استفاده از بتن بر اساس عیار بهتر است یا رده؟

بتن حاوی سنگدانه و خمیر سیمان است كه ناحیه انتقالی نیز امروزه در فاصله سنگدانه و خمیر سیمان با ضخامت بسیار محدود وجود دارد كه در واقع یك خمیر سیمان تضعیف شده و نفوذپذیرتر است. خواص خمیر سیمان به شدت تابع نسبت آب به سیمان است كه در واقع میزان منافذ و حفرات موجود در خمیر سیمان را كنترل می كند.

در یك بتن، نفوذپذیری تابع كیفیت خمیر سیمان و تا حدودی كیفیت ناحیه انتقالی است، اما از آن جا كه معمولاً سنگدانه باعث نشت مواد مختلف از درون بتن نمی شود، كیفیت خمیر سیمان و حجم آن مستقیماً بر این نشت پذیری اثر می گذارد و با ثابت بودن نسبت آب به سیمان، حجم خمیر سیمان كاملاً تأثیرگذار است. حفرات منافذ مورد نظر، حفرات موئینه هستند و شامل حفرات هوای ناشی از عدم تراكم كافی نمی باشد. ضمناً حفرات ژلی به علت نفوذناپذیری مد نظر نیستند.

دوام بتن معمولاً به میزان جذب آب و نفوذپذیری آن مربوط می شود. ضمناً در بیشتر مواقع افزایش جذب آب و نفوذپذیری نشانه منافذ و حفرات بیشتر می باشد و كاهش مقاومت فشاری و سایر ویژگی های مكانیكی را به دنبال می آورد. مقاومت بتن، مدول ارتجاعی، جذب آب، مقاومت الكتریكی و سایر ویژگی های مكانیكی، فیزیكی و دوام بتن به شدت تابع مقدار این منافذ و توزیع اندازه آن ها هستند. با كم شدن شدید خمیر سیمان ممكن است تداخل ناحیه انتقالی پیش آید و هم چنین در صورت عدم تداخل این ناحیه ها، سهم این ناحیه در فضای بین سنگدانه ها زیاد می شود و كیفیت بتن دچار افت محسوس می‌گردد.در ابتدا به تعریف مختصری از عیار و رده بتن می پردازیم:

معرفی عیار بتن

منظور از عیار بتن مقدار سیمان مصرفی بر حسب کیلوگرم در واحد حجم بتن است (که واحد حجم بتن در ایران متر مکعب است.) عیار بتن با مقاومت نهایی آن رابطه ی مستقیم دارد. ولی با توجه به فرایند ساخت بتن و واکنش هیدراسیون در آن با افزایش بی نهایت سیمان به مقاومت بتن در بی نهایت دست نخواهیم یافت. با توجه به روابط تجربی می توان مقدار سیمان مصرفی برای رسیدن به مقاومت مشخص را تعیین کرد علاوه بر این رایج است که بتن را بر حسب عیار سیمان مصرفی نامگذاری می کنند.

رده بندی بتن چیست؟

رده بندی بتن براساس مقاومت مشخصه آن به ترتیب زیر است :
C6 C8 C10 C12 C16 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50
اعداد بعد ازC بیانگر مقاومت فشاری مشخصه بتن برحسب مگاپاسکال می باشند

بیشتر بدانید

بتن چیست ؟

دسته بندی بتن ها 

بتن های معمولی

C8/10, C12/15, C16/20, C20/25, C25/30, C28/35, C30/37, C32/40,
C40/50, C50/60, C55/67, C60/75, C70/85, C90/105, C100/115

بتن های سبک

LC8/9, LC12/13, LC16/18, LC20/22, LC25/28, LC30/33, LC35/38
LC40/44, LC50/55, LC55/60, LC60/66, LC70/77, LC80/88

برای آشنایی بیشتر با مسئله، یك مثال با 3 عیار سیمان مختلف و یك نسبت آب به سیمان ثابت ارائه می شود. در یك بتن عیار سیمان Kg/m3320 و در بتن های دیگر عیار سیمان 480 و 400 كیلوگرم بر متر مكعب مطرح می گردد.
چگالی ذرات عیار سیمان برای سهولت 20/3 و چگالی متوسط سنگدانه های اشباع 60/2 فرض می گردد. درصد هوای بتن صفر می باشد. نسبت آب به سیمان در همه بتن ها برابر 5/0 منظور شده است.

 در این بتن ها كیفیت خمیر سیمان یكسان می باشد زیرا نسبت آب به سیمان آن ها یكی است. اختلاف های موجود مربوط به تغییر عیار سیمان است. بدیهی است برای این كه كارآیی بتن شماره 1 را به سطح بتن شماره 2 برسانیم، لازم است از مواد روان كننده استفاده نماییم. برای اینکه کارآیی بتن شماره 1 مانند بتن شماره 3 شود نیاز به مقدار قابل توجهی فوق روان کننده داریم. با استفاده از روان كننده، به دلیل توزیع بهتر سیمان در بتن، بهبود كیفی حاصل می گردد كه به افزایش مجدد كیفیت كمك می كند که در بسیاری از تحقیقات منظور نشده است اما واقعیت دارد و ملموس می باشد. افزایش كیفیت بتن شماره 1 (بدون درنظر گرفتن روان‌كننده) از وزن مخصوص بتن نیز در مقایسه با سایر بتن ها مشخص می‌گردد.

بررسی تأثیر عیار سیمان بر برخی پارامترهای بتن

افزایش عیار سیمان موجب می شود محیط بتن قلیایی تر گردد.

• قلیایی تر بودن محیط در مورد واكنش زایی سنگدانه با قلیایی ها اثر تشدید كننده دارد و مطلوب نیست.
• قلیایی تر شدن محیط بتن باعث می شود این محیط دیرتر خاصیت قلیایی را از دست بدهد (مثل كربناته شدن). هر چند به علت نفوذپذیری بیشتر بتن از طرفی روند كربناته شدن تسریع می گردد.
• قلیایی تر شدن محیط بتن با افزایش عیار سیمان می تواند آستانه شروع خوردگی میلگرد در بتن را بالاتر ببرد و میلگردها دیرتر زنگ بزند. از طرفی افزایش عیار سیمان می تواند نفوذپذیری یون كلرید را افزایش دهد.
• افزایش عیار سیمان موجب افزایش C3A در بتن می شود و می تواند به مقید شدن شیمیایی یون كلرید نفوذی كمك نماید و عملاً جلوی نفوذ را بگیرد.
• افزایش عیار سیمان موجب افزایش C3A می شود و می تواند بتن را در برابر تهاجم سولفات ها تضعیف نماید.

بیشتر بدانید

دوام و پایایی بتن چیست؟

بررسی محدودیت های عیار سیمان در منابع مختلف

آیین نامه بتن ایران برای مناطق حاشیه خلیج فارس و دریای عمان حداقل عیار سیمان را 350 و حداكثر آن را 450 كیلوگرم بر متر مكعب تعیین نموده است. آیین نامه ملی پایایی بتن در محیط خلیج فارس و دریای عمان حداقل عیار مواد سیمانی را با توجه به نوع سیمان و شرایط محیطی محدود نموده است كه از 300 تا 375 كیلوگرم بر متر مكعب تغییر می كند. این آیین نامه حداكثر مقدار مواد سیمانی را به 425 محدود نموده است، در حالی كه حداكثر اندازه را نیز به 20 میلی متر محدود كرده است. به هر حال در صورت لزوم، حداكثر مقدار مواد سیمانی را می توان افزایش داد به شرط این كه مشكل ترك خوردگی و تنش حرارتی كنترل گردد. CIRIA برای مناطق عربی، حداکثر عیار مواد سیمانی را 470 کیلوگرم بر مترمکعب مشخص نموده است.
در مشخصات فنی عمومی مخازن آب زیرزمینی بتنی، حداقل مقدار سیمان 350 و حداكثر آن را 400 كیلوگرم بر متر مكعب برای نفوذناپذیری و كاهش جمع شدگی و ترك خوردگی پیش بینی شده است. شبیه به این محدودیت ها در BS و ACI 350 با تغییراتی در حدود Kg/m315 در نظر گرفته شده است. در ACI 357 برای سازه های بتنی ثابت فراساحلی حداقل مصرف سیمان Kg/m3355 و حداكثر آن Kg/m3415 تعیین شده است. در آیین نامه بتن ایران برای مقابله با حمله سولفات ها به جز اعمال محدودیت در مورد نوع سیمان و نسبت آب به سیمان حداقل عیار سیمان نیز تعیین شده است كه از Kg/m3310 تا Kg/m3400 تغییر می كند كه منطقی بنظر نمی رسد. در حالی كه در EN206 نیز محدودیت عیار سیمان برای مقابله با تهاجم سولفاتی در كنار محدودیت نسبت آب به سیمان وجود دارد اما حداقل پیش بینی شده بسیار محدودتر می باشد. لازم به ذكر است كه در ACI 201 برای مقابله با تهاجم سولفات فقط در مورد نوع سیمان و نسبت آب به سیمان محدودیت اعمال شده و برای حداقل عیار سیمان، عددی ذكر نگردیده است. در آیین نامه بتن ایران (آبا) برای بتن ترمی حداقل عیار سیمان Kg/m3350 و برای بتن پمپی محدوده عیار سیمان 350 تا 400 كیلوگرم بر متر مكعب تعیین شده است كه مسائل مربوط به كارآیی، جداشدگی و چسبندگی مد نظر بوده است.

نتیجه گیری و پیشنهادها

• نباید پنداشت كه با افزایش عیار سیمان و ثابت بودن نسبت آب به سیمان، همواره بهبود كیفی را شاهد خواهیم بود.
• هر چند افزایش عیار سیمان و ثابت بودن مقدار آب به كاهش نسبت آب به سیمان منجر می شود و افزایش كیفیت را خواهیم داشت توصیه می شود كاهش نسبت آب به سیمان با كاهش آب همراه باشد نه افزایش مواد سیمانی تا بهبود مضاعفی را ایجاد كنیم.
• به نظر می رسد برای بتن هایی با نسبت آب به سیمان 5/0-4/0 ، بهترین عیار سیمان برای ایجاد مقاومت و دوام بتن با حداكثر اندازه 20 میلی متر بین 300 تا 350 باشد و با اطمینان بیشتر می توان آن را برای این حداكثر اندازه و با توجه به مصرف سیمان پرتلند نوع 2 نزدیك به Kg/m3350 در نظر گرفت.
• در بتن خودتراكم به نظر می رسد كاهش عیار سیمان نیز باید مد نظر قرار بگیرد.
• برای حداكثر اندازه های كوچكتر سنگدانه، این حداقل می تواند افزایش یابد و برای حداكثر اندازه های بزرگتر سنگدانه قطعاً ، حداقل عیار سیمان می تواند كاهش یابد