در دنیای ساختمانهای مدرن امروزی، کمتر کسی است که با انواع بتن آشنا نباشد. این ماده بهعنوان یکی از مهمترین مصالح در صنعت ساختوساز بهکار گرفته میشود. بتنها تنوع و انواع مختلفی دارند که هر کدام از آنها با توجه به شرایط و اهداف مورد نظر پروژه انتخاب میشوند. لذا شناخت کافی از نوع بتن و کارایی آنها میتواند در استحکام سازه نقش بهسزایی داشته باشند.
بتن یک ماده مختلط با خاصیت چسبندگی بالا است که پس از سخت شدن به مرور زمان، مقاومت آن افزایش مییابد. به همین سبب از این چسب سیمانی قوی در ساخت سازههای عمرانی همچون المانهای یک ساختمان، بدنه سدها، عرشه پل، تونل و … استفاده میشود.
اهمیت بتن
ما در واقع در عصر مشخصی زندگی می کنیم. این بسیار مهم شده است زیرا تقریباً در هر نوع ساخت و ساز مانند: (ساختمان ها، جاده ها و بزرگراه ها، تونل ها، سدهای ذخیره سازی و نیروگاه های تولید برق، فرودگاه ها و راکتورهای انرژی اتمی) استفاده می شود. در حمل و نقل در خیابان ها، بزرگراه ها، فرودگاه ها و … استفاده می شود. بتن همچنین ماده ای است که به طور گسترده برای ذخیره و حمل و نقل آب مانند پوشش کانال ها و مخازن آب استفاده می شود. علاوه بر مصارف اولیه فوق، از آن به عنوان ماده پوششی برای اهداف خاصی مانند عایق رطوبتی، ضد حریق، عایق صدا و محافظت در برابر تشعشعات در نیروگاه های اشعه ایکس و نیروگاه های اتمی استفاده می شود. خاصیت اساسی بتن این است که در مدت کوتاهی گیر می کند و به یک توده سنگ مانند قوی تبدیل می شود. انواع مختلف بتن در کارخانهها تولید و به بازار عرضه میشوند که در ادامه به برسی آنها خواهیم پرداخت.
اساس طبقه بندی بتن ها
بتن ترکیبی از سیمان، آب و سنگدانهها است که گاهی جهت بهبود خواص آن از افزودنیهای مختلفی نیز در آن استفاده میشود. نوآوری و تحولات در صنعت بتن سبب شده است که تنوع بسیاری در عرضه انواع مختلف بتنها ایجاد شود. این طبقه بندی بر اساس سه عامل است:
- نوع مواد مورد استفاده در ساخت آن
- طبیعت شرایط استرس
- چگالی
اجزاء تشکیل دهنده بتن
- سیمان: تقریبا دو صده از پیدایش سیمان پرتلند که اصلیترین ماده بتن امروزی است میگذرد. سیمان پرتلند خود به انواع مختلفی تقسیم میشود که هر کدام دارای خواص ویژهای همچون زود سختشوندگی، حرارتزایی کم، مقاومت در برابر سولفات و … هستند.
- شن و ماسه: سیمان به عنوان ماده چسباننده، مهمترین نقش را در سختشدن و کسب مقاومت بتن بر عهده دارد اما به دلیل ملاحظات فنی و اقتصادی از مواد معدنی همچون شن (سنگدانه درشت) و ماسه (سنگدانه ریز) به عنوان پرکننده در بتن استفاده میشود. سنگدانههای بتن میتوانند طبیعی یا مصنوعی باشند.
- آب: آب یکی از اجزای اصلی بتن است که نقش مهمی در مراحل اختلاط و عملآوری ایفا میکند. نسبت مقدار آب به سیمان را با W/C نشان میدهند و این نسبت با مقاومت بتن نسبت عکس دارد.
- افزودنی های بتن: افزودنیهای بتن به شکل پودر یا مایع هستند و به دو نوع شیمیایی و معدنی تقسیم میشوند. این مواد درصد بسیار کمی از بتن را تشکیل میدهند و دلیل استفاده از آنها اصلاح یا بهبود برخی خواص در بتن مصرفی است.
- مواد شبه سیمانی و پوزولان ها: پوزولانها موادی هستند که چسبندگی ندارند یا خاصیت چسبندگی آنها کم است؛ اما طی واکنشهای بتن، ساختاری مشابه سیمان پرتلند تولید میکنند. خاکستر بادی، سرباره کوره آهنگدازی، دوده سیلیس در این گروه جای میگیرند.
معرفی انواع بتن
انواع بتن را می توان از جهات مختلف بررسی نمود. مثلا تقسیم بندی براساس مقاومت فشاری، خواص کارایی و … در ادامه یکی از جامع ترین تقسیم بندی های بتن آورده شده است که انواع بتن متناسب با نوع کاربردشان تقسیم بندی شده اند. هر کدام از این بتن ها خواص و کاربردهای مخصوص به خود را دارند.
انواع مختلفی از بتن وجود دارند که براساس مصالح به کار رفته، طرح اختلاط، روش ساخت، محل کاربرد، نوع واکنش هیدراتسیون و … از یکدیگر متمایز می شوند.
- بتن با مقاومت معمولی
بتنی که از اختلاط مواد اولیه سیمان، آب و سنگدانه به دست میآید، مقاومت معمولی دارد. مقاومت این نوع بتن از ۱۰ تا ۴۰ مگاپاسکال متغیر است و زمان گیرش اولیه آن، ۳۰ تا ۹۰ دقیقه است که بنا به خواص سیمان و شرایط آب و هوایی محل ساخت متفاوت خواهد بود.
- بتن غیرمسلح
در بتن ساده هیچ گونه میلگردی برای مسلح کردن بتن استفاده نشده است. مهم ترین مواد اولیه در آن نیز سیمان و آب و سنگ دانه می باشد. مورداستفاده ترین طرح اختلاط نیز ۱:۲:۴ می باشد که به عنوان طرح اختلاط نرمال شناخته می شود. دانسیته ی بتن ساده بین ۲۲۰۰ تا ۲۵۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب تغییر می کند. مقاومت فشاری این بتن بین ۲۰۰ تا ۵۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر است. این نوع از بتن معمولاً در ساخت پیاده روها و ساختمان ها بخصوص در مکان هایی که مقاومت کششی کمتری موردنیاز است استفاده می شود. دوام به دست آمده از این بتن در بازه قابل قبول تا دوام بالا قرار دارد.
- بتن مسلح
بتن مسلح سیمانی، بتنی است که برای مقاومت در برابر نیروهای کششی طراحی شده است. بتن غیرمسلح در کشش ضعیف و در فشار بسیار قوی عمل می کند. بنابراین حضور میلگردهای مسلح کننده باعث تحمل بتن در برابر تنش های کششی می شود. آر.سی.سی با استفاده از کنش های بین بتن غیرمسلح و بتن مسلح کار می کند. تسلیحات فولادی که برای مسلح کردن بتن استفاده می شود می تواند در یکی از انواع میلگرد، میله یا به صورت مش بندی باشد. از فیبرهای متنوع نیز می توان برای مسلح کردن استفاده کرد.
بتن مسلح فیبری بتنی است که در آن از الیاف مختلف برای مسلح کردن استفاده شده است. با استفاده از مش در بتن، سیمان آهنین یا فرو سیمان به دست می آید. از هر نوع مسلح سازی که استفاده شود اطمینان از چسبندگی بین بتن و ماده ی مسلح کننده ضروری است، این پیوند چسبنده میزان مقاومت و دوام بتن را مشخص می نماید.
- بتن پیش تنیده
بیشتر پروژه های بزرگ از واحد های بتن پیش تنیده استفاده میکنند. این مهم یک روش خاص است که در آن میله های استفاده شده در بتن، قبل از اعمال بار واقعی تحت فشار قرار می گیرند. در طول مخلوط کردن و قرار دادن بتن، این میله های کششی محک در محل قرار گرفته و از هر انتهای واحد سازه نگه داشته می شوند. هنگامی که بتن سخت شد، میلگردها تحت فشار قرار میگیرند. پدیده پیش تنیدگی باعث می شود که قسمت تحتانی عضو بتن در برابر کشش محکم تر شود. روند پیش تنیدگی به تجهیزات سنگین و مهارت کار (جک و تجهیزات برای کشش) نیاز دارد. از این رو واحد های پیش تنیدگی در محل ساخته و مونتاژ می شوند. این نوع بتن در کاربرد پل ها، سازه های سنگین و سقف با دهانه های طولانی تری استفاده خواهند شد.
- بتن پیش ساخته
انواع مختلف المان های سازه ای می توانند در کارخانه ساخته شده و در زمان ساخت به محل آورده شوند، این اعضای بتنی، بتن پیش ساخته هستند. بلوک های بتنی، دیوارهای پیش ساخته و ستون ها از همین موارد هستند. فایده این بتن سرعت بالای ساخت وساز با استفاده از آن است. به این صورت که فقط به پیاده سازی و نصب آن ها در محل نیاز است. زمانی که ساخت این اعضای بتنی به پایان برسد کیفیت آن ها بررسی شده و از آن اطمینان حاصل می شود. تنها مسئله ی مهم در مورد این بتن ها نحوه ی انتقال آن هاست.
- بتن سبک
هر نوع بتن با چگالی کمتر از 1920 کیلوگرم بر متر مکعب به عنوان بتن سبک در دسته بندی انواع مختلف بتن طبقه بندی می شود. انواع سنگدانه هایی که در ساخت بتن سبک استفاده می شوند شامل مواد طبیعی مانند پوکه و اسکوریا، مواد مصنوعی مانند شیل های منبسط شده و خاک رس و مواد فرآوری شده مانند پرلیت و ورمیکولیت می باشند.
تنها ویژگی مهم بتن سبک رسانایی حرارتی بسیار پایین آن است. به عنوان مثال: هدایت حرارتی – مقدار k برای بتن ساده ممکن است به 10-12 برسد. اما هدایت حرارتی بتن سبک حدود 0.3 است. بتن های سبک بسته به ترکیب آنها، برای عایق کاری حرارتی، برای محافظت از سازه های فولادی، همچنین در عرشه پل های دهانه بلند و حتی به عنوان بلوکهای ساختمانی استفاده می شوند.
- بتن با دانسیته بالا
بتن هایی که دارای چگالی بین ۳۰۰۰ تا ۴۰۰۰ کیلوگرم در متر مکعب هستند را میتوان بتن با چگالی بالا نامید. در اینجا از سنگدانه های سنگین وزن استفاده میشود. سنگ های خُرد شده به عنوان سنگدانه های درشت استفاده خواهند شد. سنگدانه هایی که معمولاً سنگین وزن هستند، باریت نام دارند. این نوع سنگدانه ها معمولاً در ساخت نیروگاه های اتمی و پروژه های مشابه مورد استفاده قرار می گیرند. سنگدانه سنگین به سازه کمک می کند تا در برابر هر نوع تابش هسته ای از خود مقاومت نشان دهد.
- بتن هوادهی شده
بتن هوادهیشده که آن را با نام اتوکلاو نیز میشناسند، از انواع بتن سبک بوده و در ساخت آن از عوامل حبابساز جهت ایجاد تخلخلهای دارای هوا استفاده میشود. این بتن از مزایایی همچون تحمل بار زیاد، مقاومت در برابر صوت و گرما برخوردار است و به عنوان پنلهای پوششی در سقف، کف و دیوارههای ساختمان به کار میرود.
- بتن آماده
بتنی که در کارخانه تولید می شود را بتن آماده می نامند. بتن آماده با کمک کامیون میکسر به محل آورده می شود. بتن آماده طرح اختلاط بسیار دقیقی دارد و میتوان هر نوع بتنی را بر اساس مشخصات با حداکثر کیفیت تولید کرد. ساخت این بتن نیاز به یک کارخانه تولید بتن دارد. این کارخان هها در فاصله مشخصی از محل ساخت و ساز واقع خواهند شد. سرعت بالای بتن ریزی و حفظ کیفیت بتن در بالاترین سطح، از مزایای بتن آماده است.
- بتن پلیمری
در مقایسه با بتن معمولی، در بتن پلیمری، سنگدانه های بتنی به جای سیمان با پلیمر به یکدیگر اتصال می یابند. تولید بتن پلیمری باعث کاهش حجم حفره های موجود بین سنگدانه های درون بتن می گردد. در نتیجه ی استفاده از این روش برای ساخت بتن، دانه بندی سنگدانه ها به گونه ای انجام می شود که کم ترین فضای خالی و در نتیجه بیشترین چگالی حاصل شود. بتن های پلیمری خود سه دسته هستند:
- بتن آغشته به پلیمر
- بتن با سیمان پلیمری
- بتن جزئی پلیمری شده
- بتن با مقاومت بالا
بتن هایی که دارای مقاومتی بیشتر از ۴۰ مگاپاسکال هستند، می توانند به عنوان بتن با مقاومت بالا نامیده شوند. این مقاومت افزایش یافته با کاهش نسبت آب و سیمان حتی کمتر از ۰.۳۵ حاصل می شود. بتن عادی در مقابل خصوصیات و تفاوت بتن با مقاومت بالا، بلورهای هیدروکسید کلسیم که محصول اصلی نگرانی در هنگام هیدراتاسیون برای خواص مقاومت هستند، با ترکیب دود سیلیس کاهش می یابد. از نظر عملکرد، بتن با مقاومت بالا باید از نظر کارآیی عملکرد کمتری داشته باشد.
- بتن با کارایی بالا
این بتن با استانداردهای خاصی مطابق می شود که تنها به مقاومت بتن محدود نیست. شایان ذکر است که بتن مقاومت بالا می تواند دوام بالا داشته باشد اما لزوماً بتن دوام بالا نمی تواند مقاومت بالایی داشته باشد. استانداردهای مطابق با بتن دوام بالا در ذیل آمده است:
- مقاومت سال های اولیه
- جاگذاری و اجرای آسان بتن
- نفوذپذیری و دانسیته
- گرمای هیدارتاسیون
- دوام و عمر بالا
- سختی و خصوصیات مکانیکی
- مشکلات زیست محیطی
- بتن خود متراکم
زمانی که بتن ریخته شده با وزن خود متراکم شود، بتن خود متراکم نامیده می شود. در این نوع بتن نیاز به ویبره جداگانه برای جای دادن بتن نیست. این بتن کارایی بالایی دارد. معمولا اسلامپ آن بین ۶۵۰ تا ۷۵۰ است. این بتن به دلیل کارایی بالا بتن ریزشی نیز نامیده می شود. این نوع بتن برای محل هایی که کار بتنی حجیمی قرار است اجرا شود، بسیار مناسب اند.
- بتن متخلخل
بتن متخلخل یا اسفنجی به گونه ای طراحی شده است که بتواند آب را از خود عبور دهد. در این نوع بتنها هنگام طراحی ۱۵ تا ۲۰ درصد از حجم بتن را خالی نگه می دارند. بتن متخلخل با فرآیند اختلاط منحصر به فرد، عملکرد، روشهای کاربردی و سایر موارد تولید میشود. این بتن در ساخت پیاده روهای که مشکل آب گرفتگی وجود دارند، استفاده می شود. آب از این سنگ فرش های بتنی عبور می کند و به آب های زیرزمینی می رسد؛ از این رو بیشتر مشکلات زهکشی حل خواهد شد.
- بتن وکیوم
بتنی که میزان آب در آن بیشتر از حد موردنیاز بوده و زمانی که در محل موردنظر ریخته می شود آب اضافی آن توسط وکیوم مکیده می شود؛ بنابراین نسبت به اجرای نرمال بتن، در این حالت اجرا، بتن زودتر به مرحله بهره برداری می رسد. این نوع بتن طی ده روز به مقاومت فشاری ۲۸ روزه ی خود می رسد و مقاومت خورد شدگی آن ۲۵ درصد بیشتر از مقاومت بتن ها در حالت اجرای نرمال است.
- بتن پمپ شده
یکی از اصلی ترین خصوصیات بتن مورداستفاده در ابر سازه ها، بخصوص سازه های بلندمرتبه، رسیدن بتن به ارتفاعات است؛ بنابراین نیاز به پمپاژ آسان بتن باعث تولید بتن قابل پمپ شدن می شود. این بتن که برای پمپ شدن مورداستفاده قرار می گیرد باید دارای کارایی زیاد باشد تا به راحتی در لوله ها حرکت نماید. این لوله نیز یک لوله ی صلب یا انعطاف پذیر است که بتن را در محل موردنظر تخلیه می نماید. همان طور که میدانید بتن در حالت طبیعی، سیال می باشد و دارای ذرات ریز زیاد و آب زیادی می باشد تا فضاهای خالی مخلوط بتن پر شود؛ اما اگر مصالح ریز بیشتری در ترکیب بتن استفاده شود کنترل بیشتری در هنگام اختلاط داریم. درجه بندی درشت دانه ها نیز باید به صورت طبیعی و پیوسته باشد.
- بتن استامپی
بتن استامپی، یک بتن معماری است که در آن میتوان الگو های واقع گرایانه مشابه سنگ های طبیعی، گرانیت ها و کاشی ها را به دست آورد. مواد استامپی وقتی در بتن استفاده می شوند که بتن در شرایط خمیری قرار گرفته باشند. لکه های مختلف رنگ آمیزی و کار با بافت باعث می شود که سرانجام بتن ظاهری کاملاً مشابه سنگ های طبیعی گران داشته باشید. همچنین از لحاظ اقتصادی می توان یک جلوه زیبایی شناسی به دست آورد. بتن استامپی در ساخت بزرگراه ها و کفپوش پیاده روها استفاده میشود.
- بتن آهکی
بتن آهکی در واقع بتنی است که در آن به جای سیمان از آهک استفاده شده. در واقع این نوع بتن، قدمتی دیرینه دارد و قبل از پیدایش سیمان امروزی از آن استفاده میکردند. همچنین در بسیاری از بناهای قدیمی ایرانی همچون گنبدها و پلها استفاده از مخلوط خاک، سنگدانهها، آب و آهک که به آن شفته آهکی میگفتند، رایج بوده است. امروزه نیز مخلوطهای آهکی به جای سیمان در تقویت خاک بستر، نواحی مرطوب همچون استخرها، ساخت دیوارهای کوچک و … کاربرد دارند.
- بتن آسفالتی
بتن آسفالتی مخلوطی از شن و ماسه به نسبت مشخص، فیلر و یک ماده چسباننده به نام قیر است. کاربرد عمده این نوع بتن در روسازی راهها است و معمولا برای اجرا، آن را به صورت گرم در سطح جادهها پخش کرده و میکوبند. مقاومت برشی زیاد و دوام بالا در برابر سایش و تغییرات جوی از ویژگیهای اصلی بتن آسفالتی است.
- بتن پمپی
بتن پمپی یا بتن با کارایی بالا، دارای خواصی است که آن را برای اجرا به روش پمپاژ مناسب ساخته است. از این روش در بتنریزی فضاهایی با دسترسی محدود و سازههای بلندمرتبه استفاده میشود. بر اساس آییننامه بتن ایران، حداکثر نسبت آب به سیمان این بتن برابر با 0.6 است و روانی آن برای پمپاژ باید در حد متوسط تا زیاد باشد تا از بروز انسداد در مسیر بتنریزی جلوگیری شود. این نوع بتن باید از چسبندگی کافی در میان اجزا برخوردار باشد تا حین پمپاژ، مواد تشکیلدهنده آن از هم جدا نشوند. برای رسیدن به روانی لازم در این نوع بتن و کاهش مصرف آب در آن، استفاده از افزودنیهای روانکننده توصیه شده است.
- بتن زودگیر
نوع دیگری از بتن به زودگیر معروف است که فقط چندین ساعت پس از ساخت سفت شده و به استقامت زیادی خواهد رسید. به همین علت میتوان به سرعت از قالبها جدا نمود و در بیشترین سرعت سازه را انجام داد. از این نوع بیشتر در جادهسازی استفاده میشود.
- بتن غلطکی
بتن متراکم غلتکی نوعی بتن است که با کمک تجهیزات حرکت دهنده زمین مانند غلتک های سنگین فشرده سازی میشود. این بتن عمدتاً در حفاری استفاده می شود. این بتن دارای مقدار سیمان کمی است. پس از تراکم، این بتن چگالی بالایی را ایجاد می کند و در نهایت به یک بلوک یکپارچه قوی تبدیل می شود.
- بتن شیشه ای
بتن شفاف یا شیشهای با نمای جذاب و منحصربهفردی که دارد، عامل ایجاد تحولی بزرگ در معماری داخلی و نماسازی ساختمانها به حساب میآید. این نوع بتن مدرن، قادر به عبور نور از درون خود است و در تضاد با ظاهر سرد و سنگی بتنهای معمولی قرار دارد. در ساخت بتن شفاف از فیبرهای نوری استفاده شده که علاوه بر ایجاد جلوههای زیبا، مقاومت فشاری و کششی بتن را نیز بهبود میبخشد.
- بتن شاتکریت
بتن شاتکریت یک مصالح ساختمانی یا نوعی بتن با فرمول خاص بهشمار نمیروند و در واقع یک روش استفاده از بتن است. بدین شکل که مخلوط بتن بر روی سطح پاشیده شده تا لایهای متراکم ایجاد کند. بتنهای شاتکریت به سه روش زیر انجام میشوند:
- شاتکریت خشک
- شاتکریت تر
- شاتکریت الیافی
روش بتن پاششی برای تعمیر سازهها، اجرای سازههای جدار نازک، پوشش کانالها و بهطور کلی مکانهایی که سطح بتنریزی مشکل و پیچیدهای دارند، قابل استفاده هستند.
- بتن رنگی
بتن رنگی یکی دیگر از انواع بتن است که اغلب جنبه تزیینی دارند. در تهیه این نوع بتن از سیمانهای رنگی یا مواد رنگی استفاده میشود. رنگدانههای استفاده شده در این بتن باید از پایداری مناسبی در برابر اشعه UV آفتاب و سایر عوامل محیطی برخوردار باشند. بتنهای رنگی باتوجه به نوع ترکیبات به دو شکل ساده و صنعتی عرضه میشوند. علاوهبر این، بر اساس روش ساخت در دو دسته پیش ساخته و درجا، قرار میگیرند. این بتنها اغلب برای نماها، کفپوشها و دیوارهای تزئینی کاربرد دارند.
- بتن گوگردی
بتنهای گوگردی از نظر ظاهر همانند بتن معمولی هستند، اما از جهت تولید، نگهداری و استفاده متفاوتاند. در تهیه آن از سیمان و آب استفاده نمیشود و اصلیترین مواد تشکیلدهنده آن شامل گوگرد و سنگدانه است.
این بتن در مقایسه با بتنهای معمولی، مقاومتهای فشاری، خمشی و کششی بیشتری داشته و سریعتر سخت میشوند. بتن گوگردی به دلیل مقاومت بالای خوردگی برای ساختمانهای صنعتی، تجهیزات شیمیایی و سازههایی که در معرض اسیدها قرار دارند، مورد استفاده قرار میگیرند.
نتیجه گیری
در این مقاله ما با انواع بتن ساختمان شامل بتن معمولی، سبک، سنگین، مقاومت بالا، پلیمری، مسلح و موارد دیگر آشنا شدیم. در مجموع هر نوع بتن ویژگیهای خاصی دارند که بیانگر مقاومت، چگالی، وزن و سایر خصوصیات آن است. همچنین، هر یک از آنها بهدلیل ویژگی منحصر به فردی که دارند برای پروژهها و سازههای مختلف استفاده میشوند. بتن مادهای متشکل از سیمان، آب و سنگدانههای ریز و درشت است که در برخی منابع به عنوان دومین ماده پرمصرف جهان بعد از آب معرفی شده. انواع مختلف بتن سالها است تحت مطالعات آزمایشگاهی و پژوهشهای علمی محققین ساختمان قرار دارند و هر روزه خبرهای تازهای حول دستاوردهای تحقیقاتی جدید از این کالای استراتژیک به گوش میرسد.