معرفی بتن خودمتراکم (SCC)

تاریخچه بتن خودمتراکم

بتن خود تراكم نخست در سال 1986 توسط H.Okamura در ژاپن پيشنهاد گرديد و در سال 1988 اين نوع بتن در كارگاه ساخته شد و نتايج قابل قبولي را از نظر خواص فيزيكي و مكانيكي بتن ارائه داد . مقاله اي در مورد اين نوع بتن توسطK.Ozawa و همكارانش در سال در 1989 منتشر گرديد . اولين كارگاه آموزشي معتبر كه به بررسي مصالح مورد استفاده در بتن خود تراكم اختصاص داشت در اوت 1998 در دانشگاه تكنولوژي Kochi در كشور ژاپن برگزار گرديد و مقالات متعددي در ارتباط با توسعه بتن خودتراكم در دنيا ارائه شد .

امروزه بتن خودتراكم همزمان با كشور ژاپن در مراكز دانشگاهي و تحقيقاتي كشورهاي اروپائي ، كانادا و آمريكا (تحت عنوان Self – Compact Concrete) موضوع بحث ، بررسي و اجراي سازه هاي بتني است .

در ايران نيز استفاده از بتن خود تراكم از چند سال قبل آغاز شده و از مزاياي آن بهره گرفته شده است .

براي مثال مي توان از مصرف بتن خود تراكم در تونل جديدالاحداث رسالت در تهران نام برد .

تعریف بتن خودمتراکم

بتن خود تراكم تازه بايد خواص زير را داشته باشد :

الف )توانائي پر كنندگي : جاري شدن بتن خود تراكم در تمام فضاهاي قالب تحت وزن خود .

ب) توانائي عبور : امكان عبور از فواصل تنگ ميلگردها و قالب ها تحت وزن خود .

ج) مقاومت درمقابل جداشدگي : بتن خود متراكم ضمن دارا بودن خواص (الف) و (ب) بايد شكل و تركيب يكنواخت خود را در جريان حمل و بتن ريزي حفظ نمايد .

مشخصات بتن خودمتراکم

امروزه براي بتن خود تراكم مشخصات كلي زير پيشنهاد مي كنند :

الف : كارايي(workability) :

از نظر كارائي يك بتن خود تراكم مناسب داراي خواص زير خواهد بود :

-  در حالت معمولي داراي جريان اسلامپي بيش از 600 ميلي متر و بدون جداشدگي .

-  حفظ رواني به مدت حداقل 90 دقيقه ( در صورت نياز )

-  توانائي مقاومت در شيب 3% در سطح افقي آزاد

-  قابليت پمپ شدن در لوله ها به طول حداقل 100 متر و به مدت حداقل 90 دقيقه

ب : مشخصات مكانيكي  (mechanical characteristics) :

از نظر مقاومت فشاري دو محدوده زير براي بتن خود تراكم منظور مي گردد :

- مقاومت فشاري 28 روزه حدود 600-250 كيلوگرم بر سانتي متر مربع

- مقاومت فشاري اوليه براي بتن هاي مصرفي در خانه سازي حدود 200-50 كيلوگرم بر سانتي متر مربع در 15-12 ساعت اوليه و در دماي 20 درجه سانتيگراد

ج: دوام (Durability) :

از نظر دوام براي بتن خود تراكم سخت شده نكات زير قابل ذكر است :

- مقاومت در برابر خوردگي ، تهاجم سولفات ها ، كلريدها و ديگر عوامل شيميائي

- مقاومت در مقابل انجماد- ذوب مطابق استانداردها

- كاهش خطر ترك هاي حرارتي در مقايسه با بتن معمولي لرزانده شده .

مزایای بتن SCC

مزاياي چشمگير بتن خود تراكم موجب گسترش سريع آن در دنيا شده است كه به طور اجمال مي توان به مواردي از آن ها اشاره نمود :

1 – توسعه سازه هاي بتني در دنيا و نياز به بتن هاي با خواص ويژه

2- كمبود كارگران ماهر بتن ريزي به ويژه كارگران ويبره زن

3 – افزايش سرعت اجراي سازه هاي بتني در سهولت بتن ريزي

4- امكان بهبود كيفيت مكانيكي بتن

5 – امكان اجراي سازه هاي بتني ظريف و سنگين و انتخاب مقطع كوچك با ميلگردهاي فشرده

6- توسعه صنایع پیش ساخته بتنی 

7- صرفه جوئی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت

8- اجرای سازه های بتنی ویژه مانند بتن ریزی در زیر آب

9- توجه به سطوح تمام شده زیبا و مرغوب سازه های بتنی

10- کاهش سر و صدا و آلودگی صوتی محیط کار بویژه در صنایع پیش ساخته بتنی

کاربردهای اجزایی بتن خودمتراکم

بتن خود تراکم مزایایی در اجرای موارد خاصی از سازه های بتنی دارد که به نمونه هایی از آنها اشاره می شود .

1- سازه های بتنی معماری – هنری که نیاز به ظرافت خاصی با میلگرد گذاری فشرده دارند .

2- پل های با دهانه های بزرگ که به دلیل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرای آن ها با بتن معمولی امکان پذیر نمی باشد و در ضمن استفاده از بتن های معمولی موجب قطور تر شدن اندازه پایه ها و نا زیبایی سازه می گردد .

3- تونل های شهری و آبی که در آنها مسافت طولانی انتقال بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات مهم اجرائی است .

4- ساختمان های بلند و برج ها

5- ستون ها و دیوارهای بلند با میلگرد های متراکم

6- ستون های بتن ریزی شده با پمپ

7- بتن ریزی بلوک های بتنی

8- بتن ریزی کف ها و سطوح افقی

9- بتن ریزی در سازه های زیر آبی

مقایسه هزینه بتن خودمتراکم و بتن معمولی

مقایسه دو نمونه از آنالیز قیمت ها نشان می دهد که طبق جدول ( 1 ) در یک کارگاه تولید بتن خود تراکم در کشور هند ، هزینه مصالح در بتن خود تراکم 8/16 درصد بیشتر از بتن معمولی می باشد در حالی که طبق جدول ( 2 ) در یک کارخانه تولید قطعات پیش ساخته بتنی هزینه تولید و اجرای بتن خود تراکم 8/34 درصد کمتر از بتن معمولی است .

در ضمن به دلیل عدم استفاده از تراکم و پرداخت در کارگاهها بویژه در صنایع پیش ساخته بتنی صرفه جوئی زمانی چشمگیری نیز همراه خواهد بود .

در ایران نیز می توان چنین آنالیزهایی را با توجه به مصالح موجود انجام داد باید توجه داشت که در حال حاضر در ایران خاکستر بادی تولید نمی گردد و به جای آن در بیشتر پروژه ها ار پودر سنگ استفاده شده است در حالت کلی می توان گفت که بتن خود تراکم با صرفه تر از بتن معمولی خواهد بود .

نمونه های اجرایی بتن خودمتراکم

سازه های مختلفی با استفاده از بتن خود تراکم در دنیا اجرا شده اند که به نمونه هائی از آنها در سراسر دنیا اشاره می شود قابل ذکر است که اجرای بعضی از این پروژه ها بدون استفاده از بتن خود تراکم امکان اجرا نداشته اند :

 ژاپن ( طولانی ترین و بلندترین پل دنیا ) Kobe , awaji – shima در  Akashi – kaiko9-1 – پل معلق

شکل (3 ) با مشخصات زیر :

طول پل در ابتدا برای 3910 متر طراحی شده بود اما زلزله بزرگ – در 17 ژانویه 1995 موجب افزوده شدن طول پل به میزان یک متر شد .

طولانی ترین دهانه در دنیا = 1991 متر

حجم بتن خود تراکم مصرفی = 290000

مسافت حمل بتن خود تراکم از طریق لوله ها و پمپاژ  =  حدود 200 متر

طول کابل های به کار رفته در پل معلق = 300000 کیلومتر ( 5/7 برابر محیط کره زمین )

پل مجهز به 20 واحد ( TMD  ) ( Tuned mass dampers  ) در هر برج

هزینه احداث پل = 3/4 میلیارد دلار

صرفه جویی در مدت زمان ساخت = حدود 20 درصد ( حدود 5/2 -2 سال صرفه جویی در زمان ) در مقایسه با بتن معمولی

مهندسین : Honshu – shikoku bridge authority 

8-2- دیواره های مخازن عظیم LNG شرکت گاز Osaka در ژاپن :

حجم بتن خود تراکم مصرفی = 12000 متر مکعب ( تکمیل بتن ریزی در ژوئن سال 1998 )

صرفه جوئی در تعداد کارگران = حدود 67 درصد ( از 150 نفر به 50 نفر ) در مقایسه با بتن معمولی

صرفه جوئی در مدت زمان ساخت = حدود 18 درصد (  از 22 ماه به 18 ماه ) در مقایسه با بتن معمولی

صرفه جوئی در تعداد کارگاهها = حدود 29 درصد ( از 14 کارگاه به 10 کارگاه ) در مقایسه با بتن معمولی .

8-3- بازار بزرگ Midsummer place  واقع در لندن – انگلستان :

ستونهای بیضوی با میلگردهای خیلی تراکم و به ارتفاع 10-5/8 متر شکل ( 4 )

ارزش پروژه = 65 میلیون پوند

صرفه جوئی در مدت زمان ساخت = حدود 40 درصد در مقایسه با بتن معمولی .

صرفه جوئی در هزینه ها = حدود 10 درصد در مقایسه با بتن معمولی

8-4- آپارتمان مسکونی در Nanterre  فرانسه :

اجرای دو واحد برج مسکونی جهت تحقیق و مقایسه با دو نوع بتن مختلف که نتایج زیر را از لحاظ صرفه جوئی در مقایسه

بتن خود تراکم با بتن معمولی ارائه داده است :

صرفه جوئی در زمان = 5/2 درصد .

صرفه جوئی در هزینه = 4/21 درصد .

8-5- پروژه Bunkers hill در شهر Calgary  - غرب کانادا :

 یکی از بزرگترین پروژه های اداری – تجاری بوده که به دلیل میلگرد گذاری متراکم و فشرده و نیاز به پمپاژ مناسب ، از بتن خود تراکم با طرح اختلاط ویژه جهت حصول روانی بالا در دو فونداسیون تیپ رادیه استفاده شده است .

8-6- پروژه تونل غوطه ور در kobe ژاپن :

در این پروژه از بتن خود تراکم به شکل دیگری استفاده گردید که بنامم سازه های ساندویجی نامیده می شود .

در این نوع سازه ها بتن خود تراکم در پوسته های فولادی پر می گردد . قابل ذکر است که اجرای پروژه فوق بدون استفاده از بتن خود تراکم مقدور نبوده است شکل ( 5 )

9-7- برج Landmark  در 21  Minato mirai  شهر یوکوهاما – ژاپن :

بلندترین برج در ژاپن با 8/295 متر ( 970 فوت ) ارتفاع و 70 طبقه

ستون های 9 طبقه اول این برج با استفاده از بتن خود تراکم اجرا شده است ( با توجه به فشردگی میلگردها )

تعداد ستون های 9 طبقه : 66 ستون

مقدار بتن خود تراکم مصرفی : 885 متر مکعب شکل ( 6 )