تحلیل ساخت بتن مبتنی بر معیارهای دوام در شرایط اقلیمی شهر تهران(بتن با دوام در تهران)
- مدیر کنترل کیفیت هلدینگ آزمابتن
- کارشناس ارشد کنترل کیفیت هلدینگ آزما بتن
- کارشناس ارشد کنترل کیفیت هلدینگ آزما بتن
- کارشناس کنترل کیفیت هلدینگ آزما بتن
چکیده
در طراحی سازه‌های بتنی، تمرکز اصلی عمدتاً بر ویژگی‌های مقاومتی بتن است. با این حال، تجربه خرابی‌های زودرس در سازه‌هایی که الزامات مقاومت را رعایت کرده‌اند، نشان می‌دهد که **کنترل عوامل موثر بر دوام بتن** از اهمیت بالایی برخوردار است. هزینه‌های تعمیر و جایگزینی ناشی از خرابی مصالح، بخش عمده‌ای از بودجه ساختمان‌سازی را به خود اختصاص می‌دهد. علاوه بر این، سرانه بالای مصرف سیمان در ایران و آلودگی‌های ناشی از آن، به ویژه در شهر تهران، چالشی جدی است.
در این پژوهش، با استفاده از کاهش نسبت آب به سیمان (و به تبع آن کاهش سیمان) با کمک افزودنی روان‌ساز و ژل میکروسیلیس، و با بهره‌گیری از آزمایشهای دوام (جذب آب، نفوذ آب، RCPT، RCMT و مقاومت الکتریکی)، ساخت بتن متناسب با شرایط اقلیمی شهر تهران بررسی شده است. هدف نهایی، ارائه یک **طرح اختلاط اجرایی، مقرون به صرفه** و با ملاحظات زیست محیطی است تا طراحان سازه در تهران را به اتخاذ رویکردی پایدار و توجه به شاخص‌های دوام ترغیب نماید.
کلمات کلیدی: نسبت آب به سیمان، رده دوام بتن، روان کننده، ژل میکرو سیلیس
مقدمه: چرا دوام بتن در تهران اهمیت دارد؟
هیچ مصالحی ذاتاً بادوام نیست. بتن نیز حاوی سنگدانه و خمیر سیمان است و خواص خمیر سیمان به شدت به نسبت آب به سیمان بستگی دارد، که میزان منافذ و حفرات را کنترل می‌کند. دوام بتن معمولاً به میزان جذب آب و نفوذپذیری آن مربوط می‌شود.
در شهر تهران، عمده تقاضا برای بتن با دوام، مختص بتن به اصطلاح "آب‌بند" برای استخرها یا قسمت‌های در تماس با خاک مهاجم است. بر اساس اطلاعات آماری هلدینگ آزمابتن، بیش از ۸۰٪ سفارش‌های خرید بتن در سال ۱۴۰۳ با رده مقاومتی C30 و C35 بوده است. نگران‌کننده‌تر اینکه، تنها در ۰.۱٪ از این موارد، مشخصات دوامی مندرج در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان مورد تقاضا بوده است. این آمار نشان‌دهنده عدم توجه به توسعه پایدار در این حوزه است و اهمیت تحلیل و خرید بتن آماده در تهران با استانداردهای دوام بالا را دوچندان می‌کند.
تحقیقات پیشین (تدین و همکاران، ۱۳۸۹) نشان داده‌اند که کاهش عیار سیمان در نسبت آب به سیمان ثابت، سبب بهبود خواص دوامی می‌شود. همچنین (حسین شجاع و همکاران) نشان دادند بتن با نسبت آب به سیمان ۰.۴ حتی بدون میکروسیلیس می‌تواند دوام مطلوبی داشته باشد. در این تحقیق تلاش شده است تا با کاهش نسبت آب به سیمان و استفاده از ژل میکروسیلیس، طرح اختلاط بهینه برای تأمین شرایط دوامی مورد نیاز در اقلیم شهر تهران حاصل گردد.
الزامات طرح اختلاط بتن با دوام (بر اساس مبحث نهم)
به منظور بررسی حداقل و حداکثر شرایط دوامی مورد نظر در شهر تهران از مبحث ۹ از مقررات ملی ساختمان (۱۳۹۹، ص ۵۰۰-۵۰۳) استفاده شده است.
- حداقل شرایط دوامی تهران: رده مشخصه XCD1, XCS1, XCA1, XS1
- حداکثر شرایط دوامی تهران: رده مشخصه XCD2, XCD3, XCA3, XS2
ضوابط طرح مخلوط بر اساس جداول مبحث نهم (ص ۵۰۴-۵۱۳) تعیین شده است.
جدول شماره (۱): دسته بندی شرایط محیطی از دیدگاه دوام بتن (مبحث نهم)
| ردیف | رده بندی | رده مشخصه | توصیف شرایط | نمونه هایی از شرایط محیطی مشابه |
|---|---|---|---|---|
| ۱ | خوردگی ناشی از یون های کلرید به غیر از آب شور دریا... | XCD1 | رطوبت متوسط | سطوح بتنی در معرض یون های کلرید موجود در هوا |
| XCD2 | مرطوب، به ندرت خشک | استخر شنا | ||
| XCD3 | بتن آرمه در تماس مستقیم با خاک دارای یون کلرید | قسمت هایی از ساختمان که در تماس با خاک مهاجم هستند... | ||
| ۲ | خوردگی ناشی از یون های کلرید آب دریای شور... | XCS1 | بستن آرمه در معرض نمک های کم موجود در هوا... | ساختمان های دور از ساحل |
| XCS2 | به طور دائم غرقاب یا درون خاک خیس یا مرطوب | بخش هایی از ساختمان های دریایی... | ||
| ۳ | خوردگی ناشی از کربناته شدن | XCA1 | شرایط خشک یا همیشه مرطوب | سطوح بتن آرمه که در محوطه بسته داخلی... |
| XCA3 | شرایط با رطوبت محیطی متوسط | سطوح خارجی بتن آرمه که توسط سایبان... | ||
| ۴ | بتن در معرض حملات سولفاتی قرار دارد... | XS1 | احتمال حملات سولفاتی متوسط | بخش هایی از سازه ی بتنی که در معرض یون های سولفات... |
| XS2 | احتمال حملات سولفاتی شدید | بخش هایی از سازه ی بتنی که در معرض یون های سولفات... |
جدول شماره (۲): ضوابط طرح مخلوط برای شرایط محیطی در معرض یون های کلرید
| طبقه بندی | دسته بندی | نوع سیمان انتخابی | حداقل مقدار مواد سیمانی (kg/m³) | حداکثر نسبت آب به مواد سیمانی | حداقل رده ی بتن |
|---|---|---|---|---|---|
| ۱ | XCD1 / XCS1 | سیمان پرتلند نوع (۱) و (۲) و... | ۳۲۵ | ۰.۵ | C30 |
| ۲ | XCS2 / XCD2 / XCD3 | سیمان پرتلند نوع (۱) و (۲) و... | ۳۲۵ | ۰.۴۵ | C35 |
جدول شماره (۳): ضوابط طرح مخلوط برای خوردگی ناشی از یون های سولفات
| شرایط محیطی | مقدار یون سولفات (SO4) در خاک (وزنی) | مقدار یون سولفات (SO4) در آب (mg/L) | نوع مواد سیمانی | حداکثر نسبت آب به مواد سیمانی | حداقل رده بتن |
|---|---|---|---|---|---|
| XS1 | ۰.۲۰ ≥ ... ≥ ۰.۱۰ | ۱۵۰۰ > ... ≥ ۱۵۰ یا آب دریا | مقاومت سولفاتی کم | ۰.۵ | C25 |
| XS2 | ۲.۰۰ ≥ ... ≥ ۰.۲۰ | ۱۰۰۰۰ ≥ ... ≥ ۱۵۰۰ | مقاومت سولفاتی متوسط | ۰.۴۵ | C25 |
جدول شماره (۴): ضوابط طرح مخلوط برای خوردگی ناشی از کربناته شدن (XCA3)
| مشخصات طرح مخلوط | پوشش میلگرد (۲۵mm) | پوشش میلگرد (۳۰mm) | پوشش میلگرد (۳۵mm) | پوشش میلگرد (۴۰mm) |
|---|---|---|---|---|
| حداقل رده بتن | C30 | C30 | C25 | C25 |
| حداکثر نسبت آب به مواد سیمانی | ۰.۵۵ | ۰.۵۰ | ۰.۵۰ | ۰.۵۵ |
| حداقل عیار مواد سیمانی (kg/m³) | ۳۲۵ | ۳۰۰ | ۳۰۰ | ۳۰۰ |
جدول شماره (۵): مقادیر مجاز مشخصه از آزمایشهای نفوذ پذیری بتن
| آزمایش | طبقه بندی ۱ (XCD1, XCS1) | طبقه بندی ۲ (XCS2, XCD2, XCD3) | طبقه بندی ۳ (XCS3, XCD4) |
|---|---|---|---|
| ۱- حداکثر جذب آب نیم ساعته (درصد) | ۳.۵ | ۳ | ۲.۵ |
| ۲- حداکثر عمق نفوذ آب تحت فشار (mm) | ۶۰ | ۴۵ | ۳۰ |
| ۳- حداکثر نفوذ پذیری کلرید (RCPT) (کولن) | - | ۳۵۰۰ | ۲۵۰۰ |
| ۵- حداقل مقاومت الکتریکی (ونر) (KΩ.cm) | ۷۵ | ۱۰۰ | ۱۲۵ |
مصالح مصرفی
شن و ماسه مصرفی از منطقه پاکدشت (معدن الماس درخشان شرق) تهیه شد. سیمان مصرفی از سیمان تهران رده ۱-۴۲۵ بود. روان‌کننده مورد استفاده از نوع پلی کربوکسیلات (شرکت دماوند سفید) و ژل میکروسلیس از شرکت آبادگران (سوپر ژل اکو) با درصد میکروسلیس ۵۰٪ استفاده گردید.
استفاده از مصالح باکیفیت و استاندارد، نظیر مصالح مصرفی در **بتن شرق تهران**، اولین گام برای دستیابی به دوام مورد نظر است.
برنامه آزمایشگاهی و طرح‌های اختلاط
در این تحقیق از ۳ طرح اختلاط طبق استاندارد ACI-211 استفاده شد:
- طرح ۱ (شاهد): رده C35، بدون افزودنی، نسبت آب به سیمان ۰.۵۲.
- طرح ۲ (با روان کننده): کاهش نسبت آب به سیمان به ۰.۴۵ و کاهش سیمان.
- طرح ۳ (با ژل میکروسیلیس): کاهش نسبت آب به سیمان به ۰.۵.
جدول شماره (۶): مشخصات طرح‌های اختلاط
| مشخصات | طرح ۱ (شاهد) | طرح ۲ (با روان کننده) | طرح ۳ (با ژل) |
|---|---|---|---|
| ماسه (kg/m³) | ۹۵۰ | ۱۰۶۰ | ۹۵۰ |
| شن (kg/m³) | ۷۵۰ | ۷۰۰ | ۷۵۰ |
| سیمان (kg/m³) | ۴۵۰ | ۴۰۰ | ۴۵۰ |
| روان کننده (wt% سیمان) | - | ۰.۴ | - |
| ژل میکرو سیلیس (wt% سیمان) | - | - | ۵ |
| نسبت آب به سیمان | ۰.۵۲ | ۰.۴۵ | ۰.۵ |
روش‌های آزمون دوام بتن
آزمایش‌ها در آزمایشگاه هلدینگ آزما بتن (دارای تایید صلاحیت ایزو ۱۷۰۲۵)، آزمایشگاه بتن دانشگاه امیرکبیر و آزمایشگاه مرکز تحقیقات بتن (متب) انجام شده است.
۱- مقاومت فشاری
بر اساس استاندارد ۱۶۰۸-۳ در سن ۲۸ روزه بر روی نمونه‌های مکعبی ۱۵*۱۵ سانتی‌متر انجام شد.
۲- مقاومت الکتریکی سطحی (ونر)
بر اساس استاندارد AASHTO, T358 انجام شد. این دستگاه با چهار الکترود، مقاومت بتن را اندازه‌گیری می‌کند. هرچه مقاومت الکتریکی بالاتر باشد، دوام آن در برابر نفوذ یون‌های مخرب بالاتر است.
۳- نفوذ تسریع شده یون کلر (RCPT)
یکی از مهم‌ترین و معتبرترین آزمون‌های دوام بتن سخت شده است که بر اساس استاندارد ۲۰۷۹۳ انجام شد. این آزمون نفوذ یون کلر که عامل خوردگی میلگرد است را بررسی می‌کند.
۴- مهاجرت تسریع شده یون کلر (RCMT)
این آزمون نیز میزان نفوذ یون کلراید در بتن را بر اساس استاندارد ۲۱۴۷۹ نشان می‌دهد.
۵- عمق نفوذ آب تحت فشار
بر اساس استاندارد EN 12390-8 انجام گرفت. هدف، تعیین میزان عمق نفوذ آب تحت فشار به داخل آزمونه بتنی است.
۶- جذب حجمی آب بتن
بر اساس استاندارد ۱۶۰۸-۱۲۲ (جذب آب نیم ساعته) بر روی آزمونه‌های مکعبی ۱۰*۱۰ سانتی‌متر در سن ۲۸ روزه انجام شد.
۷- تعیین روانی (اسلامپ)
آزمون تعیین روانی بتن تازه بر اساس استاندارد ۳۲۰۳-۲ با استفاده از مخروط اسلامپ انجام گرفت.
نتایج آزمایش‌ها و جداول
نتایج به دست آمده از آزمون‌های مختلف در جداول زیر خلاصه شده است. این نتایج به ما در درک قیمت بتن و ارتباط آن با کیفیت و دوام کمک می‌کند.
جدول شماره (۷): نتایج مقاومت فشاری ۲۸ روزه
| طرح | مقاومت ۲۸ روزه (kg/cm³) |
|---|---|
| ۱ | ۴۳۰ / ۴۵۰ |
| ۲ | ۵۹۵ / ۵۷۷ |
| ۳ | ۵۰۲ / ۵۰۰ / ۴۷۸ |
جدول شماره (۸): حداکثر عمق نفوذ آب تحت فشار (mm)
| طرح | حداکثر عمق نفوذ (mm) |
|---|---|
| ۱ (شاهد) | ۲۵ |
| ۲ (با روان کننده) | ۲۸ |
| ۳ (با ژل) | ۲۱ |
جدول شماره (۹): جذب حجمی آب بتن (نیم ساعته)
| طرح | میانگین جذب آب نیم ساعته (%) |
|---|---|
| ۱ (شاهد) | ۳.۶۳ % |
| ۲ (با روان کننده) | ۱.۹۵ % |
| ۳ (با ژل) | ۲.۹۰ % |
جدول شماره (۱۰ و ۱۱): نتایج مقاومت الکتریکی و RCPT (فقط طرح ۲)
| آزمایش | نتایج طرح ۲ (با روان کننده) |
|---|---|
| مقاومت الکتریکی (KΩ.M) | ۱۷۲.۵ / ۱۶۲.۵ / ۱۷۰ |
| RCPT (کولن) | ۲۹۵۴ / ۳۲۳۰ |
جدول شماره (۱۲): نتایج اسلامپ
| طرح | مشخصات نمونه | اسلامپ (mm) |
|---|---|---|
| ۱ | شاهد | ۱۰۰ |
| ۲ | حاوی روان کننده | ۱۴۰ |
| ۳ | حاوی ژل | ۱۴۰ |
جدول شماره (۱۳): نتایج RCMT (فقط طرح ۲)
نتایج آزمون RCMT بر روی طرح ۲ (با روان کننده) ضریب مهاجرت یون کلرید را در محدوده ۹.۸۱ تا ۱۱.۸۸ (m²/s) ۱۰⁻¹² نشان داد.
مقایسه نتایج طرح‌های اختلاط (نمودارها)
مقایسه نتایج آزمون‌های مشترک بین سه طرح، درک بهتری از عملکرد هرکدام ارائه می‌دهد.
بحث و نتیجه‌گیری: دستیابی به بتن اقتصادی و بادوام در تهران
نتایج این تحقیق، که توسط مهندس علی راهداران و همکاران در هلدینگ آزمابتن انجام شده، نکات کلیدی زیر را آشکار می‌سازد:
- مقاومت فشاری هر سه طرح، رده هدف (C35) را که از الزامات دوامی حداکثر در تهران است، کسب کرد. اگرچه مقاومت طرح ۱ (شاهد) به طور قابل ملاحظه‌ای کمتر بود.
- طرح ۱ (شاهد)، با وجود کسب مقاومت لازم، هیچ یک از شرایط دوامی مورد نظر را برآورده نکرد. این موضوع نشان‌دهنده عدم توجه کافی به معیارهای دوام در طراحی سازه‌های فعلی است.
- طرح ۲ (با روان کننده)، **تمامی پارامترهای دوام مورد انتظار برای شهر تهران را برآورده کرد**. در این طرح، با کاهش آب به سیمان و استفاده از روان کننده، مصرف سیمان ۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب کاهش یافت. این طرح علاوه بر رویکرد زیست محیطی، مقرون به صرفه بوده و بر طبق محاسبات، حداکثر ۷ درصد نسبت به طرح یک افزایش قیمت دارد.
- طرح ۳ (با ژل میکروسیلیس) نیز با کاهش نسبت آب به سیمان به ۰.۵، توانست شرایط دوامی (جذب آب و نفوذ آب) مورد انتظار شهر تهران را برآورده کند. اگرچه این طرح به اندازه طرح ۲ مقرون به صرفه نیست، اما مزیت آن اجرای ساده در محل پروژه است.
- نتیجه کلیدی: به نظر می‌رسد با کاهش نسبت آب به سیمان به حداکثر ۰.۵ و استفاده از روان کننده، **حداقل شرایط دوامی در شهر تهران** با افزایش هزینه ناچیز (تنها ۳ درصد) برآورده خواهد شد.
- در شرایط دوامی بحرانی‌تر (مانند حداکثر شرایط دوامی)، کاهش آب به سیمان به تنهایی کافی نخواهد بود و استفاده از افزودنی‌ها ضروری است.
خرید بتن آماده با دوام در تهران (شرق تهران)
همانطور که این مقاله علمی نشان می‌دهد، دستیابی به بتن با دوام در تهران تنها با اتکا به رده مقاومتی (C35 یا C30) امکان‌پذیر نیست. انتخاب طرح اختلاط بهینه، استفاده از روان‌کننده‌های استاندارد و ژل میکروسیلیس برای برآورده کردن الزامات مبحث نهم ضروری است.
هلدینگ آزمابتن، با بهره‌گیری از نتایج همین تحقیقات و آزمایشگاه کنترل کیفیت مجهز، آماده ارائه بتن با دوام تضمین شده برای پروژه‌های ساختمانی، به ویژه در **شرق تهران** است. برای اطلاع از قیمت بتن و دریافت مشاوره تخصصی در زمینه خرید بتن آماده در تهران، با ما تماس بگیرید.
تشکر و قدردانی
- جناب مهندس سعید رحیمی (مدیر عامل هلدینگ آزما بتن ماد)
- جناب مهندس شهبد یاوری (قائم مقام هلدینگ آزما بتن ماد)
مراجع
- AASHTO. (T358).
- ASTM. (2019). Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability .
- EN. (12390-3:2019). Testing hardened concrete. Compressive strength of test.
- EN, B. (12390-8: 2009). Depth of penetration of water under pressure.
- استاندارد. (۱۲۲-۱۶۰۸). حداکثر جذب آب نیم ساعته.
- استاندارد. (۱۶۰۸-۳). مقاومت فشاری بتن.
- استاندارد. (۲۰۷۹۳). حداکثر نفوذ پذیری کلرید به روش تسریع شده.
- استاندارد. (۲۱۴۷۹). پیش بینی نفوذ کلرید در بتن سخت شده حاوی سیمان.
- استاندارد. (۲-۳۲۰۳). تعین روانی بتن به روش اسلامپ.
- استاندارد ملی ایران به شماره ۳۰۲. (۱۳۹۹). در ویژگی های سنگدانه ی بتن.
- اسناندارد ملی ایران به شماره ی ۲۹۳۰. (۱۳۹۲). در افژودنی های بتن.
- تدین و همکاران. (۱۳۸۹). تاثیر روان کننده ها بر کاهش عیار سیمان و کیفیت بتن. مجله تحقیقات بتن.
- جواد برنجیان و هکاران. (۱۳۹۱). برسی تاثیر افزودنی های معدنی بر کاهش نفوذ پذیری بتن...
- حسین شجاع و همکاران. (بدون تاریخ). برسی آزمایشگاهی خواص مکانیکی و دوام بتن با دوده ی سیلیسی...
- مبحث ۹ از مقررات ملی ساختمان. (۱۳۹۹).
- مجید ایراندوست و همکاران. (۱۳۹۳). برسی تاثیر متقابل نسبت وزنی میکروسیلیس...
- مرتضی اسکندری و همکاران. (۱۳۹۸). برسی نسبت های مختلف آب به سیمان...
- نویل. (n.d.). تکنولوژی بتن (pp. 235-236).
- یاسین عزیز همت لو. (۱۳۹۰). تعیین نسبت بهینه آب به سیمان چهت طراحی مخازن...
بدون دیدگاه