نسبت آب به سیمان یعنی وزن آب اختلاط تقسیم بر وزن سیمان همان بتن. اگر در یک متر مکعب بتن ۳۵۰ کیلوگرم سیمان و ۱۷۵ لیتر آب باشد، این نسبت ۰٫۵ است. مقاومت و دوام بتن بیش از هر عدد دیگری، حتی بیش از عیار، به همین نسبت بسته است؛ چون هر لیتر آبی که سیمان لازم ندارد، پس از تبخیر یک حفرهٔ مویین در بتن جا می‌گذارد.
نسبت آب به سیمان چطور حساب می‌شود؟
جواب کوتاه: کل آب آزاد مخلوط را بر وزن سیمان تقسیم کن. «کل آب» فقط آبی نیست که با شلنگ یا سطل در بتونیر ریخته می‌شود؛ رطوبت آزاد ماسه و شن و آب همراه افزودنی مایع هم در آن حساب می‌شود.
اگر بخشی از سیمان با پوزولان، سرباره یا میکروسیلیس جایگزین شده باشد، مخرج کسر کل این مواد است و نام عدد «نسبت آب به مواد سیمانی» می‌شود. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش ۱۳۹۲) در جدول‌های دوام همین شکل دوم را به کار برده است. واحدها باید یکی باشند؛ لیتر آب تقریباً همان کیلوگرم آب است، ولی سیمان را با پاکت ۵۰ کیلویی بشمار، نه با فرغون یا سطل.
نسبت آب به سیمان در بتن چقدر است؟
عدد ثابتی ندارد؛ از مقاومت و محیط سازه انتخاب می‌شود. رابطهٔ تقریبی میان این نسبت و مقاومت فشاری ۲۸ روزه در جدول ACI ۲۱۱٫۱، آیین طرح اختلاط مؤسسهٔ بتن آمریکا، آمده و انجمن سنگدانه و بتن پنسیلوانیا (PACA) آن را برای بتن بی حباب هوا چنین نقل کرده است:
- مقاومت حدود ۳۴٫۵ مگاپاسکال: نسبت ۰٫۴۸
- مقاومت حدود ۲۷٫۶ مگاپاسکال: نسبت ۰٫۵۷
- مقاومت حدود ۲۰٫۷ مگاپاسکال: نسبت ۰٫۶۸
- مقاومت حدود ۱۳٫۸ مگاپاسکال: نسبت ۰٫۸۲
این جدول نقطهٔ شروع طرح اختلاط است، نه جای آزمایش. مبحث نهم (بند ۹-۵) میخواهد آزمایشگاه برای همان سیمان و سنگدانه چند مخلوط آزمایشی بسازد و نمودار نسبت آب به سیمان در برابر مقاومت را رسم کند. سیمان دو کارخانه با یک تیپ و یک ردهٔ مقاومتی هم روی این نمودار دقیقاً یکی نمی‌افتند.
حداکثر نسبت آب به سیمان در مبحث نهم چقدر است؟
سقف به محیط بستگی دارد و از ۰٫۴ تا ۰٫۶ است. جدول ۹-۶-۱ مبحث نهم (ویرایش ۱۳۹۲) برای بتن مسلح در معرض یون کلرید پنج ردهٔ محیطی دارد و برای هر کدام کمینهٔ سیمان، سقف نسبت آب به مواد سیمانی و کمینهٔ ردهٔ بتن را تعیین کرده است:
- محیط متوسط (A)، ساختمان روی زمین دور از باد نمک‌دار: سقف ۰٫۵، دستکم ۳۰۰ کیلوگرم سیمان، ردهٔ C30
- محیط شدید (B و C)، نزدیک ساحل یا در تماس با خاک و آب کلریددار: سقف ۰٫۴۵، دستکم ۳۲۵ تا ۳۵۰ کیلوگرم، ردهٔ C30 تا C35
- محیط خیلی شدید و فوق‌العاده شدید (D و E): سقف ۰٫۴، دستکم ۳۵۰ تا ۳۷۵ کیلوگرم، ردهٔ C35 تا C40
دو سقف دیگر هم در همان مبحث (ویرایش ۱۳۹۲) هست. بتن پمپی (بند ۹-۸-۵) حداکثر ۰٫۶ و بتن سواحل خلیج فارس و دریای عمان (بند ۹-۸-۳-۶) حداکثر ۰٫۴. آیین‌نامهٔ ACI ۳۱۸ هم برای «بتنی که در تماس با آب باید نفوذپذیری کم داشته باشد» سقف ۰٫۵ گذاشته است؛ یعنی کف حمام، مخزن و دیوار زیرزمین.
آب اضافه دقیقاً چه چیزی را در بتن خراب میکند؟
آب اضافه حفره می‌سازد و حفره هم مقاومت را می‌برد و هم راه نفوذ آب و نمک را باز میکند. طبق درس‌نامهٔ مهندسی مصالح ادارهٔ فدرال بزرگراه‌های آمریکا (FHWA)، حدود ۰٫۲۴ برابر وزن سیمان آب صرف ساختن محصولات واکنش می‌شود و حدود ۰٫۱۸ برابر هم درون ساختار آن‌ها می‌ماند. آبی بیش از این، فضای خالی میان دانه‌های سیمان باقی می‌گذارد.
همان درس‌نامه یک مقایسهٔ عددی هم دارد. در بتن حباب‌دار، نسبت ۰٫۴۰ حدود ۵۰۰۰ psi (نزدیک ۳۴ مگاپاسکال) مقاومت میدهد و نسبت ۰٫۵۰ حدود ۳۸۰۰ psi (نزدیک ۲۶ مگاپاسکال)؛ یعنی کمابیش یک‌چهارم مقاومت با یک دهم آب بیشتر از دست رفت. بتن متخلخل‌تر رطوبت و کلرید را زودتر به میلگرد می‌رساند و زنگ‌زدگی از همان‌جا شروع می‌شود.
آب پنهان ماسه چقدر نسبت آب به سیمان را بالا می‌برد؟
بیش از آن‌چه بیشتر کارگاه‌ها فکر می‌کنند؛ گاهی به اندازهٔ ۰٫۱ کامل. یک مثال: طرح ۳۵۰ کیلوگرم سیمان و ۱۷۵ لیتر آب در هر متر مکعب دارد، یعنی نسبت ۰٫۵. ماسهٔ مصرفی ۸۰۰ کیلوگرم است و چون شب قبل باران خورده، ۵ درصد رطوبت آزاد دارد. همین ماسه ۴۰ لیتر آب با خودش می‌آورد.
اگر آب اختلاط کم نشود، کل آب ۲۱۵ لیتر و نسبت واقعی ۰٫۶۱ می‌شود. روی جدول ACI ۲۱۱٫۱ این یعنی پایین آمدن از حدود ۳۳ مگاپاسکال به حدود ۲۵ مگاپاسکال، در حالی که در برگهٔ طرح هنوز ۰٫۵ نوشته شده است. راه درستش این است که رطوبت ماسه همان روز اندازه گرفته شود؛ یک نمونه را وزن کن، روی حرارت خشک کن، دوباره وزن کن و آب اختلاط را به همان اندازه کم کن.
افزودن آب به تراک‌میکسر سر کار مجاز است؟
نه با آب خالی. مبحث نهم (ویرایش ۱۳۹۲) در بند ۹-۷-۴-۳ می‌گوید بتنی که اسلامپش موقع تحویل کمتر از مقدار مقرر است نباید مصرف شود و ادامه میدهد: «افزودن اسلامپ بتن تا هنگامی که هنوز از مخلوط‌کن تخلیه نشده، فقط با اجازه دستگاه نظارت و با افزودن دوغاب سیمان با یا بدون مواد افزودنی روانکننده میسر می‌باشد مشروط بر اینکه نسبت آب به سیمان از حداکثر مقدار مجاز طرح فراتر نرود.»
معنای عملی‌اش ساده است. اگر برای طرح ۰٫۵ بیست لیتر آب به تراک اضافه شود، دستکم ۴۰ کیلوگرم سیمان هم باید با آن برود تا نسبت ثابت بماند. رانندهٔ تراک معمولاً فقط آب دارد، نه سیمان؛ آبی هم که سر کار اضافه شود در برگهٔ تحویل ثبت نمیشود. پس اگر بتن سفت رسید، روانکننده یا مرجوع کردن بار درست است، نه شلنگ.
نسبت آب به سیمان در بتن عیار ۳۵۰ چقدر است؟
عیار ۳۵۰ فقط وزن سیمان را می‌گوید، نسبت آب را نه. با ۳۵۰ کیلوگرم سیمان، ۱۷۵ لیتر آب نسبت ۰٫۵ میدهد و ۱۴۰ لیتر نسبت ۰٫۴. دومی بی روانکننده معمولاً آنقدر سفت است که خوب جا نمیافتد. تعداد پاکت لازم برای هر عیار را محاسبه‌گر سیمان میدهد و جدول کامل در مطلب مصرف سیمان در متر مکعب آمده است؛ آب را جدا از روی نسبت هدف حساب کن.
یک خطای رایج هم این است که برای جبران آب اضافه عیار را بالا می‌برند. این کار نسبت را درست میکند، ولی بتن را گران‌تر و حرارت‌زاتر میکند. اگر قرار است پول خرج شود، هزینهٔ روان‌کنندهٔ هر متر مکعب را با قیمت روز سیمان برای همان چند پاکت اضافه مقایسه کن.
پیش از بتنریزی چه چیزهایی را وارسی کنیم؟
- نسبت آب به سیمان طرح روی برگهٔ سفارش یا نقشه نوشته شده باشد؛ بند ۹-۲ مبحث نهم آوردن آن را در نقشه‌ها لازم می‌داند
- رطوبت ماسه و شن همان روز اندازه گرفته و از آب اختلاط کم شود
- آب با پیمانه یا کنتور ریخته شود، نه با شلنگ باز
- اسلامپ هر تراک پیش از تخلیه آزموده شود و با سفارش بخواند
- برای بتن آماده، شرط «افزودن آب فقط با اجازهٔ ناظر» پیش از سفارش با فروشنده نوشته شود
- برای سیمان، تیپ و ردهٔ مقاومتی همان باشد که طرح اختلاط با آن ساخته شده
عملآوری هم به همین نسبت گره خورده است. جدول ۹-۷-۲ مبحث نهم (ویرایش ۱۳۹۲) برای بتن معمولی با نسبت ۰٫۴۳ و بیشتر، دستکم ۶ روز عملآوری در هوای معمولی، ۷ روز در هوای گرم و ۱۰ روز در هوای سرد میخواهد.
