اجرای اسکلت بتنی

سیمان

تاریخچه سیمان:

سال 1975 میلادی، درساحل جنوب غربی انگلستان بنایی به نام «جان اسمیتون» برای اولین بار خواص شیمیایی آهک پی برد.سال 1824، میلادی در شهر لیدز انگلستان، یک معمار انگلیسی به نام «ژوزف آسپرین) سیمان پرتلند را به ثبت رساند.قبل از کشف سیمان، از مالتی به نام «ساروج»استفاده می شده و طرز کار این نوع ملات، شبیه سیمان امروزی بوده است.سیمان، درسراسر جهان، بدلیل آن که پس از ریختن در بتن، به رنگ خاکستری سنگهای صخره های جزیره پرتلند در می آید، به نام پرتلند، معروف گردیده است. سیمان یک واژه یونانی بوده و اولین بار در جزیره پرتلند انگلستان کشف گردیده است.

آهک (CaO) ماده اصلی ساخت سیمان است. ماده اصلی آهک، سنگ آهک یا کربنات کلسیم (CaCo3) می‎باشد که منشا رسوبی دارد. وزن مخصوص آن 71/2 گرم برسانتی مترمکعب است. سنگ آهک صد درصد خالص در طبیعت، یافت نمی‎شود و همواره با مقادیری از کربنات منیزیم، سیلیس و رس همراه بوده، خالص آن بلوری شکل و بی رنگ است.

CaCo3 (کربنات کلسیم) ---------------> CaO (آهک زنده)+ Co2

CaO+H2O ---------------> Ca(OH)2 (آهک شکفته)

Ca(OH)2 + H2Co3(اسید کربنیک) ---------------> (سنگ آهک) CaCo3+ H2O

 ملات ساروج= آب + آهک+ خاکستر + خاک رس+ لویی (پنبه جگن) و یا موی بز.

جهت مطالعه بیشتر در مورد ساروج به فصل چهارم کتاب نقشه کشی ساختمان به روش مدولا مهارت فنی درجه 2 انتشارات دانش و فن مراجعه نمایید.

تعریف:

 ماده ای که در اثر تماس با آب، دانه های شن و ماسه موجود در بتن را در هم می چسباند و آنها را به صورت یکپارچه درمی آورد، سیمان می‎نامند. بیشترین مواد تشکیل دهنده سیمان، آهک بوده و پس از آن سیلیس (SiO2) درصد بیشتری نسبت به سایر موارد را دارا می‎باشد.

تولید سیمان

مصالح خام مورد نیاز در تولید سیمان را تهیه نموده و بصورت پور در آورده، سپس آنها را به نسبت های معینی با یکدیگر مخلوط می کنند.

مصالح خام پودرشده، به دو روش، مخلوط می گردند:

الف) روش خشک: در این روش،  مصالح خام پودر شده، بصورت خشک مخلوط می‎شوند.

ب) روش تر: دراین روش، مصالح خام پودر شده، بصورت خیس مخلوط می گردند.

پس از اینکه  مصالح بصورت «خشک» و یا «تر» مخلوط گردید، وارد کوره می‎شود، (حرارت داخل کوره 1400 تا 1650 درجه سانتی گراد است) در این درجه حرارت فعل و انفعالات خاصی صورت می‎گیرد و در نتیجه آن کلوخ های سیمان تولید می‎شود. پس ازسرد شن، کلوخ های سیمان، آسیاب می گردند و سپس مقدار کمی گچ به آن اضافه می کنند تا مدت زمان لازم برای گرفتن بتن، تنظیم گردد، مخلوط حاصله را حرارت داده و سپس آسیاب می کنند. در نهایت پودر حاصل را «سیمان» می‎نامند.

 مصالح خام مورد مصرف سیمان عبارتند از:

سنگ آهک- سنگ سیمان- پوسته آهکی حیوانات دریایی- مارن (رسوبات کربنات کلسیم رامارن MARN می گویند که در کف دریاها و دریاچه هایی که خشک شده اند یافت می‎شود)- رس- شیست  (سنگ متورق)- ماسه- سیلیس- سنگ آهن.

انواع سیمان پرتلند فرعی

الف) سیمان پرتلند هواتپان= حباب زا

ب) سیمان پرتلند سفید= سیمان سفید

ج) سیمان پرتلند رنگی= سیمانهای رنگی

د) سیمان های پرتلند مخصوص   

1) سیمان پلاستیک= سیمان خمیری

2) سیمان چاههای نفت

3) سیمان ضد آب= سیمان آب بند=سیمان آب دور کننده 

الف) سیمان پرتلند هواتپان= حباب زا

سیمان پرتلند حباب زا نوع IA= آسیاب+ درصد کمی از مواد اضافی مناسب + کلینکر سیمان پرتلند تیپ I

سیمان پرتلند حباب زا نوع IIA= آسیاب+ درصد کمی از مواد اضافی مناسب+ کلینکرسیمان پرتلند تیپ II

 مواد اضافی حباب زای مناسب (هنگام ساختن بتن، حبابهای بسیار ریز هوا را می سازند) عبارتند از:

الف) رزینهای چوب Wood resien

ب) لیگنوسولفونیت ها Lignoslfinates

ج) اسیدهای چرب

د) صابونهای اسیدهای چرب

سیمان پرتلند حباب زا نوع IIA= آسیاب + درصد کمی از مواد اضافی مناسب+ کلینکر سیمان پرتلند تیپ III

خصوصیات و ویژگیهای سیمان پرتلند هواتپان در بتن

1-   پایین آوردن اصطکاک داخلی بتن

2-   نفوذ ناپذیری

3-   مقاومت در مقابل یخ زدگی، تورق، تغییر حجم

4-   نیاز به آب کمتر

5-   مقاومت خمشی و سایشی

ب) سیمان پرتلند سفید= سیمان سفید

سیمان سفید= مواد متشکله سیمان پرتلند نوع I+ خاک رس چینی (کائولن+ گچ نوع بسیار اعلا

کاربرد:

 1- اندود نمایی روی دیوارهای خارج ساختمان (سطح بیرونی دیوارخارجی ساختمان) 

2- کارهای تزئینی دیوارهای داخلی و سطح داخلی سقف

نکته 1: «گچ» و «خاک رس» مورد نظر، عاری از ناخالصی های رنگی از قبیل اکسید منیزیم و اکسید آهن باشند.

نکته 2: بدلیل اینکه وجود خاکستر در زغال ، رنگ سیمان را تیره می کند، سوخت کوره، از مواد روغنی انتخاب میشود. 

ج) سیمان های پرتلند رنگی= سیمانهای رنگی

سیمان رنگی= 5/2 تا 10 درصد از مواد رنگی مناسب + سیمان سفید

کاربرد: 1- خشت های موزائیک رنگی

          2- اندودهای خارجی ساختمان

          3- کارهای تزئینی

          4- پاسیوسازی و …

د) سیمان پرتلند مخصوص

1-   سیمان چاههای نفت

2-   سیمان پلاستیک

3-   سیمان ضد آب

1. سیمان چاههای نفت:

خاصیت ویژه این نوع سیمان، خودگیری مطلوب، در درجه حرارت زیاد می‎باشد.

توجه: در فضای داخل چاه نفت. حرارت زیادی وجود دارد.

2) سیمان پلاستیک= سیمان خمیری

سیمان پلاستیک = آسیاب + مواد روان کننده مناسب (حداکثرتا 12% حجم کل) + سیمان پرتلند I و یا II

کاربرد: جهت تهویه ملات  واندود خارج و داخل ساختمان استفاده می‎شود.

3) سیمان ضد آب= آب بند= آب دور کننده

سیمان ضد آب= آسیاب + مواد مناسب آب بند و یا آب دور کننده + کلینکر سیمان

نکات مربوط به سیمان

1-   چنانه در سیمان، «آهک» بصورت «آزاد»  وجود داشته باشد، سیمان سالم نیست.

2-   «آهک» بصورت «آزاد» درسیمان، در هنگام تماس با آب منبسط می‎شود.

3-   «آهک» بصورت «آزاد» در سیمان، باعث تجزیه سیمان می‎شود.

4-   سیمان به کاررفته در بتن، 28 روز پس ازمصرف، 90 درصد مقاومت خود را بدست می‎آورد و 10 درصد باقی مانده، پس از گذشت 20 تا 25 سال بدست می‎آید.

5-   تا 28 روز پس از مصرف، به سیمان آب بیشتری برسد، مقاومت آن نیز بیشتر خواهد شد (آب به سیمان مصرف شده به گرفتن سیمان بطریق شیمیایی (تبلور) کمک میکند)

6-   مدت زمان تغییر وضعیت سیمان، از حالت خمیر تا حالت جامد را زمان گیرش (زمان سفت شدن) سیمان می‎نامند.

7-   زمان گیرش سیمان، توسط دستگاه «ویکات» با سوزنهای نفوذی در دفعات متعدد، اندازه گیری می‎شود.

مقاومت سیمان در مقابل نیروهای «فشاری»‌ ، «کششی» و «زمان خودگیری» و همچنین «سلامت سیمان» ، مورد آزمایش قرار می‎گیرد.

مواد مناسب آب دور کننده یا آب بند: اسید لاریک، اسید اولئیک، اسید استریک یا نمک های کلسیم و آمونیوم آنها. 

1-   نمونه های مختلف سیمان، در شرایط یکسان، از نظر دانه بندی نیز مورد آزمایش قرار می‎گیرد.

2-   نیم ساعت، پس از مخلوط سیمان با آب، گیرش آن شروع شده و پس از یک ساعت ، خودگیری آن کامل می شود، بدین علت، آزمایش زمان گیرش خمیر سیمان را تا یک ساعت تعیین کرده اند. 

آزمایش سیمان

1-   سلامت سیمان

2-   زمان گیرش سیمان

1) سلامت سیمان

برای آزمایش سلامت سیمان، مقداری از سیمان را روی شیشه تمیز به شکل مخروط ناقص به بلندی 75 میلیمتر و به قطر 12 میلیمتر درست کرده، آنرا به مدت 24 ساعت در معرض هوای مرطوب قرارداده، بتدریج حرارت را بیشتر می کنیم و به همین حالت به مدت 5 ساعت نگه می داریم.

نتیجه آزمایش: اگر سیمان مورد نظر به شیشه چسبیده و کوچکترین اثر تجزیه (انبساط و ترک) در آن مشاهده نگردد سیمان سالم است.

2) زمان گیرش خمیرسیمان

همانگونکه در نکات مربوط به سیمان نیز اشاره شد، زمان  گیرش سیمان، توسط دستگاه «ویکات» با سوزنهای نفوذی در دفعات متعدد، اندازه گیری میشود.

مقدمات آزمایش: جهت آزمایش، ابتدا با استفاده از ترازو، 300 گرم سیمان را وزن کرده سپس با 90 گرم (90 سانتی متر مکعب) آب مخلوط نموده و برای ایجاد حالت خمیری، آنرا ورز می‎دهیم. روی شیشه، ظرفی با حجم مخروط ناقص لاستیکی را قرار داده سپس خمیر سیمان ساخته شده را درون ظرف مورد نظر، (با استفاده از کاردک) قرار داده و به حالت کاملاً فشرده جاسازی می نماییم. 

مراحل آزمایش

1-   ظرف محتوی خمیر سیمان را زیر سوزن دستگاه قرار می‎دهیم (مطابق شکل).

2-   25 دقیقه پس از شروع مخلوط سیمان با آب، سوزن ویکات را به حرکت در آورده و میزان نشست سوزن در خمیر سیمان را از صفحه مدرج دستگاه قرائت کرده، اندازه آنرا یادداشت می کنیم.

3-   مرحله دوم آزمایش را 7 مرتبه، تا مدت 35 دقیقه (از هر 5 دقیقه، یکبار) تکرار و ثبت می کنیم، بطوری که محل نشست سوزن ویکات را در هر مرحله تغییر می‎دهیم (فاصله نشست سوزان را در هر مرحله با مرحله قبلی، یک سانتی در نظر میگیریم).

توجه: مجموعا از شروع مخلوط سیمان با آب تا پایان آزمایش، 60 [2] دقیقه به طول می‎انجامد.

ماشین آلات بتن سازی

تعریف: دستگاههایی که اجزا تشکیل دهنده بتن را مخلوط کرده و جسم همگن و یکنواختی تحت عنوان بتن را تولید می نمایند، ماشین آلات بتن سازی می‎نامند.

 سوزن دستگاه ویکات، به قطر 5/0 میلیمتر  13/1 میلیمتر می‎باشد.

60=35+25

1-   بیل

2-   بتونیر

3-   بتن ساز مرکزی= سانترال بتن= بچینگ

1. بیل: قدیمی ترین و ساده ترین وسیله بتن سازی، بیل نام دارد.

توجه: جهت حمل بتن ساخته شده با استفاده از بیل، ازفرقون استفاده می‎شود.

1. بتونیر: بتونیرها دستگاههای کوچکی هستند که در کارگاه جهت ساخت بتن مورد استفاده واقع می‎شوند. با نیروی موتور کوچکی که روی بتونیر نصب است، مخزن آن حول محور خود (که با افق زاویه کوچکی می سازد) ، به چرخش در می آید، و محتویات داخل مخزن که همان مصالح ساخت بتن (یعنی ماسه، شن، سیمان و آب) می باشد، مخلوط شده و بتن ساخته می‎شود.

ترتیب ریختن مصالح در داخل دیگ (مخزن):

1-   در مرحله اول «نصف اول» مورد نظر را در درون خود می ریزیم (بدلیل اینکه سیمان و مواد ترکیبی به پره های مخزن نچسبد)

2-   ماسه و شن را در داخل مخزن بتونیر می ریزیم تا خاک سطح شن و ماسه شسته شود.

3-   درمرحله سوم،  سیمان مورد نیاز را داخل مخزن بتونیر می ریزیم.

4-   در این مرحله،  کل آب مورد نیاز (آب باقی مانده) را در درون مخزن می ریزیم.

5-   حدود 60 تا 90 ثانیه، مخزن (دیگ) در حال دوران قرار می‎گیرد. پس ازمراحل پنج گانه فوق، بتن آماده حمل جهت بتن ریزی است.

توجه: بتونیرها با ظرفیتهای مختلف 100 لیتر تا 800 لیتر و حتی تا 1000 لیتر نیز در بازار یافت می‎شوند.

توجه: جهت عمل بتن ساخته شده با استفاده از بتونیر، از دستگاهی بنام دامپر استفاده می‎شود.

3- دستگاه بتن ساز مرکزی = بتن ساز ثابت= سانترال بتن= بچینگ (Batching)

از این دستگاه جهت مصرف زیاد بتن استفاده می‎شود. ظرفیت این دستگاه در هر بار بتن سازی، در حدود  می‎باشد.

جهت جادادن بتن، در مخزن ماشین حمل بتن (تراک میکسر)، ماشین مورد نظر، زیرقیف این دستگاه قرار می‎گیرد (این دستگاه روی پایه های بلند قرار می‎گیرد).

آئین نامه BS انگلستان تحویل گرفنت بتن بوسیله کامیون (تراک میکسر)، تا محل مصرف را 120 دقیقه مجاز دانسته و مطابق آئین نامه ASTM ، این زمان به 90 دقیقه تقلیل می یابد. زمان های تعیین شده جهت پیش گیری از تبخیر آب بتن و پایین آمدن کارایی بتن می‎باشد.

توجه: خمیر کردن مجدد و یا به بیان دیگر اضافه کردن دوباره به بتن مجاز نمی باشد.

توجه: بتن ساز مرکزی کوچک، در ظرفیت بیشتر از بتونیر وجود دارد که در کارگاههای بزرگ استفاده می‎شود که انتقال بتن ساخته شده توسط جام بتن با دستگاه «تاور کردن» در ارتفاعات ساختمان جابجا می‎شود.

نکات مربوط به زمان بارگیری تا زمان تخلیه بتن، توسط تراک میکسر

1-   همانگونه که در بخش «بتن ساز مرکزی» نیز اشاره شد، زمان تولید تا حمل نهایی توسط این دستگاه مطابق آئین نامه BS انگلستان 2 ساعت و مطابق آئین نامه ASTM آمریکا، 5/1 ساعت، تعیین شده است.

2-   ماشین بتن کش گردان قادر است 10 تا 20 تن بتن را از محل تولید تا محل مصرف، جابجا نماید.

3-   پره های درون مخزن بتن، باعث بهتر مخلوط شدن بتن می‎شود.

4-   مخزن بتن، از زمان بارگیری تا هنگام تخلیه کامل بتن، دارای حرکت دورانی می‎باشد.

5-   سرعت گردش مخزن بتن، حداکثر 7 دور در دقیقه است.

6-   توصیه آئین نامه ها بر این است که بتن، بصورت نیمه مخلوط از بچینگ ، درون مخزن تراک میکسر تخلیه شود و اختلاط تکمیلی بتن در مخزن تراک میکسر و در هنگام انتقال، صورت گیرد.

7-   پس ازتخلیه بتن، درون مخزن را با فشار آب تمیز، پره های داخل مخزن، کاملاً تمیز و عاری از دانه های بتن می گردند. تا با بارگیری مجدد، باعث افت مرغوبیت بتن جدید نگردد.

5- پمپ هدایت بتن:

تعریف: دستگاهی که بتن را از «تراک میکسر» گرفته و در طبقات مختلف ساختمان (حداکثر ارتفاع 40 متری) و یا بطور افقی به مسافت نسبتا زیادی (حداکثر به طول 400 متری) انتقال می دهد، پمپ هدایت بتن می‎نامند.

توجه 1: در نزدیکی محل مصرف بتن، قیف خروجی تراک میکسر، مقابله دهانه پمپ قرار می‎گیرد و بتن را از ترک میکسر به داخل پمپ ریخته می‎شود و توسط پمپ، بتن به محل مصرف هدایت می‎شود.

توجه 2: هر چه ارتفاع محل مصرف بتن، بیشتر باشد، بایستی از بتن روانتری استفاده شود.

توجه 3: لوله هدایت بتن، از اتصال لوله های به طول حداکثر 4 متر تشکیل می‎شود که این قطعه لوله ها بوسیله گیره های مخصوص به یکدیگر وصل می گردند.

توجه 4: قطر لوله پمپ هدایت بتن، 4 تا 5 اینچ است.

توجه 5: آخرین لوله، از جنس لاستیک نرم که قابلیت مانور فوری می باشد، انتخاب می‎شود.

انواع پمپ: 1) پمپ زمینی: دارای 2 یا 4 چرخ لاستیکی بوده و توسط یک وانت کشیده و به محل بتن ریزی انتقال می یابد.

2) پمپ هوایی: این پمپ روی یک کامیون قرار دارد و لوله ها در موقع استفاده با فشار جک روغنی از یکدیگر باز شده و تا محل مناسب به سمت بالا هدایت می‎شود.

ویبراتور = لرزاننده= دستگاه هواگیری بنت

برای هواگیری بتن از دستگاهی بنام ویبراتور استفاده می‎شود.

هواگیری بتن: لرزاندن و خارج کردن آب اضافی بتن را هواگیری (ویبراسیون) بتن می‎نامند.

توجه 1: با لرزانیدن بتن توسط دستگاه مخصوص (ویبراتور) فضاهای خالی بین دانه های درشت بتن با ریزدانه ها پر می شود، در نتیجه انسجام و وزن مخصوص بتن افزایش می یابد.

توجه 2 : اگر بتن ویبره نشود، آب اضافی درون بتن ، پس از سخت شدن بتن، بخار شده، در نتیجه درون بتن فضاهای خالی بوجود می‎آید یا در اصطلاح بتن «کرمو» شده و در این حالت مقاومت لازم درمقابل نیروهای وارده را نخواهد داشت.

انواع ویبراتور

الف) ویبراتور بنزینی: سوخت این دستگاه بنزین بوده و توسط کشش طناب و یا استارت روشن می‎شود.

ب) ویبراتور گازوئیلی: این دستگاه همان ویبراتور بنزینی بوده و با این تفاوت که سوخت آن گازوئیل می‎باشد.

ج) ویبراتور برقی: این دستگاه با نیروی برق کار میکند. حمل این نوع ویبراتور به دلیل سبکی وزن آن بسیار راحت می‎باشد.

د) ویبراتور بادی

یک ویبراتور از سه قسمت تشکیل شده است:

الف) بخش تولید نیرو

ب) شیلنگ 6 متری

ج) قسمت انتهایی به طول 5/0 متر از جنس فلز، این قسمت وارد بتن شده و لرزش ایجاد می‎کند تا هواگیری صورت گیرد.

توجه 1: فاصله دو محلی که قسمت فلزی ویبراتور داخل بتن می‎شود 25 تا 50 سانتی متری متغیر است.

توجه 2: چنانچه لرزاندن بتن، بیش از حد لازم صورت گیرد، دانه های درشت و ریز از هم جدا شده و بتن یکنواختی خود را از دست می‎دهد (دانه های درشت تر ته نشین می گردند)

توجه 3: قسمت فلزی شیلنگ ویبراتور هنگام لرزاندن نباید به بدنه قالب و به میلگردها برخورد کند.

توجه 4: چنانچه بتن شل باشد، نباید از دستگاه ویبراتور استفاده کرد.

معمولاً عمل تراکم در این حالت، با استفاده از لوله ای به قطر 3 تا 5 سانتی متر که انتهای آن به تیغه به ابعاد 10 سانتی متر عرض و 45 سانتی متر ارتفاع میباشد، ختم می‎شود مجموعا کل ارتفاع تیغه و میله روی آن 180 سانتی متر است. (می‎توان بجای استفاده از تیغه، سرلوله را با ضربه تخت نمود)

نکات مهم بتن ریزی

1-     حداکثر 25 دقیقه پس از آماده کردن بتن و توقف هم زدن بتن، در محل مورد نظر بتن را مصرف می نمایند به بیان دیگر، سعی شود بتن را پس از آماده شدن ، بلافاصله و بدون فوق وقت مصرف گردد.

2-     25 دقیقه پس از ساخت بتن و توقف هم زدن بتن، گیرش  و سخت شدن بتن شروع می‎شود.

3-     بلافاصله پس از ریختن بتن، با ویبراتور و یا با وسایل دستی متراکم شود.

4-     بتن را به آرامی و با احتیاط، ویبره نمایید.

5-     خارج کردن ویبراتور از بتن، قبل از ظاهر شدن شیره بتن (دوغاب سیمان) صورت گیرد.

6-     جهت پر کردن بتن در تمام فضا دور آرماتورها و فضای داخل قالب، بتن بایستی به اندازه کافی روان باشد.

7-     قبل از شروع بتن ریزی، کف و جداره قالب از مواد زائد کاملاً تمیز شود.

8-     برای جلوگیری از چسبیدن بتن به سطح قالب (هنگام باز کردن قالب)،سطح داخلی قالب، به روغن سوخته آغشته شود.

9-     هنگام بتن ریزی سطح میلگردها کاملاً تمیز باشدو از زنگ زدگی، روغن، گل ، غبار و هر موردی که باعث کاهش پیوستگی بتن و میلگرد می شود، عاری باشد.

10- دلیل استفاده از قیف در ستونهای با ارتفاع بیش از 2 متر، جلوگیری از جدا شدن مواد متشکله بتن از یکدیگر می‎باشد.

11- بتن ریزی ستون، درصورتی که ارتفاع ستونها خیلی بلند باشد، مرحله به مرحله صورت می‎گیرد. در این حالت محفظه هایی در جداره خارجی قالب تعبیه می شود، تا بتن ریزی در تمامی قسمت های ستون به  راحتی انجام شود.

انواع سیمان پرتلند

موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، سیمان پرتلندره به 5 نوع زیرتقسیم بندی نموده است:

1-   سیمان نوع یک (I) (سیمان پرتلند معمولی)

سیمان معمولی بوده و بیشترین کاربرد را دارد. در ساخت بتن ساختمان ها، جاده ها و کلیه کارهایی که به خواص خاصی نیاز ندارند مورد استفاده قرار می‎گیرد. تقریبا 90 درصد کل سیمان مصرفی در جهان از سیمان پرتلند نوع یک است.

2- سیمان نوع دو (II) (سیمان اصلاح شده)

این نوع سیمان نسبت به سیمان نوع یک مرغوب تر است. برای مواردی که خطر حمله سولفات ها ضعیف باشد مصرف می گردد. این سیمان نسبت به  تیپ یک، کندگیرتر است و در موقع گیرش، حرارت کمتری تولید می‎کند. از این نظر برای بتن ریزی در هوای گرم مناسب بوده و درسازه هایی که بایستی حرارت زایی سیمان کم باشد مانند پایه پل های بزرگ، لوله ها و دیوارهای حایل بزرگ استفاده می‎شود.

استفاده نمودن از این سیمان موجب می‎شود که ازبالا رفتن دما جلوگیری نموده که این مورد خصوصا در هوای گرم از اهمیت خاصی برخوردار است.

در محل هایی که خطر حمله سولفات ها و کلرایدها به صورت همزمان مطرح باشد، (مانند سواحل جنوبی ایران) از این نوع سیمان استفاده می‎شود.

3- سیمان نوع سه (III) (سیمان با مقاومت اولیه زیاد یا سیمان زودسخت شونده)

از لحاظ شیمیایی مانند سیمان پرتلند معمولی است. ریز بودن آن موجب کسب مقاومت سریع در اوایل سن بتن می‎شود. بتنی که از این نوع سیمان ساخته می شود، سرعت سفت و سخت شدن اولیه آن شبیه سیمان پرتلند معمولی است. اما پس از سفت شدن اولیه ، سرعت کسب مقاومت بتن بیشتر می‎شود.

این نوع سیمان در محل هایی مورد استفاده قرار می‎گیرد که قالب ها باید حتی الامکان زود باز شوند و یا سازه باید سریعا مورد بهره برداری قرار گیرد.

این نوع سیمان نسبت به سیمان نوع یک، حرارت بیشتری تولید  می کند، ازاین نظر استفاده از آن در هوای سرد توصیه می‎شود. زمان گیرش این نوع سیمان و سیمان پرتلند معمولاً تقریبا با هم برابر است.

4- سیمان پرتلند نوع چهار (IV) (سیمان کم حرارت)

روند کسب مقاومت این نوع سیمان به آهستگی صورت می‎گیرد. این سیمان نسبت به  سیمان پرتلند معمولی مقدار حرارت کمتری تولید می‎کند. به این دلیل برای بتن ریزی حجیم مانند سدهای وزنی و جایی که کم شدن حرارت بتن، امری حیاتی است، مصرف می‎شود.

5- سیمان پرتلند نوع پنج (V) (سیمان ضد سولفات)

موقعی که مقاومت در مقابل اثر شدید سولفات ها مورد نظر باشد، از این نوع سیمان استفاده میشود. معمولاً این سیمان نسبت به دیگر سیمان های پرتلند تیره تر است.

چنانچه برای ساختن بتن ازاین نوع سمیان استفاده شود، درهر مترمکعب بتن باید حداقل 280 کیلوگرم سیمان مصرف شود و حداکثر نسبت آب به سیمان باید برابر 55% باشد. این سیمان نسبت به سیمان معمولی دیرتر میگیرد.

سیمان رنگی

مقدار رنگ مصرفی درسیمان های رنگی حدود 5 تا 10 درصد وزن سیمان است. برای رنگ های قرمز، زرد، قهوه ای و سیاه ازاکسید اهن، برای رنگ های سیاه  وقهوه ای از اکسید منگنز، برای رنگ سبز از اکسید کرم، برای رنگ آبی از کبالت، برای رنگ سرمه ای از اولترامارین، برای رنگ سیاه از دوده، برای رنگ قهوه ای کهربای خام، باری رنگ زرد از گل اخراو برای سفید از اکسید تیتانیوم استفاده می‎شود.

خواص سیمان پرتلند

اغلب مشخصات فنی مربوط به سیمان پرتلند، برای ترکیبات شیمیایی و خواص فیزیکی سیمان، یکسری محدودیت هایی را در نظر میگیرند. آزمایش های خواص فیزیکی سیمان ها باید صرفا برای ارزیابی خواص سیمان استفاده شوند و برای پی بردن بر خواص فیزیکی بتن، کاربرد آنچنانی را دارا نمی باشند.

ریزی (نرمی)

میزان آب گیری و گرمای آزاد شده تحت تاثیر ریزی سیمان می‎باشد. هر چه سیمان ریزتر باشد، میزان آب گیری (هیدراسیون) افزایش می یابد، بنابراین برروند رشد مقاومت سرعت می بخشد. هر چه سیمان ریزتر باشد آثار آن برمقاومت اساسا در خلال هفته اول  بروز می‎کند. با استفاده از آزمون نفوذ هوای بلین می‎توان ریزی سیمان را مشخص کرد.

اثرات ریزدانه تر بودن روی مقاومت اساسا در خلال هفت روز اول بروز می‎کند. حدود 85 تا 95 درصد ذرات سیمان از 45 میکرون کوچک تر می باشند.

سلامت

به ثبات حجم خمیر سیمان سخت شده پس ازگیرش، سلامت می گویند. عدم سلامت یا انبساط مخرب تاخیری، به دلیل وجود مقادیر پیش از اندازه آهک آزاد خوب پخته نشده یا منیزیم می‎باشد. اکثر مشخصات سمیان پرتلند، مقدار منیزیم و انبساط در دستگاه اتوکلاو را محدود می کند.

روانی

به تحرک نسبی مخلوط تازه ساخته شده یا قابلیت جریان یافته آن، روانی می گویند. روانی بتن را با آزمایش اسلامپ اندازه گیری می کنند.

زمان گیرش

برای تعیین زمان گیرش زمان ازدستگاه ویکات یا سوزن گیلمور استفاده می‎شود. گیرش اولیه خمیر سیمان نباید خیلی زود و گیرش نهایی آن نباید خیلی دیر رخ دهد. زمان گیرش سیمان توسط گچ موجود در آن تنظیم می‎شود. از جمله عواملی که بر زمان گیرش سیمان تاثیر گذار می‎باشد می‎توان به ریزی سیمان، نسبت آب به سیمان و مواد افزودنی اشاره نمود.

زمان های گیرش بتن، به دلیل تغییرات دما و کاهش اب بتن در اثرتبخیر یا نفوذ به لایه های زیرین، با زمان های گیرش خمیر سیمان دارای رابطه مستقیم نمی باشد.

گیرش کاذب

کاهش چشمگیر حالت خمیری مخلوط به مدت کوتاه پس از اختلاط بدون آزاد شدن مقدار گرمای زیاد را گیرش کاذب می گویند. چنانچه بتن در مدت زمان بیشتر از زمان متعارف مخلوط گردد و یا اگر بدون اضافه نمودن اب، قبل از انتقال و تخلیه، دوباره مخلوط گردد، تمایل به گیرش کاذب در سیمان پرتلند از لحاظ تخلیه و منتقل نمودن آن مشکلی به وجود نمی آورد.

مقاومت فشاری

مقاومت فشاری سیمان با آزمون مکعب های استاندارد 50 میلی متری ملات سیمان، بر طبق 109  ASTM C به دست می‎آید. ترکیبات شیمیایی سیمان و ریزی آن، مقاومت فشاری آن را تحت تاثیر قرار می‎دهد.

گرمای آب گیری (هیدراسیون)

به گرمای تولید شده در موقع واکنش سیمان و آب، گرمای آب گیری می گویند. مقدار گرمای تولید شه ترکیبات شیمیایی سیمان بستگی دارد. از جمله عواملی که بر مقدار گرمای تولید شده تاثیر پذیر می‎باشد می‎توان به نسبت آب به سیمان، ریزی و دمای عمل آوری افزایش یابد، گرمای آب گیری نیز افزایش می یابد.

مقادیر تقریبی گرمای تولید شده در خلال هفت روز اول، بر مبنای 100 درصد برای سیمان پرتلند تیپ یک به  صورت زیر می‎باشد:

تیپ 2            متوسط                     80 تا 85 درصد

تیپ 3            با مقاومت اولیه بالا                 تا 15 درصد

تیپ 4            کم حرارت                          40 تا 60 درصئد

تیپ 5            ضد سولفات                         60 تا 75 درصد

افت ناشی از حرارت دادن

افت حرارتی سیمان پرتلند ازحرارت دادن جرم مشخصی از یک نمونه سیمان در دمای 900 تا 1000 درجه سانتیگراد تا رسیدن به جرم ثابت به دست می‎آید. سپس کاهش جرم نمونه را مشخص می کنند. معمولاً افت حرارتی زیاد، نشان دهنده پیش آب گیری و کربناسیون می‎باشد که ممکن است به دلیل انبار نمودن غلط و طویل مدت یا نامناسب در موقع حمل و نقل ایجاد شود.

چگالی

چگالی سیمان پرتلند حدود  15/3 می‎باشد. امکان دارد که چگالی سیمان های سرباره آهن گذاری و سیمان های پرتلند پوزولانی در حدود  9/2 باشد. چگالی سیمان که با روش ASTMC188 به دست می‎آید، نشانگر کیفیت سیمان نمی باشد. در اغلب موارد در محاسبات طرح مخلوط بتن مورد استفاده قرار میگیرد. سیمان فله به صورت تنی اندازه گیری می‎شود. در ایران پاکت های سیمان 50 کیلوگرم وزن و 33% مترمکعب حجم دارند.

مصالح سنگی

حدود 60 تا 75 درصد حجم بتن را تشکیل می دهند. مصالح سنگی باید از ذراتی با مقاومت کافی و با توانایی مناسب در برابر شرایط محیطی تشکیل شوند. مصالح سنگی بتن به دو دسته ریزدانه و درشت دانه تقسیم بندی می‎شوند. مصالح سنگی را که روی الک نمره 4 باقی می ماند، مصالح درشت دانه و مصالح سنگی را که از الک نمره 4 عبور می کنند، مصالح ریزدانه می گویند.

مصالح سنگی تاثیر به سزایی در هزینه و کیفیت بتن دارند، بنابراین کیفیت و سلامت آن ها دارای اهمیت ویژه ای می‎باشد. مصالح سنگی علاوه بر این که درمقاومت بتن بسایر موثرند، در دوام و پایداری آن نیز تا حد زیادی موثرند.

مطابق آئین نامه، حداکثر اندازه اسمی سنگ دانه ها به مقادیر زیر محدود می‎شود:

 کوچک ترین بعد اعضا ،  ضخامت دال و  کوچک ترین فاصله آزاد بین آرماوترهای تقویت کننده یا غلاف ها.

چنانچه دربتن از دانه های سنگی یک اندازه استفاده شود به سیمان بیشتری نیاز است.

دانه های سنگی تیزگوشه نسبت به دانه های سنگی گرد گوشه، چسبندگی بهتری با ملات سیمان ایجاد می کنند و دارای مقاومت بیشتری می باشند. لازم به ذکر است که دانه های سنگی تیزگوشه نسبت به دانه های سنگی گرد گوشه کارایی کمتری دارند. به طور کلی شکل و بافت سطحی دانه ها، دو خاصیت عمده دانه های سنگی هستند که در خواص بتن موثرند.

برای ساختن بتن پی و بتن های حجیم باید حداکثر اندازه دانه های سنگی برابر 63 میلی متر باشد. در تهیه بتن معمولی و ساخت قطعات بتن آرمه، طبق مقررات ملی ساختمانی ایران، حداکثر اندازه دانه های مصرفی باید برابر 22 میلی متر باشد. در تهیه یک بتن در شرایط ثابت، هر چه حداکثر اندازه مصالح سنگی بیشتر باشد میزان آب مورد نیاز بیشتر می‎شود.

مدول نرمی یا ضریب نرمی (F.M)

ضریب نرمی مصالح سنگی عبارت است از مجموع درصدهای مانده مصالح طبق الک های استاندارد تقسیم بر صد.

مدول نرمی معمولاً برای ریزدانه ها محاسبه می‎شود و تغییرات آن بین 3/2 تا 1/3 است. هر چه مدول نرمی بزرگ تر باشد، مخلوط دانه درشت تر و هر چه مدول نرمی کوچک تر باشد مخلوط دانه ریزتر است.

هر چه اندازه مدول نرمی بیشتر باشد، نشان دهنده این است که دانه ها درشت ترند.

انواع سنگ دانه برای تهیه بتن های متفاوت

1- بتن سبک

بتن با وزن مخصوص  350 تا 1500 را عموما از مصالح سبک مانند سنگ پا و یا پوکه معدنی تهیه می کنند. این نوع بتن قادر به تحمل هیچ نوع باری نمی باشد و فقط برای پر کردن فضاهای خالی و جاهایی که در حجم بتن نیاز است، به کار می رود.

2- بتن معمولی

این بتن دارای وزن مخصوص  2100 تا 2600 است و در آن مصالح معمولی مانند سنگ های آهکی- رسوبی و آذرین استفاده می‎شود. این نوع بتن برای ساختمان های معمولی ، پل ها و دال های بتنی به کار می رود.

3- بتن سنگین

این نوع بتن برای محافظت در مقابل تشعشعات گاما و ایکس در راکتورهای هسته ای استفاده می‎شود و در آن از شن و ماسه سنگین مانند سنگ آهن، باریت، لیمونیت و ماگنتیت استفاده می‎شود. این نوع بتن دارای وزن مخصوص  3000 تا 4000 است.

آب

یکی از اجزای اصلی بتن محسوب می شود، بدون وجود آب، هیچ واکنش شیمیایی در بتن نمی گیرد. آب مصرفی در بتن مسطح یا در بتنی که در آن از آلومینیم استفاده شده است یا در بتنی که در مجاورت قالب های دائمی از فلز گالوانیزه ریخته می‎شود نباید حاوی مقادیر مضری از یون کلر باشد، زیرا ممکن است موجب خوردگی فولاد شود.

هر چه آب کمتری استفاده شود کیفیت بتن بهتر می شود، به شرطی که بتوان به نحو صحیحی متراکم نمود. ایجاد تراکم از طریق لرزاندن، کیفیت بتن را بهبود می بخشد و آن را با صرفه می‎کند.

در عمل برای بدست آوردن کارایی لازم در بتن باید مقدار آب بین 30 تا 55 باشد. مناسب ترین اب برای ساخت بتن، آب آشامیدنی است. آب های دارای املاح و کلرورهای مختلف برای بتن نامناسبند.

آبی که PH (درجه اسیدیته) آن بین 6 الی 8 باشد و طعم شوری نداشته باشد، می‎تواند برای ساخت بتن مصرف شود. از آبی که کیفیت آن ناشناخته است در صورتی می‎توان استفاده نمود که مقاومت فشاری نمونه های مکعبی 7 روزه و 28 روزه بتن ساخته شده با چنین آبی، حداقل برابر 90 درصد مقاومت نمونه های مشابه ساخته شده با آب آشامیدنی  باشد.

به دلیل احتمال خوردگی میلگردهای درون بتن، درساخت بتن مسلح از آب دریا استفاده نمی‎شود. در محیط های گرم و مرطوب روند خوردگی میلگردها افزایش می یابد.

مواد افزودنی

مواد مضاف، مواد شیمیایی خاصی هستند که به صورت محلول و یا پودر در بازار یافت می‎شوند. این مواد در موقع ساخت بتن به آن اضافه می‎شود تا برخی خواص فیزیکی یا مکانیکی مورد نظر را در بتن به وجود آورند. این موارد به غیر از سیمان و آب و دانه های شن و ماسه به مخلوط بتن اضافه می‎شوند تا بعضی از خصوصیات بتن تازه ساخته شده یا سخت شده را تغییر دهد. به دلیل آن که مواد مضاف به مقدار کم به بتن اضافه می شوند، در موقع مصرف باید کنترل دقیقی بر روی مقدار آن انجام داد. در زیر به صورت خلاصه وار به شرح هر کدام می‎پردازیم:

1- مواد تسریع کننده

برای تسریع گیرش بتن و حصول مقاومت زودهنگام، به ویژه در مناطق سرد و یخبندان یا موقعی که کسب مقاومت بتن در دمای معمولی نیز باید سریع صورت پذیرد و یا موقعی که قرار است قالب برداری زودتر از موعد مقرر انجام شود، استفاده می‎شود.

استفاده از زودگیر کننده های حاوی کلرور در بتن آرمه و بتن پیش تنیده به هیچ عنوان مجازنیست.

معمولی ترین نوع تسریع کننده ها، کلرور کلسیم (CaCl2) است و حداکثر مقدار مصرف آن در بتن باید برابر 2 درصد وزنی سیمان باشد. این افزودنی در مواقعی که بتن ریزی دردمای پایین انجام می‎شود و یا در مواقعی که انجام کارهای تعمیراتی در زمان کوتاه اجتناب ناپذیر است، استفاده می‎شود.

کلرور آلومینیوم، کربنات سدیم، کربنان پتاسیم، فلوئور سدیم، و آلومینات سدیم جزو مواد تسریع کننده محسوب می‎شوند.

2- مواد کندگیر کننده

این ماده در مواقعی که بتن ریزی در هوای گرم و خشک، باد شدید، بتن ریزی در حجم های زیاد یا درمسیرهای طویل وبا حرارت بالای 30 درجه سانتی گراد انجام ‎شود، به کار می رود. این مواد موجب کاهش مقاومت بتن درچدن روز اول میشوند ولی بر روی مقاومت نهایی بتن تاثیری ندارند. چنانچه شکر به مقدار 5% وزن سیمان به بتن اضافه شود گیر سیمان حدود 4 ساعت به تاخیر می افتد و چنانچه به مقدار یک درصد وزن سیمان به بتن اضافه شود، گیرش سیمان به کلی متوقف می‎شود.

سنگ گچ (CaSo4) جزو رایج ترین کندگیر کننده ها محسوب می‎شود و در کارخانه های سیمان پزی در موقع اسیاب کردن کلینگر به میزان 2 درصد به آن اضافه می‎شود و در این مقدار سنگ گچ ، زمان گیرش سیمان را تنظیم می‎کند.

3- تقلیل دهنده های آب روان (روان کننده ها)

این مواد به صورت لایه ای دور دانه های بتن را گرفته و موجب می  شود که دانه ها از یکدیگر فاصله بگیرند و به همین دلیل، میزان کارایی بتن را به ازای آب ثابت، افزایش می دهند. از این رو با استفاده از آن می‎توان آب مصرفی را کاهش داده و در نتیجه نسبت آب به سمیان کاهش می یابد.

باید توجه داشت که افزودنی های تقلیل دهنده آب با ایجاد پراکندگی سیمان در مخلوط بتن، علاوه بر این که موجب سطح تماس  بیشتر با آب می‎شوند، موجب هیدارتاسیون بهتر سیمان شده و به این علت در بلند مدت، مقاومت این بتن ازبتنی که با همین نسبت آب به سیمان و بدون افزودنی ساخته می شوند، بیشتر خواهد بود. از مواد روان کننده برای کم نمودن آب مصرفی، بالا بردن مقاومت بتن و بالا بردن کارایی بتن استفاده می‎شود.

4- فوق روان کننده ها

مواد افزودنی هستند که در مقادیر کم (5% تا 1/0 درصد وزن سیمان) به همان اندازه افزودنی های معمولی، مصرف آب را در بتن کاهش می‎دهد. با مصرف این ماده، امکان بتن ریزی با پمپ درسازه های پیش ساخته و پیش تنیده و تیغهها بیشترمی شود. مقاومت پیوند بین بتن و فولاد بهبود می یابد. همچنین عمل بتن ریزی با سرعت زیاد و نیاز به تراکم کمتر می‎شود.

5- مواد افزودنی حباب ساز (مواد هوازا)

مصرف مواد افزودنی حباب ساز موجب تشکیل حباب های بسیار ریز هوا به صورت یکنواخت در حجم تن و یا ملات می‎شود. این حباب ها باید پس از سخت شدن بتن یا ملات در آن باقی بمانند. با مصرف این مواد، کارایی بتن تازه و نفوذپیری بتن سخت شده به میزان قابل توجهی بیشتر شده و نیز جدا شدن دانه ها و آب انداختن بتن کاهش می یابد.

بتن هوادار نسبت به بتن معمولی درشرایط مرطوب تحت اثر یخ زدگی و ذوب یخ یا نمک های یخ زدا، مقاومت بیشتری از خود نشان می‎دهد.

محیط سخت به محیطی اطلاق میشود که در آن، بتن در معرض یخ زدگی و یخ تحت شرایط خیس و مرطوب قرار گیرد.

محیط معتدل به محیطی گفته می شود که در آن، بتن در معرض یخ زدگی قرار دارد ولی دائماً مرطوب نمی باشد یا قبل از یخ زدگی برای مدت طولانی در معرض آب نبوده و در تماس با مواد شیمیایی یخ زدا یا خورنده نمی باشد.

موقعی که نسبت آب به سیمان موجود در بتن کم بوده و از حداقل مقدار سیمان استفاده شود مقاومت یخ زدگی و ذوب یخ افزایش می یابد. هر چه نفوذ بتن کمتر باشد، مقاومت بتن در برابر یخ زدگی و ذوب یخ افزایش می یابد همچنین مقاومت آن در برابر نفوذ یون های کلرید افزایش می یابد.

چنانچه قرار است بتن دارای نفوذناپذیری ناچیزی در برابر آب باشد، حداکثر نسبت آب به سیمان باید برابر 5/0 درنظرگرفته شود. بتن هایی که در معرض یخ زدگی و ذوب یخ تحت شرایط مرطوب قرار می گیرند حداکثر نسبت آب به سیمان در آن باید برابر 45/0 باشد. بتن هایی که در معرض نمک های یخ زدا یا آب دریا قرار می گیرند برای حفاظت آرماتور در برابر خوردگی، حداکثر نسبت آب به سیمان باید برابر 4/0 باشد.

6- ضد یخ

برای جلوگیری از یخ زدن بتن در هوای سرد و یخبندان مورد استفاده قرار می‎گیرد  و در اکثر موارد به صورت مایع یافت می‎شود و دارای یون های فعال محلول در آب می‎باشد و مقدار آب مورد نیاز بتن را کاهش می‎دهد. اخیرا ضد یخ های به بازار عرضه شده است که فاقد یون کلر است که برای مصرف در بتن مسلح مناسب می‎باشد.

7- پوزون لان ها

این مواد از جنس سیلیس یا آلومینیوم سیلیس بوده و وقتی کاملاً گرد شده در مجاورت هیدروکسید کلسیم قرار گیرند، واکنش شیمیایی نشان داده و خاصیت چسبندگی به دست می آورند. مواد پوزولانی موجب کاهش حرارت آبگیری سیمان، آب بندی نسبی بتن و کاهش واکنش قلیایی سنگ دانه ها می‎شوند. خاکستر بادی جزو معمول ترین پوزولان های مصرفی محسوب می‎شود

 مقاومت بتن سخت شده

مهم ترین مشخصه بتن، مقاومت فشاری آن است و براساس آن انواع بتن رده بندی می‎شوند. حال به شرح مختصر پارامترهای ومثر برروی مقاومت فشاری بتن می‎پردازیم.

1- نسبت آب به سیمان

در واقع به عنوان عامل اساسی درمقاومت بتن محسوب می‎شود. هر چه بتن سفت تر باشد، مقاومت فشاری بیشتری دارد ولی کارایی و روانی آن کاهش می یابد در نتیجه ساختن، و متراکم کردن آن در قالب مشکلاتی به دنبال دارد که برای رفع آن می‎توان از مواد افزودنی مناسب استفاده نمود. نسبت آب به سیمان در بتن اهی معمولی حدود 6/0 است.

2- نوع سیمان

نوع سیمان مصرف شده دربتن، کم و بیش در مقاومت فشاری بتن موثر است.

3- عمر بتن

پس از مخلوط شدن آب و سیمان، فعل و انفعال سیمان با آب شروع می‎شود و سیلیکات ها و آلومینات های سیمان در داخل بتن، هیدراته شده و به مرور سخت می‎شوند و مصالح سنگی را به یکدیگر می چسبانند.

هر چه بر عمق بتن افزوده شود، درجه هیدراتاسیون عموما افزایش می یابد و مقاومت بالا می رود. با این توضیح مشخص است که مقاومت فشاری نمونه بتنی 28 روزه نبست به نمونه بتنی 7 روزه بیشتر است. معمولاً مقاومت فشاری بتن برای سنین 3، 7، 28، 56، 90 و 180 روزه و یکساله اندازه گیری می‎شوند که مقاومت بنت 28 روزه را مبنای محاسبات قرار می دهند و آن را مقاومت فشاری مشخصه بتن می‎نامند.

4- درجه حرارت و رطوبت بتن

با افزایش درجه حرارت، بتن سریع تر مقاومت فشاری مشخصه خود را کسب می‎کند. افزایش درجه حرارت موجب تسریع در عمل هیدراتاسیون سیمان شده و در نتیجه بتن سریع تر مقاومت خود را به دست می‎آورد. با افزوده شدن درجه حرارت، رطوبت بتن نیز باید حفظ شود. رطوبت محیط موجب کاهش تبخیر آب بتن شده در نتیجه از کاهش مقاومت بتن جلوگیری می کند.  روند کسب مقاومت بتن در رطوبت و بخارسریع تر صورت می‎گیرد.

5- دانه بندی، مقدار و نسبت سنگ دانه ها

سنگ دانه ها در حدود  حجم بتن را تشکیل می دهند و در هزینه و کیفیت و بتن تاثیر چشمگیری دارند. دانه های سنگی در مقاومت بتن، دوام و پایداری آن بسیار موثرند. سنگ دانه های مصرفی در بتن به دو دسته درشت دانه (شن) و ریزدانه (ماسه) تقسیم بندی می‎شوند.

6- ساختن، ریختن  ومتراکم کردن بتن

برای ساختن، ریختن و متراکم کردن بتن،  در ابتدا سیمان، مصالح سنگی، آب و احیانا مواد افزودنی را به اندازه مناسب در مخلوط کن ریخته و متراکم می کنند. بتن تازه از محل ساخت به محل مورد نظر انتقال داده می‎شوند و در قالب های از پیش آماده شده ریخته شده و متراکم می گردد تا بتن با تخلخل کم و وزن مخصوص بالا به دست می‎آید. برای خارج کردن هوای غیرعمدی موجود در بتن و نزدیک کردن سنگ دانه ها به یکدیگر از ویبراتور استفاده می‎شود. این عمل موجب می‎شود که مقدار تخلخل بتن کاهش یابد و مقاومت فشاری و برخی خواص دیگر بتن سخت شده افزایش یابد.

7- عمل آوردن بتن

آخرین و مهم ترین مرحله در تهیه بتن سخت با مقاومت پیش بینی شده نگه داری و حفاظت و یا در اصطلاح عمل آوردن بتن است که از موقع تخلیه بتن شروع می‎شود. بتن درون قالب را باید در سرما از یخ زدن و در گرما از تبخیر سریع آب محافظت کرد. مرطوب نگه داشتن سطح خارجی بتن با آب زدن دائم و پوشاندن آن با گونی و یا پلاستیک در روزهای اولیه بتن ریزی، در کسب مقاومت نهایی بتن تاثیر دارد.

اثر مواد شیمیایی مضرروی سیمان

برای پایایی بتن باید آن را از گزند عوامل شیمیایی محیط مانند املاح موجود در خاک و آب و یا مواد شیمیایی اضافه شده به بتن محافظت کرد. سولفات ها و کلریدها به عنوان مهم ترنی عوامل شیمیایی هستند که بر پایایی و دوام بتن اثر مخرب می گذارند. بتن در مقابل حمله اسیدها مقاوم نمی باشد. در محیط های صنعتی گوناگون و خصوصا در دودکش ها و یا در کف سالن ها تولید و عرضه فراورده های لبنیاتی و نظایراین ها، این خطر وجود دارد.

انواع بتن

بتن مورد استفاده در کارهای ساختمانی با توجه به نوع سیمان و مقدار آن و یا سنگ دانه ها و نحوه ساخت آن متفاوت است. بتن را می‎توان در محلو یا به صورت آماده تهیه نمود. از نظر نوع سنگ دانه نیز به بتن سبک، معمولی ، سنگین و … تقسیم می‎شود. از نظر نوع سیمان و مقدار آن بتن براساس مقاومت فشاری مشخصه آن و یا عیار بتن رده بندی می‎شود. بر اساس عیار آن به صورت مثلا بتن 150، بتن 200، بتن 250، بتن 300 و یا بتن 350 رده بندی می‎شود که این اعداد میزان سیمان مصرفی دریک مترمکعب بتن را نشان می دهند.

بتن بر اساس مقاومت فشاری مشخصه آن به صورت 50 C، 45 C ، 40 C ، 35C، 30 C، 25 C، 20 C ، 16 C ، 12 C، 10 C، 8 C و 6 C رده بندی می‎شوند.

اعداد بعد از حرف C بیانگر مقاومت فشاری مشخصه بتن برحسبم مگاپاسکال (Mpa) است. چنانچه بتن در سازه های دارای آرماتور و یا سیم مورد استفاده قرار گیرد، بتن سخت شده را بتن آرمه می‎نامند. در بتن آرمه از بتن رده 16 C به بالا استفاده می‎شود.

مقاومت فشاری مشخصه بتن (FCK) مقاومتی می‎باشد که حداکثر 5 درصد کلیه مقاومت های اندازه گیری شده برای رده بتن مورد نظر، محتمل است از آن کمتر باشد

کارایی بتن

میزان سهولت یا دشواری در تخلیه بتن، تراکم و پرداخت بتن درون قالب را کارایی می گویند. کارایی بتن به میزان اسلامپ و روانی نوع بتن بستگی دارد. به قابلیت جاری شدن بتن تازه ساخته شده، روانی گفته می‎شود.

مخلوط بتنی را خیلی تر باشد می‎توان در قالب ریخت و شکل داد، اما چنین بتنی در حوزه تعریف بتن خمیری نمی گنجد. اجزای تشکیل دهنده مخلوط بتن خمیری در حین حمل و نقل از یکدیگر جدا نمی‎شوند و بتن پس از خشک شدن به مخلوطی همگن متشکل از تمامی اجزاء تبدیل می‎شود.

روان بودن و شکل پذیر بودن بتن موجب افزایش کارایی شده، اما در اصل برای هر نوع عملیات بتنی، روانی و کارایی خاصی مورد نیاز است. روانی بیش از اندازه سبب به وجود آمدن زیان های زیادی برای بتن می گردد، از جمله کاهش  مقاومت، افزایش ترک خوردگی، مقاومت کم در مقابل یخبندان و یخ زدن  و شسته شدن سطحی.

هر چه نسبت آب به سیمان بیشتر شود، تهیه بتن توپر مشکل تر می‎شود. بتن کارا به بتنی گفته می‎شود که به آسانی بتوان آن را ساخت، جابجا نمود، در قالب ریخت و متراکم کرد  بدون آن که در یکنواختی آن در طول مراحل یاد شده تغییراتی ایجاد شود.

در این آزمایش یک قالب مخروطی ناقص درسه لایه با حجم تقریبا مساوی پر می‎شود. هرلایه توسط میله مخصوص 25 بار کوبیده می‎شود. سپس با برداشتن قالب، عمق نشست بتن برحسب سانتی متر اندازه گیری می‎شود. مقدار نشست، نشان دهنده ورانی بتن می‎باشد. هرچه بتن روان تر باشد، مقدارنسشت آن بیشتر خواهد بود. هر چه اسلامپ بتن بیشترابشد، مخلوط مرطوب تر می‎شود.

اسلامپ به عنوان معیاری برای روانی بتن به کار می رود. بتن با اسلامپ پایین تر از روانی سخت برخوردار است.

مقاومت فشاری بتن

استانداردهای آمریکایی، مقاومت فشاری بتن را که معمولاً برحسب مگاپاسکال یا کیلوگرم بر سانتی متر مربع (مقاومت 28 روزه نمونه استوانه ای بتنی به قطر و ارتفاع به ترتیب 15 و 30 سانتی متر) و با  نشان می دهند.

در کشورهای اروپایی برای تعیین مقاومت بتن از نمونه های مکعب 20*20 یا 15*15 سانتی متری استفاده می کنند و با  نشان می دهند. برای یک مخلوط یکسان، هر نمونه بتنی نتیجه مختلفی ازخود نشان می‎دهد.

مقاومت فشاری 28 روزه نمونه مکعبی و استوانه ای یکسان نمی باشد. برای بتن های با وزن معمولی مقاومت نمونه های استوانه ای، حدود 80 درصد مقاومت نمونه های مکعبی 20 سانتی متری و 83 درصد مقاومت نمونه های مکعبی 15 سانتی متری می‎باشد. با این توضیحات مشخص است که نمونه های مکعبی نسبت به نمونه های استوانه ای دارای مقاومت بیشتری می باشند.

هر چه نمونه بتنی دارای ابعاد کوچک تر باشد، مقاومت بیشتری خواهد داشت. معیاراصلی در عمل، مقاومت 28 روزه می‎باشد. نمونه ها درشرایط استاندارد تهیه می‎شوند و به مدت 28 روز در شرایط آزمایشگاه نگهداری می‎شوند. در برخی موارد توسط نمونه هایی که دارای سن کمتر هستند

درزمان تخلیه بتن، مخزن مورد نظر، برعکس چرخش هنگام انتقال، دوران می‎کند.

 بچینگ = بتن سازی مرکزی

 1 In= 2/54 Cm

 عمل هواگیری= ویبراسیون= ویبره کردن= لرزاندن جهت هواگیری 

بتن های مصرفی معمولاً دارای مقاومت فشاری 21 تا 35 مگاپاسکال می باشند. حداقل مقاومت فشاری بتن های پرمقاومت برابر 42 مگا پاسکال می‎باشد. درعملیات ساختمانی باید از بتن هایی استفاده نمود که مقاومت فشاری آن ها برابر 140 مگا پاسکال است.

بتن های کم مقاومت تر نسبت به بتن های پرمقاومت، دارای تغییر شکل بزرگ تری می باشند. شکل زیر رفتار کلی منحنی تنش- کرنش را نشان می‎دهد. شکل منحنی ها عموما تابعی از مقاومت بتن می‎باشد. این منحنی مشتمل است بریک منحنی صعودی از صفر تا نقطه حداکثر در کرنش فشاری بین 0015/0 و 002/0، که توسط یک منحنی نزولی تا کرنش نهایی، از 003/0 تا بیش از 008/0 دبنال می‎شود. آیین نامه حداکثر کرنش مفید برای طراحی را برابر با 003/0 اختیار می‎کند

برای تعیین مقاومت فشاری بتن براساس ازمایش از نمونه های استوانه ای استفاده می‎شود. چنانچه از نمونه اهی مکعبی استفاده شود باید مقاومت نمونه های مکعبی طبق ضوابط مندرج در آیین نامه بتن ایران (آبا). به مقاومت نظیر نمونه های استوانه ای تبدیل شود.

شکل زیر روابط مقاومت فشاری و عمر بتن برای نمونه هایی از بتن های هوا داده شده و هوا داده نشده را نشان می‎دهد. بتن های هوا داده شده نسبت به بتن های هوا داده نشده به ازای کارآیی و مقدار مشخص سیمان، به آب اختلاط کمتری نیاز دارند.

مقاومت کششی بتن

مقاومت کششی بتن را می‎توان توسط آزمایش شکافت نمونه استوانه ای (تست برزیلی) به دست آورد. نمونه استوانه ای به قطر 15 و ارتفاع 30 سانتی متری به صورت افقی در ماشین پرس قرار داده می‎شود

مقاومت فشاری بتن حدود 10 تا 15 برابر مقاومت کششی بتن تحت کشش مستقیم می‎باشد. مقاومت کششی بتن غالباً 42/0 تا 63/0 برابر حذر مقاومت فشاری (برحسب مگاپاسکال) برآورد می‎شود.

خزش (وارفتگی)

به افزایش تدریجی تغییرشکل یک ماده که تحت اثربار ثابت قرار دارد، خزش می گویند. به عبارت دیگر، افزایش کرنش در بتن تحت بار ثابت را خزش می گویند. برای بتن های معمولی که پس از 28 روز بر روی آن ها بارگذاری اعمال می گردد، 15 تا 35 درصد خزش نهایی در دو هفته اول، 40 تا 70 درصد خزش نهایی درسه ماه اول و 65 تا 85 درصد خزش نهایی در یکساذل رخ می‎دهد.

خزش به عوامل زیربستگی دارد:

نسبت آب به سیمان، اندازه و شکل بتن، جنس و مقدار سنگ دانه ها، عمربتن در موقع بارگذاری، شدت تنش وارده، مقاومت بتن، رطوبت و دمای محیط.

هر چه نسبت دانه های سنگی به سیمان کمتر باشد مقدار خزش بیشتر می‎شود. سختی و جنس سنگ دانه ها نز بر خزش تاثیر پذیر است. هرچه از سنگ دانه های سخت تر و با نسبت حجمی بیشتر در بتن استفاده شود، مقدار خزش کمتر خواهد شد. عمر بتن در هنگام بارگذاری نیز برمسئله خزش اثرچشمگیری دارد. بدین صورت که هرچه عمر بتن قبل از اعمال بارگذاری، بیشتر باشد ، مقدار خزش کمتر خواهد بود، به خصوص در زمان محکم شدن بتن، مقدار خزش زیاد است.

با توجه به نتایج آزمایش ها، در محدوده تنش های کمتر از نصف مقاومت فشاری بتن، خزش متناسب با شدت تنش وارده می‎باشد. درمقادیر بالاتر تنش، خزش با سرعت بیشتری افزایش می یابد. به گونه ای که تحت تنش های بیشتر از 8/0 تا 9/0 مقاومت فشاری، خزش با گذشت زمان موجب گسیختگی می‎شود. مقاومت فشاری بتن نی بر مسئله خزش تاثیر پذیر است. خزش با مقاومت بتن رابطه معکوس دارد، لذا مشخص است که هر چه نسبت آب به سیمان افزایش یابد، مقدار خزش نیز افزایش می یابد.

هر چه رطوبت نسبی هوا کمتر باشد، مقدار خزش بیشتر می‎شود. خزش بتن در محیطی که دارای رطوبت نسبی 50 درصد است، حدود 5/2 برابر خزش محیطی است که دارای رطوبت نسبی 100 درصد است.

تغییر شکل ناشی ازخزش مستقیما متناسب با تنش فشاری بتن می‎باشد و برای تنش های فشاری یکسان، مقدارش در بتن های کم مقاومت تر ، بزرگ تر است. با تنش ایجاد شده مساوی در دو نمونه بتنی که دارای قطرمتفاوت می باشند، هر کدام که دارای قطر بزرگ تر است مقدار خزش آن کمتر است.

اُفت (انقباض)

به تغییرات حجم بتن که مستقل از تنش های وارده و تغییر درجه حرارت صورت می گیرد، افت می گویند. به عبارت دیگر هنگامی که بتن در حال گیرش باشد دچار کاهش حجم می‎شود که به پدیده یاد شده، افت می گویند.

دو علت افت بتن عبارت است از : از دست رفتن رطوبت به سبب خشک شدن و تغییرات حجم ناشی از کربناسیون. تغییر شکل به وجود آمده از مورد اول را افت خشک شدگی و مورد دوم را افت کربناسیونی می‎نامند.

کاهش حجم بتن را که عمدتا به دلیل از دست رفتن رطوبت در دوره خشک شدن می‎باشد جمع شدگی می گویند. به دلیل این که عامل عمده جمع شدگی، از دست رفتن رطوبت خمیر سیمان می باشد، می‎توان با کاهش دادن مقدار آب در واحد مخلوط و افزایش نسبت سنگه دانه ، مقدار آن را کاهش داد.

موقعی که بتن شروع به خشک شدن می‎کند در ابتدا آب موجود در مجراهای موبین خود رااز دست می‎دهد. این مرحله، افتی نداردا. با ادامه خشک شدن، آب جذب شده نیز از بتن خارج می‎شود

رطوبت محیط تاثیر چشمگیری بر افت بتن دارد. هر چه محیط دارای رطوبت کمتر باشد، افت بتن که پس از گذشت چند سال به حداکثر مقدار خود می رسد، بیشتر خواهد بود. در شرایط متعارف، مقدارنهایی افت بین 0002/0 تا 0008/0 می‎باشد. دردو هفته اول، سه ماهه اول و یکساله اول به ترتیب 15 تا 35 درصد ، 40 تا 80 درصد، و 65 تا 85 درصد آن اتفاق می افتد.

افت تقریبا یک پدیده تقریبا قابل برگشت است. چنانچه یک نمونه بتنی برای مدتی در هوای خشک و پس از آن در یک محیط مرطوب و یا درون آب قرار گیرد، نمونه مورد نظر دچار افزایش حجم می‎شود. چنانچه پس از ساختن بتن، آن را درون آب قرار دهیم، به مرور زمان افزایش حجم پیدا می کمند. این پدیده را انبساط بتن یا افت منفی بتن می گویند. مقدارنهایی تورم به مراتب از افت کمتر است ولی تورم نسبت به افت سریع تر اتفاق می افتد به گونه ایکه معمولاً پس از 6 تا 12 ماه به حداکثر مقدار خود می رسد.

عواملی که درافت بتن موثرند عبارتند از: مقدار آب موجود در بتن، رطوبت محیط، مقدار دانه های سنگی، نوع دانه های سنگی، عمر بتن، نوع و مقدار سیمان.

هر چه مقدار سیمان افزایش یابد افت بتن هم زیادتر خواهد بود. لازم به ذکر است که سیمان های زودگیر افت بتن را زیادتر می کنند. مقدار آب مصرفی در بتن نیز نقش به سزایی در افت بتن دارد. هر چه در بتن از آب بیشتری استفاده شود، افت بتن بیشتر می‎شود.

هرچه در بتن از مصالح سنگی مرغوب تری استفاده شود، افت بتن کمتر می‎شود. مواد خارجی (مانند خاک رس) موجود در مواد ترکیبی شن و ماسه، چنانچه تا 5 درصد باشد، مقدار افت بتن را تا 25 درصد افزایش می‎دهد.

بیشترین مقدار افت بتن درسال های اولیه خود است و در حدود 90 درصد افت نسبی در سال اول عمر بتن صورت می‎گیرد.

محیط های سولفاته

حمله سولفات ها به بتن رخ می‎دهد که بتن در معرض خاک ، آب دریا یا آب زیرزمینی دارای مقادیر زیاد سولفات ها قرار گیرد، که در این صورت باید برای کاهش حمله سولفات ها از سیمان ضد سولفات (سیمان پرتلند نوع پنج) استفاده نمود.

در انتخاب یک نوع سیمان برای مقاومت در برابر سولفات ها، باید به مقدار تری کلسیم آلومینات (C3A) موجود در آب دقت کرد. سیمان هایی که در آن ها مقدار C3A کم باشد در برابر سولفات ها به این دلیل است که در آن حداکثر مقدار تری کلسیم آلومینات برابر پنج درصد است.

برای افزایش مقاومت در برابر سولفات ها می‎توان از بتن هوادار و یا بتنی که در آن نسبت آب به سیمان پایین است، استفاده نمود.

خوردگی آرماتور

کلریدها از طریق زیر به درون بتن وارد می‎شوند:

آب مخلوط، مصالح سنگی، مواد سیمانی و مواد افزودنی، قرارگیری بتن در معرض نمک های یخ زدا و یا آب دریا.

برای ایجاد روند خوردگی، علاوه بر وجود مقدار زیادی از یون کلرید، باید اکسیژن و رطوبت نیز وجود داشته باشد. چنانچه امکان وورد کلرید به درون بتن سخت شده توسط مصالح آن وجود داشته باشد باید اجزای بتن (سیمان، مصالح سنگی، آب و مواد افزودنی) مورد آزمایش قرار گیرند.

در بتن، کلریدهای قابل حل در آب و همچنین غیرقابل حل در آب وجود دارند، ولی فقط کلریدهای قابل حل در آب موجب خوردگی آرماتورها می‎شوند. برخی از کلریدهای قابل حل در آب که در اجزای بتن وجود دارند در ضمن هیدارسیون با سیمان واکنش نشان داده و غیرقابل حل می‎شوند. بتن هایی که در معرض نمک های یخ زدا و یا آب دریا قرار دارند برای محافظت در برابر خوردگی، حداکثر نسبت آب به سیمان در آن ها باید برابر 4/0 باشد.

وزن مخصوص

وزن مخصوص بتن های مصرفی در روسازی ها، ساختمان ها و دیگر سازه ها، حدود 2240 تا 2400 کیلوگرم برمترمکعب است. وزن مخصوص بتن به مقدار و دانسیته نسبی مصالح سنگی، مقدار هوای موجود در بتن و مقدارآب و سیمان بستگی دارد. وزن مخصوص بتن آرمه در طراحی سازه های بتن آرمه، عموما برابر 2400 کیلوگرم بر مترمکعب درنظر گرفته می‎شود. چنانچه وزن آب تبخیر شده را از وزن بتن تازه ساخته شده کم نماییم، وزن بتن خشک به دست می‎آید. مقداری از آب اختلاط، در خلال فرآیند آب گیری ، با سیمان ترکیب شده و آن را به ژل سیمان تبدیل می‎کند. مقداری از این آب نیز در حفره ها و لوله های موبین قرار می‎گیرد و تحت شرایط معمولی تبخیر نمی گردد.

تغییرش کل تحت تنش فشاری

برای تعیین مقاومت فشاری بتن معمولاً از آزمایش های با سرعت تنش ثابت استفاده می‎شود. منحنی های به دست آمده از این آزمایش ها نسبت به منحنی های تنش- تغییر طول نسبی که با اعمال تغییر طول نسبی با سرعت ثابت به دست می آیند، کمی متفاوت است.

منحنی های تنش- تغییر طول نسبی عموما دارای یک قمست اولیه نسبتا مستقیم بوده که این مورد نشان می‎دهد که بتن در تنش های پایین دارای رفتار تقریبا خطی و الاستیک می‎باشد. منحنی های یاد شده در تنش های بالاتر در جهت افقی دچار انحناء شده و در تنش نهایی، تغییر طول نسبی برابر 002/0 می‎باشد. این منحنی ها پس از تنش هایی ، عموما تا نقطه گسیختگی دارای شاخه نزولی می باشند. هر چه بتن، مقاومت کمتری داشته باشد، خاصیت تغییر شکل پذیری بیشتری خواهد داشت. تغییر طول نسبی نهایی بتن در مقع خرد شدن برحسب نوع بتن، بین 003/0 تا 008/0 متغیر است.

مقدار تغییر طول نسبی نهایی بتن هایی که به طور متعارف به کار برده می‎شوند بین 003/0 تا 004/0 است. آیین نامه توصیه می‎کند که حداکثر تغییر طول نسبی در دورترین تار فشاری بتن برابر 003/ در نظر گرفته شود.

مشخصات آرماتورها و روش های طبقه بندی آن ها

به طور کلی آرماتورها را به روش های زیر طبقه بندی می کنند:

1-   از نظر مصالح: کابل های فولادی، رشته های پلاستیک فولاد، فولادی.

2-   ازنظر روش ساخت: گرم عمل آمده، گرم نورد شده، سرد اصلاح شده

3-   شکل ظاهری مقطع

4-   نوع عملکرد در بتن

روش ساخت و شکل سطح مقطع آرماتور، مهم ترین تاثیر در خصوصیات و موارد استفاده از آرماوتر را دارند.

روش ساخت و تاثیر آن بر مساحت مکانیکی

فولاد گرم نورد شده دارای مقدار مشخصی کربن، گوگرد و فسفر می‎باشد. این فولاد معمولاً کاملاً شکل پذیر بوده و در موقع کشیده شدن، قبل از گسیختگی، دچار تغییر شکل زیاد می‎شود. (شکل الف).

برای افزایش مقاومت فولاد، مقدار کربن، منگنز یا سیلیکون آن را اضافه می کنند این کار موجب افزایش مقاومت و کاهش شکل پذیری فولاد می‎شود.

در برخی موارد برای افزایش مقاومت، از اصلاح گرم استفاده می‎شود به این صورت که فولاد در دمای 800 تا 900 درجه سانتی گراد حرارت داده می‎شود و یک دفعه سرد می گردد، سپس در دمای 300 تا 400 درجه سانتی گراد حرارت دیده و به مرور سرد می‎شود در این صورت فولاد مقاومت بیشتری پید امی کند. این فولاد در منحنی تنش تنجش، ناحیه تسلیم نشان نمی دهد. (شکل ب).

برای افزایش مقاومت فولاد ازروش اصلاح سرد نیز استفاده می‎شود همچنین از تنجش نهایی با تغییر شکل نسبی در موقع گسیختگی کاسته می‎شود. در این روش، فولاد درحالت سرد کشیده شده و تنش در آن از تنش جاری شدن می گذرد. این کار موجب سخت شدن فولاد می‎شود. با چند بارکشیدن فولاد و یا عبور دادن آن از بین قرقره های نورد و کاهش قطر آن، فولاد مقاومت نهایی بسیار زیادی پیدا می‎کند.

فولادهای مسطح کننده بتن

1- میلگرد معمولی (Bar)

در نوع های ساده و آجدار به بازار عرضه می‎شوند به دلیل این که آرماتورهای آجدار با بتن چسبندگی بیشتری ایجاد می کنند، آیین نامه ACI فقط استفاده از این نوع آرماتور را در بتن توصیه می‎کند. آرماتورهای به قطر 6 تا 32 میلی متر به طور انبوه در کارخانجات فولاد تولید می‎شود و برای آرماوترهای با قطربزرگ تر باید سفارش داده شود. آرماتورهای باقطر حداکثر تا 8 میلی متر، به صورت کلاف و آرماتورهای با قطر 10 میلی متر و بالاتر به صورت شاخه های 12متری عرضه می‎شوند. آرماتورهای ساده را با علامت  و آرماتورهای آجدار را با علامت  یا T یا  نشان می دهند. کارخانه فولاد ایران برحسب مشخصات استاندارد روسی، سه نوع میلگرد بامشخصات زیر تولید می‎کند.

محصولات کارخانه های اروپایی که درایران یافت می‎شوند عبارتند از:

الف) فولاد تنتور (TENTOR) با علامت اختصاری T.T

این آرماتور با کشش و پیچش همزمان سخت شده و دو برآمدگی طولی مارپیچی دارد که در سطح خارجی میله می باشند و توسط برآمدگی های عرضی به هم اتصال می یابند. مشخصات آن به صورت زیراست:

ب) فولاد تور (TOR)

این فولاد به روش پیچشی سخت شده است و دو برآمدگی مارپیچی طولی دارد که قطرهای بزرگ تر از 10 میلی متری آن دارای برآمدگی های جانبی ناپیوسته است. (با پیچاندن میلگردهای آجدار، میلگرد تور (TOR) به دست می‎آید که حد جاری شدن آن بیشتر و تنش نهایی آن کمتر است).

ج) فولاد کارن (CARON)

این آرماتور به روش پیچشی سخت شده است و دارای مقطع اولیه مربع کشل بوده که تحت زاویه معینی تابیده شده است.

د) فولاد نرسید (NERSID)

به طور طبیعی سخت بوده و ارماتوری است دارای دو عصب طولی مارپیچی و برآمدگی های عرضی در جهت عمود بر هم که در محل اتصال به عصب طولی ، برجستگی آن صفر می شود.

هـ) فولاد کرلوا (CEROI)

این فولاد به طور طبیعی سخت بوده و دارای دو عصب طولی مستقیم و متقارن می‎باشد و هر برآمدگی عرضی، شیبی نسبت به این عصب و محور میله دارد که دو مارپیچ با گام برابر و یا گام متقابل را تشکیل می دهند.

2- شبکه ها یا تورهای جوش شده ازمفتول با علامت اختصاری (WWF)

این شبکه از دو سری مفتول عمود بر هم ساخته شده است که به وسیله جوش مقاومتی به هم متصل شده اند. حداقل تنش جاری شدن مفتول ها برابر 5000 است. مفتول (به تمامی میلگردهای با قطر کمتر از 4 میلی متر گفته می‎شود). شبکه ها را در دال ها، دیوارها و پوسته های نازک که امکان عملیات آرماتورگذاری نیست، مورد استفاده قرار می دهند. شکبه ها در ابعاد حداکثر 9 متر در 5/2 مترساخته می شوند.

3- مفتول ها

مفتول ها در شکل تک یا به حالت گروهی که در اصطلاح «رشته» گفته می‎شود در کارهای بتن پیش تنیده به کار برده می‎شوند.

معمول ترین رشته ها، رشته 7 مفتولی است که 6 مفتول به دور یک مفتول مرکزی به صورت مارپیچ ، پیچانده شده است. درموقع ساخت رشته، مفتول ها آجدار می‎شوند و محکم در کنار هم قرار داده می‎شوند تا هیچ حرکتی نسبی با یکدیگر نداشته باشند. رشته های 7 مفتوله را از مفتول های تشکیل  دهنده آن است. مقاومت نهایی رشته های معمول بین 17000 تا 18500 کیلوگرم برسانتی متر مربع است که در کارهای پیش تنیده از 10000 تا 11000 کیلوگرم بر سانتی مربع کشیده میشوند. این فولاد نقطه جاری شدن مشخصی ندارد.

4- میلگردهای خاص

هرگاه بتن مسلح در معرض عوامل جوی خورنده صنعتی قرار گیرد، برای حفاظت آرماتورها در برابر خوردگی یا لک های ناشی از زنگ زدگی در سطح کار، از میلگردهای خاص استفاده می‎شود.

الف) استفاده از میلگردهای گالوانیزه

دراین حالت آرماتورها را به طول مور د نظر بریده و سپس بر روی آن پوششی از فلز روی داده می‎شود تا در برابر خوردگی محافظت شوند.

ب) استفاده از میلگردهای ضد زنگ

این فولاد آلیاژی از آهن، کرم و نیکل است که در معرض هوا ، بر روی آن یک لایه غیرمرئی نازک مقاومت در برابر خوردگی به وجود می‎آید. قیمت این نوع فولاد نسبت به فولاد نرم معمولی حدود 10 برابر است.

طبقه بندی آرماتورها

طبقه بندی آرماتورهای فولادی با توجه به مقاومت مشخصه آن ها صورت میگیرد. طبقه بندی آرماتورهای مورد مصرف در بتن مسلح با توجه به نوع فولاد به صورت زیر می‎باشد:

S500 ، S400 ،S300 ، S220

اعداد بعد از S نشان دهنده حداقل مقاومت مشخصه آرماتور برحسب مگاپاسکال می‎باشد.

فاصله نگه دارهای آرماتوربندی

برای اطمینان ازایجاد پوشش بتنی کافی در اطراف آرماتور بندی باید در بین آرماتورها قالب ها از فاصله نگه دار استفاده نمود. پوشش بتن جهت حفاظت فولاد در برابر خوردگی و یا آتش سوزی می‎باشد.

فاصله نگه دارها باید کاملاً محکم نصب شوند تا در موقع تخلیه بتن دچار جابجایی نشوند. همچنین می‎توان از بلوک های بتنی به عنوان فاصله نگه دار استفاده نمود. برای این که این نوع فاصله نگه دارها به آرماتورهای درون قالب اتصال بیشتری پیدا کنند باید در داخل آن ها یک حلقه سیم بیرون آمده کار گذاشته شود.

در فاصله نگه دارهای شکل (الف) سوراخ هایی وجود دارد که برای عبور نمون سیم از داخل آنها در نظر گرفته شده است. پس از عبور سیم از داخل این نوع فاصله نگه دارها به آرماتورها متصل می‎شوند.

فاصله نگه دارهای چرخی و پایه دار پلاستیکی به گونه ای طراحی شده اند که به صورت گیره ای محکم به دور آرماتورهای افقی و عمودی می چسبند. این نوع فاصله نگه دارها  موجب لک شدگی سطح بتن نمی شوند  و بیشتردر کارهای بتن مسلح به کار برده می شوند.

برای به وجود آوردن یک تکیه گاه برای آرماتورهای فوقانی دال های بتنی ازخرک های فلزی استفاده می‎شود. این خرک ها از جوش دادن آرماتورهای فلزی و سپس پوشش گالوانیزه بر روی آن ها ساخته می‎شوند. این نوع فاصله نگه دارها با قرارگیری برروی لایه تحتانی آرماتوربندی، یک تکیه گاه برای آرماتورهای لایه فوقانی ایجاد می کنند. خرک ها در موقع تخلیه و متراکم کردن بتن از مقاومت کافی برخوردارند.

طول مهاری (گیرداری)

برای استفاده نمودن از ظرفیت کافی فولاد، فولاد باید به اندازه مناسب درون بتن قرار گیرد که در اصطلاح به آن «تامین طول مهاری» گفته می‎شود. به عبارت دیگر مفهوم طول مهار، گویای این واقعیت است که حداقل طول معین در طرفین تنش ماکزیمم باید وجود داشته باشد تا از بیرون کشیدن آرماتور جلوگیری کند.

هر چه آرماتور دارای سطح مقطع بیشتر باشد، ظرفیت باربری بیشتری خواهد داشت. شکل زیر، سطح مقع یک تیربتنی را نشان می‎دهد. زیرامیلگردهای زیرین به دلیل وزن بتن و خروج حباب های هوا، اصطکاک بیشتری وجود ارد اما میلگردهای فوقانی به دلیل سطحی بودن بتن در این محدوده دراطراف خود دارای حباب های هوا می باشند که این مورد موجب می‎شود چسبندگی بین آرماتور و بتن کاهش یابد.

با توجه به توضیحات فوق می‎توان نتیجه گرفت که آرماتوراهی زیرین به دلیل چسبندگی بیشتر یا بتن، نسبت به آرماتورهای رویین به طول مهارهای کمتری نیاز دارند.

آیین نامه ACI توصیه میکند موقعی که در زیر میلگردهای فوقانی بیش از 30 سانتی متر بتن وجود داشته باشد باید طول مهاری میلگردهای فوقانی را 30 درصد بیشتر از آرماتورهای زیرین در نظر گرفت. بری تامین طول مهاری میلگرد در کشش می‎توان از خم 90 درجه و یا 180 درجه استفاده کرد. در خم 180 درجه قسمتی از خم و شعاع خم جزء طول مهاری محسوب می شود.

طول مهاری برای آرماتورهای آجدار تحت اثر کشش منتهی به قلاب

در انتهای آرماتورهای کششی می‎توان از قلاب های 90 درجه و 180 درجه استفاده کرد. مشخصات قلاب ها شامل حداقل قطر خم و طول راست بعد از خم می‎باشد.

الف) حداقل قطر خم:

حداقل قطر خم برای یک آرماتور تقویت کننده به صورت «قطر خم در داخل آرماتور»  تعریف می‎شود. برای آرماتورهای 10 تا 25 ، حداقل قطر خم برابر d 6  (6 برابرقطر آرماتور) و برای آرماتورهای 28 تا 36 ، برابر (8 برابر قطر آرماتور) در نظر گرفته می‎شود.

برای خاموت ها و تنگ های به قطر 16 میلی متر و کوچک تر ، حداقل قطر خم مساوی 4 برابر قطر آرماتور در نظر گرفته می‎شود. برای خاموت ها و تنگ های 18 تا 25 حداقل قطر خم را برابر قطر آرماتور باید در نظر گرفت.

ب) حداقل طول راست آرماتور بعد از خم:

آیین نامه توصیه می‎کند که حداقل طول راست بعد از خم برای آرماتور با خم 180 درجه، 4 برابر قطرآرماتور (حداقل 6 سانتی متر) و برای خم 90 درجه، 12 برابر قطر ارماتور است.

طول مهارهای آرماتور با خم ازمقطع بحرانی تا انتهای قلاب می‎باشد. آیین نامه توصیه می‎کند که این فاصله حداقل برابر d8 و یا 15 سانتی متر در نظر گرفته شود.

محدودیت فواصل برای آرماتورها

-        برای آرماتورهای موازی دریک ردیف، حداقل فاصله بین آرماتورها باید برابر قطر آرماتور یا 5/2 سانتی متر باشد.

-        درصورت وجود چند ردیف آرماتور، حداقل فاصله قائم بین دو ردیف برابر 5/2 سانتی متر در نظرگرفته می‎شود.

-        در اعضای فشاری دارای آرماتور مارپیچ و یا تنگ، حداقل فاصله آزاد بین آرماتورهای راسته باید برابر db 5/1 یا 8/3 سانتی متر باشد.

طول وصله

حالت 1 (بهترین حالت) 1=

حالت  2                            3/1=

حالت 3 (بحرانی ترین حالت)     7/1=

برای آرماتورهای 36 به بالا، مجاز به اورلپ نمی باشیم.

= طول وصله لازم

 مهار خاموت ها (تنگ یا آرماوترهای عرضی)

آرماتورهای عرضی در اعضاء برش یا پیچش را جذب می کنند. در انتهای خاموت ها ازقلاب های 90 درجه و 135 درجه استفاده می شود، همچنین می‎توان از خاموت های U شکل نیز استفاده نمود. در وسط دهانه تیر که ممان مثبت وجود دارد به دلیل فشار در تارهای بالایی به صورت U کار گذاشته می‎شود و در محدوده تکیه گاه های صلب به دلیل وجود ممان های منفی، تارهای تحتانی تحت فشارند و به صورت  کار گذاشته می‎شوند.

استاندارد خم قلاب انتهای میلگرد

1-   میله های اصلی: برای قلاب 180 درجه، طول قلاب برابر 10 و قطر انحنای خم 180 درجه، حداقل برابر 5 است.

2-   خاموت ها: برای قلاب 180 درجه، طول قلاب بعد از انحناء (نیم دایره) برابر 4 تا 5/6 سانتی متر.

برای قلاب 90 درجه، طول قلاب بعد از انحناء برابر 4 تا 5/6 سانتی متر.

برای قلاب 135 درجه، طول قلاب بعد از خم 135 درجه برابر 6 تا5/6 سانتی متر است.

در دیوارها و دال های غیر از تیرچه های بتنی، حداکثر فاصله آرماتورهای خمشی اصلی باید برابر کوچک ترین یکی از دو مقدار، سه برابر ضخامت دیوار یا دال و یا 45 سانتی متر باشد.

وظیفه خاموت ها درستون ها

1-   کنترل کمانش آرماتورهای فشاری

2-   تحمل برش مقطع

جزییات خاص در آرماتوربندی ستون ها

-        در ستون ها شیب قسمت مایل آرماتور انتظار خم شده نسبت به محور ستون حداکثر باید برابر 1 به 6 باشد.

-        در صورت عقب نشینی یک وجه ستون به اندازه 5/7 سانتی متری یا بیشتر، آرماتورهای راسته نباید به صورت خم شده استفاده شوند. دراین وضعیت باید از آرماتورهای دوخت مجزا که به صورت پوششی با آرماتورهای راسته مجاور به وجوه عقب نشسته ستون وصله می شوند، استفاده نمود.

رفتار تیرهای بتنی مسلح تخت خمشی

تیرهای بتن مسلح تحت اثر خمش  3 مرحله دارند:

1-   مرحله الاستیک: به مرحله قبل از به وجود آمدن ترک  کششی گفته می‎شود (به تنش های خطی در مقطع ترک نخورده می گویند)

2-   مرحله الاستو- پلاستیک: پس از به وجود آمدن ترک کششی و قبل از این که فولاد جاری شود. (به تنش های خطی در مقطع ترک خورده می گویند)

3-   مرحله پلاستیک: به مرحله پس از جاری شدن فولاد تا شکست نهایی گفته می‎شود. (به تنش های غیرخطی در حالت نهایی می گویند)

درصورت طرح شدن تیر به صورت نرم، مرحله پلاستیک نداریم.

طراحی در مقابل خمش امکان دارد در یکی از حالت های زیر انجام شود:

1-   در حالتی طراحی به صورت الاستیک است که نباید درقطعه، ترک به وجود آید مانند موقعیت که قطعه با آب تماس داشته باشد یا در معرض گازهای فرار باشد.

2-   طراحی در حالت الاستو- پلاستیک در روش هایی که مبتنی بر تنش مجازند و در آن ها برای آنالیز و طرح اعضاء بار بهره برداری به کار برده می شود، انجام می‎شود.

3-   طراحی در حالت پلاستیک درروش های مقاومت نهایی مورد استفاده قرار می‎گیرد که اساس روش های یاد شده براین فرض است که سازه تحت اثر بارهای ضریبدار، آماده فرو ریختگی می‎باشد.

فرضیات اساسی

در مقاومت مصالح مواردی که به عنوان فرضیات اساسی خمش در نظر گرفته می‎شوند در مورد مقاطع بتن مسلح نیز صادق می باشند. در تحلیل مراحل رفتاری فوق، مطالب زیر دارای اهمیت می‎باشد. این فرضیات به صورت زیرند:

1-   در مقاطع ترک خورده یا بدون ترک، مقطع مسطحی که بر محور تیر عمود می‎باشد پس از خمش همچنان برمحور تیر مسطح و عمودند. این فرض، فرض برنولی نامیده می‎شود.معنی این فرض این است که در کلیه مقاطع، توزیع تغییر طول نسبی به صورت خطی می‎باشد.

2-   با استفاده از دیاگرام تنش- تغییر طول نسبی مربوط به هر ماده می‎توان مقدار تنش در هر نقطه را محاسبه کرد به عبارت دیگر تنش خمشی  در هر نقطه به کرنش آن نقطه بستگی دارد.

3-   توزیع تنش های برشی V در ارتفاع مقطع به شکل مقطع و نمودار تنش- تغییر شکل نسبی بستگی دارد. مقدارتنش برشی در تار خنثی و در لبه های مقطع به ترتیب برابر ماکزیمم مقدار و صفر است.

4-   در اثرترکیب تنش قائم خمشی و تنش برشی درروی جزء کوچکی، تنش های اصلی کششی و فشاری در امتدادهای مورب هر نقطه نیز ایجاد می‎شوند.

مقاطع کم فولاد و مقاطع پرفولاد

1-   مقطع متعادل: مقطعی که در آن تسلیم کششی فولاد و حداکثر کرنش فشاری بتن  به صورت همزمان اتفاق افتد را مقطع متعادل می‎نامند. درصد فولاد متعادل در هر مقطع عبارت است از مقدار فولادی که تحت بار یکسان، مقدار تغییر شکل نسبی در بتن فشاری برابر 003/0 و تنش در فولاد کششی به طور همزمان به  برسد.

2-   مقطع کم فولاد: این نوع مقطع نسبت به مقطع متعادل، فولاد کمتری دارد. دراین مقاطع با افزایش مقدار لنگر اعمال شده مرحله ای می رسد که فولاد کششی به حد جاری شدن  و مقدار تنش به حد تسلیم برسد. دراین حالت حداکثر کرنش در بتن از  کمتر می‎باشد.

3-   مقطع پرفولاد: این نوع مقطع نسبت به مقطع متعادل، مقدار فولاد بیشتری نیاز دارد. در حالت ذکر شده ، تنش فشاری در بتن به حداکثر مقاومت بتن می رسد.  و بتن تخریب می شود، قبل از این که فولاد به حد تسلیم برسد.

گسیختگی نرم و گسیختگی ترد

شکست در یک تیربتن آرمه به صورت های زیرایجاد می‎شود:

1-   گسیختگی (شکست) نرم:

دراین حالت مقدار فولاد به قدری کم است که قبل از این که در بتن تنش فشاری به مقدار نهایی خود برسد، فولاد به حد جاری شدن (تسلیم) می رسد. در این حالت با کمی افزایش بار، فولاد به حالت تسلیم رسیده و تغییر شکل بزرگ می‎شود.

افزایش قابل ملاحظه کرنش در فولاد موجب میشود که تار خنثی بالاتر رود، همچنین مساحت سطح فشاری کاهش یابد. با بالاتر رفتن محور خنثی، مرکز فشار کمی به سمت بالا حرکت می‎کندو بازوی لنگر و لنگر مقاومت کمی افزایش می یابد. افزایش سریع کرنش در قسمت کششی موجب می‎شود که ترک ها عریض ترو عمیق تر شده، همچنین تغییر شکل تیر افزایش یابد. روند یاد شده ادامه می یابد تا حداکثر تنش فشاری بتن به مقدار نهایی خود برسد و سطح فشاری بتن کاهش یابد و به سبب فشار زیاد خرد گردد. به این شکست، شکست فشاری ثانوی نیز اطلاق می گردد.

نکته 1: در گسیختگی (شکست) نرم، رخ دادن روند تخریب به تدریج می‎باشد و تیر قبل از این که تخریب گردد به اندازه کافی علام هشدار دهنده از خود نشان می‎دهد. این علائم به صورت انحناء بیشتر، تغییر شکل و ترک های بسیار زیاد می‎باشد.

نکته 2: در این نوع تیر دلیل اصلی گسیختگی، تسلیم شدن کششی فولاد و خرد شدن نهایی بتن در اثر جاری شدن فولاد است. از این نظر، این نوع تخریب را تخریب کششی می گویند.

نکته 3: مقاومت این نوع مقاطع را می‎توان برابر حالتی که فولاد به حد تسلیم میرسد، در نظر گرفت.

2- گسیختگی (شکست) ترد

موقعی که مقدار فولاد به قدری زیاد باشد که قبل از تسلیم شدن فولاد. بتن فشاری، مقاومت نهایی خود را کسب نماید، یک دفعه، بتن ناحیه فشار پاشیده می‎شود و  تیر از بین می رود. دراین شکست، فولاد تا موقع تخریب به صورت الاستیک می باشد، موقعی که تنش های فشاری بتن از مرحله خطی خارج شوند، افزایش تنش های فشاری و تنش های کششی به ترتیب به صورت غیرخطی و خطی می‎باشد. بنابراین، برای ایجاد تعادل تنش های کششی و فشاری، باید سطح مقطع بتن در قسمت فشاری افزایش داده شود. این مورد موجب پایین رفتن محور خنثی می‎شود.

موقعی که بتن در فشار گسیخته می شود، مقادیر کرنش ها در عضو و نیز انحناء تغییر شکل و عرض ترک کوچکند. لذا، تخریب به صورت ناگهانی و فقط با اندکی هشدار و در اکثر مواقع به صورت ترد رخ می‎دهد. شکست یادشده را ، شکست فشاری نیز می گویند.

با توجه به دو شکست یاد شده مشخص است که طراحی مقاطع کم فولاد به دلیل نشان دادن علایم هشدار دهنده محسوس نسبت به مقاطع پرفولاد ارجحیت دارد.

مقاطع مستطیل شکل فقط با میلگرد کششی

درسازه های بتن آرمه غالباً از مقاطع مستطیل شکل استفاده می‎شود

انواع ترک ها

1-   ترک خمشی قائم: در محل خمش ماکزیمم و درجایی که مقدار برش کم باشد ، می‎توان این ترک ها را مشاهده نمود.

2-   ترک های قطری: در قسمت هایی که مقداربرش زیاد باشد، این ترک ها ظاهر می‎شوند و به دو دسته زیرتقسیم می‎شوند:

الف) ترک های برشی جان

درصورت بزرگ بودن تنش برشی نسبت به نتش خمشی، چنانچه به حد مقاومت کششی بتن برسد، ترک در جان تیرایجاد می‎شود که نسبت به محور تیرزاویه ای حدود 45 درجه دارند. ترک های قطری معمولاً از نزدیکی تار خنثی تشکیل می‎شوند و از آن نقطه شروع به پیش روی می کنند. امکان دارد این ترک درتیرهای نسبتا عمیق با جان نازک و برای نسبت لنگر به برش  کوچک، به وجود آید و ممکن است در نزدیک نقاط عطف تیرههای یکسره به وجود آید. این نوع ترک ها در تیرهای بتن مسلح با ابعاد معمولی به ندرت ایجاد می‎شوند و فقط ممکن است درتیرهای پیش تنیده با جان نازک ایجاد شوند.

ب) ترک های برشی- خمشی

در تیرهای  بتن مسلح با ابعاد متوسط، ترک های مایل معمولی به شکل ادامه ترک های خمشی ظاهر می‎شوند. معمولاً در ابتدا ترک های خمشی ایجاد می شوند، اما این ترک ها توسط آرماتورهای کششی محدود می‎شوند. این ترک ها موجب افزایش تنش برشی همچنین تولید تنش های کششی قطری در راس ترک می‎شود که این خود سبب می گردد تا ترک های خمشی به شکل ترک های کششی قطری ادامه پیدا کنند. به این ترک های مایل، ترک های خمشی -برشی می گویند.

در اکثر موار به همراه ترک های خمشی- برشی، ترک های طولی نیز ایجاد می‎شود این ترک ها در ادامه ترک های خمشی- برشی و در امتداد آرماتورهای کششی راسته به وجود آمده و به سوی مناطقی که ممان کمتری دارند، گسترش می یابند.

چنانچه خاموت ها شروع به جاری شدن کنند، خرابی به سرعت رخ می‎دهد خاموت ها، مقاومت خود را از دست داده ، همچنین با زیاد شدن عرض ترک ها ، نیروی برشی مقاوم قفل و بست ها نیز از بین می رود.

انواع  آرماتور برشی و نقش آن ها در رفتار تیرها

انواع متداول آرماتور برشی، از قسمت های زیر تشکیل شده اند:

1-   خاموت هایی که بر محور عضو عمود می باشند.

2-   خاموت های مایل که نسبت به آرماتورهای راسته کششی، زاویه 45 درجه و یا بیشتر دارند تا ترک های احتمالی را قطع کنند.

3-   آرماتورهای راسته شماره 35، خم شده که زاویه قسمت خم آن ها نسبت به آرماتورهای راسته کششی برابر 30 درجه و یا بیشتر است. (فقط  قسمت میانی آرماتورها، موثر فرض میشود).

4-   ترکیبی از خاموت ها و آرماتورهای راسته خم شده.

5-   شبکه سیمی جوش داده شده سیم های جانبی در امتدادهای عمود بر محور عضو مشروط بر آن که سیم های جانبی توان تحمل 4 درصد افزایش طول، حداقل 100 میلی متر اندازه گیری شده و حداقل متشکل از یک سیم باشد، را دارا باشد.

6-   مارپیچ ها.

تذکر 1: در حال حاضر، خاموت U شکل، رایج ترین نوع آرماتور برشی می‎باشد که عمود بر محور عضو قرار می‎گیرد.

تذکر2: اندازه گیری کرنش در آرماتورهای برشی، نشان می‎دهد که تا قبل از ظاهر شدن ترک های مایل مقدار تنش کششی در آرماتورهای برشی، ناچیز بوده و یا برابر صفر می‎باشد. بنابراین، آرماتور برشی در تعیین محل ترک های مایل و یا مقدار مقاومت برشی بتن قبل از ترک خوردن تاثیر چندانی ندارد.

تذکر 3: آرماتورهای برشی در مقاومت برشی دارای نقش بسیار مهمی می باشند. زیرا، آرماتورهای برشی علاوه بر شرکت مستقیم در مقاومت برشی، نقش عوامل زیر را نیز افزایش می‎دهد:

1-   مقاومت برش بتن ترک نخورده،

2-   نیروی مقاومت جانبی درآرماتورهای راسته.

3-   مولفه قائم نیروی برشی بین سطوح ترک.

تذکر 4: در صورت زیاد بودن آرماتور برشی، بتن فشاری از بین می رود و شکست ناگهانی به وجود می‎آید. مقاومت تسلیم باید نیزموجب تخریب فشاری - برشی ناگهانی می گردد.

خاموت ها                                           

خاموت ها معمولابه صورت حلقه هایی می باشند که دارای شکل مقطع بوده و آرماتورهای راسته را محصور می کنند. برای این که خاموت ها به بتن چسبندگی بیشتری پیدا کنند باید انتهای آن ها به شکل قلاب شود. با این روش خاموت ها بهتر در قسمت فشاری بتن مهار می گردند، در نتیجه بین دو قسمت ترک خورده مقطع، اتصال مستحکم تر و بهتری ایجاد می‎شود.

خاموت ها در شکل های گوناگون می باشند، که برخی از آن ها در تصویر زیر نشان داده شده است. به خاموت کاملاً بسته، نتگ گفته می‎شود. به خاموت با دو انتهای باز، رکابی گفته می‎شود به خاموت یک شاخه، قلاب می گویند.

تذکر 1: تعداد شاخه های خاموت، به نیروی برشی وارده و ابعاد مقطع بستگی دارد. آرماتورهای خم شده معمولاً تعدادی از آرماتورهای راسته مقطع می باشند که از محلی که برای مقاومت خمشی مورد نیاز نیستند خم شده و برای این که مقطع مورد نظر را در برابر برش تقویت کند، به کار می روند.

با وجود آن که برای افزایش مقاومت برشی تیرها می‎توان آرماتورهای خم شده را به کاربرد ولی در اکثر موارد دلیل اصلی خم نمودن آرماتورهای یاد شده، عدم نیاز به وجود آن ها در یک وجه مقطع و نیاز به آن ها در وجه دیگر مقطع برای افزایش مقاومت خمشی می‎باشد.

تذکر 2: معمولاً آرماتورهای خم شده، مقاومت برشی کمتری نسبت به خاموت ها دارا می باشند و موجب به وجود آمدن ترک های عریض تری می‎شوند. برای این که پهنای ترک ها کاهش یابد باید از خاموت های مایل استفاده نمود.

موقعی که احتمال ایجاد ترک در سرتاسر عمق وجود داشته باشد بهتر است که از خاموت های مایل استفاده شود.

در صورت معکوس شدن جهت نیرو، خاموت های مایل به موازات ترک های احتمالی می‎شوند و بی اثر می‎شوند.

تذکر 3: نقش آرماتورهای برشی درتیرهای بتن مسلح شبیه اعضای قطری و قائم خرپاها می‎باشد.

انواع ستونه ها و ضوابط آرماتورگذاری آن ها

عضوی که در درجه اول برای تحمل فشار محوری طراحی می‎شود و علاوه بر آن نسبت ارتفاع به بعد حداقل آن مساوی ویا بزرگ تر از 3 باشد را ستون می گویند. به اعضای فشاری که این نسبت در آن ها کمتر از 3 باشد، ستونک یا پایه گفته می شود.  ستون های بتن مسلح با توجه به نوع مسلح کردن آن ها به سه دسته تقسیم بندی می‎شوند:

ستون های با تنگ بسته، ستون دور پیچ شده و ستون های مرکب.

ستون با تنگ بسته به ستونی گفته می‎شود که دارای مقطع مربع یا مستطیل شکل باشد و در آن آرماتورهای راسته توسط تنگ های جانبی محصور گردد. لازم به ذکر است که در ستون های گوشه ساختمان ها، امکان دارد فرم های T و L به کار برده شود.

ستون دور پیچ به ستونی گفته می‎شود که مقطع آن به شکل مربع یا دایره می‎باشد. شکل های جایگزین، مقاطع مربع و هشت ضلعی دارند و آرماتورهای راسته دریک محیط دایره توسط یک آرماتور مارپیچ در محل قرار می گیرند. استفاده از تنگ های دورپیچ موجب می‎شود که ستون قبل از خرابی، قابلیت جذب انرژی قابل توجهی را دارا باشد. تنگ های دورپیچ در مقاومت نهایی ستون شرکت نمی کنند.

ستون مرکب به ستونی گفته می‎شود که در آن از نیم رخ ساختمانی، لوله یا قوطیی همراه با بتن استفاده شود.

در ساختمان های بتن مسلح معمولاً از ستون های با تنگ استفاده می‎شود. مقطع این ستون ها معمولاً به شکل مربع می‎باشد و آرماتورهای راسته به طور یکنواخت در پیرامون مقطع قرار داده می‎شوند. موقعی که برستون، لنگر خمشی قابل ملاحظه ای وارد گردد بهتر است از ستون های با مقطع مستطیل شکل استفاده شود. در ستون هایی که در آن ها لنگر خمشی نقش چندانی ندارد توزیع آرماتورها باید به صورت یکنواخت باشد موقعی که مقدار بار وارد بر ستون زیاد باشد می‎توان برای کاهش تراکم آرماتورها و سهولت در بتن ریزی از گروه میلگرد استفاده نمود. هر گروه میلگرد، یک واحد تلقی می‎شود که سطح مقطع آن برابر مجموع سطح مقطع آرماتورهای گروه است.

آرماتورهای عرضی در ستون به دلایل زیر به کار می روند:

1-   تامین پایداری آرماتورهای راسته ستون تا عمل تخلیه بتن بسهولت صورت پذیرد.

2-   آرماتورهای راسته را در محل های مشخصی، مهار جانبی می کنند و از کمانش آن ها و متلاشی کردن پوشش بتن جلوگیری می کنند.

آرماتورهای مارپیچ علاوه بر موارد یادشده، موجب افزایش شکل پذیری مقطع شده و ‌به آرماتورهای راسته در تحمل فشار کمک می‎کند و موجب به وجود آمدن تغییر شکل بیشتر پس از رسیدن تنش به قمدار حداکثر می‎شوند. در ستون های با تنگ، گسیختگی از نوع تردد و در ستون های دورپیچ شده، گسیختگی از نوع نرم است.

آیین نامه ACI توصیه می‎کند که سطح مقطع آرماتورهای راسته باید بین 1 تا 8 درصد مساحت مقطع باشد. حد پایین آن برای جلوگیری از شکست های ناگهانی و حد بالای آن برای مسایل اجرایی و حفظ فاصله حداقل میان آرماتورهای راسته است.

در ستون های دارای تنگ بسته یا آرماتور  مارپیچ، حداقل فاصله آزاد بین آرماتورهای راسته باید برابر یکی از دو مقدار 5/1 برابر قطر آرماتور راسته یا 4 سانتیمتر باشد. حداقل پوشش بتن بر روی آرماتورهای راسته، تنگ ها و مارپیچ ها برابر 4 سانتی متر در نظر گرفته می‎شود.

ستون های تنگ دار و دور پیچ، هر دو بار نهایی یکسانی  راتحمل می کنند. لیکن برای ستون های تنگ دار به دلیل شکست ناگهانی و فقدان طاقت (خاصیت جذب انرژی در اثر تغییر شکل های پلاستیکی)  باید ضریب اطمینان بزرگ تری در نظر گرفته شود.

وظیفه پوشش بتن، حفاظت فولاد از اکسیدشدن و آتش سوزی است.

وقتی آرایش آرماتورهای راسته در مقطع به شکل دایره باشد، می‎توان از خاموت دایره استفاده کرد، مشروط بر آن که خاموت در انتهای خود دارای خم 135 درجه باشد.

ضوابط آیین نامه ای مربوط به ستون ها

-        حداقل ابعاد مقطع ستون باید برابر 25 سانتی متر باشد

-        نسبت طول آزاد ستون به بعد کوچک آن باید برابر 25 سانتی متر باشد.

-        درصد مناسب فولاد بین 1 تا 4 درصد است. در موارد استثنایی با توجه به موضع قطع و اورلب آرماتورها حداکثر تا 6 درصد افزایش می یابد.

-        حداقل و حداکثر فاصله آزاد بین آرماتورهای راسته به ترتیب برابر 5 و 35 سانتی متر در نظر گرفته می‎شود.

-        در مقاطع دایره ای باید حداقل از 6 آرماتور راسته استفاده نمود. در مقاطع چندضلعی باید در هر گوشه از یک آرماتور راسته استفاده شود.

-        قسمت هایی از‌آرماتور انتظار خم شده را که در بالا و در پایین محل خم ها قرار دارند باید به موازات ستون ها ادامه داد. هنگامی که یک وجه ستون به اندازه 5/7 سانتی متر یا بیشتر عقب می نشیند آرماتورهای راسته نزدیک و موازی با این وجه ستون نباید به عنوان آرماتور انتظار خم شوند. شیب قسمت مایل آرماتور انتظار خم شده نسبت به محور ستون حداکثر باید برابر 1 به 6 باشد.

-        حداقل قطر آرماتورهای راسته 14 و تنگ 6  است.

-        حداقل پوشش آزاد بتن باید برابر 5/2 سانتی متر باشد.

-        حداکثر فاصله تنگ های جانبی یا مارپیچ ها تا نقاط خم باید برابر 15 سانتی متر باشد.

-        آرماتورهای انتظار خم شده را باید قبل از جایگذاری در قالب خم نمود.

-        اصولاً از آرماتورهای 36 تا 58  با مقاومت جاری شدن بالا در ستون ها استفاده می‎شود. برای کاهش ابعاد ستون ها در ساختمان های بلند و مواردی که به ستون های بالا ظرفیت زیاد نیاز است از آرماتورهای یادشده به همراه بتن با مقاومت بالا استفاده می‎شود.

-         در قطعات فشاری حداقل و حداکثر سطح مقطع آرماتورهای راسته به ترتیب برابر 008/0 و08/0  درنظر گرفته می‎شود.

-        حداقل تعداد میلگردهای راسته درقطعات فشاری به صورت زیر است:

الف) میلگردهای داخل تنگ های مدور یا مستطیلی، چهار عدد

ب) میلگردهای داخل تنگ های مثلثی، سه عدد

ج) میلگردهای داخل مارپیچ، شش عدد

آرماتورهای عرضی برای اعضا فشاری

-        حداقل قطر آرماتور مارپیچ در اعضای در جا برابر یک سانتی متر در نظر گرفته می‎شود.

-        حداقل و حداکثر فاصله آزاد بین دورپیچ ها باید به ترتیب برابر 5/2 و 5/7 سانتی متر باشد.

-        مهار آرماتور مارپیچ باید توسط 5/1 دورچیدن اضافی درهر یک از دو انتهای مارپیچ تامین گردد.

-        در آرماتور مارپیچ، وصله ها باید از نوع جوشی یا به صورت پوششی کششی به طول db48 (حداقل 30 سانتی متر) باشد. (db قطر آرماوتور مارپیچ)

-        تمام آرماتورهای راسته ستون ها باید توسط تنگ محصور شوند. برای آرماتورهای راسته قطر حداکثر 32 حداقل قطر میلگرد 10 و برای آرماتور های راسته به قطر 34 و بیشتر، حداقل قطر میلگرد 12 استفاده می‎شود.

-        فاصله قائم بین تنگ ها حداکثر باید برابریکی از مقادیر 16 برابر قطر آرماتور راسته، 48 برابر قطر آرماتور تنگ و حداقل بعد ستون باشد.

-        کلیه آرماتورهای گوشه و آرماتورهای یک در میان با آن باید تکیه گاه جانبی داشته باشند.

-        کلیه آرماتورها باید حداقل به صورت یکی در میان در گوشه یک تنگ با زاویه داخلی حداکثر 135 درجه قرار گیرد. همچنین فاصله هر آرماتور راسته از آرماتورهای دو طرف خود که در گوشه تنگ ها قرار گرفته اند حداکثر باید فاصله ای برابر 15 سانتی متر داشته باشد.

-        حداقل نسبت سطح مقطع آرماتور افت و حرارت به کل مساحت بتن باید برابر 0014/0 باشد.

-        فاصله بین آرماتورهای افت و حرارت حداکثر باید برابریکی از دو مقدار پنج برابر ضخامت دال و یا 45 سانتی متر باشد.

-        آرماتور مارپیچ باید از بالای پی یا دال در هر طبقه تا سطح پایین ترین آرماتور افقی در دال، پهنه یا تیرفوقانی ادامه داده شود. موقعی که کلیه وجوه ستون به تیر یا براکت متصل نباشد باید از بالای مارپیچ تا کف دال یا پهنه تنگ هایی به کار برده شود. در ستون هایی که سرستون دارند، تا جایی که قطر یا عرض سرستون دو برابر قطر یا عرض ستون شود، مارپیچ ها را باید ادامه داد.

آرماتورهای عرضی برای اعضای خمشی

ضوابط مربوط به اندازه و فاصله تنگ ها یا خاموت ها در اعضای خمشی شبیه ضوابط مربوط به ستون ها می باشد، همچنین به جای آن می‎توان از شبکه سیمی  جوش شده با مقطع معادل استفاده نمود. از این تنگ ها یا خاموت ها باید در تمام طولی که به آرماتور فشاری جهت مقاومت خمشی یا کنترل خیر نیاز است، استفاده شود.

مارپیچ

با استفاده از یک استوانه فلزی پرشده از ماسه می‎توان تاثیر سازه ای مارپیچ ها را نشان داد. در موقع اعمال  باربر روی ماسه، ازطرف ماسه براستوانه فلزی فشار جانبی وارد می‎شود که فشار یاد شده موجب ایجاد کشش محیطی در دیواره فلزی می‎شود.

تا موقعی که کشش محیطی نسبت به مقدار نهایی برای گسیختگی استوانه کوچک تر باشد می‎توان برم قدار بار افزود. این شمع ماسه ای به تنهایی قادر به تحمل بار می‎باشد. به همین ترتیب یک ستون بتنی استوانه ای بدون داشتن محصوریت جانبی به طور حتم دارای مقاومت کمی خواهد بود. پس از اعمال بار بر روی ستون ها، طول آنها کاهش یافته و با توجه به نسبت پواسون عرض آن ها افزایش می یابد.

مارپیچ با گام کوچک مانند استوانه فلزی یاد شده عمل می‎کند و از انبساط جانبی ستون جلوگیری می‎کند. این مورد موجب ایجاد کشش حلقوی در مارپیچ شده و ظرفیت باربری بتن درون هسته را افزایش می‎دهد. چنانچه فولاد مارپیچ جاری شود و یا بشکند، گسیختگی رخ می‎دهد.

با افزایش درستون تنگ دار، گسیختگی از طریق خرد شدن و بریده شدن بتن به سمت خارج در طول صفحات مایل رخ می‎دهد. در ستون های دارای مارپیچ در موقع دست یافتن به این بار، مارپیچ به باربری آرماتور و هسته بتنی کمک می کند، اما بتن بیرونی پوسته می‎شود.

آیین نامه ACI توصیه می‎کند که حداقل مقدار آرماتور باید به اندازه ای باشد که کمک آن به ظرفیت باربری فقط به مقدار کمی از ظرفیت بتن پوسته بیشتر شود.

شکل پذیری

سازه شکل پذیر سازه ای است که علاوه بر قبول حداکثر بارهای وارده دارای تغییر شکل زیاد و برگشت ناپذیر باشد.

شکل پذیری در تیرهای آهن بتن آرمه

الف) نسبت فولاد کششی: هر چه مقدار  افزایش یابد شکل پذیری کاهش می یابد.

ب) نسبت فولاد فشاری: افزایش  با یک  ثابت به دلیل تاثیر آن در کاهش ارتفاع بخش فشاری مقطع موجب افزایش شکل پذیری یم شود.

ج) مقاومت بتن مصرف شده: هر چه  کمتر شود شکل پذیری کاهش می یابد آیین نامه ACI توصیه می کند که بتن مصرفی در مناطق زلزله خیز حداقل باید دارای  باشد.

د) مقاومت فولاد مصرف شده: هر چه Fy بیشتر شود، شکل پذیری با توان 2 کاهش می یابد

هـ) شکل مقطع تیر: هر چه عرض تیر افزایش یابد، به دلیل کم شدن عمق قسمت فشاری بتن شکل پذیری افزایش می یابد.

و) فولاد عرضی (خاموت ها): با افزایش فاصله میان آرماتورهای عرضی، شکل پذیری بیشتر میشود.

ح) چسبندگی فولاد و بتن  ومهار آرماتور: هر چه طول مهاری و مقدار چسبندگی بین فولاد و بتن کمتر باشد شکل پذیری کمتر می شود.

ط) محصور کردن بتن: بتن محصور شده دارای  بیشتر خواهد بود در نتیجه موجب افزایش شکل پذیری می شود از این نظر پیشنهاد می شود در اتصالات خاموت بیشتری به کار برده شود و یا حجم اتصال افزایش داده شود.

شکل پذیری در ستون های بتن آرمه

به غیر از موارد مشترک با نیروها مواردی که در زیر به شرح آنها می پردازیم، نیز موجب افزایش شکل پذیری ستون ها می شود:

الف) فولاد عرضی دور پیچ: در موقع گسیختگی بتن و ریزش پوسته ستون، هسته ستون را محصور می کند و موجب افزایش شکل پذیری می شود.

ب) فولاد عرضی به شکل قلاب: توصیه می شود در ستون های بزرگ در بین آرماتورهای راسته راقلاب استفاده کرد.

ج) محل وصله آرماتورهای راسته: تا حد امکان باید  سعی گردد وصله فولادها از محل اتصالات دور باشد.

د) ابعاد ستون: هر چه ابعاد ستون افزایش یابد، درصد آرماتور موجود در آن کاهش می یابد، در نتیجه ستون شکل پذیر تر می شود.

شالوده ها

شالوده به قسمتی از سازه گفته می شود که در اکثر مواقع در زیر سطح تراز زمین قرار دارد و نیروهای حاصله از سازه را به خاک منتقل می کند. در طراحی شالوده باید شرایط زیر مد نظرقرار گرفته شود:

1-   نشست کلی سازه کم ومحدود باشد

2-   قسمت های مختلف سازه دارای نشست های یکسان باشند.

برای محدود نمودن نشست پی باید بار سازه با لایه ای انتقال داده شود که از مقاومت کافی برخوردار باشد همچنین برای این که تنش فشاری تماسی کاهش یابد نیرو باید در سطح نسبتا بزرگی انتقال داده شود.

زمینی که مستقیما زیر سازه قرار دارد در صورت داشتن شرایط مطلوب، می توان شالوده را مستقیما بر روی آن قرار داد و ابعاد خاک از حد مجاز بیشتر نشود. به این نوع پی ها پی های سطحی می گویند چنانچه لایه خاک نزدیک سطح زمین، شرایط مناسبی نداشته باشد باید از شالوده های عمیق استفاده نمود.

انواع شالوده های سطحی

در حالت کلی می توان شالوده ها را به دو دسته تقسیم بندی نمود.شکل زیر پلان انواع پی سطحی را نشان می دهد. شالوده دیوار یک نوار از بتن مسلح است که نسبت به ضخامت دیوار عرض بزرگ تری دارد (حداقل عرض 50 سانتی متر) که با دیوار را در سطح بزرگتری می گستراند.

پلان شالوده های منفرد به شکل مربع ویا مستطیل می باشد و به عنوان متداول ترین نوع شالوده محسوب می شوند. موقعی که مقاومت زمین در حد متعارف باشد از شالوده های منفرد و یا مرکب استفاده می شود. اگر خاک محل احداث ساختمان سست و امکان حفاری نباشد از پی های گسترده جهت توزیع نیروهای ساختمان استفاده می‎شود.

شالوده گسترده یک دال بتن مسلح یکپارچه است که در تمام زیر ساختمان گسترده شده است. از شالوده مرکب در  نزدیکی ستون ها در قسمتی که شالوده در کنار زمین واقع می شود یا در قسمت هایی که احتمال نشست های ناهمگن و خطرناک برای سازه وجود دارد استفاده می شود.

شالوده گسترده نیروی محوری ستون ها را در حداکثر سطح ممکن توزیع می کند. این نوع شالوده ها به دلیل این که دارای سختی خمشی زیاد می باشند مانع از نشست های نامساوی می شوند. در ساده ترین حالت ، شالوده گسترده به صورت یک دال تخت ورونه است.

شالوده شناور نوعی شالوده ترکیبی گسترده است که وزن خاک حاصله از گودبرداری محل آن تقریبا برابر وزن سازه ای است که ایجاد می شود. لذا از لحاظ تئوری ایجاد سازه هیچ گونه تغییری در مقدار بار وارده روی زمین را باعث نمیشود و بنابراین نشستی به وجود نمی آید.

اصول کلی در آنالیز و طرح پی ها

در حالات معمولی بار ستون یا دیوار به صورت قائم به شالوده وارد می گردد که این نیرو توسط فشار رو به بالای عکس العمل زمین خنثی می شود.چنانچه بار به صورت قائم بر مرکز هندسی  سطح تماس شالوده وارد گردد تنش حاصله در زیر شالوده به صورت یکنواخت فرض می گردد.

چنانچه شالوده روی خاک درشت دانه (غیرچسبنده) وجود داشته باشد بیشترین فشار در مرکز شالوده و کمترین آن در لبه های شالوده می باشد.

این پدیده به علت قابلیت لغزش دانه های خاک اطراف شالوده به سمت خارج محدوده پی است دانه هایی که در مرکز شالوده ها قرار دارند به علت دورگیری اطراف آن دارای این حرکت نمی باشند. در نتیجه فشار در مرکز شالوده متمرکز می گردد در خاک های رسی (خاک های چسبنده) بیشترین فشار در لبه های شالوده و کمترین فشار در مرکز شالوده می باشد.

چنانچه بار برمرکز سطح پی اثر نکند یا لنگر خمشی بر پی وارد گردد توزیع تنش در زیر پی یکنواخت نمی باشد. در این حالت ممکن است یک طرف شالوده نسبت به طرف دیگر دارای فشار بزرگ تر باشد که این اختلاف فشار موجب نشست نامساوی دوطرف و در نتیجه کج شدن شالوده می گردد. در شالوده های مرکب باید برآیند نیروهای ستون ها در مرکز هندسی سطح تماس شالوده مرکب وارد شود. شالوده هایی که دارای بار خروج از مرکز می باذشند باید فقط بر روی خاک های متراکم و یا بستر سنگی قرارداده شوند. با انجام آزمایشات مکانیک خاک در محل، تنش فشاری تماس مجاز خاک به دست می آید.

از لحاظ اصول مکانیک خاک، تنش فشاری تماسی مجاز به عوامل زیر بستگی دارد:

1-   مقاومت فشاری نهایی خاک با ضریب اطمینان 5/2 تا 3 تبدیل به تنش فشاری مجاز می شود.

2-   نشست ساختمان به یک حد مطلوب محدود گردد.

شالوده های منفرد

پلان این شالوده ها اکثرا به شکل مربع است. در بر خی موارد به شکل مربع مستطیل ساخته می شوند. این نوع شالوده سازی معمولا در ساختمان های کوچک که تعداد طبقات آن در حدود 3 الی 4 طبقه بوده و خطر نشست غیریکنواخت زمین وجود نداشته باشد به کار  می رود. در مورد ساختمان های فلزی حتما شالوده ها به صورت بتن آرمه اجرا می شوند. شالوده های بتن مسلح ممکن است به صورت پلکانی ساده ویا شیبدار ساخته شوند.

در ساده ترین شکل،‌این شالوده ها یک دال بتنی ساده می باشند (شکل الف). در برخی موارد شالوده ها مانند شکل(ب) ممکن است به صورت پله ای همراه با یک پایه ساخته شوند. علت استفاده نمودن از پایه، به وجود آمدن طول مهاری مناسب برای ریشه ها، کنترل برش سوراخ کننده و پایین بودن بیش از حد شالوده می باشد.

برای یکپارچگی کامل عملیات بتن ریزی شالوده پله ای باید به صورت یکپارچه صورت گیرد. حجم بتن در شالوده های شیبدار نسبت به شالوده های پله ای کمتر است ولی به دلیل مخارج قالب بندی آن ها شالوده های پله ای کاربرد بیشتری دارند.

از لحاظ سازه ای شالوده منفرد یک دال است که در اطراف ستون در هر جهت دارای کنسول است و تحت فشار یکنواخت رو به بالای خاک است. ترک کششی ایجاد شده از خمش در هر دو جهت از آرماتور استفاده نمود برای محاسبه سطح تماسی مورد نیاز شالوده باید بار کل را به تنش فشاری تماسی مجاز تقسیم نمود.

در محاسبه نیروهای داخلی در شالوده،‌ فقط فشار رو به بالای qu حاصله از بارهای ضریب دار منظور می شود.

شالوده های مرکب

در مواقعی که نیروی وارده بسیار زیاد بوده و یا فاصله شالوده ها از هم کم باشد و همچنین موقعی که یک طرف زمین همسایه قرار گرفته و نتوان ابعاد شالوده را از چهار طرف به اندازه کافی گرفت از شالوده های پیوسته استفاده می کنند.

شالوده های مرکب، شالوده هایی هستند که بیش از یک ستون را تحمل می کنند. شالوده های مرکب به دو دسته تقسیم می شوند :یک دسته شالوده هایی که دو و دسته دیگر شالوده هایی که بیش از دو ستون بر روی آن ها وجود دارد.

اگر شالوده به صورت نوار و در دو جهت عمود بر هم باشند شالوده شبکه ای را ایجاد می کنند. این نوع شالوده ها موقعی که به کار برده می شوند که ظرفیت باربری خاک کم باشد. رفتار شالوده شبکه ای مانند تیرهای سراسری است که در دو جهت متعامد در روی محور ستون ها قرار دارند.

در صورتی که تنش مجاز خاک بسیار کم باشد عرض نوارهای شالوده شبکه ای زیاد شده که با رسیدن آن ها به یکدیگر به شالوده گسترده تبدیل می گردد. شالوده گسترده یک دال بتن مسلح یکپارچه است که کل سطح ساختمان را می پوشاند. رفتار سازه ای شالوده گسترده شبیه دال های تخت و تخت قارچی است که در حالت وارونه می باشد.

در شالوده های شبکه ای و گسترده از پایه یا تیرهای برجسته استفاده می شود.

سختی و یکپارچگی پی های نواری و گسترده کمک بزرگی به کاهش نشست های نامساوی ستون ها می کند که این مورد به عنوان مهم ترین مزیت این نوع پی ها نسبت به پی های منفرد محسوب می شود. لذا موقعی که سازه نسبت به نشست های نامساوی حساس باشد باید از این نوع پی ها استفاده نمود.

انواع شالوده ها

الف) شالوده منفرد : شالوده ای است که بار یک و یا دو ستون را در محل درز انبساط به زمین انتقال می دهد. این نوع شالوده در شکل های مربع مستطیل، چند ضلعی منظم، دایره و … وجود دارد. شالوده های منفردی که به هم نزدیک و به صورت پیوسته می باشند به صورت شالوده مرکب کار می کنند.

ب) شالوده نواری: این نوع شالوده بار دیوار و یا چند ستون که در یک ردیف اند را به زمین انتقال می دهد موقعی که شالوده نواری صرفا بار دیوار را به زمین انتقال دهد، به آن شالوده نیز دیوار گرفته می شود.

ج) شالوده گسترده:  این نوع شالوده بار چند ستون یا دیوار را که در چندین ردیف و یا امتداد قرار دارند، به زمین انتقال می دهند. این نوع شالوده به شکل های دال مجموعه تیر – دال یا صندوقه ای می باشد.

د) شالوده باسکولی:‌ به مجموعه ای از دو شالوده منفرد گفته می شود که منتجه بارهای وارد بر یکی دارای بر ون محوری زیاد نسبت به مرکز شالوده بوده و شالوده ها با تیری صلب به یکدیگر مرتبط شده اند.

ضوابط آیین نامه ای مربوط هب شالوده ها

مقدار شیب مجاز بین شالوده تیکی  است و نشست مجاز نسبی دو شالوده  می باشد. (منظور از L فاصله محور تا محور دو شالوده مجاور هم می باشد)

عمق شالوده های تکی از روی شبکه آرماتورهای زیرین، حداقل باید برابر 30 سانتی متر باشد. در لبه های کناری شالوده ها می توان این فاصله را به 15 سانتیمتر کاهش داد.

کلاف کردن شالوده ها توسط شناژها صورت می گیرد تا از جابجایی نسبی آن ها در سطح افق جلوگیری کند.

آیین نامه بتن ایران (آبا) توصیه می کند که حداقل ارتفاع شناژها باید برابر 30 سانتی متر در نظر گرفته شود و در آن از چهار آرماتور راسته 12 استفاده شود. خاموت ها باید حدقل 5 با فاصله 25 سانتی متری از یکدیگر باشند.

حداقل فاصهل آرماتورهای درون شالوده باید برابر 10 سانتی متر باشد و حداقل قطر آن ها 10 باشد.

آرماتور راسته کلاف ها اگر حداقل 20 برابر قطر خود از محور ستون بگذرند مهار آن ها تامین می شود.

حداقل ارتفاع شالوده با در نظر گرفتن پوشش محافظ بتن روی آرماتور باید مساوی یا بزرگ تر از طول مهاری آرماتور ریشه در فشار باشد.

در شالوده هایی که بر روی آن ها ستون های فولادی وجود دارد مقطع بحرانی نه در لبه ستون و نه در لبه صفحه پای ستون می باشد بلکه در وسط فاصله آن دو قرار دارد.

دال های بتن آرمه

اعضا صفحه ای شکل می باشند که دو بعد آن ها نسبت به بعد سوم به طور قابل ملاحظه ای بزرگ تر است به دلیل تحت خمش و برش بودن دال ها به عنوان عضوهای خمشی- برشی محسوب می شوند.

دال ها به عنوان متداول ترین نوع پوشش کف درسازه های بتن مسلح محسوب می شوند در این موارد معمولا پوشش کف از تیرهای اصلی یا مجموعه تیرهای اصلی و فرعی که دال ها در بین آن ها قرار می گیرند تشکیل شده است.

تیرها فقط دریک جهت خمش دارند ولی دال ها در دو جهت خمش دارند و این مورد به عنوان تفاوت عمده تیرها و دال ها محسوب می شود. دال ها از نظر رفتار به دو دسته تقسیم بندی می کنند: دال های یک طرفه و دال های دو طرفه

الف) سیستم تیردال

در یک سیستم تیر دال، دال در اطراف خود به تیرهای تکیه گاهی متکی است و بارهای وارده را بر تیرهای تکیه گاهی انتقال می دهد و پس از آن به ستون ها انتقال داده می شود در دال های یک طرفه بارهای وارده اکثرا دریک جهت منتقل می شوند. در دال های دو طرفه بارها در دو جهت به تیرهای تکیه گاهی انتقال داده میش وند.

چنانچه در دال دو طرفه نسبت طول به عرض چشمه دال بزرگ تر از 2 باشد اکثر بارها توسط دهانه کوتاه تر دال حمل شده و به تیرهای دهانه بزرگ تر انتقال می یابد. در این حالت با وجود تیرهای تکیه گاهی در چهار طرف دال دارای رفتار یک طرفه می باشد.

ب) سیستم دال تخت

درسیستم دال تخت ، دال بدون وجود تیرهای تکیه گاهی بار را مستقیما به ستون ها انتقال می دهند. در سیستم صفحه تخت دال در تمام جهات دارای ضخامت یکسان می باشد و برای دهانه های به طول زیاد و موقعی که بارهای وارده سنگین نباشند، مورد استفاده قرار می گیرد.

درسیستم دال تخت قارچی به دلیل افزایش مقاومت برشی و افزایش مقاومت خمشی در محل ستون ضخامت دال را افزایش می دهند یا از سر ستون های مخروطی شکل استفاده می کنند که به ناحیه مخروطی ستون و به ناحیه برجسته دال به ترتیب کتیبه و سرستون می گویند.

دال های یک طرفه

موقعی که دال فقط در یک جهت تکیه گاه داشته باشد ، همچنین هنگامی که دال در هر دو جهت روی تیرهای تکیه گاهی بنشیند و طول دهانه بزرگ تر نسبت به طول دهانه کوچک تر ، برابر 2 یا کوچک تر باشد

ضخامت دال

ضخامت دال براساس ضوابط خیز و مقاومت در برابر لنگر خمشی و نیروی برشی به دست می آید. ضوابط مربوط به خیز به این دلیل در نظرگرفته می شوند که از تغییر شکل های زیاد دال که ممکن است موجب مخدوش شدن قابلیت بهره برداری آن شود، جلوگیری کرده . لذا ، باید خیز دال را تحت اثر بارهای بهره برداری به دست آورد. موقعی که دال نگه دارنده یا متصل یا اجزایی نباشد که در اثر خیز زیاد کف امکان صدمه دیدن دارد به جای این که خیز را محاسبه کنیم توان ضخامت دال را برابر حداقل مقدار پیشنهاد شده در آیین نامه گرفت.

آرماتورهای افت و حرارت

در دال هایی که آرماتورهای خمشی فقط در یک جهت در نظر گرفته می شوند باید برای تنش های ایجاد شده در افت و حرارت از یکسری آرماتور در جهت عمود بر آرماتورهای خمشی استفاده  نمود که در اصطلاح به این آرماتورها آرماتورهای افت و حرارت می گویند.

حداقل فاصله آزاد بین آرماتورها باید برابر قطر آرماتور یا 5/2 متر در نظر گرفته شود. فاصله مرکمز به مرکز آرماتورها می تواند 25 سانتی متر یا 5/1 برابر ضخامت دال (هر کدام کوچک تر بود) باشد. در مورد آرماتور با ضخامت 15 سانتی متر،  این فاصله می تواند حداکثر 20 سانتی متر باشد.

آیین نامه توصیه می کند که حداکثر فاصله آرماتورهای افت و حرارت باید مساوی با 5 برابر ضخامت دال (نه بیش از 50 سانتی متر) باشد.

مقدار درصد آرماتورهای حرارتی برای میلگرد ساده 0025/0= p است.

پوشش بتن روی آرماتورهای در دال هایی که با محیط خارج در تماس نیستند، 25 تا 30 میلی متر در نظر گرفته می شود.

آرماتور گذاری در دال های یک طرفه

در دال ها از آرماتورهای خمشی اصلی و آرماتورهای افت و حرارت استفاده می شود. برای محاسبه مقدار آرماتور خمشی،  در ابتدا باید سطح مقطع مورد نیاز برای این آرماتورها در مقاطع بحرانی دال را به دست آورد. در شکل زیر آرماتورهای مستقیم و خم به صورت یکی در میان جا گذاری شده اند. آرماتورهای خم نسبت به آرماتورهای مستقیم در پایین دال مساوی و یا یک شماره بزرگ ترند.

در دال های با ضخامت حداکثر 12 سانتی متر باید هم قسمت فوقانی و هم در قسمت تحتانی دال از آرماتورهای مستقیم استفاده نمود. آرماتورهای افت و حرارت باید در طرف کششی مقطع به کار برده شوند. یعنی در نزدیک تکیه گاه ها در قسمت فوقانی مقطع و زیر آرماتورهای خمشی و در ناحیه وسط دهانه درقسمت تحتانی مقطع و روی آرماتورهای خمشی جای داده می شوند.

دال یک طرفه ممتد

به دلیل این که در دال های یک طرفه کلیه بارها باید به تکیه گاه ها وارد شوند، لذا با تمامی آرماتورها بر امتداد تیرها و تکیه گاه ها امتداد قائم داشته باشند ( به غیر از آرماتورهایی که برای مقابله با افت و ترک ها و یکپارچگی سازه به کار برده می شوند) به طور کلی دال یک طرفه ترکیبی از تیرهای مستطیل شکل به عرض واحد در جوار هم است. در دال های یک طرفه از تقسیم سطح مقطع فولاد موجود در عرض واحد بر سطح مقطع می توان نسبت فولاد را محاسبه کرد قشر بتن محافظ بر روی آرماتورها باربر 5/2 تا 3 سانتی متر در نظر گرفته می شود.

دال های یک طرفه یا تیرچه های بتنی

جویست (Joist) به عنوان یکی از انواع متداول کف های یک طرفه محسوب میشود در برخی موارد به این کف ها دال تیرک دار یا دال تیرچه ای می گویند. به کار بردن این نوع سیستم موجب می شود که به دلیل وجود فضاهای خالی در دال وزن مرده کف به صورت چشم گیری کاهش می یابد:

دال تیرچه  ای از تیرچه های بتنی که با هم دارای فاصله یکسان می باشند تشکیل شد است ضخامت این نوع دال ها بین 5 تا 10 سانتی متر متغیر می باشد. همچنین عرض جان تیرچه ها 10 سانتی متر می باشد فاصله آزاد یا محور به محور تیرچه ها نباید از 75 سانتی متر تجاوزکند. لبه بلوک های سیمانی یا سفالی برروی این تیرچه ها قرار داذاده می شوند چنانچه مقاومت فشاری مصالح مصرف شده در ساخت بلوک ها برابر مقاومت فشاری بتن تیرچه ها و یا بیشتر باشد ، جدار قائم بلوک ها که با تیرچه ها تماس دارد را می توان در محاسبات مقاومت برشی و لنگر خمشی منفی در نظر گرفت. در این صورت ضخامت دال روی بلوک ها نباید از 4سانتی متر و یا  فاصله خاص تیرچه ها کمتر باشد.

چنانچه از قالب هایی استفاده شود که قابلیت باز کردن دارند ضخامت قشر بتن روی بلوک ها نباید از 5 سانتی متر یا  فاصله خالص تیرچه ها کمتر باشد. در طرح دال های تیرچه ای باید دال تیرچه و تیرهای اصلی را طراحی کرد.

دال بین تیرچه ها به صورت یک عضو دو سرگیردار، آنالیز و به صورت یک عضو غیرمسلح طراحی می شود. آنالیز تیرچه ها شبیه تیرهای سراسری می باشد. برای طراحی مقدار آرماتورها باید تیرچه ها در نقاط دارای لنگر مثبت با مقطع T شکل و در نقاط دارای لنگر منفی با مقطع مستطیل شکل طراحی شوند.

برای این که مقاومت برشی تیرچه ها افزایش یابد باید از  آرماتورهای برشی استفاده نمودو یا در نزدیکی تکیه گاه ها عرض تیرچه ها افزایش داده شوند.

تیرهای اصلی طبق اصول متعارف تیرهای سراسری آنالیز و طراحی می شوند. برای ساده تر شدن محاسبات بارهای متمرکز ناشی از تیرچه ها به صورت گسترده در طول دهانه فرض می شوند. حداقل ضخامت کف وقتی که از آرماتورهای با مقاومت تسلیم  استفاده شود در جدول زیر نشان داده شده است.

دال های دوطرفه

در عمل موارد زیادی وجود  دارد که رفتار سازه ای دال های مستطیلی بسته به نسبت طول یا عرض و یاشرایط تکیه گاهی به صورت دو طرفه است . تغییر شکل چنین دال هایی تحت تاثیرنیروهای وارده به صورت یک سطح کروی است. در هر دو امتداد دال ، لنگر خمشی وجود دارد و برای مقابله با این لنگرها دال ها باید در دو امتداد به وسیله دو لایه میلگرد عمود بر هم مسلح شوند.

در دال های دو طرفه صفحه دال پس از بارگذاری در دو طرف دچار انحناء می شود. از این رو هر دو جهت، بار کف را حمل می کنند و به تکیه گاههای اطراف منتقل می کنند دال هایی که در هر چهار طرف دال، یعنی روی خط ستون ها تیردارند از همه معمول ترند . این دال ها به دلیل اینکه در روی خط ستون ها ، تیردارند دارای صلبیت کافی می باشند در نتیجه بارهای جانبی را تحمل می کنند.

دال های تخت در کف نیازی به سقف کاذب ندارند که این مورد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می باشد. همچنین این دال ها نسبت به دال های با تیر در محل قرار دادن ستون انعطاف بیشتری دارند. یکی از معایب دال های تخت، انعطاف پذیری زیاد آن ها و مشکل انتقال لنگر در محل اتصال ستون به دال است. از این نظر این نوع دال ها برای این دال ها ، این است که امکان برش دال در اطراف ستون ها و جود دارد.  برای جلوگیری از این مورد باید ضخامت دال اطراف ستون را افزایش داد. این ضخامت های اضافی را پهنه گفته و به نوع دال حاصله، دال تخت با پهنه می گویند.

یک روش دیگر استفاده از سرستون یا ماهیچه ستون در انتهای ستون ها می باشد. این دال ها را دال های قارچی می گویند. چنانچه در دال از سرستون و پهنه استفاده شود، به این نوع دال دال قارچی با پهنه می گویند.

هر چه طول دهانه دال بیشتر شود، باید ضخامت آن را افزایش داد. وزن کف عامل تعیین کننده ای در طرح می باشد لذا برای کاهش وزن دال های مشبک به کار برده می شوند.  این نوع دال در واقع یک دال تیرچه ای دو طرفه است که در قسمت تحتانی آن فضاهای خالی وجود دارد.

آرماتورگذاری دال ها

در دهانه باربر دال باید حداقل قطر‌ آرماتور ساده برابر 8 میلی متر و در دهانه بزرگ تر برابر 10 میلی متر باشد . چنانچه از آرماتورهای آجدار استفاده گردد به ترتیب برابر 5 و 6 میلی متر در نظر گرفته میشود

حداقل فاصله آزاد بین آرماتورها باید برابر 3 سانتی متر یا ابعاد بزرگ ترین دانه شن باشد.

حداکثر فاصله آزاد بین آرماتورها باید 25 سانتی مترو  یا 5/1 برابر ضخامت دال در نظر گرفته شود.

در دال های با حداکثر ضخامت 15 سانتی متر،  حداکثر فاصله محور  به محور آرماتورهای اصلی دال در وسط دهانه و روی تکیه گاه ها برابر 20 سانتی متر در نظر گرفته می شود.

فاصله میلگردهای خمشی در دال ها جز در دال های مشبک نباید از دو برابر ضخامت دال و نه از 350 میلی متر بیشتر شود.

آرماتور های افت و حرارت

در دال های سازه ای کف و بام (و نه دال های متکی به زمین) که در آن ها آرماتور خمشی فقط در یک جهت قرار داده شوند، حداقل آرماتور افت و حرارت عمود بر آرماتور خمشی اصلی در نظر گرفته می شوند.

در دال های یکسره باید حداقل نصف مقطع آرماتورهای وسط دهانه در روی تکیه گاه در پایین دال ادامه داده شود.

حداقل عرض تکیه گاه دال روی دیوار با مصالح بنایی باید برابر 20 سانتی متر و یا ضخامت دال باشد.

در دال های به ضخامت حداکثر تا 10 سانتی متر، حداقل ضخامت پوشش بتن روی میلگرد برابر یک سانتی متر و در دال های به ضخامت بیش از 10 سانتی متر برابر 1/1 سانتی متر در نظر گرفته می شود.

سقف تیرچه بلوک

این سقف ها از نوع سقف های مجوف بوده و به علت سهولت اجراء اقتصادی بودن، عایق بودن در برابر حرارت و همواری سطح پس از نازک کاری، کاربرد وسیعی دارد.

 سقف تیرچه بلوک دال یک طرفه ای است که برای کاهش بار مرده (پر کردن ححم سقف) از بلوک استفاده میشود. پس از اجراء سقف تیرچه بلوک به صورت یک سقف با مقطعT شکل در می آید که عامل مقاومت در مقابل بارهای وارده است.

محاسبه سقف تیرچه بلوک

-        سبکی سقف نسبت به دیگر سقف ها

-        مقاومت مطلوب در برابرنیروهای جانبی (باد و زلزله)

-        دوام خوب در برابر آتش سوزی

-        عایق بودن در برابر صوت، حرارت و رطوبت

-        هموار بودن سطح زیر سقف و سطح روی آن پس از اتمام عملیات اجرایی

معایب سقف تیرچه بلوک

-        اجرای این نوع سقف ها نسبت به سقف های طاق ضربی به زمان بیشتری نیاز دارد.

-        جهت اجرای این نوع سقف ها به نیروهای متخصص نیاز است.

-        نمی توان برای پوشش دهانه های بزرگ از این نوع سقف استفاده نمود

اجزای تشکیل دهنده سقف تیرچه بلوک

تیرچه های پیش ساخته (فلزی یا بتنی) به عنوان عنصر کششی و باربر

بلوک (قطعات پرکننده تو خالی به عنوان قالب)

آرماتورهای ممان منفی

آرماتور حرارتی و توزیع بار

کلاف عرضی

قلاب اتصال

بتن به عنوان عنصر ترکیبی، پوششی و فشاری

تیرچه

تیرچه بتنی به عنوان متداولترین نوع تیرچه در ایران محسوب می شود. تیرچه های معمولی با خرپا مسلح می باشند. خرپای تیرچه نقش عمده در یکپارچه کردن آرماتورهای اصلی با بتن در جا ریخته شده دارد. وجود خرپا تیرچه باعث بالا بردن مقاومت برشی می شود.

خرپا از سه قسمت تشکیل شده است:

1-   آرماتور کف خرپا: ممان های مثبت تیرچه توسط این آرماتورها تحمل می گردد این آرماتورها باید دقیقا در وسط طول تیرچه (محل ممان مثبت بحرانی) قرارگیرند. برای این که در هنگام تخلیه بتن از جابجایی آن ها جلوگیری شود باید آرماتورهای یاد شده را توسط چند آرماتور عرضی به هم متصل نمود

2-   آرماتور فوقانی خرپا

3-   آرماتور مارپیچ یا آرماتورهای خرپا که آرماتورهای زیرین را به آرماتورهای فوقانی متصل می کنند. اگر از قالب سفالی استفاده شود باید قبل از بتن ریزی آن ها را کاملا زنجاب کرد ، زیرا در غیر این صورت آب بتن را می مکد و موجب پوک شدن آن می شود.

چنانچه قالب از نوع فلزی باشد پس از جدا کردن بتن از قالب تیرچه ها را برای مدتی درون حوضچه های آب قرار می دهند تا کاملا سیراب شوند

آیین نامه ACI توصیه می کند که حداکثر فاصله محور به محور تیرچه ها باید 75 سانتی متر در نظر گرفته شود (درا کثر موارد سعی می شود که فاصله بین تیرچه ها برابر 50 سانتی متر در نظر گرفته شود)

حداقل عرض جان تیرچه بر طبق آیین نامه ACI باید برابر 10 سانتی متر باشد و حداکثر نسبت ارتفاع به عرض جان تیرچه باید برابر 5/2 در نظر گرفته شود.

تیرچه های پیش ساخته از فلز یا ترکیبی از فلز و بتن به عنوان بخشی از سیستم باربر سقف مورد استفاده قرار می گیرند.

تیرچه های بتن آرمه در انواع زیرند:

الف) تیرچه بتنی و خرپای فلزی

با توجه به نوع و مقدار بار زنده وارد بر سقف، دهانه و فواصل مابین تیرچه ها تیرچه ها دارای ابعاد متفاوت می باشند. حداقل ضخامت بتن تیرچه و حداقل عرض آن به ترتیب برابر 40 و 100 میلی متر می باشد. آرماتورهای کششی و فشاری اصلی از نوع آجدار و حداقل قطر آن ها برابر 8 میلی متر می باشد. آرماتورهای مهاری از نوع ساده و حداقل قطر آن ها برابر 6 میلی متر می باشد.

ب)تیرچه های قالب سفالی

مشخصات این تیرچه ها شبیه تیرچه های ردیف (الف) می باشد تنها تفاوت آن این است که یک قالب سفالی برای بتن ریزی اطراف ارماتورهای اصلی تیرچه به کار برده می شود. به این نوع تیرچه ها در اصطلاح تیرچه های فوندولهن دار و یا تیرچه با کفشک گفته می شود. بتن پاشنه باید ریزدانه باشد و در هر متر مکعب شن و ماسه آن حدود 400 تا 500 کیلوگرم سیمان استفاده شود.

ج) تیرچه های فلزی با جان باز

در این تیرچه ها بال فوقانی از یک تسمه یا دو آرماتور و بال تحتانی از یک تسمه تشکیل شده است دو بال توسط یک آرماتور خم شده به هم متصل می شوند در بین تیرچه ها از بلوک ها پیش ساخته بتنی سفالی و یا طاق ضربی استفاده می شود.

د) تیرچه های پیش تنیده

برای اماکن با بار زنده و اماکن نیمه صنعتی به کار می روند این نوع تیرچه ها را معمولا در کارخانه می سازند. بدین معنی که قبل از مرحله تخلیه بتن، سیم های مخصوص را تحت کشش قرار می دهند. پس از ریختن بتن و گیرش آن کابل ها آزاد می شوند و بدین وسیله بتن تیرچه قبل از بارگذاری تحت فشار قرار می گیرد.

هدف از پیش فشرده کردن تیرچه ها ازدیاد مقاومت کششی بتن و در نتیجه تقلیل ابعاد تیرچه ها و کاهش هزینه است.

بلوک

بلوک های مصرفی در سقف های تیرچه بلوک از نوع بتنی و یا سفالی می باشند و قادر به تحمل هیچ باری نمی باشند و فقط به منزله قالب بندی بتن بالا و همچنین قالب بندی گونه های جان تیر T شکل برای بتن در جا می باشند. بلوک های سفالی نسبت به بلوک های بتنی دارای وزن کمتر بوده و بار کمتری را به ساختمان وارد می کنند. بلوک ها علاوه بر جنبه قالب داشتن عایق حرارت و صوت نیز می باشند. چنانچه تیردارای قالب سفالی باشد بهتر است که از بلوک سفالی استفاهد شود زیرا به دلیل هم رنگ بودن مصالح پس از سفیدکاری روی سقف، سایه ای به وجود نمی آید. بلوک ها دارای لبه می باشند که این لبه بر روی تیرچه ها قرار می گیرد.

وزن بلوک سفالی در حدود 7 تا 10 کیلوگرم و وزن بلوک بتنی در حدود 15 تا 20 کیلوگرم می باشد. در هر صورت وزن بلوک باید به گونه ای باشد که یک نفر کارگر به سهولت بتواند آن را جابجا کند. برای انبار کردن بلوک  ها باید به گونه ای بر روی هم چیده شوند که بلوک های زیرین خرد نشوند (حداکثر 10 ردیف)

آرماتور ممان منفی

چنانچه تکیه گاه تیرچه ها را گیردار فرض کنیم در محل تکیه گاه ممانی به وجود می آید که باید توسط آرماتوری تحمل گردد. از این نظر چنانچه دو تیرچه به یک تیر خم شود آرماتور فوقانی تیرچه ها را توسط یک آرماتور به هم متصل می کنند. این آرماتورها غالبا در نزدیک تکیه گاه قرار می گیرند، همچنین در محل تعبیه سوراخ ها در سقف یا موقعی که سقف تیرچه بلوک به صورت کنسولی باشد مورد استفاده قرار می گیرند.

در آخرین دهانه که تیرچه به یک تیر خم می شود از یک میلگرد به شکل گونیا استفاده می شود . قسمت کوتاه گونیا در داخل آرماتورهای تیربتنی و قسمت مستقیم بر روی آرماتورهای فوقانی تیرچه قرار می گیرد. حداکثر فاصله آرماتورهای ممان منفی از یکدیگر برابر 25 سانتی متر می باشد. طول آرماتور ممان منفی در حدود  دهانه می باشد.

تنش برشی را می توان تا 10 درصد بزرگ تر از تنش برشی معمولی در نظر گرفت. در نزدیکی تکیه گاه ها همیشه نصف میلگرد مثبت را باید به بالا خم کرد.

آرماتور حرارتی و توزیع بار

برای توزیع بار و جلوگیری از ترک خوردن بتن سقف در اثر تغییر حجم بتن ناشی از تغییر درجه حرارت به کار برده می شوند.

پس از کار گذاشتن تیرچه ها ، سفال ها و آرماتورهای ممان منفی،‌از آرماتورهای حرارتی استفاده می شود. این آرماتورها در جهت عمود بر تیرچه های پیش ساخته و به فاصله 25 تا 40 سانتی متر قرار می گیرند. توصیه می شود برای آرماتورهای حرارتی از آرماتورهای آجدار به قطر 8 تا 10 میلی متر استفاده شود. حداقل سطح مقطع آرماتورهای حرارتی در جهت امتداد تیرچه 25/1 در هزار و در جهت عمود آن 75/1 در هزار سطح مقطع بتن پوشش می باشد.

اگر تیرچه از نوع پیش فشرده باشد آرماتور حرارتی باید حتما در دو جهت چپ و راست چیده شود.

کلاف عرضی (tie beam)

چنانچه طول دهانه بیشتر از 20/4 متر باشد در وسط دهانه بین بلوک ها (عمود بر جهت تیرچه ها) از یک کلاف به عرض حداقل 10 سانتی متر یا به عرض تیرچه مصرفی استفاده می شود. زیرا این فاصله تخته ای گذاشته می شود در کلاف عرضی باید حداقل از 2 آرماتور به قطر 10 میلی متر یکی در بالا و دیگری در پایین استفاده نمود اگر آرماتورهای داخل آن از نوع ساده باشد طبق آیین نامه بتن باید خم (قلاب) گردد آرماتور بالا به آهن بالای تیرچه و آرماتور پایین به مارپیچ تیر بسته می شود.

بهتر است آرماتورهای درون کلاف عرضی به آرماتورهای بالای تیرچه و آرماتور هفت و هشت تیرچه ها متصل شوند. چنانچه تیرچه ها در مقابل هم قرار نگیرند باید برای هر تیرچه از یک آرماتور منفی جداگانه استفاده نمود به گونه ای که نیمی از آرماتور بر روی تیرچه و نیم دیگر آن داخل بتن سقف قرار گیرد. 

قلاب اتصال

در ساختمان های اسکلت فلزی، آرماتورهای تیرچه بر روی نیمی از بال پل قرار می گیرند که پهنای آن در حدود 2 تا 3 سانتی متر می باشد. درشرایط عادی این اندازه برای تکیه گاه مناسب می باشد. ولی چنانچه سقف با نیروی زلزله جابجا گردد تیرچه از تکیه گاه خود خارج شده و سقف سقوط می کند. برای جلوگیری از این عیب از آرماتورهای به شکل زیر استفاده می شود که توسط آن ها تیرچه و آهن پل به هم اتصال پیدا می کنند.

روش حمل تیرچه و انبار کردن آن

در حمل و نقل تیرچه ها باید دقت کافی انجام شود زیرا در صورت وجود بی احتیاطی، امکان شکستن و یا ترک خوردن تیرچه وجود دارد. برای جابجا کردن تیرچه ها می توان از آرماتورهای فوقانی به عنوا دستگیره استفاده نمود. برای بارگیری تخلیه و انبار کردن تیرچه ها از جرثقیل استفاده می شود. چنانچه در کارگاه های کوچک به کار بردن جرثقیل به صرفه نباشد تخلیه و انبار تیرچه توسط دست انجام می شود.

تیرچه های با طول کمتر از 3 متر را می توان به صورت یک نفری جابجا نمود، مشروط بر آن که وسط تیرچه گرفته شود. چنانچه طول تیرچه بیش از 3 متر باشد باید توسط دو نفر حمل شوند به صورتی که از هر طرف مقدار کنسول برابر 50 سانتی متر در نظرگرفته شود. برای انبار کردن تیرچه ها در ابتدا باید چهار تراش های چوبی به فواصل حداکثر یک متر بر روی زمین قرار داد تا یک سطح صاف و ترازی به دست آید. با این روش می توان حداکثر تا 6 ردیف تیرچه بر روی هم انبار نمود.

نصب تیرچه ها

چون تیرچه ها به تنهایی قادر به تحمل وزن مرده سقف قبل از بتن ریزی نمی باشند، همراه با قرار دادن تیرچه لازم است تکیه گاه های موقت تامین گردد. پس از ایجاد تکیه گاه های موقت تیرچه را بر روی تیرهای اصلی یا دیوارهای باربر قرار می دهند. قبل از نصب تیرچه ها باید دقت کرد که در تیرچه ها ترک خوردگی و یا شکستگی وجود نداشته باشد. برای دهانه های کوچک، خیز تیرچه ها باید برابر  دهانه و برای دهانه های بزرگ تر برابر  دهانه باشد تا پس از بتن ریزی و قالب برداری در صورت افت تیرچه مسطح گردد. تنظیم فاصه تیرچه ها از هم معمولا به کمک بلوک صورت می گیرد.

ارتفاع بلوک با توجه به ارتفاع تیرچه ها

سقف های تیرچه بلوک دارای ضخامتی بین 25 تا 40 سانتی متر می باشد در صورتی که تکیه گاه تیرچه را ساده فرض کنیم حداقل ضخامت را برابر  دهانه در نظر می گیریم. چنانچه تکیه گاه تیرچه صورت گیردار یا نیمه گیردار محاسبه شود می توان ضخامت سقف را تا  دهانه اجرا نمودو در اجرا حداقل ارتفاع بلوک های مصرفی باید برابر 18 سانتی متر باشد با توجه به ضخامت سقف ارتفاع بلوک باید متناسب با آن باشد.

بلوک های به ارتفاع 18 سانتی متری در سقف های به ضخامت 25 سانتی متری استفاده می شود.

بلوک های به ارتفاع 22 سانتی متری در سقف های به ضخامت 30 سانتی متری استفاده می شود.

بلوک های به ارتفاع 26 سانتی متری به ضخامت 35 سانتی متری استفاده می شود.

بلوک های به ارتفاع 30 سانتی متری در سقف های به ضخامت 40 سانتی متری استفاده می شود.

آرماتورهای عرضی (مورب)

آرماتور عرضی مورب خرپا را تامین می نماید و نیروهای برشی سقف را تحمل می کند. حداقل سطح مقطع آرماتورهای عرضی باید برابر 0015/0 باشد که در آن  عرض جان تیر و  فاصله بین دو آرماتور عرضی متوالی از همدیگر است زاویه آرماتورهای عرضی با آهن پایین بین 30 تا 45 درجه می باشد. قطر آرماتورهای عرضی حداقل 5 و قطر فولاد بین 6 تا 12 می باشد. حداکثر فاصله آرماتورهای عرضی از یکدیگر برابر 20 سانتی متر در نظر گرفته می شود.

نصب بلوک ها در بین تیرچه ها

تیرچه ها را به موازات هم بر روی تکیه گاه قرار داده پس از گذداشتن تیرچه ،  فاصله آن را  تا تیرچه بعدی به وسیله گذاشتن یک عدد بلوک در ابتدا و یک عدد در انتهای آن تنظیم می کنند.

فاصله دو بلوک دو طرف تیرچه (تامین کننده جان تیر T شکل) پس از نصب باید حداقل برابر 5/6 سانتی متر باشد. به دلیل این که عرض تیرچه برابر 10 سانتی متر است فاصله یاد شده در حدود 5/7 سانتی متر می باشد.

آماده سازی سقف برای بتن ریزی

قبل از تخلیه بتن بر وی سقف باید کلیه مواد زاید از روی تیرچه بلوک برداشته شود پس ازا ین مرحله بر روی بلوک ها آب پاشی می شود. این عمل موجب می شود تا از مکیدن اب بتن توسط بلوک ها جلوگیری شود. حداقل و حداکثر خاصیت مکندگی بلوک باید به ترتیب برابر 13 و 20 درصد باشد زیرا در غیر اینصورت یا کلیه آب بتن را می مکند و موجب فاسد شدن آن می شود و یا تمایلی به مکیدن آب بتن نداشته در نتیجه گچ و خاک به آن نمی چسبد.

بتن ریزی و متراکم کردن آن

بتن به عنوان عنصر ترکیبی و پوششی، مقاومت فشاری را در سطح مقطع بالای تیرچه تحمل نموده و سپس به تیرچه انتقال می دهد. بتن با تیرچه و جداره خارجی قالب ها مقطع مرکب به دهانه سقف ، بارهای وارده و فواصل تیرچه ها بستگی داشته و شکل ظاهری آن به طرح تیرچه و بلوک بستگی دارد.

حداقل ضخامت بتن روی تیرچه بلوک (بتن پوشش) برابر 5 سانتی متر و یا فاصله محور تا محور تیرچه ها در نظر گرفته می شود. لازم به ذکر است که ارتفاع بتن ریزی متوسط روی تیرچه بلوک بین 7 تا 10 سانتی متر است. عیار بتن مصرفی باید 300 تا 350 کیلوگرم سیمان درمترمکعب باشد.

عمل آوردن بتن

عمل آوردن به سلسله اقداماتی گفته می شود که برای تکمیل و پیشرفت هیدراتاسیون و افزایش مقاومت بتن مصرف شده به مرحله اجرا در آید. این اقدامات در واقع نوعی مراقبت و نگهداری در جهت پرورش و عمل آوردن بتن می باشد که توسط آن می توان دمای بتن ورود آب به جسم بتن، افزایش درجه اشباع، خروج آب از جسم بتن و کاهش درجه اشباع را کنترل نمود. تغییرات احتمالی مقدار رطوبت بتن در مراحل اولیه سخت شدن بر مقاومت دوام و پایان بتن اثرمی گذارد.

باز کردن قالب ها و جمع آوری تکیه گاه های موقت

پس از  که سقف، مقاومت مورد لزوم را به دست آورد می توان تکیه گاههای موقت را جمع آوری کرد زمان لازم برای کسب مقاومت به عواملی مانند نوع سیمان، خصوصیات و ویژگی های بتن تخلیه شده وضعیت آب و هوایی منطقه مورد نظر نوع و میزان مصرف مواد افزودنی بستگی دارد. برای ان که افتادگی حاصل از خیزش به کمترین مقدار خود برسد، برای مدتی شمع هایی به فواصل 3 متری از یکدیگر در زیر سقف های تیرچه و بلوک قرار می گیرد.