بتن غلتکی یا بتن RCC یکی از انواع بتن با اسلامپ صفر است که به عنوان رویه بتنی در روسازی یا مصالح در سدسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله، به معرفی مواد تشکیل‌دهنده، کاربردها، طرح اختلاط، مشخصات، نحوه تولید، مراحل اجرا، مزایا، معایب و استانداردهای بتن RCC یا بتن غلتکی می‌پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته پنهان کردن

بتن RCC چیست؟

«بتن متراکم شده با غلتک» (Roller-Compacted Concrete)، بتن RCC یا اصطلاحا بتن غلتکی از انواع ویژه بتن است که اغلب برای روسازی و سدسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد بتن غلتکی، اسلامپ خیلی پایین (حدود صفر) آن در حالت تازه است. این ویژگی، امکان تحکیم مناسب و دستیابی به ویژگی‌های مورد نظر را فراهم می‌کند.

تاریخچه بتن غلتکی به چه زمانی باز می‌گردد؟

تاریخچه بتن RCC به دهه 1970 میلادی (دهه 1350 شمسی) بازمی‌گردد. در این دوران، صنعت الوارسازی کانادا به دنبال یک روش جدید و سازگار با محیط زیست برای دپو کردن محصولات خود بر روی زمین بود. به این منظور، باید زمینی با هزینه کم و روسازی مقاوم تهیه می‌شد. بتن غلتکی، راه‌حل مناسبی را برای این مسئله فراهم کرد. از آن زمان تا به امروز، طرح اختلاط و فرآیندهای متنوعی برای ساخت بتن RCC ارائه شده است که هر یک برای کاربری‌های مخصوص به خود مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دپو کردن الوار بر روی زمین تحکیم شده
دپو کردن الوار بر روی زمین تحکیم شده

به کارگیری و توسعه کاربردهای بتن غلتکی در دنیا از ابتدای معرفی آن آغاز شد و این بتن خیلی زود جای خود را در صنایع مختلف باز کرد:

  • سال 1970 میلای (1349 شمسی): ساخت اولین نمونه روسازی بتن غلتکی برای جاده‌هایی با حجم ترافیکی کم در اسپانیا
  • سال 1975 میلای (1354 شمسی): ساخت جاده دسترسی به یک ایستگاه مطالعاتی در ایالات متحده
  • سال 1984 میلای (1363 شمسی): ساخت پارکینگ و محوطه وسیع برای ماشین‌آلات نظامی در ایالات متحده
  • سال 1990 میلای (1369 شمسی): روسازی جاده و پارکینگ وسایل نقلیه چرخ زنجیری و روسازی پارکینگ اتومبیل شرکت جنرال موتورز با مساحت‌های بیش از ۳۰۰ هزار متر مربع
  • سال 1992 میلای (1371 شمسی): روسازی محوطه انبار یک فروشگاه زنجیره‌ای بزرگ در ایالات متحده

امروزه، بسیاری از جاده‌ها و محوطه‌های بزرگ در دنیا توسط بتن RCC ساخته می‌شوند.

مواد تشکیل دهنده بتن غلتکی چه هستند؟

مواد تشکیل دهنده بتن RCC نیز مانند بتن معمولی شامل آب، سیمان (مواد مکمل سیمانی)، سنگدانه و افزودنی (شیمیایی یا معدنی) است. البته درصد استفاده از این مواد در بتن غلتکی با بتن معمولی تفاوت دارد. در ادامه، به معرفی نکات مهم در انتخاب مواد اولیه مناسب برای این نوع بتن می‌پردازیم.

سنگدانه بتن غلتکی

درصد زیادی از حجم مخلوط بتن RCC از سنگدانه تشکیل شده است. این ذرات ریز و درشت بر روی خواصی نظیر کارایی، چگالی، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، مشخصات حرارتی، دوام و عملکرد بتن تاثیرگذار هستند. از سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن معمولی می‌توان برای ساخت بتن غلتکی نیز استفاده کرد. با این وجود، توزیع دانه‌بندی بتن RCC‌ با بتن معمولی متفاوت است.

توزیع دانه بندی بتن غلتکی
دانه‌بندی پیشنهادی برای سنگدانه‌ای ریز، درشت و مخلوط آن‌ها

توزیع دانه‌بندی و خصوصیات سنگدانه‌ها بر روی جداشدگی، مقاومت و دوام بتن غلتکی تاثیرگذار است. با توجه به میزان دسترسی، دستورالعمل‌ها و استاندارها می‌توان از سنگدانه‌های خردشده یا خردنشده با نسبت‌های مختلف استفاده کرد. اگر سنگدانه‌های ریز و درشت، سخت، بادام و دارای دانه‌بندی خوب باشند، درگیری (چفت‌شدگی) بین آن‌ها در ترکیب بتن بهتر خواهد بود.

مواد سیمانی بتن غلتکی

از مواد سیمانی مورد استفاده در ترکیب بتن RCC می‌توان به سیمان معمولی (پرتلند)، سیمان مخلوط شده (با سیلیکا فیوم، خاکستر بادی، سرباره) و پوزولان اشاره کرد. انتخاب نوع مواد سیمانی به احتمال رخ دادن حمله سولفاتی، واکنش آلکالی-سیلیکا و فرسایش بستگی دارد. سیمان پرتلند نوع یک و دو، متداول‌ترین مواد سیمانی مورد استفاده در بتن غلتکی هستند.

سیمان پرتلند

مواد مکمل سیمانی، به منظور افزایش میزان ذرات ریز، اطمینان از تراکم کافی، افزایش کارایی و کاهش احتمال واکنش آلکالی-سیلیکا مورد استفاده قرار می‌گیرند. هنگام استفاده از مواد مکمل سیمانی، باید در دسترس بودن آن‌ها را نیز مد نظر قرار داد. با وجود مزیت‌های متعدد، این مواد دارای محدودیت‌هایی هستند که باید آن‌ها را در نظر گرفت. به عنوان مثال؛

  • استفاده بیش از ۲۵ درصد حجمی از خاکستر بادی، احتمال پوسته پوسته شدن بتن غلتکی را افزایش می‌دهد.
  • به کارگیری خاکستر بادی در مناطق سرد مناسب نیست.
  • سرباره یا سیلیکا فیوم، مقاومت فشاری و دوام در برابر چرخه ذوب را افزایش می‌دهند. با این وجود، این مواد باعث افزایش هزینه ساخت بتن غلتکی می‌شوند.

آب بتن غلتکی

آب، ماده‌ای است که انجام واکنش شیمیایی هیدارتاسیون و گیرش بتن را ممکن می‌سازد. این ماده از دو منبع (رطوبت سنگدانه‌ها و آب مرحله اختلاط) به ترکیب بتن RCC اضافه می‌شود. مشخصات آب مورد استفاده در ترکیب بتن RCC باید مطابق با استاندارد 14748 ایران (آب اختلاط بتن) یا ASTM C1602 باشد. در مجموع، منبع تامین آب باید بررسی و تایید شود. آب آشامیدنی بهترین گزینه برای اختلاط بتن است و نیازی به آزمون ندارد.

اضافه کردن آب به سیمان

افزودنی شیمیایی بتن غلتکی

با توجه به خشکی بتن RCC، افزودنی‌های شیمیایی با نسبت بالا در ترکیب آن مورد استفاده قرار می‌گیرند. افزودنی‌های کاهنده آب و دیرگیر کننده با افزایش چسبندگی و کارایی، به تراکم بهتر بتن کمک می‌کنند. علاوه بر این، استفاده از این افزودنی‌ها می‌تواند پیوند بین لایه‌های کناری یا لایه‌های رویی بتن غلتکی را نیز بهبود بخشد. افزودنی‌های کاهنده آب معمولا تحت تاثیر میزان و نوع سنگدانه‌های ریزتر از 75 میکرون قرار می‌گیرند.

سیلیکا فیوم

به منظور کاهش زمان اختلاط و تخلیه، بهبود کارایی و افزایش نرخ تولید می‌توان از روان‌کننده‌ها استفاده کرد. برای بهره‌برداری سریع از روسازی بتن غلتکی، افزودنی‌های تسریع کننده گزینه مناسبی هستند. افزودنی‌های حباب‌زا معمولا به ترکیب بتن RCC اضافه نمی‌شوند؛ چراکه برای ایجاد 5 تا 8 درصد حجمی هوا درون این نوع بتن‌ها، به مقدار قابل توجهی افزودنی نیاز است. به علاوه، عمکلرد بتن غلتکی در برابر چرخه ذوب بدون استفاده از افزودنی‌های حباب‌زا نیز مناسب است.

کاربرد بتن غلتکی چیست؟

بتن RCC دارای کاربردهای متعددی در ساخت سد، خیابان، بزرگراه، تقاطع‌ها، شانه جاده، مسیر عبور دوچرخه، مسیر عبور ماشین آلات سنگین، مراکز اسقاط، بندرگاه، خطوط راه‌آهن، تاسیسات نظامی، مرکز پخش، پارکینگ، انبار، کارخانه، نیروگاه، رویه محافظ، فونداسیون، کف صنعتی، محل تعمیر هواپیما و غیره است. در ادامه به معرفی برخی از متداول‌ترین کاربردهای بتن غلتکی می‌پردازیم.

سد بتن غلتکی چیست؟

سد بتن غلتکی، نوعی از سدهای وزنی است که توسط بتن غلتکی ساخته می‌شود. در واقع، بتن غلتکی یکی از مصالح مورد استفاده در ساخت سدهای وزنی است. معمولا این سدها نیاز به حجم بتن‌ریزی زیاد دارند. به همین دلیل، بتن غلتکی برای ساخت آن‌ها به صورت لایه‌های افقی بر روی هم ریخته و متراکم می‌شود. ساختار سد بتن RCC مشابه راه‌پله‌های بتنی است. توجه داشته باشید که به دلیل حجم بتن‌ریزی بالا در این نوع سد، از سیمان با عیار کم استفاده می‌شود. این کار، هزینه مصالح را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

سد بتن غلتکی
نمونه‌ای از یک سد وزنی ساخته شده توسط بتن غلتکی

شروع به کارگیری بتن RCC‌ در سدسازی به اوایل دهه 1970 میلادی (دهه 1350 شمسی) بازمی‌گردد. در آن دوران، بتن به صورت عادی و بدون تراکم در ساخت سد استفاده می‌شد. با معرفی بتن غلتکی و ویژگی‌های منحصر به فرد آن، کاربردهای این نوع بتن در سدسازی نیز مورد مطالعه و توسعه قرار گرفت. امروزه، بتن RCC یکی از پرکاربردترین مصالح در ساخت سد وزنی به شمار می‌رود.

روسازی بتن غلتکی چیست؟

«روسازی بتن غلتکی» (Roller-Compacted Concrete Pavement) یا RCCP، متداول‌ترین کاربرد بتن RCC است. این نوع روسازی در راه‌سازی و سطوح باربر (کف انبار، فرودگاه و غیره) کاربرد دارد. در راه‌سازی، روسازی بتن غلتکی با عنوان «روسازی بتنی غیر مسلح درزدار» (Joint Plain Concrete Pavement) یا JPCP شناخته می‌شود. JPCP، گزینه مناسبی برای جایگزینی روسازی آسفالتی است.

روسازی بتن RCC

روسازی بتن غلتکی از سه بخش بستر، زیر اساس/اساس و بتن تشکیل می‌شود (تصویر بالا). بتن RCC‌ مورد استفاده در روسازی با سدسازی تفاوت دارد. این بتن دارای مقاومت بالاتر، عیار سیمان بیشتر و سنگدانه‌های ریزتر است. تمرکز این مقاله بر روی ویژگی‌های بتن غلتکی روسازی است.

انواع بتن غلتکی کدام هستند؟

بتن RCC دارای سه نوع معمولی، الیافی و رنگی است. از این میان، نوع معمولی کاربرد بیشتری دارد و موارد دیگر فقط برای شرایط خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بتن غلتکی الیافی

بتن غلتکی الیافی، نوعی از بتن‌های RCC است که در آن از الیاف فولادی برای تقویت مقاومت روسازی استفاده می‌شود. مطالعات کمی بر روی عملکرد این نوع بتن غلتکی صورت گرفته است. این مطالعات نشان داده‌اند که میزان آب مورد نیاز (به دلیل افزایش سطح ویژه) و چگالی (به دلیل افزودن فولاد) در این نوع بتن غلتکی نسبت به نوع معمولی مقداری بیشتر است. علاوه بر این، وجود الیاف فولادی باعث افزایش مقاومت کششی می‌شود. با این وجود، استفاده از این مواد در ترکیب بتن RCC گسترش زیادی نداشته است.

بتن غلتکی رنگی

یکی دیگر از انواع بتن‌های RCC، بتن غلتکی رنگی است. این بتن برای ساخت رویه‌های محوطه‌هایی نظیر پارکینگ، پادگان و مکان‌هایی با کفه باز کاربرد دارد. رنگی بودن بتن غلتکی علاوه بر ظاهر جذاب، عملکرد روسازی در جذب/بازتاب نور را نیز بهبود می‌بخشد. با وجود سرعت کم گسترش تکنولوژی بتن غلتکی در ایران، نوع رنگی آن توسط شرکت‌های ایرانی توسعه یافته است.

در رابطه با تکنولوژی بتن و اختلاط آن، فیلم آموزشی مفصلی در مجموعه فرادرس تهیه شده است که می‌تواند در فراگیری این مبحث به شما کمک کند. لینک این فیلم در ادامه آورده شده است.

طرح اختلاط بتن غلتکی چیست؟

بتن RCC نیز مانند بتن معمولی با استفاده از موادی نظیر سنگدانه، سیمان پرتلند، مواد سیمانی مکمل، افزودنی‌های شیمیایی و آب ساخته می‌شود. با این وجود، بتن غلتکی برخلاف بتن معمولی، یک مخلوط سفت و خشک با اسلامپ پایین است. به طور کلی، بتن RCC از 10 درصد مواد سیمانی، 13 درصد آب، 35 درصد سنگدانه ریز، 40.5 درصد سنگدانه درشت و 1.5 درصد هوا تشکیل می‌شود. البته این درصدها با توجه به شرایط مختلف تغییر می‌کنند.

نسبت سیمان در بتن غلتکی

نسبت سیمان در بتن RCC پایین و معمولا بین 70 تا 130 کیلوگرم بر متر مکعب یا بین ۳ تا ۱۵ درصد حجم کل مخلوط است. به منظور تهیه بتن غلتکی می‌توان از تیپ‌های مختلف سیمان پرتلند استفاده کرد. البته سیمان پرتلند با حرارت کم نسبت به گزینه‌های دیگر ترجیح داده می‌شود.

نسبت خاکستر بادی در بتن غلتکی

نسبت خاکستر بادی در بتن RCC حداکثر ۸۰ درصد (معمولا بین ۲۰ تا ۳۰ درصد) حجم کل مواد سیمانی است. به طور کلی، خاکستر بادی نوع F در اولویت قرار دارد.

نسبت سنگدانه در بتن غلتکی

نسبت سنگدانه در بتن RCC حدود 75 تا 85 درصد حجمی است. از این‌رو، این ماده تاثیر قابل توجهی بر روی خواص بتن تازه و سخت شده دارد. ابعاد سنگدانه را می‌توان به سه گروه درشت، ریز و بسیار ریز (نرمه) تقسیم‌بندی کرد:

  • در اکثر پروژه‌ها، سنگدانه‌های درشت با ابعاد اسمی بین 37.5 تا 75 میلی‌متر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ضخامت لایه بتن غلتکی باید بیشتر از ۳ برابر ابعاد اسمی ذرات درشت باشد.
  • توزیع دانه‌بندی سنگدانه‌های ریز تاثیر زیادی بر روی کیفیت خمیر سیمانی و قابلیت تراکم‌پذیری بتن RCC دارد. این پارامتر، بر روی رفتار آب و مواد سیمانی برای پر کردن حفره‌ها و پوشاندن ذرات نیز تاثیرگذار است.
  • در ترکیباتی با نسبت سیمان پایین، معمولا باید از نرمه بیشتر (ذرات عبوری از الک 0.075 میلی‌متری) استفاده کرد. نسبت نرمه در بتن RCC‌ بین ۲ تا ۸ درصد (معمولا بیشتر از ۵ درصد) حجم کل سنگدانه‌ها است.

جدول زیر الزامات دانه‌بندی بتن RCC برای روسازی راه را نمایش می‌دهد.

درصد تجمعی عبوری از الک اندازه الک بر حسب میلی‌متر
100 25.4
83-100 19
72-93 12.4
66-85 9.5
51-69 4.75
38-56 2.38
28-46 1.2
18-36 0.6
11-27 0.3
6-18 0.15
2-8 0.075

نسبت مواد افزودنی در بتن غلتکی

به دلیل نسبت آب به سیمان پایین، نسبت مواد افزودنی در بتن RCC معمولا بیشتر از بتن معمولی است. به عنوان مثال، افزودنی ۵ درصد سیلیکا فیوم در ترکیب بتن معمولی می‌تواند کارایی و مقاومت فشاری آن را به میزان خوبی بهبود بخشد. در صورتی که مقدار پیشنهادی سیلیکا فیوم برای بهبود خواص بتن غلتکی برابر 7 تا 8 درصد است.

روش تعیین طرح اختلاط بتن غلتکی

روانی بتن و تراکم خاک، دو روش اصلی برای تعیین طرح اختلاط و نسبت مواد اولیه بتن RCC‌ هستند.

روش روانی بتن

در روش روانی بتن، میزان یکی از پارامترهای سنگدانه، آب یا مواد سیمانی تغییر داده می‌شود تا بتن به روانی مورد نظر برسد. روانی در این روش، زمان مورد نیاز برای تحکیم بتن توسط ارتعاش است. روش روانی بتن اغلب برای سازه‌های هیدرولیکی مانند سد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روش تراکم خاک

روش تراکم خاک، متداول‌ترین روش تعیین طرح اختلاط بتن غلتکی روسازی است. در این روش، با تعیین رابطه بین چگالی و رطوبت، حداکثر چگالی ناشی از تراکم نمونه در یک محدوده رطوبت تعیین می‌شود. به طور کلی، روش تراکم خاک شامل مراحل زیر است:

  1. انتخاب سنگدانه خوب دانه‌بندی شده
  2.  انتخاب میزان مواد سیمانی بر اساس الزامات پروژه، مسائل اقتصادی، دسترسی و روش تولید (شروع با ۱۱ تا ۱۳ درصد سیمان بدون مواد مکمل سیمانی)
  3. تعیین رابطه بین چگالی و رطوبت (معمولا بین رطوبت ۵ تا ۸ درصد)
  4. نمونه‌برداری برای تعیین مقاوت فشاری
  5. رسم نمودار مقاومت در برابر میزان سیمان
  6. محاسبه نسبت مواد اولیه

مشخصات بتن غلتکی چه هستند؟

مشخصات بتن RCC، پارامترهایی هستند که رفتار این ماده در شرایط بارگذاری و محیطی مختلف را کنترل می‌کنند. از مهم‌ترین مشخصات بتن غلتکی می‌توان به وزن مخصوص، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته، خستگی، مقاومت پیوند، جمع شدگی، نفوذپذیری و مقاومت در برابر چرخه ذوب و انجماد اشاره کرد. در ادامه، هر یک از این ویژگی‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

وزن مخصوص بتن غلتکی

به دلیل نسبت آب به سیمان پایین، وزن مخصوص خمیر سیمانی و پیوند آن با ذرات سنگدانه بالا است. چگالی بتن RCC معمولا بین 2400 تا 2500 کیلوگرم بر متر مکعب است.

مقاومت فشاری بتن غلتکی

مقاومت فشاری بتن RCC مشابه بتن معمولی (بین 28 تا 41 مگاپاسکال) است. این مقاومت به عوامل متعددی بستگی دارد. با این وجود، میزان تراکم بتن نسبت به ضخامت کل، مهم‌ترین پارامتر تاثیرگذار بر روی مقاومت فشاری بتن غلتکی است. میزان تراکم، پارامترهای دیگری مانند تخلخل و چگالی را نیز کنترل می‌کند.

  • باقی ماند ۱ درصد هوای قابل خروج، مقاومت فشاری بتن RCC را حدود ۵ درصد کاهش می‌دهد.
  • کاهش ۵ درصدی چگالی بتن RCC می‌تواند باعث کاهش ۴۰ درصدی مقاومت فشاری شود.

به طور کلی، استفاده از سنگدانه با دانه‌بندی ریز و به کارگیری نسبت آب به سیمان پایین می‌تواند مقاومت بتن غلتکی را افزایش دهد.

مقاومت خمشی بتن غلتکی

مقاومت خمشی بتن RCC معمولا بین 3.5 تا ۷ مگاپاسکال است. این مقاومت با چگالی و مقاومت فشاری رابطه مستقیم دارد. تنش خمشی، پارامتر کنترل کننده شکست خستگی در بتن غلتکی است. در صورت تراکم مناسب، احتمال رخ دادن ترک‌های ناشی از خستگی کاهش می‌یابد.

نمونه‌گیری از بتن RCC برای اندازه‌گیری دقیق مقاومت خمشی آن دشوار است و هیچ روش آزمون استانداردی برای ساخت نمونه در کارگاه و آزمایشگاه وجود ندارد. به همین دلیل، اطلاعات زیادی از این پارامتر در دسترس نیست. فرمول زیر، رابطه بین مقاومت فشاری و خمشی بتن غلتکی را نمایش می‌دهد:

$$
f r=C \sqrt{f_{c}}
$$

  • fr: مقاومت خمشی سه نقطه‌ای
  • fc: مقاومت فشاری
  • C: ثابت عددی بین ۹ تا ۱۱

مدول الاستیسیته بتن غلتکی

مدول الاستیسیته بتن RCC برابر یا کمی بیشتر از مدول الاستیسیته بتن معمولی (14 تا 41 گیگاپاسکال) است. البته این مدول به میزان سیمان مورد استفاده در ترکیب بستگی دارد.

خستگی بتن غلتکی

بر اساس مطالعات و آزمایشات محدود، رفتار خستگی بتن RCC مشابه بتن معمولی است. هنگامی که ماده در معرض بارگذاری تکراری قرار می‌گیرد، احتمال رخ دادن شکست ناشی از خستگی افزایش می‌یابد. به منظور بررسی خستگی بتن RCC از نسبت تنش استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در صورت اعمال تنش خمشی 2.76 مگاپاسکال بر روی بتن RCC با مقاومت خمشی 4.48 مگاپاسکال، نسبت تنش برابر با 0.62 خواهد بود.

مقاومت پیوند بتن غلتکی

مقاومت پیوند بین لایه‌های مختلف بتن RCC با مقاومت پیوند روسازی بتن معمولی متفاوت است. در اینجا، پیوند بین لایه‌ها، وضعیت پیوند (کامل، جزئی یا جدا) را تعیین می‌کند. شکست در لایه‌هایی با پیوند ناقص یا بدون پیوند، با اعمال بارهای کمتر رخ می‌دهد. طبق مطالعات انجام شده، در صورت اجرای لایه‌های متوالی روسازی بتن غلتکی در فاصله‌ای کمتر از ۶۰ دقیقه، مقاومت پیوند بین آن‌ها کامل خواهد بود.

جمع شدگی بتن غلتکی

جمع شدگی بتن RCC ناشی از فرآیند خشک شدن آن است. البته، به دلیل نسبت آب به سیمان پایین در این نوع بتن، درصد جمع شدگی آن کمتر از جمع شدگی بتن معمولی (0.05 درصد) است. از این‌رو، هر چه میزان خمیر سیمانی کمتر باشد، جمع شدگی و ترک‌های ناشی از آن نیز کمتر خواهد بود. در بتن غلتکی، میزان سنگدانه‌های درشت با جمع شدگی نسبت عکس دارد.

نفوذپذیری بتن غلتکی

نفوذپذیری بتن RCC تابعی از طرح اختلاط، روش جانمایی و میزان تراکم است. در مجموع، ضریب نفوذپذیری این نوع بتن مشابه بتن معمولی با مواد اولیه یکسان است (میانگین 17-10*4).

مقاومت بتن غلتکی در برابر چرخه ذوب و انجماد

چرخه ذوب و انجماد می‌تواند با ایجاد ترک‌های داخلی و یا پوسته پوسته کردن سطح، باعث تخریب بتن غلتکی شود. به طور کلی، عملکرد بتن RCC‌ در مقابل تغییرات آب و هوایی مناسب است. با این وجود، با انتخاب مواد اولیه مناسب و تراکم کافی می‌توان از مقاومت کافی بتن غلتکی در برابر چرخه ذوب و انجماد اطمینان حاصل کرد.

ضریب انبساط حرارتی بتن غلتکی

ضریب انبساط حرارتی بتن غلتکی یکی از مهم‌ترین عوامل موثر بر ترک‌خوردگی این نوع بتن است. این ضریب، تغییرات ابعاد بتن در اثر تغییر دما را نمایش می‌دهد. ضریب انبساط حرارتی بتن حدود ۶-10*۱۰ است. این مقدار از میانگین ضریب انبساط حرارتی بتن معمولی پایین‌تر است.

تولید بتن غلتکی چگونه انجام می‌شود؟

تولید بتن RCC طی سه مرحله شامل انتخاب مواد اولیه، خوراک دهی به میکسر و اختلاط انجام می‌گیرد. در ادامه به معرفی هر یک از این مراحل می‌پردازیم.

انتخاب مواد اولیه مناسب برای بتن غلتکی

مواد اولیه برای تولید بتن RCC باید طبق استانداردهای موجود انتخاب شوند. به عنوان مثال، کیفیت سیمان باید مطابق با استاندارد ASTM C150 (استاندارد 389 ایران) و کیفیت افزودنی‌ها باید مطابق استاندارد ASTM C494 (استانداردهای 1-2930 تا 6-2930 ایران) باشد. برای بتن غلتکی، انتخاب سنگدانه با دانه‌بندی مناسب از اهمیت زیادی برخوردار است. دانه‌بندی، ساخت پذیری و خصوصیات بتن RCC سخت شده را کنترل می‌کند. در بخش مشخصات بتن غلتکی، نکات مهم در انتخاب مواد اولیه را بیان کردیم.

خوراک دهی مواد اولیه بتن غلتکی

الزامات جابجایی، ذخیره‌سازی و خوراک دهی برای ساخت بتن RCC مشابه بتن معمولی است. در این مرحله با توجه به نکاتی نظیر گیرش سیمان، پیرشدگی مواد مکمل سیمانی و جداشدگی سنگدانه‌ها، کیفیت مواد اولیه مورد آزمایش قرار می‌گیرد. پس از تایید کیفیت، این مواد در سیلوهای مخصوص ذخیره شده و آماده انتقال به واحد بچینگ می‌شوند.

خوراک دهی بتن غلتکی توسط نوار نقاله

اختلاط بتن غلتکی

اختلاط بتن RCC توسط بچ میکسر یا میسکرهای پیوسته انجام می‌گیرد. بچ میکسرها مناسب پروژه‌های نسبتا کوچک هستند. این مخلوط کن‌ها به دو نوع درام میکسر (شیب‌دار، بدون شیب، تراک میکسر) و پن میکسر تقسیم می‌شوند. مواد اولیه در مقادیر مشخص به درون دیگ میکسر ریخته و مخلوط می‌شوند. میکسرهای پیوسته، برای پروژه‌های بزرگ و اختلاط بتن در حجم‌های زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند. خوراک‌دهی و اختلاط در این میکسرها به صورت پیوسته و در یک کارخانه بچینگ ثابت انجام می‌شود.

میکسر پیوسته بتن
نمونه‌ای از محوطه بچینگ و تجهیزات میکسر پیوسته بتن

به دلیل نسبت آب سیمان پایین و خشک بودن نسبی بتن RCC، انرژی مورد نیاز برای اختلاط و تشکیل یک مخلوط همگن بیشتر از بتن معمولی است. این مسئله می‌تواند ظرفیت تولید را کاهش دهد. از این‌رو، در صورت استفاده از بچ میکسرها، باید مقدار مواد اولیه ورودی به دیگ نسبت به حالت معمولی را کمتر کرد تا میکسر بدون هیچ مشکلی انرژی مورد نیاز برای اختلاط را تامین کند. زمان اختلاط بتن غلتکی بیشتر از بتن معمولی است. به طور کلی، عواملی نظیر مقیاس پروژه، تجهیزات موجود، مسائل اقتصادی و فاصله دسترسی به پروژه بر روی انتخاب میکسر مناسب تاثیرگذار هستند.

نحوه اجرای بتن غلتکی چگونه است؟

اجرای بتن RCC طی هفت مرحله شامل زیرسازی، انتقال، اجرای آزمایشی، بتن‌ریزی، تراکم، ایجاد درز، عمل‌آوری و بهره‌برداری صورت می‌گیرد. روسازی توسط این بتن معمولا با تجهیزات روسازی آسفالت یا تجهیزات مخصوص انجام می‌شود. این تجهیزات بر اساس روش‌های ساخت روسازی آسفالتی و بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با توجه به ضخامت و عرض مورد نیاز می‌توان بتن غلتکی را با نرخ 60 تا 120 متر بر ساعت اجرا کرد.

نکته: به دلیل نحوه اجرای بتن غلتکی، نیازی به استفاده از میلگرد انتظار، تنگ یا دیگر انواع میلگرد در بتن‌های غلتکی نیست.

زیرسازی بتن غلتکی

اولین مرحله در اجرای بتن RCC، آماده‌سازی لایه‌های زیرین روسازی است. بستر باید به گونه‌ای متراکم شود که چگالی آن به 95 درصد حداکثر چگالی خشک برسد. در صورت ضعیف بودن خاک می‌توان از روش‌های بهسازی استفاده کرد. به منظور ایجاد بستری با چگالی مناسب برای اجرای بتن غلتکی، تمام لایه‌ها باید به خوبی متراکم شوند.

آماده سازی زمین خاکی برای اجرای بتن غلتکی

توجه داشته باشید که سرعت تخریب روسازی در حالت اشباع افزایش می‌یابد. وجود لایه‌های شنی، زهکشی آب و جلوگیری از اشباع روسازی را بهبود می‌بخشد. رطوبت لایه‌های زیرین روسازی باید به صورت یکنواخت باشد. وجود رطوبت در این لایه‌ها، از جذب آب بتن RCC در حین اجرا و تغییر خواص مکانیکی آن جلوگیری می‌کند.

انتقال بتن غلتکی

انتقال بتن غلتکی از محل اختلاط تا محل استفاده معمولا توسط دامپ تراک صورت می‌گیرد. در صورت استفاده از تراک میکسر، باید افزودنی روان کننده به ترکیب اضافه شود. به علاوه در این حالت، یک مرحله برای تخلیه بتن به فرآیند اجرا اضافه خواهد شد.

تخلیه بتن غلتکی از دامپ تراک

از الزامات انتقال بتن RCC به محل پروژه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • ظرفیت و ترتیب به کارگیری ناوگان باربری باید بر اساس توان عملیاتی میکسر، فاصله باربری، ظرفیت تجهیزات مقصد، شرایط جوی و زمان اجرای بتن تعیین شود.
  • دامپ تراک باید به طور مداوم شسته شود. در صورت عدم شستشو، امکان چسبیدن بتن RCC و ایجاد مشکل در حین تخلیه وجود خواهد داشت.
  • به منظور حفظ رطوبت و جلوگیری از مشکلات مربوط به جانمایی، تراکم، و عملکرد، سطح بتن باید توسط پلاستیک یا پوشش‌های دیگر پوشانده شود.

اجرای آزمایشی بتن غلتکی

به منظور اعتبارسنجی طراحی، روش‌های اجرا، روند عمل آوری، درزهای اجرایی و انجام آزمایش‌ها (برجا یا آزمایشگاهی)، بتن RCC به صورت آزمایشی بر روی یک لایه متراکم شده اجرا می‌شود. به طور کلی، اهداف اصلی این مرحله عبارت هستند از:

  • تایید طرح اختلاط
  • اطمینان از توانایی اجرای صحیح و دستیابی به چگالی مورد نیاز توسط پیمانکار
  • برداشتن نمونه برای تایید ویژگی‌های مقاومتی

روسازی آزمایشی را می‌توان در خارج از محدوده پروژه نیز اجرا کرد. با این وجود، ابعاد این روسازی باید به گونه‌ای باشد که امکان ارزیابی مناسب بتن غلتکی را فراهم کند.

بتن ریزی بتن غلتکی

بتن ریزی RCC معمولا توسط فینیشر (تجهیزات آسفالت‌ریزی) انجام می‌گیرد. تجهیزات مورد استفاده برای ریختن بتن غلتکی باید قادر به جانمایی بتن با حداقل 80 درصد چگالی مرطوب پیش از شروع تراکم باشند. به منظور جلوگیری از جداشدگی مصالح و یا ایجاد تورفتگی/بیرون زدگی در سطح روسازی، فینیشر باید به طور پیوسته کار کند و قیف تخلیه نباید کاملا خالی شود.

ریختن بتن غلتکی توسط فینیشر

معمولا یک اختلاف ۱۰ تا ۲۵ درصدی بین ضخامت لایه روسازی پیش و پس از تراکم به وجود می‌آید. با توجه به نوع فینیشر می‌توان لایه‌ای با ضخامت 15 تا 25 سانتی‌متر را برای روسازی اجرا کرد. لایه‌های بعدی باید در کمتر از ۶۰ دقیقه بر روی یکدیگر ریخته شوند تا یک پیوند مناسب بین آن‌ها شکل بگیرد. زمان بین بتن ریزی لایه‌های کناری (ردیف‌های مجاور) نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. در صورتی که فاصله زمانی بین جانمایی ردیف‌های مجاور بتن غلتکی کم باشد، احتمال تشکیل درزهای سرد طولی افزایش خواهد یافت.

تراکم بتن غلتکی

تراکم، از مهم‌ترین مراحل در اجرای بتن RCC‌ است. این مرحله، پارامترهایی نظیر چگالی، مقاومت، نفوذپذیری، صافی، دوام و دیگر پارامترهای بتن غلتکی سخت شده را تعیین می‌کند. معمولا برای تراکم بتن RCC از غلتک‌های راه‌سازی با ویبره ۱۰ تنی استفاده می‌شود. بلافاصله پس از جانمایی بتن، این غلتک‌ها شروع به کار می‌کنند. پس از دستیابی به چگالی مورد نظر می‌توان سطح روسازی را توسط غلتک‌های کوچک پرداخت کرد. این کار، باعث حذف ترک‌های سطحی و ایجاد یک سطح نرم می‌شود.

تراکم بتن غلتکی توسط غلتک ماشینی و پرداخت آن توسط تجهیزات دستی

به کارگیری غلتک دستی گزینه مناسبی برای نواحی کوچک یا نزدیک به جدول و آبرو مناسب است. اگر رطوبت بتن RCC‌ زیاد باشد، به دلیل خروج آب، ظاهر آن در حین تراکم براق و خمیری خواهد بود. در صورت خشک بودن ترکیب، ظاهر روسازی به صورت خاکی یا دانه‌ای به همراه ترک خواهد بود. در هر دو حالت، احتمال جداشدگی مصالح وجود دارد. به این ترتیب، رسیدن به چگالی مورد نظر دشوار می‌شود. بهترین زمان برای تراکم بتن غلتکی، حداکثر ۱۵ دقیقه پس از جانمایی و حداکثر ۴۵ دقیقه پس از اختلاط است.

ایجاد درز در بتن غلتکی

درزها معمولا به منظور جلوگیری از ترک‌خوردگی و بازشدگی سطح روسازی ایجاد می‌شوند. روند ایجاد درز در بتن RCC مشابه بتن‌های معمولی بوده و عمق آن معمولا معادل یک چهارم ضخامت روسازی است. فاصله‌داری درزهای افقی برای بتن غلتکی کمی بیشتر از بتن معمولی است. الگوهای مربعی به الگوهای دیگر ترجیح داده می‌شوند. به همین دلیل، فاصله درزهای طولی نیز مانند درزهای عرضی خواهد بود.

ایجاد برش بر روی سطح بتن RCC

درزهای جداکننده و انبساطی در بتن RCC‌ مشابه بتن معمولی هستند. به طور کلی، دو روش برای جلوگیری از شکست درزهای روسازی می‌توان از گوشه‌های ضخیم یا جانمایی یک لایه زیر درز استفاده کرد. در مجموع، استفاده از درز باعث محدود شدن عرض ترک‌ها و بهبود درگیری سنگدانه‌ها می‌شود. به دلیل عدم استفاده از میلگرد انتظار و دیگر میلگردهای تقویتی در بتن غلتکی، تنها مکانیزم انتقال بار از میان درزها، درگیری سنگدانه‌ها است.

عمل آوری بتن غلتکی

عمل آوری، مرحله‌ای است که مقاومت و دوام بتن RCC را تعیین می‌کند. به دلیل عدم آب انداختن بتن غلتکی، تبخیر باعث کاهش رطوبت خمیر سیمانی و رخ دادن مشکلاتی نظیر ترک حاصل از جمع شدگی، ایجاد ریزترک‌های داخلی و تخریب سطح می‌شود. معمولا ترکیبات عمل آوری سفید (مطابق با استاندارد ASTM C309) برای بتن‌های RCC مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مجموع، روش عمل آوری انتخابی باید بلافاصله پس از تراکم نهایی اجرای شود.

بهره برداری از بتن غلتکی

زمان بهره برداری از روسازی بتن RCC‌ به نرخ افزایش خصوصیات مکانیکی، بارگذاری مورد انتظار و دمای محیط در زمان‌های مختلف بستگی دارد. بر اساس یک قانون سر انگشتی، زمانی که مقاومت بتن به 17 تا ۲۰ مگاپاسکال رسید، روسازی آماده بهره‌برداری است. بتن غلتکی معمولا طی دو روز (دمای بالای 21 درجه سانتی‌گراد) تا چهار روز (دمای 4 تا 20 درجه سانتی‌گراد) به مقاومت بهره‌برداری می‌رسد. توجه داشته باشید که نرخ افزایش مقاومت به نوع ترکیب و استفاده از افزودنی‌های شیمیایی یا مواد مکمل سیمانی بستگی دارد.

جاده بتن غلتکی

مزایای بتن غلتکی چه هستند؟

بتن غلتکی از مزایای متعددی نسبت به گزینه‌های مشابه در روسازی (آسفالت) و سدسازی (بتن معمولی) بهره می‌برد. از مهم‌ترین مزایای بتن RCC نسبت به مواد دیگر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • هزینه پایین و سرعت بالای اجرای
  • نیاز به تعمیر و نگهداری کم
  • سطحی بدون شیارافتادگی و چاله
  • هزینه بسیار پایین قالب‌بندی یا حذف قالب
  • عدم تغییر شکل در بارهای سنگین
  • کاهش مصرف سیمان
  • حرارت پایین هیدارتاسیون
  • مقاوم در برابر ضربه و فشار
  • هزینه پایین جابجایی، جانمایی و تراکم
  • نیروی کار کم
  • عدم نیاز به آرماتوربندی
  • انعطاف‌پذیری حجم عملیات (کم تا عظیم)
  • مقاومت در برابر دمای بالا

معایب بتن غلتکی چه هستند؟

در کنار تمام مزیت‌های بتن غلتکی، استفاده از این ماده با محدودیت‌هایی نیز همراه است. اصلی‌ترین محدودیت‌ها یا معایب بتن RCC عبارت هستند از:

  • با وجود هزینه پایین سدسازی با استفاده از بتن RCC، برخی از شرایط می‌توانند هزینه‌های استفاده از این نوع بتن را نسبت به بتن‌های دیگر افزایش دهند.
  • در صورتی که سنگدانه مناسب در دسترس نباشد، سنگ بستر فونداسیون ضعیف/عمیق باشد یا احتمال نشست در فونداسیون وجود داشته باشد، استفاده از بتن RCC گزینه مناسبی نخواهد بود.
  • امکان رخ دادن تراوش آب در سدهای ساخته یا تعمیر شده توسط بتن RCC زیاد است. به همین دلیل باید لایه‌ای برای توقف جریان آب در بتن تعبیه کرد.
  • برای اجرای صحیح بتن RCC نیاز به نیروی کار ماهر است.
  • دستیابی به سطح صاف و نرم دشوار است.
  • احتمال رخ دادن ترک‌های سطحی وجود دارد.

معرفی فیلم آموزش تکنولوژی بتن و اختلاط آن

بتن، از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. این ماده انواع بسیار مختلفی دارد که هر یک برای کاربری‌های متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرند. به منظور آشنایی دانشجویان، فارغ‌التحصیلان و علاقه‌مندان، فرادرس، یک فیلم آموزشی در زمینه تکنولوژی بتن و اختلاط آن تهیه کرده است. این آموزش طی 4 ساعت و 19 دقیقه و در قالب شش درس به معرفی مباحث مرتبط با بتن می‌پردازد.

درس یکم تا ششم این آموزش، به معرفی مواد اولیه، ویژگی‌ها، افزودنی‌ها، روش‌های مناسب مراقبت، طراحی اختلاط به روش آیین نامه ACI – 211 و طراحی اختلاط به روش آیین نامه BS می‌پردازد.

آزمایش بتن غلتکی چگونه انجام می‌شود؟

آزمایش بتن RCC مطابق با استانداردهای بین‌المللی و ملی انجام می‌شود. استانداردهای آزمایش این بتن با آزمایش بتن معمولی تفاوتی ندارد. تنها چالش موجود در اینجا، برداشتن یا ساخت نمونه‌های مناسب برای آزمایش است. برخی از متداول‌ترین استانداردهای اجرا و ارزیابی ویژگی‌های بتن غلتکی عبارت هستند از:

  • استاندارد 14830 ایران مطابق با نشریه 354: بتن غلتکی در روسازی راه‌های کشور
  • استاندارد 15689 ایران مطابق با ASTM C1435: روش قالب‌گیری در قالب‌های استوانه‌ای با چکش لرزان
  • استاندارد 12598 ایران مطابق با ASTM C1435: روش ساخت بتن غلطکی متراکم در قالب‌های استوانه‌ای با استفاده از میز لرزان
  • استاندارد 1158 ایران مطابق با ASTM D1557: مشخصات تراکم آزمایشگاهی خاک
  • استاندارد 6048 ایران مطابق با ASTM C39: تعیین مقاومت فشاری آزمونه‌های استوانه‌ای
  • استاندارد 12306 مطابق با ASTM C42: تهیه و آزمون نمونه‌های مغزه‌گیری شده و تیرهای اره شده بتنی
  • استاندارد 392 مطابق با ASTM C1170: تعیین زمان گیرش سیمان هیدرولیکی با سوزن ویکات
  • استاندارد 490 ایران مطابق با ASTM C78: مقاومت خمشی بتن با استفاده از تیر ساده با بارگذاری در نقاط یک سوم

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

«حسین زبرجدی دانا»، کارشناس ارشد مهندسی استخراج معدن است. فعالیت‌های علمی او در زمینه تحلیل عددی سازه‌های مهندسی بوده و در حال حاضر آموزش‌های مهندسی عمران، معدن و ژئوتکنیک مجله فرادرس را می‌نویسد.

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *