بتن متخلخل (Pervious concrete)، نوعی بتن خاص است که با استفاده از سیمان پرتلند و اسلامپ نزدیک به صفر تولید میشود. تفاوت اصلی آن با بتن معمولی در دانهبندی سنگدانهها است. در این نوع بتن، از سنگدانههای درشت با توزیع گسسته استفاده شده و تمام یا بخش عمدهای از ریزدانهها حذف میگردد. همین ویژگی، قابلیتها و کاربردهای متفاوتی را در مقایسه با سایر بتنها برای آن ایجاد کرده است. بتن متخلخل در سالهای اخیر به موضوعی جذاب و مورد بحث در صنعت ساخت و ساز تبدیل شده است. در جدول زیر مشخصات بتن متخلخل مطابق گزارش ACI522R-10 آورده شده است.
اندازه حفرات | 2 تا 8 میلیمتر |
متغیر بودن میزان حفرات | 15% الی %35 |
وزن مخصوص | 1600 الی 2000 کیلوگرم بر متر مکعب |
مقاومت فشاری | 8/2 الی 28 مگاپاسکال |
مقدار معمول مقاومت بتن متخلخل | 17 مگاپاسکال |
مشخصات بتن متخلخل مطابق گزارش ACI522R-10
کاربردهای بتن متخلخل
بتن متخلخل به دلیل قابلیت زهکشی بالا، کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف دارد، از جمله:
- روسازی جادهها: به عنوان اساس، زیراساس، مصالح زهکشی و یا سطح جاده.
- روسازی پارکینگها: ایجاد سطحی نفوذپذیر برای مدیریت آبهای سطحی.
- لایههای زهکشی: برای سیستمهای فاضلاب در فضای باز.
- کف گلخانهها: جلوگیری از تجمع آب راکد.
- روسازی با خاصیت جذب صوت: برای دیوارها و کفهایی که نیاز به کاهش صدا دارند.
- سطح پارکها و زمینهای ورزشی: ایجاد سطحی ایمن و با قابلیت زهکشی.
- کف باغ وحشها، انبارها و اصطبلها: تسهیل در نظافت و کاهش رطوبت.
- بسترهای لجن در تصفیهخانهها: بهبود فرآیند تصفیه.
- لاینینگ چاههای آب: ایجاد دیوارهای متخلخل برای ورود آب.
تعریف بتن متخلخل
بتن متخلخل، که گاهی اوقات به آن “بتن بدون ریزدانه” نیز گفته میشود، مخلوطی از سیمان هیدرولیکی، سنگدانه درشت، افزودنیها و آب است. این نوع بتن به آب اجازه میدهد تا از طریق بتن به لایههای زیرین نفوذ کرده و سطح آب زیرزمینی را تغذیه کند. به طور معمول، بتن متخلخل هیچ ماسهای ندارد و میزان فضای خالی هوای آن بین 15 تا 35 درصد متغیر است. مقدار کمی ماسه میتواند برای بهبود مقاومت فشاری استفاده شود، اما میزان فضای خالی هوا کاهش یافته و نفوذپذیری کم میشود.
حفظ حجم مناسب خمیر سیمان در طرح اختلاط بسیار مهم است تا سنگدانهها به طور یکنواخت پوشیده شوند، اما مقدار اضافی خمیرسیمان، فضای خالی بین سنگدانههای درشت را پر نمیکند. فضاهای خالی درون بتن متخلخل باید به هم متصل باشند تا کانالهایی ایجاد کنند که آب بتواند آزادانه از طریق آنها جریان یابد.
تاریخچه
با قدمتی حدود 150 سال در اروپا، بتن متخلخل که در منابع با نامهایی چون بتن بدون ریزدانه یا بتن با دانهبندی گسسته نیز شناخته میشود، نخستین بار در ساخت مسکن به کار رفت و در اواسط قرن نوزدهم به بریتانیا راه یافت. پس از جنگ جهانی دوم و به دلیل کمبود آجر، استفاده از این نوع بتن در ساخت خانههای چند طبقه در اروپا گسترش یافت و به دلیل نیاز به مصالح جایگزین و هزینه پایینتر، کاربرد وسیعی در ساختوساز پیدا کرد. کشورهای اروپایی از بتن متخلخل در حالتهای مختلفی نظیر دیوارهای باربر در ساختمانهای یک و چند طبقه و حتی ساختمانهای بلند، همچنین در تولید پانلهای پیشساخته و بلوکهای عملآوری شده با بخار از اواسط قرن نوزدهم بهره بردهاند و در سال 1852 نیز نمونههایی از آن گزارش شده است. همچنین پیشنهاد میکنیم مقاله “تاریخچه سیمان و بتن” را مطالعه نمایید.
طرح مخلوط
بتن متخلخل نهایی دارای حجم زیادی از حفرههای هوای به هم پیوسته است که امکان عبور سریع آب را فراهم میکنند. میزان فضای خالی هوای معمول در این نوع بتن بین 15 تا 30 درصد است. افزودن ریزدانه میتواند خواص ساختاری آن را تغییر دهد، اما وجود حداقل 15% فضای خالی هوا برای نفوذپذیری کافی ضروری است.
سنگدانه: بتن متخلخل در ترکیب خود فاقد یا حاوی مقدار بسیار کمی از مصالح ریزدانه است. اندازه اسمی بزرگترین دانه معمولاً بین 5/9 تا 7/12 میلیمتر است. استفاده از سنگدانههای بزرگتر ممکن است مناسب نباشد زیرا میتواند منجر به ایجاد سطحی بیش از حد زبر شود. به طور کلی، سنگدانههای گرد نسبت به سنگدانههای شکسته به تلاش کمتری برای تراکم نیاز دارند. توصیه میشود سنگدانهها، به ویژه در شرایط پیشبینی دمای بالا، مرطوب یا خیس نگهداری شوند. در صورت استفاده از سنگدانههای خشک، میزان جذب آب و محتوای رطوبتی آنها باید مد نظر قرار گیرد، زیرا طرحهای اختلاط بتن متخلخل با نسبت آب به سیمان پایین کار میکنند. کمبود آب آزاد میتواند منجر به خشک شدن زودهنگام و احتمالاً تراکم نامناسب شود. در مقابل، استفاده از آب بیش از حد باعث رقیق شدن بیش از حد خمیر سیمان شده و در نتیجه پیوند نامناسب بین سنگدانهها و نشت خمیر سیمان را به دنبال خواهد داشت. نشت خمیرسیمان منجر به کاهش نرخ نفوذپذیری سیستم میگردد.
نسبت سنگدانه به سیمان معمولاً بین 4 به 1 یا 5 به 1 متغیر است. در صورت استفاده از مصالح ریزدانه یا ماسه، باید اقداماتی به منظور حفظ میزان فضای خالی هوا و تامین نرخ جریان آب کافی صورت گیرد. استفاده از مصالح ریزدانه میتواند مقاومت فشاری را بهبود بخشد اما نرخ نفوذپذیری را کاهش میدهد.
مواد سیمانی: به طور معمول، از سیمان نوع I یا II برای تولید بتن متخلخل استفاده میشود. استفاده از سایر انواع سیمان نیز امکانپذیر است. میزان سیمان مصرفی در واحد حجم بتن معمولاً بین 250 تا 350 کیلوگرم در متر مکعب متغیر است. مواد سیمانی مکمل نظیر خاکستر بادی یا سرباره میتوانند به عنوان جایگزین بخشی از سیمان، تا حدود 25% (خاکستر بادی) و تا حدود 50% (سرباره)، مورد استفاده قرار گیرند.
آب : نتایج آزمایشها نشان داده است که نسبت آب به سیمان در بازه 27 الی 35 درصد امکان بهترین پخش خمیر سیمان و بهترین پوشش ذرات سنگدانه را فراهم میآورد. در نسبتهای آب به سیمان پایینتر، پدیده گلوله شدن مخلوط قابل مشاهده است. در این حالت، توصیه میشود از یک افزودنی کاهنده آب برای بهبود کارایی استفاده شود.
اجرای بتن متخلخل
ساختار باز منافذ بتن متخلخل، عملآوری آن را بسیار مهم میسازد زیرا سطوح بیشتری در معرض خشک شدن قرار دارند و عملآوری فوری، عملکردی حیاتی است. این بتن باید تحت شرایط مطلوب (رطوبت بالا و سرعت کم باد) ظرف 20 دقیقه پس از تخلیه عملآوری شود و این زمان در شرایط محیطی شدیدتر کاهش مییابد. رعایت دقیق اصول عملآوری در بتن متخلخل ضروری است و باید همواره بر بستر اشباع اجرا شود تا رطوبت هیدراسیون تامین گردد. به دلیل حجم بالای فضاهای خالی، سطح در معرض تبخیر آب بیشتر است؛ لذا، حفاظت زودهنگام و جلوگیری از تبخیر بیرویه رطوبت برای حفظ عملکرد مکانیکی و دوام آن اجتنابناپذیر است. توصیه میشود قبل از پوشش محافظ، سطح بتن به آرامی مرطوب شده و بلافاصله پس از تراکم، حداکثر ظرف 15 دقیقه پوشانده شود تا اتلاف رطوبت به حداقل رسیده و زمان هیدراسیون مواد سیمانی برای کسب خواص مطلوب تمدید گردد.
عمل آوری
همانطور که اشاره شد، عملآوری بتن متخلخل به دلیل ساختار باز آن از اهمیت ویژهای برخوردار است. سطوح بیشتر در معرض خشک شدن یا کمآبی قرار دارند و عملآوری فوری حیاتی است. در شرایط مطلوب (رطوبت بالا و سرعت کم باد)، این بتن باید ظرف 20 دقیقه پس از تخلیه عملآوری شود. این زمان در شرایط محیطی شدیدتر کاهش مییابد.
تعمیر و نگهداری
اگر لایه بتن متخلخل قادر به تخلیه فاضلابهای سطحی مطابق نرخ طراحی نباشد کاربری آن بتن دیگر به اندازه کافی اعتبار نداشته و روسازی از کار میافتد روسازی بتن متخلخل حتی با وجود برخی از درجههای ،گرفتگی میتواند برای مدت طولانی به خوبی کار کند، اما لازم است سرعت زهکشی بالاتر از نرخ طراحی باشد. به منظور عملکرد مناسب یک سیستم روسازی، نیاز است که در فواصل زمانی منظم از آن نگهداری شود اگر روسازی در یک محیط خشن مانند مناطق ساحلی و یا مناطقی که با تجمع سنگین ریزدانهها همراه است ساخته شود، ممکن است تناوب در عملیات تعمیر و نگهداری پیشگیرانه بیشتر شود برای تعیین یک برنامه تعمیر و نگهداری مناسب یک مهندس حرفهای واجد الشرایط باید روسازی را به لحاظ نحوه عملکرد و نیز نیاز به پاک سازی بازرسی کند.
منابع:
کتاب فناوری بتنهای خاص؛ نوشته دکتر علی،اکبر رمضانیانپور، دکتر امیرمحمد رمضانیانپور، مهندس رسول بنار و مهندس پوریا دشتی
گزارش ACI522R-10
ASTM C 1688
ASTM C 1701