بتن

بتن چیست؟

بتن که در زبان فرانسوی با عبارت Béton از ریشه لاتین Bitume شناخته می‌شود در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته می‌شود.

بتن که میزان تولید آن بالغ بر ۸٫۳ بیلیون مترمکعب در سال تخمین زده می‌شود، به علت دارا بودن خواص و ویژگی های ممتاز و نیز در دسترس بودن مصالح آن، پس از آب، پرمصرف ترین ماده روی زمین به شمار می رود. بتن در همه جا موجود است و در یکصد سال اخیر، استفاده از آن در ساخت بناهای مسکونی و اداری، پیاده روها، راه ها و جاده ها و نیز انواع مختلف ساختمان های فنی عملکردی از قبیل کارخانه ها، پارکینگ ها، متروها، فرودگاه ها، پل ها، سدها، سیلوها، سازه های دریایی، رآکتورهای اتمی و سازه های مقاوم در برابر انفجارات و زلزله، مقبولیتی همگانی پیدا کرده است.

چنانچه از عنوان این نوشتار برمی آید، این محصول یک ماده متناقض است. این کالا با اینکه تداعی کننده مفهوم سختی است، لیکن در ابتدای فرآیند اختلاط مواد تشکیل دهنده اش، نرم و روان است؛ اگرچه، بر اساس تعریفی که از آن سراغ داریم، یک ماده پیوندی و چندرگه است که از اختلاط سیمان، آب، ماسه و مصالح دانه ای معدنی از قبیل شن یا سنگریزه به دست می آید، اما معمولا به عنوان یک ماده یکپارچه و دارای شخصیت مستقل در نظر گرفته می شود. این محصول شکل ذاتی و طبیعی بخصوصی ندارد و از این رو باید با استفاده از قالب بندی به شکل معینی درآورده شود؛ یعنی شکل و بافت نهایی آن را قالبی که محصول به درون آن ریخته می شود، تعیین می کند.

این کالا می تواند هر رنگ، بافت و طرحی را به خود بگیرد، از این رو شاید بتوان آن را به یک آفتاب پرست تشبیه کرد. رنگ محصول اغلب خاکستری ست، اما از طریق انتخاب سیمان و مصالح دانه‌ای مناسب یا با استفاده از رنگدانه های شیمیایی می توان به آسانی آن را در رنگ های سفید، قهوه ای یا حتی قرمز روشن تولید کرد. این کالا بسته به قالب مورد استفاده در تولید آن، می تواند صاف و ساده یا دارای طرح های دقیق و پیچیده باشد؛ محصول می تواند همچون شیشه صاف باشد یا همچون صخره زمخت و ناصاف، ممکن است بدون پرداخت رها شده یا همچون یک تندیس به دقت روی آن کار شود. در واقع، با توجه به ویژگی های خاص سطح آن، یک فرآورده واحد نیست، بلکه طیف گسترده ای از مصالح را دربرمی گیرد که از نظر بافت، رنگ و بیان معمارانه از قابلیت های بی شماری برخوردار است.

ترکیب مقاومت فشاری سنگ و مقاومت کششی فولاد در بتن مسلح، سازه های بتنی را قادر به تحمل وزن بسیار زیاد و پوشش دهانه های بزرگ می سازد. از آنجایی که عناصر تشکیل دهنده سازه بتن مسلح می توانند بصورت یک شبکه پیوسته و یکپارچه، به هم بافته شوند، استفاده از نوع مسلح در طراحی سازه، آن را از قابلیت انعطاف پذیری بی نظیری برخوردار می کند. معماران و مهندسان از این ویژگی برای خلق عناصر ساختمانی مختلف، از صفحات بتنی یکپارچه گرفته تا قاب های سازه ای سه بعدی و کنسول های عظیم و مهیب، بهره می گیرند.

بررسی تاریخی کاربرد بتن در معماری نشان می دهد که این محصول توسط معماران رومی و صدر مسیحیت مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما در قرون وسطی و رنسانس اغلب بی استفاده ماند، تا آنکه در نیمه دوم قرن نوزدهم بار دیگر، عمدتا برای مصارف معمولی، مورد توجه قرار گرفت، بویژه در مواردی که ساخت ارزان، قابلیت ایجاد دهانه های عریض و نسوز بودن، ضرورت به کارگیری آن را ایجاب می کرد. مسلح کردن آن نیز که برای این کار میلگردهای فولادی را به منظور استحکام بیشتر در میان بتن قرار می دادند، به دهه ۱۸۷۰ باز می گردد. معماران قرن نوزدهم بعضا به قابلیت های بتن مسلح خیلی اطمینان نداشتند و نسبت به آن بدگمان بودند. این محصول در آن زمان یک ماده خیلی جدید به شمار می رفت و ویژگی های آن برای معماران بخوبی قابل درک نبود، زیرا فاقد یک فرم ذاتی و پایدار بود. جالب آنکه این دقیقا همان خصوصیتی است که بتن را برای بسیاری از معماران امروز به وسیله ای امیدوارکننده جهت تحقق ایده هایشان تبدیل می کند.

پدیده بتن در چند سال آخر قرن نوزدهم که معماران سعی کردند سبکی مبتنی بر این مصالح بیابند، آشکارتر شد. در حالی که یکی از طراحان احتمالا چنین استدلال می کرد که ویژگی انعطاف پذیری این محصول، آن را به ماده ای مناسب برای بیان گرایی هنری در معماری تبدیل می کند، دیگری ممکن بود بر نقش روش قاب و قاب بندی تکیه کند و مدعی ارزش گذاری بر نمونه های پیشین گوتیک یا حتی شیوه های معماری فولاد و شیشه شود.

نظریات مشابه مختلفی نیز با توجه به جنبه بیرونی این کالا ابراز می شد، بدین معنا که یک معمار، این محصول را ماده ای معمولی و پیش پاافتاده و نیازمند پوشانیده شدن با کاشی ها و روکارهای آجری می‌دانست و دیگری از زیبایی ذاتی آن دم می زد که به همین دلیل باید نمایان می ماند. استفاده گسترده و فراگیر از نوع مسلح در معماری حدودا به نیمه اول قرن بیستم باز می گردد. این ماده جدید به دلیل برخورداری از قابلیت استفاده در بناهای مختلف و نیز فرم پذیری قابل توجهش، در آن زمان در مقیاس وسیع مورد استفاده قرار گرفت و با سرعت شگفت آوری تاثیرات خود را در معماری بر جای گذاشت و بین سالهای ۱۹۱۰ و ۱۹۲۰، تقریبا به علامت مشخصه معماری جدید تبدیل شد.

شاید از بسیاری جهات بتوان گفت خردگرایی و نوع مسلح دو عنصری بودند که سرانجام در دوره افتخارآمیز معماری مدرن در دهه ۱۹۲۰ در یکدیگر ادغام شدند؛ معماران خردگرای این دهه که این محصول را به لحاظ برآورده کردن نیازهای اساسی چون ارزانی، یکسان سازی، نورپردازی کافی، تهویه گسترده و فضاهای داخلی انعطاف پذیر و نامحدود، ماده ای مناسب یافته بودند، در سطح وسیع آن را مورد استفاده قرار دادند.

آگوست پره مهندس معمار فرانسوی، نخستین کسی ست که بتن مسلح را به عنوان وسیله ای برای بیان مقاصد معماری شناخت و به کار برد. آپارتمان های مسکونی که او با استفاده از قابلیت های هنری بتن مسلح ساخت، منزلت این محصول را در عالم معماری افزایش داد.

فرانک لویدرایت نیز یکی از معماران برجسته آمریکایی است که در پروژه هایش از قابلیت های این ماده جدید استفاده فراوانی کرده است. ارزانی کالا و قابلیت ایجاد دهانه های عریض با استفاده از آن، باعث روی آوردن او به این ماده شد. علاوه بر این، او با استفاده از این محصول براحتی می توانست به ایده های فضایی خود جامه عمل بپوشاند. رایت به خاطر تاکید هنری و حرفه ای اش بر ماهیت مصالح، سطح بتن را در اغلب کارهایش عاری از پوشش باقی می گذاشت. پتانسیل تقریبا نامحدود این کالا جهت خلق فرم ها و سطوح انتزاعی، برخورداری از قابلیت تطابق با شرایط و کارکردهای مختلف و نیز داشتن استحکام بالا، بتن را در حال حاضر به یکی از مصالح پرطرفدار و مورد توجه در میان بسیاری از معماران و مهندسان تبدیل کرده است.

این محصول به خاطر داشتن خاصیت انعطاف پذیری بالا، آزادی عمل قابل توجهی در اختیار طراحان و معماران قرار می دهد. این کالا، همانند خاک رس در دستان یک تندیس گر، برای معماران امکان خلق ساختمان هایی را فراهم می کند که به طور منحصر به فردی گیرا، جالب توجه و از نظر هندسی متهورانه است. فرم ها و ترکیباتی که ساختن آنها پیش از ابداع بتن مسلح، با استفاده از سایر مصالح متداول دشوار یا غیرممکن بود، با استفاده از نوع مسلح اغلب به آسانی قابل دستیابی هستند. به جرات می توان گفت که بدون استفاده از این محصول، اجرای برخی از زیباترین و نوآورانه ترین آثار معماری معاصر جهان هرگز قابل تصور و تحقق نبود.

امروزه بتن با گذشت سالها از پیدایش و کاربرد آن به صورت کنونی، دستخوش تحولات و پیشرفت های شگرفی شده است. از زمان شروع استفاده گسترده از نوع مسلح در ساخت وسازها (در بیش از یک قرن قبل)، برخی انگاره های بنیادی درباره خواص این ماده و محدودیت های آن تاکنون با چالش و تردید جدی مواجه نشده بودند، اما در سالهای اخیر، با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی، تحقیقات متعددی روی خواص آن صورت گرفته و در حال حاضر طیف متنوعی از فرآورده های آن ابداع و به بازار عرضه شده اند که این قبیل انگاره ها را به چالش کشیده و آزادی بیشتری جهت تجربه و ابداع در اختیار معماران و مهندسان قرار داده اند.

بر این اساس است که در سالهای اخیر، معماران مختلف در پروژه هایشان برخی از انگاره های غالب درباره فرم معماری و فناوری این محصول را به چالش کشیده و رویکردهای جدیدی را در هر دو زمینه ارائه کرده اند. بسیاری از معماران نیز با کاربرد هوشمندانه این محصول، از آن به عنوان ابزاری جهت خلق زیبایی در آثارشان بهره جسته اند. البته با توجه به پیشرفت های سریع و روزافزون صنعت بتن در سالهای اخیر، به نظر می رسد در سالهای آینده شاهد استفاده گسترده تری از قابلیت های این کالا در عرصه معماری خواهیم بود.

تاریخچه ساخت و کاربرد بتن

این محصول که در زبان انگلیسی با واژه Concrete شناخته می شود، از مصالح ساختمانی جدید محسوب می شود و از ساخت و کاربرد آن به شیوه کنونی هنوز یک قرن هم نگذشته است. اما در عین حال نشانه هایی از کاربرد این ملات به شکلی خاص و ویژه در بناهای تخت جمشید دیده شده که قدیمی ترین کاربرد احتمالی این محصول در بناهای ساخت دست بشر است.

اولین گزارش های تاریخی در مورد کاربرد نوع سبک این محصول و مصالح سبک وزن به روم باستان برمیگردد. رومیان در احداث معبد پانتئون و ورزشگاه کلوزیوم از پومیس که نوعی مصالح سبک است استفاده کردنند. کاربرد بتن سبکدانه پس از تولید سبکدانه‌های مصنوعی و فرآوری شده در قرن بیستم وارد مرحله جدیدی شد. در سال ۱۹۱۸ S.J.Hayde با استفاده از کوره های دوار اقدام به منبسط کردن رس و شیل کرد و بدینوسیله سبکدانه مصنوعی تولید کرد که از آنها در ساخت این محصول استفاده شد. تولید تجاری روباره های منبسط شده نیز از سال ۱۹۲۸ آغاز گردید.

این سبک دانه مصنوعی در هنگام جنگ جهانی اول به دلیل محدودیت دسترسی به ورق فولادی برای ساخت کشتی بکار رفت. کشتی Atlantus به وزن ۳٫۰۰۰ تن با نوع سبک هایدیتی ساخته شده، به آب انداخته شد. در سال ۱۹۱۹ کشتی Selma به وزن ۷٫۵۰۰ تن و طول ۱۳۲ متر با همین نوع بستن ساخته و به آب انداخته شد. تا آخر جنگ جهانی اول و سپس تا سال ۱۹۲۲ کشتی ها و مخازن شناور متعددی ساخته شد که یکی از آنها Peralta تا سال های اخیر شناور بود.

برنامه ساخت کشتی ها در اوسط جنگ جهانی دوم متوقف شد و دوباره به دلیل محدودیت تولید برق فولادی مورد توجه قرار گرفت. تا پایان جنگ جهانی دوم ۲۴ کشتی اقیانوس پیما و ۸۰ بارج دریایی ساخته شد که ظرفیت آنها از ۳ تا ۱۴۰٫۰۰۰ تن بود و ساخت آنها در دوران صلح، اقتصادی محسوب نمیشد.

در سال ۱۹۴۸ اولین ساختمان با استفاده از شیل منبسط شده در پنسیلوانیای شرقی احداث گردید. در ادامه از سال ۱۹۵۰ ساخت نوع سبک گازی اتوکلاو شده در انگلستان متداول شد. اولین ساختمان بتن سبکدانه مسلح در این کشور که یک ساختمان سه طبقه بود در سال ۱۹۵۸ و در شهر برنت فورد احداث شد.

در سال های اخیر استفاده نوع سبک این کالا در دال سقف ساختمانهای بلند مرتبه، عرشه پلها و دیگر موارد مشابه  و همچنین کاربردهای خاص مانند عرشه و پایه دکلهای استخراج نفت کاربرد فراوانی دارد.

انواع بتن ساختمانی

در بحث انواع بتن ساختمانی در بخش های قبلی به بررسی نوع سبک و نوع گازی پرداختیم و در ادامه به بررسی موارد زیر از انواع بتن خواهیم پرداخت:

• نوع خرده آجری
• نوع معمولی
• نوع سنگین

خرده آجری

نوع خرده آجری یک از بتنهای ساختمانی است که با خرده های آجر باقیمانده در کارخانه آجرپزی یک نوع سبک از آن می سازند. مقاومت فشاری این خرده آجرها نباید از ۱۰ مگاپاسکال کمتر باشد.

معمولی

به انگلیسی: Normal Weight Concrete

نوع معمولی دارای وزن مخصوصی بین ۱٫۸ تا ۲٫۵ gr/cm^۳ است و در ساخت آن از شن و ماسه طبیعی یا شکسته (مصنوعی) استفاده می کنند.

سنگین

به انگلیسی: Heavy Weight Concrete

نوع سنگین دارای وزن مخصوصی حدود ۲٫۵ تا ۵ gr/cm^۳ است و از سنگدانه های سنگین نظیر سنگ های آهنی، باریت(Borite) و… ساخته میشود. از این کالا در ساخت رآکتورهای هسته‌ای و پناهگاه‌ها استفاده می‌کنند.

خواص

خواص فیزیکی

یکی از خواص این محصول مربوط به مسائی فیزیکی می باشد که در ادامه به بررسی این خصوصیات فیزیکی انواع آن خواهیم پرداخت.

وزن مخصوص: هر چه دانه های سنگی سبکتر باشند، محصول حاصل سبک تر و مقاومت مکانیکی آن کمتر است. وزن مخصوص بتنهای مختلف بین ۰٫۳ تا ۵ gr/cm^۳ می باشد.

مقاومت در برابر یخبندان: بتنی که تخلخل آن بین ۸ تا ۲۵% باشد، در برابر عوامل جوی و یخبندان تا حدی مقاوم است، ولی اگر درون بتنی پوک باشد، آب از شکاف های مویینه وارد آن شده و با یخ زدن و ازدیاد حجم، سبب ایجاد ترک در آن می گردد. جهت مقاوم کردن محصول در برابر یخبندان به آن مواد افزودنی حباب زا اضافه می کنند.

بافت: بتن سخت شده در حالت عادی بدون بافت است ولی میتوان با استفاده از قالب هایی که جدار داخلی آنها طرحدار است، سطح آن را بافت دار کرد.

خواص شیمیایی

اثر اسیدها و بازها: در مناطق صنعتی و مرطوب، گازهای اسیدی نظیر SO_۲ و CO_۲ باعث حل شدن قسمتی از سیمان سخت شده و خروج آن از بتنها به صورت خمیری نرم می شوند. محلول های رقیق بازهایی نظیر سود و پتاس بر آن تأثیری ندارد ولی تماس مستقیم آن با برخی بازهای غلیظ باعث آسیب آن می شود.

نمک ها: نمک های ذوب یخ نیز می توانند تأثیرات نامطلوبی بر آن ایجاد کنند.

خواص مکانیکی

یکی دیگر از خواص این محصول مربوط به مسائی مکانیکی پیرامون این محصول می باشد که در بخش خای مختلق قابل بررسی است، در ادامه به بررسی این خصوصیات خواهیم پرداخت.

مقاومت فشاری: این مقاومت عمدتاً ناشی از سنگدانه های آن است و مقدار آن در بتن‌های مختلف، متفاوت است. میزان مقاومت فشاری این محصول را از طریق اعمال فشار بر سطح کاملاً صاف نمونه استوانه ای یا مکعب مستطیلی اندازه‌گیری می کنند و فشار را تا زمانی که ترک بردارد، ادامه میدهند. مقاومت در سه دوره: بعد از سه روز، بعد از ۷ روز و بعد از ۲۸ روز سنجیده می شود. مقاومت محصول ۲۸ روزه را مقاومت مبنا برای بارگذاری در نظر می‌گیرند. (در برخی از کشورها مقاومت ۹۰ روزه مد نظر قرار میگیرد.) در نوع معمولی مقاومت ۷ روزه حدود ۶۰% مقاومت ۲۸ روزه آن است و مقاومت ۹۰ روزه، ۲۵% از ۲۸ روزه بیشتر است.

مقاومت کششی: این پارامتر در این محصول اندک و فقط ۱۰% مقاومت فشاری آن است. گاهاً نیز ترک های ریز ناشی از انقباض بتنها در هنگام خودگیری، مقاومت کششی آن را به صفر می‌رسانند. بر همین مبنا جهت اصلاح این مقاومت و جلوگیری از ایجاد ترک در آن از فولاد استفاده می کنند یا به اصطلاح محصول را با فولاد مسلح می‌کنند.

مقاومت خمشی: مقاومت خمشی این کالا ۱٫۳ تا ۱٫۹ برابر مقاومت کششی آن است و برای نوع معمولی بین ۲ تا ۶ مگاپاسکال محاسبه شده است.

مقاومت برشی: مقدار این مقاومت از طریق محاسبات به دست می آید و حدود ۱٫۵ تا ۲ برابر مقاومت کششی است.

سختی: این پارامتر در محصول، بستگی به نوع و جنس و کیفیت سیمان، سختی سنگدانه‌ها و دانه‌بندی آنها دارد. هر چه جنس سیمان بهتر، سنگدانه‌ها سختتر و دانه‌بندی آنها متراکم‌تر باشد، سختی محصول افزایش می‌یابد.

تولید

تولید این کالا از گذشته تا امروز به روش های مختلفی انجام می شده است. امروزه برای تولید از دستگاه های ویژه ای استفاده می کنند و ساخت آن به طریق دستی به علت افت کیفیت توصیه نمی شود.

در دستگاه های بتن‌ساز (Batching) ابتدا شن و ماسه با هم مخلوط شده و برای رسیدن به یکنواختی مناسب، خوب همزده می شوند. در مرحله بعدی تولید، سیمان به آن ها اضافه شده و باز هم چندین بار زیر و رو می گردند. در نهایت دستگاه در حین چرخیدن و همزدن، آب را به مواد اضافه کرده و حداکثر ۱٫۵ دقیقه آنها را هم می زند.

اگر این زمان از ۱٫۵ دقیقه فراتر رود، سنگدانه های درشت تر از ملات جدا می شوند. ۲۰ دقیقه پس از ساخت بتن باید آن را مورد استفاده قرار داد و در قالب ریخت. (این زمان بر حسب نوع سیمان و شرایط محیطی متفاوت است.)

پس از ساخت باید با توجه به نوع کاربرد آن، از لحاظ خمیری و روانی کنترل شود. برای آزمایش روانی بتن (Slump) از یک مخروط ناقص به قطر تحتانی ۲۰ و ارتفاع ۳۰ سانتیمتر استفاده می کنند. بدین صورت که مخروط را از سر آن در سه لایه مساوی از بتن پر می کنند و هنگام ریختن هر لایه، به مخروط ۲۵ ضربه چوب می زنند تا محصول کاملاً در آن جا گیرد. سپس مخروط را برمی‌دارند. میزان نشست بتن از ارتفاع اولیه، بر حسب سانتیمتر را عدد اسلامپ گویند که معرف روانی محصول مورد آزمایش است.

در جدول زیر می‌توانید توصیف روانی محصول در برابر اعداد اسلامپ مختلف محاسبه شده در روش بالا مشاهده کنید:

آشنایی با مواد تشکیل دهنده

مواد تشکیل دهنده را می توان در دو دسته مواد پرکننده و مواد چسباننده بخش بندی نمود. این محصول در حقیقت یک نوع سنگ مصنوعی است که از در هم ریختن و مخلوط کردن یک ماده چسباننده و یک ماده پر کننده ساخته شده است. ماده چسباننده، دوغاب سیمان (آّب + سیمان) و ماده پر کننده آن، سنگدانه (شن و ماسه) است. نقش هر یک از این مواد در مخلوط به قرار زیر است:

1. آب یکی از مواد تشکیل دهنده است که سبب ایجاد واکنش فیزیکی و شیمیایی (هیدراتاسیون و هیدرولیز) در سیمان و خمیر شدن آن می شود. (میزان آب ۱۶ تا ۱۷٫۳% حجم بتن است)
2. دوغاب سیمان نیز یکی دیگر از مواد تشکیل دهنده است که به صورت شیره ای اطراف سنگدانه ها را پوشانده، باعث یکپارچه شدن و چسبیدن آن ها به یکدیگر می شود. (مقدار سیمان ۷ تا ۱۶% حجم بتن است)
3. سنگدانه ها اسکلت اصلی این محصول را تشکیل داده و نیروی وارد بر آن را تحمل می کنند. (مقدار سنگدانه ها بیش از ۷۰% حجم محصول است)

مقدار کمی و کیفی آب، سیمان و سنگدانه ها تأثیر عمده ای بر مقاومت محصول دارد. بطور کلی می توان گفت که مقاومت به عوامل زیر وابسته است:

1. سیمان از نظر نوع، کیفیت و مقدار
2. آب از نظر کیفیت و مقدار
3. سنگدانه ها از نظر جنس، دانه بندی، شکل و…
4. نحوه ساخت بتن، حمل بتن ساخته شده تا محل مصرف، عمل آوردن و نگهداری از بتن
5. عمر بتن و گذشت زمان نیز در ازدیاد مقاومت بتن مؤثر است

نقش سنگ دانه در تولید

سنگ دانه در تولید این محصول دارای اهمیت بالایی می‌باشد و یکی از اجزای مهمی است که استحکام کالای تولیدی تا حدود زیادی به کیفیت آن بستگی دارد.

سنگ دانه های مورد استفاده در تولید از درشتدانه (شن) و ریزدانه (ماسه) تشکیل شده اند که از خرد شدن سنگ ها به صورت طبیعی یا مصنوعی به دست می آیند. بُعد دانه های ماسه معمولاً بین ۰٫۰۶ تا ۲ میلیمتر است. بُعد دانه های شن مورد استفاده نیز باید بین ۴٫۵ تا ۷ میلیمتر باشد. سنگ دانه در تولید محصول عامل اصلی ایجاد مقاومت هستند بنابراین باید ویژگی های زیر را دارا باشند:

• سالم و بدون پوسیدگی باشند.
• متخلخل نبوده و آب جذب نکنند. با آب ترکیب یا در آن حل نشوند.
• در برابر رطوبت، یخبندان و مواد شیمیایی مقاوم باشند.
• تمیز و عاری از گرد و غبار، لای، رس، مواد آلی، نمک ها و … باشند. این ناخالصی ها مانع چسبندگی سیمان و سنگ دانه ها می شوند و ممکن است روی زمان گیرش سیمان نیز تأثیر منفی داشته باشند. از طرفی خاک رس تا ۸ برابر وزن خود آب می مکد و سبب خشک شدن دوغاب سیمان می گردد. برای تمیز کردن سنگ دانه ها معمولاً قبل از استفاده آن ها را با آب شستشو می دهند.
• مقدار دانه های تیز و گوشه دار در آن ها زیاد باشد. در این صورت بر میزان چسبندگی آنها با سیمان افزوده می شود و فضای خالی بین آن ها (فرج) نیز کمتر شده و مقاومت افزایش می یابد.
• مقاومت سنگ دانه در تولید باید از مقاومت بتن مورد نیاز بیشتر باشد. به طوری که حداقل مقاومت فشاری آنها ۸۰۰ kg/cm^۲ باشد.
• سختی آنها بیشتر از ۳ باشد.

برای آزمایش پیوستگی مناسب بین سیمان و سنگ دانه ها، یک مقطع بتنی را تحت فشار می شکنند. در این صورت باید قسمتی از مصالح سنگی بدون جدا شدن از سیمان شکسته شوند. ولی اگر تمامی سنگ دانه ها بشکنند دلیل بر سست بودن آن ها است.

نقش سیمان در تعیین کیفیت

سیمان در تعیین کیفیت نهایی این کالا نقش بسیار مهمی را ایفا میکند، به عبارت دیگر، سیمان مهمترین نقش را در تولید یک محصول مرغوب، استاندارد و مستحکم برعهده دارد.

همان گونه که اشاره شد مقدار سیمان، نوع و کیفیت آن بر مقاومت تأثیر گذار است. افزایش مقدار سیمان مقاومت را افزایش می دهد. با این حال تأثیر کیفیت سیمان (سیمان مرغوب و استاندارد) بر مقاومت به مراتب بیشتر از تأثیر مقدار آن در واحد حجم بتن (m^۳) خواهد بود.

غلظت سیمان باید به حدی باشد که دوغاب آن روی سنگ دانه ها را کاملاً بپوشاند و نیز فضاهای خالی بین سنگدانه را پر کند. مصرف سیمان مازاد بر این مقدار در افزایش مقاومت تأثیری ندارد و از نظر اقتصادی نیز به صرفه نیست. بتن را بر حسب عیار سیمان موجود در آن به سه دسته زیر تقسیم می کنند:

• کم مایه (بتن مگر): ۱۰۰ – ۱۵۰ kg/m^۳ سیمان.
• معمولی: ۱۵۰ – ۲۵۰ kg/m^۳ سیمان.
• پر مایه: ۲۵۰ – ۴۰۰ kg/m^۳ سیمان. (در مصارف خاص، با عیار سیمان ۵۰۰  kg/m^۳ نیز تولید می‌شود.)
  

نقش آب در تهیه محصول و تاثیر آن بر کیفیت

آب در تهیه بتن دارای یک نقش بسیار مهم و حیاتی است.  برای تهیه این محصول باید از آب آشامیدنی بدون بو و مزه استفاده کرد. گندآب‌ها، پساب ها، فاضلاب شهری و آب مرداب ها را نباید در ساخت بتن به کار برد. سختی آب نباید آن قدر کم باشد که آهک سیمان را در خود حل کند و نیز باید فاقد ناخالصی هایی نظیر مواد آلی و… باشد. زیرا این ناخالصی ها ممکن است بر سیمان و زمان گیرش آن تأثیر داشته باشند.  همچنین آب ناخالص میتواند سبب زنگ زدگی میلگرد در محصول مسلح شود. علاوه بر کیفیت آب در تهیه محصول، مقدار آن نیز در ساخت بتن مطرح و موثر است.

مقدار آب مورد استفاده در تهیه محصول به عوامل زیر بستگی دارد:

• غلظت مورد نیاز: هر چه کالای غلیظ‌تری مورد نیاز باشد، آب کمتری مصرف می شود. بتن را به سه حالت سفت (برای ساخت بلوک بتنی)، خمیری (برای ساختن بتن مسلح که غلظت آن مانند عسل است و به آن بتن عسلی هم می گویند) و شل (برای اطراف ستون های فلزی و …) می سازند.
• مقدار سیمان مصرفی: هر چه میزان سیمان کمتر مصرف شود، آب در تهیه محصول به مقدار کمتری مورد نیاز است.
• اندازه سنگدانه های مصرفی: هر چه سنگدانه ها درشت تر باشند، آب کمتری مورد نیاز است.
• رطوبت سنگدانه های مصرفی: هر چه سنگدانه ها مرطوبتر باشند، آب کمتری مورد نیاز است.
• شکل سنگدانه های مصرفی و زبری سطح آن ها: هر چه شکل دانه ها کروی تر و سطح آن ها صافتر باشد، آب کمتری مورد نیاز است.
• نوع قالب: قالب فلزی کمتر از قالب چوبی آب محصول را جذب می‌کند.

میزان استفاده از آب در تهیه بتن را یا نسبت به وزن سیمان و یا نسبت به مجموع وزن سیمان و سنگدانه ها مشخص می کنند. آب اضافه در بتن به تدریج تبخیر می شود و محصول نهایی را پوک کرده و از مقاومت آن می‌کاهد.

روش های شناخت مرغوبیت و کیفیت

برای به دست آوردن بتن مرغوب باید از کیفیت مواد تشکیل دهنده آن، نسبت مناسب اختلاط مواد اولیه و اجرای مناسب (حمل، ریختن، نگهداری و…) اطمینان حاصل شود. نسبت کم آب به سیمان در کیفیت و مقاومت بتن بسیار مؤثر است و بتن باید قابل ویبره باشد (خیلی شل نباشد مگر برای مصارف خاص.) مقدار N_٢O ،K_۲O ،MgO و آهک آزاد باید در بتن به حداقل برسد. آهک آزاد در مخلوط سبب می گردد که آب هنگام عبور از لوله های موئین داخل بتن و خروج از سطح دیگر آن، ایجاد شوره و سفیدک کند. در نهایت برای شناخت کالای بتنی مرغوب باید توجه داشته که سطح آن باید یکنواخت باشد و پوسیدگی، ترک، کرمو شدن و … در سطح آن مشاهده نشود.

تولید نوع سبک از پسمانده‌های هسته‌ای برای کاهش تشعشعات

محققان و پژوهشگران ایرانی موفق شدند از پسمانده های هسته‌ای بتن سبک تولید کنند.

طبق گزارش دبیرخانه نخستین همایش سبک سازی ساختمان به نقل از حمیدرضا وثوقی فر ، عضو انجمن مهندسان عمران امریکا ، با توجه به حرکت کشورهای جهان برای دستیابی به تکنولوژی صلح آمیز هسته ای برای تولید انرژی مفید، پسمانده های هسته ای حاصل از فعالیت های هسته ای نیز افزایش می یابد.

وی افزود: محققان و پژوهشگران ایرانی تحقیقات خودشان را بر روی کاهش اثرات منفی پسمانده های هسته ای متمرکز کرده و موفق شدند با همکاری یکی از دانشگاه های صنعتی انگلستان بتن های سبک را از پسمانده‌های هسته‌ای تولید کنند.

وی اظهار داشت: گروه محققان ایرانی با کاربرد پسمانده های هسته ای در ساخت بتنی خاص با مقاومت های مناسب دریافتند ترکیبات هیدراتاسیون وسایر واکنش های شیمیایی بتن تا حدود قابل توجهی از تشعشعات این مواد می‌کاهد و راهکار بسیار مناسبی برای استفاده مجدد از پسمانده های هسته ای است.

دبیر اولین همایش زلزله وسبک سازی ساختمان گفت: نتایج تحقیقات موید این مطلب است که این مطلب می تواند تشعشعات را تا حدود ۶۰ درصد کاهش دهد که برآیند این تحقیق می‌توان در ارتباط با کاهش خطر آفرینی پسمانده‌های دیگر حاصل از فعالیت های شیمیایی مواد وغیره استفاده کرد.

وی کاربرد نوع سبک تولیدی از پسمانده های هسته ای را با توجه به ویژگی های خاص آن در ساخت دیوارهای برثی و تیرهای فرعی در بخش های مختلف سازه های عمرانی عنوان کرد.

مهندس وثوقی فر اشاره کرد: با این حال با وجود محقق شدن تمامی تحقیقات صورت گرفته در این زمینه می توان امیدوار بود که محیط زیستی عاری از هر نوع آلودگی هسته ای را در کنار توسعه این صنایع داشته باشیم. به گفته وی، این نوع محصول در کارگاه تخصصی اولین همایش زلزله و سبک سازی ساختمان و با حضور متخصصان ایرانی و خارجی تولید می‌شود. شایان ذکر است این همایش در روز ششم و هفتم مهر ماه سال جاری در دانشگاه قم برگزار می‌شود.

فرآیند عمل آوردن

عمل آوردن محصول بتنی یکی از مراحل بتنریزی است و در واقع آخرین مرحله در انجام کارهای بتنی حفاظت از بتن در برابر تابش آفتاب، وزش باد، گرمای هوا، یخ زدن و… و در نتیجه جلوگیری از تبخیر آب بتن و ترک خوردن آن است که به آن عمل آوردن محصول بتنی می گویند و بلافاصله پس از متراکم کردن محصول آغاز میشود.

زمان مناسب برای انجام این کار در واقع زمانی است که دوغاب سیمان در محصول، تحت درجه حرارت ۱۰ تا ۳۵ درجه سانتیگراد و رطوبت مناسب سخت می شود. این زمان ۳ الی ۱۴ روز می باشد ولی نگهداری و عمل آوردن کالا در ۲۴ ساعت اولیه حیات آن بسیار حائز اهمیت است. زیرا اگر در این زمان آب آن تبخیر شود، دوغاب سیمان کند روان شده و محصول در اصطلاح می سوزد و مقاومتش کاهش می یابد.

مرطوب نگهداشتن سطح خارجی محصول با آب ریختن دائم و پوشاندن آن با نایلون یا گونی خیس صورت می گیرد، این عمل در افزایش رشد مقاومت بسیار مؤثر است. علاوه بر این عمل آوردن بتن تأثیر زیادی روی خواص بتن سخت شده نظیر دوام، مقاومت، آب بندی، سختی، ثبات حجمی، مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن دارد. عمل آوردن و نگهداری از محصول در سلامت سطح ظاهری آن نیز بسیار مؤثر است زیرا در صورت سوختن بتن سطح آن پوسته پوسته شده و ترک می خورد. مضاف بر اینها بارندگی شدید نیز یر روی سطوح بتنی خشک نشده باعث آبله رو و کرمو شدن آن می شود.

آشنایی با فرآیند متراکم کردن

زمانی که محصول در قالب ریخته شد به جهت اینکه کاملاً در محل خود جا بیفتد و هوای درون آن خارج شود، بلافاصله آن را متراکم می کنند. متراکم کردن محصول فضاهای خالی درون آن را کم می کند (کمتر از ۲% حجم بتن) در نتیجه وزن مخصوص بتن افزایش یافته و مقاومت آن بالا می رود. برای متراکم کردن، اگر بتن سفت باشد آن را با دستگاه های پرس مخصوص می کوبند (کوبیده) و هرگاه خمیری باشد آن را با دستگاه ویبراتور می لرزانند (لرزیده).

در هنگام اجرای عملیات متراکم کردن محصول، دستگاه ویبراتور باید به صورت عمودی وارد آن شود و نباید به قالب یا آرماتورها تکیه کند. حدود نیم تا یک دقیقه برای لرزاندن بتن کافی است، کم لرزاندن بتن آن را متراکم نمی کند و زیاد لرزاندن آن نیز باعث جدا شدن سنگدانه ها از دوغاب سیمان و ته نشین شدن آن ها می شود. پس از لرزاندن، هوای اضافی بتن به صورت کف ریزدانه موسوم به شیر بتن در سطح آن ظاهر می شود. در این مرحله سطح بتن را ماله کشی می کنند تا کاملاً صاف شود.

بلوک‌های بدون ملات

مهندس محمد هادی زنجانی در مقاله ای به بررسی ویژگی های بلوک بتنی بدون ملات پرداخته اند.

وی در این مقاله می نویسد: سیستم همبندی بلوک ها ( Intralock System ) یک نوع سیستم بلوک های ساختمانی بدون ملات است که شامل شش نوع ترکیب مختلف از بلوک ها می باشد.وی در ادامه می افزاید ، هر بلوک به سه قسمت توخالی جدا از هم با جداره هایی با صخامت کم تقسیم شده است.گفتنی است این نوع بلوک های بدون ملات روی هم قرار می گیرند و قسمت توخالی مرکزی آن با دوغاب سیمان پر می شوند وبه صورت صلب بتنی در می آیند.

مهندس زنجانی در ادامه خاطر نشان کرد دوغاب سیمان در میان و اطراف بلوک ها جریان یافته سبب پیوند بلوک به بلوک های کناری می گردد و همه بلوک ها و دیوارها بدون استفاده از ملات در اتصالات شبکه ای همانند شبکه تیر هاو ستونها تشکیل می دهند.

شایان ذکر است دو فضای تو خالی دیگر بلوک با ایجاد کانال های هوای داخلی و خارجی در امتداد قائم و افقی سبب عایق بندی و ایجاد خاصیت ضد صدا و ضد آتش بلوک ها می گردد. همچنین وی اشاره کرد می توان لوله ها وسیم کشی درون ساختمان را از آنها عبور داد و نیز سیستم های اعلام خطر را در این بلوک ها تعبیه کرد.

گفتنی است این بلوک دارای مزایای منحصر به فردی است ، از جمله می توان به سرعت ساخت ، دیوار های محکمتر و کاربرد های متنوع تر آن اشاره کرد.به دلیل اینکه در این سیستم نیازی به ریختن ملات در میان بلوک ها نیست سرعت ساخت افزایش یافته و کیفیت کار به آسانی کنترل می شود.

مهندس زنجانی در ادامه افزود، فضای تو خالی میانی که به وسیله سیمان پر می شود دیوارهای سخت همانند دیوارهای بتنی ایجاد می کند. همچنین در نوعی از آنها پروفیل های فولادی را نیز می توان در فضای خالی بلوک ها جای داد و اطراف آن را با دوغاب سیمان همانند دفن فولاد بتن پر کرد.

بتن‌های عایق

بتن عایق یکی از انواع مصالح عایق حرارتی می‌باشد و در حقیقت همان انواع بتن سبک نوین است که با استفاده از یک سری افزودنی های خاص، ضریب انتقال حرارتی آن را تا حد زیادی کاهش داده اند. در برخی موارد مصالحی که برای ساخت بنا به کار می روند، طوری ساخته می شوند که خود عایق حرارتی باشند، مانند انواع بتن سبک عایق که عبارتند از:

• بتن سبک منبسط (Lightweight Concrete): این بتن حاوی درصد حجمی زیادی از سنگدانه سبک است و هوادار یا کف دار نیز شده است.
• بتن سرباره اسفنج شده (Foamed Slag Concrete): در این بتن از سرباره اسفنج شده کوره بلند ذوب آهن به عنوان سنگدانه استفاده می شود.
• بتن سلولی (Cellular Concrete): سلولی واژه ای عمومی برای ماده ای است که حاوی تعداد زیادی سلول های کوچک هوا باشد. بتن سلولی حدود ۰٫۵ gr/cm^۳ وزن مخصوص دارد و در برابر حرارت تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد مقاومت می کند. از این بتن در قسمت های خارجی ساختمان و نیز روی تاسیسات و لوله ها استفاده می شود.

انواع سبک

با گسترش استفاده از نوع سبک این کالا در سراسر دنیا خصوصا در کشورهای پیشرفته و شکل گیری آیین نامه های اجرایی آنها، متاسفانه این نوع کالا که دارای قابلیت های منحصر به فردی می‌باشد در کشورمان هنوز شناخته شده نیست؛ در این مقاله سعی برآن شده تا با معرفی انواع این بتن کارا، جامعه ساختمانی بیش از پیش با بتن سبک و موارد کاربرد آن آشنا شوند.

بی شک، بشر زمانی پیشرفت و تمدن را تجربه کرد که برای مدتی طولانی، در محل مشخصی سکونت یافت؛ دیگر توان بشر صرف مهاجرت های طولانی نمی شد و برای برطرف کردن مشکلات به راه حلهای تازه و افکار تازه ای روی آورد. برای ماندگار شدن در مکانی ثابت، بدون شک، داشتن خانه ی مناسب دقدقه اصلی آنها بوده، خانه ای که آنها را در برابر بلایای طبیعی، حمله وحوش و حتی بیگانگان محافظت کند؛ پیشینیان با توجه به این که امکانات حمل و نقل محدودی داشتند، برای این منظور از مصالح در دسترس استفاده می کردند: چوب، سنگ، گل، پوست احشام و…

بدون تردید، ماندگارترین این نوع مصالح که از تخت جمشید ایران تا اهرام مصر سالیان سال پایدار مانده سنگ است؛ اما سنگ به صورت اولیه؛ با توجه به شکل پذیری کم و حمل و نقل دشوار نمی تواند به عنوان مصالح اصلی در ساختمانهای امروزی کاربرد داشته باشد و این امر باعث شد که نوعی سنگ مصنوعی توسط بشر خلق گردد، که علاوه بر داشتن خواص سنگ مانند ماندگاری بالا و سازگاری با محیط اطراف، دارای قابلیتهایی مانند شکل پذیری مناسب وحمل آسان نیز باشد؛ امروزه این نوع مصالح را به نام بتن می شناسیم.

در دنیای پیشرفته امروزی و با توجه به پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه های مختلف علمی، صنعت بتن نیزدچار تحول گردیده، تولید بتن سبک نیز حاصل همین پیشرفتها می باشد؛ بتنی که علاوه بر کاهش بار مرده ساختمان از نیروی وارد به سازه در اثر شتاب زلزله می کاهد و در صورت تخریب، وزن آوار حاصل نیز کاهش می یابد و امروزه آنرا به عنوان بتن قرن می نامند. بتن سبک با توجه به ویژه گیهای خاصی که دارد دارای کاربردهای مختلف می باشد، که برحسب وزن مخصوص ومقاومت فشاری آن تفکیک می گردد.

مزایای کاربرد بتن سبک

با کاهش بار وارد بر روی فونداسیون، موجب کوچکتر شدن ابعاد آن، کمتر شدن تعداد و کوچکتر شدن شمعها و کاهش مقدار آرماتورهای و به طبع آن اجرای سریع تر و آسان تر فونداسیون می گردد.

کاهش بار مرده سبب کوچک تر شدن اعضا نگهدار می شود.

کاهش بار مرده بزور مستقیم باعث کاهش نیروهای لرزه ای وارد بر سازه می گردد.

در گسترش پلها می توان با استفاده از مواد سبک مانند بتن سبک می توان عرشه پل را جهت تحمل ترافیک بیشتر بزرگ ترنمود بدون اینکه تغییری در سازه و یا فونداسیون پل ایجاد کنیم.

با توجه به مقاومت مطلوب بتن سبکدانه در برابر آتش سوزی می توان از حداقل توصیه شده ضخامت بتن در کفها کاست(بیان شده در ACI-216) .

حمل و نقل قطعات پیش ساخته با بتن سبک بسیار راحت تر بوده و هزینه کمتری در بر دارد.

تولید بتن سبک

این محصول دارای دو جز اصلی می باشد:

۱- خمیرسیمان

۲- سنگدانه؛ سبک سازی می تواند در هر دو جز صورت پذیرد،

که سبک سازی در هر قسمت دارای ویژگیهای خاص و با استفاده از روشهای متفاوتی صورت می گیرد.

طبقه بندی  انواع بتن سبک بر مبنای مقاومتی

بتن های سبک از دیدگاه مقاومت در سه دسته طبقه بندی میشوند:

• سبک غیرسازه‌ای
• سبک سازه‌ای
• سبک با مقاومت متوسط

نوع سبک غیر سازه ای که معمولا” به عنوان جداسازی سبک مورد استفاده قرار میگیرد، دارای جرم مخصوص کمتر از ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. با وجود جرم مخصوص کم، مقاومت فشاری آن حدود ۰٫۳۵ تا ۷ نیوتن بر میلیمتر مربع میباشد. از معمولترین سنگدانه های مورد مصرف در این نوع بتن میتوان به پرلیت (نوعی سنگ آذرین) و ورمیکولیت (ماده ای با ساختار ورقه ای سبیه لیکا) اشاره کرد.

بتن‌های سبک سازه ای دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی میباشد، بگونه ای که میتوان از آنها در اعضای سازه ای استفاده کرد. این بتن ها عموما” دارای جرم مخصوص بین ۱۴۰۰ تا ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و حداقل مقاومت فشاری تعریف شده برای آنها ۱۷ نیوتن بر میلیمتر مربع (مگاپاسکال) میباشد. در برخی حالات امکان افزایش مقاومت بتن سبک تا ۶۰ مگاپاسکال نیز وجود دارد. خیر مناطق زلزله خیز، آیین نامه ها حداقل مقاومت فشاری بتن سبک را به ۲۰ نیوتن بر میلیمتر مربع محدود میکنند.

بتن‌های سبک با مقاومت متوسط، از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشاری در محدوده ای بین بتن های سبک غیرسازه ای و سازه ای قرار میگیرد. مقاومت فشاری بتن های سبک متوسط  بین ۷ تا ۱۷ نیوتن بر میلیمتر مربع و جرم مخصوص آنها بین ۸۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.

سبک سازه‌ای

این نوع بتنها، بتنهایی هستند که علی رغم دارا بودن چگالی کمتر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، مقاومت فشاری بیش از ۱۷ مگاپاسکال دارند. ساخت این بتنها صرفا با استفاده از سنگدانه های سبک و مقاوم امکان پذیر است. تمام بتنهای سبک سازه ای از خانواده بتنهای سبکدانه میباشند که در آن برای کاهش وزن مخصوص بتن از سنگدانه های سبک استفاده شده است. به این دلیل بعضا از عبارات بتن سبکدانه و بتن سبک سازه‌ای برای بیان یک مفهوم استفاده می‌شود. در بتنهای سبکدانه سازه ای از سنگدانه هایی استفاده میشود که بتن ساخته شده مقاومتی بیش از ۱۷ مگاپاسکال و جرم مخصوصی کمتر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب را دارا باشد. سنگدانه هایی که این شرایط را عموما” برآورد میکنند و طبق استاندارد ASTM-C330 برای ساخت بتن سبک سازه ای مورد استفاده قرار میگیرند، عمدتا” عبارتند از:

الف) شیل، رس و اسلیت منبسط شده در کوره دوار

ب) سرباره های منبسط شده

د) پوکه های معدنی

هـ) پوکه های صنعتی

و) خاکستر بادی ته نشین شده

تامین مقاومت فشاری معادل ۲۰ نیوتن بر میلیمتر مربع و بیشتر با بعضی از این سنگدانه ها امکان پذیر است.

شرایط سایر سنگدانه ها نیز طوری است که قادر به حصول حداقل مقاومت فشاری مقرر شده برای بتن سبک سازه ای میباشند. مقاومت بتن سبک تابه ای از جرم مخصوص آن است. باید توجه داشت جرم مخصوص بتن عمدتا” متاثر از جرم مخصوص سنگدانه های مصرفی است، به گونه ای که استفاده از مصالح سبک تر باعث کاهش وزن مخصوص بتن میشود ولی استفاده از مصالح سنگین تر از سبکدانه ها، لزوما” باعث افزایش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد شد. بیشترین مقاومت بتن سبکدانه معمولا وقتی حاصل میشود که سبکدانه های ساخته شده از شیل، رس و اسلیت منبسط شده در فرآیند کوره دوار برای سبک سازی چگالی بتن استفاده گردد.

آیین نامه های موجود در زمینه تولید بتن سبک تعاریف مختلفی در رابطه با بتن سبک سازه ای ارایه داده اند و بهترین تعریفی که اکثر آنها را پوشش بدهدبه قرار ذیل می باشد:

به بتنِ سبکی، سازه ای گفته می شود که دارای وزن مخصوصی بین ۱۴۴۰ تا ۱۸۴۰  کیلوگرم برمتر مکعب و مقاومت فشاری بالای ۱۷ Mpa و یا ۲۵۰۰ Psi باشد و از آنجایی که هر چقدر بتن سبکتر گردد شکل پذیری آن نیز کاهش می‌یابد، برای بتن سبک سازه ای مقدار حداقل وزن مخصوص در نظر گرفته می‌شود.

مقاومت نمونه‌های بتنی سبک سازه ای با وزن مخصوص رابطه ای تقریباً لگاریتمی دارد  و باتوجه به نوع بتن سبک دارای طیف مقاومتی متفاوتی می‌باشد.

سبک غیرسازه ای

این نوع بتن ها با جرم مخصوص معادل ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و کمتر، به عنوان تیغه های جداساز و عایق های صوتی در کف بسیار موثر است. این نوع بتن میتواند در ترکیب با مواد دیگر در دیوار، کف و سیستم های مختلف سقف مورد استفاده قرار گیرد. مزیت عمده آن، کاهش هزینه های لازم برای تهویه ی گرما یا سرمای داخلی ساختمان و کاهش انتقال صوت بین طبقات و فضای ساختمان میباشد. بتن های سبک غیرسازه ای بر اساس ساختار داخلی میتوانند به ۲ گروه جداگانه تقسیم شوند.

دسته اول بتن اسفنجی که در حین ساخت آنها با ایجاد کف، حباب های هوا در خمیر سیمان یا در ملات سیمان و سنگدانه ایجاد میشود. کف مورد نظر یا از طریق مواد کف زا در حین اختلاط تولید شده و یا به صورت کف آماده به مخلوط اضافه میشود. بتن اسفنجی میتواند جرم مخصوصی تا حدود ۲۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب داشته باشد.

دسته دوم بتن با سنگدانه سبک یا به اختصار بتن سبکدانه است که با استفاده از پرلیت، ورمیکولیت منبسط شده و یا دیگر سبکدانه های طبیعی و مصنوعی ساخته میشود. جرم مخصوص خشک این مخلوط بین ۲۴۰ تا ۹۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب میباشد.

امروز اضافه کردن ریزدانه هایی با وزن معمولی، موجب افزایش وزن بتن و مقاومت آن میشود. لیکن به منظور حصول خواص عایق بندی حرارتی (ضریب انتقال حرارت پایین)، حداکثر جرم مخصوص به ۸۰۰ در متر مکعب محدود میگردد.

هنگام ساخت و استفاده از بتن سبک غیرسازه ای، سعی بر این است که با کاهش وزن بتوان خصوصیات عایق حرارتی را افزایش داد، اما ذکر این مطلب ضروری است که کاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نیز کاهش می یابد. مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزدیکی با هم دارند و با افزایش وزن مخصوص، بالطبع باید مقاومت بالاتری را انتظار داشت. باتوجه به مقاومت بدست آمده از این نوع بتن، محل کاربرد آن تعیین میگردد. به عنوان مثال بتن هایی با مقاومت فشاری حدود ۰٫۷ نیوتون بر میلیمتر مربع و کمتر برای لوله بخار زیرزمینی مناسب هستند و از بتن های با مقاومت بالاتر تا حدود ۳٫۵ نیوتون بر میلیمتر مربع در پیاده روها استفاده میشود. باید توجه داشت انقباض بتن های سبک در هنگام خشک شدن در اکثر موارد بخصوص حذف سنگدانه های  درشت از مخلوط، همواره مشکل ساز است.

سبک با مقاومت متوسط

بتنهای سبک موجود در این طبقه عمدتا” از نوع بتنهای سبکدانه و بتنهای با ساختار باز میباشند. به عبارت دیگر برای کاهش چگالی بتن از سنگدانه های طبیعی یا مصنوعی استفاده میشود. سبکدانه های مورد استفاده در این بتنهای با مقاومت متوسط معمولا از یکی از روش های آهکی شدن (تکلیس)، سنگدانه های کلینگر، محصولات منبسط شده ای نظیر روباره های منبسط شده، خاکستر بادی، شیل و اسلیت یا سنگدانه های تولیدی از مصالح طبیعی مانند پوکه سنگ های آذرین و سنگ های آذرین متخلخل تولید میشود. جرم مخصوص بتن ساخته شده با سنگدانه های فوق بین ۸۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. کاربرد مواد افزودنی نظیر تسریع کننده ها و روان کننده ها میتواند در تغییر مقاومت بتن های ساخته شده با سنگدانه های تولید شده از روش های مذکور موثر باشد. کاربرد این بتنها معمولا در بلوک های مجوف بتنی، کف سازیها و موارد مشابه است.

سبک کردن خمیر سیمان

برای این منظور از موادی با پایه حیوانی مانند: سم، شاخ،خون و دیگر اعضا احشام و یا مواد خاص شیمیایی استفاده میگردد؛ این مواد که حباب زا می باشند با ایجاد تخلخل در خمیر سیمان، وزن بتن تولیدی را کاهش می دهند. این نوع بتن سبک، بتن کفی یا گازی) (CLC Cellular  Lightweight Concrete نامیده می شود.

 مواد شرکت کننده در تر کیب این نوع بتن سبک عبارتند از:سیمان،ماسه،آهک(بسته به نوع بتن کفی)، مواد حبابزا،آب و افزودنی هایی مانند:میکرو سیلیس(Micro Silica)، فوق روان کننده ها(Super Plasticizer)، خاکستربادی (Fly Ash) ، الیاف پروپیلین،پلون و غیره.

البته نوعی از مواد حباب زا در پایین آوردن جذب آب بتن نیز کاربرد دارند؛ این مواد با ایجاد حفرات بسیار ریز که برای حداکثر قطر آنها استاندارد تعریف شده، حفرات موئینه داخل بتن را بسته و مانع از نفوذ آب در آنها می شود.

مواد حباب زا یا کف ساز شیمیایی، معمولاً از نظر محیط زیست تجزیه ناپذیرند و برای تامین پایداری آنها از کلراید استفاده می گردد و به این نکته باید توجه خاص نمود که خود کلراید، خورندگی زیادی در تماس با فولاد دارد؛ و از مواد حباب زا ی دارای کلراید نباید در بتن مسلح استفاده گردد و به همین دلیل بتن تولیدی با این مواد، دارای کاربرد سازه ای نمی باشند.

در تولید نوع دیگری از بتن کفی یا گازی از فوم استفاده می گردد به این نحو که فوم در داخل میکسر با بتن مخلوط گردیده و باعث کاهش وزن بتن تولیدی می گردد. امروزه با تولید فوم های ارزان قیمت، این نوع از بتن کفی کاربرد وسیعی پیدا کرده و با توجه به صرفه اقتصادی آن شرکتهای بزرگ ساختمانی اقدام به بکارگیری این نوع بتن کرده اند.

بتن تولیدی با این روش دارای قابلیت های زیر می باشد

کاهش وزن مخصوص.

کاستن هزینه تولید.

افزایش اسلامپ بتن و در نتیجه آن می توان نسبت آب به سیمان طرح اختلاط را کاهش داد.

امکان شکل دهی مناسب به سطح.

پمپ کردن آسان آن به طبقات.

مقاومت مطلوب در برابر یخ زدگی.

بتنهای سبک تولیدی با این روش(بتن کفی یاگازی) با توجه به تخلخل خمیر سیمان و مقاومت پایین آن که منتج به پایین آمدن مقاومت بتن تولیدی میگردد، کمتر به عنوان سازه ای کاربرد دارد و بیشتر در تولید مصالحی بکار می روند که نقش باربری کمی دارند در نمودار (۱) رابطه بین چگالی بتن کفی و مقاومت ۲۸ روزه آن را مشخص می نماید:

عمل آوری بتنهای سبک کفی نیز متنوع می باشد به عنوان مثال، برای نوع خاصی از بتن کفی، بعد از مخلوط کردن مواد اولیه مانند سیمان، آهک، ماسه، مواد منبسط شونده و سایر افزودنی ها، مخلوط در داخل قالب مورد نظر ریخته شده و در دستگاه اتوکلاو قرار می گیرد و بعد طی زمان معینی از دستگاه اتوکلاو خارج می گردید، محصول نهایی بتن سبکی است که دارای شکل مورد نظرو همان قالب می باشد.

 این نوع بتنهای سبک را که پیداش آن به سال ۱۹۱۴ و کشور سوئد می رسد Autoclaved Aerated Concrete (AAC) و یا  Autoclaved Cellular Concrete (ACC)می نامندو کاربرد بسیار وسیعی در ۵۰ سال اخیر در صنعت ساختمان و بویژه در اروپا و آمریکا داشته است.

 این نوع بتن سبک جایگزین مناسبی برای مصالح رایج بنایی مورد استفاده در ساختمان می باشد و می تواند به عنوان قطعاتی در دیوارها، سقف و سایر قسمتهای ساختمان کاربرد داشته باشد. عمده ماده منبسط شونده در تولید این نوع بتن سبک، پودر آلومینیوم می باشد. محصول نهایی که ماده ای منبسط شده است دارای حجمی تقریباً ۵ برابر مواد مصرفی می باشد که این خاصیت سبب شده به عنوان مصالحی اقتصادی ودر عین حال کاربردی شناخته شود.

طیف وزنی آنها وابسته به مقدار سیمان و نیز قطر سنگدانه می باشد بطوریکه با استفاده از ماسه هایی با قطر بیشتر محصولی با وزن مخصوص بالا تر تولید می گردد و بالعکس.

خوشبختانه در دهه اخیر در کشور خودمان نیز شاهد تولید، انواع این نوع بتن سبک هستیم و عموماً با نامهایی مانند هبلکس و یا سیفورکس شناخته شده هستند. بیشترین کاربرد آنها در صنعت ساختمان ایران، به عنوان جداکننده هایی است که نقش باربری ندارند، در حالی که امروزه نمونه های جدید تولیدی این محصول، با توجه به وزن پایین و همچنین ماندگاری مناسب، به عنوان نمای ساختمانی و نیز تزیینات داخلی کاربرد دارد.

استفاده از سبک دانه

سبکدانه ها سنگدانه هایی با فضای متخلخل داخلی می باشند.سبکدانه هایی که جهت تولید بتن سبک کاربرد دارند متنوع بوده و هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی وجود دارند؛ از انواع طبیعی آن می توان به سنگدانه هایی مانند:ورمیکولیت، پامیس یا سنگ پا وبرخی سربارهای آتش فشانی اشاره کرد و سبکدانه های مصنوعی، که عمده آنها به شکل گلوله هایی ازجنس خاک رس منبسط شده می باشند. البته سبکدانه هایی بر پایه سیلیس، خاکستربادی وغیره نیز وجود دارندکه با توجه به نوع مواد اولیه و نحوه تولید دارای کاربرد کمتر نسبت به سبکدانه های رسی می باشند. سبکدانه ها رسی با عناوین تجاری مختلف مانند: Argex,fibo,liapor,lecaبه بازارهای بین المللی عرضه میگردد.

سبکدانه هایی از این جنس، علاوه بر سبک بودن به سبب شرایط خاص تولیدی ؛ دارای مزایای ویژه ای هستند، که از آن جمله می توان به این موارد اشاره نمود:

به عنوان محصولی صنعتی از نظر کیفیت دارای یکنواختی مطلوبی می باشد.

مانند سنگدانه های طبیعی محدودیتی از نظر معادن ندارد.

فاقد مواد زیان آوری است که ممکن است در سنگدانه های طبیعی باشد و PH آن در حد نرمال و در حدود ۷٫۲ می باشد.

به علت قرار گرفتن در معرض حرارت بیش از ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد فاقد مواد آلی مضر می باشد.

به دلیل ذکر شده در بند بالا مقاومت مطلوبی در برابر شوکهای حرارتی دارند.

بتن تولیدی با این روش می تواند به صورت سازهای کاربرد داشته باشد به این منظور باید از خمیر سیمان با مقاومت بالا استفاده نمود و به همین منظور در تولید این نوع بتن سبک که کاربرد سازه ای نیز دارد از میکرو سیلیس و کاهنده های آب اختلاط و ترکیبی از سنگدانه و سبک دانه استفاده می شود.

به دلیل کاربرد سازه ای این نوع بتن، به بررسی مختصر ویژگی های آن می پردازیم.

اسفنجی

بتن اسفنجی یک مخلوط سنگدانه درشت.سیمان.آب وماسه به میزان اندک(وگاهی اوقات بدون ماسه).در ساختار این بتن۱۵-۲۵%(از لحاظ حجم )فضای خلی وجود دارد و این امر موجب عبور آب از داخل این بتن می شود.

در بتن اسفنجی از آب نسبت به دیگر انواع بتن کمتر استفاده می شود و این مسئله باعث شده تا پس از ساختن مخلوط بتن آب ان به سرعت تبخیر شده و مخلوط در مدت یک ساعت کاملا ار اب تخلیه خواه شد.

در بتنهای اسفنجی منافذ هوا درون خمیر سیمان ایجاد میگردد دو نوع اصلی بتن اسفنجی عبارتند از :

۱- کفی                                           ۲- گازی

در تولید بتنهای گازی منافذ عمدتا از طریق واکنش های شیمیایی ایجادگردیده و فرآیند عمل آوری توسظ سیستم اتوکلاو صورت میگیرد و در بتن کفی با ادغام حبابهای هوای از پیش آماده شده (کف) در خمیر سیمان یا ملات، آب و ماسه ریز ایجاد گردیده و عمل آوری آن بصورت معمولی و غیر اتوکلاو انجام می گردد.

نسبت مواد مختلف

رفتار

همچنین به منظور اشنایی بیشتر با رفتار این بتن ویژگیهای آن در زیر بیان شده است.

گازی

بتن هوادار اتو کلاو شده (AAC) یا بتن گازی یکی از انواع خاص بتن سبک متخلخل می باشد این نوع بتن به علت وزن کم وخواص عایق حرارتی خود، باعث کاهش وزن ساختمان و صرفه جویی در مصرف انرژی می گردد و بدین لحاظ کاربرد آن در سطح جهان در حال گسترش می باشد محصولی که امروز بنام AAC نامگذاری گردیده طی ۷۰ سال اخیر در سطح جهان خصوصا سوئد تولیده شده است.

 این محصول شامل دو فرآیند اصلی ایجاد حباب هوا در دوغاب مخلوط سیمان آهک، و پودر سیلیس وعمل آوری بتن حاصل در سیستم اتوکلاو می باشد از خواص عمده بتن گازی وزن مخصوص کم، مقاومت مناسب، عایق بندی حرارتی و مقاومت در برابر آتش قابل ذکر می باشد با توجه به خصوصیات ذکر شده از کاربردهای عمده بتن تولید بلوکهای سبک ساختمانی جهت ساخت دیوارهای جدا کننده و باربر می باشد همچنین کاربردهای عمده بتن گازی تولید بلوکهای سبک ساختمانی جهت ساخت دیوارهای جدا کننده و باربر مانند پانلهای سقف و دیوار مورد استفاده قرار می گیرند.

تاریخچه و وضعیت موجود تولید AAC در جهان

بتن گازی (A)) در دهه ۱۹۲۰ در کشور سوئد تولید گردید انگیزه تولید آن دستیابی به ماده با خواص چوب نظیر سبکی، عایق حرارتی و قابلیت برش و شکل دادن و در عوض بدون معایب چوب همانند قابلیت اشتعال و فساد پذیری آن بود. پس از سالهای ۱۹۵۰ ساخت AAC در دیگر کشورها نیز آغاز شد و امروزه این محصول با روش های مختلف و نامهای متفاوت در بسیاری از کشورها تولید می گردد. محصولاتی که تحت نام های تجاری ثبت شده نظیر yatong , hebelx  siporex , durox , unipol تولید و عرضه می شوند که در نسبت های طرح اختلاط ، مواد اولیه ، روش برش دادن بتن و مراحل پیش و پس فرآیند تفاوتهایی با یکدیگر دارند.

مواد اولیه و کلیات تولید

در صنعت به بتن هوادار اتوکلاو شده بتن گازی گفته می شود و با همین مشخصه از بتن هوادار اتوکلاو نشده (بتن کفی) متمایز می شود.بطور کلی محصولات AAC از ترکیب دو ماده زیر تشکیل می گردد.

 الف- ماده با پایه سیلیسی (ماسه سیلیسی آسیاب شده یا خاکستر بادی)

ب- ماده چسباننده

از سیمان پرتلند معمولی و آهک معمولا بعنوان چسباننده استفاده می شود این مواد در طی فرآیند اتوکلاو با سیلیس واکنش انجام داده و سیلیکات کلسیم هیدراته تولید می شود.

یکی از روشهای هوادار کردن بتن اعمال گاز است که این گاز توسط واکنش شیمیایی در بتن تولید می گردد. بدین منظور ملات باید کارایی مناسب داشته باشد تا حباب ها در ملات بطور یکنواخت توسعه یافته و از ملات خارج نگردند بنابر این سرعت ایجاد حباب گاز ، روانی دو غاب و زمان گسترش باید هماهنگ باشند.

از معمولی ترین روش های اعمال گاز یا حباب در تولید بتن گازی استفاده از پودر آلومینیوم است  می توان از آلیاژ آلومینیوم نیز برای حبابها استفاده نمود گاهی اوقات از پیروکسید هیدروژن برای تولید حباب ها استفاده می شود.جهت دستیابی به خواص بهتر مقاومتی و کاهش پدیده جمع شدگی ، بتن هوادار تحت فشار و دمای بالا (اتوکلاو) و عمل آوری می گردد این فرآیند باعث تولید محصولی با ساختار کاملاً  متفاوت نسبت به ماده ای که اتو کلاو نشده می گردد.

خواص

با توجه به موارد کاربرد ،بتن گازی در جرم های حجمی گوناگون و مقاومت های مختلف تولید  می شود.

جرم حجمی

 این پارامتر از مهم ترین خصوصیات بتن گازی می باشد و اکثر خواص این بتن به آن بستگی دارد. از آنجایی که جرم حجمی بستگی به وضعیت رطوبت نمونه دارد. جهت استانداردهای کردن و مبنای مقایسه انواع بتن سبک، جرم حجمی در حالت خشک شده در کوره بعنوان معیار درنظر گرفته می شود بتن گازی معمولاً با جرم حجمی خشک در محدود ۴۰۰ تا g/m3 800 تولید می شود.

مقاومت فشاری

مقاومت فشاری بتن گازی نیز مانند بقیه بتن ها با افزایش جرم حجمی افزایش می یابد همچنین وضعیت رطوبتی نمونه، در مقاومت فشاری آن تاثیر می گذارد مقاومت فشاری نمونه های خشک شده در هوای ۱۵ تا ۲۰ درصد بیشتر از نمونه های اشباع شده می باشد با توجه به عمل آوری خاص اتوکلاو که روی بتن گازی اعمال می گردد این نوع بتن ها در پایان این فرآیند به مقاومت نهایی خود رسیده و مقاومت آنها افزایش محسوسی در طی زمان نخواهند داشت.

جمع شدگی ناشی از خشک شدن

جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن با کاهش رطوبت آن شروع می شود و آب از منافذ بزرگ خارج می گردد این کاهش رطوبت با کاهش حجم چندانی همراه نیست و با ادامه خشک شدن آب از منافذ مویین کوچک بتن و همچنین آب جذب شده روی سطوح داخلی مواد متشکله بتن گازی خارج می گردد این خشک شدن با کاهش قابل توجه حجم خمیر سیمان همراه است بر این اساس عامل اصلی جمع شدگی از دست رفتن آب منافذ مویین و آب جذب شده روی سطوح می باشد . جمع شدگی بتن اتو کلاو شده کمتر از بتن معمولی می باشد.استاندارد انگلیس B.Sمقدار حداکثر مجاز جمع شدگی ناشی از خشک شدن را برای بلوکهای گازی برابر ۰۹/۰ درصد تعیین می کند.

جذب آب

منظور از جذب آب درصد وزنی آب جذب شده نسبت به وزن خشک نمونه بتنها طی زمانی مشخص استغراق در زیر آب می باشد مقدار جذب آب برای بتنهای معمولی حدود ۵ تا ۱۰درصد وزنی می باشد بتن گازی پس از پایان فرآیند اتوکلاو دارای حدود ۳۰ درصد وزن رطوبت قابل تبخیر است میزان جذب آب نمونه های بتن گازی تا حدود ۷۰ درصد وزنی گزارش شده است.

نتایج آزمایشهای موردی انجام شده روی نمونه های بتن گازی تولید داخل کشور:

در مباحث قبلی مشخصات عمومی بتن های گازی بر مبنای منابع بین المللی ارائه گردید. در این بخش نتایج آزمایشهای انجام شده در بخش بتن مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ساختمان و مسکن روی تعدادی نمونه بتن گازی تولید داخل کشور ارائه می گردد . شایان ذکر است که  نمونه های آزمایش شده بصورت آماده برای انجام آزمایش دریافت گردیدند.

دو گروه بتنهای گازی تولید داخل با شناسنامه GI و GS تحت آزمایش های تعیین مقاومت فشاری ۷ تعیین جذب آب، تعیین جرم حجمی خشک و تعیین جمع شدگی ناشی از خشک شدن از حالت اشباع قرار گرفتند که نتایج آن به صورت خلاصه در جدول زیر آمده است.

نتایج مطالعه

خواص مطلوب این نوع بتن شامل جرم حجمی پایین نسبت مناسب مقاومت به جرم حجمی ،عایق بندی مناسب حرارتی و ثبات (جمع شدگی ناشی از خشک شدن) نسبتاً پایین باعث شده است که این ماده در بسیاری از کشورهای جهان مورد استفاده قرار گیرد .شایان ذکر است که این محصول نیاز به ایجاد کارخانه ای با هزینه سرمایه گذاری اولیه نسبتاً بالا تولید می گردد.

 در حال حاضر تولید بتن های سبک گازی در کشور بصورت بلوکهای سبک می باشد که در ساحتمان برای ساخت دیوارهای جدا کننده داخلی و خارجی مورد استفاده قرار می گیرد. شواهدی مبتنی بر عدم یکنواختی انطباق تولیدات کارخانه ها با حداقل الزمات ذکر شده در مدارک فنی وجود دارد همچنین در زمینه کاربرد در برخی موارد مشکلاتی در خصوص ترک خوردگی جذب و انتقال رطوبت به داخل ساختمان مشاهده شده است.

 بدیهی است کاربرد مناسب و مطلوب بتن گازی در ساختمان مستلزم تولید بتن گازی با کیفیت مطلوب وهمچنین کاربرد مناسب آن در رابطه با مسایل و جزئیات اجرایی می باشد

متاسفانه در کشور در زمینه استاندارد سازی این محصول کار اندکی انجام شده و لازم است استانداردهای تفضیلی برای تعیین حداقل شاخص های کیفیت قابل  قبول و همچنین روشهای استاندارد انجام  آزمایش های تعیین کیفیت تدوین گردد.

کفی

بتن‌های کفی یکی از انواع بتن‌های سبک می باشد که از ادغام کف تولید با ثبات کافی در خمیر سیمان یا ملات حاصل می گردد با توجه به محدوده وسیع جرم حجمی قابل دستیابی با بتن های کفی و پایین بودن نسبی سرمایه گذاری اولیه این مصالح بعنوان راه حلی مناسب در مواردی که کاهش وزن و یا عایق بندی حرارتی مدنظر باشد توسط تولید کنندگان عرضه می شوند قبل از بکارگیری هر نوع بتن سبک لازم است دیگر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مهم آن ارزیابی شوند تا از مناسب بودن آن برای کاربرد  مورد نظر اطمینان حاصل گردد. بر این اساس بررسی گسترده آزمایشگاهی جهت تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بتن کفی با محدوده جرم حجمی بین ۸۰۰ تا ۱۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب توسط کارشناسان شرکت بتن سازه الوند و بخش بتن مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن انجام پذیرفت جزئیات این مطالعه و نتایج حاصله در ضمائم حاضر ارائه گردیده است. زمینه های مناسب کاربرد بتن ها کفی کشور مواردی هستند که جمع شدگی بالا قبول باشد در این رابطه می توان به کاربرد بتن کفی بعنوان عایق حرارتی ، پر کننده حفاری ها، بخش میانی پانل های ساندویچی و کابردهای ژئوتکنیکی اشاره نمود.

  ساختمان به طور مستقیم ( به لحاظ سبکی ویژه این نوع بتن ) و صرفه جویی در مصرف انرژی بطور غیر مستقیم ( به لحاظ عایق بودن این نوع بتن در مقابل سرما و گرما و در نتیجه کاهش میزان مواد سوختی ) , از لحاظ اقتصادی گام های بلند و مهمامروزه مهندسین و معماران سازنده ساختمان در دنیا با استفاده از بتن سبک در قسمت های مختلف بنا با سبک کردن وزنی برداشته اند .

فوم بتن پوششی است جدید جهت مصارف مختلف در ساختمان که به علت خواص فیزیکی منحصر به فرد خود بتنی سبک و عایق با مقاومت لازم و کیفیت مطلوب نسبت به نوع استفاده از آن ارائه میدهد . این پوشش از ترکیب سیمان , ماسه بادی (ماسه نرم ) , آب و فوم ( ماده شیمیائی تولید کننده کف ) تشکیل می شود . ماده کف زا در ضمن اختلاط با آب در دستگاه مخصوص , با سرعت زیادی , حباب های هوا را تولید و تثبیت نموده و کف حاصل که کاملا پایدار می باشد در ضمن اختلاط با ملات سیمان و ماسه بادی در دستگاه مخلوط کن ویژه , خمیری روان تشگیل می دهد که به صورت درجا با در قالب های فلزی یا پلاستیکی قابل استفاده می باشد . این خمیر پس از خشک شدن با توجه به درصد سیمان و ماسه بادی ( مطابق با جدول شماره ۱  ) دارای وزن فضایی از ۳۰۰ الی ۱۶۰۰ کیلو گرم در متر مربع خواهد بود.

ویژگی‌های عمده

عامل اقتصادی

سبکی وزن با مقاومت مطلوب فوم‌بتن یا توجه به نوع کاربرد آن , بطور کلی به لحاظ اقتصادی مخارج ساختمان را میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهد چون در نتیجه استفاده از آن , وزن اسکلت فلزی و دیوار ها و سقف کاهش یافته و ضمنا باعث کاهش مخارج فونداسیون و پی در ساختمان می گردد که با توجه به خواص فوق , با سبک تر بودن ساختمان , نیروی زلزله خسارات کمتری را در صورت وقوع متوجه آن می سازد .

سهولت در حمل و نقل و نصب قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته با فوم بتن هزینه کمتری را نسبت به قطعات بتنی دربرداشته و نصب قطعات بعلت سبکی آنها . بسیار آسان می باشد , هر گونه نازک کاری براحتی روی پوشش فوم بتن قابل اجراست و ضمنا چسبندگی قابل توجهی با سیمان و گچ دارد .

خواص فوق العاده عایق بودن در مقابل گرما , سرما و صدا : فوم بتن به علت پائین بودن وزن مخصوص آن یک عایق موثر در مقابل گرما , سرما و صداست . ضریب انتقال حرارتی فوم بتن ( طبق جدول شماره ۳ ) بین۶۵ ۰/۰ تا ۴۳۵/۰ k cal / m2 hc می باشد ( ضریب هدایت حرارتی یتن معمولی بین ۳/۱ تا ۷/۱ می باشد ) استفاده از فوم بتن بعنوان عایق باعث صرفه جویی در استفاده از وسائل گرم زا و سرما زا می گردد . فوم بتن عایق مناسبی جهت صدا با ضریب زیاد جذب آگوستیک به سمار می رود که در نتیجه بعنوان یک فاکتور رفاهی در جهت جلوگیری از ورود صداهای اضافی اخیرا مورد توجه طراحان قرا کرفته است .

خصوصیات عالی در مقابل یخ زدگی و فرسایش ناشی از آن و مقاومت در برابر نفوذ رطوبت و آب

نظر به اینکه فوم بتن در قشرهای سطحی دارای تخلخل فراوان می باشد در نتیجه شکاف های موئین و و درزهای کمتری در سطح ایجاد می شود و اگر  پوشش فوم بتن با ضخامت کافی مورد استفاده قرار گیرد در مقابل خطر نفوذ باران و رطوبت مقاومت مطلوبی خواهد داشت .

مقاومت فوق العاده در مقابل آتش : مقاومت فوم بتن در مقابل آتش فوق العاده می باشد.

به طور مثال قطعه ای از نوع فوم بتن با وزن فضایی ۷۰۰ الی ۸۰۰ کیلو گرم در متر مکعب که حداقل ۸ سانتی متر ضخامت داشته با شد به راحتی تا ۱۲۷۰ درجه سانتی گراد را تحمل می نماید و اصولا  در وزن های پائین غیر قابل احتراق است .

 قابل برش بودن :۶ به دلیل قابل برش بودن با اره نجاری و میخ پذیر بودن آن . کارهای سیم کشی و نصب لوازم برقی و تاسیسات خیلی سریع و به راحتی قابل عمل خواهد بود.

کاربرد در ساختمان

شیب بندی پشت بام

فوم‌بتن با صرفه ترین و محکم ترین مصالح سبکی است که می توان از آن برای پوشش شیب بندی استفاده نمود  . نظر به اینکه با دستگاه مخصوص به صورت بتن یکپارچه در محل قابل تهیه و استفاده است می توان مستقیما روی آن را عایق بندی یا ایزولاسیون نمود.

کف بندی طبقات

به دلیل سبکی وزن فوم‌بتن و آسان بودن تهیه آن . می توان تمامی کف طبقات . محوطه و بالکن ساختمان را بعد از اتمام کارهای تاسیساتی با آن پوشانده و بلافاصله عملیات بعدی را مستقیما روی آن انجام داد.

بلوک های غیر بار بر سبک

با بلوک های تو پر به ابعاد دلخواه می توان تمامی کار تیغه بندی قسمت های جدا کننده ساختمان را با استفاده از ملات یا چسب بتن انجام داد . با این نوع بلوک ها علاوه بر اینکه از سنگین کردن ساختمان جلوگیری می شود عملیات حمل و نصب خیلی سریع انجام می گیرد و دست مزد کمتری هزینه می شود . پس از اجرای دیوار می توان مستقیما روی آن را گچ نمود . این بلوک ها دارای وزن فضایی بین ۸۰۰ الی ۱۱۰۰ کیلو گرم می باشند .

پانل های جدا کننده یکپارچه و نرده های حصاری جهت محوطه و کاربری در موارد خاص : جهت ساخت دیوارهای سردخانه ها . گرم خانه ها و سالن های ضد صدا می توان در محل با قالب بندی . فوم بتن را به صورت یک پارچه عمودی ریخت . به دلیل ویژگی عمده عایق بودن این نوع بتن . جهت عیق بندی سردخانه ها . گرم خانه ها . پوشش لوله های حرارتی و برودتی و …… کاربرد مهمی دارد . ضمنا به دلیل اینکه عایق صدا می باشد برای موتورخانه ها و اتاق های آکوستیک مورد استفاده وسیع قرار می گیرد.

 برنامه آزمایش ها

برنامه آزمایشگاهی به منظور تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی بتن های کفی با جرم حجمی های مختلف انجام گرفت خصوصیات مورد نظرشان شامل وزن مخصوص و خشک، جذب آب، مویین، جمع شدگی ناشی از خشک شدن ، مقاومت های فشاری محاسبه گردیده است.

مصالح بکار رفته

سیمان: سیمان مصرفی از نوع سیماان پرتلند

ماسه: ماسه بکار رفته در این تحقیق از نوع ریز استفاده گردید.

مواد کفزا و تثبیت کننده کف: مواد کفزا و تثبیت کننده کف مورد استفاده بانسبت های مختلف با آب رقیق گردید.

طرح اختلاط 

طرح اختلاط بتن کفی درهر محدوده جرم حجمی بر اساس حجم مطلق مواد اولیه تعیین گردید حجم آب هیدراسیون بعنوان  درصدی از میزان سیمان در نظر گرفته شد. میزان سیمان مطابق با محدوده توصیه شده مراجع مختلف استفاده گردیده و با کم کردن وزن سیمان و آب هیدراسیون از جرم حجمی خشک مورد نظر وزن ماسه در مخلوط مشخص گردید. با محاسبه مقدار آب اختلاط به منظور دستیابی به یکنواختی مورد نظر وبا داشتن مقادیر حجم های  سیمان و ماسه در مخلوط ، حجم منافذ هوا و درنتیجه حجم کف مورد نیاز مشخص می گردد.

تحلیل نتایج آزمایشها:

• مقاومت فشاری

مقاومت فشاری مخلوطهای بتن کفی تا حد زیادی تحت تاثیر مقادیر نسبت آب به سیمان می باشد مخلوطهای با نسبت آب به سیمان کمتر در جرم حجمی های مشابه دارای مقاومت های بالاتری می باشند بکارگیری ماسه درشت تر ،خصوصاً در مخلوطهای سنگین تر که منجر به کاهش قابل توجه نسبت آب به سیمان گردید. عملکرد مناسب تر این مخلوطها از نظر مقاومت فشاری را به دنبال دارد. قابل توجه است که کف اضافه شده ه مخلوهای خود دارای مقدار آب بوده به حجم کف مصرف شده و جرم حجمی آن بستگی دارد.

خوشبختانه نتایج مقاومت بدست آمده برای طرح های مختلف بسیاری از نیاز های مورد نظر را تامین می نماید و عملا محدودیت استفاده در بخشهای مختلف ساختمان ایجاد نمی نماید.

• جذب آب مویین

جذب آب بصورت وزن آب در واحد سطح نمونه (g/cm2) قابل محاسبه می باشد. نتایج بدست آمده نشان داد که جبابهای هوا در مخلوطهای بتن کفی مورد مطالعه نفوذ ناپذیر نبوده و جذب آب مشاهده مربوط به خمیر سیمان است.و مقادیر بدست آمده در حد استاندارد  می باشد.

•  جمع شدگی ناشی از خشک شدن

جمع شدگی ناشی از خشک شدن مخلوط ها توسط منشور ۵/۲۸*۵/۷*۵/۷ سانتیمتر تعیین گردید نمونه ها پس از ۲۸ روز عمل آوری مرطوب به شرایط معمولی آزمایشگاه با رطوبت نسبی حدود ۴۰ درصد منتقل شدند مقدار جمع شدگی ناشی از خشک شدن هر مخروط با اندزه گیری طول نمونه ها در فواصل زمانی مختلف تعیین گردید.

مقدار زیاد جمع شدگی ناشی از خشک شدن تن کفی جنبه مهمی است که در موارد استفاده از این ماده باید  در نظر گرفته شود در حقیقت برخی نشریه های فنی در مورد بتن کفی مصرف این ماده را محدود به مواردی که جمع شدگی بالا مسئله ساز نباشد نموده اند.خوشبختانه در این خصوص نیز محصولات مورد آزمایش نتایج مناسبی را ارائه نموده اند.

• نتایج مطالعه بر روی بتنهای کفی

جذب آب و جذب مویین بتن های کفی مشابه بتن های معمولی و قابل قبول بوده است در صورتیکه از کف مناسب در تهیه این نوع بتن استفاده شود حتی عملکرد بتن کفی با جرم حجمی ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب مشابه بتن معمولی با نسبت آب به سیمان مشابه می باشد.

جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتنهای کفی در ایران نسبتاً زیاد است که نمونه های تولیدی این شرکت این موضوع را با استفاده از نوع خاصی از مواد کفزا  همراه با مواد تثبیت کننده و کاهش دهنده جمع شدگی مرتفع نموده است.

• نصب بتنهای اسفنجی

نصب بتن اسفنجی شامل ۴ اساسی است

۱- مخلوط کردن

۲- جاگذاری کردن

۳- تراکم و فشردگی

۴- عمل آوردن بتنها

بوجود آوردن قرار دادن و عمل آوردن بتن اسفنجی همه جای به اینکه در یک کارخانه زیر شرایط یکسان انجام شوند در محل کار (پای کار) انجام می شوند

اگر چه بتن اسفنجی می تواند توسط همان تهیه کننده های بتن تو پر تهیه شده و توسط همان کامیونهای بتن تو پر تحویل داده شود اما این ویژگیهای فیزیکی منحصر به فردش است که نیاز به یک پیمانکار با تجربه تخصصی دارد . همچنین تفاوتهای ساختاری ما بین بتن اسفنجی و بتن غیر قابل نفوذ نصب متفاوت ان  را نیازمند است.

به هر حال کیفیت و عملکرد بتن اسفنجی بستگی به میزان اشنایی و عملکرد نسب کننده وخاصیت ضربه های ساختاری دارد  این نوع بتن به دلیل مقاومت  نسبتا پایین ۴۰۰psiالی ۴۰۰۰psiاست اساس مشخص شده و پذیرفته شده ای برای مفاومت بالا نیست و مثله مهمتر در موفقیت یک روسازی بتن اسفنجی مقدر پوکی ان است البته بایدبدانیم که زیر سازی این بتن و زمین زیرینش نباید کاملا غیر قابل نفوذ باشد و باید حداقل انکی خاک وزیر سازه ان نفوذ پذیری داشت باشد در منهطق مناسه ای هم بت اسفنجی  مستقیما بالای ماسه گذاشته می شود همچنین باید به این موضوع اشاره کرد کعه یخ زدن اب در این بتن مشکلی ایجاد نمی کند زیرا ازمایشهایی صورت رفته که در ان بتن اسفنجی را به مدت بیش از ۱۵ سال در اب وهوای سرد گذاشته واب باران و برف پس از ورود به داخل بتن یخ میزند کاربرد موفق بتن اسفنجی در این مناطق این مثله را حل نموده ومشکلی ر در به کار بردن این بتن در این مناطق وجود ندارد

نقش مواد افزودنی (مواد دارای خواص سیمانی ) در بتنهای اسفنجی

مواد افزودنی که در بتنهای اسفجی به کار می روند عبارتند از : رقیق کننده های سیمان خاکستر بادی و پوزولان طبیعی روباره وبخار سیلیس

حال به برخی از انه که نقش بسیار مهمی در ساختار بتن دارند و می توانند به جای سمان مورد استفاده قرار گی رند که در ایران از انها به ندرت استفاده می شود اشاره میکنیم در واقع این مواد بر عملکرد زمان گیرش میزان افزایش مقاومت تخلخل نفوذ پذیری و غیره در بت تاثیر می گذارند در یک کلام کلید عملکرد بالای بتن در استفاده از موا  افزودنی است از ان جمله می خواهیم به گاز سیلیس خاکستر بادی و روباره که همگی دوام بتن را به وسیله کم کردن نفوذ پذیری و شکاف افایش می دهتد اشاره کنیم.

کفی (حباب دار)

بتن کفی یا بتن حباب دار که در زبان انگلیسی با نام  Foamed Concrete شناخته می شود، یکی از انواع پرکاربرد بتن می باشد که دارای مصارف متنوعی می باشد. فوم بتن یا بتن اسفنجی از جمله نام های دیگر این محصول در زبان فارسی هستند. بتن کفی دارای چگالی کمتر و وزن مخصوص کمتری نسبت به انواع بتن های تهیه شده به روش معمولی دارد و استفاده از آن باعث کاهش قابل توجهی در وزن سازه می شود.

برای ساخت بتن کفی، در کمپرسور کف ساز، امولوسیون ویژه ای می ریزند و از آن کف می سازند. کف حاصل را در مخلوط بتنی که سنگدانه های آن از ماسه به درشتی حداکثر ۲ میلیمتر است، اضافه کرده و اندکی با هم مخلوط می کنند. این بتن عایق حرارت و صوت بوده و در برابر یخبندان نیز مقاوم است، می تواند جایگزین بتن گازی شود و نیز در ساخت تیغه و شیب بندی بام مورد استفاده قرار گیرد. بتن کفی هنگام خشک شدن انقباض زیادی دارد. سطح خارجی آن نیز باید پرداخت شود تا از جذب آب توسط آن جلوگیری به عمل آید.

آشنایی با قالب‌بندی

قالب بندی عبارت است از کارهای معین در مدت زمان معین برای انجام یک سری عملیات ویژه به صورت دائم یا موقت برای پر کردن آن محل توسط بتن یا مصالح مشابه. در زبان انگلیسی قالب بندی را با عبارت Formwork می شناسند.

قالب بندی بتن یکی از مراحل بسیار حساس در ساخته سازه ها و قطعات بتنی می باشد. در هنگام قالب بندی بتن موارد مختلفی را باید در نظر گرفت تا کیفیت نهایی محصول بتنی تضمین شود. یکی از این موارد بسیار مهم در هنگام قالب بندی بتن میزان انقباض و یا انبساط قطعه بتنی در قالب پس از بتن ریزی است که باید با توجه به این مقدار قالب را با محاسبات دقیق بست.

جنس و بافت سطح درونی قالب تأثیر مستقیمی بر بافت نهایی بتن دارد. بسته به بافت دلخواه در سطح بتن از قالب های چوبی، فلزی یا پلاستیکی استفاده می کنند. سطح درونی قالب چوبی باید پیش از ریختن بتن، نمناک شود تا آب بتن را جذب نکند. سطح درونی قالب فولادی نیز باید با روغن چرب شود تا به بتن نچسبد. جکهای فلزی و قالب های فلزی و نشیمن های خرپایی از جمله نمونه های رایج قالب بندی فولادی می باشد.

قالب باید به اندازه کافی محکم باشد تا فشار بتن را تحمل کند و درزها و محل اتصالات قالب نیز باید از نشست بتن جلوگیری کنند. زمان باز کردن قالب ها بر حسب نوع بتن و شرایط سازه بتنی متفاوت است ولی معمولاً بین ۲۴ ساعت تا یک هفته به طول می انجامد.

آشنایی با بتنریزی

در بتن ریزی اختلاف ارتفاع بین محل تخلیه بتن و درون قالب نباید از یک متر بیشتر باشد در غیر این صورت دانه های درشت جدا شده و ته نشین می شوند. در ستون هایی که ارتفاع آنها زیاد است باید بتن از بازشوهایی موسوم به پنجره در بدنه قالب ستون ریخته و متراکم گردد. سپس این بازشو کاملاً بسته شده و بتن ریزی از بازشو بالایی که فاصله آن از بازشو پایینی یک متر است، ادامه می یابد. لایه های مختلف بتن ریزی باید سریع اجرا گردد تا لایه قبلی خشک نشود و اتصال لازم بین آن ها ایجاد گردد.

بتن ریزی در هوای خیلی گرم و خیلی سرد مشکلاتی به شرح زیر برای بتن ایجاد می کند:

بتن ریزی در هوای گرم: باعث افزایش میزان آب مورد نیاز، افت سریعتر اسلامپ، افزایش احتمال ایجاد ترک در بتن، نیاز شدید به عمل آوردن سریع و… می شود.

بتن ریزی در هوای سرد: در شرایط یخبندان بتن باید متراکم و توپر ساخته شود تا آب در آن نفوذ نکند و یخ نزند. در غیر این صورت ازدیاد حجم آب یخ زده سبب ایجاد ترک در بتن می شود.

استفاده از سایبان در هوای گرم و پتوی عایق حرارت در هوای سرد و نیز استفاده از باد شکن می تواند تا حدی تأثیر شرایط جوی نامناسب را تعدیل کند.

حمل و نقل

امروزه بتن به صورت استاندارد در کارخانه های تولید بتن، ساخته شده سپس به محل مصرف حمل می شود. در پروژه های بزرگ میتوان ایستگاه های بتن ساز (Batching Plant) را در کارگاه مستقر کرد. در حمل و نقل بتن از کارخانه از ماشین های مخصوص (Mixer Truck) استفاده می شود که چرخش مخزن بتن این ماشین ها مانع از ته نشین شدن سنگ ها شده و روانی بتن را در زمان حمل و نقل بتن حفظ می کند. این ماشین ها همچنین از تأثیر هوای گرم (تبخیر آب بتن) و هوای سرد (کاهش گرمای بتن) بر بتن جلوگیری می کنند.

• باید توجه داشت که میکسر بتن با بونکر حمل سیمان فله متفاوت است.

بتنی که از مخلوط کن خارج می شود نباید بیشتر از ۳۰ درجه سانتیگراد گرما داشته باشد. عمل تخلیه بتن بر حسب نوع و محل کار میتواند مستقیماً از ماشین به محل بتن ریزی صورت گیرد یا از قیف مخصوص، دمپر، ناودانی تخلیه و یا پمپ بتن استفاده شود. بتن را به وسیله پمپ میتوان تا فاصله ۹۰۰ متری افقی و ۱۵۰ متری عمودی پمپ کرد. البته در این حالت روانی بتن باید زیاد باشد که خود به کیفیت بتن لطمه می زند.

زمان گیرش بتنی که حمل می شود باید اندکی بیشتر از مجموع زمان های ساختن، حمل و نقل بتن تا محل مصرف، ریختن و عمل آوردن بتن باشد. در غیر این صورت به بتن مواد کندگیر کننده می افزایند. زمان حمل بتن از محل ساخت تا محل مصرف، در هوای سرد و نمناک نباید بیشتر از یک ساعت و در هوای گرم و خشک بیشتر از نیم ساعت طول بکشد. در صورت زیاد بودن فاصله حمل، سنگدانه ها و سیمان توسط ماشین مخصوص که دارای مخزن گردنده است به محل مصرف حمل می شوند و در آنجا درون مخزن گردنده آب می ریزند.

افزودنی ها – Concrete Admixtures

افزودنی های بتن موادی هستند که جهت بهبود برخی خواص بتن به آن اضافه می شوند. این مواد را به مقدار کم در هنگام ساختن بتن به آب آن، اضافه می کنند. مواد افزودنی نباید بر سیمان اثری داشته باشند یا موجب زنگ زدن میلگردها در بتن مسلح شوند.

• عبارت «مواد افزودنی» و «مواد ترکیبی» نباید با معنی مترادف به کار روند. مواد ترکیبی موادی هستند که در مرحله تولید به سیمان اضافه می شوند در حالی که مواد افزونی در مرحله مخلوط کردن سیمان با آب، به بتن افزوده می شوند.

روان کننده ها (تقلیل دهنده های آب)

روان کننده ها یکی از انواع افزودنی های بتن هستند که دارای خواص زیر می باشند:

1. رسیدن به مقاومت بالاتر به وسیله کاهش نسبت آب به سیمان (با استفاده از دوده سیلیسی و مواد افزودنی فوق روان کننده میتوان بتنهایی با مقاومت بیش از ۳۰۰ مگاپاسکال تولید کرد.)
2. کاهش مقدار سیمان مصرفی با حفظ کارایی (روانی) بتن و در نتیجه کاهش حرارت آبگیری در توده بتن
3. سادگی بتن ریزی به وسیله افزایش کارایی (روانی) بتن
4. ایجاد بار منفی در سطح ذرات سیمان که موجب می گردد ذرات سیمان یکدیگر را دفع کنند و پراکندگی یکنواختی در مخلوط حاصل گردد.
5. کاهش سایش بین سنگدانه ها.

تسریع کننده ها – Accelerators

تسریع کننده ها یکی دیگر از افزودنی های بتن هستند که سبب تسریع در گیرش ابتدایی بتن شده و رشد مقاومت آن را سریعتر می کنند. از این مواد در بتن ریزی در هوای سرد استفاده می شود. مهمترین آنها کلرورکلسیم (CaCl_٢) به میزان کمتر از ۲% وزن بتن است که انقباض بتن را نیز کاهش می دهد ولی باعث خوردگی فولاد و آلومینوم می شود. بنابراین در بتن های مسلح و نیز در بتن هایی که در معرض آب های سولفات دار هستند بهتر است از تسریع کننده های دیگر نظیر کربنات سدیم، کربنات پتاسیم و … استفاده شود.

کندگیر کننده ها – Retarders

کندگیر کننده ها نیز یکی از انواع افزودنی های بتن هستند که زمان گیرش ابتدایی بتن را به تأخیر می اندازند. بنابراین رشد مقاومت بتن کاهش می یابد ولی بر میزان مقاومت نهایی تأثیری ندارد. این مواد عمل آبگیری را کند می کنند بنابراین نیاز به آب کمتری در بتن است و نسبت آب به سیمان (W/C) کاهش می یابد.

کاربرد کندگیر کننده ها عبارتست از:

1. بتنریزی در هوای گرم
2. بتن ریزی زمانی که فاصله بین ایستگاه بتن تا محل قالب زیاد است
3. بتن ریزی به صورت مداوم  ادامه دارد و نیاز است که بتن قبلی زود خشک نشود تا بین آن و بتن جدید پیوستگی به وجود آید، نظیر بتن ریزی در پل ها، در سقف و …

هوازاها – Air Entraining Agent

مواد هوازا یکی دیگر از افزودنی های بتن هستند که حباب های بسیار ریز میکروسکوپی از هوا را به طور یکنواخت و جدا از هم در سراسر دوغاب سیمان ایجاد می کنند. این حباب ها سبب افزایش دوام بتن در برابر یخ زدن ها و آب شدن های مکرر، آب بندی و نفوذ ناپذیری بیشتر بتن، کم کردن اصطحکاک داخل بتن در نتیجه افزایش کارایی (روانی) آن و تسهیل بتن ریزی می شوند.

سایر افزودنی‌ها 

علاوه بر افزودنی های بتن یاد شده، مواد دیگری نیز جهت کاربردهای خاص به شرح زیر به بتن اضافه می شوند:

• چسب: این چسب از رزین های مصنوعی پلیمری نظیر اکریلیک ها، استات ها و… ساخته می شود و باعث افزایش مقاومت فشاری و خمشی، دوام بتن، کاهش میزان نفوذ آب در آن، اتصال بتن تازه به بتن کهنه، افزایش روانی بتن، افزایش چسبندگی بتن، جلوگیری از ترک خوردن آن و… می شود.
• مواد ممزوج ساز:  دانه های سیمان در انواع بتنها تمایل دارند که به دور هم گرد آمده و حالت آماج به خود بگیرند در نتیجه آب به همه ذرات سیمان نمی رسد. مواد ممزوج ساز نظیر کلسیم لینگنین سولفات سبب می شوند که آبگیری سیمان بهتر انجام گیرد و آب انداختن بتن به حداقل برسد.
• دیاتمه: در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن با افزودن گرد میکرونی دیاتمه به مخلوط بتن مقاومت فشاری ۱۸۰ روزه آن را تا ۲۵ الی ۲۹% افزایش داده اند.

آشنایی با لوله بتنی –  Concrete Pipe

تولید لوله بتنی یکی از صنایع جانبی علم بتن می باشد که امروزه به یک شاخه جداگانه و کاملا تخصصی تبدیل شده است. امروزه تولیدکنندگان محصولات صنعتی با ترکیب علوم مختلف انواع لوله بتنی را تولید و به بازار عرضه کرده اند. از انواع این لوله های بتنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• لوله مسلح پیش تنیده
• لوله ساده
• لوله پیش ساخته با هسته فولادی

از بتن میتوان لوله های عظیم انتقال آب ساخت. این لوله های از سایز ۲۵۰ الی ۲۴۰۰ میلی متر تولید می گردد. از این لوله های عظیم علاوه بر انتقال آب برای انتقال فاضلاب نیز بهره می برند.

لوله های بتنی مسلح فاضلابی طبق آئین نامه لوله های بتنی مسلح برای جمع آوری آب باران و فاضلاب ASTM-C76 و همچنین استاندارد ۸۹۰۶ تولید می گردند.

این لوله ها براساس میلگرد بکار رفته در جدار لوله که وابسته به قطر است می تواند در یک الی دو ردیف در داخل لوله بتنی نصب گردد، لوله های بتنی فاضلابی به پنج کلاس تقسیم می شوند که هر کدام براساس سطح مقطع میلگرد داخلی در هر متر لوله ها تعیین می گردد.

روش تولید

بدین صورت که بتن را در قالب لوله می ریزند، آن را لرزانده و متراکم می کنند. سپس آن را از قالب خارج کرده و در محل نمناک قرار میدهند تا سفت و سخت شود. اگر در ساخت بتن از سیمان تراس یا سیمان پوزولانی استفاده کنند یا به بتن گرد دیاتمه اضافه کنند، لوله آببندی نیز می شود.

کاربرد

کم شدن سرانه آب مورد استفاده و زیاد شدن انواع آلاینده های آن مثل زه آبهای کشاورزی، پساب های صنعتی و فاضلابهای روستایی و شهری موجب شده است تا در برنامه ریزی های کشور در افق ۲۰ ساله برای صنعت آب و فاضلاب اهمیت زیادی قائل باشند. از این رو استفاده از لوله های ساخته شده از بتن با کیفیت بالا در انتقال فاضلاب در آینده اهمیت فراوانی خواهد داشت.

مسلح یا آرمه

بتن مسلح یا بتن آرمه در زبان انگلیسی با عبارت Reinforced Concrete شناخته می شود. همان طور که قبلاً نیز اشاره شد مقاومت کششی بتن معمولی بسیار کم است از این رو جهت اصلاح این پارامتر در بتن، از فولاد که مقاومت کششی بالایی دارد استفاده می کنند.

فولاد و بتن ضریب انبساط حرارتی تقریباً یکسانی دارند در نتیجه در اثر تغییرات دما در آنها لغزش ایجاد نمی شود. فولاد به صورت میلگردهای آجدار کاملاً تمیز در بتن قرار می گیرد تا پیوستگی کامل بین میلگرد و بتن به وجود آید و با هم فشرده یا کشیده شوند. میلگردهای طولی نیروی کششی و میلگردهای عرضی (خاموت) نیرویی برشی را تحمل می کنند.

برای ساخت بتن مسلح یا بتن آرمه از بتن خمیری (بتن عسلی) استفاده می کنند تا امکان متراکم کردن بتن اطراف میلگردها به خوبی فراهم شود. همچنین اندازه سنگ دانه ها در بتن نباید از حداقل فاصله میلگردها بیشتر باشد. اگر اطراف میلگردها در بتن فضای خالی وجود داشته باشد، علاوه بر کاهش پیوستگی و کارآمدگی بتن مسلح، این امر موجب خوردگی فولاد و زنگ زدن آن می شود.

آشنایی با انواع پیش تنیده و پس تنیده

بتن پیش تنیده در زبان انگلیسی با عبارت Prestressed concrete شناخته می شود. پیش تنیده کردن بتن موجب می گردد که بتن تحت کشش قرار نگیرد و همواره تحت فشار باقی بماند. برای ساخت محصولات بتن پیش تنیده کابل های فولادی را درون قالب قرار داده و با دستگاه آنها را از دو طرف می کشند و دو انتهای آنها را توسط قطعات مخصوص ثابت نگه می دارند. سپس بتن زودگیر را در قالب ریخته و هوای آن را خارج می کنند. پس از سخت شدن بتن، کابل های بیرون زده از در دو انتها را می برند.

بتن پیش تنیده ترک نمی خورد زیرا همیشه در هم فشرده می شود. این بتن را میتوان به طول ۱۲۰ متر بدون درز اجرا کرد و برای بارهای یکسان، ابعاد و سطح مقطع آن از بتن معمولی کمتر است. از این محصول بتنی در پلهای قوسی، پوشش های گنبدی، مخازن استوانه ای و … استفاده می کنند.

در صورتی که بعد از بتن ریزی در قالب و سخت شدن آن، کابل های فولادی را از دو طرف به سمت بیرون بکشند و ثابت کنند، بتن پس تنیده حاصل می شود.

آشنایی با نوع پیش ساخته

بتنهای پیش ساخته که در زبان انگلیسی با عبارت Precast Concrete شناخته می شود در واقع یک نوع قطعات بتنی است که به اشکال و ابعاد پرکاربرد مانند دیوارهای بتنی پیش ساخته در کارخانجات و گارگاه های تولیدی، تولید شده و در هنگام اجرای ساختمان بصورت آماده به محل پروژه حمل گردیده و در مکان مورد نیاز نصب می گردد.

بتن پیش ساخته در کارخانه، نسبت به بتن های ساخته شده در کارگاه جنس بهتری دارد. در کارخانه بتن را در قالب هایی به ابعاد مختلف ریخته و در محفظه های بخار آب یا در گرمخانه در حرارت ۸۰ درجه سانتیگراد قرار می دهند تا سخت شوند. بدین روش بتن پس از ۵ الی ۱۰ ساعت ۷۰% مقاومت ۲۸ روزه اش را به دست می آورد.

این قطعات پیش ساخته بتنی سرعت اجرای کار را بالا برده و عملیات ساخت و ساز را اقتصادی تر می کنند. در ساختن بناهای پیش ساخته، معمولاً بتن پی را درجا می ریزند سپس قطعات بتن پیش ساخته را روی پی سوار می کنند. این قطعات را میتوان در نما، کف، سقف و دیوارها مورد استفاده قرار داد. قطعات بتن پیش ساخته مورد استفاده در نما دارای سطح صافتر و مرغوبتری هستند.

پیش ساخته عبور دهنده نور (لایتراکان) – Litracon

بتن پیش ساخته عبور دهنده نور یا لایتراکان مخفف عبارت انگلیسی Light Transmiting Concrete است. این ماده ترکیبی از فیبرهای نوری و ذرات بتن می باشد که به صورت بلوک و صفحات پیش ساخته تولید می شود.

فیبرهای مورد استفاده در تولید بتن پیش ساخته عبور دهنده نور یا همان لایتراکان، به علت اندازه کوچکشان با بتن مخلوط شده و تبدیل به یک جزء ساختاری از این بتن می شوند. بدین ترتیب نتیجه کار صرفاً ترکیب دو ماده شیشه و بتن نیست، بلکه یک ماده سوم جدید به دست می آید که هم از حیث ساختار درونی و هم از حیث سطح بیرونی کاملاً همگن و یکنواخت است.

فیبرهای شیشه سبب نفوذ نور به داخل بلوک ها می شوند و جالبترین ویژگی این محصول این است که ضمن عبور نور از آن، دارای سایه نیز می باشد.

همچنین رنگ نوری که از پشت این بتن دیده می شود، ثابت است. به عنوان مثال اگر نور سبز به بلوک بتابد، در پشت آن سایه ها سبز دیده می شوند.

فیبرهای شیشه ای هیچ تأثیر منفی ای روی مقاومت بتن ندارند بنابراین میتوان از آنها در سازه های باربر نیز استفاده کرد. همچنین این صفحات و بلوک ها می توانند در اندازه های مختلف و با عایق حرارتی خاص نصب شده روی آن ها تولید شوند.

سبک

به انگلیسی: Light Weight Concrete

بتن سبک یکی از انواع بتنهای پرمصرف در صنعت ساختمان می باشد که در ادامه به بررسی روش تولید و ویژگی های آن خواهیم پرداخت.

انواع بتنهای سبک دارای وزن مخصوصی حدود ۰٫۳ تا ۱٫۸ gr/cm^۳ هستند و به سه روش ساخته می شوند:

1. با حذف ریز دانه از دانه بندی بتنهای معمولی (بتن بدون ریزدانه – بتن اسفنجی)
2. جانشین کردن سنگدانه های بتن معمولی با دانه های دیگری نظیر سرباره کوره آهن گدازی، پلی استایرن منبسط شده، پرلیت، شیل، ورمیکولیت، سنگ پا (کف سنگ بازالتی)، دانه رس منبسط شده و انواع پوکه های معدنی و صنعتی دیگر
3. ایجاد حباب هوا یا گازهای دیگر در دوغاب سیمان (بتنهای گازی)

از بتن های سبک در ساخت و ساز صنعتی، ساخت قطعات پیش ساخته با وزن کم، تیغه چینی، گرمابندی، شیب بندی و… استفاده می کنند. هم اکنون بتن سبک در اروپا تحت نام های ایتونگ (Ytong) و هبلکس (Hebelex) عرضه می شود.

ویژگی ها و مزایای بتن سبک نسبت به بتن معمولی و دیگر مصالح، عبارتند از:

• کاهش بار مرده ساختمان و سازه به علت وزن کم. یک عدد بلوک بتنی سبک ۶۰×۲۵×۲۵ از نظر ابعاد مساوی با ۴۶ عدد آجر است در حالی که وزن آن برابر با وزن ۱۰ عدد آجر است. در ضمن ملات مصرفی برای بتن سبک، ۲۵% ملات مورد نیاز برای اجرای همان دیوار با آجر بوده و به درصد سیمان کمتری نیز در ملات نیاز دارد.
• صرفه جویی در هزینه حمل و دستمزد بنایی
• سرعت اجرای این محصول بالاست. به علت سیال بودن بتن سبک، عمل بتن ریزی به مراتب سریعتر از بتن معمولی انجام می شود و در این سیستم عمل ویبره (در مباحث آتی شرح داده خواهد شد) حذف می شود. همچنین به علت فشار کمتر بر قالب، میتوان از قالب های وسیع تر استفاده کرد.
• این بتن با توجه به سیال بودنش داخل تمامی حفره ها نفوذ کرده و تمام روزنه ها را پر می کند.
• به راحتی قابل اره کردن (براب کانال عبور سیم، محل پریز و…) و میخ کوبی است. همچنین به راحتی می توان از آن حفره برداری کرد. (استفاده در کارهای تزئینی و مجسمه سازی)
• در برابر زلزله، آتش سوزی و یخبندان از بتن های معمولی مقاومتر است ولی مقاومت فشاری آن کمتر است.
• هنگام خودگیری و خشک شدن انقباض کمتری نسبت به بتن معمولی دارد.
• با توجه به سطح صاف و صیقلی بتن های سبک نسبت به سایر مصالح، در صورت اجرای صحیح دیوارها، در هر طرف دیوار به اندودی بیش از یک سانتیمتر نیاز نخواهد بود.
• تخلخل این بتن موجب می گردد که در برابر حرارت و صوت عایق باشد.
• بر خلاف بتن معمولی، آب را دفع می کند. بنابراین می توان از آن در ایزولاسیون کف و بام استفاده کرد. (هر ۵سانتیمتر بتن سبک هوادار معادل یک لایه قیر اندود عمل می کند.)
• ضایعات بتن سبک به عنوان پوکه مورد استفاده قرار می گیرد در حالی که ضایعات بسیاری از مصالح دیگر عملاً بلا استفاده است.

در ادامه برخی از انواع بتن سبک بررسی خواهد شد.

بدون ریزدانه (اسفنجی)

به انگلیسی: No-fines Concrete

در ساخت بتن اسفنجی از سنگدانه های ریز نظیر ماسه استفاده نمی شود. همچنین ساخت این بتن نسبت به انواع دیگر بتن آب کمتری نیاز دارد بنابراین پس از ساخت، آب در مدت یک ساعت کاملاً تبخیر می شود. در ساختار این بتن حدود ۱۵ تا ۲۵% حجم آن فضای خالی وجود دارد و این امر عبور آب از داخل آن را ممکن می سازد. بنابراین زیرسازی این بتن نباید از مصالح غیر قابل نفوذ باشد. در مناطق ماسه ای، بتن اسفنجی مستقیماً روی ماسه قرار می گیرد.

در واقع با وجود بتن اسفنجی نیازی به ساختن جوی های فراوان در سطح شهر و در کنار خیابان ها نیست. زیرا این بتن هر گونه بارندگی را مستقیماً به زمین و سفره های آب زیرزمینی منتقل میکند. همچنین در مناطق سردسیر، عبور آب از این بتن، مانع یخ زدگی سطح معابر می شود. لذا از بتن اسفنجی در ساخت پیاده روها، محوطه سازی پارک ها، پارکینگ ها، معابری که مشکل آبگیری دارند و نیز در مکان هایی که نیاز به زمین خشک است مثل زیرسازی چمن های استادیوم فوتبال استفاده می کنند.

بتن سبک تولید شده با انواع سبکدانه ها

با پوکه سرباره کوره آهن گدازی

این سرباره مذاب محصول فرعی کوره آهن گدازی است که آن را در برابر فشار زیاد آب سرد کرده و به شکل سنگ در می آورند. سپس آن را خرد کرده و به عنوان پر کننده در بتن مورد استفاده قرار می دهند. کاربرد این بتن در مکان هایی است که مستلزم مقاومت فشاری بالا و تحمل بار می باشند.

با دانه رس منبسط شده

از بتن ساخته شده با این دانه در محل هایی که تحمل بار لازم است، استفاده می کنند.

با پرلیت منبسط شده

پرلیت نوعی سنگ آتش فشانی شیشه ای شکل است که آن را حرارت می دهند تا با ایجاد بخار در آن منبسط شود و ماده ای متخلخل به دست آید. بتن تولید شده با این ماده مقاومت فشاری و تحمل بار اندکی دارد و هنگام خودگیری دچار انقباض زیادی می شود ولی عایق حرارتی مناسبی محسوب می گردد.

با پلی استایرن منبسط شده

پلی استایرن نوعی پلاستیک است.  بتن ساخته شده با این دانه های گرد، مقاومت فشاری اندکی دارد و معمولاً به عنوان عایق حرارتی به کار می رود.

با ورمیکولیت

ورمیکولیت نوعی کانی است که در اثر حرارت تا ۳۰ برابر حجم اولیه خود، ازدیاد حجم می یابد و بسیار سبک وزن می شود. بتن ساخته شده با ورمیکولیت مقاومت فشاری اندک و انقباض زیادی هنگام خشک شدن دارد ولی عایق حرارتی مناسبی است.

بتن گازی یکی از انواع پرکاربرد بتن می باشد که در صنعت ساختمان، مخصوصا برای ساخت قطعات پیش ساخته و سبک بتنی کاربرد فراوانی دارد.  برای ساخت این نوع بتن، به خمیر بتن موادی نظیر گرد آلومینیوم اضافه می شود. این مواد هنگام گرفتن دوغاب سیمان زیر فشار بخار آب، در آن گاز تولید می کنند. بنابراین دوغاب سیمان هنگام گرفتن، ازدیاد حجم می یابد. به دلیل همین ازدیاد حجم، این بتن دارای وزن مخصوص کمی بوده و برای سبک سازی سازه بسیار پرکاربرد است.

برای اینکه جنس بتن گازی همگن باشد و در آن تخلخل ایجاد شود، لازم است ۲۰ الی ۳۰% ماسه مصرفی در آن ریزتر از ۰٫۲ میلیمتر باشد. بلوک های ساخته شده با این نوع از بتن، به علت تخلخل بالا، عایق حرارتی مناسبی هستند و به عنوان دیوار جدا کننده به کار می روند. همچنین از قطعات مسلح شده بتن گازی برای کاربردهای نیمه سازه ای نظیر پانل های سقفی استفاده می کنند.

از این محصول برای تولید بلوک های AAC نیز بعنوان ماده اولیه استفاده می شود و نام دیگر آن بتن اتوکلاو شده می باشد.