دانلود مقاله بتن مقاوم

چکیده سالهای زیادی است که بتن بعنوان یک ماده ساختمانی مهم در ساخت و سازه‌های بتنی چون ساختمانها، سدها، پلها، تونلها، راهها، اسکله‌ها و برجها و سازه‌های خاص دیگر کاربرد دارد.

در اکثر موارد به بتن بعنوان ماده‌ای مقاوم در برابر نیروهای فشاری نگریسته می‌شده است.

انجام پروژه‌های وسیع تحقیقاتی بر روی مواد مختلف تشکیل دهنده بتن و ازمایش‌ بتن‌های مختلف با مواد جدید در سالهای آخر قرن اخیر منجر به پیدایش بتن‌هایی شده است که علاوه بر تأمین مقاومت خواص دیگری از این ماده نظیر دوام، کارایی، نرمی و مقاومت در برابر عواملی چون آتش و محیط و هوازدگی را دستخوش تغییرات اساسی نموده است.

علاوه بر دگرگونی و تحول در مواد تشکیل دهنده بتن، افزودن مواد دیگری به بتن همچون افزودنیهای مختلف، انواع الیاف‌ ها و حتی مواد زائدی که ارزش خاصی نداشته و باعث آلودگی محیط زیست نیز می‌شوند، موجب پیدایش بتن‌های جدید با خواص جدید و بهبود یافته شده است.

در بتن مسلح علاوه بر خود بتن بر روی آرماتور نیز تحولاتی صورت پذیرفته است.

بعنوان مثال کاربرد فولادهای ضد زنگ برای مناطق بسیار خورنده، استفاده از آرماتورهای ساخته شده با الیاف‌های مختلف پلاستیکی و پلیمری از جمله تحقیقاتی بوده است که نتایج اولیه سودمندی بدست داده است، لیکن کار بر روی آنها و تحقیقات وسیع‌تر و دراز مدت برای بررسی داوم آنها هنوز ادامه داشته و به قرن آینده خواهد رسید.

هدف از مقاله اخیر عنوان نمودن پاره‌ای از دستاوردهای اخیر در بتن و بتن مسلح و ادامه راه در سالهای آینده می‌باشد.

در این خصوص به تحول دستیابی به بتن‌های با مقاومت زیاد و بسیار زیاد و بالاتر ازMPa 100 و همچنین بتن‌‌‌های توانمند با عملکرد بالا خواهیم پرداخت.

همچنین کاربرد مواد مختلف و الیاف‌ها برای افزایش نرمی بتن که مسأله بسیار مهمی در پدیده زلزله و بارهای دینامیکی بر روی سازه‌های بتنی است، بیان خواهد شد.

در ادامه به بتن‌هایی که بسیار کارا بوده و نیاز به لرزاندن نداشته و درعین حال مقاومت زیادی دارند، اشاره خواهد شد.

در بخش دیگری از مقاله کاربرد بتن بعنوان راه حلی برای کاهش آلودگی محیط زیست توضیح داده خواهد شد.

در بخش پایانی آخرین نتایج و کاربرد محدود آرماتورها با جنسیت‌های مختلف از جمله الیاف کربنی، پلیمری و پلاستیکی شده است.

باید اذعان نمود که نتایج تحقیقات سالهای آخر قرن حاضر و ادامه ‌ آنها در آینده و قرن جدید می‌تواند نگرش تازه‌ای به بتن بعنوان یک ماده ساختمانی پرمصرف بدهد.

این نتایج منجر خواهد شد تا دیدگاه بتن بعنوان تنها یک ماده با مقاومت فشاری خوب به کلی دگرگون شده و خواص ویژه بتن‌های جدید نظر اکثر دست‌اندرکاران پروژه‌های بزرگ عمرانی را در جهان بخود معطوف سازد.

مقدمه سالهای زیادی است که از بتن بعنوان یک ماده ساختمانی مهم و با تحمل فشارهای بالا جهت ساخت و ساز انواع سازه‌ها استفاده می‌شود.

ضعف این ماده مهم و پر مصرف ساختمانی در مقابل کشش با قرار دادن آرماتور تا حد زیادی جبران شده است.

در سالهای اخیر و با بررسی دوام سازه‌ های بتنی مسلح بویژه در مناطق خورنده و سخت برای بتن نظر اکثر کارشناسان و دست‌اندرکاران کارهای بتنی به این مسأله جلب شده است که مقاومت به تنهایی نمی‌تواند جوابگوی کلیه خواص مربوط به بتن بخصوص دوام آن باشد و لازم است در طراحی بتن برای مناطق مختلف علاوه بر مسأله مقاومت و تحمل بارها در طول مدت بهره‌دهی، پایایی و دوام آن نیز مد نظر قرار گیرد.

در حال حاضر با اضافه نمودن مواد مختلف بتن و تغییرات در طرح اختلاط می‌توان به بتن‌هایی دست یافت که بدون تغییر قابل ملاحظه در مقاومت آنها از نقطه نظر دوام به بتن‌هایی با دوام بالا دست یافت.

مسأله محیط زیست وآلودگی آن نیز در سالهای اخیر نظر جهانیان را بخود معطوف ساخته است.

کاربرد مواد و مصالحی که در ساخت آن آلودگی کمتری به محیط منتقل گردد و همچنین برداشت مصالح طبیعی که کمتر محیط را تخریب نماید، مورد توجه خاص قرار دارد.

در این راستا محدودیت کاربرد سنگدانه‌ها، دستیابی به مواد جدید و نیز استفاده از مواد زائد کارخانه‌ها و آلاینده‌های محیط زیست در بتن در رأس برنامه‌های تحقیقاتی پاره‌ای از کشورهای جهان قرار گرفته است.

علاوه بر خود بتن و مصالح تشکیل‌دهنده آن در سالهای اخیر بر روی آرماتور مصرفی در سازه‌های بتنی مسلح نیز تحولاتی صورت گرفته است.

بعنوان مثال و برای پرهیز از خطر خوردگی آرماتور، از فولادهای ضد زنگ و نیز آرماتورهای ساخته شده با الیاف‌ مختلف پلاستیکی و پلیمری در محیط‌های بسیار خورنده استفاده می‌شود.

کار بر روی عملکرد دراز مدت چنین موادی هنوز ادامه دارد.

در مقاله اخیر به چند مورد از بتن‌های جدید که چند سالی است از آنها در صنعت ساخت و ساز برای سازه‌های بتنی استفاده می‌شود اشاره شده و مواد جدید مورد استفاده در بتن که تحقیقات روی آنها هنوز ادامه دارد، نیز بیان خواهد شد.

بعنوان مثال بتن‌های با مقاومت زیاد و بتن‌های توانمند و با عملکرد بالا در این خصوص جایگاه ویژه‌ای دارند.

کاربرد الیاف و مواد مختلف در بتن برای افزایش نرمی آن و مقاومت در مقابل بارهای ضربه‌ای و نیروهای ناشی از زلزله مورد دیگری از بتن‌های خاص می‌باشد.

با نگرشی عمیق به مسأله دوام بتن و ضمن تأمین مقاومت لازم، کاربرد بتن‌های با کارایی بالا که اجرای آن را نیز آسان می‌سازد در برنامه کار مراکز بسیاری قرار گرفته و برخی از این بتن‌ها با اضافه کردن افزودنیهای مختلف به آنها، اینک وارد صنعت بتن شده‌اند.

بتن و فولاد دو نوع مصالحی هستند که امروزه بیشتر از سایر مصالح در ساختمان انواع بناها از قبیل ساختمان پلها،ساختمان سدها، ساختمان متروها،ساختمان فرودگاه ها و ساختمان بناهای مسکونی و اداری و غیره به کار برده می شوند.و شاید به جرأت می توان گفت که بدون این دو پیشرفت جوامع بشری به شکل کنونی میسر نبود.با توجه به اهدافی که از ساخت یک بنا دنبال می شود،بتن و فولاد به تنهایی و یا به صورت مکمل کار برد پیدا می کنند.

فولاد به لحاظ اینکه در شرایط به دقت کنترل شده ای تولید می شود و مشخصات و خواص آن از قبیل تعیین و با آزمایشات متعددی کنترل می شود،دارای کاربری آسانتر از بتن است.

اما بتن در یک شرایط کاملا متفاوتی با توجه به پارامتر های مختلف از قبیل نوع سیمان،نوع مصالح و شرایط آب و هوایی تولید و استفاده می شود و عدم اطلاع کافی از خواص مواد تشکیل دهنده بتن و نحوه تولید و کاربرد آن می تواند ضایعات جبران ناپذیری را به دنبال داشته باشد.

با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی در قرن اخیر، علم شناخت انواع بتن و خواص آنها نیز توسعه قابل ملاحظه ای داشته است، به نحوی که امروزه انواع مختلف بتن با مصالح مختلف تولید و استفاده می شود و هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست.هم اکنون انواع مختلفی از سیمانها که حاوی پوزولانها ،خاکستر بادی،سرباره کوره های آهن گدازی،سولفورها،پلیمرها،الیافهای مختلف،و افزودنیهای متفاوتی هستند،تولید می شد.

ضمن اینکه تولید انواع بتن نیز با استفاده از حرارت،بخار،اتوکلاو،تخلیه هوا،فشار هیدرولیکی،ویبره و قالب انجام می گیرد.

بتن به طور کلی محصولی است که از اختلاط آب با سیمان آبی و سنگدانه های مختلف در اثر واکنش آب با سیمان در شرایط محیطی خاصی به دست می آیدو دارای ویژگیهای خاص است.

اولین سؤالی که پیش می آید این است که چه رابطه ای بین تشکیل دهنده بتن باید وجود داشته باشد تا یک بتن خوب به دست آید و اصولا بتن خوب دارای چه شرایط و ویژگیهایی است.

رابطه بین اجزاء تشکیل دهنده بتن،در خواص فیزیکی و شیمیایی و همچنین نسبت اختلاط آنها با هم است.چه اگر مصالح یا آب و سیمانی با خواصی مناسب بتن با هم مخلوط گردند و در شرایط و محیطی مناسب به عمل آیند،یقینا بتن خوبی حاصل می شودو اصولا بتن خوب، بتنی است که دارای مقاومت فشاری دلخواه و رضایت بخشی باشد.

رسیدن به یک مقاومت فشاری دلخواه و رضایت بخش بدین معناست که سایر خواص بتن مانند مقاومت کششی، وزن مخصوص، مقاومت دربرابر سایش، نفوذ ناپذیری، دوام، مقاومت دربرابر سولفاتها و ...

نیز همسو با مقاومت فشاری، بهبود یافته و متناسب می شوند.

اگر چه شناخت مصالح مورد مصرف در ساخت بتن و همچنین خواص مختلف بتن کار آسانی نیست اما سعی می شود به خواص عمومی مصالح و همچنین بتن پرداخته شود.

بتن اینک با گذشت بیش از 170 سال از پیدایش سیمان پرتلند به صورت کنونی توسط یک بنّای لیدزی، دستخوش تحولات و پیشرفتهای شگرفی شده است.در دسترس بودن مصالح آن، دوام نسبتاً زیاد و نیاز به ساخت و سازهای فراوان سازه های بتنی چون ساختمان ها، پل ها، تونل ها، سدها، اسکله ها، راه ها و سایر سازه های خاص دیگر، این ماده را بسیار پر مصرف نموده است.

اینک حدود سه تا چهار دهه است که کاربرد این ماده ارزشمند در شرایط ویژه و خاص مورد توجه کاربران آن گشته است.

اکنون کاملاً مشخص شده است که توجه به مقاومت تنها به عنوان یک معیار برای طرح بتن برای محیطهای مختلف و کاربریهای متفاوت نمی تواند جوابگوی مشکلاتی باشد که در درازمدت در سازه های بتنی ایجاد می گردد.

چند سالی است که مسأله پایایی و دوام بتن در محیط های مختلف و به ویژه خورنده برای بتن و بتن مسلح مورد توجه خاص قرار گرفته است.مشاهده خرابی هایی با عوامل فیزیکی و شیمیایی در بتن ها در اکثر نقاط جهان و با شدتی بیشتر در کشور های در حال توسعه، افکار را به سمت طرح بتن هایی با ویژگی خاص و با دوام لازم سوق داده است.

در این راستا در پاره ای از کشورها مشخصات و دستورالعمل ها واستانداردهایی نیز برای طرح بتن با عملکرد بالا تهیه شده و طراحان و مجریان در بعضی از این کشورهای پیشرفته ملزم به رعایت این دستورالعمل ها گشته اند.

در مواد تشکیل دهنده بتن نیز تحولات شگرفی حاصل شده است.

استفاده از افزودنی های مختلف به عنوان ماده چهارم بتن، گسترش وسیعی یافته و در پاره ای از کشورها دیگر بتنی بدون استفاده از یک افزودنی در آن ساخته نمی شود.

استفاده از سیمان های مختلف با خواص جدید و سیمان های مخلوط با مواد پوزولانی و نیز زائده های کارخانه های صنعتی روز به روز بیشتر شده و امید است که بتواند تحولی عظیم در صنعت بتن چه از نقطه نظر اقتصادی و چه از نظر دوام و نیز حفظ محیط زیست در قرن آینده بوجود آورد.

در سازه های بتنی مسلح نیز جهت پرهیز از خوردگی آرماتور فولادی از مواد دیگری چون فولاد ضد زنگ و نیز مواد پلاستیکی و پلیمری (FRP) استفاده می شود که گسترش آن منوط به عملکرد آن در دراز مدت گشته است.

با توجه به نیاز روز افزون به بتن های خاص که بتوانند عملکرد قابل و مناسبی در شرایط ویژه داشته باشند،سعی شده است تا در این مقاله به پاره ای از این بتن ها اشاره گردد.

کاربرد مواد افزودنی به ویژه فوق روان کننده ها و نیز مواد پوزولانی به ویژه دوده سیلیس در تولید بتن با مقاومت زیاد و با عملکرد خوب مختصراً آورده می شود.

بتن های خیلی روان که تحولی در اجرا پدید آورده است و نیز بتن های با نرمی بالا برای تحمل ضربه و نیروهای ناشی از زلزله نیز از مواردی است که باید به آنها اشاره نمود.

کوشش های فراوان برای مبارزه با مسأله خوردگی آرماتور در بتن و راه حل ها و ارائه مواد جدید نیز در اواخر سالهای قرن بیستم پیشرفت شتابنده ای داشته است که به آنها اشاره خواهد شد.

افزودنی های خاص در شرایط ویژه : برای ساخت بتن های ویژه در شرایط خاص نیاز به استفاده از افزودنی های مختلفی می باشد.

پس از پیدایش مواد افزودنی حباب هواساز در سالهای 1940 کاربرد این ماده در هوای سرد و در مناطقی که دمای هوا متناوباً به زیر صفر رفته و آب بتن یخ می زند، رونق بسیار یافت.

این ماده امروز یکی از پر مصرف ترین افزودنی ها در مناطق سرد نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی است.

ساخت افزودنی های فوق روان کننده که ابتدا نوع نفتالین فرمالدئید آن در سالهای 1960 در ژاپن و سپس نوع ملامین آن بعداً در آلمان به بازار آمد شاید نقطه عطفی بود که در صنعت افزودنی ها در بتن پیش آمد.

ابتدا این مواد برای کاستن آب و به دست آوردن کارایی ثابت به کار گرفته شد و چند سال بعد با پیدایش بتن های با مقاومت زیاد نقش این افزودنی اهمیت بیشتری یافت.

امروزه بتن های مختلفی برای منظور ها و خواص ویژه و نیز به منظور مصرف در شرایط خاص با این مواد ساخته می شود که ازمیان آنها به ساخت بتن های با مقاومت زیاد، بتن های با دوام زیاد، بتن های با مواد پوزولانی زیاد (سرباره کوره های آهن گدازی و خاکستر بادی)، بتن های با کارایی بالا، بتن های با الیاف و بتن های زیر آب و ضد شسته شدن می توان اشاره نمود.

بتن های با کارآیی بسیار زیاد که چند سالی است از پیدایش آن در جهان و برای اولین بار در ژاپن نمی گذرد، تحول جدیدی در صنعت ساخت و ساز بتنی ایجاد کرده است.

این بتن که نیاز به لرزاندن نداشته و خود به خود متراکم می گردد، مشکل لرزاندن در قالب های با آرماتور انبوه و محلهای مشکل برای ایجاد تراکم را حل نموده است.

این بتن علیرغم کارایی بسیار زیاد خطر جدایی سنگدانه ها و خمیر بتن را نداشته و ضمن ثابت بودن کارایی و اسلامپ تامدتی طولانی می تواند بتنی با مقاومت زیاد و دوام و پایاپی مناسب ایجاد کند.

در طرح اختلاط این بتن باید نسبت های خاصی را رعایت نمود.

به عنوان مثال شن حدود 50 درصد حجم مواد جامد بتن را تشکیل داده و ماسه حدود 40 درصد حجم ملات انتخاب می شود.

نسبت آب به مواد ریزدانه و پودری بر اساس خواص مواد ریز بین 9/0 تا 1 می باشد.

با روش آزمون و خطا نسبت دقیق آب به سیمان و مقدار ماده فوق روان کننده مخصوص برای مصالح مختلف تعیین می گردد.

از این بتن با استفاده از افزودنی دیگری که گرانروی بتن را می افزاید در زیر آب استفاده شده است.

همچنین ببینید: بتن های با عملکرد و دوام زیاد ( بتن های با نرمی بالا: آرماتورهای غیر فولادی در بتن: مقابله با خوردگی بتن: بتن با مقاومت زیاد امروزه بر اساس تکنولوژی رایج بتن، ساخت بتن‌های با مقاومت‌های فشاری زیاد و دور از انتظار که می‌تواند برای طراحی سازه‌های اجرایی رایج مورد استفاده قرار گیرند، امکان‌پذیر می‌باشد.

اگر چه اغلب آیین‌نامه‌های بتن هنوز مقاومت بتن مورد استفاده در سازه‌ها را به MPa 60 محدود می‌کنند، اما آیین‌نامه‌های جدید اخیراً حدی بالاتر از MPa 105 را نیز در نظر گرفته‌‌اند ] 1 [.

ساخت بتن‌های با مقاومت زیاد و در حد MPa 120 و کاربرد آن در ساختمان‌های بلند در کشورهای پیشرفته دنیا رواج یافته است.

این مقاومت با اضافه نمودن مواد ریز و فعال به سیمان تا حدی افزایش یافته که بتن‌هایی با مقاومت‌های فشاری بین MPa 200 و MPa 800 و مقاومت‌های کششی بین MPa 30 و MPa 150 در نمونه‌های آزمایشگاهی بدست آمده است.

برای دستیابی به چنین مقاومت‌هایی لازم است تغییراتی در طرح اختلاط داده و از مواد و افزودنی‌های جدیدی استفاده نمود.

از عوامل مهم در رسیدن به چنین مقاومت‌هایی استفاده از سنگدانه‌های مقاوم و کاهش حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتنی برای همگنی بیشتر آن می‌باشد.

همچنین با استفاده از مواد بسیار ریزدانه و با اندازه‌های کمتر از دهم میکرون می‌توان مجموعه‌ای متراکم‌تر و با تخلخل بسیار کم که بالاترین وزن مخصوص را خواهد داشت، تهیه نمود.

در بتن‌های با مقاومت زیاد بایستی تا حد ممکن نسبت آب به سیمان (w/c) را کاهش داد (امروزه حتی نسبت 18/0 = w/c استفاده شده است) که در این حالت بعضی دانه‌های سیمان هیدراته نشده بصورت مواد ریزدانه پرکننده، دانسیته را افزایش داده و در نتیجه سبب افزایش مقاومت می‌شوند.

بدیهی است برای تأمین کارایی چنین مخلوط‌هایی با آب بسیار کم لازم است از روان‌کننده‌ها، فوق‌روان‌کننده‌ها و پخش کننده ذرات ریز در بتن استفاده نمود.

برای افزایش نرمی چنین بتن‌هایی (با افزایش مقاومت شکنندگی و تردی بتن افزایش می‌یابد) می‌توان به آنها الیاف‌های کوتاه اضافه نمود.

در ساخت چنین بتن‌هایی (مقاومت در حد فولاد و بالاتر) از روشهای سخت شده تحت فشار و دما برای عمل آوری بتن و تأمین مقاومت اولیه زیاد استفاده می‌گردد.

جدول 1- مشخصات بتن بکار رفته در یک ساختمان بلند در مونترال کانادا خواص بتن طرح اختلاط اسلامپ 250 میلی‌متر نسبت آب به سیمان 25/0 درصد هوا 4/4 درصد آب 135 لیتر مقاومت فشاری 7 روزه 77 مگاپاسکال سیمان نوع 1 500 کیلوگرم در متر مکعب مقاومت فشاری 28 روزه 3/92 مگاپاسکال دوده سیلیس 30 کیلوگرم در متر مکعب مقاومت فشاری 90 روزه 106 مگاپاسکال شن‌با‌حداکثر اندازه10میلیمتر ‌1100‌کیلوگرم‌در مترمکعب مقاومت فشاری یکساله 4/119 مگاپاسکال ماسه طبیعی 700 کیلوگرم در متر مکعب دیرگیر کننده 8/1 لیتر در متر مکعب فوق روان کننده 14 لیتر در متر مکعب بتن های با کارایی بسیار زیاد (بتن خود متراکم) امروزه در بعضی کشورهای جهان و بویژه در ژاپن بتن جدیدی با کارایی بسیار بالا که نیاز به لرزاندن نداشته و خودبخود متراکم می‌گردد ساخته شده و در برخی پروژه‌ها اجرا شده است.

با داشتن کارایی بسیار زیاد این بتن در اجرا، خطر جدایی سنگدانه‌ها و خمیر را نداشته و در عین حال از مقاومت زیاد و دوام نسبتاً بالایی برخوردار است.

در طرح اختلاط این بتن، موارد زیر در نظر گرفته شده است.

میزان شن در این بتن حدود 50 درصد حجم مواد جامد بتن بوده و در آن ماسه به میزان 40 درصد حجم ملات استفاده شده است.

نسبت آب به مواد ریزدانه و پودری بر اساس خواص مواد ریز بین9/0 تا 1 انتخاب می‌شود.

برای تعیین میزان نسبت آب به سیمان و مقدار فوق روان کننده مخصوص مصرفی با استفاده از روش میز روانی، مقدار بهینه با آزمون و خطا تعیین می‌گردد ]2و3[.

بتن با سنگدانه بازیافتی امروزه با توجه به پیشرفت جمعیت و مشکل فضا در شهرهای بزرگ برای ساخت و ساز لازم است ساختمان‌های قدیمی بتنی تخریب و بجای آن ساختمان‌های بلند جدید احداث شوند.

در کشور ژاپن و چند کشور اروپایی که زمین و فضای لازم برای ایجاد بنا ارزش ویژه‌ای دارد و همچنین برای جلوگیری از مسائل محیط‌زیستی که از تخریب ساختمانها ناشی می‌شود و کاربرد مصالح آن در بنای جدید تحقیقات وسیعی در ساخت بتن با سنگدانه بازیافتی (خورد کردن بتن قدیم و استفاده از آن بعنوان سنگدانه در بتن جدید) در حال انجام است.

بعنوان مثال در کشور هلند هر سال حدود 10 میلیون تن مصالح ناشی از تخریب ساختمان‌های بتنی که حدود حجم بتن مورد نیاز در ساخت ساختمانهاست، تولید می‌شود.

قرار است نیمی از این مصالح در بتن‌های جدید استفاده شوند.

در حال حاضر تحقیقات روی میزان جمع‌شدگی و خزش و دوام این بتن‌ها ادامه دارد تا در قرن بیست و یکم کاربرد وسیع‌تر آن را امکان‌پذیر سازد.

بتن‌های با نرمی بالا امروزه کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکل‌های زیاد را بدون شکست تحمل نماید، مورد توجه قرار گرفته است.

تحقیقات وسیعی در خصوص تأمین نرمی لازم در بتن با الیاف‌های مختلف و حتی حذف آرماتور در حال انجام می‌باشد.

هدف از کاربرد الیاف در بتن افزایش مقاومت کششی، کنترل گسترش ترکها و افزایش طاقت (Toughness) بتن می‌باشد تا قطعه بتنی بتواند در مقابل بارهای وارده در یک مقطع ترک خورده تغییر شکل‌های زیادی را پس از نقطه حداکثر تنش تحمل نماید.

شکل شماره 1 عملکرد یک تیر خمشی با الیاف را در تحمل خیزهای زیاد در مقایسه با بتن بدون آرماتور نشان می‌دهد.

بتن با الیاف مختلف در سالهای اخیر در سازه‌های عمده‌ای چون روسازی راهها و فرودگاه‌ها، بتن پی‌های عظیم با تغییر شکل‌های زیاد و بویژه در پوشش بتنی تونلها بکار رفته است.

در ساخت پوشش تونلها بتن الیافی با پاشیدن بر جداره شکل می‌پذیرد.

اخیراً برای حذف ترکها در پوشش تونلهایی که بصورت چند تکه پیش ساخته اجرا می‌شود از بتن بدون آرماتور و تنها الیاف استفاده شده و این نوع بتن سبب حذف ترکها در حین عمل‌آوری و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونلهای مترو شده است.

در نوع بسیار جدید بتن الیافی که می‌توان با آن به حداکثر نرمی در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف (SIFCON) استفاده می‌شود.

در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر می‌شود.

میزان الیاف در این بتن حدود 10 درصد می‌باشد که حدود 10 برابر میزان الیاف در بتن‌های الیافی متداول است.

با این مصالح لایه‌های محافظی بدون ترک و تقریباً غیر قابل نفوذ می‌توان ایجاد نمود.

بعلت نرمی زیاد این قطعات ظرفیت تغییر شکل‌پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دالهای فولادی می‌رسد.

مقاومت فشاری این نوع بتن حدود 110-85 مگاپاسکال و مقاومت خمشی حدود 45-35 مگاپاسکال می‌باشد.

از این قطعات نه تنها می‌توان بعنوان لایه‌های محافظ کوچک استفاده نمود، بلکه در باندهای فرودگاه در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان می‌دهند.

در کارهای تعمیراتی دالها می‌توان از آنها بعنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز و در زمانی کوتاه استفاده نمود ]4[.

آرماتورهای غیرفولادی در بتن در سالهای اخیر استفاده محدودی از آرماتورهای غیرفلزی آغاز گشته است هر چند تحقیقات بر روی کاربرد وسیع‌تر آنها و عملکرد دراز مدت این نوع آرماتورها ادامه دارد.

این آرماتورها که معروف به آرماتورهای با الیاف پلاستیکی (FRP) هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه‌ای (GFRP)، الیاف آرامیدی (AFRP) و الیاف کربنی (CFRP) در یک رزین چسباننده تشکیل شده اند.

در جدول 2 خواص مکانیکی چند آرماتور الیافی که کاربرد پیدا کرد‌ه‌اند‌، آورده شده است.

در شکل 2 میله‌های پلاستیکی ساخته شده با الیاف مختلف و فولادهای پیش تنیدگی از نقطه نظر منحنی‌های تنش-کرنش با یکدیگر مقایسه شده‌اند.

جدول - خواص مکانیکی الیاف‌های مختلف E (Gpa) کرنش نهایی (٪) مقاومت کششی (MPa) نوع الیاف 165-73 4-5/2 3400-2700 آرامید 75 5-3 3500 شیشهE 87 5/5-5/4 4500 شیشه S 250 6/1-1 3900-3200 کربن مدول پایین 400 6/0 2700-2300 کربن مدول بالا خاصیت عمده این آرماتوها که سبب کاربرد آنها شده است، مقاومت در برابر خوردگی آنهاست که می‌تواند در محیط‌های بسیار خورنده دوام دراز مدتی داشته باشند.

علاوه بر این مقاومت بالا، مقاومت به خستگی بالا، ظرفیت بالای تغییر شکل ارتجاعی، مقاومت الکتریکی زیاد و هدایت مغناطیسی پایین و کم این مواد از مزایای آنها شمرده می‌شود.

البته این مواد معایبی چون کرنش گسیختگی کم و شکننده بودن و خزش زیاد و تفاوت قابل ملاحظه ضریب انبساط حرارتی آنها در مقایسه با بتن را به همراه دارند ] 5[.

اخیراً از الیاف مختلف شبکه‌هایی بافته شده و بصورت یک شبکه آرماتور در سطح بتن برای کنترل ترک و کم کردن عرض آن و همچنین در دیوارهای نمای بتنی از آن استفاده می‌کنند.

تحقیقات روی کاربرد صفحات الیافی بجای صفحات فولادی برای تقویت قطعات خمشی و تیرها و دالها بویژه در پلها ادامه دارد.

این صفحات بارزین‌های اپوکسی به نواحی کششی از خارج اتصال داده می‌شوند.

کاربرد صفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشتر رایج گشته و در چندین پل در ژاپن و در بعضی کشورهای اروپایی از آن استفاده شده است ]6[.

بتن‌های ابداعی در بعضی موارد با تغییر در مواد تشکیل‌ دهنده بتن و با روش‌های ابداعی می‌توان پاره‌ای از خواص نامطلوب بتن را حذف نمود.

این امر منجر به پیدایش بتن‌های خاص با خواص ویژه‌ای می‌گردد از آنجا که رسیدن به مقاومت بالا در بتن از اهداف دست اندرکاران کارهای بتنی در دو دهه اخیر بوده است، ابتدا این نوع بتن با مقاومت بیش از MPA50 ساخته شد.با پایین آوردن نسبت آب به سیمان تا حد 3/0 رسیدن به چنین مقاومتهایی بسیار آسان است.

برای ساخت بتن هایی با مقاومت بیشتر و در حد Mpa 110-80 و برای تقویت ناحیه فصل مشترک سنگدانه درشت و خمیر سیمان مواد سیلیسی فعال و غیر بلوری به نام دوده سیلیس به کار گرفته شد.

همزمان سنگدانه هایی با مقاومت بیشتر و با دانه بندی مناسب تر و با کنترل حداکثر اندازه سنگدانه در این مخلوط ها به کار رفت.

بتن های با عملکرد و دوام زیاد از آنجا که در کاربرد این بتن گاه مقادیر بالایی سیمان و بیش از 400 کیلوگرم (حتی تا 500 کیلوگرم) مصرف می شد، علاوه بر گرانی این بتن، ترک هایی نیز حین ساخت به دلیل جمع شدگی پلاستیکی و ناشی از خشک شدن بیشتر این بتن ها و نیز ترک های حرارتی بوجود آمد.

همچنین با افزایش این مقاومت تردی و شکنندگی بتن نیز افزایش یافت.

چنین بتنی نمی توانست در شرایط محیطی سخت و محیطهای خورنده به علت وجود ترک های زیاد دوام قابل قبولی داشته باشد.

به منظور افزایش دوام حین افزایش مقاومت ضمن کاربرد دوده سیلیس و کم کردن آب و مصرف فوق روان کننده، مقدار سیمان کاهش یافته و در عوض مواد پوزولانی همچون دوده سیلیس، خاکستر بادی، سرباره کوره های آهن گدازی، خاکستر پوسته برنج و بالاخره پوزولان های طبیعی به صورت مواد ریزدانه جایگزین آن گردید.

امروز شاهد ساخت بتن هایی با دوام که نفوذپذیری کمی دارند و در مقابل حملات شیمیایی کلرورها و سولفات ها و گاز کربنیک و بعضاً واکنش قلیایی پایدارتر می باشند، هستیم.

برای مصرف این بتن در سازه های بلند و رفع نقیصه شکنندگی در پاره ای موارد از الیاف های کوتاه استفاده شده تا بدین وسیله نرمی این بتن ها افزایش یابد.

از مزایای عمده این بتن ها کاهش وزن ساختمان ها به علت کم کردن ابعاد ستون ها، صرفه جویی در میزان بتن و فولاد، کوتاه شدن دوران ساخت، تغییر شکل های وابسته به زمان کمتر و پایایی و داوم بشتر آ نها می باشد.

به منظور کاستن وزن سازه های بتنی که با بتن با مقاومت زیاد ساخته می شوند چند سالی است که با مصرف بخشی از سنگدانه های سبک در آن، بتن های سبک تری تولید نموده اند.

امروزه بتن هایی با وزن مخصوص 2 تن بر متر مکعب و مقاومت های mpa 80-60 در بعضی پروژه ها به کار رفته است.

به علت دوام قابل قبولی که این بتن ها در آزمایشات متعدد از خود نشان داده اند مصرف آنها در چند سازه بتنی دریایی در محیط های خورنده در کشورهای نروژ، کانادا، ژاپن، آمریکا و استرالیا گزارش شده است.

در کشور ما نیز اخیراً با تولید دوده سیلیس در کارخانه های داخلی کاربرد این ماده در بتن آغاز گشته است.

در چند پروژه در جنوب کشور که به علت داشتن آب و هوای گرم و محیطی خورنده برای بتن و نیز فولاد از سخت ترین شرایط محیطی برای بتن است، بتن با سیمان دارای حدود 7 تا 10 در صد میکرو سیلیس به عنوان جابگزین سیمان استفاده شده است.

بایستی توجه داشت که به علت عدم آب انداختگی این بتن و واکنش های سریع و گرمای محیط خطر ایجاد ترک های پلاستیک در ساعات اولیه و سپس ترک های ناشی از خشک شدن و حرارتی در این بتن ها زیاد بوده و در صورت عدم کنترل و دقت و عمل آوری سریع و مناسب علیرغم مقاومت زیاد وجود ترک در این بتن ها سبب افزایش نفوذ پذیری آنها گشته و در نتیحه املاح و مواد خورنده به داخل بتن و خوردگی آرماتور خرابی بتن تشدید می گردد.

در پاره ای از تونل های انتقال آب و نیز تونل سدها نیز از این ماده در طرح اختلاط بتن برای بتن پاشی پوشش استفاده شده است.

پیوستگی خوب این بتن و کم شدن مصالح بازگشتی و مقاومت و دوام خوب از خصوصیات آن درپوشش تونل ها است.

این ماده در لایه نهایی سرریز بعضی سدهای کشور نیز در حال استفاده و یا در آینده استفاده نخواهد شد.

مصرف میکرو سیلیس در بتن سبب افزایش مقاومت سایشی و فرسایشی بتن می گردد.

مقابله با خوردگی بتن مسأله خوردگی فولاد در بتن از معضلات عمده کشورهای مختلف جهان است.

این مسأله حتی در کشورهای پیشرفته همچون آمریکا، کانادا، ژاپن و بعضی کشورهای اروپایی هزینه های زیادی را برای تعمیر آنها به دنبال داشته است.

به عنوان مثال درگزارش های اخیر بررسی پل ها در امریکا حدود 140،000 پل مسأله داشته اند.

این مسأله در کشورهای در حال توسعه و در کشورهای حاشیه خلیج فارس بسیار شدیدتر بوده و سازه های بتنی زیادی در زمانی نه چندان طولانی دچار خوردگی و خرابی گشته اند.

بررسی ها در این مناطق نشان می دهد که اگر مصالح مناسب انتخاب گردد، بتن با مشخصات فنی ویژه این مناطق طرح گردد، در اجرای بتن از افراد کاردان استفاده شود و سرانجام اگر عمل آوری کافی ومناسب اعمال شود، بسیاری از مسائل بتن بر طرف خواهد گشت.

به هرحال برای پیشگیری در سال های اخیر روش ها و موادی توصیه و به کار گرفته شده است که تا حدی جوابگوی مسأله بوده است.

استفاده از آرماتورهای ضدزنگ و نیز آرماتورهای با الیاف پلاستیکیfrp یکی از این روش ها است که به علت گرانی آن هنوز کاملا توسعه نیافته است.

به علاوه عملکرد دراز مدت این مواد باید پس از تحقیقات روشن گردد.

از روش های دیگر کاربرد حفاظت کاتدیک در بتن می باشد با استفاده از جریان معکوس با آند قربانی شونده می توان محافظت خوبی برای آرماتورها ایجاد نمود.

این روش نیاز به مراقبت دائم دارد ونسبتا پرخرج است ولی روش مطمئنی می باشد.

برای محافظت آمارتور در مقابل خوردگی، چند سالی است که از آرماتور با پوشش اپوکسی استفاده می شود.

تاریخچه مصرف این آرماتورها بویژه در محیط های خورنده نشان می دهد که در بعضی موارد این روش موفق و در پاره ای نا موفق بوده است.

به هرحال اگر پوشش سالم بکار گرفته شود با این روش می توان حدود 10 تا 15 سال خوردگی را عقب انداخت.

استفاده از ممانعت کننده ها و بازدارنده های خوردگی بتن نیز به دو دهه اخیر برمی گردد.

مصرف بعضی از این مواد همچون نیترات کلسیم و نیترات سدیم جنبه تجارتی یافته است.

به هر حال عملکرد این مواد در تاخیر انداختن خوردگی در تحقیقات آزمایشگاهی و نیز در محیط های واقعی مناسب بوده است.

بازدارنده های دیگری از نوع آندی و کاتدی مورد آزمایش قرار گرفته اند ولی دلیل گرانی زیاد هنوز کاربرد صنعتی پیدا نکرده اند.

برای محافظت بیشتر آرماتور و کم کردن نفوذپذیری پوشش های مختلف سطحی نیز روی بتن آزمایش و به کار گرفته شده است.

این پوشش ها که اغلب پایه سیمانی و یا رزینی دارند با دقت روی سطح بتن اعمال می گردند.

عملکرد دوام این پوشش به شرایط محیطی وابسته بوده و در بعضی محیط ها عمر کوتاهی داشته و نیاز به تجدید پوشش بوده است.

روی هم رفته پوشش های با پایه سیمانی هم ارزانتر بوده و هم به علت سازگاری با بتن پایه پیوستگی و دوام بهتری در محیط های خورنده و گرم نشان می دهند.

با پیشرفت روزافرون انقلاب تکنولوژیک به ویژه در تولید بتن های خاص برای مناطق و شرایط خاص می توان از این بتن ها در ساخت وسازهای آینده استفاده نمود.

دانش استفاده صحیح از مصالح، اجرای مناسب و عمل آوری کافی می تواند به دوام بتن ها در مناطق خاص بیفزاید.

تحقیفات گسترده و دامنه داری برای بررسی دوام بتن های خاص در شرایط ویژه و در دراز مدت بایستی برنامه ریزی و به صورت جهانی به اجرا گذاشته شود.