بررسی ویژگی‌های مربوط به جمع‌شدگی، مقاومت و دوام فوم بتن-قسمت اول (1400/07/11)

بررسی ویژگی‌های مربوط به جمع‌شدگی، مقاومت و دوام فوم بتن-قسمت اول

از نگاه عموم یک سردرگمی خاصی در تشخیص فوم بتن با سایر مخلوط‌های مشابه مثل بتن هوادار و بتن هوادهی شده وجود دارد. فوم بتن یک مخلوط سیمانی به شکل ملات پلاستیک، با حداقل میزان حباب هوای 20 درصد حجمی است. با این حال یک تعریف ویژه که فوم بتن را از بتن هوادار و بتن هوادهی شده متمایز می‌سازد اینگونه است: سیستمی مملو از حفرات خالی منظم و نزدیک بهم که بطور قابل توجهی دانسیته و وزن المان را کاهش داده و در عین حال از آن عایقی کارآمد ساخته و مقاومت در برابرآتش را افزایش می‌دهد.

نخستین شکل فوم بتن بر پایه سیمان پرتلند در سال 1923 توسط اکسل اریکسون (Axel Eriksson) به ثبت رسید و سپس فعالیت‌های تولید تجاری در مقیاس کوچک شروع شد. والورا (Valora) در سال 1950 اولین مطالعات و بررسی‌های جامع بر روی فوم بتن را انجام داد. سپس کینیبرگ (Kinniburgh) و رودنای (Rudnai) در قالب گزارشی سیستماتیک، به ارائه ترکیبات، خواص و کاربردهای فوم بتن پرداختند. فوم بتن در آغاز به عنوان یک مصالح عایق، پایدارساز و پرکننده شناخته شد. توسعه پررونق این ماده‌ی جدید در صنعت ساخت و ساز در اواخر دهه 1970 افزایش یافت.

بررسی ویژگی‌های مربوط به جمع‌شدگی، مقاومت و دوام فوم بتن

در طی 30 سال اخیر، فوم بتن بطور وسیع برای تعمیر گودال‌ها، دیوار نگهبان، کف‌سازی سازه‌ها، عایق‌کاری، بعنوان پرکننده‌ای‌ حجیم و... مورد استفاده قرار گرفته است. اخیرا نیز از فوم بتن به عنوان عضو غیرسازه‌ای یا شبه سازه‌ای برای امور تزریق تونل‌ها و تعمیر آسیب‌ها استفاده می‌شود.

بی ترید فوم بتن به عنوان نوعی بتن مورد کابرد در امور اجرایی و ساخت و ساز، دارای ضعف‌هایی به لحاظ عملکرد مکانیکی و دوام می‌باشد. بحث پیرامون خواص و ویژگی‌های فوم بتن در این مقاله عمدتا بر اساس کاربردهایی است که در آن پتانسیل ایجاد مسائل و مشکلاتی مانند نشت آب‌های زیرزمینی، مقاومت سازه‌ای ناکافی، ترک و شکست‌های سازه‌ای، مسائل مربوط به پایداری و خوردگی، وجود دارد. در ادامه ویژگی‌هایی مانند جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن، مقاومت فشاری و دوام مورد بررسی قرار گرفته است.

جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن در فوم بتن

عدم وجود سنگدانه‌های درشت در فوم بتن، این مخلوط را 4 تا 10 برابر بیش‌تر از بتن معمولی مستعد جمع‌شدگی می‌کند. عوامل دیگری نیز وجود دارند که مستقیما بر جمع شدگی فوم بتن تاثیر می‌گذارند. از جمله این عوامل دانسیته‌ی مخلوط فوم بتن، نوع عامل کف‌زا، وجود یا عدم وجود فیلر و سایر افزودنی‌ها و میزان رطوبت محیط است. جدول زیر مقادیر مختلف جمع‌شدگی مشاهده شده در مصالح پایه سیمانی را نشان می‌دهد.

The drying shrinkage values observed in typical cement-based materials

Material

Cement paste

Cement mortar

Cement concrete

Foamed Concrete

Drying shrinkage (%)

0.15–0.3

0.08–0.2

0.06–0.09

0.15–0.35

عموما جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن با کاهش مقدار دانسیته فوم بتن کاهش خواهد یافت. در بررسی اثر عامل کف‌زا این‌گونه می‌توان گفت که اختلاف در میزان جمع‌شدگی فوم بتن‌های مختلف ناشی از ساختار ضعیف فوم بتن است. بدین تریتب که هر چقدر اتصال ساختاری ضعیف‌تر باشد، میزان جمع‌شدگی افزایش خواهد یافت. نتایج بررسی‌های جونز نشان داد که استفاده از ماسه ریز بجای خاکستر بادی میزان جمع‌شدگی فوم بتن را کاهش می‌دهد. این امر بدان سبب اتفاق میفتد که ماسه ریز یک ظرفیت فوق‌العاده‌ای برای مقاومت در برابر تغییرشکل‌های ناشی از جمع‌شدگی ایجاد می‌کند. بسیاری از یافته‌ها نشان می‌دهد که سنگدانه‌های ریز مانند سرامیک سبک، پرلیت منبسط شده، میکروسفر شیشه‌ای و عامل منبسط کننده منیزیم به همراه کاهش حجم فوم می‌توانند انقباض ناشی از خشک شدن را کاهش دهند.

گزارشات نشان می‌دهد که تکنیک اتوکلاو حدود 12 تا 50 درصد جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن را کاهش داده و منجر به بهبود مقاومت فوم بتن می‌شود. بنابراین اتوکلاو کردن گزینه ایده‌آلی جهت نگهداری قطعات ساخته شده با فوم بتن با سطح جمع شدگی و مقاومت قابل قبول می‌باشد. کنترل مقدار آب، انتخاب سیمان و عامل فوم‌زای مناسب، همچنین اصلاح مخلوط با افزودن سنگدانه‌های ریز جزو مواردی هستند که جمع شدگی را تحت تاثیر قرار می‌دهند. استفاده از الیاف نیز بطور قابل توجهی ظرفیت مقاومت در برابر جمع‌شدگی را افزایش می‌دهد. الیاف در واقع با بهبود مقاومت کششی مخلوط و جلوگیری از توسعه ترک و تغییرشکل مقطع منجر به کاهش جمع‌شدگی می‌شود. جدول زیر برخی یافته‌ها در مورد نتایج مختلف جمع‌شدگی فوم بتن را نشان می‌دهد.

بررسی ویژگی‌های مربوط به جمع‌شدگی، مقاومت و دوام فوم بتن

برخی عوامل نامطلوب مانند عمل‌آوری سریع و ضعیف، میزان آب ناکافی یا شرایط سخت و بد تولید فوم بتن ممکن است باعث تبخیر آب و نتیجتا منجر به جمع‌شدگی و ترک شود. برخی اقدامات فنی جهت بهبود این شرایط به شرح زیر است:

  • استفاده از مقدار سیمان مناسب
  • نسبت آب به سیمان پایین
  • استفاده از افزودنی‌های ضد آب
  • استفاده از توری جهت جلوگیری از ایجاد ترک