بتن، پرکاربردترین مصالح ساختمانی ساخت بشر است. این ماده بعد از آب، بیشترین استفاده را روی کره زمین دارد. بتن‌های معمولی از ترکیب آب، سیمان و سنگدانه با نسبت‌های مشخص ساخته می‌شود. البته به منظور تغییر خواص بتن در برخی از موارد، افزودنی‌های مختلف نیز در ترکیب آن مورد استفاده قرار می‌گیرند. تنوع کاربرد، پایداری، مقاومت و هزینه مناسب بتن، آن را به یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی در دنیا تبدیل کرده است. در این مقاله به معرفی بتن، تاریخچه، اجزا تشکیل‌دهنده، افزودنی‌ها، کاربردها، انواع، طرح اختلاط، انواع، خواص، مزایا و معایب آن می‌پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته پنهان کردن

تاریخچه: استفاده از بتن به چه زمانی باز می گردد؟

قدیمی‌ترین اثر از یک سازه بتنی، مربوط به حدود 7000 سال قبل از میلاد است که در سال 1985 میلادی و طی یک عملیات راه‌سازی در فلسطین کشف شد. این سازه، یک کف بتی آهکی است که حدس زده می‌شود از حرارت دادن به سنگ آهک و ترکیب کردن آن با آب و سنگدانه ساخته شده. بررسی‌های صورت گرفته نشان می‌دهند که بلوک‌های سنگی مورد استفاده در ساخت هرم بزرگ جیزه (2500 سال قبل از میلاد)، توسط یک ماده سیمانی بهم متصل شده‌اند.

کولوسئوم
نمای بیرونی «کولوسئوم» (Colosseum) در شهر رم. ساخت این سازه بتنی در سال 80 میلادی به اتمام رسید. هم اکنون، بخش بزرگی از کولوسئوم سالم باقی مانده است.

حدود 500 سال قبل از میلاد، هنر ساخت ملات آهکی در یونان باستان شکل گرفت. این نوع ملات به طور گسترده در ساخت قصرها و معابد یونانی به کار گرفته می‌شد. در حدود سال 200 قبل از میلاد، رومی ها یک نوع خاص از خاکستر آتشفشانی استخراج شده از محدوده «پوتزولی» (Pozzuoli) واقع در کشور ایتالیا را با آهک مخلوط کردند و دریافتند که این ترکیب مقاومت بیشتری نسبت به مواد ساخته شده پیشین دارد. بعدها این ماده با نام «پوزولان» (Pozzolan) شناخته شد. بسیاری از سازه‌های پوزولانی رومی‌ها، یونانی‌ها، هندیان و مصریان که هزاران سال پیش ساخته شده‌اند، اکنون قابل مشاهد هستند. همین موضوع، پایداری بسیار خوب سازه‌های بتنی و دلیل تداوم استفاده از آن در طی چند هزار سال گذشته تا امروز را نمایش می‌دهد.

بتن چیست؟

«بتن» (Concrete)، ترکیبی از شن، ماسه یا سنگ‌های خردشده با دانه‌بندی‌های مختلف (سنگدانه‌های ریز و درشت) است که توسط یک خمیر سیمانی به یکدیگر متصل شده‌اند. البته با توجه به خواص مورد نیاز، امکان استفاده از افزودنی‌های شیمیایی مانند کندگیر کننده، روان کننده و غیره یا افزودنی‌های معدنی مانند خاکستر بادی، سرباره و غیره نیز وجود دارد. سخت شدن مخلوط بتن، نتیجه یک فرآیند شیمیایی بین آب و سیمان است.

«بتن سخت شده» (Hardened Concrete) را می‌توان به عنوان یک سنگ مصنوعی در نظر گرفت که در آن، فضای بین ذرات بزرگ‌تر (سنگدانه‌های درشت) توسط ذرات کوچکتر (سنگدانه‌های ریز) و فضای بین سنگدانه‌های ریز توسط سیمان پر شده‌اند. در یک مخلوط بتنی، مواد سیمانی و آب باعث تشکیل خمیری با عنوان «خمیر سیمان» (Cement Paste) می‌شوند. وظیفه خمیر سیمان، پر کردن فضای خالی بین سنگدانه‌های ریز، پوشاندن سطح سنگدانه‌های ریز و درشت و پیوند بین تمام ذرات در حین فرآیند سخت شدن یا گیرش است.

ترکیبات بتن
نمونه‌ای از ترکیبات مورد استفاده برای ساخت بتن

بتن از چه موادی تشکیل می شود؟

بتن ترکیبی از شن، ماسه، سنگ‌های خرد شده یا دیگر سنگدانه‌ها است که توسط یک خمیر چسبنده در کنار یکدیگر نگه داشته می‌شوند. خواص این ماده به ترکیبات مورد استفاده در آن و نسبت مخلوط کردن این مواد بستگی دارد. به طور کلی، اجزا تشکیل دهنده بتن عبارت هستند از:

سیمان

سیمان یک بایندر هیدرولیک است که در ساخت بتن به کار می‌رود. بایندرهای هیدرولیک موادی هستند که در صورت ترکیب با آب شروع به سفت شدن می‌کنند. خمیر سیمان (ترکیب آب با سیمان) طی یک واکنش شیمیایی به نام «هیدراتاسیون» (Hydration) یا آبپوشی سفت می‌شود. واکنش هیدارتاسیون هم در هوای آزاد و هم در زیر آب رخ می‌دهد.

سیمان پرتلند
سیمان پرتلند

از بین مواد اصلی تشکیل دهنده بتن، سیمان تنها جزئی است که خود از ترکیبات دیگر تشکیل می‌شود. پرکابردترین نوع سیمان مورد استفاده برای ساخت بتن، «سیمان پرتلند» (Portland Cement) است. برای ساخت سیمان پرتلند، سنگ آهک، ماسه سنگ، شیل، آهن، رس و خاکستر بادی در یک کوره استوانه‌ای ریخته می شوند. سپس، مخلوط به دست آمده در معرض دمای بالای 1600 درجه سلسیوس قرار می‌گیرد. با خروج آب و کربن دی اکسید در طی این فرآیند، ترکیب جدیدی با عنوان «کلینکر» (Clinker) به وجود می‌آید. با سایش کلینکر (تبدیل آن به ذرات ریز) و مخلوط کردن آن با ژیپس، سیمان پرتلند به دست می‌آید. طبق استاندارد اروپا، سیمان به پنج گروه زیر تقسیم می‌شود:

  • CEM I: سیمان پرتلند (تیپ 1)
  • CEM II: سیمان کامپوزیتی (تیپ 2 عمدتا متشکل از سیمان پرتلند)
  • CEM III: سیمان سرباره ای (تیپ 3)
  • CEM IV: سیمان پوزولان (تیپ 4)
  • CEM V: سیمان کامپوزیتی (تیپ 5)

سنگدانه

سنگدانه بتن، معمولا ترکیبی از شن (ذرات درشت) و ماسه (ذرات ریز) با دانه‌بندی مشخص است. سنگدانه‌ها به عنوان بافت دانه‌ای بتن، توسط خمیر سیمانی در کنار یکدیگر نگه داشته می‌شوند. این مواد، 70 تا 80 درصد وزن بتن را تشکیل می‌دهند. استفاده از سنگدانه‌هایی با اندازه و کیفیت بهینه، خواص نهایی بتن را بهبود می‌بخشد.

سنگدانه
سنگدانه‌های خرد شده و طبیعی با دانه‌بندی‌های مختلف

سنگدانه‌ها به صورت طبیعی (در بستر رودخانه‌ها) و صنعتی (سبک و بازیافت شده) قابل دسترسی هستند. به منظور دستیابی به کیفیت بالای بتن، این مواد شسته می‌شوند و توسط فرآیندهای مکانیکی (سنگ شکنی، سرند کردن و مخلوط کردن) به دانه‌بندی‌های مختلف درمی‌آیند. از ویژگی‌های سنگدانه‌های خوب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • سنگدانه‌ها باید پیوند محکمی با خمیر سیمانی سفت شده برقرار کنند.
  • سنگدانه‌ها نباید در فرآیند سفت شدن سیمان خللی ایجاد کنند.
  • سنگدانه‌ها نباید بر روی دوام بتن، تاثیر منفی داشته باشند.

آب

کیفیت آب مورد استفاده در ساخت بتن‌ها به منبع آن بستگی دارد. طبق استاندارد EN1008، انواع آب به موارد زیر تقسیم می‌شوند:

  • آب آشامیدنی: این آب برای ساخت بتن مناسب است.
  • آب بازیافتی: آبی که در طی فرآیندهای ساخت بتن‌ها بازیافت می‌شود نیز عموما برای استفاده مجدد مناسب است. البته میزان مواد جامد درون آن نباید بیشتر از یک درصد وزن کل سنگدانه‌ها باشد.
  • آب زیرزمینی: این آب نیز می‌تواند برای ساخت بتن‌ها مناسب باشد اما محتوای آن باید مورد بررسی قرار گیرد.
  • آب دریا (آب شور): استفاده از آب دریا در ساخت بتن‌های معمولی ایرادی ندارد اما نباید از این نوع آب در ساخت بتن‌های مسلح یا پیش تنیده استفاده کرد. دلیل این موضوع، احتمال واکنش شیمیایی کلراید با میله‌های تقویت‌کننده است.
  • آب فاضلاب: به کار بردن این آب در ترکیب بتن‌ها مناسب نیست.

افزودنی

افزودنی‌ها، مواد مایع یا پودرهایی هستند که قبل یا در حین مخلوط کردن به ترکیب بتن اضافه می‌شوند. میزان افزودنی مورد استفاده به مقدار سیمان بستگی دارد. افزودنی‌های بتن، تاثیر قابل توجهی بر روی خواص مخلوط تازه یا سخت شده می‌گذارند. تاثیر این مواد به صورت شیمیایی یا فیزیکی است. افزودنی‌ها به دو دسته شیمیایی و معدنی تقسیم می‌شوند. در بخش مربوط به افزودنی‌های بتن، به معرفی انواع افزودنی‌های شیمیایی و معدنی خواهیم پرداخت.

افزودنی بتن

وظیفه اجزا تشکیل دهنده بتن چیست؟

هر یک اجزا تشکیل‌دهنده بتن، وظیفه مخصوص به خود را دارند. وظیفه سیمان، تبدیل بتن از حالت مایع به جامد است. با ترکیب آب با سیمان پرتلند و فراهم شدن رطوبت، دما و زمان کافی، مخلوط به وجود آمده شروع به سفت شدن می‌کند. به این فرآیند، عمل آوری یا «کیورینگ» (Curing) می‌گویند. عمل آوری سیمان پرتلند، توسط تبخیر آب انجام نمی‌شود؛ بلکه از طریق یک واکنش شیمیایی هیدراتاسیون یا آبپوشی صورت می‌گیرد. در واقع، آب طی فرآیند هیدراتاسیون به بخشی از بتن عمل آمده تبدیل می‌شود. به همین دلیل، نباید اجازه خشک شدن بتن در حین عمل آوری را داد. این کار می‌تواند مانع تکمیل هیدراتاسیون و جلوگیری از رسیدن مخلوط به مقاومت نهایی خود شود. با توجه به این مطالب، ممکن این سوال به وجود بیاید که «اگر آب و سیمان به تنهایی باعث عمل آوری بتن و سفت شدن آن می‌شوند، پس وظیفه شن و ماسه (سنگدانه) چیست؟»

مقطع بتن
مقطع بتن عمل آمده متشکل از سنگ آهک خرد شده (سمت راست) و شن (سمت چپ). ترکیب خمیری آب و سیمان اطراف سنگدانه‌ها را به طور کامل پوشش داده و تمام فضای خالی بین آن‌ها را پر کرده است.

برای پاسخ به این سوال، تصویر مقاطع بالا را به دقت نگاه کنید. همانطور که مشاهده می‌کنید، خمیر سیمانی تمام سنگدانه‌های ریز و درشت را کنار یکدیگر نگه داشته و فضای خالی بین آن‌ها را پر کرده است. استفاده از ترکیب آب و سیمان خالی می‌تواند هزینه بالایی داشته باشد. بنابراین، استفاده از سنگدانه‌ها باعث کاهش هزینه کل می‌شود. به علاوه، استفاده از این مواد منجر به افزایش مقاومت و همچنین کاهش جمع شدگی (ناشی از خروج آب در حین عمل آوری) خواهد شد. در نهایت، کنار یکدیگر قرار گرفتن تمام این اجزا، بتن را به یکی از مناسب‌ترین مصالح ساختمانی تبدیل می‌کند. در ادامه، به معرفی انواع مختلف افزودنی‌ها و تاثیر آن‌ها بر روی خواص بتن می‌پردازیم.

افزودنی بتن چیست و چه کاربردی دارد؟

افزودنی‌های بتن، موادی هستند که دقیقا قبل از مخلوط کردن یا در حین مخلوط کردن به ترکیبات بتن اضافه می‌شوند. هدف از به کارگیری این مواد،‌ کاهش هزینه، تغییر خواص، بهبود کیفیت و افزایش بهره‌وری در حین عملیات‌های اختلاط، انتقال،‌ بتن‌ریزی و گیرش است. امروزه در بسیاری از مخلوط‌های بتن، یک یا چند افزودنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هزینه افزودنی‌ها به نوع و کیفیت آن‌ها بستگی دارد. به طور کلی، افزودنی‌ها به دو گروه افزودنی شیمیای و افزودنی معدنی تقسیم می‌شوند.

انواع افزودنی های شیمیایی بتن کدام هستند؟

افزودنی های شیمیایی بتن، به شش گروه دیرگیر کننده، حباب ساز، کاهنده آب، تسریع کننده، کاهنده جمع شدگی، روان کننده و ضد خوردگی تقسیم می‌شوند. در ادامه، به معرفی هر یک از این افزودنی‌ها و تاثیر آن‌ها بر روی خواص بتن می‌پردازیم.

دیرگیر کننده بتن

«دیرگیر کننده» (Set Retarding)، شروع واکنش شیمیایی مورد نیاز برای گیرش را به تاخیر می‌اندازد. این نوع از افزودنی‌ها معمولا برای مقابله با شروع زودهنگام گیرش به دلیل گرمای زیاد محیط مورد استفاده قرار می‌گیرند. به کارگیری دیرگیر کننده در هنگام ساخت پیاده‌روها باعث افزایش زمان موجود برای پرداخت بتن تازه، کاهش هزینه‌های اضافی ناشی از راه‌اندازی سایت بچینگ و کاهش احتمال رخ دادن ترک می‌شود. اضافه کردن دیرگیر کننده به دال بتنی، مقاومت این سازه در برابر ترک‌خوردگی را افزایش می‌دهد.

پرداخت بتن پیادره رو
استفاده از دیرگیر کننده، زمان کافی برای پرداخت مناسب را فراهم می‌کند.

اکثر دیرگیر کننده‌ها به عنوان کاهنده آب و حباب ساز نیز عمل می‌کنند. شکر، به عنوان یک ماده دیرگیر کننده شناخته می‌شود. به ازای 0.06 درصد از این ماده خوراکی در یک واحد آب مورد استفاده برای ساخت بتن، زمان گیرش یک ساعت و 20 دقیقه افزایش می‌یابد.

حباب ساز بتن

«حباب ساز» (Air-Entrainment)، می‌تواند دوام بتن را در برابر تغییرات شدید دمایی افزایش دهد. این نوع از افزودنی‌ها باعث بهبود کارایی، کاهش آب انداختن و کاهش وارفتگی می‌شوند. حباب ساز، عملکرد در سرمای شدید و تغییرات آب و هوایی مداوم را بهبود می‌بخشد.

حباب های درون بتن
تصویر میکروسکوپی مقطع بتنی که از حباب ساز در ساخت آن استفاده شده است.

از دیگر مزیت‌های افزودنی حباب ساز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مقاومت بالا در برابر خیس شدن و خشک شدن مداوم
  • کارایی بالا
  • دوام بالا

حباب ساز مانند یک سپر فیزیکی در برابر ترک‌های ناشی از تنش‌هایی است که به دلیل افزایش حجم آب بر اثر تغییرات دمایی به وجود می‌آیند. این افزودنی‌ها با تمام افزودنی‌های دیگر سازگار هستند. با این وجود، به ازای استفاده از هر یک درصد حباب ساز، مقاومت فشاری به میزان پنج درصد کاهش می‌یابد.

کاهنده آب بتن

«کاهنده آب» (Water-Reducing)، امکان ایجاد یک اسلامپ دلخواه در نسبت آب به سیمان پایین‌تر از حد معمول را فراهم می‌کند. این نوع از افزودنی‌ها برای دستیابی به یک مقاومت مشخص با به کارگیری سیمان کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاهنده آب
تاثیر کاهنده آب بر روی ساختار بتن

با اضافه کردن کاهنده آب به بتن، خواص بتن بهبود می‌یابد و امکان استفاده از آن در شرایط سخت نیز فراهم می‌شود. این افزودنی معمولا در ساخت عرشه پل، لایه‌های بتنی با اسلامپ پایین و ترمیم بتن کاربرد دارد.

تسریع کننده بتن

«تسریع کننده» (Accelerating)، به منظور بهبود نرخ افزایش استحکام یا کاهش زمان گیرش آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. کلسیم کلراید به عنوان رایج‌ترین تسریع کننده شناخته می‌شود. اگرچه، وجود این افزودنی در بتن می‌تواند احتمال خوردگی تقویت‌کننده‌های فولادی (آرماتور) را نیز افزایش دهد. البته با تحکیم مناسب، پوشش کافی و طرح اختلاط مناسب می‌توان از رخ دادن مشکلات مربوط به خوردگی جلوگیری کرد. کاربرد اصلی تسریع کننده، تغییر خواص بتن در آب و هوای سرد است.

کامیون میکسر در حال بتن ریزی
استفاده از تسریع کننده برای بتن‌ریزی در هوای سرد

کاهنده جمع شدگی بتن

«کاهنده جمع شدگی» (Shrinkage Reducing) یا کاهنده انقباض در حین مراحل اولیه اختلاط به ترکیب بتن اضافه می‌شود. این افزودنی می‌تواند مدت زمان جمع شدگی اولیه و بلند مدت را کاهش دهد. کاهنده جمع شدگی برای شرایطی با احتمال رخ دادن ترک‌های ناشی از آب رفتگی یا وجود وجود ترک‌های نامطلوب برای مسائل اقتصادی یا فنی کاربرد دارد. در برخی از موارد، این افزودنی باعث کند شدن روند افزایش مقاومت در مراحل اولیه و نهایی گیرش می‌شود.

ترک جمع شدگی
نمونه ترک حاصل از جمع شدگی که در صورت استفاده از کاهنده جمع شدگی قابل اجتناب است.

روان کننده بتن

«روان کننده» (Superplasticizer)، برای ساخت یک بتن روان با اسلامپ بالا (بین 17 تا 23 سانتی‌متر) به منظور استفاده در سازه‌هایی با تقویت‌کننده‌های زیاد به کار می‌رود. یکی دیگر از کاربردهای اصلی این افزودنی، ساخت بتن با مقاومت بالا در نسبت آب به سیمان 0.3 تا 0.4 است. تحقیقات نشان داده‌اند که ترکیب روان کننده با اکثر سیمان‌ها می‌تواند باعث افزایش کارایی شود. مانعی برای استفاده از این افزودنی به همراه حباب ساز وجود ندارد. البته در این حالت میزان حباب ساز به کار رفته نسبت به حالت معمولی بیشتر خواهد بود.

تاثیر روان کننده بر روی اسلامپ
تاثیر روان کننده بر روی اسلامپ

ضد خوردگی بتن

«ضد خوردگی» (Corrosion-Inhibiting)، یکی از انواع ویژه افزودنی‌ها محسوب می‌شود. این افزودنی به منظور کند کردن روند خوردگی تقویت‌کننده‌های فولادی داخل بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. ضد خوردگی می‌تواند میزان هزینه‌های ناشی از تعمیر و نگهداری سازه‌های بتن مسلح را در یک بازه 30 تا 40 ساله به طور قابل توجهی کاهش دهد. این نوع از افزودنی‌ها، تاثیر کمی بر روی مقاومت نهایی دارند. با این وجود، سرعت افزایش مقاومت در مراحل اولیه گیرش را افزایش می‌دهند. ضد خوردگی‌های ساخته شده از کلسیم نیترات، زمان گیرش را در بازه‌های دمایی مختلف عمل آوری کاهش می‌دهند. البته در صورت ترکیب این افزودنی با کندگیر کننده، اثر آن در کاهش زمان گیرش خنثی می‌شود.

تاثیر ضد خوردگی
تاثیر ضد خوردگی در محافظت از میله‌های تقویت‌کننده

چه موادی به عنوان افزودنی معدنی بتن استفاده می شوند؟

خاکستر بادی، سرباره کوره آهن گدازی، سیلیکا فیوم، خاکستر پوسته برنج و متاکائولین را می‌توان به عنوان پرکاربردترین افزودنی های معدنی بتن در نظر گرفت. در ادامه، به معرفی این افزودنی‌ها و تاثیر آن‌ها بر روی خواص بتن می‌پردازیم.

خاکستر بادی

«خاکستر بادی» (Fly Ash) به عنوان یک افزودنی معدنی در ترکیب بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. خاکستر بادی از احتراق زغال سنگ ساییده شده به وجود می‌آید. این ماده دارای دو نوع C و F است. نوع C خاکستر بادی مقدار زیادی کلسیم و خواصی مشابه با سیمان و پوزولان دارد. از طرف دیگر، نوع F خاکستر بادی دارای کلسیم کمتری بوده و خواص آن تنها مشابه با پوزولان است.

تاثیر خاکستر بادی بر روی بتن به صورت زیر است:

  • افزایش کارایی
  • افزایش زمان گیرش (سخت شدن بهتر و مقاومت بالاتر)
  • کاهش وارفتگی و آب انداختن
  • کنترل افزایش دمای بتن تازه (کاهش ترک خوردگی ناشی از این مسئله)
  • افزایش خزش و جمع شدگی
  • افزایش مقاومت در برابر اثرات گوگرد
  • جلوگیری از واکنش مواد قلیایی

سرباره کوره آهن گدازی

«سرباره کوره آهن گدازی» (Ground Granulated Blast Furnace Slag) یا به اختصار «سرباره»، یک افزودنی معدنی بتن با وزن مخصوص کمی بالاتر از سیمان (2.8 تا 3) است.

تاثیر وجود سرباره در ترکیب بتن به صورت زیر است:

  • افزایش زمان گیرش اولیه بدون تاثیر بر روی کارایی (به دلیل اندازه ذرات مشابه با سیمان)
  • کاهش نرخ افزایش مقاومت
  • افزایش مقاومت نهایی و دوام
  • افزایش مقاومت در برابر خوردگی و واکنش‌های شیمیایی مضر

سیلیکا فیوم

«سیلیکا فیوم» (Silica Fume) یا فوم سیلیکا، ذره‌ای بسیار ریز متشکل از سیلیس آمورف (بی شکل) است. این ماده به عنوان محصول جانبی در حین تولید محصولات مبتنی بر سیلیس در کوره‌های قوس الکتریکی به وجود می‌آید.

سیلیکا فیوم از نظر رفتار شیمیایی بسیار شبیه به پوزولان است. وجود این ماده در ترکیب بتن باعث موارد زیر می‌شود:

  • افزایش جذب آب (استفاده به همراه روان‌کننده)
  • افزایش چسبندگی (مشکل کاهش اسلامپ)
  • کاهش قابل توجه در میزان آب انداختن
  • احتمال رخ دادن جمع شدگی پلاستیک در نواحی خشک (افزاش نرخ گیرش بتن به دلیل افزایش نرخ تبخیر)
  • کاهش نفوذپذیری
  • بهبود مقاومت فشاری و خمشی
  • افزایش جمع شدگی و خزش
  • مقاومت در برابر واکنش‌های شیمیایی مضر ناشی از کاهش نفوذپذیری
  • افزایش احتمال ترک خوردگی به دلیل مقاومت پایین در برابر آتش و نفوذپذیری کم (عدم خروج آب)

خاکستر پوسته برنج

«خاکستر پوسته برنج» (Rice Husk Ash)، از سوزاندن پوسته حاصل از آسیاب شالی به دست می‌آید. وزن این خاکستر حدود یک چهارم وزن پوسته سوزانده شده است. مقدار زیادی سیلیکا در خاکستر پوسته برنج وجود دارد.

با افزودن این ماده به ترکیب بتن، تغییرات زیر حاصل می‌شوند:

  • افزایش مقاومت
  • کاهش نفوذپذیری (به دلیل ریزتر بودن ذرات از سیمان)
  • کاهش دمای هیدراتاسیون
  • بهبود مقاومت در برابر اثرات مضر کلراید و سولفات

متاکائولین

هنگامی که رس معمولی و رس کائولین از نظر حرارتی فعال می‌شوند، شکل ناخالص «متاکائولین» (Metakaolin) به وجود می‌آید. اندازه ذرات این ماده از سیمان کوچک‌تر است. برخلاف دیگر افزودنی‌های بتن، متاکائولین یک محصول جانبی نیست. این ماده در بتن الیافی و مجسمه‌های هنری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از اثرات متاکائولین بر روی خواص بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • افزایش مقاومت
  • کاهش نفوذپذیری
  • مقاومت در برابر عوامل شیمیایی
  • افزایش دوام
  • بهبود نرخ افزایش مقاومت در مراحل اولیه گیرش
  • کاهش قابل توجه آب انداختن

استفاه از افزودنی ها در بتن چه مزایایی دارد؟

مزایای استفاده از افزودنی‌های مختلف در بتن را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد:

  • کاهش هزینه‌ها
  • صرفه‌جویی در مصرف انرژی
  • بهبود کارایی
  • کاهش واکنش بین مواد قلیایی و سنگدانه‌ها
  • افزایش مقاومت
  • کاهش آب مورد نیاز
  • کاهش دمای هیدراتاسیون
  • کاهش جمع شدگی حرارتی
  • سهولت تحکیم

در رابطه با تکنولوژی بتن و اختلاط آن فیلم آموزشی مفصلی در مجموعه فرادرس تهیه شده است که می‌تواند در فراگیری این مبحث به شما کمک کند. لینک این فیلم در ادامه آورده شده است.

بتن چه کاربردی دارد؟

بتن، یکی از بادوام‌ترین مصالح ساختمانی است که در ساخت سازه‌های مختلفی مانند سد، ساختمان‌های مسکونی، ساختمان‌های تجاری، جاده، سازه‌های دریایی، سازه‌های زیرآبی، ترمیم سطوح، مسیرهای انتقال آب، فاضلاب، فونداسیون، دیواره، پل و غیره کاربرد دارد. خواص برجسته‌ای نظیر استحکام بالا، دوام بالا، نیاز به تعمیر و نگهداری پایین، صرفه جویی در مصرف انرژی و توسعه پایدار در سازه‌های ساخته شده با بتن را می‌توان به عنوان مهمترین عوامل موثر بر کاربرد گسترده این مصالح ساختمانی دانست. در ادامه به معرفی کاربردهای بتن می‌پردازیم.

استفاده از بتن در ساخت سد

استحکام بالا و چگالی بتن، این ماده را به عنوان یک گزینه مناسب در ساخت سد مطرح می‌کند. سد، سازه‌ای است که برای ذخیره آب و تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرد. میزان بار ناشی از فشار آب بر روی سد بسیار زیاد است. به همین دلیل، استحکام بالای بتن برای این شرایط بسیار مناسب خواهد بود.

استفاده از بتن در ساخت ساختمان های مسکونی

بسیاری ساختمان‌های کوچک، خانه‌های ویلایی یا حتی برج‌های مسکونی با استفاده از روش‌های سنتی یا مدرن قالب‌بندی بتن ساخته می‌شوند. در این سازه‌ها معمولا ساخت اسکلت سازه (فونداسیون، دال، ستون و تیرها) توسط بتن صورت می‌گیرد.

استفاده از بتن در ساخت ساختمان های تجاری و صنعتی

استفاده از بتن در ساخت ساختمان های مسکونی به جای مصالح ساختمانی دیگر باعث افزایش ایمنی این سازه‌ها می‌شود. بتن، هزینه و نیاز به نگهداری کمتری نسبت به فولاد دارد. به علاوه، کنترل و مدیریت جریان هوای گرم در ساختمان‌های بتنی از بیرون به داخل و برعکس ساده‌تر است. این مسئله باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می‌شود.

استفاده از بتن در راه سازی

راه، پیاده رو و آزادراه‌های بتنی دوام و مقاومت بیشتری نسبت به جاده‌های آسفالتی دارند. بازه طولانی برای سرویس و نیاز کم به تعمیر و نگهداری باعث اولویت بتن در راه سازی شده است.

استفاده از بتن در سازه های دریایی

بتن، کابرد گسترده ای در ساخت سازه‌های دریایی نظیر دیوار دریایی، اسکله، آب شکن، موج شکن و دیگر ساز‌های در معرض آب دارد. بررسی عملکرد این ماده سازه‌های دریای، نتایج خوبی را نمایش داده است.

استفاده از بتن در ساخت مسیرهای انتقال آب و فاضلاب

به منظور ساخت فاصلاب و سازه‌های زیرزمینی باید از مصالح بادام و مقاوم استفاده کرد. از این‌رو، بتن مطلوب‌ترین گزینه برای ساخت این نوع سازه‌ها به شمار می‌رود. کانال‌های انتقال آب، فونداسیون، پایه ‌ها و تکیه‌گاه‌ها با استفاده از بتن‌هایی با طرح اختلاط مخصوص ساخته می‌شوند.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

استفاده از بتن در ساخت فونداسیون

فونداسیون و زیرسازه ساختمان‌های بلند یا کوتاه با استفاده از بتن‌های مسلح ساخته می‌شوند. این بتن‌ها دارای دوام و ظرفیت باربری بسیار بالا هستند.

استفاده از بتن در ساخت حصار

پیشرفت و توسعه صنعت تولید بتن‌های پیش ساخته باعث گسترش استفاده از بتن به عنوان ماده اصلی سازنده حصارها شده است. تولید و نصب اجزا حصارهای بتنی پیش ساخته ساده‌تر از روش‌های سنتی است. به علاوه، این نوع حصارها ظاهر جذاب و زیباتری دارند.

استفاده از بتن در ساخت پل

بتن‌های مسلح به دلیل بهره‌مندی از ویژگی‌هایی نظیر استحکام، دوام، شکل‌پذیری، مقاومت در برابر هوازدگی، مقاومت در برابر آتش و طول عمر بالا، کابرد گسترده‌ای در ساخت پل دارند. بتن‌های پیش تنیده، بتن‌های پس تنیده و بتن‌های خود متراکم از جمله بتن‌های مورد استفاده در ساخت پل هستند.

استفاده از بتن در ترمیم سطوح

در برخی از موارد،‌ سطوح سازه‌های بتنی با حفره همراه می‌شوند. این حفره‌ها علاوه بر افزاش احتمال ترک خوردگی بتن، ظاهر سازه را نیز خراب می‌کنند. در این موارد، سطوح آسیب‌دیده یا متخلخل با استفاده از بتن‌های مخصوص ترمیم می‌شوند.

کابردهای دیگر بتن

کاربردهای بتن به موارد بالا محدود نمی‌شود. این ماده در ساخت سازه‌های زیرآبی، سازه‌های عظیم، سازه‌های مقاوم در برابر زلزله، سازه‌هایی با مصرف انرژی پایین و حتی وسایل تزئینی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای کاربردهای متفاوت، خواص این ماده باید در محدوده بخصوصی قرار داشته باشد. با درک صحیح از طبیعت و ویژگی‌های اصلی بتن می‌توان ویژگی‌های آن را به خوبی کنترل کرد و هر یک را با توجه به نیاز پروژه تغییر داد. استحکام بالا، عمر مناسب، مقاومت در برابر آتش، مقاومت نسبی در برابر تشعشعات رادیواکتیو، کاربری آسان و قابلیت آماده‌سازی در هر شکل و ابعادی از ویژگی‌هایی هستند که محدوده کاربرد بتن را گسترده‌تر از مصالح ساختمانی دیگر کرده‌اند. با وجود تمام این مزیت‌ها، مهمترین ویژگی بتن، ارزان بودن آن در مقایسه با سایر مصالح است.

سازه های بتنی
مثال‌هایی از به کارگیری بتن در سازه‌های مختلف (پل، پیاده‌رو، خط لوله و برج)

انواع بتن چه هستند؟

کاربردهای وسیع بتن در سازه‌های مختلف و انعطاف‌پذیری آن از نظر نحوه ساخت و ترکیبات مورد استفاده، باعث به وجود آمدن انواع بسیار زیادی از بتن‌ها شده است. هر یک از انواع بتن دارای ویژگی‌های منحصر به فرد بوده و برای مقاصد خاص یا عام مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه به معرفی برخی از انواع بتن‌های پرکاربرد می‌پردازیم.

بتن معمولی

بتن‌های معمولی رایج‌ترین نوع بتن محسوب می‌شود. این بتن‌ها، از ترکیب ساده سه مولفه اصلی آب، سیمان و سنگدانه به دست می‌آید. طرح اختلاط متداول برای بتن‌های معمولی، 1:2:4 است. کاربرد اصلی این نوع بتن‌ها در ساخت پیاده‌روها یا ساختمان‌هایی است که به مقاومت کششی بالا نیازی ندارند. با این وجود، به دلیل نرخ پایداری بالای بتن‌های معمولی، از آن در ساخت سد نیز استفاده می‌شود. خواص مهم بتن‌ها معمولی عبارت هستند از:

  • چگالی: 2200 تا 2500 کیلوگرم بر متر مکعب
  • مقاومت فشاری: 2 تا 5 مگاپاسکال
  • مقاومت کششی: 0.5 تا 1 مگاپاسکال
  • دوام: بسیار مناسب

بتن سبک

هر بتنی که دارای چگالی پایین‌تر از 1920 کیلوگرم بر متر مکعب باشد، به عنوان بتن سبک در نظر گرفته می‌شود. سنگدانه‌هایی از جنس مواد طبیعی (سنگ پا و پوکه معدنی) یا مواد مصنوعی (رس یا شیل منبسط شده) و مواد فرآوری شده (پرلایت و ورمیکولیت) برای ساخت بتن‌های سبک مورد استفاده قرار می‌گیرند. تنها ویژگی مهم بتن‌های سبک، رسانایی حرارتی بسیار پایین آن‌ها نسبت به دیگر انواع بتن‌ها (ضریب انتقال 0.3 نسبت به ضریب انتقال 10 تا 12) است. بتن‌های هوادار، یکی از انواع بتن‌های سبک محسوب می‌شوند.

بتن سنگین

بتن‌های سنگین، با عنوان بتن با چگالی بالا نیز شناخته می‌شود. چگالی این نوع از بتن‌ها بین 3000 تا 4000 کیلوگرم بر متر مکعب تغییر می‌کند. ساخت بتن‌های سنگین با استفاده از خرده سنگ‌های دارای چگالی بالا به عنوان سنگدانه صورت می‌گیرد. یکی از متداول‌ترین مواد مورد استفاده در بتن‌های سنگین، باریت (با وزن مخصوص 4.5) است. به دلیل مقاومت خوب بتن‌های سنگین در برابر تشعشعات رادیواکتیو، این نوع بتن‌ها اغلب در ساخت نیروگاه‌های اتمی به کار می‌روند.

بتن مسلح

«بتن مسلح» (Reinforced Concrete)، از ترکیب بتن‌های معمولی با فولاد ساخته می‌شود. در بتن‌های مسلح با قرار دادن میله، سیم، کابل یا مش فولادی درون بتن‌های معمولی (پیش از اتمام عمل آوری)، مقاومت کششی افزایش می‌یابد. ساخت این نوع بتن‌ها، نیازمند نظارت کافی برای اطمینان از پیوند حداکثری بین بتن و تقویت‌کننده‌های فولادی در حین فرآیند گیرش و سخت شدن است. بتن‌های مسلح کاربرد وسیعی در صنایع و ساختمان‌های مدرن دارند. اجزا فولادی در برابر بارهای کششی و بتن در برابر بارهای فشاری مقاومت می‌کنند. به این ترتیب، ترکیبی به وجود می‌آید که مقاومت خوبی در برابر انواع بارها دارد.

بتن پیش ساخته

«بتن پیش ساخته» (Precast Concrete)، به شکل‌های بسیار متنوع بتن گفته می‌شود که ساخت آن‌ها با استفاده از قالب‌های مخصوص در کارخانه صورت می‌گیرد. به منظور استفاده از این بتن‌ها، ابتدا باید گیرش و سفت شدن کامل آن‌ها تحت شرایط کنترل شده انجام شود. میله، دیوار، راه پله، ستون، بلوک، حصار و بسیاری از المان‌های سازه‌ای دیگر به صورت پیش ساخته به کار می‌روند. سازندگان بتن‌های پیش ساخته، مشخصات سازه مورد نیاز مشتری را دریافت می‌کنند؛ آن را با ابعاد دقیق در کارخانه می‌سازند؛ و به محل پروژه انتقال می‌دهند. مزیت اصلی استفاده از این بتن‌ها، سرعت کار و کیفیت بالای آن‌ها است. بتن‌های پیش ساخته برای شرایطی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نیاز به موارد زیر باشد:

  • نسبت‌بندی بی عیب و نقص ترکیبات
  • مخلوط کردن دقیق سیمان، سنگدانه و آب به منظور دستیابی به طرح اختلاط دلخواه
  • احتیاط در حین انتقال و بتن‌ریزی در قالب‌های از پیش طراحی شده
  • عمل آمدن کامل تحت شرایط کنترل شده از نظر دما و رطوبت

بتن پیش تنیده

«بتن پیش تنیده» (Prestressed Concrete)، نوع ویژه‌ای از بتن است که با یک روش خاص ساخته می‌شود و معمولا در پروژه‌های بزرگ بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بتن‌های پیش تنیده نیز مانند بتن‌های مسلح توسط میله‌های فولادی تقویت می‌شوند. با این تفاوت که میله‌های مورد استفاده، پیش از قرارگیری در بتن، تحت تنش قرار می‌گیرند. این میله‌ها پس از عمل آوری و قرار دادن بتن در محل مورد نیاز در سازه به بتن اضافه می‌شوند. سپس، با اعمال بار فشاری، مقاومت کششی بخش پایینی المان افزایش می‌یابد. فرآیند مذکور نیاز به تجهیزات سنگین و تخصص بالای اپراتور دارد.

از مزیت‌های بتن‌های پیش تنیده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مقاومت فشاری قابل تحمل به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
  • احتمال گسترش ترک‌های کششی در بخش پایین مقطع تیر به میزان زیادی کاهش می‌یابد.
  • وزن اجزا مورد استفاده از کمتر می‌شود.

در مجموع، بتن‌های پیش تنیده برای ساخت پل، سقف‌هایی با دهانه بلند و اکثر ساز‌های سنگین تحت بارهای مرده زیاد مناسب هستند.

 بتن هوادار

«بتن هوادار» (Air Entrained Concrete)، با اضافه کردن چندین هزار ذره هوا درون بتن‌های معمولی توسط روش‌های مخصوص ساخته می‌شود. حجم هوای وارد شده حدود سه تا شش درصد از حجم کل را تشکیل می‌دهد. فرآیند محصور کردن ذرات هوا در فضای داخلی با اضافه کردن مقدار کمی ماده واسط (اسید چرب، الکل چرب یا رزین) صورت می‌گیرد. بتن‌های هوادار مقاومت زیادی در برابر پوسته پوسته شدن، فرسودگی و سایش دارند. از انواع بتن گازی یا هوادار می‌توان به فوم و اتوکلاو اشاره کرد.

بتن شیشه ای

با استفاده از شیشه بازیافت شده به عنوان سنگدانه، بتن‌های شیشه‌ای به دست می‌آید. این نوع بتن‌ها، از نظر عایق حرارتی و ظاهر بهتر از بتن‌های دیگر هستند.

بتن زودگیر

در اغلب مواقع برای ساخت سازه‌ها در زیر آب یا ترمیم جاده‌ها از «بتن زودگیر» (Rapid Hardening Concrete) استفاده می‌شود. سخت شدن این بتن‌ها فقط چند ساخت طول می‌کشد. به همین دلیل، در پروژه‌هایی که نیاز به ساخت سریع سازه باشد، بتن‌های زودگیر گزینه مناسبی خواهند بود.

بتن آسفالتی

بتن‌های آسفالتی از ترکیب سنگدانه با آسفالت تهیه می‌شود. این نوع بتن‌ها کاربرد بسیار گسترده‌ای در ساخت بزرگراه‌ها، فرودگاه‌ها و خاکریزها دارند. سخت شدن بتن‌های آسفالتی در حدود یک ساعت به طول می‌انجامد. کاربرد گسترده آن‌ها در راه‌سازی نیز به همین علت است.

بتن آهکی

از آهک به عنوان بایندر (ماده چسبنده) برای ساخت بتن‌های آهکی استفاده می‌شود. پیش از اختراع سیمان، بتن‌های آهکی پرکاربردترین نوع بتن بودند. امروزه این نوع بتن‌ها در کف، طاق و دیگر سطوح سازه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بتن غلتکی

«بتن غلتکی» (Roller Compacted Concrete)، اغلب به عنوان ماده پرکننده استفاده می‌شود. این نوع بتن‌ها مقاومت بیشتری نسبت به انواع دیگر ندارند. بتن‌های غلتکی نوعی «بتن مگر» (Lean Concrete) هستند که تراکم آن توسط غلطک‌های سنگین صورت می‌گیرد. میزان سیمان به کار رفته در این بتن‌ها بسیار کم است.

بتن استامپی

«بتن استامپی» (Stamped Concrete)، نوعی بتن معمولی با تفاوت‌های جزئی است که اغلب برای اهداف ظاهری و معماری مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که بتن‌های معمولی در حالت پلاستیک قرار دارند، یک قالب با شکل و طراحی متفاوت بر روی آن‌ها قرار می‌گیرد. این کار باعث ایجاد طرح‌های جذاب بر روی سازه می‌شود.

بتن قابل پمپاژ

بتن‌های قابل پمپاژ در ساختمان‌های بلندی که انتقال بتن با استفاده از روش‌های دیگر دشوار باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. این بتن‌ها به نحوی ساخته می‌شوند که انتقال آن‌ها در لوله به راحتی انجام گیرد. هر چه از مواد ریزتری استفاده شده باشد، فرآیند انتقال ساده‌تر خواهد بود.

بتن مکیده

در هنگام ساخت بتن‌های مکیده، آب زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پس از بتن‌ریزی در قالب، آب اضافی توسط مکش به بیرون منتقل می‌شود. هدف از این روش، دستیابی به مقاومت زیاد در اوایل گیرش است. مقاومت فشاری 10 روزه بتن‌های مکیده با مقاومت فشاری 28 روزه بتن‌های معمولی برابری می‌کند.

بتن اسفنجی

بتن‌های اسفنجی طوری ساخته می‌شوند که امکان عبور آب از درون آن‌ها وجود دارد. این بتن‌ها دارای 15 تا 20 درصد فضای خالی برای عبور هستند. بتن‌های اسفنجی برای مناطقی با احتمال رخ دادن سیل مورد استفاده قرار می‌گیرند.

شاتکریت

«شاتکریت» (Shotcrete) یا بتن پاشیده مانند بتن‌های معمولی ساخته می‌شود. تفاوت اصلی این دو در نحوه استفاده است. شاتکریت توسط نازل و با کمک فشار هوا به سطح مورد نظر پاشیده می‌شود. تراکم و بتن‌ریزی همزمان از مزیت‌های استفاده از شاتکریت است.

بتن آماده

بتن‌های آماده در کارخانه ساخته شده و توسط کامیون‌های میکسر به محل مورد نظر انتقال داده می‌شوند. هنگام رسیدن بتن‌های آماده به محل پروژه، هیچ نیازی به انجام فعالیت‌های اضافی نخواهد بود.

بتن خود متراکم

بتن‌های خودمتراکم توسط وزن خود تحت تراکم قرار می‌گیرند. در این حالت، نیازی به استفاده از ویبراتور یا تحکیم دستی نخواهد بود. کارایی بتن‌های خودمتراکم از انواع دیگر بالاتر است. به همین دلیل، این بتن‌ها با عنوان بتن روان نیز شناخته می‌شوند.

بتن الیافی

بتن‌های الیافی از الیاف فولاد با قطر 10 تا 20 میکرون و طول 10 تا 50 میلی‌متر ساخته می‌شوند. وجود این الیاف، خاصیت کشسانی، مقاومت کششی، انعطاف‌پذیری و خواص دیگر را بهبود می‌بخشد. علاوه بر فولاد، مواد دیگری نظیر پلیمر، شیشه، کربن و حتی الیاف طبیعی (الیاف پوسته نارگیل) نیز در ساخت بتن‌های الیافی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

به دلیل واکنش برخی از الیاف با سیمان، باید در هنگام استفاده از این مواد احتیاط کرد. کاربرد اصلی بتن‌های الیافی در پیاده‌رو پل‌ها، فرودگاه‌ها و کف سازه‌های صنعتی است. به علاوه،‌ این بتن‌ها برای افزایش مقاومت سازه در برابر ترک خوردگی نیز کاربرد دارند.

بتن با مقاومت بالا

بتن‌های با مقاومت بالا دارای مقاومت فشاری 40 تا 60 مگاپاسکال هستند. این بتن‌ها با عنوان بتن با عملکرد بالا نیز شناخته می‌شوند. بتن‌های با عملکرد بالا به منظور دستیابی به استحکام بالا، جمع شدگی پایین، خودمتراکمی، مقاومت در برابر آتش و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیب این بتن‌ها عبارت است از:

  • سیمان
  • سنگدانه‌های ریز و درشت
  • آب
  • افزودنی‌هایی نظیر سیلیکا فوم، خاکستر بادی، سرباره و غیره
  • روان کننده
  • حباب ساز

بتن پلیمری

با اشباع ریز حفره‌های بتن توسط مونومر و انجام فرآیند پلیمریزاسیون، تخلخل کاهش یافته و مقاومت بهبود می‌یابد. این فرآیند برای ساخت بتن‌های پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

واش بتن

«واش بتن» (Washed Concrete) یا «بتن با سنگدانه نمایان» (Exposed Aggregate Concrete)، یکی از روش‌های پرداخت بتن برای ساخت سازه‌های مختلف با نمای تزئینی است. در این روش، سطح بالایی خمیر سیمانی شسته می‌شود تا سنگدانه‌های درون آن در معرض دید قرار گیرند. واش بتن یکی از انواع بتن نما یا اصطلاحا «بتن اکسپوز» (Exposed Concrete) به حساب می‌آید.

طرح اختلاط بتن چیست و چگونه تعیین می‌شود؟

طرح اختلاط، میزان سیمان، ذرات درشت، ذرات ریز و آب مورد استفاده را نسبت به یکدیگر مشخص می‌کند. از آنجایی خصوصیات اجزا مختلف با یکدیگر متفاوت است، رسیدن به یک طرح اختلاط ایده‌آل کار آسانی نخواهد بود. طرح اختلاط می‌تواند با توجه به مقاومت و دوام مورد نیاز تغییر کند. بر اساس میزان مقاومت مورد نیاز، مخلوط بتن را می‌توان به دو نوع با عملکرد معمولی (مقاومت بین 20 تا 40 مگاپاسکال) و عملکرد بالا (مقاومت بالای 40 مگاپاسکال) تقسیم‌بندی کرد. عواملی نظیر دانه‌بندی مواد، نوع سیمان، نوع آب، نسبت آب به سیمان، کارایی و دوام از پارامترهای موثر بر روی طرح اختلاط هستند.

طرح اختلاط بتن

طرح اختلاط معمولا به شکل یک آرایه سه مولفه‌ای متشکل از اعداد و به صورت ماسه:شن:سیمان نمایش داده می شود. به عنوان مثال، طرح اختلاط 1:2:4 یعنی به ازای هر واحد سیمان، 2 واحد شن و 4 واحد ماسه به مخلوط اضافه شده است. علاوه بر این، نسبت آب به سیمان نیز اهمیت بسیار بالایی در طرح اختلاط و تاثیر بسزایی در مقاومت، دوام و کارایی بتن دارد. به عنوان مثال، کاهش نسبت آب به سیمان می‌تواند مقاومت و دوام را افزایش و کارایی را کاهش می‌دهد. در بتن معمولی که بیشتر در پیاده‌روها مورد استفاده قرار می‌گیرد، طرح اختلاط 1:2:4 و نسبت آب به سیمان 0.6 تا 0.7 است.

مشخصات بتن چه هستند؟

خواص و مشخصات بتن، به مشخصات اجزا تشکیل دهنده، نسبت مخلوط کردن اجزا، روش تراکم و نظارت بر روی نحوه قرارگیری بتن در محل مورد استفاده، تراکم و عمل آوری آن بستگی دارد. برای بتنی که به تازگی مخلوط شده است، ویژگی‌های زیر از اهمیت بالایی برخوردار هستند:

  • «روانی» (Consistency): قابلیت جریان یافتن
  • «پایداری» (Stability): مقاومت در برابر جداشدگی و از هم پاشیدن اجزا
  • «کارایی» (Workability): سهولت به کارگیری، جانمایی، تحکیم و نهایی کردن کار
  • «پرداخت» (Finishability): سهولت به اتمام رساندن مراحل نهایی به منظور رسیدن به مشخصات سطح دلخواه

پس از سخت شدن بتن، خواص زیر مورد توجه و ارزیابی قرار می‌گیرند:

  • «مقاومت» (Strength): مقاومت در برابر کرنش و گسیختگی ناشی از اعمال نیروهای خارجی (فشار، خمش، کشش، پیچش و برش)
  • «دوام» (Durability): مقاومت در برابر هوازدگی، مواد شیمیایی، سایش و دیگر شرایط محیطی
  • «صرفه اقتصادی» (Economy): عملکرد مورد انتظار و متناسب با هزینه صورت گرفته

مقاومت بتن چیست و چه اهمیتی دارد؟

مقاومت بتن، یکی از مهمترین نقاط مثبت آن به شمار می‌رود. اگرچه، با وجود بالا بودن مقاومت فشاری بتن (نزدیک به مقاومت فشاری فولاد)، مقاومت کششی آن نسبتا پایین (حدود یک دهم مقاومت فشاری) است. از این‌رو، در حین ساخت سازه‌های بتنی، معمولا مقاومت کششی به عنوان معیار اصلی طراحی در نظر گرفته می‌شود. برای درک بهتر اهمیت این موضوع، شکل زیر را در نظر بگیرید. این شکل، یک تیر بتنی را نمایش می‌دهد که مرکز آن از بالا در معرض بار قرار دارد. در این وضعیت، بخش بالایی تیر تحت فشار و بخش پایینی تحت کشش قرار می‌گیرد. ایجاد ترک در تیرهای متشکل از بتن معمولی می‌تواند باعث رخ دادن شکست ناگهانی شود.

تیر بتنی تحت بار فشاری و کششی
شکست تیر بتنی تحت بار فشاری و کششی

مسئله پایین بودن مقاومت کششی، سبب ایجاد ترک‌های کششی و شکست سازه‌های بتنی تحت بارهای شدید می‌شود. به منظور جلوگیری از این مسئله، سازندگان معمولا شبکهای از میله‌های فولادی را درون بتن قرار می‌دهند تا مقاومت کششی سازه افزایش یابد (استفاده از بتن مسلح، پیش تنیده و غیره).

ترک پل بتنی
رخ دادن ترک کششی در یک پل بتنی

مقاومت فشاری بتن با گذشت زمان افزایش می‌یابد. به همین دلیل برای سنجش کیفیت محصول نهایی، معمولا اولین آزمایش مقاومت فشاری پس از ۷ روز بر روی نمونه انجام می‌شود. طبق استاندار ASTM (+)، آزمایش‌های بعدی باید با دوره‌های زمانی 28 و 90 روزه انجام شوند. معمولا مقاومت فشاری 7 روزه بتن، حدود 60 تا 70 درصد مقاومت 28 روزه آن خواهد بود.

عیار بتن چیست و چه کاربردی دارد؟

عیار بتن، معیاری است که بتن را بر اساس مقاومت فشاری آن تقسیم‌بندی می‌کند. در جدول زیر، تقسیم بر اساس عیارهای مختلف را مشاهده می‌کنید.حرف M در عیار به واژه «Mix» (مخلوط) و عدد کنار آن به مقاومت 28 روزه نمونه مکعبی با سطح مقطع 150 میلی‌متر اشاره دارد. بتن بار عیارهای M5 و M7.5 برای پی، دیوارهای بنایی و دیگر سازه‌های ساده یا موقت مورد استفاده قرار می‌گیرند. عیارهای پایین‌تر از M15 برای بتن مسلح و عیارهای پایین‌تر از M30 برای بتن پیش تنیده مناسب نیستند.

نوع بتن عیار مقاومت 28 روزه (مگاپاسکال)
معمولی M10 10
M15 15
M20 20
استاندارد M25 25
M30 30
M35 35
M40 40
M45 45
M50 50
M55 55
مقاومت بالا M60 60
M65 65
M70 70
M75 75
M80 80

معرفی فیلم آموزش تکنولوژی بتن و اختلاط آن

بتن، پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. این ماده کاربرد و اهمیت زیادی در زندگی انسان‌ها دارد. به منظور آشنایی بیشتر و بهتر دانشجویان رشته مهندسی عمران و معماری، فعالان سازه‌های بتنی و همچنین علاقه‌مندان به حوزه حوزه ساخت و ساز، فرادرس آموزشی اقدام به تهیه فیلم آموزش تکنولوژی بتن و اختلاط آن کرده است. این آموزش طی 4 ساعت و 19 دقیقه و در قالب شش درس به معرفی مباحث مرتبط با تکنولوژی بتن می‌پردازد.

در درس یکم تا ششم به ترتیب در مورد اجزای تشکیل دهنده بتن و خواص آن‌ها، ویژگی‌ها، افزودنی‌ها، روش‌های مناسب مراقبت، طراحی اختلاط به روش آیین نامه ACI – 211 و طراحی اختلاط بتن به روش آیین نامه BS مورد بحث قرار می‌گیرد.

مزایا و معایب بتن کدام هستند؟

در انتها، به برخی از مزایا و معایب بتن اشاره می‌کنیم. ‌اصلی‌ترین مزایای این ماده عبارت هستند از:

  1. صرفه اقتصادی در طولانی مدت؛ به غیر از سیمان، باقی مواد را می‌توان از آب و سنگدانه‌های ریز و درشت در دسترس در منطقه تهیه کرد.
  2. مقاومت فشاری بالا و مقاومت در برابر خوردگی و هوازدگی؛ در صورت ساخت اصولی بتن، مقاومت فشاری آن می‌تواند به اندازه یک سنگ سخت طبیعی باشد.
  3. کارایی بالا برای استفاده در شکل و اندازه‌های مختلف؛ امکان استفاده چندباره از قالب‌ها در کارهای مشابه دیگر، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.
  4. امکان ترکیب با تقویت‌کننده‌های فولادی؛ به دلیل مشابه بودن ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد، ترکیب آن‌ها (محصولی با مقاومت فشاری و کششی بالا) را می‌توان در بسیاری از سازه‌ها به کار برد.
  5. قابلیت ترمیم؛ شاتکریت، امکان پر کردن ترک‌های سطحی بتن و تقویت آن را فراهم کرده است.
  6. قابلیت پمپاژ؛ این قابلیت، انتقال بتن به محل‌های دشوار را نیز آسان می‌کند.
  7. دوام بالا، مقاومت در برابر آتش؛ نیاز به تعمیر و نگهداری بسیار کمتر از دیگر مصالح ساختمانی است.

معایب بتن، شامل موارد زیر می‌شوند:

  1. مقاومت کششی پایین و ایجاد ترک؛ برای رفع این مشکل از تقویت‌کننده‌های فولادی، مش یا الیاف دیگر استفاده می‌شود.
  2. کاهش حجم بتن تازه در هنگام خشک شدن و افزایش حجم بتن سخت شده در هنگام مواجه با رطوبت؛ باید برای پیشگیری از گسترش ترک ناشی از این مشکلات، تدابیر لازم در مورد اتصالات سازه اتخاذ شوند.
  3. انبساط و انقباض ناشی از تغییرات دما؛ استفاده از اتصالات حرکتی می‌تواند تا حدی تبعات ناشی از این مسئله را برطرف کند.
  4. خزش ناشی از تحمل بارگذاری مداوم؛ این مسئله باعث کاهش پیش تنش در سازه‌های پیش‌تنیده می‌شود.
  5. «شوره زدن» (Efflorescence)؛ وجود رطوبت می‌تواند باعث حل نمک‌های محلول و ایجاد یک سطح شوره بر روی بتن شود.
  6. حساسیت به مواد قلیایی و سولفات؛ امکان تجزیه و فروپاشی در مواجه با این مواد وجود دارد.
  7. عدم شکل‌پذیری؛ این ویژگی به عنوان یکی از معایب مهم در طراحی سازه‌های مقاوم در برابر زلزله محسوب می‌شود.
کپکو

این مطلب با حمایت شرکت دانش بنیان «همگرایان تولید - کپکو» نوشته شده است.

شرکت دانش بنیان همگرایان تولید – کپکو از سال 1382 با هدف تولید محصولات پلیمری و شیمیایی در صنعت ساختمان و بتن تاسیس شد و با راه‌اندازی واحدهای توسعه و تحقیق توانست محصولات جدیدی را وارد بازار کند.

کپکو، امروزه در زمینه تولید و صادرات انواع افزودنی‌‌های بتن، واتراستاپ و اسپیسرهای پلاستیکی فعالیت دارد.

جهت تهیه و یا مشاوره فنی برای مصرف این مواد می‌توانید با شماره 89331-021 تماس حاصل کنید.

آدرس سایت: www.capco.co.ir

کالا، خدمات و برند خود را در کادر «حامی مطالب» مجله فرادرس معرفی کنید. کلیک کنید

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

«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.

بر اساس رای 7 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *