بتن برحسب نوع کاربردی که دارد به انواع زیر تقسیم می گردد :

بتن معمولی

معمولی ترین نوع بتن مخلوطی ست از سیمان پرتلند، ماسه، شن و آب، این بتن بهمراه آرماتور و یا بدون آن در سازه ها، راهها و پی بکار می رود. نسبت مخلوط شن، ماسه و سیمان این بتن از 1:1:2 (برای قویترین مخلوط) تا 1:3:6 (بتن مگر یا بعنوان بتن بستر) در تغییر می باشد.

بتن ساده حجیم

بتن ساده به بتن بدون آرماتور گفته می شود. از این بتن در بتن ریزی های حجیم مانند ساخت پی سد، دیوار حایل وزنی و غیره استفاده می شود.

 بتن بستر (مگرmegr)

بتن بستر بتن ساده با درصد بالای شن نسبت به سیمان در مقایسه با بتن سازه ای است. از این بتن بعنوان پرکننده و در کارهای غیرسازه ای و یا بعنوان لایه محافظ بتن سازه ای در برابر نفوذ املاح و مواد موجود در خاک بستر که برای بتن مضر می باشد استفاده می شود.

بتن سازه ای – بتن آرمه

بتن سازه ای بتنی است که می تواند برای اعضای باربر سازه بکار برده شود. وزن این بتن در حالی که متراکم شده باشد حدود 2400 kg/m3 بوده و باید مقاومت بالایی داشته باشد. اگر این بتن از مصالح سنگی سبک وزن ساخته شده باشد با رعایت ضوابط ویژه در طراحی آن می تواند دارای مقاومت بالا باشد.

بتن پیش تنیده

بتن پیش تنیده بتن سازه ای است که در آن قسمتهایی از عضو که به هنگام بهره برداری تحت تاثیر تنش کششی قرار می گیرد را از ابتدا تحت فشار قرار می دهند. لذا زیر بار وارده بتن هیچگاه به کشش نمی افتد.

بتن درجا

بتنی است که در محل مصرف دائمی خود ریخته و سفت می شود. این روش متداولترین روش اجرایی در سازه های بتنی می باشد.

بتن پیش ساخته

بتنی است که در کارخانه بتن در قالبهای جداگانه ریخته می شود و به شکل کنترل شده ای بعمل آمده و سفت می گردد و به هنگام لزوم برای نصب نهایی به محل کارگاه منتقل می شود. در این فرآیند می توان بتنبا کیفیت بالای قالب بندی و مقاومت و قیمت نسبی پایین ساخت. این روش برای تولید دالهای کف، بلوکها ، جداول راهسازی، پی نرده های حصار، تیرهای پلها و دیوارها و غیره بکار می رود. قطعات پیش ساخته 
می توانند دارای آرماتور بوده و قطعات فولادی مهندسی نیز در آن جاسازی و نصب شوند.

بتن خلا

بتنی است که دارای درصد آب بالایی است تا کارایی لازم را فراهم کند و بتوان بتن را در قالبهای پیچیده یا در اطراف آرماتور گذاری فشرده ریخت. سپس بتن تحت اثر خلاء قرار می گیرد و قسمت اعظم آب آن برداشته می شود و بدین ترتیب بتن به هنگام سخت شدن مقاومت بیشتری بدست می آورد.

بتن پمپی

بتن پمپی بتنی است که از میکسر به محل تخلیه توسط لوله منتقل می شود. بتن از میکسر به یک قیف تخلیه می شود و از آنجا وارد پمپ شده که با اعمال نیرو بر آن سبب حرکت بجلوی بتن در لوله می شود. قطر لوله 100-150 mm می باشد و با این روش بتن را می توان تا فاصله افقی حدود 650 m یا فاصله عمودی حدود 50 m یا ترکیبی از این دو اندازه پمپاژ کرد. بتنی که پمپاژ می شود لازم است درصد آب بالاتری داشته باشد تا خاصیت روانی بتن را بهبود بخشد. اگر بتن با مقاومت بالایی مورد نیاز باشد باید مواد افزودنی خاصی بجای آب اضافی بکار برده شود.

بتن تنیده

از این روش در تولید منابع و لوله های بتنی استفاده می شود. فرآیند تولید شامل ریختن بتن نسبتاً خشک به داخل یک قالب استوانه ای دورانیست. بتن تحت اثر عمل سانتریفوژ به جداره قالب پرتاب شده و یک دیواره سخت متراکم نفوذ ناپذیر را بوجود می آورد.

بتن حاضری

بتنی است که در کارخانه بتن ساخته و توسط تراک میکسر به کارگاه حمل می شود. در این انتقال منبع استوانه ای که بتن تازه در آن ریخته شده بصورت مداوم از زمان بارگیری تا تخلیه بتن در حال چرخش 
می باشد. مشخصات مخلوط بتن بین تولید کننده و مصرف کننده قبل از ساخت به توافق رسیده و معمولاً تولید حاصل با کیفیت بالا می باشد.

بتن مقاوم در برابر آب

بتن مقاوم در برابر آب می تواند ضد آب یا آب بند باشد.

• بتن ضد آب از یک سطح رویی با لایه مقاوم در مقابل آب تشکیل شده در حالی که حجم داخلی بتن از بتن معمولی می باشد. لایه ضدآب را می توان با بکار بردن اسپری لاک الکل بوجود آورد یا با اجرای یک لایه پوشش قیر یا اسفالت روی سطح بتن و یا بکار بردن کربنات سدیم (جوش شیرین) یا سیلیکات سدیم محلول فراهم کرد.
• بتن آب بند را می توان از طریق ساخت بتن متراکم با روش کنترل کیفیت دقیق برای ممانعت از دخول آب یا هوا تولید نمود. بتنی که به این روش ساخته می شود بحدی کافی آب بند خواهد بود و قابل استفاده برای مخازن آب می باشد.

بتن خیلی متراکم

بتن خیلی متراکم در ساخت دیوارهای حفاظتی نیروگاه های اتمی و وزنه های تعادل و دیوارهای دریایی با استفاده از مصالح سنگی متفاوت بکار می رود. مصالح مصرفی شامل باریت ها (سولفات باریم)، همتایت (کریستال اکسید آهن)، ساچمه های آهنی و ساچمه سربی و فولادی می باشند.

بتن الیافی

بتن الیافی بتنی با مقاومت و عملکرد بالاست که در مصالح مخلوط آن مقداری تارهای کوتاه بکار رفته باشد. روشهای متعددی برای تقویت بتن وجود دارد که شامل استفاده از شیشه، نایلون، پلی پروپلین، کربن و فولاد در مخلوط بتن می باشد. بتنی که به این روش تولید می شود علاوه بر مقاومت بالا، در برابر ضربه نیز مقاوم می باشد. امروزه استفاده از این نوع بتن به جهت کاهش ترک در روسازی رو به گسترش می باشد.

بتن اعلا (بتن با مقاومت بالا)

استاندارد ACI بتن با مقاومت بالا را بتنی تعریف می کند که مقاومت فشاری آن بزرگتر از 400 kg/cm2 باشد. امروزه با بکارگیری تکنولوژی بالا در ساخت بتن با کیفیت، مقاومت فشاری بتن تا مرز 1300 kg/cm2نیز رسیده است. برای تولید بتن اعلا بهینه سازی اجزای اصلی تشکیل دهنده بتن بسیار مهم می باشد. برای این منظور، علاوه بر انتخاب سیمان پرتلند با کیفیت بالا، نسبت آب به سیمان را تغییر و نسبت مصالح سنگی مخلوط به سیمان بهینه می گردد.

پوزولانها، مانند خاکستر بادی و دوده سیلیکا، متداولترین افزودنیهای معدنی می باشند که در بتن اعلا بکار می روند. علاوه بر این، تولید بتن اعلا بدون استفاده از مواد مضاف شیمیایی دشوار می باشد. برای این منظور معمولاً از فوق روان کننده ها بصورت ترکیب با کندگیر کننده ها و مواد کاهش دهنده آب در مخلوط بتن استفاده می شود.

کاربرد اصلی بتن اعلا در ساختمانهای بلند می باشد که نیاز به کاهش وزن سازه می باشد و یا محدویت های معماری طراح را ملزم به استفاده از اعضای سازه ای کوچک می کند. یک نمونه از این سازه ها، ساختمان شیکاگو به ارتفاع 295 m است که با بتن با مقاومت فشاری 800 kg/cm2 ساخته شده و بلندترین ساختمان بتنی امریکا محسوب می گردد.

جهت مطالعه مقاله انواع بتن می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

مهمترین مشکل کار کردن با بتن مسلح به الیاف شیشه، پایین آمدن کارایی بتن است که برای فائق آمدن بر آن باید از مخلوط های ریز دانه تر استفاده نمود. همچنین لازم است فوق روان کننده با کیفیت مناسب به مخلوط اضافه شود. اساساً دو راه برای ساخت قطعات GFRC وجود دارد : این روش ها افشانه و اختلاط از پیش هستند.

فرایند افشانه در کاربرد های بتن GFRC

از آنجا که GFRC اصولاً در مقاطع نازک به کار می رود، ضروری است که در این صفحات، خصوصیات ترکیب در همه جهات یکنواخت باقی بماند. استفاده از افشانه بهترین روش برای این منظور است. در حال حاضر فرایند افشانه حجم قابل توجهی از همه کاربردهای GFRC را به خود اختصاص داده است.

در فرایند افشانه، ملات سیمان – ماسه و قطعات کوچک شیشه همزمان توسط تفنگ بتن پاش به سطح قالب پاشیده و انباشته می شوند. این فرایند را می توان به طور دستی یا اتوماتیک انجام داد. مقاطع مختلف با هر شکلی را می توان به این طریق بتن پاشی کرد. این مزیت، معمار را قادر می سازد تا قطعات زیبا و کارآمدی را طراحی و تولید کند.

در این فرایند باید بتن را در چندین لایه ریخت. در هر لایه، تفنگ بتن پاش تقریباً 2/3 تا 4/6 میلیمتر ضخامت را پر می کند. مثلاً برای یک لایه با ضخامت mm 13، دو تا سه بار بتن پاشی لازم است. پس از اتمام بتن پاشی باید بتن تازه با غلتک متراکم شود تا اطمینان حاصل گردد که بتن کاملاً در همه گوشه های قالب نفوذ کرده و به شکل قالب در آمده است و نیز به این ترتیب هوای محبوس در بتن خارج شده و به پوشاندن الیاف با خمیر سیمان کمک می شود.

در اولین تجربیات تولید این محصولات از فرآیند آب زدایی استفاده می شد تا آب اضافه ای که برای تولید یک مخلوط قابل پاشیدن، در بتن به کار می رفت، از بتن خارج شود. آب زدایی باعث می شود که نسبت آب به سیمان کاهش و میزان قابلیت تراکم بتن افزایش یابد. در فرآیند آب زدایی از مواد جاذب آب استفاده 
می شود. به این طریق که این ماده در سطح زیرین قالب نفوذپذیر کار گذاشته می شود تا آب اضافی بلافاصله پس از بتن پاشی از بتن خارج گردد. فرایند افشانه – آب زدایی خودکار بیشتر در جاهایی مناسب است که مخلوط از درون یک سیستم مکنده با استفاده از نقاله جابجا می شود.

در مورد محصولات GFRC ضد قلیا، قالب ها معمولاً یک روز پس از فرایند افشانه (بتن پاشی) باز می شوند. سپس این محصولات تا هنگامی که به مقاومت اولیه مناسبی برسند، عمل آوری می شوند. سپس این محصولات تا هنگامی که به مقاومت اولیه مناسبی برسند، عمل آوری می شوند. فرایند عمل آوری به دقت بالایی نیاز دارد. زیرا ساخت GFRC دارای ضخامت کمی هستند و اگر در موقع عمل آوری در شرایط جوی معمول قرار گیرند، نسبت به خشک شدن سریع و حصول ناقص مقاومت، حساسند. بنابراین برای حصول مقاومت کافی خمیر سیمان، توصیه می شود عمل آوری رطوبتی حداقل به مدت هفت روز صورت گیرد.

مشاهده شده است که مقاومت 28 روزه طراحی مخلوط های حاوی حداقل %0/5 حجمی پلیمر جامد بدون عمل آوری رطوبتی، برابر و یا کمی بزرگتر از مخلوط های مشابه بدون پلیمر و با عمل آوری رطوبتی 7 روزه است. این مساله نشان می دهد که می توان به جای عمل آوری هفت روزه قطعات AR-GFRC، حداقل %5 حجمی پلیمر به آنها افزود.

• فرایند اختلاط از پیش در ساخت بتن GFRC

در این فرایند ابتدا سیمان، ماسه، الیاف شیشه ای و آب با هم مخلوط شده و سپس عمل بتن ریزی، قالب گیری فشاری، قالب برداری یا لغزاندن قالب از اطراف ملات انجام می گیرد. برادران پلیکینگتون ادعا 
می کنند که می توان تا %5 درصد حجمی الیاف شیشه ای ضد قلیای Cem-FIL را با ملات سیمان و ماسه مخلوط کرد بدون آنکه پدیده گلوله ای شدن رخ دهد. فرایند اختلاط باید به دقت انجام انجام گردد تا از صدفه رسین به الیاف در شرایطی که ملات ماسه – سیمان در معرض سایش قرار می گیرد، تا حد امکان جلوگیری شود. می توان از روان کننده ها یا فوق روان کننده ها نیز استفاده کرد. این افزودنی ها باعث 
می شوند عمل افزودن و اختلاط الیاف آسانتر شده و نسبت آب به سیمان تا یک حداقل مطلوب، پایین نگه داشته شود.

بتن مسلح به الیاف شیشه ای بتنی است که توسط الیاف شیشه ای تسلیح شده و به واسطه اشتراک سیلیس در سیمان بکار رفته و الیاف ، یک کریستالیزاسیون بین بتن و الیاف بوجود می آید که باعث افزایش مقاومت های بتن خصوصاً مقاومت کششی پایین خواهد شد و در نتیجه ترکهای سطحی نیز بوجود نخواهد آمد .

تا پیش از این تکنولوژی بتن به دلیل مقاومت کششی پایین امکان استفاده در نما را نداشت مگر با ضخامتهای بالای ده سانتیمتر که به دلیل الزام قطر حداقل پنج سانتیمتری بتن از هر طرف آرماتور های فولادی جهت چسبندگی میباشد که این ضخامت باعث وزن بالای قطعات خواهد شد که این معضل در این سیستم برطرف شده و در قطعات دکوراتیو و کوچکتر ضخامت میتواند حداقل پانزده میلیمتر و در قطعات بزرگ حداکثر سی میلیمتر باشد

عمده تحقیقات اولیه بر روی ترکیبات سیمانی و بتن مسلح به الیاف شیشه ای (GFRC) در اوایل دهه 1960 انجام گرفت. در این تحقیقات از الیاف شیشه ای از جنس بوروسیلیکات (E-glass) و الیاف شیشه ای از جنس کربنات سدیم – آهک – سیلیکا (A-glass) استفاده شد. ترکیبات شیمیایی و خصوصیات بعضی الیاف شیشه ای به ترتیب در جداول زیر آمده است. نتیجه این تحقیقات آن بود که ترکیبات شیشه دار E-glass و A-glass که به عنوان الیاف تقویتی به کار رفته بودند، به دلیل میزان بسیار بالای قلیای ماتریس سیمانی (PH ≥ 12.5)، مقاومت خود را نسبتاً به سرعت از دست دادند. در نتیجه اولین ترکیبات E-glass و A-glass برای کاربردهای دراز مدت، مناسب نبودند.

جدول  ترکیبات شیمیایی بعضی انواع شیشه ها (%)

تحقیقات بعدی نشان دادند که با اصلاح ترکیبات مسلح به الیاف شیشه ای می توان دوام بتن را در دراز مدت بهبود بخشید. این ترکیبات، بتن های مسلح به الیاف شیشه ای ضد قلیا (AR-glass) هستند.

جدول مشخصاتبعضیانواعشیشهها

                                                                                                          Mpa895/6 = ksi1                                                            

عملیات روسازی بتنی

خاک سطح زمین بنظور اجرای دال بتن آرمه باید حداقل تا عمق 100 mm یا هر عمق مورد نیاز برداشته شود. بستر روسازی باید از هر نوع علف هرز و یا مواد آلی غیر ضروری پاک شود. مصالح نرم را برداشت کرده و بجای آن مصالح زیراساس ریخته و متراکم نمایید. اگر در محل روسازی علفهای هرز وجود دارد، ممکن است لازم باشد بستر خاکبرداری شده توسط علف کشهای معمولی مانند کلرید سدیم اصلاح شود، ولیکن احتمال آنکه علفهای هرز بتوانند در لایه های فوقانی خاک نفوذ کنند بسیار بعید بنظر می رسد. در صورتی که لازم است در لبه های سطح روسازی جدول کار گذاشته شود، باید در این مرحله آنرا انجام داد. استفاده از آجر چینی ساده یا تزیینی یا چیدن قلوه سنگ در امتداد لبه های سطح، بگونه ای که زیبا دیده شوند، نیز همگی مناسب می باشند. در حالی که نیازی به تزیین لبه کار نیست می توان از قالب بندی موقت استفاده کرد.

لایه زیراساس بتن

در زمانی که وضعیت زمین خوب باشد، بتن را می توان مستقیماً روی یک لایه ضد رطوبت که در بالای بستر زمین گذاشته شده ریخت. برای بارهای بزرگتر، یا زمینهای بد، پیشنهاد می گردد قبل از بتن ریزی دال، یک لایه زیراساس از مصالح سنگی دانه ای ریخته و متراکم کنید یا ابتدا بتن مگر اجرا کنید و یا آنکه زیر لایه زیراساس یک لایه ژئوتکستایل پخش کنید. در زمینهای نرم یا زمینهای با شرایط مشکوک، لایه زیراساس در توزیع بار دال بتنی حجیم کمک می کند، البته در این موارد اطلاع از نظرات فنی یک مهندس حرفه ای ساختمان یا سازه بهترین راه می باشد.

حداقل ضخامت روسازی بتنی

در صورتی که طراحی روسازی بتنی انجام نشود بصورت تقریبی مقادیر حداقل زیر بعنوان راهنما برای ضخامت دال بتنی روسازی در نظر گرفته شوند :

راه های بتنی باید حداقل به ضخامت 75-100 mm باشد. برای محل پارک وسایل نقلیه یا پارکینگ ها این ضخامت باید حداقل 100 mm در نظر گرفته شود. برای بارهای سنگینتر، مانند وانتهای بزرگ، ضخامت دال بتنی را 150-200 mm در نظر بگیرید. دالهای بتنی که برای بارهای استثنایی بکار می روند، مانند محوطه های تجاری، محل پارک کامیونها و غیره باید حداقل به ضخامت 200 mm باشند و بشکل خاصی طراحی شوند و احتمالاً نیاز به زیر اساس بضخامت حداقل 100 mm دارند. علاوه بر این در بتن باید از شبکه آزماتور گذاری فولادی یا بتن با الیاف مسلح استفاده کرد.

لبه های دال کف را می توان به یکی از روشهای زیر نگهداشت :

• اجرای دیوارهای موجود
• اجرای دیوار دائمی یا نصب جداول راهسازی
• ساخت قالب موقت

ضروریست قبل از بتن ریزی تمهیدات لازم جهت قالب بندی بتن پیش بینی شود.

اجرای قشر ضد رطوبت زیر بتن کف

قبل از بتن ریزی کف باید در زیر آن یک لایه ضد رطوبت کار گذاشته شود. در حال حاضر انواع مختلفی از عایقهای ضد رطوبت مناسب برای امور مختلف موجود می باشند. انتخاب نوع مناسب این لایه پس از مطالعه کاتالوگ مشخصات فنی آن که توسط تولید کننده ارائه می گردد صورت می گیرد.

عایق رطوبت به دو منظور بکار می رود : اولاً کف دال ممکن است در معرض حمله نمکها (مانند کلریدها) یا مواد شیمیایی دیگر موجود در زیر اساس یا بستر زمین قرار گیرد که به بتن صدمه وارد کند و امکان مشاهده از زیر وجود نداشته باشد. ثانیاً، این لایه عایق مانع از آن می شود که بتن تازه ریخته شده سریعاً در اثر از جذب آب توسط زیراساس یا بستر روسازی (از دست دادن آب بتن)، خشک شود که اثر معکوس بر روی مقاومت بتن داشته و باعث ظهور صدها ترک سطحی کوچک در بتن می گردد.

در صورت نیاز به همپوشانی لایق عایق، پهنای همپوشانی باید حداقل 350 mm در نظر گرفته شود، و ترجیحاً با نوار چسب به هم متصل شوند تا مانع نفوذ آب موجود در زمین یا خروج آب مخلوط بتن شود.

آرماتور گذاری بتنجهت اطینان از انکه ترکهای بوجود آمده در روسازی بتنی، که معمولاً رخ می دهند، تهدیدی برای یکپارچگی سازه ای بتن نباشد آرماتور گذاری دال بتنی روسازی انجام می شود.

درزهای حرکتی (جابجایی) در دالهای بتنی

درزهای حرکتی (درزهای انبساط، درزهای انقباض، درزهای جدایی، درزهای کنترل ترک و غیره) در دالهای بتنی به منظور حفاظت از دال در برابر ترک خوردن بکار برده می شوند. به این ترتیب امکان حرکت اجتناب ناپذیر دال فراهم شده و از انتقال نیروهای اضافی به سازه های مجاور جلوگیری می شود.

درزهای شاخکدار (مهارشده) بتن

در جایی که قرار است سطح بزرگی با بتن پوشیده شود، دال طبیعتاً به چند دهانه تقسیم می شود و دهانه های مجاور بوسیله آرماتورهای فولادی، که نصف طول آن در یک دهانه و نصف دیگر آن در دهانه مجاور قرار دارد، به یکدیگر متصل می شوند.در اجرای نوبتی پانل ها، این آرماتورهای مهاری در اولین پانل گذاشته می شوند و از یکسو ادامه می یابند و هنگامی که پانل های مرحله دوم اجرا شوند روی این آرماتورها نیز بتن ریزی می شود. در بتن ریزی های یکسره که بتن ریزی آن بمراتب نسبت به کارهای معمولی مکانیزه تر می باشد و فقط در پروژه های خیلی بزرگ مانند جاده های اصلی یا فرودگاه ها استفاده می شود، آرماتورهای مهاری بصورت اتوماتیک همزمان با اجرای بتن در آن تعبیه می شوند و درز تر یا قطع بتن بر حسب نیاز تشکیل می گردد.

آرماتورهای مهاری باید بطول 600mm و از نوع فولاد نرم (گرید 250) باشند. در درزهای انبساط، آرماتورهای مهاری به قطر 25mm و به فاصله 300mm از همدیگر قرار دارند، ولیکن در درزهای انقباض، این آرماتورها را می توان کمی کوتاهتر، بطول 400mm و قطر 20mm و همان فاصله 30mm از یکدیگر بکار برد.

بدیهی است تراز آرماتورهای مهاری می بایست نسبت به صفحه دال تنظیم شده و موازی با آن باشد تا از بوجود آمدن تنش در دال هنگامی که تغییر مکان رخ می دهد جلوگیری کند.

1- درزهای انبساط شاخکدار (مهار شده) بتن

درزهای انبساط شامل یک صفحه انعطاف پذیر و تراکم پذیر مانند فلکس سل می باشد که روی آن با یک درزگیر ضد آب پوشیده شده و مابین دو دهانه مجاور یا بین یک دال بتنی و یک شی ثابت دیگر قرار می گیرد.

برای یک درز شاخکدار انبساط مهار شده، آرماتور مهاری می بایست در نیمی از طول خود چسبندگی به بتن نداشته باشد تا امکان تغییر مکان آزاد آن میسر باشد.

در کاربریهای سنگین، مانند جاده ها، نیمه بدون چسبندگی را در داخل غلاف درپوش دار گذاشته، یا با یک غشای پلاستیکی پوشیده می شود، تا از جابجایی آزاد آرماتور مهاری اطمینان حاصل شود. به منظور حفظ آرماتور در محل خود بدون آنکه راستای آن تغییر یابد می بایست در زمانی که بتن اولیه دهانه ساخته می شود تمهیداتی اعمال شود.

صفحه انعطاف پذیر باید طوری سوراخکاری شود تا آرماتورها از آن بتوانند رد شوند و لبه های درز انبساط نیز پخ شده شود تا از خرد شدن یا شکسته شدن بتن در محل درز جلوگیری شود. پس از آنکه بتن دهانه دوم سخت شد، درز انبساط را می توان توسط یک درزگیر مناسب درزگیری کرد تا مانع نفوذ آب، نمک ها یا اشیای خرده ریز به داخل آن شود.

2- درزهای انقباض شاخکدار (مهار شده) بتن

در درزهای انقباض مهار شده نیز آرماتورهای مهاری در نیمی از طول به بتن چسبیده و در نیمه دیگر آزاد هستند. در بعضی حالات، غلاف گذاری تا دهانه اول ادام می یابد تا پس از تکمیل قالب بندی درز، آرماتور فولادی مهاری کاملاً از مجاورت با آب یا هر نوع نمک که ممکن است به درز راه یابد بدور باشد.

قالب یک فرم دهنده موقت دارد که به لبه فوقانی آن متصل می باشد و به کمک آن یک فضای خالی بوجود می آید که سرانجام با ماده درزگیری پر می شود. لبه بتن را به صورت پخ دار اجرا کنید تا مانع شکسته شدن بتن در این قسمت شود.

همین که بتن اولیه دهانه بحد کافی سخت شد و فرم دهنده درز و قالب ها برداشته شدند، بتن ریزی دهانه دوم را می توان انجام داد. اجرای درز بی فاصله (کیپ) بین دهانه های مجاور، باعث بوجود آمدن یک قفل و بست بسیار قوی بین سنگدانه ها می شود. پس از آنکه از سخت شدن بتن دهانه دوم مدتی گذشت، محل درز را می توان با یک درزگیر مناسب پر کرد.

3- درزهای کنترل شاخکدار (مهار شده) بتن

درزهای کنترل مهار شده (درزهای مجازی) بیشتر در اتوبانها و ساخت باند فرودگاه ها بکار می روند، در این حالت ریختن بتن به صورت متوالی و پشت سر هم بوده و آرماتورهای مهاری به صورت اتوماتیک نصب می شوند.

در کف دال بتنی ممکن است از یک ترک ساز استفاده شود و با اره کردن نقطه بحرانی بتن در زمانی که فرایند عمل آمدن بتن در جریان می باشد یا با تعبیه یک فرم دهنده در هنگامی که بتن تازه ریخته شده و هنوز تر می باشد محل شروع درز را ایجاد کرد.

4- درزهای فاقد شاخک (مهاری) بتن

درزهای بدون آرماتورهای مهاری معمولاً فقط در کارهای کم اهمیت مانند مسیر راه های مسکونی، پاسیوها و جاده های خصوصی یا محلی یا مجتمع های مسکونی بکار برده می شوند. مباحثی زیادی در ارتباط با اینکه کلیه درزها می بایست مهار شوند مطرح شده است به استثنای امور کم اهمیت، هر چند که در عمل تمایل به استفاده از ساده ترین و ارزانترین روش ایجاد درز بر اساس امکانات موجود می باشد.

درزهای بتن

کلیه بتنها، هنگامی که در محل مورد نظر ریخته شوند، بندریج همزمان با به عمل آمدن منقبض می شوند؛ این موضوع عامل اصلی ظهور ترکهای کوچک بر روی سطح بتن در طول به عمل آمدن بتن می باشد. در عمل، پس از گیرش، بتن با درجه حرارت محیط کمی منبسط و یا منقبض خواهد شد، لذا توصیه می گردد در دالهای بزرگ، خصوصاً در اندازه پلان 6m x 6m یا بزرگتر از چند نوع درز جابجای استفاده شود.
در سازه های بتنی که قرار است در آنها تعداد زیادی درز جابجایی بکار رود، استفاده از مهندس ساختمان یا مهندس سازه برای طراحی درز و تعیین موقعیت آن بهترین گزینه محسوب می گردد.
کاربرد درزهای جابجایی در مواردی که بتن در جایی قرار دارد که توسط دیوارها یا ساختمان های اطراف محدود شده است، یا در زمانی که شیئی مانند درپوش منهول باید در دال کار گذاشته شود، نیز مفید 
می باشند، درزها این امکان را می دهند که بتن منبسط یا منقبض شده بدون آنکه فشاری به سازه های دیگر وارد کند، در غیر این صورت باعث بروز ترکهایی در دال بتنی یا دیوار، درپوش منهول و غیره می گردد.

فواصل درزهای بتن

پیشنهاد معمول برای فواصل بعضی از انواع درزهای جابجایی در دال غیر مسلح حدود 30 برابر ضخامت دال می باشد. بنابراین، برای یک دال به ضخامت 100mm فواصل درزها از هم 30 x 100 = 3000mm و در یک دال به ضخامت 150 mm حدود 30 x 150 = 4500 mm خواهد شد.

انواع درزهای بتن

برای اهداف مختلف در انواع درزهای بتن از خصوصیات متفاوت درزهای بتن استفاده می شود :

درزهای انبساط بتن

این درز امکان انبساط و انقباض یک دال بتنی را فراهم می کند بدون آنکه سبب پیدایش نیروهای مخرب در خود دال یا سازه های اطراف آن شود. درزهای انبساط معمولاً بصورت یک فاصله کامل بین دهانه های مجاور هستند، می توان گفت، یک برش معلوم در بتن و آرماتور فولادی آن (در صورت وجود) رخ می دهد. در جایی که دهانه های مجاور بوسیله آرماتورهای شاخک (رابط) بهم دوخته شده اند، این شاخک ها در یکی از دهانه ها در داخل غلاف قرار می گیرند تا دال بتواند در اثر تنشهای تولید شده در داخل خود منبسط شود.

درزهای انقباض بتن

این نوع درز فقط امکان انقباض دال را فراهم می کند، که وقوع آن بهنگام فرایند عمل آوردن بتن پیش بینی می گردد.

درزهای کنترل ترک بتن

همچنان که بیان گردید "دو نوع بتن وجود دارد، یکی بتنهایی که ترک خورده اند، و دیگری بتنهایی که در شرف ترک خوردن هستند" دزهای کنترل ترک تا حدودی شبیه درز انقباضی هستند و برای این هدف بکار می روند که اطمینان حاصل شود هنگامی که بتن ترک می خورد، این ترک بشکل قابل پیش بینی و در یک محل مشخص رخ دهد.

درزهای اجرایی بتن

گرچه این نوع درز یک درز واقعی جابجایی نمی باشد، ولیکن وجود آن در سازه های بتنی متداول بوده و لذا در اینجا نیز به آن اشاره شده است. درزهای اجرایی می توانند افقی یا قائم باشند و علت آن قطع عملیات بتن ریزی می باشد. این عمل ممکن است به دلیل پایان روز کاری بوجود آید یا آنکه قبل از ادام بتن ریزی می بایست کارهای دیگری تکمیل شوند، بهرحال نتیجه یکی است، در این حالت در حالی که بتن ریخته شده بعمل می آید سطحی بوجود آمده، و در زمانی دیگر، خمیر بتن تازه روی سطح بتن موجود که مدتی قبل اجرا شده ریخته می شود.

درزهای کنترل ترک بتن

همچنان که بیان گردید "دو نوع بتن وجود دارد، یکی بتن هایی که ترک خورده اند، و دیگری بتن هایی که در شرف ترک خوردن هستند" دزهای کنترل ترک تا حدودی شبیه درز انقباضی هستند و برای این هدف بکار می روند که اطمینان حاصل شود هنگامی که بتن ترک می خورد، این ترک بشکل قابل پیش بینی و در یک محل مشخص رخ دهد.

درزهای اجرایی بتن

گرچه این نوع درز یک درز واقعی جابجایی نمی باشد، ولیکن وجود آن در سازه های بتنی متداول بوده و لذا در اینجا نیز به آن اشاره شده است. درزهای اجرایی می توانند افقی یا قائم باشند و علت آن قطع عملیات بتن ریزی می باشد. این عمل ممکن است به دلیل پایان روز کاری بوجود آید یا آنکه قبل از ادام بتن ریزی می بایست کارهای دیگری تکمیل شوند، بهرحال نتیجه یکی است، در این حالت در حالی که بتن ریخته شده بعمل می آید سطحی بوجود آمده، و در زمانی دیگر، خمیر بتن تازه روی سطح بتن موجود که مدتی قبل اجرا شده ریخته می شود.

قالب بندی بتن

محل بتن ریزی می بایست ابتدا قالب بندی شود، تا بتن قبل از سخت شدن در محل مورد نظر باقی مانده و شکل خود را حفظ کند. در دالهای بتنی، بتن تازه ریخته شده را می توان به کمک دیوارها، جداول پیاده رو یا با استفاده از قالب موقت در وضعیت موجود نگه داشت. در سازه های قائم، اجرای قالب پیچیده تر است و مستلزم استفاده از قالب بند حرفه ای یا نجار قالب بند برای نصب و اجرا می باشد. اجرای دالهای روی زمین سهل ترند و فقط به یک قالب بندی ساده احتیاج دارند.

دو نوع اصلی قالب بندی برای بتن ریزی دالهای روی زمین بکار می رود : قالب فولادی جاده و قالب بندی چوبی .قالب راه  

استفاده از قالب فولادی برای روسازی راه در کارگاه ها در بین پیمانکاران حرفه ای رایج می باشد زیرا بادوام و سخت بوده و می توان برای چند بار مورد استفاده قرار داد و در واقع نشکن می باشد؛ نصب آن نیاز به مهارت کمی دارد و قطعات آن ارزان قیمت است.

قالب راه شامل یک پروفیل ناودانی فولادی بطول معمولاً 3m و به ارتفاع 100,150 یا 200mm است، بهمراه سه براکت متصل به پشت قالب و یک زباله کشویی که امکان اتصال قطعات همجوار را به یکدیگر فراهم می سازد. قالبها را می توان روی هم گذاشت تا ارتفاع بتن ریزی افزایش یابد، ولیکن نباید بیشتر از دو قالب استفاده کرد و حداکثر ارتفاع قالب نیز، بعلت محدودیت مهاربندی با پینهای فولادی، نباید از 400mm بیشتر باشد.

قالب توسط پینهای قوی فولادی، معمولاً بطول 600mm که بین براکتها قرار گرفته و با چکش در داخل زمین کوبیده می شوند، در جای خود نگه داشته می شوند. راستای هر قطعه از قالب راه تنظیم و سپس بوسیله گوه سفت کننده در جای خود قفل و بست شده بگونه ای که پین فولادی را محکم گرفته و قالب جاده را در محل خود تثبیت می کند.

علاوه بر مقاطع صلب، پروفیلهای نرم که قابل خم شدن هستند نیز وجود دارند که برای ساخت قوسها و شعاعها بکار می روند. این قالبها برای شعاعهای 2m و بزرگتر مناسب می باشند، هر چند می توان تا شعاع های حدود 1m نیز بکار برد.روش معمول برای اجرای قالب راه هم امتداد کردن پروفیلها بکمک ریسمان یا دوربین نقشه برداری است و همچنین اطمینان از قائم بودن سطوح قالبها می باشد.

پینهای اتصال به زمین باید محکم به لایه زیراساس یا بستر میخکوب شده باشند و هیچ جابجایی بین پروفیلها وجود نداشته باشد. تراز بالای میخ ها باید پایین تر از بالای قالب راه باشد بطوری که شمشه ماله ها یا ابزار دیگر از روی دال بدون برخورد با مانعی عبور کنند.

قالب بندی چوبی بتن 

هر چند قالب راه انتخاب مناسبی برای اجرای دالهای ساده است، در بعضی مواقع که امکان مصرف آن وجود ندارد، از روشهای سنتی قالب بندی چوبی استفاده می شود. مهمترین حسن قالب چوبی نسبت به قالب فلزی ساخت آن در کارگاه است، آن را به هر شکلی و هر ارتفاعی می توان در آورد. ضمناً قالب بندی بتن چوبی روش معمول در ساخت کارهای بتنی قائم است، گر چه اکثراً با اعضای مهاربند فولادی بکار برده می شود.

آن قسمت از قالب که در تماس با بتن است بنام رویه قالب خوانده می شود، در حالیکه چوبهای پشت بند جمیعاً بنام مهاربند خوانده می شوند و شامل چهار تراشهای افقی و چهار تراشهای قائم هستند.

اندازه الوار بکار رفته برای مهاربندی بستگی به اندازه قالب دارد؛ در یک قالب به ارتفاع 300mm برای دال کف ممکن است از چوب چهارتراش 50x50mm برای پشت بندهای افقی وقائم آن استفاده شود، در حالی که برای یک قالب به ارتفاع 1m از چهار تراشهایی به ابعاد 100x50mm استفاده می شود. مهاربندها از چوبهای مستقیم و سالم تشکیل می شوند و همیشه انتهای آنها بسمت بیننده است تا بیشترین تکیه گاه ممکن را فراهم بکند.رویه قالب معمولاً از نوع تخته چندلا و به ضخامت 15mm یا 18mm است و انتخاب نوع مقاوم در برابر هوازدگی و جوش با توجه بشرایط بتن تر و شرایط جوی هوای آزاد ارجح می باشد. گاهی از فیبر نیز استفاده می شود، و یا آنکه در رویه خارجی آن پوشش MDF بکار برده می شود. در پروژه هایی که مقدار زیادی قالب چوبی بکار می رود، ممکن است از تخته با رویه ویژه استفاده شود، ولیکن همیشه امکان تهیه آن از چوب فروشی میسر نمی باشد و باید از قبل سفارش داده شود.

ساخت قالب چوبی یک حرفه تخصصی بشمار می آید و در سازه های قائم، مهاربندی می تواند بسیار پیچیده باشد، و نیاز به طراحی توسط مهندسین سازه دارد و استفاده از گوه ها برای تنظیم کردن و در یک راستا قرار دادن قطعات نیز بنوبه خود محتاج مهارت می باشد.

هر چند اجرای کار روی زمین نسبت به اجرای آن در ارتفاع دارای ریسک خطر کمتری است، معهذا بهتر است از مهاربندهای مایل برای نگهداری قالب دال بتنی روی زمین استفاده شود.

فاصله بین چهار تراشهای افقی و چهار تراشهای قائم بستگی به اندازه قالب دارد، ولی معمولاً 300-600mm است. چوبهای مهاربند، اگر بزرگتر از چهارتراش های افقی و قائم نباشند، عموماً یک اندازه هستند. در بعضی حالات، حایلهای فولادی قابل تنظیم به عنوان مهارهای افقی ممکن است استفاده شوند.

کلیه مهاربندها، معمولاً بوسیله میخ، محکم به قالب بسته می شوند، این حالت ساده ترین روش برای باز کردن قالبها پس از خاتمه عملیات می باشد. این چفت و بست ضروری است و مانع پیچش اعضای مهاربندی می گردد که تحت اثر فشار بتن تر و ابزار پرداختکاری شل می شوند.

میخ های چوبی زمینی باید تا عمق حداقل 450mm در زمین فرو شوند. در زمینهای نرم، ممکن است لازم باشد پشت میخ، صفحه پخش کننده بکار رود تا مانع از آن شود که در اثر وزن بتن روی زمین به عقب کشیده شود.

در روش دیگر، یک ورق تخت، معمولاً تخته انعطاف پذیر، بین میخ ها قرار داده تا توزیع بار بین شان یکنواخت تر صورت گیرد. سپس مهارهای افقی و مایل را به آن میخکوب می کنند.

با تخته چندلایی انعطاف پذیر می توان رویه قالب یا خم قالب را اجرا کرد. این نوع تخته بگونه ای خم 
می شود که چوب شکسته نمی شود. برای این منظور به وسیله اره شکافهای کم عمقی (بعمق 2-6mm) در رو یا پشت تخته ایجاد کرده و سپس آن را به سازه مهاربندی از قبل ساخته شده میخ می کنند.

مواد کمکی غیر چسبیده

روی کلیه قالبها،اعم از فولادی یا چوبی می بایست قبل از بتن ریزی یک ماده ضد چسبندگی (روغن قالب) مالیده شود. هدف از بکار بردن این ماده جلوگیری از چسبیدن بتن به قالب و عدم نیاز به تیشه کاری در زمانیست که قالب بیرون کشیده می شود. بعلاوه، این مواد قالب را تمیز و بدون بتن نگه داشته بگونه ای که استفاده مجدد از آن را میسر می سازد.

تولیدات بسیاری در این زمینه در اختیار است که می توان بعنوان مواد ضد چسبندگی در قالب بکار برد، ولیکن متداولترین آن "روغن صابون" می باشد. این مایع را قبل از بتن ریزی روی قالب مالیده و صبر کنید تا خشک شود، در این حالت از خود یک پسماند صابونی یا مومی بجای می گذارد که هیچ نوع اثر مضری بر روی بتن ندارد. در جایی که پرداخت بتن مهم نیست، بعضی از پیمانکاران برای صرفه جویی از روغن موتور برای جلوگیری از چسبندگی بتن به قالب ستفاده می کنند؛ که هر چند از لحاظ فنی ایرادی ندارد، ولیکن از نظر زیست محیطی چندان مطلوب نمی باشد و حتی المقدور باید اجتناب شود.

طراحی دال بتنی 

دالهای بتنی روی زمین اغلب به صورت بتن ساده طراحی می شوند و در صورتی که آرماتور گذاری شوند،  میزان آرماتوری که بکار می رود، مانند کارکرد درزها، به منظور کنترل ترک و ممانعت از باز شدن ترکها یا پلکانی شدن دال در مجاورت درز می باشد.
هدف از استفاده از دال بتنی ساده روی زمین انتقال بارها از منبع اصلی به بستر روسازی با حداقل خسارت می باشد. روش های طراحی بیان شده مقاومت بتن دال را با فرض اینکه ترک نخورده و بدون آرماتور می باشد در نظر گرفته است.
طراحی دال متکی بر زمین براساس آیین نامه ACI360 برای کف هایی قابل استفاده است که به عنوان محل انبار سبک و سنگین صنعتی، کف مسکونی و تجاری و نظایر آن بکار برده شود و شامل بارهای استاتیکی و دینامیکی است که ممکن است توسط ماشین های حمل و جابجایی بار به دال بتنی کف وارد می شود.

تنشهای بوجود آمده در دال متکی بر زمین ناشی از بارهای وارد بر آن و همچنین تغییرات حجمی بتن 
می باشد. اندازه این تنشها بستگی به پارامترهایی مانند درجه یکسره گی ، مقاومت خاک بستر و یکنواختی، روش اجرا، کیفیت ساخت و مقدار و موقعیت بارها دارد. در اغلب حالات، اثرات این پارامترها را فقط می توان با در نظر گرفتن فرضیات ساده ای مرتبط با خصوصیات مصالح و اندرکنش خاک – سازه ارزیابی نمود.

دال بتنی در اثر حرارت، انقباض و رطوبت ممکن است انحنا پیدا کند.

اثرات حرارتی بر دال در حالتی که دال در داخل ساختمان قرار داشته باشد و محصور باشد معمولاً در نظر گرفته نمی شود.در ادامه بطور خلاصه به تئوری پیشنهادی برای طراحی دالهای بتنی روی زمین اشاره می گردد.

روش طراحی کلاسیک عمدتاً بر پایه تئوری های بکار رفته برای روسازی بزرگراه ها و فرودگاه ها می باشد. وسترگارد برای اولین بار تئوری رفتار سازه ای روسازی صلب را در دهه 1920 بنا نهاد. بر این اساس دال به صورت همگن، ایزوتروپ و الاستیک بر روی بستر خاک ایده آل قرار گرفته است به طوری که به هر نقطه آن یک فشار قائم متناسب با تغییر شکل دال وارد می شود. در این حالت رفتار خاک بستر مانند یک فنر خطی فرض شده است و ضریب ثابت فنر k برحسب فشار (kg/cm2) به ازای تغییر شکل واحد (cm) تعریف 
می شود. واحد k به صورت kg/cm3 نشان داده می شود. این ضریب ثابت امروزه بنام مدول عکس العمل خاک بستر خوانده می شود.

یادآوری می گردد که روش المان محدود فقط برای مدل های ساده عملی می باشد، به عبارت دیگر در حالتی که که دال و خاک بستر یکسره و همگن باشند. ولیکن، در یک دال واقعی متکی بر زمین معمولاً محل های قطع وجود دارد، مانند محل درزها و ترکها، و ممکن است خاک بستر یکنواخت نباشد. لذا، در صورت عدم مدلسازی دقیق کاربرد این روش نسبتاً محدود می باشد.

از روش های زیر می توان در حالات متعارف (به استثنای زمانی که خاک خیلی تراکم پذیر است و تنش فشاری مجاز خاک خیلی کوچک باشد) برای انتخاب ضخامت دال بتنی ساده متکی بر زمین استفاده نمود :

• روش موسسه سیمان پرتلند PCA11
• روش انستیتوی آرماتورگذاری سیمی WRI12
• روش انجمن مهندسین COE13

بتن مسلح به الیاف شیشه ای اصلاح شده با پلیمر (P-GFRC)

در سال 1979 نوع دیگری از بتن های مسلح به الیاف شیشه ای معرفی شد. این محصول از الیاف E-glass مدفون شده در ماتریس سیمانی، ماسه و پلیمر تشکیل یافته بود. این سیستم GFRC توسط معادن ایالت داچ (DSM) توسعه پیدا کرد و توسط فورتون یکی از شعب سین رس که خود بخشی از گروه DSM بود، به بازار عرضه شد. علت افزودن پلیمر به سیستم ماتریس- الیاف شیشه ای آن بود که پایداری دراز مدت، بهبود بخشیده شود. ایده ای که در پشت استفاده از پلیمر برای دستیابی به پایداری مقاومت GFRC در دراز مدت وجود داشت در زیر شرح داده شده است.

 در هر دسته الیاف شیشه ای، به طور کلی 204 تک رشته شیشه وجود دارد. قطر هر تک رشته تقریباً 10 میکرون است. فاصله بین رشته های شیشه نیز تنها 2 تا 3 میکرون می باشد. قطر متوسط ذرات سیمان تقریباً 30 میکرون است. بنابراین بیشتر ذرات سیمان نمی توانند به فضای بین الیاف شیشه ای اصلاح شده یک دسته راه یابند. با این حال بعضی گمان می کنند که شکل گیری محصولات هیدراسیون سیمان، مخصوصاً هیدروکسید کلسیم Ca(OH)2 که می تواند در این فضاها صورت گیرد، علت اصلی شکنندگی و کاهش مقاومت مخلوط با زمان است.

در تلاشی جهت کاهش شکنندگی فیزیکی و هجوم شیمیایی الیاف شیشه ای، ذرات پلیمر به سیستم الیاف E-glass، سیمان، ماسه و آب وارد شد. قطر این ذرات پلیمری تنها کسری از میکرون است. بنابراین این ذرات می توانند به فضای بین رشته های شیشه نفوذ کنند. پس از این که شیشه و ملات حاوی پلیمر در ترکیب با هم قرار گرفتند، دسته های شیشه به علت نیروی مویینگی که در فضاها شکل می گیرد، آب را به خود جذب می کند. آب، ذرات پلیمر را با خود به داخل این فضاها می برد. با خارج شدن اب به دلیل تبخیر یا هیدراسیون سیمان پرتلند ذرات پلیمر به هم می چسبند. نتیجه این عمل، تشکیل یک غشای پلیمر است ک درون و اطراف تک رشته های شیشه درون هر یک از دسته های شیشه، گسترش می یابند.

غشای پلیمر دو عمل انجام می دهد. اولاً از تک رشته های شیشه در برابر حمله احتمالی قلیا محافظت می کند و در ثانی بخشی از فضای خالی بین رشته ها را پر می کند و از این طریق اثر شکنندگی الیاف را کاهش می دهد.

داده های پایایی دراز مدت سیستم P-GFRC فورتون تحت شرایط هوازدگی طبیعی، تنها برای 4 سال در دسترس است. با این حال نتایج مطالعات کهنگی تسریع یافته موجود می باشد. در شکل 4-8 مقاومت کششی در برابر مدت زمان کهنگی تسریع یافته برای دو نوع الیاف P-GFRC فورتون و Cem-FIL1 رسم شده است. خصوصیات اختلاط برای هر مخلوط در جدول 4-5 نشان داده شده است. همه مخلوط ها در آب C˚50 کهنه شده اند. مقاومت کششی نهایی (UTS) و نقطه غیر خطی شدن (BOP)، برای هر مخلوط ترسیم شده است. این نتایج بیان می کنند که P-GFRC فورتون، خصوصیات پایایی دراز مدت بهتری از الیاف ضد قلیای Cem-FIL1 در کشش مستقیم دارد. این مساله با آزمایش کردن تفاوت بین UTS و BOP در شرایط کهنگی برای هر مخلوط نشان داده شده است. با این حال بهبود مقاومت و انعطاف پذیری P-GFRC در دراز مدت نسبت به AR-GFRC ممکن است نتیجه ای از خصوصیات بهبود یافته ماتریس با اعمال پلیمر باشد و احتمالاً شاخصی از تاثیر الیاف شیشه ای نیست. دانیل در تحقیقات خود نشان داده است که الیاف E-glass که به طور کامل با غشای پلیمر محافظت نشده اند، پس از کهنگی تسریع یافته، به شدت اسید سابی می شوند.

زمان کهنگی تسریع یافته،هفته

شکل 4-8- کششی در مقابل مدت زمان کهنگی برای P-GFRC فورتون و الیاف ضد قلیای
 Cem-FIL1 .

جدول4-4- خصوصیات مخلوط برای مخلوطهای ضدقلیایCem-FIL1 وP-GFRC فورتون.

                                                                                    Kg/m3019/16=pcf1 معادل متریک

به دنبال عرضه الیاف شیشه ای ضد قلیای Cem-FIL در سال 1971، دو رکت BRE و برادران پیلکینگتون به طور مستقل دست به آزمایش هایی در مقیاس بزرگ زدند تا پایداری مقاومت مخلوط های Cem-FIL را در دراز مدت و در معرض شرایط محیطی مختلف، تعیین کنند. در حال حاضر داده های آزمایش های پایایی مقاومت در مدت زمان 10 سال منتشر شده است. این داده ها در اشکال 1 تا 3 موجودند همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است، تحت شرایط آب و هوایی طبیعی، مدول گسیختگی با زمان کاهش می یابد. پس از 10 سال از قرار گیری این نمونه ها در شرایط آب و هوای انگلستان، مشاهده شد که مدول گسیختگی تا مقداری نزدیک به مقاومت در حد تناسب الاستیک کاهش یافته است. به علاوه داده های نشان داده شه در شکل 2 حاکی از آن هستند که مخلوط های Cem-FIL که در آب C˚18 تا C˚20 قرار داده شده اند، در مدت زمان مشابه، کاهشی مشابه قبل در میزان MOR از خود نشان داده اند. با این حال همان طور که در شکل 3 دیده می شود، مخلوط های قرار گرفته در دمای C˚20 و رطوبت نسبی %40، با افزایش سن، افت نسبتاً کمی در مقاومت MOR نشان می دهند.

علاوه بر برنامه افزایش طبیعی سن نمونه ها در دراز مدت، برنامه هایی برای تسریع کهنگی نمونه ها ترتیب داده شد به طوری که با آن بتوان مشخصت دراز مدت نمونه ها را پیش از داده های کهنگی طبیعی ارائه نمود.

کهنگی تسریع شده به این صورت انجام می شود که مخلوط تا اتمام فرایند هیدراسیون سیمان در آبی با دمای افزایش یابنده شناور گردد. در هر حال کهنگی واقعی یک قطعه GFRC خاص، تنها با کاربری آن در شرایط محیطی واقعی محل، ممکن می شود. هر تلاشی که جهت تعیین خصوصیات رفتاری GFRC مسن با روش های تسریع کننده انجام شود، جواب های تقریبی به دست می دهد.

توجه : علائم مختلف نشان دهنده نتایج پنج منبع مشابه است.

شکل 1 مدول گسیختگی و حدتناسب الاستیک در مقابل سن برای مخلوط های ضدقلیای
 Cem-FIL1 که درشرایط آب وهوایی انگلستان قرارگرفته اند.

توجه : علائم مختلف نشان دهنده نتایج پنج منبع مشابه است.

شکل2 مدول گسیختگی و حد تناسب الاستیک در مقابل سن برای مخلوط های ضد قلیای
 Cem-FIL1 کهدرآب18 تاC˚20 قرار گرفته اند.

توجه : علائم مختلف نشان دهنده نتایج پنج منبع مشابه است.

شکل 3 مدول گسیختگی و حد تناسب الاستیک در مقابل سن برای مخلوط های ضد قلیای
 Cem-FIL1 که در هوایC˚20 با رطوبت نسبی 40% قرار گرفته اند.

داده های آزمایش کهنگی تسریع یافته برای صفحات GFRC، با داده های به دست آمده از نمونه های واقع در شرایط آب و هوایی طبیعی، همبستگی داده شده اند تا از این طریق بتوان پایایی دراز مدت را پیش بینی نمود. در تحقیقی که برادران پیلکینگتون انجام دادند این همبستگی برای اقلیمهای مختلف آب و هوایی در سراسر جهان صورت گرفت. براساس این تحقیقات می توان چنین پیش بینی نمود که در بسیاری از شرایط محیطی، MOR مخلوط های GFRC تا مقداری نزدیک به مقاومت PEL کاهش خواهد یافت. برای بسیاری از محصولات GFRC که در معرض شرایط بیرون قرار گرفته اند، این کاهش مقاومت می تواند تعیین کننده عمر مفید سازه باشد. با این حال تاریخچه بارگذاری صفحات GFRC و نیز تاثیر اصلاح سطوح این صفحات در این تحقیقات مدنظر قرار نگرفته اند.

به علاوه نشان داده شده است که کاهش مقاومت در اقلیم های گرم تر، با سرعت بیشتری صورت می گیرد. در شکل 4، داده های مقاومت خمشی برای مخلوط هایی که در انگلستان در معرض شرایط آب و هوایی قرار گرفته اند و مخلوط هایی که در آب با دمای فزاینده، دستخوش کهنگی تسریع شده بوده اند نشان داده شده است. این داده ها حاکی از آن هستند که به موازات آنکه دمای فرایند کهنگی تسریع شده، افزایش 
می یابد، افت مقاومت MOR سرعت بیشتری به خود می گیرد. لازم به توجه است که یک حد پایین تر برای مقاومت MOR وجود دارد. این حد پایین تر ذاتاً با PEL مخلوط، که خود معیاری از مقاومت ترک خوردگی ماتریس بتن مسلح است، برابر می باشد. سالهای بسیاری است که استفاده از روش های کهنگی تسریع یافته وسیله ای برای پیش بینی مقاومت شده است. مقاومت مدول گسیختگی که در شکل 4 نشان داده شده، برای مخلوط هایی است که در دماهای C˚50، C˚60 و C˚80 تحت فرایند کهنگی تسریع یافته قرار گرفته اند. این مقادیر با نتایج نمونه هایی که به مدت 10 سال در معرض شرایط واقعی آب و هوای انگلستان قرار گرفته اند، ترکیب شده اند. این کار با جایگزین کردن نتای مقاومت تسریع یافته در دماهای بالاتر در طول محور لگاریتمی زمان انجام می شود، به طوری که نتایج یاد شده با نتایج مقاومت مخلوط های قرار گرفته در شرایط آب و هوایی انگلستان مطابق و سازگار شوند.

                     شکل 4 MOR در مقابل سن برای مخلوط هایCem-FIL در شرایط آب و هوایی انگلستان

              شکل 5 داده های کهنگی تسریع یافته که برای پیشبینی مقاومت دراز مدت مخلوط های ضد قلیای Cem-FIL1 که در شرایط آب و هوایی انگلستان گرفته اند.

جهت مطالعه مقاله پایداری الیاف شیشه ای ضد قلیا در دراز مدت می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

خصوصیات مکانیکی مخلوط های GFRC بستگی به میزان الیاف و پلیمر، نسبت آب به سیمان، حفرات، میزان ماسه، جهت گیری الیاف، طول الیاف و عمل آوری دارد. خصوصیات اولی مخلوط های GFRC در فرایند افشانه، که در طراحی مدنظر قرار می گیرند عبارتند از مقاومت خمشی 28 روزه مدول گسیختگی (MOR). تنش  PEL مقیاسی از تنش ترک خوردگی ماتریس است. مقاومت 28 روزه PEL به عنوان تنش حدی در طراحی در نظر گرفته می شود تا از ترک خوردن اتریس در اثر قالب برداری، حمل و نقل، جابجایی، نصب و یا بارهای سرویس جلوگیری شود.

شکل عمومی نمونه بار – خیز برای یک مخلوط GFRC28 روزه که تحت آزمایش خمش قرار گرفته، در شکل 4-1 نشان داده شده است. همان طور که از این نمودار مشاهده می شود، مخلوط های جوان با خصوصیات GFRC دارای ظرفیت تحمل بار و کرنشی بسیار بیشتری از مقاومت ترک خوردگی ماتریس (PEL) می باشند. این ساز و کار که در ابتدای کار ایجاد مقاومت و انعطاف پذیری اضافی می کند، بیرون کشیدگی الیاف نامیده می شود. پس از اولین ترک، بخش عمده تغییر شکل ناشی از کشش الیاف می باشد. به موازات اینکه بار و تغییر مکان به روند افزایش خود بیش از حد تناسب الاستیک ادامه می دهند، الیاف شروع به ناپیوستگی و در نتیجه لغزش یا بیرون کشیدگی جهت پل زدن بین ترک ها و مقاومت در برابر بار وارده می کنند. مقاومت در برابر بار در حین ناپیوستگی و بیرون کشیده شدن الیاف به دلیل اصطکاک بین الیاف شیشه ای و ماتریس سیمان، افزایش می یابد.

مقادیر مشخصات AR-GFRC با فرایند افشانه در جدول زیر آمده است.

جدول مقادیر مشخصات AR-GFRC در سن 28 روز

فرایند افشانه ) بدون آب زدایی( با %5 وزنی الیاف ضدقلیا، نسبت ماسه به سیمان برابر 1 به 3 تا 1 به 1، نسبت آب به سیمان 25/0 تا 35/0 .

معادل های متریک :

KPa895/6 = psi1

                                                                                       N.mm/mm2175/0=lb.in/in21

  Kg/m3019/16=pcf1

• پایداری مقاومت در دراز مدت

پایداری مقاومت مخلوط های GFRC در دراز مدت با انجام آزمایش هایی بر روی مخلوط های جوان و مسن تر تعیین شده است. اختلاف بین ظرفیت مقاومت و کرنش برای دو نمونه جوان و مسن تر، معیاری از پایداری مقاومت دراز مدت مخلوط می باشد.

بیشتر مخلوط های GFRC که برای کاربردهای تجاری تولید شده اند، در صورتی که در معرض شرایط محیطی بیرون قرار گیرند، با کاهشی در مقاومت و انعطاف پذیری با زمان مواجه خواهند شد. جهت تشریح افت در ظرفیت مقاومت و کرنش مخلوط های GFRC دو تئوری پیشنهاد شده است. تئوری اول بیان 
می کند که حمله قلیا به سطح الیاف شیشه ای باعث کاهش مقاومت کششی الیاف شده  و در نتیجه کاهش مقاومت مخلوط را به دنبال خواهد داشت تئوری دوم نیز بر این پایه است که هیدراسیون مداوم سیمان در مخلوط های GFRC که در داخل آب یا در مجاور شرایط آب و هوایی طبیعی قرار گرفته اند، تولید مواد هیدراته ای می کند که در درون گروه الیاف نفوذ کرده، فضاهای خالی بین رشته های شیشه را پر نموده و از این طریق باعث افزایش چسبندگی به رشته های منفرد شیشه می گردد. مقاومت پیوستگی افزایش یافته بین الیاف و ماتریس، شکنندگی نام دارد. شکنندگی باعث افت در بیرون کشیدگی الیاف و ایجاد رفتار ترد همراه با کاهش مقاومت کششی می شود. هنوز کاملاً روشن نشده است که علت اصلی کاهش مشخصات مکانیکی GFRC هجوم قلیاها و یا شکنندگی الیاف است. این امکان وجود دارد که هر دو پدیده، همزمان و با سرعت های متفاوت رخ دهند.

نحوه تحمل بارهای ترافیکی در روسازی های صلب (بتنی) با روسازی های انعطاف پذیر (آسفالتی) متفاوت می باشد. روسازی های بتنی بگونه ای طراحی می شوند که مانند یک تیر رفتار کنند و بار وارده را به شکل مقاومت خمشی در دالها منتقل نمایند. بنابراین انتقال بار در ترکها و درزها مهم می باشد، خصوصا در جاده هایی که ترافیک وسایط نقلیه سنگین مانند کامیون و اتوبوس را تحمل می کنند. ترکهای مویی و باریک هنوز با سنگدانه های بتن قفل و بست دارند و به شکل موثری بارها را منتقل می کنند. در حالتی که ترکهای پهن و درزهای با فاصله زیاد از هم وجود داشته باشند، روسازی دیگر قادر به انتقال بارها نیست و باید بارهای بزرگتری در لبه های دال را تحمل کند. این بارهای بزرگ لبه ای سبب ترکها و خرابی بیشتری در طول درز یا لبه های ترک می گردند.

بعضی از روسازی های بتنی از درزهایی استفاده می کنند که دارای آرماتور شاخکدار (مهاری یا رابط) است. این آرماتورهای ساده در محل درز گذاشته می شوند و وظیفه آنها انتقال بارها بین دالهای مجاور است و همزمان اجازه باز و بسته شدن درز را فراهم می کنند. این آرماتورها ممکن است پوسیده شوند و گاهی اوقات مشکلاتی را ببار آورند. خوردگی سبب اعمال نیروهایی به بتن می گردد که سبب خرد شدن و بروز ترک و خرابی کلی درز می گردد. امروزه استفاده از آرماتورهای مهاری با پوشش اپوکسی متداول شده است.

دالهای با لبه های بدون تکیه گاه زیر اثر بار تغییر شکل داده یا خم خواهند شد. اگر خاک زیر دال اشباع باشد هنگامی که دال کج می شود آب از محل درزها یا ترکها به بیرون پاشیده می گردد. به این حالت پمپاژ می گویند. سرانجام در اثر نبود یا افت خاک تکیه گاهی در نتیجه پمپاژ در زیر دال یک فضای خالی بوجود می آید. دال ممکن است زیر اثر بار بعدا ترک بیشتری بخورد و محل درز خراب تر گردد.

در زیر اثر بارهای وسایل نقلیه سنگین درزهایی که بدون آرماتور رابط (شاخک) باشند ممکن است بشکل پلکانی خراب شوند. این حالت وقتی پیش می آید که لبه یک دال پایین تر از لبه دال مجاور باشد. در این صورت در محل درز یک پله بوجود می آید. روی سطح پلکانی شده دالها بخوبی نمی توان رانندگی کرد.

اغلب بروز پدیده پمپاژ را می توان با تغییر رنگ خاک در اطراف درزها یا ترکهای روسازی تشخیص داد. منافذ بوجود آمده در خاک زیر دال را می توان با گروت پر نمود. دال ها را می توان با تزریق دوغاب سیمان به زیر آن مجدداً تراز نمود. بدیهی ست، آب بندی ترک ها و درزها و بهبود زهکشی لایه های زیری خاک دال در کاهش پدیده پمپاژ و خرابی های درز مفید خواهد بود.

وضعیت روسازی و عیوب آن

بعضی از عیوب روسازی بتنی به صورت موضعی می باشند و برخی عیوب نشان دهنده بروز مشکل در کل روسازی است. تشخیص آنکه نقص روسازی موضعی یا گسترده است از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. ارزیابی وضعیت واقعی راه های بتنی

عیوب سطحی در روسازی بتن

این عیوب شامل ساییدگی و براق شدن، ظهور ترکهای نقشه وار، سوراخ سوراخ شدن سطح، پوسته شدن و تورق سطح، آرماتور گذاری کم عمق و خرد شدن می باشد.

ترکهای روسازی بتن

ترکهای روسازی شامل ترکهای عرضی دال، ترک D، ترکهای گوشه و ترکهای پیچ دار می باشد.

تغییر شکل روسازی بتن

تغییر شکل روسازی شامل بالاآمدگی (تورم)، پلکانی شدن دالها، نشست تحکیم یا تورم روسازی، تعمیرات سرویس های آب و برق شهری و نظایر آن، وصله کاری و گودال ها و حفره ها، تغییر شکل لبه راه یا شانه راه است.

در بررسی ایرادات مختلف روسازی می بایست شدن و اندازه خرابی را تواماً مدنظر داشت. عموماً، خرابی به آهستگی شروع و بصورت پیشرونده تبدیل به یک مسئله جدی می گردد.

سال های بسیار محققان مختلف تلاش کردند تا با تغییر ماتریس سیمان بر مساله پایایی مقاومت GFRC فایق آیند. بیشتر این تلاش ها در جهت کاهش یا حذف شکل گیری هیدروکسید کلسیم که در طی فرایند هیدراسیون تولید می شود، صورت گرفت.

استفاده از سیمان پر آلومین و سیمان سوپرسولفاته نشان دهنده اولین تلاش ها در جهت اصلاح ماتریس سیمان است. هر چند هر دو این سیمان ها تا اندازه ای در بهبود پایداری مقاومت مخلوط های GFRC در دراز مدت موثر بودند، با این حال اثرات نامطلوب دیگری نظیر افزایش خلل و فرج و افت مقاومت ماتریس سیمان مشهود بود.

یک راه حل جدیدتر استفاده از سیلیکاهای آهکی فعال به عنوان افزودنی های سیمان است. دوده سیلیکا و متاکائولینیت هر دو عامل های موثری برای واکنش اولیه و حذف هیدروکسیدهای کلسیم هستند. با این حال برای این که بتوان به کاهش عمده ای در میزان هیدروکسید کلسیم دست یافت باید این مواد را در درصدهای بسیار بالا به کار برد. این روش ها برای شرکت دادن درصدهای بالایی از سیلیکا در ماتریس سیمان بدون مساله جداشدگی توسعه یافتند. با این وجود شرکت دادن درصدهای بالا میکروسیلیکا به عنوان روشی مقرون به صرفه در بهبود پایایی دراز مدت GFRC شناخته نشده است.

بیشتر پیشرفت های جدید در زمینه بهبود پایایی مقاومت GFRC در دراز مدت، تا حد زیادی سیمان CGC را توصیه می کنند. CGC یک سیمان کم قلیا است که شرکت ژاپنی سیمان چی چی بو با همکاری شرکت شیشه الکتریکی نیپون آن را توسعه دادند. سازندگان این سیمان ادعا می کنند که در طی فرایند هیدراسیون آن، هیدروکسید کلسیم توید نمی شود. همان طور که در شکل زیر دیده می شود، آزمایش های انجام شده بر روی مخلوط های GFRC که با سیمان CGC و الیاف ضدقلیا ساخته شده اند، نشان 
می دهد که مقاومت اولیه 28 روزه حتی پس از قرار گیری مخلوط در شرایط کهنگی تسریع شده حفظ 
می شود. در هر حال استفاده از سیمان CGC در مخلوط های ساخته شده با الیاف E-glass منجر به بهبود پایایی مقاومت در دراز مدت نشده است.

زمان در آبF˚158، روز

 مقاومت خمشی نسبی ماتریس سیمان CGC و مخلوط های سیمان پرتلند معمولی GFRC قرار گرفته در دمایC˚70 .

بهبود پایایی GFRC (اصلاح الیاف شیشه ای)

نشان داده شده است که استفاده از الیاف شیشه ای ضد قلیا و اصلاح ماتریس با پلیمر به مقدار زیاد، سرعت افت مقاومت مخلوط های GFRC را کاهش می دهد. با این حال این پیشرفت ها به طور کامل مساله پایایی دراز مدت را حل نکرده اند. در حال حاضر سیستم های تجاری در دسترس الیاف ضد قلیا و P-GFRC، افت زیادی در مقاومت و انعطاف پذیری از خود نشان می دهند که سرعت این افت به شرایط محیطی بستگی دارند. همه این روش ها یکی از دو روش اصلاح الیاف شیشه ای و اصلاح ماتریس سیمانی را شامل می شوند.

 اصلاح الیاف شیشه ای

از زمان معرفی الیاف شیشه ای ضد قلیا در سال 1971 تلاش های زیادی برای بهبود بیشتر الیاف شیشه ای جهت استفاده در GFRC صورت گرفته است. بیشتر این تلاش ها مستقیماً در جهت بهبود تجاری الیاف شیشه ای ضد قلیا به وسیله استفاده از پوشش های مخصوص الیاف انجام شده است. این پوشش های مخصوص برای کاهش نزدیکی اصلاح الیاف شیشه ای با هیدروکسید کلسیم است. هیدروکسید کلسیم یکی از محصولات واکنش هیدراسیون و علت اصلی شکنندگی الیاف است. Cem-FIL2، NEG AR-glass مثال هایی از الیاف شیشه ای هستند که دارای فواید بالقوه پوشش های مخصوص می باشد. داده های پایداری مقاومت در دراز مدت برای الیاف ضد قلیای Cem-FIL2 نشان می دهد که مقاومت با سرعتی کمتر از مخلوط های Cem-FIL1 کاهش می یابد. با این حال از آنجا که پیش بینی مشخصات دراز مدت مصالح بر مبنای همبستگی داده های کهنگی تسریع یافته یا داده های کهنگی طبیعی صورت گرفته، هنوز بسیار زود است که بتوان به طور دقیق پیش بینی کرد که الیاف ضد قلیای Cem-FIL2 چگونه به طور موثر یک مخلوط با پایه سیمانی را مسلح خواهد کرد.
هیاشی، ساتو و فوجی از شرکت شیشه الکتریکی نیپون کشف کرده اند که برخی مواد آلی ضد قلیا که به عنوان پوشش الیاف شیشه ای ضد قلیای عادی به کار می روند، به طور قابل ملاحظه ای باعث بهبود در حفظ مقاومت کششی الیاف خواهند شد. شکل 1 پایایی بهبود یافته مقاومت رشته های الیاف ضد قلیای عادی وقتی که از پوشش آلی ضد قلیا استفاده شده باشد، نشان می دهد. همان طور که در شکل 2 دیده می شود، آزمایش های مقاومت خمشی که بر روی مخلوط های کهنه GFRC حاوی الیاف ضد قلیای پوشش دار انجام شده، تصدیق می کند که حفظ مقاومت بهبود یافته الیاف منجر به حفظ مقاومت خمشی بهبود یافته مخلوط های GFRC خواهد شد.

زمان،روز

PVA پلی وینیل الکل و PVAC پلی وینیل الکل کنترل می باشد.

شکل 1 مقاومت کششی رشته های الیاف شیشه ای با پوشش های مختلف که در خمیر سیمان معمولی در دمای C˚80 قرار گرفته اند.

روشی توسط بنتور و دایاموند توسعه یافت که در آن میکروسیلیکا به طور مستقیم در فضاهای بین تک رشته های شیشه در الیاف یشه ای سرگردان وارد شده بود. کشف شده است که با غوطه ور کردن دستی این الیاف در دوغاب تجاری میکروسیلیکا، فضاهای بین تک رشته های شیشه ای به میزان کافی با میکروسیلیکا پر می شود. نتایج آزمایش های انجام شده بر روی مخلوط های کهنه که با الیاف نفوذی در دوغاب میکروسیلیکا تولید شده اند، کاهش عمده در سرعتی نشان داده شده است که در آن افت مقاومت رخ می دهد. با این حال هنوز مشخص نشده است که آیا این روش در فرایند تولید افشانه، عملی است یا خیر.

زمان،روز

PVA وینیل الکل است

شکل 2  تنش خمشی مخلوط های GFRC حاوی الیاف شیشه ای ضد قلیا، پوشش آلی ضد قلیا در ماتریس سیمان معمولی. نمونه های قرار گرفته در آب C˚80 .

انواع سنگ

سنگ بیشترین کاربرد را به صورت شن و ماسه دارد. از سنگ به صورت شکسته به عنوان پرکننده یا مصالح لایه زیر اساس یا اساس استفاده می شود؛ همین طور از آن برای قطعات روسازی می توان استفاده کرد مانند سنگفرش ها؛ یا در ساخت نمای سنگی ساختمان و دیوار به کار برد که بعضی از انواع آن مانند سنگ بادبر یا سنگ تراش می باشد. در موارد دیگر می توان آن را خرد کرده و به شکل ماسه و شن در بتن استفاده نمود.

در راهسازی، سنگها به 11 گروه تقسیم می شوند :

• مصنوعی
• بازالت، سنگ سیاه
• سنگ چخماق
• سنگ گابرو
• گرانیتها
• سنگریزه ها
• سنگهای دگردیسی (سنگهای رسی – سیلتی)
• سنگ آهک
• سنگ آذرین
• سنگ کوارتز
• شیست، سنگ دگردیسی متورق

این سنگها تحت اثر آزمایشات مختلفی، مانند مقاومت در برابر خرد شدن و میزان صیقلی بودن قرار 
می گیرند تا از مناسب بودن آنها جهت استفاده به عنوان مصالح روسازی در راهسازی و نظایر آن اطمینان حاصل گردد.بعضی از خصوصیات سنگ های مصرفی مناسب برای لایه اساس سنگی و زیراساس سنگی:

سنگ اسلیت

سنگ ها خاصیت تورق صفحه ای ذاتی و همچنین مقاومت کم سنگ مانع از آن می شود که از اسلیت به عنوان مصالح زیراساس استفاده شود، به عبارت دیگر گرایش اسلیت به خرد شدن و تبدیل به گرد و خاک شدن زیر اثر بارهای وارده، استفاده از آن را به عنوان مصالح پرکننده دچار محدودیت می کند.

بیشترین کاربرد اسلیت به شکل مستطیلی یا نامنظم، و معمولاً به ضخامت حدود 20-40 mm، در سنگفرش می باشد. این سنگها مشابه بلوک های بتنی پیش ساخته روی بستر سیمانی گذاشته می شوند و درزهای آن را با ملات پر می کنند.

سنگریزه

سنگریزه نوع دیگری از مصالح سنگی است که می توان آن را حد فاصل بین ماسه درشت و قلوه سنگ کوچک در نظر گرفت. اندازه سنگریزه 2-6 mm است. سنگریزه در روسازی و در پوشش سطحی، به صورت محدود به کار می رود. معهذا، در سال های اخیر با پیشرفت هایی که در مشخصات فنی روسازی های بلوکی حاصل شده، سنگریزه در مصالح بستر برای روسازی نفوذپذیر و همین طور دیگر شکل های روسازی قطعه ای در نواحی با نفوذ زیاد آن به عنوان یک واریانت مناسب به کار برده می شود.

سنگ رسی (شیل) شیل از لحاظ زمین شناسی یک نوع سنگ رسی یا سنگ سیلتی متورق می باشد که به سادگی در راستای لایه های صفحات بستر خود از هم جدا می شود. از شیل بندرت به عنوان مصالح زیر اساس استفاده می شود، زیرا بیش از اندازه نرم است، ولیکن برای پوشش سطحی خصوصاً نوع قرمز سوخته آن بکار می رود.

بالاست

بالاست در اصطلاحات مربوط به مصالح سنگی دارای معانی متعددی است. در برخی نقاط، بالاست به مخلوط شن و ماسه و و یا سنگ های کوچک (کوچکتر از 40 mm) با ماسه گفته می شود که در ساخت بتن به کار می رود. در جای دیگر، بالاست می تواند اشاره به سنگدانه های درشت (به اندازه تقریبی 40-50 mm) باشد که برای نگهداری ریل های راه آهن به کار می رود و یا خاکریز معمولی از سنگ شکسته، سرباره، یا شن و ماسه می باشد.

مخلوط شن و سنگ (شینگل)

شینگل مخلوطی از شن و سنگ رودخانه ای با اندازه های متفاوت (20-200mm) می باشد، که ممکن است در ساخت بتن به کار رود و یا آنکه به صورت پوشش سطحی برای محوطه سازی خصوصاً محوطه های صنعتی استفاده شود.

مخلوط شن و ماسه و رس

از مخلوط شن و ماسه خوب دانه بندی شده به همراه رس طبیعی که نقش چسباننده مصالح را به عهده دارد می توان برای پوشش سطحی در جاده های کم اهمیت با سرعت ترافیکی کم و پیاده روها استفاده کرد

سرباره (اسلگ)

سرباره محصول جنبی حاصل از فرایند تولید آهن و فولاد در کوره ذوب آهن است. در حالتی که اجازه داده شود تا سرباره به آهستگی سرد شود به شکل سنگ مجوف به رنگ خاکستری روشن در می آید که از آن به شکل های زیر در روسازی می توان استفاده کرد.

• دانه های خرد نشده – به عنوان مصالح خاکریزی و و پرکننده (به ویژه در محل هایی که تحت اثر بارگذاری سخت مانند مسیرهای اصلی راه آهن)، سکوهای بار قرار دارد یا در روسازی هایی که چسبندگی ریزدانه ها با پر کردن منافذ روسازی با سرباره تامین می شود.
• در لایه اساس دانه بندی شده راه – به صورت مخلوط با مصالح سنگی
• به صورت شکسته و دانه بندی شده – برای مصالح سنگی بتن، ماسه بتن و در دال های بتنی که به عنوان سکو به کار می روند

آجرهای قدیمی و بتن شکسته

معمولاً آجرهای قدیمی مستعمل و بتن خرد شده که به عنوان ضایعات می باشند جزو مصالح سخت و خنثی به شمار می آیند که می توان به عنوان پرکننده یا خاکریز از آنها استفاده کرد.

شیشه (بازیافت شده)

مقادیر زیادی از ضایعات شیشه یا خرده شیشه ها هر ساله تولید می شود و ابتکارات متعددی برای کاربرد مجدد آنها به عنوان مصالح سنگی در صنعت ساختمان در یک دهه گذشته به کار گرفته شده است. با مطالعه بیشتر برروی بازیافت در اروپا از آغاز هزاره جدید، انتظار می رود که در سال های آتی موقعیت و بازار بیشتری نصیب روش استفاده از شیشه بازیافت شده قرار گیرد.

بتن ترکیبی است از ماسه، شن و سیمان که پس از مخلوط شدن با آب در طول چند ساعت شروع به سفت شدن می کند. با تغییر نسبت سنگدانه های ریز (ماسه)، درشت (شن)، سیمان و آب، مقاومت و کارایی بتن تغییر می کند. مقدار آبی که برای مخلوط کردن یک حجم معین بتن به کار می رود با نسبت آب به سیمان w/c تعیین می شود که بر این پایه هر چند نسبت w/c کوچکتر باشد، بتن مقاومت بیشتری خواهد داشت (با فرض اینکه بتن به خوبی متراکم شده باشد.) 
تقسیم بندی بتن براساس مقاومت مشخصه آن پس از گذشت 28 روز از به عمل آوری آن (کیورینگ) صورت می گیرد، به عنوان نمونه، بتن مخلوط کلاس C 7,5 بتن نسبتاً ضعیفی است که به عنوان بتن پرکننده یا بتن روی بستر خاکی به کار می رود و بتن کلاس C40 مخلوط نسبتاً قوی است که برای کارهای بتن درجا و بتن باربر مناسب می باشد. در جدول BS882 اجزای مخلوط بتن برای کلاس های مختلف بتن داده شده است.
بتن اکثراً به کمک ماشین های ویژه از کارخانه بتن، که تولید بتن انبوه و با کیفیت را براساس درخواست متقاضی به عهده دارد، به محل کارگاه حمل می شود.
اکثر شرکت های بزرگ دارای گواهینامه کیفیت در ساخت بتن حاضری محصول خود را براساس مشخصات فنی خواسته شده تضمین می نمایند. در پروژه های بزرگتر، کارخانه ساخت بتن ممکن است صرفاً به منظور تامین بتن برای آن پروژه احداث شود. برای حجم های کوچکتر بتن را می توان در محل کارگاه به کمک میکسرهای مکانیکی کوچک مخلوط نمود که در هر نوبت توانایی ساخت 0.25-1.0 m3 بتن را دارد.

سیمان چیست ؟

سیمان پودریست که از سنگ آهک و خاک رس تولید می شود و از مخلوط آن با مصالح سنگی دیگر خصوصاً ماسه، شن و سنگ برای ساخت انواع ملات و بتن استفاده می گردد. قسمت عمده سیمان مصرفی از نوع سیمان پرتلند می باشد، که به آن سیمان پرتلند معمولی یا OPC13 نیز وجود ندارند که اکثراً در کارهای اجرایی در لایه های زیرسطحی استفاده می شود و همین طور سیمان با آلومینای بالا HAC15.

سیمان معمولاً در بسته های 50 کیلوگرمی به فروش می رسد، هر چند مصرف کنندگان بزرگ تجاری مانند کارخانه های ساخت بتن و  کارخانه های قطعات بتنی پیش ساخته فله استفاده می کنند و حمل آن توسط تانکرهای خاصی صورت می گیرد.

سیمان مصرفی در بتن بر اساس نشریه 55

بعضی از مشخصات فنی سیمان بر اساس نشریه شماره 55 موسوم به مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمانی (تجدید نظر دوم) به شرح ذیل می باشد :

انواع سیمان پرتلند در استاندارد ایران به پیروی از استاندارد ASTM عبارتند از :

الف- سیمان نوع 1

سیمان پرتلند معمولی در کارهای معمولی و عمومی بتنی ساده و بتن آرمه که مکان حمله سولفات ها وجود ندارد مصرف می شود.

ب- سیمان نوع 2

سیمان نوع 2 یا سیمان اصلاح شده در برابر حمله سولفات ها از سیمان معمولی مقاوم تر است. گرما زدایی این نوع سیمان هنگام آبگیری کمتر از سیمان معمولیست، لذا، در بتن ریزی های حجیم و بتن ریزی در هوای گرم نیز به مصرف می رسد.

پ- سیمان نوع 3

سیمان نوع 3 یا سیمان خیلی زودگیر را در مواقعی که بارگذاری باید مدتی کوتاه بعد از بتن ریزی صورت گیرد یا بخواهند قالب ها را زودتر بردارند یا به هنگام بتن ریزی در هوای سرد به مصرف می رسانند.

ت- سیمان نوع 4

سیمان نوع 4 یا سیمان کم حرارت غالباً در بتن ریزی های حجیم به ویژه در فصول گرم به مصرف می رسد.

ث- سیمان نوع 5

سیمان نوع 5 ی سیمان ضد سولفات، برای مصرف در بخش هایی از ساختمان که شدیداً در معرض حمله سولفات ها باشد، مناسب است. انواع دیگر سیمان وجود دارد که برای مطالعه آن می توان به کتب تخصصی در زمینه تکنولوژی سیمان مراجعه نمود. در اینجا فقط اشاره مختصری به سیمان بنایی می گردد.

جهت مطالعه انواع سیمان پرتلند می توانید به وب سایت رسمی کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

شن چیست؟ 

شن مصالح سنگی است که تقریباً از هر نوع سنگ می تواند تشکیل شده باشد. معمولاً اندازه ای بین 
2-60 mm دارد. هنگامی که دارای منشا آبرفتی یا رودخانه ایست عموماً به شکل گرد است و اگر از معدن استخراج و سپس شکسته شده باشد تیز گوشه است. شن و ماسه ممکن است به صورت مخلوط به فروش برسد، برای امثال به اندازه 5-20 mm و یا براساس اندازه خاصی دانه بندی می شود مثلاً سایز 10 mm.

شن و ماسه در پروژه های عمرانی کاربرد بسیاری دارد، که از آن جمله می توان استفاده در بستر سازی لوله ها، در ساخت بتن و همین طوری استفاده در زمینه پوشش سطحی روسازی را نام برد.

شن مصرفی در بتن بر اساس نشریه 101 و 55

بعضی از خصوصیات شن مصرفی در بتن بر اساس نشریه 101 و 55 موسوم به مشخصات فنی عمومی راه ها و ساختمان به شرح ذیل می باشد :

سنگدانه های درشت (مانده روی الک 4.75 mm یا شماره 4)، از شن رودخانه ای یا سنگ شکسته و یا مخلوطی از این دو و یا روباره کوره های آهنگدازی به دست می آیند.

این مصالح باید با مشخصات زیر برابری داشته باشند.

الف : مصالح درشت باید کاملاً سخت، محکم، بادوام و مکعبی بوده و مقدار مواد آلی، کلوخه های رسی، پوشش و اندود خاکی، دانه های سست و شکننده و سایر مواد غیرقابل قبول و زیان آور آن از ارقام مندرج در جدول زیر تجاوز ننماید.

ب : درصد سایش سنگدانه های درشت به روش لس آنجلس (C136 یا ASTM C535) نباید از 40 درصد تجاوز نماید.

انواع ماسه

به نظر می رسد انواع ماسه نسبت به دیگر مصالح سنگی دارای پیچیدگی بیشتری باشد. ماسه از دانه های سنگی کوچکی تشکیل شده که اندازه آن بین 0.06-2 mm است و اکثراً از جنس کوارتز (Sio2 یا سیلیکا) می باشد، گرچه اغلب مواد معدنی دیگری به صورت مخلوط با ماسه وجود دارند خصوصاً رس ها و آهن که سبب قرمز رنگ شدن ماسه نسبت به دیگر مصالح سنگی می شود.

ماسه ها به صورت طبیعی در رسوبات جابه جا شده وجود دارند، بخصوص در محیط های دریایی و یا رودخانه ای، گرچه بعضی از ماسه سنگ های درشت تر به عنوان محصولات جانبی حاصل از خرد کردن و شکستن سنگ به دست می آیند.

ماسه یکنواخت از دانه هایی تشکیل می شود که اساساً یک اندازه باشند، مثلاً درشت دانه (C)، متوسط (M) یا ریزدانه (F) (جدول زیر را ملاحظه کنید)، درحالی که ماسه دانه بندی شده شامل مخلوطی از ماسه با اندازه دانه های متفاوت مشخص است.

در کارهای معمولی ساختمانی در کارگاه، ماسه به دو گروه اصلی تقسیم می شود، ماسه ساختمانی (ماسه نرم) که عمدتاً در تهیه ملات اندود به کار برده می شود، و ماسه سنگریزه (ماسه زبر)، که در ساخت ملات بستر در روسازی به کار می رود. طبیعتاً ماسه هایی نیز در بین دو حد فوق قرار دارند که می توان به عنوان ماسه درزگیری (ماسه بندکشی) استفاده کرد، ولیکن همچنان که گفته شد عملاً ماسه در دو تیپ اصلی فوق وجود دارد.ماسه مصرفی در ساختمان بیشتر از نوع ریزدانه و اغلب توام با مقداری رس در حدود 10 درصد یا بیشتر است در حالی که ماسه سنگریزه (زبره) درصد کمتری رس دارد و نسبت دانه های درشت آن بیشتر 
می باشد.

مطابق مشخصات فنی بخش 3 آیین نامه BS7533 ماسه به کار رفته در لایه زیرسازی ماسه تیزگوشه با درصد رس یا سیلت کمتر از 3 درصد وزنی می باشد. آیین نامه BS882 استفاده از ماسه تیپ C یا M را برای دال ها و کف فرش های روسازی پیشنهاد می نماید.

در جدول بالا حدود دانه بندی ماسه های مناسب برای ملات بستر و ملات درزگیری متعارف (غیرقابل نفوذ) در روسازی بلوکی داده شده است. توجه کنید که ماسه ملات درشت تر از ماسه بندکشی است.

همچنانکه در پایین جدول صفحه قبل مشاهده می شود، تقسیم بندی دیگری برای ماسه ها براساس درصد وزن عبوری از ریزترین الک، موسوم به الک 63µm (اندازه سوراخ 0.063 mm) وجود دارد. مطابق این جدول، در روسازی ای مختلف میزان حداکثر درصد ریزدانه پیشنهادی متفاوت است.

روسازی های بلوکی بر حسب نوع مصرف به پنج تیپ (IA-IB-II-III-IV) مطابق جدول بالا تقسیم می شوند. تحقیقات گسترده در طی سالیان متمادی نشان داده که ماسه ها با نسبت کمتر ریزدانه (تیپ 1 یا تیپ 2) برای ساخت زیرسازی کف (بستر سازی) و برای بار سنگین مناسبترند، و ماسه طبیعی با دانه های گرد در مقایسه با ماسه های تیزگوشه و ماسه حاصل از سنگ شکسته کمتر در معرض نشست و روان شدن قرار دارند.

دانه های گرد گوشه بخوبی متراکم و فشرده شده، یک لایه بستر پایدار به وجود می آورند، در حالی که لبه های دانه های تیز گوشه زیر اثر بار شکسته، و در نتیجه نسبت ریزدانه های ماسه که توسط آب تراوش شده حمل می شود افزایش یافته، حالت روغنی یا لیزی ماسه را بالا برده، که به نوبه خود باعث جدا شدن ماسه ها با اندازه دانه متفاوت از یکدیگر در لایه می شوند، و احتمالاً در پروژه های با بار ترافیکی سنگین مشکلاتی را سبب می گردند.

به طور کلی در راههای خصوصی، محوطه اطراف ساختمان ها و پروژه های با بار ترافیکی کم، استفاده از ماسه سنگریزه استاندارد که توسط فروشندگان محلی به فروش می رسد جهت استفاده برای مصالح در بستر راه احتمالاً به حد کافی خوب است. ولیکن برای جاده های با بار ترافیکی سنگین می بایست بررسی بیشتری برروی خصوصیات ماسه مور نیاز برای بستر راه صورت گیرد.

در انتها؛ همچنانکه در بالا ذکر شد، دو نوع ماسه ویژه وجود دارد، یکی ماسه درزگیری است که برای پرکردن بندهای روسازی بلوکی به کار برده می شود و باید درصد رس آن خیلی جزیی و اندازه دانه های آن به گونه ای باشد که اصطکاک بالایی را به وجود آورد، تا یک روسازی بلوکی در مقابل بار وارده به خوبی پایداری و مقاومت نماید.

نوع دیگر ماسه موسوم به ماسه نقره ای است که دارای درصد ناچیزی آهن بوده و برای تولید شیشه طبی با کیفیت بالا بسیار مطلوب می باشد. رنگ نقره ای ماسه ناشی از داشتن سیلیکای خالص (SiO2) است و دارای هیچ آلودگی معدنی دیگری نیست. این نوع ماسه در صنعت ساختمان کاربرد محدودی دارد.

ماسه مصرفی در بتن براساس نشریه 101 و 55

بعضی از مشخصات مصالح سنگی ریزدانه در بتن براساس نشریه 101 عبارتند از :

مصالح ریزدانه (رد شده از الک -4.75 mm شماره 4) از ماسه طبیعی و یا ماسه شکسته و یا مخلوطی از این دو تهیه می شود. این مصالح باید دارای مشخصات زیر باشد.

الف : مصالح ریزدانه باید دارای دانه های سخت و بادوام بوده و مواد زیان آور موجود در آنها از ارقام مندرج در جدول زیر تجاوز ننماید.

ب- ارزش ماسه ای سنگدانه های ریز به روش T176 آشتو نباید کمتر از 75 درصد باشد.

پ- دانه بندی سنگدانه های ریز باید با جدول زیر انطباق داشته باشد.

جهت مطالعه مقاله تفاوت شن و ماسه به صورت کامل می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

انواع روسازی بتن

اصولاً، روسازی های سخت به دو دسته تقسیم می شوند، انعطاف پذیر و صلب. روسازی های انعطاف پذیر به گروهی اتلاق می شود که سطح آنها با اسفالت یا مصالح قیری پوشش شده باشد. علت استفاده از واژه انعطاف پذیر در این نوع روسازی، خمش و تغییر شکل سازه روسازی تحت اثر بارهای ترافیکی می باشد. از سوی دیگر، روسازی صلب به آن دسته از روسازی ها گفته می شود که لایه سطحی آن از بتن تشکیل شده باشد. چنین روسازی هایی به علت بالا بودن مدول الاستیسیته مصالح بتن به مراتب سخت تر از روسازی انعطاف پذیر می باشند. علاوه بر این، این نوع روسازی ها می توانند مسلح به فولاد باشند، که عموماً به منظور کاهش یا حذف درزها به کار می روند.

نحوه توزیع بار در بستر خاک زمین در روسازی صلب با انعطاف پذیر متفاوت می باشد. در روسازی صلب، بعلت بالا بودن مدول الاستیسیته (سختی) بتن، تمایل به پخش بار بر روی سطح نسبتاً گسترده تری می باشد (مطابق شکل زیر). دل بتنی به تنهایی بیشتر ظرفیت سازه ای را در روسازی صلب تامین می کند. در روسازی انعطاف پذیر از لایه سطحی به مراتب نرم تر استفاده می شود و بار در یک سطح کوچکتر توزیع می شود. در این نوع روسازی از چندین لایه مرکب برای انتقال بار ب سطح بستر استفاده می گردد. 
(شکل زیر را ملاحظه کنید.)

روسازی های صلب زیر اثر بار بمقدار بسیار کمی تغییر شکل می دهند. یک روسازی صلب تیپ از یک لایه بتنی سطحی که بر روی خاک بستر زمین یا یک لایه اساس قرار گرفته تشکیل می شود. بعلت سختی نسبی روسازی صلب، سازه روسازی صلب بار را از طریق یک یا حداکثر دو لایه روسازی به زمین منتقل 
می کند.

لایه های یک روسازی صلب تیپ بشرح ذیل می باشد :

• لایه رویه (سطحی) : این لایه در قسمت فوقانی روسازی قرار دارد و به صورت دال بتنی می باشد.
• لایه اساس : این لایه مستقیماً در زیر لایه بتنی قرار می گیرد و معمولاً از مصالح سنگی یا بستر زمین تثبیت شده تشکیل می شود.
• لایه زیراساس : این لایه یا لایه ها در زیر لایه اساس قرار دارد. لایه زیر اساس همیشه مورد نیاز نیست و در اغلب موارد حذف می گردد.

لایه سطحی بتن

لایه سطحی لایه ایست که در تماس با بارهای ترافیکی قرار دارد و از جنس بتن می باشد. این لایه باید دارای خصوصیاتی مانند اصطکاک، صافی، کنترل صدا و زهکشی باشد. علاوه بر این، به عنوان یک لایه ضد آب برای لایه اساس، زیراساس و بستر زمین زیر خود عمل می کند. ضخامت لایه سطحی متفاوت بوده ولیکن عموماً بین 150 mm برای بارگذاری سبک الی 300 mm برای بارهای ترافیکی سنگین و بزرگ در تغییر است.

در بخش طراحی دال بتنی روی زمین در مورد عملکرد این لایه و روش های طراحی و انتخاب ضخامت آن به تفصیل بحث خواهد شد.

موقعیت لایه اساس بتن

موقعیت لایه اساس درست در زیر لایه سطحی می باشد. وظایف این لایه عبارتند از :

1- توزیع بار اضافی

2- کمک به زهکشی و مقاومت در برابر یخبندان

3- تامین تکیه گاه یکنواخت برای روسازی

4- تامین یک سکوی با ثبات برای تجهیزات ساختمانی و اجریی

لایه اساس معمولاً از مصالح زیر ساخته می شوند.

1- اساس سنگی : یک لای اساس ساده از مصالح سنگی شکسته تشکیل می شود و کاربرد آن از اوایل سال های 1900 میلادی متداول بوده و هنوز برای بسیاری از موارد مناسب می باشد.

2- مصالح سنگی تثبیت شده یا خاک تثبیت شده

مواد کمکی تثبیت کننده برای چسباندن مصالح ذرات سست به یکدیگر و تامین مقاومت و چسبندگی به کار می روند. اساس های اصلاح شده سیمانی می توانند 25-20 درصد مقاومت لایه سطحی را داشته باشند.

3- مخلوط اسفالت گرم با دانه بندی متراکم

در جایی که نیاز به اساس با سختی بالا باشد می توان از لایه اسفالت گرم با دانه بندی متراکم اشتفاده نمود.

4- اسفالت گرم نفوذپذیر

در موارد خاصی که اساس با سختی بالا و زهکشی عالی نیاز باشد، لایه های اساس را می توان از اسفالت گرم با دانه بندی باز به کار برد.

5- بتن مگر (بتن کم سیمان)

خمیر بتن در این حالت نسبت به بتن لایه سطحی دارای سیمان کمتری است ولیکن از مصالح سنگی تثبیت شده قویتر است. اساس با بتن مگر می تواند بین 50- 25 درصد لایه سطحی مقاومت داشته باشد. اساس بتن مگر همانند لایه بتنی سطحی عمل می کند و بنابراین، باید در آن درزهای اجرایی در نظر گرفت تا محل ترک در آینده در آنجا رخ دهد. چنانچه ملاحظات اجرایی به خوبی رعایت نشده باشد این درزها و ترک ها می توانند سبب بروز ترک در لایه سطحی شوند.

لایه زیر اساس سازه روسازی بتن

لایه زیراساس آن قسمت از سازه روسازی بین اساس و بستر زمین می باشد. کارکرد این لایه اساساً به عنوان یک تکیه گاه سازه ای می باشد ولیکن علاوه بر آن می تواند :

1- ورود ذرات ریز از خاک بستر به سازه روسازی را به حداقل برساند.

2- زهکشی را بهبود بخشد.

3- صدمات ناشی از عمل یخ زدن را به حداقل برساند.

4- برای عملیات اجرایی یک سکوی کار فراهم کند.

زیراساس معمولاً از مصالح با کیفیت نازلتر نسبت به اساس تشکیل می شود ولیکن از خاک بستر بهتر 
می باشد. مصالح مناسب برای زیراساس شن و ماسه و خاکریز باکیفیت بالا هستند. اجرای لایه زیراساس برحسب نوع کاربردی تعیین می گردد.

جهت مطالعه انواع روسازی بتن می توانی دبه وب سایت رسمی کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

تغییر شکل روسازی بتنی

تغییر شکل روسازی ممکن است به یکی از اشکال زیر رخ دهد.

1- بالا آمدگی بتن

دالهای بتنی ممکن است تحت فشار رو به بالا قرار گیرند یا در محل درز عرضی شکسته شوند. این حالت در نتیجه انبساط بتن روی می دهد، زمانی که مصالح تراکم ناپذیر (ماسه و غیره) به درزهایی که بصورت ضعیفی آببندی شده اند نفوذ می کنند. در این حالت، هیچ فضایی برای امکان انبساط دال وجود ندارد. این نقص در روسازی های قدیمی تر و دارای فاصله زیاد بین درزها بیشتر متداول می باشد. برای رفع این نقیصه می توان درزهای کاهش دهنده فشار تعبیه نمود و محلهای بالا آمده را باید وصله نمود یا مجدداً اجرا کرد.

2- پلکانی شدن بتن

درزها و ترکها ممکن است در روی دال به شکل پلکانی در آیند. پلکانی شدن در نتیجه عمل پمپاژ خاک زیر اساس و ظهور منافذ در خاک بوجود می آید. عبور کامیون یا اتوبوس سنگین از روی روسازی می تواند سرعت پلکانی شدن دال را تسریع نماید. درزهای طولی ممکن است در نتیجه نشست دال مجاور آن به شکل پلکانی در آیند.

پلکانی شدن سطح دال عبور و مرور از روی آن را با مشکل مواجه می سازد و ممکن است سبب خرابی دال بتنی شود. خرابی جزیی را می توان توسط ماشین ساب کف اصح نمود. منافذ را می توان از زیر آب بندی نمود، یا به کمک تزریق گروت تراز دال را به حالت درست در آورد. در خرابی های شدید تعویض بتن در محل درز ضروریست.

3- نشست روسازی یا بالاآمدگی (تورم) بستر زمین ناپایدار یا دارای زهکشی ضعیف ممکن است سبب نشست روسازی پس از ساخت شود. محل عبور کانال های تاسیسات عمومی شهری مانند آب و برق که بخوبی خاک زیر آن کوبیده نشده باشد نیز می تواند سبب نشست روسازی گردد. این نشست ممکن است آهسته و ملایم یا یک فروروی نسبتاً شدیدی باشد.

خاکهایی که در معرض یخبندان باشند و تراز آب زیر زمینی آن بالا باشد می تواند سبب بالا آمدگی روسازی در طول ماه های زمستان شود. ترک خوردگی بزرگ روسازی و افت مقاومت در طول بهار می تواند منجر به خرابی شدید بتن شود. در این حالت معمولاً بهبود زهکشی و تحکیم بستر روسازی (زمین) ضروریست و روسازی باید دوباره ساخته شود.

4- تعمیرات در محل عبور تاسیسات عمومی و حفرات روسازی بتن

برای تعمیر یا تعویض تاسیسات عمومی شهری (آب، برق، مخابرات و نظایر آن) لازم است روسازی بریده شده یا دارای بازشوهایی باشد. پس از انجام تعمیرات، محلهای وصله شده روسازی ممکن است نشست کنند، درز خراب شود، یا تنش زیادی در اثر بارگذاری ترافیکی مداوم رخ دهد. وصله های تعمیرات قبلی می تواند همانند روسازی اصلی عمل کند و یا مانند درز دچار خرابی یا نشست شود.

خرابی های موضعی مصالح یا خاک زمین بستر روسازی می تواند منجر به تشکیل حفره های منفرد در روسازی گردد. کنده شدن بتن روسازی یا هر نوع دیگری از عیوب مصالح ممکن است سبب تشکیل و رشد حفرت موضعی در روسازی گردد. در این موارد معمولاً حفره بطور کامل با مصالح مناسب پر می گردد.

5- ترکهای اطراف منهول ها 

در اغلب حالات امکان تغییر مکان طبیعی روسازی در اثر بالا زدن ناشی از یخ زدگی و تغییر مکان های ناشی از تغییرات درجه حرارت در مجاورت یک منهول یا دریچه ورودی سیلاب و آب باران روسازی را 
نمی توان فرام نمود. در این حالت ممکن است ترکها و پلکانی شدن رویه روسازی رخ دهد و بمرور زمان دال بتنی تخریب شود. این خرابی در بیشتر مواقع به صورت موضعی ست و بعنوان یک ایراد کلی برای روسازی مطرح نمی باشد. می توان با آببندی کرن و وصله کردن روسازی سرعت تخریب را کاهش داد. در نهایت تعمیرات بر روی کل عمق دال ممکن است لازم باشد.

6- تغییر شکل جدول یا شانه کنار روسازی بتن

جداول و کانال های بتنی یا شانه های بتنی راه ممکن است در طول مسیر اصلی روسازی از آن جدا شوند یا نشست کنند. درزهای طولی بین روسازی و جدول یا شانه راه ممکن است باز، پلکانی یا مانند دیگر درزهای طولی خراب شود. اگر میزان خرابی بحدی رسیده که زهکشی را متوقف می سازد، جدول و آبرو می بایست تعویض شوند. خرابی شانه راه را یا بکمک تعمیر می توان برطرف نمود و یا باید تعویض کرد.

جهت مطالعه مقاله تغییر شکل روسازی بتنی می توانید به وب سایت رسمی کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

در بسیاری از کاربردهای تجارتی از بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن، مقادیر کمی از الیاف)عموماً در حدود %0.1 حجمی(به کار رفته است. در چنین درصدهای حجمی پایینی، الیاف پلی پروپیلن عمدتاً به منظور کنترل ترک های ناشی از آب رفتگی پلاستیک به کار می روند. البته تاثیرات مقادیر کم الیاف پلی پروپیلن بر روی خصوصیات بتن تا حدودی غیر قطعی است.

زولو، ایلتر و بوچاکرت آزمایش هایی به منظور تعیین مقاومت فشاری ASTMC39، مقاومت کشیدگی ترکیدگی ASTMC496 و مقاومت خمشی ASTMC78  بتن غیر مسلح و بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن انجام داده اند. نمونه های آزمایشی حاوی حدود 0 تا %0.3 حجمی از الیاف بودند. مطابق جدول 1 نتایج این آزمایش ها نشان داده اند که وجود الیاف پلی پروپیلن تاثیر کمی بر روی خصوصیات ذکر شده در بالا دارد. به طور معمول مقاومت فشاری با افزایش مقدار الیاف، اندکی کاهش و مقاومت کششی ترکیدگی و مقاومت خمشی با افزایش مقدار الیاف، اندکی کاهش و مقاومت کششی ترکیدگی و مقاومت خمشی با افزایش مقدار الیاف اندکی افزایش می یابد. البته برای نمونه های حاوی %0.1 حجمی از الیاف (مقدار توصیه شده در صنعت)، مقاومت خمشی و مقاومت کششی ترکیدگی به ترتیب تنها 0 و 2.7 درصد افزایش یافته اند.

جدول1 خصوصیات مصالحی بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن در مقابل بتن غیر مسلح

مقادیر مقاومت براساس متوسط حداقل سه آزمایش می باشد.

معادل متریک : psi=6.895kPa

لیتوین و هانا هم آزمایش هایی برای تعیین خصوصیات ترکیبات مسلح با درصدهای پایین الیاف پلی پروپیلن انجام داده اند. نتایج آزمایش ها آنها عمدتاً مطابق با یافته های زولو، ایلتر و بوچاکرت می باشد. همچنین تحقیقات هانا نشان داد که اضافه کردن الیاف پلی پروپیلن به بتن، تاثیر مطلوب ناچیزی روی طاقت، مقاومت ترک خوردگی و مقاومت ضربه ای داشته است.

نتایج آزمایش ا که نشان دهنده ی تاثیر مقادیر کم الیاف پلی پروپیلن بر روی آب رفتگی بتن می باشد، غیر قطعی است. تولید کنندگان الیاف پلی پروپیلن ادعا می کنند مخلوط کردن الیاف پلی پروپیلن در درصدهای حجمی پایین به طور عمه ای ترک های ناشی از آبرفتگی را کاهش می دهد. اگر چه اغلب نتایج آزمایشگاهی این ادعا را تایید می کنند، اما کمبود روش های آزمایش استاندارد شده و محدود بودن تعداد آزمایش ها بسیاری از نتایج را غیر قطعی می سازد.

آزمایش های انجام شده توسط لیتوین بر روی نمونه هایی با مقاومت فشاری به ترتیب Mpa20.7) psi3000 و (Mpa31) psi4500 حاکی از این هستند که آب رفتگی خشک محدود نشده (آزاد( بتن با اضافه کردن % 0.1 الیاف پلی پروپیلن به میزان %-1.1 %3.7 کاهش می یابد. این نتایج بعد از اینکه نمونه ها به مدت یک سال در هوایی با رطوبت نسبی %50 و C˚23 F˚73 خشک شدند، به دست آمد. آزمایش های لیتوین مطابق با ASTMC157 انجام شد. او نتیجه گیری کرد که تفاوت عمده ای در آب رفتگی نامحدود )آزاد( بتن ساخته شده با یا بدون الیاف پلی پروپیلن وجود ندارد. نتایج مشابهی توسط گرزی بوسکای و شا، گزارش شد.

همچنین آزمایش های آب رفتگی نامحدود پلاستیک توسط زولو و ایلتر و بوچاکرت انجام شد. این آزمایش ها نشان داده اند که بعد از 180 دقیقه، آبرفتگی برای حجم های به ترتیب %0.1 تا %0.3 از الیاف پلی پروپیلن، بین 12 تا %25 کاهش می یابد. آزمایش های آب رفتگی نامحدود پلاستیک مطابق با ASTMC827 انجام شدند. در طی این آزمایش ها مشاهده شده است که مقدار آب شیره دهی سطح با افزودن الیاف، کاهش چشمگیری یافته است. به عقیده زولو این احتمال وجود دارد که الیاف، تراکم ترکیبات را کاهش دهند و بنابراین منجر به نگهداشت بیشتر آب در مراحل اولیه هیدراسیون شوند.

آزمایش های آب رفتگی نامحدود بتن که توسط زولو انجام شد نشان دادند که آب رفتگی به ترتیب %33، %47 و %10 برای بتن هایی با 0.1، 0.2و 0.3 درصد حجمی از الیاف کاهش یافته است. نمونه های آزمایشی به مدت 14 روز در زیر آب نگهداری شدند و سپس به مدت 7 روز در شرایط خشکاندن سریع قرار گرفتند. منحنی کرنش آب رفتگی در مقابل زمان برای نمونه های بتنی معمولی و برای نمونه هایی با درصد الیاف مختلف در شکل 1 نشان داده شده است. علیرغم اینکه نمونه های الیاف دار، آب رفتگی نامحدود کمتری را برای هر کدام از درصدهای به کار رفته از الیاف نشان دادند، با استفاده از این نتایج نمیتوان به هیچ روند قطعی ای دست یافت. همچنین نتایج گردآوری شده از تلاش های سایر محققان در رابطه با آب رفتگی نامحدود، غیر قطعی و متناقض بوده اند.

هر چند آزمایش های آب رفتگی نامحدود، اطلاعاتی پیرامون مشخصات آب رفتگی ترکیبات مسلح فراهم می کنند، اما اطلاعات مفیدی در رابطه با چگونگی پاسخ ترکیبات به تنش های ناشی از آبرفتگی در شرایط محدود شده بدست نمی دهند. در عمل، آب رفتگی نامحدود به ندرت اتفاق می افتد و همیشه مقداری محدود شدگی به دلیل طبیعت یکپارچه ساختار بتن وجود دارد.

در تحقیق اخیر گرزی بوسکای و شا، یک نمونه حلقه مانند  به منظور شبیه سازی ترک خوردگی ناشی از آب رفتگی محدود به کار برده شد و نتایج زیر به دست آمد :

1. مقادیر پایین 0.25 درصدی از الیاف فولادی یا پلی پروپیلن، می تواند به طور اساسی عرض ترک های ناشی از آب رفتگی خشک محدود شده را کاهش دهد.
2. الیاف فولادی تاثیرگذارتر از الیاف پلی پروپیلن هستند.
3. مشاهده شد که افزودن %0.1 حجمی الیاف پلی پروپیلن تاثیری ندارد.

شکل (الف) : الیاف 0.1درصد حجمی

شکل (ب) : الیاف 0.2 درصد حجمی

شکل (ج) : الیاف 0.3 درصد حجمی

جهت مطالعه مقاله ترکیبات سیمانی (درصد پایین الیاف پلی پروپیلن) به صورت کامل می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

الیاف پلی پروپیلن با اشکال مختلف و به طرق متفاوت در بتن آمیخته می شوند. الیاف می توانند به صورت الیاف قطعه قطعه شده کوتاه و مجزا(تک رشته یا نوار رشته ای)، به شکل شبکه پیوسته از صفحات نازک رشته ای و یا مانند شبکه به هم بافته، در بتن مخلوط شوند. واضح است که روش تولید به مقدار زیادی وابسته به شکل الیاف می باشد.

والتن و ماجومدار با استفاده از روش آب زدایی افشانه- مکش، اقدام به تولید صفحات بتنی مسلح با الیاف تک رشته ای قطعه قطعه شده پلی پروپیلن کردند. داو و الیس با به کارگیری روش مخلوط کردن، آب زدایی و تراکم، ترکیبات حاوی تک رشته های قطعه قطعه شده و صفحات نازک رشته ای از الیاف پلی پروپیلن را تولید کردند. هان نات با به کارگیری روش قراردهی دستی، شبکه های پیوسته صفحات نازک رشته ای پلی پروپیلن را وارد ساختار بتن کرد. همچنین رایت بای، گالووی و ویلیامز روش قراردهی دستی را به منظور قرار دادن شبکه به هم بافته پلی پروپیلن در داخل ملات سیمان به کار بردند.

با به کارگیری روش های ساخت قراردهی دستی شبکه هایی از صفحات نازک و پیوسته پلی پروپیلن یا شبکه های به هم بافته، می توان به درصدهای حجمی بالایی از الیاف تا %12 دست یافت. الیاف با حجم های تا %6 با به کارگیری روش های آب زدایی با اسپری مکنده حاصل می شوند. حجم های تا %11 با استفاده از الیاف قطعه قطعه شده ای به دست می آید که به طور مستقیم در داخل ماتریس با نسبت آب به سیمان بالا مخلوط شده و سپس با مکش یا تراکم، آب اضافی آن خارج می شود.

وقتی الیاف قطعه قطعه شده پلی پروپیلن در داخل مخلوط بتن با مصالح معمولی ریخته می شود، درصد حجمی الیاف باید نسبتاً پایین نگه داشته شود.

چندین محقق تصدیق کرده اند که اضافه کردن الیاف پلی پروپیلن به بتن، روی اسلامپ بتن تاثیر داشته است. اسلامپ بتن مسلح به الیاف به طول الیاف و تمرکز الیاف بستگی دارد. یکی از محققین متذکر شد هنگامی که الیاف پلی پروپیلن رشته رشته شده که به طول 2 اینچ 51) میلیمتر ) با 0.1 درصد حجمی به مخلوط بتن با مصالح معمولی اضافه شوند، اسلامپ بیش از 3 اینچ 75) میلیمتر) کاهش می یابد.

به دلیل آبگریز بودن الیاف پلی پروپیلن، لازم است مدت اختلاط تنها به اندازه ای باشد که از توزیع یکنواخت آنها در مخلوط بتن اطمینان حاصل شود. در مورد صفحات نازک رشته ای یا الیاف های نواری زمان مخلوط کردن باید آنقدر کم باشد که از پاره شدن غیر ضروری الیاف جلوگیری شود. الیاف پلی پروپیلن معمولاً بعد از اینکه همه اجزای معمول بتن به طور کامل مخلوط شدند، اضافه می شود.

مخلوط بتن آماده حاوی الیاف پلی پروپیلن را می توان با استفاده از روش های معمول، بتن ریزی نمود. اگر چه مراقبت های زیادی باید اعمال شود تا از خارج شدن همه هوای محبوس در بتن و حصول چگالی مطلوب اطمینان حاصل شود. به طور معمول مخلوط بتن آماده دارای الیاف پلی پروپیلن به تراکم کامل (کمی بیشتر از بتن غیر مسلح) نیاز دارد. بتن های مسلح به الیاف پلی پروپیلن به خوبی به روش های معمول تراکم، پاسخ می دهند و الیاف به راحتی از مخلوط جدا نمی شود.

تحقیقات قابل ملاحظه ای در مورد بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن انجام شده است. نتایج آزمایش برای ترکیبات مسلح به الیاف پلی پروپیلن در محدوده درصدهای حجمی %0.1 تا %10 گردآوری شده است. خصوصیات بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن تا حدی متغیر است و به میزان زیاد به میزان آب رفتگی و شکل الیاف به کار گرفته شده بستگی دارد.

مقاومت پیوستگی بتن

به طور کلی تاثیر الیاف پلی پروپیلن به عنوان تقویت کننده بتن بستگی به پیوستگی میان ملات و الیاف دارد. پیوستگی شیمیایی میان الیاف پلی پروپیلن و ملات سیمان، ضعیف و معمولاً نزولی است.

 در حقیقت قالب های بتن، معمولاً از پلی پروپیلن ساخته می شوند زیرا بتن سخت شده به راحتی از آن جدا می شود.

 برای آنکه بتن مسلح به الیاف از دیدگاه سازه ای عملکرد رضایت بخشی داشته باشد، باید پیوستگی خوبی میان الیاف و ملات سیمانی وجود داشته باشد.

الیاف پلی پروپیلن به شکل صفحات نازک رشته ای و نوارها یا شبکه های به هم بافته، پیوستگی بهتری را با ملات سیمانی نسبت به الیاف تک رشته ای قطعه قطعه شده، تامین می کنند. 

البته بهبود پیوستگی اغلب به طور کامل مکانیکی است و نتیجه مستقیمی از نفوذ ملات های سیمانی به داخل تک رشته های الیاف است که به وسیله رشته رشته شدن، تولید شده اند.

فساد حرارتی الیاف پلی پروپیلن در ترکیبات سیمانی

اندونین، مایی و کنترل داده اند که بتن مسلح به الیاف پلی پروپیلن ممکن است با برخی روش های عمل آوری با بخار سازگار نباشند.

نتایج آزمایش های آنها نشان می دهد ترکیباتی که در اتوکلاو در فشار Mpa0.4 و دمای C˚140 به مدت 24 ساعت عمل آوری شده اند و سپس در کوره با دمای C˚116 به مدت 24 ساعت خشک شده اند، به دلیل فساد حرارتی ناشی از اکسایش الیاف، انعطاف پذیری خود را به طور چشمگیری از دست داده اند.

بعدها ثابت شد که فساد حرارتی به دلیل حرارت بالای کوره خشک کننده بوده است و اگر دمای خشک کردن به میزان زیادی کاهش یابد، می توان از عمل آوری با اتوکلاو به همراه خشک کردن در کوره استفاده نمود.

تاریخچه بتن مسلح به الیاف پلیمری

انواع مختلف الیاف پلیمری به منظور تقویت مواد با پایه سیمانی به کار گرفته شده است. بسیاری از این الیاف از قبیل پلی پروپلن، پلی اتیلن و پلی استر و اکریلیک نشان داده اند که به طور چشمگیری امکان تقویت را دارند و در حال حاضر به صورت تجاری در دسترس می باشند. انواع دیگر الیاف پلاستیکی از قبیل پلی آمیدهای با مقاومت بالا (نایلون)، الیاف آرامید و الیاف پلی اتیلن با مدول الاستیسیته بالا، کمتر مورد استفاده قرار می گیرد اما نباید نقش تجاری حال حاضر آنها برای تقویت ملات های با پایه سیمانی، ناچیز و بی اهمیت شمرده شود.

بتن مسلح به الیاف پلی پروپلین

در سال 1965 گروه مهندسین ارتش آمریکا الیاف پلی پروپلین را به عنوان تقویت کننده بتن در ساخت سازه های مقاوم در برابر انفجار به کار بردند. آنها دریافتند که اضافه کردن مقدار کمی از الیاف پلی پروپلین به بتن (کمتر از %0.5 حجمی) منجر به افزایشی اساسی در انعطاف پذیری و مقاومت ضربه ای می شود. از زمان کار گلدفین در سال 1965 الیاف پلی پروپلین نه تنها به عنوان یک منبع اولیه در تقویت بتن، بلکه به عنوان مکملی جهت بهبود برخی خصوصیات مصالح بتن به کار رفته است.

الیاف پلی پروپلین

پلی پروپلین نوعی پلیمر مصنوعی هیدروکربنی است. الیاف پلی پروپلین با فرایند بیرون کشیدن مصالح به حالت داغ از میان روزنه های قالب ساخته می شود. نسبت کشش که میزان کشیدگی است در طول ساخت الیاف اعمال می شود، عامل جهت گیری مولکولی و تبلوری است، که خصوصیات فیزیکی الیاف را مشخص می کند. نسبت های کشش معمولاً برای الیاف پلی پروپلین در حدود 8 می باشد.

الیاف پلی پروپلین یا به شکل تک رشته های استوانه ای پیوسته است که می توانند در طول های خاصی قطعه قطعه شوند تولید می گردد و یا به شکل صفحات نازک یا نوارهایی هستند که می توانند به صورت الیاف کوچکی با مقطع عرضی مستطیلی رشته رشته شوند. منظور از رشته رشته کردن صفحات نازک پلی پروپلین، قسمت کردن به قطعات باریک است به طوری که به صورت شبکه باز شده ای از الیاف گسترش یابند. الیاف تک رشته ای پلی پروپلین گرانتر از الیاف حاصل از صفحات نازک رشته ای یا الیاف نواری هستند و به دلیل سطح نسبتاً کوچکشان، پیوستگی ضعیفی با ملات سیمان دارند.

در حال حاضر چندین تولید کننده از جمله شرکت فرتا و شرکت فایبرمش، الیاف پلی پروپلین خصوصیات مختلفی دارند که آنها را به طور ویژه ای برای استفاده در بتن سازگار می سازد. به خصوص که الیاف پلی پروپلین به طور شیمیایی بی اثر و سبک وزن هستند و از نظر هزینه با سایر انواع الیاف رقابت می کنند. علاوه بر آن الیاف پلی پروپلین آبگریز هستند بنابراین نمی توانند آب جذب کنند و تاثیری بر روی آب لازم برای مخلوط بتن ندارند. با این حال برخی معایب الیاف پلی پروپلین پیوستگی شیمیایی ضعیف با ملات سیمانی، نقطه ذوب پایین (تقریباً F˚329 ، C˚165 ) ، قابلیت احتراق و مدول الاستیسیته نسبتاً پایین می باشند.

برخی از خصوصیات الیاف پلی پروپلین در جدول 1 داده شده اند :

جدول 1 ویژگی های شاخص الیاف پلی پروپلین

معادل متریک : ksi=6.895MPa

جهت مطالعه مقاله بتن مسلح به الیاف پلیمری می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

کاربرد الیاف پلی پروپیلن از ترک خوردگی و جمع شدگی بتن بخصوص در سنین اولیه آن جلوگیری می‌کند. تولید بتنی شکل پذیر با الیاف پلی پروپیلن در بتن الیافی دارای شکل پذیری بسیار زیادی می‌باشد و هرگز خرد نمی‌شود. الیاف پلی پروپیلن آب گریز است و درصد جذب آب آن صفر می‌باشد؛ بنابراین هرگز نباید از افزودن آب اضافی جهت افزایش روانی بتن استفاده کرد.

تنها روش شناخته شده برای تولید بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن، افزودن الیاف در طی عمل اختلاط بتن می باشد. گزارش شده است که الیاف پلی اتیلن تا درصدهای حجمی %4 با روش های معمول مخلوط کردن به راحتی در بتن توزیع می شوند.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن

کوبایاشی و چو به منظور تعیین رفتار خمشی نمونه های مسلح به الیاف قطعه قطعه شده پلی اتیلن چندین آزمایش انجام داده اند. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن تقریباً تا وقوع اولین ترک رفتار کاملاً الاستیک دارند. بعد از وقوع اولین ترک، ظرفیت تحمل بار ترکیب فوراً افت می کند که حاکی از انتقال نیروهای کششی به الیاف می باشد. پس از اینکه نیروهای کششی به الیاف منتقل شدند، ظرفیت تحمل بار ترکیب مجدداً تا لحظه شکست الیاف تا یک مقدار حداکثر افزایش می یابد.

همچنین در شکل 1 دیده می شود که ظرفیت تحمل بار ترکیب با افزایش درصد حجمی الیاف افزایش می یابد و در درصدهای حجمی بالاتر ممکن است ترک خوردگی ها در ترکیب چند شاخه شوند. به نظر می رسد که به منظور بالاتر بردن ظرفیت تحمل بار از مقاومت ترک خوردگی ماتریس، درصد حجمی بیشتر از %3 از الیاف لازم است. با این حال افزایش درصد حجمی الیاف منجر به کاهش اندکی در مقاومت ترک خوردگی ماتریس می شود.

شکل 1 نمودارهای شاخص بار- خیز خمشی بتن مسلح به الیاف پلی اتیلن و مقادیر مختلف محتوای الیاف

الیاف پلی اتیلن اولین بار توسط شرکت ژاپنی صنایع پتروشیمی میتسویی به عنوان مصالح تقویت کننده بتن به کار گرفته شد. به دلیل نتایج امیدوار کننده حاصل از مخلوط کردن انواع الیاف پلیمری از قبیل پلی پروپیلن و نایلون در بتن، استفاده از الیاف پلی اتیلن برای این منظور گسترش یافته است. ظاهراً الیاف پلی اتیلن تولید شده توسط شرکت ژاپنی صنایع پتروشیمی مستسویی، تنها الیاف تقویت کننده بتن از این نوع بود که در زمان انجام این مطالعات تولید شد. به همین دلیل مبحث بعدی از خصوصیات ترکیبات ملات سیمان حاوی الیاف به این نوع خاص از الیاف محدود خواهد شد.

 الیاف پلی اتیلن

پلی اتیلن همانند پلی پروپیلن یک پلیمر هیدروکربنی ساخت دست بشر است. الیاف پلی اتیلن شرکت ژاپنی صنایع پتروشیمی میتسویی که بنفیکس نامیده شد، برای استفاده در بتن تولید گردید. این الیاف تک رشته های پلی اتیلن قطعه قطعه شده با چگالی بالا هستند که توسط تغییر شکل زگیل مانندی در طول محور الیاف مشخص می شوند. این تغییر شکل های زگیل مانند اختصاصاً برای بهبود خصوصیات مکانیکی پیوستگی فصل مشترک مصالح است که در غیر این صورت، پیوستگی شیمیایی ضعیفی با ملات سیمانی دارند. این الیاف عموماً 1.6 اینچ (40 میلیمتر ) طول و 0.04 اینچ (1 میلیمتر) قطر دارند (با فرض مقطع عرضی دایره ای).خصوصیات عمومی الیاف بنفیکس در جدول 1 نشان داده شده است.

سایر اشکال الیاف پلی اتیلن با خصوصیات مکانیکی بسیار بهتر از نسبت به الیاف بنفیکس تولید شده است. برای مثال الیاف به شکل تک رشته های قطعه قطعه شده یا الیاف به هم بافته متصل به هم، مقاومت و مدول الاستیسیته بالایی) طیف 900 و طیف 1000) ایجاد کرده اند. این الیاف مقاومتی کششی ای 13 تا 15 بار بزرگتر از الیاف بنفیکس دارند. مدول های الاستیسیته برای این الیاف 24 تا 35 بار از الیاف بنفیکس بزرگتر است. البته تاثیرات این الیاف به عنوان تقویت کننده های بتن در این دوره از مطالعات مشخص نشده است.

جدول 5-3- ویژگی های شاخص الیاف پلی اتیلن

                                                                                        معادل متریک : 1psi=6.895KPa 

آرامید (آروماتیک پلی آمید) یک مصالح پلیمتر مصنوعی با مدول بالا است که اولین بار در سال 1965 کشف شد. بعد از سال ها تحقیقات آزمایشی نهایاً روشی برای تولید این مواد به شکل الیاف پیدا شد. تولید الیاف آرامید برای کاربردهای تجاری از اوایل دهه 1970 آغاز شد و تلاش ها برای مخلوط کردن این الیاف در بتن به عنوان نوعی تقویت کننده در اواخر دهه 1970 آغاز گردید. والتون و ماجودار نتیجه گرفتند که به دلیل جذابیت خصوصیات مکانیکی ملات سیمانی مسلح به الیاف آرامید می توان مطالعات بعدی را توجیه نمود.
الیاف آرامید
الیاف آرامید مقاومت کششی بالا و مدول کششی بالایی دارند. الیاف ارامید 5/2 برابر مقاوم تر از الیاف
 E-glass و 5 برابر مقاوم تر از الیاف فولادی هستند. الیاف آرامید تحت دو نام تجاری مختلف Kevlar و Technora به فروش می رسند. الیاف (Kevlar 29, Kevlar 49) Kevlar توسط Dupont و الیاف (Hm0) Technora توسط Teijin تولید می شوند. مقایسه ای از خصوصیات مکانیکی انتخابی برای این الیاف در جدول 1 آمده است.

علاوه بر ویژگی های مقاومتی بسیار خوب، این الیاف نگهداشت مقاومتی بسیار خوبی تا دمای F˚392 (C˚200)، مقاومت خستگی استاتیکی و دینامیکی بسیار خوب و مقاومت خزشی بسیار خوبی دارند. رشته های آرامید با قطرهای متنوع، در دسترس هستند. قطر رشته ها، تاثیر ویژه ای بر روی قیمت های واحد الیاف دارد.

الیاف آرامید تولید شده توسط Teijin مقاومت بالایی در مقابل اسیدها، بازها و حلال های آلی دارند. تاکنون این ویژگی در مقایسه با سایر الیاف ارامید منحصر به فرد بوده است. در ابتدا مقاومت شیمیایی الیاف ارامید Kelvar تنها در طبقه بندی “خوب” قرار می گرفت. مقاومت کششی الیاف 49 Kelvar بعد از 30 روز قرار گرفتن در دوغاب سیمان در F˚176 (C˚80)، حدود %30 کاهش یافت. البته الیاف آرامید اصلاح شده ای در Dupont تولید شده است که ادعا شده است این الیاف به هنگام قرارگیری در شرایط ذکر شده %100 مقاومت کششی خود را حفظ می کنند.

جدول 1 ویژگیهای شاخص الیاف آرامید

                                                                                      معادل متریک : 1ksi=6.895MPa

ساخت Aramid FRC

ترکیبات سیمانی مسلح به الیاف آرامید را می توان با استفاده از روش های معمول اختلاط و قالب ریزی و یا با استفاده از فرایندهایی شبیه آنچه برای ساخت محصولات سیمان آزبستی به کار می رود، ساخت. از آنجا که الیاف آرامید نسبتاً گرانتر از سایر الیاف پلیمری هستند، عمدتاً در کاربردهای خاصی که تنش ها زیاد است، جایگزین سیمان های آزبستی می شوند. الیاف آرامید همانند سایر الیاف جایگزین آزبست، به هنگام استفاده در فرایند ساخت هات چست، ویژگی های تصفیه ای ضعیفی از خود نشان می دهند. بنابراین در موقع استفاده از روش هات چست، ویژگی های تصفیه ای ضعیفی از خود نشان می دهند. بنابراین در موقع استفاده از روش هات چست، یا روش های مشابه، باید آنها را با الیاف پردازش شده مناسب ثانویه ای به کار برد.

ترکیبات Aramid FRC با به کارگیری روش افشانه- مکش که موسسه تحقیقات ساختمان (BRE) در انگلستان آن را توسعه بخشیده، تولید می شوند. در این روش الیاف قطعه قطعه شده آرامید و دوغاب سیمان بسیار ریزدانه از منبع های جداگانه ای فراهم شده و به طور همزمان بر روی یک سطح صاف پاشیده شدند. در طی عمل پاشیدن، الیاف به طور تصادفی در دوغاب سیمان توزیع شدند. نهایتاً آب اضافه با استفاده از مکنده آب زدا خارج شده و سطح رویی ماله کشی شد. با به کارگیری این روش مقادیر تا 2 درصد حجمی الیاف به دست آمد.

مقالات بسیار کمی در رابطه با خصوصیات بتن مسلح به الیاف اکریلیک منتشر شده است. اکثر تحقیقاتی که تاکنون بر روی خصوصیات AFRC انجام شده است متعلق به سازمان های تولید کننده الیاف بوده است. با این وجود مطالعات انجام شده توسط دنیل و اندرسون اطلاعات ارزشمندی درباره تاثیرات برخی عوامل تولید بر روی عملکرد ترکیبات مسلح به الیاف اکریلیک با مقاومت کششی بالای اوچست، Dolanit-10 فراهم کرده است
بررسی های دنیل و اندرسون، تاثیرات مقدار الیاف اکریلیک، مقادیر الیاف پردازش شده و نوع آن و نیز فشار تراکم وارده در حین ساخت را بر روی خصوصیات مکانیکی AFRC تعیین کرده است. در تلاشی که جهت شبیه سازی فرایند هاتس چک، انجام شد، ترکیباتی با استفاده از مکنده آب زدا و روش های تراکم ساخته شدند. فرایند هاتس چک، معمولاً برای تولید صفحات سیمانی- الیافی در مقیاس های بزرگ تجاری به کار می رود. نتایج آزمایش های مقاومت خمشی به عنوان مبنای ارزیابی عملکرد ترکیب به کار می رود. نتایج آزمایش های مقاومت خمشی به عنوان مبنای ارزیابی عملکرد ترکیب به کار گرفته شدند.
در یک سری از آزمایش ها، ترکیبات AFRC با درصدهای مختلف الیاف اکریلیک مورد مطالعه قرار گرفتند. الیاف اکریلیک در محدوده 1 تا 3 درصد وزنی قرار داشتند. الیاف پردازش شده در این نمونه ها شامل %1.5 وزنی خمیر سلولز و %1.5 وزنی خمیر پلی اتیلن بودند. متوسط مقاومت خمشی در مقابل مقادیر الیاف اکریلیک در شکل 1 نشان داده شده است. همان طور که در این شکل دیده می شود با افزایش مقدار اولیه الیاف اکریلیک، مدول گسیختگی MOR تمایل به افزایش، و حد تناسب الاستیک  PEL  تمایل به کاهش دارد.

بررسی ها همچنین نشان داده اند که درصد وزنی نهایی الیاف پردازش شده تاثیر کمی بر متوسط مقاومت خمشی ترکیب دارد. همچنین با افزایش فشار تراکم در طی فرایند ساخت از 500 به 1500psi ( 3.5 به 10.5Mpa )، متوسط مقاومت خمشی افزایش می یابد.

در مجموعه ای دیگر از آزمایش ها، Donalit-10 AFRC با نتایج آزمایش Manville Flexboard II (غیر آزبستی)، Eternit Shingles (غیر آزبستی( و صفحات سیمان آزبستی Monville Transite مقایسه شدند. نتایج مقاومت خمشی 28 روزه در جدول 1 نشان داده شده است. نمودار تنش خمشی در مقابل خیز در شکل 2 آمده است.

محتوای الیاف آکریلیک ، درصد حجمی

شکل 1 متوسط مقاومت خمشی در مقابل محتوای الیاف اکریلیک

جدول 1 ویژگی های شاخص الیاف آکریلیک

معادل  متریک : 1psi=6.895kPa

خیز،in

شکل 2  تنش خمشی در مقابل خیز برای Manville Flexboard II, Dolanit-10 AFRC وEternit Shingles و سیمان آز بستی.

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، سیمان های آزبستی مصالحی با مقاومت بالا و شکننده هستند. هرچند خصوصیات ملات با اضافه کردن الیاف آزبستی بهبود می یابد، اما اگر طاقت پس ترک خوردگی توسط الیاف آزبستی تامین می شود، این بهبود خیلی کم خواهد بود. 

Manville Flexboard II, Dolanit-10 AFRC و Eternit Shingles طاقت پس ترک خوردگی و انعطاف پذیری بسیار بیشتری نسبت به سیمان های آزبستی در سن 28 روز نشان می دهد. دلیل این امر آن است که شکست ترکیب توسط مکانیزم تقویتی الیاف یا به عبارتی ترک خوردگی چند شاخه به همراه بیرون کشیدگی عمده الیاف کنترل می شود.

حتی اگر مقاومت های خمشی ترکیبات جایگزین آزبست قابل مقایسه با صفحات سیمان آزبستی نباشند، باز هم این ترکیبات دارای مقاومت کافی برای تامین عملکرد بسیار مطلوب در بسیاری از کاربردهای ساختمانی می باشند. به علاوه مزیت مهم طاقت پس ترک خوردگی که در ترکیبات با الیاف غیر آزبستی ایجاد 
می شود، در بسیاری از کاربردها ضروری است.

در سال های اخیر محققان و تولید کنندگان الیاف بسیار علاقه مند شدند تا ترکیبات مسلح به الیاف را جایگزین سیمان های آزبستی کنند. خطرات سلامتی مربوط به آزبست های هوابرد در اکثر اوقات کاملاً مشخص شده است، با این حال صفحات سیمان های غیر آزبستی تنها به تازگی در دسترس می باشد. بتن مسلح به الیاف اکریلیک(AFRC مصالح نسبتاً جدیدی است که از قابلیت بالایی برای جایگزینی به جای سیمان های آزبستی برخوردار است. تاکنون هدف بیشتر تحقیقات انجام شده پیرامون AFRC، دستیابی به ترکیبات حاوی درصدهای بالای الیاف اکریلیک بوده که خصوصیات مکانیکی سازگار با خصوصیات مکانیکی سیمان های آزبستی داشته باشند. البته تحقیقات دیگری نیز با استفاده از درصدهای پایین الیاف اکریلیک (کمتر از %1 حجمی) برای کاربری های دال های همکف انجام شده است.

 الیاف اکریلیک

اکریلیک نوعی پلیمر مصنوعی ساخته بشر است که حداقل %85 وزن آن از واحدهای اکریلونیتریل تشکیل شده است. این تولید کننده ها شامل مونسانتو، امریکن سینامید، دانت، بسف و اوچست هستند. الیاف اکریلیک این تولید کننده ها، به ترتیب تحت نام تجاری اکریلن، کرسلن، اورلن، زفران و دولانی عرضه می شود.

خصوصیات عمومی الیاف اکریلیک در جدول 1 داده شده اند.

جدول 1 ویژگیهای شاخص الیاف اکریلیک

                                                                                        معادل متریک : 1psi=6.895KPa

همان طور که در جدول 1 مشخص شده است، الیاف اکریلیک با مقاومت های کششی در محدوده 30 تا 145ksi  ( 207 تا 1000Mpa ) ساخته می شوند. معمولاً الیاف اکریلیک به کار رفته در صنعت نساجی مقاومت کششی در محدوده  30 تا 50ksi  ( 207 تا 345Mpa ) دارند. با این همه صنایع الیاف اوچست، به طور انحصاری الیاف اکریلیک ویژه ای با مقاومت کششی بالا تولید کرده است تا جایگزین الیاف آزبستی در محصولات سیمان آزبستی شود. این الیاف اساساً مقاومت کششی بالاتری نسبت به الیاف مورد استفاده در کاربردهای نساجی تا ( 145ksi (1000Mpa )) دارند.

صنایع الیاف اوچست، در حال حاضر دو نوع الیاف آکریلیک تجاری با پر مقاومت تولید می کند که برای استفاده در کاربردهایی غیر از نساجی ساخته شده اند. این محصولات تحت نام تجاری Dolanit-10 و Donalit-VF11 به فروش می روند. Dolanit-10 و Donalit-VF11 الیاف کوتاه غیر موجی بست داری هستند که طولی بین 0.08 تا 0.95 اینچ ( 2 تا 24 میلیمتر( و قطری بین 0.0005 تا 0.0041 اینچ ( 0.013 تا 0.104 میلیمتر )دارند.

سایر خصوصیات الیاف اکریلیک با مقاومت کششی بالا که توسط اوچست، تولید شده اند، آنها را اختصاصاً برای استفاده در محصولات با پایه سیمانی مناسب می سازد. این خصوصیات شامل مقاومت بالا در مقابل اسیدها و قلیاها و مقاومت حرارتی خوب هستند. همچنین این الیاف غیر قابل احتراق بوده و به هنگام سوختن، غیر سمی هستند و به دلیل رشته رشته نشدن، ذراتی را که به لحاظ پزشکی در محدوده بحرانی قرار دارند، تولید نخواهند کرد.

ساخت بتن مسلح به الیاف اکریلیک

ویگ هاتس چک به طور تجاری و با به کار گیری فرایند مرطوب (فرایند هاتس چک) اقدام به تولید بتن مسلح به الیاف اکریلیک نمود. این فرایند تولید، شبیه فرایندی است که در تولید صفحات سیمان آزبستی در حدود سال 1900 به کار رفته است. برای تولید این ترکیبات در فرایند هاتس چک، الیاف ابتدا در مخلوط رقیق شده آب و سیمان پراکنده می شوند. در طی فرایند ساخت، بخش بزرگی از آب اولیه اختلاط از طریق یک مکنده آب زدا بیرون کشیده می شود. با روی هم ریزی متوالی لایه ها، به تدریج ضخامت مورد نیاز حاصل می شود. نهایتاً ترکیب به منظور چگال تر شدن، فشرده می شود و به این ترتیب آب بیشتری از مخلوط خارج می شود. ترکیبات تمام شده نسبت آب به سیمان بسیار پایین و مقاومت اولیه مناسبی دارند و در نتیجه می توان بلافاصله آن را جابجا کرد.

الیاف آزبستی به خوبی با فرایند هاتس چک، همسازی دارند زیرا این الیاف به دلیل اینکه با دقت و ظرافت رشته رشته می شوند، از ویژگی های تصفیه ای بسیار خوبی برخوردارند که باعث می شود ذرات سیمان به طور یکنواخت در دوغاب پراکنده شوند و از جداشدگی ذرات در طی آب زدایی جلوگیری شود. الیاف اکریلیک به دلیل خصوصیات سطح ویژه و قطر نسبتاً زیادشان نمی توانند چنین عملکردی داشته باشند. بنابراین لازم است به منظور دستیابی به یک ترکیب یکپارچه، الیاف “پردازش شده ای” علاوه بر الیاف اکریلیک به کار گرفته شود. معمولاً الیاف اکریلیک به میزان 1 تا %3 وزنی و الیاف پردازش شده به میزان 3 تا %6 وزنی به مخلوط اضافه می شود. خمیر نفوذ ناپذیر سلولزی و الیاف خمیری پلی اتیلن نمونه هایی از الیاف موثر پردازش شده هستند.

روان کننده ها میزان آب مورد نیاز مخلوط را کاهش می دهند و کارایی را بهبود می بخشند، ملات چسبنده تر شده و بهتر در قالب جای می گیرد. روان کننده ها معمولاً نوعی رزین محلول نمکی هستند، رنگ آنها اکثر اوقات قهوه ای تیره است و بشکل مایع یا پودر برای مصرف بفروش می رسند. جهت استفاده از آن باید مطابق دستورالعمل سازنده عمل کرد. در صورتیکه بیش از مقدار مورد نیاز روان کننده به کار رود، هیچ وسودی ندارد و در عوض ممکن است ملات ضعیفتر شود، ولی عموماً حدود 250-300 m1 مایع به ازای هر 50 kg سیمان مصرف می شود، و یا 20-30 gr پودر در هر 50 kg سیمان بکار می رود. روان کننده مایه را باید ابتدا در آب مخلوط ریخته و بهم زده و سپس داخل مخلوط خشک ریخته شود، در صورتی که بهنگام کاربرد پودر روان کننده باید ابتدا آنرا با مصالح خشک مخلوط کرده سپس آب را به مخلوط خشک اضافه کنیم.

انواع دیگر افزودنی ها بتن، شامل مقاوم کننده ها، هوازاها، ضد یخ ها، ضد گرد و غبارها، تندگیر کننده ها و کندگیر کننده ها و رنگ کننده ها می باشند. در ملات کف سازی آجری در بسیاری مواقع از افزودنی رزین استایرن – بوتادین (SBR) بهنگام مخلوط کردن اضافه می کنند تا چسبندگی و مقاومت ملات افزایش یابد، هر چند که این کار ضروری نمی باشد.

جهت مطالعه مقاله روان کننده ها و افزودنی های دیگر می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

الیاف کربنی که ابتدائاً به دلیل خصوصیت مقاومت بالا و قابلیت هایی در زمینه صنعت هوا فضا گسترش یافت، تاثیرات خود را به عنوان تقویت کننده در سات بتن های الیافی نشان داده است. در مقایسه با انواع دیگر الیاف، الیاف کربنی به طور قطع گرانتر هستند. به همین دلیل کاربرد تجاری آن محدود شده است. با این حال تحقیقات بیشتر آزمایشگاهی به منظور مشخص نمودن خصوصیات فیزیکی بتن مسلح به الیاف کربنی CER انجام شده است.

الیاف کربنی

الیاف کربنی دارای سختی بالا و مقاومت کششی بالا بوده و در برابر بیشتر مواد شیمیایی بی اثرند. الیاف کربنی از طریق ترکیب مواد آلی مناسب با زغال در دماهای بالا به شکل رشته ای تولید می شوند و سپس بلورهای گرافیت حاصله (کربن طبیعی که نرم و سیاه و براق است)با استفاده از روش کشیدن به حالت داغ، همراستا می شوند. این الیاف یا ب شکل الیاف نوع 1 ( مدول بالا( و یا نوع 2 )مقاومت بالا( تولید می شوند و خصوصیات فیزیکی آنها وابسته به منبع مصالح و میزان کشیدگی در حالت داغ است.

الیاف کربنی به شکل های مختلفی در دسترس هستند و ساختار رشته مانندی شبیه به آزبست ها دارند. برخی خصوصیات عمومی الیاف کربنی نوع 1 و 2 در جدول 1 داده شده اند.

الیاف کربنی متداول نوع 1 و 2 اساساً گرانتر از بسیاری از انواع دیگر الیاف از قبیل شیشه و فولاد هستند. البته ثابت شده است که الیاکربنی که از نفت خام و قیر زغال سنگ ساخته شده اند، خیلی کم هزینه تر از الیاف کربنی متداول ساخته شده از مواد آلی )معمولاً الیاف آکریلیک)می باشند. اما الیاف کربنی متداول نوع 1 و 2 ،  20 تا 40 برابر قوی ترند و مدول الاستیسیته ای تا 100 برابر بزرگتر از الیاف کربنی با پایه قیری دارند.

جدول 1 ویژگیهای شاخص الیاف کربنی

                                                                               معادل متریک : 1ksi=6.895MPa

الیاف کربنی عموماً به صورت تارهایی )رشته هایی( تولید می شوند که ممکن است حاوی 12000 رشته منفرد باشد. تارهای الیاف کربنی به منظور سهولت رسوخ در ماتریس سیمان و تاثیر گذاری بیشتر، معمولاً قبل از مخلوط شدن در داخل CFRC، از هم باز می شوند. براون و هافورد آزمایش هایی بر روی الیاف کربنی انجام داده اند. در این آزمایش الیاف کربنی پیش از آنکه در مخلوط جای بگیرند، با رزین پلی وینیل استات PVA آغشته شدند. رزین PVA موجب پیوستگی تک رشته های نفرد با یکدیگر می شد  به طوری که دیگر احتیاجی به نفوذ ماتریس سیمان نبود. براون و هافورد با به کارگیری این روش به موفقیت های اندکی دست یافتند.

چوب عمدتاً شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین می باشد. خصوصیات الیاف سلولز چوب تا حد زیادی تحت تاثیر روش استخراج الیاف و فرایند تصفیه قرار می گیرد. فرایندی که با آن چوب تبدیل به حجم بزرگی از الیاف می شود، خمیری کردن نام دارد. فرایند مکانیکی، شیمیایی یا نیمه شیمیایی خمیری شدن به طور تجاری برای استخراج الیاف سلولز چوب به کار رفته است.

به دلیل اینکه لیگنین، اثر منفی بر روی مقاومت سلولز چوب دارد، مطلوب است از فرایند خمیری که لیگنین را از الیاف سلولز جدا می کند، استفاده شود. استفاده از فرایند شیمیایی خمیری کردن بعث 
می شود که لیگنین باقیمانده، در الیاف سلولز به دست آمده، تا حدود زیادی کاهش یابد یا به کلی حذف شود. دو روش اصلی خمیری کردن شیمیایی، فرایند کرافت یا سولفات و فرایند سولفیت هستند.

فرایند کرافت، معمول ترین فرایند تولید الیاف سلولز چوب. این فرایند شامل پختن تراشه های چوب در محلولی از هیدروکسید سدیم، کربنات سدیم و سولفید سدیم می باشد. از طریق رنگبری، درجات مختلفی از الیاف سلولز چوب شامل تمامی یا برخی از سه عامل تشکیل دهنده آن (سلولز، همی سلولز و لیگنین) به دست می آید. رنگبری مقاری از الیاف چوب را که از مقادیر خاصی از تراشه های چوب به دست می آید، به شدت کاهش می دهد؛ با این حال لیگنین تقریباً به طور کامل از الیاف حذف می شود.

الیاف سلولز چوب در مقایسه با بسیاری از الیاف مصنوعی نظیر پلی پروپیلن، پلی اتیلن، پلی استر و آکریلیک، خصوصیات مکانیکی نسبتاً خوبی دارند. برای درجات انتخاب شده ای از چوب و فرایند خمیری می توان الیاف سلولز بدون لیگنین را با مقاومت کششی ای تا حدود ksi290 (Mpa2000)، تولید نمود. با استفاده از فرایند شیمیایی خمیری کردن چوب های متاول تر و ارزان تر، عموماً مقاومت کششی ای در حدود ksi73 (Mpa500) برای الیاف به دست می آید.

 ساختن بتن مسلح به الیاف سلولز چوب

ساخت ترکیبات حاوی الیاف سلولز چوب با روش های مختلفی امکان پذیر است. البته به منظور حصول یک ترکیب مقاوم و چگال، باید نسبت آب به سیمان پایین نگه داشته شود و الیاف باید به طور یکنواخت در ماتریس اطراف خود توزیع شوند. در روشهای معمول اختلاط، مقدار الیافی که می توانند در دال ماتریس، محدود می شود. بنابراین روش های ساختی که شامل اختلاط الیاف با ماتریس با مقادیر اولیه بالای آب و سپس به کارگیری فرایند آب زدایی هستند، بیشتر معمول و اثرگذار می باشند.

استفاده از  الیاف سلولز چوب که به طور کامل لیگنین آنها جدا شده است، بر عمل آوری ماتریس سیمان اثر گذار است. فروشویی الیاف داخل ماتریس سیمان از شکر یا دیگر ناخالصی های آلی می تواند به عنوان کندگیر کننده عمل کرده و یا حتی بکلی مانع از گیرش بتن گردد. استفاده از الیافی که لیگنین آنها از طریق فرایند شیمیایی قلیایی خمیری کردن به طور کامل جدا شده است، باعث حذف اندرکنش شیمیایی میان ماتریس سیمان و الیاف سلولز چوب می شود.

می توان از روش های عمل آوری با اتوکلاو در تولید ترکیبات بتنی مسلح به الیاف سلولز چوب بهره گرفت. یکی از محققین چنین نتیجه گیری کرد که ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب بهره گرفت. یکی از محققین چنین نتیجه گیری کرد که ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب اتوکلاو شده، نسبت به ترکیباتی که به طور معمول عمل آوری شده اند، پردوام تر می باشند. البته محققان دیگری هم دریافتند که ممکن است الیاف سلولز چوب به طور بالقوه تحت برخی شرایط عمل آوری با اتوکلاو، آسیب پذیر باشند.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف چوب

خصوصیات مادی ترکیبات سیمانی مسلح به الیاف سلولز چوب بررسی شده اند. تاکنون اکثر کارهای تحقیقاتی بر روی ترکیبات مسلح به الیاف سلولزی ای انجام شده است که توسط فرایند خمیری کردن شیمیایی کرافت تولید شده اند. به طور کلی، بررسی ها نشان داده اند که با استفاده از الیاف سلولز چوب، می توان به افزایش سودمندی در مقاومت و سختی ترکیبات نائل شد. با این حال بتن مسلح به الیاف سلولز چوب تحت تاثیر برخی شرایط دچار افت مقاومت شده اند. عوامل کاهش دهنده مقاومت ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب، موضوع تحقیقات مختلفی شده است.

تحقیقی که توسط گرام، یکی از اعضای موسسه سوئدی تحقیقات سیمان و بتن انجام شده است نشان می دهد که ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب که در معرض چرخه های تکراری خشک و تر شدن قرار گرفته اند، متناسب با تعداد چرخه های اعمال شده، با افت مقاومت مواجه خواهند شد. مطابق فرضیه گرام، الیاف سلولز چوب از طریق رسوب ترکیبات آهکی در بطن الیاف (بخش توخالی درون الیاف) تبدیل به مواد معدنی می شوند. در اثتایی که مرز بین خمیر سیمان و الیاف چگال تر می شود و بطن الیاف با آهک پر می گردد، پیوستگی بین الیاف و ماتریس خیلی محکم تر می شود و در نتیجه انعطاف پذیری الیاف کاهش می یابد. گرام، نتیجه گیری کرد که با جایگزینی بخشی از سیمان پرتلند با سیلیکافیوم یا جایگزینی کامل آن با سیمان پر آلومین، قلیای ماتریس و بنابراین مقدار آهک آزاد کاهش می یابد.

تحقیق انجام شده توسط فدرس و ترام نشان داده است که خصوصیات مکانیکی ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب با مقدار رطوبت ترکیب تغییر بسیار زیادی می کند. ترکیبات خشک شده در کوره مقاومت خمشی به مراتب بزرگتری نسبت به آنهایی که پیش از آزمایش در آب خیسانده شده بودند، نشان دادند. همچنین مشاهده شد که پیوستگی الیاف و ماتریس در ترکیباتی که در کوره خشک شده اند، بیشتر است. در ترکیبات خشک شده در کوره، الیاف به شکست بیش از بیرون کشیدگی تمایل داشتند در حالیکه در ترکیبات خیسانده شده در آب، بیرون کشیدگی الیاف عامل از بین رفتن پیوستگی بین ماتریس و الیاف بود. نمونه های آزمایشی با مخلوطی از سیمان پرتلند معمولی، سیمان پرتلند کم قلیا و ضد سولفات، میکروسیلیس و در برخی موارد خاکستر بادی ساخته شدند.

تحقیق انجام شده توسط شارمن و واوتیر نشان داده است که درجه کربناسیون ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب بر روی خصوصیات ترکیب تاثیر داشته است. مدول گسیختگی، مقاومت کششی و خروج رطوبت از ترکیبات مسلح به الیاف سلولز چوب همگی در اثر کربناسیون ماتریس سیمان افزایش یافتند. نشان داده شد که درروش های عمل آوری با اتوکلاو، سرعت وقوع کربناسیون سیمان افزایش می یابد. بنابراین شارمن و واوتیر، نتیجه گیری کردند که در حالت سرویس ترکیبات اتوکلاو شده احتمالاً دوام بیشتری نسبت به ترکیباتی که به طور معمول عمل آوری شده اند، دارند.

آنادونین، مایی و کترل خصوصیات شکست ترکیبات سیمانی مسلح به الیاف سلولز چوب را بررسی کردند. تحقیق آنها نشان داده است که هنگامی که ترکیبات دچار شکست می شوند، ممکن است دو مد گسیختگی متفاوت رخ دهد: بیرون کشیدگی الیاف و شکست الیاف. همان طور که پیش از این گفته شد، تحقیق انجام شده توسط فدرس و ترام، نشان داده است که مد گسیختگی الیاف بستگی به مقدار رطوبت ترکیب دارد. شکست الیاف مد غالب گسیختگی، در ترکیبات حاوی رطوبت کمتر می باشد در حالی که با افزایش رطوبت، بیرون کشیدگی الیاف به تدریج مد غالب می شود. کوتس و کیقتلی از این نتیجه گیری حمایت می کنند.

به نظر می رسد که با تغییر میزان رطوبت الیاف، پیوستگی ماتریس و الیاف تغییر می کند. مد گسیختگی بیرون کشیدگی الیاف منجر به انعطاف پذیری و طاقت بیشتر ترکیب می شود. با این حال از دیدگاه مقاومت کل ترکیب، شکست الیاف مطلوب ترین مد گسیختگی است.

روش های بهبود پیوستگی بین الیاف سلولز چوب و ماتریس سیمان توسط کوتس و کمپبل بررسی شده اند. نتایج کار آنها نشان می دهد که هنگامی که برخی اصلاحات سطحی (عامل جفت کننده) بر روی الیاف انجام گیرد، بهبودهایی در الیاف سلولز چوب و ماتریس سیمان و در نتیجه مقاومت ترکیب حاصل می شود. چندین عامل جفت کننده مناسب کشف شده اند.

روشهای تعیین نسبت مخلوط بتن براساس نشریه 101 موسوم به مشخصات فنی عمومی راه ها و نشریه 55 بشرح ذیل می باشد :
برای بتن های رده C12 و پایین تر می توان نسبتهای اختلاط را براساس تجارب قبلی و بدون مطالعه آزمایشگاهی تعیین کرد.
برای بتن های رده C25 و پایین تر می توان نسبتهای اختلاط جدول زیر را به عنوان راهنما ملاک قرارداد مشروط بر آنکه مصالح مصرفی مطابق مشخصات قید شده در این نشریه باشند.
برای بتنهای رده C30 و بالاتر نسبتهای بهینه اختلاط مصالح باید از طریق مطالعات آزمایشگاهی و تهیه طرح مخلوط بتن بدست آید.

نسبتهای تقریبی اختلاط برای یک متر مکعب بتن

کلیه ضوابط مربوط به مقاومت فشاری مشخصه بتن بر اساس آزمایشهای نمونه های استوانه ای به ابعاد 150x300 mm استوار است. در صورت استفاده از نمونه های استوانه ای یا مکعبی غیر استاندارد مقاومت آنها باید به مقاومت نظیر نمونه های مورد نظر تبدیل شود.

پس از معلوم نمودن وزن سیمان لازم در بتن، از روی جدول فوق حجم شن و ماسه لازم را بدست آورید.

جهت مطالعه مقاله طرح مخلوط بتن به صورت کامل می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

روان کننده بتن چیست

روان کننده یک افزودنی شیمیایی بتن است که به عنوان کاهنده آب و بالا بردن عدد اسلامپ بتن به کار برده میشود . بدیهی است که با بالا رفتن عدد اسلامپ بدون آنکه بتن خواص خود را از دست بدهد بتن روانتر شده و باعث میشود که به راحتی خلل و فرج محل ریخته شده را پر کند.

محاسن روان کننده بتن

از محاسن روان کننده بتن می توان به موارد زیر اشاره کرد

1-افزایش عدد اسلامپ و روانی بتن

2-کاهنده آب

3-کاهش عیار سیمان

4-افزایش مقاومت فشاری

5-قابلیت استفاده در بتن های با سنگ دانه های نامناسب

6-قابلیت استفاده در قالبهای نازک و پر میلگرد

7-قابلیت پمپاژ بتن

خواص روان کننده و معایب آن

با افزایش بیش از حد توصیه شده روان کننده‌ها به مخلوط بتن معمولاً آب انداختن بیشتر، جداشدگی و کندگیری بیشتری را شاهد خواهیم بو د. آب انداختن بیشتر باعث واپاشیدگی بتن میشود. .

مقادیر بیشتر استفاده از این افزودنی ها معمولا موجب کندگیری بتن می گردد . تعیین مقدار مطلوب استفاده از این افزودنی ها باید بر اساس مقادیر پیشنهادی توسط تولید کننده و با ساخت طرح اختلاط های آزمایشی با به کارگیری مصالح مورد استفاده در پروژه مورد نظر صورت پذیرد . استفاده از برخی از این افزودنی ها موجب ایجاد حباب هوا در بتن شده و این مسئله باید همواره در استفاده از این افزودنی های شیمیایی مورد توجه قرار بگیرد ترکیبات سازنده این افزودنی ها عمدتا ترکیبات آلی بوده که می توانند باعث ایجاد تاخیر در زمان گیرش بتن شوند. برای جبران چنین مشکلی در برخی از این افزودنی ها از مقادیر کمی ترکیبات تسریع کننده استفاده می شود.

انواع روان کننده بتن

 1-  فوق روان کننده کربوکسیلاتی 

 2- فوق روان کننده نفتالینی  

3- فوق روان کننده لیگنو سولفات

فوق روان کننده کربوکسیلات با فوق روان کننده های متداول دیگر در عمل متفاوت است . پایه فوق روان کننده کربوکسیلیک، اتر است و نیز دارای زنجیره های جانبی ملکولی هستند و میزان مصرف آن 2/1-5/. درصد وزن سیمان مصرفی میباشد و عدد اسلامپ را تا 12 افزایش میدهند. 

فوق روان کننده نفتالینی

فوق روان کننده بر پایه نفتالین به عنوان یک ماده ی کاهنده ی آب و دیرگیر شدن بتن است . این فوق روان کننده به منظور استفاده در مناطق معتدل و گرم مناسب است و میزان مصرف آن 1-8/. درصد وزن سیمان مصرفی میباشد و عدد اسلامپ را تا 18 افزایش میدهند. .  

فوق روان کننده لیگنو سولفات

فوق روان کننده لیگنو سولفات یک افزودنی مایع است که بر روی ذرات سیمان تاثیر می گذارد . این فوق روان کننده به صورت عامل روان کنندگی قوی بر روی ذرات سیمان می باشد و تاثیر کندگیری کنترل شده ای دارد و میزان مصرف آن 8/.-3/. درصد وزن سیمان مصرفی میباشد و عدد اسلامپ را تا 21 افزایش میدهند.

پلی کربوکسیلات چیست

پلی کربوکسیلاتها نسل سوم از روان کننده های بتن هستند که به عنوان یک فوق روان کننده در بتن به کار میروند. مهمترین تفاوت این روان کننده با روان کننده کاهنده آب مقدار کاهش آبی است که استفاده از این افزودنی ممکن می سازد.

محاسن پلی کربوکسیلات

 پلی کربوکسیلات  قادر است  مقدار آب اختلاط را درصد و برخی حتی بیش از 30 درصد کاهش دهد . مهمترین کاربردهای این افزودنی ها در تولید بتن های با کارایی معمولی و نسبت آب به سیمان کم ( حتی کمتر از 3/0 ) ، تولید بتن های روان و خودتراکم در نسبت آب به سیمان است . 

کاربرد پلی کربوکسیلات

از مهمترین موارد مصرف این افزودنی ها در ساخت قطعات پیش ساخته و بتن پیش تنیده بوده و در بتن ریزی قطعات با عمق زیاد بسیار سودمند می باشند .همچنین به دلیل افزایش پمپ پذیری تا طبقات بسیار زیاد کاربرد دارد.

تفاوت کربوکسیلات با روان کننده های دیگر

از مشکلات روان کننده ها در گذشته افت اسلامپ زیاد بتن های حاوی این ترکیبات بود . با معرفی ترکیبات با پایه پلی کربوکسیلات این مشکل برطرف شده و امکان اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده به مخلوط بتنی در محل تولید بتن به وجود آمده است . در گذشته به دلیل افت اسلامپ شدید, روان کننده ها در پای کار و پیش از بتن ریزی به مخلوط بتن افزوده می شد .

روش استفاده کربوکسیلات

 استفاده از افزودنی فوق روان کننده پلی کربوکسیلات در بتن هایی که طرح اختلاط مناسبی ندارند می تواند موجب بروز آب انداختگی گردد . هم چنین استفاده بیش از اندازه از این افزودنی  آب انداختگی بتن را به همراه خواهد داشت . با وجود اینکه استفاده از این افزودنی  موجب افزایش ضریب فاصله در سیستم توزیع حفرات بتن می شود ، مقاومت در برابر پدیده ذوب و یخ را افزایش می دهد . در صورت مشاهده افت اسلامپ و از دست رفتن کارایی بتن ، می توان با استفاده از این افزودنی ها کارایی را بازیابی کرده و بدون اضافه کردن آب اضافه ، روانی بتن را مجددا تامین نمود . با توجه به اینکه معمولا نسبت آب به سیمان بتن های حاوی این افزودنی کمتر از بتن های معمولی است ، خواص سخت شده چنین بتن های بهبود می یابد .

نوع و میزان مصرف کربوکسیلات

میزان مصرف این مایع روان کننده 8/0 تا 3/0 درصد وزن سیمان مصرفی میباشد.

نارگیل میوه ای است که از درخت نخل نارگیل به دست می آید. کشت درختان میوه دار نارگیل محدود به نواحی گرمسیری آفریقا، آسیا و آمریکای مرکزی می شود. و شش بیرونی یک میوه رسیده نارگیل که غلاف نامیده می شود از یک پوسته سخت مقدار زیادی الیاف مدفون شده در یک ماده نرم تشکیل شده است. الیاف مدفون شده که از هم پاشیدن مصالح نرم اطراف الیاف استخراج می شوند. فرایند استخراج الیاف نارگیل از غلاف نارگیل خیساندن نامیده می شود.

الیاف نارگیل تحت شرایط آب و هوایی طبیعی بسیار دوام هستند. با این حال مدول الاستیسیته پایین و حساسیت نسبت به تغییر رطوبت باعث می شود که تاثیر گذاری آنها به عنوان تقویت کننده بتن زیر سوال برود.

ساخت بتن مسلح به الیاف نارگیل

معمولاً الیاف نارگیل همزمان با سایر تشکیل دهنده های بتن مخلوط می شوند. نتایج مطلوب وقتی به دست می آید که الیاف نارگیل در شرایط اشباع با سطح خشک با سیمان مخلوط شده و سپس به این مخلوط مقدار مناسبی آب اضافه شود.

با به کارگیری این روش، می توان الیاف نارگیل با طول 1 تا 2.5 اینچ (25 تا 64 میلیمتر(را به طور اثربخشی با درصد حجمی 2.5 تا 15 درصد با ماتریس سیمانی مخلوط نمود. همچنین روشن شده است که می توان با به کارگیری فشار ( تراکم ) یکنواخت بتن ریزی در محدوده 145 تا290psi (1 تا 2mpa ) به کاهش هایی در جذب آب و نفوذپذیری دست یافت.

خصوصیات بتن مسلح به الیاف نارگیل

خصوصیات مصالحی ترکیبات مسلح به نارگیل توسط کوک، پاما و ویراسینگ بررسی شده است. هدف اصلی مطالعات آنها، بهینه ساختن چندین عامل ساخت از قبیل طول الیاف، حجم الیاف و فشار بتن ریزی بود به طوری که ترکیبات حاصله هم به شکل موثری تقویت شود و هم اقتصادی باشد. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، حجم الیاف و فشار بتن ریزی هر دو تاثیر عمده ای بر روی مدول گسیختگی (MOR) ترکیبات مسلح به الیاف نارگیل دارند. الیته در این شکل مشاهده می شود که سرعت افزایش MOR در فشار بتن ریزی بیش از 240psi (1.6Mpa) کاهش می یابد.

شکل 1 منحنی های مدول گسیختگی- فشار بتن ریزی برای ترکیبات مسلح به الیاف نارگیل

در پایان نتیجه گیری شد که فشارهای بتن ریزی بیش از psi240 منجر به صدمه زدن یا از بین بردن پوشش کپسول مانند الیاف می شود که توسط ماتریس سیمانی ایجاد می گردد. برپایه یافته های آنها، کوک و همکاران نتیجه گیری کردند که ترکیبی که با الیافی به طول 1.5 اینچ (38 میلیمتر ) درصد حجمی %7.5 درصد و فشار بتن ریزی psi240 ساخته می شود، ترکیب بهینه ای خواهد بود. طول بهینه الیاف یعنی 1.5 اینچ در طی آزمایش های بیرون کشیدگی الیاف که نشان دهنده مقاومت پیوستگی بین الیاف و ماتریس است، تعیین شد. میزان درصد بهینه حجمی یا 7.5 درصد مقداری بود که با آن الیاف نارگیلی از دیدگاه عملکرد و هزینه، بیشترین تاثیر را داشتند.

جهت مطالعه مقاله بتن مسلح به الیاف نارگیل به صورت کامل می توانید به وب سایت کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید