بتن چیست ؟

بدون شک هر جا که چشم کار می‌کند می‌توان بتن را دید! این ماده دست ساز بشر به طور گسترده در ساخت و ساز شهری استفاده می‌شود زیرا حاوی خصوصیاتی است که آن را برتر از هر متریال دیگر می‌ کند. اینکه در اصل بتن چه ماده‌ای است و چرا تا این اندازه مورد توجه اهالی ساخت و ساز قرار دارد، موضوعی است که ما در این مقاله به طور کامل دربارۀ آن صحبت می‌کنیم.

تاریخچه بتن

نوعی بتن در 7000 سال قبل از میلاد توسط رومیان ساخته می‌شد که هم اکنون می‌توان آن را در آثار به جای مانده از دوران مانند «معبد پانتئون» مشاهده کرد. برای مدتی پیشرفت چندانی در استفاده از بتن وجود نداشت تا اینکه قرن 18 مهندسان شروع به آزمایش ترکیبات جدید سیمان کردند.

معبد پانتئون

بتن مدرن با توسعه سیمان پرتلند در دهۀ 1820 آغاز شد و گام‌های قابل توجهی در توسعه آن از طریق معرفی فولاد به عوان عضو تقویت کننده در اواسط دهۀ 1800 و بتن پیش تنیده در اوایل دهۀ 1900 برداشته شد. در 75 سال گذشته شاهد گسترش طیف وسیعی از انواع سیمان، استفاده از مواد افزودنی برای اصلاح خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی بتن براساس تقاضای کاربران بوده‌ایم.

توسعه و استفاده از بتن مسلح در طول قرن 20 بسیار رواج پیدا کرد. با تغییر ترکیبات سیمان، انواع بتن نیز از مقاومت کم به مقاومت بسیار بالا، سبک به سنگین و سایر گسترش یافتند. از این رو، در عصر حاضر تقریباً برای همۀ کاربردهای سازه‌ای یک نوع بتن برای استفاده وجود دارد.

ترکیبات بتن

بتن ماده‌ای مصنوعی و کامپوزیت است که از ترکیب سه جزء اساسی به شرح زیر تشکیل شده است :

  • سیمان
  • سنگدانه‌ها (شن و ماسه)
  • آب

سنگدانه‌ها 60 تا 75 درصد از مخلوط را تشکیل می‌دهند، در حالی که بقیه ترکیب را سیمان و آب شامل می‌شوند. در این میان، ممکن است برای تغییر خصوصیات بتن از مواد افزودنی نیز در مخلوط استفاده شود. ذرات ریز ماسه در فضاهای خالی بین سنگدانه‌های درشت قرار می گیرند و ترکیب سیمان و آب به عنوان چسبی قوی (خمیر سیمانی) برای نگه داشتن آن‌ها عمل می‌کنند.


سنگدانه های بتن

آب هنگامی که با سیمان مخلوط می‌شود، فرآیند هیدراتاسیون (سخت شدن) را آغاز می‌کند و همچنین سنگدانه را به هم متصل می‌سازد. نسبت آب به سیمان مهمترین عامل در کیفیت بتن است زیرا مقدار زیاد آب در مخلوط باعث کاهش مقاومت فشاری می‌شود و کمبود آب باعث غیر قابل استفاده شدن بتن خواهد شد. نسبت آب به سیمان برای ساخت بتنی کامل، مستحکم و قابل اجرا ضروری است.

مشخصات بتن

خصوصیات بتن توسط مواد تشکل دهنده آن تعیین می‌شود. نسبت آب به سیمان عامل تعیین کننده‌ای در بتن معمولی با محتوای آب کمتر و در نتیجه محصولی قوی‌ تر است. با این حال، کاهش آب کارایی بتن را پایین می‌آورد. میزان کارایی را می‌توان با استفاده از آزمایش اسلامپ اندازه گیری کرد.

اندازه، شکل، بافت و نسبت سنگدانه نیز می‌تواند تاثیر مشابهی در طرح اختلاط بتن داشته باشد. در صورت نیاز می‌توان برای افزایش روانی مقدار سنگدانه‌‌ها درشت را در مخلوط کاهش داد. با این حال، سیمان یک فاکتور هزینه‌ای قابل توجه است و افزایش آن در مخلوط باعث بالا رفتن قیمت تمام شده می‌شود.

عیار بتن چیست ؟

عیار یعنی طبقه بندی بتن با توجه به مقاومت فشاری‌ بتن. برای ساخت بتن از سیمان، سنگدانه و آب استفاده می‌شود که با نسبت خاصی مخلوط می‌شود و در قالبی به اندازه 150 میلی متر قرار می‌گیرد. قالب بتنی به مدت 28 روز در حمام آب قرار داده می‌شود تا به مقاومت مورد نظر برسد. مقاومت فشاری 28 روزه که تحت آزمایش بارگزاری قرار می‌گیرد،  به عنوان عیار بتن شناخته می‌شود که برحسب نیوتن بر متر مربع اندازه گیری می‌شود.

عیار بتن با توجه به مقاومت فشاری آن با M10 ،M20 ، M30 و غیره نشان داده می‌شود. «M» از حرف اول کلمه Mixer گرفته شده است و شماره بعد از M مقاومت فشاری بتن پس از 28 روز را نشان می‌دهد. بتن M10 به این معناست که بتن دارای مقاومت فشاری 10 نیوتن بر متر مربع برحسب مقاومت مشخصه 28 روزه است.

در استاندارد اروپایی عیار با حرف «C» و به صورت C10 ، C15، C20 ، C25 و غیره نشان داده می‌شود. حرف C به معنای کلاسی از مقاومت بتن است و عدد بعد از آن نشان دهنده مقاومت فشاری 28 روزه برحسب نیوتن بر متر مربع و با تست فشاری بر روی قالب استوانه‌‎ای با ارتفاع  30 سانتی متر است.

دوام بتن

خوردگی فلزات، چرخه یخ زدگی و ذوب شدن، حملات شیمیایی و واکنش مواد قلیایی از جمله علل خرابی بتن هستند. معمولاً این عقیده که بتن نفوذ ناپذیر است، امری اشتباه است! اما در واقعیت، مایعات هنوز هم می‌تواند از آن عبور کند. اگر طرح اختلاط خوب باشد، عبور آب غیر ممکن بوده ولی عبور بخار آب امکان پذیر است.

کلید جلوگیری از خراب شدن بتن، نفوذپذیری کمتر آن است. این امر می‌تواند با کاهش نسبت آب به سیمان، درجه بندی و چگالی یکدست سنگدانه و استفاده از مواد افزودنی (فوق روان کننده) و بازدارنده بخار حاصل شود. با کاهش نفوذپذیری و کم شدن هوای داخل بتن، دوام آن افزایش می‌یابد. همچنین، ترک‌های روی دال به دلیل جمع شدگی (شرینکیج) رخ می‌دهند.

مزایای بتن

  • مواد تشکیل دهنده آن در اکثر مناطق دنیا به راحتی در دسترس هستند.
  • برخلاف سنگ‌های طبیعی، این ماده مصنوعی عاری از نقص است.
  • می‌توان آن را با صرفه اقتصادی به مقاومت مطلوبی تبدیل کرد.
  • دوامش بسیار زیاد است.
  • می‌توان آن را به هر شکل دلخواهی در قالب ریخت.
  • بتن ریزی می‌تواند در محل سایت انجام شود که این باعث صرفه اقتصادی خواهد شد.
  • هزینه نگهداری آن تقریباً ناچیز است.
  • خراب شدنش با افزایش گذر زمان قابل توجه نیست.
  • بدر برابر آتش سوزی مقاوم است.
  • می‌تواند در برابر دماهای بالا مقاومت کند.
  • در برابر باد و آب مقاوم است.
  • یک ماده عایق صدا است.

معایب بتن

  • در مقایسه با سایر مواد اتصال دهنده، مقاومت کششی بتن نسبتاً کم است (این مشکل با فولاد تقویتی حل می‌شود).
  • شکل پذیری کمتری دارد.
  • وزنش در مقایسه با مقاومتش زیاد است.
  • ممکن است حاوی نمک‌های محلولی باشد.
  • بارهای ثابت در سازه‌ها خزش ایجاد می‌کنند.
  • طرح اختلاط نیاز به دقت و تخصص مهندسی دارد.
  • مستعد ترک خوردگی است.

کاربردهای بتن

بتن یکی از با دوام‌ترین مصالح موجود در ساخت و ساز است که در برابر پوسیدگی، حریق و زنگ زدگی مقاومت می‌کند که فونداسیونی پایدار و ایمن برای ساختمان‌های بلند مرتبه فراهم می‌کند. طول عمر آن دو برابر سایر مصالح ساختمانی از جمله چوب است. به دلیل دوام، از آن برای ساخت جاده و خیابان استفاده می‌شود. با کاهش هزینه‌های نگهداری، به صرفه جویی در آسفالت و کمک به محیط زیست کمک می‌کند.

بتن یک ماده ساختمانی پایدار است و نیاز به نگهداری کمی دارد. به همین دلیل، در ساختمان‌‌های مسکونی، اداری و تجاری کاربرد دارد و همچنین با ویژگی‌هایی که دارد، هزینه‌های ساخت و بهره برداری را کاهش می‌دهد. برای ساختمان‌های مسکونی، مقاومت در برابر آتش باعث می‌شود که حوادث کمتری در صورت بروز بلایای طبیعی رخ دهد.

دیگر کاربردها آن به شرح زیر است :

  • آب گذرها و فاضلاب‌ها
  • پل‌های بتنی
  • سدهای بتنی
  • ساخت و سازهای دریایی
  • تونل‌های زیرزمینی
  • سنگ فرش‌های بتنی
  • استفاده از بتن به عنوان خاکریز
  • جاده سازی و راهسازی

عمل آوری بتن

عمل آوری بتن

پس از بتن ریزی، عمل آوری بتن انجام می‌شود. عمل آوری فرآیند مراقبت و نگهداری از بتن ریخته شده با حفظ سطح رطوبت و دما است. هرچه زمان عمل آوری یا هیدراتاسیون بیشتر باشد، بتن قوی ‌تر می‌شود.

این مهم بستگی به برنامه ریزی زمانی بین 3 تا 14 روز بسته به شرایط آب و هوایی دارد. مثلاً در آب و هوای سرد بهتر است زمان عمل آوری با دلیل رطوبت بالا کاهش یابد. اما بلعکس در تابستان باید از بتن با پاشش مداوم آب و دورپیچ کردن اعضای سازه‌ای (مانند ستون ‌ها) با استفاده از گونی، مراقبت کرد.

عمل آوری به شناخت نحوه گیرش و روند کسب مقاومت بتن بستگی دارد. این روند عبارتند از:

  • 48 ساعت اول: قالب‌‌ها را بر ندارید.
  • بعد از 48 ساعت: بتن به اندازه کافی محکم است که می‌توان بدون آسیب دیدگی روی آن راه رفت.
  • بعد از 7 روز: بتن به اندازه کافی محکم است که می‌تواند برای بارگیری آماده شود.
  • بعد از 28 روز: بتن به حداکثر مقاومت فشاری خود می‌رسد.

حداقل زمان برای عمل آوری، 7 روز است. در این مدت دمای مناسب و رطوبت باید حداقل 80 درصد باشد.

انواع بتن

بتن به انواع زیر تقسیم می‌شود :

  • بتن معمولی
  • بتن سبک
  • بتن پلیمری
  • بتن مسلح
  • بتن پیش تنیده
  • بتن پیش ساخته
  • بتن شیشه‌ای
  • بتن خودمتراکم کننده
  • بتن الیافی
  • بتن هوشمند
  • بتن اسفنجی

استحکام

مقاومت بتن تحت تأثیر کیفیت سیمان و توزیع سنگدانه‌های استفاده شده و مقدار آب در مخلوط است. روش‌های عمل آوری نیز در استحکام نقش اساسی دارند. سیمان پرتلند، مخلوطی از کربنات‌های آهک (سنگ آهک، گچ یا مارن) و خاک رس است که بسته به نوع کاربرد در چندین نوع اعم از تیپ یک، تیپ دو، تیپ سه و غیره موجود است.

سنگدانه‌ها شن و ماسه هستند که با دانه بندی مشخصی تعیین می‌شوند. سنگدانه شن برحسب اندازه، تیز یا گرد گوشه بودن، زبری، بافت و موارد دیگر تشخیص داده می‌شوند. سنگدانه تیز گوشه اغلب در مقاومت فشاری تاثیر بالایی دارد. نسبت آب به سیمان کمتر باعث افزایش مقاومت می‌شود اما باید موضوع کارایی و روان بودن نیز در نظر گرفته شود.

کارایی

کارایی بتن به طور کلی با آزمایش اسلامپ مشخص شده که از قالب مخروطی با ارتفاع 30 سانتی استفاده می‌شود. اسلامپ فاصله بتن را از ارتفاع اصلی خود اندازه گیری می‌کند. برای مثال، بتن تا لبه قالب پُر می‌شود و سپس با برداشتن قالب، بتن کاهش ارتفاع پیدا می‌کند. تفاوت بین ارتفاع اصلی و مقدار کاهش ارتفاع را اسلامپ می‌گویند.

هر چه مقدار اسلامپ بیشتر باشد، بتن روان‌تر است اما مقاومت کمی دارد. اسلامپ براساس نوع کاربرد، شرایط آب و هوایی و به طور کلی بر حسب قوانین مدرج در مقررات ملی ساختمان تعیین می‌شود؛ اما ضروری است بین مقاومت مورد نظر و مقدار روانی بتن، یک رابطه مناسب ایجاد کرد.

ویبره زدن بتن

بتن در قالب‌های فلزی و چوبی و با استفاده از پمپ یا به صورت دستی در محل ریخته می‌شود. پس از ورود به قالب، با استفاده از دستگاه ویبراتور برقی یا بنزینی، ویبره می‌شود تا حباب‌های هوا از داخل مخلوط خارج شوند.

ویبره زدن باید خیلی سریع انجام شود تا سنگدانه‌های درشت به انتهای قالب سقوط نکنند. هر چه نسبت آب به سیمان بیشتر باشد، احتمال وجود حباب‌ها و سقوط سنگدانه‌ها بیشتر است. به همین منظور، مخلوط با نسبت آب به سیمان کم برای ویبره زدن مناسب‌تر است.

افزودنی‌ های بتن

مواد افزودنی به منظور بهبود خواص خاص بتن به مخلوط سیمانی اضافه می‌شوند. مهمترین آنها عوامل جذب کننده هوا هستند که حباب‌های کوچکی را در مخلوط تولید می‌کنند و توانایی بتن را برای مقاومت در برابر چرخه‌های یخ زدگی و ذوب و عوامل رطوبت دهی بهبود می‌بخشند.

شتاب دهنده‌هایی مانند کلرید کلسیم به سرعت گیرش می‌افزایند که برای هوای سرد مناسب هستند. کندکننده‌ها نتیجه عکس دارند و در هوای گرم به کار گرفته می‌شوند. سایر مواد افزودنی شامل مواردی هستند که باعث کاهش انقباض (شرینکیج) و آب انداختگی بتن می‌شوند. بعضی اوقات پلیمرها به مخلوط سیمان پرتلند اضافه می‌شوند تا بتن‌هایی تولید شده دارای چسبدنگی بالا و نفوذ پذیری کم باشند.

قیمت بتن

به طور کلی هزینه هر متر مکعب بتن تابع عوامل زیر است:

  • قیمت مواد اولیه
  • عیار بتن (افزایش سیمان هزینه را افزایش می‌دهد)
  • میزان سفارش
  • مسافت کارخانه بتن تا محل پروژه (بیشتر بودن فاصله به معنای افزایش قیمت بتن است)
  • افزودنی‌های مورد استفاده
  • نوع بتن انتخابی

جمع بندی نهایی :

بتن یک ماده ساختمانی است که از سیمان، آب و سنگدانه های ریز و درشت ساخته می‌شود.  مواد تشکیل دهنده این ماده مصنوعی در همۀ جای دنیا پیدا می‌شود و هر فردی با کمی مهارت فنی می‌تواند آن را برای استفاده‌های روزمره بسازد! اما برای ساخت یک بنای چند طبقه، شما حتماً باید یک مهندس با تجربه باشید که تخصص ویژه در بتن دارد.

منابع :

procrewschedule.com

theconcretenetwork.co.uk

basiccivilengineering.com