بتن پیش آکنده یا بتن PA و کاربرد آن در صنایعی مثل سدسازی
در برخی پروژه‌های ساخت‌وساز، استفاده از بتن معمولی نتیجه مطلوبی از نظر مقاومت سازه و پارامترهای ایمنی نخواهد داشت. چرا که بتن معمولی در پروژه‌های خاص مانند اجرای سدها و سازه‌های عظیم بتنی، ضعف‌هایی در زمینه ترک‌خوردگی و جمع‌شوندگی دارد. به همین خاطر در پروژه‌هایی که بتن‌ریزی با حجم بالایی انجام می‌شود، از بتن پیش آکنده یا بتن PA استفاده می‌شود. این بتن با کنترل گرمای حاصل از فرایند هیدراتاسیون، از ترک‌خوردگی و کاهش مقاومت بتن جلوگیری می‌کند. در این مطلب با بتن پیش آکنده و کاربردهای آن آشنا می‌شویم.
بتن پیش آکنده چیست؟
به‌طور کلی بتن پیش آکنده از نظر سیمان مورد استفاده تفاوت خاصی با بتن معمولی ندارد. بلکه تفاوت این بتن در روش اجرا و سنگدانه‌های مورد استفاده در ساخت آن است. زمانی که ملات ماسه سیمان بعد از قرار دادن مصالح سنگی در قالب ریخته می‌شود، بتنی ساخته شده که به آن بتن پیش آکنده گفته می‌شود. باید اشاره کرد که سنگدانه‌های مورد استفاده در ساخت این بتن باید دارای استانداردهایی مشخص باشند تا بتن نهایی کارایی و کیفیت لازم را داشته باشد.
برخی از استانداردهای سنگدانه‌های مورد استفاده در اختلاط بتن PA عبارت‌اند از:
- برای بیشتر شدن پوکی بتن PA باید از سنگدانه‌هایی با اندازه تقریبا یکسان استفاده کرد. سنگدانه‌هایی با سایز 13 تا 40 میلی‌متر برای اجرای بتن پیش آکنده بهترین هستند. چرا که با کاهش پوکی، تزریق ملات دشوار می‌َ‌شود
- روی سنگدانه‌ها و شن‌های مورد استفاده در اختلاط بتن، نباید هیچ‌گونه ماده آلوده و گردوغبار وجود داشته باشد. چرا که امکان جداسازی آلودگی‌ها بعد از اختلاط بتن وجود ندارد.
- در بتن‌های پیش آکنده سنگین، چگالی استاندارد سنگدانه‌ها و شن‌ها بین 5.3 تا 8.7 است.
- در تولید بتن PA به‌هیچ‌عنوان نباید از ماسه شکسته یا نیمه شکسته استفاده کرد.
چرا در بتن‌ریزی‌های حجیم از بتن پیش آکنده استفاده می‌شود؟
یکی از چالش‌های پیش روی مهندسان عمران در اجرای پروژه‌هایی که به بتن‌ریزی در حجم بالا نیاز دارند، فرایند گرمازا هیدراتاسیون است. با افزایش دما در هسته بتن، بتن دچار ترک‌خوردگی شده و استحکام آن به‌شدت کاهش پیدا می‌کند. این چالش در پروژه‌هایی مانند ساخت سد که حجم بتن‌ریزی بسیار بالا است، بیشتر مشاهده می‌شود. از جمله راهکارهای رایج برای کاهش گرمای فرایند هیدراتاسیون می‌توان به کاهش آب ملات، افزایش ابعاد سنگدانه‌ها و یا افزودن افزودنی‌هایی مانند روان‌کننده‌ها و پوزولان اشاره کرد. مشکل اصلی این راهکارها این است که تنها در پروژه‌های ساختمانی از نظر اقتصادی به‌صرفه هستند و در پروژه‌های بزرگ به‌هیچ‌عنوان صرفه اقتصادی ندارند.
استفاده از بتن پیش آکنده یک راهکار بی‌نظیر و کم‌هزینه برای بتن‌ریزی در حجم بالا است. تقریبا تمام سدهای مدرن با استفاده از این نوع بتن ساخته می‌شوند تا مشکل جمع‌شوندگی و ترک‌خوردگی سازه را تهدید نکند. باید اشاره کرد استفاده از این بتن مزایای دیگری نیز دارد که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.
کاهش هزینه در بتن‌ریزی‌های حجیم
همان‌طور که عنوان شد، یکی از دلایل اصلی استفاده از بتن پیش آکنده، کاهش هزینه‌های اجرای پروژه‌های بزرگ است. اما این بتن چگونه می‌تواند باعث صرفه‌جویی در هزینه بتن‌ریزی شود؟ برای پاسخ به این سوال باید چالش پیش روی بتن‌ریزی‌های حجیم را از دو نظر بررسی کنیم. در چالش اول، با افزایش دمای هسته بتن، امکان ترک خوردن سازه به وجود می‌آید که می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیر مالی و جانی داشته باشد. از طرف دیگر، راهکارهای رایج برای کاهش گرمای فرایند هیدراتاسیون بسیار هزینه‌بر هستند و به نیروی انسانی زیادی نیاز دارند. به همین خاطر با استفاده از بتن پیش آکنده می‌توان با هر دوی این چالش‌ها مقابله کرد.
پایداری و مقاومت بالاتر در محیط‌های خورنده
یکی از خصوصیات مهم بتن پیش آکنده، امکان آب‌بندی فوق‌العاده آن است. همچنین مخلوط بتن پیش آکنده کاملا همگن است و این امر نیز به افزایش آب‌بندی آن کمک می‌کند. به دلیل برخورداری از این دو خصوصیت، بتن PA مقاومت بسیار بالایی در محیط‌های خورنده دارد. ویژگی مهمی که در ساخت سازه‌های آبی مانند سدها و یا فونداسیون سازه‌هایی مانند اسکله‌ها اهمیت بسیار زیادی دارد.
امکان بتن‌ریزی در آب
یکی دیگر از مزایای بسیار مهم بتن پیش‌آکنده، امکان استفاده از آن برای بتن‌ریزی درون آب است. در واقع در بسیاری از بتن‌ریزی‌ها در نقاط کم عمق آب، از این بتن برای اجرای پروژه‌های ساختمانی استفاده می‌شود. چرا که همگنی مناسبی داشته و روش اجرای آن نیز بسیار آسان‌تر از بتن معمولی است.
جمع‌شدگی بسیار پایین
میزان جمع‌شدگی بتن در بتن‌ریزی‌هایی با حجم پایین یک نکته منفی به‌شمار نمی‌آید. چرا که در حجم‌های پایین این پارامتر تاثیر زیادی ندارد. اما در بتن‌ریزی‌های حجیم و به‌خصوص پروژه‌های حساس مانند سدها، میزان جمع‌شدگی بتن می‌تواند روی مقاومت نهایی سازه تاثیر منفی زیادی بگذارد. به همین خاطر در بتن‌ریزی‌های حجیم از بتن پیش‌آکنده استفاده می‌شود که تقریبا جمع‌شدگی برابر با نصف یا یک‌سوم بتن معمولی دارد.
کاهش گرمازایی فرایند هیدراتاسیون
همان‌طور که عنوان شد، مهم‌ترین مزیت و دلیل استفاده از بتن پیش‌آکنده، قابلیت آن در کاهش گرمازایی فرایند هیدراتاسیون بتن است. دلیل اصلی این اتفاق، کاهش سیمان مصرف در بتن‌ریزی با این متریال است. در نتیجه کاهش مصرف سیمان، علاوه‌بر کاهش هزینه اجرای پروژه، گیرش بتن در مرکز سازه نیز گرمای کم‌تری آزاد می‌کند و در نتیجه ریسک ترک‌خوردگی و کاهش مقاومت سازه به‌شدت کم‌تر می‌شود.
موارد استفاده از بتن پیش آکنده کدام‌اند؟
تقریبا در تمام پروژه‌هایی که به بتن‌ریزی با حجم بالا نیاز دارند، می‌توان از بتن پیش آکنده استفاده کرد. البته باید گفت که کاربردهای این بتن به این مورد محدود نمی‌شود و در محیط‌های به‌شدت گرم و یا سرد نیز می‌توان از این بتن استفاده کرد.
از جمله کاربردهای بتن PA می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- بتن‌ریزی در محیط‌هایی با آب‌وهوای به‌شدت سرد یا گرم
- بتن‌ریزی‌های حجیم مانند ساخت پل‌ها، سدها و قطعاتی با ابعاد بزرگ
- بتن‌ریزی سازه‌هایی با نمای معماری خاص
- بتن‌ریزی مخازن نگهداری آب که ابعاد بزرگی دارند
- بتن‌ریزی سازه‌ها و فونداسیون‌ها در عمق آب
- اجرای دیوارهای حائل، موج‌شکن‌ها، اسکله‌ها، سپری‌ها و …
- بتن‌ریزی سپری‌ها و شمع‌ها به‌صورت درجا
تجهیزات و مصالح مورد استفاده در هنگام بتن‌ریزی با بتن PA
با توجه روش اجرای متفاوت بتن پیش آکنده، تجهیزات مورد استفاده برای بتن‌ریزی با این متریال با تجهیزات مورد استفاده در بتن‌ریزی با بتن معمولی متفاوت است. در بتن‌ریزی با استفاده از بتن PA از تجهیزات زیر استفاده می‌شود:
- لوله‌های تزریق: برای بتن‌ریزی در عمق سازه باید از لوله‌هایی با قطر 2 تا 5 سانتی‌متر به‌صورت قائم استفاده کرد. همچنین این لوله‌ها باید بین 0.5 تا 3.5 متر با یکدیگر فاصله داشته باشند. شایان‌ذکر است که سرعت تزریق ملات در این لوله‌ها باید بین 0.6 تا 1.2 متر بر ثانیه متغیر باشد.
- لوله‌های بازدید: با توجه به عمق بالای بتن‌ریزی با بتن پیش آکنده، در برخی موارد از لوله‌هایی با قطر 40 تا 50 میلی‌متر برای ردیابی و عمق‌سنجی ملات تزریقی استفاده می‌شود.
- لوله‌های تخلیه هوا: حبس شدن هوا در عمق مقطع می‌تواند مشکلات بسیار زیادی را به وجود بیاورد. به همین خاطر مهندسان از لوله‌هایی با قطر 13 میلی‌متر برای جلوگیری از حبس شدن هوا در زمان تزریق بتن پیش آکنده استفاده می‌کنند.
- وسایل مسیر تزریق: در بتن‌ریزی با بتن PA، از اتصالاتی مانند خم‌ها، سه‌راهی‌ها و چندراهی‌ها استفاده می‌شود. برخی وسایل نیز در تمیز کردن مسیر لوله‌ها در صورت گرفتگی کاربرد دارند.
- قالب: قالب‌های مورد استفاده در بتن‌ریزی با بتن پیش آکنده باید به‌خوبی درزبندی شود تا بتواند فشار بالای ناشی از تزریق ملات را تحمل کند.
از جمله مصالح مورد استفاده برای بتن‌ریزی با بتن پیش‌آکنده نیز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- هر نوع سیمان بسته به شرایط پروژه
- سنگدانه‌هایی متناسب با استاندارد C33
- افزودنی‌هایی مانند فیلر پوزولانی و گرد آلومینیوم
طرح اختلاط بتن پیش‌آکنده
به‌طور کلی طرح اختلاط بتن پیش آکنده بسته به نوع پروژه می‌تواند متغیر باشد. به همین خاطر نمی‌توان یک طرح اختلاط واحد را برای تولید ملات سیمان دوغابی پیشنهاد کرد. اما ملات نهایی باید به‌صورت کاملا همگن تولید شود و یکنواختی خود را کاملا حفظ کند.
بتن‌ریزی با بتن PA چگونه انجام می‌شود؟
فرایند کلی بتن‌ریزی با بتن پیش آکنده با بتن معمولی شباهت زیادی دارد. اما مجریان باید در هنگام بتن‌ریزی به برخی نکات مهم توجه داشته باشند تا فرایند بتن‌ریزی بدون نقص انجام شود. برای مثال، قالب‌های مورد استفاده نباید رطوبت زیادی به جذب کنند تا فرایند هیدراتاسیون با مشکل مواجه شود و دمای هسته بتن به‌شدت بالا رود. از طرف دیگر، تمام درزهای قالب‌ها باید کاملا آب‌بندی شوند تا شیره بتن از آن‌ها نشت نکند. یک مسیر تخلیه هوا در قالب‌ها باید تعیین شود تا پس از تزریق ملات، هوای موجود در قالب خارج شود.
انتقال سنگدانه‌ها به درون قالب باید به شکلی انجام شود که در طی فرایند جابه‌جایی، سنگدانه‌ها دچار شکستگی نشوند. برای جلوگیری از بروز این مشکل می‌توان از شوت‌های لوله‌ای با قطر 20 تا 25 سانتی‌متر همراه با تسمه‌های لاستیکی به‌عنوان مانع استفاده کرد. پس از پایان‌بندی آرماتوربندی و انتقال سنگدانه‌ها، لوله‌های عمودی با قطر 20 میلی‌متر و با فاصله 1.5 متر از یکدیگر، فرایند تزریق ملات را آغاز می‌کنند.
با بتن پیش‌آکنده دیگر نگران ترک بتن نباشید
با پیشرفت تکنولوژی و علم مهندسی، بسیاری از چالش‌های پیش روی مهندسان عمران در زمینه اجرای پروژه‌های عظیم بتنی برطرف شده است. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در این زمینه، افزایش دمای هسته بتن در بتن‌ریزی‌های حجیم بود که با استفاده از بتن پیش آکنده دیگر چنین چالش وجود ندارد.