بتن خود تراکم؛ هر آنچه باید درباره بتن SCC بدانید!

بتن خودتراکم (Self Consolidating Concrete) بتنی ویژه است که از مواد پودری، اصلاح‌کننده گرانروی یا ترکیبی از هر دو تولید شده و با سه ویژگی کیفی قابلیت پرکنندگی، توانایی عبور و مقاومت در برابر جداشدگی، به‌عنوان بتن پرمقاومت شناخته می‌شود. برای آشنایی با سیر شروع نیاز بشر به این بتن توانمند، مزایا و محدویت‌ها، انواع و صرفه اقتصادی آن نسبت به بتن معمولی تا انتها همراه ما باشید.

تاریخچه بتن خودتراکم

در سال‌های بعد از 1983 میلادی که کشور ژاپن با مشکل دوام سازه‌های بتنی، کاهش تدریجی کارگران ماهر در صنعت ساخت و افزایش هزینه دستمزد کارگران حرفه‌ای روبرو شد، زمینه تحقیقات درباره ساخت بتن SCC کلید خورد؛ ‌طوری‌که در سال 1988 اولین نمونه بتن خودتراکم تحت عنوان بتن توانمند (High-performance) و بتن فوق کارا (Super-workable) تهیه شد.

ژاپن به‌عنوان مهد تولید ایده‌ها، تحقیقات لازم در زمینه ساخت بهتر بتن SCC را در طول سال‌های 1989 تا 1991 با نگاهی اصولی به ساخت بتنی با خواص قابلیت پرکنندگی، جاری شدن و مقاومت در برابر جداشدگی، به‌شکل جدی دنبال کرد.

این روند ادامه داشت تا اینکه در سال 1995، اولین مقاله‌ها درباره استفاده واقعی از SCC تحت عنوان بتن خودتراکم منتشر و کارگاه تخصصی ساخت این نوع از بتن تازه در سال 1998 در دانشگاه Kochi ژاپن برگزار شد و در نهایت، اولین دستورالعمل برای کاربرد بتن SCC توسط انجمن عمران ژاپن JSCE در 1999 منتشر گشت.

اما در سال 1993، سوئد به‌عنوان اولین کشور اروپایی، علاوه‌بر آغاز تحقیقات گسترده روی توسعه بتن SCC تحت عنوان پروژه Brite-Euram در نروژ، پروژه CBI را با همکاری سازمان راه‌سازی سوئد برای ساخت اولین پل بتنی SCC در خارج از ژاپن شروع کرد. با اتمام پروژه CBI در سال 1998 گزارش‌ها نشان داد استفاده از بتن SCC علاوه‌بر دوام و مقاومت بهتر با کاهش 10% هزینه‌ها همراه بوده است.

بر همین اساس اولین سمینار SCC توسط RILEM در سوئد در سال 1999 برگزار شد؛ سمیناری که باعث شکل‌گیری موجی قوی از فعالیت‌های عمرانی واقعی و تحقیقات گسترده روی بتن خودتراکم در کشورهای اروپایی شد و در نهایت، در سال 2005 منجر به تدوین آیین‌نامه‌ اروپایی بتن خودتراکم به همت 5 موسسه‌ی ERMCO، EFNARC، EFCA، CEMBUREAU و bibm گشت.

آمریکای شمالی، اولین بخش از آمریکا بود که از سال 2000 پژوهش‌های گسترده و متعددی را در دانشگاه Sherbrooke و Laval آغاز کرد و در راستای این امر، سازمان‌های ACI، ASTM و PCI شکل گرفتند.

اما در ایران، اوضاع کمی متفاوت بود؛ در سال‌های ابتدایی رشد بتن scc، استفاده از این بتن به‌دلیل هزینه بالای مواد افزودنی و عدم دانش فنی در طراحی و اجرا، محدود به پروژه‌های خاصی بود که در آن‌ها تراکم بالای میلگرد وجود داشت. اما در سال‌های اخیر، با توسعه و توانمندی فنی مهندسان و دسترسی بهتر به مواد افزودنی، استفاده از بتن SCC در پروژه‌های مختلف و پیچیده عمرانی رشد فزاینده‌ای داشت.

در جدول زیر با نگاهی تکمیلی به شما خواهیم گفت هر کشور، چه نقشی در رشد و گسترش بتن scc داشته و در این مسیر با چه چالش‌هایی روبه‌رو شده است:

مزایا و معایب بتن خودتراکم

بتن خودمتراکم مانند هر ماده‌ی دیگری مزایا و معایب خاص خود را دارد که در ذیل به تفصیل با آن‌ها آشنا خواهیم شد:

مزایای بتن خودمتراکم

• کاهش زمان و هزینه‌های اجرا: بتن‌ خودمتراکم با انعطاف پذیری بالا برای جاری شدن در قالب، حذف مرحله تعمیر، پرداخت و عدم نیاز به تجهیزات و نیروی کار تخصصی برای استفاده از لرزاننده‌ها، منجربه کاهش هزینه‌های اجرا و زمان می‌شود.
• عدم نیاز به پرداخت سطح: بتن SCC، با ایجاد سطحی صاف و یکنواخت، حفره‌ها و ناهمواری‌های سطحی را به حداقل رسانده و نیاز به ماله زنی و پرداخت سطح را کاهش می‌دهد.
• قابل استفاده در سازه‌های بتنی معماری یا هنری پیچیده: روانی بالای SCC، آن را به بتنی مناسب برای استفاده در قالب‌هایی با طراحی پیچیده و جزئیات زیاد، مانند پل‌ها با دهانه‌های بزرگ و فضاهای تنگ با میلگردهای متراکم بدل کرده است.
• کاهش آلودگی صوتی: به‌کارگیری بتن خودتراکم، نیاز به متراکم‌کننده‌ها (لرزاننده‌ها) را در محیط کارگاه حذف می‌کند.
• افزایش ایمنی کارگران: کاهش نیاز به کار در فضاهای تنگ و پرتنش برای لرزاندن بتن، ایمنی کارگران را بهبود می‌بخشد.

معایب بتن خودمتراکم (SCC)

• افزایش هزینه: تولید هر متر مکعب بتن خودتراکم، بسته به نوع و کیفیت مصالح اولیه و افزودنی‌هایی مانند فوق روان‌کننده‌ها و مواد پایدارکننده متفاوت است و از طرفی، افزایش احتمالی فشار هیدرواستاتیکی بر قالب‌ها با افزایش هزینه قالب‌ها همراه خواهد بود.
• نیاز به منابع انسانی متخصص: انتخاب نوع مصالح اولیه، طرح اختلاط، انجام آزمایش‌ها و حتی پروسه اجرای بتن scc، نیازمند افرادی با دانش فنی بالاست.
• وابستگی به کیفیت مواد اولیه: کوچک‌ترین تغییر در نوع و مقدار مواد مصرفی یا حضور هرگونه ناخالصی، می‌تواند باعث بروز تغییرات عمده‌ در خواص بتن تازه یا سخت‌شده شود.
• افزایش الزامات کنترل کیفیت: ارزیابی خواص SCC در حالت تازه، نیازمند آزمایش‌های تخصصی و دقیق است.

انواع بتن خودتراکم

بتن‌های SCC از نظر ساختار و ترکیب اجزا به چند گروه‌ اصلی تقسیم می‌شوند:

• بتن خودتراکم پودری (Powder Type SCC): این دسته از بتن‌ها حاوی مواد پودری با ذرات کوچک‌تر از 125 میکرومتر (در ایران کوچک‌تر از 150 میکرومتر که به آن فیلر هم گفته می‌شود) بوده و برای افزیش میزان ویسکوزیته، چسبندگی و نهایتاً مقاومت در مقابل جداشدگی استفاده می‌شوند. مواد پودری مورد استفاده در این بتن‌ها، شامل سیمان، سرباره‌ها، انواع پوزولان‌های طبیعی و غیرطبیعی و پودر سنگ آهک است.
• بتن‌های خودتراکم حاوی مواد اصلاح‌کننده گرانروی (Viscosity agent type SCC): در این نوع بتن‌ها برای حفظ مقاومت و پایداری مخلوط در برابر جداشدگی سنگدانه‌ها، در زمان جریان بتن از مواد افزودنی شیمیایی اصلاح‌کننده گرانروی (VMA) استفاده می‌شود.
• بتن‌های ترکیبی (Combination type): در ترکیب این بتن، از پودر و مواد اصلاح‌کننده گرانروی برای افزایش مقاومت در مقابل جداشدگی استفاده می‌شود. این دسته از بتن‌ها به‌دلیل صرفه‌جویی در مصرف سیمان و حفظ مقاومت مکانیکی مطلوب، مورد توجه بسیاری از متخصصان این حوزه هستند.

در جدول زیر مقدار کل مواد پودری مورد استفاده در انواع بتن خودتراکم آمده است:

مقدار کل مواد پودری در انواع بتن خودتراکم

خواص بتن خودتراکم تازه

قابلیت پرکنندگی، قابلیت عبور و مقاومت در برابر جداشدگی، سه فاکتور اصلی متمایزکننده بتن خودتراکم از بتن معمولی هستند که علاوه‌بر تاثیر بر رفتار رئولوژیک بتن تازه بر خواص و دوام بتن سخت‌شده نیز تاثیر مستقیم دارند.

• قابلیت پُرکنندگی (Filling ability): SCC باید بتواند بدون اعمال لرزش و تحت‌تأثیر نیروی وزن خود، قالب‌ها و اطراف میلگردها را به‌طور کامل پر کند.
• توانایی عبور (Passing Ability): بتن خودتراکم باید بتواند بدون جداشدگی و انسداد ناشی از قفل و بسته شدن ذرات سنگدانه از میان موانع مختلف، مانند مقاطع نازک، قالب‌ها و میلگردهای با فاصله کم عبور کند.
• مقاومت در برابر جدا شدن (Segregation resistance): بتن SCC، باید بتواند در حین جریان و پر شدن قالب، ساختار همگن خود را حفظ ‌کند.

با اینکه عوامل کارایی بتن خودتراکم در این سه فاکتور اصلی خلاصه شده است، اما عواملی متعددی باعث ناپایداری بتن خودتراکم می‌شود که کاملاً بسته به خصوصیات مصالح اولیه، طرح اختلاط و… است. در مقاله پارامترهای کارایی بتن خودتراکم، بیشتر با عوامل کارایی و مشکلات بتن خودتراکم ناشی از طرح اختلاط و… آشنا خواهید شد.

توجیه اقتصادی

بررسی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد استفاده از بتن خودتراکم (SCC) نسبت به بتن معمولی هم‌رده مقاومتی، معمولاً کم‌هزینه‌تر است. این موضوع علاوه‌بر کاهش هزینه ساخت، با کاهش زمان اجرا، بهبود کیفیت خواص مکانیکی و در نتیجه، کاهش هزینه‌های اجرا و بهره‌برداری همراه می‌شود. در ادامه، پارامترهای مؤثر بر هزینه‌ها را دقیق‌تر بررسی خواهیم کرد.

هزینه‌های تولید و اجرا

• هزینه مواد اولیه (مصالح): در ایران، ساخت بتن خودتراکم به روش پودری، به‌طور متوسط ۱۲ تا ۱۸ درصد گران‌تر از بتن معمولی با همان مقاومت تمام می‌شود؛ البته این اختلاف هزینه به این صورت تغییر می‌کند که هرچه مقاومت بتن خودتراکم بالاتر باشد، افزایش هزینه نسبت به بتن معمولی کمتر و هرچه مقاومت آن پایین‌تر باشد، این افزایش هزینه بیشتر خواهد بود.
  • هزینه‌های غیرمستقیم تولید و جای‌دهی: مدت زمان اختلاط بتن‌های خودتراکم، به‌دلیل نیاز به اختلاط مناسب و ایجاد یکنواختی کامل، بیشتر از بتن‌های معمولی است؛ درحالی‌که زمان تخلیه (توقف در تراک میکسر) و پمپ آن به‌دلیل همگنی، روانی و انسجام بیشتر کاهش پیدا می‌کند.
  • هزینه‌های اجرایی:
    • هزینه پرداخت: عدم نیاز به مرحله تراکم، باعث حذف نیروی انسانی متراکم‌کننده و اجاره یا استهلاک دستگاه لرزاننده می‌شود. از طرفی سهولت در پرداخت سطح بتن، منجربه کاهش هزینه‌های پرداخت سطح بتن می‌گردد.
    • هزینه قالب‌بندی: هزینه‌های قالب‌بندی در بتن‌های خودتراکم به‌دلیل نیاز به قالب‌هایی با حداقل درز و بهترین مقدار آب‌بندی برای جلوگیری از خروج شیره بتن از آن و فشار بیشتر بتن خودتراکم نسبت به بتن معمولی با افزایش همراه است.
    • هزینه درزهای اجرایی: هزینه‌های مربوط به تعبیه درزهای سرد، مانند هزینه‌های میلگرد انتظار و… در بتن‌های خودتراکم به‌دلیل افزایش سرعت اجرا و کاهش تعداد درزهای اجرایی (سرد) نسبت به بتن‌های معمولی با کاهش همراه است.
  • هزینه کنترل کیفیت و نظارت: معمولاً هزینه‌های مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی، آموزش کارکنان و نظارت و نمونه‌برداری از بتن‌های خودتراکم، نسبت به بتن‌های معمولی بیشتر است.

هزینه‌های زمان

استفاده از بتن خودتراکم جز افزایش زمان اختلاط هر پیمانه، در موارد دیگر مانند حمل، ریختن، تراکم و صاف کردن سطح بتن با کاهش هزینه‌های زمانی روبرو است. البته این کاهش هزینه‌ها بسته به هزینه نیروی متخصص، فنی و کارگری و هزینه ابزارها و ماشین‌آلات مورد استفاده در کشورهای مختلف با هم متفاوت است.

هزینه‌های کیفیت

بر اساس تحقیقات انجام شده، دوام بتن‌های خودتراکم در اکثر موارد نسبت به بتن معمولی هم رده مقاومتی بالاتر بوده که این منجر به افزایش عمر مفید سازه و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود. از سوی دیگر تنها از بتن خودتراکم می‌توان برای بتن‌ریزی در مقاطع کوچک، مقاطع با حجم بالای آرماتور یا سازه‌هایی با نمای بسیار خوب استفاده کرد.

با توجه به بررسی‌های انجام شده می‌توان نتیجه گرفت، اگرچه هزینه‌های اولیه تولید بتن‌های خودتراکم حدود 15% بیشتر از بتن‌های هم‌رده خود است، اما هزینه‌های ناشی از افزایش سرعت اجرا، حذف لرزاننده‌ها، بهبود کیفیت، حمل‌ونقل، نگهداری و…، کمتر از بتن‌های معمولی هم رده است و این به‌معنای کاهش هزینه‌های نهایی بتن‌های خودتراکم خواهد بود.

سخن پایانی

بتن خود متراکم محصولی نوآورانه است که توانسته با افزایش کیفیت ساخت، زمان اجرای پروژه‌ها را کاهش دهد و با طرح اختلاط مناسب، هزینه‌های مرتبط با ویبره زدن و تعمیرات احتمالی را به حداقل برساند.

اما لازمه ساخت این بتن توانمند، استفاده از افزودنی‌های مناسب بتن است؛ افزودنی‌هایی با کارکردهای فنی متفاوت که بتواند تاثیر مثبتی روی خواص و کارایی بتن تازه خود متراکم داشته باشد. شرکت صنایع شیمی ساختمان رامکا به‌عنوان برترین تولیدکننده افزودنی‌های بتن، مسیر خرید افزودنی بتن با قیمت‌های رقابتی را هموار کرده است؛ البته داشتن اطلاعات کافی در انتخاب و خرید افزودنی‌های بتن، مزیت رقابتی شما خواهد بود. از این رو پیشنهاد می‌کنیم به جای توجه صرف به کاتالوگ محصولات، در مینی دوره رایگان آشنایی با افزودنی‌های بتن شرکت کنید و دانش فنی خود را بالا ببرید.