بتن پرمقاومت HSC چیست و در چه مواردی استفاده می‌شود؟

به بتن‌هایی با مقاومت فشاری مشخصه بیشتر از 50 مگاپاسکال بتن پرمقاومت High-Strength Concrete می‌گویند. استفاده از بتن‌های پرمقاومت باعث کاهش ابعاد سازه‌ای و نهایتا افزایش فضاهای معماری خواهد شد.

ناب‌سیویل؛ استفاده از بتن‌های پرمقاومت به جهت کاهش ابعاد مقطع (مخصوصا برای ستون‌ها) و افزایش فضای معماری، تا حدود 70% هزینه خرید بتن را افزایش می‌دهد اما از سوی دیگر تا حدود 35% ابعاد مقطع را کاهش داده و همچنین میزان مصرف میلگرد را نیز تا بیش از 50% کاهش می‌دهد که با در نظر گرفتن این موارد، این مسئله افزایش قیمت خرید بتن را تعدیل نموده و حتی هزینه نهایی ساخت مقطع را کاهش می‌دهد.

مقاومت فشاری بتن پرمقاومت

کاهش نسبت آب به سیمان باعث افزایش مقاومت بتن می‌شود. البته این موضوع زمانی مطرح است که مقاومت سیمان هیدارته شده از مقاومت سنگدانه‌ها کمتر باشد. زمانی که این دو مقاومت در یک سطح باشند، کاهش نسبت آب به سیمان موجب افزایش قابل توجه مقاومت نخواهد شد و برای افزایش مقاومت در بتن‌های پرمقاومت، علاوه بر سایر عوامل، مقاومت و کیفیت سنگدانه‌ها نیز باید افزایش یابد. معمولا نسبت آب به سیمان در بتن‌های پرمقاومت بین 0/2 تا 0/3 در نظر گرفته می‌شود. از طرفی کم بودن نسبت آب به سیمان باعث کاهش کارایی بتن شده که برای افزایش کارایی در این موارد از فوق روان‌کننده‌ها استفاده می‌شود.
شن‌های صیقلی رودخانه‌ای، بتن‌های ضعیف‌تری را منتج خواهند شد. از طرفی هرچه اندازه سنگدانه‌ها در بتن کمتر باشد، به دلیل افزایش سطح ویژه‌ی آنها، مقاومت فشاری بتن افزایش می‌یابد. با افزودن فوم سیلیکایی، نیاز به کاهش نسبت آب به سیمان جهت افزایش مقاومت کمتر خواهد شد.

عمل‌آوری بتن پرمقاومت

برای جبوگیری از خشک شدگی و جمع شدگی خود به خود بتن‌های پرمقاومت، باید از عمل‌آوری عایقی اجتناب شود و فقط از روش‌های عمل‌آوری آبرسانی مانند ایجاد حوضچه بر روی دالها و یا پوشش چتایی خیس و بر روی آن ورق پلاستیک، استفاده کرد. حداقل مدت عمل‌آوری برای بتن پرمقاومت 10 روز است.
نکته: عمل‌آوری در شرایط خشک و تر مقاومت 147 روزه بیشتری را نسبت به عمل‌آوری در شرایط کاملا تر در نمونه‌های بتنی که به صورت مرطوب آزمایش شده اند، بدست می‌دهد.

برج های پتروناس در مالزی، به ارتفاع 450 متر، با بتن 40-80 مگاپاسکال.
مزیت های استفاده از بتن HSC در این پروژه اقتصادی شدن سازه، ساده شدن درزهای اجرایی، کاهش لرزش در اثر بادهای شدید

موارد استفاده از بتن پرمقاومت

سدها، پل‌ها، برج‌ها، تونل‌ها، اسکله و بعضی از سازه‌های خاص دیگر از مهمترین موارد استفاده از بتن‌های پرمقاومت HSC می‌باشد.

طرح اختلاط بتن پرمقاومت

طرح اختلاط بهینه بتن، از انتخاب مصالح موجود در دسترس که موجب اجرایی بودن و کارپذیری بتن شده و اطمینان از رسیدن به مقاومت و سایر ویژگی‌های مورد انتظار از یک بتن سفت شده که مورد نظر طراح بوده است را فراهم می‌کند، بدست می آید. برخی از اصول اساسی که باید برای بتن های پر مقاومت مورد توجه قرار گیرد، عبارتند از :

• سنگدانه‌ها باید مقاوم و بادوام باشند و باید نسبت به خمیر سیمان از نظر سختی و مقاومت انطباق داشته باشند. معمولا سنگدانه‌های با حداکثر اندازه کوچکتر برای بتن‌های مقاوم‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد. ماسه می‌تواند نسبت به آنچه که در 33 ASTM C الزام کرده است (مدول ریزدانگی بزرگتر از ۳٫۲)، درشت‌تر باشد تا درصد مقدار ریز دانه در سیمان بیشتر شود.
• مخلوط‌های بتن HSC میزان سیمان بیشتری دارند که موجب افزایش گرمای هیدراتسیون و انقباض بیشتر که پتانسیل ترک‌خوردگی را افزایش می‌دهد، خواهد شد. در بسیاری از مخلوط‌ها یک یا چند افزودنی سیمانی مانند خاکستر کوره (کلاس C یا F)، سرباره کوره بلند، فوم سیلیکا، متاکائولین یا مواد پوزولانی طبیعی استفاده می‌شود.
• مخلوط‌های بتن پرمقاومت معمولا نسبت آب به سیمان کمتری دارند. این نسبت می‌تواند در محدوده‌ی ۰٫۲۳ تا ۰٫۳۵ باشد. این نسبت تنها در صورت استفاده از مقدار زیاد افزودنی‌های کاهنده‌ی آب (یا فوق روانسازها) از نوع F یا G طبق 194 ASTM C قابل دستیابی خواهد بود.
• میزان کل سیمان موجود در بتن پرمقاومت معمولا در حدود 415 کیلوگرم بر متر مکعب (kg/m3 ) و کمتر از 650 کیلوگرم بر متر مکعب می‌باشد.
• استفاده از حباب‌ساز در بتن پرمقاومت موجب کاهش شدید مقاومت آن می‌شود.

نگاه ویژه به ستون‌های با بتن پرمقاومت

یکی از پرکاربردترین المان‌های سازه‌ای در استفاده از بتن پرمقاومت، ستون است که می‌تواند ستون یک پل یا ستون‌های ساختمان باشد. در این بخش به طور ویژه به مواردی در خصوص ستون‌های با بتن پرمقاومت پرداخته می‌شود.

• مقاومت و شکل‌پذیری بتن محصور با افزایش نسبت حجمی فولاد محصور کننده، افزایش می‌یابد. این مسئله هم برای بتن‌های معمولی و هم برای بتن‌های پرمقاومت صادق است. با این حال جهت دستیابی به شکل‌پذیری مشابه، نسبت حجمی فولاد محصور کننده مورد نیاز در بتن پرمقاومت بیشتر از ستون‌های با بتن معمولی است.
• ستون‌های مستطیلی با تنگ‌های (خاموت‌های) با فاصله‌ی برابر با اندازه بعد ستون، اثر محصورشدگی را نشان نمی‌دهند.
• قلوه کن شدن پوشش بتن در ستون‌های با بتن پرمقاومت و خاموت‌های نزدیک به هم در کمتر از 85% مقاومت بتن محصور نشده، اتفاق می‌افتد.
• استفاده از میلگردهای طولی بزرگتر، اثر کمی بر شکل‌پذیری ستون خواهد داشت.
• تنگ‌های مارپیچی نسبت به بسیاری تنگ‌های مستطیلی، مؤثرتر هستند.

کاربردهای بتن پرمقاومت

مزیت‌های فنی و اقتصادی استثنایی موجب استفاده از بتن پرمقاومت شده است. به دلیل این مزایا، امروزه بتن پرمقاومت به طور معمول در بسیاری از کاربردها شامل ساختمان‌سازی، سازه‌های فراساحلی، اجزای پل‌ها و روسازی راه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
استفاده از بتن پرمقاومت در سازه‌ها، نه به خاطر مقاومت آن بلکه به خاطر سایر ویژگی‌های مهندسی مانند بیشتر بودن مدول الاستیسیته (سختی)، کاهش نفوذپذیری در برابر مواد مضر (که موجب آسیب زدن به بتن می‌شود) یا بیشتر بودن مقاومت سایش، که از بیشتر بودن مقاومت نتیجه می‌شود، می‌باشد.
به طور کلی مهمترین دلایل استفاده از بتن پرمقاومت را می‌توان به صورت زیر برشمرد:

• در مواقعی که بهره‌برداری سریع از بتن مورد نظر باشد؛ به عنوان مثال روسازی در سه روز.
• جهت ساخت ساختمان‌های بلند مرتبه با کاهش اندازه ستون‌ها و افزایش فضاهای در دسترس.
• ساخت بخش روسازه‌ی پل‌های با دهانه‌های بزرگ و بهبود دوام عرشه پل‌ها؛ برای دهانه‌های ۲۵ متری با افزایش مقاومت بتن از ۴۰ به ۷۰ مگاپاسکال می‌توان پل‌هایی با دهانه‌های تا ٪۱۷ بزرگتر احداث کرد. پایه‌های پل کلرادو نمونه‌ای از این نوع است.
• ارضای ملزومات خاص مانند دوام، مدول الاستیسیته و مقاومت خمشی، در کاربردهای ویژه‌ای مانند سدها، سقف ورزشگاه‌ها، پی‌های دریایی، پارکینگ‌ها و کف‌های صنعتی پر تردد. (البته باید توجه داشت که بتن پرمقاومت ضمانت بتن پردوام را نمی‌کند!)