بتن سبک، بتنی است که چگالی کمتری نسبت به بتن‌های معمولی دارد. این بتن، با وجود وزن پایین، از مقاومت خوبی بهره می‌برد. این ویژگی به همراه چندین مزیت‌ دیگر، بتن سبک را به یک مصالح کاربردی برای ساخت سازه‌های باربر و غیرباربر تبدیل می‌کند. تولید بتن سبک، روش‌های مختلفی دارد. برخی برای این کار، سنگدانه‌های دارای چگالی پایین و متخلخل را درون ترکیب بتن به کار می‌گیرند. برخی دیگر، از سنگدانه‌های بدون ذرات ریز استفاده می‌کنند. برخی نیز با اضافه کردن افزودنی‌های حباب‌ساز، درصد حفره‌های درون بتن را افزایش می‌دهند. در این مقاله، قصد داریم به معرفی انواع، اجزا (طرح اختلاط)، کاربردها، ویژگی‌ها، مزایا و معایب بتن سبک به همراه آموزش درست کردن این نوع بتن بپردازیم.

فهرست مطالب این نوشته

بتن چیست ؟

«بتن» (Concrete)، ترکیبی از آب، سیمان و سنگدانه است که به عنوان مصالح ساختمانی یا پرکننده در پروژه‌های عمرانی (ساختمان‌سازی، سدسازی، پل‌سازی، راه‌سازی و غیره) مورد استفاده قرار می‌گیرد. از مزایای اصلی بتن می‌توان به مقاومت فشاری مناسب، دوام بالا، مقاومت در برابر حرارت/تشعشعات، کارایی و وزن نسبتا پایین اشاره کرد.

ریختن بتن تازه
بتن‌ریزی

یکی دیگر از ویژگی‌های جذاب بتن، امکان تغییر ترکیب آن برای دستیابی به خواص دلخواه است. تا کنون، فرمول‌های مختلفی برای تهیه انواع مختلف بتن ارائه شده‌اند. هر یک از این بتن‌ها، در سازه‌ها و شرایط خاص به کار گرفته می‌شوند.

انواع بتن چه هستند ؟

تقسیم‌بندی انواع بتن، بر اساس معیارهای مختلفی نظیر مقاومت، چگالی، نحوه ساخت، ترکیبات، کاربری و غیره انجام می‌شود. تنوع ویژگی‌های انواع بتن، باعث گسترش کاربری آن‌ها در سازه‌های مختلف شده است. تصویر زیر، برخی از انواع بتن را نمایش می‌دهد.

برخی از انواع بتن
هر یک از انواع بتن، دارای کاربری و طرح اختلاط مختص به خود هستند.

از پرکاربرد انواع بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • بتن معمولی
  • بتن با مقاومت بالا
  • بتن آرمه
  • بتن سبک
  • فوم بتن
  • بتن سنگین
  • بتن پیش‌ساخته
  • بتن پیش‌تنیده
  • بتن هوادار
  • بتن شیشه‌ای
  • بتن زودگیر
  • بتن آسفالتی
  • بتن آهکی
  • بتن غلتکی
  • بتن استامپی
  • بتن قابل پمپاژ
  • بتن مکیده
  • بتن اسفنجی
  • شاتکریت
  • بتن آماده
  • بتن خود متراکم
  • بتن الیافی
  • بتن با مقاومت بالا
  • بتن پلیمری
  • واش بتن
  • بتن تزئینی
  • بتن هوشمند

در ادامه، به معرفی یکی از محبوب‌ترین انواع بتن که در عین سبکی، مقاومت خوبی دارد می‌پردازیم.

بتن سبک چیست؟

«بتن سبک» (Lightweight Concrete)، بتنی است که چگالی پایین‌تری نسبت به بتن معمولی دارد. در ترکیب بتن سبک، معمولا از سنگدانه‌های درشت با چگالی پایین استفاده می‌شود. در برخی از مواقع، تمام یا بخشی از سنگدانه‌های ریز این نوع بتن نیز دارای چگالی پایین هستند. با وجود چگالی پایین، مقاومت بتن سبک سازه‌ای تفاوت چندانی با بتن‌های معمولی ندارد. به همین دلیل، این بتن می‌تواند برای کاربری‌های سازه‌ای و غیرسازه‌ای مورد استفاده قرار گیرد.

کاربردهای بتن سبک چه هستند ؟

بتن سبک، چگالی و مقاومت پایینی دارد. با این وجود، مقاومت نسبی آن در مقایسه با بتن‌های دیگر، بالا محسوب می‌شود. همین موضوع، کاربردهای این نوع بتن را افزایش می‌دهد.

کاربردهای بتن سبک

کاربردهای بتن سبک عبارت هستند از:

  • شمشه‌کاری و افزایش ضخامت المان‌های سازه‌ای نظیر سقف و کف
  • پوشش فولاد سازه‌ای برای محافظت آن در برابر آتش و خوردگی یا پوشش المان‌ها برای مقاصد معماری
  • عایق حرارتی بام، عایق لوله‌های انتقال آب
  • اجرای دیوارهای جداکننده و دیوارهای پانلی در سازه‌های قابی
  • ترمیم آجرها، مخصوصا در پروژه‌های مسکونی
  • عایق همه‌منظوره دیوارها
  • پوشش سطحی و نمای دیوارهای خارجی خانه‌های کوچک
  • امکان ساخت به صورت بتن آرمه برای کاربری‌‌های سازه‌ای

مزایا و معایب بتن های سبک چه هستند ؟

از مزایای بتن‌های سبک می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • کاهش بار مرده ساختمان
  • جابجایی راحت و کاهش هزینه باربری
  • بهبود کارایی
  • کاهش هدایت حرارتی (افزایش عایق حرارتی)
  • حفظ دمای مناسب در فضاهای دارای تهویه و کاهش مصرف انرژی
  • استحکام و دوام نسبی بالا
  • مقاومت بالا در برابر چرخه ذوب و یخ نسبت به بتن معمولی
  • کاهش اثرات مخرب زیست‌محیطی با به‌کارگیری ضایعات صنعتی نظیر خاکستر بادی، کلینکر،‌سرباره و غیره

برخی از محدودیت‌های بتن‌های سبک نیز عبارت هستند از:

  • تخلخل بالا و مقاومت پایین
  • حساسیت بالای ترکیب بتن به میزان آب
  • دشوار بودن پرداخت بتن به دلیل وجود تخلخل و سنگدانه‌های نوک‌تیز
  • امکان جدایش سنگدانه‌ها از دوغاب سیمانی در شرایط خاص
  • طولانی بودن فرآیند اختلاط بتن به دلیل نیاز به نظارت بیشتر برای اطمینان از مناسب بودن ترکیب

تاریخچه بتن سبک به چه زمانی باز می گردد ؟

وزن مصالح مورد استفاده برای ساخت سازه‌ها، باعث ایجاد بار مرده می‌شود. بارهای مرده، یکی از مهم‌ترین پارامترهای موثر بر طراحی ایمن سازه هستند. از این‌رو، یکی از چالش‌های مهندسان، طراحی سازه‌های سبک با مقاومت کافی است. طی قرن ۲۰ میلادی (قرن ۱۴ شمسی)، مطالعات زیادی بر روی کاهش وزن سازه‌ها بدون تغییر خواص مقاومتی آن‌ها صوت گرفت. در دهه ۱۹۲۰ تا دهه ۱۹۳۰ میلادی (دهه ۱۳۰۰ تا دهه ۱۳۱۰ شمسی)، این مطالعات منجر به تولید چندین نوع بتن سبک شد. یکی از این بتن‌ها، بتن سبک دوریسول، اختراع کشورهای هلند و بلژیک بود که در اواخر دهه ۱۹۳۰ میلادی، به طور گسترده در کشور سوئد و دیگر کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار می‌گرفت.

بتن روی انگشت

در اوایل دهه ۱۹۲۰ میلادی، معمار و مخترع سوئدی به نام «جان اکسل اریکسن» (Johan Axel Eriksson)، چندین نمونه از بتن‌های سبک گازی را مورد آزمایش قرار داد. او برای تسریع فرآیند عمل‌آوری، از دستگاه اتوکلاو استفاده می‌کرد. طی انجام این آزمایشات، اریکسن به طور اتفاقی متوجه شد که عمل‌آوری بتن با اتوکلاو، باعث بهبود خواص مقاومتی می‌شود. به همین خاطر، در سال ۱۹۲۴ میلادی (۱۳۰۳ شمسی)، حق اختراع بتن گازی اتوکلاو شده را به نام خود ثبت کرد. سپس، با یک کارخانه مصالح ساختمانی برای تولید انبوه بتن خود قرارداد بست.

از سال ۱۹۳۵ میلادی (۱۳۱۴ شمسی) به بعد، بتن محبوبیت زیادی در صنعت ساختمان‌سازی سوئد پیدا کرد. بلافاصله بعد از جنگ جهانی دوم، این ماده به یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی تبدیل شد. تکنولوژی و فرآیند تولید بتن، از کشور سوئد به دیگر کشور انتقال یافت. این کشور، امتیاز تولید بتن سبک را به کشورهای نروژ، آلمان، انگلیس، آمریکا، اسپانیا، لهستان، کانادا، بلژیک و ژاپن فروخت. بعدها و در دهه ۱۹۵۰ تا دهه ۱۹۶۰ میلادی (دهه ۱۳۳۰ تا ۱۳۴۰ شمسی)، بتن‌های سبک، توسعه قابل توجهی پیدا کردند.

انواع بتن سبک چه هستند ؟

معیارهای مختلفی برای تقسیم‌بندی انواع بتن‌ها وجود دارد. بتن‌های سبک، معمولا بر اساس ترکیب (مخصوصا سنگدانه‌ها) و مقاومت فشاری به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

  • انواع بتن سبک بر اساس ترکیب
    • بتن با سنگدانه سبک
    • بتن گازی (بتن هوادار)
    • بتن بدون ریزدانه
  • انواع بتن سبک بر اساس مقاومت
    • بتن با مقاومت پایین
    • بتن با مقاومت متوسط
    • بتن با مقاومت بالا (بتن سبک سازه‌ای)

بتن با سنگدانه های سبک

ساختمان‌سازان بریتانیایی در اوایل دهه ۱۹۵۰ میلادی (اوایل دهه ۱۳۳۰ شمسی)، از بلوک‌های بتنی سبک، به عنوان المان‌های باربر در داخل دیوارهای دوجداره استفاده می‌کردند. در این دوران، نوع جدیدی از سنگدانه‌های سبک مصنوعی (LWA) توسعه یافتند که امکان تولید بتن سبک با مقاومت بالا را فراهم کردند. این نوع بتن، با عنوان «بتن با سنگدانه سبک» (Lightweight Aggregate Concrete) شناخته می‌شوند. به دلیل مقاومت بالا، بتن با سنگدانه سبک را می‌توان در ساخت المان‌های سازه‌های به کار برد.

بلوک با سنگدانه سبک

بتن با سنگدانه سبک، در بخش‌هایی از سازه استفاده می‌شود که نیاز به کاهش وزن یا کاهش هزینه اجرایی دارند. از سنگدانه‌های سبک مورد استفاده در این نوع بتنمی‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • پوکه معدنی: مناسب برای سقف دال بتنی مسلح، مخصوصا سقف سازه‌های صنعتی
  • سرباره اسفنجی: از اولین سنگدانه‌های مناسب برای تولید بتن مسلح سبک
  • شیل و رس منبسط شونده: مناسب برای دستیابی به مقاومت بالا در بتن پیش‌تنیده
  • خاکستر بادی تف‌جوشی: مناسب برای کاربری‌های سازه‌ای مختلف (با نام تجاری سنگدانه لایتگ)

کانی پرلیت و ورمیکولیت نیز از شناخته شده‌ترین سنگدانه‌های سبک قابل استفاده در ترکیب بتن‌های سبک هستند. البته به‌کارگیری بیش از حد این سنگدانه‌ها، مقاومت بتن را کاهش می‌دهد و کاربرد سازه‌ای آن را از بین می‌برد.

بتن گازی چیست ؟

«بتن گازی» (Aerated Concrete)، پایین‌ترین چگالی، هدایت حرارتی و استحکام را در میان انواع بتن‌های سبک دارد. این نوع بتن را می‌توان مانند چوب، برش داد و روی آن را میخکوبی یا پیچ‌گذاری کرد. البته، بتن گازی برخلاف چوب، آتش نمی‌گیرد. در بتن‌ریزی برجا، معمولا از فوم‌های پایدار یا حباب‌سازها برای ایجاد هوا در ترکیب این بتن استفاده می‌شود. فرآیند ایجاد هوا در بتن گازی از پیش‌ساخته، با اضافه کردن حدود ۰/۲ درصد وزنی پودر آلومینیوم به مخلوط انجام می‌گیرد.

بلوک بتنی شناور در آب
شناور شدن بتن گازی بر روی آب

درصد بالای هوا در ساختار بتن‌های گازی، به فرآیند عمل‌آوری داخلی آن‌ها کمک می‌کند. بتن‌های گازی، چگالی بسیار پایین (بین ۵۵۰ تا ۹۹۰ کیلوگرم بر متر مکعب) دارند. به همین دلیل، این بتن‌های سبک بر روی آب شناور می‌شوند. بتن سبک گازی، در محل‌هایی استفاده می‌شود که نیازی به مقاومت بالا نباشد. مقاومت فشاری بتن‌های گازی بین ۴ تا ۱۲ مگاپاسکال قرار دارد. این بازه مقاومتی پایین، به‌کارگیری بتن‌های گازی در عضوهای سازه‌ای را محدود می‌کند. البته با در نظر گرفتن مواد دارای چگالی مشابه، مقاومت بتن گازی بالا محسوب می‌شود.

مطلب پیشنهادی:
بتن اتوکلاو چیست ؟ | تولید، اجرا، آزمایش، مزایا و معایب — هر آنچه باید بدانید
شروع مطالعه

بتن‌های گازی قابل استفاده برای کاربری‌های سازه‌ای، معمولا به صورت قطعات پیش‌ساخته و در شرایط عمل‌آوری با بخار تحت فشار تهیه می‌شوند. این قطعات بتنی، فقط برای کف‌ها، دیوارها و بام‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. تولیدکننده‌های بتن سبک گازی، معمولا درون بلوک‌های بزرگ، میلگردهای فولادی قرار می‌دهند. این کار، به کاهش احتمال آسیب‌دیدگی بتن در حین ترابری، جابجایی و اعمال بارهای بیش از انتظار کمک می‌کند.

مطلب پیشنهادی:
فوم بتن چیست ؟ — از تولید تا کاربرد | هر آنچه باید بدانید
شروع مطالعه

بتن بدون ریزدانه چیست ؟

«بتن بدون ریزدانه» (No-Fine Concrete)، از ترکیب آب، سیمان و سنگدانه‌های درشت (با ابعاد ۹ تا ۱۹ میلی‌متر) تشکیل می‌شود. در ساخت این نوع بتن، حداقل ۹۵ درصد از سنگدانه‌ها باید از الک ۲۰ میلی‌متری و حداکثر ۱۰ درصد از آن‌ها باید از الک ۱۰ میلی‌متری عبور کنند. به علاوه، هیچ سنگدانه‌ای نباید از الک ۵ میلی‌متری عبور کرده باشد. در بتن ریزدانه، معمولا سنگدانه با «دانه‌بندی گسسته» (Gap Graded) مورد استفاده قرار می‌گیرد. دلیل این کار، جلوگیری از اتصال حفره‌های داخلی به یکدیگر و تراکم است.

بتن بدون ریزدانه

چگالی بتن سبک بدون ریزدانه بین ۷۰۰ تا ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب قرار دارد. برای دستیابی به چگالی‌های پایین، از سنگدانه‌های سبک استفاده می‌شود. به منظور دستیابی به چگالی‌های بالاتر نیز سنگدانه‌های معمولی مورد استفاده قرار می‌گیرند. بازه مقاومتی بتن‌های بدون ریزدانه بین ۴ تا ۱۴ مگاپاسکال است. با وجود پایین بودن این مقاومت، نسبت آن به بار مرده به اندازه‌ای است که بتن سبک بدون ریزدانه را برای ساختمان‌های بلند تا ۲۰ طبقه مناسب می‌کند.

بتن سبک بدون ریزدانه، معمولا برای ساخت دیوارهای داخلی باربر/غیرباربر و پر کردن کف به کار گرفته می‌شود. این بتن در اجرای لایه نمگیر، سازه‌های موقت، دیوارهای خارجی باربر/غیرباربر و شمشه‌کاری بام نیز کاربرد دارد. اجرای بتن بدون ریزدانه، تقریبا در تمام موارد به صورت برجا است. میزان جمع‌شدگی ناشی از خشک‌شدگی و جداشدگی سنگدانه‌ها در این نوع بتن سبک پایین است. با این وجود، استفاده از تجهیزات تراکم ارتعاشی در آن مجاز نیست. تراکم بتن سبک بدون ریزدانه توسط میله انجام می‌گیرد.

مطلب پیشنهادی:
بتن ریزی چیست و چگونه انجام می شود ؟ — از صفر تا صد
شروع مطالعه

بتن سبک با مقاومت پایین چیست ؟

بتن‌های سبک با حداکثر چگالی ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، در گروه «بتن با چگالی پایین» (Low Density Concrete) قرار می‌گیرند. البته به ندرت، چگالی این نوع بتن‌ها، از ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب نیز عبور می‌کند. مقاومت بتن‌های سبک با چگالی پایین، معمولا بین ۰/۷ تا ۷ مگاپاسکال است. این نوع بتن‌ها با عنوان «بتن با مقاومت پایین» (Low Strength Concrete) نیز شناخته می‌شوند. چگالی و مقاومت پایین این بتن‌ها، کاربری اصلی آن‌ها را محدود به عایق‌های صوتی و حرارتی می‌کند.

بتن سبک با مقاومت متوسط چیست ؟

در تقسیم‌بندی انواع بتن سبک، به بتنی که چگالی آن بین ۸۰۰ تا ۱۳۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت فشاری آن بین ۷ تا ۱۷ مگاپاسکال قرار داشته باشد، «بتن با چگالی متوسط» (Moderate Density Concrete) یا «بتن با مقاومت متوسط» (Moderate Strength Concrete) می‌گویند. این نوع بتن، در برخی از موارد برای کاربری‌های سازه‌ای و در برخی از موارد برای کاربری‌های غیرسازه‌ای به کار گرفته می‌شوند. گاهی اوقات، بتن با مقاومت متوسط به عنوان مواد پرکننده فضاهای خالی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بتن سبک با مقاومت بالا چیست ؟

در تقسیم‌بندی بتن‌های سبک، بتن دارای چگالی ۱۳۵۰ تا ۱۹۲۰ کیلوگرم بر متر مکعب و حداقل مقاومت فشاری ۱۷ مگاپاسکال، به عنوان «بتن با مقاومت بالا» (High Strength Concrete) یا «بتن سازه‌ای» (Structural Concrete) شناخته می‌شود. مقاومت فشاری اغلب بتن‌های سازه‌ای سبک، بیشتر از ۳۴ مگاپاسکال است. به دلیل چگالی بالای این بتن نسبت به دیگر انواع بتن سبک، خاصیت عایق حرارتی پایین‌تری دارد. بتن سبک سازه‌ای، از سنگدانه‌های حاوی شیل، رس، اسلیت، سرباره و خاکستر بادی ساخته می‌شود.

مشخصات بتن سبک چه هستند ؟

در این بخش، به معرفی برخی از مهم‌ترین خواص بتن‌های سبک از جمله چگالی، شکل ذرات، مقاومت فشاری، جذب رطوبت، عمل‌آوری، هدایت حرارتی و مقاومت در برابر آتش می‌پردازیم.

چگالی

چگالی بتن‌های سبک، معمولا بین ۳۰۰ تا ۱۲۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. البته، استانداردهای مختلف، بازه‌های متفاوتی را برای چگالی بتن‌های سبک معرفی می‌کنند. به عنوان مثال، استاندارد «BS EN 206-1»، چگالی خشک بتن سبک را کمتر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و بیشتر از ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب در نظر می‌گیرد. بر اساس استاندارد «ACI 213»، این بازه برای بتن سبک سازه‌ای بین ۱۴۴۰ تا ۱۸۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. به هر حال، چگالی بتن سبک، کمتر از چگالی بتن معمولی (۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) خواهد بود. بتن‌های سبک با چگالی‌های پایین‌تر، به عنوان عایق مورد استفاده قرار می‌گیرند. هرچه مقدار چگالی افزایش یابد، کاربری بتن‌های سبک برای مقاصد سازه‌ای مناسب‌تر می‌شود.

شکل ذرات و بافت سنگدانه ها

سنگدانه‌های سبک مورد استفاده در بتن می‌توانند به شکل مکعبی، گرد، گوشه‌‌دار یا نامنظم باشند. بافت بتن سبک به انواع سطح دارای حفره‌های ریز، سطح نسبتا صاف تا سطح بسیار نامنظم با حفره‌های بزرگ تقسیم می‌شود. شکل ذرات و بافتن سنگدانه‌ها، به طور مستقیم بر روی کارایی، نسبت درشت‌دانه به ریزدانه، محتوای سیمان و آب مورد نیاز بتن تازه اثر می‌گذارند.

مقاومت فشاری

مقاومت فشاری انواع بتن سبک، می‌تواند بین حدود ۵ مگاپاسکال تا ۶۵ مگاپاسکال باشد. این مشخصه به نوع بتن و طرح اختلاط آن بستگی دارد. مقاومت اغلب بتن‌های سبک مورد استفاده در ساختمان‌سازی برای بتن‌ریزی برجا، پیش‌ساخنه و پیش‌تنیده، بین ۲۰ تا ۳۵ مگاپاسکال است. با به‌کارگیری سنگدانه‌های سنگ، به راحتی می‌توان به مقاومت‌ها دست پیدا کرد.

جذب رطوبت

مطالعات صورت گرفته بر روی بتن‌های سبک نشان می‌هد که بتن سبک باکیفیت، پس از خشک شدن، آب بسیار کمی را به خود جذب کرده و چگالی پایین خود را حفظ می‌کند. نفوذپذیری بتن‌های سبک نیز بسیار پایین و معمولا برابر یا بسیار پایین‌تر از نفوذپذیری بتن معمولی است. این ویژگی شاید به ظاهر با تعریفی که از ساختار بتن سبک کردیم همخوانی نداشته باشد. نفوذپذیری، رابطه مستقیمی با میزان تخلخل و نحوه ارتباط آن‌ها با یکدیگر دارد. تخلخل بتن‌های سبک، از نوع غیرمفید است. به عبارت دیگر، حفره‌های درونی این بتن‌ها، اغلب به یکدیگر متصل نیستند. به همین دلیل، آب نمی‌تواند از سطح بتن به درون آن نفوذ کند.

عمل آوری داخلی

سرعت خروج آب جذب شده توسط سنگدانه‌ها در مخلوط تازه بتن سبک است. همین موضوع، بر روی فرآیند هیدراتاسیون و عمل‌آوری تاثیر می‌گذارد. اگر رطوبت مخلوط و مقدار مواد سیمانی آن بالا باشد، می‌توان سنگدانه‌های سبک را با سنگدانه‌های معمولی جایگزین کرد. این کار، باعث بهبود عمل‌آوری داخلی و گیرش سریع‌تر بتن می‌شود.

هدایت حرارتی

هدایت حرارتی بتن، یک ویژگی وابسته به چگالی و رطوبت است. البته ابعاد و توزیع حفره‌ها، ترکیب شیمیایی ذرات جامد و ساختار داخلی بتن سبک نیز بر روی این ویژگی اثر می‌گذارند. به دلیل چگالی پایین و درصد هوای بالا، بتن سبک مانند یک عایق حرارتی عمل می‌کند و هدررفت انرژی را کاهش می‌دهد. البته این بتن، عایق صدا و لرزش نیز به حساب می‌آید.

مقاومت در برابر آتش

بر اساس آزمایش‌های استاندارد ASTM E119، مقاومت دال‌ها، دیوارها و تیرهای ساخته شده توسط بتن سبک سازه‌ای در برابر آتش نسبت به المان‌های هم‌ضخامت ساخته شده توسط بتن معمولی بیشتر است.

نکات تکمیلی در مورد ویژگی های بتن سبک

در هنگام استفاده از بتن سبک، باید به موارد زیر توجه کرد:

  • مشخصات و ترکیب بتن‌های سبک باید یکنواخت باشد.
  • وزن مخصوص سنگدانه‌های مورد استفاده، بر اساس استانداردهای مناسب و کمتر از سنگدانه‌های معمولی باشد. این نکته، باعث صرفه‌جویی در هزینه اجرای سازه می‌شود.
  • با وجود نقش مثبت حفره‌های سطحی سنگدانه‌ها در ایجاد بهتر پیوند با ملات سیمانی، سنگدانه‌ها باید دارای حفره‌های سطحی بزرگ حداقلی و حفره‌های داخلی حداکثری با توزیع مناسب باشد.
  • استحکام ذرات سنگدانه‌ها به اندازه‌ای باشد که در حین جابجایی و اختلاط بتن آسیب نبینند.
  • بین ذرات سنگدانه‌ها و سیمان، پیوند مناسبی ایجاد شود و هیچ واکنش شیمیایی بین آن‌ها رخ ندهد.
  • دانه‌بندی سنگدانه‌ها، برای کاربری مورد نظر مناسب بوده و مطابق با استانداردهای ASTM یا استانداردهای ملی باشد.

چگونه بتن سبک درست کنیم ؟

بتن‌های سبک، به انواع بتن با سنگدانه سبک، بتن گازی و بتن بدون ریزدانه تقسیم می‌شوند. درست کردن هر یک از این بتن‌ها، دستورالعمل و طرح اختلاط مخصوص به خود را دارد. از این‌رو، هر شخص می‌تواند با توجه به نوع بتن، دستورالعمل و طرح اختلاط انتخابی، بتن سبک مورد نظر خود را تهیه کند. در این بخش، روش‌های تولید انواع بتن سبک را بر اساس روش‌های متداول توضیح می‌دهیم.

چگونه بتن سبک بدون ریزدانه درست کنیم ؟

برای درست کردن بتن بدون ریزدانه، به سنگدانه‌هایی با ابعاد بین ۱۰ تا ۲۰ میلی‌متر نیاز داریم. به عبارت دیگر، سنگدانه‌های مورد استفاده باید از الک ۲۰ میلی‌متری عبور کنند اما روی الک ۱۰ میلی‌متری باقی بمانند. هیچ سنگ ریزدانه یا نرمه‌ای (سنگدانه‌های کوچک‌تر از ۵ میلی‌متر) نباید در بین سنگدانه‌ها وجود داشته باشد. سنگدانه با دانه‌بندی گسسته، بهترین گزینه برای درست کردن بتن سبک بدون ریزدانه است. این نوع دانه‌بندی به همراه استفاده از سنگدانه‌های گرد، به ایجاد شبکه حفره‌ها کمک می‌کند.

مصالح بتن سبک بدون ریزدانه

بعد از تهیه سنگدانه با مشخصات مناسب، نوبت به اختلاط آن با سیمان می‌رسد. نسبت سیمان سنگدانه در بتن بدون ریزدانه می‌تواند بین ۱ به ۶ تا ۱ به ۱۰ باشد. به عبارت دیگر، به ازای هر واحد حجمی سنگدانه، باید ۶ واحد تا ۱۰ واحد حجمی سیمان اضافه کنید. نسبت آب به سیمان، به میزان چسبندگی ترکیب بستگی دارد. این نسبت می‌تواند بین ۰/۳۸ تا ۰/۵۲ باشد. جدول زیر، تقریبی از مقاومت بتن بدون ریزدانه با طرح اختلاط‌های مختلف را نمایش می‌دهد.

نسبت حجمی سنگدانه به سیمان نسبت آب به سیمان چگالی بتن بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب مقاومت فشاری ۲۸ روزه بر حسب مگاپاسکال
۶ ۰/۳۸ ۲۰۲۰ ۱۴
۷ ۰/۴۰ ۱۹۷۰ ۱۲
۸ ۰/۴۱ ۱۹۴۰ ۱۰
۱۰ ۰/۴۵ ۱۸۶۰ ۷

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، بتن سبک بدون ریزدانه، مقاومت فشاری زیادی ندارد. بنابراین، طرح اختلاط آن از قواعد خاصی پیروی نمی‌کند. برای درست کردن این نوع بتن، کافی است سنگدانه، سیمان و آب را مطابق با یکی از طرح‌های بالا ترکیب کنید.

چگونه بتن سبک گازی درست کنیم ؟

برای درست کردن بتن سبک گازی، علاوه بر مواد اولیه اصلی (سنگدانه، سیمان و آب)، پودر آلومینیوم نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده، به عنوان یک افزودنی حباب‌ساز به ترکیب بتن تازه اضافه می‌شود. به‌کارگیری سنگدانه سبک به جای سنگدانه معمولی، چگالی بتن گازی را به میزان بیشتری کاهش می‌دهد. در ساخت برخی از قطعات بتنی نظیر بلوک‌های بتن هوادار اتوکلاو (بلوک‌های AAC)، از به‌کارگیری سنگدانه‌های درشت اجتناب می‌شود.

محل اختلاط مواد اولیه قطعات پیش ساخته بتن سبک گازی
ساخت قطعات پیش‌ساخته بتن سبک گازی در کارخانه

بتن گازی، معمولا برای ساخت قطعات پیش‌ساخته مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این‌رو، دستورالعمل ساخت این قطعات را می‌توان به عنوان طرح اختلاط آن در نظر گرفت. نسبت آب به سیمان بتن گازی معمولا بین ۰/۴ تا ۰/۵ است. نسبت سیمان به ماسه، معمولا ۱ به ۲ در نظر گرفته می‌شود. در صورت استفاده از سنگدانه درشت، نسبت سیمان به آن برابر با ۱ به ۱ خواهد بود (نسبت کلی سیمان به سنگدانه ۱:۱:۲). با افزودن پودر آلومینیوم به میزان ۰/۰۵ تا ۰/۰۸ درصد وزنی به درون مخلوط بتن تازه، فرآیند درست کردن بتن سبک گازی به پایان می‌رسد.

چگونه بتن با سنگدانه سبک درست کنیم ؟

بتن‌های سبک بدون ریزدانه و گازی، مقاومت قابل توجهی ندارند. با استفاده از سنگدانه‌های سبک، امکان ساخت بتن سبک با مقاومت مناسب فراهم می‌شود. مقاومت فشاری بتن با سنگدانه سبک، حداقل برابر با ۱۷ مگاپاسکال است. به منظور استفاده از این نوع بتن برای مقاصد سازه‌ای، انتخاب طرح اختلاط بر اساس دستورالعمل‌های مربوطه انجام می‌گیرد. مواد اولیه انتخاب شده برای درست کردن بتن با سنگدانه سبک، بر روی فرآیند اختلاط آن‌ها و کیفیت نهایی بتن تاثیر می‌گذارد.

سنگدانه سبک مورد استفاده در بتن‌های سبک
سنگدانه‌های سبک (سنگ پا)

سنگدانه‌های بتن با سنگدانه سبک، پیش از اختلاط باید بیشتر از ۱۰ درصد رطوبت را به خود جذب کنند. هرچه دانه‌بندی این سنگدانه‌ها بهتر و نرمه آن‌ها کمتر باشد، نتیجه کار مطلوب‌تر خواهد بود. اختلاط بتن با سنگدانه سبک معمولا بر اساس روش پیشنهادی در استاندارد ACI 211.2-98 انجام می‌گیرد. بتن حاصل از این روش، مقاومت بالاتر از ۱۷ مگاپاسکال و چگالی کمتر از ۱۸۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب خواهد داشت.

طرح اختلاط بتن سبک چیست ؟

طرح اختلاط، فرآیند ترکیب کردن مواد اولیه بتن برای دستیابی به مشخصات فیزیکی (مقاومت، دوام و دیگر خواص) مورد نظر است. در این فرآیند، مواد اولیه با نسبت‌های مشخص با یکدیگر ترکیب می‌‌شوند. طرح اختلاط انواع بتن سبک با یکدیگر تفاوت دارد. در بخش قبلی، راجع به درست کردن این بتن‌ها صحبت کردیم. در این بخش، به ارائه کلیات طرح اختلاط بتن سبک می‌پردازیم.

اسلامپ بتن سبک چقدر است ؟

«اسلامپ» (Slump)، کمیتی برای نمایش میزان روانی بتن، پیش از شروع گیرش است. هر چه عدد اسلامپ بالاتر باشد، قابلیت جریان یافتن بتن بیشتر خواهد بود. اسلامپ بتن‌های سبک، به محل استفاده آن بستگی دارد. جدول زیر، مقادیر پیشنهادی این کمیت را بر اساس استاندارد ACI 211.1-91 نمایش می‌دهد.

نوع سازه عدد اسلامپ بر حسب میلی‌متر
دیوار فونداسیون بتن آرمه و پی‌ها ۲۰ تا ۸۰
پی‌های بتنی ساده و دیوارهای سازه‌ای ۲۰ تا ۸۰
دیوار بتن آرمه و تیر ۲۰ تا ۱۰۰
پیاده‌روها و دال بتنی ۲۰ تا ۸۰
بتن حجیم ۲۰ تا ۸۰
بتن لاینینگ کانال ۷۰ تا ۸۰
مطلب پیشنهادی:
اسلامپ بتن چیست ؟ | راهنمای رایگان آزمایش روانی بتن — به زبان ساده
شروع مطالعه

سنگدانه بتن سبک چگونه است ؟

سنگدانه‌ها، یکی از جز اصلی در تمام بتن‌ها به شمار می‌روند. با این حال، اهمیت این مواد در بتن‌های سبک بیشتر از دیگر انواع بتن‌ها است. ابعاد سنگدانه‌های بتن سبک نباید از یک‌پنجم کوچک‌ترین بعد عضو تجاوز کند. به علاوه، این ابعاد باید کمتر از یک‌سوم ارتفاع دال و سه‌چهارم حداقل فاصله بین میلگردها باشد.

مطلب پیشنهادی:
سنگدانه چیست ؟ | کاربردها، انواع، خواص و استانداردها — آنچه باید بدانید
شروع مطالعه

درصد هوای بتن سبک چقدر است ؟

میزان فضای خالی (هوای) مورد نظر در بتن سبک، به حداکثر ابعاد سنگدانه‌های مورد استفاده بستگی دارد. جدول زیر، درصد درصد هوای پیشنهادی برای بتن گازی و غیرگازی را بر حسب ابعاد سنگدانه‌ها و مطابق با استاندارد ACI 211.2-98 نمایش می‌دهد.

سطح مواجهه درصد پیشنهادی هوای بتن
برای بتن گازی
حداکثر ابعاد ۱۰ میلی‌متر حداکثر ابعاد ۱۲/۵ میلی‌متر حداکثر ابعاد ۲۰ میلی‌متر
کم ۴/۵ ۴ ۴
متوسط ۶ ۵/۵ ۵
زیاد ۷/۵ ۷ ۶
- برای بتن غیرگازی
۳ ۲/۵ ۲

محتوای سیمان بتن سبک چقدر است ؟

میزان سیمان مورد استفاده در ترکیب بتن سبک، بر روی مقاومت فشاری آن تاثیر می‌گذارد. جدول زیر، محتوای سیمان مورد نیاز برای دستیابی به مقاومت‌های مختلف را نمایش می‌دهد. این جدول، بر اساس استاندارد ACI 211.2-98 تهیه شده است.

مقاومت فشاری بر حسب مگاپاسکال محتوای سیمان بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب
۱۷ ۳۵۰ تا ۵۲۰
۲۱ ۴۰۰ تا ۵۵۰
۲۸ ۵۰۰ تا ۶۵۰
۳۴ ۶۰۰ تا ۷۵۰
۴۱ ۷۰۰ تا ۸۵۰
مطلب پیشنهادی:
سیمان چیست و چگونه ساخته می شود ؟ | هر آنچه باید بدانید
شروع مطالعه

نکات تکمیلی برای اختلاط بتن سبک

محاسبه مقادیر مورد نیاز برای تهیه بتن سبک، با آزمون و خطا همراه است. به این منظور، ابتدا، حجم سنگدانه خشک و سست مورد نیاز برای تهیه ۱ متر مکعب بتن متراکم را برابر با ۱/۲ متر مکعب در نظر بگیرید. علاوه بر این، مقدار ریزدانه‌ها را برابر با ۵۰ درصد سنگدانه‌های درشت فرض کنید. پس از تهیه این مواد و تعیین چگالی خشک سنگدانه‌ها به همراه مقاومت مورد نیاز، محتوای سیمان را به دست بیاورید. سپس، مواد اولیه را با آب مخلوط کنید تا به عدد اسلامپ مورد نظر برسید.

با اندازه‌گیری چگالی مخلوط تازه بتن، امکان تعیین مقادیر مورد نیاز برای تهیه بتن در مقیاس‌های بزرگ‌تر فراهم می‌شود. یک نکته مهم در مورد تفاوت بین تهیه آزمایشی بتن با تهیه بتن در پروژه، رطوبت موجود در سنگدانه‌ها است. هنگام مخلوط کردن مواد اولیه به صورت آزمایشی، از سنگدانه‌های خشک استفاده می‌شود. بنابراین، در محاسبه میزان آب مورد نیاز برای طرح اختلاط اصلی، باید رطوبت سنگدانه‌ها را به عنوان بخشی از آب کل در نظر بگیرید.

اگر مقاومت، درصد هوا، کارایی، چسبندگی و دیگر مشخصات، رضایت‌بخش بودند، در صورت تغییر در مقادیر مواد اولیه، قانون سرانگشتی زیر را به کار بگیرید:

  • به ازای هر یک کیلوگرم کاهش در مقدار سیمان مصرفی، ۰/۰۰۰۶ متر مکعب سنگدانه خشک به مخلوط اضافه کنید. به همین ترتیب، به ازای هر ۰/۰۰۰۶ متر مکعب کاهش در میزان سنگدانه خشک مصرفی، یک کیلوگرم سیمان به مخلوط اضافه کنید.

در صورت اختلاف زیاد بین مشخصات مورد نظر با مشخصات بتن (به عنوان مثال، دستیابی به مقاومت ۱۷ مگاپاسکال برای بتنی با مقاومت مورد نیاز ۲۰ مگاپاسکال)، باید محتوای سیمان را به مقدار زیادی تغییر دهید. به منظور تعیین محتوای سیمان، از فرمول ضریب چگالی ویژه پیکنومتر استفاده کنید. این فرمول عبارت است از:

$$ S = \frac { A } { C - ( B - A ) } $$

  • S: ضریب چگالی ویژه پیکنومتر
  • A: وزن سنگدانه‌های مورد آزمایش
  • B: وزن پیکنومتر پر از آب به همراه سنگدانه (پس از ۱۰ دقیقه غوطه‌وری سنگدانه‌ها در آب)
  • C: وزن پیکنومتر پر از آب

نمودار زیر، فرمول بالا را بر حسب درصد رطوبت کل سنگدانه‌ها در مقابل ضریب چگالی ویژه نمایش می‌دهد.

نمودار درصد رطوبت کل سنگدانه‌ها در مقابل ضریب چگالی ویژه

افزایش قابل توجه میزان سیمان در ترکیب بتن سبک، با کاهش حجم ریزدانه‌ها همراه خواهد بود. به این ترتیب، مقادیر دیگر مواد اولیه ثابت باقی می‌ماند. محاسب حجم جدید ریزدانه‌ها از اختلاف مجموع حجم سیمان، درشت‌دانه‌ها، آب و هوا بعد از اصلاح به دست می‌آید.

مثال طرح اختلاط بتن سبک

فرض کنید می‌خواهیم یک بتن سبک با مقاومت فشاری ۲۸ روزه ۱۸ مگاپاسکال، میزان هوای ۷ درصد و عدد اسلامپ ۷۵ میلی‌متر را درست کنیم. مشخصات سنگدانه‌ها را نیز مطابق با زیر در نظر بگیرید:

  • چگالی خشک سنگدانه‌های درشت: ۷۲۰ کیلوگرم بر متر مکعب
  • رطوبت سنگدانه‌های درشت در کارگاه: ۵ درصد
  • چگالی خشک سنگدانه‌های ریز: ۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب
  • رطوبت سنگدانه‌های درشت در کارگاه: ۱۰ درصد

با توجه به جدول رابطه بین مقاومت فشاری و میزان سیمان بتن سبک، محتوای سیمان را برابر با ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب در نظر می‌گیریم. البته در این جدول، مقدار سیمان برای مقاومت ۱۷ مگاپاسکال داده شده است. با این وجود، وزن سیمان را بر اساس نزدیک‌ترین عدد انتخاب می‌کنیم.

بر اساس فرآیند پیشنهادی برای تعیین طرح اختلاط، ابتدا ۱/۲ متر مکعب سنگدانه را به منظور ساخت ۱ متر مکعب بتن در نظر می‌گیریم. حجم سنگدانه‌های درشت برابر با ۰/۸ متر مکعب و حجم سنگدانه‌های ریز، ۰/۴ متر مکعب (۵۰ درصد سنگدانه‌های درشت) است. با توجه به این مقادیر، اگر بخواهیم ۰/۰۲ متر مکعب بتن سبک را به طور آزمایشی درست کنیم، مقادیر مواد اولیه به صورت زیر خواهد بود:

۷ کیلوگرم = ۰/۰۲ × ۳۵۰ = سیمان مورد نیاز

۷/۲ کیلوگرم = ۰/۰۲ × ۹۰۰ × ۰/۴ = ریزدانه

۱۱/۵۲ کیلوگرم = ۰/۰۲ × ۷۲۰ × ۰/۸ = درشت‌دانه

۴ کیلوگرم = آب مورد نیاز برای اسلامپ مورد نظر

۲۹/۷۲ کیلوگرم = حجم کل مخلوط

اگر چگالی بتن بتن تازه را برابر با ۱۴۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب در نظر بگیریم، حجم آن برابر می‌شود با:

$$ = \frac { ۲۹/۷۲ }{ ۱۴۵۰ } = ۰/۰۲۰۱۵ m ^ ۳$$ حجم بتن تازه

بنابراین، مقدار واقعی مواد اولیه برابر خواهد بود با:

$$ = \frac { ۷ }{ ۰/۰۲۰۱۵ } = ۳۴۶ $$ سیمان

$$ = \frac { ۷/۲ }{ ۰/۰۲۰۱۵ } = ۳۵۶ $$ ریزدانه

$$ = \frac { ۱۱/۵۲ }{ ۰/۰۲۰۱۵ } = ۵۷۰ $$ درشت‌دانه

$$ = \frac { ۴ }{ ۰/۰۲۰۱۵ } = ۱۹۸ $$ آب

$$ = ۱۴۷۰ kg/m ^ ۳ $$ مجموع

مقادیر بالا را با مقادیر اولیه مقایسه می‌کنیم. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، سیمان به دست آمده طی محاسبات، ۴ کیلوگرم کمتر از مقدار اولیه است. با در نظر گرفتن این موضوع، خواص فیزیکی نمونه بتن را مورد آزمایش قرار می‌دهیم. علاوه بر این، به خاطر داشته باشید که سنگدانه‌های مورد استفاده در آزمایش، کاملا خشک هستند. به این ترتیب، دو سناریو پیش می‌آید. در ادامه، هر یک از این سناریوها و نحوه مواجهه با آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

سناریو اول: مناسب بودن مقاومت و دیگر خواص بتن

در صورت رضایت‌‌بخش بودن خواص بتن آزمایشی، مقدار سیمان را اصلاح می‌کنیم. این مقدار باید برابر با ۳۵۰ کیلوگرم (مطابق با استاندارد) باشد. بر اساس رابطه سرانگشتی بین سیمان و سنگدانه‌های خشک، به ازای هر ۱ کیلوگرم افزایش سیمان، ۰/۰۰۰۶ متر مکعب از حجم سنگدانه‌ها کم می‌کنیم. با توجه به محاسبات انجام شده، سیمان مورد نیاز برابر با ۴ کیلوگرم است. میزان ریزدانه و درشت‌دانه به دست آمده در بتن آزمایشی به ترتیب برابر با ۳۵۶ و ۵۷۰ کیلوگرم بر متر مکعب بود. بنابراین، با افزودن ۴ کیلوگرم سیمان، این مقادیر به شکل زیر تغییر می‌کنند:

$$ = ۳۵۶ - [ ۰/۵ \times ( ۴ \times ۰/۰۰۰۶ \times ۹۰۰ ) = ۳۵۵ kg/m ^ ۳ $$ وزن ریزدانه در یک کیلوگرم بتن

$$ = ۵۷۰ - [ ۰/۵ \times ( ۴ \times ۰/۰۰۰۶ \times ۷۲۰ ) = ۳۵۵ kg/m ^ ۳ $$ وزن درشت‌دانه در یک کیلوگرم بتن

عدد ۰/۵، نشان‌دهنده سهم ۵۰ درصدی کاهش هر یک از سنگدانه‌ها در برابر افزایش سیمان است. از آنجایی که اصلاح مقادیر سیمان و سنگدانه زیاد نیست، مقدار آب را ثابت نگه می‌داریم. با این وجود، رطوبت سنگدانه‌ها را باید در محاسبه آب در نظر بگیریم. به این ترتیب برای سیمان داریم:

$$ = ۳۴۶ + ۴ = ۳۵۰ kg / m ^ ۳ $$ سیمان

با اضافه کردن ۴ کیلوگرم سیمان این مقدار سیمان، همان مقدار مطابق با استاندارد برای رسیدن به مقاومت مورد نظر ما است. بر اساس اطلاعات ابتدای مثال، می‌دانیم که سنگدانه‌های ریز دارای ۱۰ درصد رطوبت و سنگدانه‌های درشت دارای ۵ درصد رطوبت هستند. بنابراین وزن آن‌ها در یک متر مکعب بتن به صورت زیر خواهد بود:

$$ = ۳۵۵ \times ۱/۱ = ۳۹۱ kg / m ^ ۳ $$ ریزدانه مرطوب

$$ = ۵۶۹ \times ۱/۰۵ = ۵۹۸ kg / m ^ ۳ $$ درشت‌دانه مرطوب

با توجه مقادیر محاسبه شده برای ریزدانه‌ و درشت‌دانه (۳۵۵ کیلوگرم بر متر مکعب و ۵۶۹ مترمکعب)، میزان آب درون آن‌ها برابر است با:

$$ = ۳۹۱ - ۳۵۵ = ۳۶ kg / m ^ ۳ $$ آب درون ریزدانه

$$ = ۵۹۸ - ۵۶۹ = ۲۹ kg / m ^ ۳ $$ آب درون ریزدانه

هنگام اضافه کردن آب به درون مخلوط، باید مقادیر بالا را در نظر بگیریم. به عبارت دیگر، باید آب مورد نیاز را از اختلاف آب محاسبه شده (۱۹۸ کیلوگرم بر متر مکعب) با مقادیر بالا به دست بیاوریم:

$$ = ۱۹۸ - ۳۶ - ۲۹ = ۱۳۳ kg / m ^ ۳ $$ آب مورد نیاز برای مخلوط

به این ترتیب، طرح اختلاط بتن سبک به صورت زیر خواهد بود:

  • سیمان: ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب
  • سنگدانه: ۹۸۹ کیلوگرم بر متر مکعب
    • ریزدانه: ۳۹۱ کیلوگرم بر متر مکعب
    • درشت‌دانه: ۵۹۸ کیلوگرم بر متر مکعب
  • آب: ۱۳۳ کیلوگرم بر متر مکعب
  • مجموع: ۱۴۷۲ کیلوگرم بر متر مکعب

سناریو دوم: اختلاف زیاد بین مقاومت و دیگر خواص با مقادیر مورد نظر

اگر مقاومت مورد نظر به دست نیاید و کیفیت بتن سبک، اختلاف زیادی با کیفیت مورد نظر داشته باشد، باید مقدار سیمان را به مقدار زیاد تغییر دهیم. بگذارید ۵۰ کیلوگرم به سیمان اضافه کنیم. به این ترتیب، مجموع سیمان مورد استفاده به ۴۰۰ کیلوگرم در هر متر مکعب از بتن افزایش می‌یابد.

با توجه به نمودار درصد رطوبت به ضریب چگالی ویژه، مقدار این ضریب برای ریزدانه و درشت‌دانه خشک به ترتیب برابر با ۱/۷۸ و ۱/۳۵ می‌شود. برای ریزدانه و درشت‌دانه مرطوب، این ضریب به ۱/۷۵ و ۱/۳۶ تغییر می‌کند. در حالت خشک و بر اساس مقادیر محاسبه شده در سناریو اول، مجموع مقادیر مواد اولیه به همراه هوا برابر است با:

$$
\frac { ۳۵۰ }{ ۳/۱۵ \times ۱۰۰۰ } + \frac { ۳۵۵ }{ ۱/۷۸ \times ۱۰۰۰ } + \frac { ۵۶۹ }{ ۱/۳۵ \times ۱۰۰۰ } + \frac { ۱۹۸ }{ ۱۰۰۰ } + ۰/۰۷ = ۱ m ^ ۳
$$

  • عبارت اول
    • صورت کسر: مقدار سیمان بر اساس استاندارد
    • مخرج کسر: حاصل‌ضرب چگالی سیمان در حجم واحد (وزن یک متر مکعب سیمان)
  • عبارت دوم
    • صورت کسر: مقدار ریزدانه خشک بر اساس محاسبات اولیه
    • مخرج کسر: حاصل‌ضرب ضریب چگالی ویژه ریزدانه در حجم واحد (وزن یک متر مکعب ریزدانه)
  • عبارت سوم
    • صورت کسر: مقدار درشت‌دانه خشک بر اساس محاسبات اولیه
    • مخرج کسر: حاصل‌ضرب ضریب چگالی ویژه درشت‌دانه در حجم واحد (وزن یک متر مکعب درشت‌دانه)
  • عبارت چهارم
    • صورت کسر: مقدار آب بر اساس محاسبات اولیه
    • مخرج کسر: چگالی آب (وزن یک متر مکعب آب)
  • عبارت پنجم
    • مقدار هوای مورد نظر

بر اساس محاسبات، باید ۱ متر مکعب بتن داشته باشیم. بر اساس نتایج آزمایش خواص مقاومتی بتن، باید مقدار سیمان را به مقدار قابل توجهی افزایش دهیم. برای جبران این افزایش حجم، باید از مقدار سنگدانه‌ها کم کنیم. البته در این حالت (تغییر زیاد مقدار سیمان)، فقط مقدار سنگدانه‌های ریز را کاهش می‌دهیم. اگر سنگدانه‌های ریز را به کل از محاسبات جدید حذف کنیم، خواهیم داشت:

$$
\frac {۴۰۰ }{ ۳/۱۵ \times ۱۰۰۰ } + \frac { ۵۶۹ }{ ۱/۳۵ \times ۱۰۰۰ } + \frac { ۱۹۸ }{ ۱۰۰۰ } + ۰/۰۷ = ۰/۸۱۶ m ^ ۳
$$

اختلاف حجم مقدار به دست آمده از یک متر مکعب بتن، حجم جدید ریزدانه‌ها خواهد بود:

$$ = ۱/۰۰ - ۰/۸۱۶ = ۰/۱۸۴ m ^ ۳ $$ حجم ریزدانه

وزن خشک این حجم از ریزدانه در ترکیب ۱ متر مکعب بتن برابر است با:

$$ = ۰/۱۸۴ \times ۱۰۰۰ \times ۱/۷۸ = ۳۲۸ kg / m ^ ۳ $$ وزن ریزدانه خشک

رطوبت ریزدانه‌ها برابر با ۱۰ درصد است. بنابراین، وزن مرطوب این سنگدانه‌ها در کارگاه برابر با مقدار زیر خواهد بود:

$$ = ۳۲۸ \times ۱/۱ = ۳۶۱ kg / m ^ ۳ $$ وزن ریزدانه مرطوب

وزن درشت‌دانه مرطوب نیز برابر است با:

$$ = ۵۶۹ \times ۱/۰۵ = ۵۹۸ kg / m ^ ۳ $$ وزن درشت‌دانه مرطوب

اکنون، برای به دست آوردن مقدار آب مورد نیاز، عبارت مربوط به آن را از محاسبات جدید حذف می‌کنیم:

$$
\frac { ۴۰۰ }{ ۳/۱۵ \times ۱۰۰۰ } + \frac { ۳۶۱ }{ ۱/۷۸ \times ۱۰۰۰ } + \frac { ۵۹۸ }{ ۱/۳۵ \times ۱۰۰۰ } + ۰/۰۷ = ۰/۸۴۳ m ^ ۳
$$

  • عبارت اول
    • صورت کسر: مقدار سیمان بر اساس اصلاحات انجام شده
    • مخرج کسر: حاصل‌ضرب چگالی سیمان در حجم واحد (وزن یک متر مکعب سیمان)
  • عبارت دوم
    • صورت کسر: مقدار ریزدانه مرطوب بر اساس اصطلاحات و محاسبات ثانویه
    • مخرج کسر: حاصل‌ضرب ضریب چگالی ویژه ریزدانه در حجم واحد (وزن یک متر مکعب ریزدانه)
  • عبارت سوم
    • صورت کسر: مقدار درشت‌دانه مرطوب (تغییری در مقدار سنگدانه‌های درشت رخ نمی‌دهد.)
    • مخرج کسر: حاصل‌ضرب ضریب چگالی ویژه درشت‌دانه در حجم واحد (وزن یک متر مکعب درشت‌دانه)
  • عبارت چهارم
    • مقدار هوای مورد نظر

اختلاف مقدار به دست آمده از محاسبات بالا با حجم واحد بتن، حجم آب مورد نیاز خواهد بود:

$$ = ۱/۰۰ - ۰/۸۳ = ۰/۱۵۷ m ^ ۳ $$ حجم آب مورد نیاز

بر اساس چگالی آب، مقدار آن در ترکیب بتن را به دست می‌آوریم:

$$ = ۱۰۰۰ \times ۰/۱۵۷= ۱۵۷ kg / m ^ ۳ $$ وزن آب در یک متر مکعب بتن

در نتیجه، طرح اختلاط بتن سبک در سناریو دوم عبارت است از:

  • سیمان: ۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب
  • سنگدانه: ۹۵۹ کیلوگرم بر متر مکعب
    • ریزدانه: ۳۶۱ کیلوگرم بر متر مکعب
    • درشت‌دانه: ۵۹۸ کیلوگرم بر متر مکعب
  • آب: ۱۵۷ کیلوگرم بر متر مکعب
  • مجموع: ۱۵۱۶ کیلوگرم بر متر مکعب

در این سناریو، به دلیل مناسب نبودن مقاومت، باید نمونه‌ای از بتن با طرح اختلاط بالا را مورد آزمایش قرار دهیم. در صورت رضایت‌بخش بودن نتایج، این طرح اختلاط مورد تایید قرار می‌گیرد. در غیر این صورت، مراحل اصلاح مقادیر (افزایش سیمان و کاهش ریزدانه) و انجام مجدد محاسبات را تکرار می‌کنیم.

استانداردهای مربوط به بتن سبک

بتن‌های سبک، به عنوان یکی از مصالح به صرفه با بهره‌وری بالا شناخته می‌شوند. استفاده از این مصالح، نیازمند رعایت الزامات و دستورالعل‌های مربوطه است. در ایران، استانداردهای مختلفی به نحوه اجرای آزمایش‌های انواع بتن سبک پرداخته‌اند. از این استانداردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • استاندارد ۱۷۷۳۲: مقاومت فشاری بتن سبک-عایق
  • استاندارد ۱۷۷۳۳: تعیین چگالی بتن سبک سازه‌ای
  • استاندارد ۸۵۹۵: تعیین ابعاد قطعات بنایی
  • استاندارد ۹۶۸۰: تعیین چگالی خشک-بتن سبک دانه با ساختار باز

به دلیل کاربرد بیشتر بتن گازی نسبت به دیگر بتن‌های سبک در ایران، استانداردهای ملی بیشتری، دستورالعمل‌های مربوط به این نوع بتن را پوشش می‌دهند. این استانداردها عبارت هستند از:

  • استاندارد ۸۵۹۱: تعیین مدول ارتجاعی
  • استاندارد ۸۵۹۲: تعیین جمع‌شدگی ناشی از خشک‌شدگی
  • استاندارد ۸۵۹۴: تعیین جرم حجمی خشک
  • استاندارد ۸۵۹۶: تعیین مقاومت فشاری
  • استاندارد ۸۵۹۷: تعیین نفوذپذیری بخار آب هوادار اتوکلاو شده
  • استاندارد ۸۵۹۸: تعیین مقاومت خمشی هوادار اتوکلاو شده
  • استاندارد ۹۱۵۹: تعیین درصد رطوبت
  • استاندارد ۹۱۶۰: قطعات پیش ساخته مسلح تحت بار عرضی
  • استاندارد ۹۱۶۱: قطعات پیش ساخته مسلح تحت بار طولی
  • استاندارد ۱۷۷۲۲-۲: تعیین رفتار چسبندگی آرماتور و بتن
  • استاندارد ۲۰۳۴۶: تعیین مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن

تفاوت بتن معمولی با بتن سبک در چیست ؟

بتن‌های سبک، امکان اجرای سازه‌های سبک‌تر با مزیت‌هایی نظیر عایق صدا، عایق حرارت، جذب ارتعاشات و غیره را فراهم می‌کنند. در طرف مقابل، این مصالح سبک، مستعد شکست کف‌ها بر اثر رطوبت بالا هستند. بتن‌های معمولی، مزیت‌ها و محدودیت‌های بتن‌های سبک را ندارند. تفاوت در ویژگی‌های این بتن‌ها، به دلیل طرح اختلاط متفاوت آن‌ها، مخصوصا سنگدانه‌های مورد استفاده در ترکیب هر یک است. در ترکیب بتن‌های معمولی، معمولا از سنگ‌های خرد شده طبیعی (به عنوان سنگدانه درشت)، سیمان پرتلند، آب و ماسه (به عنوان سنگدانه ریز) استفاده می‌شود. به همین دلیل، چگالی این نوع بتن با توجه سنگ‌های منطقه تغییر می‌کند. با این وجود، وزن سنگ طبیعی معمولا نسبت به ابعادش زیاد است. بنابراین، وزن مخلوط بتن معمولی نیز نسبتا زیاد خواهد بود.

مقایسه وزن بتن معمولی و بتن سبک

برخلاف بتن معمولی، سنگدانه‌های بتن سبک، فقط از سنگ‌های خرد شده تامین نمی‌شوند. در بتن‌های سبک، موادی نظیر پوکه معدنی (سنگ پا)، خاکستر بادی، سرباره کوره آهن‌گذاری، رس، شیل و یا اسلیت نیز به عنوان سنگدانه مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد، طی فرآیند عمل‌آوری منبسط می‌شوند و مجموعه‌ای از حفره‌های داخلی را به وجود می‌آوردند. به این ترتیب، نسبت فضای توخالی به کل حجم بتن افزایش می‌یابد. در نتیجه، چگالی بتن کم می‌شود. در برخی از انواع بتن، با اضافه کردن فوم یا افزودنی‌های مخصوص به ملات سیمانی، تعداد حفره‌های بتن را افزایش داده و چگالی نهایی آن را بیش از پیش کاهش می‌دهند.

تغییر سنگدانه‌های بتن سبک، مخصوصا در بتن سبک سازه‌ای، شاید تاثیر چندانی بر روی مقاومت فشاری نداشته باشد اما دو ویژگی چگالی و جذب رطوبت را تحت تاثیر قرار می‌دهد. چگالی پایین، وزن سازه را پایین می‌آورد اما جذب رطوبت بالا، خشک شدن و خروج آب را به میزان قابل توجهی به تعویق می‌اندازد. بنابراین، دومین تفاوت اصلی بتن معمولی با بتن سبک، محتوای آب است.

ساختار بتن سبک

افزایش میزان حفره‌های ناشی از افزودن سنگدانه‌های متخلخل، فوم و غیره در ترکیب بتن سبک، ظرفیت جذب رطوبت را افزایش می‌دهد. به هر حال، آب اضافه شده به ترکیب بتن و آب ناشی از فرآیند هیدراتاسیون، در نهایت باید به سطح منتقل شده و تبخیر شوند. برخی از سنگدانه‌ها، آب بیشتری را به خود جذب می‌کنند. زمان خشک شدن مخلوط بتن سبک می‌تواند دو تا سه برابر بتن معمولی باشد. این موضوع، پیشرفت پروژه، اجرای فعالیت‌ها بر اساس برنامه زمان‌بندی و مدیریت هزینه‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

به منظور دستیابی به بهترین نتیجه و جلوگیری از شکست بتن سبک بر اثر مشکلات مرتبط با رطوبت، باید نکات زیر را به خاطر سپرد:

  1. زمان خروج کامل رطوبت از بتن سبک را در برنامه زمانبندی در نظر بگیرید و بر اساس این زمان، به بتن اجازه خشک شدن دهید.
  2. شرایط محیطی نظیر جریان هوا، رطوبت نسبی و دما را بهینه کنید.
  3. آزمایش تعیین رطوبت نسبی را انجام دهید.

جدول زیر، خلاصه‌ای از تفاوت‌های بین بتن معمولی و بتن را نمایش می‌دهد.

معیار مقایسه بتن معمولی بتن سبک
چگالی چگالی بین ۲۲۵۰ تا ۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب چگالی پایین‌تر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب
رطوبت محتوای آب کمتر محتوای آب بیشتر
هزینه تولید هزینه بیشتر به دلیل نیاز به مصالح بیشتر برای قاب‌‌بندی، روکاری و میلگردگذاری هزینه کمتر، مخصوصا در پروژه‌های بزرگ
مقاومت فشاری بین ۲۵ تا ۴۵ مگاپاسکال بین ۵ تا ۶۵ مگاپاسکال
مدول الاستیسیته ۴۵۰ مگاپاسکال برای بتن‌های بسیار سبک و ۲۰ گیگاپاسکال برای بتن سبک متوسط ۱۳/۸ تا ۴۱/۴ گیگاپاسکال
جمع‌شدگی ۰/۱ تا ۰/۲ درصد برای سنگدانه پرلیت، ۰/۱ تا ۰/۷ درصد برای سنگدانه ورمیکولیت، ۰/۰۴ تا ۰/۰۶ درصد برای سنگدانه سرباره و ۰/۰۲ تا ۰/۰۸ درصد برای سنگدانه شیل، اسلیت و رس ۰/۰۴ تا ۰/۰۸ درصد
هدایت حرارتی (بر حسب درصد کیلووات بر کلوین متر) ۰/۰۰۰۲ تا ۰/۰۰۰۳ برای پرلیت؛ ۰/۰۰۰۲ تا ۰/۰۰۱۲ برای ورمیکولیت، ۰/۰۰۰۷ تا ۰/۰۰۱ برای سرباره و ۰/۰۰۰۰۰۳ تا ۰/۰۰۰۱ برای شیل، اسلیت و رس ۰/۰۱۳۸ تا ۰/۰۲۰۸
مقاومت در برابر آتش ۴ ساعت مقاومت در برابر آتش برای دالی با ضخامت ۱۲ سانتی‌متر ۳ ساعت مقاومت در برابر آتش برای دالی با ضخامت ۱۵ سانتی‌متر

سوالات متداول در رابطه با بتن سبک

در این بخش، به برخی از سوالات پرتکرار در رابطه با بتن‌های سبک به طور خلاصه پاسخ می‌دهیم.

تعریف بتن سبک چیست؟

بتن سبک، وزن کمتری نسبت به انواع دیگر بتن‌ها با اندازه یکسان دارد.

چگالی بتن سبک چقدر است ؟

چگالی بتن سبک معمولا بین ۸۰۰ تا ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. البته این مقادیر می‌توانند پایین‌تر و کمی بالاتر نیز باشند.

چند نوع بتن سبک داریم ؟

به طور کلی، سه نوع بتن سبک با نام‌های بتن با سنگدانه سبک، بتن بدون ریزدانه و بتن گازی داریم. مقاومت این بتن‌ها در سه گروه پایین، متوسط و بالا قرار می‌گیرد.

بتن سبک چه نام دارد ؟

بتن سبک نام‌های مختلفی دارد. بتن سلولی، بتن اتوکلاو شده، بتن فومی و غیره، از نام‌های دیگر انواع بتن سبک است.

بتن سبک چه کاربردی دارد ؟

بتن سبک، برای ساخت المان‌های سازه‌ای (باربر) و غیرسازه‌ای (غیرباربر) کاربرد دارد. ساخت دیوار توسط بلوک‌های AAC و پوشش کف‌ها، از رایج‌ترین کاربردهای این نوع بتن محسوب می‌شود.

مزیت اصلی بتن سبک نسبت به بتن معمولی چیست ؟

بتن سبک، وزن سازه (بار مرده سازه) را کاهش می‌دهد؛ بدون اینکه تاثیر چندانی بر روی مقاومت آن داشته باشد.

در بتن سبک از چه سنگدانه ای استفاده می شود ؟

از پرکاربردترین سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن‌های سبک می‌توان به پرلیت، ورمیکولیت، سرباره، شیل، اسلیت و رس اشاره کرد. پرلیت و ورمیکولیت، از رواج بیشتری نسبت به دیگر سنگدانه‌های سبک برخوردار هستند.

محدودیت اصلی بتن سبک چیست ؟

در بتن‌های سبک، عمق کربناتاسیون و خوردگی، تقریبا دو برابر بتن معمولی است. این مسئله می‌تواند باعث شکست سازه‌های بتنی سبک شود.

آیا بتن سبک ترک می خورد ؟

بله. تمام انواع بتن‌ها ترک می‌خورند.

آیا مقاومت بتن سبک پایین است ؟

مقاومت بتن‌های سبک به نوع و ترکیب آن بستگی دارد. این بتن‌ها می‌توانند از ۴ مگاپاسکال تا نزدیک به ۷۰ مگاپاسکال مقاومت داشته باشند.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

بر اساس رای ۹ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

«حسین زبرجدی دانا»، کارشناس ارشد مهندسی استخراج معدن است. فعالیت‌های علمی او در زمینه تحلیل عددی سازه‌های مهندسی بوده و در حال حاضر آموزش‌های مهندسی عمران، معدن و ژئوتکنیک مجله فرادرس را می‌نویسد.