بتن از از پرکاربردترین مصالح در صنعت ساخت‌و‌ساز است و کنترل کیفیت آن در جهت کاهش خسارت‌های احتمالی و افزایش عمر مفید سازه اهمیت زیادی دارد. کیفیت بتن تابع رابطه مقاومت مشخصه و عیار بتن است. در این مقاله همراه ما باشید تا با تعاریف بتن، عیار بتن و مقاومت مشخصه آن آشنا شوید.
مقاومت مشخصه چیست؟
برای تعریف مقاومت مشخصه بهتر است ابتدا تعریفی از بتن داشته باشیم. بتن شامل ماسه (سنگدانه‌های ریز)، شن (سنگدانه‌های درشت) و سیمان است و هنگامی که با آب ترکیب می‌شود، پس از چند ساعت شروع به سفت شدن می‌کند. بسته به اندازه و ترکیب مواد تشکیل‌دهنده بتن یعنی شن، ماسه، سیمان و آب؛ مقاومت و عملکرد بتن تغییر می‌کند. بتن شامل دو نوع بتن تازه و بتن سخت‌شده است و مهم‌ترین ویژگی بتن سخت‌شده، مقاومت مشخصه آن است. مقاومت مشخصه، مقاومت بتن را در برابر نیروی وزن نشان می‌دهد. یعنی مقدار نیرویی که باید به بتن وارد شود بدن آن‌که بتن ترک بخورد، تغییر شکل بدهد یا بشکند.
برای اینکه مقاومت مشخصه بتن مشخص شود نیاز به زمان 28 روزه از زمان به عمل‌آوری بتن است (مقاومت فشاری بتن بعد از 28 روز به 99 درصد مقاومت واقعی خود می‌رسد.) مقاومت مشخصه بتن با گذشت زمان بیشتر می‌شود یعنی هر چه سن بتن بالاتر برود، مقاومت آن بیشتر خواهد شد.مقدار آب به کار رفته در بتن را با نسبت w/c (نسبت آب به سیمان) اندازه‌گیری می‌کنند و هر چه این نسبت کوچک‌تر باشد؛ به شرطی که بتن به خوبی متراکم شده باشد، مقاومت بیش‌تری خواهد داشت. مقاومت فشاری بتن معمولا در بازه 15 تا 30 مگاپاسکال است. ولی برای سازه‌های صنعتی و تجاری سقف این بازه بیشتر می‌شود. مثلا برای ستون‌های یک ساختمان بلند، مقاومت مشخصه باید 70 مگاپاسکال در سن 56 روز باشد.
کیفیت بتن را بر اساس مقاومت مشخصه آن کنترل و ارزیابی می‌کنند و مقاومت مشخصه توسط آیین‌نامه‌های معتبر طراحی سازه تعیین می‌شوند و در نقشه‌ها هم توسط مهندس طراح سازه، مشخص شده است. مقاومت مشخصه بتن علاوه بر نسبت آب و سیمان، به میزان رطوبت بتن (هنگام انجام آزمایش بتن خشک نسبت به بتن مرطوب مقاومت بیش‌تری دارد)، تراکم بتن (نحوه قرارگیری سنگدانه (شن و ماسه) در کنار یکدیگر)، ترکیبات شیمیایی و ابعاد ذرات سیمان، شرایط عمل‌آوری (اقداماتی که پس از ریختن بتن در قالب انجام می‌شود و شامل کنترل زمان، درجه حرارت و رطوبت است) و شرایط آزمایش بستگی دارد. برای سنجش مقاومت مشخصه بتن از دستگاه (UTM(Universal Testing Machine و برای کنترل مقاومت مشخصه بتن‌های آماده، از آزمونه‌های مکعبی 15*15 یا آزمونه‌های استوانه‌ای با قطر ۱۵ و ارتفاع ۳۰ سانتی‌متر استفاده می‌شود. البته مقاومت این آزمونه‌ها با یکدیگر برابر نیست ولی با استفاده از ضرایب، قابل تبدیل به یکدیگر هستند.
عیار بتن
به طور کلی از بین مواد تشکیل‌هنده بتن، سیمان عامل استحکام بتن است و امکان چسبیدن ماسه و سنگ به هم را فراهم می‌کند و عیار بتن (Grade of Concrete) مقدار سیمان مصرف‌شده بر حسب کیلوگرم، در واحد حجم بتن تولید شده بر حسب متر مکعب است. بتن را با توجه به عیار آن دسته‌بندی و نام‌گذاری می‌کنند. مثلا اگر می‌گوییم عیار یک بتن 150 است یعنی، در یک مترمکعب بتن 150 کیلوگرم سیمان استفاده شده است. عیار بتن را با حرف انگلیسی M نشان می‌دهند. مثلا می‌گویند عیار این بتن 30 مگاپاسکال (M 30) است.
در ساختوسازها، بسته به نوع سازه و مواد استفاده (بتن‌ریزی سقف، فونداسیون و کف) از بتن‌هایی با عیارهای متفاوت استفاده می‌شود. بتن‌های دارای مقاومت فشاری پایین تا 15 مگا پاسکال(M15) معمولا برای سازه‌های کوچک و بتن‌های تا 25 مگاپاسکال (M 25) برای ساخت سازه‌های بزرگ استفاده می‌شوند. به عنوان مثال برای آرماتور بندی از عیار بتن کم و برابر 150 و برای ملات آجر‌کاری و بنایی عدد آن 250 و برای بتن معمولی این عدد 350 است. بعضی از مواقع و بر حسب نیاز و با رعایت اصول مهندسی و استانداردها لازم است که مواد اضافه‌ای مثل ضد یخ، چسب بتن، گروت ساختمانی و... به بتن اضافه شود و اگر شما اطلاعات لازم و کافی از عیار بتن را داشته باشید، می‌توانید نوع این ماده و مقدارش را به درستی تشخیص دهید.
تفاوت مقاومت مشخصه و عیار بتن چیست؟
مقاومت مشخصه با عیار بتن متفاوت است. مثلا وقتی می‌گوییم بتن 200، یعنی مقدار بتن در 1 مترمکعب 200 کیلوگرم است اما وقتی می‌گوییم بتن با عیار 200 یعنی، در یک مترمکعب بتن، 200 کیلوگرم سیمان استفاده شده است. هرچه قدر میزان سیمان به‌کار رفته در بتن بیشتر باشد، مقاومت بتن افزایش می‌یابد. یعنی رابطه مقاومت مشخصه و عیار بتن مستقیم است ولی مقدار سیمان استفاده شده در بتن هم محدودیت دارد و نمی‌توان گفت، با افزایش هرچه بیشتر سیمان، مقاومت بتن به بی‌نهایت می‌رسد. به همین دلیل و با توجه به روابط تئوری و تجربی که وجود دارد، مقدار سیمان لازم را با در نظر گرفتن مقاومت موردنظر اندازه‌گیری می‌کنند. با یک عیار سیمان و با توجه به نوع دانه‌بندی، ممکن است مقاومت‌های متفاوتی را داشته باشیم. رابطه مقاومت مشخصه و عیار بتن از فرمول زیر مشخص می‌شود:
Fc=(w/10)-9
(Fc: مقاومت مشخصه بتن بر اساس آیین‌نامه و نمونه‌های استاندارد بر حسب مگاپاسکال، w: عیار سیمان بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب)
روش دیگری که برای شناسایی رابطه بین مقاومت مشخصه و عیار بتن به کار می‌رود؛ اضافه کردن عدد 50 به مقاومت نمونه مکعبی بتن است. البته باید در نظر داشته باشید که رابطه مقاومت مشخصه و عیار بتن به صورت مشخص و تعریف شده وجود ندارد ولی از لحاظ تجربی قابل قبول است.
جمع بندی
در این مقاله درباره بتن و اهمیت رابطه مقاومت مشخصه و عیار بتن صحبت کردیم. مقاومت مشخصه یکی از فاکتورهای کنترل کیفت بتن است. بنابراین در ساختوسازها برای تولید بتن در کارگاه یا خرید آن اول باید مشخص شود که چه مقدار بتن و برای چه قسمتی مورد نیاز است. یک بتن مناسب باید کارایی لازم، مقاومت کافی برای تحمل بار دوام کافی برای تحمل شرایط دور از انتظار و قیمت تمام‌شده به صرفه‌ای داشته باشد.