مقاله نقش افزودنی های بتن در مقاوم سازی سازه ها

اگر نخواهیم با مقاوم سازی بدینگونه که امروزه در کشورمان رایج شده برخورد کنیم،پروسه مقاوم سازی شامل دو مرحله می باشد:

مقاوم ساختن: به این معنی است که قبل ازساخت(مراحل مطالعه و طراحی)، در هنگام اجرا و همچنین پس از ساخت سازه (مراحل مراقبت و مونیتورینگ)، تمام دست اندر کاران پروژه طبق استانداردهای موجود و معتبر عمل کنند. بعنوان مثال کیفیت مواد و مصالح بکار رفته در پروژه مورد نظر دارای کیفیت مطلوب و استاندارد باشند.

و اما مقاوم سازی کردن به این معنی است که: چنانچه پس از ساخت و در مرحله مونیتورینگ بخصوص در برابر حوادثی که باید در هنگام طراحی و اجرا در نظر گرفته می شد(مانند زلزله مورد انتظار در منطقه مورد نظر) سازه عملکرد مطلوبی از خود نشان نداده و از حداکثر تغییر شکل های مجاز در استاندارد تجاوز نماید، آنگاه عملیات تقویت سازه ضروری خواهد بود.

در اینجا در مورد روش های و اینکه مقاوم ساختن بهتر است یا مقاوم سازی کردن!!! صحبتی نخواهیم کرد بلکه می خواهیم به این موضوع بپردازیم که در مقوله مذکور،بخصوص مورد دوم که تقریبا رایج ترین بحث صنعت ساختمان در کشور است، سهم مواد افزودنی چقدراست؟ و اینکه اصولا آیا مواد افزودنی هیچ نقشی در ساختمان می توانند داشته باشند؟ و اگر دارند آیا می توانند در مقابل این سوال همیشگی پیمانکاران یعنی صرفه اقتصادی توجیهی داشته باشد یا خیر؟

براستی مهندسین فعال در پروژه های عمرانی و همچنین مسئولین شرکتهای ساخت بتن(بتن آماده) توجه دارند که در حال حاضر سازه ها باید مقاوم سازی شوند نه عیار بالا سازی؟در واقع شاید بهتر باشد قانون برای مقاومت بالا،عیار سیمان بیشتر را به صورت برای مقاومت بالاتر، طرح اختلاط خوب تغییر داد.با توجه به اهمیت بحث، ابتدا استفاده از مواد افزودنی را در مقاوم سازی کردن بررسی کرده و سپس مختصری به نقش آنها در مقاوم ساختن سازه ها هم اشاره خواهیم کرد.

بطور عمده مقاوم سازی کردن یا به اختصار مقاوم سازی سازه ها به سه طریق صورت می گیرد:

کاهش بارهای وارده برسازه

وصله کردن یا به عبارتی تقویت اعضای موجود

اضافه کردن یک تعداد اعضای جدید.

در اینجا لازم است به این نکته اشاره گردد که در بحث حاضر مواد افزودنی روان کننده و فوق روان کننده مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

مواد افزودنی روان کننده و فوق روان کننده در کاهش بارهای وارده بر سازه بطور مستقیم نمی توانند نقشی داشته باشند اما بطور غیر مستقیم می توانند بدین شکل عمل کنند. چنانچه سازه با بتن بدون مواد افزودنی (بتن ساده) ساخته شود، چون مقاومت آن از بتن با ماده افزودنی (بتن مجهز)کمتر خواهد بود، لذا اندازه اعضای سازه بیشتر و بار وارده بر سازه زیادتر خواهد بود. به عبارت دیگر ساختن بتن با مقاومت بالا در شرایط یکسان با مواد افزودنی راحت تر است. کما اینکه در بسیاری موارد بخصوص هنگامیکه درصد آب به سیمان از یک مقدار اجرایی کمتر می شود، ساختن بتن اصولا غیر ممکن است. در صورتیکه با استفاده از مواد افزودنی این امر امکان پذیر می باشد.

اما نقش مواد افزودنی در روش های دوم و سوم مقاوم سازی سازه معقول تر و بطور مشهود تری قابل بررسی است. معمولا در هنگام مقاوم سازی به روش تقویت اعضای موجود، مطلوب است که از مصالحی با کیفیت بالاتر و بهتر از مصالح بکار رفته در سازه استفاده می شود که در مورد بتن، اغلب بتن با مقاومت بالا و یا بتن چگال تر مد نظر است. برای ساخت بتن با مقاومت بالا مهمترین کار، کاهش مقدار نسبت آب به سیمان تا حداقل مقدار ممکن است، اما این کار مشکلات اجرایی را در بر خواهد داشت بطوریکه یک درصد مشخص آب به سیمان اجرایی تعریف می شود(5/0 الی 55/0). مواد افزودنی حتی در نسبت های آب به سیمان کمتر از عددی که اجرایی نامیده می شود می توانند به گونه ای بتن را مجهز کنند که مشکلات اجرایی را مرتفع نمایند.

در روش سوم مقاوم سازی همانند روش قبل معمولا مطلوب این است که اعضای اضافه شده بهتر از اعضای موجود باشند لذا دوباره همانند آنچه در بالا توضیح داده شد می توان یک سازه بتنی با مقاومت بالا را اجرا کرد.

روش های مذکور به عبارتی روش های درمان سازه بیمار هستند اما همواره پیشگیری بر درمان مقدم است بعبارت دیگر بجای مقاوم سازی بعد از ساخت که بخصوص در اکثر موارد روش های اجرای خاص را می طلبد،بهتر است سازه در هنگام طراحی و ساخت، مقاوم و مجهز ساخته شود. در مورد یک سازه و یا عضو بتنی مقاومت بتن مهمترین خصوصیت آن است که تقریبا اکثر خواص دیگر بتن را می توان با آن سنجید. بنابراین بطور کلی و در اکثر موارد و نه همیشه ساخت یک بتن خوب به معنای ساخت بتن با مقاومت فشاری مطلوب است.

و همانطور که اشاره شد چنانچه ماده افزودنی در بتن استفاده گردد نگرانی دست یافتن به مقاومت مورد نظر کمتر خواهد بود.

بد نیست پس از اینکه فواید مواد افزودنی روان کننده و فوق روان کننده و همچنین مزایای استفاده از بتن مجهز بررسی شد، سوالاتی را هم که در ذهن اکثر مهندسان عمران همواره وجود دارد پاسخ داده شود. به عبارت بهتر ذهنیت موجود در صنعت ساختمان نسبت به مواد افزودنی منفی بوده و یا حداقل مثبت نیست.

اولین سوال صرفه اقتصادی است.

با این ذهنیت که اگر از مواد افزودنی استفاده کنم هزینه هر متر مکعب بتن بالا خواهد رفت. این قضیه در اکثر موارد درست نیست.بخصوص اگر در یک ساختمان بررسی شود، برای استفاده از بتن مجهز به دو صورت می توان عمل کرد:

اول اینکه استفاده از مواد افزودنی در اسلامپ ثابت باعث کاهش آب می شود، از طرفی با توجه به اینکه مقاومت بتن به نسبت آب که به سیمان بستگی دارد لذا می توان مقدار سیمان را به اندازه ای کم کرد که نسبت قبلی ثابت بماند و با استفاده از مواد افزودنی یک بتن مهربانتر ساخت که با توجه به نوع بتن و کاهش سیمان می تواند حتی باعث کاهش قیمت تمام شده بتن شود. البته با توجه به وضعیت فعلی بازار سیمان، کاهش مصرف سیمان هم می تواند یک امتیاز مثبت باشد.

دوم اینکه اکثرا در هنگام طراحی اعضای بتنی مقاومت آن به اندازه ای در نظر گرفته می شود که به راحتی می توان مقاومتی بالاتر از آنرا با ماده افزودنی گرفت. در نگاه اول هزینه اجرای سازه به علت اضافه شدن ماده افزودنی و تبدیل بتن ساده به بتن مجهز، بیشتر شده و به صورت ظاهری نا مطلوب می نماید، در صورتی که کاهش هزینه کلی اجرای سازه به علت کاهش اندازه مقاطع اعضای سازه و در نتیجه کاهش بار مرده ساختمان اصلا در نظر گرفته نمی شود.

علاوه بر دو مورد بالا شعار کاهش مصرف سیمان را نیز همگ شنیده اند!!!

پس از اینکه به این نتیجه رسیدیم که : شاید هم مواد افزودنی بد نباشد، حتما بد نیست، شاید خوب باشد،حتما خوب است و یا حتما باید استفاده شود،همانند هر کالای دیگری استفاده از نوع مناسب ماده روان کننده یا فوق روان کننده در اینجا نیز مطرح خواهد بود.

اما چرا تولید نسل های پی در پی مواد فوق روان کننده احساس شد؟ در جواب سوال می توان این گونه بیان کرد، که بتن یک موجود زنده است. لذا این موجود زنده در شرایط، مکان های مختلف و با مصالح مختلف رفتار متفاوتی از خود نشان می دهد.

بنابراین نسل اول مواد افزودنی در بسیاری مورد نتوانست باعث افزایش اسلامپ بتن تا حد مطلوب شود، حتی وقتی که حداکثر مقدار دوزاج کمتر از نسل اول، بتن قوی مذکور را تکان دهد ولی نسل دوم هم در برخی موارد نتوانست مقدار آب بتن را تا جایی که مطلوب بود، کاهش دهد. لذا نسل سوم فوق روان کننده ها بر پایه پلی نفتالین به بازار آمد.

این مواد با دوزاج تقریبی یک درصد وزن سیمان، بتنی را که اسلامپ آن حدود صفر باشد به سانتی متر و با دوزاج 5/1 درصد به حدود اسلامپ بتن می رساند. البته وقتی که مقصود، اسلامپ ثابت و کاهش آب بتن باشد، مقاومت را در بتن مذکور تا 110 کیلوگرم بر سانتی متر مربع نسبت بتن شاهد افزایش خواهد داد. نسل چهارم فوق روان کننده ها که بر پایه پلی کربوکسیلات است. بتن فوق را فقط با 5/0 درصد وزن سیمان از اسلامپ حدود صفر به بتن تبدیل می کند. در حال حاضر استفاده از فوق روان کننده های نسل اول و دوم تقریبا منسوخ شده و نسل سوم و حتی چهارم در پروژه ها استفاده می شود.

توجه به این نکته در استفاده از مواد فوق روان کننده ضروری است که:

تفاوت عملکرد فوق روان کننده ها، تفاوت قدرت آنها در کاهش آب و یا افزایش اسلامپ( و یا نگهداری اسلامپ) بتن می باشد. یعنی همانگونه که نمی توان برای طی یک مسیر مشکل از تجهیزات ابتدایی و ضعیف استفاده کرد، نمی توانید یک فوق روان ساز نسل اول، دوم و شاید سوم را برای تولید یک بتن قوی انتخاب کنید. هر چند که ممکن است بتوانید به ظاهر و در ابتدای امر با خرید محصول ارزانتر و صرفا اضافه کردن یک ماده، به عنوان فوق روان ساز در پروژه صرفه جویی کنید.

بطور کلی چهار عامل انگیزشی و امتیازی، در مصرف مواد افزودنی بتن(فوق روانساز ها)، بشرح زیر متصور می باشد:

1. افزایش روانی بتن

2. افزایش مقاومت بتن

3. کاهش نفوذپذیری و افزایش دوام بتن

4. صرفه جویی در مصرف سیمان و نهایتا تقلیل هزینه های متعلقه که هر کدام از موارد مذکور به جای خود و در زمان مناسب قابل محاسبه و وصول خواهد بود.

بدنبال اظهار مزایای مشروحه استفاده از مواد افزودنی بتن فقط یک عامل مهم و باز دارنده مصرف مواد افزودنی، بعنوان دغدغه مهم و پر اهمیت مهندسین و مصرف کنندگان،که همان تضمین کیفیت مواد افزودنی در بتن که در صد بسیار بسیار نازلی از قیمت کل سازه بتنی را شامل می شود مطرح می باشد.

چگونه به این کالا اعتماد کنیم؟ متولی تایید صلاحیت تولید کنندگان و محصولات تولید شده کیست؟

خوشبختانه هم اکنون در کشورمان استاندارد مواد افزودنی فوق روانساز موجود است و یا به عبارت بهتر همه شرکت های تولید کننده مواد افزودنی موظف شده اند که محصولات خود را به تایید اداره استاندارد برسانند و افزون بر این امر از سوی موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران نیز ورود، تولید و توزیع مواد افزودنی بتن( شامل روان کننده ها، فوق روان کننده ها و کند گیر کننده ها و مواد حباب ساز) بصورت غیر استاندارد ممنوع و عاملین به ورود، تولید و یا توزیع مواد افزودنی غیر استاندارد تهدید به تعقیب قانونی شده اند و این دغدغه استفاده از مواد غیر استاندارد با اخذ مجوز کاربرد علامت استاندارد مرتفع گردیده است