انواع بتن مسلح

بتن یکی از پیشروترین و گسترده‌ترین مصالح ساختمانی مدرن است. بتن از مقادیر مناسب سیمان، شن، ماسه، آب و مواد افزودنی در صورت نیاز ساخته می‌شود. این سنگ مصنوعی برای بسیاری از کاربردها از جمله ساختمان‌ها، جاده‌ها، پل‌ها، سدها، کانال‌ها، تونل‌ها و بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود. بتن بسیار بادوام، مقاوم در برابر باد و آب، غیر قابل احتراق، عایق صداست.

مقاومت فشاری بتن به قدری بالاست که در برابر بارهای فشاری استحکام بسیاری بالایی دارد. اما در مواردی که نیروهای کششی به بتن وارد شوند، به دلیل مقاومت کششی پایین بتن، خطر شکست وجود دارد. اینجاست که بتن مسلح وارد عمل می‌شود. در این بررسی به معرفی بتن مسلح و انواع این نوع بتن اشاره می‌پردازیم.

بتن مسلح چیست؟

بتن مسلح (Reinforced Concrete) که به بتن سیمانی مسلح نیز معروف است، نوع خاصی از بتن است که در آن فولاد به شکل میله، سیم، کابل یا مشبک تعبیه می‌شود تا مقاومت فشاری و کششی آن افزایش یابد. همچنین شکل پذیری بتن مسلح که در قرن نوزدهم اختراع شد، صنعت ساخت و ساز را با بهبود کیفیت و افزایش دوام ساخت و سازها متحول کرد. این دو ماده، یعنی بتن و فولاد، در مقاومت در برابر نیروهای خارجی مانند باد، ارتعاشات، زلزله و سایر عوامل تنش‌های کششی و برشی با هم عمل می‌کنند، بنابراین از ترک خوردن، خرد شدن یا شکستن بتن به طور کلی جلوگیری می‌کنند.

بسته به نوع آرماتور و نوع فولاد تقویت ‌کننده به کار رفته، بتن‌مسلح می‌تواند در فرآیندهای ساخت و ساز از دال‌ها، دیوارها، تیرها و ستون‌ها گرفته تا فونداسیون و سازه‌های قابی مورد استفاده قرار گیرد. تقویت به طور کلی در مناطقی پیش بینی می‌شود که در معرض کشش قرار دارند. با گذشت زمان، انواع دیگری از بتن مسلح طراحی شدند که شامل بتن الیافی و بتن پیش تنیده هستند.

تاریخچه بتن مسلح

تقویت کننده‌ها از دوران ما قبل تاریخ برای تقویت بتن استفاده می‌شدند. در دوران اولیه از تقویت کننده‌ها برای تولید خشت از کاه و ملات و برای تقویت آنها از موی اسب استفاده می‌کردند. با توسعه فناوری تقویت‌کننده‌ها، سیمان در اوایل قرن بیستم توسط الیاف آزبست تقویت شد. در اواسط قرن بیستم، تحقیقات گسترده‌ای برای استفاده از مواد کامپوزیت برای تقویت بتن در حال انجام بودند.

بعداً استفاده از آزبست برای تقویت بتن به دلیل تشخیص خطرات سلامتی منع شد. مواد جدیدی مانند فولاد، شیشه و الیاف مصنوعی برای تقویت بتن جایگزین آزبست شدند. تحقیقات هنوز در مورد این فناوری مهم در حال انجام هستند. بتن مسلح به عنوان یکی از بزرگترین پیشرفت‌ها در مهندسی ساخت و ساز در طول قرن بیستم در نظر گرفته می‌شود.

مزایای بتن مسلح

بتن مسلح، صرف نظر از فولاد، الیاف یا پیش تنیده بودن، مزایای مختلفی را در طول ساخت و ساز ارائه می‌دهد. در درجه اول، خود بتن دارای مقاومت فشاری بالایی است که همراه با مقاومت کششی مواد تقویت کننده، بتن را مقاوم‌تر و بادوام‌تر می‌کند. علاوه بر این، تقویت به سازه‌ها اجازه می‌دهد تا در برابر آتش و آب مقاوم باشند و خاصیت عایق صوتی عالی را ارائه می‌دهند.

یکی دیگر از دلایل محبوبیت بتن مسلح، در دسترس بودن آن در سراسر جهان، تولید و بهره برداری آسان و هزینه‌های ساخت و نگهداری پایین است. بتن مسلح امکان تطبیق پذیری در اشکالی که می‌توان در آن قالب گیری کرد و همچنین بخش‌های ساختاری متنوعی را که می‌توان از آن استفاده کرد، از فونداسیون گرفته تا دال بتنی را فراهم می‌کند. با امکان پیش ساخته یا بتن ریزی در محل (درجا)، بتن مسلح یک راه حل ایده آل برای انواع پروژه‌های مختلف ساختمانی است.

انواع بتن مسلح

در ادامه به انواع بتن مسلح اشاره می‌کنیم:

1- بتن مسلح فولادی

نوع اولیه بتن مسلح از میلگردهای تقویت کننده (آرماتور) برای افزایش مقاومت کششی و فشاری سازه استفاده می‌کند. علاوه بر این، آرماتورهای فولادی امکان انبساط و انقباض قابل توجهی را برای بتن در شرایط سرد و گرم فراهم می‌کنند. از انواع میلگردها می‌توان به به میلگردهای آج‌دار و معمولی اشاره کرد. آرماتورها همچنین بسته به اندازه و تحت محاسبات مهندسی در بتن در قالب میلگردهای طولی، عرض، خاموت و غیره به کار گرفته می‌شوند.

2- بتن مسلح الیافی

استفاده از الیاف به عنوان یک ماده تقویت کننده بتن به دوران ماقبل تاریخ باز می‌گردد. در آن زمان، سازندگان از نی یا موی اسب استفاده می‌کردند تا اینکه در قرن بیستم مواد فیبری مانند فولاد، شیشه و مواد مصنوعی اختراع شدند. بتن تقویت شده با الیاف حاوی الیاف کوچکی است که به طور یکنواخت در سراسر مواد توزیع شده است. آرماتور الیافی برای کنترل ترک‌ها و همچنین مقاومت در برابر ضربه و خوردگی بتن ایده آل است.

امروزه انواع مختلفی از بتن تقویت شده با الیاف وجود دارند که برخی از پرکاربردترین آنها عبارتند از:

بتن تقویت شده با الیاف شیشه  (GFRC)

بتن تقویت شده با الیاف شیشه از 25 سال گذشته برای تقویت بتن استفاده می‌شده‌اند. GFRC در پانل‌های بزرگ با پیکربندی ساده یا به اشکال پیچیده با استفاده از تکنیک‌های خاص تولید می‌شود. در ابتدا، اجزای GFRC با استفاده از ناودانی‌های فلزی به طور مستقیم به ساختمان‌ها متصل می‌شدند. مشخص شد که GFRC به طور قابل توجهی جابجا می‌شود که به دلیل آن لنگرهای مستقیم با لنگرهای لغزشی جایگزین می‌شوند. چندین سازه از GFRC برای روکش‌های متفاوت مانند کاشی‌های سرامیکی، آجری و اهداف معماری استفاده می‌کنند.

بتن تقویت شده با الیاف فولادی  (SFRC)

بتن مسلح با الیاف فولادی یک ماده کامپوزیتی است که می‌توان آن را روی سطح کار پاشید. این بتن از سیمان‌های هیدرولیک با الیاف فولادی تشکیل شده است که به طور تصادفی پراکنده شده و دارای سطح مقطع مستطیلی است. الیاف فولادی با مقاومت در برابر ترک‌های کششی بتن را تقویت می‌کنند. مقاومت خمشی بتن الیافی بیشتر از بتن غیر مسلح است. تقویت بتن توسط الیاف فولادی ماهیت ایزوتروپیک دارد که مقاومت در برابر شکستگی، متلاشی شدن و خستگی را بهبود می‌بخشد. بتن مسلح با الیاف فولادی قادر به تحمل بارهای سبک و سنگین است.

انواع دیگر الیاف مورد استفاده برای تقویت بتن

• بتن مسلح با الیاف طبیعی (NFRC): از الیاف سلولزی تشکیل شده است که از درختان کاج فرآوری می‌شوند. این دسته از الیاف نیز نتایج خوبی ایجاد می‌کنند. ضایعات فرش بازیافتی با موفقیت برای تقویت بتن استفاده می‌شوند.
• بتن تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن (PFR): پلی پروپیلن یک پلیمر ارزان و فراوان است که به دلیل مقاومت در برابر ایجاد واکنش‌های شیمیایی به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• الیاف آزبست: این الیاف ارزان است و مقاومت مکانیکی، شیمیایی و حرارتی را برای سیمان فراهم می‌کند، اگرچه به نظر می‌رسد بتن تقویت شده با الیاف آزبست مقاومت ضربه‌ای پایینی دارد. آزبست همچنین اثرات خطرناکی برای سلامتی دارد.
• الیاف کربن: این الیاف به دلیل مدول الاستیسیته بسیار بالا و استحکام خمشی اخیراً مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ویژگی‌هایی مانند استحکام و سفتی بهتر از الیاف فولادی است، اگرچه بیشتر در معرض آسیب هستند.

3- بتن پیش تنیده

بتن پیش تنیده یکی از پیشرفته‌ترین انواع بتن مسلح است. این بتن یک راه حل موثر در جلوگیری از ترک خوردگی بتن می‌باشد و شکنندگی آن را کاهش می‌دهد، بنابراین کیفیت فشاری بتن با مقاومت بالا را با مقاومت کششی فولاد ترکیب می‌کند. این نوع بتن مسلح در فرآیندی به نام پیش تنیدگی ساخته می‌شود که در آن فولاد با مقاومت بالا تا ۷۰ تا ۸۰ درصد نیروی نهایی خود کشیده می‌شود و بتن روی آن ریخته می‌شود و باقی می‌ماند تا سخت شود.

فولاد با استحکام بالا، مقاومت باربری تیرهای بتنی را افزایش می‌دهد و در قسمت پایین تیر که تحت بیشترین نیروهای کششی قرار می‌گیرد، اعمال می‌شود. بتن پیش تنیده مزایای بی‌شماری در طول ساخت دارد که شامل دستیابی به مقاومت فشاری بالای بتن، از بین بردن ترک‌های کششی گرفته، کاهش خوردگی و غیره است.

4- کامپوزیت سیمانی مهندسی شده (ECC)

اخیراً یک بتن مسلح با الیاف ساخته شده است که کامپوزیت سیمانی مهندسی شده (ECC) نامیده می‌شود. ادعا می‌شود که این بتن 40 درصد سبک‌تر از بتن معمولی است، مقاومت در برابر ترک بیش از 500 برابر و سخت شدن کرنش بیش از چند درصد کرنش است. بنابراین، شکل پذیری این بتن به طور قابل توجهی بیشتر از بتن معمولی است. همچنین به عنوان بتن خم شونده نیز شناخته می‌شود زیرا می‌توان آن را به راحتی قالب گیری و شکل داد. این بتن می‌تواند ترک‌های جزئی را با واکنش با دی اکسید کربن و آب باران ترمیم کند و بتن را قوی‌تر نماید.

کلام آخر

از پروژه‌های مهندسی عمران در مقیاس بزرگ و طرح‌های مبتنی بر سازه‌های دریایی تا کاربردهای خانگی، بتن مسلح در سراسر پروژه‌های مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجایی که این نوع بتن دوام، استحکام و مقاومت بالایی در برابر عناصر سازنده ایجاد می‌کند، طراحی سازه‌های مدرن بدون عناصر تقویتی در کشش امکان پذیر نخواهد بود. پس مهم است که عناصر تقویتی به درستی محاسبه و در پروژه اعمال شوند.

منابع:

https://www.timglobaleng.com//

https://www.brighthubengineering.com//