بتن و انواع بتن
مقدمه :
بتن (به فرانسوی: Béton)، از ریشه لاتین (به لاتین: Bitume)در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته می شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان ونیز پوزولان ها، سرباره کوره ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همجنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلا، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کننده های مختلف استفاده شود.با توجه به گسترش و پیشرفت علم و پیدایش تکنولوژی های فراوان در قرن اخیر، شناخت بتن و خواص آن نیز توسعه قابل ملاحظه ای داشته است، به نحوی که امروزه شاهد کاربرد انواع مختلف بتن با مصالح مختلف هستیم که هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست.
1- بتن دارای چهار رکن اصلی می باشد که به صورت مناسبی مخلوط شده اند ، این چهار رکن عبارتند از :
الف : شن
ب : ماسه
ج : سیمان
د : آب
2- در برخی شرایط برای رسیدن به هدفی خاص مواد مضاف به آن اضافه می شود که جزء ارکان اصلی بتن به شمار نمی آید .
۳- توده اصلی بتن مصالح سنگی درشت و ریز (شن و ماسه ) می باشد
ساختار بتن:
1- آب باران
۲- آب چاه
۳- آب برکه
۴- آب رودخانه در صورتی که به پسابهای شیمیایی کارخانجات آلوده نباشد و غیره و …
بطور کلی آبی که برای نوشیدن مناسب باشد برای بتن نیز مناسب است باستثناء مواردی که متعاقبا توضیح داده خواهد شد .
ویژگیهای آب مصرفی بتن:
سیمان
سیمان ماده ای چسبنده است که قابلیت چسبانیدن ذرات به یکدیگر و بوجود آوردن جسم یکپارچه از ذرات متشکله را دارا می باشد و از ترکیب مصالح آهکی، رس، سیلیس و اکسیدهای معدنی در دمای ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتی گراد ساخته می شود. به جسم حاصل، پس از حرارت دادن کلینکر گویند و از آسیاب کردن آن به همراه مقدار مناسبی سنگ گچ سیمان تیپ های مختلف بدست می آید و همچنین اضافه نمودن پوزولان به کلینکر و گچ سیمان پوزولانی حاصل می شود. اندازه دانه های کلینکر۲۰-۵ میلی متر و رنگ آن سبز تیره می باشد.
سیمان پورتلند
سیمان پرتلند طبق تعریفASTM C ۱۵۰، نوعی سیمان هیدرولیک است که از پودر کردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی سیمان پرتلند می باشند، بدست می آید.
تاریخچه
گرچه استفاده از سیمان (هیدرولیک و غیرهیدرولیک) به چندین هزار سال قبل بازمی گردد، اما اولین بار در سال ۱۸۲۴ میلادی ژوزف اسپین معمار بریتانیایی طرح اصلاحی خود را برای آهک هیدرولیک تحت عنوان سیمان پرتلند به ثبت رساند. وی نام پرتلند را به علت تشابه سیمان حاصل با رنگ کانسارهای آهکی جزیره پرتلند در انگلستان انتخاب کرد.
انواع سیمان پرتلند و کاربرد آنها
سیمان پرتلند نوع 2
این نوع سیمان مطابق با مشخصات مطرح شده در استاندارد ملی ایران به شماره ISIRI – 389 و استاندارد آمریکا CSTM-C150 تولید می شود و دارای حداکثر (C3A) به میزان 8 درصد می باشد مقاومت اولیه و نهائی ملات استاندارد آن نسبت به سیمان نوع 1 کمتر می باشد .
سیمان نوع 2 به عنوان سیمان اصلاح شده در برابر حمله متوسط متوسط سولفات ها از سیمان معمولی مقاوم تر است و درمواردی که آب های زیرزمینی یا خاک حاوی مقدار کمی سولفات باشد مصرف می گردد ، (در آب کمتر از 1200ppm و در خاک کمتر از 5 درصد) و به علت گرمازائی کمتر در بتن ریزی های نسبتا" حجیم نیز مصرف می شود . کاربرد این نوع سیمان در هوای گرم که خطرافزایش دمای بتن معمولی به بیش از 32 درجه سانتیگراد و بتن ریزی های حجیم که بیش از 15درجه سانتیگراد می رسد توصیه می گردد .
استفاده از این نوع سیمان در محیط هائی که یون و سولفات به صورت توام وجود دارد و همچنین بتن ریزی در هوای سرد توصیه نمی گردد
خواص کاربردی سیمان پرتلند نوع 3
به عنوان سیمان با مقاومت اولیه زیاد ( High Early Strength ) یا سیمان زودگیر در شرایطی که مقاومت اولیه زیاد بتن مورد نظر باشد ، بکار می رود . به دلیل بالا بودن فاز C3S (سه کلسیم سیلیکات )گرمای هیدراتاسیون این نوع سیمان نیز بالا می باشد و لذا می توان از این سیمان در هوای سرد زمستان استفاده کرد. کاربرد های این نوع سیمان عبارت است از :
– ساختمان سازی تجاری که نیاز به باز کردن سریع تر قالبها دارد
-کارگاه های بلوک سازی ، تیرچه بلوک ، تولید لوله های الیاف سیمانی ، قطعات پیش ساخته ، موزاییک سازی و سایر صنایع که نیاز به جمع کردن سریع تر محصولات خویش دارند.
– کاهش زمان عمل آوری بتن در آب و هوای سرد
– سوخت شوندگی سریع و مقاومت برتر آن نسبت به سیمانهای معمولی امکان تسریع در عملیات بتن ریزی و کاهش هزینه های جانبی را در بر دارد
سیمان پرتلند تیپ چهار (سیمان دیرگیر یا پرتلند کم حرارت)
سیمان نوع چهار در هنگام گیرش حرارت کمی تولید می کند. مقدار C3A و C3S موجود در این سیمان در مقایسه با انواع دیگر سیمان کمتر است و در مقابل C2S زیادتری دارد . موارد مصرف این نوع سیمان به شرح زیر است :
– از آنجاییکه در این سیمان ، گرمای حاصل از هیدراسیون در طول مدت زمان بیشتری آزاد می شود ، مصرف این سیمان در هوای گرم باعث می شود که دمای تولید شده توسط بتن در عملیات گیرش کمتر شود .
– در بتن ریزی دیوارها که طول دیوار زیاد است (دیوار مخزن آب و یا استخر) چون بتن لایه لایه ریخته می شود ، و احتمال دارد زمان زیادی طول بکشد تا لایه بتن جدید روی بتن قبلی ریخته شود ، ممکن است در هنگام ریختن بتن جدید ، بتن لایه قبلی سخت شده و اتصال خوبی بین دو لایه برقرار نشود . به این اتصال ضعیف بین لایه های قدیم و جدید اتصال سرد می گویند ، که نقطه ضعف بتن ریزی به شمار می رود . به خصوص در مورد سازه های آبی ، این اتصال نقطه ضعفی برای نشت آب خواهد بود . مصرف سیمان نوع چهار در چنین مواردی باعث می شود که فرصت کافی برای بتن ریزی باشد و لایه های قبلی با لایه های جدید اتصال مناسبی برقرار کنند.
5- سیمان پرتلند تیپ 5 (سیمان ضد سولفات)
در ساخت این سیمان سعی می شود تا حد ممکن میزان C3A و C3S به حداقل برسد و در مقابل C2S بیشتری استفاده شود . این سیمان از این جهت که در مقابل حمله شدید سولفات ها به خوبی مقاومت می کند ، در ساختن اسکله ها و بنادر کاربرد دارد.
بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف تقویت¬کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، فوق العاده افزایش می¬یابد. این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می¬آورد. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از هم پاشیده نمی¬شود. شاهد تاریخی این فناوری، کاربرد کاهگل در بنای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی می باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شده اند.
بتن الیافی
به طور کلی و براساس یک تعریف عمومی ، بتن های سبک دارای وزنی کمتر از 1840 کیلو گرم برمتر مکعب می باشند . بتن های معمولی ( سنگین ) عموما وزنی بالاتر از 2400 کیلوگرم درهرمترمکعب دارند . بتن های سبک متعارف عموما کمتر از 1000 کیلوگرم در هر متر مکعب وزن دارند یعنی سبک تر از آب هستند و برروی آن شناور باقی می مانند .
تولید و کاربرد بتن های سبک از اوایل قرن بیستم در دنیا آغاز شده است و عمده کاربرد آن در دنیا درصنعت ساختمان می باشد. مصارف صنعتی همانند عایق ها و آجرهای نسوز و پروفیل های خاص صنعتی نیز برای آنها گزارش شده است . به به به طور کلی بتن های سبک به دلیل استفاده از مواد متخلخل و یا بواسطه ایجاد تخلخل در بافت بتن تولید می گردند
بتن های سبک
بتن های دانه سبک
دراین گروه از بتن ها از مواد اولیه سبک معدنی(همانند پومیس –پومیت و ورمیکولیت و ….) و غیر معدنی ( انواع EPSو پلی استایرن ) ویا صنعتی (. همانند رس و شیل منبسط شده و پرلیت فراوری شده) به عنوان جایگزین مصالح سنگی دربتن استفاده می شود.
بتن های متخلخل ( هوادار ) :
ازمواد اولیه سبک استفاده نمی شود و تمام مواد اولیه دارای وزن معمولی هستند . ولی فرایند تولید به گونه ای است که یک عامل ایجاد حباب هوا به میزان ناچیز به مخلوطی از مواد اضافه می شود و در حین فرایند تخلخل در بافت جامد بتن جاگیر می شود
سبکی وزن باعث اقتصادی شدن ساختمان به جهت کم شدن مصرف مصالح سازه ای همانند تیرآهن و بتن سنگین در اسکلت ساختمان می شود
پایین بودن ضریب انتقال حرارت باعث کم شدن حجم تاسیسات و کم شدن مصرف سوخت در ساختمان می شود
سبکی وزن کلی ساختمان باعث کم شدن ریسک خرابی ساختمان در اثر امواج زلزله می شود چرا که کمانش سازه ای دراثرارتعاشات در بارهای جانبی با وزن ساختمان نسبت مستقیم دارند . همچنین در اثر تخریب احتمالی ساختمان و کم شدن وزن آوارفروریخته باعث کم شدن تلفات میشود.
ویژگی های بتن های سبک
در راستای پیشرفتهای صورت گرفته در جهان ، مهندسان بخش مسکن تحقیقات جدی و مستمری انجام داده و می دهند تا بتوانند مسکن با عمر مفید زیاد (چند قرن) ، استحکام بالا در مقابل بلایای طبیعی (زلزله ، آتش سوزی و …) ، همچنین با توجه به پایان رسیدن عصرانرژی ارزان ، حداقل انرژی در ساختمان مصرف گردد و دارای هزینه کمتری نسبت به سایر مصالح رایج باشد که این ایده ها با شناسایی بتن سبک هوادار (foam concrete) تحقق یافت.
بتن سبک هوادار
هم اکنون بتن معمولی غالبا با دانسیته 2400kg/m3 تولید می گردد که با توجه به وزنش مشکلات فراوانی ازجمله اجرای سخت و باخاصیت جذب آب بسیار بالا دائما تاسیسات حرادر حال حاضر با افزودن هوا به مخلوط ماسه و سیمان ، وزن آن تا اندازه قابل توجهی کاهش می یابد ، (400 الی 1800 کیلو گرم بر متر مکعب) و بتن سبک هوادار با خصوصیات بارزی تولید می گردد.
بتن سبک هوادار را می توان در دو سطح دانسیته ای تولید کرد :
الف – وزن مخصوص (400 الی 900 کیلو گرم بر متر مکعب) برای ساخت بلوکهای ساختمانی غیر باربر و همچنین بلوکهای تزئینی و پانلها.
ب – وزن مخصوص (1000 الی 1800 کیلو گرم بر متر مکعب) برای قطعات باربر و مسلح.
بتن سبک هوادار در هر دو سطح دارای خصوصیات مشترکی می باشند که شماری از آنها بشرح زیر می باشد :
خصوصیات فنی:
بتن سبک هوادار دارای مزایای زیادی می باشد که برخی ازآنها به شرح زیر می باشد.
1- صرفه جویی در هزینه های ترانسپورت قطعات پیش ساخته (تولید صنعتی)
2- صرفه جویی در حمل مصالح (وزن ماسه و میله گرد)
3- عمر مفید بیشتر قالب فلزی (ضریب تکرار بیشتر قالب در سیستم بتن سبک)
4- حذف دستمزدهای بنایی (گچ و خاک و حداقل سفید کاری)
5- حذف هزینه های مصالح (خاک و گچ)
6- حذف دستمزدهای اجرای نماکاری (سیمانکاری)
مزایا:
1- ایزولاسیون پشت بام
این بتن می تواند بعنوان یک عایق حرارتی برای پشت بامها مورد استفاده قرارگیرد.
2- ایزولاسیون کف ساختمان
این بتن می تواند بعنوان یک عایق رطوبتی و حرارتی برای کفها مورد استفاده قرار گیرد ، بطوریکه هر 5 سانتی متر بتن سبک هوادار معادل یک لایه قیر اندود عمل می کند .
3- ژئوتکنیک
موارداستفاده
وزن مخصوص : هر متر مکعب حدود ۶۰۰ کیلو گرم مقاومت فشاری : ۳۰ تا ۳۵ کیلوگرم کارکردن با بتن سبک (هبلکس) بسیار آسان است . مثلا براحتی می توان آنرا اره نمود یا میخ در آن کوبید و یا جای پریز یا کانال عبور سیم برق و لوله آب را در آن بوجود آورد . علاوه بر این بتن سبک در مقابل آتش بسیار مقاوم است و کلیه شرایط سلامت محیط زیست را دارا می باشد .
با توجه به آئین نامه جدید محاسبه ایمنی ساختمانها در برابر زلزله ، بکارگیری مصالح سبک وزن راه حل مناسب و با صرفه در جهت افزایش ایمنی ساختمان می باشد و بلوکهای بتن سبک (هبلکس) تامین کننده این مزیت فنی است .
خواص بتن سبک (هبکلس):
مزایای فنی:
سبکی وزن ، عایق در برابر حرارت ، برودت صدا ، استحکام و پایداری در مقابل زلزله و آتش سوزی و بسیاری مزایای دیگر از محاسن بلوکهای هبلکس نسبت به سایر مصالح قدیمی نظیر آجر و سفال می باشد .
مزایای اجرائی:
با توجه به ابعاد و سبکی و راحتی نصب بلوکهای هبلکس در همه ضخامتها ، سرعت اجرای هبلکس نسبت به سایر مصالح به ۳ برابر بالغ می گردد .
خواص لیکا باعث شده است تا در بتن سبک لیکا کاربردهای فراوانی داشته باشد . مهمترین ویژگی های بتن لیکا عبارتند از ،وزن کم ،سهولت حمل و نقل ،بهره وری بالا هنگام اجرا ،سطح مناسب برای اندود کاری ،مقاومت و باربری در شرایط خاص ،عایق حرارت ،مقاومت در برابر آتش ،عایق صدا مقاومت در برابر یخ زدگی ،بازدارندگی در برابر نفوذ رطوبت و دوام در برابر مواد آهکی .متناسب با وزن و مقاومت مورد نظر از بتن سبک لیکا به عنوان پر کننده ،عایق و یا باربر استفاده می شود . بتن لیکا می تواند درجا ریخته شود و یا به صورت بلوک ،اجزای ساختمانی و سایر قطعات پیش ساخته به کار رود .
ویژگی های بتن لیکا
یکی از روش های تهیه دانه های سبک استفاده از کوره گردان است .وقتی برخی از انواع رس با دانه هایی به ریزی صفر تا دو میکرون در دمای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد در این کوره ها حرارت می بینند ،گازهای ایجاد شده در داخل آنها منبسط می شوند و هزاران سلول هوای ریز تشکیل می دهند .با سرد شدن مواد ،این سلول ها باقی می مانند و سطح آن ها سخت می شود .
لیکا چیست؟
خواص لیکا باعث شده است تا در بتن سبک لیکا کاربردهای فراوانی داشته باشد . مهمترین ویژگی های بتن لیکا عبارتند از ،وزن کم ،سهولت حمل و نقل ،بهره وری بالا هنگام اجرا ،سطح مناسب برای اندود کاری ،مقاومت و باربری در شرایط خاص ،عایق حرارت ،مقاومت در برابر آتش ،عایق صدا مقاومت در برابر یخ زدگی ،بازدارندگی در برابر نفوذ رطوبت و دوام در برابر مواد آهکی .متناسب با وزن و مقاومت مورد نظر از بتن سبک لیکا به عنوان پر کننده ،عایق و یا باربر استفاده می شود . بتن لیکا می تواند درجا ریخته شود و یا به صورت بلوک ،اجزای ساختمانی و سایر قطعات پیش ساخته به کار رود . در هر مورد متناسب با کاربرد و روش اجرا از دانه بندی های مناسب لیکا استفاده می شود
ویژگی های بتن لیکا
استفاده از تکنولوژی نانو امکان تولید بتن شفاف را فراهم نموده است که تحولی عظیم در زمینه طراحی ساختمان ها و سازه های شهری از قبیل پلها ایجاد می نماید. این نوع بتن با افزودن فیبرهای شیشه به مخلوط خرده سنگ، سیمان و آب به شیوه ای متفاوت با شیوه سنتی ساخت بتن، برای تولید محصولی خارق العاده تهیه می شود.
بتن شفاف
می توان نور را تا ۲۰ متر در سراسر بتن بدون اتلاف روشنایی انتقال دهد.
اگر از این ماده بیشتر و بیشتر در ساختمان سازی استفاده شود. نور طبیعی بیشتری می تواند برای نور دفاتر و انبارها استفاده شود. این می تواند منجر به کاهش زیاد در مقدار الکتریسیته استفاده شده برای نور ساختمان ها شود.
معماران قادر به طراحی و ساخت طیف وسیعی از سازه ها که بسیار مناسب برای کف ها، پیاده روها، بلوک های ساختمانی، پانل ها و دیوارهای باربر هستند.
قابلیت استفاده به عنوان سازه باربر را نیز داراست و می تواند به حالت مسلح نیز ساخته شود.
به صورت پیش ساخته و در رنگ های متنوع ساخته می شود.
ویژگی های بتن شفاف
34