بتن فوق توانمند یا UHPC نوع جدیدی از بتن است که به دلیل خواص استثنایی از نظر مقاومت و دوام در دهه های اخیر توسعه یافته است. این بتن با کارایی بالا در بازسازی ساختمان و ساخت انواع پل ها و بسیاری از کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. بتن فوق توانمند اولین بار توسط مهندسین ارتش ایالات متحده در اواخر دهه 1980 مورد استفاده قرار گرفت. بتن فوق توانمند یا بتن با کارایی بالا دارای استحکام، دوام و ماندگاری ویژه تا 100 سال است. مقاومت فشاری بتن فوق توانمند 10 برابر بیشتر از بتن معمولی است. بتن معمولی مورد استفاده در پل ها دارای مقاومت فشاری 3000 تا 5000 psi است؛ در حالیکه بتن فوق توانمند دارای مقاومت فشاری 18000 تا 35000 psi می باشد. در این نوشتار از آشیان پی قصد داریم شما را با بتن فوق توانمند بیشتر آشنا کنیم.
تعریف بتن فوق توانمند یا Ultra-High Performance Concrete
بتن فوق توانمند نسبت به بتن های معمولی و بتن های توانمند مقاومت بالاتر، شکل پذیری کششی و مشخصات دوامی بالاتری دارد. طبق تعریف ACI 239R، بتن با حداقل مقاومت فشاری مشخصه 150 مگاپاسکال و الزامات خاص مقاومت دوام و شکل پذیری کششی را بتن فوق توانمند می نامند. الیاف می توانند این خواص را به بتن فوق توانمند بدهند. با توجه به اینکه بتن به طور کلی یک ماده شکننده است، افزودن الیاف باعث بهبود شکل پذیری بتن می شود. به طور کلی میزان الیاف موجود در بتن های فوق توانمند دو درصد حجمی و بیش از آن می باشد. حداکثر مقدار استفاده از الیاف به شکل و اندازه آنها بستگی دارد تا عملکرد آنها به خطر نیفتد.
دلیل استفاده از بتن فوق توانمند (UHPC)
در سال‌های اولیه عرضه بتن فوق توانمند، هزینه‌های تولید بسیار بالا بود و استفاده از آن را محدود می‌کرد. هزینه تولید این نوع بتن حدود 5 برابر بیشتر از بتن معمولی است و این تصور را ایجاد می کند که استفاده از آن به صرفه نیست، اما این تصور درست نیست. در ساخت پل استیسی در هلند از بتن با فوق توانمند استفاده شد. دهانه پل 160 متر بود که ناشی از کاهش تقریباً 30 درصدی اعضای سازه ای و 26 درصد صرفه جویی در هزینه های فولاد پیش تنیده است. از سوی دیگر ضخامت قطعات سازه ای مانند تیرهای باکس 60 درصد کاهش یافت و طول قطعات پل از 3.5 به 5 متر افزایش یافت و این پروژه 3 ماه زودتر به پایان رسید.
می توان گفت که هزینه ساخت پل 10 درصد کاهش می یابد و قابلیت بتن به مهندسان اجازه می دهد تا پل هایی با دهانه های بلندتر بسازند. استفاده از این نوع بتن در ساخت پل ها باعث افزایش راندمان، کاهش خزش و فرسودگی سازه و در نهایت کاهش هزینه ها می شود.
مزایای بتن فوق توانمند
- مقاومت بالایی در برابر زلزله دارد.
- استفاده از این بتن دوام و استحکام سازه را بهبود می بخشد.
- این نوع بتن به طور قابل توجهی هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد.
- چون حداقل میزان از هم گسیختگی را دارا میباشد، میزان خرابی را کاهش می دهد.
- این امر پیچیدگی و اندازه هر یک از اجزای سیستم را کاهش می دهد.
- باعث افزایش انعطاف پذیری سازه می شود.
- به دلیل مقاومت فشاری بالا، می تواند اندازه تیرها و ستون ها را در سازه ها کاهش دهد.
- به دلیل انعطاف پذیری بالا، ساخت و ساز با آن بسیار آسان تر است.
- کاهش مواد مصرفی به طور قابل توجهی سرعت ساخت سازه ها را افزایش می دهد.
- از آنجایی که بتن به سرعت مقاوم می شود، زمان نگهداری و سایش آن کاهش می یابد.
- و…
کاربردهای بتن های فوق توانمند
بتن فوق توانمند را می توان در پل های بزرگراهی با دهانه های بزرگ، ضخامت عرشه کمتر و مقاومت بیشتر استفاده کرد. علاوه بر این، یکی از رایج ترین موارد استفاده از بتن فوق توانمند، پل های عابر پیاده بدون پایه و دهانه بلند است. همچنین از بتن با مقاومت در نوسازی و بهسازی لرزه ای ساختمان ها استفاده می شود. علاوه بر این، خواص دوامی ویژه و مقاومت مکانیکی بالای این نوع بتن در تولید شمع های پیش ساخته و پیش تنیده بتنی نیز کاربرد فراوانی دارد. انعطاف پذیری و مقاومت ضربه ای این نوع بتن نیز در مواقعی که خطر انفجار وجود دارد و یا در سازه های هسته ای کاربرد فراوانی دارد. مقاومت بالا در محیط های خورنده نیز استفاده از این نوع بتن را در مخازن را گسترش داده است. همچنین از این نوع بتن در ساخت دال های سقف گسترده نیز استفاده می شود. از دیگر موارد کاربرد بتن فوق توانمند می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت و ساز تسریع شده پل
- تیرهای اصلی پل
- عرشه پل‌ها
- ستون‌های لرزه‌ای
- تونل‌ها
- برج توربین‌های بادی
- سازه‌های ساحلی
- زیرساخت‌های بزرگراهی
- سازه‌های امنیتی و در معرض انفجار
سخن پایانی
کاربرد بتن فوق توانمند در معماری و سازه های مدرن غیرقابل انکار است. استفاده از آنها به ساخت مونوریل ها و پل های بزرگ و جذاب ختم نمی شود، این بتن در ساختمان ها و قطعات ویژه، نیروگاه ها و راکتورهای هسته ای استفاده می شود. زیرا در برابر ضربه و انفجار مقاومت بهتری دارند. هیچ طرح اختلاط خاص و پیچیده ای برای ساخت بتن فوق توانمند وجود ندارد، فقط باید اصول آن را طبق استاندارد تعیین شده رعایت کنید.
