در ساختمان‌سازی مواد و مصالح متعددی لازم است که یکی از آن‌ها بتن نام دارد. بتن از یک ساختار منحصر به‌فردی برخوردار است و خیلی‌ها آن را با سیمان و ملات اشتباه می‌گیرند. این مطلب به معرفی بتن، انواع مختلف آن، اجزای تشکیل‌دهنده بتن، کاربرد آن، افزودنی‌های مجاز و وارد مشابه این خواهیم پرداخت. اگر قرار است از بتن در ساختمان‌سازی و عمران استفاده کنید، لازم است درباره این مطالب اطلاعات کاملی در اختیار داشته باشید.
بتن یک ماده چسبنده‌ای است که شامل سه جزء اصلی میشود که عبارتند از آب، سیمان و شن و ماسه و این اجزاء به روش‌های مختلف ترکیب می‌شوند. همچنین عوامل زیادی از قبیل فشار هیدرولیکی، حرارت بالا، خلاء، بخار آب و مسائل مختلف دیگر در فرآیند ساخت بتن تاثیر دارند. اگر بخواهیم دقیق‌تر راجع به ترکیبات بتن صحبت کنیم، باید بگوییم مثلا در یک لیتر از بتن:
- سه چهارم حجم باید شامل شن و ماسه شود.
- یک چهارم حجم باید شامل ملات آب و سیمان شود.
انواع بتن
بتن‌ها با توجه به زمان گیرش، میزان مقاومت، وزن و غیره به چندین و چند دسته مختلف تقسیم‌بندی می‌شوند. در این بخش قرار است شما را با انواع بتن آشنا کنیم و جزئیات آن را در اختیار شما قرار دهیم تا بیشتر بتن را بشناسید.
بتن معمولی
از این بتن‌ها که طرح مخلوط شدن آن‌ها برابر است با 1:2:4، به عنوان رایج‌ترین نوع بتن یاد میشود. درست است که این بتن‌های معمولی از مقاومت کششی بالایی برخوردار نیستند، اما نرخ پایداری فوق‌العاده زیادی دارند.
چگالی آن‌ها 2200 تا 2500 کیلوگرم بر متر مکعب بیان شده است و دوام نسبتا بالایی دارند.
بتن سنگین
این بتن‌ها چگالی به مراتب بالایی دارند که مقدار آن چیزی حدود 3000 الی 4000 کیلوگرم بر متر مکعب اعلام شده است. دلیل بالا بودن چگالی بتن سنگین را می‌توان استفاده از سنگریزه‌هایی با چگالی بالا در ساختار بتن بیان کرد. این بتن‌ها در برابر تشعشعات رادیواکتیو مقاوم هستند و دلیل این مقاومت را می‌توان وجود باریت در ساختار بتن سنگین دانست.
بتن سبک
این بتن‌ها حتی از بتن‌های معمولی، چگالی کمتری دارند. زمانی که چگالی بتن از 1920 کیلوگرم بر متر مکعب کمتر باشد، در زمره بتن‌های سبک قرار می‌گیرد. رسانایی حرارتی در بتن‌های سبک بسیار کم است و این ویژگی را می‌توان یک مشخصه اصلی این بتن‌ها در نظر گرفت. از موادی که در ساختار بتن سبک استفاده میشود می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سنگ پا و پوکه معدنی که جزئی از سنگدانه‌های مواد طبیعی به حساب می‌آیند.
- شیل انبساط پیدا کرده و رس که در زمره مواد مصنوعی به شمار می‌روند.
- ورمیکولیت و پرلایت که موادی فرآوری شده محسوب می‌شوند.
بتن شیشه‌ای
همان طور که می‌دانید، بخش زیادی از ساختار بتن را شن، ماسه و سنگریزه تشکیل می‌دهد. در این نوع بتن، شیشه‌های بازیافتی جایگزین شن، ماسه و سنگریزه شده‌اند. این بتن‌ها ظاهر بسیار زیبایی دارند و همچنین عایق حرارتی بهتری نسبت به دیگر بتن‌ها هستند. به علاوه، این بتن‌ها مقاومت بیشتری نسبت به‌بتن‌های ماسه دارند. بتن شیشه‌ای از جمله نمونه‌های رایج بتن مسلح است که در ساختمان‌ها به صورت گسترده و بدون استفاده از قالب استفاده میشود. از بتن شیشه‌ای به جای بتن معمولی نیز استفاده میشود.
بتن آسفالتی
این بتن یکی از بتن‌های کاربردی در راهسازی است. بتن آسفالتی از ترکیب آسفالت، آب و سیمان به وجود می‌آید. مزیت این آسفالت، سخت شدن در کمترین زمان ممکن است. عموما بتن‌های آسفالتی چیزی حدود یک ساعت طول می‌کشد تا کاملا سفت شوند.
بتن اسفنجی
این بتن‌ها بر خلاف بتن‌های معمولی، سبک یا سنگین کاملا منسجم نیستند. تقریبا 15 تا 20 درصد این بتن‌ها را حباب و فضای خالی تشکیل داده است که عبور آب را امکان‌پذیر می‌کند.
بتن الیافی
این بتن‌ها به خاطر الیاف فولادی، الیاف طبیعی، پلیمر، کربن، شیشه و موارد مشابه که در ساختار آن‌ها استفاده می‌شوند، به بتن‌های الیافی مشهور هستند. این بتن‌ها علاوه بر این که انعطاف‌پذیریی قابل قبولی دارند، از مقاومت کششی و خاصیت کشسانی فوق‌العاده خوبی برخوردار خواهند بود.
افزودنی‌های بتن
جدای از آب، سیمان، سنگریزه و هر ماده جایگزین دیگری که در ساختار بتن وجود دارد، گاهی افزودنی‌هایی هم اضافه میشود. این افزودنی‌ها خصوصیات و ویژگی‌های بتن نهایی را تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. اگر بخواهیم با جزئیات بیشتر راجع به افزودنی‌های بتن صحبت کنیم، باید بگوییم بر دو نوع هستند:
افزودنی‌های شیمیایی
از افزودنی‌های شیمیایی بتن آغاز می‌کنیم. این افزودنی‌ها از ترکیب مواد شیمیایی تولید شده‌اند و هر کدام تغییراتی در ساختار اصلی بتن ایجاد می‌کنند.
افزودنی دیرگیرکننده
اضافه کردن این افزودنی به بتن سرعت گیرش آن را کمی با تاخیر همراه خواهد کرد. اصولا در محیط‌هایی که گرما زیاد است، از این افزودنی استفاده می‌کنند تا بتن سریعا سفت نشود.
افزودنی کاهنده آب
این افزودنی کمک می‌کند تا بتن در شرایط سخت قابل استفاده باشد. زمانی که در زمینه خاصی به یک میزان مشخصی مقاومت نیاز داشته باشید، می‌توانید با استفاده از مقدار کمی سیمان و همچنین اضافه کردن افزودنی کاهنده آب، به بتن مورد نظر دست پیدا کنید.
افزودنی تسریع کننده
این افزودنی همان طور که از نامش مشخص است، سرعت گیرش بتن را به شدت افزایش می‌دهد. این بتن اصولا در محیط‌هایی با آب و هوای سرد استفاده میشود. ناگفته نماند این افزودنی یک سری معایب خاص هم دارد که افزایش احتمال خوردگی تقویت‌کننده‌های فولادی از جمله آن هستند.
افزودنی‌های معدنی
افزودنی‌های معدنی بر خلاف افزودنی‌های شیمیایی که ساخت دست بشر هستند، از مواد طبیعی معدنی به دست می‌آیند که در ادامه بعضی از آن‌ها را معرفی کرده‌ایم.
فوم سیلیکا
سیلیس آمورف ذره بسیار ریزی است که ساختار اصلی فوم سیلیکا را به وجود می‌آورد. زمانی که از این ماده افزودنی در ترکیبات بتن استفاده شود، قدرت جذب آب در آن را افزایش خواهد داد. کاهش نفوذپذیری، افزایش چسبندگی، بهبود مقاومت خمشی، افزایش جمع شدگی و بهبود مقاومت فشاری از مزایای مصرف این افزودنی است.
خاکستر بادی
زمانی که زغال سنگ ساییده شده آتش بگیرد، خاکستر بادی تولید میشود. خاکستر بادی از لحاظ میزان کلسیم در دو دسته متفاوت قرار می‌گیرد:
- خاکستر بادی نوع C که کلسیم زیادی دارد.
- خاکستر بادی نوع F که میزان کلسیم آن کم است.
افزایش مقاومت در برابر مواد قلیایی، بهبود کارایی، بالا رفتن زمان گیرش اولیه، افزایش میزان سختی و موارد مشابه آن، همه و همه از مزایای استفاده از خاکستر بادی در ترکیبات بتن است. افزودنی‌های شیمیایی و معدنی به همین چند مورد محدود نمی‌شوند. اما به خاطر یک سری محدودیت‌ها ترجیح دادیم تا رایج‌ترین‌ها را با جزئیات بیشتر معرفی کنیم.
خصوصیات بتن
1. عیار های بتن
بتن با عیار خود شناخته می شود که به عنوان M15 ، M20 و ... تعیین می شود که در آن حرف M ابتدای کلمه Mixture به مخلوط بتن اشاره دارد و شماره 15 ، 20 نشان دهنده مقاومت فشاری مشخص (15 یا 20 مگا پاسکال) است. بتن با مقاومت فشاری شناخته می شود. M20 و M25 متداول ترین عیارهای بتن هستند. برای محیط های بسیار شدید باید از عیارهای بالاتر بتن استفاده شود.
2. مقاومت فشاری بتن
منظور از مقاومت فشاری بتن توانایی بتن در تحمل بارهای وارد شده به آن بدون ایجاد ترکو یا تغییر شکل است که این مقدار برای هر مخلوط بتن متفاوت است و با واحد مگا پاسکال اندازه گیری میشود. مقاومت فشاری رابطه مستقیمی با زمان دارد و با گذشت زمان افزایش می یابد ومعمولا بعد از گذشت 28 روز به میزان 99 درصد مقدار واقعی خود می رسد.
3. مقاومت مشخصه بتن
مقاومت فشاری مشخصه بتن مقاومتی است که حداکثر 5 درصد تمام مقاومت های اندازه گیری شده در نمونه های استاندارد بر اساس آزمایش های 28 روزه، از آن کمتر باشد. (یعنی احتمال دستیابی به این مقدار 95٪ فقط 5٪ عدم رسیدن به همان مقدار است)
4. مقاومت کششی بتن
مقاومت کششی بتن، توانایی بتن در تحمل بارهای محوری کششی است. بتن یک ماده بسیار ضعیف در مواجهه با تنش‌های کششی به حساب می‌آید. این ماده دارای ساختاری متخلخل است. به همین دلیل، درون بتن معمولا ترک‌های ریز و میکروسکوپی وجود دارند. هنگام اعمال بارگذاری کششی، این ترک‌ها افزایش طول می‌دهند. تا زمانی که فشار ادامه داشته باشد، ترک‌ها نیز تا لحظه شکست بیشتر خواهند شد. مقاومت کششی از مقاومت فشاری مکعب با روابط fcr = 0.7 fck N / mm 2 بدست می آید. مقاومت کششی بتن، حدود 8 تا 12 درصد (به طور میانگین 10 درصد) مقاومت فشاری آن است. در مقاومت‌های فشاری بالا، این درصد کاهش می‌یابد. به دلیل پایین بودن مقاومت کششی بتن، معمولا در محاسبات فرض میشود که این ماده هیچ مقاومتی در برابر کشش ندارد. با این وجود، آگاهی از مفهوم مقاومت کششی بتن، امکان تخمین میزان باری که موجب به وجود آمدن و گسترش ترک میشود را فراهم می‌کند.
5. خزش در بتن Creep of concrete
خزش به عنوان تغییر شکل بتن تحت بار ثابت درطول زمان تعریف می شود. فشار خزش در درجه اول به مدت زمان بارگیری پایدار بستگی دارد. مقدار ضریب خزش نهایی در 28 روز بارگیری 1.6 است.
6. جمع شدگی بتن
خاصیت کاهش حجم در طی فرآیند خشک کردن و سخت شدن ، اصطلاحاً جمع شدگی است. این به طور عمده به مدت زمان قرار گرفتن در معرض عوامل مختلف بستگی دارد. اگر از این کشش جلوگیری شود، باعث ایجاد تنش در بتن شده و از این رو باعث ایجاد ترک می شود. تفاوت جمع شدگی با خزش در این موضوع است که جمع شدگی به موثر از نیروی خارجی نیست اما خزش به جمع شدگی بتن در اثر نیروی خارجی اطلاق می گردد.
7. نسبت مدولار
نسبت مدولار کوتاه مدت مدول الاستیسیته فولاد به مدول الاستیسیته بتن است و به عنوان مدول انعطاف پذیری بتن با توجه به زمان ، سن هنگام بارگیری و غیره تغییر می کند ، نسبت مدولار نیز به همین ترتیب تغییر می کند.
8. نسبت پواسون
نسبت پواسون بین 0.1 برای بتن با مقاومت بالا و 0.2 برای مخلوط ضعیف متفاوت است. به طور معمول برای طراحی مقاومت 0.15 و برای معیارهای قابل استفاده 0.2 است.
9. دوام بتن
دوام بتن توانایی مقاومت در برابر تجزیه و پوسیدگی آن است. یکی از اصلی ترین ویژگی های موثر بر دوام بتن نفوذپذیری آن در افزایش آب و سایر مواد بالقوه مضر است.