بتن چیست؟
بتن (به فرانسوی: Béton)، از ریشه لاتین (به لاتین: Bitume) در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته می‌شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان ونیز پوزولان‌ها، سرباره کوره‌ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همجنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلا، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کننده‌های مختلف استفاده شود. با توجه به گسترش و پیشرفت علم و پیدایش تکنولوژی‌های فراوان در قرن اخیر، شناخت بتن و خواص آن نیز توسعه قابل ملاحظه‌ای داشته است، به نحوی که امروزه شاهد کاربرد انواع مختلف بتن با مصالح مختلف هستیم که هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست.
بتن، محاسن و معایب آن:
بتن جسم بسیار سخت و سنگ مانندی است که از ترکیب مقدار معین و حساب شده سیمان، شن، ماسه و آب بدست می آید. در بعضی موارد از اجزای دیگری به نام افزودنی نیز در ساخت بتن استفاده می شود، پس از اینکه آب به مخلوط مصالح سنگین و سیمان افزوده شد، سیمان و آب باهم وارد فعل و انفعالات شیمیایی حرارت زا می شود، در اثر این فعل و انفعالات، ماده ژله مانند و چسبنده ای به وجود می آید که مصالح مختلف داخل مخلوط را به هم پیوند می دهد و آن را به صورت جسم سختی در می آورد.
بطورکلی فراوانیی و در دسترس بودن مصالح، شکل پذیری، مقاومت فشاری بالا، عمر طولانی و مقاومت در برابر آتش سوزی از مهمترین محاسن بتن محسوب می شود.
معایب عمده بتن را می توان مقاومت کششی بسیار کم، سنگین بودن وقدرت انتقال صوت و قابلیت انتقال حرارت دانست.
مصالح تشکیل دهنده بتن:
سیمان
اگر مخلوط سنگ آهک و خاک رس در کوره دوار با حرارت زیاد پخته شود، سپس ضمن افزودن مقدار کمی گچ به آن با آسیاب کردن به پودر تبدیل شود، محصول بدست آمده سیمان خواهد بود. نقش سیمان در بتن، چسباندن مصالح سنگی به یکدیگر و ایجاد جسمی سخت و یکپارچه است.
مصالح سنگی
نخستین گام برای ساخت بتن باکیفیت مطلوب استفاده از مصالح سنگی مناسب است. این مصالح تقریباً ۴/۳ حجم بتن را تشکیل می دهند، مصالح سنگی باید قبل از استفاده به دقت مورد آزمایش قرار گرفته تا ویژگی آن ها از حیث مطابقتبا استانداردهای مربوطه بررسی شود. مهمترین ویژگی مصالح سنگی عبارتنداز: دوام در برابر سایش، مقاومت در برابر یخبندان، پایداری شیمیایی، دانه بندی، جذب اب در رطوبت سطحی، وزن مخصوص و شکل بافت سطحی.
مصالح سنگی مورد استفاده در بتن به دودسته ریزدانه و درشت دانه تقسیم بندی می شوند: اندازه قطر مصالح ریزدانه که به آن ماسه می گویند کوچکتراز ۴٫۷۶ میلیمتر است، اندازه درشت دانه ها که شن نام دارند، از ۴٫۷۶ میلیمتر آغاز شده و مقدار حداکثر آن وابسته به نوع بتن است. در عمل برای جداسازی شن و ماسه از هم از الک دانه بندی استفاده می شود.
آب
یکی از اجزای اصلی بتن که بدون آن هیچ واکنش شیمیایی در بتن انجام نمی گیرد، آب است.
مقدارآب مورد نیاز برای بتن در عمل در حدود ۳۰ الی ۵۵ درصد وزن سیمان در نظر گرفته می شود، مناسب ترین آب برای ساختن بتن آب آشامیدنی است، آب مصرفی در بتن باید فاقد املاح مضر و آلودگی باشد.
نکته: هرچه آب کمتری در بتن وجود داشته باشد مقاومت و دوام آن بیشتر است، به طورکلی آب در بتن دو کار انجام می دهد:
- ترکیب شیمیایی باسیمان و انجام هیدراتاسیون
- روانی و شکل پذیرنمودن ترکیب بتن
ضوابط آیین نامه بتن ایران (آبا) در مورد خصوصیات و ناخالصی های آب:
باید آب مصرفی در ساخت بتن تمیز و صاف باشد، از مصرف آب حاوی مقدارزیادی از هرنوع ماده قادر به صدمه زدن در بتن یا آزماتور از قبیل روغن ها، اسیدها، قلیایی ها، املاح، موادقندی و مواد آلی خودداری کنیم. بطورکلی آب آشامیدنی برای ساختن بتن رضایت بخش تلقی می شود. آب غیرآشامیدنی مورد تردید را تنها می توان در صورت مطابقت با شرایط خاص به کار برد.
شرایط استفاده از آب غیرآشامیدنی در ساخت بتن:
انتخاب نسبت های اختلاط بتن باید براساس آبی باشد که در کارگاه مورد استفاده قرار میگیرد.
مقاومت های ۷ و ۲۸ روزه نمونه های بتن ساخته شده با آب غیرآشامیدنی باید حداقل معادل ۹۰ درصد مقاومت های نظیر نمونه های مشابه ساخته شده با آب مقطر باشد.
مقدار PH آب (اسیدیته)
مقدار PH آب مصرفی در بتن نباید از ۴٫۵ کمتر و از ۸٫۵ بیشتر باشد، باسخت شدن بتن و کامل شدن واکنش های شیمیایی در بتن، آب اضافه در بتن تبخیر شده و حباب های بسیار ریزی در بتن ایجاد می کنیم. وجود این حباب ها که مقدار آن حدود ۳ درصد حجم بتن است باعث کاهش مقاومت فشاری و ضعف در بتن می شود.
تعریف بتن مگر:
بتن مگر بتنی است با عیار کم سیمان که جهت آماده سازی، بستر خاکبرداری در زیر فونداسیون ریخته می شود. اسامی دیگر بتن مگر عبارتند از: بتن ریگلاژ و بتن نظافت
معمولاً بتن مگر به ضخامت حدودی ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر باابعاد حدودی ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر بزرگتر از خود فونداسیون ریخته می شود.
نکات اجرایی در ساخت واستفاده از بتن مگر:
- قبل از اجرای بتن مگر، حتماً خاک بستر را مرطوب نمایید، تا آب بتن جذب خاک نگردد و کیفیت آن پایین نیاید.
- قبل از بتن ریزی اطمینان حاصل کنید که خاک بستر به میزان کافی متراکم شده و نشست خود را کرده است.
- معمولاً بتن مگر توسط دستگاه مخلوط کن ساخته می شود، دقت کنید که حداقل ۲ دقیقه پس از اضافه کردن آب، مصالح درون دستگاه بخوبی مخلوط شود و سپس مورد استفاده قرار گیرد.
- پس از ریختن بتن مگر باید سطوح بتن مرطوب نگه داشته شود.
- بتن مگر باید از هر طرف در حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر بیشتر از ابعاد فونداسین ریخته شود.
- باتوجه به اینکه بتن مگر ضخامت چندانی ندارد و مقاومت آن نیز زیاد نیست، لذا به نظر می رشد در اجرای آن، احتیاجی به ویبره نیست.
- بتن مگر جهت پاکسازی کف و اجرای دقیق تر فونداسیون و آرماتوربندی اجرا می گردد، لذا در اجرای آن باید دقت کرد تا سطح تمام شده، صاف، تمیز و یکنواخت شود.
- مقدار سیمان مصرفی در بتن مگر حدود ۱۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب است.
- رفت و آمد بر روی سطح بتن ریزی شده حداقل تا ۲۴ ساعت از زمان بتن ریزی ممنوع می باشد.
مواد افزودنی بتن:
به دلیل ایجاد برخی ویژگی های مطلوب و مناسب و اصلاح برخی از ویژگی ها در بتن تازه، یا سخت شده، مواد شیمیایی به نام مواد افزودنی به صورت مایع یا پودر، معمولاً کمی قبل از اختلاط یا در حین اختلاط، به اندازه کافی به بتن افزوده می شود.
خصوصیات مواد افزودنی در مورد مصرف بتن:
عبارتنداز:
- افزایش مقومت در برابر نفوذ آب
- جلوگیری از جداشدن دانه ها و آب انداختن بتن
- افزایش مقاومت در برابر یخ زدگی
- افزایش کارایی بتن تازه
- کاهش اصطکاک داخلی بین دانه ها
- افزایش پایایی بتن در برابر رطوبت
- افزایش سایش بتن
- افزایش دوام بتن
اثرات مواد افزودنی بر بتن تازه:
افزایش کارایی بتن، بدون افزودن نسبت آب به سیمان (W/C)، افزایش چسبندگی، کاهش جداشدگی دانه ها، کاهش آب انداختگی، تأخیر در فرایند گیرش، تسریع در فرایند گیرش
اثرات مواد افزودنی بر بتن سخت شده:
افزایش مقاومت، افزایش در میزان کسب مقاومت اولیه، افزایش مقاومت در مقابل یخبندان و کاهش نفوذپذیری
نحوه و میزان مصرف:
افزودنی هایی که بصورت پودر هستند؛ ترجیحاً باید به سنگ دانه های ریز اضافه نمود و افزودنی های مایع را می توان با آب اختلاط و یا به سنگ دانه های اشباع شده ترکیب و مخلوط کرد. همه افزودنی ها را می توان پس از اینکه بتن اندکی مخلوط شده به آن افزود و تحت هیچ شرایطی نباید افزودنی ها را قبل از ریختن آب اختلاط به سیمان اضافه نمود، حداکثر میزان مصرف مواد افزودنی ۵ درصد وزنی سیمان است. استفاده از کلروریدکلسیم فقط در بتن غیرمسلح مجاز می باشد و حداکثر میزان تجویز آن ۲ % وزن سیمان می باشد. در هنگام مصرف مواد افزودنی نباید بیشتر از مقداری که تولید کننده مشخص کرده مصرف نمود.
براساس آیین نامه بتن ایران، افزودنی های بتن به دسته های زیر طبقه بندی می گردد:
الف) افزودنی های شیمیایی:
افزودنی های حباب ساز، افزودنی های کاهنده آب، افزودنی های کندگیرکننده، افزودنی های تندگیرکننده یا تسریع کننده
ب) افزودنی های معدنی:
پوزولان ها، افزودنی های شبه سیمانی، افزودنی های معدنی خنثی و رنگ دانه ها
ج) مواد افزودنی متفرقه
افزودنی های حباب ساز:
مواد افزودنی حباب ساز موادی هستند که موجب تشکیل حباب های بسیار ریز هوا به قطر متوسط ۵۰ میکرون شده که بطور یکنواخت در حجم بتن بین ۴ تا ۷ درصد آن توزیع می گردد. حباب های هوا در تن به دو دسته زیر تقسیم می شوند:
- حباب های غیرعمدی که درشتر از ۰٫۵ میلی متر و اکثراً دارای ابعادی در حدود چندین میلی متر هستند.
- حباب های عمدی که ریزتر از ۰٫۵ میلی متر هستند، مواد افزودنی به میزان ۰٫۱ تا ۰٫۳ درصد وزنی سیمان مصرفی در بتن بکار می روند، ماده افزودنی قبل از اضافه کردن شن و ماسه افزوده می شود. ظروف حاوی آب و مواد حباب زا باید به شدت مخلوط کردند تا مواد حباب زا تولید کف نمایند و سپس به مخلوط خشک اضافه شود، این نوع بتن در جاده ها، بزرگراه ها، محوطه ها، صحن ها، سدها، مخازن آب، جداول آب، جداول خیابانی و بتن آسفالتی به کار می روند.
مواد افزودنی روان کننده:
این مواد را بدون اینکه نیازی به افزایش آب باشد به بتن اضافه می نمایند و بدین ترتیب کارایی بتن افزایش می یابد. این مواد به جهت بهبود خواص مخلوط های خشن، ساخت بتن قابل پرداخت، بتن ریزی با تراکم زیاد آرماتور، پمپاژ بتن ریزی با لولهاستفاده می گردد. این مواد به علت خاصیت روان کنندگی که دارند مصرف آب را ممکن است تا ۲۰ درصد کاهش دهند و فوق روان کننده ها می توانند مصرف آب را ۳۰ درصد الی ۳۵ درصد کاهش دهند. دوان کننده ها به میزان جزئی مقاومت فشاری بتن را کاهش می دهند.
ولی در مقایسه باتأثیر افزایش نسبت آب به سیمان، برای رسیدن به کارایی مناسب، اضافه کردن روان کننده ها در اهش مقاومت فشاری بتن به مراتب بیشتر است.
موارد استفاده مواد افزودنی روان کننده:
عبارتنداز: درصورت نیاز به بتن خیلی مرغوب، حجم زیاد بتن ریزی اهمیت بالایی نمای بتن، نیاز داشتن به حداکثر راندمان اجرایی در شرایط بتن ریزی دشوار، در صورت وجود شن و ماسه نامرغوب، تولید قطعات پیش ساخته و بالا بردن کیفیت بتن
مواد افزودنی دیرگیرکننده ها:
این نوع مواد وقتی به مخلوط بتن اضافه می شوند عمل هیدراتاسیون (فعل و انفعالات شیمیایی) را به تأخیر انداخته و در نتیجه موجبات پیدایش اهداف زیر را به وجود می آورند که شامل: به تعویق انداختن زمان گیرش، سخت شدن بتن، جلوگیری از آثار مخرب آن در دمای بالا بویژه در محیط های گرم (بیش از ۲۵ درجه)، افزایش زمان ویبره کردن؛ حفظ کارپذیری در تمام طول بتن ریزی، درنتیجه حذف ترک های ناشی از پیچیدن قالب ها
موارد استفاده از مواد افزودنی دیرگیر کننده:
بتن ریزی های حجیم مانند سدها، بتن ریزی در مناطق گرم سیر، نظیر جنوب ایران و کلیه مواردی که احتیاج به افزایش زمان گیرش بتن باشد جهت جلوگیری از تنش های حرارتی و اتصالات سرد مورد استفاده قرار می گیرد.
مواد افزودنی تسریع کننده:
این مواد هیدراتاسیون سیلیکات های موجود در سیمان را تسریع کرده و بدین ترتیب به عمل ترکیبات آهن و آلومین در آن سرعت می دهد و همچنین به روند سخت شدن و افزایش واکنش شیمیایی بین آب و سیمان کمک می کنند و در نتیجه به مقاومت های بتن در روزهای اول، باسرعت بیشتری افزایش می یابد:
موارد استفاده مواد افزودنی تسریع کننده:
اجرای بتن در سطح شیبدار، بتن ریزی در هوای سرد، در تعمیرات فوری یا ترمیم سطوح بتنی که نیاز به گیرش سریع بتن می باشد. در جایی که بخواهند قالب را زودتر باز نمایند، در مکان هایی که مقاومت فشاری بتن چندان مورد توجه نباشد، مانند شاتکریت که سبیدن به سطح دارای اهمیت می باشد.
مراحل اجرای یک سازه بتنی:
- ساخت و قالب بندی و برپایی قالب
- خرید، حمل، نگهداری و شکل دهی آرماتورها، آرماتوربندی و فولادگذاری مطابق نقشه های اجرایی
- ساخت بتن (دستی یا کارخانه ای)؛ انتقال و ریختن و تراکم بتن، پرداخت سطح بتن
- بازکردن قالب ها، نظافت و انبارکردن قالب ها
- عمل آوری و محافظت از بتن
ویژگی های مطلوب یک بتن تازه:
- قابلیت حمل : بتن باید در عین روانی بصورت خمیری باید نسبتاً سفت باشد و ضمن حمل و نقل اجزای تشکیل دهنده ِی آن، ازهم جدا نشده و در یک گوشه جمع نشوند.
- قابلیت ریختن: بتن را باید به سهولت بدون اینکه انسجام آن به هم بخورد، در محل مورد نظر تخلیه کرد.
- قابلیت جا دادن: بتن را باید بتوان به راحتی در قالب جا داد، بطوریکه تمام گوشه ها و زوایای قالب ها و دور میلگردها را پرکند.
- قابلیت تراکم: باید بتوان تا حدامکان هوای محبوس در بتن را خارج کرده و آن را متراکم نمود.
- قابلیت پرداخت: سطح بتن تازه را باید بتوان به راحتی صاف نمود و یا روی آن نقش موردنظر را ایجاد کرد.
ویژگی های مطلوب بتن سخت شده:
- مقاومت در برابر نیروهای وارده
- دوام در مقابل عوامل محیطی اعمم از عوامل فیزیکی وشیمیایی به تعبیر دیگر حفظ شدن کیفیت و قابلیت بهره برداری آن در طی زمان
- مقاومت در برابر حرارت زیاد و یا برودت زیاد
- ثبات حجم
- مقاومت در برابر اثر تخریبی آب و فرسایش
- نفوذپذیری بسیارکم
