بتن پیش تنیده | پیشرفت علم و تکنولوژی تمامی صنایع در سال‌های اخیر دستخوش تغییراتی بزرگی داده است، صنعت ساختمان هم از این تغییرات مستثنی نبود. در این جهت مطالعات زیادی برروی بتن بعنوان یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی برای تولید ساختمان شد. بتن پیش تنیده حاصل یکی از تحقیقات و مطالعات بوده است.
برای استعلام آنلاین قیمت بتن می‌توانید به سایت سیوان لند مراجعه کنید.
بتن پیش تنیده چیست؟
پیش تنیدگی بتن عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی در یک عضو بتنی به شکل دلخواه و به اندازه لازم، به صورتی که در اثر این تنش، مقداری از تنش‌های ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا می‌کند. هدف از پیش تنیده کردن یک عضو بتنی، محدود سازی تنش‌های کششی و ترک‌های ناشی از لنگر خمشی، تحت تاثیر بارهای وارده در آن عضو است.
تاریخچه بتن پیش تنیده
استفاده از روش بتن پیش تنیده برای اولین بار مربوط به سال 1886 میلادی توسط دانشمند اروپایی جکسون در ایالت سان فرانسیسکو مطرح شد. در آن زمان استفاده از این مصالح ساختمانی مورد پذیرش قرار نگرفت، اما با شروع جنگ جهانی و کمبود فولاد مجبور به استفاده از این فناوری جدید شدن، سپس علاقه به استفاده از این فناوری روز به روز بیشتر شد.
بتن پیش تنیده به ما کمک می‌کند تا بتوانیم یک تنش از قبل تعیین شده را در بتن ایجاد کنیم تا عضو بتواند در مقابل تنش‌های ایجاد شده ناشی از بارگذاری در هنگام برپایی ساختمان از خود مقاومت بیشتری نشان دهد. برای وارد کردن این تنش ترکیبی از حداکثر مقاومت فشاری بتن و حداکثر مقاومت فولادی در تعیین تنش مد نظر قرار می‌گیرد.
کاربرد بتن پیش تنیده
استفاده از فناوری بتن پیش تنیده بیشتر در ساخت سازه‌های پل، منابع آب، سقف‌ها و بزرگراه‌ها است. به طور کلی از بتن پیش تنیده در ساخت ستون‌ها و دیوارها استفاده نمی‌شود اما بعنوان یک روش اقتصادی برای ساخت دیوار‌های باربر دارای تنش خمشی پیشنهاد می‌شود.
استفاده از بتن‌های مسلح در دهانه‌های اجرایی تا حدود 6 متر قابل قبول است، اما در دهانه‌های بزرگتر ( حدودا 9 متر به بالا) این بتن پیش تنیده است که گزینه مناسب تری است. در یک نگاه کلی استفاده از بتن پیش تنیده بیشتر در پروژه‌های بزرگ متداول است.
ویژگی‌های بتن پیش تنیده شده
کارایی و خواص مربوط به بتن تازه برای حمل و نقل ضروری است. خواصی که کیفیت بتن سخت شده را تعیین می کند به طور کلی به سه گروه زیر تقسیم می‌شود: استحکام-قدرت، دوام، ثبات ابعادی.
خواص بتن سخت شده
استحکام مشخصه، انقباض خشک شدن، خزش، مدول الاستیسیته، نفوذپذیری و مقاومت در برابر حملات شیمیایی، خواص سخت شده و وابسته به زمان بتن است که ممکن است بر عملکرد سازه تأثیر بگذارد.
قدرت در بتن پیش تنیده
به زبان ساده، مقاومت بتن به معنای حداکثر باری است که می تواند تحمل کند. در عمل رایج، این قدرت بتن است که با ارزش ترین خاصیت آن محسوب می شود. در واقع بتن با مقاومت بالا مترادف با بتن مرغوب است. مقاومت بتن را می توان با مقاومت فشاری و مقاومت کششی تعیین کرد.
مقاومت فشاری در بتن پیش تنیده
ممکن است به عنوان حداکثر بار فشاری قابل تحمل توسط بتن در واحد سطح تعریف شود. نشان داده شده است که با مراقبت و کنترل ویژه، می توان بتن را تا 800 کیلوگرم بر سانتی متر مربع یا حتی بیشتر تحمل کرد. اما در عمل، بتن با مقاومت فشاری بین 200-500 کیلوگرم بر سانتی متر مربع را می توان به راحتی در محل ساخت و ساز معمولی ساخت. مقاومت فشاری را مقاومت خرد کردن نیز می‌گویند و با بارگذاری نمونه‌های مکعبی شکل (یا استوانه‌ای شکل، در ایالات متحده آمریکا) از بتن تعیین می‌شود. آزمایش ها در 3 روز، 7 روز و 28 روز پس از ریخته گری نمونه ها انجام می شود.
مشاهده شده است که مقاومت فشاری (خراش) بتن تحت تأثیر عوامل زیادی قرار دارد.
نوع سیمان در بتن پیش تنیده
ترکیب، کیفیت و «سن» ماده ای که در ساخت سیمان مورد استفاده قرار می گیرد و مدت زمان قابل توجهی ذخیره شده است، بتن را دارای مقاومت کمتری می کند. سیمان با نسبت‌های بالاتر سیلیکات تری کلسیم، بتن‌هایی را تولید می‌کند که حداقل در مراحل اولیه، مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهند.
به همین ترتیب، هرچه اندازه ذرات سیمان ریزتر باشد، مقاومت فشاری نهایی بالاتر است.
ماهیت مصالح در بتن پیش تنیده
ماسه و سنگدانه های درشت دو جزء اساسی دیگر بتن را تشکیل می دهند. پیوند خوب بین سیمان و سنگدانه ها تنها زمانی امکان پذیر است که سنگدانه ها لبه های تیز، سطوح تمیز و بافت خشن داشته باشند. سنگدانه های صاف و گرد منجر به پیوندهای نسبتاً ضعیف می شوند. به طور مشابه، سنگدانه های مورد استفاده در ساخت بتن باید به خودی خود دارای مقاومت فشاری خوبی باشند.
به عنوان مثال، اگر از گچ (سنگ آهک بسیار نرم) در ساخت بتن به جای سنگ آهک عظیم استفاده شود، بتن حاصل به دلیل کاهش مقاومت سنگدانه، از نظر مقاومت فشاری ضعیف خواهد بود.
برای مطالعه بیشتر درباره سنگ ساختمانی می‌توانید به مقاله آن مراجعه کنید.
نسبت آب به سیمان
مقاومت فشاری به طور کلی با افزایش نسبت آب سیمان کاهش می یابد. از این رو، زمانی که حداقل آب فقط برای اطمینان از هیدراتاسیون کامل سیمان استفاده شده باشد، بتن حاصل حداکثر مقاومت فشاری را در تراکم مناسب خواهد داشت.
شرایط عمل‌آوری
برای به دست آوردن حداکثر مقاومت فشاری، عمل آوری مناسب بتن پس از تخمگذار اهمیت زیادی دارد. عمل آوری ناقص و خشک شدن متناوب بتن در طول دوره عمل آوری ممکن است باعث کاهش مقاومت فشاری تا 40 درصد یا حتی بیشتر شود.
شرایط آب و هوایی
بتن مشابهی که در آب و هوای مختلف قرار می گیرد – بسیار سرد و خشک گرم، ممکن است مقادیر مقاومت متفاوتی ایجاد کند. علت آن مربوط به هیدراتاسیون ناقص سیمان در بتن است.
مواد افزودنی
مواد افزودنی خاصی در مرحله اختلاط برای دستیابی به اهداف خاصی به بتن اضافه می شود. مشاهده شده است که برخی از مواد افزودنی به ویژه کلرید کلسیم، مقاومت فشاری را افزایش می دهند. با این حال، برخی از افزودنی‌های دیگر (مثلاً عوامل حباب‌کننده هوا) بر استحکام فشاری تأثیر منفی می‌گذارند، اگر کنترل‌های مناسب روی نسبت آب به سیمان انجام نشود.
شیوه آماده سازی
اختلاط نامناسب بتن و حمل و جابجایی بی‌دقت ممکن است علیرغم بهترین سیمان و سنگدانه‌های بکار رفته در آن، منجر به کیفیت پایین (در مقاومت) شود. این طرز کار است که کیفیت کار بتنی را در تحلیل نهایی تعیین می کند. یک کارگر ماهر می تواند بهترین مخلوط بتن را با وجود برخی کمبودهای دیگر تولید کند.
با این حال، یک کارگر بی‌کفایت ممکن است علیرغم اینکه بهترین طراحی مخلوط بتن به او داده می‌شود، کل کار را خراب کند. فضاهای خالی باقی مانده در بتن در هنگام تراکم و عمل آوری تأثیر عمیقی بر مقاومت بتن دارد.
مقاومت کششی
بتن ساده (بدون آرماتور فولادی) از نظر مقاومت کششی بسیار ضعیف است که ممکن است از 1/8 تا 1/20 مقاومت فشاری نهایی متغیر باشد.
اساساً به همین دلیل است که میلگردهای فولادی (تقویت کننده) در مرحله تخمگذار به بتن وارد می شوند تا یک بلوک از بتن سیمانی مسلح به دست آید که در فشار و همچنین کشش بسیار قوی است. در بتن ساده، مقاومت کششی تا حد زیادی به همان عوامل مقاومت فشاری بستگی دارد.
مقاومت کششی بتن زمانی که بتن در جاده سازی و باند فرودگاه مورد استفاده قرار می گیرد به یک ویژگی با ارزش تبدیل می شود. با استفاده از روش های غیر مستقیم تعیین می شود. در یکی از این روش ها از آزمون مقاومت خمشی استنباط می شود. در این آزمایش یک تیر بتن در ابعاد استاندارد بسته به اندازه اسمی سنگدانه ریخته می شود.
سپس پرتو پس از 28 روز به درستی پخت و آزمایش می‌شود. در روش غیرمستقیم دوم که روش شکاف سیلندر نامیده می شود، استوانه با ابعاد مشخص شده تحت کشش با اعمال بار فشاری بر روی قطر، از کار می افتد. این به عنوان مقاومت کششی تقسیم نامیده می‌شود.
دستگاه تست برای توزیع بار در کل طول سیلندر تنظیم شده است. از بار در هنگام شکست، استحکام کششی محاسبه می شود.
ماندگاری
دوام دومین کیفیت مهم بتن سخت شده است. ممکن است به عنوان ظرفیت بتن سخت شده برای مقاومت در برابر تمام نیروهای زوال که احتمالاً پس از گیرش در یک محیط معین بر آن وارد می شود، تعریف شود. در میان این نیروها، نیروهای زیر احتمال بیشتری برای اقدام دارند.
عمل فراست،نیروهای ساینده،عمل شیمیایی،واکنش قلیایی – سنگدانه.
یخ‌زدگی
یخبندان عامل اصلی تخریب بتن در اقلیم های سرد است. این به دلیل یخ زدن یا آب در منافذ و حفره های بتن در هوای بسیار سرد رخ می‌دهد.
آب در هنگام انجماد منبسط می شود و به دیواره منافذ فشار وارد می کند. این انجماد چرخه ای آب در منافذ باعث ایجاد ترک هایی با ماهیت های مختلف در بتن می شود. برای به حداقل رساندن یخبندان اقدامات زیر باید انجام شود:
در هوای سرد نسبت آب به سیمان باید تا حد امکان پایین باشد. این اجازه نمی دهد که آب اضافی در منافذ بتن باقی بماند. از این رو تشکیل یخبندان رخ نخواهد داد. از روش های زهکشی و پوششی مناسب برای حذف هر گونه آب سطحی از ماندن روی بتن در طول فرآیند پخت استفاده کنید.
حمله شیمیایی
بتن به درجات مختلف توسط اسیدهای قلیایی و محلول های نمکی حمله می کند. از میان اسیدها، اسید کلریدریک، سولفوریک، نیتریک و هیدروفلوریک اسید، اسید استیک، اسید لاکتیک و اسید فرمیک برای بتن بسیار مضر هستند. منابع این اسیدها می تواند از داخل یا خارج از محیطی باشد که بتن در آن استفاده شده است. بنابراین، اسید کلریدریک و اسید سولفوریک ممکن است در فاضلاب صنعتی و خانگی وجود داشته باشد.
آنها به تدریج اجزای هیدروکسید کلسیم بتن مورد استفاده برای دفع فاضلاب را از بین می برند. اسیدهای دیگر ممکن است به بتن مورد استفاده در ساختمان های صنعتی اسیدها حمله کنند. اسیدهای آلی در کارخانه های فرآوری مواد غذایی و مزارع لبنیات رایج هستند. بتن مورد استفاده در این ساختمان ها به تدریج از این اسیدها با سرعت بالایی از بین می رود.
واکنش قلیایی
هیدروکسیدهای سدیم و پتاسیم سیمان قابلیت واکنش با سیلیس را دارند. از آنجایی که سیلیس آمورف جزء مشترک بسیاری از سنگدانه های درشت است، چنین واکنش قلیایی-دانه ای ممکن است اثرات مضری روی بتن سیمانی ایجاد کند.
این به این دلیل است که ساختارهای سیلیکات ژل مانند تولید شده توسط واکنش فوق کاملاً ضعیف و ناپایدار هستند و باعث انبساط بیشتر می شوند. اینها ممکن است علت ترک های مکرر در برخی از بتن ها باشند. برای جلوگیری از این واکنش، یا درصد قلیایی (K2O و Na20) باید در سیمان پرتلند بسیار پایین نگه داشته شود یا باید دقت زیادی در انتخاب سنگدانه های عاری از عقیق سیلیسی مانند آمورف، چرت، کریستوبالیت و غیره داشت.
ثبات ناپذیر
تا حدی در نتیجه کرنش الاستیک (که با برداشتن بار بازیابی می شود)، تا حدی در نتیجه کرنش پلاستیک (تغییر شکل دائمی).
این تغییر شکل غیرالاستیک وابسته به زمان اخیر یک ویژگی معمولی بتن است و معمولاً به عنوان CREEP شناخته می شود.
از علل مختلف خزش می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- بستن سازه های خالی بتن در اثر اعمال بار.
- فشار دادن آب از داخل ژل سیمان هنگام بارگیری بتن،
- جریان خمیر سیمان-آب در حالت چسبناک که باعث انقباض دائمی تحت بار می شود.
- تنظیم مجدد سنگدانه ها تحت بار.
اعتقاد بر این است که نسبت مخلوط و نوع سیمان مورد استفاده در بتن تأثیر عمیقی بر میزان خزش دارد. مخلوط های بتنی با نسبت آب به سیمان بالاتر نیز میزان خزش بیشتری را نشان خواهند داد. تصور می شود که خزش در برخی موارد مفید و در موارد دیگر مضر است:
در بتن مسلح به انتقال تنش ها به آرماتور کمک می کند و در نتیجه احتمال شکست را با تمرکز تنش کاهش می دهد.
انقباض
بتن سخت شده در سه نوع انقباض قرار می گیرد که از نظر پایداری ابعادی آن حائز اهمیت است:
- جمع شدگی پلاستیک.
- انقباض خشک شدن.
- انقباض حرارتی.
انقباض پلاستیک
این انقباض است که بتن تازه به طور کامل متحمل می‌شود . همچنین می‌توان آن را انقباض اولیه نامید . چنین تغییر حجمی ناشی از از دست دادن آب از بتن تازه به علت تبخیر , خونریزی , نشت و غوطه‌وری در قالب قالب‌بندی است. انقباض بیش از حد در مراحل ابتدایی ممکن است ترک‌خوردگی وسیعی را در بتون روی محیط ایجاد کند . بنابراین برای جلوگیری از اتلاف بیش از حد آب به دلیل تبخیر باید اقدامات احتیاطی صورت گیرد.
انقباض خشک شدن
از آنجایی که بتن کاملاً گیر کرده و سخت می شود، ممکن است به دلیل انقباض ساختار ژل به دلیل از دست دادن بیشتر رطوبت یا خشک شدن (در مقابل اصطلاح تبخیر که در انقباض نوع اول استفاده می شود) مقداری انقباض بیشتر ایجاد شود. این نوع انقباض عملاً یک خاصیت ضروری و غیر قابل برگشت بتن است. برای جلوگیری از اثرات نامطلوب آن (ترک خوردن بتن سخت شده) باید با طراحی دقیق آرماتور مقابله کرد.
انقباض حرارتی
این ممکن است به دلیل کاهش دمای بتن از زمان گذاشتن تا زمان گیرش کامل باشد. بنابراین، هنگامی که بتن در دمای 30 درجه سانتیگراد به دمای 15-18 درجه سانتیگراد خنک می شود، ممکن است مقداری انقباض وجود داشته باشد. ممکن است به حساب خود ناچیز باشد.
گسترش
بتن ممکن است در هنگام سخت شدن به دو دلیل زیر منبسط شود:
انبساط حرارتی: در کارهای انبوه بتن، زمانی که لایه های بالایی قبل از اینکه لایه های زیرین کاملاً گیر کنند، قرار می گیرند، می تواند پدیده انبساط حرارتی در لایه های زیرین ایجاد شود. این به این دلیل است که گرمای هیدراتاسیون در آن لایه‌ها انباشته می‌شود و ممکن است به مقادیری فراتر از حد مجاز برسد.
واکنش های شیمیایی: واکنش های قلیایی-دانه ها باعث انبساط مشخص در بتن می شوند. واکنش بین سیلیس آمورف سنگدانه ها و اکسیدهای پتاسیم و سدیم – از سیمان مورد استفاده در سنگدانه ها ساختارهای کریستالی با حجم بیشتری را به وجود می آورد. این تغییر مضر است زیرا این ساختارهای ژل به اندازه ساختارهای ایجاد شده در واکنش بین اکسید کلسیم و سیلیس پایدار و قوی نیستند. آنها عامل ترک خوردگی و زوال سریعتر بتن سخت شده می شوند.
نتیجه گیری
بتن پیش تنیده یکی از فناوری‌هایی که در جهت افزایش مقاومت به وجود آمده است، همانطور که در مقاله اشاره کردیم استفاده از فناوری بتن پیش تنیده بیشتر مربوط به پروژه‌های بزرگ مانند پروژه‌های پل سازی است. همچنین در مقاله به صورت مفصل درباره ویژگی‌هایی این بتن صحبت کردیم.
