تعریف بتن
بتن، از ترکیب مقدار مشخصی از آب، سیمان، ماسه، شن، و مواد افزودنی دیگر تولید میشود. پس از مخلوط کردن آب با مصالح سنگی و سیمان، فرآیند شیمیایی و حرارتی ایجاد میشود. این فرآیندها باعث تولید یک ماده چسبنده و متماسکه می‌شوند که مصالح مختلف را به هم متصل کرده و به صورت یک جسم سخت و پایدار درآمده، به اصطلاح بتن نامیده میشود. برای انجام عمل اختلاط بتن، دستگاه بتن‌ساز معمولاً بهره‌برده میشود.
مصالح تشکیل دهنده بتن
مصالح مصرفی بتن عبارتند از: سیمان مصالح سنگی درشت دانه {شن} و مصالح سنگی ریز دانه {ماسه} و آب علاوه بر این مصالح مواد اصلاح کننده خواص بتن و یعنی مواد افزودنی نیز می توانند در بتن استفاده شوند.
مصالح سنگی مصرفی در بتن
دانه های سنگی به دو دسته دانه های درشت یا شن و دانه های ریز یا ماسه تقسیم می شود . مصالح سنگی {شن وماسه} در مجموع حدود سه چهارم تا دو سوم حجم بتن را اشغال میکند 60 تا 70 درصد از کل دانه ها و شن و 30 الی 40 درصد دانه ها را ماسه تشکیل میدهد.
ماسه در بتن
دانه های سنگی ریز تر از از 5 میلی متر را ماسه می گویند.
ماسه ها را بر اساس قطر دانه به سه دسته با مشخصات درج شده در جدول زیر تقسیم می کنند.
شن در بتن:
دانه های سنگی بزرگتر از 5 میلی متر و کوچکتر از 60را شن می گویند.
طبقه بندی شن
شن طبیعی
سنگ های بزرگتر بر اثر عوامل جوی و حرکت سیلاب ها از کوه ها جدا شده خرد می شوند و در بستر رودخانه ها ته نشین می شوند به سنگ هایی ته نشین شده با قطر 5تا60 میلی متر شن طبیعی گفته می شود شن طبیعی دارای گوشه های مدور بوده و معمولا در هنگام ته نشین شدن در بستر رودخانه ها با ماسه و قلوه سنگ {سنگ درشت تر از شن} مخلوط است.
شن شکسته
سنگ هایی با اندازه های مناسب در کارخانه به وسیله ی دستگاهای سنگ شکن خرد شده و توسط الک های متوالی دانه بندی می شود به محصول به دست آمده شن شکسته می گویند.
سیمان در بتن
سیمان اصطلاحا به ماده ای اطلاق می شود که با انجام واکنش شیمیایی با آب {واکنش هیداتاسیون } نقش چسباندن مصالح سنگی به یکدیگر و تولید جسم سخت ترین را ایفا می کند.عمده مواد اولیه سیمان از خاک رس و آهک تشکیل شده است.
انواع سیمان
سیمان های مصرفی در بتن عبارتند از: سیمان های پرتلند پنج گانه و سیمان های ویژه.
سیمان پرتلند
سیمانی است که از آسیاب کردن کلینکر به همراه مقدار مناسبی سنگ گچ یا سولفات کلسیم به دست می آید مطابق استانداردهای ایران سیمان پرتلند به پنج نوع زیر تقسیم می شود.
سیمان پرتلند معمولی
یک سیمان معمولی است که برای مصارف عمومی ساختمان به کار می رود.
سیمان با تاب زیاد
سیمان زود گیر .این سیمان برای ساخت بتن در هوای سرد به جهت آزاد کردن گرمای بیش تر و کم کردن دوره مراقبت مناسب است.
سیمان با حرارت زایی کم
سیمان کند گیر .این سیمان معمولا در هوای گرم به دلیل تولید حرارت کمتر و تسهیل در امر مراقبت از بتن استفاده می شود.
آب در بتن
آب به سه صورت در بتن به کار می رود.
- آب مصرفی برای شستشوی سنگدانه ها
- آب به عنوان یکی از اجزا تشکیل دهنده بتن
- آب مصرفی برای عمل آوردن بتن
آب یکی ار اجزا اصلی بتن محسوب و نقش مهمی را در بتن ایفا می کند.بدون وجود آب سیمان هیدراته نمی شود{واکنش های شیمیایی لازم با سیمان انجام نمی شود}و خمیر چسبنده ای که سبب انسجام بتن می شود تولید نگردیده لذا یکپارچگی و سخت شدن مصالح بتن انجام نمی شود.قسمتی از آبی که در بتن مصرف می شود {حدود 25درصد وزن سیمان} جذب ذرات سیمان شده و در واکنش های شیمیایی به کار گرفته می شود اما درر عمل ساخت بتن با این نسبت آب امکان پذیر نیست.
زیرا چنین بتنی به اندازه ی سفت است که کار کردن با آن میسر نمی باشد.به همین باید نسبت آب به سیمان را تا آنجایی افزایش داد که به سهولت بتوان با بتن کار کرو.لذا این نسبت را تا 40الی 60درصد وزن سیمان افزایش می دهند.اما در همین محدئده باز هم هر چه این نسبت را کم تر بگیرند بهتر خواهد بود ریرا مازاد آب که در واکنش شیمیایی شرکت نمی کند جا اشغال کرده و در نهایت در بتن محبوس می شود و یا تبخیر شده و فضای خالی ایجاد می کند .یعنی در هر حال از حجم مفید بتن می کاهد.آب مصرفی در ساخت بتن باید تمیز و صاف باشد.
و از مصرف آب حاوی مقدار زیادی از هر نوع ماده که قادر به صدمه زدن به بتن یا میلگرد است از قبیل :روغن ها- اسیدها –قلیاها-املاح-مواد قندی و مواد آلی خوددرای می گردد مقادیر مواد زیان آور در مصرفی در بتن نباید از مقادیره حداگثر مجاز تجاوز کند.
بتن آرمه
تاریخچه
اگر چه گفته می شود سیمان از دیرباز توسط ایرانیان و رومانیان به عنوان یک ماده ساختمانی به کار گرفته می شده است، اما سابقا ثبت سیمان پرتلند به جوزف آسپیدین انگلیسی در سال 1824 بر می گردد. از آن پس بتن غیر مسلح برای سالها به عنوان یک مصالح ساختمانی خوب، تولید شد.
سابقه استفاده از بتن مسلح به سال 1850 بر می گردد که جوزف لامبوت فرانسوی یک قایق بتنی را که با شبکه ای از سیم های موازی مسلح شده بود، تولید کرد. با این حال اختراع بتن آرمه معمولا به جوزف مونیر فرانسوی نسبت داده می شود. وی در سال 1867، ابداع ساخت حوضچه ها و مخازن بتنی مسلح به شبکه ای از سیم آهنی را برای خود ثبت نمود. از آن به بعد مونیر تا سال 1881،موارد متعددی از کاربرد بتن مسلح را از جمله در ساخت لوله ها و تانک ها، صفحات و دال های مسطح، پل های عابر پیاده، قوس ها، ساختمان ها و اجزاء رابط خطوط آهن به نام خود به ثبت رساند. با این وجود گفته می شود که وی دانش مربوط به رفتار بتن آرمه و یا روش مناسب جهت محاسبات طراحی را نداشته است.
- در آمریکا ویلیام وارد نخستین ساختمان بتن آرمه را در سال 1875 در نیویورک بنا نمود. همچنین تادیوس هیات که در ابتدا یک وکیل بود، در دهه 1850 تجربیاتی را در مورد تیر بتن آرمه انجام داد. وی میله های آهنی را در ناحیه کششی تیر قرار داد و در نزدیکی تکیه گاه آن را به طرف بالا خم کرده و در ناحیه فشاری محار نمود. او همچنین میله های قائمی را در نزدیکی تکیه گاه ها برای تحمل برش به کار برد. هیات در سال 1877 یک کتاب 28 صفحه ای در ارتباط با موضوع تحقیقات خود منتشر کرد.
- همچنین رانسام در دهه 1870 در شهر سانفرانسیسکو مواردی از استفاده از بتن آرمه تجربه نمود. وی در سال 1884، استفاده از میله های آجدار را با پیچاندن میله هایی با سطح مقطع مربعی و به منظور فراهم نمودن چسبندگی بهتر بین فولاد و بتن، به نام خود ثبت کرد. همچنین وی در سال 1890، ساختمان یک موزه دو طبقه به طول 95 متر را به صورت بتن آرمه بنا نمود. این ساختمان در زلزله سال 1906 سانفرانسیسکو و نیز در آتش سوزی متعاقب این زلزله، آسیب جزئی دید که این عملکرد و نیز عملکرد مناسب سایر ساختمان های بتن آرمه در آن زلزله و آتش سوزی متعاقب، منجر به اقبال عمومی به این سیستم جدید ساختمان سازی گردید.
- در سال 1903، تشکیل یک کمیته مشترک از نمایندگان سازمان های علاقه مند در زمینه بتن آرمه در آمریکا، نقطه شروعی برای همگانی کردن دانش طراحی بتن آرمه بود. از آن به بعد در دهه اول قرن بیستم، آزماشات متعددی توسط دانشمندان در آمریکا و اروپا جهت تعیین مقاومت فشاری بتن، و مدول الاستیسیته بتن انجام گرفت. از سال 1916 تا 1935، بیشتر تحقیقات بر ستون های بتن آرمه با بار خارج از محور، شالوده بتن آرمه و نیز مقاومت نهایی تیرها بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفت.
مزایا و معایب بتن آرمه
مصالح مختلفی مثل فولاد، چوب، مصالح بنایی و بتن ممکن است به عنوان گزینه هایی برای ساخت یک بنا مطرح باشند. این گزینه ها برای بسیاری از سازه های متداول وجود دارند؛ اگر چه در ساخت اسکلت سازه های بلند، ممکن است به فولاد و بتن محدود گردند. با این وجود امروزه بتن آرمه به عنوان یک گزینه قابل اعتماد برای ساخت بسیاری از سازه های کوچک و بزرگ محسوب می گردد؛ به طوری که شاید بتوان از آن به عنوان مهم ترین ماده ساختمانی موجود با کاربردی فراگیر در تمام دنیا نام برد.
امروزه بسیاری از ساختمان های کوچک و بزرگ، پل ها، سد ها، تونل ها، کانال ها، مخازن و تانک ها، دیوارهای حائل، لوله ها و روسازی ها از بتن آرمه ساخته می شود. موفقیت قابل توجه بتن آرمه نسبت به سایر مصالح ساختمانی و به خصوص فولاد در کاربرد فراگیر آن را می توان مرهون موارد زیر دانست.
- بتن مقاومت فشاری قابل قبولی در مقایسه با بسیاری از مصالح ساختمانی دیگر دارد.
- تمامی اجزاء تشکیل دهنده بتن(به جز سیمان) به عنوان مصالح محلیو ارزان قیمت محسوب می شوند. تقریبا در همه جا می توان آب، ماسه و شن را از فواصل نزدیک به محل بتن ریزی حمل نمود که این مساله منجر به سهولت و رغبت بیشتر به بتن، و ارزانتر تمام شدن آن خواهد شد.
- بتن را می توان به سهولت به هر شکل دلخواه در آورد. با ساختن قالب مناسب، تقریبا هر گونه مقطع سازه ای و شکل معماری را می توان از بتن آرمه تولید نمود. در مقابل، مقاطع فولادی در ابعاد مشخص و در کارخانه تولید می شوند و تولید مقطع خاص از مصالح فولادی گاه مشکل و یا غیر ممکن خواهد بود.
- بتن مقاومت بسیار خوبی در مقابل آتش دارد.یک ساختمان بتن آرمه می تواند ساعت ها در مقابل آتش سوزی های مهیب مقاومت کند، بدون آنکه فرو ریزد. این مساله فرصت کافی برای مهار آتش و نیز تخلیه ساختمان از نفرات و اموال را فراهم میکند. در مقابل یک ساختمان فولادی در برابر آتش سوزی کاملا ضعیف خواهد بود. فروریزی برج های دوقلوی نیویورک که در واقعه 11 سپتامبر سال 2001 مورد حمله قرار گرفتند، به دلیل اسکلت فولادی آنها بود. چنانچه این برج ها از مصالح بتن آرمه ساخته شده بودند، جان هزاران انسان و نیز میلیون ها دلار ثروت موجود در آنها حفظ می شد.
- بتن همچنین مقاومت خوبی در مقابل رطوبت و آب دارد. اگر آب در تماس با بتن، حاوی بعضی از یون ها از قبیل یون سولفات و یا یون کلرور نباشد، برای بتن و حتی میلگرد های موجود در بتن، مشکلی ایجاد نمی کند.
- اجزاء بتن آرمه از صلبیت بالایی برخوردار هستند. به همین دلیل معمولا ساکنان یک ساختمان بتن آرمه در هنگام وزش شدید باد و یا تحرک زیاد همسایگان، لرزه ای را احساس نمی کنند و آرامش آنها حفظ می شود.
- اجزاء بتنی در مقایسه با سازه فولادی به صورت ذاتی به محافظت و نگهداری کمتری نیاز دارند. به خصوص اگر بتن ریزی به صورت متراکم انجام گرفته باشد و در قسمت های در تماس با هوا از بتن هوادار استفاده شده باشد، پس از شروع بهره برداری از سازه ی بتن آرمه تقریبا نیاز به مراقبت جدی ندارد.
- بتن در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی، عمر بهره دهی بسیار طولانی دارد. تحت شرایط مشخص، یک سازه بتن آرمه می تواند برای همیشه بدون کاهش در ظرفیت باربری مورد استفاده قرار گیرد.این مساله مبتنی بر این واقعیت است که بتن در طول زمان نه تنها کاهش مقاومت ندارد، بلکه با گذشت طولانی زمان با تحکیم بیشتر سیمان، افزایش مقاومت نیز داشت. با این وجود، تاثیر عوامل مخرب محیطی و یون های مهاجم ممکن است دوام بتن را در طول زمان به مخاطره بیندازد.
- بتن در بعضی از اجزاء سازه ای نظیر پی ها، دیواره های زیر زمین و شمع ها، به عنوان تنها گزینه اقتصادی محسوب میشود.
- اجرای بتن و سازه ی بتن آرمه در مقایسه با سایر مصالح نظیر فولاد و یا حتی چوب، نیاز به نیروهای اجرایی و کارگران با مهارت بالا ندارد.
فهرست مطالب
تعریف بتن
مصالح تشکیل دهنده بتن
مصالح سنگی مصرفی در بتن
ماسه در بتن
طبقه بندی شن
انواع سیمان
تاریخچه
مزایا و معایب بتن آرمه
انواع بتن
بتن سبک و خواص آن
مهمترین مزایای بتن سبک در مقایسه با بتن معمولی
انواع بتن سبک
جدول كاربردهاى ليكا بر حسب اندازه دانه ها
مهمترین مزایای بتن کفی
کاربرد بتن سبک کفی در ساختمان