تولید بتن خود متراکم (SCC) معمولاً به وسیله: (الف) افزایش مقدار ترکیبات ریزدانه در مخلوط که میتواند توسط ترکیب یک یا چند مورد از افزودن مواد سیمان (SCM)؛ (ب) اضافه کردن افزودنیهای کاهنده آب با حد بالا یا روان کننده بتن (HRWRA) و در صورت لزوم افزودنیهای اصلاحکننده ویسکوزیته و یا کاهش محتوای جامد در مخلوط، به دست می آید.
SCM های مختلف در تولید SCC بهطور موفقیتآمیز مورداستفاده قرارگرفتهاند، مانند خاکستر کوره ذوب گرانول، خاکستر آتشفشانی، گردوغبار کوره سیمان، خاکستر پوسته و سیلیسیم. متاکائولین (MK) نوع دیگری از SCM است که نسبتاً جدید بوده و در طول دو دهه گذشته بهطور گستردهای برای تولید بتن با مقاومت بالا و عملکرد بالا مورد استفاده قرار گرفته است. در سالهای اخیر، MK برای تولید SCC معرفیشده است. رفتار MK در مخلوط SCC شبیه به مخلوط بتن معمولی بوده است که نشاندهنده افزایش عملکرد مکانیکی و دوام کلی بوده است.
متاسفانه، تولید SCC معمولا هزینههای بالایی را به همراه دارد که به محتوای بالای سیمان و درصد بالای SCM و یا دوزهای بالا HRWRA مربوط میشود. به همین علت، بهینهسازی مخلوطهای SCC بهطور موثر برای کاهش هزینهها تاثیر دارد و این در حالی است که بهترین خواص تازه و سخت در بتن مخلوط محفوظ میماند. طراحی آماری آزمایشها یک ابزار مفید است که میتواند برای بهینهسازی اجزای مخلوط SCC استفاده شود. علاوه بر این، مدلهای پیشبینی را میتوان برای ارزیابی پاسخ در سطوح مختلف عوامل حاکم توسعه داد. با استفاده از چنین مدلهایی، بهینهسازی عددی میتواند برای کاهش یا واکنش حداکثری انجام شود. طراحی آماری آزمایشها بهطور گستردهای در طراحی و بهینهسازی برای بتنهای طبیعی و SCC بهویژه آنهایی که حاوی SCM هستند استفاده میشود. روشهای کامپیوتری و نرمافزارهای دیگری نیز برای توسعه مدل پیشبینی برای خواص بتنهای مختلف استفاده میشود. نمونههایی از این روشها عبارتاند از: شبکههای عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک و سیستمهای تشخیصی فازی سازگار. بااینحال، بیشتر این مدلها نیاز به پایگاه داده قبلی در مورد پارامترهای ورودی و خروجی دارند که همراه با فرمولهای ریاضی قابلتوجهی توسعه روابط پیشبینی صورت میگیرد. تا به امروز، محققان، طراحی آماری آزمایشها را برای تجزیهوتحلیل، مدل، مطالعه تعامل بین پارامترها، طراحی و بهینهسازی رفتار مخلوطهای SCC، اعمال میکنند. طول عمر سازههای بتنی مهمترین خواصی است که باید در هنگام بهینهسازی مخلوطهای SCC مورد توجه قرار گیرد. سازههای بتنی تقویتشده، بهویژه آنهایی که در معرض درصد بالایی از کلریدها قرار میگیرند، باید توجه خاصی را در نظر بگیرند تا بتوانند عمر مفید خود را از طریق کاهش خوردگی فولاد تقویتشده بالا ببرند. خوردگی زمانی رخ میدهد که کلراید از آبنمک، آبهای زیرزمینی یا آب دریا نفوذ به پوشش بتن و به فولاد تقویتشده نیز برسد. هنگامیکه درصد کلرید در اطراف نوار فولادی بیش از آستانه موردنیاز برای شروع خوردگی شروع میشود و بهسرعت از طریق کل نوار فولادی منجر به از دست دادن جرم و پوشش بتن میشود.
نفوذپذیری کلرید یک ویژگی مهم در بتن است که نشاندهنده عمر مفید آن است. ارزیابی نفوذپذیری کلرید در بتن معمولاً با استفاده از یکی از آزمونهای استاندارد زیر انجام میشود: آزمون سریع نفوذ کلراید (ASTM C1202) و یا آزمون انتشار انبساط کلرید (ASTM C1556). اکثر مدلهای مورد استفاده برای پیشبینی زمان شروع خوردگی برای مقاومت بتن و کلریدها استفاده میشود. ثابتشده است که بتن با نفوذپذیری کم و میکرو ساختار متراکم مقاومت بیشتری نسبت به جذب کلرید و زمان طولانیتر برای شروع خوردگی دارد.
بهتازگی، روشهای مختلفی برای پیشبینی عمر مفید سازههای بتنی طراحیشده است. این روشها معمولاً عمر مفید سازههای بتنی را در دو دوره، از جمله دورههای آغاز و انتشار، نظارت میکنند. دوره شروع دورهای است که کلریدها به پوشش بتن نفوذ میکنند تا زمانی که به سطح آستانه (بهاندازه کافی برای شروع خوردگی) در سطح آجری برسند. دوره پخش پس از شروع دوره شروع میشود و زمانی که آسیبهای قابلتوجهی در ساختار ایجاد میشود که منجر به ترکخوردگی و انقباض جمعی میشود. زمان شروع دوره با استفاده از یک روش انتشار ساده محاسبه میشود، فرض بر این است که انتشار سیلیکا، مکانیسم غالب خوردگی است. بااینحال، زمان انتشار آن بستگی به تعریف «آسیب قابلتوجه» دارد. این میزان خسارت بهطورکلی بسته به نیاز و ماهیت ساختار متفاوت است.
هدف اصلی این مطالعه، ایجاد یک مخلوط بهینه SCC با ترکیبی از متاکائولین با استفاده از رویکرد طرح آماری و آزمایشها است. مقدار کل پیوندی، درصد MK، نسبت آب به ماده چسبنده و شرایط رطوبتی برای به دست آوردن بهترین مخلوط از نظر نفوذ پذیری کلر (RCPT و نفوذ کلرید) و عمر طولانی اهمیت دارد. رویکرد طرح آماری آزمایشی نیز برای ارائه مهمترین عوامل موثر بر هر متغیر پاسخ در مخلوط و برای توسعه برخی مدلهای پیشبینی برای هر نتیجه آزمایش است که استفاده می شود. این مطالعه همچنین ارتباط بین روشهای مختلف ارزیابی نفوذپذیری کلر در بتن را برای پیشبینی انتشار کلرید از ترکیبات SCC حاوی متاکولین ارائه کرد.