بتن سنگین :
بتن سنگین
بتن سنگین و یا Heavy weight concrete این روز ها به گوش ما مهندسین بسیار خورده است و در این مقاله قصد داریم تا با شما در مورد بتن سنگین صحبت کنیم و به طور کامل بررسی کنیم که بتن سنگین و یا Heavy weight concrete چیست؟
بتن جزء مصالحی هست که امروزه بیشتر از سایر مصالح در ساختمان انواع بناها مثل ساختمان پل ها ، ساختمان سدها، ساختمان مترو ها ، ساختمان فرودگاه ها و ساختمان بناهای مسکونی و اداری و غیره به کار برده می شود. پیشرفت در تكنولوژى و همچنين نياز بشر به سازه هاى گوناگون باعث شده تا تحقيقات وسيعى بر روى خواص و رفتار مواد صورت گيرد كه بالطبع نتيجه آن ابداع گونه هاى مختلف سازه ها و بهره گيرى از مواد گوناگون است. اين امر در مورد سازه هاى ساخته شده از بتن و فولاد نيز صادق بوده و تا كنون بتن هاى گوناگونى ابداع و به بازار عرضه شده اند. بتن را از نظر وزن مخصوص مى توان به سه دسته تقسيم نمود. بتن معمولى، بتن سبك و بتن سنگين. ليكن اين تقسيم بندى فراگير نبوده و خواص و كاربردهاى متعدد گونه هاى مختلف بتن ها را در بر نمى گيرد. در این مقاله قصد داریم به نوعی از بتن تحت عنوان بتن سنگین پرداخته و ویژگی ها و طرح اختلاط آن را بررسی کنیم.
بتن سنگین چیست ؟
موسسه ACI و یا همان انجمن بتن آمریکا تعریفی از بتن ارائه کرده است که برای شما آن را نقل قول میکنیم. بتن سنگین بتنی است که اساساً دارای وزن مخصوص بیشتری نسبت به بتن های معمولی است.پس اولین مشخصه ی بتن سنگین وزن بالای آن نسبت به سایر بتن ها میباشد.
در ساخت بتن سنگین به‌جای شن و ماسه از خرده‌های فولاد، چدن و یا سولفات باریم استفاده میشود.همان طور که میدانید بتن ماده ای است که در فشار بسیار قدرتمند میباشد و حال اگر خرده های فوبلد را هم به آن اضافه کنیم رفتار این ماده نسبت به کشش هم بینظیر میشود. وزن مخصوص بتن سنگین حدود ۱٫۵ تا ۲٫۵ برابر وزن مخصوص بتن معمولی است. بتن سنگین بر اساس نوع و اندازه سنگدانه مصرفی و شیوه تراکم و تخلیه، می‌تواند جرم مخصوصی بیش از ۶۴۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب داشته باشد. اگر جرم مخصوص بتن معمولی حدود ۲۴۰۰ و بتن سنگین ۶۴۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب فرض شود، جهت تهیه یک مخلوط همگن و یکنواخت، بدون اینکه فشار اضافی بر تجهیزات مکانیکی اعمال گردد، باید از ۴۰ درصد ظرفیت اسمی دستگاه مخلوط‌کن استفاده شود. با افزایش چگالی بتن، خصوصیات زیادی از بتن افزایش‌یافته یا دستخوش تغییر خواهد شد. یکی از مهم‌ترین این خصوصیات، مقاومت سایشی بتن سنگین است. بتن سنگین همواره هزینه ساخت بیشتری نسبت به بتن های معمولی دارد و خود این مسئله باعث میشود که از نظر اقتصادی مشکل داشته باشد اما زمانی که در پروژه های صنعتی آن را به کار میبریم از نظر اقتصادی توجیه میشود.
کاربرد بتن سنگین :
کاربرد بتن سنگین
به علت زیانی که تششعشعات هسته‌ای بر روی محیط زیست می‌گذارد دفع یا جذب این پرتوها از اهمیت زیادی برخوردار است. بتن ماده‌ای است که می‌تواند این پرتوها را به راحتی جذب کند و در این فرآیند چگالی بتن عامل مهمی در جذب پرتوها است از این رو به دلیل محدودیت‌های اجرایی و ضخامت، از بتن سنگین استفاده میشود.کاربرد این بتن جلوگیرى از تشعشع اشعه X و Y و سایر اشعه ها بوده و اصولا در سازه هاى تاسیسات اتمى و یا هر جا که امکان تشعشعات رادیواکتیو وجود دارد استفاده مى شود. انتخاب بتن برای حفاظت تابشی به نوع و شدت تابش و الزامات فضا بستگی دارد. کارایی حفاظ بتنی در برابر تشعشات تقریباً با جرم مخصوص بتن متناسب است. جرم مخصوص بیشتر، حفاظ موثرتری ایجاد می کند. از این نوع بتن در ساخت وزنه هاى تعادلى (بتن هاى وزنى) و یا در مواردى که نیاز به افزایش بار مرده سازه، (بدون افزایش حجم) است، نیز استفاده می شود. با وجود اینکه استحصال، حمل، شكستن و دانه بندى سنگدانه ها جهت تهيه بتن سنگين پرهزينه است و اختلاط، حمل و نقل و ريختن آن هزينه بالاترى نسبت به بتن معمولى دارد. در مکانهایی که نیاز به مقاومت سایشی بالایی است نیز از بتن سنگین استفاده میشود. در صورت يكسان بودن ساير شرايط، با افزايش چگالى بتن، مقاومت سايشى بتن سنگین نيز افزايش مى يابد. با كاربرد برخى از مواد افزونى پيشرفته، مى توان چگالى خمير سيمان را افزايش داده و نسبت آب به سيمان را كاهش و كارايى را افزايش داد، در ضمن با كاهش نسبت آب به سيمان بالطبع، مقاومت بتن ساخته شده نيز افزايش مى يابد.علاوه بر افزودنى هاى شيميايى، با بكار بردن دوده سيليسى كه يك افزودنى معدنى است، مى توان نفوذ پذيرى بتن، را كاهش و چگالى خمير سيمان و مقاومت بتن را افزايش داد.
با توجه به فیلم بالا میتوان گفت که بزرگترین ضعف بتن های سنگین همان وزن بالای آن ها میباشد.به گونه ای که در کشور ژاپن استفاده از این نوع بتن مجاز نمیباشد و با توجه به ملاک بودن سرعت امداد رسانی بالا در هنگام زلزله در کشور ژاپن ، از سال ۲۰۰۷ این نوع بتن به طور کامل از آیین نامه های بتن کشور ژاپن کنار رفت و بخ جای آن بتن الیافی بسیار پر رنگ شد.
ترکیبات اصلی بتن سنگین :
1-سنگ دانه ها
استفاده از باریت، سنگ آهن، فلزات سنگین، سیلیکون، گرانول و یا گلوله فولادی
۲-سیمان
شامل افزایش حرارت هیدراتاسیون در هنگام انتخاب نوع سیمان و محتوا
۳-مقدار آب
هدف برای کاهش نسبت آب به سیمان
سنگدانه های بتن سنگین :
کلید دستیابی به تولید بتن سنگین، در انتخاب سنگدانه مناسب برای آن است. بنابراین کیفیت و نوع سنگدانه مهم‌ترین فاکتور در فرایند تولید آن است. در مرحله اول، سنگدانه های بتن سنگین، باید حداقل ضوابط و معیارهای مناسب برای سنگدانه های معمول از قبیل ASTM C33 رادارا باشند. وزن مخصوص سنگدانه های معمولی در حدود ۲۴۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب است، این مقدار برای سنگدانه های سنگین ۴۴۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب خواهد بود. به‌طورکلی انتخاب سنگدانه بر اساس خصوصیات فیزیکی، قابلیت دسترسی و هزینه انجام میشود. سنگدانه های سنگین باید تا حد معقولی عاری از مواد ریز، روغن و مواد خارجی تأثیرگذار بر پیوستگی بتن باشند. سنگدانه ها باید تقریباً شکل مکعبی داشته و ذرات پولکی یا دراز زیادی در آن نباشد. برای تولید بتن سنگین از سنگدانه های سنگین مانند باریت، فروفسفر، ژئوتیت، هماتیت، ایلمنیت، لیمونیت، مگنتیت و ذرات پانچی فولادی چربی زدایی شده استفاده میشود. در مواردی که به مقدار آب بلوری بالایی احتیاج است، میتوان از سوپانتیت (که کمی سنگین‌تر از سنگدانهٔ معمولی است) یا بوگیت استفاده کرد. در مواردی هم که به بتنی با جرم مخصوص بیش از ۴۸۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب احتیاج است، از ذرات پانچی فولادی و ساچمه استفاده میشود.
مواد افزودنی :
گاهی برای بهبود خصوصیات حفاظت نوترونی بتن از مواد افزوده بوری مانند کولمانیت (هیدرات برات کلسیم)، بورفریت و بورکلسیلت استفاده میشود. به‌هرحال این مواد ممکن است بر روی گیرش و مقاومت اولیه بتن تأثیر معکوس داشته باشند. بنابراین برای تعیین مناسب بودن این مواد باید طرح اختلاط‌های آزمایشی در شرایط کارگاهی تهیه کرد. برای دستیابی به مقدار آب بلوری ۰٫۵% تا ۵% میتوان سنگدانه ها را با لیمونیت ترکیب کرد.
خصوصیات بتن سنگین :
برای تأمین الزامات شرایط کار، میتوان خصوصیات بتن سنگین را در هر دو حالت تازه و سخت شده، با طرح اختلاط مناسب طراحی کرد. خصوصیات فیزیکی بتن سنگین به‌جز جرم مخصوص، مشابه بتن معمولی است. مقاومت فشاری بتن سنگین نیز تابع نسبت آب به سیمان است. بنابراین برای هر مجموعه ویژه‌ای از مصالح، میتوان به مقاومت‌هایی قابل‌مقایسه با بتن‌های معمولی دست پیدا کرد. ازآنجاکه هر حفاظت تابشی دارای الزامات ویژه‌ای است، برای تعیین نسبت‌های مخلوط مناسب، باید با استفاده از مصالح موجود و شرایط کاری، مخلوط‌هایی آزمایشی تهیه کرد.
روش‌های اختلاط بتن ریزی بتن سنگین :
روش‌های بتن‌ریزی بتن سنگین همان روش‌های مورداستفاده برای بتن معمولی است. متداول‌ترین روش‌های اختلاط و بتن‌ریزی بتن سنگین به شرح زیر است:
- روش‌های مرسوم: در استفاده از روش‌های مرسوم برای ریختن بتن‌های سنگین، باید از اضافه‌بار کردن مخلوط‌کن پرهیز کرد، به‌ویژه در مورد سنگدانه های بسیار سنگینی همچون ذرات پانچی فولادی اندازه مخلوط را باید تا حدود ۵۰% ظرفیت اسمی مخلوط‌کن کاهش داد. ازآنجاکه برخی سنگدانه های مورد استفاده در بتن سنگین کاملاً ترد و شکننده هستند. برای جلوگیری از شکسته شدن سنگدانه ها باید از مخلوط کردن زیاد بتن پرهیز کرد.
- روش‌های سنگدانه پیش آکنده: در این روش سنگدانه های درشت از پیش در داخل قالب‌ها ریخته شده و سپس دوغابی متشکل از ماده سیمانی، ماسه و آب از طریق لوله پمپ میشود تا فضاهای خالی میان سنگدانه ها پر شود. از این روش میتوان برای ریختن بتن معمولی و سنگین در فضاهای محدود و در اطراف اقلام توکار استفاده کرد. بدین ترتیب جداشدگی سنگدانه درشت به‌ویژه ذرات پانچی و ساچمه‌های فولادی به حداقل کاهش پیدا می‌کند. همچنین با این روش جمع شدگی ناشی از خشک شدن، کاهش‌یافته و بتنی با جرم مخصوص و ترکیب یکنواخت ساخته میشود.
- روش پمپاژ: پمپاژ بتن سنگین از طریق خطوط لوله در مکانهایی با فضای محدود سودمند است. به دلیل جرم مخصوص بالاتر، بتن سنگین را نمی‌توان به‌اندازه بتن معمولی پمپاژ کرد.
- روش میل کوبی: در این روش لایه‌ای از ملات (مخلوط سیمان و ریزدانه) به ضخامت ۵۰ میلی‌متر در قالب‌ها ریخته میشود و سپس با لایه‌ای از سنگدانه درشت پوشانده میشود. درنهایت درشت‌دانه‌ها با میل‌زنی یا لرزاندن داخلی به درون ملات رانده می‌شوند. در این روش باید دقت کرد تا سنگدانه ها به‌صورت یکنواخت در بتن شوند.
