مصالح مکمل سیمانی و اثرات آن روی بتن خود تراکم (SCM)

همانطور که می دانیم بتن خود تراکم،روانی بیشتری نسبت به بتن سنتی دارد و نیازی به ویبره کردن و استفاده از نیروی انسانی بیشتری برای بتن ریزی ندارد.از عواملی که بین بتن سنتی با بتن خود تراکم تفاوت ایجاد می کند،نسبت مواد سیمانی بالاتر نسبت به بتن سنتی و همچنین استفاده از مصالح مکمل سیمانی نظیر دوده سیلیس،روباره،خاکستر بادی و… در بتن خود تراکم می باشد و عامل بسیار مهم دیگر در ساخت بتن خود تراکم،استفاده از فوق روان کننده هایی نظیر ژلنیوم(Glenuim) می باشد.

1-بتن خود تراکم (SCC)

 همانطور که می دانیم بتن خود تراکم،روانی بیشتری نسبت به بتن سنتی دارد و نیازی به ویبره کردن و استفاده از نیروی انسانی بیشتری برای بتن ریزی ندارد.از عواملی که بین بتن سنتی با بتن خود تراکم تفاوت ایجاد می کند،نسبت مواد سیمانی بالاتر نسبت به بتن سنتی و همچنین استفاده از مصالح مکمل سیمانی نظیر دوده سیلیس،روباره،خاکستر بادی و… در بتن خود تراکم می باشد و عامل بسیار مهم دیگر در ساخت بتن خود تراکم،استفاده از فوق روان کننده هایی نظیر ژلنیوم(Glenuim) می باشد.

 البته نسبت مواد سیمانی بالاتر مشکلاتی در ساخت بتن خود تراکم ایجاد می کند که می توان حرارت هیداراتاسیون بالا و جمع شدگی(Shrinkage) بالا را نام برد.قابل ذکر است که هر پنج تیپ سیمان پرتلند می توانند در بتن خود تراکم استفاده شوند.قابل توجه است که نوع و تیپ سیمان استفاده شده در بتن خود تراکم،اثرات غیر قابل اجتنابی در عملکرد افزودنی ها در بتن خود تراکم دارد،زیرا آزمایشات نشان داده است که مدول نرمی و همچنین در صد مقادیر C3S , C3Aموجود در سیمان،اثرات بسیار ویژه ای در روانی و خواص رفتاری و مکانیکی بتن خود تراکم دارند.

1-1-مصالح مکمل سیمانی و اثرات آن روی بتن خود تراکم  (SCM)

 همچنان که گفته شد،استفاده از مصالح مکمل سیمانی اثرات ویژه ای در عملکرد بتن خود تراکم دارد،زیرا  این مصالح نسبت به سیمان ارزان تر هستند،پس هزینه های نهایی می تواند کمتر بشود.این مصالح مکمل،کارپذیری و دوام بتن را افزایش می دهد.همچنین یکی از مشکلات اصلی بتن را که ایجاد حرارت بالای هیدراتاسیون که مخصوصاً در بتن ریزی های حجیم مشکل ساز می باشد،را کاهش می دهد.علاوه بر اینMehta  و Monteiro در سال 1993 در یافتندکه مواد مکمل سیمانی که اکثراً بصورت پودر های ریز با مدول نرمی بسیار بالایی می باشند،آب اضافی که با سیمان واکنش نمی دهد،را جذب کرده و همچنین خلل و فرج داخلی بتن را که باعث ایجاد آب انداختگی و جدا شدگی در بتن می شوند،را کاهش می دهد.

بدلیل کاهش در کسب مقاومت در سنین اولیه بتن در مخلوط های  با مواد مکمل سیمانی نظیر خاکستر بادی و روباره و... ،مقاومت این بتن ها در 28 روز اندازه گیری می شود،زیرا مقاومت 28 روزه شاخص مقاومت است.

در ادامه سعی بر آن شده است که نمونه هایی کاربردی از مواد مکمل سیمانی نظیر خاکستر بادی و روباره و دوده سیلیس توضیح داده شود:

1-1-1-خاکستر بادی(Fly Ash)

 استفاده از خاکستر بادی عموماً کارپزیری بتن خود تراکم را بهبود داده و آب انداختگی و جدا شدگی را کاهش می دهد و پایداری و دوام بتن خود تراکم را افزایش می دهد.بعنوان مثال  Sonebiدر سال 2004 در یافت که استفاده از خاکستر بادی تنش تسلیم و ویسکوزیته ی پلاستیک بتن خود تراکم را کاهش می دهدPark,Noh,Parkدر سال 2005  اگر چه دریافتند که خاکستر بادی به مقدارکمی تنش تسلیم را کاهش می دهد،ولی ویسکوزیته ی پلاستیک خمیر فوق روان کننده را افزایش می دهد.همچنین Somervilleو Shadle در سال 2002 دریافتند که خاکستر بادی می تواند آب انداختگی را کاهش و پایداری را افزایش دهد.

 اثرات خاکستر بادی بستگی زیادی به جایگزینی سیمان با خاکستر بادی در حجم یا وزن مشابه دارد.در مقایسه ای بین رده ِ C خاکستر بادی و رده ِ F خاکستر بادی، رده ِ F خاکستر بادی کسب مقاومت اولیه را در محدوده ی بسیار زیادی کاهش می دهد اما برای دوام بتن بهتر است. رده ِ Cخاکستر بادی زمان گیرش را نسبت به رده ِ F خاکستر بادی بیشتر به تاخیر می اندازد. Somervilleو Shadle در سال 2002 دریافتند که کاهش در مقاومت اولیه برای بتن های خود تراکم با خاکستر بادی می تواند با استفاده از یک تند گیر کننده جبران شود.

 قابل ذکر است که خاکستر بادی آسیاب شده برای بتن خود تراکم استفاده می شود.در یافته شده است که خاکستر بادی بسیار آسیاب شده (Ultra-pulverized fly ash "UPFA")اثرش روی کارپذیری بتن خود تراکم شبیه یک ویسکوزیته ی معادل می باشد که در آن روانی بدون کاهش ویسکوزیته افزایش پیدا می کند.استفاده از خاکستر بادی آسیاب شده خواص مکانیکی بتن خود تراکم را افزایش داده و جمع شدگی خشک بتن را کاهش می دهد.

صورت دیگر استفاده از خاکستر بادی،استفاده بصورت خاکستر بادی رده بندی شده می باشد که شامل ذرات ریز خاکستر بادی گرفته شده از یک منبع کلی تر(بزرگ تر) خاکستر بادی می باشد.این اندازه ی کوچک ذرات،واکنش پذیری را افزایش داده و بتن را به سمت افزایش مقاومت فشاری و افزایش دوام بتن هدایت می کند.بر خلاف ذرات کوچکتر دیگر،استفاده از خاکستر بادی رده بندی شده آب لازم و جمع شدگی خشک و همگن بتن را کاهش می دهد.

در سال 2001، Ferrarisو Oblaو  Hillدریافتند که خاکستر بادی رده بندی شده، تنش تسلیم و ویسکوزیته ی پلاستیک خمیر سیمان را موقعی که به جای سیمان  با مقدار بهینه ی %12 جایگزین می شود،را کاهش می دهد.

1-1-2 دوده سیلیس(Silica Fume)

 چنانچه نشان داده شده است،دوده سیلیس به عنوان مصالح مکمل سیمانی بصورت موفقیت آمیزی در بتن خود تراکم استفاده شده است.(Domone 2006)دوده سیلیس معمولاً برای افزایش چسبندگی و کاهش جداشدگی و آب انداختگی نظیر خاکستر بادی استفاده می شود(EFNARC 2005). همچنین در سال 1993 MehtaوMonterio  دریافتند که دوده سیلیس،مقاومت فشاری،مدول الا ستیسیته و مقاومت خمشی بتن خود تراکم را افزایش داده و پایداری در همه سنین نمونه را بالا می برد.این افزایش در مقاومت ممکن است خصوصاً در سنین اولیه بتن در مقایسه با سیلیس با سایر مصالح مکمل سیمانی چشمگیرتر باشد.

 دوده سیلیس،پایداری را موقع استفاده کم از(معمولاً کمتر از %6-4)با جایگزینی به جای سیمان بالا می برد ولی آثار زیانباری روی روانی بتن در حالت استفاده ی زیاد دارد.بر طبق یافته های  Bacheدوده سیلیس می تواند کارپذیری بتن را افزایش دهد.برای خمیر های طراحی شده برای بتن خود تراکم،اضافه کردن دوده سیلیس تا %10 حجم جایگزینی به جای سیمان،تنش تسلیم را افزایش می دهد.ویسکوزیته ی پلاستیک اگر چه موقعی که یک فوق روان کننده ی بر پایه ی پلی کربوکسیلاتی استفاده می شود،کاهش پیدا می کند و موقعی که یک فوق روان کننده ی بر پایه ی نفتالینی استفاده می شود،افزایش پیدا می کند ولی کاهش در ویسکوزیته ی پلاستیک به جایگزینی آب میان ذرات سیمان و ذرات کروی شکل دوده سیلیس بستگی دارد.

1-1-3-روباره(Slag)

 روباره به صورت موفقیت آمیزی در بتن خود تراکم استفاده شده است(Ozyildirim 2005; Billberg 2000; PCI 2003;Domone 2006).روباره معمولاً در درجات بالای جایگزینی نسبت به خاکستر بادی مورد استفاده واقع می شود.روباره در کاهش گرمای هیدراتاسیون و هزینه ها مفید و موثر است، اما تاثیر آن درکارپذیری،نسبت به همان مقدار استفاده از خاکستر بادی پیشرفت و بهبودی زیادی ندارد.