امروزه بتن و فولاد مصرف زیادی در کارهای ساختمانی دارند و بسته به نوع ساختمان و بهره برداری، سازه های بتنی و فولادی طراحی و ساخته میشود. لکن سازه های بتنی بنا به دلائل زیر نسبت به سازه های فولادی ارجحیت دارد:
- شکل پذیری بتن از فولاد بهتر و بیشتر است.
- مصالح اولیه بتن در اکثر نقاط یافت میشود.
- سازه های بتنی در برابر آتش سوزی مقاومت خوبی دارند و حتی تا 24 ساعت دوام می آورند. (بدیهی است در ظرف مدت مذکور حتی بزرگترین آتش سوزی ها را میتوان مهار کرد) در حالیکه سازه های فولادی زمان بسیار کوتاهتری در برابر آتش سوزی مقاومت می کنند.
- مقاومت فشاری قابل قبول: بتن دارای مقاومت فشاری خوب و قابل قبول بوده و تنها ضعف آن کمی مقاومت در برابر کشش می باشد.
بررسی عوامل مثلث طلایی بتن
بر خلاف تصور عموم از تنها فاکتور مورد نظر در بتن باکیفیت، خوب یا حتی ضد زلزله، که با سیمان بالاتر و مقاومت بالا تامین می شود؛ بتن خوب بتنی است که سه فاکتور اساسی مقاومت، کارایی و دوام را با توجه به بتن طراحی شده، توامان داشته باشد، که به اصطلاح به آن را مثلث طلایی بتن میگویند.حال به تعریف ابتدایی هرکدام میپردازیم:
مقاومت بتن (Strength of Concrete)
مقاومت یک ماده، توانایی یک ماده در برابر تنش های وارده بدون بروز شکست میباشد. بتن بر خلاف بسیاری از مصالح ساختمانی، حتی قبل از قرارگرفتن در زیر بارهای خارجی، دارای ریز ترک هایی می باشد. در حالت شکست، ترک های داخلی بتن بر اثر بارهای وارده آنقدر پیشرفت نموده اند که نمونه دیگر قادر به تحمل باری بالاتر نیست. مقاومت بتن مهم ترین خاصیت و مشخصات بتن نزد طراحان و مهندسان کنترل کیفیت بتن می باشد. در مقایسه با سایر خواص، مقاومت بتن به آسانی قابل آزمایش و اندازه گیری است. منظور از تلخیص مقاومت در اینجا، مقاومت فشاری بتن میباشد که معمولا بر حسب مگاپاسکال و کیلوگرم بر سانتی متر مربع بیان میگردد. بسیاری از خواص بتن، نظیر مدول ارتجاعی، ضدآب بودن یا نفوذ ناپایداری، و مقاومت در مقابل هوازدگی و عوامل ایجادکننده آن نظیر آب، رابطه مستقیمی با مقاومت دارند.
عوامل موثر بر مقاومت بتن
عملکرد بتن در مقابل تنش های وارده نه فقط به نوع تنش، بلکه همچنین به چگونگی ترکیب عوامل مختلف موثر بر تخلخل اجزای مختلف بتن بستگی دارد. این عوامل را می توان در سه دسته کلی بررسی کرد:
1.مشخصات و خواص مصالح:
- نسبت آب به سیمان
- میزان حباب های هوا
- نوع سیمان
- سنگدانه ها
2.شرایط عمل آوری:
به مجموعه عملیاتی گفته میشود که برای ادامه واکنش های سیمان، بلافاصله بعد از ریختن بتن در قالب اعمال می شود و شامل کنترل زمان، درجه حرارت و رطوبت است.
3.پارامترهای آزمایش :
نتایج حاصل از مقاومت بتن، تحت تاثیر عوامل آزمایش نمونه ها و شرایط بارگزاری قرار دارد.
پارامتر های نمونه:
- اندازه
- هندسه
- رطوبت
پارامترهای بارگذاری:
- میزان تنش
- مدت اعمال تنش
- نرخ اعمال تنش
دوام بتن (Durability of Concrete)
طراحان سازه ای بتنی بیشتر به مشخصات مقاومتی این ماده توجه دارند در حالی که در طراحی سازه ها، می باید مشخصات دوام مصالح مورد نظر، همانند سایر مشخصات و ویژگی های آن مورد ارزیابی قرار گیرد. منظور از دوام سازه عمر خدمت دهی طولانی آن است. بر طبق تعریف کمیته 201 (ACI)، دوام بتن سیمان پرتلند به توانایی آن برای مقاومت در برابر عوامل هوازدگی، حمله شیمیایی، سایش و یا هر فرآیندی که موجب آسیب دیدگی شود، گفته می شود. هزینه های تعمیر و جایگزینی سازه ها، ناشی از خرابی مصالح، بخش عمده ای (تا 40%) از بودجه ساختمان سازی را به خود اختصاص می دهد.
حفاظت از منابع طبیعی از طریق بادوام تر ساختن مصالح در هر حال یک اقدام زیست محیطی می باشد. در یک تقسیم بندی کلی، عوامل خرابی بتن به دو دسته عوامل فیزیکی و عوامل شیمیایی تقسیم می شوند.برای مثال فرسودگی سطحی و ترک خوردگی، نفوذپذیری بتن را افزایش می دهد که علت اصلی یک یا چند فرآیند آسیب دیدگی شیمیایی می شود و یا نشتی مایعات اسیدی به درون اجزای خمیر سیمان سخت شده، موجب افزایش تخلخل بتن شده و بنابراین مصالح را در برابر سایش و فرسایش بیشتر آسیب پذیر می سازد.
در یک تقسیم بندی علل فیزیکی آسیب دیدگی بتن به دو گروه طبقه بندی شده است:
- فرسودگی سطحی یا کاهش جرم: ناشی از سایش، فرسایش و خلازایی
- ترک خوردگی: ناشی از گرادیان معمولی دما و رطوبت، فشارهای ناشی از تبلور نمک ها در منافذ، بارگذاری سازه ای و قرارگیری در معرض شرایط دمایی شدید؛ نظیر یخ زدگی و آتش سوزی
کارایی بتن (Workability of concrete)
کارایی بتن معادل انرژی لازم برای کار کردن و شکل دادن به بتن است، بدون آنکه جداشدگی ایجاد شود. کارایی یک مشخصه اساسی و پایه بتن نیست، در واقع کارایی بیان کننده دو مشخصه است:
- یکنواختی (Consistency): مقایسه بین بتن ها از بعد آسانی روانی
- چسبندگی (Cohesiveness): عدم تمایل بتن برای جداشدگی و آب انداختگی
اهمیت کارایی بتن
از آنجا که مقاومت بتن با افزایش تخلخل آن به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد، بنابراین ساخت بتنی با دانسیته بالا و متراکم بسیار اهمیت دارد. برای دستیابی به این مهم، بتن باید کارآیی کافی جهت تراکم کامل داشته باشد تا امکان رسیدن به آن در شرایط معین و با صرف کار و انرژی متناسب فراهم شود.
عوامل موثر بر کارایی بتن
- نسبت آب به سیمان و میزان آب اختلاط
- شکل و نوع سنگدانه ها
- نسبت سنگدانه به سیمان
- افزودنی ها
- دما
- زمان
