بتن با مقاومت زیاد (بتن پر مقاومت) یا HSC

بتن با مقاومت زیاد (بتن پر مقاومت) یا HSC

بتن با مقاومت زیاد یا بتن پر مقاومت (HSC) ، بتنی است که با سنگدانه های معمولی ساخته شده و مقاومت فشاری آن بیش از ۴۰ مگاپاسکال است.

• مقاومت بتن معمولی بین ۲۱ تا ۴۰ مگاپاسکال است. برای تولید بتنی با مقاومت بیش از ۴۰ مگاپاسکال ، نیاز به کنترل کیفیت دقیق تر ، و همچنین دقت بیشتر در انتخاب مصالح و نسبتهای آن (روان کننده ها، مواد افزودنی معدنی ، نوع و اندازه سنگدانه ها و…) است. از این رو برای تمایز این نوع بتن های مخصوص، که دارای مقاومت فشاری بیش از ۴۰ مگاپاسکال هستند ، در مقایسه با بتن های معمولی ، آنها را بتن های با مقاومت زیاد می نامند.
• مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهد که در بسیاری از موارد ، خصوصیات و ساختار میکروسکوپی بتن با مقاومت بیش از ۴۰ مگاپاسکال ، با بتن معمولی فرق دارد. از آنجا که در بتن معمولی ، مقاومت فشاری اساس طراحی بتن می باشد (رابطه تجربی تخمین مدول ارتجاعی از روی مقاومت فشاری) ، لذا طراح باید برای طرح بتن های با مقاومت بیش از ۴۰ مگاپاسکال شیوه مخصوصی را مورد عمل قرار دهد.

اهمیت و مزایای بتن با مقاومت زیاد (بتن پر مقاومت) یا HSC

شکل زیر بر اساس قیمت های بتن و فولاد در سال ۱۹۸۲ در شیکاگو به دست آمده است.

این شکل نشان می دهد که اقتصادی ترین راه برای ساخت ستون های ساختمان های بلند، استفاده از روشی است که در آن حداقل مقدار ممکن فولاد مصرف شده و حداکثر مقاومت ممکن نیز به دست آید. مزیت اقتصادی استفاده از بتن با مقاومت زیاد برای ستونها و دیوارهای برشی، در بسیاری از سازه های ساخته شده در شیکاگو، نیویورک، هوستون و دیگر شهرهای آمریکا به اثبات رسیده است. در ایالات متحده در مدت ۲۰ سال گذشته، عموما از بتن با مقاومت زیاد برای ساخت سازه های بتن آرمه ۳۰ طبقه به بالا استفاده شده است. در (۱/۳) ارتفاع بالایی ساختمان ، ستون ها با بتن معمولی ساخته می شوند. اما چنانچه در پایین ساختمان ، ستون ها با بتن معمولی ساخته شوند ، ابعاد ستونها بسیار بزرگ خواهد شد.

مهندسان و معمارانی که در نیویورک در زمینه طراحی ساختمان های بلند فعالیت دارند معتقدند که انتخاب قاب بتن آرمه ، در مقایسه با قاب های فولادی ، در سازه های بلند فقط به دلیل مسایل اقتصادی نمی باشد بلکه سرعت عملیات ساخت ساختمانهای بتن آرمه ، بیشتر از آن قاب های فولادی است. تا ۱۰ سال پیش، در مانهاتان، تمام ساختمانهای اداری با قاب فولادی ساخته می شدند، اما در سالهای اخیر ۲۵ درصد از تمام ساختمانهای اداری با قابهای بتنی ساخته شده اند.

در صنعت بتن های پیش ساخته و پیش تنیده، استفاده از بتن با مقاومت زیاد سبب شده است که سرعت قالب برداری سریعتر شده، میزان تولید افزایش یافته، و اتلاف محصولات در هنگام حمل و انتقال کاهش یابد. به دلیل پایین بودن میزان نفوذ پذیری بتن با مقاومت زیاد ، می توان از آن ، در مواردی که دوام بتن در مقابل سایش ، فرسایش و تهاجم مواد شیمیایی اهمیت دارد استفاده کرد.

مصالح و نسبت های اختلاط بتن پر مقاومت

مهمترین عاملی که مقاومت بتن با مقاومت زیاد را تعیین می کند ، تخلخل در سه فاز بتن (سنگدانه ها، خمیر سیمان و ناحیه انتقال) می باشد. خصوصیات مصالح مصرفی در بتن ، نسبتهای اختلاط و تراکم بتن تازه ، که در تخلخل خمیر سیمان و ناحیه انتقال اثر می گذارند ، شرح داده شد.

در صورتی که کارایی بتن مناسب باشد ، به نظر می رسد که نسبت آب به سیمان تعیین کننده میزان تخلخل خمیر سیمان هیدراته شده و ناحیه انتقال باشد. همچنین ، در نسبتهای کم آب به سیمان مشاهده شده است که با کمی کاهش نسبت آب به سیمان ، مقاومت زیادی قابل کسب می باشد. برای مثال ، نتایج حاصل از تحقیقات نشان می دهد که با نسبت آب به سیمان ۰.۳۸ ، ۰.۳۶ و ۰.۳۴ می توان به ترتیب به مقاومت های فشاری ۴۰ ، ۵۲ و ۶۰ دست یافت.

با این وجود، کاهش نسبت آب به سیمان ، متراکم کردن و جای دادن بتن تازه ، مشکل تر می شود.

برای تولید بتن با مقاومت زیاد اثر متضاد نسبت آب به سیمان بر روی قوام و مقاومت بتن نمی تواند بدون استفاده از مواد افزودنی کاهنده آب ، هماهنگ شود. به همین دلیل ، در ۱۰ سال اخیر استفاده از مواد فوق روان کننده نقش به سزایی در تولید بتن با مقاومت زیاد داشته است. در حقیقت، بدون وجود کارآیی فوق العاده مناسب ، که با استفاده از فوق روان کننده ها به دست می آید ، عملا تولید اعضای پرفولاد ، با بتن با مقاومت فوق زیاد (بیش از ۷۰ مگاپاسکال) و نسبت آب به سیمان ۰.۳ غیر ممکن است.

اصولا ناحیه انتقال ضعیف ترین قسمت در بتن با وزن معمولی و ساخته شده با سنگدانه های مقاوم با حداکثر اندازه ۱۲ تا ۲۰ میلیمتر و نسبت آب به سیمان بین ۰.۴ تا ۰.۷ می باشد. به ازای یک نسبت آب به سیمان معین، با کاهش حداکثر اندازه سنگدانه های درشت، می توان مقاومت بتن را به میزان زیادی افزایش داد زیرا بر اثر این کار، مقاومت ناحیه انتقال بهبود می یابد. بنابراین، در طرح اختلاط بتن با مقاومت زیاد، معمولا حداکثر اندازه سنگدانه ها را ۱۹ میلیمتر یا کمتر در نظر می گیرند.

در صورت نیاز به نسبت آب به سیمان کمتر و استفاده از سنگدانه های با اندازه کوچک ، مقدار سیمان مصرفی به بیش از ۳۸۵ کیلوگرم بر متر مکعب افزایش می یابد.

در این زمینه بررسی هایی در مورد استفاده از ۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب سیمان ، و یا حتی بیشتر از این ، به عمل آمده است ولی بهتر آن است که از این کار اجتناب شود. با افزایش نسبت سیمان به بتن ، به حدی می رسیم که با افزایش مقدار سیمان ، مقاومت بتن ، دیگر افزایش نمی یابد. دلیل آن، احتمالا ناهمگنی ذاتی خمیر سیمان پرتلند هیدراته شده و وجود بلورهای بزرگ هیدروکسید کلسیم است که سبب ضعیف شدن قسمتهایی از بتن تحت تنش می شود.

بنابراین، قسمتهای ناهمگن و ضعیف در ناحیه انتقال ، به دلیل وجود ترکهای مویی ، حتی قبل از اعمال بار خارجی نیز آسیب پذیرند. این ترکها به دلیل تنشهای ناشی از جمع شدگی حرارتی و یا جمع شدگی ناشی از خشک شدن ، و نیز بر اثر اختلاف پاسخ ارتجاعی خمیر سیمان با پاسخ ارتجاعی سنگدانه ها به وجود می آیند. باید توجه داشت که افزایش مقدار سیمان به معنی افزایش هزینه ، حرارت هیدراتاسیون و جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن است.

هرگاه ناهمگنی سیمان پرتلند هیدراته ، عامل محدودکننده مقاومت بتن باشد ، می توان با تغییر دادن ساختار میکروسکوپی ، اجزای مسبب ناهمگنی را کاهش داده یا آنها را حذف کرد. در مورد محصولات سیمانی ، روش موثر و عملی برای این کار ، استفاده از مواد پوزولانی در مخلوط بتن است. همانطور که قبلا شرح داده شده ، مواد افزودنی پوزولانی ، مانند خاکستر بادی ، با هیدروکسید کلسیم واکنش داده و تولید محصولاتی می کنند که خصوصیت و ترکیب آنها همانند محصولات هیدراتاسیون سیمان پرتلند است. همچنین ، واکنش پوزولانی با کاهش منافذ بزرگ همراه است ، که این امر ، اثر مهمی در افزایش مقاومت بتن دارد.

استفاده از پوزولان فقط باعث همگنی محصولات هیدراتاسیون و کاهش هزینه ها ، به علت جایگزینی سیمان با پوزولان نمی شود ، بلکه اثر مهمتر آن ، کاهش حرارت هیدراتاسیون می باشد. در بتن با مقاومت زیاد ، به علت استفاده از مقدار زیاد سیمان در اعضای بزرگ سازه ، امکان ترک خوردگی حرارتی وجود دارد. در نتیجه ، در بعضی موارد ، جایگزین نمودن قسمتی از سیمان با پوزولان ، می تواند ریسک ترک خوردگی حرارتی را کاهش دهد.

در مواردی که خاکستر بادی نوع F ، جایگزین بخشی از سیمان پرتلند شود و با یک نسبت معین آب به سیمان، از آن بتن ساخته شده و در دمای معمولی عمل آورده شود، مقاومت های ۳ و ۷ روزه آن ممکن است کاهش یابد و این کاهش مستقیما با مقدار پوزولان در کل مصالح سیمانی (پوزولان + سیمان) ، نسبت مستقیم دارد. با این وجود ، روند کسب مقاومت بتن دارای خاکستر بادی از نوع C با سرباره در ۷ روز اول هیدراتاسیون ، بسیار قابل توجه می باشد. پوزولانهای بسیار فعال مانند دوده سیلیسی متراکم یا پوسته برنج ، در ۳ روز اول نقش به سزایی در روند کسب مقاومت دارند. البته در شرایطی که از واکنشهای تسریع شده هیدراتاسیون ، مانند عمل آوری اعضای بتنی پیش ساخته در بخار ، استفاده می شود، اختلاف در فعالیت پوزولانی اثر چندانی در روند کسب مقاومت محصولات ندارد.

کاملا واضح است که اگر به جای سیمان ، قسمتی از سنگدانه های ریز با پوزولان جایگزین گردد ، بتن در سنین اولیه ، مقاومت کمی نخواهد داشت. در حقیقت ، جایگزینی قسمتی از ماسه با خاکستر بادی یا سرباره سبب افزایش قابل ملاحظه ای در مقاومت بتن ، در سنین اولیه آن می شود، به شرطی که مقدار آب مورد نیاز در مخلوط بتن اضافه نگردد.

توجه به این نکته مهم است که استفاده از این روش ، صرفه اقتصادی ندارد و احتمال خطر ترک خوردگی حرارتی را در اعضای بزرگ کاهش نمی دهد (زیرا مقدار سیمان کاهش نیافته است) ، ولی با این وجود ، این کار ، روش مناسبی برای افزایش مقاومت بتن در سنین اولیه است. طبق گزارش های منتشر شده ، هر دو روش جایگزین کردن قسمتی از سیمان و ماسه با پوزولان ، یک مزیت محسوب می گردد.

طرح اختلاط بتن پر مقاومت بتن پر مقاومت

در جدول زیر اصول مهم تولید بتن با مقاومت زیاد با مقایسه ۳ مخلوط بتن ، داده شده است. اختلاف مهم بین بتن های مصرف شده در ساختمان برج آب و برج تجاری تگزاس، در مقدار مصرف سیمان بیشتر در ساختمان برج آب و جایگزینی ۱۰ درصد وزنی خاکستر بادی نوع F به جای سیمان در بتن آن می باشد، در حالی که در ساختمان برج تجاری میزان سیمان مصرفی کمتر است و از ۲۰ درصد خاکستر بادی نوع C در مخلوط بتن استفاده شده است. نمونه های هر دو بتن که در شرایط آزمایشگاهی عمل آوری شده اند دارای اسلامپ ۱۱۳ میلی متر و مقاومت فشاری ۶۵- ۶۷ مگاپاسکال در سن ۲۸ روزه بوده اند. میانگین مقاومت ۱۳۹ نمونه گرفته شده از بتن در برج تجاری تگزاس ۵۶ مگاپاسکال بوده است که نزدیک به مقاومت میانگین توصیه شده در آیین نامه ACI 318 ، مگاپاسکال است. چنانچه شرایط کارگاه ایده آل باشد مقاومت بتن با مقاومت زیاد ، حدود ۹۰ درصد مقاومت نمونه های عمل آوری شده در آزمایشگاه می باشد.

مخلوط بتن با مقاومت بسیار زیاد ، در کارگاه های مختلف ایالت متحده آمریکا و کانادا ساخته شده و تحت آزمایش قرار گرفته است. به علت استفاده از پوزولان های بسیار فعال نظیر دوده سیلیسی ، مقدار زیاد سیمان و نسبت آب به سیمان بسیار کم (که با استفاده از مقادیر زیاد فوق روان کننده ها امکان پذیر شده است) ، نتایج مقاومت فشاری ۲۸ و ۱۲۰ روزه بتن با مقاومت بسیار زیاد به برابر با ۱۱۰ MPa و ۱۲۵ MPa بوده است.

بتن بسیار روان شده بتن پر مقاومت

اگرچه ، از مواد افزودنی فوق روان کننده ، به منظور ساخت مخلوط های بتن با مقاومت زیاد استفاده می شود ، ولی همان طور که در جدول قبل مشاهده می شود، بتن با قوام زیاد اسلامپ ۲۰۰ میلیمتر تا ۲۵۰ و مقاومت بیش از ۷۰ مگاپاسکال (نسبت آب به سیمان کمتر از ۰.۳)، با استفاده از فوق روان کننده ها به راحتی قابل تولید می باشد.

به طور کلی تجربه نشان میدهد که افزودن ماده فوق روان کننده به بتن به مقدار ۰.۵ تا ۱.۵ درصد وزن سیمان ، اسلامپ بتن را از ۵۰mm تا ۷۵ به مقدار قابل توجه ۲۰۰mm تا ۲۵۰ افزایش می دهد. با این وجود ، این قوام زیاد بتن ، پس از ۳۰ تا ۶۰ دقیقه به حالت اولیه خود باز می گردد.

در مواردی که بین زمان اختلاط و ریختن بتن اختلاف کمی وجود داشته باشد کاهش سریع اسلامپ مشکلی ایجاد نمی کند، از طرف دیگر در صنعت بتن پیش ساخته کم بودن کارآیی بتن بلافاصله بعد از بتن ریزی ، یک مزیت محسوب می گردد ، زیرا در این حالت می توان عمل آوری با بخار را حذف کرد. ولی در صنعت بتن آماده، کاهش سریع کارایی می تواند یک مشکل جدی به حساب آید. دو راه حل برای این مشکل وجود دارد. پژوهشگران نشان داده اند که اگر افزودن ماده فوق روان کننده چندین مرتبه تکرار گردد، افزایش اسلامپ بتن بسیار روان شده برای چندین ساعت امکان پذیر است.

افزودن فوق روان کننده برای مرتبه دوم یا سوم به منظور جبران افت اسلامپ ممکن است موجب جداشدگی سنگدانه ها شود که باید در این مورد دقت شود. در روش دوم، ترکیب ماده فوق روان کننده با یک ماده کندگیر کننده اصلاح می شود و بدین ترتیب قوام برای مدت ۲ تا ۳ ساعت ثابت باقی می ماند. استفاده از فوق روان کننده های با خاصیت کاهش اسلامپ به میزان کم، در صنعت بتن آماده در مناطق گرم مرسوم شده است.

کارایی بتن پر مقاومت

مخلوطهای بتن با مقاومت زیادی که دارای مقدار زیادی مصالح ریز دانه (سیمان و پوزولان) بوده و با نسبت کم آب به سیمان و ماده افزودنی روان کننده معمولی ساخته شوند در مراحل اولیه مخلوط هایی چسبنده و سخت هستند. بتن ریزی و تراکم مخلوط های با اسلامپ صفر ، بسیار مشکل است. ولی استفاده از فوق روان کننده این مشکل را حل کرده و در حال حاضر امکان تولید بتن با قوام زیاد وجود دارد. همچنین پمپاژ و یا استفاده از شوت بلند برای انتقال بتن ، بدون احتمال خطر جداشدگی سنگدانه ها ، حتی در نسبت آب به سیمان بسیار کم ۰.۳ ، به راحتی امکان پذیر است.

مقاومت بتن پر مقاومت

امروزه بتن های با مقاومت MPa ۵۵ – ۱۲۰ در سن ۲۸ روزگی ، در مناطق شیکاگو ، هوستون و نیویورک در مقیاس صنعتی تولید می گردد. نکته قابل توجه در مورد مقاومت ، ظرفیت بتن های با مقاومت زیاد برای کسب مقاومت سریع بدون استفاده از عمل آوری با بخار است. بتن های استفاده شده در ساختمان برج آب شیکاگو و برج تجاری هوستون با عمل آوری معمولی ، در مدت ۲۴ ساعت به مقاومت ۲۰ تا ۲۷ مگاپاسکال رسیده اند.

مخلوط بتن با مقاومت بسیار زیاد ، در مدت ۱۲ ساعت ۴۲ مگاپاسکال ، و در مدت ۲۴ ساعت MPa ۶۴ مقاومت کسب می کند. در این صورت است که ارزش بتن های با مقاومت بسیار زیاد در صنعت بتن پیش ساخته و پیش تنیده مسلم می گردد.

ساختار میکروسکوپی بتن پر مقاومت رابطه بین تنش و کرنش ، گسیختگی ، جمع شدگی ناشی از خشک شدن ، و خزش

براساس اصول طراحی مخلوط های بتن با مقاومت زیاد ، کسب مقاومت زیاد بتن با کاهش تخلخل و ناهمگنی و ترکهای مویین ، در خمیر سیمان و ناحیه انتقال امکان پذیر است. از آنجایی که وجود ترک های مویین زیاد در بتن معمولی ، مبنای رفتار تنش – کرنش ، خزش و گسیختگی آن است ، لذا درک علت رفتار متفاوت بتن با مقاومت زیاد ، که ناشی از کاهش تعداد و اندازه ترک ها در آن است ، مشکل نمی باشد.

مطالعات آزمایشگاهی انجام شده در دانشگاه کرنل ، در مورد افزایش ترک خوردگی در بتن های دارای مقاومت فشاری تک محوری حدود ۳۰ – ۷۵ مگاپاسکال ، نشان داده شده است که :

١- بتن با مقاوت زیاد، در مقایسه با بتن معمولی ، بیشتر شبیه مصالح همگن رفتار می کند و شیب منحنی های تنش – کرنش در آن نسبت به بتن معمولی زیادتر است و رفتار آن تا نسبت های تنش – مقاومت بیشتری در مقایسه با بتن های با مقاومت معمولی ، خطی است زیرا مقدار و روند افزایش ترکهای مویین در ناحیه انتقال کمتر است. بنابراین ، بتن با مقاومت زیاد ، در هنگام گسیختگی ، تردی بیشتر و انبساط حجمی کمتری از خود نشان می دهد. مشخص شده است که این گونه بتن ها ، تا نسبت های بالاتری از تنش و مقاومت قابل بار گذاری هستند ، بدون آن که مکانیزم خود انتشاری در آنها شروع شده و منجر به شکست گسیختگی بشود ، به عبارت دیگر درصد مقاومت باربری دراز مدت نسبت به مقاومت کوتاه مدت شان بیشتر از آن بتنهای معمولی است.

۲- میزان ترکهای میکروسکوپی در بتنهای با مقاومت زیاد ، مربوط به جمع شدگی و بارگذاری کوتاه مدت آنها می باشد و میزان بار قابل تحمل آنها ، به طور قابل ملاحظه ای از بتن با مقاومت معمولی کمتر است.

۳- با در نظر گرفتن موارد فوق مسلم است که بتن های با مقاومت زیاد (f از ۴۰ تا ۶۰ مگاپاسکال) اصولأ رفتاری متفاوت با بتن معمولی دارند.

براین اساس ، بسیاری از مواردی که در آیین نامه ها در مورد بتن معمولی ذکر شده است ، باید برای بتن با مقاومت زیاد تغییر یابد. برای مثال، به جای رابطه ذکر شده در ACI برای محاسبه مدول ارتجاعی استاتیکی بتن معمولی از روی مقاومت فشاری ۲۸ روزه آن ، از رابطه زیر، که برای بتن با مقاومت زیاد مناسب است استفاده شود.

ضمنا توصیه می گردد که مقاومت خمشی آنها از رابطه Fr محاسبه شود. یاماموتو و شی (Yamamoto & Kobayashi) برای تخمین مقاومت کششی برزیلی بتن با مقاومت ۴۰ تا ۱۰۰ مگاپاسکال ، رابطه زیر را ارائه داده اند.

شایان ذکر است که مقادیر آزمایشگاهی به دست آمده برای مدول ارتجاعی استاتیکی فشاری ، برای سه مخلوط بتن (که از چپ به راست در جدول ۱۱-۳ نشان داده شده است)، به ترتیب برابر ۵.۴ ، ۵.۷ و ۶.۲۵ در ۱۰۰۰۰۰۰ psi است. کرنش های ناشی از جمع شدگی و خزش در سن یک سالگی بتن با مقاومت بسیار زیادی که با استفاده از دوده سیلیسی و فوق روان کننده ساخته شده است ، مطابق استاندارد ۵۱۲ ASTM C اندازه گیری شده و به ترتیب برابر با ۳۱۵ و ۴۸۰*۱۰^-۶ به دست آمده است. میزان بار اعمال شده در این آزمایش، ۱۷ MPa ، پس از ۲۸ روز عمل آوری اعمال گردیده است. این اطلاعات، منطقی به نظر می رسند زیرا مدول ارتجاعی زیاد ، تخلخل کم ، و ترک مویی کمتر در این نوع بتنها، چنین نتایجی را ایجاب می کند.

دوام بتن پر مقاومت

بسیاری از پژوهشگران ، نفوذ پذیری کم بتن با مقاومت زیاد را عامل دوام عالی آن در مقابل عوامل مخرب فیزیکی و شیمیایی می دانند. تا به حال ، کاربرد صنعتی بتن با مقاومت زیاد برای آن دسته از اعضای سازه ای بوده است که در شرایط سیکلهای یخ زدن – أب شدن قرار نمی گرفته اند.

بتن های دارای فوق روان کننده ، معمولا بیشتر از بتن معمولی ، از فقدان حبابهای هوا و فضاهای خالی افزایش یافته ، دچار مشکل می شوند. با این وجود ، گرچه اندازه فضاهای خالی بتن های حاوی فوق روان کننده ، از um ۲۰۰ تجاوز می کند اما دوام آنها در برابر یخ زدن – آب شدن ، که براساس استاندارد ۶۶۶ ASTM C آزمایش شده اند، کمتر از بتن معمولی نبوده و نتایج آزمایشها قابل قبول هستند. نتایج آزمایش های مختلف دوام بر روی بتن با مقاومت بسیار زیاد ، براساس گزارش ولسیفر ، ارائه شده است و خلاصه آن به شرح زیر می باشد.

با تولید حباب هوا به میزان ۶.۷ درصد ، مقاومت فشاری بتن پس از ۳۰۰ سیکل یخ زدن و آب شدن به MPa ۷۵ کاهش یافته (مطابق استاندارد ۶۶۶ ASTM C) و انبساط ، کاهش وزن ، و ضریب دوام آنها به ترتیب ۰.۰۰۸ ، ۰.۱۳ و ۹۷ درصد بوده است.

نتایج آزمایش مقاومت آن در برابر سایش با استفاده از دستگاه دیسک گردان (۷۷۹ ASTM C) پس از ۶۰ دقیقه سایش نشان می دهد که مقدار میانگین عمق سایش برابر با ۱.۵ میلیمتر است.

اندازه گیری میزان پوسته شدن در آزمایش یخ بندان با مواد یخ زدا (۶۷۲ ASTM C) نشان میدهد که بعد از ۵۰ سیکل ، هیچگونه پوسته شدنی به وجود نمی آید و پس از ۵۰۰ سیکل فقط مقدار کمی پوسته شدن به چشم می خورد.

آزمایش نفوذ پذیری کلر در نمونه هایی با ۳ ماه سن (با ۳۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب سیمان ، ۷۶ کیلوگرم بر متر مکعب دوده سیلیسی و نسبت آب به سیمان ۰.۲۷) در محلول ۳ درصد NaCl نشان می دهد که مقدار یون کلر جذب شده ۰.۰۰۳ بوده است ، این مقدار برای نمونه بتن کنترل (با ۳۸۵ کیلوگرم بر متر مکعب سیمان ، نسبت آب به سیمان ۰.۳۸ و بدون پوزولان) ۰.۰۲۸ بوده است. اما نمونه هایی که در معرض فشار آب برابر با ۴ مگاپاسکال قرار داشته اند ، عملا نفوذناپذیر بوده اند. در بتن با مقاومت بالا (Mpa ۷۰ یا بیشتر) ، میزان عبور جریان الکتریکی از نمونه ، در مدت ۶ ساعت ، مطابق آزمایش استاندارد ۸۳-۲۷۷-AASHTO T ، در حدود ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ کولن بوده است که در نتیجه ، این بتن به عنوان بتن با نفوذپذیری بسیار کم شناخته می شود.

کاربردهای بتن پر مقاومت

تاکنون بیشترین استفاده از بتن با مقاومت زیاد در ایالات متحده ، محدود به مناطق شیکاگو ، نیویورک و هوستون بوده است. از شروع سال ۱۹۶۵ ، پس از ساخت بتن با مقاومت ۵۲ مگاپاسکال برای ستون های برج کناره دریاچه ، در منطقه شیکاگو ، بیش از ۴۰ ساختمان بلند ساخته شده است. از سال ۱۹۷۲ ، برای ساخت ساختمان های تجاری بیش از ۵۰ طبقه ، استفاده از بتن با مقاومت ۶۰ مگاپاسکال عمومیت پیدا کرده است.

می توان ادعا کرد که با استفاده از مقاومت زیاد می توان ابعاد ستون ها را به حداقل رساند و در نتیجه زیبایی آنها نیز تامین گردد. بیست و هشت طبقه پایین یک برج آب ۷۹ طبقه ، شامل ستون هایی با بتن با مقاومت Psi ۹۰۰۰ است. در سال ۱۹۸۲ ، از بتن به مقاومت Mpa ۱۰۰ در ساختمان تجاری شیکاگو استفاده گردید. در سال ۱۹۸۹ ستونهای شش طبقه اول یک برج در شیکاگو ، با بتن به مقاومت Mpa ۹۶ حاوی دوده سیلیسی ساخته شد. این پروژه همچنین دارای یک ستون آزمایشی ساخته شده با بتن به مقاومت Mpa ۱۱۷ بود. ساختمان پلازا در تورنتو ، و ساختمان یونیون اسکویر در سیاتل به ترتیب دارای اعضای بتن آرمه ای به مقاومت ۹۵ Mpa و ۱۲۰ Mpa می باشند.

در سال ۱۹۷۹، ساختمان ۵۳ طبقه هتل پالاس در نیویورک اولین سازه ای بود که در ساخت آن از بتن با مقاومت زیاد (Psi ۸۰۰۰) استفاده گردید. از این بتن برای کاهش اندازه ستون ها استفاده گردید. قبل از ساخت این ساختمان ، که در آن از قاب بتنی با دال تخت استفاده شد، همواره در ساختمان های بیش از ۳۵ طبقه نیویورک، از قاب های سازه ای فولادی استفاده می شد. از بتن با مقاومت Psi ۸۰۰۰ با فوق روان کننده ، در ساختمان ۴۶ طبقه ای در خیابان پارک استفاده گردید. این ساختمان ، دارای هسته بتنی صلب و قاب بتن آرمه از نوع تیر و شاه تیر بود. از بتن با مقاومت زیادی برای ساخت هسته و ستون های با قطر ۴۶ اینچ استفاده گردید. قاب بتنی ساختمان ۳۸ طبقه خیابان مادیسون، با استفاده از بتن با مقاومت Psi ۸۵۰۰ ، همراه با فوق روان کننده، به منظور کاهش اندازه ستونها، ساخته شد.

همانطور که قبلا اشاره شد ، مزیت استفاده از بتن با مقاومت زیاد ، میزان حرارت هیدراتاسیون نسبتأ کم ، به ازای مقاومت واحد می باشد. بنابراین ، در این نوع بتن ها ، احتمال ترک خوردگی حرارتی کاهش می یابد. در سازه پل چورن جدید (New Tjorn) در سوئد ، که در سال ۱۹۸۱ ساخته شده است، برای اولین بار ، از دوده سیلیسی متراکم ، برای ساختن بتن با مقاومت زیاد استفاده شده است. عمده ترین هدف مصرف این ماده ، کاهش حرارت هیدراتاسیون بوده است. براساس نظریه ریکنه و اسونسان علت اصلی استفاده از دوده سیلیسی، کاهش مقدار سیمان، بدون افت مقاومت می باشد.