بتن یکی از محبوب ترین مصالح ساختمانی از نگاه کارشناسان می‌باشد، اما سوال اینجا است که چگونه می‌توان بتنی با بهترین ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی نظیر مقاومت فشاری بالا، روانی مناسب، دوام عالی و … را در قالب طرحی اقتصادی ساخت؟ جواب این سوال را باید در مفهومی به نام طرح اختلاط بتن جست و جو نمود.
امروزه راه‌های مختلفی برای ساخت بتن وجود دارد. گروهی از مهندسان با توجه به نوع پروژه و مقاومت فشاری که بتن مورد نظر باید دارا باشد، بنابر تجربه اقدام به تولید بتن می‌کنند. این نوع از طرح اختلاط بتن به طرح اختلاط کارگاهی شهرت دارد که معمولا مخصوص پروژه‌هایی با مقاومت فشاری بتن کمتر از 20 مگاپاسکال می‌باشد.
از طرف دیگر، معمولا برای تولید بتن با مقاومت فشاری بالای 20 مگاپاسکال، مهندسان اقدام به محاسبه ی مقدار اجزای متفاوت بتن با توجه به دستورالعمل‌هایی می‌کنند که زیر نظر کارشناسان و پژوهشگران صنعت بتن تدوین شده است. شایان ذکر است که این دستورالعمل‌های متفاوت بوده و اکثر کشورها از دستورالعمل‌های مختص به منطقه جغرافیایی خود استفاده می‌کنند. آیین نامه‌های رایج برای ساخت بتن شامل آیین نامه ی بتن آمریکا (ACI)، آیین نامه ی انگلستان (BS)، روش‌های طرح مخلوط ملی ایران و … اشاره کرد.
طرح اختلاط کارآمد
<pهمانطور که اشاره شد طرح اختلاط بتن شامل دستورالعمل‌هایی است که منجر به محاسبه ی مقادیر مورد نیاز برای ساخت بتن می‌شود. معیار‌هایی که یک طرخ اختلاط بتن را کارآمد می‌کنند عبارتند از:
- مقاومت فشاری مناسب
- روانی و کارایی مناسب
- دوام بالا
- هزینه معقول
مقاومت فشاری مناسب
این فاکتور با توجه به نوع پروژه تعریف می‌شود. به عبارت دیگر، با توجه به اسناد فنی و درخواست کارفرما، میزان مقاومت فشاری بتن می‌تواند برای هر پروژه ای متفاوت باشد.
روانی و کارایی مناسب
یکی از مشخصات اصلی یک طرح اختلاط کارآمد، میزان روانی و کارایی (Workability) بتن ساخته می‌باشد. این فاکتور به نحوی غلظت بتن را تعیین می‌کنند. بتن ساخته شده نه باید بسیار رقیق بوده که قسمت سنگدانه‌ها از قسمت ملات جدا شود و نه انقدر سفت باشد که به طور مناسب بین آرماتور‌ها و خاموت‌ها پخش نشود. میزان مناسب روانی بتن میزانی است که بتن به راحتی در مقطع جریان پیدا کرده و با در نظداشتن اینکه بتن بین بین تمامی آرماتور‌ها به صورت یکنواخت پخش شده است، اجزای مختلف آن از هم جدا نشده باشند.
دوام بالا
بتن ساخته شده باید قابلیت این را داشته باشد که در شرایط محیطی که طبق آن ساخته شده شده است، در برابر بار‌های متفاوت و شرایط جوی استقامت کافی را داشته باشد. برای مثال بتن ساخته شده برای نواحی سردسیر، باید دوام لازم برای مقاومت در برابر شرایط سرد آب و هوایی را داشته باشد. گفتنی است که در دستورالعمل‌های طرح اختلال بتن، این فاکتور (شرایط آب و هوایی) در نظر گرفته شده است.
هزینه معقول
یکی از مهم ترین فاکتور‌هایی که یک طرح اختلاط را کارآمد می‌کند، اقتصادی بودن طرح می‌باشد. مهندسان در صنعت بتن باید توجه داشته باشند که اقتصادی بودن طرح اختلاط در کنار داشتن مقاومت کافی بتن و دیگر ارضا کردن دیگر فاکتور‌ها است که آن را تبدیل به یک طرح اختلاط کارآمد می‌نماید. در نتیجه، طرح اختلاط زمانی کارآمد است که علاوه بر برطرف کردن نیاز‌های مختلف پروژه، به لحاظ اقتصادی نیز توجیه پذیر باشد.
مراحل انجام طرح اختلاط بتن بر اساس آیین نامه ی بتن آمریکا (ACI211)
-
انتخاب اسلامپ (Slump)
در مرحله ی آغازین طرح اختلاط بتن، باید اسلامپ مورد نظر انتخاب شود. انتخاب اسلامپ به انواع سازه مورد نظر بستگی دارد، مانند تیر، ستون، بتن حجیم و … .
-
انتخاب بزرگترین سایز سنگدانه (D max)
با توجه به محدودیت‌ها برای تعیین بزرگترین اندازه سنگدانه در روند انجام طرح اختلاط بتن، بزرگترین سایز سنگدانه انتخابی باید کوچکترین مقدار موارد زیر باشد:
- یک پنجم کوچکترین بعد قالب
- یک سوم ضخامت دال‌ها
- سه چهارم کمترین فاصله خالص بین تک میلگردها (یا دسته میلگردها)
-
تعیین آب مورد نیاز و مقدار هوای محبوس در بتن (Air and Water)
در این مرحله با توجه به میزان اسلامپ و نوع بتن (هوادار یا بدون هوا)، می‌توان مقدار آب مورد نیاز در ساخت بتن را محاسبه نمود.
-
تعیین نسبت آب به سیمان (W/C)
در این مرحله، با در نظر گرفتن مقاومت فشاری انتخابی برای بتن و با توجه بدین نکته آیا از مواد هوازا در طرح اختلاط بتن استفاده شده است یا خیر، میزان نسبت آب به سیمان (W/C) را تعیین می‌کنیم. لازم به ذکر است که در این مرحله چنانچه نیاز به درونیابی باشد لازم است که انجام شود. همچنین شایان ذکر است که برای انواع خاصی از سازه‌ها که در شرایط محیطی ویژه ساخته می‌شوند لازم است تا از جدول خاص اشاره شده در این قسمت استفاده شود.
-
تعیین مقدار سیمان (Cement)
با توجه به اینکه میزان آب مورد نیاز مشخص می‌باشد، میزان سیمان مورد نیاز را بدست می‌آوریم.
-
تعیین مقدار سنگدانه سایز بزرگ یا شن (coarse aggregates)
در این مرحله از طرح اختلاط بتن، با توجه به مقدار بزرگترین اندازه سنگدانه بزرگ و مدول نرمی ماسه، مقدار سنگدانه درشت تعیین می‌شود.
-
تعیین مقدار سنگدانه سایز ریز یا ماسه
برای تعیین مقدار سنگدانه با اندازه ریز، دو روش وجود دارد:
- روش وزنی
- روش حجم مطلق
تا این مرحله، مقادیر تمام اجزای بتن نظیر سیمان، آب و مقدار سنگدانه درشت تعیین شده اند. حال برای تعیین مقدار سنگدانه ریز می‌توان حجم تمام اجزای بدست آمده از از حجم واحد بتن مورد نظر کم کرد. بدین ترتیب حجم قسمت سنگدانه ریز نیز بدست می‌آید که با ضرب این مقدار در وزن مخصوص ماسه مورد نظر، جرم ماسه نیز بدست می‌آید.
-
تصحیح میزان رطوبت سنگدانه‌ها با توجه به نتیجه طرح اختلاط بتن
در مرحله آخر، با توجه به این مهم که ممکن است سنگدانه‌ها خشک بوده باشند و مقداری از آب اختصاص داده شده به طرح اختلاط را جهت جذب رطوبت، جذب کرده باشند، از روابط زیر میزان ضریب اصلاحی را خارج می‌نماییم.
(رطوبت موجود – جذب آب ssd) = رطوبت سطحی
( 1- (100/ رطوبت سطحی) ) = ضریب تصحیح
