مزایا و کاربردهای بتن توانمند UHPC چیست؟

بتن با کارایی فوق العاده بالا (UHPC) ماده سیمانی پیشرفته با مقاومت بالا و دوام عالی است. این ماده راه حلی توانمند برای بهبود پایداری ساختمان ‌ها و سایر اجزای زیرساخت می‌باشد. در دو دهه گذشته، UHPC در بسیاری از کشورها با کاربرد در اجزای ساختمان، پل‌ها، ویژگی‌های معماری، تعمیر و بازسازی، اجزای عمودی مانند برج ‌های آسیاب‌ بادی و برج ‌های تاسیسات تا کاربرد های صنعت نفت و گاز، سازه‌ های دریایی، سازه ‌های هیدرولیکی و مواد روکش‌کاری، مورد توجه زیادی قرار گرفته است.

UHPC نسل نسبتا جدید  مواد سیمان و بتن با استحکام بر اساس زمان گذشت،  شکل پذیری و دوام بسیار بالا است. UHPC تقویت شده با الیاف را می‌توان ترکیبی از سه فناوری بتن یعنی بتن خود تراکم (SCC)، بتن مسلح با الیاف (بتن الیافی) (FRC) و بتن با کارایی بالا (HPC) در نظر گرفت. اقدامات تامینی (دستورالعمل‎های موقت) فرانسه(AFGC 2002) UHPC را به ‌عنوان بتن با مقاومت فشاری حداقل 150 مگاپاسکال با استفاده از تقویت‌ کننده الیاف فولادی برای اطمینان از رفتار شکل ‌پذیر تحت کشش تعریف می‌کند.

UHPC با مقاومت فشاری 130 تا 150 مگاپاسکال تقویت شده با الیاف فولادی یا سایر الیاف به عنوان UHPC با مقاومت کمتر در نظر گرفته می‌شود. به‌طور معمول، اصطلاح UHPC برای توصیف مخلوط الیاف تقویت شده، فوق روان‌کننده، دود سیلیس- سیمان، با نسبت آب به سیمان بسیار کم (W/C) استفاده می‌شود که به‌ جای سنگدانه معمولی با حضور ماسه کوارتز بسیار ریز به قطر 6/0-15/0 میلی ‌متر مشخص می‌شود.

انواع مختلفی از UHPC وجود دارد که در کشورهای مختلف و توسط سازندگان مختلف مانند Ceracem®، BSI®، compact reinforced composites (کامپوزیت ‌های تقویت‌ شده فشرده) (CRC)،multi-scale cement composite (کامپوزیت سیمانی چند مقیاسی) (MSCC) و reactive powder concrete (بتن پودری واکنش ‌پذیر) (RPC) ساخته شده‌اند. در مالزی، UHPC نفوذ صنعتی- تجاری خود را به‌ عنوان مصالح ساختمانی پایدار در اواخر سال 2010 با نام Dura® آغاز کرد.

برای آشنایی بیشتر با پلیمر های تقویت شده این مقاله را بخوانید:

کاربرد پلیمر های تقویت شده با الیاف درمقاوم سازی سازه ها

مقاومت فشاریUHPC 10 برابر بتن سنتی است. مقاومت فشاری توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر خمش تحت بار (یا تحت فشار) است. بتن معمولی مورد استفاده در پل ها دارای مقاومت فشاری 3000 تا 5000 psi است. UHPC دارای مقاومت فشاری 18000 تا 35000 psi است. یکی دیگر از معیارهای استحکام، مقاومت کششی یا کشش است.

یعنی یک ماده هنگام کشیدن چه مقدار استحکام دارد. در حالی‌که بتن سنتی دارای مقاومت کششی 400 تا 700 psi است، UHPC دارای مقاومت کششی حدود 1400 psi است. بتن با عملکرد فوق العاده بالا (UHPC) یک کامپوزیت سیمانی است که با مقاومت فشاری بالا (معمولا بیش از 120 مگاپاسکال)، دوام، شکل‌پذیری کششی و چقرمگی خاص مشخص می‌شود.

در ترکیب اصلی UHPC، سنگدانه یک پرکننده است و بایندر با آب واکنش می‌دهد تا ماتریسی با قابلیت استحکام بخشی و اثر روان‌کنندگی تشکیل دهد. علاوه بر روان‌کنندگی ذرات سنگدانه و ایجاد کارایی مناسب، ماتریس باید ذرات سنگدانه را کاملا جامد کند تا از خواص مهندسی  انواع بتن  سفت شده اطمینان حاصل شود. با توجه به استحکام و دوام بالا مورد نیاز UHPC، چگالی فشردگی ذرات باید افزایش یابد.

برای اطمینان از استحکام کافی UHPC، دوده سیلیس و پودر سیلیس بسیار ریز اغلب در ترکیب ماتریس استفاده می‌شود تا چگالی بندی ذرات افزایش و در نتیجه استحکام ماتریس افزایش یابد. علاوه بر مواد سیمانی مکمل، برای اطمینان از سیالیت و ویسکوزیته مناسب ماتریس یک عامل غلیظ‌ کننده و همچنین مقدار مناسبی از یک فوق روان‌کننده اضافه می‌شود. برای افزایش مقاومت کششی و مقاومت در برابر سرشکن شدن (پوسته شدن) ماتریس، الیاف مخلوط می‌شوند. از آنجاکه UHPC مزایای زیادی دارد، کاربرد آن از زمان پیدایش افزایش یافته است.

اصول تولید UHPC

در طول سال ‌های گذشته با پیشرفت‌ های چشمگیر در زمینه بتن، بسیاری از محققان UHPC را تا سطح قابل کاربرد توسعه داده‌اند. مقاومت فشاری برای UHPC طراحی شده می‌تواند به 200 مگاپاسکال برسد. ایده اصلی تولید بتن با مقاومت بسیار بالا و ریز ساختار متراکم در دهه 1980 مطرح شده بود. با وجود این، پیشرفت عملی پس از توسعه SP کارآمد حاصل شد که تولید بتن روان با نسبت بالای ذرات فوق ریز متراکم را برای به حداقل رساندن تخلخل کامپوزیت با استفاده از W/B بسیار کم ممکن ساخت.

اصول بنیادی طراحی UHPC توسط چندین محقق به‌شرح زیر شناسایی شده است:

1- به حداقل رساندن تخلخل کامپوزیت با بهینه ‌سازی مخلوط دانه‌ای از طریق توزیع وسیعی از طبقه ‌بندی اندازه پودر و کاهش W/B.

2- تقویت ریز ساختار با عملیات حرارتی برای سرعت بخشیدن به واکنش پوزولانی SF و افزایش خواص مکانیکی.

3- بهبود همگنی با حذف سنگدانه ‌های درشت و در نتیجه کاهش اثرات مکانیکی ناهمگنی.

4- افزایش شکل‌ پذیری با افزودن کسر حجمی کافی از الیاف فولادی کوچک.

استفاده از چهار اصل اول منجر به بتن با مقاومت فشاری بسیار بالا می‌شود و افزودن الیاف فولادی به بهبود مقاومت کششی و شکل ‌پذیری بتن کمک می‌کند.

خواص UHPC

در مقایسه با بتن معمولی، بتن با عملکرد فوق العاده بالا (UHPC) چقرمگی عالی و مقاومت در برابر ضربه بهتری دارد. در دمای بالا، خواص ریز ساختاری و مکانیکی UHPC ممکن است به ‌طور جدی بدتر شود. به این ترتیب، ابتدا خواص UHPC را با مقاومت فشاری 120 مگاپاسکال یا بالاتر بتن 28 روزه در فاز مخلوط تازه بررسی کردیم و خواص مکانیکی سفت شده آن را در هفت روز اندازه‌گیری کردیم. متغیرهای آزمایش عبارت بودند از: نوع مواد سیمانی و نسبت اختلاط (خاکستر سیلیس، پودر سیلیکون فوق ریز)، نوع الیاف (الیاف فولادی، الیاف پلی پروپیلن) و محتوای الیاف.

خواص آن عبارتند از:

- بتن با عملکرد فوق العاده بالا (UHPC) یک ماده مرکب جدید با ویژگی‌های مکانیکی بسیار خوب است.

- UHPC به دلیل چگالی فشردگی بهینه و استفاده محدود از سنگدانه‌ های درشت، همگن ‌تر از NSC است. تفاوت اندازه و قدرت بین ماتریس و سنگدانه های ریز بسیار کم است.

- UHPC رفتار شکل‌ پذیر نشان می‌دهد و عملکرد کششی آن را می‌توان به ‌طور قابل توجهی بهبود بخشید.

- نانو مواد موجود در UHPC هیدراتاسیون سیمان را تسریع می‌کند، ریز ساختار را متراکم می‌کند، استحکام را بهبود می‌بخشد و در نتیجه به دوام آن کمک می‌کند.

- ماتریس HPC نفوذپذیری بسیار کمی دارد.

- UHPC دارای مقاومت فشاری 10 برابر بیشتر از بتن معمولی است. مقاومت فشاری توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر خمش تحت بار (یا تحت فشار) است.

- چگالی فشردگی UHPC بهینه شده است.

- UHPC هنگام آزمایش مهاجرت بسیار کم کلرید را نشان داد، کمتر از 10% نفوذپذیری بتن معمولی.

- UHPC مقاومت سایشی عالی دارد، تقریبا دو برابر بتن معمولی.

- UHPC خواصی مشابه سنگ سخت دارد.

- UHPC معمولا با الیاف فولادی با استحکام بالا، شن ریز، سیمان، خاکستر بادی، حجم زیاد SF و مقدار کم آب (نسبت w/cm کمتر از 2/0) ساخته می‌شود.

مواد UHPC

مواد داخل UHPC به پیش مخلوط ‌های سه جزئی تقسیم می‌شوند: پودرها، فوق روان‌کننده و الیاف آلی. مواد تشکیل دهنده عبارتند از:

- سیمان پورتلند

- دود سیلیس

- پودر کوارتز

- ماسه سیلیس ریز

- کاهندة آب به میزان زیاد

- آب

- الیاف فولادی یا آلی

برخی تولیدکنندگان محصولات پیش مخلوط UHPC فقط با اضافه کردن آب تولید کردند که محصولات UHPC را دسترس ‌پذیرتر می‌کند. انجمن آمریکایی آزمایش و مواد، روش استاندارد ASTM C1856/1856M را برای ساخت و آزمایش نمونه ‌های بتن با کارایی فوق‌العاده ارائه کرده است که با تغییراتی برای UHPC بر روش ‌های آزمایش فعلی ASTM متکی است.

کاربرد های UHPC

بازار بتن با عملکرد فوق العاده بالا به دلیل مزایای مختلف شامل دوام، استحکام بالا و محافظت در برابر شرایط آب و هوایی شدید، به‌طور گسترده در ساختمان‌ های بلند مسکونی پذیرفته شده است. رشد بازار بتن با عملکرد فوق العاده بالا (UHPC) تا حد زیادی با رشد کاربردهای مسکونی در صنعت ساخت و ساز مرتبط است. حوزه‌ های کاربرد آن عبارتند از:

- تیرهای پیش تنیده

- پانل وافل پیش ساخته برای عرشه پل

- closure pours کارگاهی برای عناصر پل پیش ساخته (پرکننده درز)

- شمع ‌های بتنی پیش ساخته

- مقاوم‌ سازی لرزه‌ای پل‌ها

- پوشش‌ های نازک چسبنده عرشه پل

- کاربرد های امنیتی و کاهش انفجار

نتیجه ‌گیری

تولید سیمان پس از کارخانه ‌های خودرو و زغال سنگ سومین منبع انتشار CO2 است. UHPC با جایگزینی 4 اینچ بتن پیش ساخته معمول با 5/8 اینچ UHPC، پتانسیل جالبی برای کاهش چشمگیر اثرات زیست محیطی تولید سیمان دارد و در عین حال موجب کاهش وزن فولاد و سایر مصالح مورد نیاز فونداسیون، هسته و پوسته ساختمان می‌شود.

بتن با کارایی فوق العاده بالا (UHPC) ماده‌ای است که به ‌دلیل استحکام مکانیکی و دوام بالا در صنعت ساختمان مورد توجه قرار گرفته است و منجر به سازه ‌هایی می‌شود که به تعمیر و نگهداری کمی نیاز دارند. انتظار می‌رود صنعت ساخت و ساز صنعت بتن را به سمت نگرش ‌های جدید سوق دهد، که به نوبه خود به بازار ساخت و ساز کمک می‌کند تا در آینده نزدیک به بازده و ظرفیت بیشتری دست یابد، و تقاضا برای UHPC را با سرعت قابل توجهی افزایش می‌دهد.

انتظار می‌رود عواملی مانند افزایش تعداد واحدهای مسکونی جدید و سرمایه‌گذاری ‌های عظیم در بخش زیر ساختی، بازار UHPC را فعال کند. افزایش تقاضا در چین، ژاپن، مالزی، کره جنوبی و سایر کشورها به ‌دلیل رشد عظیم فرصت ‌های ساخت و ساز در این کشورها نیز بازار UHPC را فعال کرده است.

شرکت قالب سازی قادری با سالها تجربه یکی از بزرگترین تولید کننده ها در زمینه فروش  قالب فلزی بتن  می باشد جهت استعلام انواع محصول مانند : خرید جک سقفی،  داربست فلزی با بهترین کیفیت با ما در تماس باشید .