اختلاط بتن به روش آئین نامه ACI_211

مقدمه

طرح مخلوط بتنی به این مفهوم است که به چه اجزاء بتن ( سیمان آب شن و ماسه ) را مخلوط کنیم بتن ساخته شده به خواص مشخصی دست یابد. معمولاً در تا  طرح مخلوط بتن سه مسئله مطرح است :

1. رسیدن به مقاومت مورد نظر
2. تأمين دوام کافی
3. رسیدن به اسلامپ مورد نظر

موارد اول و دوم به بتن سخت شده و مورد سوم به بتن تازه مربوط می شود .در مورد دوم باید توجه کرد که « دوام « دوام کافی » برای هر بتنی به شرایط محیطی که آن بتن در معرض آن قرار بستگی دارد عامل مخرب برای بتنی که خواهد گرفت.در محیط سولفاتی قرار گرفته با بتنی که در ساحل دریا در تماس با آب دریا قرار گرفته ، متفاوت خواهد بود و عامل مخرب برای بتنی که در معرض یخ زدن و آب شدن های متوالی قرار گرفته ، با دو مورد قبلی تفاوت خواهد داشت بنابراین در یک در یک طرح مخلوط مناسب تأثیر هر یک از عوامل مخرب محیطی در جای مناسب در نظر گرفته شده و تدابیر مناسب جهت تأمین دوام کافی الخاذ خواهد گردید.امروزه روش های مختلف و آئین نامه های متعددی برای طرح مخلوط بتنی وجود دارد از جمله طرح ACI ، طرح PCA،طرح يونسكو ،طرح B.S ( آئین نامه انگلستان )، طرح كانادا و ده ها طرح تجربی دیگر در این فصل مطرح مخلوط بتن به روش آئین نامه 211 ACI و با سه روش وزنی،  حجمی و طرح سریع مورد بحث قرار گرفته و در فصل بعدی طرح مخلوط بتن به روش BS مطرح خواهد شد. قابل ذکر است که است که اکثر روش های طرح مخلوط بتن بر اساس هر کشور موجود بوده کاربرد آنها در یک منطقه دیگر منطقه خواص مصالحی که در هر تنظیم شده و طبیعتاً کاربرد چندان دقیق نخواهد بود

آئین نامه آمریکا یا 211 – ACI از این مزیت برخوردار است که در مراحل پایانی طراحی ، با ساخت یک نمونه ازمایشگاهی و انجام چند آزمایش ساده روی این نمونه نتایج مراحل قبلی را اصلاح کرده و به این ترتیب تأثیر خواص ویژه مصاخ هر منطقه را به نحو مناسب ، در به همین جهت روش این نتایج طراحی دخالت می دهد. آئین نامه در مناطق مختلف و از جمله در ایران  دقیق تری را به دنبال خواهد داشت.

طرح اختلاط بتن به روش وزنی و حجمی ACI-211-89

فرضیات کلی :

1. مصالح مصرفی شن و ماسه باید در محدوده ASTM – C33 قرار گیرند . کمیته C33 یکی از کمیته های مؤسسه ASTM است که روی خصوصیات مصالح شن و ماسه تحقیق می کند تصویر (۵۱) و جدول (4-1) که از استاندارد فوق الذكر اقتباس شده ، محدوده مجاز شن و ماسه مصرفی را مشخص می کنند.
2. وزن مخصوص ظاهری دانه ها را باید بوسیله آزمایش در آزمایشگاه تعیین نمود در صورت عدم انجام چنین آزمایشی می توان وزن مخصوص شن را برابر 2.68 و وزن مخصوص ماسه را برابر با 2.64 در نظر گرفت.
3. در وزن مخصوص ظاهری از حجم از حجم ظاهری دانه ها یعنی مجموع حجمی اشغال کرده استفاده می شود. در وزن مخصوص حقیقی از حجم حقیقی دانه ها يعني حجم ها ظاهری دانه ها منهای حجم خلل و فرج داخلی دانه ( گاهی در  وزن مخصوص ظاهری از حجم ظاهری به صورت مجموع حجم دانه ها و حفره های بین دانه ها و به بیان دیگر حجم ظرفی ها در آن قرار گرفته اند؛ استفاده می شود. در این حالت در تعریف وزن مخصوص حقیقی از حجم ظاهری دانه ها یعنی مجموع حجمی که تک تک  جاری دانه ها اشغال کرده اند،  استفاده می شود. در بحث جاری از چنین تعاریفی برای وزن استفاده نشده است ). همچنین چگالی یا دانسیته مصالح دانه ای به صورت نسبت دانه به وزن مخصوص ( حقیقی  یا ظاهری ) به وزن مخصوص آب تعریف شده است. بنابراین از تقسیم وزن مخصوص حقیقی یا ظاهری دانه بر حسب کیلوگرم به متر مکعب  به عدد 1000 کمیت بدون بعد چگالی حقیقی یا ظاهری به دست می آید. در مورد مصالح دانه ای ، گاهی چگالی ظاهری به نام وزن مخصوص ظاهری خوانده می شود. در طرح اختلاط بتن به روش ACI هرجا صحبت از وزن مخصوص ظاهری دانه ها می شود، منظور همان چگالی ظاهری دانه هاست. به همین جهت در این طرح به جای کلمه چگالی اختصاراً از کلمة چگالی استفاده می شود.
4. چگالی سیمان برابر ۳.۱۵ در نظر گرفته می شود مگر آنکه در آزمایشگاه مستقیماً چگالی سیمان مصرفی بدست آمده باشد . مگر آن که در آزمایشگاه مستقیماً چگالی سیمان مصرفی بدست آمده باشد. مدول نرمی ماسه با عبور ماسه از الک های استاندارد در آزمایشگاه قابل تعیین است . درصورتی که چنین آزمایشی انجام نگرفته باشد ترمی ماسه را می توان برابر ۲.۸ فرض کرد. قبلاً ذکر شد که محدوده مجاز مدول نرمی ماسه مصرفی در بین ۲.۳ تا ۳.۱ است.
5. وزن شن و ماسه بر اساس حالت اشباع با سطح خشک (SSD) تعیین می شود.  به عبارت دیگر فرض بر این است که دانه ها نه آبی از مخلوط به خود جذب کنند و نه آبی به مخلوط اضافه نمایند. اگر رطوبت شن و  ماسه در  حالت SSD نباشد،  باید تصحیحات لازم برای وزن شن و ماسه صورت گیرد.

توضيح : وزن مخصوص مصالح دانه ای به صورت نسبت وزن به حجم و یا وزن واحد حجم تعریف می شود وزن مخصوص ممکن است به صورت ظاهری و یا به صورت حقیقی تعیین شود.

رطوبت حالت SSD دانه ها را می توان با آزمایش تعیین کرد . در صورتی که چنین آزمایشی انجام نگرفته باشد ،می توان رطوبت SSD دانه های شنی را برابر ۰/۵% درصد و رطوبت SSD دانه های ماسه ای را برابر ۰/۷ درصد در نظر گرفت.

جداول ارائه شده  در روش 211 – ACI بر اسا تجربیات آزمایشگاهی تنظیم شده است. به همین جهت باید در مراحل پایانی طرح با ساخت نمونه های آزمایشی، اختلاف احتمالی شرایط و مصالح محلی با شرایط و مصالح استاندارد در محاسبه وارد شود.

مراحل طرح مخلوط به روش وزنی و حجمی

تذکر: جداول این بحث که در اتنها ذکر شده است از آئین نامه مربوط به سال 1989 اقتباس شده است.

مرحله 1- انتخاب اسلامپ

انتخاب اسلامپ مناسب برای بتن تازه، در وهله اول بر اساس تجربه است بدین ترتیب که مهندس با توجه به تجربیات قبلی و بر اساس عضو سازه ای که بتن ریزی خواهد شد، اسلامپ لازم را انتخاب می کند. در صورتی که چنین تجربه ای موجود نباشد، می توان از جداول (2-5) استفاده کرد. در این جداول بر اساس نوع عضو بتنی مقدار حداکثر و حداقل اسلامپ پیشنهاد شده است. با توجه به اینکه محدوده پیشنهادی وسیع است، نظر مهندس در تعیین عدد دقیق اسلامپ در محدوده پیشنهادی ، با توجه به تجربه و شرایط کارگاهی، ضروری است.

مرحله 2- انتخاب بزرگترین بعد دانه ها

بزرگتری بعد دانه شن ها (D max) مصرفی بر اساس تجربه مهندس طراح و نیز امکانات و شرایط موجود محلی تعیین می شود. در مجموع هر چه از دانه های درشت تری استفاده شود، بتن دارای اسکلت بندی قوی تری بوده و در ضمن مصرف سیمان نیز کاهش می یابد. ولی باید به محدودیت های حداکثر بعد دانه ها که قبلاً ذکر شد، توجه شود.

مرحله 3- تخمین تجربی مقدار آب لازم و میزان هوا (A,W)

مقادیر تقریبی آب لازم و هوا را می توان از جدول (3-5) و بر اساس اسلامپ انتخاب شده و بزرگترین بعد دانه ها، تعیین کرد. قسمت بالای جدول برای بتن بدون هوا مورد استفاده قرار می گیرد. در این قسمت همچنین مقادیر تقریبی هوای غیر عمدی که در بتن هوا ایجاد خواهد شد، پیش بینی شده است (مشروط بر آنکه ارتعاش لازم به بتن داده شود) قسمت پایین جدول برای بتن هوادار مورد استفاده قرار خواهد گرفت ذر این قسمت مقادیر متوسط درصدی هوای لازم که در شرایط محیطی مختلف مناسب خواهد بود، پیش بینی شده است. نوع شرایط محیطی بسته به پیش بینی میزان حمله سولفات ها یا کلرورها و تر و خشک شدن های متوالی، ممکن است به صورت عادی، متوسط یا شدید تعیین گردد.

درصد های پیشنهادی هوا در این قسمت، با بکارگیری مواد مضاف مناسب ، با استفاده از دستورالعمل های آنها در مورد میزان مصرف، حاصل خواهد شد.

تصمصم گیری در مورد استفاده از بتن هوادار یا بتن بدون هوا بسته به شرایط محیطی بتن و امکانات اجرایی کار و و به عهده مهندس طراح است.

مرحله 4- انتخاب نسبت آب به سیمان (W/C)

انتخاب نسبت آب به سیمان (W/C) بر اساس 2 مسئله صورت می گیرد:

الف– بر اساس مقاومت مورد نیاز

ب– بر اساس شرایط محیطی بتن (یا بر اساس دوام مورد نظر)

جدول الف-4-5 بر اساس مقاومت فشاری 28 روزه بتن ( نمونه استوایی) که در ساخت بتن مورد نظر است، عددی را برای نسبت آبه به سیمان در بتن هوادار و بتن بدون هوا مشخص می کند.

اعداد این جدول برای حالتی تنظیم شده که درصد هوا در بتن بدون هوا از  2 درصد تجاوز نکند (در غیر این صورت ممکن است با نسبت آب به سیمان انتخاب شده، مقاومت مورد نظر بدست نیاید) ملاحظه اعداد این جداول نشان می دهد که هر چه مقاومت بالاتری مورد نظر باشد، باید از نسبت آب به سیمان کمتری استفاده کرد.

جدول ب- 4-5 حداکثر نسبت آب به سیمان مجاز را بر اساس شرایط محیطی پیش بینی شده برای بتن و به بیان دیگر بر اساس دوام مورد نظر تعیین می کند. در این جداول دو حالت برای برای شرایط محیطی در نظر گرفته شده است، حالت اول برای سازه هایی است که دائماً یا متناوباً مرطوب بوده و در معرض یخ زدن و آب شدن قرار می گیرند، در چنین حالتی باید از بتن هوادار استفاده کرد. حالت دوم برای سازه هایی است که در معرض آب دریا و یا سولفات ها قرار می گیریند، در این حالت اگر از بتن ضد سولفات نوع 5 یا نوع 3 استفاده شود، می توان مقادیر مجاز نسبت آب به سیمان را به میزان 0.05 افزایش داد.

در این مرحله از طرح ، اگر چنانچه عوامل محیطی نامناسب نیز مطرح باشد، باید هم از جداول الف-4-5 و هم از جداول ب-4-5 استفاده کرد و کوچکترین دو مقدار بدست آمده را برای نسبت آب به سیمان در نظر گرفت.

مرحله5- محاسبه مقدار سیمان (C)

با تقسیم وزن آب بر حسب کیلوگرم در واحد حجم ( خروجی مرحله سوم) بر نسبت آب به سیمان ( خروجی مرحله چهارم) ، مقدار سیمان بر حسب کیلوگرم در واحد حجم بدست می آید.

مرحله6- تخمین مقدار دانه های درشت (AC)

حجم دانه های درشت به صورت خشک و میله خورده در واحد حجم بتن را می توان براساس جدول (5-5) و بر اساس بزرگترین اندازه اسمی دانه و مدول نرمی ماسه تعیین کرد. از ضرب عدد بدست آمده در این قسمت، در وزن مخصوص ظاهری شن به صورت خشک و میله خورده ، وزن شن در واحد حجم بتنی ( برحسب کیلوگرم بر متر مکعب) بدست می آید. وزن مخصوص ظاهری شن خشک و میله خورده، معمولاً در محدوده 1600 تا 1800 کیلوگرم بر متر مکعب است.

جدول (5-5) به صورت تجربی و برای رسیدن به یک درجه کارایی مناسب در ساختمان های بتنی مسلح معملوی تنظیم شده است. در مواردی که به کارایی کمتری نیاز باشد (نظیر بتن ریزی در رویه ها ی بتنی) ، می توان اعداد جدول را 10 درصد افزایش داد تا بدین ترتیب مقدار شن، افزایش یافته و متناسب با آن مقدار ماسه ماسه کاهش یابد و بتن توپر و یا کارایی کمتری حاصل شود. همچنین در مواردی که کارایی بیشتری نیاز باشد(نظیر مواردی که آرماتوربندی انبوه و متراکم باشد) می توان اعداد جدول را 10 درصد کاهش داد تا مخلوط روان تری حاصل شود.

مرحله 7- تعیین مقدار دانه های ریز (ماسه) (FA)

تا این مرحله روش وزنی و حجمی ACI در طرح مخلوط بتنی ، کاملاً یکسان بود. اما این دو روش وزنی و حجمی ACI در طرح مخلوط بتنی کاملاً یکسان بود. اما این دو روش در مرحله هفتم یعنی در تعیین وزن ماسه لازم ، اندکی باهم متفاوت خواهند بود، که هر دو این روش در مرحله هفتم یعنی در تعیین وزن ماسه لازم، اندکی باهم متفاوت خواهند بود که هر از این دورش به صورت جداگانه ای در این مرحله توضیح داده خواهد شد.

الف- روش وزنی

در این روش اساس کار بر این است که جمع وزن کلیه اجزاء بتن در یک متر مکعب باید برابر با وزن مخصوص بتن تازه شود. بنابراین اگر اوزان شن، سیمان، آب در یک متر مکعب بتن از وزن مخصوص بتن تازه کم شود، وزن ماسه در یک متر مکعب بدست خواهد آمد یعنی:

که C,W,CA به ترتیب اوزان سیمان، آب و شن در یک متر مکعب بتن هستند که در مراحل قبلی بدست آمده اند همچنین U معرف وزن مخصوص بتن تازه است.

برای تعیین وزن مخصوص بتن تازه، بهترین روش، تجربه است. مهندس طراح بتن با توجه به تجربیات قبلی آزمایشگاهی که بر اساس ساخت بتن های با مصالح و شرایط محاسبه حاصل شده اند، می توان وزن مخصوص بتن تازه را پیش بینی کنید. در صورتی که چنین تجربه ای وجود نداشته باشد، می توان به عنوان یک تخمین مقدماتی از جدول(6-5) استفاده کرد. این جدول وزن مخصوص بتن تازه را بر اساس بزرگترین بعد اسمی دانه ها، در بتن های هوادار و بدون هوا ، به صورت یک تخمین اولیه پیش بینی نمود. از آنجاییکه اعداد این جدول برای حالت خصی از وضعیت بتن تنظیم شده است، اکثرا دقیق نبود و استفاده از آن برای یک طرح مقدماتی و فاقد اهمیت توصیه می شود. بنابراین در مواردی که تجربه لازم در پیش بینی وزن مخصوص بتن تازه موجود نباشد، بهتر است از روش محاسباتی زیر و فرمولی که نهایتاً از آن استنتاج می شود استفاده کرد.

جمع اوزان دانه ها و آب و سیمان در یک متر مکعب بتن، برابر با وزن مخصوص بتن تازه خواهد بود. یعنی:

ب- روش حجم مطلق ( روش حجمی)

در این روش حجم ماسه را چنان تعیین می کنند که حجم احجام کلیه اجزاء موجود در یک متر معکب از بتن تازه ، برابر واحد باشد. بنابر این :

با ساده کردن رابطه فوق فرمول نهایی زیر حاصل می شود:

مرحله 8- تصحیح به جهت رطوبت دانه ها

در مراحل قبلی فرض بر این بوده است که دانه ها در حالت اشباع با سطح خشک (SSD) هستند و بنابراین نه آبی از مخلوط جذب کرده و نه آبی به آن اضافه می نمایید. معمولاً در شرایط کارگاهی دانه ها یا رطوبتی کمتر از حالت SSD داشته ( دانه های خشک یا رطوبتی بیش از آن دارد( دانه های خیس). لذا لازم است تصحیحات لازم مناسب در اوزان شن و ماسه و نیز در آب صورت پذیرد.

تصحیح شن و ماسه

اگر وزن شن و ماسه در حالت مرطوب را به ترتیب با CAw,FAw و درصد رطوبت طبیعی آنها را به ترتیب با WCA, WFA نمایش دهیم خواهیم داشت:

توجه شود که درصد رطوبت دانه ها نسبت به وزن خشک آنها اندازه گیری می شود.

تصحصح مقدار آب

آب یکه در مخلوط بتن مورد نیاز است تا اسلامپ مورد نظر حاصل شود، همان مقداری است که در مرحله سوم بدست می آید. اما ممکن است به دلیل رطبوت بیشتر از حالت  SSD دانه مقداری آب اضافی در مخلوط حاصل شود. در چنین حالتی باید آب کمتری به مخلوط اضافه کند. همچنین امکان دارد به دلیل رطبوت کمتر از حالت SSD دانه ها، مقداری از آب مخلوط جذب دانه ها شود. این تصحیحات را می توان برای روابط زیر نوشت:

مرحله9-ساخت نمونه آزمایشی و انجام تصحیحات لازم

جداولی که تا این مرحله مورد استفاده قرار گرفته اندبه صورت تجربی تنظیم شده اند و ممکن است تحت شرایط محلی و مصالح محلی ، منجر به نتایج کاملاً دقیق نشوند. از این جهت در این مرحله از طرح، امکان تجدید نظر واقع بینانه ای در نتایج قبلی، فراهم شده است.

در این مرحله لازم است یک نمونه کوچک آزمایشگاهی ( مثلاً 20 لیتری) با استفاده از نتایج حاصله در مراحل قبلی ساخته است. در ساخت این نمونه اوزان بدست آمده برای سیمان ، شن و ماسه را بصورت دقیق رعایت کرده و وزن بدست آمده را برای آب به صورت حدودی رعایت شود. بدین ترتیب با یک کنترل چشمی آنقد رآب اضافه کرده تا احساس شود مخلوط به اسلامپ مورد نظر رسیده باشد. اگرچه این مقدار آب ممکن است اندکی کمتر یا بشتر از مقدار محاسباتی باشد.

حال بر روی نمونه ساخته شده چندین آزمایش ساده و سریع به شرح زیر انجام می گیرد:

الف- آزمایش اسلامپ

اسلامپ بتن ساخته شده اندازه گیری می شود. معمولاً این اسلامپ مورد نظر مطابقت ندارد. برای اصلاح اسلامپ، به ازاء هر 1 سانتی متر اختلاف اسلامپ نمونه با اسلامپ مورد نظر، در طرح بعدی مقدار آب لازم در مخلوط به میزان 2 کیلوگرم بر متر مکعب بتن و در جهت مناسب اصلاح می شود( واضح است که اگر اسلامپ نمونه کمتر از اسلامپ نمورد نظر باشد، در طرح بعدی باید تصحیح مقدار آب به صورت افزایش اعمال شود و بالعکس).

ب- آزمایش وزن مخصوص

حجم مشخصی از نمونه ساخته شده ، انتخاب شده و پس از ویبره کردن آن ، با تقسیم وزن بر حجم، وزن مخصوص بتن تازه اندازه گیری می شود. این عدد به عنوان بهترین تجربه برای وزن مخصوص بتن تازه (U) ، در عملیات بعدی بکار گرفته می شود.

ج- آزمایش تعیین درصد هوا

انجام این آزمایش برای بتن های هوادار الزامی بوده ولی در بتن بدون هوا، ضرورتی ندارد.

در این آزمایش با روش آزمایشگاهی متداول درصد هوا نمونه ساخته شده، اندازه گیری می شود. در صورت اختلاف درصد هوای نمونه با درصد هوای مورد نظر ، اصلاحات زیر اعمال می شود:

درصد مواد مضاف تغییر داده شود.

به ازا هر 1 درصد اختلاف بین درصد هوای نمونه با درصد هوای مورد نظر ، در طرح بعدی مقدار آب لازم در مخلوط، به میزان 3 کیلوگرم بر متر مکعب بتن و در جهت مناسب اصلاح می شود. مثلاً اگر درصد هوای نمومنه کمتر از درصد هوا افزایش یافته و بنابراین بتن با هوای بیشتری روان خواهد شدو بنابراین این بتن با هوای بیشتر روان تر خواهد شد و بنابراین این در یک اسلامپ ثابت، به آب کمتری نیاز خواهد بود).

به دلیل آنکه در طرح بعدی درصد هوا تغییر کند، در یک حجم ثابت از بتن تازه وزن آن تغییر می کند. بنابراین لازم است در طرح بعدی ، اصلاحی در وزن مخصوص بدست آمده در قسمت ب، به صورت زیر انجام گیرد.

با اعمال اصلاحات این مرحله طرح در ماحل قبلی طرح، طرح جدید از مخلوط بتنی فراهم می شود. پیش بینی می شود، که طرح جدید به واقعیت بسیار نزدیک باشد. بنابراین می توان آن را با اطمینان در اکثر کارهای علمی بکار می رود. معذالک اگر در پروژه خاص، دقت بسیار بالای مورد نیاز باشد، می توان جهت اطمینان کامل از نتیجه طرح ، مجدداً با ساخت نمونه آزمایشی مرحله نهم تکرار گردیده و در صورت لزوم اصلاحات جدیدی صورت گیرد.

مثال1: در یک کار بتنی مقاومت 28 روزه نمونه استوانه ای برابر یا 250 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و اسلامپ 8 تا 10 سانتی متری مورد نیاز است. دانه های شنی مورد استفاده دارای بزرگترین بعد حدود 40 میلی متر و وزن مخصوص خشک و میله خورده 1600 کیلوگرم بر متر مکعب هستند. سیمان مصرفی مورد استفاده سیمان پرتلند معمولی (تیپ اول) است. رطوبت طبیعی دانه های شنی و ماسه ای مورد استفاده به ترتیب برابر با 2 درصد و 6 درصد و مدول نرمی ماسه برابر با 2.8 اندازه گیری شده اند. با استفاده از روش وزنی و روش حجمی ACI-211 طرح مخلوط بتن را ارائه دهید.

حل: لازم است مراحل نه گانه به ترتیب انجام گیرد.

مرحله1- تعیین اسلامپ

بر اساس صورت مسئله  10-8 سانتی متر= اسلامپ

مرحله 2-انتخاب بزرگترین اندازه دانه ها

بر اساس صورت مسئله 40mm=Dmax

مرحله3- تخمین مقدار آب و هوا

با توجه به اینکه شرایط محیطی نامناسبی در صورت مسئله پیش بینی نشده، می توان از بتن بدون هوا استفاده کرد. با استفاده از جدول (3-5) و با درون یابی

مرحله4- انتخاب نسبت آب به سیمان

با استفاده از جدول (الف-4-5)

مرحله5- محاسبه مقدار سیمان

مرحله6- تخمین مقدار دانه های درشت

با استفاده از جدول (5-5) و با درون یابی

مرحله7- تعیین مقدار دانه های ریز

تا این مرحله نتایج حاصله برای روش وزنی و روش حجمی  ACI یکسان بود از این مرحله به بعد هر یک از دو روش به صورت جداگانه دنبال خواهد شد. البته در یک طرح عملی، به کار بردن یکی از دو روش وزنی یا حجمی کافی است.

الف- بر اساس روش وزنی

وزن مخصوص بتن تازه با استفاده از تجربه یا با رابطه زیر تعیین می شود:

ب- بر اساس روش حجمی

مرحله8- تصحیح به جهت رطوبت دانه ها

الف- بر اساس روش وزنی

تصحیح وزن دانه ها

• تصحیح وزن دانه ها

• تصحیح وزن آب

ب- بر اساس روش حجمی

مرحله 9- ساخت نمونه آزمایشی و انجام تصمیمات لازم

الف- بر اساس روش وزنی

معمولاً ساخت نمونه ای در حدود 20 لیتر برای انجام کلیه آزمایش ها کافی است. برای ساخت این نمونه لازم است مقدار زیر را جدا کنیم.

برای ساخت نمونه، اوزان شن، ماسه و سیمان را دقیقاً رعایت کرده و ولی مقدار آب را به صورت حدودی تعیین می کنیم. یعنی در این جا میزان دقیق آب بر اساس کنترل چشمی اسلامپ تعیین می شود. (اگر برای کنترل چشمی اسلامپ را تجربه نکرده باشیم می توان مقدار محاسبه شده آب را نیز دقیقاً رعایت کرد. طبیعتاً در این حالت خطای حل مسئله ، بیشتر خواهد شد).

فرض کنیم که در شرایط آزمایشگاهی با اضافه کردن 2.4 کیلوگرم آب، احساس شده که اسلامپ در محدوده 8 الی 10 سانتی متر نیست. بنابراین به اضافه کردن آب ادامه داده ایم تا اینکه در مجموع 2.7 کیلوگرم آب مورد مصرف قرار گرفت. حال باید نمونه روی آزمایشات لازم انجام شود. فرض کنید نتیجه حاصل از آزمایش روی نمونه به صورت زیر باشد:

ب- بر اساس روش حجمی

برای ساخت نمونه 20 لیتری به اجزا زیر نیازمندیم:

مجدداً فرض کنیم که در ساخت نمونه مقادیر شن و ماسه و سیمان را کاملاً رعایت کرده ولی آب را با کنترل چشمی اسلامپ به میزان 2.7 کیلوگرم مصرف کرده ایم.

فرض کنیم در این قسمت نیز پس از انجام آزمایش اسلامپ 5 سانتی مترو وزن مخصوص 2390 کیلوگرم بر متر مکعب بدست آمده باشد با عملیاتی مشابه با روش وزنی خواهیم داشت:

آب موجود در نمونه آزمایشی = 3.85

برای تعیین وزن ماسه لازم به روش حجمی، ابتدا بررسی می کنیم که چه حجمی از نمونه به هوا اختصاص یافته است.

حال با نوشتن رابطه حجمی در یک متر مکعب بتن خواهیم داشت:

مقادیر نهایی اجزا در یک طرح به شرح زیر خواهد بود:

واضح است که چون به روش حجمی عمل کرده ایم، جمع این اجزا لزوماً برابر با وزن مخصوص بتن تازه نخواهد بود.

مثال2

برای بتن ریزی حجیم در پایه یک پل بتنی که در معرض آب تازه با آب و هوای متغیر گرم و سرد قرار می گیرد، نیاز به بتنی با مقاومت 28 روزه فشاری ( نمونه استوایی) برابر با 210Kg/m3 داریم. موقعیت بتن ریزی، اجازه استفاده از اسلامپی در محدوده 2.5 تا 5 سانتی متر و دانه های شنی کاملاً درشت را می دهد، اما تنها دانه های شنی در دسترس و اقتصادی ، حداکثر اندازه 25 میلی متر را داراست. وزن مخصوص ظاهری خشک و میله خورده شده موجود 1520Kg/m3 است. سیمان استفاده شده، سیمان تیپ یک، رطوبت دانه های شن و ماسه به ترتیب 3 درصد و 5 درصد و مدول نرمی ماسه برابر 2.8 است. رطوبت اشباع دانه های درشت و ریز به ترتیب برابر با 0.5 درصد و 0.7 درصد برآورد شده است.  با استفاده از روش حجمی- وزنی ACI-211 طرح مخلوط بتن را انجام دهید.

حل

مرحله 1- تعین اسلامپ

بر اساس صورت مسئله از اسلامپ 2.5 تا 5 سانتی متر می شود.

مرحله2- انتخاب بزرگترین بعد دانه ها

بر اساس صورت مسئله Dmax= 25mm است.

مرحله3- تخمین مقدار آب و هوا

چون بتن تحت شرایط نا مناسبی به صورت تر و خشک شدن متوالی و یخ زدن و آب شدن قرار می گیرد، از بتن هوادار استفاده می کنیم.

با استفاده از جدول (3-5) خواهیم داشت: W=160 اگر شرایط محیطی را متوسط در نظر بگیریم، درصد هوای پیشنهادی جدول برای این بتن 4.5 درصد خواهد بود. در این مسئله ما درصد هوای مورد نیاز برای بتن هوادار را در محدوده 5درصد در نظر می گیریم. A=5%

مرحله 4- انتخاب نسب آب به سیمان

با استفاده از جدول (الف-4-5)

چون شرایط محیطی عادی نبوده و دوام بتن مورد نظر است، از جدول (ب-4-5) نیز استفاده می کنیم. مقدار حداقل از مقادیر بدست آمده برای W/C را ملاک قرار می دهیم. (یعنی 0.5= W/C)

مرحله5- محاسبه مقدار سیمان

مرحله6- تخمین مقدار دانه های درشت

مرحله7- تعیین مقدار دانه های ریز

الف- بر اساس روش وزنی

ب- بر اساس روش حجمی

مرحله8- تصحیح به جهت رطوبت دانه ها

الف- بر اساس روش وزنی

ب- بر اساس روش حجمی

مرحله 9- ساخت نمونه آزمایشی و انجام تصمیمات لازم

الف- بر اساس روش وزنی

معمولاً ساخت نمونه ای در حدود 20 لیتر برای انجام کلیه آزمایش ها کافی است. برای ساخت این نمونه لازم است مقدار زیر را جدا کنیم.

علاوه بر مصالح فوق بایستی به اندازه مناسب و بر اساس دستورالعمل ماده مضاف در دسترس، موارد هوازا به بتن اضافه کنیم. فرض کنیم که در ساخت این نمونه، مقادیر شن، ماسه سیمان و ماده مضاف را به صورت دقیق جدا نموده ولی با اضافه کردن 1.74 کیلوگرم آب، با کنترل چشمی احساس کردیم که بتن به اسلامپ در محدوده 2.5 تا 5 سانتی متر رسیده است.

حال باید روی نمونه ساخته شده، آزمایش اسلامپ، وزن مخصوص و تعیین درصد هوا صورت پذیرد. فرض کنیم نتایج این آزمایشات به شرح زیر است:

اسلامپ بدست آمده در محدوده مورد نظر قرار گرفته و بنابراین تصحیحی به جهت اسلامپ نخواهیم داشت. ولی درصد هوای بدست آمده از آزمایش، 1.5 درصد بیش از درصد هوای مورد نظر است. برای جبران این اختلاف باید در طرح بعدی از مواد مضاف هوازی کمتری استفاده شود. همچنین به جهت آنکه با رسیدن درصد هوا از 6.5 به 5، بتن تا حدودی روانی خود را از دست خواهد داد. برای ثابت ماندن اسلامپ باید مقدار آب را افزایش داد. برای اصلاح آب به جهت اختلاف درصد هوا، به صورت زیر عمل می شود:

ب- بر اساس روش حجمی

در این روش هم برای ساخت یک نمونه 20 لیتری، باید مقادیر زیر را جدا کنیم:

مجدداً فرض می کنیم که در ساخت این نمونه با کنترل چشمی اسلامپ، به جای 2Kg از 1.7Kg آب استفاده کرده باشیم. حال باید روی این نمونه آزمایشات لازم انجام گیرد. فرض کنیم که مانند روش وزنی، نتایج زیر بدست آمده باشد:

تصحیحات لازم را به صورت زیر انجام می دهیم:

در این حالت اگر حجم حقیقی اجزا را با یکدیگر جمع کنیم برابر واحد (یک متر مکعب) خواهد شد.

طرح اختلاط بتن به روش سریع ACI-211-89

روش های حجمی و وزنی در طرح مخلوط بتنی، روش های دقیقی بوده و منجر به نتایج رضایتبخشی می شوند. اما این روش ها معمولاً وقت گیر بوده و نیاز به اطلاعات مقدماتی در مورد وضعیت رطوبت و چگالی دانه ها دارند. به همین جهت ممکن است کاربرد این روش ها در مورد کارهای کوچک و کم اهمیت  چندان مناسب نباشد. آئین نامه ACI-211 برای طرح مخلوط بتنی در کارهای کوچک و و کم اهمیت، روش دیگری ارائه  می کند که ساده و کاربردی است. فقط باید به محدوده کاربرد این روش کاملاً دقت کرد. خصوصاً نباید این روش را برای کارهای بتنی که مقاومت بتن نقش تعیین کننده دارد، نظیر بتن ریزی تیر و ستون در سازه بتن آرمه ( حتی اگر کار کوچک باشد) بکار برد. محدوده مجاز برای کاربرد این روش به صورت مشخص در مواردی که اولاً حجم بتن ریزی کم بوده و ثانیاً بتن ریزی از نظر سازه ای اهمیت قابل ملاحظه ای نداشته باشد، است.

جدول (5-7) برای استفاده در این طرح سریع، تنظیم شده است. مراحل استفاده از این جدول و تعیین اوزان اجزا بتن، به صورت زیر است:

1- انتخاب بزرگترین اندازه دانه ها

در تعیین این مسئله باید به امکانات محلی و محدودیت های مربوط به حداکثر بعد دانه ها توجه کرد.

2- انتخاب نوع مخلوط و تعیین اجزا بتن

در جدول (7-5) به ازای بزرگترین بعد دانه، سه نوع مخلوط A,B,C مشخص گردیده است. در این مرحله به عنوان اولین انتخاب مخلوط B انتخاب می شود، با استفاده از جدول و بر اساس مخلوط B مقادیر سیمان، ماسه و شن مشخص می شود. مقادیری که که در جدول برای ماسه  داده شده مربوط به ماسه خشک است. اگر ماسه مصرفی مرطوب باشد، باید بر این مقادیر به میزان 30Kg و اگر ماسه کاملاً خیس باشد به میزان 60Kg اضافه شود.

3- ساخت نمونه و اصلاح نوع مخلوط

بر اساس مقادیر بدست آمده برای شن، ماسه و سیمان، یک نمونه کوچک آزمایشگاهی ساخته می شود. در ساخت این بتن آنقدر آب اضافه می شود که با یک کنترل جشمی احساس شود کارایی و اسلامپ مناسب فراهم شده است. با بررسی نمونه ساخته شده اگر قضاوت شد که مخلوط خوب و کاملاً مناسب است در طرح از همین ( مخلوط B) استفاده می شود و اگر احساس شد مخلوط ساخته شده کم ماسه یا پر ماسه باشددر طرح اصلی به ترتیب از مخلوط A یا C استفاده می گردد.

مثال 3

برای بتن ریزی در کف یک کارگاه واقع در ساحل دریا در بندعباس، مخلوط مناسبی طرح نمایید. دانه های شنی در دسترس، از نوع معدنی بوده و بزرگترین بعد 20mm را داراست. ماسه موجود مرطوب است.

حل

چون شرایط محیطی در ساحل بندرعباس مناسب نبوده و دوام بتن را به مخاطره می اندازد، از بتن هوادار استفاده می کنیم، (مشروط بر آنکه امکانات موجود اجازه استفاده از این بتن را بدهد).

با استفاده از جدول (7-5) و با نامزدن کردن مخلوط B خواهیم داشت:

مقدار تقریبی آب لازم را با در نظر گرفتن 2300Kg/m3 برای وزن مخصوص بتن تازه می توان به صورت زیر بدست آورد.

عدد بدست آمده برای مقدار آب، فقط حدود آب لازم را مشخص می کند و مقدار دقیق آن با کنترل چشمی جهت حصول روانی مناسب برای بتن تعیین می شود. فرض کنیم که برای قضاوت ظاهری بتن، ساخت یک نمونه 10 لیتری موردن نظر باشد، اجزا لازم به صورت زیر تعیین می گردد:

فرض کنیم که با اجزا فوق نمونه ای ساخته ایم و احساس گردید که بتن حاصله کم ماسه است. بنابراین در طرح بعدی باید از مخلوط A استفاده کنیم. با استفاده از جداول داریم:

توجه شود که در این روش مقاومت فشاری مورد نظر در طراحی دخالت داده نمی شود ولی اصولاً این روش طوری تنظیم شده است که یک مقاومت قابل قبول برای کارهای عادی حاصل شود.

منبع

1. کتاب تکنولوژی و طرح اختلاط بتن نویسنده (گان): دکتر داود مستوفی نژاد، انتشارات ارکان، پاییز 1382 – چاپ ششم