آشنایی با بتن های خاص و ویژه

بتن های خاص و ویژه - بخش بندی بتن ها

به بتن هایی که دارای کاربرد یا مشخصاتی ویژه باشند، بتن های ویژه اطلاق می شود. مشخصات و روش تهیه مصالح، ساخت بتن، ریختن و عمل آوردن بتن های ویژه در هر پروژه ای با هم تفاوت دارد. بعضی از بتن های ویژه، که دارای کاربرد بیشتری هستند، عبارتند از:

1- بتن کم مایه (لاغر)

بتن لاغر به بتن های رده ۱۰ Cو پاییم تر اطلاق می شود، قبل از اجرای بتن مسلح و پس از رگلاژ سطح بستر خاکی، باید قشر بتن لاغر ریخته، پخش و رگلاژ شود. ضخامت این قشر حداقل ۷ سانتیمتر اختیار 

می شود. از بتن لاغر می توان برای پر کردن خاکبرداری های اضافی یا حفره ها استفاده نمود.

2- بتن سبک ساختمانی

بتنی که وزن مخصوص آن بطور محسوسی کمتر از وزن مخصوص بتن معمولی است و با سنگدانه های طبیعی یا شکسته ساخته شود بتن سبک نامیده می شود. بتن سبک اغلب به عنوان جایگزینی مناسب و مکمل برای بتن معمولی و به منظور کاهش وزن سازه به کار می رود، هر چند مقاومت فشاری نهایی آن، در مقایسه با بتن های معمولی مقدار کمتری است. معمولاً افزایش هزینه ناشی از اعمال تمهیدات ویژه در ساخت بتن سبک به ازای هر متر مکعب، با کاهش بار مرده و افزایش مقاومت بتن در مقابل آتش سوزی جبران می شود. کاهش بار مرده در سازه موجب کاهش ابعاد پی ساختمان کاهش ابعاد پی های منفرد و کاهش عرض پی های زیر دیوار، ابعاد ستون ها، تیرها و همچنین کاهش ضخامت سقف می گردد. این کاهش در جرم بتن مصرفی موجب صرفه جویی در هزینه ساخت اعضای فوق الذکر و جبران اضافه هزینه ناشی از ساخت بتن سبک خواهد شد. علاوه بر این، میزان عایق سازی صوتی و حرارتی آن به گونه ای است که در اکثر موارد استفاده از لایه های اضافی جهت عایق بندی جزئی یا کلی را منتقل می سازد، که خود از لحاظ اقتصادی به صرفه خواهد بود.

در دنیای امروز با افزایش هر روزه ی ابعاد سازه ها، مهندسان با افزایش وزن ساختمان ها مواجه هستند. وزن زیاد سازه ها از جهات مختلف در سازه تاثیر گذاشته و طراحی را مشکل تر می یاد. اولین خطر افزایش وزن سازه، اعمال نیروی زیاد در هنگام وقوع زلزله است. نیرویی که زلزله به یک سازه وارد می سازد با جرم سازه رابطه مستقیم دارد. یعنی هر چه جرم سازه بیشتر باشد زلزله نیروی بیشتری به سازه وارد می سازد. این نیرو برای سازه بسیار مخرب است و برای مقابله با چنین نیروی زیادی در ساختمان باید از المان های بسیار قوی استفاده شود که خود باعث افزایش هزینه ی پروژه می شود. مهندسان برای مقابله با این شرایط سعی می کنند تا سازه ی ساخته شده هر چه بیشتر سبک باشد تا بتوانند با المان های کوچکتر به پایداری لازم دست یابند.

دومین مشکل وزن زیاد سازه، در خاک بستر بروز می کند. هر چه وزن سازه بیشتر باشد تنش وارده به خاک افزایش یافته و خاک را در معرض گسیختگی قرار می دهد. برای افزایش مقاومت خاک باید خاک را متراکم ساخت. واضح است که هر چه تنش وارده به خاک بیشتر باشد تراکم خاک باید افزایش یابد تا به مقاومت لازم دست یابد. روش های تراکم خاک بسیار پر هزینه و دشوارتر مخصوصاً در خاک های اشباع با توجه به دلایل ذکر شده مهندسان همیشه در پی یافتن مصالحی بوده اند که در عین داشتن مقاومت مطلوب، دارای حداقل وزن باشند. این گونه مصالح کمال مطلوب هستند. چرا که می توان با این مصالح، پروژه های بسیار عظیم را به راحتی و ضریب اطمینان بیشتر طراحی و اجرا کرد.

بتن از جمله مصالح پر کاربرد و پر طرفدار در صنعت ساختمان است. با پیشرفت تکنولوژی، صنعت بتن سازی نیز تحت تاثیر قرار گرفته و دچار تحول گشته است که تولید بتن سبک، حاصل همین پیشرفت است؛ بتنی که علاوه بر کاهش بار مرده ی ساختمان از نیروی وارد به سازه در اثر شتاب زلزله می کاهد و در صورت تخریب، وزن آوار حاصله نیز کاهش می یابد.

در سالیان اخیر استفاده از بتن سبک در دال سقف ساختمان های بلند مرتبه، عرشه پل ها و دیگر موارد مشابه و همچنین کاربردهای خاص مانند عرشه و پایه دکلهای استخراج نفت کاربرد فراوانی یافته است.

خصوصیات بتن سبک

از جمله خصوصیات بتن سبک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

با کاهش بار وارده بر فونداسیون موجب کوچک تر شدن ابعاد آن، کمتر شدن تعداد و کوچکتر شدن شمع ها و کاهش مقدار آرماتورهای و به طبع آن اجرا سریع و آسان تر فونداسیون می شود.

کاهش بار مرده سبب کوچکتر شدن اعضای نگهدارنده می شود.

کاهش بار مرده باعث کاهش نیروهای لرزه ای وارد بر سازه می گردد.

در گسترش پل ها می توان با استفاده از مواد سبک مانند بتن سبک، عرشه ی پل را جهت تحمل ترافیک بیشتر بزرگتر نمود، بدون اینکه تغییر در سازه و یا فونداسیون پل ایجاد کنیم.

با توجه به مقاومت بتن سبکدانه در برابر آتش سوزی از حداقل ضخامت بتن در کف ها کاسته می شود.

حمل و نقل قطعات پیش ساخته با بتن سبک بسیار راحت تر بوده و هزینه ی کمتری دارد.

بتن های خاص و ویژه 

طبقه بندی بتن های سبک 

طبقه بندی بتن های سبک عموماً به دو شکل کلی صورت می گیرد:

1. طبقه بندی براساس زمینه های کاربرد آن

2. طبقه بندی براساس روش دستیابی به سبکی (روش دستیابی به جرم حجمی کم)

از آنجا که جرم حجمی در بتن سبک معیار اصلی شناسایی آنست، اکثر استانداردها و آیین نامه های جهانی، حد بالای جرم حجمی خشک بتن سبک را حدود ۱۹۰۰ الی ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و حد پایین جرم حجمی بتن سبک را حدوداً ۳۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب قید نموده اند.

بتن سبک براساس زمینه های کاربرد به شکل زیر دسته بندی می شود:

بتن سبک غیر سازه ای

این نوع بتن ها با جرم مخصوصی معادل ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و کمتر، به عنوان تیغه های جداساز و عایق های 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. مزیت عمده آن، کاهش هزینه های لازم برای تهویه ی گرمایی یا سرمایی فضاهای داخلی ساختمان و کاهش انتقال صوت بین طبقات و فضاهای ساختمان 

می باشد. بتن های سبک غیر سازه ای براساس ساختار داخلی می توانند به دو گروه جداگانه تقسیم بندی شوند.

دسته اول: بتن های اسفنج که در حین ساخت آنها با ایجاد کف، حباب های هوا در خمیر سیمان یا در ملات سیمان - سنگدانه ایجاد می گردد. کف مورد نظر یا از طریق مواد کف زا در حین اختلاط تولید شده و یا به صورت کف آماده به مخلوط اضافه می شود. بتن اسفنج می تواند جرم مخصوصی تا حدود ۲۴۰ کیلوگرم بر مترمکعب داشته باشد.

دسته دوم: بتن با سنگدانه سبک یا به اختصار بتن سبکدانه است که با استفاده از پرلیت، ورمیکولیت منبسط شده و یا دیگر سبکدانه های طبیعی و مصنوعی ساخته می شوند. جرم مخصوص خشک این مخلوط بین ۲۴۰ تا ۹۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.

امروزه اضافه کردن ریزدانه هایی با وزن معمولی، موجب افزایش وزن بتن و مقاومت آن می شود، لیکن به منظور حصول خواص عایق بندی حرارتی (ضریب انتقال حرارت پایین)، حداکثر جرم مخصوص به

۸۰۰ کیلوگرم در متر مکعب محدود می گردد.

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 آن نیز کاهش می یابد. مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزدیکی با هم دارند و با افزایش وزن مخصوص، بالطبع باید مقاومت بالاتری را انتظار داشت. با توجه به مقاومت به دست آمده از این نوع بتن، محل کاربرد آن تعیین می گردد. به عنوان مثال بتن هایی با مقاومت فشاری حدود ۰/۷ نیوتن بر میلیمتر مربع و کمتر برای عایق سازی لوله های بخار زیر زمینی مناسب هستند و از بتن های با مقاومت بالاتر تا حدود ۳/۵ نیوتن بر میلیمتر مربع در پیاده روها استفاده می شود. باید توجه داشت که انقباض بتن های سبک در هنگام خشک شدن در اکثر موارد و به خصوص در موارد حذف سنگدانه های درشت از مخلوط، همواره مشکل ساز است.

بتن سبک با مقاومت متوسط

این نوع بتن از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشاری در محدوده بتن های سبک سازه ای و بتن های سبک غیر سازه ای قرار دارد، بگونه ای که مقاومت فشاری آنها بین ۷ آلی ۱۷ نیوتن بر میلیمتر مربع و جرم مخصوص آنها ۸۰۰ الی ۱۲۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. بتن های سبک نیم سازه ای با سنگدانه های تولید شده از روش های تکلیس (آهکی شدن)، سنگدانه کلینکر، محصولات منبسط شده ای نظیر سرباره های منبسط شده، خاکستر بادی، شیل و تسلیت یا سنگدانه های تولیدی از مصالح طبیعی، مانند پوکه سنگ آذرین، سنگ های آذرین متخلخل یا توف، ساخته می شوند. جرم مخصوص بتن تولید شده با سنگدانه های فوق، بین ۸۰۰ آلی ۱۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. با تجدید نظر و اصلاح ترکیبات تشکیل دهنده بتن های سبک، می توان ساخت بتن های نیمه سازه ای را با سنگدانه هایی نظیر پرلیت، الیاف پلی استایرن و کف های اسفنج گسترش داد. مقاومت بتن به طور معمول تابعی است از وزن مخصوص آن. کاربرد مواد افزودنی نظیر تسریع کننده ها و روان کننده ها(مواد کاهش دهنده آب)، می تواند در تغییر مقاومت بتن های ساخته شده با سنگدانه های مذکور موثر باشد.

بتن سبک سازه ای

این نوع بتن عموماً دارای جرم مخصوصی بین ۱۴۰۰ تا ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و حداقل مقاومت فشاری تعریف شده برای آنها، معادل ۱۷ نیوتن بر میلیمتر مربع است، بتن های سبک سازه ای دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی بوده، بگونه ای که کاربرد آنها را در اعضای سازه ای مجاز می سازد. ساخت این بتنها صرفاً با استفاده از سنگدانه های سبک و مقاوم امکان پذیر است. تمام بتن های سبک سازه ای از خانواده بتن های سبکدانه می باشند که در آن برای کاهش وزن مخصوص بتن از سنگدانه های سبک استفاده شده است. به این دلیل بعضاً از عبارات بتن سبکدانه و بتن سبک سازه ای برای بیان یک مفهوم استفاده می شود. در بتن های سبکدانه سازه ای از سنگدانه هایی استفاده می شود که بتن ساخته شده، مقاومتی بیش از ۱۷ مگا پاسکال و جرم مخصوصی کمتر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب دارا باشد. سنگدانه هایی که برای ساخت بتن سبک سازه ای مورد استفاده قرار می گیرند، عمدتاً عبارتند از:

1. شیل، رس و تسلیت منبسط شده در کوره ی دوار

2. سنگدانه هایی که از فرآیندهای کلوخه ای شدن به دست می آیند.

3. سرباره های منبسط شده

4. پوکه های معدنی

5. پوکه های صنعتی

6. خاکستر بادی ته نشین شده

تامین مقاومت فشاری معادل ۲۰ نیوتن بر میلیمتر مربع و بیشتر با بعضی از این سنگدانه ها امکان پذیر است. شرایط سایر سنگدانه ها نیز طوری است که قادر به حصول حداقل مقاومت فشاری مقرر شده برای بتن سبک سازه ای می باشند. همانطور که پیش از این ذکر شد، مقاومت بتن سبک تابعی از جرم مخصوص آن است. باید توجه داشت که جرم مخصوص بتن عمدتاً متاثر از جرم مخصوص سنگدانه های مصرفی است، به گونه ای که استفاده از مصالح سبکتر موجب کاهش وزن مخصوص بتن می شود. ولی استفاده از مصالح سنگین تر از سبکدانه ها، لزوماً باعث افزایش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد شد. بیشترین مقاومت بتن سبکدانه معمولاً وقتی حاصل می شود که از سبکدانه های ساخته شده از شیل، رس و تسلیت منبسط شده در فرآیند کوره دوار برای سبک سازی چگالی بتن استفاده گردد.

طبقه بندی بتن های سبک براساس روش دستیابی به سبکی

اصول اولیه و روش پایه برای دستیابی به بتن سبک، ایجاد تخلخل در بتن است.

لذا بتن سبک را می توان از نقطه نظر مواد بکار برده شده و روش دستیابی و شیوه تولید آن به سه روش عمده تقسیم بندی نمود.

کاربرد سنگدانه های متخلخل در بتن به نام: بتن سبک دانه

ایجاد تخلخل در خمیر سیمان بتن که به عنوان بتن اسفنجی یا سلولی مطرح می باشد

ایجاد تخلخل و فضای خالی در بتن از طریق حذف ریزدانه ها بنام بتن بدون ریزدانه

3- بتن پیش ساخته

به منظور تامین سرعت عمل بیشتر در اجرای کارهای دارای تشابه و تکرار عضوهای ساختمانی نظیر دالها، تیرچه ها، لوله ها، بلوکها و آجرها از بتن پیش ساخته استفاده می شود. جزئیات دانه بندی مصالح، میزان آب، سیمان، مواد افزودنی، نحوه قالب بندی، روش حمل و عمل آوردن و بالاخره نحوه ذخیره سازی و مصرف، باید کاملاً با رعایت آیین نامه های ساختمانی انجام پذیرد. در نحوه حمل قطعات باید نهایت دقت به عمل آید تا تنشها و تغییر شکلهای غیر مجاز و زودهنگام، موجب خرابی نشود. از بتن خشک و بدون اسلامپ می توان برای تولید عضوهای پیش ساخته استفاده نمود.

4- بتن با حباب هوا

بتن با حباب هوا به منظور بهبود شرایط ساخت و اجرا و مقاومت نهایی بتن مورد استفاده قرار می گیرد. برای ایجاد حبابها میکروسکپی در مخلوط بتن، از مواد حباب ساز استفاده خواهد شد. ایجاد هوا در بتن در شرایط مختلف دارای آثاری مطلوب به شرح زیر خواهد بود:

کارایی: به علت عملکرد حبابها هوا، این نوع بتن تحت شرایط مساوی در مقایسه با بتن معمولی از نظر روانی و قطر حداکثر دانع، نیاز به آب کمتری داشته و دارای کارایی بهتری می باشد.

مقاومت در برابر یخبندان: ایجاد حباب هوا، باعث کارایی بیشتر بتن در شرایط یخبندان می شود. مقاومت چنین بتنی در قبال یخزدنها و ذوب شدنهای متوالی بیش از بتن های معمولی خواهد بود.

مقاومت در برابر مواد یخ زدا: مواد شیمیایی یخ زدا که برای از بین بردن یخ و برف به کار می روند، باعث پوسته شدن سطح بتن و نهایتاً تخریب آن می شوند. وسعت این پوسیدگی به میزان و نوع نمکهای مصرفی بستگی خواهد داشت. ایجاد حباب هوا در بتن باعث جلوگیری از پوسته شدن و فرسایش سطح بتن 

می گردد. مصرف مواد یخ زدا باید با نهایت دقت صورت گیرد. از مصرف موادی نظیر نیترات آمونیوم یا سولفات آمونیوم که دارای واکنش سریع شیمیایی با بتن می باشند، باید جداً خودداری شود.

مقاومت در برابر سولفاتها: تولید حباب هوا، مقاومت بتن را به میزان قابل ملاحظه ای در برابر حمله سولفات ها بهبود می بخشد.

مقاومت فشاری و آب بندی: به علت بالا بودن کارایی بتن با حباب هوا در شرایط مساوی، می توان نسبت آب به سیمان را تقلیل داد که این امر نقش عمده ای در بالا بردن مقاومت فشاری بتن خواهد داشت. با بالا بردن مقاومت فشاری، مقاومت در برابر سایش و آب بندی نیز افزایش می یابد.

نکات مهم در ساخت بتن با حباب هوا 

در ساخت بتن با حباب هوا باید به نکات زیر توجه شود:

میزان اسلامپ و زمان ارتعاش میزان هوا با افزایش اسلامپ تا ۱۵۰ میلیمتر فزونی می یابد و پس از این مقدار سیر نزولی خواهد داشت. در تمامی اسلامپها زمان ارتعاش بین ۵ تا ۱۵ ثانیه توصیه می شود و ارتعاش بیشتر از این میزان به هیچ وجه مجاز نیست.

دمای بتن: دمای بتن بر روی میزان هوا اثر می گذارد. با ازدیاد دمای بتن میزان هوا کاهش می یابد. در هوای سرد به کار بردن آب گرم، باعث کاهش کارایی ماده افزودنی حباب ساز می شود، لذا ماده افزودنی باید زمانی اضافه شود که دمای مصالح بتن به تعادل رسیده باشد.

عمل اختلاط: نحوه اختلاط در میزان هوای بتن، نقش بسیار مهمی خواهد داشت. میزان هوا به ثابت یا متحرک بودن مخلوط کن، مقدار بتن ساخته شده در هر ساخت و سرعت اختلاط بستگی خواهد داشت.

ماده افزودنی: میزان ماده حبابساز و نحوه به کار گرفتن باید بر اساس توصیه های سازنده این مواد و به میزان تعیین شده در مشخصات باشد. به کار بردن مواد افزودنی نظیر کندگیر کننده ها یا کاهنده میزان آب، باعث بالا رفتن کارایی و عملکرد ماده حبابساز خواهد شد.

میزان هوا: میزان هوا به شرایط آب و هوایی، دوره های یخ زدن و آب شدن، زمان رویارویی با مواد یخ زدا و نوع سازه بستگی خواهد داشت.

5- بتن اسفنجی 

بتن اسفنجی یک مخلوط سنگ دانه ی درشت (شن، سیمان، آب و ماسه) به میزان اندک (و گاهی اوقات بدون ماسه) است. در ساختار این بتن ۱۵ الی ۲۵٪ (از لحاظ حجم) فضای خالی وجود دارد و این امر موجب عبور آب از داخل این بتن می شود. در بتن اسفنجی از آب نسبت به دیگر انواع بتن کمتر استفاده می شود و این مسئله باعث شده تا پس از ساختن مخلوط بتن، آب آن به سرعت تبخیر شده و مخلوط در مدت ۱ ساعت کاملاً از آب تخلیه خواهد شد.

نسبت مواد مختلف در بتن اسفنجی

برای آشنایی بیشتر با این بتن، در جدول (۱) میزان مواد مختلف بکار رفته شده در آن ذکر شده است:

جدول (۱) میزان مواد بکار رفته در بتن اسفنجی

نسبت مواد 

مقدار هوا 

مواد دارای خواص بتن 

270 تا 415 کیلوگرم بر متر مکعب 

سنگدانه 

1190 تا 1480 کیلوگرم بر متر مکعب 

نسبت آب به سیمان 

(از لحاظ جرم) 27/0 تا 3/0 

نسبت سنگدانه به سیمان 

(از لحاظ حجم) 4 تا 5/4 به یک 

نسبت سنگدانه ریز (ماسه) به سنگدانه درشت (شن) 

صفر تا یک به یک 

رفتار بتن اسفنجی

همچنین به منظور آشنایی بیشتر با رفتار این بتن، ویژگی های آن در زیر بیان شده است:

مشخصات 

مقدار 

اسلامپ یا نشست 

20 میلیمتر 

چگالی (وزن مخصوص) 

1600 تا 2000 کیلوگرم بر متر مکعب 

زمان گیرش 

یک ساعت 

تخلخل (از لحاظ حجم) 

15 تا 25% 

کیزان نفوذ پذیری (از لحاظ سرعت) 

120 تا 320 Lit/( m^2 .min ) 

مقاومت فشاری 

1 تا 8/3 مگا پاسکال 

مقاومت خمشی 

1 تا 8/3 مگا پاسکال 

افت بتن 

106 × 200 

نقش مواد افزودنی (مواد دارای خاصیت سیمانی) در بتن اسفنجی

مواد افزودنی (یا همان مواد دارای خواص سیمانی) که در بتن اسفنجی به کار می روند عبارتند از: رقیق کننده های سیمان (C1157, ASTM C595)

خاکستر بادی و پوزولانی طبیعی ASTM C 618))

بخار سیلیس ( ASTM C1240)

در واقع این مواد بر عملکرد زمان گیرش، میزان افزایش مقاومت، تخلخل، نفوذ پذیری و غیره در بتن تاثیر می گذارند. از آن جمله می توان به گاز سیلیس و خاکستر بادی که هر دو دوام بتن را به وسیله ی کم کردن نفوذ پذیری و شکاف (ترک خوردگی) افزایش می دهند اشاره نمود:

گاز سیلیس

یک فرآورده ی فرعی (محصول جانبی) از تولید سیلیکون است و از دانه های خیلی ریز و ذرات کروی شکل تشکیل شده است و به طور موثری مقاومت و دوام بتن را افزایش می دهد و به طور مکرر برای ارتفاعات بلند ساختمان ها به منظور افزایش مقاومت فشار (با استفاده از گاز سیلیس مقاومت فشاری بتن از Psi ۲۰۰۰۰ هم فراتر می رود) استفاده می شود و می توان از آن به ازای ۵ الی ۱۲% به جای سیمان در بتن استفاده کرد.

خاکستر بادی

خاکستر بادی محصول فرعی انبار ذغال سنگ سوزان در نیروگاه های برق است که سال ها قبل به عنوان ماده ای بی مصرف روی زمین انباشته می شد و بدون استفاده بود. اما در حال حاضر به عنوان یک ماده ی مهم در صنعت سیمان سازی به کار برده می شود و می توان از آن به ازای ۵ الی ۶۵% به جای سیمان در بتن استفاده کرد.

مزایای بتن اسفنجی و موارد استفاده از آن

بتن سنجی دارای مزایای اقتصادی و زیست محیطی فراوانی است که البته مزایای زیست محیطی آن بیشتر مد نظر است. از مزایای اقتصادی آن می توان به پایین آمدن خرج های فراوان به منظور هدایت آب باران و فاضلاب اشاره داشت. در واقع می توان گفت با وجود بتن اسفنجی نیازی به ساختن جوی های آب فراوان در سطح شهر و کنار خیابان ها و کوچه ها و همچنین کانال های بزرگ آب نیست. زیرا این بتن هرگونه بارندگی را مستقیماً به زمین و سفره های آب زیر زمینی منتقل می کند و در واقع یک مزیت زیست محیطی نیز محسوب می شود. از دیگر مزایای زیست محیطی آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- جلوگیری از بروز جمع شدن آب در معتبر و مکان ها به هنگام بارندگی

2- جلوگیری از آلوده شدن آب بارندگی ها (زیرا اگر زمین غیره قابل نفوذ باشد، آب باران و برف در سطح زمین که آلودگی های فراوان دارد جریان یافته و منجر به آلوده شدن آب بارندگی می شود.)

3- پر شدن ذخیره آبهای زیر زمینی

4- در نقاط سرد که ماندن برف و باران روی زمین بعد از بارش منجر به سرد شدن آن مناطق می شود، 

می توان با استفاده از این بتن، آب باران و برف را به داخل زمین هدایت کرد و از سردتر شدن آن ناحیه جلوگیری کرد.

5- همچنین می توان از این نوع بتن در مکان هایی که نیاز به زمین خشک است استفاده کرد، مثلاً در زیر سازی چمن های استادیوم های فوتبال.

6- همچنین در مناطق سردسیر به دلیل عبور آب از این بتن از یخ زدگی سطح معابر و در نتیجه ایجاد خطر، جلوگیری می شود که شهرداری ها می توانند از این بتن در پیاده روها و محوطه پارک ها، 

پارکینگ ها و معابری که مشکل آب گیری دارند استفاده نمایند.

بتن حاوی سنگ دانه های سبک

همان طور که اشاره شد ساخت بتن های سبک سازه ای تنها با استفاده از سنگ دانه های سبک و مقاوم امکان پذیر است. به طور کلی به کار بردن مصالح سبک در ساخت بتن دامنه وسیعی دارد و با روش های مناسب می توان بتن با وزن مخصوص بین ۳۰۰ تا حدود ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب به دست آورد. برای هر مصالح خاص، مقاومت بتن سبک تهیه شده با افزایش وزن مخصوص آن بالا می رود، ولی به طور کلی میزان سیمان مصرفی در تهیه ی این نوع بتن ها تا حدی باید بیشتر از بتن حاوی سنگدانه های معمولی باشد تا مقاومت یکسان حاصل گردد. البته هیچگونه رابطه ی سازه ای بین مقاومت مصالح مصرفی و مقاومت بتن سبک ساخته شده وجود ندارد.

خواص بتن ساخته شده با سنگ دانه های سبک تحت تاثیر دانه بندی، مقدار سیمان، نسبت آب به سیمان، استفاده از مواد افزودنی و همچنین درجه ی تراکم قرار خواهد گرفت. خصوصیات اصلی که باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از: کارایی بتن، جمع شدگی ناشی از خشک شدن و تغییر شکل های ناشی از حرکت رطوبت.

بتن های حاوی سنگدانه های سبک به طور کلی براساس مصرف و خصوصیات فیزیکی به سه گروه اصلی تقسیم بندی می شوند که عبارتند از: بتن سازه ای، بتن عایق کننده و بتن سازه ای - عایق کننده. در جدول زیر محدوده های وزن مخصوص و مقاومت فشاری هر گروه خلاصه شده است.

مورد مصرف بتن دانه سبک 

محدوده وزن مخصوص بتن سبک kg/m3 

محدوده متداول مقاومت فشاری (MPa) 

بتن سازه ای 

1440 تا 1840 

17 

بتن سازه ای – عایق کننده 

800 تا 1440 

4/3 تا 17 

بتن عایق کننده 

240 تا 800 

7/0 تا 4/3 

سنگدانه های سبک و بتن سازه ای سبک

بتن سازه ای سبک عمدتاً حاوی سنگدانه های سبک از جنس سنگ رس، رس، سنگ لوح منبسط شده، خاکستر بادی و همچنین سنگ دانه های متخلخل سبک حاصل از منابع طبیعی آتشفشانی می باشد.

حداقل مقاومت فشاری بتن سازه ای حاوی سنگ دانه های سبک توسط استاندارد ASTM-C130 به شرح زیر تعیین شده است:

در بتن سازه ای ساخته شده با سنگدانه های سبک، وزن مخصوص خشک شده در هوا در سن ۲۸ روز معمولاً بین ۱۴۴۰ تا ۱۸۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. و مقاومت فشاری بیش از MPa ۱۷/۲ است. اما ممکن است وزن مخصوص تعادلی تا ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب نیز مطابق با الزامات پروژه ها مورد استفاده قرار بگیرد. اغلب بتن های سبک سازه ای به کار رفته در سازه ها دارای وزن مخصوص تعادلی بین ۱۶۰۰ تا ۱۷۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشند.

به کارگیری روز افزون سنگ دانه های سبک مصنوعی در تعدادی از کشورهای پیشرفته در مصارف سازه ای نشان دهنده ی کاهش اثرات سوء زیست محیطی به کارگیری منابع طبیعی از قبیل ماسه و شن های طبیعی است، چرا که این محصولات از مواد اولیه ای که به صورت طبیعی مصرف سازه ای نداشته اند استفاده می نمایند و از تقاضای منابع محدود طبیعی مانند ماسه، سنگ و شن های طبیعی کاسته می شود.

سنگدانه های سبک ریز به کار رفته در ساخت بتن سبک سازه ای باید به طور مناسب دانه بندی گردد، به نحوی که ۸۵ الی ۱۰۰% آن از الک mm ۴/۷ عبور نماید و وزن مخصوص خشک توده ای آن نیز باید کمتر از ۱۱۲۰ کیلوگرم بر متر مکعب باشد. چهار نوع دانه بندی شن جهت تهیه بتن سبک مشخص گردیده است و وزن مخصوص توده ای در حد ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب محدود شده است.

استفاده از ماسه طبیعی به جای ماسه ریز دانه

ماسه طبیعی را اغلب به منظور کارآیی بهتر، کاهش انقباض ناشی از حک شدن، افزایش مقاومت بتن و یا به علت صرفه جویی بهتر در مصرف مصالح سبک، به درشت دانه های سبک می افزاید. البته اضافه کردن ماسه باعث افزایش وزن مخصوص بتن سبک خواهد شد. برای نمونه با جایگزین کردن حدود ۱۰% حجم ماسه، به جای ریز دانه های سبک در حدود ۱۰۰ کیلوگرم در متر مکعب به وزن مخصوص افزوده می شود و هم زمان مدول تغییر شکل، ۲۰% افزایش می یابد.

گفتنی است که جایگزین کردن ماسه طبیعی به جای مقداری از ریزدانه های سبک، مقاومت بتن بدست آمده را افزایش می دهد. این افزایش مقاومت به دو دلیل زیر قابل توجیه است:

1- جذب آب در ریزدانه های سبک با سطح زبر، بیشتر از دانه های با سطح صاف و گرد (ماسه) صورت گیرد. در نتیجه با استفاده از ماسه به جای ریزدانه سبک، نسبت آب به سیمان کاهش یافته و مقاومت افزایش می یابد.

2- ملات ماسه سیمان مقاوم تر از ریزدانه سبک و سیمان است. (ماسه مقاوم تر از ریزدانه سبک است).

وقتی ماسه طبیعی به عنوان ریزدانه به کار می رود، باید از به کار بردن ماسه درشت با ابعاد بیشتر از

۲ میلیمتر پرهیز نمود. زیرا ماسه ریزتر برای بهبود کارآیی مناسب تر می باشد. حداکثر ماسه مصرفی به ۲۰ تا ۳۰% حجم مصالح محدود می شود. چون به کارگیری مقادیر بیشتر، باعث افزایش چگالی بتن می شود.

افزودنی های شیمیایی

در مورد استفاده از مصالح سبک در ساخت بتن، باید توجه داشت، که مقاومت مصالح درشت دانه باید، حداقل ۵۰% مقاومت بتن باشد. برای بالا بردن مقاومت ملات یه راه حل، استفاده از میکرو سیلیس است. این ماده در کسب مقاومت بتن، حتی در سنین اولیه، نقش مهمی دارد. این خاصیت به دلیل کاهش حجم منافذ بزرگ است که سبب ایجاد بافت و ساختار متراکم بتن می شود. امروزه ثابت شده است که با کنترل کمیت و کیفیت اجزای بتن دارای سیلیس (مانند دانه بندی سنگدانه ها، نوع و مقدار روان کننده و ...) می توان مقاومتی در حدود ۲۰۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع نیز به دست آورد.

از آنجایی که میکرو سیلیس فوق العاده ریزدانه است (اندازه ذرات حدود ۰/۰۱ اندازه ذرات در سیمان پرتلند می باشد) وقتی که با بتن مخلوط می گردد، ویسکوزیته بتن افزایش یافته و از کارایی آن سیمان پرتلند 

می باشد) وقتی که با بتن مخلوط می گردد، ویسکوزیته بتن افزایش یافته و از کارایی آن کاسته می شود، در نتیجه اسلامپ بتن کاهش می یابد. بنابراین بر مقدار آب مورد نیاز برای کسب کارآیی معین افزوده 

می گردد. برای جلوگیری از این پدیده می توان از ماده افزودنی فوق روان کننده استفاده نمود. به عبارت دیگر استفاده از میکروسیلیس امکان پذیر نیست، مگر آنکه فوق روان کننده به کار برده شود. فوق روان کننده ها از مواد کاهنده آب هستند، که برای ایجاد یک کارآیی معین میزان آب بتن را بین ۲۵ تا ۳۵% کاهش داده و مقاومت یک روزه را بین ۵۰ تا ۷۰% افزایش می دهند.

جهت بررسی امکان تولید بتن های سبک سازه ای و همچنین بررسی محدوده حداکثر مقاومت های قابل حصول با سبک دانه مورد مطالعه، مخلوط های بتن با مقادیر سیمان از ۳۵۰ تا ۶۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب ساخته شده اند. با توجه به اینکه، کاربرد ریزدانه طبیعی در ساخت بتن های سبک می تواند به مقاومت های بالاتر بیانجامد، در این مخلوط ها ماسه طبیعی به کار گرفته شده است و در همین راستا جهت دستیابی به مقاومت بالاتر اندازه حداکثر سبک دانه ها در این گروه مخلوط ها به غیر از یک مورد به ۱۲/۵ میلیمتر محدود شده است.

کاربرد های بتن سبک با مقاومت زیاد

استفاده از بتن معمولی در سازه های مرتفع موجب آشغال حجم زیادی می شود و وزن زیاد بتن در طبقات به عنوان بار مرده خود مزید بر علت است. بدین جهت بارهای وارده به خصوص در طبقات 

پایین رو به افزایش می گذارد؛ آشغال سطح زیادی از طبقات توسط بتن نه تنها مقرون به صرفه نیست بلکه از نظر معماری نیز مشکلاتی داشته است. با به دست آوردن بتن های سبک با مقاومت زیاد می توان علاوه بر کاهش بار مرده و در نتیجه کاهش نیروی زلزله، تنش مجاز را در طراحی این سازه ها افزایش داد. در نتیجه ی اعمال هر دو عامل می توان حجم سازه را کاهش داد. در سازه های دریایی با کاهش حجم اعضای بتنی سازه ها، می توان نیروی جایگزین حجم سازه در آب را کاهش داد.

این عامل به همراه عامل کم شدن بار مرده موجب کاهش میزان بار وارده بر سازه ها در طراحی فونداسیون شده و با افزایش تنش مجاز می توان سازه بتنی سبکدانه را کم کرد. تاکنون در ایران استفاده از بتن سبک در مقیاس وسیعی صورت نگرفته و تنش های مجاز آن در حد واقعی در طراحی ها مطرح نشده اند.

جنبه های اقتصادی بتن سبک

مهم ترین قضاوت درباره اقتصادی بودن بتن سبک، مقایسه آن با بتن ساخته شده از شن و ماسه معمولی می باشد. می توان برای یک سازه معین دو طرح جداگانه، یکی با بتن معمولی و دیگری با بتن سبک، تهیه نمود و سپس هزینه هر طرح را برآورد نمود و بین این دو، مقایسه به عمل آورد. در بسیاری از موارد علیرغم اینکه بتن سبک گرانتر از بتن معمولی است، اما قیمت ساختمان ساخته شده با آن کمتر از حالت استفاده از بتن معمولی می شود. امتیازات اقتصادی بتن سبک را می توان به دو دسته تقسیم نمود، یکی امتیازهای ناشی از بار مرده کمتر و دیگری، امتیازهای خواصی نظیر: عایق بندی حرارتی بیشتر، مقاومت در مقابل آتش و یخ زدگی و ...، به علاوه اینکه در مورد قطعات پیش ساخته ای که در آنها از بتن سبک استفاده شده، وزن کم، تاثیر به سزایی در هزینه های حمل و نقل خواهد گذاشت.

بتن سبک (فوم بتن)

فوم بتن پوششی است جدید جهت مصارف مختلف در ساختمان که به علت خواص فیزیکی منحصر به فرد خود بتنی سبک و عایق با مقاومت لازم و کیفیت مطلوب نسبت به نوع استفاده از آن ارائه می دهد. این پوشش از ترکیب سیمان، ماسه بادی (ماسه نرم)، آب و قوم(ماده شیمیایی تولید کننده کف) تشکیل 

می شود.

ماده کف زا در ضمن اختلاط با آب در دستگاه مخصوص، با سرعت زیادی، حباب های هوا را تولید و تثبیت نموده و کف حاصل که کاملاً پایدار می باشد در ضمن اختلاط با ملات سیمان و ماسه بادی در دستگاه مخلوط کن ویژه، خمیری روان تشکیل می دهد که در قالب های فلزی یا پلاستیکی قابل استفاده می باشد. این خمیر پس از خشک شدن با توجه به درصد سیمان و ماسه بادی دارای وزن فضایی از ۳۰۰ الی ۱۶۰۰ کیلوگرم در متر مربع خواهد بود.

ویژگی های عمده فوم بتن

1- عامل اقتصادی

سبکی وزن با مقاومت مطلوب فوم بتن با توجه به نوع کاربرد آن، بطور کلی به لحاظ اقتصادی مخارج ساختمان را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهد چون در نتیجه استفاده از آن، وزن اسکلت فلزی و دیوارها و سقف کاهش یافته و ضمناً باعث کاهش مخارج فونداسیون و پی در ساختمان می گردد که با توجه به خواص فوق، با سبک تر بودن ساختمان، نیروی زلزله خسارات کمتری را در صورت وقوع متوجه آن می سازد.

2- سهولت در حمل و نقل و نصب قطعات پیش ساخته

حمل و نقل قطعات پیش ساخته با فوم بتن هزینه کمتری را نسبت به قطعات بتنی در برداشته و نصب قطعات به علت سبکی آنها بسیار آسان می باشد. هر گونه نازک کاری به راحتی، روی پوشش فوم بتن قابل اجراست و ضمناً چسبندگی قابل توجهی با سیمان و گچ دارد.

3- خواص فوق العاده عایق بودن در مقابل گرما، سرما و صدا

قوم بتن به علت پایین بودن وزن مخصوص آن یک عایق موثر در مقابل گرما، سرما و صداست. ضریب انتقال حرارتی فوم بتن، بین ۰/۰۶۵ تا ۰/۴۳۵ می باشد (ضریب هدایت حرارتی بتن معمولی بین ۱/۳ تا ۱/۷ 

می باشد). استفاده از فوم بتن به عنوان عایق، باعث صرفه جویی در استفاده از وسایل گرمازا و سرمازا 

می گردد. فوم بتن عایق مناسبی جهت صدا با ضریب زیاد جذب آکوستیک به شمار می رود.

4- خصوصیات عالی در مقابل یخ زدگی و فرسایش ناشی از آن و مقاومت در برابر نفوذ رطوبت و آب

نظر به اینکه فوم بتن در قشرهای سطحی دارای تخلخل فراوان می باشد در نتیجه شکاف های کویین و درزهای کمتری در سطح ایجاد می شود و اگر پوشش فوم بتن با ضخامت کافی مورد استفاده قرار گیرد در مقابل خطر نفوذ باران و رطوبت مقاومت مطلوبی خواهد داشت.

5- مقاومت فوق العاده در مقابل آتش

مقاومت فوم بتن در مقابل آتش فوق العاده می باشد. به طور مثال قطعه ای از نوع فوم بتن با وزن فضایی ۷۰۰ الی ۸۰۰ کیلوگرم در متر مکعب که حداقل ۸ سانتیمتر ضخامت داشته باشد به راحتی تا ۲۷۰ درجه سانتیگراد را تحمل می نماید و اصولاً در وزن های پایین غیر قابل احتراق است.

6- قابل برش بودن

به دلیل قابل برش بودن با اره نجاری و میخ پذیر بودن آن، کارهای سیم کشی و نصب لوازم برقی و تاسیسات، خیلی سریع و به راحتی قابل عمل خواهد بود.

کاربرد فوم بتن در ساختمان

1- شیب بندی پشت بام

فوم بتن با صرفه ترین و محکم ترین مصالح سبکی است که می توان از آن برای پوشش شیب بندی استفاده نمود. نظر به اینکه با دستگاه مخصوص به صورت بتن یکپارچه در محل قابل تهیه و استفاده است، می توان مستقیماً روی آن را عایق بندی یا ایزولاسیون نمود.

2- کف بندی طبقات

به دلیل سبکی وزن فوم بتن و آسان بودن تهیه آن، می توان تمامی کف طبقات، محوطه و بالکن ساختمان را بعد از اتمام کارهای تاسیساتی با آن پوشانده و بلافاصله عملیات بعدی را مستقیماً روی آن انجام داد.

3- بلوک های غیر بار بر سبک

با بلوک های توپر به ابعاد دلخواه می توان تمامی کار تیغه بندی قسمت های جدا کننده ساختمان را با استفاده از ملات یا چسب بتن انجام داد. با این نوع بلوک ها علاوه بر اینکه از سنگین کردن ساختمان جلوگیری می شود عملیات حمل و نصب، خیلی سریع انجام می گیرد و دستمزد کمتری، هزینه می شود. پس از اجرای دیوار می توان مستقیماً روی آن را گچ نمود. این بلوک ها دارای وزن فضایی بین ۸۰۰ الی ۱۱۰۰ کیلوگرم می باشند.

4- پانل های جدا کننده یکپارچه و نرده های حصاری جهت محوطه و کاربری در موارد خاص

جهت ساخت دیوارهای سردخانه ها، گرم خانه ها و سالن های ضد صدا می توان در محل با قالب بندی، فوم بتن را به صورت یکپارچه عمودی ریخت. به دلیل ویژگی عمده عایق بودن این نوع بتن، به جهت عایق بندی سردخانه ها، گرم خانه ها، پوشش لوله های حرارتی و برودتی و... بسیار کاربرد دارد. ضمناً به دلیل اینکه عایق صدا می باشد برای موتورخانه ها و اتاق های آکوستیک مورد استفاده وسیع قرار می گیرد.

6- بتن سنگین

براساس تعریف موسسه ACI آمریکا بتن سنگین، بتنی است که اساساً دارای وزن مخصوص بزرگتری نسبت به بتن های ساخته شده با سنگدانه های معمولی می باشد، و معمولاً با استفاده از سنگدانه های سنگین تهیه شده و به طور ویژه به عنوان سپر محافظ در مقابل تشعشع به کار می رود. در ساخت بتن سنگین به جای شن و ماسه از خرده های فولاد، چدن و یا سولفات باریم استفاده می شود. وزن مخصوص بتن سنگین حدود ۱/۵ تا ۲/۵ برابر وزن مخصوص بتن معمولی است.

کاربرد اینگونه بتن در ساخت سپر محافظ در مقابل تشعشع، (نظیر دیواره نیروگاه ها، آزمایشگاه ها، تاسیسات اتمی و هر جا که امکان تشعشعات رادیواکتیو وجود داشته باشد) ساخت وزنه های تعادلی و در مواردی که در حداقل فضا، تراکم جرم (وزن مرده زیاد) مورد نیاز باشد، کاربرد ویژه خواهد داشت.

هنگامی که بحث از بتن سنگین است، منظور بتنی با جرم مخصوص بیش از ۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد، که براساس نوع و اندازه سنگدانه مصرفی و شیوه تراکم و تخلیه، می تواند جرم مخصوص بیش از ۶۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب داشته باشد. بتن سنگین همواره هزینه ساخت بیشتری نسبت به بتن های معمولی دارد. این اضافه قیمت می تواند ناشی از مواردی نظیر؛ حفاری معدن، حمل مصالح، شکستن دانه بندی مصالح، اختلاط مناسب سنگدانه در خمیر سیمان، جا دادن و پرداخت سطح بتن ریخته شده باشد. هزینه حمل و نیل سنگدانه های سنگین در مقایسه با سنگدانه های معمولی که معملاً در نزدیکی کارگاه در دسترس می باشند، نسبتاً بالاست. اکثر تجهیزات مرتبط با مصالح سنگی نظیر سنگ شکن ها و دستگاه های دانه بندی براساس خصوصیات سنگدانه های معمولی ساخته و آماده می شوند، به همین جهت در صورت استفاده از سنگدانه های سنگین سرعت استهلاک این تجهیزات افزایش می یابد. در نتیجه بازده این تجهیزات نسبت معکوس با چگالی سنگدانه ها دارد. در این حالت اگر جرم مخصوص بتن معمولی حدود ۲۴۰۰ و بتن سنگین ۶۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب فرض شود، جهت تهیه یک مخلوط همگن و یکنواخت بدون اینکه بخواهیم فشار اضافی بر تجهیزات مکانیکی اعمال نماییم، باید از ۴۰٪ ظرفیت اسمی دستگاه مخلوط کن استفاده شود. برای بالا بردن جرم مخصوص بتن از سنگدانه هایی با جرم حجمی بالا مانند: باریت، فروفسفر، گوئیتیت، هماتیت، ایلمنیت، لیمونیت، مگنتیت، ساچمه ها و دم قیچی های فولادی استفاده می شود.

ویژگی های مهم بتن 

شما می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر از صفحات زیر نیز بازدید نمایید:

آشنایی با بتن های خاص و ویژه

افزودنی های حجم زای بتن

شناخت افزودنی های شیمیایی بتن