بتن متخلخل

اصطلاح بتن متخلخل به‌طورمعمول توصیف‌کننده یک نوع بتن ساخته‌شده از سیمان پرتلند با اسلامپ نزدیک به صفر است که از سنگ‌دانه با دانه‌بندی درشت و با توزیع گسسته، مقدار بسیار اندکی ریزدانه، آب و مواد افزودنی تشکیل ‌شده است. ترکیب این مواد، یک ماده سخت با منافذ متصل‌به‌هم تولید می‌کند که اندازه حفرات آن‌ از 2 تا 8 میلی‌متر متغیر بوده و امکان عبور آب از طریق این خلل و فرج را فراهم می¬کند. درصد میزان حفرات می‌تواند از 15% تا 35% متغیر باشد. بارزترین ویژگی بتن متخلخل قابلیت زهکشی آن است. نرخ زهکشی در روسازی بتن متخلخل با توجه به ‌اندازه سنگ‌دانه‌ها و تراکم چگالی مخلوط متفاوت خواهد بود، اما به‌طورکلی نرخ نفوذ در محدوده 81 تا 730 لیتر بر دقیقه بر مترمربع است. همچنین دامنه مقاومت فشاری این نوع بتن به‌طور متوسط از  Mpa8‌‌.‌‌2 تا  Mpa28 می¬باشد. با توجه به رابطه معکوس نفوذپذیری و مقاومت، تعیین حد مطلوب هرکدام از این مشخصات مکانیکی، از مهم‌ترین چالش‌های طراحی است. بتن متخلخل که به‌عنوان مواد و مصالح ساختمانی سازگار با محیط‌زیست به رسمیت شناخته‌ شده است، رواناب سیلاب‌ها را کاهش می‌دهد، باعث بهبود کیفیت فاضلاب‌های سطحی شده و افزایش ذخیره منابع آب زیرزمینی را نیز به همراه دارد. در این تحقیق تلاش شده علاوه بر یافتن طرح اختلاطی مطلوب، ضمن رعایت تناسب در مقادیر مقاومت و نفوذپذیری، از مواد افزودنی طبیعی مکمل سیمان نظیر سرباره، زئولیت و تراس استفاده شود. گرایش روزافزون جهانیان به استفاده از این مواد با توجه به خواص بسیار مناسب، توجیه اقتصادی و آثار مثبت زیست‌محیطی آن‌ها ایجاب می‌کند تا در کشور ما نیز شناختی دقیق از این مواد حاصل شده و کاربرد آن گسترش یابد. به کمک این طرح می‌توان گام مؤثری در کاهش رواناب و وقوع سیل برداشت. با توجه به وجود منابع و معادن کافی مواد اولیه‌ و سازگاری این مواد با محیط‌زیست و از طرفی افزایش قیمت قیر و مواد نفتی و آثار نامطلوب آن بر محیط‌زیست، می‌توان اجرای این طرح را عملی و لزوم استفاده از آن را توجیه کرد. برخی از موارد کاربرد بتن متخلخل به شرح زیر است:

  • سنگفرش پارکینگها
  • لایه زهکش در زیر فضای بیرونی مالها
  • کف گلخانه ها (جلوگیری از جمع شدن آب)
  • دیوارهای سازه ای با هدف سبک سازی و یا عایق سازی حرارتی
  • روکشها، دیوارها و کفها با خواص جذب آکوستیک بهتر
  • لایه اساس خیابانها، جاده ها، فرودگاه ها …
  • پوشش پارکها و زمینهای تنیس
  • کفسازی تصفیه خانه های فاضلاب

شرکت دانش بتن امیرکبیر اقدام به ارائه طرح مخلوط بتن متخلخل برای استفاده به عنوان لایه اساس در پروژه های راهسازی (آزادراه تهران- شمال و کمربندی قزوین و …) و گلخانه ها و بتن پر کننده اطراف دیوار حائل و… نموده است.

بتن های توانمد و فوق توانمند

بتن توانمند (High Performance Concrete) با همان مواد و مصالح بتن معمولی ساخته می شود، اما نسبتها به گونه ای طراحی یا مهندسی می شوند که تامین کننده الزامات مقاومت (مقاومت بالاتر از ۵۰ مگاپاسکال) و دوامی مورد نظر باشند. راهکارهای تولید بتن توانمند شامل افزایش مقاومت خمیر سیمان، افزایش مقاومت ناحیه انتقال، افزایش مقاومت سنگدانه می باشد. بتن فوق توانمند (Ultra High Performance Concrete) بتن ساخته شده از مواد سیمانی با حداقل مقاومت فشاری 150 مگاپاسکال می باشد.

بهره­گیری از بتن­هاي با مقاومت و عملکرد بالا در ساخت سازه­هاي بتنی در حقیقت به منزله استفاده بهینه از مصالح ساخت بتن و همچنین بکارگیری پتانسیل­ها و ظرفیت­هاي این ماده می باشد. بتن توانمند (HPC) به بتنی گفته می­شود که مقاومت فشاري بیش از ۵۰ مگاپاسکال و خصوصیات ویژه­ای نظیر کارایی و دوام بالا، داشته باشد.

در مدّت 30 سال گذشته، عموماً از بتن توانمند برای ساخت سازه های بتن آرمه 30 طبقه به بالا استفاده شده است. اگر در ساختمان های بلند از بتن معمولی استفاده شود، ابعاد ستون ها در طبقات پایین بسیار بزرگ شده و از مساحت مفید ساختمان به شدت کاسته می شود. در  ارتفاع بالایی ساختمان، ستون ها با بتن معمولی (MPa 35-30) ساخته می شوند. امّا چنانچه در  پایین ساختمان، ستون ها با بتن معمولی ساخته شوند، ابعاد ستون ها بسیار بزرگ خواهد شد.

آغاز استفاده از بتن های مقاومت بالا، ساخت برج Lake Point در سال 1965 در شیکاگو با استفاده از بتن با مقاومت فشاری MPa50  بوده است. برج 79 طبقه Water Tower Place  در شیکاگو با بتنی با مقاومت فشاری حدود MPa 65 در سال های 1974 تا 1976 ساخته شد. ساختمان Scotia Plaza در تورونتو و ساختمان Tow Union Square در سیاتل به ترتیب با بتن هایی با مقاومت فشاری حدود MPa  85 و MPa 120 ساخته شده اند. برای ساختن چنین بتن هایی (بتن های مقاومت بالا) نسبت آب به مواد سیمانی (w/cm) به 0.4 محدود شده و از فوق روان کننده ها برای افزایش کارایی بتن استفاده می شود. روانی بالای بتن بدون جداشدگی، عاملی دیگر در افزایش استفاده از مواد افزودنی (مواد اصلاح کننده ویسکوزیته) در بتن های ساختمان های بلند است. جداشدگی بتن های با اسلامپ بالا می تواند با استفاده از مواد جایگزین سیمان مانند خاکستر بادی، پودر سنگ آهک، روباره ی کوره ی آهنگدازی و دوده ی سیلیس نیز بهبود یابد. استفاده از این مواد می تواند به ساخت بتنی با قابلیت پمپ و ریختن مناسب کمک کرده و باعث کاهش هزینه های پروژه شود.

برای تولید بتنی با مقاومت بیش از MPa ۵۰، نیاز به کنترل کیفیت دقیق تر و همچنین دقت بیش تر در انتخاب مصالح و نسبت های آن (روان کننده ها،  مواد افزودنی معدنی، نوع و اندازه سنگدانه ها و…) نسبت به بتن معمولی است. از این رو برای تمایز این نوع بتن ها، که دارای مقاومت فشاری بیش از MPa 40 هستند، در مقایسه با بتن های معمولی، آنها را بتن های مقاومت بالا می نامند.

تاکنون بیشترین استفاده از بتن مقاومت بالا در ایالات متحده، محدود به مناطق شیکاگو، نیویورک و هوستون بوده است. از شروع سال 1965، پس از ساخت بتن با مقاومت MPa 52 برای ستون های برج کناره ی دریاچه در منطقه ی شیکاگو، ساختمان های بلند متعددی با بتن مقاومت بالا ساخته شده است. از سال 1972، برای ساخت ساختمان های تجاری بیش از 50 طبقه، استفاده از بتن با مقاومت MPa 60 عمومیت پیدا کرد. می توان ادعا کرد که با استفاده از مقاومت زیاد می توان ابعاد ستون ها را به حداقل رسانیده و در نتیجه زیبایی آنها نیز تأمین کرد.