تأثیر نوع سیمان بر مقاومت بتن

بتن یکی از مهم ترین مصالحی است که در انواع پروژه های عمرانی و ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرد. بتن انواع مختلفی دارد که در عیار های مختلف برای کاربردهای متفاوتی به کار گرفته می شوند. با این حال وجود این ماده به حدی مهم و اثر بخش است که از یک دیوار جدا کننده گرفته تا ساخت سقف و کف ساختمان به آن نیاز پیدا خواهید کرد.

ویژگی های مهم بتن 

مهم ترین ویژگی بتن که آن را تا این اندازه مورد توجه قرار داده است، استحکامی است که به سازه ها می بخشد. این استحکام و مقاومت باید به گونه ای باشد که فشارهای وارده بر ساختمان را تحمل کرده و آن را به بخش های زیرین ساختمان یعنی پی ها منتقل کند. سیمان نیز یکی از مواد تشکیل دهنده اصلی بتن است و به این ترتیب تغییراتی که در نوع و میزان این ماده در طی فرآیند ساخت بتن ایجاد شود، می تواند به طور کلی مقاومت بتن را تغییر دهد.

سیمان از میان دیگر ترکیبات سازنده بتن، بیشترین اثر را بر میزان این تغییرات دارد. به همین دلیل بررسی این ماده و توجه به اهمیت آن می تواند مقاومت و استحکام کلی ساختمان را تحت تأثیر قرار دهد. در ادامه به تأثیر نوع سیمان بر مقاومت بتن و بررسی دلایل آن خواهیم پرداخت.

مقاومت بتن چیست؟

پیش از این که به بررسی نوع سیمان بر کیفیت بتن بپردازیم، ابتدا لازم است تعریفی از مقاومت بتن ارائه دهیم. مقاومت در انواع ماده به توانایی و استحکام آن ماده در برابر فشارها و یا ضربات وارده گفته می شود. مقاومت بتن نیز به عنوان ماده ای که در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرد، نقش تعیین کننده ای در استحکام کل سازه دارد و به همین دلیل لازم است میزان  مقاومت  آن قبل از استفاده مورد بررسی قرار بگیرد.  بتن به عنوان یک ماده ساختمانی از مقاومت مناسبی برخوردار است.

در بررسی مقاومت بتن معمولا پارامترهایی نظیر مدول ارتجاعی، ضد آب بودن، نفوذ پذیری و مقاومت در مقابل هوا زدگی مورد آزمایش قرار می گیرند. از دیگر عوامل کنترل کیفیت بتن می توان از تست های کششی و فشاری نام برد. در آزمایش های کششی معمولا بتن با افزایش ترک ها از هم گسیخته می شود اما در تست های فشاری قطعه مورد آزمایش بدون هیچ ترک یا نشانه ای از داخل گسیخته شده و دچار شکست می شود.

ارتباط مقاومت فشاری و نوع سیمان

در مصالح ساختمانی نظیر بتن، تخلخل بیشتر به معنای مقاومت کمتر است؛ همچنین عکس این قضیه نیز صادق است. از این رو تخلخل بین اجزای بتن یکی از مهم ترین عوامل تعیین کننده مقاومت بتن است.

میزان تخلخل خمیر سیمان را تراکم و جرم سنگدانه های موجود در آن تعیین می کنند؛ بنابراین هرچقدر فضای ایجاد شده بین سنگدانه ها در خمیر سیمان بیشتر باشد، مقاومت بتن ایجاد شده کمتر خواهد بود. به این ترتیب طبیعی است که برای داشتن بتن مقاوم تر باید این فضا کاهش یابد.
در این میان یکی از عوامل مؤثر بر تخلخل سیمان، میزان آب مصرف شده در آن است. در تهیه سیمان لازم است به تناسبات و استانداردهای لازم برای ایجاد خمیر توجه شود تا بتن حاصل شده مقاومت مورد نظر را داشته باشد.

البته عوامل دیگری مانند تراکم، فرآیند عمل آوری بتن، دیگر مواد افزودنی، ابعاد و شکل بتن تهیه شده، جنس و اندازه کانی های شن و ماسه ها، میزان و جنس تنش وارد شده، میزان رطوبت و سرعت بارگیری نیز از عواملی هستند که در مقاومت فشاری بتن تأثیر خواهند گذاشت.

میزان هوا و مقاومت بتن

علاوه بر میزان و نسبت آب در خمیر سیمان، میزان هوا نیز در تخلخل خمیر سیمان نقش دارد. عدم تراکم کافی مواد و یا استفاده از مواد حباب زا در ماده اولیه سیمان، باعث افزایش تخلخل و در نتیجه کاهش مقاومت بتن خواهد شد. به این ترتیب علاوه بر رعایت نسبت آب، لازم است به میزان هوای ایجاد شده در خمیر نیز توجه کافی داشت تا بتن ایجاد شده دارای مقاومت مناسب باشد.

سنگدانه ها و مقاومت بتن

ترکیب مواد تشکیل دهنده بتن در مقاومت محصول نهایی بسیار تاثیر گذار است. دانه بندی سنگدانه های موجود در بتن ممکن است ریز تر و در برخی مواقع نیز امکان دارد درشت تر باشند. وجود دانه بندی ریزتر در بتن به معنای تخلخل بالاتر است و به این ترتیب بتن تولید شده ضعیف تر خواهد بود. در عوض هرچه دانه بندی سنگدانه های موجود در بتن بزرگتر باشند، بتن دارای مقاومت بیشتری است. البته فشرده سازی خمیر سیمان می تواند ریز بودن دانه بندی را تا حدودی جبران کند، باتوجه به انواع سیمان در تیپ های مختلف که هرکدام برای کاربردهای متفاوتی مناسب هستند، بهتر است در انتخاب نوع سیمان دقت شود تا میزان تخلخل به حداقل برسد.

تأثیر خلوص سیمان بر مقاومت بتن

امکان وجود ناخالصی در همه انواع مصالح ساختمانی وجود دارد و سیمان نیز از این قاعده مستثنی نیست. برخی از سیمان ها ممکن است دارای ناخالصی هایی باشند که این مورد می تواند علاوه بر تغییر در میزان تخلخل، مقاومت فشاری آن را نیز کاهش داده و یا حتی موجب شوره زدن سطح بتن و یا خوردگی میلگردهای به کار رفته در آن باشد.
آب مصرف شده در خمیر سیمان نیز تا حدودی بر کیفیت بتن تأثیر می گذارد و بهتر است از آب شرب برای ایجاد خمیر سیمان استفاده شود تا به این ترتیب میزان ناخالصی های موجود در آن کاهش یابد.

اهمیت نوع سیمان

سیمان انواع متفاوتی دارد که سیمان پرتلند یکی از آنها است. گفته می شود واکنش های فیزیکی و شیمیایی در هر یک از انواع سیمان ها متفاوت است و بدیهی است که این مورد در مقاومت بتن تأثیر داشته باشد. این نکته را می‌توان در رابطه با سیمان‌هایی که به عنوان مصالحی مقاوم در برابر یخبندان به کار می‌روند به وضوح مشاهده کرد. با توجه به‌اینکه مقاومت بتن‌های حجیم بالا بوده و در واقع این بتن‌ها در برابر یخ‌های معمول با مقاومت مناسب و زیادی به کار می‌روند.

به عنوان مثال، سیمان پرتلند نوع ۳ نسبت به دیگر انواع سیمان سریع تر با آب واکنش داده و به این ترتیب تخلخل خمیر این سیمان نسبت به دیگر انواع کمتر خواهد بود. از طرف دیگر در دمای معمولی، سیمان های پرتلند نوع ۲، ۴، ۵ و نوع IP و نوع IS با سرعت کمتری نسبت به سیمان پرتلند نوع ۱ با آب واکنش داده و دیرتر به عمل می آیند.

در واقع، سیمان پرتلند را می‌توان ارزان‌تر از سیمان معمولی دانست. بنابراین در حالی که برای پروژه‌های بزرگ ساختمانی و در شرایط خاصی که هزینه بر است می‌توان از این روش استفاده نمود. از این سیمان که هم مقرون به صرفه بوده و هم دارای استحکام بسیار بالایی است در ساخت سازه‌های سنگین و به خصوص برای پوشش سقف‌ها استفاده می‌شود و برای این منظور باید از سنگ‌های مخصوص و مقاوم در برابر یخبندان و همچنین از ملات دانه‌بندی آماده برای آن استفاده نمود.

تمام این تفاوت ها وابسته به مواد اولیه و سنگدانه های موجود در سیمان و همچنین ناخالصی های موجود در آن هستند. به طور کلی توصیه می شود با توجه به نوع کاربری و شرایط محیطی، نوع مناسب سیمان برای ساخت بتن انتخاب شود و در صورتی که مقاومت بیشتری برای بتن در نظر دارید،‌ اولین عاملی که لازم است به آن توجه شود میزان تخلخل در سیمان است.

لازم است در انتخاب بتن برای پروژه‌های عمرانی، از مقاومت آن در برابر تنش‌های فشاری و کششی استفاده‌شود. همچنین لازم است از مقاومت بتن برای تحمل بارهای دینامیکی مانند بار‌های ناشی از زلزله، دمای بالا و بارهای دینامیکی که به طور دایم در سطح سازه وجود دارند استفاده‌ شود. ‌مقاومت بتن‌ها در برابر سایش و سختی از خواص خوب بتن است، در نتیجه لازم است از میزان مقاومت بتن به عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل در ساخت و ساز استفاده شود. بتن‌هایی که مقدار آب مصرفی آن ها کمتر از بتن‌های دیگر باشد، از دوام و مقاومت کمتری بهره‌مند هستند.