بتن تازه

بتن تازه – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

کتاب بتن

فصل ۹

بتن تازه

دلیل اولیه اهمیت خواص بتن تازه بدین علت است که این خواص بر روی انتخاب ادوات مورد نیاز در زمینه بگارگیری آنها و استحکام مواد تاثیرگذار می باشند و علاوه بر این آنها ممکن است بر روی خواص بتن سخت شده نیز تاثیرگذار باشند. بنابراین، دو مجموعه از معیارهای مشخصی وجود دارند که می بایست آنها را به هنگام تهیه بتن مد نظر قرار داد:

1. ضروریات کوتاه مدت، به هنگامی که بتن هنوز در حالت خمیری خود می باشد، که می توان آن را را به طور کلی تحت واژه «کارایی بتن[۱]» مشخص نمود.

2. ضروریات دراز مدت بتن سخت شده، نظیر استحکام، دوام و پایداری حجمی.

متاسفانه، همانگونه که در فصل ۱۰ در ارتباط با مشکل توزین شن و ماسه و سیمان و آب جهت تهیه بتن یا اختصارا مشکل تنظیم و تهیه مواد اولیه بیان خواهد شد، این دو مجموعه ضروریات به صورت کلی مکمل یکدیگر نمی باشند و بنابراین لازم است تا یک مورد جبرانی را در این زمینه مد نظر قرار دهیم. در این فصل، تنها ضروریات کوتاه مدت برای بتن مورد بحث قرار می گیرد.

برای آنکه بتن سخت شده دارای کیفیت قابل قبولی برای کاربری مشخصی باشد، بتن  تازه  می بایست قابلیت ارضای نیازها و ضروریات ذیل را داشته باشد:

1. بتن می بایست به آسانی ترکیب شده و قابلیت حمل و نقل داشته باشد.

2. بتن می بایست در خلال یک دوره استفاده یا دوره های استفاده متوالی[۲] بصورت یکنواخت باشد.

3. بتن می بایست از روانی یا سیالی برخوردار باشد، به گونه ای که قابلیت پر نمودن و فرم دهی کامل جایی که در آن استفاده می شود را داشته باشد.

4. بتن می بایست از قابلیت متراکم شدگی مناسب بدون صرف مقدار بیش از حد انرژی برخوردار باشد.

5. بتن نباید از حالت جدا نشینی[۳] در طی فاز جایگذاری و استحکام برخوردار باشد.

6. بتن می بایست از قابلیت جایگذاری و پرداخت در محل خود، از طریق شکل گیری فرم مناسب یا با استفاده از ادواتی چون ماله و دیگر ابزارهای تسطیح سطح برخوردار باشد.

۱-۹٫ کارایی و خمیر واری مناسب بتن

تعریف کارایی بتن

ویژگی های مرتبط با کیفیت بتن تازه  که  در  بالا ذکر شد همگی دارای ضروریات مختلفی می باشند، بنابراین یکسری از عبارات خاص وجود دارند که  به  طور  کلی  از  آنها  استفاده می شود و هر کدام از آنها مشخص کننده وجهی از رفتار بتن می باشند، همانند: پایداری، قابلیت شکل گیری یا روانی / سیالی بتن، انتقال، پمپ شدگی، تراکم پذیری، پرداخت و سخت شدگی. این عبارات هم به صورت ذهنی و هم به صورت کیفی مد نظر می باشند چنین عباراتی ممکن است برای اشخاص مختلف معانی متفاوتی داشته باشند و بنابراین ممکن است چندان مفید نباشد. ما در اینجا به طور کلی از اصطلاح خمیر واری یا کارایی بتن جهت اشاره به کلیه خواص فوق استفاده می نماییم. در صورتی که خواسته باشیم به صورت دقیق تری به این موضوع توجه کنیم، این ویژگی غالبا بر حسب مقدار کار مکانیکی، یا انرژی، مورد نیاز جهت تولید تراکم کامل بتن بدون جدانشینی[۴] آن تعریف می شود. چنین تعریفی را می توان به عنوان یک مورد مفید مد نظر قرار داد، چرا که استحکام و قدرت نهایی بتن به میزان زیادی به عنوان تابعی از مقدار تراکم یا فشردگی مدنظر خواهد بود. افزایش اندک در میزان حفره ها (یا کاهش در چگالی نسبی) منجر به کاهش شدیدی در استحکام و قدرت بتن خواهد شد.

اصول اصلی علم رئولوژی / سیال شناسی

قبل از بحث درباره روش های مختلف برآورد کارایی بتن، لازم است تا نسبت به بررسی برخی از اصول اصلی علم جریان مواد یا سیال شناسی (رئولوژی) اقدام نماییم، که به عنوان علمی مطرح می باشد که در ارتباط با دفرمه شدگی و جریان یابی مواد تحت تنش است. ساده ترین سیالات، همانگونه که در شکل ۱-۹ نشان داده شده است، جزء آن دسته از سیالاتی هستند که قانون جریان لزج یا جریان یکنواخت نیوتن را رعایت می کنند. این قانون از طریق بررسی برینش لایه های مجاور سیال حاصل می آید و می توان آن را به شرح ذیل نوشت:

عوامل تاثیرگذار بر روی کارایی بتن

کارایی بتن تحت تاثیر عوامل متعددی می باشد: میزان آب مواد ترکیب شده، تناسب ترکیبات، خواص سنگ دانه ها یا مواد انباشته، زمان، دما، ویژگی های سیمان و ترکیبات.

میزان آب ترکیبات

مهمترین فاکتوری که بر روی کارایی بتن تاثیرگذار است میزان آب می باشد. افزایش میزان آب سبب افزایش آسانی کار و روانی بتن گردیده و علاوه بر این در مورد متراکم شدگی بتن نیز تاثیرگذار خواهد بود. با این وجود، صرفنظر از کاهش قدرت یا استحکام، افزایش آب ممکن است منجر به بروز پدیده جدانشینی (ته نشینی یا نشستگی سنگ دانه ها / مصالح درشت) و موجب بروز عرق کردگی بتن خواهد شد. به طورکلی، هر نوع از مواد یا ذرات جمع آوری شده خود نیازمند میزان مشخصی از آب می باشند تا آنکه قابلیت خمیری متناسبی جهت کار با بتن بوجود آید. در ابتدا لازم است تا آب کافی جهت جذب بر روی سطوح ذرات وجود داشته باشد. پس از آن، آب می بایست قابلیت پر کردن شکاف ها یا فضاهای بین ذرات را داشته باشد. علاوه بر این آب می بایست قابلیت «روان کردن» بتن حاصل آمده از طریق جداسازی آنها در یک لایه آب را داشته باشد. از این نقطه نظر مشخص می شود که ذرات ظریف تر که دارای سطح مخصوص بیشتری هستند به آب زیادتر نیاز خواهند داشت. از طرف دیگر، بدون داشتن حداقل مقدار مواد ظریف، بتن قابلیت خمیری شدگی را نخواهد داشت. بنابراین، میزان آب ترکیب را نمی توان مجزا از نسبت یا رتبه سنگ دانه ها یا مواد انباشته مدنظر قرار داد. برای حصول کارایی بهینه بتن، رتبه های سنگدانه های ظریف تر به میزان آب بیشتری نیاز خواهند داشت.

تاثیر مصالح دانه ای

به هنگامی که تاثیر  مصالح  بر روی کارایی بتن را مد نظر  قرار می دهیم،  دو  عامل  مهم  می باشند: مقدار مصالح و تناسب نسبی مصالح ظریف و درشت. برای یک نسبت w/c ثابت، یک افزایش در نسبت مصالح / سیمان سبب کاهش کارایی بتن خواهد شد. علاوه بر این، به هنگام استفاده از مصالح دارای رتبه های ظریفتر به سیمان بیشتری نیز نیاز خواهد بود. بروز یک نقص یا مشکل در مصالح ظریف منجر به حصول ترکیبی می گردد که سفت شده است و مستعد جدانشینی است و اتمام کار را با مشکل مواجه خواهد ساخت. (یک مخلوط بتن سفت در حقیقت مخلوطی به شمار می آید که از ثبات / پایداری مطلوب به واسطه نقص در ملات یا مصالح ظریف برخوردار نیست). از طرف دیگر، میزان بیشتر مصالح ظریف (ماسه بیش از حد) منجر به ایجاد بتنی خواهد شد که از تراوش و نفوذ بیشتری برخوردار است و از نقطه نظر اقتصادی نیز چندان به صرفه نیست، با این حال این ترکیب را می توان به آسانی به کار گرفت.

زمان و دما

همانگونه که در شکل ۵-۹ نشان داده شده است، مستندات قابل توجهی در خصوص این ادعا وجود دارند که به هنگامی که دمای محیط افزایش می یابد کارایی بتن کاهش خواهد یافت، چرا که دمای بالاتر سبب افزایش سرعت تبخیر و همچنین سرعت جذب آب خواهد شد. این مورد خود موکد آن است که تحت شرایط بسیار گرم جهت حفظ کاربری متناسب بتن احتمالا از آب بیشتری استفاده خواهد شد. علاوه بر این، مقدار آب مورد نیاز جهت تغییر اسلامپ، به میزان مشخص به هنگامی که دما افزایش می یابد، بیشتر خواهد شد. از طرف دیگر، علاوه بر این مستنداتی وجود دارند، حداقل برای مدت مدید اندک، که کارایی بتن به خودی خود تحت تاثیر دما نخواهد بود. بنابراین، در عین آنکه دما ممکن است به عنوان یک عامل مطرح شود، آزمایشات میدانی را می بایست با توجه به کاربرد مواد خاص انجام داد تا آنکه تاثیرات دما برای یک هر مورد کاربری خاص تعیین شوند. ارتباط بین دما و کارایی بتن به صورت مفصل در فصل ۱۱ تشریح شده است.

عدم کارایی بتن

در طی دوره روانی (سیالی)، میزان اندکی کاهش در کارایی بتن با توجه به زمان وجود خواهد داشت، که خود نسبتا به واسطه فرایند آبپوشی یا هیدراسیون C₃S و C₃A می باشد، که این مورد حتی در طی دوره غیر فعال / کمون[۱] نیز به صورت آهسته ای تداوم خواهد داشت، و نسبتا بعلت از دست دادن آب بتن از طریق تبخیر یا جذب می باشد. علاوه بر این، فرایند برهمکنش ذرات به واسطه حضور محصولات هیدراسیون بر روی سطح آنها  با  تغییر  روبرو  می باشد. میزان تغییر در نشست مواد به صورت تقریبی با توجه به زمان حالت خطی داشته، با این حال این میزان در نیم ساعت الی یک ساعت اولیه پس از ترکیب به بالاترین  حد  خود  می رسد. از آنجایی که نشست در زمان استفاده از بتن جزء مهمترین فاکتورها به شمار می آید، میزان تغییر در بتن را می بایست به هنگام انتخاب نسبت ترکیب مد نظر قرار داد. کاهش نشست به هنگامی بیشتر خواهد شد که دمای بتن بالاتر رفته و یا از ترکیبات تسریع کننده استفاده شود. در هر دوی موارد گیرش کاهش می یابد و حالت نشست به هنگامی بروز خواهد نمود که از ترکیبات کاهنده آب و  ترکیباتی که  سبب  به  تاخیر اندازی  سفت  شدن  بتن  می شوند استفاده شود، حتی در صورتی که زمان سفت شدن یا گیرش بدون تغییر باقی ماند یا حتی افزایش یابد. میزان کاهش کاربری مفید بتن برای ترکیبات کم مایه (محتوای اندک سیمان) و به هنگامی که نسبت های بالای w/c استفاده شوند کمتر خواهد بود. علاوه بر این نوع  مارک سیمان نیز مهم می باشد (شکل ۶-۹)، چرا که دو سیمان از یک نوع ممکن است دارای ترکیبات متفاوتی باشند.

خواص سیمان

خواص سیمان در مقایسه با خواص مصالح ریزدانه، در ارتباط با تعیین کارایی بتن، از اهمیت بسیار کمتری برخوردار می باشد. با این وجود، افزایش ریزی دانه های سیمان های نوع ۳ (مقاومت زودرس زیاد) سبب کاهش کارایی بتن در یک نسبت w/c مشخص می شود، چرا که این گونه از سیمان ها دارای نیاز آبی بیشتری به واسطه مساحت سطح مخصوص  بالاتر خود و و سرعت بیشتر هیدراته شدگی می باشند. این موضوع مشخص شده است که در صورتی که سیمان تحت شرایط گرمای محیط کار (مخصوصا بالاتر از صد درجه سلسیوس) به کار گرفته شود، به احتمال قوی با کاهش قابل توجه کارایی بتن به  واسطه هیدراسیون سریع و تبخیر آب روبرو خواهیم بود، به علاوه، در دماهای بالاتر از ۶۰ الی ۸۰ درجه سلسیوس، احتمال بروز گیرش آنی وجود دارد.

ترکیبات

انواع مختلف ترکیبات قبلا به تفصیل در فصل های ۵ و ۸ مورد بحث قرار گرفتند. ترکیبات معدنی غالبا جهت تامین مواد ظریف در  مقایسه با  ترکیبات سفت  و  سخت  به کار گرفته  می شوند. به هنگامی که به سادگی از آنها جهت جایگزینی با بخشی از سیمان استفاده شود، ممکن است تاثیری اندکی بر روی کارایی بتن حاصل شود. ترکیبات حباب زا، کاهنده آب، و تاخیر انداز سفت کننده بتن همگی قابلیت ارتقای کارایی بتن را خواهند داشت. با این وجود، ذکر این نکته ضروری می باشد که ترکیبات شیمیایی دارای واکنش متفاوتی با سیمان ها و مصالح ریزدانه ای مختلف می باشند و در برخی از شرایط ممکن است منجر به وخامت وضعیت کارایی بتن شوند. علی الخصوص، به هنگامی که از مقادیر بالای روان سازهای اعلا که برای برخی از ترکیبات بتن دارای عملکرد بالا مورد نیاز هستند استفاده شود، لازم است تا مشکل سازگاری سیمان – ابر روان ساز را مورد خطاب قرار داد. از آنجایی که ما هنوز نمی دانیم که دقیقا چگونه یک ابر روان ساز با یک سیمان خاص واکنش می دهد، لازم است تا این تجربه را به صورت عملی، یا از طریق آزمایشات لابراتوری یا آزمایشات میدانی به دست آوریم.

جدانشینی و عرق  کردگی

تفکیک اجزای بتن به فرایند جدانشینی مولفه های بتن تازه اشاره دارد که سبب ایجاد یک ترکیب غیر یکنواخت خواهد شد. به طور کلی، این فرایند به معنای جدانشینی برخی از مصالح دانه ای درشت از ملات است. این جداشدگی به دو صورت خواهد بود: یا به صورت ته نشینی ذرات سنگین در انتهای بتن تازه، و یا به صورت جدا شدگی سنگ دانه ها یا مصالح دانه ای درشت از مجموعه بتن، که علت این مورد را می توان در جایگذاری یا نوسان نامناسب جستجو کرد. با وجود آنکه هیچ گونه آزمایشات کمی در ارتباط با فرایند جدانشینی وجود ندارد، این مورد را می توان به طور کاملا مشهود به هنگام رخداد چنین فرآیندی مشاهده نمود. عواملی که به وسیله Popovics در این زمینه ذکر شده اند عبارتند از:

۲-۹٫ برآورد کارایی بتن

با توجه به آنچه تاکنون مشخص ساختیم عبارت «کارایی بتن» در ارتباط با تعدادی از خواص مختلف بتن تازه می باشد که خود تحت تاثیر عوامل زیادی قرار دارد. البته این مورد پیشنهاد شده است که کارایی بتن را می بایست حداقل با توجه به سه ویژگی مجزای بتن مدنظر قرار داد:

ارزیابی ذهنی

ارزیابی ذهنی بتن تازه (به وسیله یک کارگر متخصص) به عنوان یکی از قدیمی ترین رویه های برآورد کارایی بتن به شمار آمده که به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد و حداقل می توان آن را به عنوان یک رویه مکمل برای آزمایشات کمی مد نظر قرار داد. برخی از مهندسین هنوز نیز ترجیح می دهند تا از فن تشخیص خود، با توجه به رفتار بتن در زمان ترکیب شدگی و بتن ریزی، استفاده نمایند. بتن را می توان در زمره آن دسته از مصالحی تشریح نمود که از کارایی سطح بالا، سطح متوسط و یا سطح پایینی برخوردار است و یا آنکه دارای خواص مختلفی چون مرطوب شدگی، خشکی حالت خمیری و غیره می باشد. متاسفانه، این عبارات برای اشخاص مختلف ممکن است معانی متفاوتی داشته باشند، بنابراین کاربرد آنها احتمالا چندان مفید واقع نخواهد بود. بر این اساس باید به حال آن دسته از مهندسانی که مجبور بودند از تشریحات کارایی بتن، که در کتاب های قدیمی نوشته شده است، استفاده کنند متاثر شده، مثلا به این جمله که خود از یکی از این کتابها حاصل آمده است توجه کنید: «ملات باید به اندازه ای مرطوب باشد که همانند جگر تحت یک ضربه ملایم تکان بخورد».

آزمایش نشست

آزمایش نشست تاکنون به عنوان قدیمی ترین و گسترده ترین آزمایش در خصوص کارایی بتن مدنظر می باشد. در ابتدا این آزمایش به عنوان یکی از استانداردهای ASTM در سال ۱۹۲۲ عنوان شد و هم اکنون تحت عنوان استاندارد ASTM C 143 به حساب می آید. ابزارهای لازم برای انجام این آزمایش بسیار ساده بوده و بیشتر بشکل یک قالب توخالی به شکل مخروطی، همراه با ابعاد نشان داده شده در شکل ۸-۹ می باشند. این قالب در سه سطح یا لایه با حجم مساوی با بتن پر می شود. هر لایه برای ۲۵ بار با استفاده از میله فولادی به قطر ۱۶ میلیمتر (۸/۵ اینچ) ترکیب می گردد. پس از آن قالب به صورت عمودی برداشته شده و ماده حاصله از طریق مشخص نمودن تفاوت بین بلندی قالب و بلندی بتن در مقایسه با مرکز اصلی پایه نمونه اندازه گیری می شود. زمان حداکثری از اولین قرارگیری بتن تا برداشتن مخروط ۲ و ۲/۱ دقیقه خواهد بود. در صورتی که حالت برینش متمایزی از یک طرف از مخروط پدیدار شود، این آزمایش رد شده و آزمایش جدیدی باید انجام شود. در صورتی که این حالت برشی یا برینشی به صورت پیوسته ادامه یابد، معرف آن می باشد که این آزمایش برای چنین ترکیب خاصی از بتن متناسب نخواهد بود.

آزمایشات تراکم

استحکام و مقاومت بتن به طور تقریبی در ارتباط با چگالی نسبی آن می باشد. یک آزمایش جهت برآورد تراکم پذیری بتن برای یک رویه خاص به طور نزدیکتری در تعامل با تعریف اولیه ما در ارتباط با کارایی بتن می باشد و بر این مبنا خود به وجود آورنده یک رویه سنجشی بسیار مفید در خصوص خواص بتن خواهد بود. یک سری از آزمایشات مختلف تراکم ارائه شده اند که شایع ترین آن آزمایش ضریب تراکم می باشد.

آزمایش ضریب تراکم

آزمایش ضریب تراکم در سال ۱۹۴۷ در بریتانیا انجام شد. تصویر مربوط به این آزمایش در شکل ۱۱-۹ نشان داده شده است. قیف بالایی به طور کامل با بتن پر می شود که پس از آن به سمت قیف پایینی سرازیر شده و در نهایت به قالب استوانه ای جریان می یابد. بتن اضافه برداشت شده و ضریب تراکم به عنوان نسبت بتن موجود در استوانه به بتنی که در همین استوانه کاملا متراکم شده است مشخص می گردد.

تست های روانی / سیالی

آزمایشات روانی یا سیالی اقدام به سنجش قابلیت روان شدگی یا جریان یابی بتن تحت تکان یا نوسان پیوسته نموده و اطلاعاتی را در زمینه تمایل به جدانشینی حاصل می آورد. تعدادی از این آزمایشات مهیا می باشند، اما هیچ کدام از آنها به وسیله ASTM شناسایی نشده اند. با این وجود، تا سال ۱۹۷۳ تحت استاندارد ASTM C 124، تست تعیین روانی بتن ارائه شد که امروزه نیز در برخی از مواقع از آن استفاده می شود. در این آزمایش، یک نمونه بتن در قالب هرمی و مخروطی شکل با قطر تحتانی ۲۵۴ میلی متر (۱۰ اینچ) ، و قطر فوقانی ۱۷۱ میلیمتر (۷۵/۶ اینچ) و بلندی ۱۲۷ میلیمتر (۵ اینچ) ساخته می شود. این آزمایش بر روی میز سقوط انجام می پذیرد و در طی آن مخروط ساخته شده ۱۵ بار در یک بازه زمانی ۱۵ ثانیه ای از بلندی ۷/۱۲ میلیمتر (۲/۱ اینچ) از طریق چرخش یک میل لنگ به پایین سقوط می کند. این حالت به عنوان افزایش در قطر تعریف شده و بصورت درصد قطر اصلی بیان می شود. مجددا، یادآوری می شود که بتن ها با روانی یکسان ممکن است دارای قابلیت های متفاوتی در آزمایش میدانی باشند. در یان راستا، آزمایشات مشابهی در برخی از بخش های اروپا همچنان اعمال می شوند. به طور مثال، آزمایش پایداری بتن در DIN 1048 بخش ۱، فصل ۲-۱-۳ تشریح شده است.

آزمایشات شکل پذیری بتن

آزمایشات شکل پذیری بتن جهت برآورد کار مورد نیاز تا آنکه بتن نه تنها به سطح روانی مطلوب برسد بلکه به یک شکل دلخواه نیز دست یابد طراحی و ایجاد شده است. این آزمایشات تحت شرایط آزمایشگاهی می بایست اقدام به شبیه سازی شرایط میدانی حقیقی نمایند. یکسری از آزمایشات در این زمینه توسعه یافته اند اما تنها آزمون ویب (Vebe) برای هر مورد استعمال می شود.

آزمون ویب (Vebe)

دستگاه سنجش روانی یا روان سنج ویب در سال ۱۹۴۰ ساخته شد و می توان آن را احتمالا به عنوان مناسبترین آزمایش جهت مشخص نمودن تفاوت ها در خصوص پایداری ترکیبات بسیار خشک دانست. سه نگارش مختلف در ارتباط با این آزمایش وجود دارند: نگارش اول (شکل ۱۲-۹) به طور گسترده در اروپا استعمال می شود. با این وجود، این آزمایش تنها برای بتن هایی مناسب است که دارای مصالح دانه ای با اندازه حداکثری کمتر از ۴۰ میلیمتر (۱-۲/۱ اینچ) هستند. مخروط اسلامپ استاندارد قالب گیری شده و سپس قالب برداشته می شود و پس از آن یک دیسک یا صفحه شفاف بر روی نقطه فوقانی مخروط گذاشته می شود. پس از آن این مخروط با یک فرکانس کنترل شده تحت نوسان درآمده تا آنکه سطح پایینی دیسک شفاف به طور کامل با دوغاب پر شود. زمان برحسب ثانیه که برای رخداد این مورد مدنظر است به عنوان زمان ویب خوانده می شود. مناسبترین زمان برای بتن زمان ویب (Vebe) 5 الی ۳۰ ثانیه است. تنها مشکل اصلی در ارتباط با این آزمایش آن است که مرطوب شدگی دیسک با ملات به صورت یکنواخت نبوده و احتمالا مشخص سازی نقطه انتهایی این آزمایش مشکل خواهد بود.

میز سقوط تائلو (Thaulow)

این آزمایش همچنین برای بتن بی اسلامپ در استاندارد ACI 211.3R پیشنهاد شده است. این آزمایش از این نظر که شامل تغییر شکل یک نمونه بتن از مخروط اسلامپ به یک حالت استوانه ای است مشابه با آزمایش Vebe می باشد. در این آزمایش میز سقوط مورد استفاده قرار گرفته و تعداد سقوط های ۱۰ میلیمتری (۴/۰ اینچی) تا حاصل آمدن تغییر شکل مجدد شمرده شد.

آزمایشات متفرقه

یکی از آزمایشات کارایی اخیر که به وسیله استاندارد ASTM در سال ۱۹۹۷ پیشنهاد شد (ASTM C 1362) و در ارتباط با آزمایش «روانی» است به صورت شماتیکی در شکل ۱۳-۹ نشان داده شده است. این دستگاه متشکل از یک لوله توخالی نسبتا منفذدار داخلی و خارجی همراه با یک میله شناور کالیبره کننده می باشد. این دستگاه در بتن تازه فرو برده شده و میزان بتنی که در لوله حفره ای به مدت ۴۰ ثانیه جریان می یابد مورد سنجش قرار می گیرد. با افزایش حالت سیالی (کارایی بتن)، مقدار بالاتری از اطلاعات خوانده شده در ارتباط با روانی بدست می آید.

آزمایشات دیگر

در خلال سالیان متمادی، آزمایشات بسیار دیگری نیز جهت برآورد کارایی بتن ارائه شده اند. این آزمایشات به شرح ذیل می باشند:

خلاصه

1. کلیه آزمایشات تشریحی به صورت تجربی بوده و به هیچ عنوان قابلیت برآورد خواص رئولوژیکی بتن را نخواهند داشت.

2. هیچ کدام از این تست ها را نمی توان برای کلیه بتن ها مناسب دانست و این آزمایشات ممکن است حاصل آورنده مقادیر مشابهی برای آند دسته از بتن هایی باشند که از کارایی کاملا متفاوتی برخوردار هستند.

3. میزان سودمندی اولیه خود به عنوان برآورد کنترل کیفیت برای یک ترکیب مشخص بتن مدنظر خواهد بود. تغییرات در این برآورد ممکن است معرف ایجاد تغییر در ترکیب باشد.

۳-۹٫ فرآیند سفت شدگی بتن / گیرش

فرایند سفت شدن بتن خود به حالت سختی یا سفت شدگی و گیرش بتن تازه اشاره دارد. از فرایند سخت شدگی این موضوع مشخص می گردد که قابلیت تشریح و برآورد شکل گیری استحکام و پایداری و مقاومت بتن نیز مد نظر خواهد بود. فرایند گیرش قبل از سخت شدگی رخ خواهد داد اما لازم است تا تاکید شود که هردوی این فرایندها در حقیقت به عنوان تغییرات تدریجی به شمار می آیند که تحت کنترل پدیده جذر آب یا هیدراسیون متوالی سیمان هستند. فرایند گیرش را می توان به عنوان یک دوره گذار بین حالت روانی / سیالی حقیقی و پس از آن سفت شدگی حقیقی به شمار آورد. آزمایشات نفوذ جهت برآورد زمان گیرش (که در فصل ۳ تشریح شده است) را می توان آزمایشات کاملا اختیاری به حساب آورد. شکل ۱۴-۹ نشان دهنده آن است که این فرایندهای آغازین و نهایی که به وسیله استاندارد ASTM C 403 مشخص شده اند به طور دقیق مترداف با هر نوع تغییر خاص در خواص بتن نمی باشند، با این حال قابل توجه است که گیرش اولیه خود حدودا معرف زمانی است که در آن بتن تازه را دیگر نتوان به صورت مناسب جابجا یا در محل خود تثبیت نمود، در حالیکه فرایند نهایی خود معرف زمانی است که در آن فرایند سخت شدگی آغاز می گردد. بتن تازه قبل از گیرش اولیه اسلامپ قابل برآورد خود را از دست خواهد داد، در حالیکه استحکام قابل سنجش در برخی از مواقع پس از گیرش نهایی حاصل خواهد شد.

تاثیر هیدراسیون بر روی گیرش

نقش C₃S

این نکته را باید به یاد آورد که فرآیند هیدراسیون سیمان به مجرد اضافه شده آب به میکسر شروع خواهد شد. فرایند گیرش به طور اولیه از طریق جذب آب C₃S کنترل می شود. مدت سیالی منوط به دوره القاء یا دوره انگیزش (مرحله ۲) جذب آب C₃S می باشد (فصل ۴). فرایند گیرش به هنگامی رخ می دهد که دوره انگیزش به پایان رسیده و هیدراسیون سریع C₃S در مرحله ۳ آغاز شده باشد. گیرش اولیه تقریبا متعارف با شروع مرحله ۳ می باشد و گیرش نهایی در ارتباط با نقطه میانی آن خواهد بود. بنابراین، گیرش اولیه خود در زمان شروع افزایش شدید دمای بتن آغاز شده، که در نهایت در گیرش نهایی به حداکثر میزان خود خواهد رسید. این گیرش همچنین همراه با کاهش در رسانایی الکتریکی و افزایش در سرعت انتشار امواج صوت در امتداد خمیر خواهد بود. برآورد هر یک از این خواص را می توان بعنوان مبنایی برای انجام تست های مکفی در زمینه فرایند گیرش در نظر گرفت.

نقش C₃A و گچ

به هنگامی که از سیمان پورتلند معمولی (پنج نوع ASTM استفاده شود)، C₃A نقش نسبتا اندکی را در زمینه رفتار گیرش بتن ایفا خواهد نمود، به استثنای گیرش های غیرعادی که به صورت خلاصه مورد بحث قرار خواهند گرفت. گچ را نیز می توان بطور غالب در ارتباط با بتن مد نظر قرار داد. گچ دارای واکنش به C₃A است تا آنکه قابلیت کنترل زمان گیرش وجود داشته باشد. به هنگامی که مقادیر زیاد اترینجیت سریعا شکل گیرند، فاز آلومینات سبب کاهش زمان گیرش اولیه و نهایی خواهد شد، همان گونه که این مورد را غالبا می توان در سیمان های منبسط شونده مشاهده نمود. در حالت حاد (همانند سیمان های دارای گیرش تنظیم شده)، تشکیل اترینجیت به طور کامل سبب کنترل فرایند گیرش خواهد شد.

رفتار گیرش غیرعادی

گیرش غیرعادی بتن به عنوان یک مشکل دردسر آفرین در زمان های اولیه به شمار می آید، اما اکنون این مشکل بسیار نادر می باشد. انواع مختلف رفتار گیرش غیرعادی در شکل ۱۵-۹ نشان داده شده است. به احتمال قوی این نوع رفتارها تحت شرایط خاصی به هنگامی که نوعی از ترکیب خاص استفاده شود (غالبا یک ترکیب ماده اضافی تعویق انداز) رخ خواهند داد. در این حالت، دو نوع اصلی مشکلات مربوط به گیرش ممکن است رخ دهد: گیرش کاذب و گیرش آنی.

گیرش کاذب

یک بتن ممکن است زمان کوتاهی پس از ترکیب شدگی بطور کامل سفت شود (شکل ۱۵-۹). بر این مبنا می توان حالت روان شدگی را از طریق ترکیب مجدد حاصل آورد و از این طریق بتن را به صورت طبیعی تحت فرایند گیرش مطلوب قرار داد. بنابراین، گیرش کاذب دارای پارامترها یا مقادیر مشکل آفرین تری در مقایسه با هر نوع دیگر خواهد بود. این پدیده در برخی از مواقع تحت عنوان گیرش پلاستر یا گیرش اندود نیز خوانده می شود چرا که غالبا به واسطه فرایند متبلور شدن گچ رخ خواهد داد. به هنگامی که گچ با کلینکر ترکیب شد، ماده داخل دستگاه مخلوط کننده ممکن است کاملا گرم شود که علت آن ورود انرژی زیاد در طی فرایند ترکیب می باشد. دما ممکن است به میزان کافی افزایش یابد (تقریبا ۱۲۰ درجه سانتی گراد یا ۲۵۰ درجه فارینهایت) که خود سبب خواهد شد تا گچ به صورت نسبی حالت پسابیدگی یافته و به کلسیم سولفات نیمه آبدار یا نیم هیدرات (پلاستر) بر حسب بخش اول معادله (۵-۳) تبدیل شود (بخش ۴-۳). چنین موردی حتی در صورتی که گچ به کلینکر گرم حاصل آمده از کوره اضافه شود نیز رخ خواهد داد.

گیرش آنی

در صورتی که C₃A در سیمان از واکنش پذیری زیادی برخوردار باشد، گیرش آنی (یا گیرش سریع) ممکن است رخ دهد. گیرش آنی به واسطه تشکیل مقادیر زیاد مونوسولفو آلومینات یا دیگر هیدراتهای کلسیم آلومینات می باشد. چنین موردی به عنوان یک گیرش سریع به شمار می آید که احتمال بروز مشکل در آن به واسطه ترکیب آتی وجود نخواهد داشت. چنین موردی معرف آن است که در این زمینه مقاومت و استحکام قابل توجهی ایجاد شده است. با این حال، گیرش آنی دارای شرایط حادتری در مقایسه با گیرش کاذب می باشد. خوشبختانه از طریق استفاده از گچ جهت کنترل هیدراسیون C₃A دیگر گیرش آنی به میزان زیادی به عنوان یک مشکل در سیمان معمولی پورتلند مطرح نمی باشد. اما در برخی از مواقع استفاده از یک ترکیب ممکن است سبب افزایش هیدراسیون C₃A آنه هم تا اندازه ای شود که در آن پدیده گیرش آنی ممکن است رخ دهد. به هنگامی که C₃A و میزان گچ زیاد باشد، تشکیل اترینجیت احتمالا سبب بروز گیرش آنی خواهد شد.

ممانعت از گیرش غیرعادی

فرایند تصحیح مشکل گیرش غیرعادی را می توان به سادگی از طریق استفاده از دیگر ترکیبات مشابه و حذف ترکیب کنونی یا تغییر مقدار گچ اضافه شده به آن مرتفع نمود. تحقیقات معرف آن هستند که جذب آب مجدد اندک سیمان (عمدتا C₃A) قبل از اضافه نمودن ترکیب ممکن است سبب حل این مشکل شود. چنین موردی را می توان به آسانی از طریق به تاخیر انداختن اضافه نمودن ترکیبات مرتفع ساخت.

۴-۹٫ آزمایشات بتن تازه

آزمایشات مرتبط با بتن تازه به صورت عمده تحت عنوان برآوردهای کنترل کیفیت مشخص شده اند و از این موضوع اطمینان حاصل می آورند که نسبت های ترکیبی مناسبی (شامل ترکیبات اضافه شده) مورد استفاده قرار گرفته شده باشند. فرضیه اصلی در این زمینه آن است که آزمایشات بتن تازه به دو دلیل می بایست مفید باشند:

نمونه گیری بتن تازه

بتن به عنوان یک ماده تولیدی به شمار می آید که متشکل از سیمان، مصالح ریزدانه، آب و ترکیبات اضافی می باشد. کلیه این اجزا در معرض بروز تغییرات، هم از نظر کمی و هم از نظر کیفی، می باشند. بنابراین، اولین ملاحظه در خصوص آزمایش بتن تازه آن است که بتن آزمایش شده و بتوان به طور کامل و صحیح به عنوان نماد یا شاخص حجم کاری آن را مد نظر قرار داد. البته این موضوع به طور اساسی به عنوان یک مسئله تجربی به شمار می آید. ایجاد قواعد اکید و سخت جهت مشخص نمودن چنین شاخص هایی کاری بسیار مشکل می باشد. علاوه بر این، نمونه ها می بایست غالبا دارای ضروریات و یا نیازهای مشترکی باشند بدین صورت که هر نمونه را بتوان برای کاربرد در یک قالب یا سطح بتنی ۱۱۵ متر مکعبی (۱۵۰ یارد مکعب) استفاده نمود.

زمان گیرش

با وجود آن که زمان گیرش بتن به عنوان یک برآورد فرضی مد نظر است، این مورد را می توان به دلایل متعددی به عنوان یک پارامتر مهم برشمرد. این رویه را می توان بر مبنای استدلال ذیل مورد استفاده قرار داد:

درصد هوا

عامل های تولید حباب قبلا در فصل ۸ مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر حباب زایی بر دوام نیز در فصل ۱۸ به بحث گذاشته خواهد شد. این بخش تکنیک های موجود جهت برآورد میزان هوا در بتن را مورد بحث قرار می دهد. ذکر این نکته ضروری است که بتن های حاوی هوا  غالبا دو نوع می باشند: بتن هوادار و بتن با هوای محبوس. روش های آزمایشی که متعاقبا مورد بررسی قرار می گیرند قابلیت مشخص نمودن بین این دو نوع هوا را داشته و بر این مبنا به  سادگی می توان اقدام به برآورد میزان کل موجود هوا در بتن نمود. علاوه بر این، میزان هوا بر حسب حجم بتن نیز بیان می شود. با این وجود، به طور آشکار، هوا تنها در خمیر سیمان وجود دارد. ذکر این نکته ضروری است که ما قبلا آزمایشی را جهت تشخیص پتانسیل حباب زایی در سیمان تشریح نموده ایم. متاسفانه، یک سیمان اسفنجی یا سیمان دارای حباب های هوا که دارای ملزومات مد نظر است ممکن است قابلیت برآورده سازی ضروریات وابسته به درصد یا میزان هوا در بتن را نداشته باشد.

روش وزنی

روش وزنی تعیین میزان هوا (ASTM C 138) به عنوان قدیمی ترین و ساده ترین روش به شمار می آید. این روش اصالتا شامل مقایسه وزن مخصوص بتن حاوی هوا همراه با وزن مخصوص محاسبه شده بتن عاری از هوا می باشد که این محاسبه خود از تناسب ها و چگالی نسبی یا وزن مخصوص اجزای ترکیبی به دست می آید. میزان هوا، A، بر این مبنا به شرح ذیل محاسبه می شود:

روش حجمی

روش حجمی (ASTM C 173) بر مبنای مقایسه حجم بتن تازه حاوی هوا با حجم بتن مشابه پس از زدودن هوا، از طریق به هم زدن بتن زیر آب، مد نظر می باشد. در این آزمایش یک دستگاه مشابه با آنچه در شکل ۱۶-۹ نشان داده می شود به کار گرفته می شود.

روش فشار

روش فشار (ASTM C 231) به عنوان شایع ترین روش جهت برآورد میزان هوای بتن تازه تحت شرایط میدانی مد نظر می باشد. مبنای این روش برآورد تغییر در حجم بتن به هنگام مواجه با یک فشار خاص می باشد. تغییر در حجم به نظر به طور کامل به واسطه تراکم هوا بوجود می آید و اصل قانون بویل[۱] را می توان جهت محاسبه میزان هوا به کار گرفت.

وزن مخصوص و بهره دهی

چگالی (وزن مخصوص) بتن تازه را می توان از طریق وزن کردن یک حجم شناخته شده از بتن حاصل آورد. امر وزن کشی نمونه بتن جهت برآورد هوا معمول می باشد، آن هم قبل از آنکه میزان هوا مشخص شود، چرا که چنین موردی را می توان به عنوان حجم شناخته شده بتن مد نظر قرار داد.

آنالیز سریع بتن تازه

آزمایشاتی که تاکنون تشریح شده اند در حقیقت جزء روش های غیرمستقیم بیان این مطلب هستند که تناسب های ترکیبی مورد تست قرار گرفته در بتن دقیقا مشابه با موارد تشریح شده می باشند. به طور آشکار، در صورتی که تناسب های مرتبط با کل مواد تشکیل دهنده در یک ترکیب را بدانیم، ضروریات کنترل کیفیت خوبخود حاصل خواهد شد. بر این مبنا یک آزمایش استحکام یا مقاومت ساده پس از گذشت چند روز از کاربرد (به طور مثال ۷ روز) می تواند جهت اطمینان از این موضوع کفایت داشته باشد که برخی از موارد برآورد نشده سبب ممانعت از سخت شدن مناسب بتن نخواهند شد. در حقیقت، حتی آزمایش برآورد مستقیم دو پارامتر مهم، میزان سیمان و نسبت w/c ، را می توان کاملا مفید بحساب آورد. با این وجود، در حال حاضر هیچ گونه آزمایشی وجود ندارد که سبب حصول دقت کافی در این زمینه شود، اما در عین حال انجام این آزمایشات نسبتا آسان هستند. علاوه بر این، هیچگونه آزمایش مطمئنی جهت تعیین نوع مقدار ترکیبات موجود نیز وجود ندارد (موردی که به واسطه این حقیقت که ترکیب دقیق شیمیایی بسیاری از ترکیبات کاملا مخفی نگهداشته می شوند، پیچیده تر نیز خواهد شد).

[۱] Boyle

[۱] dormant

[۱] Workability

[۲] Batch

[۳] Segregation

[۴] Segregation