درصد و روش اختلاط مواد اولیه در کیفیت بتن نقش اساسی دارد. در طول سالیان متمادی، روش‌های گوناگونی برای تولید بتن به‌صورت تجربی ابداع شده است. هر یک از روش‌ها معمولا در شرایط خاصی بهترین نتیجه را به ارمغان می‌آورند. کشورهای مختلف مانند فرانسه، آلمان، آمریکا (ACI)، انگلیس (BS)، ایران و … طرح‌های اختلاط بتن اختصاصی خود را دارند. طرح‌هایی که هرچند نقاط مشترک زیادی دارند؛ اما از ویژگی‌های منحصربه‌فردی نیز برخوردار هستند. در این مطلب قصد داریم به بررسی چند طرح اختلاط بتن معتبر و پرکاربرد در صنعت بپردازیم. دعوت می‌کنیم تا پایان با ما همراه باشید.
آب، سیمان و سنگدانه‌های شن و ماسه از جمله ترکیبات اولیه اصلی و مشترک در تولید انواع بتن هستند. البته مواد افزودنی دیگری نیز با توجه به نوع بتن به آن‌ها اضافه می‌شوند. طرح اختلاط بتن، به زبان ساده نسبت هریک از مواد اولیه در تولید محصول نهایی را نشان می‌دهد. یعنی تولیدکننده بر اساس طرح اختلاطی که در اختیار می‌گیرد، تعیین می‌کند آب، سیمان، سنگدانه‌ها و … با چه نسبتی ترکیب شوند تا بتن به دست بیاید.
شاید این سوال را مطرح کنید که اساسا طرح اختلاط بتن برچه اساسی تعیین می‌شود؟ سه عامل اصلی را می‌توان برشمرد که به‌عنوان مبانی تعیین نسبت‌های اختلاط بتن شناخته می‌شوند. این سه عامل عبارت‌اند از:
هر سه موضوع فوق به‌صورت مستقیم با شرایط محیط بهره‌برداری از بتن در ارتباط هستند. به زبان ساده بتن‌هایی که از طرح اختلاط یکسانی برخوردار هستند، در محیط‌هایی با دما، رطوبت و میزان بارندگی متفاوت، عملکرد یکسانی از خود نشان نمی‌دهند. بنابراین باید با در نظر گرفتن شرایط اقلیمی و آب‌وهوایی نسبت به انتخاب طرح اختلاط بتن اقدام کنید.
پارامترهای مختلفی را می‌توان برشمرد که هریک از آن‌ها در تدوین طرح اختلاط بتن کاملا موثر هستند. از جمله فاکتورهای مهمی که باید مد نظر قرار دهید، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
همان‌طور که اشاره کردیم، در هر کشور معمولا از روش اختصاصی برای تعیین طرح اختلاط بتن استفاده می‌شود. معمولا آیین‌نامه‌هایی که در هر کشور تهیه می‌شوند، بر اساس مواد اولیه و شرایط اقلیمی موجود در همان کشور تدوین می‌گردند. به همین دلیل احتمال اینکه آیین نامه‌های یک کشور، در سایر کشورها نتیجه ایده‌آل طرح اختلاط بتن را به همراه نداشته باشد، وجود دارد. از جمله آیین نامه‌های مختلف طرح اختلاط بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
طرح اختلاط بتن ملی ایران تا حد زیادی با الگوبرداری از از آیین نامه ACI 211-09 آمریکا تدوین شده است. در ادامه نیز ما به بررسی دستورالعمل مندرج در همین آیین نامه می‌پردازیم.
طرح اختلاط بتن انستیتوی بتن آمریکا در مقایسه با سایر نمونه‌های مشابه موجود در جهان از نوعی جامعیت برخوردار است. در این آیین نامه بیشتر با دستورالعمل‌هایی سروکار داریم که نقش راهنما برای تولید بتن را دارند. به‌همین دلیل در فرآیند اختلاط بتن با این آیین نامه، امکان اصلاح نسبت‌ها با در نظر گرفتن ویژگی‌های مصالح در هر منطقه جغرافیایی وجود دارد.
تجربه نشان داده است که استفاده از دستورالعمل‌های آیین نامه انستیتوی بتن آمریکا تحت عنوان ACI 211-09 در ایران نتایج قابل قبولی را به همراه دارد. در متن این آیین نامه روش‌های وزنی و حجمی در کنار روش سریع برای اختلاط بتن معرفی شده‌اند. در این جا به بررسی روش وزنی و حجمی می‌پردازیم.
وقتی صحبت از روش وزنی و حجمی برای طرح اختلاط بتن در این آیین نامه مطرح می‌شود، چند نکته مهم را باید به‌عنوان پیش فرض در نظر بگیرید که عبارت‌اند از:
با در نظر گرفتن فرضیات فوق، در این قسمت مراحل طرح اختلاط بتن به روش وزنی و حجمی در آیین نامه ACI 211-09 را بررسی می‌کنیم.
انتخاب اسلامپ مناسب از سوی افراد حرفه‌ای و باسابقه معمولا به‌صورت تجربی انجام می‌شود. در آیین نامه برای بتن‌ریزی در شرایط مختلف، محدوده اسلامپ پیشنهادی نیز ذکر شده است که در اینجا با هم مرور می‌کنیم:
اشاره کردیم که یکی از فاکتورهای موثر در تعیین طرح اختلاط بتن، اندازه سنگدانه‌ها است. معمولا هرچه قطر سنگدانه‌ها بیشتر باشد، میزان سیمان مصرفی کاهش پیدا می‌کند. مهندسان معمولا حداکثر قطر سنگدانه‌ها را برای هر طرح اختلاط تعیین می‌کنند. چهار نکته مهم در تعیین بزرگترین اندازه سنگدانه در اختلاط بتن باید مد نظر قرار دهید. اندازه اسمی بزرگترین سنگدانه نباید از حداقل موارد زیر بزرگ‌تر باشد:
میزان هوا و آب موجود در ساختار بتن موضوع دیگری است که باید آن را در مرحله سوم تعیین کنید. معمولا بر اساس میزان اسلامپ انتخاب شده برای بتن‌ها هوادار و بدون حباب هوا مقدار آب را تخمین بزنید. جدول زیر برای این منظور به شما کمک می‌کند.
| اسلامپ، میلیمتر | مقدار تقریبی آب بر حسب کیلوگرم برمتر مربع بر اساس بزرگترین بعد دانه ها | |||||||
| ۹.۵ | ۱۲.۵ | ۱۹ | ۲۵ | ۳۷.۵ | ۵۰ | ۷۵ | ۱۵۰ | |
| بتن بدون حباب هوا | ||||||||
| ۲۵-۵۰ | ۲۰۷ | ۱۹۹ | ۱۹۰ | ۱۷۹ | ۱۶۶ | ۱۵۴ | ۱۳۰ | ۱۱۳ |
| ۷۵-۱۰۰ | ۲۲۸ | ۲۱۶ | ۲۰۵ | ۱۹۳ | ۱۸۱ | ۱۶۹ | ۱۴۵ | ۱۲۴ |
| ۱۵۰-۱۷۵ | ۲۴۳ | ۲۲۸ | ۲۱۶ | ۲۰۲ | ۱۹۰ | ۱۷۸ | ۱۶۰ | – |
| درصد تقریبی هوای غیر عمدی | ۳ | ۲.۵ | ۲ | ۱.۵ | ۲ | ۰.۵ | ۰.۳ | ۰.۲ |
| بتن هوادار | ||||||||
| ۲۵-۵۰ | ۱۸۱ | ۱۷۵ | ۱۶۸ | ۱۶۰ | ۱۵۰ | ۱۴۲ | ۱۲۲ | ۱۰۷ |
| ۷۵-۱۰۰ | ۲۰۲ | ۱۹۳ | ۱۸۴ | ۱۷۵ | ۱۶۵ | ۱۵۷ | ۱۳۳ | ۱۱۹ |
| ۱۵۰-۱۷۵ | ۲۱۶ | ۲۰۵ | ۱۹۷ | ۱۸۴ | ۱۷۴ | ۱۶۶ | ۱۵۴ | – |
| مقادیر متوسط درصد هوای پیشنهادی بر اساس شرایط محیطی | ||||||||
| شرایط عادی | ۴.۵ | ۴.۰ | ۳.۵ | ۳.۰ | ۲.۵ | ۲.۰ | ۱.۵ | ۱.۰ |
| شرایط متوسط | ۶.۰ | ۵.۵ | ۵.۰ | ۴.۵ | ۴.۵ | ۴.۰ | ۳.۵ | ۳.۰ |
| شرایط شدید | ۷.۵ | ۷.۰ | ۶.۰ | ۶.۰ | ۵.۵ | ۵.۰ | ۴.۵ | ۴.۰ |
در شرایط محیطی مناسب، انتخاب نسبت آب به سیمان بر اساس مقاومت فشاری ۲۸ روزه بتن و همچنین وجود یا عدم وجود حباب هوا در ساختار بتن تعیین می‌شود. برای این منظور باید از جدول زیر کمک بگیرید.
| مقاومت فشاری ۲۸ روزه، مگا پاسکال | نسبت آب به سیمان | |
| بتن بدون حباب هوا | بتن هوادار | |
| ۴۰ | ۰.۴۲ | – |
| ۳۵ | ۰.۴۷ | ۰.۳۹ |
| ۳۰ | ۰.۵۴ | ۰.۴۵ |
| ۲۵ | ۰.۶۱ | ۰.۵۲ |
| ۲۰ | ۰.۶۹ | ۰.۶۰ |
| ۱۵ | ۰.۷۹ | ۰.۷۰ |
اما اگر شرایط محیطی مناسب نباشد، مانند زمانی که بتن در معرض تماس دائمی با آب دریا قرار دارد یا آب و هوا خیلی سرد است، باید به سراغ جدول زیر برای انتخاب نسبت آب به سیمان مناسب بروید.
| نوع سازه | سازه هایی که به طور پیوسته یا متناوب مرطوبند و تحت تاثیر اثر سیکل های یخ زدن و آب شدن قرار دارند | سازه های در معرض آب دریا و یا سولفاتها |
| مقاطع ظریف ( نظیر نرده ها، جان پناه ها، تیرچه ها و کارهای تزئینی ) و مقاطعی با پوشش کمتر از ۵ میلی متر روی آرماتورها سایر سازه ها | ۰.۴۵ | ۰.۴۰ |
| ۰.۵۰ | ۰.۴۵ |
با پشت سرگذاشتن مرحله سه و چهار، میزان آب و نسبت آب به سیمان در طرح اختلاط بتن مشخص می‌شود. بر این اساس می‌توانید در گام پنجم به‌راحتی مقدار سیمان مورد نیاز برای تولید بتن را نیز محاسبه کنید.
در مرحله دوم، بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه‌های مورد استفاده در تولید بتن را تعیین کردیم. با استفاده از این پارامتر باید حجم دانه‌های خشک میله خورده در واحد حجم بتن را بر اساس مدول نرمی ماسه تعیین کنید. برای منظور نیز یک جدول پیش روی شماست که در اینجا مشاهده می‌کنید.
| بزرگترین اندازه اسمی دانه ها، میلی متر | حجم دانه های خشک میله خورده در واحد حجم بتن بر اساس مقادیر مختلف مدول نرمی ماسه | |||
| ۲.۴۰ | ۲.۶۰ | ۲.۸۰ | ۳.۰۰ | |
| ۹.۵ | ۰.۵۰ | ۰.۴۸ | ۰.۴۶ | ۰.۴۴ |
| ۱۲.۵ | ۰.۵۹ | ۰.۵۷ | ۰.۵۵ | ۰.۵۳ |
| ۱۹ | ۰.۶۶ | ۰.۶۴ | ۰.۶۲ | ۰.۶۰ |
| ۲۵ | ۰.۷۱ | ۰.۶۹ | ۰.۶۷ | ۰.۶۵ |
| ۳۷.۵ | ۰.۷۵ | ۰.۷۳ | ۰.۷۱ | ۰.۶۹ |
| ۵۰ | ۰.۷۸ | ۰.۷۶ | ۰.۷۴ | ۰.۷۲ |
| ۷۵ | ۰.۸۲ | ۰.۸۰ | ۰.۷۸ | ۰.۷۶ |
| ۱۵۰ | ۰.۸۷ | ۰.۸۵ | ۰.۸۳ | ۰.۸۱ |
برای تعیین جرم میزان دانه‌های ریز موجود در بتن یعنی ماسه‌ها نیز می‌توان از بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه‌ها استفاده کرد. جدول زیر برای این منظور به شما کمک می‌کند.
| بزرگترین اندازه سنگدانه بر حسب میلی متر | تخمین اولیه جرم واحد حجم بتن کیلوگرم بر متر مکعب | |
| بتن هوازایی نشده | بتن هوازایی شده | |
| ۹.۵ | ۲۲۸۰ | ۲۲۰۰ |
| ۱۲.۵ | ۲۳۱۰ | ۲۲۳۰ |
| ۱۹ | ۲۳۵۰ | ۲۲۸۰ |
| ۲۵ | ۲۳۸۰ | ۲۲۸۵ |
| ۳۷.۵ | ۲۴۱۵ | ۲۳۲۰ |
| ۵۰ | ۲۴۴۵ | ۲۳۴۵ |
| ۷۵ | ۲۴۹۰ | ۲۳۹۵ |
| ۱۵۰ | ۲۵۲۵ | ۲۴۳۵ |
در آخرین مرحله از تدوین طرح اختلاط بتن، نوبت به تنظیم رطوبت می‌رسد. همان‌طور که در بخش فرضیات آیین نامه ACI 211-09 اشاره کردیم، سنگدانه‌ها در حالت اشباع با سطح خشک برای تولید بتن استفاده می‌شود. این در حالی است که میزان رطوبت واقعی سنگدانه‌ها در عمل معمولا کمتر یا بیشتر از محدوده ایده‌آل است. بر این اساس لازم است که میزان رطوبت بتن با توجه به رطوبت سنگدانه‌ها بار دیگر تنظیم شود.
در این مقاله به بررسی مفهوم طرح اختلاط بتن پرداختیم. همچنین دستورالعمل آیین نامه انستیتوی بتن آمریکا یعنی ACI 211-09 را بررسی کردیم. رعایت آنچه در این آیین نامه‌ها برای تولید بتن ذکر شده، کاملا ضروری است. در غیر این صورت امکان دستیابی به بتن با مقاومت و دوام مطلوب وجود ندارد. پیشنهاد می‌کنیم حتما زمان بگذارید و متن طرح اختلاط ملی بتن را با دقت مطالعه کنید.