تبلیغات
مقاله عمران - بتن(مقاله)
 
مقاله عمران

بتن:

یکی از مهمترین و متداولترین مصالح ساختمانی «بتن» (Concrete) است که به علت دارا بودن خواصی از جمله شکل خمیری قبل از گیرش، مقاومت خوب در برابر آتش سوزی، دسترسی آسان به مصالح و مقاومت فشاری خوب آن استفاده از آن را با مقبولیت عمومی روبرو کرده است.

بتن مصالحی شبیه به سنگ است که از مخلوط کردن مقدار متناسبی از سیمان، شن، ماسه، آب و افزودنی های دیگر بدست می‌آید. توده اصلی بتن، سنگ دانه‌های درشت و ریز (شن و ماسه) است و فعل و انفعال شیمیایی بین آب و سیمان که به صورت شیره‌ای اطراف سنگدانه‌ها را پوشانده است، باعث یکپارچه شدن و چسبیدن سنگدانه‌ها به یکدیگر می شود. این سنگدانه‌ها اسکلت اصلی بتن را تشکیل داده و نیروی وارد بر بتن را تحمل می کنند، آب نیز در این مخلوط موجب ایجاد واکنش شیمیایی در سیمان می‌شود که سخت شدن مخلوط بتن را پس از طی دوره حدود بیست و هشت روز و رسیدن به مقاومت نهایی بتن به همراه دارد. شن و ماسه حدود 65 درصد مخلوط بتن و مابقی را خمیر سیمان و درصد بسیار کمی هوا تشکیل می دهد.
در نیمه دوم قرن نوزدهم برای غلبه بر این محدودیت مقاومت کششی بتن، اقدام به استفاده از میلگردهای فولادی که دارای مقاومت کششی بالایی هستند در قسمت های تحت کشش در بتن شد؛ چسبندگی عالی فولاد به بتن در این ترکیب یکی دیگر از مهم ترین عوامل استفاده از فولاد در بتن است. ترکیب بدست آمده "بتن مسلح" خوانده می‌شود که اغلب مزایای خوب دو ماده مختلف را به تنهایی داراست و همین مشخصه مطلوب، استفاده بتن مسلح را در انواع مختلف سازه ها نظیر، ساختمان‌ها، پل ها، سدها و... امکان پذیر می‌کند. اما در سازه هایی نظیر پل‌های قوسی، پوشش گنبدی، پوشش‌های پلیسه‌ای و مخازن استوانه‌ای به علت دخیل بودن عامل خمش در سازه از نوع دیگری از بتن با نام "بتن پیش تنیده" استفاده می‌شود. در این روش فولاد که بصورت مفتول یا کابل است تا نزدیکی حد جاری شدن کشیده می شود، پس از بتن‌ریزی و گرفتن بتن و در نتیجه ایجاد چسبندگی لازم بین فولاد و بتن، عامل کشش در فولاد حذف شده و کلیه نیروی کششی فولاد به صورت فشاری در بتن وارد می شود که قابلیت باربری سازه را در برابر نیرو های ناشی از خمش زیاد می کند.
در فرایند استفاده از بتن دو عامل نقش اساسی دارند که در رسیدن بتن به مقاومت نهایی آن که مهندسین طراح سازه طبق آیین نامه های موجود برای سازه های مختلف و با در نظر گرفتن پارامترهای طراحی اعلام می دارند بسیار موثرند. 1)ساخت بتن 2)بتن ریزی.
در فرایند ساخت بتن طراح با استفاده از آیین نامه های موجود و در نظر گرفتن مقاومت نهایی لازم، درصد هر یک از مواد تشکیل دهنده بتن را اعلام و شرکت سازنده نیز بوسیله این دستورالعمل اقدام به ساخت بتن می‌کند. در مرحله دوم نیز مجری طرح با رعایت کامل ضوابط آیین‌نامه‌های اجرایی بتن‌ریزی اقدام به بتن ریزی و نگهداری از آن تا رسیدن به مقاومت نهایی آن می‌کند. عدم رعایت هر یک از این ضوابط موجب می‌شود تا بتن در هنگام بارگذاری و مواقع بحرانی دچار آسیب شده و خسارات جبران ناپذیری را موجب شود. لذا باید مبادی ذیربط با نظارت کامل نسبت به اجرای صحیح ضوابط موجود توسط طراحان، شرکت های سازنده بتن و پیمانکاران و بازرسی های منظم و آزمایشات مقاومت بتن در تمامی مراحل ساخت و اجرا از بروز خسارات ناشی از اجرای ناصحیح این ضوابط جلوگیری کنند.
.............................................................................................................................................

بتن سبك و اثر میكروسیلیس ها در افزایش مقاومت آن

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 .
یكی از معایب مهم ساختمانهای بتنی وزن بسیار زیاد ساختمان می باشد كه با میزان تخریب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقیم دارد . اگر بتوانیم تیغه های جدا كننده و پانل ها را از بتن سبك بسازیم وزن ساختمان و در نتیجه آن تخریب ساختمان توسط زلزله مقدار زیادی كاهش می یابد . ولی كم بودن مقاومت بتن سبك عامل مهمی در محدود نمودن دامنه كاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است . استفاده از میكروسیلیس در ساخت بتن سبك سبب شده است كه مقاومت بتن سبك بالا رود و این محدودیت كاهش یابد . در این تحقیق ضمن توضیحاتی در مورد بتن و تاثیر آب بر روی مقاومت بتن ، بیشتر در باره بتن سبك و روشهای افزایش مقاومت آن با استفاده از میكروسیلس ، خواص مكانیكی و همچنین موارد كاربرد آن بحث می شود .
1- سیمان
- سیمان تولید شده در كشور ما با سیمان تولید شده در كشورهای صنعتی متفاوت است كه لازم است تفاوت آن تا حد ممكن بررسی شود .
- طبقه بندی سیمانها شناسایی شود .
-  عدم تنوع در كیفیت سیمان نشانه ضعفهایی از سیستم ساخت و ساز می باشد .
-  عدم استفاده از سیمان با كیفیت بالا از عوامل اولیه عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد .
2 – شن و ماسه
- معیارها و آئین نامه های تولید كلان شن و ماسه بررسی شود .
- تولید كلان  شن و ماسه در كشور ما از نظر معیار و رعایت آئین نامه های تولید بررسی شود .
-  معایب شن و ماسه تولیدی در كشور در حد كلان بدلائل زیر آنرا در درجه دوم و یا سوم كیفیت قرار می دهد .
الف : وجود گرد و غبار
ب : عدم شستشو
ج : دانه بندی نا صحیح
د : استفاده از شن و ماسه رودخانه ای بجای شن و ماسه شكسته .
- استفاده از شن و ماسه درجه 2 و یا 3 از عوامل ثانوی عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد .
افزایش مقاومت بتن مد نظر تمام دست اندركاران صنعت تولید بتن می باشد .
ساختار بتن :
- بتن دارای چهار ركن اصلی می باشد كه به صورت مناسبی مخلوط شده اند ، این چهار ركن 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 كه جزﺀ اركان 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 یكپارچه بهم بچسباند .
-  استفاده از آب برای ایجاد واكنش شیمیایی است .
-  برای ایجاد كار پذیری لازم بتن مقداری آب اضافی استفاده می شود تا بتن با پر كردن كامل زوایای قالب بتواند دور كلیه میلگرد های مسلح كننده 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 بركه
4- آب رودخانه در صورتی كه به پسابهای  شیمیایی كارخانجات آلوده نباشد و غیره …
بطور كلی آبی كه برای نوشیدن مناسب باشد برای بتن نیز مناسب است باستثناﺀ مواردی كه متعاقبا توضیح داده خواهد شد .
- آبهای نا مناسب برای ساختن بتن
1- آبهای دارای كلر ( موجب زنگ زدگی آرماتور می شود )
2-  آبهایی كه 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 كلرید موجب اثر گذاری نا مطلوب روی بتن می شوند .
نكته : 1- آبی كه مثلا شكر در آن حل شده است برای نوشیدن مناسب است ولی برای ساخت بتن مناسب نیست .
نكته : 2- مزه بو و یا منبع تهیه آب نباید به تنهایی دلیل رد استفاده از آب باشد .
نكته : 3- ناخالصیهای موجود در آب چنانچه از حد معین بیشتر گردد ممكن است بشدت روی زمان گرفتن بتن ، مقاومت بتن ، پایداری حجمی آن ، اثر بگذارد و موجب زنگ زدگی فولاد شود .
نكته : 4- استفاده از آب مغناطیسی بعنوان یكی از چهار ركن اصلی مخلوط بتن می تواند بعنوان تاثیرگذار بر روی یارامترهای مقاومت بتن انتخاب گردد .
تمایز بتن از نظر چگالی :
الف : بتن معمولی : چگالی بتن معمولی در دامنه باریك 2200 تا 2600 kg/m3 قرار دارد زیرا اكثر سنگها در وزن مخصوص تفاوت اندكی دارند ( ادامه این مبحث از بحث ما خارج است )
ب : بتن سنگین : از این بتنها در ساختمان محافظهای بیولوژیكی بیشتر استفاده می شود مانند ساختار ، آكتورهای هسته ای و پناهگاههای ضد هسته ای كه مورد بحث ما نمی باشد كه چگالی آن معمولا بیشتر از 2200 تا 2600 كیلوگرم بر متر مكعب می باشد .
ج : بتن سبك : مصرف بتن سبك اصولا تابعی از ملاحظات اقتصادی است ضمن اینكه استفاده از این بتن بعنوان مصالح ساختمانی دارای اهمیت بسیار زیادی است این بتن دارای چگالی كمتر از 2200 تا 2600 كیلوگرم در متر مكعب می باشد . بدلیل اینكه دارای چگالی كمتر از بتن سنگین است دارای امتیاز قابل توجهی از نظر ایجاد بار وارده بر سازه می باشد چگالی بتن سبك تقریبا بین 300 و 1850 كیلوگرم بر متر مكعب می باشد یكی از امتیازات مهم امكان استفاده از مقاطع كوچكتر و كاهش مربوطه در اندازه پی ها می باشد ضمن اینكه قالبها فشار كمتری را از حالت بتن معمولی تحمل می كنند و همچنین در كاهش جابجایی كل وزن مصالح بدلیل افزایش تولید جایگاه ویژه ای دارد .
روش های كلی تولید بتن سبك :
- روش اول : از مصالح متخلخل سبك با وزن مخصوص ظاهری كم بجای سنگدانه معمولی كه تقریبا دارای چگالی 6/2 می باشد استفاده می كنند .
-  روش دوم : بتن سبك تولید شده در این روش بر اساس ایجاد منافذ متعدد در داخل بتن یا ملات می باشد كه این منافذ باید به وضوح از منافذ بسیار ریز بتن با حباب هوا متمایز باشد كه بنام بتن اسفنجی ، بتن منفذ دار و یا بتن گازی یا بتن هوادار می شناسند .
- روش سوم : در این روش تولید ، سنگدانه ها ی ریز از مخلوط بتن حذف می شوند . بطوریكه منافذ متعددی بین ذرات بوجود می آید و عموما از سنگدانه های درشت با وزن معمولی استفاده می شود . این نوع بتن را بتن بدون سنگدانه ریز می نامند .
نكته : كاهش در وزن مخصوص در هر حالت به واسطه  و جود منافذ یا در مصالح یا در ملات و یا در فضای بین ذرات درشت موجب كاهش مقاومت بتن می شود .
طبقه بندی بتن های سبك بر حسب نوع كاربرد آنها :
- بتن سبك بار بر ساختمان
-  بتن مصرفی در دیوارهای غیر بار بر
-  بتن عایق حرارتی
نكته 1- طبقه بندی بتن سبك بار بر طبق حداقل مقاومت فشاری انجام می گیرد .
مثال : طبق استاندارد 77 – 330 ASTM C در بتن سبك ---- مقاومت فشاری بر مبنای نمونه های استوانه ای استاندارد از    شده پس از 28 روز نباید كمتر از Mpa 17 باشد . و وزن مخصوص آن نباید از 1850 كیلوگرم بر متر مكعب تجاوز نماید كه معمولا بین 1400 او 1800 كیلوگرم بر متر مكعب است .
نكته : 2- بتن مخصوص عایق كاری معمولا دارای وزن مخصوص كمتر از 800 كیلوگرم بر متر مكعب و مقاومت بین 7/0 و Mpa 7 می باشد .
انواع سبك دانه هایی كه به عنوان مصالح در ساختار بتن سبك استفاده می شود :
الف -  سبك دانه های طبیعی : مانند دیاتومه ها ، سنگ پا ، پوكه سنگ ، خاكستر ، توف كه بجز دیاتومه ها بقیه آنها منشاﺀ آتشفشانی دارند .
نكته :1- این نوع سبك دانه ها معمولا بدلیل اینكه فقط در بعضی از جاها یافت می شوند به میزان  زیاد مصرف نمی شوند ، معمولا از ایتالیا و آلمان اینگونه مصالح صادر می شود .
نكته : 2- از انواعی پوكه معدنی سنگی كه ساختمان داخلی آن ضعیف نباشد بتن رضایت بخشی با وزن مخصوص 700 تا 1400 كیلو گرم بر متر مكعب تولید می شود كه خاصیت عایق بودن آن خوب می باشد اما جذب آب و جمع شدگی آن زیاد است . سنگ پا نیز دارای خاصیت مشابه است .
ب -  سبك دانه های مصنوعی : این سبك دانه ها به چهار گروه تقسیم می شوند .
- گروه اول : كه با حرارت دادن و منبسط شدن خاك رس ، سنگ رسی ، سنگ لوح ، سنگ رسی دیاتومه ای ، پرلیت ، اسیدین، ورمیكولیت بدست می آیند .
- گروه دوم : از سرد نمودن و منبسط شدن دوباره كوره آهن گدازی به طریقی مخصوص بدست می آید .
- گروه سوم : جوشهای صنعتی ( سبكدانه های كلینكری) می باشند .
- گروه چهارم : مخلوطی از خاك رس با زباله خانگی و لجن فاضلاب پردازش شده را می توان به صورت گندوله در آورد تا با پختن در كوره تبدیل به سبك دانه شود ولی این روش هنوز به صورت تولید منظم در نیامده است .
در جدول ( 1 ) خواص انواع بتن های سبك كه با این سنگدانه ها ساخته می شوند نشان داده شده اند :
الزامات سبكدانه ها بتن سازه ای :
الزامات سبكدانه ها در آیین نامه های ASTM C330-89 ( مشخصات سبكدانه ها برای بتن سازه ای در آمریكا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبكدانه 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 . برخی الزامات دانه بندی این آیین نامه ها در جداول 2 ، 3 و 4 نشان داده شده اند .
ذكر این نكات برای فهم بهتر این جداول مفید است :
1- آیین نامه BS 1047:7983 مشخصات دوباره در هوای سرد شده ، كه منبسط نشده است را در بر می گیرد .
2- سبكدانه های به كار رفته در بتن سازه ای ، صرفنظر از منشأ آنها تولیداتی مصنوعی می باشند و در نتیجه معمولا یكنواخت تر از سبكدانه طبیعی می باشند . بنابراین سبكدانه را می توان برای تولید بتن سازه ای با كیفیت ثابت مورد استفاده قرار داد .
نكته : سبكدانه ها دارای خصوصیت ویژه ای هستند كه 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 سبكدانه ها در جذب مقادیر زیاد آب و همچنین امكان نفوذ مقداری از خمیر تازه سیمان به درون منافذ باز ( سطحی ) ذرات سبكدانه (مخصوصا ذرات درشت تر ) در نتیجه این جذب آب توسط سبكدانه ، وزن مخصوص آنها زیادتر از وزن مخصوص ذراتی می شود كه در گرمچال خشك شده اند .
روشهای افزایش مقاومت بتن سبك :
كم بودن مقاومت بتن سبك عامل مهمی در محدود نمودن دامنه كاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است برای بدست آوردن بتن سبك با مقاومت زیاد روشهای زیادی مورد توجه قرار گرفته است .
نكته : عامل موثر و مشترك در كلیه این پژوهشها مصرف میكروسیلیس در بتن می باشد . در اینجا اجمالا به چند روش اشاره می گردد :
1- تحقیقات مشترك V.Novokshchenov و W.Whitcomb جهت افزایش مقاومت بتن سبك و بهبود دیگر خواص آن با استفاده از سبكدانه های سیلیسی منبسط شده ، به اعتقاد آنان مقاومت بتن سبك تابعی از مقاومت سبكدانه ها و ملات است كه این رابطه به صورت ذیل ارائه گردید .
fc = fm (vm)+fa (1-vm)
fc = مقاومت بتن    fa = مقاومت سبكدانه
fm = مقاومت ملات  vm = حجم نسبی ملات
بدین ترتیب مشاهده می شود كه می توان با افزایش مقاومت سبكدانه و مقاومت و حجم ملات مقاومت بتن سبك را افزایش داد .(مقاله نت)

...........................................................................................................................................

بتن پیش تنیده:

استفاده از بتن پیش تنیده در ایجاد پلها و ساختمان ها و تمام سازه ها از حدود 50 سال پیش تا کنون در سطح وسیع متداول شده است. با توجه به عیوب مختلف فولاد( نا پایداری الاستیک نیمرخ های فلزی، خوردگی و زنگ زدگی، فزونی بهای تولید...) امروزه اغلب پلهای بزرگ از بتن پیش تنیده ساخته می شوند، اما برخلاف حالت بتن مسلح مصالح مصرفی جهت این پلها باید از کیفیت بسیار خوبی برخوردار باشند .

در بتن پیش تنیده نیز مانند بتن مسلح از بتن که دارای مقاومت بسیار خوب فشاری است و فولاد استفاد می شود اما بتن مسلح ترکیبی از بتن و فولاد است که در آن بتن در مقابل فشار و فولاد در مقابل کشش مقاومت می کند در حالی که در بتن پیش تنیده با انجام یک عمل مکانیکی بتن به تنهایی تنشهای کششی و فشاری ایجاد شده را تحمل می نماید. برای طرح محاسبه قطعات پیش تنیده روش و ترتیب اجرای سازه باید دقیقا مشخص باشد زیرا مقادیر تنش های ایجاد شده در قطعات در حین اجرای سازه بسیار مهم و گاهی تعیین کننده می باشند. همچنین برخلاف حالت بتن مسلح بعد از بررسی پایداری سازه تغییر شکلهای کوتاه مدت و دراز مدت بتن و فولاد نیز باید به دقت مورد مطالعه قرار گیرند. مصالح مصرفی در سازه های بتن پیش تنیده باید از کیفیت عالی برخوردار بوده و با دقت نیز مورد استفاده قرار گیرند با توجه به این که بتن در سن کم که مقاومت نسبتاً ضعیفی داشته و قابل تغییر شکل نیز می باشد تحت فشار فوق العاده زیادی قرار می گیرد باید کیفیت آن به مراتب از کیفیت بتن مصرفی در سازه های بتن مسلح بالاتر باشد همچنین فولاد نیز با توجه به اینکه تحت کشش فوق العاده زیادی قرار می گیرد (100تا 180 کیلو گرم بر میلی متر مربع ) باید مقاومت مناسبی داشته باشد بنابر این در زمان اجرای سازه مصالح مصرفی در بتن پیش تنیده تحت تنش های فوق العاده مهمی قرار می گیرند که عمل تنیدن آزمایش مناسبی برای کنترل کیفیت مصالح به کار رفته است.



درباره وبلاگ

دوستان خوش امدید

این وبلاگ جهت پیشبرد در صنعت مقاله های عمران و معماری میباشد

مدیر وبلاگ : مهندس محسن حسن ابادی
صفحات جانبی
نظرسنجی
نظر خود را در مورد مقالات بگویید







جستجو

آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :