بتن یکی از مهمترین مواد مورداستفاده در صنعت ساخت و ساز می باشد و در اغلب سازه های مورد استفاده به عنوان یک ماده ارزان و بادوام به کار برده می شود. همپا با پیشرفت صنعت ساخت و ساز در دهه های اخیر علم تکنولوژی بتن نیز پیشرفت فراوانی داشته است و امروزه شاهد انواع مختلف بتن با خواص متفاوت می باشیم که از جمله آن می توان به انواع بتن سبک اشاره نمود. در سالیان اخیر بتن های سبک به عنوان یک راهکار عملی در جهت کاهش وزن سازه مورد توجه مهندسین قرار گرفته است و سبب اثرات اثبات شده ای نظیر کاهش ابعاد مقاطع بتنی، کاهش مقدار فولاد مصرفی اعم از میلگرد و تیرآهن و ... می گردد. از این رو به دلیل بالا بودن قیمت میلگرد و تیرآهن، استفاده از بتن سبک سبب صرفه اقتصادی نیز می گردد. به این لحاظ مطالعه در خصوص بتن های سبک یکی از حوزه های موردتوجه محققین می باشد.
بتن سبک به بتن هایی اطلاق می شود که وزن مخصوص آن بین 300 تا 1850 kg/m3 می باشد. سه روش کلی تولید بتن سبک وجود دارد. (وزن مخصوص بتن معمولی حدود 2400 kg/m3 است)
بتن سبک را می توان به عنوان یکی از پیشرفت های صورت گرفته در زمینه حوزه صنعت بتن به حساب آورد. این نوع بتن علاوه بر کاهش بار مرده ساختمان از نیروی وارد به سازه در اثر شتاب زلزله می کاهد و در صورت تخریب، وزن آوار حاصل نیز کاهش می یابد و می توان گفت با توجه به لرزه خیزی کشور ما ایران مطالعه بر تولید مطلوب این نوع بتن حائز اهمیت می باشد که بر حسب وزن مخصوص و مقاومت فشاری آن تفکیک می گردد.
بتن سبک سازه ای بتنی است که با کسب مقاومت فشاری لازم طبق آیین نامه می تواند در قسمت باربر ساختمان مورد استفاده قرار گیرد. (وزن مخصوص این بتن ها معمولا بین 1400 الی 1850 kg/m3 و مقاومت فشاری آن ها بیشتر از 16 مگاپاسکال می باشد.)
1 - طبق آیین نامه ایران، بتن سبک سازه ای باید مقاومت فشاری 28 روزه ای (نمونه استوانه ای) بیشتر از 160 kg/cm2 داشته باشد.
2 – حداقل مقاومت فشاری بتن سازه ای حاوی سنگدانه های سبک توسط استاندارد ASTM به شماره C-330 و استاندارد توسعه بتن آمریکا (ACI 318) به شرح زیر تعیین می شود.
" بتن سازه ای ساخته شده با سنگدانه های سبک وزن، مخصوص خشک شده در هوا در سن 28 روزه معمولا بین 1440 تا 1850 kg/cm3 می باشد و مقاومت فشاری بیش از 17.2 mpa است." اما ممکن است وزن مخصوص تعادلی تا 1900 kg/cm3 نیز مطابق با الزامات پروژه ها مورد استفاده قرار بگیرد.
3 – براساس آیین نامه آمریکایی ACI 211.2-98 بتن دانه سبک بتنی است که:
سبک دانه های آن مطابق ASTM C330 ساخته می شود و مقاومت فشاری 28 روزه، حداقل 175 kg/cm2 بوده و وزن مخصوص خشک از 1842 kg/m3 تجاوز ننماید.
4 – آیین نامه ACI 213-87 تحت عنوان راهنمایی برای بتن سبک این نوع بتن را چنین تعریف می نماید:
بتن سازه ای با سنگدانه های سبک، بتنی است که مقاومت فشاری 28 روزه آن بیش از 17 Mpa بوده و وزن مخصوص خشک شده در هوای آزاد از 1850 kg/m3 بیشتر نباشد. و حداکثر اندازه سنگدانه های سبک به 20 mm محدود شده است.
در حقیقت بتن سبک بتنی است که علاوه بر قابلیت اجرا در سقف ها، تیرها و ستون ها، از آن به علت دارا بودن مقاومت فشاری مناسب به عنوان بتن اصلی سازه بتوان استفاده کرد. در ضمن وزن مخصوص آن از حد آیین نامه ای کمتر بوده و سایر خصوصیات مهندسی را داشته باشد.
با توجه به زلزله خیز بودن کشور عزیزمان ایران و تاثیر استفاده از این نوع بتن در کاهش نیروهای ناشی از زلزله و در نتیجه کاهش خسارات و تلفات مالی، ساخت و تولید انواع بتن سبک با کیفیت مطلوب در کشور بسیار مهم می باشد. با این وجود تاکنون توجه لازم به بتن سبکدانه در ایران صورت نگرفته است این در حالی است که آمار قابل توجه تلفات جانی در زلزله های اخیر توجه به رویکرد سبک سازی را ضروری می سازد.
کم بودن مقاومت بتن های سبکدانه علت اصلی عدم استقبال دست اندرکاران ساخت و ساز کشور از انواع بتن سبک می باشد. دلیل عمده کم مقاومت بودن بتن های سبکدانه سازه ای ساخته شده در ایران نازل بودن کیفیت سبکدانه های استفاده شده در این بتن ها می باشد. به دلیل کم بودن مقاومت سبکدانه های موردنیاز برای تولید بتن سبک، مصرف سیمان برای دستیابی به مقاومت موردنیاز افزایش یافته و در نتیجه ساخت بتن سبک با این سبکدانه ها غیر اقتصادی می گردد. تحقیقات نشان می دهد که سبکدانه های طبیعی که سابق بر این برای ساخت بتن سبک به کار رفته اند جوابگوی تولید بتن سبکدانه سازه ای نمی باشد و تنها تعداد محدودی از سبکدانه های مصنوعی مقاوم قابلیت تولید بتن سبکدانه سازه ای را دارا می باشند. جهت کسب اطلاعات بیشتر می توانید به مقاله بتن مسلح چیست در سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.
در حالت کلی از مزایای استفاده از بتن سبک می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1 – صرفه جویی در مصرف انرژی موردنیاز جهت جابجایی مصالح ساختمانی و حمل آن به طبقات مختلف
2 – صرفه جویی در مصرف فولاد
3 – صرفه جویی چشمگیر در حمل مصالح ساختمانی از کارخانه تولیدی تا محل مصرف. هزینه موثر ساخت و ساز با در نظر گرفتن هزینه مصالح و اجرا ارزیابی می شود. این تصور که چون هزینه تولید بتن سبکدانه بیشتر از بتن معمولی است، برای استفاده در ساخت و ساز مناسب نیست، تصور اشتباهی است. هزینه زیادتر بتن سبک در مقایسه با بتن معمولی به خاطر مزایای ناشی از کاهش بار مرده و افزایش سهولت حمل و نقل و جابجایی، به خصوص در المان های پیش ساخته تا حدی جبران می شود. اگر محصولات فرعی صنایع برای تولید سبکدانه استفاده شود، به مزایای اقتصادی بیشتر دست یافته می شود. این مزیت های اقتصادی ایجاد شده در بعضی از کشورها به واسطه تخفیف های اعطایی با مالیات زیادی که بر استخراج سنگدانه های دست اول وضع شده، محسوس تر هستند.
4 – صرفه جویی در مصرف انرژی در طول عمر سازه و ساختمان و بهره برداری از آن
5 – متاثر شدن محیط زیست و آب و هوا از صرفه جویی در مصرف انرژی
6 – صرفه جویی در زمان و مدت احداث بنا
7 – مقاوم تر شدن بنا در مقابل زلزله به دلیل کاهش وزن
8 – کاهش بار مرده: با استفاده از بتن سبک می توان تا حدود 25 الی 35 درصد بار مرده را در مقایسه با بتن معمولی کاهش داد.
9 – آزادی عمل بیشتر در طراحی: به علت کاهش بار مرده امکان افزایش دهانه های سازه، عریض شدن فاصله بین تیرها، کاهش در نیروهای پیش تنیدگی در بتن های پیش تنیده وجود دارد.
10 – بهبود پیوستگی بین خمیر سیمان و دانه های سبک از طریق داشتن ساختار سلولی و سطحی نامنظم از دانه ها که باعث افزایش قفل و بست مکانیکی و تشکیل پیوستگی بهتر می شود.
11 – کاهش ضریب هدایت حرارتی از دیگر خواص مثبت بتن سبک است.
12 – تحمل در برابر خستگی بیشتر نسبت به بتن معمولی
13 – به علت نزدیکی مدول الاستیسیته دانه های سبک به خمیر سیمان بتن های سبک سازگاری الاستیک بیشتری دارند.
14 – در بتن سبک میزان تنش های متمرکز از دور دانه های مقاوم تر که در بتن معمولی وجود دارند حدف شده و بدین ترتیب رفتار بتن در مقابل تنش های وارده یکنواخت تر خواهد بود.
15 - رطوبت جذب شده در داخل دانه های سبک وزن بعد از گذشت زمان در داخل ماتریس بتن باعث افزایش عمل آوری شده که باعث افزایش مقاومت بتن می گردد.
بتن سبک نیز همانند هر تکنولوژی دیگر در کنار نکات مثبت و مزایایی که دارد دارای معایبی نیز می باشد از جمله معایب بتن سبک می توان به موارد زیر اشاره نمود:
1 – مقاومت کم تر در برابر بارهای متمرکز موضعی بنابراین آرماتورهای در برگیرنده بیشتری در این حالت نیاز است.
2 – بتن سبکدانه بسته به سنگدانه انتخابی به سیمان بیشتری نیاز دارد.
3 – دمای ایجاد شده به خاطر حرارت هیدراتاسیون بیشتر است.
4 – برای برآورده کردن ملزومات مقاومت و کارایی، دقت بیشتری در کنترل آب و سایر پارامترهای موثر احتیاج می باشد.
روش های گوناگونی برای سبک کردن بتن و تولید بتن سبک به کار گرفته شده است که می توان عمومی ترین آن ها را به سه دسته تقسیم کرد.
بتن اسفنجی
بتن های اسفنجی که در زمان ساخت آن ها با ایجاد کف یا حباب گاز، حباب هایی در خمیر سیمان با در ملات سیمان – سنگدانه ایجاد می گردد. حباب موردنظر یا از طریق مواد کف زا در حین اختلاط تولید شده و یا به صورت کف آماده به مخلوط اضافه می شود یا با افزودن مواد واکش زایی مانند پودر آلومینیوم به بتن تازه تولید می شود. واکنش این مواد باعث ایجاد گاز در بتن و در نتیجه سبک شدن ماتریس سیمان آن می شود. ویژگی اصلی موردنیاز در ساخت بتن اسفنجی پایدار بودن حباب ها و توزیع یکنواخت آن ها در هنگام اختلاط، حمل و بتن ریزی می باشد. وزن مخصوص بتن اسفنجی عمدتا در محدوده 200 تا 700 کیلوگرم بر متر مکعب تنظیم می شود اما بتن اسفنجی می تواند وزن مخصوصی تا حدود 1200 کیلوگرم بر متر مکعب نیز داشته باشد.
بتن های با ساختار باز
این بتن ها در واقع بدون ریزدانه هستند و در آن ها ماسه از مخلوط بتن حذف گردیده و دانه های درشت با خمیر سیمان به یکدیگر چسبیده اند. ساخت بتن سبک با ساختار باز، هم با استفاده از سنگدانه های طبیعی و هم با استفاده از سبکدانه مصنوعی امکان پذیر است. این بتن ها برای مصارفی چون زهکش و یا پرکننده های سبک به کار می روند. وزن مخصوص این بتن ها در محدوده 700 تا 1500 کیلوگرم بر متر مکعب قرار می گیرد.
بتن سبکدانه
بتن با سنگدانه سبک یا به اختصار بتن سبکدانه است. در این نوع بتن، سبک کردن از طریق استفاده از سنگدانه های سبک صورت می گیرد. لازمه ساخت این نوع بتن استفاده از سبکدانه مناسب با ویژگی های موردنیاز است. سبکدانه ها را می توان به سبکدانه سازه ای و غیر سازه ای و طبیعی و مصنوعی تقسیم بندی نمود. عمده بتن های سبکی که دارای کاربرد سازه ای هستند در طبقه بندی بتن سبکدانه قرار می گیرد.
علاوه بر طبقه بندی بتن سبک از لحاظ روش ساخت، این بتن ها بر مبنای مقاومت نیز طبقه بندی می گردند. بتن های سبک از دیدگاه مقاومتی در سه دسته طبقه بندی می شوند که عبارتند از بتن سبک غیر سازه ای، بتن سبک نیمه سازه ای یا بتن سبک با مقاومت متوسط و بتن سبک سازه ای که در ادامه به آن پرداخته می شود.
بتن سبک غیرسازه ای
بتن های سبک با مقاومت کمتر از 7 مگاپاسکال در دسته بتن های سبک غیر سازه ای تقسیم بندی می شوند. این نوع بتن ها با وزن مخصوصی برابر 800 کیلوگرم بر متر مکعب و کمتر، به عنوان تیغه های جداساز و عایق های حرارتی و صوتی در کف بسیار موثر هستند. این نوع بتن می تواند در ترکیب با مواد دیگر در دیوار، کف و سیستم های مختلف سقف مورد استفاده قرار گیرد. هنگام ساخت و استفاده از بتن سبک غیر سازه ای، سعی بر این است که با کاهش وزن بتوان خصوصیات عایق حرارتی را افزایش داد، اما ذکر این مطلب ضروری است که با کاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت مقاومت آن نیز کاهش می یابد. مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزدیکی با هم دارند و با افزایش وزن مخصوص، مقاومت زیادتری موردانتظار است.
بتن سبک نیمه سازه ای
بتن های سبک موجود در این طبقه عمدتا از نوع بتن های سبکدانه و بتن های با ساختار باز می باشند. به عبارت دیگر برای کاهش چگالی بتن، یا ریزدانه از مخلوط بتن حذف می شود یا از سنگدانه های سبک طبیعی یا مصنوعی برای سبک سازی مخلوط استفاده می گردد. کاربرد این بتن ها معمولا در بلوک های مجوف بتنی، کف سازی ها و موارد مشابه است.
بتن سبک سازه ای
بتن های سبک سازه ای بتن هایی هستند که علی رغم دارا بودن چگالی کمتر از 2000 کیلوگرم بر متر مکعب، مقاومت فشاری بیش از 17 مگاپاسکال دارند. ساخت این بتن ها صرفا با استفاده از سنگدانه های سبک و مقاوم امکان پذیر است.
مصالح سبک وزنی که از آن ها به عنوان سنگدانه در ساخت بتن استفاده می شود، محدوده وسیعی دارند و با به کار بردن مصالح و روش های مناسب، وزن مخصوص بتن می تواند از 300 تا 2000 کیلوگرم بر متر مکعب تغییر نماید و مقاومت های متناظر آن ها در حدود 3 مگاپاسکال و در بعضی موارد بیش از 60 مگاپاسکال می باشد. با استفاده از مقادیر زیاد سیمان و کاهش نسبت آب به سیمان می توان مقاومت های بیشتری را نتیجه گرفت.
مقاومت فشاری بتن سبکدانه
حداقل مقاومت 28 روزه بتن سازه ای در آیین نامه های مختلف از 15 تا 17 مگاپاسکال تغییر می کند. برای نمونه آیین نامه بتن ایران، این حد را 16 مگاپاسکال در نظر می گیرد. البته حداقل مقاومت مجاز بتن برای اعضای پیش تنیده متفاوت است. برای مثال آیین نامه انگلیس، حداقل مقاومت فشاری 28 روزه مجاز اعضای پس تنیده را 30 مگاپاسکال اعلام می کند. این حد برای اعضای پیش تنیده، پیش ساخته 40 مگاپاسکال است. این حداقل مقاومت گزینه های مجاز طراح را در انتخاب نوع سنگدانه محدود می کند. برای استفاده از بتن سبک در این موارد باید بررسی های فنی و اقتصادی بیشتری صورت گیرد.
مقاومت کششی و خمشی
طبق بررسی های انجام شده مقاومت کششی بتن سبک به دو پارامتر بستگی بیشتری دارد. یکی نوع سبکدانه و دیگری روش عمل آوری بتن. معمولا اگر عمل آوری بتن در شرایط خشک باشد مقاومت کششی بتن سبک حدود 30 درصد کمتر از بتن معمولی هم مقاومت آن است. مقاومت خمشی بتن سبک بیشتر از مقاومت کششی به شرایط عمل آوری بستگی دارد و این حساسیت با افزایش مقاومت بتن بیشتر می شود. برای مثال مقاومت خمشی بتن های با مقاومت بیشتر از 50 مگاپاسکال در صورت عمل آوری در شرایط خشک حدود 50 درصد کاهش می یابد.
مدول الاستیتیشه
مدول الاستیسیته بتن سبک تفاوت نسبتا زیادی با بتن معمولی هم مقاومت آن دارد و تا 0.2 آن هم می رسد و این امر در بعضی موارد باعث بروز مشکلاتی در اعضای ساخته شده با بتن سبک خصوصا المان های خمشی می شود. مدول الاستیسیته بتن سبک به پارامترهای مختلفی بستگی دارد ولی به متغیرهای میزان تخلخل بتن، نوع سبک دانه، مقاومت فشاری و وزن مخصوص بستگی بیشتری دارد.
جمع بندیدر این مقاله به بررسی انواع بتن سبک پرداخته شد. همان طور که گفتیم این بتن در برابر معایب اندکی که دارد دارای مزایای فراوانی بوده و استفاده از آن به بهبود سازه های کشور کمک شایانی می نماید. امید است در آینده شاهد استفاده های بیشتری از این محصول در پروژه های ساخت و ساز باشیم.
