بتن‌هاي توانمند و ويژه 

چكيده

سالهاي زيادي است كه بتن بعنوان يك ماده ساختماني مهم در ساخت و سازه‌هاي بتني چون ساختمانها، سدها، پلها، تونلها، راهها، اسكله‌ها و برجها و سازه‌هاي خاص ديگر كاربرد دارد. در اكثر موارد به بتن بعنوان ماده‌اي مقاوم در برابر نيروهاي فشاري نگريسته مي‌شده است. انجام پروژه‌هاي وسيع تحقيقاتي بر روي مواد مختلف تشكيل دهنده بتن و ازمايش‌ بتن‌هاي مختلف با مواد جديد در سالهاي آخر قرن اخير منجر به پيدايش بتن‌هايي شده است كه علاوه بر تأمين مقاومت خواص ديگري از اين ماده نظير دوام، كارايي، نرمي و مقاومت در برابر عواملي چون آتش و محيط و هوازدگي را دستخوش تغييرات اساسي نموده است. علاوه بر دگرگوني و تحول در مواد تشكيل دهندة بتن، افزودن مواد ديگري به بتن همچون افزودنيهاي مختلف، انواع الياف‌ها و حتي مواد زائدي كه ارزش خاصي نداشته و باعث آلودگي محيط زيست نيز مي‌شوند، موجب پيدايش بتن‌هاي جديد با خواص جديد و بهبود يافته شده است.

در بتن مسلح علاوه بر خود بتن بر روي آرماتور نيز تحولاتي صورت پذيرفته است. بعنوان مثال كاربرد فولادهاي ضد زنگ براي مناطق بسيار خورنده، استفاده از آرماتورهاي ساخته شده با الياف‌هاي مختلف پلاستيكي و پليمري از جمله تحقيقاتي بوده است كه نتايج اوليه سودمندي بدست داده است، ليكن كار بر روي آنها و تحقيقات وسيع‌تر و دراز مدت براي بررسي داوم آنها هنوز ادامه داشته و به قرن آينده خواهد رسيد.

هدف از مقالة اخير عنوان نمودن پاره‌اي از دستاوردهاي اخير در بتن و بتن مسلح و ادامه راه در سالهاي آينده مي‌باشد. در اين خصوص به تحول دستيابي به بتن‌هاي با مقاومت زياد و بسيار زياد و بالاتر ازMPa 100 و همچنين بتن‌‌‌هاي توانمند با عملكرد بالا خواهيم پرداخت. همچنين كاربرد مواد مختلف و الياف‌ها براي افزايش نرمي بتن كه مسألة بسيار مهمي در پديدة زلزله و بارهاي ديناميكي بر روي سازه‌هاي بتني است، بيان خواهد شد. در ادامه به بتن‌هايي كه بسيار كارا بوده و نياز به لرزاندن نداشته و درعين حال مقاومت زيادي دارند، اشاره خواهد شد. در بخش ديگري از مقاله كاربرد بتن بعنوان راه حلي براي كاهش آلودگي محيط زيست توضيح داده خواهد شد. در بخش پاياني آخرين نتايج و كاربرد محدود آرماتورها با جنسيت‌هاي مختلف از جمله الياف كربني، پليمري و پلاستيكي شده است.

بايد اذعان نمود كه نتايج تحقيقات سالهاي آخر قرن حاضر و ادامة‌ آنها در آينده و قرن جديد مي‌تواند نگرش تازه‌اي به بتن بعنوان يك مادة ساختماني پرمصرف بدهد. اين نتايج منجر خواهد شد تا ديدگاه بتن بعنوان تنها يك ماده با مقاومت فشاري خوب به كلي دگرگون شده و خواص ويژه بتن‌هاي جديد نظر اكثر دست‌اندركاران پروژه‌هاي بزرگ عمراني را در جهان بخود معطوف سازد.

مقدمه

سالهاي زيادي است كه از بتن بعنوان يك مادة ساختماني مهم و با تحمل فشارهاي بالا جهت ساخت و ساز انواع سازه‌ها استفاده مي‌شود. ضعف اين مادة مهم و پر مصرف ساختماني در مقابل كشش با قرار دادن آرماتور تا حد زيادي جبران شده است. در سالهاي اخير و با بررسي دوام سازه‌هاي بتني مسلح بويژه در مناطق خورنده و سخت براي بتن نظر اكثر كارشناسان و دست‌اندركاران كارهاي بتني به اين مسأله جلب شده است كه مقاومت به تنهايي نمي‌تواند جوابگوي كليه خواص مربوط به بتن بخصوص دوام آن باشد و لازم است در طراحي بتن براي مناطق مختلف علاوه بر مسأله مقاومت و تحمل بارها در طول مدت بهره‌دهي، پايايي و دوام آن نيز مد نظر قرار گيرد. در حال حاضر با اضافه نمودن مواد مختلف بتن و تغييرات در طرح اختلاط مي‌توان به بتن‌هايي دست يافت كه بدون تغيير قابل ملاحظه در مقاومت آنها از نقطه نظر دوام به بتن‌هايي با دوام بالا دست يافت. مسأله محيط زيست وآلودگي آن نيز در سالهاي اخير نظر جهانيان را بخود معطوف ساخته است. كاربرد مواد و مصالحي كه در ساخت آن آلودگي كمتري به محيط منتقل گردد و همچنين برداشت مصالح طبيعي كه كمتر محيط را تخريب نمايد، مورد توجه خاص قرار دارد. در اين راستا محدوديت كاربرد سنگدانه‌ها، دستيابي به مواد جديد و نيز استفاده از مواد زائد كارخانه‌ها و آلاينده‌هاي محيط زيست در بتن در رأس برنامه‌هاي تحقيقاتي پاره‌اي از كشورهاي جهان قرار گرفته است.

علاوه بر خود بتن و مصالح تشكيل‌دهندة آن در سالهاي اخير بر روي آرماتور مصرفي در سازه‌هاي بتني مسلح نيز تحولاتي صورت گرفته است. بعنوان مثال و براي پرهيز از خطر خوردگي آرماتور، از فولادهاي ضد زنگ و نيز آرماتورهاي ساخته شده با الياف‌ مختلف پلاستيكي و پليمري در محيط‌هاي بسيار خورنده استفاده مي‌شود. كار بر روي عملكرد دراز مدت چنين موادي هنوز ادامه دارد.

در مقالة اخير به چند مورد از بتن‌هاي جديد كه چند سالي است از آنها در صنعت ساخت و ساز براي سازه‌هاي بتني استفاده مي‌شود اشاره شده و مواد جديد مورد استفاده در بتن كه تحقيقات روي آنها هنوز ادامه دارد، نيز بيان خواهد شد. بعنوان مثال بتن‌هاي با مقاومت زياد و بتن‌هاي توانمند و با عملكرد بالا در اين خصوص جايگاه ويژه‌اي دارند. كاربرد الياف و مواد مختلف در بتن براي افزايش نرمي آن و مقاومت در مقابل بارهاي ضربه‌اي و نيروهاي ناشي از زلزله مورد ديگري از بتن‌هاي خاص مي‌باشد. با نگرشي عميق به مسأله دوام بتن و ضمن تأمين مقاومت لازم، كاربرد بتن‌هاي با كارايي بالا كه اجراي آن را نيز آسان مي‌سازد در برنامه كار مراكز بسياري قرار گرفته و برخي از اين بتن‌ها با اضافه كردن افزودنيهاي مختلف به آنها، اينك وارد صنعت بتن شده‌اند.

بتن با مقاومت زياد

امروزه بر اساس تكنولوژي رايج بتن، ساخت بتن‌هاي با مقاومت‌هاي فشاري زياد و دور از انتظار كه مي‌تواند براي طراحي سازه‌هاي اجرايي رايج مورد استفاده قرار گيرند، امكان‌پذير مي‌باشد. اگر چه اغلب آيين‌نامه‌هاي بتن هنوز مقاومت بتن مورد استفاده در سازه‌ها را به MPa 60 محدود مي‌كنند، اما آيين‌نامه‌هاي جديد اخيراً حدي بالاتر از MPa 105 را نيز در نظر گرفته‌‌اند ] 1 [. ساخت بتن‌هاي با مقاومت زياد و در حد MPa 120 و كاربرد آن در ساختمان‌هاي بلند در كشورهاي پيشرفته دنيا رواج يافته است. اين مقاومت با اضافه نمودن مواد ريز و فعال به سيمان تا حدي افزايش يافته كه بتن‌هايي با مقاومت‌هاي فشاري بين MPa 200 و MPa 800 و مقاومت‌هاي كششي بين MPa 30 و MPa 150 در نمونه‌هاي آزمايشگاهي بدست آمده است. براي دستيابي به چنين مقاومت‌هايي لازم است تغييراتي در طرح اختلاط داده و از مواد و افزودني‌هاي جديدي استفاده نمود.

از عوامل مهم در رسيدن به چنين مقاومت‌هايي استفاده از سنگدانه‌هاي مقاوم و كاهش حداكثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتني براي همگني بيشتر آن مي‌باشد. همچنين با استفاده از مواد بسيار ريزدانه و با اندازه‌هاي كمتر از دهم ميكرون مي‌توان مجموعه‌اي متراكم‌تر و با تخلخل بسيار كم كه بالاترين وزن مخصوص را خواهد داشت، تهيه نمود. در بتن‌هاي با مقاومت زياد بايستي تا حد ممكن نسبت آب به سيمان (w/c) را كاهش داد (امروزه حتي نسبت 18/0 = w/c استفاده شده است) كه در اين حالت بعضي دانه‌هاي سيمان هيدراته نشده بصورت مواد ريزدانه پركننده، دانسيته را افزايش داده و در نتيجه سبب افزايش مقاومت مي‌شوند. بديهي است براي تأمين كارايي چنين مخلوط‌هايي با آب بسيار كم لازم است از روان‌كننده‌ها، فوق‌روان‌كننده‌ها و پخش كننده ذرات ريز در بتن استفاده نمود. براي افزايش نرمي چنين بتن‌هايي (با افزايش مقاومت شكنندگي و تردي بتن افزايش مي‌يابد) مي‌توان به آنها الياف‌هاي كوتاه اضافه نمود. در ساخت چنين بتن‌هايي (مقاومت در حد فولاد و بالاتر) از روشهاي سخت شده تحت فشار و دما براي عمل آوري بتن و تأمين مقاومت اوليه زياد استفاده مي‌گردد.

جدول 1- مشخصات بتن بكار رفته در يك ساختمان بلند در مونترال كانادا