سنگین
برای متراکم کردن لایه‌های ضخیم بتن، استفاده از ویبراتورهای سنگین و صنعتی ضروری است.
-
سطح یکنواخت
در هر نوبت بتن‌ریزی، سطح بتن باید صاف و یکنواخت باشد و جای پای کارگران و ویبراتور در آن باقی نماند.
-
نفوذ عمودی
دستگاه لرزاننده باید به صورت عمودی وارد مخلوط بتن شود و تا حدود 15 سانتی‌متر به لایه زیرین (که هنوز سفت نشده) نفوذ کند.
-
عمل‌آوری و محافظت از بتن حجیم
عمل‌آوری بتن، فرآیندی است که در آن، رطوبت مورد نیاز برای هیدراتاسیون سیمان تامین شده و از خشک شدن سریع بتن جلوگیری می‌شود. در بتن حجیم، عمل‌آوری مناسب نقشی حیاتی در جلوگیری از ترک‌خوردگی و افزایش مقاومت بتن ایفا می‌کند.
حداقل 14 روز: طبق آیین‌نامه بتن ایران، بتن حجیم باید حداقل 14 روز به روش‌های مختلف مرطوب نگه داشته شود.
محافظت در برابر عوامل محیطی
جلوگیری از تابش مستقیم خورشید و وزش باد: این عوامل باعث خشک شدن سریع بتن می‌شوند.
جلوگیری از شسته شدن توسط باران یا آب‌های جاری: شسته شدن سیمان می‌تواند باعث کاهش مقاومت بتن شود.
جلوگیری از کاهش سریع دما: تغییرات ناگهانی دما می‌تواند باعث ایجاد ترک در بتن شود.
جلوگیری از یخ‌زدگی: یخ‌زدگی در روزهای نخست پس از بتن‌ریزی می‌تواند به بتن آسیب برساند.
روش‌های عمل‌آوری
آب‌پاشی: مرطوب نگه داشتن بتن با استفاده از آب‌پاشی منظم.
استفاده از گونی‌های خیس: پوشاندن سطح بتن با گونی‌های خیس برای حفظ رطوبت.
طرح اختلاط بتن حجیم
طرح اختلاط بتن حجیم باید به گونه‌ای باشد که دمای هیدراتاسیون را به حداقل برساند و از ایجاد تنش و ترک‌خوردگی جلوگیری کند.
طراحی طرح اختلاط بتن حجیم، فرآیندی دقیق و حساس است که نیازمند توجه به جزئیات و استانداردهای مشخص است. کمیته ۲۱۱ ACI و اسکانلون (Scanlon) راهنمایی‌های جامعی در این زمینه ارائه کرده‌اند که در ادامه به تشریح آنها می‌پردازیم.
اصول کلی طراحی طرح اختلاط بتن حجیم
طراحی طرح اختلاط بتن حجیم، مشابه طراحی طرح اختلاط بتن معمولی است، اما با ملاحظات خاص برای کنترل حرارت هیدراتاسیون و افزایش دوام بتن. در ادامه به برخی از این ملاحظات اشاره می‌کنیم:
-
تعیین مقدار آب
مقدار آب مورد نیاز برای طرح اختلاط بتن حجیم باید بر اساس حداکثر اندازه مصالح سنگی و روانی مورد نظر تعیین شود.
روانی بتن باید به گونه‌ای باشد که بتن به راحتی متراکم شود.
اسلامپ بتن سازه‌های حجیم غیر مسلح معمولاً حدود ۲±۲۵ میلی‌متر است.
به جای افزایش مقدار آب و سیمان برای بهبود کارایی، بهتر است از تجهیزات مناسب برای بکارگیری بتن سفت استفاده شود.
-
بتن پیش سرد شده:
در صورت استفاده از بتن پیش سرد شده، باید مخلوط‌های آزمون آزمایشگاهی در دمای پایین نیز ساخته شوند.
در دماهای پایین (۵ تا ۱۰ درجه سانتی‌گراد)، هیدراتاسیون سیمان کندتر است و به آب کمتری برای رسیدن به روانی معین نیاز است.
-
تعیین مقدار سیمان
مقدار سیمان بتن حجیم، بر اساس رابطه‌ی بین نسبت آب به سیمان و مقاومت فشاری مورد نظر تعیین می‌شود.
این رابطه ممکن است تحت‌تأثیر بافت مصالح سنگی باشد.
-
مقاومت فشاری و نسبت آب به سیمان
در جدول زیر، مقاومت‌های فشاری تقریبی بتن‌های حجیم با حباب هوا با نسبت‌های مختلف آب به سیمان ارائه شده است:
| مقاومت فشاری تقریبی ۲۸ روزه (fʹc) بر حسب psi (MPa) با مصالح سنگی شکسته | مقاومت فشاری تقریبی ۲۸ روزه (fʹc) بر حسب psi (MPa) با مصالح سنگی طبیعی | نسبت وزنی آب به سیمان |
| (۳۴٫۵) ۵۰۰۰ | (۳۱٫۰) ۴۵۰۰ | ۰٫۴ |
| (۲۶٫۲) ۳۸۰۰ | (۲۳٫۴) ۳۴۰۰ | ۰٫۵ |
| (۲۱٫۴) ۳۱۰۰ | (۱۸٫۶) ۲۷۰۰ | ۰٫۶ |
| (۱۷٫۲) ۲۵۰۰ | (۱۴٫۵) ۲۱۰۰ | ۰٫۷ |
| (۱۳٫۱) ۱۹۰۰ | (۱۱٫۰) ۱۶۰۰ | ۰٫۸ |
-
نکات قابل توجه در طراحی طرح اختلاط بتن حجیم
نسبت آب به سیمان: در شرایط محیطی ملایم یا متوسط، حداکثر نسبت آب به سیمان ۰٫۸ برای بخش داخلی سد و دیوارهای آب‌بند و ۰٫۶ برای سطوح خارجی واقع در معرض آب مجاز است.
مقاومت فشاری: مقاومت بتن باید چهار برابر حداکثر تنش در یک سال پس از ساخت باشد.
مقدار سیمان: مقدار سیمان مصرفی در بتن سدهای وزنی که قبل از سال ۱۹۴۰ تکمیل شده‌اند و در آنها از افزودنی حباب هواساز، کاهنده آب و پوزولانی استفاده نشده است، حدود ۳۷۶lb/yd3 (223kg/m3) می‌باشد.
استفاده از پوزولان: در بتن‌های حاوی پوزولان، مقاومت فشاری بیشتری مشاهده شده است. وقتی از پوزولان استفاده می‌شود، مقاومت باید در ۹۰ روزگی تعیین گردد و نسبت‌های آب به سیمان را می‌توان با استفاده از فرمول‌های خاص به نسبت‌های w/ (c+P) تبدیل کرد.
هوا: حداقل ۳% تا ۴% هوا برای بتن حجیم توصیه می‌شود. در بعضی موارد، %۶ تا ۸% هوا بدون هیچ مقدار افت مقاومتی اعمال شده است.
خاکستر بادی: معمولاً از ۳۵% خاکستر بادی (بر حسب درصدی از حجم کل مواد سیمانی) برای بتن‌های داخلی و ۲۵% از آن برای بتن خارجی استفاده می‌شود.
مصالح سنگی: برای ماسه‌های با نرمی متوسط (مدول نرمی برابر با ۲٫۶ تا ۲٫۸)، مقدار تقریبی مصالح سنگی درشت‌دانه برابر با ۷۸ تا ۸۰% (بر حسب درصدی از حجم مطلق کل مصالح سنگی) است. بنابراین مقدار مصالح سنگی ریزدانه فقط حدود ۲۰ تا ۲۳% است.
نمونه‌هایی از سدهای موفق
سد هوور: مقاومت فشاری ۴۲۶۰ Psi (۲۹MPa)
سد گراند کولی: مقاومت فشاری ۷۹۵۰psi (۵۵MPa)
سد شاستا: مقاومت فشاری ۵۱۰۰psi (۳۵MPa)
سد هانگری هورس: حاوی ۱۱۱kg/m3 سیمان پرتلند نوع II ،۵۶kg/m3 پوزولان و نیز افزودنی بتن حباب هواساز.
مشکلات رایج در بتن حجیم و راه حل‌ها
-
توزیع دما
اختلاف دما بین مرکز و سطح بتن می‌تواند باعث ایجاد تنش و ترک‌خوردگی شود. برای حل این مشکل، باید از سیمان‌های کم حرارت استفاده کرد. باید مصالح را خنک کرد. بتن‌ریزی را در شب باید انجام داد.
-
درز سرد
ایجاد درز سرد بین لایه‌های مختلف بتن می‌تواند باعث کاهش مقاومت و دوام بتن شود. برای جلوگیری از درز سرد، باید از بتن با گیرایی بالا استفاده کرد. بتن‌ریزی را به صورت مداوم انجام داد.
-
بتن‌ریزی در هوای گرم
در هوای گرم، بتن به سرعت رطوبت خود را از دست می‌دهد. برای جلوگیری از این مشکل، باید، بتن‌ریزی را در شب انجام داد.از آب سرد یا یخ در اختلاط استفاده کرد. لوله و دستگاه‌های بتن‌سازی را عایق حرارتی کرد. مصالح را در برابر نور خورشید محافظت کرد. از سیمان‌های گرم و بتن‌های خیلی خشک استفاده نکرد.
-
بتن‌ریزی در هوای سرد
در هوای سرد، بتن ممکن است یخ بزند. برای جلوگیری از یخ‌زدگی، باید، مصالح را در محیط گرم و خشک نگهداری کرد. نسبت سیمان به آب را افزایش داد. از روان‌کننده‌ها استفاده کرد. آب اختلاط را گرم کرد. فاصله زمانی بین تهیه و ریختن بتن را کاهش داد. از قالب‌های چوبی ضخیم یا قالب‌های فلزی عایق‌بندی شده استفاده کرد. سطوح بتن را بلافاصله پس از بتن‌ریزی محافظت کرد.
روش‌های کنترل دما در بتن حجیم
1- کاهش آب آزاد بتن
2- کاهش میزان سیمان مصرفی
3- استفاده از سیمان‌های کم حرارت
4- استفاده از پوزولان به جای سیمان
5- استفاده از مواد روان کننده و کاهنده آب
6- استفاده از سیمان بیات و افزودنی‌های کندگیر کننده
7- دقت در سایز و شکل سنگدانه‌ها و انتخاب آنها درشت‌تر
8- استفاده از مواد حباب زا برای افزایش نفوذپذیری و دوام بتن
9- کاهش اسلامپ بتن حجیم تا حد امکان با توجه به طرح اختلاط
10- کاهش دمای پیش تبرید بتن و خنک نگه داشتن آن در طول بتن ریزی
و در پایان…
بتن حجیم یک ماده حیاتی برای ساخت سازه‌های عظیم است. درک صحیح از ویژگی‌ها، کاربردها و روش‌های اجرای آن، برای موفقیت در پروژه‌های بزرگ عمرانی ضروری است. با رعایت استانداردها و اتخاذ تدابیر مناسب برای کنترل گرما، می‌توان از دوام و پایداری این نوع بتن اطمینان حاصل کرد.
ما در شرکت زیباسازان در مشهد با مدیریت روح الله قدرتی در صنعت ساختمان خدماتی مانند: ساخت و ساز با هزینه کم، تهاتر در ساخت و ساز و مشارکت در ساخت، خرید و فروش ملک را به شما عزیزان ارائه می‌دهیم. با مشاورین ما در ارتباط باشید.