7 راه کاهش مصرف سیمان در بتن | الندر

در ساخت سازه های بتنی، گاهی مقدار سیمان بیشتر از حد نیاز استفاده می شود. این موضوع نه فقط هزینه ها را بالا می برد، بلکه تاثیرات منفی روی محیط زیست می گذارد. کاهش میزان سیمان، از نظر اقتصادی و زیست محیطی ارزش زیادی دارد. چون هم از تولید گازهای آلاینده کاسته می شود، هم هزینه پروژه پایین تر می آید.

یکی از راه هایی که برای رسیدن به این هدف پیشنهاد می شود، استفاده از افزودنی های بتن است. این مواد کمک می کنند تا ترکیب بتن به گونه ای تنظیم شود که مقاومت لازم را داشته باشد و در عین حال سیمان کمتری مصرف شود. برای هر کسی که در زمینه ساخت و ساز فعالیت دارد، داشتن طرح اختلاطی که سیمان اضافه در آن هدر نرود و مقاومت مورد انتظار را تامین کند، اهمیت زیادی دارد.

مقاله مرتبط: ۵ روش افزایش فشاری مقاومت بتن

7 مورد از روش های کاهش مصرف سیمان در بتن

برخی از روش های کاهش مصرف سیمان در بتن شامل:

1) جایگزین های متنوع برای سیمان

در ترکیب بتن، بخشی از سیمان را می توان با موادی مانند پوزولان ها یا ترکیبات مشابه جایگزین کرد. این مواد به دو صورت طبیعی و مصنوعی وجود دارند. خاکستر بادی، دوده سیلیس، سرباره کوره بلند، روباره ها و خاکستر پوسته برنج از گزینه هایی هستند که برای این کار پیشنهاد می شوند.

هرکدام از این پودرها ویژگی خاصی به بتن اضافه می کنند. برای نمونه، خاکستر بادی اغلب باعث کاهش گرمای واکنش ها می شود و روانی بتن را افزایش می دهد. دوده سیلیس، چگالی و مقاومت بتن را بالا می برد، اما اگر مقدار آن بیش از اندازه باشد، در عملکرد بتن اختلال ایجاد می کند. سرباره کوره بلند هم با وجود اینکه یک پوزولان خالص نیست، رفتاری شبیه سیمان دارد و در فرایند مقاومت بتن نقش دارد.

وقتی از این ترکیبات در بتن استفاده شود، مقدار سیمان کاهش می یابد. البته برای رسیدن به نتیجه مناسب، باید شرایطی مثل دسترسی به این مواد و بررسی دقیق خواص شیمیایی و فیزیکی آن ها در نظر گرفته شود. در برخی مناطق، پیدا کردن خاکستر بادی یا روباره ممکن است ساده نباشد. با این حال، اگر ترکیب بتن درست باشد، می توان بخشی از سیمان را کنار گذاشت و همچنان به مقاومت مورد نیاز رسید.

2) اصلاح ترکیب بتن و انتخاب دقیق درصدها

برای کم کردن مقدار سیمان، اندازه گیری دقیق مصالح سنگی، آب و افزودنی ها ضروری است. اگر پیش از تولید اصلی، ترکیب ها به صورت آزمایشی ساخته شوند و مقدار مناسب هر ماده مشخص گردد، می توان میزان سیمان را کاهش داد بدون آن که از مقاومت نهایی کاسته شود.

در گذشته، درصد مشخصی برای آب و سایر مواد در نظر گرفته می شد؛ اما اکنون روش های آزمایشگاهی و ابزارهای نرم افزاری امکانات دقیق تری را فراهم کرده اند. در این شرایط، اگر شن و ماسه از نظر شکل و دانه بندی مطابق استاندارد باشند، فضاهای بین آن ها بهتر پر می شود و به مقدار کمتری از سیمان نیاز خواهد بود.

در اصلاح ترکیب بتن، باید به غلظت خمیر سیمان توجه شود. اگر خمیر بیش از حد رقیق باشد، مقاومت پایین می آید و اگر خیلی غلیظ باشد، سیمان بی دلیل مصرف می شود. رسیدن به حالت متعادل، نیازمند آزمون و بررسی های میدانی است تا هم مصرف کنترل شود و هم ویژگی های مورد نظر حفظ گردد.

3) مصرف فوق روان کننده های بتن (راه حل اصلی)

افزودن فوق روان کننده های بتن یکی از راه هایی است که می تواند هزینه ها را کنترل کند. این مواد روی سطح ذرات سیمان قرار می گیرند و بارهای الکتریکی آن ها را طوری تنظیم می کنند که دانه ها از حالت تجمع خارج شوند. در نتیجه، آبی که میان ذرات گیر افتاده آزاد می شود و روانی بتن افزایش پیدا می کند. با این تغییر، حجم آب مخلوط کمتر می شود و نیازی به سیمان اضافه برای بالا بردن روانی وجود ندارد.

اگر این مواد در مقدار مناسب مصرف شوند، از بروز جداشدگی و آب انداختگی جلوگیری می کنند و در عین حال اجازه می دهند نسبت آب به سیمان کاهش یابد. در چنین شرایطی، بتن به مقاومت فشاری مطلوب می رسد. فوق روان کننده ها در انواع مختلفی تولید شده اند. برخی از آن ها پایه نفتالینی دارند و گروهی دیگر از نوع پلی کربوکسیلاتی هستند. محصولات پلی کربوکسیلاتی نسل جدید به شمار می روند، توان کاهش آب بالاتری دارند و در مقدار کمتر، پخش شوندگی بهتری ایجاد می کنند. وقتی این افزودنی به درستی در ترکیب بتن استفاده شود، سیالیت بالا می رود و نیاز به خمیر سیمان زیاد از بین می رود. همین جایگزینی، یکی از روش های مهم در کاهش مصرف سیمان است.

4) مدیریت ویژه نسبت آب به سیمان

برای رسیدن به مقاومت مشخص در بتن، نسبت آب به سیمان باید دقیق تنظیم شود. اگر مقدار آب زیادتر از اندازه وارد مخلوط شود، ناچار باید سیمان بیشتری استفاده کرد تا مقاومت پایین نیاید. این کار هم هزینه ها را بالا می برد و هم اثرات منفی زیست محیطی به همراه دارد. یکی از راه های کنترل این مشکل، کاهش میزان آب است. ولی در این حالت، بتن بیش از حد سفت می شود. برای حل این مسئله، از افزودنی هایی مانند روان کننده ها و فوق روان کننده ها استفاده می شود. این مواد اجازه می دهند با آب کمتر، بتن همچنان قوام مورد نظر را داشته باشد.

در برخی از آزمایشگاه های ایران، از روشی به نام طرح اختلاط ملی استفاده می شود. این روش امکان بررسی مقاومت های مختلف سیمان و سنگدانه ها را فراهم می کند. در این فرآیند، کمترین مقدار سیمان مورد نیاز برای دستیابی به مقاومت مشخص تعیین می شود. گاهی با استفاده از سیمان های رده 425-1 یا 525-1، می توان مقدار سیمان را کمتر در نظر گرفت. چون در این رده ها، حتی با حجم پایین تر، مقاومت لازم تامین خواهد شد.

5) تاثیر کیفیت سنگدانه ها در مصرف سیمان

اگر سنگدانه ها ضعیف باشند یا شکل نامناسبی داشته باشند، مقدار زیادی از خمیر سیمان صرف پوشاندن سطح آن ها می شود. اما، وقتی ترکیب ریزدانه ها و درشت دانه ها به درستی تنظیم شده باشد، فضای خالی بین ذرات کمتر می شود و دیگر نیازی نیست سیمان اضافی صرف پر کردن این فضاها شود.

مصالح سنگی باید تمیز باشند و نباید خاک، رس یا هر ماده آلاینده ای همراه آن ها باشد. چنین آلودگی هایی باعث می شوند اتصال مناسبی بین اجزای بتن ایجاد نشود. وقتی شکل سنگدانه ها تا حدی گوشه دار باشد و اندازه ها متنوع انتخاب شوند، فضای میان آن ها راحت تر پر می شود و ترکیب بتن یکنواخت تری شکل می گیرد.

سنگدانه هایی که از شکست سنگ به دست می آیند، اغلب بهتر با خمیر سیمان ترکیب می شوند. البته در بعضی از کاربردها، سنگدانه های گرد هم می توانند کارایی بهتری در روانی ایجاد کنند. در هر صورت، باید نسبت مناسب بین دانه های ریز و درشت تنظیم شود تا فضای خالی کاهش یابد.

6) تکنولوژی های جدید مانند بتن خودتراکم و بتن با عملکرد بالا

استفاده از بتن های جدید مانند بتن خودتراکم (SCC) و بتن های با کارایی بالا (HPC) در بعضی پروژه ها این امکان را فراهم می کند که سیمان کمتری مصرف شود. در بتن خودتراکم، به دلیل روانی زیاد، قالب بدون نیاز به لرزش زیاد پر می شود. اگر در ترکیب آن از فوق روان کننده استفاده شود، هم مقدار آب پایین می آید و هم حجم سیمان کنترل می شود.

در بتن هایی که کارایی بالایی دارند، معمولا از پوزولان هایی مثل دوده سیلیس یا متاکائولن استفاده می شود. وقتی این مواد همراه با افزودنی های فوق روان کننده وارد ترکیب شوند، بتن به مقاومت فشاری مناسبی در دوره های مختلف می رسد. این ترکیب فضای خالی کمی ایجاد می کند، اما عمل آوری باید دقیق و بر اساس دستور مشخص انجام شود. در این شرایط، سیمان کمتری وارد طرح اختلاط می شود؛ چون پوزولان ها بخشی از عملکرد سیمان را بر عهده می گیرند و نیاز به مصرف زیاد آن را کاهش می دهند.

7) مدیریت درست برای بتن ریزی و کاهش مصرف سیمان

یکی از دلایل مصرف بیش از حد سیمان، نبود برنامه ریزی دقیق در مرحله بتن ریزی و عمل آوری است. اگر بتن تازه در شرایطی مانند گرمای شدید یا کمبود رطوبت قرار بگیرد، واکنش های شیمیایی به درستی انجام نمی شود و بخشی از سیمان عملا بی اثر می ماند. در روزهای گرم، ذرات سیمان خیلی زود وارد واکنش می شوند و در سرما، فرایند هیدراتاسیون کند می شود. در چنین شرایطی، برخی پروژه ها برای جبران کاهش مقاومت، مقدار سیمان را بیشتر از حد نیاز در نظر می گیرند.

با این حال، اگر زمان بندی برای ریختن و عمل آوری بتن طبق اصول تنظیم شود، نیاز به افزایش حجم سیمان به طور طبیعی کمتر خواهد بود. در کنار آن، نگهداری درست از سطح بتن بعد از ریختن هم اهمیت دارد. وقتی سطح بتن در دوره اولیه مرطوب نگه داشته شود، اتصال قوی تری بین سیمان و سنگدانه ها شکل می گیرد. این روند کمک می کند تا از ابتدا نیازی به عیار بالای سیمان نباشد و ترکیب آن هم مقاوم بماند و هم بتن اقتصادی شود.

مزایا و معایب کاهش مصرف سیمان در بتن

استفاده از افزودنی های بتن برای کاهش مصرف سیمان، مزایا و معایبی دارد که به شرح زیر است:

مزایا

• صرفه اقتصادی: سیمان یکی از اجزای اصلی هزینه ساخت و ساز است. وقتی مصرف سیمان در طرح اختلاط بر اساس اصول علمی کنترل شود، بتن اقتصادی تولید می شود و منابع مالی برای قسمت های دیگر پروژه آزاد خواهد شد.
• کاهش آلودگی محیط زیست: هر تن سیمان تقریبا معادل یک تن دی اکسید کربن به هوا وارد می کند. هر بار که میزان مصرف سیمان کاهش یابد، میزان آلاینده ها نیز کمتر می شود. این موضوع تاثیر مثبتی در حفظ تعادل محیط زیست دارد.
• مدیریت انرژی: تولید سیمان به مقدار زیادی انرژی گرمایی و برق نیاز دارد. کاهش مصرف سیمان باعث کاهش مصرف انرژی در صنعت می شود.
• افزایش دوام: برخی پوزولان ها و افزودنی های بتن، خمیر یکنواخت تری ایجاد می کنند و نفوذپذیری بتن را کاهش می دهند. این موضوع باعث می شود بتن در برابر سولفات ها، کلرید ها و شرایط سخت محیطی مقاوم تر بماند.

معایب

• رشد دیرهنگام مقاومت: کاهش میزان سیمان ممکن است باعث شود مقاومت اولیه بتن دیرتر شکل بگیرد. در پروژه هایی که نیاز به سرعت بالا یا بارگذاری سریع دارند، این مسئله می تواند مشکل ساز شود.
• احتمال کمبود چسبندگی: اگر کاهش سیمان با استفاده نادرست از پوزولان و روان کننده همراه باشد، قوام بتن کاهش پیدا می کند و حفره های بیشتری در آن به وجود می آید.
• نیاز به آزمایش های بیشتر: کاهش سیمان بدون اندازه گیری دقیق مواد دیگر باعث می شود طرح اختلاط ضعیف شود. برای داشتن طرحی با سیمان کمتر، باید آزمایش های دقیقی انجام شود؛ در غیر این صورت، نتیجه نهایی قابل اعتماد نخواهد بود.

نکات استفاده از افزودنی های بتن

هر افزودنی باید مطابق دستور تولید کننده استفاده شود. برای کاهش سیمان، اغلب این مواد به صورت مایع عرضه می شوند و بهتر است پس از مخلوط کردن بخش عمده آب، سنگدانه و سیمان به مخلوط افزوده شوند. اگر افزودنی ها جداگانه ریخته شوند، احتمال پخش نامناسب آنها وجود دارد. در ادامه، نکاتی برای مصرف این افزودنی ها آورده شده است:

– برخی متخصصان ابتدا یک روان کننده ساده را در بچینگ به مخلوط اضافه می کنند و سپس در نزدیکی محل بتن ریزی، فوق روان کننده ها را می افزایند. این کار باعث می شود گیرش بتن به تعویق نیفتد و کارایی آن حفظ شود.

– معمولا مقدار مصرف فوق روان کننده ها بین 0.3 تا 1.5 درصد وزن سیمان است. هر محصول ویژگی های خاص خود را دارد و مقدار دقیق روی بسته بندی درج می شود. استفاده بیش از حد ممکن است باعث آب انداختگی یا تاخیر در زمان گیرش بتن شود..

– گرمای هوا، حمل طولانی و سفت شدن مخلوط باعث می شود استفاده از افزودنی های کندگیر بهتر باشد. در روزهای سرد که نیاز به تسریع عمل آوری بتن است، ممکن است افزودنی های زودگیر به کار گرفته شوند.

– پس از ریختن مواد به داخل مخلوط، لازم است تراک میکسر چند دقیقه چرخش داشته باشد تا توزیع، یکنواخت و اصولی شود. در غیر این صورت ممکن است بخشی از افزودنی در یک نقطه انباشته بماند.

– اگر لازم باشد افزودنی هوازا و پوزولان همزمان استفاده شوند، باید آزمایش های میدانی انجام شود. گاهی این دو ماده با هم سازگار نیستند و علاوه بر کاهش مقاومت، باعث ناهمگونی بتن می شوند.

کلام پایانی

کاهش مصرف سیمان در بتن می تواند به کنترل هزینه ها، بهبود شرایط محیطی و افزایش دوام درازمدت کمک کند. البته این کار محدودیت هایی دارد؛ اگر درست مدیریت نشود، مقاومت اولیه کاهش می یابد و احتمال ترک خوردگی افزایش پیدا می کند. بنابراین، بهتر است از پوزولان های با کیفیت، فوق روان کننده های بتن و طرح اختلاط دقیق به صورت همزمان استفاده شود. استفاده از افزودنی های بتن در کنار اصلاح ترکیب و کنترل دمای بتن، مخلوطی اقتصادی با کارایی مطلوب ایجاد می کند.

همیشه باید به کیفیت بتن توجه ویژه داشت. کاهش بیش از حد سیمان باعث می شود ساختار بتن ضعیف و ناپایدار شود. به همین دلیل، متخصصان توصیه می کنند نسبت آب به سیمان، مقدار و کیفیت سنگدانه و نوع افزودنی ها حتماً در آزمایشگاه بررسی شود. با این روش، می توان به ترکیب بتن اقتصادی و مقاوم دست یافت که ارزش پروژه را در طول زمان افزایش می دهد.

چنانچه سوالی در این زمینه دارید می توانید با کارشناسان ما در شرکت سخت بتن بهین اترک (الندر) جهت مشاوره رایگان تماس حاصل نمایید.