بتن‌های توانمند و فوق توانمند
در حال حاضر، مهندسان عمران با یک چالش
جدید در صنعت بتن مواجه هستند و آن هم افزایش نیاز به بازسازی بسیاری از سازه‌های
بتنی است که در نیمۀ دوم قرن اخیر ساخته شده‌اند. امروزه نیاز به بازسازی سازه‌های
بتنی، به‌ویژه سطوح پل‌های بتنی به یک امر اساسی و چالشی بزرگ برای آژانس‌های حمل
و نقل در جهان تبدیل شده‌است. مناسب‌ترین استراتژی برای حفظ یا بازسازی این سازه‌ها،
اغلب ارائه نوعی محافظ بصورت پوشش یا یک سد ممانعت‌کننده است.
تاکنون بیشتر تلاش مهندسان در این زمینه به طراحی زیرساخت‌های جدید معطوف بوده‌است. با این حال، پس از رونق ساخت و ساز در کشورهای توسعه یافته در چند دهۀ اخیر، تعمیر سازه‌ها به طور فزاینده‌ای ضرورت یافته است. بنابراین نگرانی‌ها در مورد مسائل زیست‌محیطی نیز رو به افزایش است. درصورتی که بتوان تعمیرات موفقیت آمیز را با صرفه‌جویی در مواد و هزینه‌ها به انجام رساند، این امر می‌تواند یک دستاورد قابل توجه برای ایجاد پایداری در صنعت بتن باشد. این مسئله همچنین می‌تواند موجب افزایش خدمات موجود برای سازه‌های بتنی با صرف کمترین مقدار از مصالح ساختمانی شود.
استفاده از بتن‌های توانمند و فوق‌توانمند در این راستا بدلیل دارا بودن ویژگی‌هایی همچون استحکام و طول‌عمر بیشتر، می‌تواند ثمربخش واقع شود. در ادامۀ این مطلب قصد داریم به معرفی بتن‌های توانمند و فوق‌توانمند پرداخته و مزایای هرکدام را در صنعت ساختمان‌سازی بطور جداگانه مورد بررسی قراردهیم.
بتن توانمند (HPC):
بتن توانمند یا بتن با کارایی بالا (HPC)، با انتخاب دقیق و مناسب اجزای تشکیل دهندۀ آن، یعنی سیمان، ماسه، شن، مواد پوزولانی مانند خاکستر بادی، دودۀ سیلیس و سرباره و همچنین افزودنی‌های شیمیایی مانند افزودنی‌های کاهندۀ آب تولید می‌شود. هرچند که بنظر می‌رسد ترکیب بتن توانمند با بتن معمولی مشابه باشند اما بتن توانمند با دارا بودن ویژگی‌هایی همچون مقاومت بالا، نفوذپذیری کم و داشتن منافذ ناپیوسته از بتن معمولی متمایز می‌شود. همچنین برای تولید و کار با بتن توانمند ممکن است به روش‌های اختلاط، قرارگیری و عمل‌آوری خاصی نیاز باشد.
معمولا چنین بتن‌هایی نسبت آب به مواد سیمانی پایینی خواهند داشت (از 0.20 تا 0.45) که اغلب از روان‌کننده‌ها درساخت آنها و دستیابی به چنین نسبتی استفاده می‌شود. بتن توانمند همواره نسبت به بتن معمولی استحکام بالاتری دارد اما استحکام همواره ویژگی مورد نظر و اصلی نیست. برای مثال بتنی که استحکام بتن معمولی اما دوام و طول عمری بسیار بیشتر و نفوذپذیری بسیار کمتری نسبت به بتن معمولی دارد نیز می‌تواند بعنوان بتن توانمند در نظر گرفته شود.
از بتن توانمند در درجۀ اول در ساخت تونل‌ها، پل‌ها و ساختمان‌های بلند به دلیل استحکام، دوام و مدول الاستیسیته بالا استفاده می‌شود. همچنین از این بتن در تعمیراتی که توسط بتن پاشنده صورت می‌پذیرد، در ساخت تیرهای بتنی، گاراژهای پارکینگ و کاربردهای کشاورزی استفاده می‌شود.
از جمله ویژگی‌های بتن توانمند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
· استحکام بالا
· استحکام اولیۀ بالا
· دارا بودن مدول الاستیسیتۀ بالا
· داشتن مقاومت سایشی بالا
· دوام و طول عمر طولانی حتی در شرایط سخت محیطی
· نفوذ و انتشارپذیری بسیار کم
· مقاومت در برابر حملۀ شیمیایی
· مقاومت بالا در برابر یخ‌زدگی
· چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه
· دارا بودن ثبات حجمی
· سهولت در قرارگیری
· تراکم بدون جداشدگی
· مهار رشد باکتری و کپک
بتن فوق‌توانمند (UHPC)
بتن فوق‌توانمند یک کامپوزیت سیمانی است که از سنگدانه‌هایی با درجۀ دانه‌بندی بهینه، نسبت آب به سیمان کمتر از 0.25 و درصد بسیار بالایی از فیبرهای تقویت کننده و ناپیوستۀ داخلی تشکیل شده‌است. همچنین این نوع از بتن دارای حداقل مقاومت فشاری 120 مگاپاسکال با دوام، شکل‌پذیری کششی و چقرمگی مشخص است.
بتن فوق توانمند (UHPC) که با عنوان بتن پودری فعال (RPC) نیز شناخته می‌شود،
معمولاً از ترکیب سیمان پرتلند، مواد مکمل سیمانی، پودرهای فعال، پودر سنگ آهک یا
کوارتز، ماسۀ ریز، کاهنده‌های آب در رنج وسیع و آب فرموله می‌شود. این ماده همچنین
می‌تواند به گونه‌ای فرموله شود که مقاومت فشاری بیش از 200 مگاپاسکال را ایجاد
کند. استفاده از مواد ریز در ماتریس این بتن یک سطح متراکم و صاف را فراهم می‌کند و
به دلیل زیبایی و توانایی که در انتقال دقیق شکل جزئیات به سطح سخت شده را دارد مورد
نظر و ارزشمند است. بدلیل وجود الیاف فلزی، مصنوعی یا آلی در این نوع بتن، مقاومت
خمشی آن تا 48 مگاپاسکال یا بیشتر نیز می‌رسد.
در سندی که انجمن جین فرانسه برای پیشنهاداتی در مورد بتن فوق توانمند منتشر کرده‌است، بتن فوق‌توانمند با ویژگی‌های زیر شناخته می‌شود:
· دارا بودن مقاومت فشاری بیش از 150 مگاپاسکال
· رفتار غیرشکننده که با الیاف تقویت‌کننده‌ی داخلی به‌دست می‌آید
· محتوی اتصال‌دهندۀ بالا توسط سنگدانه‌های خاص
بتن فوق توانمند طبقه‌بندی جدیدی از بتن است که مقاومت فشاری بالا و نفوذپذیری قابل اغماضی دارد. این نفوذناپذیری، بتن فوق توانمند را به یک محافظت‌کنندۀ عالی در برابر تغییر شکل دراثر یخ زدگی و ذوب شدن، فرسودگی، خوردگی فولاد جاسازی شده در بتن و ورود مواد شیمیایی بدرون آن تبدیل کرده‌است. این مادۀ جدید، نتیجۀ پیشرفت‌های مهم در تکنولوژی مواد سیمانی است که در دهه‌های گذشته رخ داده است، مانند توسعۀ افزودنی‌های پازولانیک و فوق روان‌کننده‌ها.
کاربردهای بتن فوق‌توانمند:
۱- سدها و بندها: این سازه‌ها در تمام طول‌عمر خود در معرض آب و عبور کشتی‌ها هستند. فرسایش ادامه‌دار در این سازه‌ها می‌تواند به طرز قابل‌توجهی پوشش محافظ اطراف میلگردهای داخل بتن را از بین برده و منجر به خوردگی و از بین‌رفتن مقاومت سازه شود. ساخت و ساز و مقاوم‌سازی توسط UHPC دوام بالا در برابر سایش و استحکام بالا در برابر ضربات کشتی ایجاد می‌کند.
۲- سازه‌های دریایی: مصالح بتنی معمولی بمنظور کاربرد در سازه‌های دریایی، از مقاومت فیزیکی و دوام شیمیایی کافی برخوردار نیستند زیرا کلریدها می‌توانند بدرون بتن نفوذ کرده و به آرماتورهای فولادی آسیب وارد کنند. خواص نفوذناپذیری منحصر به فرد UHPC در برابر کلریدها، آن را به یک راه‌حل ایده‌آل برای جلوگیری از خوردگی میلگردها و نگهداری از سازه‌های دریایی در آینده تبدیل کرده‌است.
۳- فرودگاه‌ها: چه در ساختن باندها یا سکو‌های جدید و چه در بازسازی فرودگاه‌ها، UHPC عمر سرویس‌دهی را افزایش داده و نیاز به تعمیرات و نگهداری مکرر را کاهش می‌دهد. استفاده از UHPC به بهبود مقاومت در برابر سایش، ظرفیت باربری و افزایش چرخۀ عمر کمک کرده و درعین‌حال زمان اتمام پروژه را کاهش می‌دهد.
۴- سازه‌های پارکینگی: خواه حفظ عرشه‌های
پارکینگ باشد یا مقاوم‌سازی تیرهای سه‌راهی معکوس، ویژگی‌های UHPC آن را به یک راه‌حل نوآورانه، بادوام و موثر برای افزایش عمر سازه‌های پارکینگی
تبدیل کرده‌است.
۵- تاسیسات تصفیۀ آب: تصفیه‌خانه‌ها برای جلوگیری از فرسایش در اثر وجود اسیدها، سولفات‌ها و کربنات‌ها به فناوری‌های نوآورانه بتن نیاز دارند. UHPC به دلیل نفوذناپذیری، دوام و طول‌عمر سازه‌های تصفیه‌خانه‌ای را افزایش می‌دهد.
۶- ساخت و سازهای ریلی: سازه‌های راه آهن و ریلی در بسیاری از پل‌ها نیاز به تعمیرات قابل توجه دارند. UHPC در جهت تقویت و ایجاد حفاظت در برابر خوردگی برای پل‌های راه‌آهن قدیمی از جمله تیرها، پایه‌ها و تکیه‌گاه‌های آنها ایده‌آل است. اتصالات نافرم شدۀ ریلی را نیز می‌توان توسط ریخته‌گری میدانی با UHPC جایگزین کرد تا طول عمر سازه‌های ریلی افزایش یابد.
۷- کفپوشهای صنعتی: کفپوشهای صنعتی اغلب در معرض محیط‌های خورنده، خشن و ضربات هستند. UHPC به دلیل مقاومت شیمیایی بالا و نفوذپذیری کم، یک گزینۀ عالی برای ساخت این نوع از کفپوش‌ها است. چراکه هم مقاومت شیمیایی و هم مقاومت فیزیکی آن برای انجام انواع پروژه‌های کف‌سازی صنعتی ایده‌آل است.
سبد محصولات شرکت پترونیک پلیمر غرب به‌منظور ساخت و تولید بتن‌های توانمند و فوق‌توانمند:
به‌منظور ساخت و تولید بتن‌های توانمند و فوق‌توانمند، شرکت پترونیک پلیمر غرب از جملۀ بهترین تولیدکنندگان و تامین‌کنندگان مواد شیمیایی باکیفیت در ایران، محصولات متنوعی را ارائه می‌نماید. افزودنی‌های کاهندۀ آب بتن این شرکت که بر پایۀ لیگنوسولفونات‌ها هستند مانند MLSR-N، LSR-4، LSR-25 و LSR-50 به‌منظور ساخت بتن‌هایی با مقاومت فشاری و مقاومت‌های اولیه بسیار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین شرکت پترونیک پلیمر غرب محصولاتی را برای دستیابی به نسبت آب به سیمان بسیار پایین و تسهیل جایدهی بتن نظیر POWERFLOW SD و POWERFLOW WD به مصرف‌کنندگان محترم ارائه می‌دهد.
منابع:
www.ce.memphis.edu www.eirichusa.com
digitalcommons.mtu.edu www.cement.org