بتن در كارگاههاي ايران

[sajad.akhuondi9446]

پرديس فناوري کيش طرح مشاوره متخصصين صنعت و مديريت گروه  اجرائي و عمران

بتن در كارگاههاي ايران

مصرف بتن بعلت ارزاني و دسترسي راحت به آن روز به روز در سراسر جهان توسعه مي يابد زيرا مصالح مورد مصرف در بتن كه عبارت از شن و ماسه و سيمان است بحد وفور در همه جاي كره زمين يافت مي شود. از طرفي بعلت عمر طولاني قطعات بتني و مقاومت بتني و مقاومت آن در مقابل عوامل جوي در مقايسه با ساير مصالح مخصوصا فولاد توجه مهندسين را در سراسر دنيا به خود معطوف داشته و در نتيجه كاربرد آن روز به روز زيادتر مي شود، بطوريكه در صد ساختمانهاي بتني بلند به نسبت ساختمانهاي ديگر روز به روز رو به فزوني است حتي در بعضي ممالك احداث ساختمانهاي بلند فقط با بتن آرمه مجاز است.

ديگر از جاذبه هاي بتن آنست كه اين جسم قبل از سخت شدن سيال بوده و در هر شكل قالبي كه ريخته شود بعد از سخت شدن به همان شكل در مي آيد از اين راه معماران و طراحان مي توانند اجزاء مختلخ ساختمان را از لحاظ هندسي به دلخواه خود نمايند.

در عوض عيب بزرگ قطعات بتن آرمه آنست كه هيچ وقت فرضيات محاسباتي كاملا مطابق واقعيت نيست زيرا اولين فرضي كه يك محاسب ساختمان بتن آرمه مي كند آنست كه بتن و فولاد را جسم همگن فرض نموده و تنش و كرنش آنها را مساوي در نظر مي گيرد و محاسبات خود را بر مبناي آن شروع كرده و ادامه مي دهد در صورتيكه اين فرض كاملا با حقيقت وفق نمي دهد و تنش و كرنش بتن و فولاد كاملا مساوي نيستند. ولي اگر در طراحي بتن وساخت و اجراء و عمل آوري و بالاخره در نگهداري آن دقت كافي بعمل آيد و بتن مطابق دستورالعمل هاي مؤسسات تحقيقاتي و استاندلردهاي دنيا طراحي و ساخته شود شايد به ميزان قابل توجهي فرضيات و عمل بهمديگر نزديك شوند.

براي رسيدن به اين هدف كه بتوانيم در ايران بتني كاملا مطابق با استانداردهاي بين المللي استفاده نمائيم دو اشكال موجود است:

الف: بتن استاندارد با كيفيت عالي به مراتب از بتني كه ما اينك در كارگاهها از آن استفاده مي نمائيم گرانتر تمام مي شود و از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نيست و اين مطلب براي سازندگان واحدهاي مسكوني كه اغلب قريب به اتفاق انبوه سازان واحدهاي مسكوني بوده و فروشندگان آن مي باشند نه استفاده كنندگان از آن، خوشايند نيست.

ولي اگر توجه داشته باشيم كه بتن با كيفيت خوب، توان باربري بيشتري را دارا مي باشد، متوجه مي شويم كه بتن خوب در نهايت از لحاظ اقتصادي بيشتر به صرفه نزديك است براي مثال مي توانيم بگوييم كه طبق استانداردهاي بين المللي مهندس محاسب مجاز است كه بار فشاري معادل 210 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع را روي سازه بتني بگذارد ولي عملا مهندسين محاسب ايراني بيش از 80 تا 90 و حداكثر 110 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع توان باربري قائل نيستند. يعني چيزي كمتر از 2/1 توان مجاز و اين بعلت بدي اجراء بتن مي باشد. در اينصورت مشاهده مي شود اگر ساخت بتن با كيفيت عالي حتي اگر 20 درصد هم گرانتر تمام شود با توجه به حداكثر توان باربري بتن هنوز 80 درصد به نفع توليد كننده است. ا طرفي ابعاد قطعات بتني با توان باربري بالاتر كوچك تر شده در نتيجه فضاي كمتري را اشغال مي نمايد و اين خود موجب وسيع تر شدن فضاهاي معماري مي شود.

ب : نكته دوم كمبود و يا بهتر بگوئيم نبود كارگران ماهر بتن ساز و عدم آشنائي كارگران به رفتارهاي بتن مي باشد. زيرا اكثر دست اندركارات بتن و بتن سازي چنين گمان مي‌كنند كه اگر آب و شن و ماسه و سيمان را مخلوط كرده و در قالب جا بدهند بتن سازي و بتن ريزي نموده اند.

تجربه نشان داده است كه اگر در ساختن و جا دادن بتن در قالب و حفظ و نگهداري آن دقت بيشتري بعمل آيد قطعه مورد نظر حتي تا 50 درصد داراي توان باربري بالاتري مي‌باشد بدون آنكه هزينه بيشتري رامتحمل شويم.

در اين كتاب سعي ما بر اين است كه رفتارهاي بتن را به دور از مباحث علمي توضيح داده و مراحل ساخت و نگهداري آنرا با زبان ساده تشريح نمائيم.

 

اجزاء تشكيل دهنده بتن

همانطوريكه مي دانيم بتن تشكيل شده است از سنگدانه هاي كوچك بنام ماسه و سنگدانه هاي درشت تر بنام شن كه اين سنگدانه ها بوسيله چسب مخصوصي بنام سيمان در مجاورت آب بهمديگر مي چسبند و جسم متراكم و سختي را بنام بتن ايجائ مي نمايند كه اگر اين بتن در شرايط خوب تهيه و عمل آورده شود و سيمان آن به اندازه كافي باشد در اثر نيروي فشاري در حدود 350 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع متلاشي مي شود و توان آن 6/0 عدد فوق بوده يعني در محاسبات تا 210 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع بار فشاري مي توانيم روي آن قرار دهيم ولي اين قطعه در مقابل نيروهاي كششي بسيار ضعيف بوده و اگر بتن در شرايط بسيار خوب تهيه و نگهداري شود نيروي كششي تا 32 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع را مي تواند تحمل نمايد. بهمين علت در بتن فولاد (ميلگرد) مي گذارند تا نيروهاي كششي را تحمل نمايد. در نتيجه بتن تشكيل شده است از شن، ماسه، سيمان، آب و فولاد.

 

سنگدانه

سنگدانه ها در حدود 4/3 تا 5/4 حجم بتن را تشكيل مي دهند به همبن علت رفتار آنها در بتن مقاومت و ساير خصوصيات آنرا تحت تأثير قرار مي دهد. لذا بايد سنگدانه ها از هر لحاظ مورد وطالعه قرار مي گيرند.

رفتار سنگدانه ها را بايد از دو نقطه نظر مورد مطالعه قرار دهيم.

1-رفتار فيزيكي

2-رفتار شيميايي

در قسمت اول شكل هندسي سنگدانه ها-بزرگي آنها- درصد هر اندازه در كل توده-وزن مخصوصي آنها-مواد خارجي همراه آنها-استعداد جذب آب آنها-آب همراه سنگدانه-سختي آنها و غيره مورد مطالعه قرار مي گيرد و در قسمت دوم جنس سنگدانه-وتكنش هاي شيميايي آنها در روند سخت شدن سيمان و همچنين واكنش هاي شيميايي آنها در زمان نگهداري و بهره برداري از قطعه بتني را مطالعه مي نمائيم.

رفتار فيزيكي سنگدانه ها

در حقيقت بايد به كليه دانه هاي سنگي موجود در طبيعت گفته مي شود، ولي در تداول عامه و مخصوصا در زبان فارسي براي آنكه شنونده در ضمن مكالمه اندازه سنگ را نيز درك نمايند براي هر اندازه از سنگدانه نام مخصوصي را تعيين نموده اند مثلا براي دانه هاي بسيار ريز فيلر و دانه هاي درشت تر به ترتيب ماسه بادي، ماسه، شن نخودي،شن بادامي، قلوه سنگ، پاره سنگ، تخته سنگ، صخره و بالاخره كوه نام گذاري كرده اند.

از ميان سنگدانه هاي مذكور در بتن شن و ماسه مورد مصرف دارد. در اين كتاب و طبق استانداردهاي بين المللي دانه هاي از 6/0 ميليمتر تا 5 ميليمتر ماسه ناميده شده است و از 5 ميليمتر تا 22 ميليمتر را شن نام گذاري كرده اند البته بايد توجه نمود كه در بتن ريزي هاي حجيم سنگدانه هاي بزرگتر از 22 ميليمتر نيز مصرف مي شود.

اغلب مؤسسات و استانداردهايي كه روي بتن كار كرده اند منحني ها و دستورالعمل هاي متعددي براي اندازه ها ارائه كرده اند كه اكثر قريب به اتفاق آنها روي در صد دانه ها از لحاظ اندازه تكيه نموده است. ولي كليه اين دستورالعمل ها مربوط به سنگدانه هاي همان مملكت بوده و حتي مربوط به همان رودخانه و معدني است كه سنگدانه هاي آن مورد آزمايش قرار مي گيرند و براي ممالك ديگر و حتي معادن شن و ماسه ناحيه ديگر در همان مملكت نيز نمي توانند صد در صد مورد استفاده باشند.

البته اين مطلب درست است كه اين دستورها مي تواند معياري قابل قبول و راهنماي خوبي براي دانه بندي بتن ساير ممالك نيز باشند ولي صد در صد نمي تواند مورد قبول قرار گيرند بدين لحاظ بهتر است براي بتن ريزي هاي بزرگ قبل از شروع كار و بعد از انتخاب معدن شن و ماسه اقدام به آزمايش هاي محلي نموده و بهترين دانه بندي را انتخاب نمائيم .

مي دانيم بتن مخلوطي است از شن و ماسه و سيمان و آب و همچنين مي دانيم در مخلوط شن و ماسه به مقدار قابل ملاحظه اي هوا وجود دارد. وجود هوا در بتن پوكي آنرا موجب مي گردد. در نتيجه هر قدر ما بتوانيم هواي موجود در بتن را به خارج هدايت نمائيم و هر قدر در قطعه بتني هواي حبس شده كمتر باشد قطعه تو پر تر بوده و وزن مخصوصي آن بالاتر مي باشد. با تعريف فوق معلوم مي شود كه بهترين دانه بندي براي اختلاط شن و ماسه آنست كه از لحاظ اندازه به طريقي انتخاب شوند كه حداكثر تراكم را ايجاد نمايند و بعبارت ديگر داراي حداقل هواي حبس شده در آن باشند.

چگونه شن و ماسه تهيه مي شود

هر ساله با طغيان رودخانه ها مقداري سنگدانه در محل آبرفت رودخانه ها باقي مي ماند كه اين آبرفت ها معادن شن و ماسه طبيعي را تشكيل مي دهند.

پس از آنكه اين معادن شناسايي و انتخاب گرديدند و جنس سنگ آن وسيله آزمايشگاه تأييد شد (در مورد جنس سنگدانه ها و تفاوت آنها با يكديگر در بخش رفتارهاي شيميايي سنگدانه ها توضيح داده خواهد شد) اقدام به بهره گيري از آن معادن مي گردد. مصالح موجود در معدن كه اندازه  سنگدانه هاي آن از قلوه سنگهاي درشت حتي به ابعاد 50 سانتيمتر تا سنگ دانه هاي ريز و ماسه و ماسه بادي و فيلر نيز در آن يافت مي شود بوسيله لودر بارگيري شده و وسيله كاميون به محل كارخانه تهيه شن و ماسه منتقل مي گردد.

اين مصالح ابتدا بوسيله ماشينهاي مخصوص شسته شده و گل و لاي آن جدا مي شود پس از شستن، سنگدانه ها با تسمه نقاله به ماشين دانه بندي منتقل مي گردد.

در آنجا دانه هاي درشت تر و خارج از اندازه جدا شده با تسمه نقاله به ماشين هاي سنگ شكن مي رود و طبق برنامه اي كه به آن ماشين داده شده است سنگدانه ها وسيله آسياب هاي مخصوص كه اغلب آسياب فكي مي‌باشند در چند مرحله خرد شده و به شن و ماسه به اندازه دلخواه تبديل مي شوند كه به آن ماسه شكسته مي گويند.

البته اگر كارخانه بيشتر سفارش شن و ماسه شكسته داشته باشد علاوه بر قلوه سنگهاي موجود در ماسه طبيعي از معدنهايي كه قبلا شناسايي شده اند نسبت به استخراج سنگ و تبديل آنها به شن و ماسه شكسته اقدام مي نمايد.

بقيه مصالح با الكلهاي لرزان دانه بندي شده و شن و ماسه بطور جداگانه با تسمه نقاله به انبارش شن و ماسه براي بارگيري و حمل به محل مصرف منتقل مي گردند كه به آن شن و ماسه طبيعي مي گويند.

آب حاصل از شستشوي سنگدانه ها كه حاوي ماسه بادي و فيلتر مي باشد به حوضچه هاي مخصوصي منتقل و دانه هاي موجود در آن پس از ته نشين شدن با تسمه نقاله به انبار ماسه بادي برده مي شود و به بازار مصرف عرضه مي گردد و آب روي آن كه زلال شده است دوباره به مصرف شستشوي ماسه ميرسد.

 


دانه بندي

منظور ازدانه هاي انتخاب درصدي مناسب از همه اندازه سنگدانه مي باشد

بطوريكه سنگدانه هاي ريزتر فضاي خالي بين سنگدانه هاي درشت تر را پر كرده تا هواي موجود در سنگدانه ها به حداقل برسد.

طبق تعريف ASTM (مؤسسه آمريكايي آزمايشات مصالح) كه اندازه دانه را با شماره الك تعيين مي نمايند بدين طريق است كه اگر دانه اي از الكي رد بشود و روي الك بعدي باقي بماند اندازه دانه مساوي با سوراخ الك بالائي مي‌باشد.

مي دانيم حجم يك توده از سنگدانه عبارت است از سنگدانه-آب و هوا. در ساختن بتن بايد حجم هواي بين سنگدانه ها حداقل باشد يعني فضاي خالي بين آنها از سنگدانه هاي كوچكتر و كوچكتر پر شود بطوريكه فاصله بين دو سنگدانه درشت با سنگدانه متوسط پر شده و فضاي بين دو سنگدانه متوسط با سنگدانه ريز تر اشغال گردد. همين طور تا كوچكترين سنگدانه كه ماسه مي‌باشد نيز فضايي را اشغال نمايد بطوريكه وزن مخصوص توده سنگدانه ها به حداكثر رسيده و در نتيجه هواي موجود بين آنها و در نهايت هواي موجود در بتن به حداقل برسد در اين صورت، بهترين دانه بندي را تهيه نموده ايم.

اهميت دانه بندي صحيح

در ساختن يك مخلوط بتن، فرض بر اين است كه سيمان مانند چسب باعث

چسبيدن سنگدانه ها به همديگر مي شود در نتيجه در مخلوط بتن آنقدر سيمان وجود داشته باشد تا دور سنگدانه ها را مانند فيلم نازكي احاطه نمايد و بيشتر از اين مقدار موجب ضعف قطعه بتني خواهد شد و بعبارت ديگر مقاومت يك قطعه ساخته شده از سيمان خالص و بدون سنگدانه به مراتب از يك قطعه بتني كه حاوي سنگدانه است كمتر مي باشد. همچنين بايد توجه داشته باشيم كه در يك مخلوط بتني سيمان گرانترين جزء مخلوط است. لذا اگر در طرح اختلاط بتن، دانه بندي سنگدانه ها را طوري تعيين نمائيم كه دانه هاي ريز تر هر قدر ممكن است بيشتر فضاي خالي بين دانه هاي درشت تر را پر نموده و حداكثر وزن مخصوص را ايجاد كند هم سيمان كمتري مصرف نموده ايم كه اين خود از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه است و هم قطعه ساخته شده بسيار مقاوم تر خواهد بود (بايد توجه نمود كه فضاي خالي بين دانه ها ممكن است با خمير سيمان پر شود كه اين خود موجب ضعف قطعه خواهد شد.

قبلا هم گفتيم كه در يك توده شن و ماسه بايد از همه اندازه سنگدانه وجود داشته باشد تا تراكم به حداكثر رسيده و ضريب تخلخل حداقل باشد. زيرا اگر منحني سنگدانه ها پيوسته نباشد يا از سنگدانه هاي يكدست و هم اندازه استفاده شود قطعه ما داراي ضريب تخلخل بالائي خواهد بود حتي اگر از سنگدانه هاي ريز استفاده گردد در ميزان ضريب تخلخل تفاوتي حاصل نمي‌شود. براي مثال اگر يك مكعب بع ضلع يك متر داشته باشيم و آنرا با يك گلوله به قطر 100 سانتيمتر و يا 8 گلوله هر كدام به قطر 50 سانتيمتر و يا 64 گلوله به قطر 25 سانتيمتر و يا گلوله هاي كوچكتر پر نمائيم در همه حالات حجم فضاي اشغال شده بوسيله گلوله ها 3/523 دسيمتر مكعب و حجم فضاي خالي 7/476 دسيمتر خواهد بود.

 

 

 

 

 

 

از مثال فوق معلوم مي شود كه اگر از ريز دانه ها هم استفاده شود در ضريب تخلخل تفاوتي حاصل نمي شود مهم آنست كه دانه بندي صحيح انجام شود توجه به اين نكته ضروري است كه دانه بندي صحيح صد در صد مطابق آنچه كه در آئين نامه هاي بتن ذكر شده نيست بلكه مي توان دامنه وسيعي از سنگدانه ها را با توجه به معادني كه در دسترس مي باشد انتخاب نمود در اين راه بايد ابتدا قطر بزرگترين دانه مصرفي در بتن با توجه به آئين نامه هاي مربوط انتخاب شود و بقيه دانه بندي به گونه اي تعيين گردد كه ضريب تخلخل به حداقل برسد. به اين طريق مي توانيم از مصالح موجود در محل كه مصرف آن از لحاظ اقتصادي به صرفه نزديك تر است استفاده نمائيم.

از آنجا كه معمولا در كارگاههاي كوچك و حتي در بعضي از كارگاههاي نسبتا بزرگ دسترسي به وسائل آزمايشگاهي مشكل است در نتيجه نمي توان در هر شيفت كاري حداقل يكبار بوسيله الكهاي مخصوص از درست بودن دانه بندي شن و ماسه حمل شده به كارگاه مطمئن شد لذا براي دسترسي به بهترين دانه بندي مي توانيم با سنگدانه هاي موجود در كارگاه با توجه به مثال فوق آزمايش ساده و عملي زير را كه دقت آن چندان از حقيقت ذور نيست انجام دهيم.

براي انجام اين آزمايش احتياج به چند عدد ليوان آبخوري هم اندازه و يك عدد مزور (استوانه مدرج) cc 500 داريم.

ابتدا بايد ليوان ها را شماره گذاري نموده و همه آنها را از درشت دانه و ريزدانه با نسبت هاي متفاوت پر نمائيم (چنانچه در قسمت انبار كردن سنگدانه خواهد آمد درشت دانه ها و ريز دانه ها بايد بطور مجزا انبار شوند) آنگاه نسبت اختلاط همه ليوان ها را يادداشت كنيم سپس كليه ليوان ها را با يك تخته كه بطور اره اي با اتكا به دو لبه ليوان روي سطح آن حركت مي دهيم تا سطح سنگدانه را با لبه ليوان ها هم سطح كنيم. آنگاه مزور را از آب پر كرده و همه ليوان ها را به آهستگي از آب پر مي نمائيم و به آنها مجال مي دهيم تا كليه حبابهاي هواي محبوس شده در لابلاي سنگدانه ها از آن خارج شوند. ميزان آب مصرف شده در هر ليوان را جلوي نسبت اختلاط شن و ماسه همان ليوان ثبت مي نمائيم. آب مصرف شده در هر ليوان نشانه فضاي خالي بين دانه هاي همان ليوان و يا بعبارت ديگر نشانه فضاي خالي همان نسبت اختلاط شن و ماسه مي باشد و كمترين آب مصرف شده در هر ليوان نشانه بهترين دانه بندي است. اگر فرض كنيم كه كليه فضاي خالي بين سنگدانه ها با خمير سيمان پر مي شود ميزان آب مصرفي هر ليوان ميران مصرف خمير سيمان همان ليوان و يا همان نسبت اختلاط را نشان مي دهد.

اغلب فروشندگان شن و ماسه و مسئولين كارگاه بتن سازي براي آنكه سنگدانه هاي مصرفي كيفيت بهتري داشته باشد اقدام به شستشوي سنگدانه ها مي نمايند با توجه به اينكه شستن سنگدانه ها كيفيت آنرا بالا مي برد ولي اگر اين شستشو در ماشين هاي ماسه شوئي و كاملا به طريقه فني نباشد كيفيتي نا مطلوب در سنگدانه ها ايجاد خواهد نمود زيرا اولا ممكن است شدت جريان آب ريز دانه هاي مفيد را به خارج منتقل نمايد در ثاني ممكن است در اثر شستشوي غير فني پراكندگي يكنواخت دانه ها در كل توده از دست برود كه اين هر دو در قطعه ساخته شده تاثير نا مطلوب خواهد داشت.

ضمنا توجه به اين نكته لازم است كه هيچ وقت در عمل دسترسي يه يك دانه بندي كاملا مطابق با استانداردهاي داده شده مقدور نيست زيرا بهر حال سنگدانه چه طبيعي و چه شكسته محصولي طبيعي بوده و شكل هندسي آن و همچنين پراكندگي اندازه هاي مختلف زيرا بهر حال سنگدانه چه طبيعي و چه شكسته محصولي طبيعي بوده و شكل هندسي آن و همچنين پراكندگي اندازه هاي مختلف دانه ها صد در صد در اختيار ما نيست. بهمين دليل اغلب استانداردهاي مهم دنيا بعد از ارائه دستورالعمل هاي دقيق براي تهيه و اختلاط اجزاء بتن بيشتر به آزمايشات محلي و در جا تكيه نموده اند لذا ملاحظه مي شود دانستن و اعمال چند آزمايش ساده بطوريكه انجام آن در كارگاه ميسر باشد تا چه اندازه حائز اهميت است.

 
نقش سنگدانه هاي مختلف در بتن

هر اندازه از سنگدانه ها تأثير مختلفي در خواص بتن دارند، مانند كارائي آن-مقاومتهاي آن و غيره از جمله درشت دانه ها مقاومت بتن و پايداري آنرا در مقابل نيروهاي وارده بالا مي برند. همچنين بعلت سطح مخصوص كمي كه دارند مصرف سيمان را پائين آورده و آب كمتري از مخلوط را بخود اختصاص مي دهند لذا با سيمان ثابت نسبت آب به سيمان را تقليل مي دهند از طرفي مصرف درشت ترين دانه در بتن محدوديت هايي دارد كه در قسمت هاي قبل در مورد آن توضيح داده شده است. درشت دانه ها بتن را خشن كرده و كارائي آنرا پائين مي آورند اگر مقدار درشت دانه ها از حد معيني در مخلوط زيادتر باشد ضريب تخلخل آنرا بالا رده و در نتيجه نفوذ پذيري آنرا زيادتر مي كند و در دراز مدت اين گونه بتن ها از آسيب پذيري بيشتري برخوردار هستند. از بتن هايي كه داراي درشت دانه هاي بيشتري هستند نمي‌توان در بتن هاي نمايان (اكسپز) استففاده نمود زيرا بعلت درشت دانه ها سطحي صاف و صيقلي ايجاد نمي كنند. بتن هايي كه ريز دانه آن بيشتر است بعلت سطح مخصوص بالا براي تر كردن سطح آن احتياج به آب بيشتري دارند و براي ثابت نگهداشتن نسبت آب به سيمان (w/c) بايد سيمان بيشتري مورد مصرف قرار گيرد اگر در بتن ريزدانه هاي رد شده از الك 50 كه بزرگي آن 300 ميكرون (3/0 ميليمتر) است از 15 درصد تجاوز كند كارائي بتن را بالا برده و امكان بوجود آوردن طح صاف و صيقلي را فراهم مي سازند از اين گونه بتن در نماسازي استفاده مي نمايند.

با توجه به مطالب فوق ملاحظه مي شود كه هيچ گونه دانه بندي ايده آلي كه جوابگوي هر نوع بتن ريزي باشد وجود ندارد و براي هر نوع بتن بايد دانه‌بندي مخصوصي را طراحي نمود تا جوابگوي نيازهاي همان بتن باشد.

از طرفي اكثرا در بتن ريزي ها بزرگ بعلل اقتصادي ناگزير از مصرف سنگدانه هايي هستيم كه معادن آن نزديك تر به كارگاه بوده و داراي هزينه حمل و نقل كمتري مي باشد در اين گونه موارد چنانچه سنگدانه هاي موجود فاقد بعضي از اقلام دانه بندي باشند با نظر مهندس كارگاه و مهندس محاسب طرح مي توان بعضي از دانه ها را از مكانهاي ديگر تهيه و با افزودن آن به مخلوط نسبت به اصلاح دانه بندي اقدام نمود. در اين صورت بايد بيشتر روي آزمايش هاي محلي تكيه كرده و با سعي و خطا به نتيجه مطلوب رسيد اين روش مورد تأئيد اكثر استانداردهاي مهم دنيا مي باشد زيرا تجربه ثابت كرده است كه با ثابت نگهداشتن نسبت آب به سيمان w/c مي توان محدوده وسيعي از سنگدانه ها را مورد استفاده قرار داد بدون آنكه در مقاومتهاي بتن تأثير چشم‌گيري داشته باشد.

 
مشخصات بهترين درشت دانه (شن) براي بتن

مؤسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران به شماره 302 شن مورد استفاده در بتن و بتن مسلح را به شرح زير استاندارد نموده است.

كوچكترين بعد شن را 7 ميليمتر تعيين نموده و الكهايي را كه براي دانه بندي در اين استاندارد مورد استفاده قرار مي گيرند بر حسب بزرگي و كوچكي دانه متفاوت است مثلا ممكن است در يك معدن شن با توجه به بزرگي دانه ها الكهايي با سوراخ مربع از بزرگ به كوچك با ابعاد زير مورد استفاده قرار گيرند (كليه اندازه ها بر حسب ميكرون داده شده است.)

 

اندازه چشمه الكها

درصد رد شده از هر الك

88900 ميكرون

بين 90 تا 100 درصد

64500 ميكرون

بين 25 تا 60 درصد

38100 ميكرون

بين 0 تا 15 درصد

19050 ميكرون

بين 0 تا 5 درصد

 

و يا ممكن است در معني ديگر با توجه به بزرگي دانه هاي آن معدن سري الكهاي ديگري مورد استفاده قرار گيرند كه در جدول زير سري آن الكها و درصد رد شده از هر الك ذكر گرديده است.

 

اندازه چشمه الكها

درصد رد شده از هر الك

38100 ميكرون

100 درصد

25400 ميكرون

بين 95 تا 100 درصد

12700 ميكرون

بين 25 تا 60 درصد

4760 ميكرون

بين 0 تا 10 درصد

2380 ميكرون

بين 0 تا 5 درصد

 

اين استاندارد وجود كلوخه گل را حداكثر تا 25/0 درصد و وجود دانه هاي نرم را تا 5 درصد مجاز دانسته است.

وزم مخصوص شن نمونه اشباع شده از آب با سطح خشك   ( حالت sdd  ) را حداقل 35/2 گرم بر سانتيمتر مربع تعيين نموده است.

طبق اين استاندارد افت وزني شن مصرفي در بتن و بتن مسلح در آزمايش مقاومت در برابر عوامل جوي نبايد از 12 تا 18 درصد بيشتر باشد 12 درصد مربوط به آزمايش با محلول سولفات سديم و 18 درصد مربوط به آزمايش با محلول سولفات منيزيم است.

 
مشخصات بهترين ريزدانه (ماسه) براي بتن

در يك بتن خوب و با مقاومت و كارائي لازم اگر از ماسه رودخانه اي استفاده شود بايد 25 درصد حجم بتن را ماسه تشكيل دهد و اگر از ماسه شكسته استفاده گردد اين ميزان به 35 درصد حجم بتن مي رسد.

مؤسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران به شماره 300 ماسه مورد استفاده در بتن و بتن مسلح را به شرح زير استاندارد نموده است.

الكهاي مورد استفاده در دانه بندي ماسه با سوراخهاي مربع 7 عدد مي باشد و ابعاد سوراخهاي آن و درصد رد شده از هر الك طبق جدول زير است :

اندازه چشمه الكها

درصد رد شده از هر الك

9500 ميكرون

100 درصد

4760 ميكرون

بين 95 تا 100 درصد

2380 ميكرون

بين 80 تا 100 درصد

1190 ميكرون

بين 50 تا 85

595 ميكرون

بين 25 تا 60درصد

297 ميكرون

بين 10 تا 30 درصد

149 ميكرون

بين 2 تا 10 درصد

و در مورد مواد مضر وجود كلوخه گل را تا 1 درصد و مواد ريزتر از الك 74 ميكرون (خاك) را بين 3 تا 5 درصد در صورتيكه اين خاك از نوع رس نباشد بين 5 تا 7 درصد و مواد آلي را بين 5/0 تا 1 درصد در ماسه مصرفي در بتن و بتن مسلح دانسته است.

در اينجا لازم به ذكر است كه در مورد ماسه هاي شكسته نرمه و گرد و خاك حاصل از خرد كردن ماسه كه هميشه در سنگ شكن ها توليد شده و روي ماسه مي نشيند مي تواند تا 7 درصد وزن ماسه باشد ولي در ماسه هاي طبيعي كه هميشه مقداري گل و لاي همراه آنست و ممكن است اين گل و لاي از جنس خاك رس باشد اين مقدار نبايد از 3 تا 5 درصد تجاوز نمايد.

و بالاخره اينكه طبق استاندارد فوق ماسه مصرفي در بتن بايد در مقابل عوامل جوي مقاوم باشد.

آب

كليه واكنش هاي شيميايي سيمان در جهت سخت شدن و چسبيدن به سنگدانه‌ها و در نهايت چسبانيدن سنگدانه ها به همديگر در مجاورت آب شروع مي شود. در نتيجه ايده آل آنست آبي كه در بتن مورد استفاده قرار مي گيرد هيچ گونه وتكنش مضاعفي در اثر املاح موجود در خود در بتن ايجاد ننمايد ولي عملا چنين چيزي ممكن نيست زيرا آبي با اين مشخصات، بايد بكلي فاقد هر نوع نمك بوده و بعبارت ديگر بايد آب مقطر چند بار تقطير شده باشد كه اين غير ممكن است زيرا هر نوع آبي كه در بتن مورد استفاده قرار گيرد كم يا زياد حاوي مقداري املاح معدني و يا ذرات شناور مي باشد كه آنها كم و بيش روي مقاومت هاي بتن تأثير مي گذارد كه ممكن است اين اثرات خنثي و يا منفي باشد حتي ممكن است اين اثرات مضر آنقدر روي مقاومت هاي بتن اثرات منفي داشته باشد كه قطعه را در دراز مدت بدون مصرف نمايد.

بعضي از اين املاح روي قطعه بتني اثرات فوري و زودگذر دارند و با پايان گرفتن روند سخت شدن قطعه اثرات آنها نيز تمام مي شود و به عنصر خنثي تبديل مي گردند ولي ممكن است اين اثرات زودگذر به قطعه آسيب برساند مثلا ممكن است اين املاح زمان گيرش سيمان را به تعويق بياندازد و يا زمان آنرا تسريع كند. از آنجا كه اين هر دو مطلب اگر در محاسبات منظور نشده باشد زيان آور خواهند بود. زيرا تسريع در گيرش سيمان ممكن است حرارت هيدراسيون را بالا ببرد و عوارض جانبي داشته باشد و تعويق در گيرش سيمان ممكن است احتياج به زمان بيشتري براي قالب برداري داشته باشد كه اگر رعايت نشود زيان بار خواهد بود.

همچنين بعضي از اثرات ديگر اين املاح با گذشت زمان خاتمه پيدا نكرده و بتدريج با شدت و يا آهستگي ادامه پيدا مي كند و حتي ممكن است در اثر عوامل خارجي فعال تر گشته و موجب خورندگي در بتن و يا حتي در فولاد موجود در بتن بشوند و با توجه به اينكه در ساختمانهاي كوچك و حتي در ساختمانهاي بزرگ از بتن و فولاد موجود در آن پس از اتمام و در حين بهره برداري بازرسي هاي مرتب بعمل نمي آيد لذا مهندسين سازه و طراح بتن بخوبي از كيفيت آب مورد مصرف در بتن مطلع باشند و اثرات مخرب تدريجي آب را در روي سازه قبلا مطالعه نموده و از آن جلوگيري نمايند.

با نگاه اول، آبي كه در بتن مصرف مي شود بايد فاقد رنگ، بو و مزه باشد و همچنين قابل خوردن باشد. البته اين بدان معني نيست كه كليه آبهايي كه داراي رنگ يا بو و يا مزه هستند براي بتن غير قابل استفاده مي باشند و يا همچنين آبي كه مصرف خوردن ندارد نبايد در بتن مصرف شود و همين طور بر عكس نمي توان گفت كه كليه آبهاي خوراكي براي بتن هيچ گونه زياني ندارند. علت آنكه كليه آئين نامه ها به اين مطلب تأكيد دارند كه آب خوراكي براي بتن بايد مصرف شود آنست كه در نظر اول معيار ديگري براي انتخاب آب وجود ندارد چه بسا ممكن است آبهاي خوراكي مخصوصا آب معدني و يا آب چاه داراي املاحي باشند كه با مواد موجود در سيمان تركيبات ثانويه اي بوجود بياورند كه براي بتن و حتي فولاد داخل آن مضر باشند و در آنها خورندگي تدريجي ايجاد نمايد.

براي مثال مي دانيم اغلب پالايشگاههاي آب براي گندزدايي آن از كلر و تركيبات مختلف آن استفاده مي كنند بطوريكه در آب آشاميدني شهرها تا p pm 280 نيز كلر مشاهده گرديده است. گو اينكه اين مقدار كلر براي بتن خطري جدي ايجاد نمي كند بطوريكه ولي نمي توان وجود آنرا بكلي ناديده گرفت. همينطور در آبهاي آشاميدني شهرها مقداري سيليس s io2 ،آهن Fe ، كلسيم ca منيزيم mg ، سديم na و پتاسيم k و غيره وجود دارد كه مقدار زياد آن مي تواند براي بتن مشكل آفرين باشد ( در اين مورد در قسمت املاح موجود در آب توضيح داده خواهد شد) آبهاي آشاميدني چشمه ها و همچنين آبهاي استخراج شده از چاهها نيز داراي مقداري املاح از قبيل سولفات كلسيم C aSo4، كلرور كلسيم CaCl2 و يا كلسيم هيدروژن كربنات Ca(Hco3)  و غيره مي باشد. كه كليه انها روي روند سخت شدن سيمان اثر مي گذارند ولي از آنجا كه مقدار مجاز اين املاح در آب آشاميدني از 300 تا 500 ميلي گرم در ليتر تجاوز نمي كنند و از طرفي فرض بر اين است كه كليه آبهاي آشاميدني قبل از آنكه به مصرف آشاميدن برسند مورد آزمايش قرار مي گيرند كه سختي آنها بيشتر از مقادير فوق نباشد لذا اين مقدار املاح را براي بتن مجاز دانسته اند.

با توجه به مطلب فوق اگر آب مورد مصرف در بتن قابل خوردن نيست بايد قبل از مصرف مورد آزمايش قرار گيرد. در صورت عدم تأييد آزمايشگاه يا بايد آب موجود در محل تصفيه شود و يا بايد آب از محل ديگري به كارگاه حمل گردد. از اين دو راه هر كدام اقتصادي تر است مي بايد انتخاب گردد. در بسياري از موارد مشاهده گرديده است كه تصفيه آب موجود در حد قابل قبول براي مصرف در بتن ارزانتر تمام مي شود.

اگر بتن ريزي در كنار دريا و يا شهرهاي ساحلي انجام مي شود و ناگزير از

مصرف آب شور دريا هستيم بايد قطعات ريخته شده با آب موجود و همچنين با آب شيرين و قلبل خوردن را از لحاظ مقاومتهاي 3-7 و 28 روزه با همديگر مقايسه كنيم چنانچه مقاومتهاي قطعه ريخته شده با آب موجود حداقل 90 درصد قطعه ريخته شده با آب شيرين و قابل خوردن بود اكثر آئين نامه هاي معتبر دنيا مصرف چنين آبي را براي بتن مجاز مي دانند در غير اينصورت بايد به فكر اصلاح آب باشيم. ضمنا يادآور مي گردد در بتن ريزيهاي كوچك مانند يك ساختمان با توجه به اينكه مهندسين محاسب ايراني ضريب اطمينان بالائي را در محاسبات منظور نمي نمايند عدد 90 درصد عدد قابل اطميناني مي باشد ولي در بتن ريزي هاي بزرگ مانند  ساختمان يك سد و يا پايه يك پل كه در معرض آبهاي سولفاته است در مورد اين عدد بايد با احتياط بيشتري اقدام نمود. 

اصولا دو نوع آلودگي در آب ممكن است وجود داشته باشد:

1-مواد مخلوط معلق

2-املاح تركيب شده يا مخلوط با آب كه با چشم قابل ديدن نيستند.

قسمتي از مواد مخلوط در آب كه براي بتن مضر است با چشم قابل رويت است. و اين مواد بيشتر در آبهاي راكد و مردابها يافت مي شوند مانند خزه ها تكه هاي چوب يا ذغال- لاشه حيوانات مخصوصا ماهي هاي ريز و غيره در اين مورد چنانچه آلودگي آب به همين مقدار خاتمه پيدا كند كار آسان است زيرا با گذرانيدن آن از يك صافي مانند يك طور سيمي قابل مصرف مي شود.

در مورد دوم كه آب حاوي مقداري املاح است با توجه به اينكه اين املاح ممكن است اثرات تخريبي دراز مدت در قطعه بتني داشته باشند بايد دقت بيشتري بعمل آيد و آب حتما بايد از نقطه نظر املاح موجود در آن مورد آزمايش قرار گيرد زيرا اثر تخريبي اين املاح چنانچه از مقدار معيني بيشتر باشد فوق العاده زياد است بطوريكه حتي مي تواند در دراز مدت قطعه بتني را غير قابل مصرف نمايد مثلا اگر آب مصرفي در بتن از آبهاي زير زميني باشد مانند آب چاه در اين آبها ممكن است بين 10 تا 20 ميليگرم در ليتر گاز كربنيك موجود باشد، حتي اين گاز ممكن است تا 250 ميليگرم در ليتر هم برسد مقدار كم گاز كربنيك در آب مضر نيست ولي اگر مقدار آن زياد باشد روي روند سخت شدن سيمان اثر مي گذارد و در فعل و انفعالات آن شركت مي كند. اين گاز ابتدا مستقيما با آهك تغيير شكل نيافته در سيمان (آهكي كه به چهار عنصر اصلي سيمان تبديل نشده است) كه حتما در آن موجود است تركيب مي شود و سپس روي كربنات كلسيم موجود در سيمان اثر گذاشته و

با آن تركيب شده و بي كربنات محلول در آب مي دهد.

هر قدر گازكربنيك محلول در آب زيادتر باشد پيشرفت اين واكنش بيشتر است از طرفي در روند فعل و انفعالات فوق اسيد كربنيك H2co3 تشكيل مي شود كه اسيدي است زود اثر و ناپايدار اين ماده محيط را اسيدي كرده و اسيديته آب را بالا برده و در صورتيكه مقدار آن زياد باشد روي فولاد موجود در بتن اثر گذاشته و در آن خورندگي ايجاد مي نمايد همچنين آبهاي سولفاته مخصوصا اگر سولفات كلسيم باشد با تري كلسيم آلومينات (3 CaoAl2o3) C3A موجود در سيمان كه يكي از چهار عنصر اصلي تشكيل دهنده سيمان مي باشد تركيب شده و تشكيل سولفور آلومينات كلسيم به فرمول C aSo4 3 و CaoAl2o33 مي دهد كه جسم اخير بلور سوزني شكل با حجم زياد بوده و اگر اين جسم وارد شبكه كريستالهاي سيمان كه مشغول سخت شدن مي باشند بشود در آن شكاف ايجاد كرده و باعث متلاشي شدن آن مي گردد در نتيجه سيمان نمي تواند مقاومت لازم را در بتن ايجاد نمايد. البته لازم به يادآوري است كه اين تخريب با چشم قابل رويت نيست حتي ممكن است در نظر اول هيچ گونه آسيب ظاهري در قطعه مشاهده نشود ولي اصولا در باربري قطعه اثر منفي دارد.

چرا در بتن آب مي ريزيم

آب در بتن داراي سه نقش اساسي است:

1-سيمان در مجاورت آب شروم به فعل وانفعالات شيميايي براي سخت شدن و بهم چسبانيدن دانه ها مي نمايد. اين سخت شدن در اثر تشكيل سيليكاتها و آلوموميناتهاي كلسيم متبلور انجام مي شود مقدار اين اب در حدود 20 درصد وزن سيمان مي باشد يعني براي يك بتن با 350 كيلوگرم سيمان در متر مكعب در اين مرحله 70 ليتر آب مورد نياز است.

2-آب سطح جانبي دانه ها را تر نموده و باصطلاح آنها را روغن كاري مي‌نمايد و باعث آن مي شود كه دانه ها روي هم بلغزند و در كنار يكديگر قرار گيرند. سنگدانه هاي طبيعي كه در آبرفتها از روي هم غلطيدن و خرد شدن سنگ هاي درشت بوجود مي آيد و در نتيجه داراي سطحي صيقلي هستند در اين مورد به آب كمتري نياز دارند و در عوض سنگدانه هاي شكسته كه داراي سطحي ناصاف مي باشند به آب بيشتري نياز دارند زيرا بايد تقريبا تمام ناصافيهاي سنگدانه ها با اب پر شود تا امكان لغزيدن آنها به روي يكديگر فراهم گردد. و همچنين هر قدر سطح مخصوص كل دانه ها بيشتر باشد(ريزدانه هاي بيشتري در توده شن و ماسه وجود داشته باشد) بازهم به آب بيشتري نياز دارد روي اين اصل مقدار آب مورد احتياج اين قسمت به درستي معلوم نيست فقط مي توان گفت كه آب مورد نياز  اين قسمت تقريبا در حدود 25 درصد وزن سيمان مي باشد يعني اگر از بتن 350 استفاده كنيم تقريبا 80 ليتر براي هر متر مكعب بتن (قدري بيشتر از آب مورد نياز قسمت اول)

3-براي آنكه كل توده بتن به راحتي قالب خود را پر كرده و كاملا به شكل قالب خود درآيد تا حداكثر تراكم در آن ايجاد شود و بعبارت ديگر براي آنكه بتن كارپذيري داشته باشد، بايد به اندازه كافي روان باشد كه اين رواني بوسيله آب تأمين گردد. اين مقدار آب مورد نياز اين قسمت هم معين نيست و با توجه به درشتي بزرگترين دانه-ابعاد قطعه بتني-ميزان كارائي كه از بتن انتظار داريم متفاوت مي باشئ و فقط مي توان گفت تقريبا در حدود 20 در صد وزن سيمان نيز براي اين قسمت آب مورد نياز مي باشد يعني در حدود 60 تا 70 ليتر در متر مكعب با حساب فوق براي يك متر مكعب بتن در حدود 200 تا 210 ليتر آب مورد نياز است. بديهي است فقط آب قسمت اول مورد نياز سخت شدن بتن بوده و در آن باقي مي ماند و آب قسمت دوم و سوم بتدريج تبخير شده و جاي آن بصورت تارهاي موئين در بتن باقي مي ماند.

با شرح فوق بايد بخوبي توجه نمود هر قدر نسبت آب به سيمان كمتر باشد و در بتن آب كمتري مصرف شود بتني مقاوم تر خواهيم داشت در حقسقت مقدار آبي كه براي سخت شدن سيمان مورد نياز است (20% وزن سيمان) آن مقدار است كه بتن را بصورت نيمه خشك و نيمه مرطوب در بياورد در اين حالت بتن دانه دانه بوده و فقط سطح دانه ها مرطوب مي باشد و جسمي يكپارچه و سيال و روان نيست. اشكال اين اندازه آب آنست كه مقدار زيادي هوا داخل مخلوط مي باشد بدليل وجود همين هوا و سيال نبودن كل مجموعه دانه ها بهيچ وجه در مجاورت همديگر قرار نمي گيرند تا بهم بچسبند و قطعه يك پارچه اي را تشكيل دهند.

در كارخانه هاي موزائيك سازي به بتن مورد استفاده براي ساختن موزائيك تقريبا همين مقدار آب اضافه مي كنند و قالب گيري موزائيك را بوسيله پرسهاي سنگين انجام مي دهند تا دانه ها در كنار همديگر قرار گيرد و بدينوسيله در مقدار سيمان به ميزان قابل ملاحظه اي صرفه جويي مي شود. ولي در كارهاي ساختماني امكان پرس كردن دانه ها موجود نيست در نتيجه بايد آب به ميزاني مصرف شود تا بتن به رواني لازم رسيده و بتواند قالب خود را پر كند.

آب بهينه بتن چه مقدار است

به درستي نمي توان حداقل آب مورد نياز بتن را بدون انجام آزمايشهاي محلي در كارگاه تعيين نمود ولي همانطوريكه در بالا ذكر شد از لحاظ تئوري براي آب مورد نياز در بتن اعدادي ارائه شده است ولي از آنجا كه ميزان آب به سيمان از اهميت فوق العاده اي برخوردار است و اين نسبت مي تواند روي مقاومتهاي فشاري ضريب نفوذ پذيري-ضريب تخلخل دورهاي يخ زدن و آب شدن-كارائي-حمل و نقل-جا دادن در قالب-آب انداختن بتن و خيلي از رفتارهاي ديگر آن در كوتاه مدت و دراز مدت اثر داشته باشد لذا مطالعه آنكه حقيقتا چه مقدار آب بايد به مخلوط شن و ماسه اضافه شود حائز اهميت است.

از آنجا كه تعيين  ميزان حداقل آب مورد نياز بتن به خيلي از عوامل بستگي دارد مانند ميزان آب موجود در ماسه- ميزان آب موجود در شن-درصد رطوبت و حرارت هوا-فاصله حمل شن و ماسه از معدن به كارگاه-جنس شن و ماسه از لحاظ كاني شناسي-ميزان مكندگي آنها جنس سيمان-ميزان نرمي سيمان-فاصله حمل بتن از مركز بتن سازي تا محل نهايي ريختن بتن و غيره بدين لحاظ در يك جمله نمي توان فرمولي كلي براي حداقل آب مورد نياز بيان

نمود.

لذا با توجه به مطالب فوق معلوم مي شود كه براي هر نوع سنگدانه و سيمان-و كارايي و همچنين درجه حرارت محيط كار و غيره ميزان آب معيني وجود دارد كه با ان مقدار آب بتن به كارائي لازم رسيده و به راحتي روند سخت شدن خود را طي نموده و به ضريب تراكم حداكثر و ضريب تخلخل حداقل مي رسد و مقاومت لازم را كسب مي نمايد به اين مقدار آب آب بهينه مي گويند. براي تعيين اين مقدار آب اغلب كارگران بتن ساز محلي كه با آب و هواي محل آشنائي دارند با مشاهدات عيني و ديدن رواني بتن با تقريب نزديك به تحقيق مقدار آب مورد نياز آن را تشخيص مي دهند ولي بهترين راه براي تعيين مقدار آب بهينه بتن روش سعي و خطا مي باشد و آن بدينگونه است كه در كارگاههاي بزرگ بعد از انتخاب و تأييد معادن شن و ماسه و در زمان تجهيز كارگاه با دانه بندي و سيمان ثابت و آب متفاوت  (w/c متفاوت) نمونه هايي از بتن تهيه نموده و مقاومت آنها را وسيله معين كنيم تا بهترين ميزان نسبت w/c تعيين گردد.

[size