تأثیر عیار سیمان بر کیفیت بتن

تأثیر عیار سیمان بر کیفیت بتن

افزایش عیار سیمان با ثابت بودن مقدار آب بتن، موجب کاهش نسبت آب به سیمان می‌شود و تأثیر نسبت آب به سیمان بر کیفیت بتن کاملاً شناخته شده است. ‌با افزایش عیار سیمان، مقدار آب و حجم خمیر سیمان افزایش می‌یابد. ضمن بهبود کارآیی، موجب کاهش مقاومت و دوام بتن می‌شود. به هر حال کاهش عیار سیمان تا آن جا ممکن است که حجم خمیر سیمان برای ایجاد کارآیی و چسباندن سنگدانه‌ها کافی باشد. به جای مفهوم عیار سیمان، گاه نسبت سنگدانه به سیمان بکار می‌‌رود.

افزایش حجم خمیر سیمان نسبت به حداقل ممکن‌ می‌تواند به افزایش حجم حفرات منجر شود و از نظر دوام، با کاهش کیفیت همراه شود. افزایش حجم خمیر سیمان، جمع شدگی خودزا، جمع شدگی خمیری ناشی از تبخیر در بتن تازه و جمع شدگی ناشی از خشک شدگی در بتن سخت شده را به دنبال می‌آورد که موجب کاهش مقاومت و دوام بتن می‌شود. کاهش حجم خمیر سیمان تا حداقل ممکن به کاهش حجم حفرات و پیچ در پیچ شدن لوله‌های موئینه به واسطه‌‌ افزایش حجم سنگدانه منجر ‌و ثبات حجمی بیشتری حاصل، در نتیجه منجر به افزایش مقاومت و دوام می‌شود.

بدیهی است حداقل عیار سیمان و حداقل حجم خمیر سیمان تابع حداکثر اندازه سنگدانه و دانه بندی آن و سایر خصوصیات سنگدانه مانند شکل و بافت سطحی است.‌ نمی‌توان دقیقاً مقدار مشخصی را برای آن تعیین کرد به هرحال لازم است تغییراتی در آیین نامه‌ها و مشخصات فنی موجود ایجاد نمود.

خواص خمیر سیمان سخت شده

بتن، حاوی سنگدانه و خمیر سیمان است که ناحیه انتقالی نیز امروزه در فاصله سنگدانه و خمیر سیمان با ضخامت بسیار محدود وجود دارد. در واقع یک خمیر سیمان تضعیف شده و نفوذپذیرتر است. خواص خمیر سیمان به شدت تابع نسبت آب به سیمان است. در واقع میزان منافذ و حفرات موجود در خمیر سیمان را کنترل می‌کند. در یک بتن، نفوذپذیری تابع کیفیت خمیر سیمان و ‌تا حدودی کیفیت ناحیه انتقالی است. اما از آن جا که معمولاً سنگدانه باعث نشت مواد مختلف از درون بتن نمی‌شود، کیفیت خمیر سیمان و حجم آن مستقیماً بر این نشت پذیری اثر می‌گذارد و با ثابت بودن نسبت آب به سیمان، حجم خمیر سیمان کاملاً تأثیرگذار است. حفرات منافذ مورد نظر، حفرات موئینه هستند و شامل حفرات هوای ناشی از عدم تراکم کافی نیست. ضمناً حفرات ژلی به علت نفوذناپذیری مد نظر نیستند.

مقاومت بتن، مدول ارتجاعی، جذب آب، مقاومت الکتریکی و سایر ویژگی‌‌های مکانیکی، فیزیکی و دوام بتن به شدت تابع مقدار این منافذ و توزیع اندازه ‌آن‌ها هستند. با کم شدن شدید خمیر سیمان ممکن است تداخل ناحیه انتقالی پیش آید و هم چنین در صورت عدم تداخل این ناحیه‌ها، سهم این ناحیه در فضای بین سنگدانه‌ها زیاد می‌شود و کیفیت بتن دچار افت محسوس می‌شود.

علل تغییر حجم و جمع شدگی و حتی انبساط یک بتن، عمدتاً خمیر سیمان موجود در آن است. هر نوع جمع شدگی در خمیر سیمان به نحوی به جمع شدگی بتن می‌انجامد. ضمناً با افزایش حجم خمیر سیمان،‌ حجم سنگدانه کاهش و‌ حجم خمیر سیمان افزایش می‌یابد. این امر می‌تواند ترک‌های موئینه ناشی از جمع شدگی را بیشتر کند. این جمع شدگی می‌تواند از نوع خودزا و جمع شدگی خمیری ناشی از تبخیر در بتن خمیری تازه باشد، هر چند جمع شدگی خودزا می‌تواند در کنار جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن سخت شده به جمع شدگی بتن و احتمالاً ترک خوردگی بتن سخت شده بیانجامد.

همچنین‌ جمع شدگی‌های اولیه مربوط به خمیر بتن است و می‌تواند با سهولت بیشتری در بتن تازه خمیری، ترک ایجاد نماید. قید جمع شدگی، وجود سنگدانه و ویژگی‌های سطحی آن است و کاهش آن نمی‌تواند مفید باشد. بنابر این افزایش حجم خمیر سیمان و کاهش حجم سنگدانه و سطح جانبی آن به کاهش کیفیت مقاومتی و دوام ناشی از ترک‌های موئینه و غیر موئینه منجر می‌شود. بدیهی است حجم خمیر سیمان مناسب به حداکثر اندازه سنگدانه، دانه بندی آن، شکل و بافت سطحی سنگدانه‌ها مربوط می‌شود. با کاهش حداکثر اندازه سنگدانه، ریز بافت شدن دانه بندی، هم چنین تیز گوشه‌تر شدن دانه‌ها و زبرتر شدن بافت سطحی سنگدانه نیاز به حجم بیشتر خمیر وجود دارد و حداقل بهینه خمیر سیمان افزایش می‌یابد.

مطالعه نظری تأثیر عیار سیمان بر کیفیت بتن

دوام بتن معمولاً به میزان جذب آب و نفوذپذیری آن مربوط می‌شود. ‌در بیشتر مواقع افزایش جذب آب و نفوذپذیری نشانه منافذ و حفرات بیشتر است ‌و کاهش مقاومت فشاری و سایر ویژگی‌های مکانیکی را به دنبال می‌‌آورد. برای آشنایی بیشتر با مسئله، یک مثال با ۳ عیار سیمان مختلف و یک نسبت آب به سیمان ثابت ارائه می‌شود. در یک بتن عیار سیمان ‌‌۳۲۰ کیلوگرم بر مترمکعب و در بتن‌های دیگر عیار سیمان ۴۸۰ و ۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. چگالی ذرات عیار سیمان برای سهولت ۳/۲۰ و چگالی متوسط سنگدانه‌های اشباع ۲/۶۰ فرض می‌شود. درصد هوای بتن صفر است. نسبت آب به سیمان در همه بتن‌ها برابر ۰/۵۵ منظور شده است.

در این بتن‌ها کیفیت خمیر سیمان یکسان بوده زیرا نسبت آب به سیمان آن‌ها یکی است. اختلاف‌های موجود مربوط به تغییر عیار سیمان است. بدیهی است برای این که کارآیی بتن شماره ۱ را به سطح بتن شماره ۲ برسد، لازم است از مواد روان کننده استفاده شود. برای اینکه کارآیی بتن شماره ۱ مانند بتن شماره ۳ شود نیاز به مقدار قابل توجهی فوق روان کننده است.

با استفاده از روان کننده، به دلیل توزیع بهتر سیمان در بتن، بهبود کیفی حاصل می‌شود که به افزایش مجدد کیفیت کمک می‌کند‌.

بررسی تأثیر عیار سیمان بر برخی پارامترهای بتن

• افزایش عیار سیمان موجب می‌شود محیط بتن قلیایی‌تر شود. قلیایی‌تر بودن محیط در مورد واکنش زایی سنگدانه با قلیایی‌ها اثر تشدید کننده دارد و مطلوب نیست. قلیایی‌تر شدن محیط بتن باعث می‌شود این محیط دیرتر خاصیت قلیایی را از دست بدهد (مثل کربناته شدن).
• هر چند به علت نفوذپذیری بیشتر بتن از طرفی روند کربناته شدن تسریع می‌شود. قلیایی‌تر شدن محیط بتن با افزایش عیار سیمان می‌تواند آستانه شروع خوردگی میلگرد در بتن را بالاتر ببرد و میلگردها دیرتر زنگ بزند. از طرفی افزایش عیار سیمان می‌تواند نفوذپذیری یون کلرید را افزایش دهد.
• افزایش عیار سیمان موجب افزایش C3A در بتن می‌شود و می‌تواند به مقید شدن شیمیایی یون کلرید نفوذی کمک نماید و عملاً جلوی نفوذ را بگیرد.
• افزایش عیار سیمان موجب افزایش C3A می‌شود و می‌تواند بتن را در برابر تهاجم سولفات‌ها تضعیف نماید.
• ‌نباید پنداشت که با افزایش عیار سیمان و ثابت بودن نسبت آب به سیمان، همواره بهبود کیفی را شاهد خواهیم بود.
• هر چند افزایش عیار سیمان و ثابت بودن مقدار آب به کاهش نسبت آب به سیمان منجر می‌شود و افزایش کیفیت را خواهیم داشت. توصیه می‌شود کاهش نسبت آب به سیمان با کاهش آب همراه باشد نه افزایش مواد سیمانی تا بهبود مضاعفی را ایجاد کنند.
• در بتن خودتراکم به نظر می‌رسد کاهش عیار سیمان نیز باید مد نظر قرار بگیرد.
• برای حداکثر اندازه‌های کوچکتر، این حداقل می‌تواند افزایش یابد و برای حداکثر اندازه‌های بزرگتر قطعاً‌، حداقل عیار سیمان می‌تواند کاهش یابد.
• توصیه می‌شود در آیین نامه بتن ایران در مورد حداقل عیار مواد سیمانی برای مقابله با تهاجم سولفاتی تجدید نظر صورت گیرد.