بتن پیش آکنده ( بتن های خاص )

- تعریف

اگر پس از ر یختن مصالح سنگی درشت دانه در قالب ملات ماسه سیمان را بدان تزریق کنیم تا بتن حاصل شود، بتن پیش آکنده را خواهیم داشت که به آن اختصاراً  بتن PA  نیز می گویند. به این بتن,Injected Aggregate con , Prepacked  Con. , Arbeton ,Colcrete , Natur  Beton , Prepakt Con. ,Grouted Aggregate con نیز می گویند.             

 

2- تاریخچه                                                      

ظاهراً این کار ابتدا در سال 1937 برای تعمیر یک تونل در کالیفرنیا انجام شد. سال ها این بتن فقط در صحنه تعمیر پل و تونل خودنمایی می کرد اما پس از آزمایش های مختلف USBR آن را در بازسازی  سر ریز سد Hoover بکار برد  وسپس در سال 1946 در تعمیرهای بالا دست سدی در کلرادو  این شیوه بکار رفت و سریعا طی10 روز تزریق ملات انجام شد در حالی که دریاچه سد از آب پر بود. مهندسین ارتش آمریکا در سال 1951 نیز آن را بکار گرفتند و درسال 1954 و 1955 تقریبا بیش از 380000 متر مکعب از این بتن در ساخت 34 پایه پل بکار رفت. از 1950 در ژاپن و سپس در استرالیا و کشورهای دیگر این شیوه بتن ریزی و تعمیر به وفور بکار رفته است.

 

3-کاربردهای بتن پیش آکنده

موارد مصرف بتن پیش آکنده در زیر از نظرتان میگذرد.               

            الف : ساخت و اجرای سازه ها وقطعات حاوی بتن سنگین مانند سپری ها پرتو های رادیواکتیو، دیوارهای حائل و سدهای وزنی، دیواره های بندری، موج شکن ها، قطعات سنگین برای تثبیت ساحل ها و شیروانی ها

                ب : بتن ریزی در زیر آب های ساکن و جاری با عمق کمتر از 30 متر

                ج : بتن ریزی شمع ها و سپر ها به صورت در جا در مناطق خشک و آبدار

                د : بتن ریزی حجیم و سدها و پایه های پل ها و شالوده های حجیم

                ه : بتن ریزی منابع آب و مخازن نگهدارنده مایعات

            و : بتن های تعمیری با ضخامت بیش از 10 سانتی متر

                ز : بتن ریزی در هوای سرد و گرم

                ح: بتن های با نمای خاص و آرشیتکتی

 

4- مزایا و علل کاربرد بتن پیش آکنده

در زیر به برخی خصوصیات مثبت و مزایای بتن پیش آکنده که می توان آن ها را علت کاربرد آن نیز قلمداد نمود، اشاره می شود.

                الف : عدم جدایی اجزاء تشکیل دهنده بتن و همگنی بسیار خوب آن به ویژه در بتن های سنگین با داشتن    سنگدانه های سنگین وزن با چگالی 5/3 تا 8/7

                ب : جمع شدگی خمیری کم و هم چنین جمع شدگی کم ناشی از خشک شدگی که معمولاً در این بتن ها نصف تا ثلث بتن های معمولی مشابه می باشد. پتانسیل ترک خوردگی نیز بدین علت کاهش می یابد و این امر برای منابع آب و تعمیر و غیره بسیار مهم است

                ج : امکان مصرف سیمان کمتر که به نوبه خود گرمازایی و سرعت گرمازایی کمتر را در بتن های حجیم باعث    می گردد و تضاد ایجاد مقاومت و دوام با سیمان کم را با کارآیی بتن مرتفع می سازد

                د : آب بندی و دوام بهتر این بتن ها در محیط های خورنده به دلیل همگنی و ترک کمتر و نسبت آب به سیمان کم

                ه : امکان خنک سازی و گرم سازی ساده تر مصالح سنگی و ملات تزریقی در هوای گرم و سرد و بتن ریزی حجیم

                و : امکان ایجاد نماهای خاص و بکار گیری مصالح سفید و رنگی در مجاورت سطح

            ز : امکان استفاده از دانه بندی گسسته در این بتن

                ح : عدم نیاز به تراکم (مگر در موارد لزوم) که خود یک امتیاز بزرگ برای بتن ریزی است

                ط : امکان ریختن بتن در زیر آب اعم از ساکن و جاری به ویژه در آب های کم عمق و کمک در تثبیت و فروبردن قالب ها در آب

                ی : امکان دستیابی به مقاومت های نسبتاً زیاد با بکارگیری نسبت آب به سیمان کمتر و مصرف روان کننده و میکروسیلیس در ملات تزریقی. مقاومت 40 ، 60 و90 مگاپاسکال برای سنین 28 و90 روزه و یک ساله بدون روان ساز و میکروسیلیس گزارش شده است که با توجه به عیار سیمان آن ها جالب توجه می باشد.

                ک : کم کردن هزینه های تجهیز کارگاه به ویژه در بتن ریزی های حجیم و سدها

            ل : داشتن مدول ارتجاعی بیشتر، ضریب پواسون کمتر و خزش کمتر از بتن های معمولی مشابه

                م : امکان مصرف افزودنی های حبابزا، روان ساز، پوزولان ها، پلیمرها، حباب زداها، ضدقارچ،  زود گیر کننده ها، کند گیر کننده ها، انبساط زاها و اتصال زاها و مواد آب بندکننده در ملات مصرفی

 

5- روش مختصر اجراء

برای آشنایی بیشتر با این شیوه بتن ریزی در زیر مراحل کار فهرست وار از نظر می گذرد.

                الف : قالب بندی و درز بندی و تثبیت آن

                ب : کارگذاری لوله های تزریق ملات و سایر لوله های مورد نیاز

                ج : ریختن سنگدانه های درشت شکسته و نسبتاً یکدست در قالب

                د : ساخت ملات مناسب جهت تزریق در شن ها

                ه : تزریق ملات ریز دانه و شل ماسه سیمان در فضای خالی درشت دانه ها

                و : لرزاندن قالب ها (در صورت نیاز) و تشکیل بتن مورد نظر

                ز : بالا کشیدن تدریجی لوله های تزریق ضمن ادامه دادن عمل تزریق و پر کردن قالب از بتن

                ح : نگهداری از بتن و باز کردن قالب ها

                ط : ایجاد نمای خاص به صورت شسته و موزائیکی

 

 

6-  ویژگی های مصالح سنگی

6-1- ویژگی های سنگدانه های درشت

این سنگدانه ها باید از ویژگی های زیر برخوردار باشند.

                الف : شن ها باید از نوع شکسته کوهی یا نیمه شکسته رودخانه ای باشند تا پوکی لازم تأمین گردد. پوکی شن انباشته در قالب باید در حدود 35/0 تا 5/0 باشد. پوکی های تا 25/0 نیز در موارد خاص بکار رفته است. علاوه بر شکستگی درشت دانه ها باید برای تأمین پوکی و سهولت تزریق ملات نکات زیر نیز رعایت شود. شن گرد گوشه دارای پوکی کمتر و وزن مخصوص توده ای بیشتر می باشد.

                ب : حتی الامکان باید از شن تقریباً یکدست (تک اندازه) استفاده نمود. دانه بندی بر روی پوکی و تأثیر می گذارد. دانه بندی های یکنواخت پوکی را بیشتر می کند.

            ج : حد اکثر اندازه شن بسته به ابعاد قطعه و نوع کار بین 25 تا150 میلی متر تغییر می کند. با افزایش حد اکثر اندازه پوکی شن بیشتر می شود. در قطعات ضخیم تر از حد اکثر اندازه بیشتر و در قطعات نازک و تعمیری از حد اکثر اندازه های کوچکتر استفاده می شود. حد اکثر اندازه شن معمولاً کمتر از یک چهارم فاصله قالب ها می باشد.

                د : حد اقل اندازه دانه ها بین 13 تا 40 میلی متر با توجه به حداکثر اندازه دانه ها انتخاب می شود. وجود شن ریز   به مقدار زیاد باعث کاهش پوکی و صعوبت تزریق ملات می گردد. مثلاً برای حد اکثر اندازه 150 میلی متر ذرات کوچکتر از 40 میلی متر نباید بیش از 5 درصد باشد و برای حد اکثر اندازه 75 میلی متر نباید بیش از 10 درصد ذرات کوچکتر از 20   میلی متر و 2 درصد آن کوچکتر از 13 میلی متر باشد. در حالی که برای حد اکثر اندازه 40 میلی متر نباید بیش از 10 درصد ذرات کوچکتر از 13 میلی متر و بیش از 2 درصد آن ها کوچکتر از 10 میلی متر باشند.

                ه : شن ها باید تمیز و عاری از گل ولای بوده و مسلماً باید از مقاومت و دوام کافی طبق استانداردهای معتبر برای سنگ دانه های درشت برخوردار باشند.

                و : وزن مخصوص توده ای  خشک شن مصرفی با توجه به پوکی 35 درصد تا 50 درصد (نسبت تخلخل 5/0 تا1) و در نظر گرفتن چگالی متوسط ظاهری ذرات برابر 55/2 برای بتن هایی با وزن مخصوص معمولی در حدود 25/1 تا  60/1 تن بر متر مکعب می باشد. هر چه شن درشت تر، شکسته تر، یکدست تر و دارای چگالی ذرات کمتر باشد وزن مخصوص توده ای کمتری را خوهد داشت و به عدد 25/1 نزدیکتر خواهد شد.

                ز : در بتن های سنگین چگالی ظاهری ذرات شن بین5/3 تا 8/7 می باشدکه مسلماً وزن مخصوص  توده ای آن ها  به مراتب بیشتر از شن های معمول خواهد شد. باریت، لیمونیت، هماتیت، ماگنتیت و حتی قطعات چدنی و فولادی از این  جمله اند.

6-2- ویژگی های مصالح سنگی ریز دانه

این ویژگی ها به طور کلی مانند ماسه های سایر بتن ها است اما از نظر دانه بندی تفاوت هایی را دارد.

الف: از نظر تمیزی، دوام و سایر موارد (به جز  دانه بندی) این ماسه مطابق ویژگی های آیین نامه های معتبر می باشد.

ب: اگر حداکثر اندازه شن کوچک شود ماسه هایی با مدول ریزی کمتر و حداکثر اندازه کوچکتر بکار می رود.    به هر حال ملات ساخته شده با این ماسه باید بتواند به راحتی در لا به لای فضای خالی  شن ها حرکت نماید و آن ها را        پر کند. برای شن 150 میلی متری با حداقل اندازه 40 میلی متر، حداکثر اندازه ماسه 5 میلی متر و مدول ریزی آن 1/2 تا 6/2 می باشد. برای شن با حداکثر اندازه 75 میلی متر و حداقل اندازه 20 میلی متر، حداکثر اندازه ماسه 3 میلی متر و مدول ریزی آن 8/1 تا 3/2 می باشد. هم چنین برای حداکثر اندازه 50 میلی متر و حداقل اندازه 15 میلی متر، حداکثر اندازه ماسه 2 میلی متر و مدول ریزی آن 5/1 تا 2 می باشد. برای شن با حداکثر اندازه 38 میلی متر و حداقل اندازه 12 میلی متر، حداکثر اندازه ماسه5/1 میلی متر و مدول ریزی آن 3/1 تا 7/1 می باشد. اگر حداکثر اندازه شن به 25 میلی متر برسد حداکثر اندازه ماسه به 1 میلی متر محدود می شود.

                ج : مصرف ماسه کاملاً گرد گوشه در همه موارد ارجحیت دارد و باید حتی الامکان از مصرف ماسه شکسته یا   نیمه شکسته پرهیز نمود تا روانی ملات با آب کمتر تأمین شود و هم چنین با فشار تزریق کمتر نتیجه بهتری را داشته باشیم و نمای خوبی بدست آید.

                د : ماسه باید سخت، تو پر، با دوام و عاری از گل و لای (به ویژه در سطح) باشد.

                ه : در بتن های سنگین ممکن است از ماسه با چگالی زیاد استفاده شود که به دلیل عیار بالای سیمان و پوزولان امکان جدایی مواد در ملات کم است. بتن های حاصله در این حالت دارای وزن مخصوص 5/3 تا بیش از5/5 تن بر متر مکعب خواهند بود.

 

7- خصوصیات مواد چسباننده

مواد چسباننده شامل انواع سیمان های پرتلند یا آمیخته می باشد که می توان به همراه سیمان مقداری پوزولان بکار برد.

7-1- ویژگی های سیمان

سیمان پرتلند با انواع پنجگانه می تواند بکار رود. در صورت عدم تأمین سیمان پرتلند نوع 3 و 4  می توانیم از افزودنی ها برای زود گیر یا دیر گیر کردن استفاده نماییم.

                سیمان های مخلوط یا آمیخته نیز کاربرد وسیعی را برای این بتن ها دارند. سیمان های پرتلند پوزولانی و روباره ای، سیمان های پرتلند اصلاح شده با پوزولان و روباره اکثراً بکار می روند و باید مطابق استانداردهای معتبر تولید گردند تا نتیجه مناسبی عاید شود.

7-2- ویژگی های پوزولان ها

پوزولان های طبیعی و مصنوعی، فعال و نیمه فعال می توانند در این بتن ها به عنوان یک افزودنی یا جایگزین و یاری کننده سیمان بکار روند. پوزولان های طبیعی شامل خاکستر ها و توف های آتشفشانی، شیل ها و رس های خاص و دیاتومه ها می باشند. پوزولان های مصنوعی شامل شیل ها و رس های تکلیس شده، دیاتومه های تکلیس شده، روباره های آهن گدازی، خاکستر صنعتی، میکرو سیلیس و خاکستر پوسته غلات و چوب (به ویژه خاکستر پوسته برنج) است.

                پوزولان مناسب علاوه بر داشتن فعالیت پوزولانی (ترکیب با آهک در محیط آب دار و تشکیل ژل چسباننده) بایستی ملات را روان و خمیری سازد و مصرف آب را کم کند یا اقلاً آن را در ملات چندان بالا نبرد و گرنه نیاز به          روان کننده ها ممکن است الزامی شود.

                به هر حال ویژگی های پوزولان ها باید مطابق با استاندارد های معتبر جهانی باشد.

 

8- افزودنی ها

افزودنی های مصرفی در این بتن ها باید مطابق استانداردهای معتبر باشد و حتماً مورد آزمایش قرار گیرد. روان کننده های معمولی و ممتاز، کند گیر کننده، زود گیر کننده، حباب زا، پوزولان ها، آب بندکننده ها، اتصال زاها، انبساط زاها، مواد پلیمری، مواد رزینی، ضد قارچ و کپک، حباب زدا و غیره معمولاً می توانند بسته به مورد مصرف در ملات تزریقی بکار روند. البته می توان در ملات تزریقی از   الیاف ها  (به ویژه پلیمری) استفاده نمود.