تأثیر اندازه سنگدانه و تراکم بر مقاومت و خواص هیدرولیکی بتن نفوذپذیر

مقدمه
در سال‌های اخیر، بتن نفوذپذیر به‌عنوان یکی از مصالح نوین و پایدار در صنعت ساخت‌وساز مطرح شده است. این نوع بتن با داشتن ساختار متخلخل، امکان نفوذ آب باران به لایه‌های زیرین را فراهم کرده و به کاهش خطر سیلاب‌های شهری و افزایش نفوذپذیری آب‌های زیرزمینی کمک می‌کند. با وجود این مزایا، مقاومت پایین مکانیکی یکی از چالش‌های اصلی استفاده از بتن نفوذپذیر در روسازی‌ها و مسیرهای پرترافیک است.
این مطالعه‌ که توسط Kajo Ferić  و همکاران در دانشگاه زاگرب انجام شد، به بررسی اثر اندازه سنگدانه و درجه تراکم بر مقاومت مکانیکی و هدایت هیدرولیکی بتن نفوذپذیر پرداخت. نتایج این پژوهش دیدگاه‌های مهمی را برای طراحی و تولید بتن‌های زیست‌محیطی کارآمد ارائه می‌دهد.

روش تحقیق

در این پژوهش، یازده طرح اختلاط متفاوت بتن با اندازه‌های سنگدانه 4-0 ، 8-4 و 16-8 میلی‌متر مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین چهار سطح تراکم مختلف اعمال شد تا تأثیر انرژی تراکم بر مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مقاومت سایشی، تخلخل و هدایت هیدرولیکی بررسی شود.
برای بهبود کارپذیری، از فوق‌روان‌کننده پلی‌کربوکسیلاتی (PCE) و عامل حباب‌زا (AEA) استفاده شد.

یافته‌ها و نتایج

1.    تراکم (Compaction) عامل کلیدی در افزایش مقاومت و کاهش نفوذپذیری بتن بود. با افزایش انرژی تراکم از 99 تا kJ/m³ 496، چگالی بتن تا 9 درصد افزایش یافت.
2.    اندازه سنگدانه اثر مستقیم بر مقاومت فشاری داشت؛ بتن‌های حاوی سنگدانه 8-4 میلی‌متری تا 40% مقاومت فشاری بالاتر از نمونه‌های دارای سنگدانه 16-8 میلی‌متری نشان دادند.
3.    افزایش سیمان و کاهش تخلخل موجب افزایش مقاومت کششی تا %75 شد، در حالی که تأثیر اندازه سنگدانه در این بخش کمتر بود.
4.    در آزمون سایش (Abrasion Resistance)، بتن‌های متراکم‌تر و دارای دانه‌های ریزتر، مقاومت بالاتری در برابر سایش از خود نشان دادند.
5.    هدایت هیدرولیکی (Hydraulic Conductivity) بین 5/3 تا 2/35 میلی‌متر بر ثانیه اندازه‌گیری شد؛ بتن‌های متراکم‌تر دارای نفوذپذیری کمتر بودند، اما همچنان در محدودۀ مطلوب استانداردهای بتن نفوذپذیر قرار داشتند.
6.    بهترین ترکیب برای دستیابی به تعادل بین مقاومت و نفوذپذیری، استفاده از سنگدانه 8-4 میلی‌متر با تخلخل طراحی‌شده حدود ۱۳ تا ۱۵ درصد گزارش شد.

کاربردهای بتن نفوذپذیر در پروژه‌های عمرانی و زیست‌محیطی

۱. کنترل روان‌آب‌های سطحی و کاهش خطر سیلاب

یکی از مهم‌ترین کاربردهای بتن نفوذپذیر، مدیریت آب‌های سطحی در مناطق شهری است. این نوع بتن با داشتن تخلخل متصل (Interconnected Porosity) به آب اجازه می‌دهد تا از سطح عبور کرده و به لایه‌های زیرین خاک برسد. در نتیجه، روان‌آب‌های ناشی از بارش کاهش یافته و خطر سیلاب شهری (Urban Flooding) تا حد زیادی کنترل می‌شود.

۲. افزایش نفوذپذیری خاک و تغذیه منابع زیرزمینی

عبور تدریجی آب از میان منافذ بتن باعث می‌شود که آب به جای تبخیر سطحی، در زمین نفوذ کند و موجب احیای سفره‌های زیرزمینی شود.

۳. کاربرد در روسازی‌های سبک و محیط‌های کم‌ترافیک

به دلیل مقاومت فشاری پایین‌تر نسبت به بتن معمولی (۲ تا ۲۸ مگاپاسکال)، بتن نفوذپذیر برای محوطه‌سازی، پیاده‌روها، پارکینگ‌ها، جاده‌های فرعی و مسیرهای دوچرخه مناسب است. در این فضاها، عملکرد هیدرولیکی بتن اهمیت بیشتری نسبت به باربری سنگین دارد.
همچنین به کمک سنگدانه‌های با اندازه متوسط (۴–۸ میلی‌متر) و تراکم مناسب می‌توان توازن مطلوبی میان مقاومت مکانیکی و هدایت هیدرولیکی ایجاد کرد.

۴. کاهش اثر جزیره حرارتی و جذب صدا

سطح روشن و متخلخل بتن نفوذپذیر باعث بازتاب حرارت خورشید و کاهش دمای سطحی در مناطق شهری می‌شود. این ویژگی به کاهش پدیدۀ جزیره حرارتی شهری (Urban Heat Island) کمک می‌کند. از سوی دیگر، ساختار متخلخل بتن نقش موثری در جذب صداهای محیطی دارد و سطحی آرام‌تر و کم‌نویزتر ایجاد می‌کند.

۵. بهبود کیفیت آب و فیلتر طبیعی آلاینده‌ها

در هنگام عبور آب باران از میان حفرات بتن نفوذپذیر، ذرات گردوغبار، فلزات سنگین و آلاینده‌های سطحی در لایه‌های داخلی بتن به دام می‌افتند. این فرایند مانند فیلتراسیون طبیعی عمل کرده و موجب بهبود کیفیت آب زهکش‌شده می‌شود.

۶. نقش در زیرساخت‌های سبز و شهر پایدار

مطابق یافته‌های مقاله، بتن نفوذپذیر با تنظیم دقیق اندازه سنگدانه، نسبت تخلخل و تراکم می‌تواند به عنوان یکی از اجزای کلیدی زیرساخت‌های سبز شهری (Green Infrastructure) مورد استفاده قرار گیرد.
کاربرد آن در مسیرهای پیاده‌رو، پارک‌های شهری، پارکینگ‌ها و بام‌های سبز می‌تواند به کاهش مصرف انرژی، بهبود چرخه آب شهری و افزایش پایداری محیط زیست منجر شود.

نتیجه‌گیری

•    درجه تراکم مهم‌ترین عامل در کنترل مقاومت و نفوذپذیری بتن نفوذپذیر است.
•    استفاده از سنگدانه‌های متوسط (8-4 میلی‌متری) بهترین توازن بین استحکام و عملکرد زهکشی را فراهم می‌کند.
•    حتی در تراکم‌های بالا، بتن نفوذپذیر همچنان قابلیت عبور آب را حفظ می‌کند و می‌تواند در پروژه‌های شهری و زیست‌محیطی به‌کار گرفته شود.
این یافته‌ها مسیر طراحی بتن‌های هوشمند و پایدار برای کنترل روان‌آب‌های سطحی را هموار می‌سازد.

منبع:    

www.multiarticlesjournal.com

برای دریافت مشاوره و اطلاعات بیشتر، همین حالا با ما تماس بگیرید.

محصولات ما - تماس با ما