طرح اختلاط بتن

به نسبت وزنی ترکیب اجزای تشکیل‌دهنده بتن مثل سیمان، ریزدانه، درشت دانه، آب با یکدیگر که توسط مهندس طراح در قالب یک جدول، به منهندس مجری ارائه می‌شود طرح اختلاط بتن گفته می‌شود. باتوجه به این که امروزه بتن تبدیل به یک کالای تجاری شده و در طیف وسیعی از کاربردها ارائه می‌شود مشخصا نمی‌توان به یک طرح اختلاط بخصوص بسنده کرد. بنابراین باتوجه به کاربری مورد انتظار از بتن، طرح اختلاط بتن نیز متفاوت خواهد بود. درواقع هر بتنی طرح اختلاط منحصر به فرد خود را دارد. از طرفی، صنعت بتن به سمتی پیش می‌رود که برای بهبود رفتار آن، مواد افزودنی مختلف با ترکیبات مختلف شیمیایی به بتن افزوده می‌شوند. بنابراین، باید توجه نمود که علاوه بر اجزای اصلی تشکیل دهنده بتن باید میزان مواد افزودنی مورد استفاده در بتن نیز در طرح اختلاط اعمال گردد. دو موردی که اشاره شد فقط بخشی از ملزومات طرح اختلاط بتن می‌باشد. اما موارد دیگری نیز در مسئله طرح اختلاط بتن دخیل است،که در ادامه مقاله به آن‌ها نیز اشاره خواهیم کرد.

موارد دیگری که باید در طرح اختلاط بتن به آن‌ها توجه شود به شرح زیر است :

• صرفه‌ی اقتصادی
• دوام بتن
• کارایی بتن
• مقاومت بتن
• نسبت آب به سیمان
• وضعیت سنگدانه‌ها

یکی از ارکان اصلی طرح اختلاط بتن، در نظر گرفتن حداقل مقدار سیمان برای حداکثر کیفیت بتن می‌باشد. سیمان گران‌ترین جزء تشکیل‌دهنده بتن محسوب می‌شود. بنابراین برای صرفه اقتصادی باید میزان سیمان را تا حدالامکان کاهش داده شود. البته این کار باید با حفظ کیفیت مطلوب و مورد انتظار از بتن صورت گیرد. مسئله دیگر، درصد آب به سیمان مورد نیاز بتن است. شاید بتوان گفت که مضرترین قسمت بتن، میزان آبی است که به بتن اضافه می‌شود. اما از طرفی شکل گیری خمیر سیمان و بتن، فرآیند گیرش و… بدون وجود آب امکان پذیر نیست. پس باید حداقل درصد آب به سیمان ممکن به مخلوط بتن افزوده شود تا فقط نقش چسبندگی مصالح و تامین روانی بتن را ایفا کند.

چرا وجود آب بیش از حد در مخلوط بتن مضر است؟

در واقع اضافه کردن آب بیش از حد لازم منجر به جداشدن و کاهش انسجام سنگدانه‌ها می‌شود. که این پدیده در ادامه منجر به کاهش استحکام و مقاومت بتن می‌شود.

چگونه به طرح اختلاط مناسب دست پیدا کنیم؟

به طور کلی مخلوط‌‌های بتن باید از دستورالعمل‌ها و استانداردهای بین‌المللی معتبر پیروی کنند. مخلوط بتن را می‌توان با استفاده از جداول و محاسبات ارائه شده در استاندارد طراحی نمود. انواع دستورالعمل‌های طراحی به شرح زیر است:

• آیین‌نامه بتن آمریکا (ACI)
• آیین‌نامه بتن انگلیس (BS)
• آیین‌نامه ملی بتن ایران (آبا)
• آیین نامه آلمانی

نکته : باید توجه داشت که این آیین‌نامه‌‎ها، فقط الگوریتم و روش طراحی را ارائه می‌دهند. بدست آوردن مقادیر نهایی مستقیما تحت تاثیر شرایط مطلوب پروژه می‌باشد. در واقع برای بدست آوردن یک طرح اختلاط مطلوب، باید از عملیات سعی و خطا استفاده نمود. 

مراحل تعیین طرح اختلاط به روش مخلوط بتن ملی ایران به شرح زیر است :

گام اول : تعیین مقاومت فشاری هدف و مقاومت فشاری متوسط : در این مرحله باید مقاومت فشاری مورد انتظار از بتن تعیین شود تا بتوان طرح اختلاط را برای دستیابی به مقاومت هدف، طراحی نمود.

گام دوم : تعیین نسبت آب به سیمان : این نسبت در مقاومت نهایی بتن بسیار تاثیر گذار است. نسبت آب به سیمان بالا می‌تواند منجر به پدید آمدن بتنی با مقاومت پایین شود. زیرا آب زیاد باعث جداشدگی سنگدانه‌ها از هم می‌شود. و بر عکس بتنی با نسبت آب به سیمان پایین، ممکن است از کارایی و روانی مورد نیاز پروژه بهره‌مند نباشد. پس در هر حالت تعیین یک نسبت آب به سیمان مناسب، برای دستیابی به بتنی مطلوب بسیار حائز اهمیت است.

گام سوم : انتخاب محدوده منحنی مخلوط سنگدانه‌ی بتن : محدوده دانه‌بندی سنگدانه‌ها، در کیفیت نهایی بتن بسیار مهم است. یک مخلوط بتن مناسب باید از نسبت‌هایی مشخصی از ریزدانه و درشتدانه تشکیل شده باشد. در این مرحله می‌توان با استفاده از جداول و منحنی‌های ارائه شده در استانداردهای بین‌المللی و استاندارد طرح اختلاط به روش مخلوط بتن ملی ایران به یک منحنی دانه‌بندی مناسب، دست یافت.

گام چهارم :تعیین مقدار آب آزاد بتن :آب موجود در بتن نقش به سزایی در مقاومت،کارایی و کیفیت بتن دارد. بدین منظور مقدار آب آزاد بتن را می‌توان با استفاده از مشخصاتی چون مدول نرمی سنگدانه‌ها و معادل درصد شکستگی متوسط سنگدانه‌های بتن محاسبه نمود.

گام پنجم : تعیین مقدار سیمان بتن : مقدار پایین سیمان، باعث بهم نچسبیدن همگن سنگدانه‌ها می‌شود. و  مقدار زیاد آن در مخلوط بتنی، منجربه کاهش کارایی، افزایش تقاضای آب بتن و… می‌شود. در این مرحله با استفاده از فرمول‌ها و جداول مندرج در آیین‌نامه، می‌توان به مقدار سیمان مناسب برای طراحی مخلوط بتنی خوب، دست یافت.