بتن چیست ؟

در پاسخ به این سوال که بتن چیست بهترین پاسخ این است که بتن یک ماده ترکیبی ساخته شده از سنگدانه‌های کوچک و بزرگ است که با یک چسب سیمانی به هم اتصال داده شده و با گذر زمان سفت می‌شود. ماده‌ی پایه در بیشتر بتن‌ها، آهک است؛ مانند بتن‌های ساخته شده با سیمان پرتلند یا سایر سیمان‌های هیدرولیک مانند سیمان‌های کلسیوم آلومینات. البته بتن آسفالتی، که معمولا برای سطح جاده مورد استفاده قرار می‌گیرد نیز نوعی سیمان است که جنس سیمان آن از بیتومن می‌باشد. همچنین در مواردی نیز در تولید برخی بتن‌های پلیمری، سیمان مورد استفاده نوعی پلیمر است.

زمانی که سنگدانه با سیمان پرتلند خشک و آب مخلوط می‌شود، ترکیب حاصله دوغابی ایجاد می‌کند که به راحتی می‌توان از آن استفاده کرد و یا آن را درون قالب ریخت. سیمان با آب و سایر اجزا واکنش شیمیایی داده و ماده‌ی سفتی ایجاد می‌کند که مواد را کنار هم مانند یک سنگ با دوام و پرکاربرد نگه می‌دارد. اغلب، افزودنی‌هایی (مانند پوزولان‌ها یا فوق روان کننده‌ها) به ترکیب اضافه می‌شوند تا خواص فیزیکی ترکیب را بهبود بخشند. در بیشتر موارد بتن ریزی با مواد تسلیح کننده (مانند میلگرد) صورت می‌گیرد تا مقاومت کششی نیز داشته باشد. در ادامه با خانه بتن همراه باشید.

تاریخچه بتن:

تاریخچه بتن بسیار قدیمی است. اولین استفاده کنندگان در مقیاس عظیم، رومیان باستان بودند و در امپراتوری روم بتن به صورت گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گرفت. سازه‌ی کولوسئوم واقع در رم بیشتر با بتن ساخته شد و گنبد پانتئون بزرگترین گنبد بتن غیر مسلح در جهان است. امروزه سازه‌های بزرگ (مثل سدها و پارکینگ‌های چند طبقه، با بتن مسلح ساخته می‌شوند.

پس از فروپاشی روم باستان استفاده از بتن نیز به ندرت صورت می‌پذیرفت تا زمانی که در قرن ۱۸ این تکنولوژی مجدد به کار گرفته شد. امروزه بتن پرکاربردترین ماده‌ی مصرفی ساخت بشر در جهان است. (بر اساس تناژ)

مواد تشکیل‌دهنده بتن:

مواد تشکیل دهنده بتن بستگی به نوع آن دارد. بتن دارای انواع مختلفی می‌باشد که تفاوت آن‌ها در مواد اصلی به کار رفته در ساخت آن‌ها است. مواد اصلی که در ساخت و تهیه مورد استفاده قرار می‌گیرند در ادامه شرح داده شده‌اند. با توجه به نوع کاربرد و خواص مورد انتظار مانند مقاومت، چگالی و همین‌طور مقاومت‌های شیمیایی و گرمایی می‌توان بتن مورد نظر و مواد تشکیل‌دهنده‌ی آن را انتخاب نمود.

سنگدانه:

شامل قطعات بزرگ در ترکیب، معمولا شن درشت یا سنگ خرد شده مانند سنگ آهک یا گرانیت همراه با مواد ریزتر از قبیل ماسه.

سنگدانه‌های ریز و درشت، بزرگترین قسمت ترکیب را تشکیل می‌دهند. معمولا ماسه، شن طبیعی و سنگ خرد شده بدین منظور به کار برده می‌شوند. سنگدانه‌های بازیافتی (از ساخت و ساز، تخریب، و زباله‌های حفاری) به عنوان جایگزینی برای سنگدانه‌های طبیعی بیش از پیش مورد استفاده قرار می‌گیرند.

توزیع اندازه‌ی سنگدانه‌ها مشخص کننده‌ی میزان ملات مورد نیاز است. اگر اندازه‌ی سنگدانه‌ها یکنواخت باشد، بیشترین فضای بین اجزا را دارند که با اضافه کردن سنگدانه‌های ریزتر این فضاها پر خواهند شد. ملات باید فضای بین سنگدانه‌ها را پر کند، سطح سنگدانه‌ها را به هم بچسباند و در عین حال گران قیمت‌ترین عضو ترکیب نیز هست. بنابراین استفاده از سنگدانه‌های با سایزهای مختلف باعث کاهش قیمت می‌شود. تقریبا همیشه سنگدانه‌ها از مقاومت بالاتری نسبت به ملات برخوردارند، بنابراین بر مقاومت نیز تاثیر منفی نخواهد داشت.

سنگ‌های زینتی مانند کوارتزیت، سنگ‌های کوچک رودخانه و یا شیشه‌ی خرد شده گاهی اوقات به سطح بتن افزوده می‌شوند تا لایه‌ی بیرونی حالت تزئینی‌تری داشته باشد.

معمولا سیمان پرتلند برای ساخت بتن کاربرد دارد. مواد دیگری نیز می‌توانند به عنوان سیمان استفاده شوند. یکی از پرکاربردترین این سیمان‌های جایگزین، در بتن آسفالتی کاربرد دارد. مواد سیمانی دیگر مانند خاکستر بادی و یا سیمان سرباره نیز گاهی اوقات به عنوان افزودنی‌های معدنی مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ که این استفاده می‌تواند از طریق پیش ترکیب با سیمان و یا استفاده مستقیم در بتن باشد.

سیمان پرتلند رایج‌ترین نوع سیمان برای کاربردهای معمول است. این ماده، عضو پایه‌ای بتن، ملات و خیلی از پلاسترها است. از بین تمامی اجزای تشکیل‌دهنده‌، تولید سیمان نسبت به بقیه موارد نیاز به انرژی بیشتری دارد.

برای تولید بتن از خیلی از سیمان‌ها (به غیر از آسفالت)، از آب استفاده می‌شود که دوغابی تولید می‌کند که قابلیت شکل دهی دارد. بتن از طریق یک فرآیند شیمیایی به نام هیدراته شدن، سفت می‌شود که در آن آب با سیمان وارد واکنش شده و بقیه اجزا را به هم می‌چسباند و ماده‌ای قدرتمندتر و مانند سنگ ایجاد می‌کند.

چسب سیمانی باعث چسبیدن سنگدانه‌ها به یکدیگر شده، حفرات هوای داخلی را پر می‌کند و باعث می‌شود آسان‌تر جریان یابد. نسبت پایین‌تر آب به سیمان، بتن با مقاومت بالاتر و پایدارتری تولید می‌کند ولی آب بیشتر باعث می‌شود بتن به راحتی جریان پیدا کند و اسلامپ بالاتری داشته باشد. استفاده از آب ناخالص برای ساخت بتن، می‌تواند باعث ایجاد مشکل در هنگام تولید و ایجاد اشکال در سازه گردد.

افزودنی های بتن:

افزدونی های بتن شامل افزودنی های شیمیایی و افزودنی های معدنی می گردد که ممکن است با توجه به خواص مورد انتظار به کار برده شوند. متخصصان خانه بتن با بهره گیری از دانش و تجربه خود امکان ارائه مشاوره و خدمات به شما در زمینه انواع افزودنی های بتن را دارند.

افزودنی‌های شیمیایی:

اگر چه افزودنی‌های شیمیایی جز اجزای اصلی ترکیب نیست و می‌توان از آن‌ها استفاده نکرد؛ برای بخشیدن برخی خواص مختلف از آن‌ها استفاده می‌شود. این افزودنی‌ها می‌توانند سرعت گیرش را افزایش یا کاهش دهند و یا خواص مفید دیگری ایجاد کنند از جمله: افزایش مقاومت کششی، افزایش کارایی، ایجاد حباب هوا و مقاومت در برابر آب.

افزودنی‌های شیمیایی موادی به شکل پودر یا مایع هستند که جهت بخشیدن ویژگی‌های خاصی افزوده می‌شوند. در کاربردهای معمولی، غلظت افزدونی‌ها کمتر از ۵% حجم سیمان مورد استفاده بوده و در زمان اختلاط افزوده می‌شوند. نمونه‌های رایج افزودنی‌ها عبارتند از:

• زودگیرکننده‌ها: باعث افزایش سرعت هیدراته شدن می‌شوند. با توجه به ترکیبات موجود در آن‌ها و حضور کلر، استفاده از آن‌ها در برخی کشورها ممنوع است. زودگیرکننده‌ها خصوصا برای بهبود خواص در شرایط آب و هوایی سرد کاربرد دارند.
• دیرگیرکننده‌ها: سرعت هیدراتاسیون را کاهش می‌دهد و برای بتن‌ریزی‌های عظیم و دشوار که گیرش موضعی تا پایان بتن‌ریزی مد نظر نیست، کاربرد دارد. چند نمونه دیرگیر کننده در دسترس عبارتند از: شکر، ساکارز، سدیم گلوکونات، گلوکز، اسید سیتریک و تارتاریک اسید.
• هوازاها: ایجاد حباب‌های هوای ریز می‌کنند، که باعث کاهش آسیب در چرخه‌های یخ زدگی شده و پایداری را افزایش می‌دهد. اگرچه، هوای محبوس باعث کاهش مقاومت می‌شود و به ازای هر ۱% هوای موجود، مقاومت فشاری ۵% کاهش می‌یابد. اگر در نتیجه‌ی اختلاط، هوای زیادی محبوس گردد؛ می‌توان از افزودنی‌هایی برای آوردن این حباب‌ها به سطح استفاده نمود.
• روان‌کننده‌ها: باعث افزایش کارایی بتن تازه می‌شوند و به آن اجازه می‌دهند آسان‌تر و با تلاش کمتر در محل قرار بگیرد. از روان‌کننده‌ها می‌توان برای کاهش آب موجود در بتن همزمان با حفظ کارایی آن استفاده نمود. با استفاده از آن‌ها مقاومت و پایداری افزایش می‌یابد.
• رنگدانه: برای نماسازی و جهت تغییر رنگ می‌توان از آن‌ها استفاده نمود.
• ضد زنگ: برای کاهش زنگ زدگی فولاد و میلگردهای موجود در بتن به کار می‌روند.
• عامل اتصال: برای ایجاد اتصال بین بتن قدیمی و جدید، با تلورانس دمایی بالا و مقاومت در برابر زنگ زدگی از آن‌ها استفاده می‌شود.
• آسان کننده پمپاژ: باعث بهبود قابلیت پمپاژ، ضخیم شدن چسب، کاهش جداشدن ذرات در هنگام پاشش و کاهش آب انداختن می‌شوند.
• فوق روان کننده‌ها: نیز نوعی روان کننده هستند که خواص زیان آور کمتری دارند و در صورت استفاده می‌توانند باعث شوند که کارایی در مقایسه با حالتی که از روان کننده‌ها استفاده شده بیشتر شود.

افزودنی‌های معدنی:

افزودنی‌های معدنی در دهه‌های اخیر محبوبیت بیشتری پیدا کرده‌اند. استفاده از مواد بازیافتی به عنوان اجزای بتن به دلیل افزایش سختگیری‌های محیط زیستی و کشف این که چنین موادی دارای خواص ارزشمندی هستند؛ محبوبت یافته است. آشکارترین موارد، خاکستر بادی، یک محصول جانبی از نیروگاه‌های زغالی، سرباره آتشفشانی، محصول جانبی صنایع فولادی و فوم سیلیکا، محصول جانبی کوره‌های قوس الکتریکی هستند. استفاده از این مواد، نیاز به استفاده از منابع مورد نیاز را کاهش می‌دهد، زیرا افزودنی‌های معدنی به عنوان جایگزین سیمان عمل می‌کنند. این موضوع باعث کم شدن نیاز به تولید سیمان می‌شود که خود یک فرآیند نیاز مند انرژی زیاد و مشکل‌زا برای محیط زیست است؛ و در عین حال از حجم زباله‌های صنعتی نیز می‌کاهد. افزودنی‌های معدنی می‌توانند در زمان تولید سیمان با آن مخلوط شوند؛ یا همزمان با تولید همراه با اجزای دیگر به ترکیب اضافه گردند.

مواد غیرارگانیک دارای خاصیت پوزولانی یا خواص پنهانی هیدرولیکی، به صورت بسیار ریز به ترکیب اضافه می‌شوند تا خواص آن را بهبود بخشند و یا به عنوان جایگزین سیمان پرتلند عمل کنند. محصولاتی که ترکیبی از سنگ آهک، خاکستر بادی، سرباره‌ی آتشفشانی و مواد دیگر دارای خواص پوزولانی هستند، مورد استفاده و آزمایش قرار می‌گیرند. این کار به دلیل این است که صنعت سیمان یکی از بزرگترین (بین ۵ تا ۱۰%) انتشاردهندگان گازهای گلخانه‌ای است؛ به همین دلیل افزودنی‌های معدنی علاوه بر کاهش هزینه‌ها، بهبود خواص و بازیافت زباله‌ها به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز منجر خواهد شد.

• خاکستر بادی: یک محصول جانبی از نیروگاه‌های برقی استفاده کننده از زغال سنگ. از آن به عنوان جایگزینی برای سیمان پرتلند استفاده می‌شود. (تا میزان ۶۰%) خواص خاکستر بستگی به زغالی دارد که مورد استفاده قرار گرفته است. در مجموع خاکستر بادی سیلیسی پوزولانی است در حالی که خاکستر آکی خواص هیدرولیکی دارد.
• سرباره‌ی آتشفشانی: محصول جانبی تولید فولاد که به عنوان جایگزین سیمان پرتلند (تا ۸۰%) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محصول دارای خواص هیدرولیکی است.
• فوم سیلیکا: محصول جانبی تولید آلیاژهای سیلیکون و فروسیلیکون. فوم سیلیکا به خاکستر بادی شبیه است ولی ذرات آن ۱۰۰ برابر کوچکتر هستند. نتیجه‌ی آن بالاتر بودن سطح ویژه و بالاتر بودن واکنش پوزولانی است. فوم سیلیکا برای افزایش مقاومت و پایداری مورد استفاده قرار می‌گیرد ولی برای حفظ کارایی نیاز به فوق روان کننده‌ها دارد.
• متکائولین واکنش‌پذیر (HRM): متاکائولین باعث تولید بتنی با مقاومت و پایداری مشابه بتن تولید شده با فوم سیلیکا می‌شود. در حالی که فوم سیلیکا معمولا خاکستری تیره و یا مشکی است، این محصول معمولا رنگ روشنی دارد که آن را برای کاربردهای معماری که در آن ظاهر اهیمت دارد، مناسب می‌سازد.
• نانوفیبرهای کربنی: برای افزایش مقاومت فشاری و رسیدن به مدول یانگ بالاتر و همچنین بهبود خواص الکتریکی مورد نیاز برای مانیتور کرنش، ارزیابی آسیب و مانیتور سلامت بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند. فیبر کربنی مزیت‌های زیادی در زمینه‌ی خواص مکانیکی، الکتریکی و امکان مانیتورینگ به دلیل مقاومت کششی و رسانایی بالا دارند.
• محصولات کربنی جهت رسانا کردن بتن برای یخ زدایی در بتن مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

طرح اختلاط مورد استفاده، بستگی به نوع سازه‌ی مورد نظر دارد. چگونگی اختلاط، تحویل و همچنین اجرای آن نیز به سازه‌ی در حال ساخت وابسته است.

انواع بتن:

انواع بتن عبارتند از:

• معمولی
• سبک
• هوادار
• با مقاومت بالا
• با عملکرد بالا
• خود متراکم
• شاتکریت

و …

معمولی:

این نوع بتن با ترکیب اجزای اصلی بتن تولید می‌شود. مقاومت آن بین ۱۰ مگاپاسکال تا ۴۰ مگاپاسکال متغیر است. زمان گیرش اولیه آن بین ۳۰ تا ۹۰ دقیقه بر اساس خواص سیمان مورد استفاده و شرایط آب و هوایی است.

سبک:

وزن واحد حجم آن کم‌تر از بتن معمولی است. معمولا مقدار آن از ۲۴۰ kg/m³ تا ۱۸۵۰ kg/m³ می‌باشد. مقاومت آن نیز بین ۷ تا ۴۰ مگاپاسکال است.

بتن هوادار یک اختراع مهم در زمینه‌ی بتن است که با استفاده از افزودنی‌های حباب‌زا در بتن معمولی ایجاد می‌شود. مقاومت آن از بتن معمولی کم‌تر است.

با مقاومت بالا:

این نوع بتن با استفاده از سنگدانه‌های با کیفیت بالا، کاهش نسبت آب به سیمان و اضافه کردن افزودنی تولید می‌شود. مقاومت آن بالاتر از ۴۰ مگاپاسکال است.

با عملکرد بالا:

مقاومت این نوع خاص از بتن می‌تواند از ۷۰ تا ۱۰۰ مگاپاسکال باشد؛ که به معنی مقاومت فوق‌العاده بالای آن است. همچنین دوام آن نیز بسیار بالا است.

خود متراکم:

همان گونه که از نام آن مشخص است، این نوع بتن نیاز به ویبره ندارد و با وزن خود فشرده می‌شود. کارایی آن بسیار بالا است که مقدار آن بین ۶۵۰ تا ۷۵۰ میلی‌متر بر روی میز جریان است.

شاتکریت:

از جمله نوآوریها در صنعت بتن شاتکریت است که با استفاده از یک نازل بر روی یک سازه و یا قاب اجرا می‌شود. این فناوری از هوای فشرده برای پاشش استفاده می‌کند. در این نوع بتن به دلیل نیروی هوا، بتن‌ریزی و فشردگی همزمان انجام می‌گیرد.

بتن‌ها می‌توانند بر اساس فرآیند اختلاط، روش‌های کاربرد، ترکیبات به کار رفته در آن‌ها، عملکرد و … به انواع مختلفی تقسیم شوند. اما مواردی که در اینجا توضیح داده شد و چند نوع دیگر دارای خواص خاص نیستند. این موارد بتن‌های معمول هستند.

منبع:khanebeton.com