در این مقاله می خوانید:
با توجه به گسترش و پیشرفت علم و پیدایش تکنولوژیهای فراوان در قرن اخیر ، شناخت بتن و خواص آن نیز توسعه قابل ملاحظهای داشته است ، به نحوی که امروزه شاهد کاربرد انواع مختلف بتن مانند بتن متخلخل با مصالح مختلف هستیم که هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست. در حال حاضر انواع مختلفی از سیمانها که شامل پوزولان ها ، سولفورها ، پلیمرها ، الیافهای مختلف و افزودنی های متفاوتی هستند ، تولید میشوند.
بتن در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته میشود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان و نیز پوزولانها ، سرباره کورهها ، مواد مضاف ، گوگرد ، مواد افزودنی ، پلیمرها ، الیاف و غیره تهیه شود.
همچنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت ، بخار آب ، اتوکلاو ، خلا ، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کنندههای مختلف استفاده شود.
بتن متخلخل مخلوطی از بتن شامل سیمان ، آب ، سنگدانه درشت یکنواخت درجه بندی شده ، و سایر افزودنی ها می باشد. مقدار کم و هیچ ماسه ای در مخلوط به کار نمی رود ، که ایجاد حفره در ساختار پرمنفذ کند ، که به آب و هوا اجازه می دهد تا از طریق بتن انتقال پیدا کند.
بعد از جایگذاری ، سطح بتن متخلخل حالت بافت پیدا می کند ، که افزایش اصطکاک بین روسازی و لاستیک را به همراه دارد ، و باعث افزایش ایمنی جاده ها به طور کلی می شود. مقاومت فشاری ، کششی و خمشی بتن متخلخل با توجه به نسبت تخلخل بالا و عدم وجود مصالح ریزدانه ، کمتر از بتن معمولی می باشد (پوتمن و همکاران، ۲۰۱۱).
بتن متخلخل از سال ۱۹۷۰ در مناطق معتدل ایالات متحده استفاده شده ، و در سراسر جهان از سال ۱۸۰۰ به کار گرفته می شود (کورن و همکاران، ۲۰۰۹).
اجرای مناسب روسازی های بتنی متخلخل می تواند مقاومتی بیش از ۲۰ مگاپاسکال را به همراه داشته باشد، که در حجم کم و روسازی پارکینگ بیش از حد کافی است (تنیس وهمکاران، ۲۰۰۴).
در سراسر کشور آمریکا ، روسازی های بتنی متخلخل محبوبیت زیادی در سیستم های مدیریت سیلاب به دست آورده است (بوری و همکاران،۲۰۰۶).
هدف اصلی مدیریت سیلاب حفظ شرایط قبل از توسعه در مکان های به تازگی توسعه یافته است (لیندسی و همکاران، ۱۹۹۲).
نفوذ پذیری بالا و پتانسیل برای کاهش رواناب باعث شده است که سازمان حفاظت محیط زیست ، بتن متخلخل به عنوان یکی از بهترین روش های مدیریت سیلاب تعریف کند (موسسه پرتلند،۲۰۰۲).
مزایای بتن متخلخل نیز شامل کاهش دوره بهبود و کاهش منطقه غیر قابل نفوذ است. کاهش حجم رواناب کاهش در مقدار آب تخلیه شده به املاک اطراف را به همراه دارد ، و این کاهش نیاز به تسهیلات مدیریت آب را به حداقل می رساند. کاهش دوره بهبود ، باعث کاهش در مقدار آبی می شود که نیاز به تصفیه دارد ، و فشار بر روی سیستم فعلی و نیاز به تاسیسات تصفیه آب جدید را کاهش می دهد. بسیاری از شهرداری ها ، مقدار منطقه غیر قابل نفوذ مجاز بر روی یک سایت پروژه را محدود کردند. کاهش مقدار امکانات غیر قابل نفوذ اجازه توسعه بیشتر را طبق دستورالعمل های شهرداری و قابلیت حمایت محیط زیست از سایت را می دهد (ACI. 2010).
از آنجا که بتن متخلخل دارای منافع در به حداقل رساندن رواناب سیلاب و پیشگیری از افزایش آلودگی می باشد ، توانایی برای به دست آوردن اعتبار در شورای ساختمان سازی سبز ایالات متحده سرآمد در طراحی انرژی و محیط زیست (LEED) سیستم امتیاز دهی ساختمان سازی سبز ، بازیافت محتوا ، و مواد منطقه ای را دارد (متا، ۲۰۰۹).
در آب و هوای سرد ، بتن متخلخل به صورت بهتری در برابر سیکل ذوب یخ نسبت به روسازی های سنتی محافظت می کند. هوا مصالح در زیر بستر بتن می تواند به عنوان یک لایه عایق باشد که شکل گیری لایه یخ را به تاخیر می اندازد در حالی که نفوذپذیری را همچنان حفظ می کند. حتی پس از اینکه درجه حرارت هوا زیر نقطه انجماد رفت ، بتن متخلخل به اندازه ای کافی گرم است که اجازه می دهد تا آب نفوذ کرده و وارد لایه ذخیره سازی شود. همچنین بتن متخلخل ، بطور قابل توجهی سریع تر از سیستم های سنتی ذوب می شود ، زیرا حفره های هوا باز اجازه می دهد که هوای گرم نفوذ کند و یخ آن روسازی ذوب شود (کورن و همکاران، ۲۰۰۹).
یکی دیگر از مزیت های عمده بتن متخلخل که به طور مستقیم با ایمنی در ارتباط است ، حذف جمع شدگی آب ، پاشیده شدن آب ، و جلوگیری از خطر سر خوردن در رانندگی است. آب باران می تواند بلافاصله از روسازی حذف شود زیرا نیازی نیست به صورت عرضی از سطح خارج شود. بافت سطحی ایمنی را با افزایش مقاومت ترمز ماشین در محیط های مرطوب و خشک بهبود داده است. روسازی بتن متخلخل ، نسبتا آرام است.
با توجه به حضور حجم زیادی از منافذ به هم پیوسته ، بتن متخلخل در جذب صوتی بسیار مؤثر است. این مواد را می توان به عنوان وسیله ای برای کاهش سر و صدای تولید شده توسط تعامل روسازی و تایر به کار گرفته شود. کاهش سر و صدا ترکیبی از کاهش تولید نویز و افزایش جذب صدا می باشد (ACI. 2010).
بخاطر رنگ روشن آن ، بتن های متخلخل جذب حرارت کمتری در طول روز دارند ، که باعث کاهش تجمع حرارت در شهرستان ها می شود که به عنوان اثر گرما جزیره شهری شناخته شده است. اگر چه دمای سطح بتن متخلخل به دلیل سطح ناهموار آن گرم تر می باشد، حفره های زیر سطح به عنوان یک مکانیسم عایق عمل کرده و کاهش انتقال گرما به سطح زیری را به همراه دارد(حاصلباچ، ۲۰۰۹).
دانه بندی درشت دانه نیز ایده آل برای رشد و حفاظت از درختان در محیط روسازی می باشد ، که به درختان امکان دریافت آب و هوا را ایجاد می کند ، در حالی که هنوز هم استفاده کامل از روسازی را به همراه دارد (تنیس و همکاران، ۲۰۰۸).
استفاده از بتن متخلخل به عنوان یک روش مدیریت سیلاب ، با کاهش آب های سطحی و افزایش نفوذ ، اثرات منفی استفاده از زمین را کاهش می دهد (وانیلستا وهمکاران، ۲۰۰۷).
از خدمات بتن متخلخل کاهش اثر جزیره حرارتی شهری می باشد که به سرعت گرما را پس از غروب آفتاب به دلیل مقدار زیادی از سطح کم و پخش می کند. علاوه بر کاهش حجم رواناب ، بتن متخلخل دارای برخی از خواص تصفیه می باشد که به طور کلی ، کاهش ناخالصی های ناشی از خودروها و سایر منابع و بالا بردن کیفیت سیلاب را می توان ذکر کرد (کورن و همکاران، ۲۰۰۵).
از آنجا که سیلاب امکان ورود به آبهای زیرزمینی و شارژ آبخوان را دارد ، بتن متخلخل تاثیر کلی توسعه انسان بر اکوسیستم های موجود را کاهش می دهد.
جداشدگی شایع ترین نقص سطحی در بتن متخلخل است ، و می تواند با استفاده از مخلوط خوب بتن ، پیمانکار با تجربه ، و عمل آوری مناسب به حداقل برسد (کورن،۲۰۱۰). جداشدگی از مشکلات سطحی شناسایی شده توسط ذرات درشت دانه است از ترکیب مخلوط جدا شده اند، که باعث باقی ماندن شن های سست بر روی سطح روسازی می شود.
نقطه ضعف عمده بتن متخلخل، مقاومت کم آن است. در حالی که مواد افزودنی و ترکیبات خاص را می توان برای افزایش قدرت مقاومت مورد استفاده قرار داد ، ولی بتن متخلخل هنوز هم دارای مقاومت قابل ملاحظه ای پایین تر از بتن سنتی است (بوری،۲۰۰۶). این محدودیت سبب می شود که از آن در مناطق کم ترافیک، به طور کلی پارکینگ ها و جاده های محله استفاده شود (ACI. 2010). مراقبت های ویژه باید انجام شود تا رانندگی تجهیزات سنگین و کامیون ها در بتن متخلخل، به عنوان افزایش بار محسوب می شود ، منجر به نارسایی زودرس شود.
عدم وجود ریزدانه ها در بتن ایجاد یک مخلوط خشن می کند، که می تواند باعث ایجاد مشکلات را در کارهای سایت و چالش ها در قرار دادن شود. ساختار خالی و باز می تواند منجر به از دست دادن سریع رطوبت شود، که باعث سفت شدن سریع مواد شود( بوری،۲۰۰۶).
درصد تخلخل بتن های سبک هوادار یا متخلخل بین ۱۵ تا ۲۵ درصد می باشد و نفوذپذیری آن نیز حدود ۲تا۶ میلی متر بر ثانیه است (یوانگ و همکاران، ۲۰۱۰).
به منظور انجام تست نفوذپذیری ، باتوجه به محدوده بالای نفوذپذیری بتن های متخلخل از روش آزمایش نفوذپذیری با بار ثابت استفاده می شود. جنس ظرف آزمایش از نوع پلکسی گلاس بوده و ابعاد داخلی ظرف آزمایش ۱۶۰*۱۶۰ میلی متر و ارتفاع آن ۵۰۰ میلی متر می باشد.
(خرید دستگاه سنجش نفوذ پذیری آب در بتن از فروشگاه تجهیزات آزمایشگاهی آزمان)
به منظور جلوگیری از تاثیر تمرکز سیمان ، نمونه ها از بالا و پایین به میزان ۲.۵ سانتی متر (معادل ۱ اینچ) برش زده می شود. برای جلوگیری از نشت آب از کناره های نمونه ، ابتدا نمونه به وسیله پارافین آب بندی شده ، سپس در ظرف آزمایش قرار می گیرد.
رستمی و بهرامی (۱۳۹۶) در تحقیق خود به بررسی پارامترهای موثر در تولید بتن متخلخل از طریق آزمایش میزان نفوذپذیری پرداختند. طرح اختلاط در نظر گرفته شده برای این تحقیق مطابق جدول زیر می باشد.
برای اندازه گیری نفوذپذیری ، زمان تغییر افت هد آب با استفاده از فرمول دارسی به دست می آید. ارتفاع ستون آب جهت اندازه گیری نفوذ پذیری ، طوری تعیین می گردد که معمولا روسازی ها این هد را تجربه می کنند (حدود ۲۰ سانتی متر).
نفوذپذیری از رابطه زیر قابل محاسبه است که نمودار نتایج آن نیز نشان داده شده است.
در آزمایش مقاومت کششی از استاندارد ASTM C496 M-04 استفاده می شود. مقاومت کششی از طریق انجام آزمایش کشش غیر مستقیم (آزمایش برزیلی) به دست می آید. دستگاه بارگذاری در این آزمایش همان دستگاه آزمایش مقاومت فشاری است.
به ترتیبی که نمونه استوانه ای به صورت افقی روی فک تحتانی قرار گرفته و با سرعت ۲.۱ مگاپاسکال بر دقیقه طبق استاندارد فوق الذکر به سمت بالا حرکت می کند.
آزمایش مقاومت فشاری مطابق با استاندارد ASTM C39M-03 استفاده می شود. به منظور انجام آزمایش نمونه های بتن متخلخل ، از دستگاه بارگذاری با یک فک ثابت و یک فک متغیر استفاده می شود. نحوه انجام آزمایش به ترتیبی است که ابتدا سطح فوقانی نمونه های استوانه ای که به دلیل ساختار متخلخل بتن ناهموار است، با انجام آزمایش سرپوش گذاری هموار می گردد. به منظور اجرای صحیح عملیات سرپوش گذاری ابتدا سطوح ناهموار نمونه ها توسط دستگاه برش هموار می گردد.