خصوصیات بتن در ساختمان
خصوصیات بتن در ساختمان
خصوصیات بتن در ساختمان تحت تأثیر عوامل بسیاری است که عمدتاً به دلیل نسبت طرح اختلاط سیمان، ماسه، سنگدانه‌ها و آب است. نسبت این مواد، خواص مختلف بتن را کنترل می‌کنند. هر بتن بسته به نوع طرح اختلاط، حاوی ویژگی‌های مهمی است که در مقاومت، جریان پذیری، دوام، کارایی و سایر عناصر تاثیر مستقیم دارد. هدف نهایی از بررسی خصوصیات بتن این است که بتوان ساختمانی را احداث کرد که نیازهای ساکنان و شرایط محیطی را برآورده کند. در ادامه به خصوصیات بتن در ساختمان اشاره می‌کنیم.
خواص بتن در ساختمان
برای یک نوع سازه خاص، مشخصه‌های خاصی از بتن ممکن است مهمتر از سایرین باشند. به عنوان مثال، بتن برای یک ساختمان چند طبقه یا پل باید مقاومت فشاری بالایی داشته باشد، در حالی که بتن برای یک سد باید بادوام‌تر و ضد آب باشد. خواص بتن در ساختمان به شرح زیر است:
1. مقاومت فشاری بتن
مقاومت فشاری را باید مهمترین خاصیت بتن در نظ گرفت. معمولاً مقاومت فشاری یک نمونه در آزمایش فشار در آزمایشگاه تعیین می‌شود، اما گاهی اوقات ظرفیت خمشی یا کششی نیز مهم است که می‌تواند از طریق تست‌های آزمایشگاهی نیز تعیین گردد. از آنجایی که بتن معمولاً در یک دوره طولانی استحکام می‌یابد (90 روز)، معمولاً از مقاومت فشاری در 28 روز به عنوان معیاری برای این ویژگی استفاده می‌شود. مقاومت بتن عمدتاً تحت تأثیر نسبت آب به سیمان، نوع سنگدانه‌ها و سایر موارد است.
مقاومت بتن ممکن است توسط شرایط تخت تاثیر قرار گیرد:
- کاهش نسبت آب سیمان
- استفاده از سنگدانه‌های با مقاومت بالاتر
- استفاده از همه اندازه‌های سنگدانه‌ها (فضای کمی در بتن ایجاد می‌کند)
- عمل آوری بتن بعد از بتن ریزی
- افزودن یک ماده پوزولانی مانند خاکستر بادی
- تراکم موثر بتن
- مکش آب اضافی با خلاء از بتن
2. مقاومت کششی بتن
مقاومت کششی بتن، یکی از ویژگی‌های اساسی و مهم آن است که بر میزان و اندازه ترک خوردگی سازه تأثیر بسزایی دارد. هنگامی که نیروهای کششی از مقاومت کششی آنها بیشتر شود، بتن دچار ترک می‌شود. بنابراین، تعیین مقاومت کششی بتن و تعیین باری که ممکن است اعضای بتنی در آن ممکن است ترک بخورند، ضروری است. برای تعیین استحکام کششی، آزمایش مقاومت کششی بر روی استوانه بتنی یک روش بتن است.
برآورد مقاومت کششی خمشی یا مدول گسیختگی یا مقاومت ترک خوردگی بتن از مقاومت فشاری مکعبی با رابطه fcr = 0.7 fck N/mm2 به دست می‌آید. مقاومت کششی در بتن معمولی ضعیف است و بین 7 تا 10 درصد مقاومت فشاری متغیر است. برای رفع این مشکل باید از آرماتور در ناحیه کششی استفاده کرد. همچنین مقاومت خمشی در بتن معمولی تقریباً به طور کامل به مقاومت کششی بستگی دارد. این معیار مقاومت تیر یا دال بتنی غیر مسلح در برابر شکست در خمش را بازگو می‌کند.
3. خزش در بتن
خزش حرکت یا تغییر شکل دائمی یک ماده به منظور کاهش تنش‌های درون ماده است. بتنی که تحت نیروهای طولانی مدت قرار می‌گیرد مستعد خزش است. نیروهای کوتاه مدت (مانند باد یا زلزله) باعث خزش نمی‌شوند. خزش گاهی اوقات می‌تواند میزان ترک خوردگی را که در سازه یا عنصر بتنی ایجاد می‌شود کاهش دهد، اما باید کنترل شود.
مقدار آرماتورهای اولیه و ثانویه در سازه‌های بتنی به کاهش میزان انقباض، خزش و ترک کمک می کند. همچنین، خزش در بتن به عنوان تغییر شکل پلاستیک تحت بار پایدار تعریف می‌شود. کرنش خزشی در درجه اول به مدت بارگذاری پایدار بستگی دارد. مقدار ضریب خزش نهایی در 28 روز بارگیری 1.6 در نظر گرفته می‌شود. تحت بار پایداری، خزش به عنوان تغییر شکل بلند مدت تعریف می‌شود.
4. شرینکیج بتن
خاصیت کاهش حجم در طی فرآیند خشک شدن و سخت شدن را شرینکیج می‌گویند. این موضوع عمدتاً به مدت زمان قرار گرفتن در معرض این فرآیندها بستگی دارد. ترک‌های انقباضی زمانی رخ می‌دهند که اعضای بتنی در اثر خشک شدن، انقباض خودزا یا اثرات حرارتی تحت تغییرات حجمی محدود (انقباض) قرار می‌گیرند.
مهار یا به صورت خارجی (یعنی تکیه گاه‌ها، دیوارها و سایر شرایط مرزی) یا به صورت داخلی (انقباض دیفرانسیل خشک کردن) ارائه می‌شود. هنگامی که مقاومت کششی بتن بیش از حد شود، یک ترک ایجاد می‌شود. تعداد و عرض ترک‌های انقباضی که ایجاد می‌شوند تحت تأثیر میزان انقباض رخ داده، مقدار مهار موجود و مقدار و فاصله آرماتور ارائه شده است. اینها نشانه‌های جزئی هستند و هیچ تاثیر ساختاری واقعی روی عضو بتنی ندارند.
ترک‌های انقباض پلاستیک بلافاصله آشکار می‌شوند، در عرض صفر تا 2 روز پس از بتن ریزی قابل مشاهده هستند، در حالی که ترک‌های خشک شدن-انقباض در طول زمان ایجاد می‌شوند. انقباض خودزا نیز زمانی رخ می‌دهد که بتن کاملاً جوان باشد و در نتیجه کاهش حجم ناشی از واکنش شیمیایی سیمان پرتلند باشد.
4. نسبت مدولار
نسبت مدولار به مدول الاستیسیته فولاد به مدول الاستیسیته بتن است. مدول الاستیسیته بتن تابعی از مدول الاستیسیته سنگدانه‌ها و ماتریس سیمان و نسبت نسبی آنهاست. مدول الاستیسیته بتن در سطوح تنش کم نسبتاً ثابت است اما در سطوح تنش بالاتر با ایجاد ترک خوردگی زمینه شروع به کاهش می کند. مدول الاستیک خمیر سخت شده ممکن است در حد 10 تا 30 گیگا پاسکال باشد و در حدود 45 تا 85 گیگا پاسکال جمع شود. سپس کامپوزیت بتن در محدوده 30 تا 50 گیگا پاسکال است.
مؤسسه بتن آمریکا اجازه می‌دهد مدول الاستیسیته با استفاده از معادله زیر محاسبه شود:
fc=مقاومت فشاری بتن در 28 روز
5- نسبت پواسون
نسبت پواسون بتن عبارت است از نسبت کرنش عرضی به کرنش طولی در نمونه بتن تحت بارهای محوری. کرنش طولی و کرنش عمودی به دلیل کاهش حجم بتن تحت بار فشاری ایجاد می‌شوند. کاهش حجم نمونه بتن نتیجه خرد شدن سنگدانه‌های کوچک در اثر بارهای وارده است.
نسبت پواسون بتن برای تعیین تنش و خواص انحراف سازه‌هایی مانند تیرها، دال‌ها و پوسته‌ها ثابت است. نسبت پواسون بین 0.1 برای بتن با مقاومت بالا و 0.2 برای مخلوط‌های ضعیف متغیر است. معمولاً برای طراحی استحکام 0.15 و برای معیارهای قابلیت سرویس 0.2 در نظر گرفته می‌شود.
مقدار نسبت پواسون بتن ممکن است بر اساس نوع نمونه (خشک، مرطوب یا اشباع) و شرایط بارگذاری متفاوت باشد. در مقایسه، نسبت پواسون از بتن تحت بارهای استاتیکی کمتر از بتنی است که بارهای دینامیکی بر روی آن اعمال می شود. نسبت پواسون را می‌توان به صورت دینامیکی از روی سرعت پالس اولتراسونیک و فرکانس تشدید اساسی ارتعاش طولی تیر بتنی تعیین کرد.
6. دوام بتن
دوام بتن توانایی آن در مقاومت در برابر متلاشی شدن و پوسیدگی است. یکی از ویژگی‌های اصلی موثر بر دوام بتن، نفوذپذیری آن در برابر افزایش آب و سایر مواد بالقوه مضر است. نفوذپذیری کم مورد نظر در بتن با داشتن سیمان کافی، نسبت آب به سیمان کافی کم، با اطمینان از تراکم کامل بتن و با عمل آوری کافی به دست می‌آید. اگر سازه ساخته شده باشد، باید حداقل عمر طراحی را دوام بیاورند. با این حال، عدم توجه به جنبه دوام سازه منجر به مشکلات مربوط به سرویس دهی اولیه می‌شود.
بتن باید قادر به مقاومت در برابر اثرات هوازدگی، اثرات شیمیایی باشد و باید بتواند در برابر بارهایی که در طول عمر کار به آن وارد می‌شود، مقاومت کند. بسیاری از آسیب‌های آب و هوایی متحمل شده توسط بتن از طریق چرخه‌های انجماد و ذوب ناشی می‌شوند. مقاومت بتن در برابر چنین آسیب‌هایی را می‌توان با افزایش آب بندی بهبود بخشید. دوام بتن به پارامترهای زیادی بستگی دارد. برخی از آنها را می‌توان به شرح زیر فهرست کرد:
- شرایط محیطی
- عیار بتن
- نسبت آب سیمان
- ماهیت سازه
- عمل آوری بتن
7. کارپذیری بتن
کارپذیری سهولت استفاده از بتن جهت بتن ریزی و ریختن در قالب است. این یک ویژگی مهم برای بسیاری از کاربردهای بتن است. یکی از مشخصه‌های کارپذیری قوام یا سیالیت است که می‌توان با استفاده از آزمون اسلامپ اندازه گیری کرد .(ASTM C143) در آزمایش اسلامپ، یک نمونه از مخلوط بتن در قالبی به شکل شکسته یک مخروط به ارتفاع 30 سانتی‌متر قرار داده می‌شود. هنگامی که قالب بلند می‌شود، تغییر ارتفاع نمونه اندازه گیری می‌شود. این تغییر در ارتفاع به عنوان مقدار کاهش در نظر گرفته می‌شود.
8. قابلیت آب بندی
این یکی از ویژگی‌های مهم بتن است که می‌توان آن را با کاهش مقدار آب در مخلوط بهبود بخشید. آب اضافی پس از تبخیر، حفره‌هایی را به جا می‌گذارد و در صورت به هم پیوستگی، آب می‌تواند به بتن نفوذ کند یا از آن عبور نماید. عمل آوری کامل طولانی مدت و همچنین هوای حباب شده (حباب‌های دقیقه) معمولا آب بندی را افزایش می‌دهند. سفتی آب را می‌توان با بهبود تراکم موثر بتن، کنترل دانه بندی سنگدانه‌ها، استفاده از مواد شیمیایی ساختمانی و غیره افزایش داد.
9. آب انداختگی بتن
آب انداختگی در بتن پدیده رایجی نیست! هنگامی که آب آزاد اضافی در بتن وجود داشته باشد، آب به سطح بتن می‌آیند. بنابراین طراح باید از این نوع رفتارهای مادی آگاه باشد. علاوه بر این، تجمع آب بیشتر روی سطح بتن می‌تواند مشکلاتی را ایجاد کند. اگر این آب در زیر سنگدانه‌های جمع شود، استحکام بتن را کاهش می‌دهد.
بزرگ‌ترین عامل در آب انداختگی آب نسبت آب به سیمان است. افزایش نسبت می تواند منجر به آب انداختگی شدید شود. نوع سیمان و سنگدانه های ریز می‌توانند نقش مهمی در تعیین میزان آب انداختگی داشته باشند. هرچه ریزه کاری‌های کمتری در ترکیب خود داشته باشید، آب انداختگی بیشتری اتفاق میفتد.
10.مقاومت بتن در برابر آتش
بتن یک مقاومت خوب در برابر آتش است. اما فراتر از یک سطح مشخص، قدرت خود را از دست می‌دهد. علاوه بر این، بتن در امتداد ما نمی‌توانیم ظرفیت ساختاری یک عنصر را پیش بینی کنیم. رفتار تقویت کننده‌ها نیز باید در این مورد در نظر گرفته شود. بسته به تعداد ساعات در نظر گرفته شده برای طراحی آتش، پوشش را به آرماتور افزایش می‌دهیم. درجه آتش سوزی سازه توسط طراح تعیین می‌شود. تخلیه و ایمنی سازه (حفاظت سازه) در طراحی لحاظ شده است. ظرفیت مقاومت بالاتر بتن در برابر آتش یکی از خواص بسیار مفید بتن است.
کلام آخر
بتن دارای مقاومت فشاری نسبتاً بالایی است (در هنگام فشرده شدن در برابر شکستن مقاومت می کند)، اما مقاومت کششی به میزان قابل توجهی کمتر است (در صورت شکسته شدن آسیب پذیر است).مقاومت فشاری بتن معمولاً با نسبت آب به سیمان هنگام شکل دهی بتن کنترل می‌شود و مقاومت کششی معمولاً با فولاد، برای ایجاد بتن مسلح افزایش می‌یابد. خصوصیات بتن در ساختمان را در بالا شرح دادیم، اکنون می‌توانید بتن مورد نظر خود را سفارش دهید.
منابع:
https://www.civilengineerspk.com//