سازه------((مهندسی عمران))

مدیریت حفاظت بتن


علیرغم اینکه مدت نسبتا؛ زیادی از پیرایش بتن نمی گذرد ( حدود 125 سال ) شناخت علل فساد در پروسه ی تحقیقات میدانی و جلوگیری از بروز آن ‏‏، مقاومت زیاد ، استحکام و شکل پذیری بتن استفاده از این ماتریال را با استقبال روز افزونی مواجه ساخته است . با توجه به گستردگی استفاده از بتن نتایج بهره وری از آن همواره رضایت بخش نبوده و در پاره ای از موارد مسائل و مشکلاتی بوجود آورده است . در سازه های بتونی ا«ن پرسش مطرح است که آیا بتن با ترکیبات اولیه ی خویش به تنهایی توانسته است در شرایط زمانی و مکانی مختلف عملکرد بهینه ای داشته باشد ؟ متأسفانه بررسی ها و تحقیقات انجام شده در این زمینه ، پاسخ منفی را بدست می دهد .

مقاله ی حاضر بر اساس تحقیقات میدانی انجام شده در زمینه ی شناخت علل فساد بتن در استان هرمزگان تهیه گردیده است .

فساد پذیری سازه های بتونی که کاهش دوام سازه یی رع به همراه دارد ، اسباب نگرانی سازه های مهمی چون مجتمع بندری شهید رجائی ، سد میناب ، خط انتقال آب میناب – بندر عباس و دهها پروژه ی دیگر را فراهم ساخته است .

شناخت علل فساد بتن در پروسه ی تحقیقات میدانی و جلوگیری از بروز آن در قالب طرح مدیریت حفاظت بتن ، جمع بندی و ارائه گردیده است . لذا لازم است که قبل از ورود به بحث اصلی به تبیین اصطلاحات ویژه ای بپردازیم که کرارا؛ از آن استفاده خواهد شد .

امروزه با عاریه گرفتن اصطلاح خوردگی از بخش متالوژی عنوان ؛ خوردگی بتن ؛ ابداع شده است . در حالی که واژه خوردگی تعریف روشنی از چگونگی بروز فعل و انفعالاتی که تخریب زودرس بتن را بهمراه داردئ به دست نمی دهد .
ازدیاد حجم فولاد درون سازه بتونی بر اثر واکنش های شیمیایی / الکتروشیمیایی ، سبب افزایش فشار درون بتن گردیده که نهایتا“ فرایند تخریب بتن را بهمراه دارد . در این مقطع ترمیم بتن مطلقا“ امکان پذیر نبوده و یا انجحام آن با هزینه های گزافی همراه است .

شباهت این فرایند در بتن با بیماری مهلک سرطان عنوان سرطان بتن ( Concrete Cancer ) را مطرح نموده است . اما از ؟آنجا که فرایند تخریب بتونهای غیر مسلح به ژگونه دیگری است ، واژه فساد بتن را برای تبیین امری که تخریب بتونهای مسلح و غیر مسلح را بهمراه دارد مناسب تر یافته ایم .

1- مدیریت حفاظت بتن

مدیریت حفاظت بتن در بر گیرنده تمامی موارد فنی و اجرائی در حد جزئیات است که طرح ، اجرا و بهره برداری از سازه های بتنی را در بر می گیرد .

کشاورزان با استفاده از واژگان کاشت ، داشت و برداشت تعریف جامعی رال در امر کشاورزی ارائه نموده اند . چنانچه ما نیز چنین تعریفی را برای امور عمرانی کشور داشته باشیم از به هدر رفتن میلیاردها ریال سرمایه های ملای جلوگیری کرده ایم .

1-1- اجزای تشکیل دهنده مدیریت حفاظت بتن

می توان اجزای تشکیل دهنده مدیریت حفاظت بتن را به طریق زیر فهرست بندی کرد :
الف – تأمین سرمایه

ب- تأمنین دانش فنی و نیروی انسانی متخصص

پ- شناخت مصالح و مواد اولیه

ج- شناخت عوامل فساد بتن

چ – شناخت اقلیم و عوامل محیطی

ح- تهیه مصالح و مواد مناسب و نگهداری آنها در شرایط خوب و استاندارد

د- تحقیقات:

( تحقیقات خود شامل دو جزء است که بهینه سازی و جایگزینی مواد جدید مقاوم در برابر عوامل فساد بتن و پیدا کردن روشهای جدید مبارزه با فساد بتن را شامل می شود .

ر- طرح اختلاط بتن

ل- تولید، اجرا و عمل آوری

ن- نگهداری

مدیریت حفاظت بتن با هدف تقلیل ضایعات و جلوگیری از بروز واکنشهای منفی درون سازه های بتونی دستورالعمل هایی را در بر دارد که می توان نوعا“ آن را به سازه های دیگر اعم از فلزی ، خاکی و ........ تعمیم داد .


الف – تأمین سرمایه :

تأمین سرمایه کافی به منظور انجام دقیق امر طراحی و اجرا و بهره برداری از سازه در اولویت قرار دارد . عدم امکان تأمین بخشی از سرمایه یعنی عدمن تحقق بخشی از اهداف پروژه .


ب- تأمین دانش فنی و نیروی انسانی متخصص

تأمین دانش فنی و نیروی انسانی متخصص به عنوان دو بخشی که بطور متقابل یکدیگر را پوشش منی دهند مطرح است و عدم تأمین و یا حذف بخشی از آن سلامت سازه ای را زیر سؤال خواهد برد .


پ- شناخت مصالح و مواد اولیه

شناخت مصالح و مواد اولیه مصرفی در بتن تعاریف و استانداردهای خاص خود را دارند و با در نظر گرفتن این استانداردها بایستی نسبت به تهیه و بکارگیری آن در امر احداث سازه های بتونی اقدام نمود . نادیده گرفتن و قصور در اجرای استانداردها و دستورالعمل های فنی یعنی به خطر انداختن استحکام ، دوام و بقای سازه ای .

ج- شناخت عوامل فساد بتن

شناخت عوامل فساد بتن که تا کنون شناسائی و طبقه بندی گردیده اند عبارتند از :

1- نمکها ؛ 2- اسیدها ؛ 3- گازهایی نظیر گاز کربنیک ؛ 4- پوشش نا کافی بتن بر روی فولاد ؛ 5- کیفیت پایین عمل آوری بتن ؛ 6- بار اضافی ؛ 7- آب و رطوبت ؛ 8- فرآیند یخبندان ؛ 9- خوردگی میکروبی ( SRB ) ؛ 10- باکتری های اکسید کننده گوگرد .

چ – شناخت اقلیم و عوامل محیطی

بحث کلرورها و سولفاتها در سطح کشور همراه سایر عوامل فساد بتن را تحت الشعاع قرار داده و عوامل دیگری که به فساد منجر می شود مورد غفلت قرار گرفته است ( نمونه حاضر آن سازه های بتونی گوناگون در سطح تهران بزرگ ) و اگر به بند “ ج “ که گاز کربنیک را به عنوان یکی از عوامل فساد بتن مطرح ساخته است نظری بیندازیم دیگر هیچگاه سازه بتونی اکسپوز را در سطح شهری که مالامال از گازهای مونو و دی اکسید کربن است احداث نخواهیم کرد .

بررسی های علمی نشان می دهد که گاز کربنیک موجود در هوا سبب کربناتیزه شدن بتن و کاهش مقاومت آن می گردد . به طوری که یک عامل نفوذی بعمق20 میلی متر می تواند تا میزان 35 نیوتن بر میلی متر مربع مقاومت بتن را طی 30 سال کاهش دهد .
نمک آب دریاهای آزاد آب خلیج فارس

<DIV dir=rtl align=center>که البته میزان این املاح در نواحلی ساحلی به علت تبخیر بیشتر دو چندان می گردد و این ارقام بیانگر آن است که حاشیه خلیج فارس سازه بتونی ما به طور همزمان مورد هجوم دو عامل مخرب سولفات و کلر قرار می گیرد .</DIV>

ح- تهیه مصالح و مواد مناسب و نگهداری آنها در شرایط خوب و استاندارد

آئین نامه های مجاز بتن در کشورهای مخحتلف و از جمله آئین نامه بتن ایران تهیه مصالح مرغوب و انبار نمودنآن در شرایط مطلوب را توصیه نموده است . تحقیق در امر فساد بتن در مجتمع بندری شهید رجایی بندر عباس نشان داد که هیچ یک از مصالح مصرفی در بتن برابر توصیه های آئین نامه ای تهیه و مصرف نگردیده است .

( تهیه و دپوی شن و ماسه در محیط باز و در مجاورت ماسه های روان آغشته به یون کلر و سولفات ، نشستن شبنم حاوی کلروسولفات و انبار نمودن پاکتهای سیمان تا 17 کیسه بر روی هم ، ( استاندارد 7 کیسه ) استفاده از آب حاصله از دستگاههای آب شیرین کن با خاصیت قلیلیی بسیار بالا ، استفاده از بتن خشک ، عدم اجرای بتن با چگالی مناسب از بارزترین علل فساد بتن در مچتمع بندری شهید رجائی بندر عباس بوده اند . تهیه مصالح مرغوب از مسافتهای دور را نباید به دلیل افزایش هزینه به تهیه مصالح نا مرغوب از مسافت نزدیک ترجیح داد .

د- تحقیقات :

چون عمدتا“ تحقیقات میدانی انجام شده در حاشیه خلیج فارس صورت گرفته است و مضافا“ این که این خلیج به علت عمق کم و گستردگی زیاد و عدم سیرکولاسیون کافی آب به علت عرض کم دهانه آن و همچنین تجربه زیاد ، بصورت اکوسیستم خاصی عمل می کند علاوه بر میزان بسیار زیاد املاح در میلی لیتر دمای 34-33 درجه شرایطی استثنایی را پدید آورده که طرح اختلاط بتن ویژه ای را طلب می نماید و تا کنون متأسفانه هیچ یک از آئین نامه های داخلی و خارجی بتن به آن نپرداخته اند . تحقیقات در شرایط آزمایشگاهی در بر گیرنده پاسخ های صحیح و دقیق نبوده است و ضرورت دارد کهخ این تحقیقات را به سمت و سوی تحقیقات محیطی بسط داد . بدیهی است که امر تحقیقات باید در دو زمینه بهسازی و جایگزینی مواد جدید و مقاوم در برابر عوامل فساد بتن و ت=از سویی پیدا کردن روشهای جدید مبارزه با فساد بتن از سوی دیگر انجام گیرد .

ر – طرح اختلاط بتن


طرح صحیح صورت مسأله بر اساس شناخت دقیق اقلیم ، مکان ، مکصالح و نوع سازه ، امکان تهیه طرح مطلوب بتن را بدست می دهد . طرح اختلاط بتن به مانند هر گونه طراحی دیگر بایستی به صورت موردی و منفرد انجام گیرد و از استفاده عمومی طرح اختلاط واحد بتن اکیدا“ اجتناب شود . اختلاط بتن بایستی با درصد و طیف مناسبی از عناصر ریزدانه و درشت دانه انجام گیرد و حذف بخشی از این موارد به مخاطره انداختن سازه بتونی ، محسوب می شود .

ل – تولید، اجرا و عمل آوری


اجرا و عمل آوری بتن از مهمترین مباحث مربوط به بتن می باشد که مکمل طرح اختلاط بتن بوده و اجرای صحیح و دقیق آن امکان اتصال بتن با چگالی زیاد را بدست می دهد که به علت فشردگی زیاد اجزای بتن راه نفوذ عوامل را به درون بتن سد نموده و استحکام و دوام سازه ای را تضمین می نماید .


ن- نگهداری

نگهداری سازه های بتونی از مهمترین بحثهای مدیریت حفاظت بتن می باشد که بکارگیری آن در تمامی دوران بهره برداری توصیه گشته و امروزه در تمامی کشورهای پیشرفته به طور جدی مورد توجه قرار گرفته است .

نتیجه گیری :

با توجه به پهناوری کشور و شرایط مختلف اقلیمی و محیطی ، تهیه و تنظیم آئین نامه های منطقه ای بتن و فولاد امری ضروری است و بهره برداری بی دردسر از سازه ها ایجاب می کند که به امر طراحی ، اجرا و بهره برداری سازه ای توجه ویژه ای مبذول شود ، از این رو در جهت تکمیل طرح مدیریت حفاظت بتن طرحی را تحت عنوان شناسنامه سازه ای تهیه و ارائه نموده ایم که امیدواریم پس از کسب نظر اساتید ، دانشمندان و صاحبنظران به عنوان امری واجب و ضروری در راه حفظ و نگهداری سرمایه های ملی و کلیه سازه ها ( اعم تاز بتونی ، خاکی ، فلزی و ... ) مورد استفاده قرار گیرد .

مشخصات فني تيرچه هاي پيش ساخته ( مطابق نشريه 94 برنامه و بودجه )


) حداقل ضخامت بتن در روي بلوك,5cm است.(يا 1/12فاصله محور به محور تيرچه ها)


2) براي سقف معمولي با ضخامت 14cm,140ليتر بتن در هر مترمربع مورد نياز است اين در حاليست كه در سقف هاي اجرا شده با تيرچه وبلوك,اين مقدار به حدود متوسط 60 ليتر در هر متر مربع كاهش مي يابد.


3) سقف هاي اجرا شده با تيرچه وبلوك , در مواردي كه بار يكنواخت روي سقف عمل نمايد, بسيار مناسب اند ولي در صورتي كه بار منفرد سنگين يا متحرك و مرتعشي باشد, نبايد سقف تيرچه وبلوك بكار رود, براي كف پاركينگ ها در صورتيكه بار چرخ بيش از 750kgباشد, سقف تيرچه و بلوك مورد استفاده قرار نمي گيرد.


4) در اين نوع سقف ها,تيرچه ها به فاصله حداكثر 70cm (محور تا محور) كنار هم و در امتداد دهانه كوتاهتر سقف قرار مي گيرند.


5) عرض تيرچه ها نبايد از 10cm كوچكتر باشد و نيز نبايد از 1/3.5 برابر ضخامت كل سقف كمتر باشد.


6) حداقل فاصله دو بلوك دو طرف يك تيرچه ,پس از نصب نبايد كمتر از 6.5cm باشد.


7) ضخامت سقف براي تيرهاي با تكيه گاه ساده ≥ 1/20 دهانه


ضخامت سقف براي تيرهاي يكسره تكيه گاه هاي گيردار ≥ 1/26 دهانه


در سقف هايي كه مساله خيز مطرح نباشد مقادير بالا تا 1/35 دهانه نيز كاهش مي يابد.


8) حداكثر دهانه مورد پوشش سقف با تيرچه هاي منفرد نبايد از 8m بيشتر شود (در جهت اطمينان 7m )


ودر صورت وجود سربارهاي زياد و يا دهانه بيش از 7m از تيرچه هاي مضاعف استفاده شود.


9) سطح مقطع ميلگرد كششي براي فولاد نرم , از 0.0025 , و براي فولاد نيم سخت و سخت از 0.0015 برابر سطح مقطع جان تير نبايد كمتر باشد.ونيز از 2.5% سطح مقطع جان تير بيشتر نشود.


16mm ≥ قطر ميلگرد كششي ≥ 8mm


اگر ضخامت بتن پاشنه 5.5cm يا بيشتر باشد, حداكثر مقدار بالا به 20mm افزايش مي يابد.


10) فاصله ميلگرد كششي از لبه جانبي بتن پاشنه تيرچه , به شرط وجود بلوك , نبايد از 10mm كمتر و از اسطح پايين تيرچه نبايد از 15mm كمتر باشد.در صورتيكه اين تيرچه ها در محيط هاي باز ادامه يابند, اجراي يك لايه اندود ماسه و سيمان پر مايه به ضخامت حداقل 15mm در زير پوشش ضروري است.


11) As ≥0.0015bw.t


As : سطح ميلگرد عرضي


bw : عرض جان مقطع


t : فاصله دو ميلگرد عرضي متوالي


12) قطر ميلگردهاي عرضي از 5mm تا 10mm متغير است و °45 ≥ θ ≥ °30


13) فاصله ميلگردهاي عرضي متوالي در تيرچه ها , حداكثر 20cm است.


14) قطر ميلگرد بالايي تيرچه هاي ماشيني :


براي L=3m 6mm


براي L=3~4m 8mm


براي L=4~5.5m 10mm


براي L=5.5~7m 12mm


15) قطر ميلگردهاي كمكي اتصال 6mm ميباشد كه در فواصل 40 تا 100 سانتي از يكديگر نصب ميشوند.


16) ضخامت بتن پاشنه 4.5 تا 5 سانتيمتر است و عرض آن 10 تا 16 سانتيمتر است.


17) حداقل تاب فشاري بتن پاشنه , 250 kg/cm&sup2; است.


18) مواد تشكيل دهنده بتن پاشنه تيرچه شن وماسه تا 12mm و سيمان 300-400 كيلوگرم


باز كردن قالبها بعد از 24 تا 48 ساعت مقاومت عملي بتن تيرچه در مدت 10 روز.


19) عرض بلوك معمولا 20 تا 25cm


وزن بلوك سفالي 7kg


وزن بلوك بتني با مصالح رودخانه اي 11 تا 17kg


20) قطر ميلگرد افت و حرارتي براي ميلگرد ساده , دست كم 5mm


و قطر ميلگرد افت و حرارتي براي ميلگرد با مقاومت بالا 4mm


21) حداكثر فاصله بين دو ميلگرد افت و حرارتي 25cm است.ميلگرد بالايي تيرچه در صورتي كه داخل دال 5cm بالايي قرار گيرد بعنوان ميلگرد افت و حرارتي منظور ميشود.


22) با وجود طرح تيرچه ها با فرض تكيه گاه ساده , لازم است فولادي معادل 0.15 سطح مقطع فولاد وسط دهانه (فولاد كششي) در روي تكيه گاه اضافه گردد.


( حداقل تا فاصله 1/5 دهانه آزاد از تكيه گاه به طرف داخل دهانه ادامه يابد )


( در آيين نامه امريكا اين مقدار 0.25Ln براي دهانه انتهايي و 0.3Ln دهنه داخلي از هر طرف )


23) براي جلوگيري از پيچش تيرهاي T و براي توزيع يكنواخت بار روي تيرچه و بلوك و در محلهايي كه بار منفرد موجود است , كلاف مياني بتني در جهت عمود بر تيرچه ها تعبيه ميشود.حداقل عرض كلاف مياني , برابر عرض بتن پاشنه تيرچه و ارتفاع أن برابر ارتفاع سقف است. براي دهانه كمتر از 4m و بار زنده سقف كمتر از 350 kg/cm&sup2; به كلاف مياني نيازي نيست.


اگر LL≤350kg/cm&sup2; و L≥4m يك كلاف مياني


اگر LL≥350kg/cm&sup2; و L=4~7m دو كلاف مياني


و L≥7m سه كلاف مياني


- حداقل سطح مقطع آهن هاي طولي كلاف برابر نصف مقادير ميلگرد كششي تيرچه هاست.


- در مورد ميلگرد آجدار اين مقدار 6mm ودر مورد ميلگرد ساده 8mm است.


- آيين نامه امريكا پيشنهاد مي دهد كه از ميلگرد Ф12 يكي در بالا و يكي در پايين كلاف استفاده شود.


24) فاصله شمع بندي و قالب بندي در جهت عمود بر تيرچه ها 1 الي 1.2 متر است. (با خيز مناسب 1/200 دهانه به طرف بالا )

سازه‌های آجری


دیوار برشی ساخته شده از مصالح آجری و مانند آن (بلوک بتنی، سنگ، خشت) از مقاومت برشی قابل ملاحظه‌ای برخوردار است اما متأسفانه رفتاری به‌شدت ترد و شکننده دارد و به محض رسیدن به مقاومت نهایی، تحلیل می‌رود و فرو می‌ریزد، و به‌همین دلیل برای مناطق شدیداً لرزه‌خیز سیستم مناسبی نیست. این نوع دیوار دارای دو حالت شکست اصلی است: شکست خمشی و شکست برشی. دیواری که نسبت بُعدی (ارتفاع به طول) کوچکی دارد بقدر کافی پهن بوده و امکان شکست خمشی در آن کم است. به عکس، در دیوار باریک بیشتر حالت شکست خمشی غالب است . با توجه به تردی و شکنندگی دیوار غیرمسلح، و عملکرد بسیار ضعیف در زلزله‌های مخرب گذشته، به‌کارگیری آن به‌عنوان عنصر لرزه‌بر اصلاً توصیه نمی‌شود.
یک ویژگی مشترک دیوارهای آجری غیرمسلح آن است که تحت شتاب پی، مادام که به‌حد آستانه نرسیده‌اند آثار تخریب چندانی در آنها ظاهر نمی‌شود اما به محض عبور از حد آستانه، دیوار شروع به یک حرکت چرخشی حول محور عمود بر دیوار بنام حرکت تلو می‌کند و این حرکت به‌نوبه خود موجب پیدایش تنش‌های خردکننده‌ای در پنجه دیوار می‌شود که نهایتاً به خرابی دیوار می‌انجامد). پریستلی برای مقابله با این حالت استفاده از صفحات فولادی در پنجه دیوار، بنام قید پنجه را پیشنهاد کرده است.

پلی از جنس فولاد ضد زنگ


نخستین پل جهان که به‌طور کامل از فولاد ضدزنگ ساخته شده در اسپانیا قرار دارد. این پل با ۵۵ متر درازا و ۱۳ متر پهنا در منطقهٔ Cala Galdana که یکی از ساحل‌های بسیار مشهور در جزیره مدیترانه‌ای Menorca است، ساخته شده است.
سازهٔ این پل به‌طور کامل از فولادی ضدزنگ به نام فولاد استحکام بالا از گرید (۲۲۰۵) ساخته شده است این پل جدید جایگزین پل قدیمی بتنی می‌شود که رفته رفته در اثر رطوبت و شرایط محیطی دچارخوردگی شدید شده است.
پل در معرض باد و آب دریا قرار دارد جائی که میزان رطوبت هوا در بیشتر روهای سال بسیار بالا است به این ترتیب انتخاب فولاد ضدزنگ مزایای چشمگیری به همراه داشته و البته ارزش‌های زیبائی‌شناسی نیز در فرآیند انتخاب این مواد نقش داشته است. شرکت سوئدی Outokumpu تأمین‌کننده فولاد مورد یاز این سازهٔ عظیم است، بیش از ۱۰۰۰ قطعه از اجزاء پل در مرکز آماده‌سازی این شرکت رد سوئد توسط پلاسما برش داده شده، و لبه‌های آنها برای جوشکاری آماده شده است.
طراحی این پل Juan Antonio Sobrino است و ساخت آن با هزینه‌ای حدود ۵/۲ میلیون یورو در سال ۲۰۰۵ به پایان رسیده است.
● آزمایشی برای سنجش ویژگی‌ها A test for character
برای تأمین کارائی پیش‌بینی شده در طرح یکی از بخش‌های حیاتی در طراحی و ساخت اطمینان از موادی است که به‌کار رفته، یا بعدها به‌کار خواهد رفت. موادی هم چون آسفالت، بتن و فلز همگی در مناطق مختلف، تحت شرایط گوناگون و در کشورهای متفاوتی به‌کار می‌روند. امروزه کامپکتورهای چرخنده در آزمایشگاه‌های آسفالت کاربرد گسترده‌ای دارند و اهمیت زاویهٔ چرخش دیق در عملکرد آنها بسیار مورد تأکید است. شرکت ایتالیائی Control می‌گوید: اندازه‌گیری زاویهٔ داخلی، دقیق‌ترین روش کالیبراسیون است که توسط استانداردهای بین‌المللی PrEN۱۲۶۹۱۳۱، AASHTOT۳۱۲ تعیین شده است.
این شرکت ادعا می‌کند که از نظر عملی این تنها روشی است که نتایج یکسانی را از کامپکتورهای متفاوت به‌دست می‌دهد. بنا به گفتهٔ شرکت Controls، دستگاه کالیبراسیون Bo۲۵۵ ILS-۷۶ (شبیه ساز بار داخلی - Internal oad Simulator-) تولید شده توسط آنها ویژگی‌های دلخواه برای اندازه‌گیری دقیق زاویه داخلی چرخش را دارد.
ابزار سنجش ILS یک دستگاه الکترومکانیکی است که در آن یک مبدل جابه‌جائی در محفظه‌ای استوائی شکل قرار گرفته و ارتفاع آن مشابه نمونهٔ واقعی است که برای اندازه‌گیری زاویه دالی بین قالب و صفحهٔ بالا و پائین دستگاه به مدت کوتاه (۱۰ دور) به‌کار می‌افتد. هنگام آزمایش مقادیر زاویه در یک حافظهٔ داخلی ذخیره شده پس از آزمایش وارد کامپیوتر شده و برای محاسبه زاویه ارزیابی می‌شود.
مرحله کالیبراسیو در کمتر از یک دقیقه انجام می‌گیرد و آزمایش بسیار سریع و راحت است زیرا در اینجا به مخلوط آسفالت داغ نیازی نیست.
شرکت Controls اظهار می‌درد که با تغییر قطر دو حلقهٔ در حال تماس، می‌توان زاویهٔ خروج از مرکزیت را تغییر داد و با اندازه‌گیری مقدار تغییر زاویه می‌توان سختی قاب کامپکتور چرخشی را ارزیابی کرد. این شرکت می‌گوید: به همین دلیل دستگاه شبیه‌ساز بار داخلی برای آزمایشگاه‌های تحقیقاتی یک ابزار ضروری است و ابزارهای جانبی آن برای کالیبراسیون کامپکتورهای چرخشی در کارگاه‌ها مناسب است.
به‌کارگیری ابزار هیدرولیک در ساخت Skyway Hydraulic help for Sky way work
در آغاز گسترش شبکهٔ بزرگراه‌های آمریکا، برنامه‌ریزان در شیکاگو، بخشی از شبکهٔ ارتباطی با جنوب را ضروری تشخیص دادند و بر این اساس مسئولان شهری تصمیم به ساخت یک جادهٔ عوارضی گرفتند.
این تصمیم به احداث را Chicago Skyway که یک بزرگراه هوائی بود انجامید.
ولی اکنون Sky way که در سال ۱۹۵۸ افتتاح شد، فرسوده شده و نیاز به بازسازی دارد به همین منظور پروژه‌ای توسط بخش حمل‌ونقل شیکاگو (Chicago department of Transportation - CDoT)، با هزینهٔ ۲۵۰ میلیون دلار (دو برابر هزینه اصلی ساخت) در حال انجام است. این پروژهٔ ۴ ساله شامل ساخت دوبارهٔ همهٔ روگذرها، پل‌های دره‌ای، اصلاح جایگاه‌های عوارضی، بازسازی راه جنوبی، عرضهٔ جدید پل، سیستم روشنائی جدید و جایگزینی سازه‌های فولادی فرسوده است. این پل شکل گرفته از ۵۰۰ تن فولاد است و کار بازسازی آن شامل برداشت و جایگزینی تیرهای وتر، تیرهای قطری، تیرهای عمودی، جانبی، حایل و تیرهای کف است و این همه در حالی است که پل باید برای عبور و مرور باز باشد. برای این منظور، بخش‌های حمل‌ونقل شیکاگو، روش هیدرولیک جایگزینی فولاد را ابداع کرد که امکان عبور و مرور پیوستهٔ اتومبیل‌ها حین کار روی پل را می‌دهد.
به این ترتیب که همزمان با جایگزینی وترهای پائینی یک زین به انتهاء بخشی از وتر که باید جایگزین شود محکم می‌شود و سپس کشتن وتر توسط ۸ سیلندر ۱۵۰Enepac تنی مکنده با عملکرد دوگانه به هشت میله منتقل می‌شود. مقدار کشش وارد شده به هر وتر توسط محاسبات تنش در طراحی‌های اصلی تعیین شد که همگی دقیق از آب درآمدند. در فاز دیگری از پروژه بعضی از ستون‌های بتنی و سازه‌های پشتیبان فولادی با پایه‌های بتنی جایگزین شد. در اینجا نیز ابزار هیدرولیک برای کشیدن بار به‌کار گرفته شد و از چهار سیلندر ۶۰۰Enerpac تنی با عملکرد دوگانه برای بلند کردن انتهاء مجاوز تیر به میزان mm ۹/۵ استفاده شد به این ترتیب سازهٔ پشتیبان اصلی برداشته و سپس ستون اصلی تعمیر شد و یک پایهٔ پشتیبان بتنی جدید ساخته شد.
● ساخت سطح‌های ضدلغزش با استفاده از فیبرها
Fiber modifier enhances anti-skid surfaces شرکت EXCEL Fiber Technology نوعی تعدیل‌کنندهٔ فیبری برای ساخت سطوح ضدلغزش عرضه کرده است این محصول در آزمایشگاه تحقیقات حمل و نقل انگلیسی (Laboratory - TRL - Transport Reasearch) در سیستم‌های مقاوم به لغزش رزین اپوکسی / بوکسیت کلسیته آزمایش شده است.
در دههٔ ۱۹۶۰ سطح‌های ضدلغزش با اصطلکاک بالا ابداع شد که بعدها در شبکهٔ جاده‌ای انگلستان به‌کار رفت. اما اخیراً سطح‌هائی با صدای کمتر به شکل پوشش‌های نازک و آسفالت‌های ماستیک سنگی (stone mastic asphalts - SMA -) به بازار معرفی شده‌اند که کارآئی آنها از نظر مقاومت در برابر لغزش افت کرده است. علت این امر طبق گفته‌های EXCEL این است که ویژگی کاهش‌دهندهٔ صدا در این سطوح که ناشی از تخلخل‌های نسبتاً عمیق در سطح سیشی است، موجب می‌شود که با بندر یا چسب‌ها از انواع سطوحی که اصطکاک بالا دارند و به روش‌های شیمیائی مختلف عمل‌آوری شده‌اند به داخل آنها کشیده شوند که در نتیجه ثمربخشی و عمر طولانی سطح ضدلغزش کاهش می‌یابد.
EXCEL برای بررسی کارآئی فیبرهای سلولزی در سیستم‌های مقاوم به لغزش در رزین اپوکسی / بوکسیت کلسینه آزمایش‌هائی انجام داده است. در این سیستم‌ها رزین اپوکسی روی سطح جاده پخش می‌شود سپس سنگ‌ بوکسیت کلسینه اضافه می‌شود و بعد سیستم تحت عمل آوری (curing) قرار می‌گیرد و بوکسیت کلسیته اضافی از سطح برداشته می‌شود. کاربرد بوکسیت کلسیته به‌علت
Polished Stone value) PSV) بالای آن است. هر چه PSV بالاتر باشد مقاومت در برابر لغزش بیشتر می‌شود.
در مقایسهٔ کارآئی سطح ضدلغزش تعدیل شده با فیبر، نسبت به نمونهٔ تعدیل نیافته، معلوم شد که این سطوح هنگامی‌که در معرض آزمایش سایش قرار می‌گیرند ضریب نمایندگی متوسط صفر را نشان می‌دهند در حالی که نوع تعدیل نیافته مقدار ۵/۲ را نشان می‌دهد.
رد پایان آزمایش نمونهٔ بدون فیبر اتلاف ۳/۵۳ درصدی در عمق بافت (تکسچر) را نشان داد در حالی‌که نمونهٔ تعدیل یافته فقط ۳۲ درصد اتلاف در عمق بافت داشت. در آزمایش مقاومت در برابر کنده شدن نیز مشاهده شد که کلیهٔ نقص‌ها در اثر افزایش فیبر، در زیر لایه رخ می‌دهد و نه در سطح میانی زیر لایه / پوشش.

چکیده:

علم جوان و نوپای مهندسی رودخانه،از ترکیب تخصصهای چند از جمله تلفیق دو علم هیدرولیک و هیدرولوژی ،به بحث و بررسی حرکت موج سیل در مجرای رودخانه می پردازد.با بررسی حرکت موج سیل و با در دست داشتن اطلاعاتی از سیل در بالا دست می توان زمان وقوع حداکثر سیل لحظه ای و مقدار آن را در ایستگاه پایین دست مسیر رودخانه به دست آورد.

جهت پیشگیری از خسارات حاصل از وقوع سیلاب رودخانه،می بایست با به کار گیری روشهای مناسب ،میزان وقوع سیلهای احتمالی را برآورد کرد و با اعمال روشها و شیوه های فنی و اقتصادی اثرات تخریب آن را کنترل نمود.

تلفیق روش های ساختمانی و بیولوژیک در مدیریت سیلاب،بویژه در حوضه های کوهستانی ،باعث کاهش سرعت رواناب و تخفیف شیب رودخانه و در نهایت جلوگیری از آسیب سیلاب می گردد.شناخت سیستم رودخانه از نظر شکل کلی،ابعاد هیدرولیکی ،نیمرخ طولی و نیز روند مکانیزم تغییرات آن ریخت شناسی رودخانه نامیده می شود.به عبارت دیگر عواملی نظیر زمین شناسی،تکتونیکی و توپوگرافی بر مرفولوژی رودخانه ها و پیش بینی روند تغییرات رودخانه ای تاثیر دارند.

بدیهی است که عملیات ساماندهی و طرحهای کنترل و هدایت جریان در این رودخانه ها ،با محدودیت نارسایی های متعددی مواجه می باشند.با وجود این،با توجه به تجارب و استفاده موثر از اصول و مبانی مطالعاتی و بهره گیری لازم از توان و تدابیر کارشناسی،ارائه طرحهای مناسب و منطبق با شرایط گوناگون رودخانه ای و منطبق با واقعیتهای موجود امکان پذیر می باشد.اصلاح مسیر و اقدامات ساماندهی مسیر رودخانه،باعث تثبیت کناره ها و حفاظت اراضی مزروعی ومناطق مسکونی از خطر تخریب و تهاجم سیلابها می گردد.

به طور کلی مهندسی رودخانه شامل تمام مراحل برنامه ریزی ،طراحی،اجراء و بهره برداری از عملیات مختلفی است که به منظور بهبود وضعیت رودخانه و در جهت استفاده بهتر از آن اعمال می گردد.به عبارت دیگر مهندسی رودخانه،شامل برنامه ریزی و طرح و ساخت و بهره برداری از انواع طرحهایی است که به جهت اصلاح مسیر رودخانه و بهبود شرایط رودخانه با توجه به محیط زیست به کار می رود.در اصل مقاله روش های آبخیزداری که در مسیل کامه واقع در حوزه سد شهید یعقوبی که به منظور جلوگیری از سیلاب در منطقه اجرا شده است به تفضیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

واژه های کلیدی:

مهندسی رودخانه،سیل،هیدرولیک مسیل ها،ساماندهی،کامه.

مقدمه:

رودخانه ها همواره از گذشته های دور مورد توجه جوامع انسانی بوده اند بطوریکه رودخانه ها نه تنها در سیمای کلی سطح زمین نقش دارند،بلکه شکل زیستن انسان در کره زمین را تعیین می کنند که تشکیل تمدنهای بزرگ و کهن در کناره رودخانه ها از آن جمله است.رودخانه ها تحت تاثیر عوامل طبیعی و یا دخالتهای انسانی دچار فرسایش یا کف کنی و نیز فرسایش کناره ای و جابجایی های عرضی می گردند.تداوم رفتارهای فرسایشی رودخانه ها هر ساله موجب تخریب اراضی کشاورزی،تاسیسات ساحلی،پلها و اماکن عمومی حاشیه اینها می شود.رشد روز افزون جمعیت ،ضرورت بهره برداری بیشتر از منابع رودخانه و مسیلها را ایجاب نموده است.از دیدگاه کشاورزان حاشیه رودخانه ها،دو مسئله حائز اهمیت است:اولا استفاده از این منابع آبی برای توسعه کشاورزی و برطرف کردن نیازهای آبی خود و ثانیا حفاظت و بازیافت اراضی کشاورزی موجود در حتی در صورت فراهم شدن شرایط،اقدام به بازیافت اراضی از بستر رودخانه نمایند.اراضی حاشیه رودخانه کامه ،از نظر کشاورزی بسیار مستعد و حاصلخیز می باشند بطوریکه استفاده از آب آن چه بصورت گرفتن مستقیم آب از رودخانه و یا با حفر چاه دستی سبب بوجود آمدن اراضی آبی بسیار ارزشمندی در حاشیه رودخانه شده که حفظ این اراضی از خطر تخریب و فرسایش آن توسط رودخانه،همواره از مشکلات اساسی کشاورزان بوده است.لذا با توجه به این مسائل ستاد اجرایی طرح آبخیزداری حوزه سد شهید یعقوبی و مدیریت آبخیزداری استان خراسان رضوی با هدف ساماندهی وضعیت رودخانه و جلوگیری از تخریب و فرسایش اراضی زراعی اطراف رودخانه اقدام به اجرای طرح ساماندهی مسیر رودخانه کامه نموده است.هدف این تحقیق و مطالعه در واقع بررسی عملکرد و پایداری سازه های مهندسی رودخانه ای احداث شده در این طرح می باشد.در این راستا از سال 1375 تاکنون مدیریت آبخیزداری استان ،به منظور ساماندهی مسیر اصلی رودخانه نسبت به احداث تعدادی سازه اپی (Epi)،دیواره ساحلی ،کف بندواسکله ریزی نموده و در آبراهه های فرعی نسبت به احداث بندهای خشکه چین،بندهای گابیونی،بندهای چپری ،بندهای خاکی و بندهای بتونی نموده است.این مقاله بر گرفته از نتایج طرح تحقیقاتی خاتمه یافته تحت عنوان ارزیابی فنی عملکرد عملیات آبخیزداری اجرا شده در حوزه آبخیز سد شهید یعقوبی می باشد.در این مقاله نسبت به بررسی فنی سازه های مهندسی بکار رفته در ساماندهی رودخانه کامه و همچنین بررسی فنی سازه های بکار گرفته شده در آبراهه های فرعی به منظور کاهش فرسایش و رسوب حوزه ،اقدام گردیده است.


موقعیت جغرافیایی حوضه آبخیز کامه :

حوزه آبخیز شهید یعقوبی در محدوده از 15 کیلومتری شمال شهرستان تربت حیدریه شروع و به طرف شرق گسترش یافته و مکان خروجی آن منتهی به سد شهید یعقوبی در 36 کیلومتری شرق شهرستان تربت حیدریه است. این حوزه به وسعت 213900 هکتار،بخشی از حوزه آبریز کویر نمک محسوب می گردد که در طول جغرافیایی ׳ 15 º59 تا º 60 و عرض جغرافیاییº 35 تا ׳ 30 º 35 واقع شده است. همزمان با شروع فعالیتهای احداث ساختمان سد،کار تهیه و اجرای طرحهای آبخیزداری در حوزه مذکور در دستور کار مدیریت آبخیزداری استان خراسان قرار گرفت و اقداماتی جهت مهار رسوب در منطقه برداشته شد. مطالعات توجیهی در مقیاس 1:50000 و در سطح 72545 هکتار و مطالعات اجرایی در مقیاس 1:20000 در سه حوزه کامه، قلعه نو، و ساق با مساحت 18930 هکتار در طی سالهای 1372 تا 1374 به انجام رسید و از همان سال فعالیتهای اجرایی آغاز شد

حوزه کامه دارای 4 پارسل به نام های کامه بالا،کامه پایین،بکاول،و تروسگ می باشد




مواد و روشها:

بطور خلاصه مراحل انجام و مواد مورد استفاده در این تحقیق بشرح زیر است:

1- انجام مطالعات کتابخانه ای و جمع آوری کلیه اطلاعات موجود در این زمینه و سوابق طراحی و اجرایی طرح آبخیزداری و طرحهای ساماندهی رودخانه.

2-جمع آوری آمار و اطلاعات مربوط به وضعیت اقلیم منطقه و پردازش و سامان دهی آنها.

3-فراهم کردن نقشه های مورد نیاز شامل:نقشه های پایه،زمین شناسی،پوشش گیاهی،خاکشناسی،کاربری اراضی،موقعیت عملیات مکانیکی پیشنهادی و...

4-انجام مطالعات صحرایی و متره برآورد وارزیابی عملیات آبخیزداری اجرا شده در منطقه.

5- تکمیل پرسش نامه های مربوط به عملیات اجرا شده و پیشنهادی.

6-پردازش و سازماندهی داده های جمع آوری شده و تشکیل بانک اطلاعاتی (Database).

7-تلفیق داده ها و اطلاعات جمع آوری شده و انجام تجزیه و تحلیلها نهایی و استخراج نتایج تحقیق.


موقعیت و انواع سازه های احداث:

در مطالعات مصوب آبخیزداری حوزه چندین زیرپروژه به منظور مبارزه مستقیم با فرسایش پیشنهاد شده است. سدهای سبک فلزی، سدهای توری سنگی ( گابیون )، اپی و دیواره حائل زیرپروژه‌های مکانیکی پیشنهادی بوده و احداث بانکت‌های منقطع زیگزاگی و کشت درخت بادام در آنها زیرپروژه بیومکانیکی پیشنهادی می‌باشند.

در طرح آبخیزداری اجرایی حوزه چندین زیرپروژه به منظور مبارزه مستقیم با فرسایش اجرا شده است. این عملیات به شرح ذیل می‌باشند:

- زیرپروژه سدهای توري سنگي (گابيوني):

در حوزه كامه ، تعداد18 عدد سد گابيوني با حجم كل 5/1602 متر مكعب طي سالهاي 1375 تا 1378 احداث گرديده است. با توجه به پر شدن اغلب اين سازه ها توسط اهالي نسبت به غرس نهال بادام در پشت اين سازه ها اقدام گرديده است. . اعتبار پیش‌بینی شده برای احداث هر سد توری سنگی بطور متوسط میزان 300000 ریال اعتبار پیش‌بینی شده است.

- زیرپروژه دیواره حائل

با توجه به تخریب اراضی حاشیه رودخانه کامه در روستای بکاول وهمچنین در اراضی حاشیه رودخانه روستای تروسگ در طرح مطالعات آبخیزداری منطقه احداث دیواره حائل وكف بند به حجم 6500 متر مكعب به منظور حفاظت اراضی کشاورزی واقع در اطراف رودخانه اصلی وآبراهه های بزرگ منطقه پیشنهاد شده است. اعتبار پیش‌بینی شده برای احداث هر متر دیواره طولی بطور متوسط 875 ریال اعتبار پیش‌بینی شده است.

- زیرپروژه بندهاي خاكي

- تعداد 5 عدد بند خاكي با حجم 49225 متر مكعب در آبراهه هاي فرعي اين حوزه احداث گرديده است.هدف از اجراي اين بندها جمع آوري رواناب و تغذيه سفره آب زير زميني و افزايش آبدهي قنوات منطقه مي باشد

- زیرپروژه بندهای چپري

سدهاي چپري ،بندهايي هستند كه با استفاده از مصالح چوب و سر شاخه درختان و تور وخاشاك و پوشال بصورت ديواره قوسي و يا مستقيم در آبراهه هاي با فرسايش شديد و بسترهاي لومي ساخته مي شوند. تعداد دوازده عدد سد چپري با حجم بالغ بر 1900 متر مربع در حوزه كامه احداث گرديده است.

- زیرپروژه بانكت بندي

در حوزه كامه در 5 منطقه مختلف به ميزان 8047 متر عمليات احداث بانكت اجرا گرديده است.

هدف از اجراي اين بندها جمع آوري رواناب و تغذيه سفره آب زير زميني و افزايش آبدهي قنوات منطقه مي باشد.

- زیرپروژه سد خشکه چین

در آبراهه هاي فرعي و اصلي حوزه كامه تعداد 127 عدد سد خشكه چين با حجمي بالغ بر 45/7095 متر مكعب احداث شده است. طبق مطالعات تفضيلي-اجرايي مي بايستي تعداد 105 عدد سد خشكه چين به حجم 6700 متر مكعب در آبراهه هاي اصلي و فرعي حوزه كامه احداث گردد .
- زير پروژه سنگ ريزي و اسكله ريزي

تعداد 5 مورد با حجم بالغ بر 875 متر مكعب در حوزه اجرا گرديده است. به منظورحفاظت از سواحل رودخانه و اراضي كشاورزي ،نسبت به سنگ ريزي و اسكله ريزي اين نواحي اقدام مي گردد .در مجموع 3750 متر مكعب پيشنهاد گرديده است.


نتایج :



بر اساس تلفيق نتايج حاصل از بررسي عمليات فني و مكانيكي بين مقايسه نتايج و مرحله اقدامات دفتري (حجم عمليات پيش بيني شده با مرحله تفضيلي – اجرايي ) روند و دقت انجام مطالعات در حوزه بخصوص در مرحله تفصيلي-اجرايي بشرح زير مي باشد:

ارزيابي نتايج در مرحله اقدامات دفتري عمليات فني، مكانيكي و پارامترهاي بيولوژيكي نشان ميدهد كه بين عمليات پيش بيني شده و اجرا درآمده اختلاف معني داري وجود دارد . چنانكه در جدول شماره 1 ملاحظه می گردد،در بانكت بندي 111 درصد ، خشكه چين 181 درصد ، سدهاي توري سنگي (گابيوني ) 98 درصد، سد چپري 200 درصد، ديواره حائل 143 درصد و اسكله ريزي 76 درصد تفاوت را مي توان مشاهده نمود.

با توجه به چك ليست اطلاعات حاصل از جداول ضميمه عملیات پيش بيني شده، و عمليات اجرا شده طرح آبخيزداري حوزه کامه، بعضي از سازه هاي بكار رفته در اجراي طرح مانند سازه هاي خشكه چين، در محل مناسب احداث نشده كه اين امر باعث تخريب تعدادي از سازه ها شده است، همچنين از لحاظ تعداد سازه ها، حجم عمليات، تيپ كاري، و وسعت عمليات، بعضا عمليات بيولوژيكي ومكانيكي مطابق با پيش بيني نبوده است.

درصد تطابق پارامترهاي مورد نظر در طرح هاي آبخيزداري و رابطه آن با هر يك از اقدامات اجرايي جهت تعيين كارآيي پارامترهاي فني و مهندسي سازه هاي اجرا شده و پيش بيني شده در جدول شماره 2 آورده شده است.

طبق جدول فوق ونتايج بدست آمده هدف 7/69 درصد، عمرمفيد 7/64 درصد و كارآيي 7/56 درصد تعيين گرديده و در نتيجه عملكرد اين عمليات در حوزه كامه مثبت ارزيابي مي گردد.

بنابراین با توجه به جمع بندی کلی از آمار و اطلاعات موجود ،به این نتیجه می رسیم که عملیات آبخیزداری حوزه در بالادست با احداث سازه های مکانیکی از قبیل خشکه چین،بندهای گابیونی،بندخای خاکی،و... در مهار سیل و تثبیت رسوب و کاهش فرسایش حوزه کامه بسیار موفق عمل نموده است.و عملیات تثبیت کناره های رودخانه کامه ،از قبیل اپی،دیواره،سنگ ریزی و اسکله ریزی ،و احداث کف بند در مسیر رودخانه نیز در تثبیت کناره های رودخانه و کاهش فرسایش بالارونده و کاهش میزان سیل در مسیر رودخانه موفق عمل نموده است

شرح کامل مسائل اجرایی بتن سبكدانه سازه ای

بسیاری از اصول اجرائی حاكم بر بتن ریزیهای معمولی در بتن ریزی با بتن سبــكدانه سازه ای كماكان از اهمیت برخوردار است . مسلما" در بتن های غیر سازه و سبكدانه بسیاری از نكات مورد نظر نمیتواند با اهمیت تلقی شود و عدم رعایت برخی قواعد تا آنجا كه به وزن مخصوص بتن ریخته شده لطمه نزند و آنرا بالا نبرد با اهمیت تلقـــی نمیشـــود. اصل پیوستگی و تدوام در بتن ریزی ( عدم ایجاد درز سرد ) ، اصل عدم گیرش یا نزدیكی به گیرش در بتن قبل از ریختن و تراكم ، اصل عدم جدا شدگی مواد (ناهمگنی ) بتن، اصل رعایت دمای مناسب بتن ریزی، اصل عدم آلودگی بتن به مواد مضر، اصل رعایت تراكم صحیح، اصل رعایت پرداخت صحیح سطح بتن، اصل انتخاب صحیح اسلامپ با توجه به وضعیت قطعه و وسایل تراكمی موجود، اصل رعایت و بكارگیری نسبت ها و مقادیر صحیح مصالح و پرهیز از مصرف مواد نا مناسب، و در نهایت اصل عمل آوری صحیح و قالب برداری به موقع و با دقت همواره در این نوع بتن ریزیها مانند بتن های معمولی از اهمیت برخوردار می باشد.

استفاده از مواد مناسب و نسبت های صحیح :
بکار گیری مواد و مصالح مناسب طبق مشخصات پروژه، رعایت مصرف سیمان تازه و غیر فاسد از نوع مورد نظر و مطابق با استاندارد مورد قبول کاملا" مهم می باشد. توزین یا پیمانه کردن دقیق و صحیح مصالح مصرفی طبق طرح اختلاط ارائه شده از اهمیت برخوردار است. بهتر است مصالح سنگی مصرفی به ویژه سبکدانه در شرایطی قرار گیرد که نوسانات رطوبتی اندکی داشته باشد . برای مثال خوبست بدانیم لیکاهای موجود در ایران میتواند تا بیش از 30 درصد آب را در خود جذب و نگهداری کند . بنابراین بین سنگدانه کاملا" خشک و کاملا" اشباع تفاوت فاحشی وجود دارد و میتواند بر اسلامپ حاصله و نسبت آب به سیمان و در نتیجه به مقاومت و دوام بتن سبکدانه سازه ای اثر چشمگیری باقی گذارد . بهر حال اگر بدانیم مثلا" سنگدانه های ما حدود 5 درصد رطوبت دارد میتوانیم مقدار آب مصرفی را تنظیم نمائیم تا به طرح اختلاط مورد نظر دست یابیم.
باید دانست مشکل بزرگ تولید بتن سبکدانه همین تغییر رطوبت است و لذا کنترل نسبت آب به سیمان در این بتن ها مشکل می باشد و حتی مانند بتن های معمولی نیز نمیتوان با کنترل اسلامپ به نتیجه مورد نظر رسید.

انتخاب اسلامپ صحیح :
مانند بتن های معمول انتخاب اسلامپ میتواند مهم باشد . از نظر جدا شدگی، آب انداختن، رسیدن به تراکم مورد نظر با توجه به ابعاد قطعه، طرز قرارگیری، وضعیت درهمی میلگردها، وسایل تراکمی موجود قابل تأمین این انتخاب کاملا" معنا دار و با اهمیت است . به دلیل سبکی سنگدانه ها بویژه سبکدانه های درشت احتمال جدا شدگی در بتن شل افزایش می یابد. لذا اسلامپ های بیش از ده سانتی متر ابدا" مطلوب نیست مگر اینکه بتن پر عیاری داشته باشیم، همچنین با وجود موادی مانند میکرو سیلیس ممکنست این جدا شدگی به حداقل برسد.
بنا براین اگر قرار باشد بتن سبکدانه پمپی با اسلامپ 10 تا 15 سانتی متر را داشته باشیم عیار سیمان باید از حدود 400 کیلو در متر مکعب فراتر رود. در حالیکه اگر اسلامپ کمتر باشد حداقل عیار سیمان در ACI برابرkg/m3 335 مطرح شده است . در حالات عادی اسلامپ های 5 تا 8 سانتی متر برای بتن سبکدانه غیر پمپی و اسلامپ 7 تا 10 سانتی متر برای بتن سبکدانه پمپی مطلوب تلقی میشود بدون اینکه این اعداد جنبه آئین نامه ای داشته باشد.
تغییرات اسلامپ در طول اجراء در بتن سبکدانه بسیار جدی است. در بتن های معمولی نیز این پدیده به چشم میخورد بویژه وقتی سنگدانه های درشت خیلی خشک باشند ممکن است حتی در طول 15 دقیقه پس از ساخت شاهد افت جدی در اسلامپ باشیم . در بتن سبکدانه این امر به شدت وجود دارد. فرض کنید اگر در طول 15 تا 30 دقیقه جذب آب سبکدانه 5 تا 10 درصد فرض شود و فقط سبکدانه درشت به میزان 300 کیلو داشته باشیم 15 تا 30 کیلو آب را جذب می کند که کاهش اسلامپ 6 تا 15 سانتی متر را میتوان شاهد بود. اگر قرار باشد طول مدت حمل و ریختن و تراکم زیاد باشد کاملا" دچار مشکل میشویم. همچنین در بتن های پمپی، این کاهش و افت در اسلامپ مسئله ساز است . بنا براین سعی میشود که چنین پروژه هائی حتی الامکان از 24 ساعت قبل از ساخت بتن، سبکدانه ها را خیس کرد (Presoaking ) تا آب قابل ملاحظه ای را جذب نماید و پس از اختلاط بتن شاهد افت اسلامپ زیادی نباشیم . این خیس کردن ممکن است حتی از سه روز قبل شروع شود ادامه یابد. خیس کردن سنگدانه ممکن است با آب پاشی تحت فشار و بصورت بارانی باشد و یا از سیستم خلاء برای نفوذ سریعتر آب به داخل سبکدانه استفاده شود که در ایران روش ساده اول معمولتر و عملی تر می باشد. ریختن آب و سبکدانه در مخلوط کن و اضافه کردن سیمان و غیره پس از مدتی تأخیر میتواند به افت اسلامپ کمتر منجر شود.
میزان جذب آب سبکدانه ها علاوه بر زمان تابع میزان آب موجود در آن ( رطوبت اولیه ) نیز می باشد که پیش بینی جذب آب را در مدت معین دشوار می کند مگراینکه قبلا" آزمایشهائی را با رطوبت اولیه موجود انجام داده باشیم.
اسلامپ های کمتر از 5 سانتی متری نیز کار تراکم را با مشکل مواجه می سازد و فضای خالی زیادی را در بتن بهمراه دارد .
بسیاری از تحقیقات نشان داده اند مقاومت و دوام بتن های سبکدانه که با سبکدانه خشک ساخته شده اند بهتر از وقتی است که از سبکدانه قبلا" خیس شده یا اشباع شده استفاده گشته است.

اصل رعایت دمای مناسب :
حداقل و حداکثر دمای مجاز و مطلوب در أئین نامه ها مشخص شده است. رعایت این امر برای بتن سبک سازه ای و با دوام بشدت ضروری است و از این نظر تفاوتی با بتن معمولی وجود ندارد.
حداقل دمای مجاز 5+ درجه سانتی گراد و حداقل دمای مطلوب 10+ درجه سانتی گراد است . حداکثر دمای مجاز معمولا" 32-30 درجه سانتی گراد تا هنگام گیرش می باشد و بهتر است از این حد فاصله معقولی را داشته باشیم . در هوای سرد و گرم که بتن با دمای مناسب تولید می شود نباید در حین اجرا آنقدر تأخیر و معطلی بوجود آورد که با تبادل گرمائی، دمای مطلوب از دست برود.

اصل همگنی ( عدم جداشدگی ) :
اصول جداشدگی و عوامل مؤثر بر آن برای بتن سبکدانه همچون بتن معمولی است، اما برای بتن سبکدانه یک عامل دیگر یعنی اختلاف در چگالی ذرات و خمیر سیمان یا ملات میتواند به جداشدگی منجر گردد. عوامل جداشدگی میتوانند داخلی باشند که صرفا" استعداد جداشدگی را بوجود می آورند و یا عامل خارجی باشند که مربوط به اجرا هستند و استعداد را شکوفا می کنند . از عوامل داخلی بالا رفتن حداکثر اندازه سبکدانه می باشد که معمولا" باعث جداشدگی میگردد و بهتر است حداکثر اندازه سبکدانه برای بتن سازه ای به 20 میلی متر محدود شود و توصیه می گردد تا از حداکثر اندازه 15 – 12ر میلی متر استفاده شود. جالب است بدانیم معمولا" با افزایش حداکثر اندازه، چگالی حجمی خشک ذرات سبکدانه درشت کاهش می یابد و از این نظر نیز امکان جداشدگی را قوت می بخشد.
بالا رفتن اسلامپ به افزایش استعداد جداشدگی منجر می شود. کاهش میزان عیار سیمان و مواد سیمانی و چسباننده میتواند بشدت باعث افزایش استعداد جداشدگی گردد. اختلاف وزن مخصوص ( چگالی ) ذرات سبکدانه با خمیر سیمان و یا اختلاف چگالی ذرات ریزدانه و درشت دانه به بالا رفتن استعداد جداشدگی منجر می گردد. بالا رفتن نسبت آب به سیمان به افزایش پتانسیل جداشدگی می انجامد. درشت تر شدن بافت دانه بندی سنگدانه ها معمولا" امکان جداشدگی را افزایش می دهد . وجود مواد ریز دانه و چسباننده مانند پوزولان و میکروسیلیس و سرباره ها می تواند باعث کاهش استعداد جداشدگی بتن سبکدانه گردد، همچنین بکارگیری مواد حبابزا و ایجاد حباب هوا میتواند جداشدگی و آب انداختن را کاهش دهد ضمن اینکه روانی و کارآئی مورد نظر تأمین میگردد.
از عوامل خارجی می توان حمل نامناسب، ریختن غلط، استفاده از شوت های طولانی و یا شیب نامطلوب، برخورد بتن با قالب و میلگردها، ریختن بتن از ارتفاع زیاد بدون لوله و قیف هادی و یا بدون پمپ معمولا" به جداشدگی منجر میشود. بخاطر حساسیت جداشدگی در این بتن ها باید دقت بیشتری را اعمال نمود. باید دانست نتیجه جداشدگی در بتن سبکدانه نیز از نظر مقاومتی و دوام بمراتب حادتر و مضرتر از بتن معمولی است.

اصل عدم آلودگی بتن به مواد مضر :
در طول حمل و ریختن و تراکم نباید مواد مضر اعم از مواد ریزدانه رسی ( گل و لای )، مواد شیمیایی شامل چربی ها و مواد قندی یا انواع مختلف نمکها و آب شور و غیره با بتن مخلوط شود . مخلوط شدن موادی همچون گچ نیز توجیه ندارد. به هرحال در این رابطه هیچ تفاوتی بین بتن معمولی و سبکدانه سازه ای وجود ندارد.

اصل عدم کارکردن با بتن در مرحله گیرش :
اگر عملیات بتن ریزی با بتنی که در مرحله گیرش است انجام گیرد مقاومت و دوام آن بشدت کاهش می یابد و نفوذپذیری آن زیاد میشود . از این نظر بتن مانند ملات گچ زنده است که اگر آن را مرتبا" بهم بزنیم و ورز دهیم تبدیل به ملات گچ کشته میشود که بشدت کم مقاومت و کم دوام است، هرچند گیرش آن به تأخیر می افتد و یا اصلا" خود را نمی گیرد و صرفا" خشک می شود . بهرحال نباید بتن را در هنگامی که در شرف گیرش است مخلوط نمود و یا ریخت و متراکم کرد . از این نظر بین بتن سبکدانه و بتن معمولی اختلافی احساس نمی گردد.
مسلما" در هوای گرم و یا بتن با دمای زیاد، گیرش زودتر حاصل میشود . زمان گیرش تابع نوع سیمان ( جنس و ریزی )، نسبت آب به سیمان و وجود مواد افزودنی می باشد . برای افزایش زمان گیرش و ایجاد مهلت برای عملیات اجرائی می توان از بتن خنک، کار در هنگام خنکی هوا یا شب، سیمانهای کندگیر کننده استفاده نمود .

اصل پیوستگی و تداوم بتن ریزی ( عدم ایجاد درز سرد در بین لایه ها ) :
اگر در هنگام بتن ریزی به هر علت، لایه زیرین قبل از ریختن و تراکم لایه روئی گیرش خود را انجام داده باشد درز سرد Cold Joint بوجود می آید . در این رابطه فرقی بین بتن سبکدانه و معمولی وجود ندارد . باید با تجهیز مناسب کارگاه، افزایش توان تولید و حمل در ریختن و تراکم بتن، افزایش زمان گیرش بتن و یا ایجاد درزهای اجرائی مناسب و کاهش سطح بتن ریزی و یا کاهش ضخامت لایه ها امکان ایجاد درز سرد را به حداقل رساند.

تراکم صحیح بتن سبکدانه :
از آنجا که بتن های سبکدانه بشدت در معرض جدا شدگی هستند، تراکم با قدرت زیاد و یا مدت بیش از حد مشکلات جدی را بوجود می آورد. به محض اینکه احساس می نمائیم که شیره یا سنگدانه ها شروع به روزدن می نمایند باید تراکم را قطع کرد. لرزش، بیش از فشار و ضربه میتواند موجب جدا شدگی گردد.
به هر حال باید کاملا" هوای بتن خارج و فضای خالی به حداقل برسد تا مقاومت و دوام کافی ایجاد گردد.

پرداخت سطح بتن سبکدانه :
آب انداختن بتن همواره مشکل بزرگی در پرداخت نهائی سطح بتن می باشد و این امر اختصاص به بتن سبکدانه ندارد . خوشبختانه به دلیل جذب آب تدریجـــی توسط سبکدانه ها، آب انداختن میتواند به کمترین مقدار برسد اما اگر سبکدانه ها قبل از اختلاط کاملا" اشباع شده باشد امکان آب انداختن بیشتر می گردد . کم بودن عیار سیمان و مواد چسباننده سیمانی، فقدان مواد ریزدانه، عدم وجود حباب هوا در بتن، درشتی بافت دانه بندی، افزایش حداکثر اندازه سبکدانه، گرد گوشه گی سنگدانه ها و بافت صاف سطح سنگدانه، بالا بودن اسلامپ، زیادی نسبت آب به سیمان و ... میتواند موجب افزایش آب انداختن شود.
وقتی بتن آب می اندازد باید اجازه داد آب تبخیر گردد و اگر تبخیر به سرعت میسر نمی گردد یا نگران گیرش هستیم باید سعی کنیم آب روزده را با وسیله مناسبی ( گونی یا اسفنج ) از سطح پاک نمائیم و سپس سطح را با ماله چوبی و بدنبال آن با ماله فلزی یا لاستیکی صاف کنیم.
عدم رعایت این نکات موجب افزایش نسبت آب به سیمان در سطح و کاهش مقاومت و دوام و افزایش نفوذپذیری بتن سطحی می گردد.

عمل آوری بتن سبکدانه :
هر چند عمل آوری رطوبتی و حرارتی بتن سبکدانه با بتن معمولی تفاوت چندانی ندارد اما اعتقاد بر این است که سبکدانه ها بعلت پوکی و تخلخل و جذب آب میتوانند در صورت فقدان عمل آوری رطوبتی از ناحیه اجرا کنندگان، بخشی از آب خود را در اختیار خمیر سیمان قرار دهند و توقف شدیدی در هیدراسیون سیمان رخ ندهد. این امر را عمل آوری داخلی بتن سبکدانه می گویند.

کنترل کیفی بتن سبکدانه :
کنترل کیفی بتن سبکدانه شامل بتن تازه و سخت شده است . کنترل روانی، وزن مخصوص و هوای بتن از مهمترین کنترلهای بتن تازه است . استفاده از آزمایش اسلامپ، میز آلمانی ( روانی ) و درجه تراکم برای این بتن ها پیش بینی شده است . وزن مخصوص بتن تازه سبکدانه متراکم معمولا" کنترل می شود و در آئین نامه های مختلف اختلاف 2 تا 3 درصد مجاز شمرده میشود ( نسبت به طرح اختلاط ) . هوای بتن را برای بتن سبکدانه نمیتوان بکمک روش فشاری بدست آورد و حتما" باید از روش حجمی بهره گرفت. برای بتن سبکدانه سخت شده، وزن مخصوص، مقاومت فشاری، کششی خمشی و نفوذپذیری، جذب آب، جذب موئینه و آزمایشهای دوام در برابر خوردگی قابل کنترل است.
وزن مخصوص بتن سخت شده سبکدانه بصورت اشباع و خشک اندازه گیری میشود و گاه بجای خشک کردن از جمع زدن مقادیر اجزاء در هر متر مکعب و افزودن مقداری رطوبت ثابت به آن، وزن مخصوص بتن سخت شده را بدست می آورند .
برای تعیین مقاومت فشاری و سایر پارامتر ها تفاوت چندانی بین بتن سبکدانه و معمولی وجود ندارد و شباهت جدی و کامل بین آنها وجود دارد . بهرحال ممکنست در مواردی نتایج حاصله در مقایسه با بتن های معمولی گمراه کننده باشد. مثلا" اگر جذب آب بتن سبکدانه را بصورت درصد وزنی گزارش کنیم و آنرا با جذب آب بتن معمولی مقایسه نمائیم دچار اشتباه میشویم و لذا توصیه میشود جذب آب بتن بصورت درصد حجمی گزارش گردد.

بتن فاقد ریزدانه ( Concrete finez – No ) :
اگر سنگدانه های درشت تک اندازه را با سیمان و آب مخلوط کنیم و در قالب بدون تراکم بریزیم بتن فاقد ریزدانه و متخلخل بدست می آید که از وزن مخصوص کمتری نسبت به بتن معمولی برخوردار خواهد بود. اگر چگالی سنگدانه ها در حدود معمولی باشد وزن مخصوص بتن فاقد ریزدانه حدود 1600 تا kg/m3 2000 بدست می آید اما اگر از سبکدانه درشت استفاده نمائیم ممکنست وزن مخصوص بتن حاصله از kg/m3 1000 کمتر شود ( حتی تا حدود kg/m3 650 ). بهرحال در هر مورد بتن مورد نظر سبک یا نیمه سبک تلقی می شود اما اگر سنگدانه معمولی استفاده شود نمیتوان آنرا بتن سبکدانه دانست.
مسلما" اگر سنگدانه تک اندازه بکار نرود و حاوی ذرات ریز تا درشت باشد وزن مخصوص بتن حاصل نیز زیاد خواهد شد . سنگدانه درشت مصرفی باید 20-10 میلی متر باشد و 5 درصد ذرات درشتر و 10 درصد ذرات ریزتر در این نوع سنگدانه تک اندازه (Singl Size) مجاز است اما بهرحال نباید ذرات ریزتر از 5 میلی متر در آن مشاهده گردد . سنگدانه درشت بهتر است پولکی و کشیده و یا بسیار تیزگوشه نباشد . سنگدانه های گرد گوشه یا نیمه شکسته برای تولید این بتن ارجح است.
ساختار بتن فاقد ریزدانه دارای تخلخل ظاهری است و حفرات موجود در بتن با چشم براحتی دیده می شود که در این مجموعه خمیر سیمان باید صرفا" تا حد امکان سنگدانه ها را بهم چسباند و از پر کردن فضاها با خمیر سیمان پرهیز شود زیرا وزن مخصوص بالا خواهد رفت . وجود خمیر سیمان با ضخامت حدود 1 میلی متر بر روی سنگدانه ها کاملا" مناسب است.
اگر سنگدانه معمولی بکار رود معمولا" مقدار شن اشباع تک اندازه بین 1400 تا 1750 کیلوگرم می باشد . حجم اشغالی ذرات شن در حدود 550 تا 700 لیتر در هر متر مکعب است. وزن سیمان مصرفی بین 75 تا 150 کیلو در متر مکعب یا بیشتر است که حجم آن حدود 25 تا 50 لیتر می باشد . معمولا" نسبت آب به سیمان مصرفی 4/0 تا 5/0 می باشد که افزایش آن می تواند به شلی خمیر سیمان و روانی آن منجر شود که موجب جداشدگی و پرشدن خلل و فرج می گردد و بتن مورد نظر حاصل نمی شود . با کاهش نسبت آب به سیمان چسبندگی لازم بوجود نمی آید و از نظر اجرائی دچار مشکل می شویم . نسبت وزنی سیمان به سنگدانه تا می باشد . همانطور که از محاسبات فوق بر می آید فضای خالی این بتن ( پوکی ) بین 25 تا 40 درصد می باشد و ابعاد این فضاها نیز بزرگ است درصد جذب آب بصورت وزنی حدود 15 تا 25 درصد است . طبیعتا" با افزایش مقدار سیمان و آب و یا مصرف شن با دانه بندی پیوسته ( Graded Size ) وزن مخصوص بتن بیشتر خواهد شد . توصیه می شود شن ها قبل از مصرف خیس و اشباع گردند.
طرح اختلاط این بتن ها بصورت آزمون و خطا خواهد بود و بشدت تابع شرایط ساخت بتن می باشد . بتن فاقد ریزدانه معمولا" بدون تراکم تولید می شود و اگر مرتعش یا متراکم شود بسیار جزئی خواهد بود زیرا خمیر سیمان میل به پر کردن فضای خالی بین سنگدانه ها را خواهد داشت و چسبندگی سنگدانه به یکدیگر به حداقل خواهد رسید.
معمولا" انجام آزمایش کارآئی یا اسلامپ برای این نوع بتن موردی نخواهد داشت. از آنجاکه سنگدانه تک اندازه مصرف می شود جداشدگی از نوع جدائی ریز و درشت سنگدانه معنائی ندارد و می توان آن را از ارتفاع قابل ملاحظه ریخت.
بعلت محدودیت دامنه نسبت آب به سیمان و وجود فضای خالی قابل توجه در این نوع بتن، مقاومت فشاری این نوع بتن اغلب در حدود 5 تا 15 مگا پاسکال می باشد و طبیعتا" یک بتن سبک سازه ای تلقی نمی گردد و بصورت مسلح مصرف نمی شود . برخی اوقات سعی می کنند میلگردها را با یک لایه ضد خوردگی ( پوشش مناسب ) آغشته کنند و سپس در بتن فاقد ریزدانه بکار برند . اگر از سبکدانه برای ساخت این بتن استفاده شود، مقاومت فشاری آن 2 تا 8 مگا پاسکال می باشد.
جمع شدگی بتن های فاقد ریزدانه بمراتب کمتر از بتن معمولی است زیرا مقدار سنگدانه در مقایسه با خمیر سیمان زیاد است و یقه قابل توجه بوجود می آورد . بتن فاقد ریزدانه سریعا" خشک می شود زیرا خمیر سیمان در مجاورت هوای موجود و فضای خالی است و علی القاعده در ابتدا از جمع شدگی بیشتری نسبت به بتن معمولی برخوردار می باشد و عمل آوری آن از اهمیت برخوردار است . قابلیت انتقال حرارتی آن بمراتب از بتن معمولی با سنگدانه مشابه کمتر است ( حدود تا ) که با افزایش رطوبت و اشباع بودن این بتن، این قابلیت انتقال حرارت افزایش می یابد.
مدول الاستیسیته این بتن ها بین 5 تا Gpa20 است ( برای مقاومت های 2 تا 15مگا پاسکال ). نسبت مقاومت خمشی به فشاری حدود 30 درصد است که از نسبت مقاومت خمشی به فشاری بتن های معمولی بیشتر می باشد. ضریب انبساط حرارتی این نوع بتن در حدود تا بتن معمولی است. نفوذپذیری زیاد از مزایا و شاید معایب این نوع بتن است. اما نکته مهم آنست که موئینگی در این نوع بتن کم تا ناچیز می باشد. اگر اشباع از آب نباشد در برابر یخبندان مقاوم است. بعنوان یک نفوذپذیر زهکش و تثبیت شده و همچنین یک مسیر درناژ و مقاوم بسیار مفید است. بازی کردن لایه های قلوه سنگ و شن درشت و متوسط یا ریز بعنوان زهکش یا بلوکاژ و ----- از مشکلات اجرائی محسوب می شود بویژه اگر بخواهد باربر باشد یکی از معدود راههای حل مشکل، استفاده از بتن فاقد ریزدانه است و در این حالت مسئله سبکی زیاد مهم نیست.
این نوع بتن مانند بسیاری از بتن های سبک می تواند جاذب صوت باشد ( نه عایق صوت ) و برای این منظور نباید سطح این بتن با اندودی پوشانده شود .
اندودکردن این بتن بسیار خوب و ساده انجام می شود. استفاده از این بتن برای روسازی و پیاده رو سازی اطراف درختان و یا پارکینگ ها بسیار مفید است ( بدلیل نفوذپذیری ). در دیوارهای باربر با طبقات کم می توان از این نوع بتن استفاده نمود . برای ایجاد نفوذپذیری بعنوان لایه اساس یا زیر اساس میتواند بطور مؤثر عمل نماید. همچنین بعنوان یک لایه بتن مگر نفوذپذیر مناسب است در زیر دال کف یا شالوده منابع آب بتنی نیز از این بتن می توان استفاده نمود.

طرح اختلاط بتن سبکدانه ( سازه ای و غیر سازه ای )
در طرح اختلاط هر نوع بتن ابتدا باید خواسته ها را بررسی و فهرست نمود که در مورد بتن سبک نیز این خواسته ها عبارتند از : مقاومت فشاری در سن مورد نظر، وزن مخصوص بتن تازه و خشک، دوام بتن در شرایط محیطی یا سولفاتی، اسلامپ و کارآئی بتن، مقدار حباب هوای لازم با توجه به حداکثر اندازه وشرایط محیطی، و احتمالا" موارد دیگری همچون مدول الاستیسیته یا خواص فیزیکی مکانیکی دیگر مثل قابلیت انتقال حرارت و غیره، در کنار این موارد ممکنست محدوده دانه بندی مطلوب ( بویژه در روشهای اروپائی ) از جمله محدودیت ها و خواسته ها باشد.
- در کنار این خواسته ها، داده هائی نیز بر اساس اطلاعات موجود از سیمان، سنگدانه و ... در دست است و یا باید در آزمایشگاه بدست آید از جمله اینها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
نوع سیمان، حداقل و حداکثر مجاز مصرف سیمان، حداکثر مجاز نسبت آب به سیمان، نوع مواد افزودنی مورد نظر و مشخصات آن، نوع سنگدانه درشت و ریزدانه، شکل و بافت سطحی سنگدانه ها، چگالی و جذب آب سبکدانه ها و سنگدانه های معمولی، رژیم و روند جذب آب سبکدانه، وزن مخصوص توده ای سنگدانه درشت متراکم با میله ( در طرح امریکائی )، دانه بندی سنگدانه ها و حداکثر اندازه آنها، ویژگیهای مکانیکی و دوام سنگدانه ها، مدول ریزی سنگدانه ها و ریزدانه ها ( بویژه در روش امریکائی )، چگالی ذرات سیمان و افزودنیها : گاه لازمست دانه بندی یا مدول ریزی سبکدانه ها معادل سازی شود یعنی با توجه به اختلاف در چگالی ذرات، دانه بندی وزنی به دانه بندی و مدول ریزی حجمی تبدیل گردد که در این حالت لازمست برای چگالی ذرات هر بخش اندازه ای را تعیین کنیم.

روش طرح اختلاط و جداول و اطلاعات ضروری در هر روش :
معمولا" در هر نوع روش طرح اختلاط لازمست حدود مقدار آب آزاد با توجه به کارآئی، حداکثر اندازه سنگدانه و شکل آن فرض گردد و بدست آید. نسبت آب به سیمان از جداول راهنما یا تجربیات گذشته و شخصی فرض می گردد. پس مقدار سیمان در این صورت مشخص می گردد . هر چند گاه در طرح اختلاط بتن سبک ابتدا عیار سیمان فرض شده و با در نظر گرفتن نسبت آب به سیمان یا کارآئی، مقدار آب مشخص می شود.
اختلاف عمده روش ها در تعیین مقدار سنگدانه ها خواهد بود و بویژه در طرح مخلوط بتن سبکدانه یا نیمه سبکدانه، اختلافات موجود روشها برای بتن معمولی، بیشتر می گردد.
در روشهای اروپائی ( آلمانی و اتحادیه بتن اروپا ) با توجه به محدوده مطلوب دانه بندی حجمی، سهم سنگدانه های ریز و درشت ( خواه هر دو سبکدانه یا یکی از آنها سبکدانه باشد ) بدست می آید، سپس چگالی متوسط سنگدانه ها تعیین شده و در فرمول حجم مطلق قرار می گیرد و مقدار کل سنگدانه بدست می آید.
اگر افزودنی داشته باشیم حجم افزودنی از تقسیم وزن به چگالی آن بدست می آید و در رابطه قرار داده می شود.
پس از تعیین با توجه به سهم هر سنگدانه، وزن آن مشخص می گردد و با توجه به ظرفیت جذب آب هر نوع سنگدانه می توان وزن خشک هر کدام و آب کل را تعیین کرد. وزن مخصوص بتن تازه نیز از جمع اوزان اجزاء بتن بدست می آید ( بصورت محاسباتی ) در عمل پس از ساخت مخلوط آزمون با توجه به نتیجه محاسبات و اطلاعات حاصله مانند اسلامپ، کارآئی و مقاومت و وزن مخصوص بتن میتوان اصلاحات لازم را در محاسبات به انجام رسانید و طرح اختلاط را نهائی کرد. امریکائی ها نیز در ACI 211.1 و ACI 211.2 و ACI 213 R سه روش را برای طرح اختلاط بتن سشبکدانه و یا نیمه سبکدانه توصیه نموده اند :


آنچه در اینجا اهمیت دارد آنست که در هنگام گیرش نسبت آب به سیمان واقعی چقدر است و با دانستن اینکه آبهای موجود در بتن، در سنگدانه یا خمیر سیمان است به این نتیجه رسید که آب آزاد واقعی چیست و چقدر می باشد. مسلما" کارآئی و اسلامپ را آب آزاد مربوط به زمانهای کوتاهتر مثل 15 دقیقه یا 30 دقیقه تعیین می کنند . این امر مستلزم آنست که رژیم جذب آب سبکدانه را بدانیم و در هر حالت چگالی سبکدانه را محاسبه کنیم.


در روش حجمی از یک مخلوط آزمون با مقادیر تخمینی استفاده می شود ( آب، سیمان، سنگدانه ریز و درشت ). پس از ساخت مخلوط آزمون و انجام آزمایشهای لازم مانند : اسلامپ، درصد هوا و وزن مخصوص بتن تازه و مشاهده قابلیت تراکم، ماله خوری و کارآئی، خصوصیات دیگر نیز می تواند در زمانهای بعد بدست آید ( مثل مقاومت و ..... ). اما پس از ساخت بتن و اندازه گیری وزن مخصوص بتن تازه، با توجه به وزن مصالح مورد استفاده در ساخت بتن، حجم بتن حاصله تعیین می شود . حجم محاسباتی بتن نیز قبلا" مشخص شده است و لذا و اصلاح در مخلوط برای یکی شدن این ها صورت می گیرد . مسلما" باید اهداف مقاومتی و دوام نیز تأمین گردد . در اینجا نیز مشکل چگالی ذرات و جذب آب وجود دارد که معمولا" رطوبت و چگالی موجود مد نظر قرار می گیرد . لازم به ذکر است که این روش برای بتن های نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه کاربرد دارد. همچنین در این روش از حجم سنگدانه ها بصورت شل استفاده می گردد.


این روش صرفا" برای سبکدانه درشت و ریز دانه معمولی کاربرد دارد یعنی صرفا" برای بتن نیمه سبکدانه مورد استفاده قرار می گیرد . در این روش از فاکتور چگالی بجاب چگالی ذرات سبکدانه استفاده می شود . فاکتور چگالی تعریف خاصی است که فقط در ACI 211.2 ( در ضمیمه A ) آمده است و با تعریف چگالی تفاوت دارد . S فاکتور چگالی بصورت زیر می باشد. C وزن سبکدانه ( خشک یا مرطوب ) و B وزن پیکنومتر پر از آب و A وزن پیکنومتر پر از آب و سبکدانه می باشد.
بنابراین در این تعریف وضعیت رطوبتی مشخص نیست و میتواند از حالت خشک تا کاملا" اشباع انجام شود اما باید وضعیت رطوبتی در هر مورد گزارش شود یعنی بگوئیم فاکتور چگالی برای سبکدانه ای با رطوبت معین برابر S می باشد . با توجه به روند معمولی طرح اختلاط امریکائی، مقدار آب آزاد، نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، وزن سبکدانه درشت خشک و مرطوب بدست می آید که در این رابطه مدول زیری ماسه و حداکثر اندازه سنگدانه ها و کارآئی مورد نیاز کاربرد دارد. جذب آب سبکدانه می تواند طبق دستورهای استاندارد موجود و یا ضمیمه B مربوط به ACI 211.2 مشخص شود که بر این اساس آب کل بدست می آید. در این روش نیز باتوجه به وزن یک متر مکعب بتن مقدار ماسه بدست می آید و بتن مورد نظر با اصلاحات رطوبتی ساخته شده و حک و اصلاح لازم بر روی مقادیر بدست آمده صورت می گیرد تا بتن مطلوب حاصل شود.

کاربردهای بتن سبک
همانطور که می دانیم بتن سبک می تواند به صورت های مختلفی طبقه بندی شود، مثلا" سازه ای و غیر سازه ای . از این نوع طبقه بندی می توان کاربردها را حدس زد . اما گاه از طبقه بندی دیگری استفاده می نمائیم مثل بتن سبکدانه، بتن اسفنجی و بتن فاقد ریز دانه . در این نوع طبقه بندی ظاهرا" نمی توان کاربردها را حدس زد.
• ساخت قطعاتی است که صرفا" جنبه پر کننده دارند. در نوع سازه ای نیز دو نوع بتن داریم : مسلح و غیر مسلح . مثلا" اجزاء سازه ای غیر مسلح مثل بلوکهای ساختمانی را باید از این جمله موارد دانست. بتن سبکدانه ای سازه ای مسلح کاربردهائی شبیه بتن معمولی مسلح دارد و حتی ممکن است پیش تنیده هم باشد. جالب است بدانیم بتن های سبکدانه سازه ای مسلح در ابتدا عمدتا" در ساخت کشتی های تجاری و جنگی در جنگ جهانی اول از سال 1918 تا 1922 بکار رفته است. کشتی Atlantus به وزن 3000 تن در سال 1918 و کشتی Selmaبه وزن 7500 تن و طول 132متر در سال 1919 به آب افتادند. همچنین در جنگ جهانی دوم ( تا اواسط جنگ) بدلیل محدودیت هائی در تولید ورق فولادی ( مانند جنگ جهانی اول ) کشتی ها و بارج های زیادی ساخته شدند که در همه آنها از بتن سبکدانه ( و معمولا" سبکدانه رسی منبسط شده ) استفاده شده بود. 24 کشتی اقیانوس پیما و 80 بارج دریائی تا پایان جنگ جهانی دوم در امریکا ساخته شد که ظرفیت آنها از 3 تا 000/ 140 تن بود.
جالب است بدانیم تا این اواخر یک کشتی بنام Peralta که در جنگ جهانی اول ساخته شده بود، شناور بود و آزمایشهای ارزشمندی نیز بر روی آن انجام شده است که نشان دوام عالی بتن آن از نظر خوردگی میلگردها و کربناسیون می باشد.
مخازن شناور آب و مواد نفتی از جمله موارد استفاده بتن سبکدانه ای مسلح در طول دوران جنگ جهانی اول و دوم بوده است که ظاهرا" بعدها نیز بر خلاف ساخت کشتی ها، تولید و ساخت آنها ادامه یافته است اما بدلیل اقتصادی در زمان صلح بواسطه وفور ورق فولادی، تولید کشتی مقرون به صرفه نمی باشد.
در سالهای 1950 و 1960 پل ها و ساختمانهای زیادی با بتن سبکدانه مسلح سازه ای در دنیا ساخته شد . بطور مثال در ایالات متحده و کانادا بیش از 150 پل و ساختمان از این نوع مورد بهره برداری قرار گرفت . بطور مثال ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئیز امریکا، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سیتی در سال 1929 از ساختمانهائی هستند که در دهه 20 و 30 میلادی ساخته شده اند .
ساختمان 42 طبقه در شیکاگو، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک ( 1960 )، فرودگاه Dulles واشنگتن در 1962، کلیسائی در نروژ در 1965، پلی در وایسبادن آلمان در 1966 و پل آب بر در روتردام هلند در 1968 از جمله این موارد هستند . در هلند، انگلستان، ایتالیا و اسکاتلند در دهه 70 و 80 میلادی پلهائی از نوع ساخته شده اند .
مخازن عظیم گاز طبیعی، اسکله شناور، مخزن نفت در زیر آب و ساختمانهای فرا ساحلی مانند سکوهای استخراج نفت و گاز با بتن سبکدانه مسلح سازه ای ساخته شده اند که اغلب بصورت نیمه سبکدانه و گاه تمام سبکدانه بوده اند . سکوی بزرگ پرش اسکی، جایگاه تماشاچی در برخی استادیومها و همچنین سقف این استادیومها گاه از بتن سبکدانه ساخته شده است.
بزرگترین بنای بتن سبکدانه، یک ساختمان اداری 52 طبقه در تکزاس با ارتفاع 215 متر می باشد. در هلند در سالهای 60 تا 73 میلادی 15 پل با دهانه بزرگ با بتن سبکدانه ساخته شده است. در سالهای دهه 70 میلادی ساخت بتن های سبکدانه پر مقاومت آغاز شد و در دهه 80 بدلیل نیاز برخی شرکتهای نفتی در امریکا، نروژ و مکزیک، ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فرا ساحلی مانند سکوهای نفتی با بتن سبکدانه پر مقاومت آغاز شد که در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 به بهره برداری رسید و نتایج آن منتشر شده است.


• بتن اسفنجی معمولا" بع دو نوع گازی و کفی تقسیم میشود. این نوع بتن ها را بتن پوک و متخلخل نیز می نامند و در برخی منابع بتن Cellular نام دارد. اغلب بتن های گازی و کفی غیر سازه ای هستند اما برخی بتن های گازی از قابلیت سازه ای شدن و حتی مسلح شدن برخوردار می باشند.

1. روش حجم مطلق : در این روش عملا" پس از تعیین آب آزاد، سیمان، سنگدانه درشت خشک و اشباع، ازفرمول حجم مطلق استفاده نموده و وزن ماسه اشباع با سطح خشک بدست می آید. این روش برای بتن معمولی، نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه قابل اجراست . مشکل عمده در این حالت تعیین مقدار چگالی اشباع با سطح خشک سبکدانه ها و ظرفیت جذب آب آنهاست. علاوه بر آن عملا" یک اشکال مفهومی نیز در این حالت وجود دارد و آن اینکه آیا اصولا" در هنگام ریختن و گیرش بتن، سبکدانه ها به مرحله اشباع با سطح خشک رسیده اند که بتوان از چگالی اشباع با سطح خشک آنها برای تعیین حجم اشغال آنها در بتن استفاده نمود . از آنجا که تفاوت حالت واقعی با فرضی گاه خیلی زیاد است. استفاده از این روش بویژه اگر قرار باشد وزن اشباع با سطح خشک و چگال مربوط در فرمول حجم مطلق بکار رود محل تأمل است مگر اینکه از یک چگالی یا وزن دیگر با توجه به جذب آب واقعی در این حالت استفاده نمود که روش بسیار دقیقی حاصل می گردد. امروزه سعی شده است با این روش به طرح اختلاط مناسب دست یافت . مثلا" در روش های اروپائی که این مشکل وجود دارد سعی می شود از جذب آب و چگالی نیم ساعته، 1 ساعته یا 2 ساعته و حتی 4 ساعته استفاده گردد.
2. روش حجمی Volumetric 3. روش وزنی یا فاکتور چگالی ( Weight Method or Specificgravity factor Method ) : بتن های اسفنجی عمدتا" پر کننده هستند. ساخت برخی پانل های جداکننده، ایجاد کف سازی و شیب بندی، عایق های حرارتی و جاذب صوت از جمله موارد مورد استفاده بتن اسفنج غیر سازه ای است . تولید قطعات و بلوکهای ساختمانی برای بنائی از جمله کاربردهای بتن گازی است . نوعی بتن گازی بنام سیپورکس در سوئد ساخته شد که می توانست مسلح گردد و در ایران نیز مدتی قطعات بتنی مسلح سیپورکسی بکار رفت از جمله دالهای بتن مسلح پیش ساخته برای پوشش سقف از جنس سیپورکس در برخی پروژه های کشور ما مصرف گشته است . قطعات نما از جنس بتن کفی و گازی یا سبکدانه غیر سازه ای نیز تولید و مصرف شده است .( FIP fib ) برخی پروژه های مهم ساخته شده با بتن سبکدانه را منتشر نموده است که کاربرد آن را نجومی نشان می دهد.