بتن خود متراکم یا SSC
بتن خود متراکم یا SSC + مشخصات و مزایا و کاربرد
در دنیای مدرن صنعت ساختمان‌سازی به دلیل افزایش تقاضا در ساخت سازه‌های بزرگ و پیچیده که اغلب منجر به شرایط بتن‌ریزی دشوار می‌گردد، به‌خصوص زمانی‌که قرار است مقادیر زیادی آرماتور سنگین در یک عضو بتن مسلح قرارگیرد اطمینان از فشرده‌سازی و ایجاد بتن بدون حفره دشوار است، همچنین تراکم دستی یا ویبراتورهای مکانیکی در این شرایط بسیار کارآمد نیستند، اما با استفاده از بتن خودتراکم که یکی از انواع بتن است، به سهولت در اطراف آرماتور در تمام گوشه‌های سازه جریان می‌یابد این نقص تا حدود بسیار زیادی رفع گردیده است.
با توجه به موقعیت‌های متنوعی که در بازار ساخت و ساز امروزی بوجود آمده است، تمایل به صرفه‌جویی در هزینه‌ها و افزایش عملکرد، نقشی تعیین‌کننده دربردارد. پیمانکاران، تولیدکنندگان و مالکان از آنجا که با مقررات محیط زیست، ایمنی و افزایش هزینه‌های بیمه روبرو هستند تحت فشار زیادی قرار گرفته‌اند و به دنبال یافتن مزایای اقتصادی با صرفه‌جویی در وقت و نیروی کار با بهره‌وری بالاتر می‌باشند، تا با هزینه کمتر از جمله استفاده از نیروی انسانی کمتر، مواد مناسب و تجهیزات کاربردی‌تر، ساخت و سازهایی با کیفیت بالا ارائه دهند و با افزایش ضریب ایمنی در تولید و دقت در اجرای سازه‌های مهندسی، نگرانی از حوادت طبیعی چون زلزله، آتش‌سوزی و سیل که خود منجر به زیان‌های مالی و جانی بسیاری می‌گردد را به حداقل میزان ممکن برسانند.
از آنجا که صنعت ساختمان همواره نقش اصلی در جلوگیری از این پیامدها دارد و این نقش روز‌به‌روز پر‌رنگ‌تر می‌گردد، هرکدام از اجزاء مورد مصرف در آن باید به گونه‌ای طراحی و اجرا شوند که علاوه بر افزایش سرعت ساخت با کاهش هزینه، بهره‌وری را ارتقاء دهند.
همچنین باید به آن سطح از کیفیت رسیده باشند که موجب کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری گردیده و به‌گونه‌ای نیروی کار را کاهش دهند که نیاز به کارگران ماهر برای انجام کارهای سخت را جبران نماید تا جایی‌که خطرات ناشی از سقوط از روی سازه به صفر رسانده شود و از ایجاد سر و صدای ناشی از دستگاه‌ها جلوگیری شود تا به‌خودی خود باعث بهبود شرایط محیطی و افزایش ایمنی گردد و در نهایت به سازه‌ای زیبا و چشم‌نواز برسند و این امر جز با ارتقاء سطح کیفی تک تک مصالح مورد استفاده در این صنعت میسر نخواهد بود.
همان‌طور‌که تمام مهندسین و مجریان ساختمان آگاهند، پرکاربرد‌ترین این مصالح ماده جادویی به نام بتن می‌باشد که همراه با تکامل صنعت ساختمان‌سازی این ماده طی سال‌ها دست‌خوش تحولات فراوان گردیده و امروزه علاوه بر بتن سنتی شاهد انواع بتن نیز هستیم.
بتن ماده‌ای بسیار حساس است و با اعمال هرگونه تغییری به کنترل بیشتری نیاز دارد؛ به طوری‌که حتی کوچکترین تغییر آب و هوایی مانند افزایش جزئی رطوبت می‌تواند از یک ترکیب با ثبات بتنی، ترکیبی متفاوت با کارایی خاص ایجاد نماید. این تغییرات نیاز به سطح بالایی از درک در مورد انتخاب مواد و نسبت متناسب از آن‌ها دارد که خود منجر به افزایش منابع مانند کنترل کیفیت، آموزش، توسعه تجهیزات و تدارکات می‌شود و قدر‌مسلم با نگاه سختگیرانه در کنترل این مواد به کاهش هزینه در سطح بالاتر دست پیدا خواهیم کرد.
تاریخچه پیدایش بتن خود تراکم
جهت دستیابی به بتنی که شاید تا حدودی می‌تواند گوشه‌ای از خواسته‌های مجریان را برآورده کند نظریه بتن خودتراکم مطرح گردید. این بتن که حتی ممکن است در محل اجرا نیز تولید شود در بین نظریه‌های مدرن، موقعیت بی‌نظیری را به خود اختصاص می‌دهد. از آنجا که بتن محدودیت خاص خود را دارد و به خودی خود نمی‌تواند درون قالب‌ها و گوشه‌های کار را پر کند اغلب از طریق تراکم با استفاده از لرزش برای رسیدن به مقاومت و دوام بتن استفاده می‌کنند.
بسته به نوع سازه، ابعاد و حجم آن، نوع آرماتور و تمایل به استفاده از آرماتورهای نازک‌تر و با توجه به محل قرارگیری آن‌ها در سازه و بسیاری عوامل مختلف دیگر که هر یک محدودیت خاص خود را ایجاد می‌نمایند، بتن خودتراکم برای این مشکلات درمان بسیار خوبی می‌تواند باشد. طی چندین سال در ساخت سازه‌های بتنی بادوام، موضوع بتن توانمند مطرح بود که دارای مقاومت و دوام بالا با نسبت آب به سیمان پایین بود .
در آن تا حدودی جریان‌پذیری نیز بهبود یافته بود تا اینکه در اوایل دهه ۱۹۸۰ ژاپن با کمبود کارگران ماهر روبرو شد و دانشگاه توکیو- موسسه فناوری کوچی تحقیقات خود را در این زمینه توسط پروفسور حاجیمه اوکامورا گسترش داد و در سال ۱۹۸۶ پروفسور اوکامورا و تیم وی استفاده از بتن خود تراکم را که توانایی جاری شدن تحت اثر نیروی وزن خود را دارد به جای بتن توانمند که این کارایی خاص را نداشت و هم‌چنان به لرزاننده نیاز دارد به‌عنوان راه‌حلی برای این مشکل مطرح کردند که به عنوان یک فناوری نوین در حوزه علم بتن سروصدای زیادی ایجاد کرد.
در دهه هشتاد، در برخی از پروژه‌های بتنی قبل از استفاده از بتن خودتراکم از دود سیلیس در بتن استفاده می‌گردید. با ظهور فناوری بتن خودتراکم ابتدا در ژاپن، این بتن مبتنی بر استفاده از ابرپلاستیک‌‌سازهای معمولی برای ایجاد بتن بسیار سیال بود. هنگامی‌که در دهه۱۹۹۰ به اروپا رسید رویکرد آن‌ها افزودن انواع پودر (سیمان – مواد سیمانی مکمل و مواد بی‌اثر مانند سنگ آهک دولومیت و گرد و غبار گرانیت) برای افزایش چسبندگی بود و پس از آن پلی کربوکسیلات‌ها و توسعه بهینه‌سازی سنگدانه‌ها، موجب کاهش هزینه مواد مصرفی در بتن خودتراکم گردید. در امریکای شمالی نیز این بتن با استفاده از تمام این رویکردها تولید می‌شود و همواره تحت آزمایش‌های مختلف جهت کنترل و بهینه‌سازی قرار می‌گیرد.
اکنون بسیاری از کشورها از جمله سوئد، تایلند، انگلیس، هند و... در زمینه بتن خودتراکم فعالیت گسترده‌ای دارند که در مباحث آتی توضیح مختصری درباب آن‌ها خواهیم داد.
کماکان بررسی و تحقیق در اجرایی کردن این نوع از انواع بتن در سطح وسیع به خصوص در ترمیم سازه‌های بتنی ادامه دارد و دستورالعمل‌هایی نیز برای آن تهیه گردیده است اما هنوز استاندارد مربوط بدان مدون نگردیده است.
در ایران نیز استفاده از این بتن چند سالی است که متدوال گردیدهاست. به‌عنوان مثال می‌توان از بتن‌ریزی پروژه پل کابلی میدان امام حسین مشهد در سال ۱۳۹۰، ساختمان‌های مشهد مال و بهاران، برج مینیاتور، هتل لوتوس، کتیبه‌های نصب شده در پروژه قطارشهری مشهد و انواع قطعات بتنی پیش ساخته که بتن خودتراکم آن توسط شرکت پایهان تولید و اجرا شده است نام برد.
رئولوژی
قبل از اینکه به تعریف بتن‌خود‌تراکم بپردازیم و از آنجا که مبنای واقعی بتن‌خود‌تراکم بر اساس خصوصیات رئولوژیکی ساخته شده‌است لازم دیدیم قبل از هر چیز توضیح مختصری درباره رئولوژی بتن‌خود‌تراکم داشته باشیم تا وقتی طی بررسی و تحقیق به این کلمه برمی‌خورید اطلاع کلی و جامعی نسبت به‌آن داشته باشید. رئولوژی علمی است که به مطالعه جریان و تغییر شکل همه اشکال ماده می‌پردازد. به زبان ساده رئولوژی بتن دانشی است که به مطالعه جریان و یا همان روانی بتن می‌پردازد و با دستگاهی به‌نام رئومتر اندازه‌گیری می‌شود و می‌توان آن‌را باسه الزام عملکردی زیر توصیف نمود:
۱- قابلیت پرکردن تمام فضای کار به‌عبارت دیگر یعنی توانایی در تغییر شکل‌پذیری بالا.
۲- قابلیت عبور یعنی توانایی روان شدن تحت تاثیر نیروی وزن خود بدون ایجاد لرزش.
۳- مقاومت دربرابر جداشدگی که این خاصیت توانایی بتن در حفظ همگن بودن آن است.
خصوصیات رئولوژیکی بتن نه تنها در توسعه بتن خودتراکم نقش محوری دارد و یک ابزار ارزشمند برای درک رفتار و فرایندهای بهینه‌سازی می‌باشد بلکه خصوصیات رئولوژیکی ضمن اینکه برای کارایی بتن تازه و دستیابی به توانایی آن جهت پرکردن فضای کار ضروری است حتی در دستیابی به استحکام و دوام بتن سخت شده در محل نیز کمک می‌کند.
بتن خودتراکم
بتن خودتراکم یا همان self consolating conceret که به‌اختصار SCC نامیده می‌شود بتنی است بسیار روان و در عین حال پایدار که به‌آسانی و بدون نیاز به انرژی خارجی می‌تواند در هر گوشه از سازه مورد‌نظر صرفاً تحت تاثیر وزن خود پخش شده از تمام نواحی عبور کرده و تمام گره‌ها و گوشه‌های فضای مربوط را پر نماید و بدون خطر استفاده از هر لرزاننده یا سایر مواد جداکننده بتن متراکم گردد، در عین‌حال که هیچ جداشدگی، حباب هوا و یا سنگدانه درشت نگران‌کننده‌ای وجود نخواهد داشت.
عدم تراکم یکنواخت و کامل بتن به‌عنوان عامل اصلی، مسئول عملکرد ضعیف سازه‌های بتنی عنوان گردیدهاست و هیچ روش علمی وجود ندارد که بتواند به‌طور کامل فشرده‌سازی بتن را در یک سایت تضمین نماید. در عوض، تمرکز به حذف نیاز به تراکم با لرزش یا هر وسیله دیگر معطوف گردیدهاست، خصوصیات بتن خودتراکم این باور غلط را در اذهان ایجاد‌کرده که چنین بتنی نیاز به لرزش ندارد اما باید این مساله را همیشه مورد توجه قرار‌داد که برای رسیدن به بتن یکپارچه همیشه بعضی از تراکم‌ها مورد نیاز است.
روانی بسیار ممکن است در بتن‌خود‌تراکم واجد شرایط نباشد بنابراین این بتن باید بتنی کارآمد باشد و مخلوطی همگن و پایدار در حین حمل و نقل و جابجایی داشته باشد و در زمان محافظت و پخت نیز باید از پایداری پویا برخوردار باشد.
استفاده از بتن‌خود‌تراکم منجر به تولید صنعتی‌تر،کاهش هزینه‌های فنی سازه‌های بتنی درجا، بهبود کیفیت، دوام و قابلیت اطمینان از سازه‌های بتنی و از بین بردن برخی پتانسیل‌های خطای انسانی خواهد شد، این تکنولوژی مدرن در تولید انواع بتن باعث بهبود سلامتی و ایمنی در خود سازه و اطراف محل ساخت‌وساز می‌شود. این بتن با توجه به ترکیب پیشرفته‌تری که نسبت به بتن‌های معمولی دارد جهت حصول اطمینان از کیفیت مطلوب مورد نیاز به آزمایش و بررسی بیشتر، هم در ابتدا و هم هنگام استفاده دارد.
با توجه به اینکه هنوز هیچ استاندارد پذیرفته شده‌ای در سطح جهانی برای بتن‌خود‌تراکم وجود ندارد و هزینه ساخت آن در اکثر مواقع از بتن معمولی بیشتر است استفاده از مخلوط طراحی شده به آزمایشات گسترده‌تری نیاز داشته و اندازه‌گیری و نظارت باید دقیق‌تر باشد و انتخاب مصالح برای این نوع بتن با دقت‌نظر بیشتری صورت پذیرد.
نمایی کلی از آزمایشگاه شرکت پایهان بتن
آزمایشگاه شرکت پایهان بتن با پرسنل مجرب همراه با سطح دانش بالا برروی انواع بتن و امکانات مدرن جهت انجام کلیه آزمایش‌های تخصصی و پیشرفته، در استان خراسان و کشورهای همسایه قادر به ارائه خدمات از جمله مشاوره در زمینه‌های فنی مهندسی، تحفیق و توسعه، انجام کلیه آزمایشات مخرب و نیمه‌مخرب، طراحی و اجرا انواع بتن همچنین در حوزه بتن خودتراکم با استفاده از مصالح استاندارد می‌باشد.
پیشنهاد می‌گردد در اجرای بتن‌های خاص از مشاوران و افراد آزموده که به تمام زوایای کار اشراف کامل دارند استفاده شود تا از زمان اجرا تا بهره‌وری شاهد نتایج بهینه باشیم.
مواد تشکیل دهنده بتن خود متراکم
مواد تشکیل‌دهنده SCC شامل سیمان، سنگدانه‌های ریز و درشت، آب، مواد افزودنی معدنی و مواد افزودنی شیمیایی می‌باشد. ترکیب این مواد به گونه‌ای است که ضمن حفظ روانی و سیالیت بتن، مقاومت فشاری و دوام آن نیز تضمین شود. این در حالی است که بتن آماده مانند SCC نیازی به افزودنی‌های خاص ندارد.
سیمان: استفاده از سیمان با کیفیت بالا برای دستیابی به ویژگی‌های مطلوب SCC ضروری است.
سنگدانه‌ها: سنگدانه‌های ریز و درشت با دانه‌بندی مناسب برای کاهش اصطکاک بین ذرات و افزایش روانی مخلوط به کار می‌روند.
آب: نسبت آب به سیمان (W/C) در SCC معمولاً کمتر از بتن‌های معمولی است، اما به دلیل استفاده از مواد افزودنی شیمیایی، روانی بتن حفظ می‌شود.
مواد افزودنی معدنی: موادی مانند پوزولان‌ها و خاکستر بادی برای بهبود خواص مکانیکی و دوام SCC به کار می‌روند.
مواد افزودنی شیمیایی: مواد کاهنده آب، فوق روان‌کننده‌ها و مواد نگهدارنده ویسکوزیته برای افزایش روانی و پایداری مخلوط SCC استفاده می‌شوند.
ویژگی‌های بتن خود متراکم
بتن خود متراکم (SCC) به دلیل ویژگی‌های برجسته‌اش در صنعت ساخت و ساز بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این بتن دارای روانی و سیالیت بالا است، که به آن امکان می‌دهد بدون نیاز به لرزش مکانیکی، قالب‌ها را پر کند و از جداشدگی و آب‌اندازی جلوگیری کند. این ویژگی به‌ویژه در سازه‌های با تراکم بالای آرماتور بسیار مهم است. SCCهمچنین سطح نهایی صاف و یکنواختی دارد که نیاز به کارهای تکمیلی سطحی را کاهش می‌دهد.
این بتن به دلیل کاهش نیاز به تجهیزات لرزاننده و تعداد کارگران، موجب کاهش هزینه‌های نیروی کار و تجهیزات و همچنین افزایش سرعت اجرای پروژه می‌شود. مقاومت فشاری بالا و دوام در برابر شرایط محیطی سخت، از دیگر ویژگی‌های SCC است. این بتن در برابر یخ‌زدگی، ذوب و حملات شیمیایی مقاوم است و به همین دلیل عمر مفید سازه‌ها را افزایش می‌دهد.
کاهش آلودگی صوتی به دلیل عدم نیاز به لرزش مکانیکی، از مزایای دیگر SCC است که بهبود شرایط کاری برای کارگران و کاهش مزاحمت برای محیط‌های اطراف پروژه را به همراه دارد. تطبیق‌پذیری با انواع مواد افزودنی نیز امکان تنظیم خواص مخلوط برای نیازهای خاص پروژه را فراهم می‌کند.
معایب بتن خود متراکم
بتن خود متراکم (SCC) با وجود مزایای فراوان، معایبی نیز دارد. یکی از معایب بتن خود متراکم، هزینه بالاتر تولید آن است. استفاده از مواد افزودنی شیمیایی و معدنی می‌تواند قیمت نهایی بتن خود متراکم را افزایش دهد. همچنین، این نوع بتن نیاز به کنترل دقیق در طول فرآیند تولید و اجرا دارد که نیازمند دانش فنی بالا و تجهیزات خاص است.
حساسیت بتن خود متراکم به تغییرات دما و رطوبت نیز از دیگر معایب آن است. تغییرات محیطی می‌توانند بر خواص و عملکرد بتن خود متراکم تاثیر منفی بگذارند. علاوه بر این، برای دستیابی به کیفیت مطلوب، نیاز به آزمایش‌ها و تنظیمات مکرر در مخلوط بتن وجود دارد که می‌تواند زمان‌بر و پرهزینه باشد.
کاربرد بتن خود متراکم
بتن خود متراکم (SCC) به دلیل ویژگی‌های ممتاز خود در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی و عمرانی کاربرد دارد. یکی از کاربردهای اصلی آن در ساخت ساختمان‌های بلند و پیچیده است، جایی که تراکم بالای آرماتورها و نیاز به پر کردن کامل قالب‌ها اهمیت دارد. در پل‌ها و سازه‌های زیربنایی نیز به دلیل توانایی پر کردن فضاهای بین آرماتورها و مقاومت بالا در برابر شرایط محیطی سخت، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.
SCC همچنین در تولید قطعات پیش‌ساخته بتنی کاربرد دارد. به دلیل سیالیت و پایداری بالا، این بتن برای تولید قطعات با اشکال پیچیده و کیفیت سطحی بالا بسیار مناسب است. در پروژه‌های بازسازی و تقویت سازه‌ها نیز SCC به کار می‌رود، زیرا توانایی پر کردن کامل فضاهای خالی و عدم نیاز به لرزش، آن را برای تزریق در ترک‌ها و شکاف‌های سازه‌های قدیمی ایده‌آل می‌کند. به طور کلی، SCC در طیف گسترده‌ای از پروژه‌ها به کار می‌رود و کیفیت و دوام سازه‌ها را بهبود می‌بخشد.
خواص بتن خود متراکم
بتن خود متراکم (SCC) به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی و عمرانی به کار می‌رود. یکی از کاربردهای اصلی SCC در ساخت ساختمان‌های بلند و پیچیده است، جایی که تراکم بالای آرماتورها و نیاز به پر کردن کامل قالب‌ها بدون ایجاد حفره‌ها ضروری است.
در پل‌ها و سازه‌های زیربنایی نیز SCC به دلیل توانایی پر کردن فضاهای بین آرماتورها و مقاومت بالا در برابر شرایط محیطی سخت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ویژگی‌ها، SCC را به گزینه‌ای مناسب برای ساخت پل‌ها، تونل‌ها و سازه‌های دریایی تبدیل کرده است.
SCC همچنین در تولید قطعات پیش‌ساخته بتنی کاربرد دارد. این بتن به دلیل سیالیت و پایداری بالای خود، برای تولید قطعات با اشکال پیچیده و کیفیت سطحی بالا بسیار مناسب است. استفاده از SCC در این زمینه موجب کاهش نیاز به عملیات تکمیلی سطحی و افزایش سرعت تولید می‌شود.
در پروژه‌های بازسازی و تقویت سازه‌ها نیز SCC به کار می‌رود. توانایی پر کردن کامل فضاهای خالی و عدم نیاز به لرزش، این بتن را برای تزریق در ترک‌ها و شکاف‌های سازه‌های قدیمی ایده‌آل می‌کند. به طور کلی، SCC به دلیل خواص و مزایای خود، در طیف گسترده‌ای از پروژه‌ها به کار می‌رود و کیفیت و دوام سازه‌ها را بهبود می‌بخشد.
بتن ریزی پل کابلی میدان امام حسین توسط شرکت پایهان
عوامل موثر بر بتن خود متراکم
عوامل متعددی بر کیفیت و عملکرد بتن خود متراکم (SCC) تاثیر می‌گذارند. یکی از مهم‌ترین عوامل، نسبت آب به سیمان (W/C) است که باید به دقت کنترل شود تا بتن دارای روانی و مقاومت مطلوب باشد. دانه‌بندی سنگدانه‌ها نیز نقش مهمی در کاهش اصطکاک و افزایش روانی مخلوط دارد. انتخاب صحیح سنگدانه‌های ریز و درشت به بهبود خواص بتن کمک می‌کند.
مواد افزودنی شیمیایی، مانند فوق روان‌کننده‌ها و مواد نگهدارنده ویسکوزیته، برای افزایش روانی و پایداری مخلوط ضروری هستند. این مواد کمک می‌کنند تا SCC بدون جداشدگی و آب‌اندازی باقی بماند. همچنین، مواد افزودنی معدنی مانند پوزولان‌ها و خاکستر بادی برای بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن به کار می‌روند.
شرایط محیطی، مانند دما و رطوبت، نیز بر عملکرد SCC تاثیرگذار است و باید به دقت کنترل شود. تغییرات محیطی می‌توانند بر زمان گیرش و خواص نهایی بتن تاثیر بگذارند. در نهایت، طراحی و کنترل دقیق مخلوط و اجرای صحیح SCC برای دستیابی به کیفیت و عملکرد مطلوب بسیار مهم است.
جمع‌بندی
بتن خود متراکم (SCC) با ویژگی‌های منحصر به فرد خود توانسته است جایگاه ویژه‌ای در صنعت ساخت و ساز پیدا کند. این نوع بتن، به دلیل روانی و سیالیت بالا، پایداری مخلوط، و قابلیت پر کردن کامل قالب‌ها بدون نیاز به لرزش، در پروژه‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، استفاده از SCC نیاز به کنترل دقیق و دانش فنی بالا دارد. با توجه به خواص مکانیکی و فیزیکی برتر SCC، این نوع بتن به گزینه‌ای مناسب برای ساخت سازه‌های پیچیده و با دوام بالا تبدیل شده است.
واحد تحقیق و توسعه شرکت پایهان بتن