مبانی طرح اختلاط بتن

مقدمه

طرح مخلوط بتن، روند تعیین نسبت اجزاء بتن است به نحوی که بتن تا حد امکان مقرون به صرفه شود و الزامات مورد نیاز شامل خواص فیزیکی، مکانیکی و دوام را برآورده نماید. روش طرح مخلوط بتن باعث ایجاد یک زبان مشترک برای دست اندر کاران این صنعت خواهد شد. طرح مخلوط به مفهوم فرآیندی است که طی آن ترکیب مناسب اجزای بتن، طبق مشخصات فنی داده شده، تعیین می گردد. سازوکار طرح مخلوط پیچیده است، زیرا با تغییر دادن یک متغیر ممکن است خواص بتن به صورت متضاد تحت تاثیر قرار گیرد. بنابراین، طرح مخلوط، هنر متعادل کردن این اثرهای متضاد است. البته، در طرح مخلوط ممکن است معیارای دیگری مانند کاهش جکع شدگی، خزش و غیره در نظر گرفته شود. در ادامه، روش های طرح مخلوط ملی ایران، انگلیسی (BS)، آلمانی و نیز آمریکایی (ACI) به صورت راهنمای گام به گام معرفی شده اند. مبانی روش طرح مخلوط ایران برگرفته از روش آلمانی است. در روش ارائه شده به عنوان روش ملی طرح مخلوط بتن، تطابق با استاندارد سنگدانه های بتن (استاندارد ملی ایران به شماره 302) و همچنین آیین نامه بتن ایران و ویژگی های سیمان پرتلند (استاندارد ملی ایران به شماره 389) در نظر گرفته شده است. این روش برای طرح مخلوط بتن های ویژه مانند بتن های حجیم، بتن های سبک، بتن های سنگین و غیره مستقیماً قابل کاربرد نمی باشد بلکه نیاز به اعمال تمهیدات خاص و ایجاد تغییرات می باشد.

در هر کدام از روش ها، جهت طرح مخلوط بتن می توان از نرم افزارهای ارائه شده نیز استفاده نمود. به عنوان مثال، نرم افزار طرح مخلوط بتن طبق روش ملی ایران، نسبت های مخلوط بتن را براساس روش ملی طرح مخلوط بتن ارائه می دهد.

مبانی تعیین نسبت های اختلاط بتن

طرح مخلوط بتن عبارتست از: فرایند انتخاب اجزای مناسب بتن، تعیین مقادیر نسبی، به گونه ای که طرح اقتصادی باشد، الزامات مورد نیاز از جمله مقاومت، دوام، روانی و غیره را برآورد نماید. شایان ذکر است که نسبت های حاصل از تمامی روش ها تنها جنبه راهنمایی دارند. به منظور تعیین نسبت های اختلاط در هر پروژه، باید در کارگاه، مخلوط های آزمایشی ساخته و مورد بررسی قرار گیرند تا اینکه طرح نهایی حاصل شود.

پارامترهای موثر در طرح مخلوط:

• کارائی و روانی مناسب (1- کارائی، 2- روانی)
• دوام (1- نوع سیمان، 2- نوع سنگدانه، 3- حداقل و حداکثر سیمان، 4- حداکثر نسبت آب به سیمان، 5- استفاده از مواد افزودنی)
• مقاومت (1- مقاومت مشخصه، 2- انحراف معیار، 3- کنترل کیفیت)
• سنگدانه ها (1- ایجاد ساختار بتن، 2- کاهش فضای خالی)
• نسبت آب به مواد سیمانی
• سیمان (1- نوع سیمان، 2- ترکیب شیمیایی، 3- نرمی) 

تعیین نسبت های اختلاط مواد تشکیل دهنده بتن باید با شرایط زیر مطابقت داشته باشد:

الف- کارایی و روانی بتن به اندازه کافی باشد تا بتن بتواند به سهولت در قالب ها ریخته شود و به خوبی میلگردها را در برگیرد بدون اینکه جدایی دانه ها یا آب انداختن زیاد روی دهد. جدول 2-1 حدود روانی بتن را برای مصارف مختلف نشان می دهد. در مواردی که از فوق روان کننده های بتن استفاده می شود می توان بتن های سفت و یا با حالت خمیری را به بتن روان تبدیل کرد. لازم به ذکر است که، نسبت های اختلاط مواد تشکیل دهنده بتن براساس تجارب کارگاهی و استفاده از مخلوط های آزمایشی با مصالح مصرفی کارگاه تعیین می شوند.

جدول 1 حدود روانی بتن در مصارف مختلف

 

طبقه بندی روانی	اسلامپ میلیمتر	کاربرد مناسب بتن
خیلی کم (سفت)	25-0	رویه بتنی که به وسیله غلتک لرزنده می شود. بتن های در حد کارایی زیادتر این گروه را در بعضی موارد می توان با ماشین های دستی نیز متراکم نمود.
کم (خمیری)	50-25	رویه بتنی که با غلتکهای دستی و یا شمشه های فلزی دارای یبراتور لرزاننده می شود. بتن های در حد کارایی زیادتر این گروه را در مواردی که مواد سنگی گردگوشه و یا نامنظم مصرف شوند می توان برای ساختن رویه بتنی با دست نیز متراکم نمود. پی های با بتن انبوهی بدون لرزاندن و یا قطعات بتن مسلح با فولاد کم و یا لرزاندن خفیف.
متوسط (شل)	100-50	در حد کارایی کمتر این گروه دالهای مسلحی که با بتن حاوی سنگ شکسته ساته می شوند و با دست متراکم می گردند. بتن مسلح معمولی که با دست متراکم می شود و یا قطعاتی که فولاد زیاد دارند و لرزنده می شود.
زیاد (روان)	175-100	برای قطعاتی که آرماتور زیاد نزدیک به هم دارند و معمولاً برای لرزاندن مناسب نمی باشد.

 

مقاومت فشاری مشخصه بتن، مقاومتی است که حداکثر 5 درصد کلیه مقاومت های اندازه گیری شده برای رده بتن مورد نظر ممکن است کمتر از آن باشد. رده بندی بتن براساس مقاومت مشخصه آن به این ترتیب است:

C6, C8, C10, C16, C20, C25, C30, C40, C50 …… C120 

اعداد بعد از C بیانگر مقاومت فشاری مشخصه بتن برحسب نیوتن بر میلیمتر مربع می باشند. بتن های  رده C16 و بالاتر در بتن آرمه به کار می روند و استفاده از بتن رده C12 در بتن آرمه تنها با داشتن توجیه کافی و با رعایت شرایط لازم مجاز است.

روش های تعیین نسبت های اختلاط

الف- برای بتن های رده C20 و پایین تر می توان نسبت های اختلاط را براساس تجارب قبلی و بدون مطالعه آزمایشگاهی تعیین کرد.

ب- برای بتن های رده C30 و بالاتر، تعیین نسبت های بهینه اختلاط باید از طریق مطالعات آزمایشگاهی و با در نظر گرفتن ضوابط طراحی براساس دوام صورت گیرد. این مطالعات ممکن است قبل از شروع عملیات اجرایی به وسیله طراحی انجام پذیرد و نتیجه به دست آمده به عنوان نسبت های اختلاط مقرر در دفترچه مشخصات فنی خصوصی درج شود، یا به وسیله مجری به انجام رسد و نتیجه به دست آمده به عنوان “نسبت های اختلاط تعیین شده” به کار رود.

جدول 2 مقادیر تقریبی اختلاط بتن در رده های مقاومتی

ردیف	طبقه یا نوع بتن	اختلاط تقریبی بتن	مقدار مصالح برای مترمکعب بتن			اسلامپ بتن cm	مقدار آب برای مترمکعب بتن (لیتر)
سیمان Kg	ماسه Kg	شن Kg
1	400	5/2- 5/1	450	47/0	78/0	10- 5	170- 150
2	350	3-2	400	53/0	78/0	10- 5	160- 140
3	300	5/3- 5/2	350	53/0	83/0	10- 5	150- 130
4	250	5-2	300	53/0	88/0	5- 5/2	145- 130
5	200	7-4	250	53/0	93/0	5- 5/2	145- 125
6	150	6-4	200	53/0	97/0	5- 5/2	140- 125
7	100	13- 5/6	150	53/0	05/1	5- 5/2	140- 120

 

تدوین مدارک مربوط به مقاومت فشاری متوسط

مجموعه مدارکی که نشان می دهند نسبت های پیشنهادی اختلاط، مقاومت فشاری متوسطی، حداقل معادل مقاومت فشاری متوسط لازم را تامین می کند، می تواند مشتمل بر پرونده ای از آزمایش های مقاومت در شرایط کارگاهی یا چند پرونده از آزمایش های مقاومت یا مخلوط های آزمایشی آزمایشگاهی باشد.

الف: پرونده آزمایش های مقاومت باید معرف مصالح و شرایط مورد استفاده در عمل باشد. تییرات در مصالح و نسبت های اختلاط نباید محدودیتی بیشتر از حدود تعیین شده در طرح مورد نظر داشته باشد. به منظور تدوین مدارکی که نشان دهد مخلوط بتن مقاومت متوسط لازم را خواهد داشت، می توان پرونده ای مشتمل بر حداقل 10 آزمایش متوالی یا 30 آزمایش متفرق را به کار برد مشروط بر آنکه این پرونده آزمایش های انجام شده در مدت حداقل 45 روز را در برگیرد. نسبت های لازم برای اختلاط بتن را می توان براساس درونیابی خطی بین مقاومت ها و نسبت های اختلاط ذکر شده در حداقل 2 پرونده آزمایش، مطابق سایر ضوابط این بند به دست آورد.

ب: در صورتی که در کارگاه پرونده های قابل قبول از نتایج آزمایش ها موجود نباشد می توان نسبت های اختلاط را براساس مخلوط های آزمایشی آزمایشگاهی و با مراعات شرایط زیر تعیین کرد:

• اختلاط مصالح باید همان باشد که در طرح مورد نظر به کار خواهد رفت.
• مخلوط های آزمایشی آزمایشگاهی با نسبت های اختلاط و روانی لازم برای کار مورد نظر باید حداقل به سه نسبت مختلف آب به سیمان یا سه مقدار سیمان ساخته شوند، طوری که محدوده ای از مقاومت های فشاری متوسط لازم را در برگیرند.
• مخلوط های آزمایشی آزمایشگاهی باید طوری طراحی شوند که اختلاف اسلامپ آنها با مقدار حداکثر مجاز اسلامپ در محدوده 2 آنها با مقدار حداکثر مجاز اسلامپ در محدوده 2± میلیمتر باشد و برای بتن حباب دار، اختلاف مقدار هوا با هوای حداکثر مجاز در محدوده 5/0± درصد باشد.
• برای هر نسبت آب به سیمان یا هر مقدار سیمان باید حداقل سه آزمونه، ساخته و عمل آورده شوند. آزمونه ها باید در سن 28 روز یا هر سن دیگری که در طرح برای تعیین مقاومت مشخصه بتن مقرر شده آزمایش شوند.
• بعد از حصول نتایج آزمایش های فشاری آزمونه ها باید نموداری رسم کرد که رابطه بین نسبت آب به سیمان با مقاومت فشاری در زمان آزایش را نشان دهد.
• حداکثر نسبت آب به سیمان یا حداقل مقدار سیمان برای بتن مورد استفاده در طرح، باید نظیر قسمتی از نمودار باشد که براساس آن مقاومت فشاری متوسط تامین شود.

انواع روش های متداول طرح اختلاط

با بکارگیری نسبت های صحیح آب، سیمان، شن و ماسه در ساخت بتن، اهداف زیر را دنبال می کنیم:

• رسیدن به مقاومت کافی
• تامین دوام کافی
• رسیدن به اسلامپ مورد نظر

در کارگاه هایی که حجم بتن ریزی بالاست، طرح اختلاط براساس آزمایشگاه بتن تعیین می گردد. البته به شرطی که در مدت استفاده از طرح اختلاط محل تهیه مصالح از بیل شن و ماسه تغییر نکند. علاوه بر روش ملی طرح مخلوط، روش وزنی حجمی (ACI-211-89)، طرح اختلاط به روش آیین نامه BS و نیز روش آلمانی از رایج ترین روش های طرح اختلاط می باشند.