آموزش گام به گام محاسبه طرح اختلاط بتن

در صورتی که مقاومت مشخصی از بتن انتظار داشته باشید باید مخلوط بتنی متشکل از آب، سیمان، شن و ماسه را به نسبت مناسب با یک دیگر ترکیب کنید که در ادبیات فنی مهندسی عمران به آن طرح اختلاط بتن می‌گویند. از جمله روش‌های طرح اختلاط بتن می‌توان به روش ۲۱۱ – ACI آمریکا، BS انگلیسی، آلمانی و روش مخلوط ملی ایران اشاره کرد. ابزار محاسبه طرح اختلاط بتن آنلاین از روش ACI استفاده می‌کند و با دریافت مشخصات مورد نظر شما طرح اختلاط را ارائه می‌دهد. در ادامه این مقاله آموزش گام به گام محاسبه طرح اختلاط بتن در قالب یک مثال مورد بررسی قرار می‌گیرد.

مثال طرح اختلاط بتن ۳5 مگاپاسکال به روش ACI

برای درک بهتر مطلب ابتدا یک صورت مسئله تعریف کرده و گام به گام به حل آن می‌پردازیم تا فرایند آموزش طرح اختلاط بتن ساده‌تر گردد. فرض کنید خواهان طرح اختلاط بتنی با مقاومت 35 مگاپاسکال با مشخصات زیر هستیم. منبع جداولی که در این مطلب ارائه شده برگفته از آیین نامه ACI-211 است که در کتاب‌های تکنولوژی بتن فارسی نیز نقل گردیده است.

  • بتن ریزی با اسلامپ بین ۷۵ تا ۱۰۰ میلی‌متر مد نظر است.
  • بزرگترین اندازه اسمی مشخص شده سنگدانه 18 میلی‌متر و از نوع شکسته است.
  • سیمان پرتلند از نوع ۱ (چگالی = ۳٫۱۵ تن بر مترمکعب) و مقدار جذب آب آن ۱ درصد است.
  • چگالی سنگدانه درشت (SSD) برابر ۲٫8 و چگالی سنگدانه ریز (SSD) برابر ۲٫۶ است.
  • مدول نرمی ماسه ۲٫۸ است.
  • جرم خشک سنگدانه درشت میله کوبیده برابر ۱7۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب است.
  • مقدار جذب آب شن 3 درصد و رطوبت سنگدانه ریز 4 درصد است.
  • مقدار جذب آب ماسه ۲ درصد و رطوبت سنگدانه ریز ۴.5 درصد است.

انتخاب اسلامپ مناسب برای کاربری قطعه بتنی

انتخاب اسلامپ معمولاً بر اساس تجربه صورت می‌گیرد. در غیر این صورت می‌توانید از جدول اسلامپ های پیشنهادی برای سازه‌های مختلف توسط آیین نامه ACI-211-89 استفاده کنید.

نوع سازه اسلامپ، mm
حداکثر حداقل
پی‌ها و شالوده دیوارهای بتن آرمه 75 25
پی‌ها و دیوارهای غیر مسلح 75 25
تیرها و دیوارهای بتن آرمه 100 25
ستون‌های سازه 100 25
روسازی‌ها و دال‌ها 75 25
بتن حجیم 75 25

تخمین مقدار آب لازم و میزان هوا

مقدار تقریبی آب لازم و میزان هوا را می‌توان از جدول زیر دست آورد. همچنین درصد تقریبی هوای غیر عمدی که در بتن بدون حباب هوا ایجاد می‌شود، در این جدول پیش‌بینی‌شده است. با توجه به اسلامپ 75 – 100 میلی‎متر صورت مسئله و همچنین اندازه اسمی بزرگترین بعد سنگ دانه که 18 میلی‌متر است، مقدار 205kg/m3 قابل استخراج است.

تخمین مقدار آب لازم در بتن

در مورد بزرگترین بعد سنگ دانه مبحث نهم در بند شرایط کنترلی زیر را اعلام کرده است که باید مد نظر قرار داده شود.

  • یک پنجم کوچکترین بعد داخلی قالب
  • یک سوم ضخامت دال
  • سه چهارم حداقل فاصله آزاد میان آرماتورهای تکی یا گروهی
  • سه چهارم حداقل ضخامت پوشش بتنی روی آرماتورها

انتخاب نسبت آب به سیمان و محاسبه وزن سیمان

انتخاب نسبت آب به سیمان باید بر اساس مقاومت موردنیاز بتن و شرایط محیطی صورت گیرد. برای بتن بدون هوا و مقاومت فشاری 35 مگاپاسکال مقدار 0.47 از جدول زیر قابل استخراج است. حال مقدار وزن سیمان با داشتن نسبت آب به سیمان و مقدار حجم آب تخمینی از قسمت قبل قابل محاسبه است.

کیلوگرم  436 = ۰٫47 / ۲۰۵ = وزن سیمان برای یک مترمکعب بتن

مقاومت فشاری
28 روزه، مگاپاسکال
 نسبت آب به سیمان
بتن بدون حباب هوا بتن هوادار
40 0.42
35 0.47 0.39
30 0.54 0.45
25 0.61 0.52
20 0.69 0.6
15 0.79 0.7

آیین نامه ACI حداکثر نسبت مجاز آب به سیمان در شرایط محیطی نامناسب را مطابق جدول زیر تنظیم کرده است که باید کنترل گردد.

نوع سازه سازه‌هایی که بطور پیوسته یا متناوب مرطوبند و تحت اثر سیکل‌های یخ زدن و آب شدن قرار دارند. سازه‌های در معرض آب دریا و یا سولفات‌ها
مقاطع ظریف (نظیر نرده‌ها، جان‌پناه‌های تیرچه‌ها و کارهای تزئینی) و مقاطعی با پوشش کمتر از 5 میلی‌متر روی آرماتورها 0.45 0.4
سایر سازه‌ها 0.5 0.45

تخمین وزن شن در بتن

تعیین میزان شن بر اساس مدول نرمی ماسه محاسبه می‌شود. از فصل اول کتاب مکانیک خاک به یاد داریم که ضریب مدول نرمی از دانه‌بندی خاک بدست می‌آید. مدول نرمی تعیین‌کننده ریزی و درشتی دانه‌ها است. هر چه دانه‌های سنگی درشت‌تر باشد مدول نرمی آنها بیشتر و هرچه ریزدانه‌‌تر مدول نرمی کمتری دارند. باتوجه به اطلاعات صورت مسئله می‌دانیم که مدول نرمی برای سنگ دانه‌های درشت 2.8 و بزرگترین قطر سنگ دانه 18 میلی‌متر است در نتیجه مقدار 0.62 از جدول زیر استخراج می‌گردد. جرم خشک شن در حدود 1700kg/m3 است بنابر این می‌توان وزن شن را برای یک متر مکعب بتن به شکل زیر محاسبه کرد.

کیلوگرم 1054 = ۱7۰۰ * ۰٫۶۲ = وزن شن

بزرگترین اندازه اسمی دانه‌ها، میلی‌متر حجم دانه‌های خشک میله‌خورده در واحد حجم بتن بر اساس مقادیر مختلف مدول نرمی ماسه
2.4 2.6 2.8 3
9.5 0.5 0.48 0.46 0.44
12.5 0.59 0.57 0.55 0.53
19 0.66 0.64 0.62 0.6
25 0.71 0.69 0.67 0.65
37.5 0.75 0.73 0.71 0.69
50 0.78 0.76 0.74 0.72
75 0.82 0.8 0.78 0.76
150 0.87 0.85 0.83 0.81

تخمین وزن ماسه در بتن

تا به این مرحله وزن آب، شن و سیمان محاسبه شد. درصورتی که جمع این مقادیر از وزن یک متر مکعب بتن کم شود وزن سیمان محاسبه می‌شود. وزن یک متر مکعب بتن با توجه به بزرگترین اندازه سنگ دانه از جدول زیر مقدار 2350 کیلوگرم استخراج می‌گردد.  دقت کنید در جدول مقادیر بر حسب جرم واحد حجم بتن به kg/m3 ارائه شده است و از آنجا که محاسبات را برای یک متر مکعب بتن انجام می‌شود پس عددی که از جدول به kg/m3 استخراج می‌شود پس از ضرب در یک متر مکعب به واحد kg تبدیل می‌شود. وزن مخصوص ماسه اشباع با سطح خشک (SSD) حدود ۲۴۰۰ کیلوگرم در مترمکعب است.

کیلوگرم 655 = (۲۰۵+436+1054) – ۲۳۵۰ = وزن ماسه

بزرگترین اندازه سنگ دانه بر حسب mm تخمین اولیه جرم واحد حجم بتن kg/m3
بتن هوازی نشده بتن هوازایی شده
9.5 2280 2200
12.5 2310 2230
19 2350 2280
25 2380 2285
37.5 2415 2320
50 2445 2345
75 2490 2395
150 2525 2435

اصلاح وزن بر اساس رطوبت دانه‌ها

محاسباتی که تا این مرحله انجام شد بر اساس خشک بودن دانه‌های شن و ماسه است اما در داده‌های صورت مسئله برای شن مقدار 4 درصد رطوبت با قابلیت جذب آب 3 درصد و برای ماسه مقدار 4.5 درصد رطوبت با قابلیت جذب آب 2 درصد در نظر گرفته شده است. در نتیجه اوزان بدست آمده تا این مرحله باید اصلاح گردد. در گام اول مقدار آب موجود در شن و ماسه محاسبه می‌گردد.

کیلوگرم 10.54 = (0.03 – 0.04) * 1054 = وزن آب موجود در شن

کیلوگرم 16.37 = (0.02 – 0.045) * 655 = وزن آب موجود در ماسه

سپس وزن نهایی آب در طرح اختلاط اصلاح می‌شود.

کیلوگرم ۱78.09 = (16.37 + 10.54) – ۲۰۵ = وزن اصلاح شده آب

حال باید وزن رطوبت شن و ماسه را به اوزانی که در حالت خشک محاسبه شده است اضافه گردد.

کیلوگرم 1064.54 = 10.54 + 1054 = وزن اصلاح شده شن

کیلوگرم 671.37 = 16٫37 + 655 = وزن اصلاح شده ماسه

در نهایت طرح اختلاط نهایی بتن با مقاومت 35 مگاپاسکال به روش ACI به شکل زیر است.

  • سیمان : 436 کیلوگرم
  • آب : 178.09 کیلوگرم
  • شن موجود : 1064.54 کیلوگرم
  • ماسه موجود :671.37 کیلوگرم

نرم افزار محاسبه طرح اختلاط بتن آنلاین

در قسمت‌های قبل در قالب حل یک مثال روند گام به گام طرح اختلاط بتن به روش ACI مورد بررسی قرار گرفت. همانطور که مشاهده کردید در روند حل مسئله با مراجعه به جداول مختلف فرایند طولانی طی شد اما شما می‌توانید به سادگی با استفاده از نرم‌افزار محاسبه طرح اختلاط بتن آنلاین و انتخاب مشخصات مصالح خود به محاسبه طرح اختلاط بتن بپردازید. در صورتی که ایراد یا پیشنهادی نسبت به این ابزار آنلاین دارید لطفا در قسمت نظرات با ما در میان بگذارید.