مقالات

بتن سبک با مقاومت زیاد

مقدمه

همواره سبکی بتن،همراه مقاومت کم آن تلقی شده است .سبکدانه های درشت نقش مهمی را در تغییر مقاومت بتن سبکدانه بازی می کنند .نزدیک به دو دهه پیش مطالعه برای تولید بتن سبکدانه با مقاومت زیاد به ویژه در پروژه های نفتی آغاز شد وتوانستند با استفاده از سبکدانه های  خاص وبکارگیری مرغوب اعم از سیمان، دوده سیلیسی وفوق روان کننده ها به مقاومت های فشاری فراتر ازMPa20  دست یابند.در ایران نیز تلاشهایی برای دست یابی به بتن سبکدانه پرمقاومت با مصالح موجود در ایران آغازشد؛اما به دلیل ضعف سبکدانه های  درشت ،محدویت های جدی دراین راه وجود دارد .با این حال احساس می شودبتن از سبکدانه از مقاومت زیاد  یا متوسط به عنوان بتن بادوام جهت بتن ریزی در قطعات بتن مسلح در حاشیه خلیج فارس ودریای عمان استفاده نمود.

اگر بتوان علیرغم کاهش وزن مخصوص بتن ،مقاومت مناسبی را به دست آورد و یا نسبت مقاومت به وزن مخصوص را بالا برد وبار مرده سازه های بتنی را کاهش داد،وضعیت مطلوبی حاصل می شود.گاه سبکی بتن یک خواسته درپروژه خاص می باشد.با استفاده از سبکدانه می توان بتن سبکدانه تولید کرد.علیرغم تلاشهایی که قبل از دهه 80میلادی(به ویژه در دهه 70)صورت گرفته بود .عملا مقاومت های فشاری بتن سبکدانه رشد قابل توجهی نداشت و به  50MPaمحدود می شد.به دلیل نیاز برخی شرکت های نفتی درامریکا ونروژبرای ساخت سازه هاو مخازن ساحلی وفرا ساحلی وسکوهای نفتی تلاش هایی در دهه80و اوایل دهه90صورت گرفت .آنها توانستند با استفاده از دوده سیلیسی وفوق روان کننده وهمچنین سبکدانه های مرغوب و پر مقاومت به مقاومت هایی فراتر از70MPaوحتی به مرزهای 100MPaبرسند.در این پروژه ها مسئله دوام بتن ها به ویژه موضوع خوردگی میلگرد ها و پایایی در یخ بندان وآب شدگی وهمچنین مجاورت با آب دریا اهمیت زیادی داشت.این مطالعات و اجرایی این بتن ها راه را برای اقدامات مشابه در سایر کشورها باز نمود .اما جالب است بدانیم ازنیمه دوم دهه 90تاکنون تحقیقات ناچیزی برروی بتن ها انجام ومنتشر شده است.و به نظر می رسد نیاز به تحقیقات گسترده تراحساس نمی شود ویا منابع مالی لازم در اختیار محققین قرار نمی گیرد.در ایران  نیز از حدود سال هایآخر دهه 70 هجری شمسی(اواخر دهه 90م)تلاشهایی برای تولید بتن سبک پر مقاومت آغاز شد که نتایج آن در این مقاله از نظر می گذرد.

فلسفه بکارگیری بتن سبک پر مقاومت وکاربردها:

بتن معمولی از جرم حجمی150/2تا350/2تن بر مترمکعب برخوردار است وتوانسته اند درحالات عادی به مقاومت های بیش ازMPa 60 وتا حدودMPa120دست پیدا کنند .اگر به طور متوسط مقاومت بتن پر مقاومت معمولی راMPa90 در نظر بگیریم ،نسبت مقاومت به جرم حجمی خشک 40خواهد بود.

بتن نیمه سبکدانه جرم حجمی خشک 55/1تا 85/1تن بر متر مکعب را دارا می باشد.مقاومت های فشاری بتن های نیمه سبکدانه قبل از دهه80 معمولابین MPa25تا  45MPaبود؛که متوسط آن 35Mpaمی باشد.نسبت مقاومت به جرم حجمی متوسط خشک در حدود 20بود ؛بنابراین مصرف بتن نیمه سبکدانه توجیهی نداشت.بتن های تمام سبکدانه جرم حجمی خشک 25/1 تا 45/1تن بر متر مکعب را دارا بود ؛اما مقاومت فشاری آن به زحمت ازMPa 25 فراتر می رفت ونسبت مقاومت به جرم حجمی متوسط خشک کمتر از20می شد وبسیاری از اوقات این نوع بتن جنبه سازه ای نداشت وبه عنوان مصالح غیر سازه ای بکار می رفت.ازآن جا به دلیل نیاز به سبکی در برخی پروژه های نفتی می خواستند از بتن سبکدانه  سازه ای استفاده نمایند  ناچار به دنبال افزایش مقاومت برآمدند و همان گونه که بتن پر مقاومت معمولی  ساخته شده بود سعی شد نیمه سبکدانه پر مقاومت معمولی تولید شود و باید به نسبت مقاومت به جرم حجمی 40 دست می یافتند یعنی مقاومت فشاری به حدودMPa 70می رسید تا مصرف آن از جمیع جهات توجیه داشته باشد.

هر چند بتن سبکدانه سازه ای ازسال های  جنگ جهانی اول ودوم درقایق ،بارج ،کشتی های جنگی وغیر جنگی کوچک وبزرگ به کار رفته بود؛اما بعد ها به ویژه پس از جنگ جهانی دوم  ساختمان ها و پلها ی زیادی در امریکا وکانادا واروپا با مقاومت های فشاری بیش ازMPa25 ساخته شد.ساخت مخازن مغروق ونیمه مغروق،مخازن گاز طبیعی ،اسکله شناور ،ساختمان های فراساحلی همچون سکوهای نفتی با بتن سبکدانه سابقه داشت ؛اما از اواسط دهه 80تا 90 ساخت این نوع سازه های دریایی با بتن نیمه سبکدانه معمول شد.

ساخت بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت مصالح ونسبت ها:

برای ساخت بتن نیمه سبکدانه درشت با کیفیتی مقاومتی خوب ،از ماسه یا سنگدانه ریز با وزن مخصوص معمولی استفاده می شودکه سیمان وافزودنی های دیگر معدنی وشیمیایی یه همراه آب آن را تکمیل می کند.معمولا بتن سبکدانه پر مقاومت به بتنی اطلا ق می شود که مقاومت فشار استوانه ای 28روزه آن یبش از35مگا پاسکال باشد.سبکدانه درشت معمولا وزن مخصوص توده ای غیر متراکم کمتر ازkg/m 3880 را دارا ست.سبکدانه های رسی منبسط  شده مانند لیکا یا لیاپور ویا فیبوکه ممکن است اسامی دیگری را درکشورهای  مختلف داشته باشد از جمله سنگدانه های سبک مصرفی در این بتن ها می باشد.شیل منبسط شده نیز از جمله سبکدانه یه های مصرفی است که در برخی کشورها لیاپور نیز نام گرفته است.سیلیس منبسط شده (لیسا)در بتن سبکدانه پر مقاومت به میزان گسترده ای بکا رفته است.خاکستر سوخت پخته شده (لیتاژ) وروباره منبسط شده (پلیت)از جمله این سبکدانه ها است.به هر باید گفت معمولا وزن مخصوص توده ای غیر متراکم این سبکدانه ها لازم است بیش از600 وتا حدود بیش ازkg /m 3 800باشد وتا از تو پری واستحکام مناسبی برای این بتن ها برخوردار گردد لاز م به ذکر است وزن مخصوص غیر متراکم لیکای ایران با توجه به حداکثراندازه آن در حدود 350تا450kg/m 3 می یاشد وپرواضح است که درآزمایش های مقاومتی جوابگو نخواهد بود.

 برای بتن سبکدانه پر مقاومت حداکثر اندازه سبکدانه معمولا بیش از16 میلی متر  وغالبا به10تا12 میلی مترمحدود می شودمسلما با کاهش حداکثر اندازه،وزن مخصوص غیر متراکم بیشترشده ودرآزمایش های مکانیکی نیزبهبودآشکاری از خود نشان می دهد.به طور مثال با کاهش حداکثراندازه25به16 میلی متر،مقاومت فشاری بتن سبکدانه حاوی لیکا در حدود 30درصد افزایش یافته است.اگر این کاهش با حداکثراندازه ادامه یابدباز هم مقاومت  بیشتر می شود؛اما باید دانست وزن مخصوص بتن نیز بالا می رود.سیمان مصرفی معمولا از نوع 1یا 2 وحتی 3 می باشد.مقدار سیمان دربتن سبکدانه پر مقاومت اکثرا بین400تا550kg/m 3می باشد هر چند با مصرف دوده سیلیسی ممکن است مقادیر کمتر سیمان نیز در کارهای انجام شده مشاهده شود.

 معمولا امروزه در همه بتن های پر مقاومت من جمله بتن سبکدانه پر مقاومت،دوده سیلیسی وجود دارد ونقش مهمی را ایفا می کند.مقدار دوده سیلیسی معمولا بین 9تا 15 درصد وزن سیمان مصرفی می باشد.تجربیات موجود نشان می دهد اثر دوده سیلیسی در مقاومت بتن سبکدانه بیشتر از تاثیر آن بر مقاومت فشاری بتن معمولی است.وجود دوده سیلیسی،مقاومت  کششی را به طورقابل توجهی دربتن سبکدانه افزایش می دهدو نفوذپذیری دربرابر یون کلر را به شدت کاهش می دهد.

لازم به ذکر است برخی محققین از مواد دیگری همچون خاکستربادی به جای دوده سیلیسی استفاده نموده اند.افزودنی های شیمیایی مصرفی از نوع فوق روان کننده های نسل دوم ونسل سوم می باشد.فرم آلدئیدملامین سولفوناته فشرده وفرم آلدئید نفتالین سولفو ناته فشرده ازجمله فوق روان کننده های نسل دوم هستند که کاهندگی آب آنها به25درصد میرسد؛در حالی که کاهندگی فوق روان کننده های پلی کربوکسیلی نسل سوم به بیش از 35 درصد بالغ می شود به هرحال در بتن های سبکدانه پر مقاومت  میزان قابل توجهی فوق روان کننده مصرف می شودو غالبا به حداکثر میزان مجاز مصرف این مواد در بتن میرسد.

تغییر در سبکدانه وسنگدانه معمولی  نیز می تواند باعث تغییر مقاومت گردد.بدیهی است با افزایش ماسه معمولی و کاهش سبکدانه درشت می توان مقاومت فشاری را افزایش داد،اما وزن مخصوص بتن نیز بالا می رود.به هر حال سعی می شودتا حد امکان مقدار سبکدانه درشت راکم وبر مقدار ماسه معمولی بیفزاییم تا نتیجه مناسب عاید شود.

شکل سبکدانه درشت وماسه مصرفی نیز تا حدودی برمقاومت ها تاثیر می گذارد که چندان مهم تلقی نمی شود.

کاهش نسبت آب به سیمان طبق روال معمول برمقاومت بتن می افزاید.در بتن سبکدانه پر مقاومتمعمولا این نسبت از25/0تا35/0 می باشد که به ندرت به4/0 نیز می رسد.مسلما افزایش میزان آب واسلامپ کنترل می شود؛زیرا اسلامپ های زیاداغلب موجب جداشدگی بتن های سبک به ویژه درهنگام اجرا میشود مگر این که از عیار سیمان ومواد چسباننده بیش ازkg/m 3450 برخوردار باشد.

 

 

بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت در ایران:

عمده تحقیقات در ایران بر روی مقاومت بتن سبکدانه و نیمه سبکدانه معمولی انجام شده است.درمرکز تحقیقات ساختمان ومسکن با نسبت های آب به سیمان بیشتر از 39/0 وحداکثر عیار سیمانkg/m 3545 ووزن مخصوص kg/m1670مقاومت مکعبی 28روزه بتن حاوی لیکا وماسه معمولی در حدود kg/m 3275بدست آمده است که برای بتن سبکدانه این مقاومت از3 kg/m200 تجاوز نموده است.

در یک تحقیقات در دانشگا ه خواجه نصیر طوسیبا یکارگیریkg/m 3550 سیمان ومیکرو سیلیس مقاومت  28روزه مکعبی بتنی حاوی لیکا وماسه با نسبت آب به سیمان تقریبی 38/0در حدود kg/m 3205 حاصل شده است.

در ایران بتن سبک پر مقاومت با سبکدانه های وارداتی نیز ساخته اند که در آن هااز سبکدانه با چگالی حجمی بیشتر از0/1 استفاده شده است.

اینجانب در دانشگاه علم و صنعت تلاش هایی را به انجام رساندم که نتایج مقاومت 7و28 روزه استوانه ای ومکعبی آن به همراه مشخصات ،مقادیر ونسبت های مصالح مصرفی در 1دیده می شود.

بیشترین مقاومت استوانه ای 28 روزه در حدود 35 مگا پا سکال و برای بتن نبمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان0/25 وعیار مواد چسبنانندهkg/m  3 450با وزن مخصوص خشک kg/m­  3  1795 بدست آمده وحداکثر اندازه سبکدانه 10میلی متر بوده است.با نسبت آب سیمان 33/0 بیشترین مقاومت فشاری استوانه ای 28روزه به kg/m­  35/32 رسید که عیار مواد چسباننده آن kg/m­  3550 و وزن مخصوص  خشک آن  kg/m­  3 1810 بوده است.در این بتن حداکثر اندازه سبکدانه درشت 6میلی متر بوده ومقدار آن نیز کمتر از سایر بتن ها می باشد؛در حالی که در بتن مشابه با حداکثر اندازه سبکدانه10 میلی متری با مقدار سبکدانه بیشتر ،مقاومت فشاری در حدود MPa 30 بدست آمده است بنابراین دیده می شود که نتوانسته ایم عملا به بتن نیمه سبکدانه  پر مقاومت  با لیکای ایران حتی با استفاده از دوده سیلیسی با میزان 10 درصد سیمان دست یابیم.آزمایش هایی با درصد میکرو سیلیس بیشتر نیز انجام شده  که نتایج جالب توجهی به دست نداده است.

خوب است بدانیم مقاومت فشاری استوانه ای 28 روزه بتن معمولی با نسبت آب به سیمان 33/0 که دارای دوده سیلیسی وعیار مواد چسبناننده  kg/m­  3550 بوده است در حدود MPa48 بدست آمد ه وبرای تمام سبکدانه در این شرایط مقاومت مربوطهMPa5/18 شده است.

ویزگی های بتن سبک با مفاومت زیاد(نسبت آب به سیمان کم ):

نسبت مقاومت کششی وخمشی بتن های سبکدانه یا نیمه سبکدانه به مقاومت فشاری کمتر از این نسبت برای بتن معمولی نیست و حتی بیشتر نیز می باشدعلت این امرتاثیر کمتر کیفیت سنگدانه بر مقاومت کششی  بتن است ونقش خمیر سیمان وملات در این امر چشمگیرتر  است.برای بتن های سبک با لیکای ایران با نسبت آب به سیمان کمتر از4/0 می توان گفت نسبت مقاومت کششی شکافتی به مقاومت فشاری استوانه ای در حدود 11/0بد ست آمده که این نسبت برای بتن های مزبوربین09/0تا 13/0 بوده است .با توجه به روابط موجود در ACI می توان گفت این روابط بین  مقاومت کششی وفشاری برای این بتن هاتقریبا صادق است.

مقاومت خمشی بتن ها ی نیمه سبکدانه عملا در حدود5/1 برابر مقاومت کششی شکافتی بدست آمده است. در بتن های  نیمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان کم وبا لیکای ایران نسبت به مقاومت فشاری استوانه ای  به مکعبی  ابدا تناسبی  با این نسبت برای   بتن معمولی ندارد.برخی اوقات مقاومت استوانه ای بیش از مکعبی بوده وعملا این نسبت بین 9/0 تا 1/1 بوده است.در تحقیقات دیگرنیز به این امر اشاره شده است و معتقدند  با مصرف سبکدانه مقاومت های استوانه ای به مکعبی نز دیک شود.

مدول الاستیسیته استاتیکی بتن نیمه سبکدانه حاوی لیکای ایران می تواند از روابط موجود در ACI  بدست آید.مدول الاستیسیته این بتن ها عمدتا بین 10تا 20گیگا پاسکال بوده است.مدول الا ستیسیته دینامیکی این بتن ها در مقایسه با بتن معمولی و با توجه به وزن مخصوص بتن بیش از حد انتظار بدست آمده است این مدول الا ستیسیته بین 17 تا 25 گیگا پاسکال می باشد که قابل توجه به نظر میر سد سرعت پالس در این بتن ها گاه با سرعت پالس در بتن های معمولی تفاوت چندانی را نشان  نیمدهد.جمع شدگی بتن نیمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان کم با لیکای ایران از بتن های معمولی بیشتر است.

در رابطه با جذب آب وجذب آب موئینه می توان گفت هر چند کیفیت بتن نیمه سبکدانه مانند بتن معمولی مشابه نیست ؛اما تفاوت های بازرسی را نشان نمی دهد.

از نقطه نظرمقاومت الکتریکی  نیز در مقایسه با بتن معمولی مشابه(به ویژه در حالت نگهداری شده در آب)تفاوت ها چندان زیاد نیست؛در حالی که بتن تمام سبکدانه وضعیت بهتری را در مقایسه با بتن معمولی نشان داده است.

هر چند  ضریب نفوذ یون کلر  بتن نیمه سبکدانه تقریبا 5/1 برابر بتن معمولی است ؛اما جالب این است که بتن تمام  سبکدانه در شرایط مشابه مانند بتن معمولی یا بهتر ازآن ارزیابی شده است.

همچنین در رابطه با آزمایش های خوردگی میلگرد،بتن نیمه سبکدانه ضیف تر از بتن معمولی مشابه بوده است ولی مجدد ا باید خاطر نشان کرد که بتن تمام سبکدانه شبیه به بتن معمولی وحتی بهتر از آن عمل کرده است.

کار برد بتن سبک با نسبت آب به سیمان  کم در ایران ومحدویت های موجود:

به نظر میرسد با شرایط موجود ساخت بتن سبکدانه  پر مقاومت  با نسبت آب به سیمان کم حتی با مصرف دوده سیلیسی و فوق روان کننده  به کمک لیکای ایران مقدور نباشد،مگر این که تغییر اساسی در کیفیت  مقاومتی و وزن مخصوص لیکای موجود ایجاد شود.به هر حال با مقاومت های حاصله ونسبت مقاومت به وزن مخصوص عملا کاریردی برای بتن های سبک در کارهای سازه ای پیش بینی نمی شود .مصرف مقادیر قابل توجهی سیمان ،دوده سیلیسی وفوق روان کنند ه هزینه بسیار زیادی را ایجاد خواهد کرد وتحت این شرایط در کارگاه ممکن است صرفا مقاومت های کمتر از MPa 25 حاصل شود که توجیه اقتصادی نخواهد داشت .در استفاده از بتن سبکدانه به مسائل اجرایی به ویژه جداشدگی  باید توجه داشت و این نیز می تواند  در ایران می تواند مشکلات اساسی را به وجود آورد؛هر چند با استفاده از عیار سیمان زیاد و دود ه سیلیسی این مشکل تا حدودی حل می شود.

هر چند بکارگیری بتن نیمه سبکدانه سازه ای در ایران توجیه نداردهر چند بکارگیری بتن نیمه سبکدانه سازه ای در ایران توجیه ندارد؛اما دو تحقیق جدا گانه نشان داده است بتن تمام سبکدانه نیمه سازه ای که با لیکای ایران ساخته شده ،دوام قابل توجهی را در برابرخوردگی میلگردها از خود نشان داده ومشابه بتن های معمولی و حتی بهتر از آن در شرایط پایداری  از خود بروز داده است.لذا شاید بتوان از این نوع بتن در موارد خاصی در حاشیه خلیج فارس و دریای عمان  استفاده کرد.

توليد سيمان كه ماده اصلي چسبندگي در بتن است در سال 1756 ميلادي در كشور انگلستان توسط «John smeaton » كه مسئوليت ساخت پايه برج دريايي «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهايت سيمان پرتلند در سال 1824 ميلادي در جزيره اي به همين نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسيد . مردم كشور ما نيز از سال 1312 با احداث كارخانه سيمان ري با مصرف سيمان آشنا شدند و با پيشرفت صنايع كشور ، امروزه در حدود 26 الي 30 ميليون تن سيمان در سال توليد مي گردد . با آگاهي مهندسان از نحوه استفاده سيمان در كارهاي عمراني ، اين ماده جايگاه خودش را در كشورمان پيدا كرد .
يكي از روشهاي ساختمان سازي كه امروزه در جهان به سرعت توسعه مي يابد ساختمانهاي بتني است . بعد از انقلاب اسلامي به علت كمبود تير آهن در نتيجه تحريمها و نيز گسترش ساخت و سازهاي عمراني در كشور ، كاربرد بتن بسيار رشد نمود . علاوه بر اين موضوع ساختمانهاي بتني نسبت به ساختمانهاي فولادي داراي مزايايي از قبيل مقاومت بيشتر در مقابل آتش سوزي و عوامل جوي ( خورندگي ) آسان بودن امكان تهيه بتن به علت فراواني مواد متشكله بتون و عايق بودن در مقابل حرارت و صوت مي باشند كه توسعه روز افزون اين نوع ساختمانها را فراهم مي سازد .
يكي از معايب مهم ساختمانهاي بتني وزن بسيار زياد ساختمان مي باشد كه با ميزان تخريب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقيم دارد . اگر بتوانيم تيغه هاي جدا كننده و پانل ها را از بتن سبك بسازيم وزن ساختمان و در نتيجه آن تخريب ساختمان توسط زلزله مقدار زيادي كاهش مي يابد . ولي كم بودن مقاومت بتن سبك عامل مهمي در محدود نمودن دامنه كاربرد اين نوع بتن و بهره گيري از امتيازات آن بوده است . استفاده از ميكروسيليس در ساخت بتن سبك سبب شده است كه مقاومت بتن سبك بالا رود و اين محدوديت كاهش يابد . در اين تحقيق ضمن توضيحاتي در مورد بتن و تاثير آب بر روي مقاومت بتن ، بيشتر در باره بتن سبك و روشهاي افزايش مقاومت آن با استفاده از ميكروسيلس ، خواص مكانيكي و همچنين موارد كاربرد آن بحث مي شود .
1- سيمان
    - سيمان توليد شده در كشور ما با سيمان توليد شده در كشورهاي صنعتي متفاوت است كه لازم است تفاوت آن تا حد ممكن بررسي شود .
    - طبقه بندي سيمانها شناسايي شود .
    -  عدم تنوع در كيفيت سيمان نشانه ضعفهايي از سيستم ساخت و ساز مي باشد .
    -  عدم استفاده از سيمان با كيفيت بالا از عوامل اوليه عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح مي باشد .
2 – شن و ماسه
    - معيارها و آئين نامه هاي توليد كلان شن و ماسه بررسي شود .
    - توليد كلان  شن و ماسه در كشور ما از نظر معيار و رعايت آئين نامه هاي توليد بررسي شود .
    -  معايب شن و ماسه توليدي در كشور در حد كلان بدلائل زير آنرا در درجه دوم و يا سوم كيفيت قرار مي دهد .
الف : وجود گرد و غبار
ب : عدم شستشو
ج : دانه بندي نا صحيح
د : استفاده از شن و ماسه رودخانه اي بجاي شن و ماسه شكسته .
    - استفاده از شن و ماسه درجه 2 و يا 3 از عوامل ثانوي عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح مي باشد .
افزايش مقاومت بتن مد نظر تمام دست اندركاران صنعت توليد بتن مي باشد .


ساختار بتن :


    - بتن داراي چهار ركن اصلي مي باشد كه به صورت مناسبي مخلوط شده اند ، اين چهار ركن عبارتند از :
الف : شن
ب : ماسه
ج : سيمان
د : آب
    - در برخي شرايط براي رسيدن به هدفي خاص مواد مضاف به آن اضافه مي شود كه جزﺀ اركان اصلي بتن به شمار نمي آيد .
    - توده اصلي بتن مصالح سنگي درشت و ريز ( شن و ماسه ) مي باشد .
    -  فعل و انفعال شيميايي بين سيمان و آب موجب مي شود شيرابه اي بوجود آيد و اطراف مصالح سنگي را بپوشاند و مصالح سنگي را بصورت يكپارچه بهم بچسباند .
    -  استفاده از آب براي ايجاد واكنش شيميايي است .
    -  براي ايجاد كار پذيري لازم بتن مقداري آب اضافي استفاده مي شود تا بتن با پر كردن كامل زواياي قالب بتواند دور كليه ميلگرد هاي مسلح كننده را بگيرد .
    -  جايگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هيدراتاسيون داراي حساسيت بسيار زيادي است .


ويژگيهاي آب مصرفي بتن :


    - آب هاي مناسب براي ساختن بتن
1- آب باران
2- آب چاه
3- آب بركه
4- آب رودخانه در صورتي كه به پسابهاي  شيميايي كارخانجات آلوده نباشد و غيره …
بطور كلي آبي كه براي نوشيدن مناسب باشد براي بتن نيز مناسب است باستثناﺀ مواردي كه متعاقبا توضيح داده خواهد شد .
    - آبهاي نا مناسب براي ساختن بتن
1- آبهاي داراي كلر ( موجب زنگ زدگي آرماتور مي شود )
2-  آبهايي كه بيش از حد به روغن و چربي آلوده مي باشند .
3-  وجود باقيمانده نباتات در آب .
4-  آب گل آلود ( موجب پايين آوردن مقاومت بتن مي شود )
5-  آب باتلاقها و مردابها
6-  آبهاي داراي رنگ تيره و بدبو
7-  آبهاي گازدار مانند2 co و…
8- آبهاي داراي گچ و سولفات و يا كلريد موجب اثر گذاري نا مطلوب روي بتن مي شوند .
    نكته : 1- آبي كه مثلا شكر در آن حل شده است براي نوشيدن مناسب است ولي براي ساخت بتن مناسب نيست .
    نكته : 2- مزه بو و يا منبع تهيه آب نبايد به تنهايي دليل رد استفاده از آب باشد .
    نكته : 3- ناخالصيهاي موجود در آب چنانچه از حد معين بيشتر گردد ممكن است بشدت روي زمان گرفتن بتن ، مقاومت بتن ، پايداري حجمي آن ، اثر بگذارد و موجب زنگ زدگي فولاد شود .
    نكته : 4- استفاده از آب مغناطيسي بعنوان يكي از چهار ركن اصلي مخلوط بتن مي تواند بعنوان تاثيرگذار بر روي يارامترهاي مقاومت بتن انتخاب گردد .


تمايز بتن از نظر چگالي :


الف : بتن معمولي : چگالي بتن معمولي در دامنه باريك 2200 تا 2600 kg/m3 قرار دارد زيرا اكثر سنگها در وزن مخصوص تفاوت اندكي دارند ( ادامه اين مبحث از بحث ما خارج است )
ب : بتن سنگين : از اين بتنها در ساختمان محافظهاي بيولوژيكي بيشتر استفاده مي شود مانند ساختار ، آكتورهاي هسته اي و پناهگاههاي ضد هسته اي كه مورد بحث ما نمي باشد كه چگالي آن معمولا بيشتر از 2200 تا 2600 كيلوگرم بر متر مكعب مي باشد .
ج : بتن سبك : مصرف بتن سبك اصولا تابعي از ملاحظات اقتصادي است ضمن اينكه استفاده از اين بتن بعنوان مصالح ساختماني داراي اهميت بسيار زيادي است اين بتن داراي چگالي كمتر از 2200 تا 2600 كيلوگرم در متر مكعب مي باشد . بدليل اينكه داراي چگالي كمتر از بتن سنگين است داراي امتياز قابل توجهي از نظر ايجاد بار وارده بر سازه مي باشد چگالي بتن سبك تقريبا بين 300 و 1850 كيلوگرم بر متر مكعب مي باشد يكي از امتيازات مهم امكان استفاده از مقاطع كوچكتر و كاهش مربوطه در اندازه پي ها مي باشد ضمن اينكه قالبها فشار كمتري را از حالت بتن معمولي تحمل مي كنند و همچنين در كاهش جابجايي كل وزن مصالح بدليل افزايش توليد جايگاه ويژه اي دارد .
روش هاي كلي توليد بتن سبك :
    - روش اول : از مصالح متخلخل سبك با وزن مخصوص ظاهري كم بجاي سنگدانه معمولي كه تقريبا داراي چگالي 6/2 مي باشد استفاده مي كنند .
    -  روش دوم : بتن سبك توليد شده در اين روش بر اساس ايجاد منافذ متعدد در داخل بتن يا ملات مي باشد كه اين منافذ بايد به وضوح از منافذ بسيار ريز بتن با حباب هوا متمايز باشد كه بنام بتن اسفنجي ، بتن منفذ دار و يا بتن گازي يا بتن هوادار مي شناسند .
    - روش سوم : در اين روش توليد ، سنگدانه ها ي ريز از مخلوط بتن حذف مي شوند . بطوريكه منافذ متعددي بين ذرات بوجود مي آيد و عموما از سنگدانه هاي درشت با وزن معمولي استفاده مي شود . اين نوع بتن را بتن بدون سنگدانه ريز مي نامند .
نكته : كاهش در وزن مخصوص در هر حالت به واسطه  و جود منافذ يا در مصالح يا در ملات و يا در فضاي بين ذرات درشت موجب كاهش مقاومت بتن مي شود .

طبقه بندي بتن هاي سبك بر حسب نوع كاربرد آنها :

 

    - بتن سبك بار بر ساختمان
    -  بتن مصرفي در ديوارهاي غير بار بر
    -  بتن عايق حرارتي
نكته 1- طبقه بندي بتن سبك بار بر طبق حداقل مقاومت فشاري انجام مي گيرد .
مثال : طبق استاندارد 77 – 330 ASTM C در بتن سبك ---- مقاومت فشاري بر مبناي نمونه هاي استوانه اي استاندارد از    شده پس از 28 روز نبايد كمتر از Mpa 17 باشد . و وزن مخصوص آن نبايد از 1850 كيلوگرم بر متر مكعب تجاوز نمايد كه معمولا بين 1400 او 1800 كيلوگرم بر متر مكعب است .
نكته : 2- بتن مخصوص عايق كاري معمولا داراي وزن مخصوص كمتر از 800 كيلوگرم بر متر مكعب و مقاومت بين 7/0 و Mpa 7 مي باشد .
انواع سبك دانه هايي كه به عنوان مصالح در ساختار بتن سبك استفاده مي شود :
الف -  سبك دانه هاي طبيعي : مانند دياتومه ها ، سنگ پا ، پوكه سنگ ، خاكستر ، توف كه بجز دياتومه ها بقيه آنها منشاﺀ آتشفشاني دارند .
نكته :1- اين نوع سبك دانه ها معمولا بدليل اينكه فقط در بعضي از جاها يافت مي شوند به ميزان  زياد مصرف نمي شوند ، معمولا از ايتاليا و آلمان اينگونه مصالح صادر مي شود .
نكته : 2- از انواعي پوكه معدني سنگي كه ساختمان داخلي آن ضعيف نباشد بتن رضايت بخشي با وزن مخصوص 700 تا 1400 كيلو گرم بر متر مكعب توليد مي شود كه خاصيت عايق بودن آن خوب مي باشد اما جذب آب و جمع شدگي آن زياد است . سنگ پا نيز داراي خاصيت مشابه است .
ب -  سبك دانه هاي مصنوعي : اين سبك دانه ها به چهار گروه تقسيم مي شوند .
    - گروه اول : كه با حرارت دادن و منبسط شدن خاك رس ، سنگ رسي ، سنگ لوح ، سنگ رسي دياتومه اي ، پرليت ، اسيدين، ورميكوليت بدست مي آيند .
    - گروه دوم : از سرد نمودن و منبسط شدن دوباره كوره آهن گدازي به طريقي مخصوص بدست مي آيد .
    - گروه سوم : جوشهاي صنعتي ( سبكدانه هاي كلينكري) مي باشند .
    - گروه چهارم : مخلوطي از خاك رس با زباله خانگي و لجن فاضلاب پردازش شده را مي توان به صورت گندوله در آورد تا با پختن در كوره تبديل به سبك دانه شود ولي اين روش هنوز به صورت توليد منظم در نيامده است .
در جدول ( 1 ) خواص انواع بتن هاي سبك كه با اين سنگدانه ها ساخته مي شوند نشان داده شده اند :


الزامات سبكدانه ها بتن سازه اي :


الزامات سبكدانه ها در آيين نامه هاي ASTM C330-89 ( مشخصات سبكدانه ها براي بتن سازه اي در آمريكا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبكدانه ها براي قطعات بنايي و بتن سازه اي در بريتانيا ) داده شده اند . در استاندارد بريتانيايي مشخصات واحدهاي بنايي نيز مورد بحث قرار گرفته است . اين آيين نامه ها محدوديتهايي براي افت حرارتي ( 5% درASTM و4% در BS)و همچنين در BS براي مقدار سولفات  1% 3 so  (به صورت جرمي ) را مشخص نموده اند . برخي الزامات دانه بندي اين آيين نامه ها در جداول 2 ، 3 و 4 نشان داده شده اند .
ذكر اين نكات براي فهم بهتر اين جداول مفيد است :
1- آيين نامه BS 1047:7983 مشخصات دوباره در هواي سرد شده ، كه منبسط نشده است را در بر مي گيرد .
2- سبكدانه هاي به كار رفته در بتن سازه اي ، صرفنظر از منشأ آنها توليداتي مصنوعي مي باشند و در نتيجه معمولا يكنواخت تر از سبكدانه طبيعي مي باشند . بنابراين سبكدانه را مي توان براي توليد بتن سازه اي با كيفيت ثابت مورد استفاده قرار داد .
نكته : سبكدانه ها داراي خصوصيت ويژه اي هستند كه سنگدانه هاي معمولي فاقد آن مي باشند و در رابطه با انتخاب نسبتهاي  مخلوط و خواص مربوط به بتن حاصل داراي اهميت ويژه اي مي باشند .اين ويژگي عبارتست از توانايي سبكدانه ها در جذب مقادير زياد آب و همچنين امكان نفوذ مقداري از خمير تازه سيمان به درون منافذ باز ( سطحي ) ذرات سبكدانه (مخصوصا ذرات درشت تر ) در نتيجه اين جذب آب توسط سبكدانه ، وزن مخصوص آنها زيادتر از وزن مخصوص ذراتي مي شود كه در گرمچال خشك شده اند .


روشهاي افزايش مقاومت بتن سبك :


كم بودن مقاومت بتن سبك عامل مهمي در محدود نمودن دامنه كاربرد اين نوع بتن و بهره گيري از امتيازات آن بوده است براي بدست آوردن بتن سبك با مقاومت زياد روشهاي زيادي مورد توجه قرار گرفته است .
نكته : عامل موثر و مشترك در كليه اين پژوهشها مصرف ميكروسيليس در بتن مي باشد . در اينجا اجمالا به چند روش اشاره مي گردد :
1- تحقيقات مشترك V.Novokshchenov و W.Whitcomb جهت افزايش مقاومت بتن سبك و بهبود ديگر خواص آن با استفاده از سبكدانه هاي سيليسي منبسط شده ، به اعتقاد آنان مقاومت بتن سبك تابعي از مقاومت سبكدانه ها و ملات است كه اين رابطه به صورت ذيل ارائه گرديد .
fc = fm (vm)+fa (1-vm)
fc = مقاومت بتن    fa = مقاومت سبكدانه
fm = مقاومت ملات  vm = حجم نسبي ملات
بدين ترتيب مشاهده مي شود كه مي توان با افزايش مقاومت سبكدانه و مقاومت و حجم ملات مقاومت بتن سبك را افزايش داد .

نتیجه گیری

       - بتن نیمه سبکدانه پرمقاومت با استفاده از لیکای مرغوب وسیلیس منبسط شده با مقاومت 28 روزه استوانه ای بیش از MPa50 در دنیا ساخته و مصرف شده است که نسبت آب به سیمان آن معمولا کمتر از 35/0 می باشد.

-         عمده کاربرد بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت امروزه د رکارهای دریایی و نفتی می باشد.

-         دوده سیلیسی وفوق روان کننده از ملزومات تولید بتن سبکدانه پرمقاومت می باشد وعیار سیمان مصرفی معمولا بیش از400و تا حدود kg/m3  550بوده است.

-         حداکثر اندازه سبکدانه نقش مهمی را در تغییر مقاومت ایفا می کند و امروزهبرای بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت،حداکثر  اندازه سبکدانه بین 5/12-5/9 میلی متر می باشد.

-         ساخت بتن نیمه سبکدانه  پر مقاومت با لیکای ایران حتی با مصرف دوده سیلیسی وفوق روان کننده و بکارگیری نسبت آب به سیمان 25/0 عملا مقدور نمی باشد.

-         لیکای ایران از نظر کیفیت مقاومتی و جذب اب نمی تواند مرغوب تلقی شود ولی از وزن مخصوص پایینی برخوردار می باشدو صرفا برای تولید بتن های نیمه سبکدانه سازه ای با مقاومت معمولی می تواند به کار گرفته شود.

-         بتن های تمام سبکدانه با نسبت آب به سیمان کم می تواند همانند بتن معمولی مشابه در محیط های خورنده وبه صورت مسلح بکار گرفته شود؛هر چند از مقاومت فشاری پایینی برخوردارمی باشد.

خطوط توليد بلوکهای بتن سبك هبلكس ، گازي با ظرفيت 500 متر مكعب در روز ساخت كشور چين .
این نوع بتن در نتیجه یک واکنش شیمیایی که گاز را در ملات تازه ایجاد میکند ساخته میشود. این بتن هنگامی که سخت میشود شامل تعداد زیادی حباب های گازی میباشد. این نوع بتن بعلت وزن کم ( دانسیته 700-500 کیلوگرم به متر مکعب )وخواص عایق بندی حرارتی باعث کاهش جرم ساختمان و صرفه جویی در مصرف انرژی میگردد. از خواص عمده بتن گازی وزن مخصوص کم ,مقاومت مناسب عایق بندی حرارتی ومقاوم در برابر آتش و عایق صوتی قابل ذکر میباشد.

بتن توليد سيمان كه ماده اصلي چسبندگي در بتن است در سال 1756 ميلادي در كشور انگلستان توسط «John smeaton » كه مسئوليت ساخت پايه برج دريايي «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهايت سيمان پرتلند در سال 1824 ميلادي در جزيره اي به همين نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسيد . ..سبك و اثر ميكروسيليس ها در افزایش مقاومت آن.

بتن سبک هوادار

در راستای پیشرفتهای صورت گرفته در جهان ، مهندسان بخش مسكن تحقیقات جدی و مستمری انجام داده و می دهند تا بتوانند مسكن با عمر مفید زیاد (چند قرن) ، استحكام بالا در مقابل بلایای طبیعی (زلزله ، آتش سوزی و ...) ، همچنین با توجه به پایان رسیدن عصرانرژی ارزان ، حداقل انرژی در ساختمان مصرف گردد و دارای هزینه كمتری نسبت به سایر مصالح رایج باشد كه این ایده ها با شناسایی بتن سبك هوادار (foam concrete) تحقق یافت. هم اكنون بتن معمولی غالبا با دانسیته 2400kg/m3 تولید می گردد كه با توجه به وزنش مشكلات فراوانی ازجمله اجرای سخت و باخاصیت جذب آب بسیار بالا دائما تاسیسات حرارتی و برودتی ساختمان را در معرض تخریب قرار می دهد و معایب دیگر ، خوشبختانه در حال حاضر با افزودن هوا به مخلوط ماسه و سیمان ، وزن آن تا اندازه قابل توجهی كاهش می یابد ، (400 الی 1800 كیلو گرم بر متر مكعب) و بتن سبك هوادار با خصوصیات بارزی تولید می گردد.

تولید بتن سبك با نوعی مواد افزودنی (فوم هوازی پروتئینی) جهت متخلخل نمودن خمیر ماسه و سیمان توسط شركت NEOPOR  SYSTEM در كشور آلمان با روش بهبود دائم طی مراحل تعاملی مهندسی انجام گرفته است. 
بتن سبك در گذشته و در حال حاضر در كشورمان تولید می شود كه به بتن سبك صنعتی (پوكه صنعتی ، معدنی و ...) و بتن سبك گازی معروفند كه هر كدام به نوبه خود ضررهایی برای محیط زیست دارا می باشند ولی در كشورهای توسعه یافته این نوع بتن  سبك جای خود را به بتن سبك هوادار داده است.
شركت NEOPOR SYSTEM در حال حاضر با بیش از 25 سال سابقه اجرایی در 30 كشور جهان مورد تایید موسسه استاندارد (( دین  آلمان)) می باشد .
خصوصیات فنی:
بتن سبك هوادار را می توان در دو سطح دانسیته ای تولید كرد :
الف - وزن مخصوص (400 الی 900 كیلو گرم بر متر مكعب) برای ساخت بلوكهای ساختمانی غیرباربر و همچنین بلوكهای تزئینی و پانلها. 
ب - وزن مخصوص (1000 الی 1800 كیلو گرم بر متر مكعب) برای قطعات باربر و مسلح.

بتن سبك هوادار در هر دو سطح دارای خصوصیات مشتركی می باشند كه شماری از آنها بشرح زیر می باشد :

1_عایق رطوبت
2_عایق گرما وسرما
3_ عایق صوت
4_مقاومت بیشتر در مقابل حریق
5_نسبت مقاومت فشاری مناسب به وزن
6_كاهش بار مرده در ساختمان
7_ مقاوم در مقابل نفوذ آب
8_خاصیت خوب جذب و دفع آب
9_راحتی در عمل بریدن و میخ كوبی
10_انقباض مطلوب در حین خشك شدن
11_ مقاوم در برابر یخ زدگی
12_جلوگیری از استهلاك سیستم سرمایش و گرمایش 

  مزایا:
بتن سبك هوادار دارای مزایای زیادی می باشد كه برخی ازآنها به شرح زیر می باشد.

1_ صرفه جویی در هزینه های ترانسپورت قطعات پیش ساخته (تولید صنعتی)
2_ صرفه جویی در حمل مصالح (وزن ماسه و میله گرد)
3_عمر مفید بیشتر قالب فلزی (ضریب تكرار بیشتر قالب در سیستم بتن سبک)
4_حذف دستمزدهای بنایی (گچ و خاك و حداقل سفید كاری)
5_حذف هزینه های مصالح (خاك و گچ)
6_حذف دستمزدهای اجرای نماكاری (سیمانكاری)
7_حذف هزینه های مصالح نماكاری (سیمان و ماسه)
8_حذف هزینه های مربوط به ترانسپورت پرت مصالح به خارج از كارگاه
9_صرفه جویی در هزینه های مصرف انرژی (نفت ، گاز ، برق ، ...) بدلیل تبادل حرارتی و برودتی بهتر دیوار بتن سبك
10_سرعت در اجرا به دلیل سیال بودن بتن سبك ، عمل بتن ریزی به مراتب سریعتر از بتن معمولیانجام می شود و در این سیستم عمل ویبره حذف می گردد.
11_صرفه جویی در مصرف میله گرد ، در اینجا باید رقم 30% را در هزینه های مربوط به وزن میله گرد منظور نموده (دیوارهای باربر و پی ها)
12_سهولت عملیات كنده كاری و هزینه های مربوط در مقایسه با دیوار آجری
 13_سرعت در بازگشت سرمایه و پرداخت كمتر بهره بانكی در مقایسه با سیستم های ساخت و ساز سنتی و مشابه آن با بتن سبك 

سبك سازی ساختمان (پی ، دیوار ، سقف)
افزایش قابل توجه عمر مفید ساختمان (بیش از صد سال)


موارد استفاده:


1_ایزولاسیون پشت بام

این بتن می تواند بعنوان یك عایق حرارتی برای پشت بامها مورد استفاده قرارگیرد.

2_ایزولاسیون كف ساختمان 
این بتن می تواند بعنوان یك عایق رطوبتی و حرارتی برای كفها مورد استفاده قرار گیرد ، بطوریكههر 5 سانتی متر بتن سبك هوادار معادل یك لایه قیر اندود عمل می كند .

3_ساختمان سازی
ساختمانهای پیش ساخته و قالب درجا بعنوان پارتیشن بندی در انواع سازه (انواع بلوكهای ساختمانی)

4_ژئوتكنیك
این بتن با توجه به سیال بودنش داخل تمامی حفره ها نفوذ كرده و تمام روزنه ها را پر می كند و در مقابل براحتی می توان از آن حفره برداری نمود.

5_محوطه سازی (با قطعات پیش ساخته یا بتن درجا)
این بتن با توجه به خصوصیاتش از جمله مقاومت در برابر یخ زدگی و عدم جذب رطوبت بسیار پوشش
مناسبی برای سطح جاده ها و فرودگاهها و پیاده روها می باشد.

6_ حصار كشی
از این بتن می توان هر قطعه ای (هر اندازه و هر شكل) برای دیوار محوطه تهیه و نصب نمود .

از این بتن می توان هر نوع قطعه بتنی را تهیه نمود ، بر این اساس از آن می توان برای ساخت گلدان ، نیمكت پارك ، سنگ فرش پیاده رو ، سنگ چمن ، آبراه باران و ... استفاده نمود.

7_ مجسمه سازی
بخاطر سیال بودن بتن و در  نهایت سبك بودن آن می توان هر نوع مجسمه ای را تولید كرد.

              تمام موارد بالا را میتوان همراه با سلیقه های مختلف بصورت رنگی تولید نمود.

8_بلوكهای تزئینی و متفرقه

بتــن سبــک:

بتــن سبــک مسلــح و مرکــب ارتجاعی با تغییـــرات غیر خطـــی کرنش در ارتفـاع تیـــر در طی خمش، و مــدول فنریـت و قابلیت کرنش پذیری بـالا در خمـــش نوعــی بتـن سبک مسلــحِ فیبــروالاستیک با ساختــار شبکــه‏ای می‏باشد.
در این سیستم مرکب، بنا به بافت منسجم و نظام شبکه‏ای موجود و نوع و تناسب رفتار اجزاء به کار رفته در تعامل با یکدیگر، امکان توزیع

 

گسترده و مناسب‏تر کرنش‏ها و تنش‏ها (همراه با جذب و مهار نسبی آنها) فراهم آمده، ظرفیت‏های ذخیره و جذب انرژی زیاد بوده، و کرنش پذیریِ بالا (به ویژه در محدوده ارتجاعی) هم به سهم خود امکان بهره‏گیری از توان‏ مجموعه‏ تسلیحات در کشش را بهتر میسر ساخته است. بدین ترتیب، ضمن تاُمین ذخیره مقاومت و شکل پذیری (Ductility) مورد نظر دست‏یابی به قابلیت‏های بالای باربری (به خصوص در خمش و از جمله در مورد بارهای دینامیک و ضربه‏ای) در عین دارا بودن ابعاد و وزن پائین و نیز نرم و منتشر بودن الگوی شکست به خوبی امکان‏پذیر گشته است.
چنان که گفته شد در این سیستم در جریان خمش، تغییرات کرنش در ارتفاع تیر خطی نیست. این ویژگی همچنین می‏تواند متضمن توزیع بهتر تنش‏های داخلی و کاهش تمرکز نسبی آنها (چون تنش‏های فشاری) در مناطقی خاص از مقطع و افزایش ظرفیت کلی جذب و مهار و تحمل تنش‏ها و قابلیت کرنش پذیری ... در طی خمش باشد.
از جمله خصوصیات بتن کرنش پذیر به کار رفته در این سیستم نیز می‏توان به نسبت‏های مناسب مدول‏های الاستیسیته, و مقاومت‏های کششی و برشی به مقاومت فشاری و نیز مقاومت در حد رفتار ارتجاعی ... به مقاومت نهائی- بالا بودن طاقت شکست و ضـرایب بلوک تنـش و ، کرنش متناظر با قله مقاومت و به ویژه، کرنش متناظــر با گسیختــگی و وقوع نوعــی الگوی له شدگی به جای خرد شدگی معمول و گسترش یابنده (در بارگذاری‏های فشاری بیش از حد آستانه اشاره نمود. مجموعه اینها با در نظر داشتن نقش چندگانه ساختار شبکه‏ای مزبور در بافت منسجم موجود، عامل نیل به ویژگی‏های پیش‏گفته محسوب می‏گردند. (گفتنی است که در این سیستم حتی شکست از نوع موسوم به فشاری اولیه در برخی بارگذاری‏های محوری هم باز الگویی نرم و تدریجی داشته است )
ضمنا چنان که می‏دانیم برخی از مشکلات رایج و بعضا، راه‏بردی فرا راه کاربرد بتن‏های سبک مسلحِ معمول عبارتند از: خطرِ ترد گشتن الگوی شکست، جمع شدگی زیاد و ناپایداری حجمی، درگیری نامناسب تسلیحات در بتن، پائین بودن مقاومت‏های مکانیکی از جمله، برش پانچ، کم بودن نسبت‏های مقاومت‏های برشی و کششی … و نیز مدول‏های الاستیسیته استاتیکی و دینامیکی به مقاومت فشاری، معضلات ناشی از افت و خزش و خستگی، مسائل مربوط به پایایی به خصوص در درازمدت و در برخی شرایط محیطی، موضوع انتقال نیروهای جانبی، برخی محدودیت‏های اجرای کارگاهی و ....
بدین سان در این فن‏آوری نو و با توجه به امکان کاربرد مقتضیِ برخی عناصر همراه سعی در حل توأمان بخش مهمی از مشکلات مزبور در چارچوب سیستمی واحد و یکپارچه با مدول فنریت و مقاومت ویژه شایان توجه در خمش قیمت مناسب تمام شده و دارای موارد کاربری متعدد گشته است.

بتن سبک سازه ای مورد استفاده در ساختمان ها در مقابله با زلزله کاربرد مهمی دارد

بتن سبک سازه ای به دلیل سبکی و پر مقاومتی در برابر زلزله در کاهش خسارت ها و خطرات سنگین نقش مهمی دارد با این دو فاکتور، بتن های سبک سازه ای از لحاظ اقتصادی صرفه بیشتر و عملکرد مناسب می تواند به عنوان مصالح مطلوب در ایجاد ساختمانها مطرح شود. دکتر علیرضا رهایی رئیس دانشگاه صنعتی امیرکبیرافزود: یکی از روش های ایجاد سازه های با مقاومت مناسب مقاوم سازی سازه ها، در مقابل زلزله بحث سبک سازی است.
وی گفت: با توجه به اینکه بسیاری از ساختمانها و انواع سازه های دیگر از مصالح بتنی ساخته می شوند، با افزایش دانش و تجربیات فنی دانشجویان باید بتوانیم مصالح بتنی با دوام مناسب و سبک با مقاومت بالا تولید کنیم. وی تصریح کرد: بتن های سبک پرمقاومت به عنوان یک مصالح مطلوب در ایجاد ساختمانها، از جنبه اقتصادی صرفه بیشتر و از جنبه عملکرد و مقاومت مناسب درمقابل زلزله به لحاظ سبک سازی مطرح می شوند.
رئیس دانشگاه صنعتی امیرکبیر نقش آموزش عالی در زمینه تولید بتن های سازه ای سبک در دانشگاه ها را مهم دانست و تصریح کرد: بتن به عنوان یک مصالح در طرح های  مختلف مانند ساختمان سازی، پل سازی، اسلکه ها، منابع، مخازن استفاده می شود که اگربتواند مشخصات مکانیکی به محو دقیق و صحیح کسب کند عملکرد مناسب و خوبی از لحاظ فنی و اقتصادی می تواند در ساخت سازه ها و ساختمان ها داشته باشد.
رهایی گفت: اگر در زمینه تحقیقات کاربردی، درسطح دانشگاه ها و مراکز علمی تلاش کنیم، تحقیقات کاربردی ما منجر به ساخت بتن های با کیفیتی در کشور خواهد شد.
وی افزود: آشنایی مهندسان با مشخصات روش ساخت و طراحی باعث ایجاد شرایط بهتری در ساختمان سازی می شود.
همچنین دکتر سید محمد حسین بسط دانشیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه صنعتی امیرکبیر به خبرنگار ما گفت : در کشور ما ارتباط بین صنعت و دانشگاه، عملکردی  ضعیف داشته است و این در مقایسه با کشورهایی که دربخش صنعت و تحقیقات، به پیشرفت رسیدند، هماهنگی تنگاتنگ ونزدیک دانشگاه و صنعت، عامل مهمی است.
مدیر گروه مهندسی و مدیریت ساخت دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست افزود: امروزه، بحث اعتماد و اتکا صنایع کشور با دانشگاه های دو عامل مهم است یعنی نیاز صنعت را دانشگاه باید برآورده کند و برعکس دانشگاه به دنبال نیاز صنعت پیش می رود.
وی گفت: محصولی که با تحقیق و پژوهش در دانشگاه های کشور تولید می شود صنعت خریدار اصلی آن است نباید صنعت برای برآورده کردن نیازها و خرید این نوع محصولات، از کشورهای دیگر کمک بگیرد.
مدیر گروه مهندسی و مدیریت ساخت دانشکده مهندسی عمران ارتباط  بیشتر و نزدیک دانشگاه با صنعت را تنها راهکار صنعتی شدن پژوهش ها دانست و تاکید کرد: ما همیشه به عنوان دانشگاه باید از نخستین بازار، آن هم بازارهاای داخلی خرید کنیم و به بیگانگان روی نیاوریم.
وی علت قیمت بالای بتن های سبک سازی را کمی سازندگان برشمرد و ادامه داد: سبکی و مقاوم بودن سازه ها در کشور هر کدام با مشکلاتی روبرو هستند و یکی از مشکلات آن خطرات و خسارتهای سنگین ناشی از زلزله است.
مدیر گروه مهندسی و مدیریت ساخت دانشکده مهندسی عمران تاکید کرد: با جا افتادن این دو عامل سبکی مقاومت بتن های سازه ای سبک، درصنعت ساخت و ساز کشور و به نفع سازندگان و بهره بردارها است و قطعا کارخانه های زیادی برای رقابت و کاهش قیمت این نوع بتن در کشور در صدد تهیه آن هستند.

خلاصه مقاله:

در اناليز و طراحي سازه هاي مختلف، بار گذاري اعمال شده به سازه حداقل شامل بار مرده، بار زنده و زلزله مي باشد. جهت كاهش و يا سبك كردن بار وارد به المانهاي اصلي شامل تير، ستون و فونداسيون مي بايستي بار مرده را كاهش داد. كه به تناسب آن وزن سازه نيز كمتر شده و موجب كاهش نيروي زلزله مي گردد. با توجه به اينكه در ساختمانهاي وزن عناصر غير سازه اي از وزن المانهاي سازه اي خيلي بيشتر است، لذا سعي در كاهش وزن المانهاي غير سازه اي با استفاده از انواع بتن در چند سال اخير بر برنامه اكثر مراكز تحقيقاتي قرار گرفته است. در مناطق شمالي و جنوبي كشور به علت عدم وجود معادن خاك رس ساخت اجر و بلوك سفالي داراي هزينه بالا مي باشد و در صورت حمل مصالح به اين نقاطه هزينه ها نيز افزايش يافته و با وجود معادن ماسه بادي در اين نقاط اجراي بتن سبك فوق العاده كم هينه بوده و همچنين وزن سازه نيز كمتر شده است.


اصولا ساخت بتن سبك به يكي از دو روش كلي ذيل صورت مي گيرد:


1- استفاده از افزودني هاي خاص در بتن كه توليد حباب نموده و باعث سبك شدن بتن ميگردد مانند (بتن كفي يا بتن گازي)،در اينصورت روش طرح اختلاط و مراحل ساخت قطعات بتني نيز تغيير مي يابد.
2- استفاده از مصالح با چگالي پايين تر مانند پرليت به جاي كاربرد شن و ماسه معمولي و يا استفاده ازمواد مصنوعي خاص با عملكرد فيزيكي مشابه با مصالح موجود در بتن (مثلا از الياف فايبر گلاس و يا شبكه هاي سيمي جوش و لايه عايق پلي استايرن به جاي ميلگرد و يا شبكه موجود در بتن).
براي استفاده بهينه از اين محصولات ابتدا وزن محصوص و مقاومت فشاري (به ندرت مقاومت كششي) آن براي كاربردهاي مورد نظر در پروژه تعريف مي گردد و بر مبناي آن طرح اختلاط لازم و افزودني هاي مورد نياز بر طبق دستور العمل ها و تجربيات توليد، و در استاندارد كشور المان (DIN) ، انگلستان (BSI)، آمريكا (ASTM) و غيره ارائه ميشود.

چگالي بتن معمولي در حدود 2200 تا 2600 كيلوگرم بر متر مكعب مي باشد. در نتيجه وزن مرده قطعات بتني زياد است و نسبت زيادي از بار وارده بر سازه را تشكيل ميدهد. بكار بردن بتن با چگالي كمتر باعث كاهش بار مرده ساختمان و در نتيجه كوچكتر شدن ابعاد قطعات باربر مي گردد. بعلاوه با استفاده از بتن سبكتر قالب نياز به تحمل فشار كمتري در مقايسه با بتن معمولي دارد و همچنين كل جرم مصالحي كه بايدجابجا شوند كاهش مي يابد كه اين عامل منجر به افزايش توليد مي گردد. بتن سبكه به بتن هاي داراي وزن مخصوص بين 300 تا 2000 كيلوگرم بر متر مكعب و با تركيبات جديد وفوق العاده سبك و مقاوم اطلاق مي گردد. از بتن سبك در اعضاي غير سازه اي همانند تيغه هاي عايق و جدا كننده ها، پوشش كف و اعضاي نيمه سازه اي و سازه اي مثل دالهاي سازه اي بلند جهت كاهش وزن مرده و بار ديناميكي ناشي از زلزله و ابعاد المانهاي قاب سازه استفاده مي شود.

 

اثرات استفاده از بتن سبك در طراحي لرزه اي سازه ها:

در اين مقاله بتن سبك و انواع آن روشهاي توليد و مزايا و معايب آن بطور مختصر مورد بررسي قرار گرفته است.

يكي از اصلي ترين مشكل در طراحي لرزه اي و اجراي ساختمانها، خصوصا ساختمان هاي بلند، وزن قابل توجه بار مرده كه عمدتا ناشي از وزن سقفها و ديوارهاي جدا كننده است، مي باش. بديهي است استفاده از مصالح سبك موجب كم شدن بار مردن و در نتيجه كاهش وزن تيرها، ستون ها وشالوده مي گردد. كاهش وزن مرده ساختمان و استفاده از بتن ها با وزن مخصوص كمتر از 1900 كيلوگرم بر متر مكعب و مقاومت فشاري بيش از 17 مگاپاسكال در سازه هاي بتن مسلح، همواره مورد توجه بسياري ازمهندسين طراح بوده است، در اين راستا نيز مطالعات متنوعي در سطح جهان صورت گرفته است، ولي عليرغم تمامي اين تحقيقات، تاكنون بتن سبك جايگاه خود را در ساخت سازههاي بتن آرمه در كشور ايران پيدا ننموده است. مقاله حاضر به ارزيابي اثر استفاده از بتن سبك و مصالح سب دروزن سازه، مقدار مصرف ميلگرد و بتن، و همچنين تاثير آن بر برش پايه استاتيكي و ديناميكي مي پردازد. براي اين منظور مدلهائي با تعداد طبقات 5، 9و15 ، براي سازه با بتن معمولي (A)، سازه با بتن سبك (B) و سازه با استفاده از توام سبك و معمولي (C) (كه جمعا 9 نمونه را شامل ميشود) انتخاب و پس از آناليز و طراحي در مورد نتايج لرزه اي نمونه ها قضاوت و مقايسه بعمل آمده است.

 

اثرات عايق سازي حرارتي ديوارهاي ساختماني ساخته شده با بتن سبك در كاهش مصرف سوخت و هزينه تمام شده

يكي از مهمترين مواردي كه باعث اتلاف انرژي حرارتي مهمترين مواردي كه باعث اتلاف انرژي حرارتي در ساختمان مي شود عدم عايق بندي مناسب ديوارهاي ساختمان است . مي توان گفت بخش اعظمي از اعضاي حائل بين داخل و خارج ساختمان را ديوارها تشكيل مي دهند كه درصورت استفاده بجا و درست از مصالح مناسب مي توان مقاومت حرارتي آنها را تا حد چشمگيري افزايش داد و در نتيجه از اتفلاف انرژي به مقدار زيادي جلوگيري نمود .در اين مقاله ابتدا مقاومت حرارتي ديوارهاي ساخته شده با مصالح معمول در ايران بررسي مي شود و سپس نقش روي ختلف عايق سازي مانند استفاده از بتن هاي سبك گازي , بلوك بتني سبك پلي استايرني و بتن هاي سبك و نيمه سبك ساخته شده با ليكا و پوكه معدني در افزايش مقاومت حرارتي ديوارها و سقف ها بررسي مي شود . در نهايت افزايش هزينه ناشي از عايق كاري با هزينه صرفه جويي شده ناشي از كاهش مصرف سوخت مقايسه مي گردد

( بتن سبك وزن با ساختمان سلولي ( فوم))

بتن از مصالح اصلي و بنيادين در ساخت ساختمانهاي كنوني است كه مي توان با ايجاد تركيبات مختلف و افزودن مواد ديگر به اين تركيبات كارايي آن را بالا برد . از جمله موادي كه م ي توان براي افزايش كارايي بتن به آن اضافه نمود فوم ( ماده كف ساز با پايه پرو تئين حيواني ) است. اين نوع بتن علاوه بر داشتن مزاياي بتن معمولي خواص ديگري مانند وزن مخصوص كم و مقاومت فشاري بالا را نيز دارا مي باشد سبكي اين بتن در سازه هاي ساختماني باعث كاهش بار مرده ساختمان، صرفه جويي در حجم خاك برداري و بتن مصرف شده در فونداسيونها و همچنين كاهش بارهاي زلزله مي گردد . براي افزايش كارايي اين محصول در پروژه هاي مختلف مقدار اختلاط و افزودنيهاي موردنياز طبق تجربيات و استانداردهاي كشورهاي آلمان، انگليس و آمريكا تنظيم و تهيه مي گردد و براي توليد نهايي و آزمايشهاي مقاومت بر روي آنها صورت مي گيرد. براي توليد اين بتن از ملات ماسه، سيمان، ماسه بادي، ملات بتن فوم ( از نوع پروتئين حيواني ) و افزودنيهاي مجاز استفاده مي گردد . اين مواد توسط دستگاههاي مخصوص، مخلوط وتوليد شده و براي استفاده آماده مي گردد كه توسط دستگاههاي پمپاژ به علت سبكي به راحتي مي تو ان بتن را به طبقات بالاتر انتقال داد . در نتيجه اين عملكرد، ميزان دقت كلي مصرفي در اين پروژه افزايش م ييابد.

نوع جدیدی از بتن سبک با مقاومت بالا توسط یکی از استادان دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز تولید شد.

 این بتن در سازه‌های حمل‌کننده بار و در ایجاد انواع بلوک کاربرد دارد.

وی ضدآب بودن ، گیرایی بالا و خود تراکمی را از ویژه‌گی‌های این بتن جدید عنوان کرد و افزود: مقاومت بلوک‌های ساخته شده از این نوع بتن ‪ ۸۰درصد بیشتر از بلوک‌های سبک فعلی مورد مصرف در بازار است. وی، شناور ماندن سازه ساخته شده از این نوع بتون در سطح آب به علت وزن کم آن در مقایسه با وزن آب را از دیگر ویژه‌گی‌های خاص بتون ساخته شده جدید ذکر کرد.

زندی، قیمت تمام شده سازه‌های ایجاد شده از این نوع بتن را ‪ ۲۰درصد بیشتر از بتن‌های معمولی اعلام کرد و در عین حال یادآور شد هزینه احداث یک سازه سه تا ده طبقه با استفاده از این نوع بتن به شرط استفاده مداوم، ‪۳۰ تا ‪ ۷۰درصد ارزانتر است.

وی بیشترین کاربری این نوع بتن را در ایجاد کانال‌های رسوبی، تعمیرات سدسازی و ساخت کانال‌های آب عنوان کرد.

ليکا بتن
سازه اي

کشور ايران از مناطق زلزله خيز جهان محسوب مي شودو بحث سبک سازي ابنيه جهت افزايش مقاومت در برابر زلزله از اهميت بخصوصي برخوردار مي باشد. استفاده از بتن به عنوان يکي از پرمصرف ترين مصالح ساختماني در ابنيه سازه اي همواره داراي مشکل سنگيني بوده است.

بتن هاي سبک سازه اي بتن هايي هستند که علي رغم دارابودن چگالي کمتر از 2000 کيلوگرم بر مترمکعب، مقاومت فشاري بيش از 17 مگا پاسکال دارند. ساخت اين بتن ها صرفا" با استفاده از سبکدانه هاي مقاوم و سبک امکان پذير است. بيشترين مقاومت بتن سبکدانه معمولا" وقتي حاصل مي شودکه از سبکدانه هاي سازه اي که مقاومت آن برابر يا بيشتر از مقاومت ماتريکس سيمان باشد براي سبک سازي بتن استفاده گردد.

شرکت ليکا در سال 1385 با تغيير فرآوري موفق به توليد سبکدانه سازه اي در ايران شده است. تحقيقات علمي تکميلي در مورد محصول فوق در حال انجام شدن مي باشدو جهت کاربرد گسترده، دوره انتظار جهت گرفتن تاييدهاي فني را طي مي نمايد.

غير سازه اي

بتن هاي سبک با مقاومت کمتر از 7 مگاپاسکال در رده بتنهاي سبک غيظ سازه اي طبقه بندي مي شوند. اين نوع بتن‌ها با وزن مخصوصي معادل 800 كيلوگرم بر مترمكعب و كمتر، به عنوان تيغه‌هاي جداساز و عايق‌هاي حرارتي و صوتي در كف بسيار مؤثر هستند. اين نوع بتن مي‌تواند در تركيب با مواد ديگر در ديوار، كف و سيستم‌هاي مختلف سقف مورد استفاده قرار گيرد.اضافه كردن ريزدانه‌هايي با وزن معمولي، موجب افزايش وزن بتن و مقاومت آن مي شود،ليكن به منظورحصول خواص عايق‌بندي حرارتي (ضريب انتقال حرارت کم)، حداكثر وزن مخصوص به 800 كيلوگرم در مترمكعب محدود مي‌گردد. هنگام ساخت و استفاده از بتن سبك غيرسازه‌اي، سعي بر اين است كه با كاهش وزن بتوان خصوصيات عايق حرارتي را افزايش داد، اما ذكر اين مطلب ضروري است كه باكاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نيز كاهش مي‌يابد. مقاومت فشاري و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزديكي با هم دارند و با افزايش وزن مخصوص، مقاومت زيادتري مورد انتظار است. با توجه به مقاومت به دست آمده از اين نوع بتن، محل کاربرد آن تعيين مي گردد

 سبک سازی ساختمان

چکيده برای ساختن اسکلت يک ساختمان کوتاه مرتبه، پانل های متشکل از دولايه شبکه آرماتوربندی که با ميلگردهای زيگزاگی شکل به هم وصل می شوند، مورد استفاده قرار می گيرند. با قرار دادن يک لايه فوم بين دو سطح شبکه سطح، در حين اجرا، عمليات پاشيدن بتن (شاتکريت) به راحتی از دو طرف بر روی سطوح انجام می شود. کاربرد چنين پانل های سبکی، می تواند وزن سازه را به حدود نصف کاهش دهد. بارگذاری جانبی يک طرف وارده به نمونه آزمايشی با مقياس 2/1 اندازه واقعی با استفاده از مصالح و روش ساخت مذکور نشان داده که بار نهايی می تواند چند برابر بيشتر از بار طراحی بوده و همه تغيير مکان های نسبی مورد نياز نيز به خوبی تامين شوند. نتايج آزمايش های دو بعدی بر روی پنل های ساخته شده با مصالح مشابه، نخست خلاصه شده و سپس در تئوری پيشنهادی مورد استفاده قرار گرفته است.

 

مقدمه

شبکه های سيمی دولايه که به روش خاصی ساخته شده و بين آن ها از يک لايه فوم استفاده گرديده، برای تقويت قاب های بتن مسلح آسيب ديده به کار رفته اند (شکل 1a) و يا در ساخت سازه های کوتاه مرتبه استفاده شده اند (تصوير 1 تا 5). مقاطع جانبی و قائم از پانل ها که با مصالح خاص ساخته می شوند در شکل 2b داده شده است. بعد از نصب لايه ها و قراردادن پانل در جای خود، دو طرف پانل های بتن پاشی می گردد (شکل 5).
تکنيک های متعددی برای اتصال قاب آسيب ديده به ديافراگم پانل ها به کار گرفته و آزمايش شده است. شکل 1b نتايج منحنی های هيسترزيس بارگذاری را نشان می دهد. برای آشنايی با جزئيات اين بررسی به مرجع شماره {2} رجوع شود. منحنی E در شکل 1bمتعلق به قاب بتن مسلح است که در معرض همان شرايط تغيير مکانی قبل از نصب ديافراگم ها قرارداده شده است. منحنی B به صورت تحليلی از تفاضل منحنی E از منحنی A (با همان ساختار وشکل پانل های استفاده شده در سازه سه بعدی مطالعه شده در اين مقاله) به دست می آيد. از منحنی B که به صورت مستقل در شکل 1cديده می شود به صورت تقريبی می توان رابطه بين تنش های برشی و تغيير شکل های برشی را به دست آورد، که به صورت جداگانه در شکل 1dآمده است. روشی که در اين قسمت به کار رفته توسط دو معادله در همان شکل خلاصه شده است. شيب نزولی منحنی مزبور در محاسبات تئوری به کار نرفته و در عوض از شيب صفر استفاده شده است. تاثير و بازدهی ديافراگم های اضافه شده بر روی مقاومت و سختی جانبی قاب آسيب ديده به راحتی با مقايسه شيب ها در ابتدا و در نقاط انتهايی که به هم می رسند ديده می شود.  

نمونه آزمايش

يک نمونه سه بعدی با مقياس 2/1 با استفاده از سيستم پانل های شبکه آرماتورگذاری سبک در آزمايشگاه ساخته شد که بعد به کمک بتن پاشی در محل به صورت ديوارهای سازه ای در آمدند. طرح کلی، مقاطع و نيز جزئيات پانل های شاتکريت شده به طور شماتيک در شکل 2 داده شده است.
مهار نمودن نمونه به پی گسترده (که به نوبه خود به کمک پيچ های پر مقاومت پس کشيده شده به کف آزمايشگاه متصل شده است)، اتصالات پانل ها، جزئيات آرماتورگذاری اطراف بازشو در ديوارها و نيز مراحل مختلف ساخت نمونه مورد نظر در شکل های 1 تا 5 داده شده است. اين نمونه مدل کوچک شده يک سازه واقعی است که مورد بررسی قرار گرفته است. عايق حرارتی خيلی خوب، وزن کل کاهش يافته و سرعت بالای ساخت، از امتيازات اصلی اين روش ساخت می اشد.
قبل از آماده ساختن نمونه سه بعدی، آزمايش های مقدماتی مثل: آزمايش بارگذاری محوری بر روی پانل ها {1}، بارگذاری تناوبی در صفحه پانل ها {2} و بارگذاری خارج از صفحه پانل ها {3}، بر روی پانل های مشابه در آزمايشگاه انجام گرفت.با توجه به نتايج اوليه، رفتار شکل پذيرتر، ظرفيت جذب انرژی بيشتر، حاشيه ايمنی بالاتر و نيز وقوع خسارات موضعی قابل تعمير در عوض شکست های کلی انتظار می رود.
مدل مورد نظر برای نيروی برشی پايه 26KNکه متناسب با %25 وزن کل سازه است و ضوابط آيين نامه جديد زلزله ترکيه سال 1998 {4} را تامين می کند، طراحی شده است. از ميلگرد به قطر 3mm برای شبکه بندی استفاده گرديد که بدون تغيير شکل های اوليه و در دوراستای افقی و عمودی در فواصل 10cm از يکديگر جوش شدند. مقاومت حد جاری شدن اين ميلگردها حدود 500MPa می باشد. آزمايش های نمونه استوانه ای شکل نشان می دهد که متوسط مقاومت فشاری بتن شاتکريتی حدود 14MPaمی باشد. آزمايش نمونه استوانه ای به اندازه کافی برای بررسی کيفيت بتن شاتکريتی مناسب تشخيص داده شد {5}.
برپايی دستگاه آزمايش
دو جک هيدروليکی دو جهته با ظرفيت 300KN در وضعيت افقی بين نمونه آزمايش و ديوار بتن آرمه تکيه گاهی قرارداده شد. بار جانبی کل به دو قسمت مساوی در ابتدا تقسيم شده و سپس هر يک از نيروها به دو بخش تقسيم می گردد. به گونه ای که نيروی وارده به هر ديوار متناسب با سختی جانبی آن می باشد (عکس شماره6). سپس هر کدام از اين بارها جانبی به کمک بازوهای صليب بارگذاری در بالای نمونه ها و توسط اتصالات برشی که در داخل نمونه جاسازی شده در طول ديوارهای برشی انتقال می يابند. بدين ترتيب نيروهای متمرکز وارده به صورت بار گسترده يکنواخت به هر ديوار اعمال می گردد. نيروهای وارد بر ديوارها، در هر لحظه توسط نيروسنج ها اندازه گيری شده و لذا نيروی وارده به ديوار وسطی به راحتی از تفاضل نيروهای گرفته شده به وسيله ديوارها، از کل نيروهای وارده به نمونه ناشی از بار اعمال شده محاسبه می گردد.
با استفاده از مجموعه دستگاه آزمايش، سعی شده تا پخش نيروهای جانبی مساوی با نيروهای اينرسی واقعی قابل انتظار در يک زلزله باشد. اين فرض از آنجايی که سازه به طور نسبی صلب بوده و تا رسيدن به بار طراحی رفتاری الاستيک انتظار می رود، حداقل تا آن حد معتبر می باشد. فرض شده است که ديوارهای عمودی، بارهای برشی چندانی تحمل نمی کنند.
تغيير مکان های در صفحه و خارج صفحه هر دو انتهای نمونه و نيز لغزش نسبی احتمال روی کف آزمايشگاه به صورت خودکار ثبت می گردد و منحنی های تغيير مکانی به دست می آيند (شکل3). متوسط مقادير ثبط شده توسط تغيير مکانسنج ها و کل بار جانبی برای رسم شکل 3 به کار رفته اند. لغزش نمونه تغيير مکان های خارج از صفحه، مقادير ناچيزی مشاهده شدند. اگر چه بارهای جانبی اعمال شده در طول آزمايش به حدود 10 برابر تراز بار طراحی رسيد، به خاطر محدوديت های دستگاه بارگذاری دستيابی به ظرفيت نهايی بار سازه ای ممکن نشد. شايان ذکر است که حتی در تراز بار حداکثر، تنها ترک های جزيی و مويی مشاهده گرديد و اثری از شکست و گسيختگی موضعی ديده نشد.


نتيجه گيری:


نمونه ای با 1/2 مقياس واقعی که از اعضای پانل ساندويچی با اتصالات مناسب تشکيل شده و در محل بتن پاشی گرديد، تحت بارگذاری جانبی يکطرفه در آزمايشگاه قرار گرفت. با وجودی که بارهای جانبی به حدود 10 برابر تراز بارهای طراحی افزايش يافت، ولی فقط ترک های جزيی باريکی بر روی سطوح مشاهده گرديد وهيچ گونه شکست موضعی خاصی ديده نشد. موضوع جالب اينکه هيچ گونه جدايی و ناپيوستگی بين دولايه ديوارها به وجود نيامد. نتايج اين تحقيق مشان می دهد که در صورت رعايت ضوابط خاص اعضای پانل ساندويچی با اتصالات مناسب و شاتکريت با شرايط و ضخامت صحيح به جای ساختمان های بنائی از روش مذکور می توان در ساختمان های کوتاه مرتبه بهره جست

مهندسین و معماران سازنده ساختمان در دنیا با استفاده از بتن سبک در قسمت های مختلف بنا با سبک کردن وزن ساختمان به طور مستقیم ( به لحاظ سبکی ویژه این نوع بتن ) و صرفه جویی در مصرف انرژی بطور غیر مستقیم ( به لحاظ عایق بودن این نوع بتن در مقابل سرما و گرما و در نتیجه کاهش میزان مواد سوختی ) , از لحاظ اقتصادی امروزه گام های بلند و مهمی برداشته اند .
خانم مهندس آزاده شفاعی د ر مقاله ای به معرفی فوم بتن ( بتن کفی ) و ذکر خواص ویژه آن پرداخته اند.
ایشان در این مقاله می نویسد: فوم بتن مصالحی است جدید که برای مصارف مختلف در ساختمان بکار می رود.باید اشاره کرد خواص فیزیکی منحصر به فرد این محصول ، آن را بتنی سبک و عایق با مقاومت لازم و کیفیت مطلوب می نماید . این محصول از ترکیب سیمان , ماسه بادی (ماسه نرم ) , آب و فوم ( ماده شیمیائی 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 کاملا پایدار می باشد در ضمن اختلاط با ملات سیمان و ماسه بادی در دستگاه مخلوط کن ویژه , خمیری روان تشگیل می دهد که به صورت درجا با در قالب های فلزی یا پلاستیکی قابل استفاده می باشد .لازم به ذکر است این خمیر پس از خشک شدن با توجه به درصد سیمان و ماسه بادی دارای وزن فضایی از 300 الی 1600 کیلو گرم در متر مربع خواهد بود .


گفتنی است ویژگی های عمده فوم بتن را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:


۱-عامل اقتصادی : سبکی وزن با مقاومت مطلوب فوم بتن یا توجه به نوع کاربرد آن , بطور کلی به لحاظ اقتصادی مخارج ساختمان را میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهد
۲- سهولت در حمل و نقل و نصب قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته : حمل و نقل قطعات پیش ساخته با فوم بتن هزینه کمتری را نسبت به قطعات بتنی دربرداشته و نصب قطعات بعلت سبکی آنها . بسیار آسان می باشد
۳- خواص فوق العاده عایق بودن در مقابل گرما , سرما و صدا : فوم بتن به علت پائین بودن وزن مخصوص آن یک عایق موثر در مقابل گرما , سرما و صداست . ضریب انتقال حرارتی فوم بتن بین65 0/0 تا (435/0 k cal / m2 hc می باشد ( ضریب هدایت حرارتی یتن معمولی بین 3/1 تا 7/1 واحد
۴- 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 موئین و 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 .
۵- مقاومت فوق العاده در مقابل آتش : مقاومت فوم بتن در مقابل آتش فوق العاده می باشد .

  • 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 .
    شایان ذکر است از کاربرد فوم بتن در ساختمان می توا د به موارئد زیر اشاره کرد:
    ۱- شیب بندی پشت بام
    ۲- کف بندی طبقات
    ۳- بلوک های غیر بار بر سبک
    ۴- پانل های جدا کننده یکپارچه و نرده های حصاری جهت محوطه و کاربری در موارد خاص

    بتن سبک
    توليد سيمان كه ماده اصلي چسبندگي در بتن است در سال 1756 ميلادي در كشور انگلستان توسط «John smeaton » كه مسئوليت ساخت پايه برج دريايي «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهايت سيمان پرتلند در سال 1824 ميلادي در جزيره اي به همين نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسيد . مردم كشور ما نيز از سال 1312 با احداث كارخانه سيمان ري با مصرف سيمان آشنا شدند و با پيشرفت صنايع كشور ، امروزه در حدود 26 الي 30 ميليون تن سيمان در سال توليد مي گردد . با آگاهي مهندسان از نحوه استفاده سيمان در كارهاي عمراني ، اين ماده جايگاه خودش را در كشورمان پيدا كرد .
    يكي از روشهاي ساختمان سازي كه امروزه در جهان به سرعت توسعه مي يابد ساختمانهاي بتني است . بعد از انقلاب اسلامي به علت كمبود تير آهن در نتيجه تحريمها و نيز گسترش ساخت و سازهاي عمراني در كشور ، كاربرد بتن بسيار رشد نمود . علاوه بر اين موضوع ساختمانهاي بتني نسبت به ساختمانهاي فولادي داراي مزايايي از قبيل مقاومت بيشتر در مقابل آتش سوزي و عوامل جوي ( خورندگي ) آسان بودن امكان تهيه بتن به علت فراواني مواد متشكله بتون و عايق بودن در مقابل حرارت و صوت مي باشند كه توسعه روز افزون اين نوع ساختمانها را فراهم مي سازد .
    يكي از معايب مهم ساختمانهاي بتني وزن بسيار زياد ساختمان مي باشد كه با ميزان تخريب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقيم دارد . اگر بتوانيم تيغه هاي جدا كننده و پانل ها را از بتن سبك بسازيم وزن ساختمان و در نتيجه آن تخريب ساختمان توسط زلزله مقدار زيادي كاهش مي يابد . ولي كم بودن مقاومت بتن سبك عامل مهمي در محدود نمودن دامنه كاربرد اين نوع بتن و بهره گيري از امتيازات آن بوده است . استفاده از ميكروسيليس در ساخت بتن سبك سبب شده است كه مقاومت بتن سبك بالا رود و اين محدوديت كاهش يابد . در اين تحقيق ضمن توضيحاتي در مورد بتن و تاثير آب بر روي مقاومت بتن ، بيشتر در باره بتن سبك و روشهاي افزايش مقاومت آن با استفاده از ميكروسيلس ، خواص مكانيكي و همچنين موارد كاربرد آن بحث مي شود .
    1- سيمان
    - سيمان توليد شده در كشور ما با سيمان توليد شده در كشورهاي صنعتي متفاوت است كه لازم است تفاوت آن تا حد ممكن بررسي شود .
    - طبقه بندي سيمانها شناسايي شود .
    - عدم تنوع در كيفيت سيمان نشانه ضعفهايي از سيستم ساخت و ساز مي باشد .
    - عدم استفاده از سيمان با كيفيت بالا از عوامل اوليه عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح مي باشد .
    2 – شن و ماسه
    - معيارها و آئين نامه هاي توليد كلان شن و ماسه بررسي شود .
    - توليد كلان شن و ماسه در كشور ما از نظر معيار و رعايت آئين نامه هاي توليد بررسي شود .
    - معايب شن و ماسه توليدي در كشور در حد كلان بدلائل زير آنرا در درجه دوم و يا سوم كيفيت قرار مي دهد .
    الف : وجود گرد و غبار
    ب : عدم شستشو
    ج : دانه بندي نا صحيح
    د : استفاده از شن و ماسه رودخانه اي بجاي شن و ماسه شكسته .
    - استفاده از شن و ماسه درجه 2 و يا 3 از عوامل ثانوي عمر كوتاه ساختمان در بحث مصالح مي باشد .
    افزايش مقاومت بتن مد نظر تمام دست اندركاران صنعت توليد بتن مي باشد .

ساختار بتن :


- بتن داراي چهار ركن اصلي مي باشد كه به صورت مناسبي مخلوط شده اند ، اين چهار ركن عبارتند از :


الف : شن
ب : ماسه
ج : سيمان
د : آب


- در برخي شرايط براي رسيدن به هدفي خاص مواد مضاف به آن اضافه مي شود كه جزﺀ اركان اصلي بتن به شمار نمي آيد .
- توده اصلي بتن مصالح سنگي درشت و ريز ( شن و ماسه ) مي باشد .
- فعل و انفعال شيميايي بين سيمان و آب موجب مي شود شيرابه اي بوجود آيد و اطراف مصالح سنگي را بپوشاند و مصالح سنگي را بصورت يكپارچه بهم بچسباند .
- استفاده از آب براي ايجاد واكنش شيميايي است .
- براي ايجاد كار پذيري لازم بتن مقداري آب اضافي استفاده مي شود تا بتن با پر كردن كامل

زواياي قالب بتواند دور كليه ميلگرد هاي مسلح كننده را بگيرد .
- جايگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هيدراتاسيون داراي حساسيت بسيار زيادي است .


ويژگيهاي آب مصرفي بتن :


- آب هاي مناسب براي ساختن بتن
1- آب باران
2- آب چاه
3- آب بركه
4- آب رودخانه در صورتي كه به پسابهاي شيميايي كارخانجات آلوده نباشد و غيره …
بطور كلي آبي كه براي نوشيدن مناسب باشد براي بتن نيز مناسب است باستثناﺀ مواردي كه متعاقبا توضيح داده خواهد شد .
- آبهاي نا مناسب براي ساختن بتن
1- آبهاي داراي كلر ( موجب زنگ زدگي آرماتور مي شود )
2- آبهايي كه بيش از حد به روغن و چربي آلوده مي باشند .
3- وجود باقيمانده نباتات در آب .
4- آب گل آلود ( موجب پايين آوردن مقاومت بتن مي شود (
5- آب باتلاقها و مردابها
6- آبهاي داراي رنگ تيره و بدبو
7- آبهاي گازدار مانند2 co و…
8- آبهاي داراي گچ و سولفات و يا كلريد موجب اثر گذاري نا مطلوب روي بتن مي شوند .
نكته : 1- آبي كه مثلا شكر در آن حل شده است براي نوشيدن مناسب است ولي براي ساخت بتن مناسب نيست .
نكته : 2- مزه بو و يا منبع تهيه آب نبايد به تنهايي دليل رد استفاده از آب باشد .
نكته : 3- ناخالصيهاي موجود در آب چنانچه از حد معين بيشتر گردد ممكن است بشدت روي زمان گرفتن بتن ، مقاومت بتن ، پايداري حجمي آن ، اثر بگذارد و موجب زنگ زدگي فولاد شود .
نكته : 4- استفاده از آب مغناطيسي بعنوان يكي از چهار ركن اصلي مخلوط بتن مي تواند بعنوان تاثيرگذار بر روي يارامترهاي مقاومت بتن انتخاب گردد .


تمايز بتن از نظر چگالي :


الف : بتن معمولي : چگالي بتن معمولي در دامنه باريك 2200 تا 2600 kg/m3 قرار دارد زيرا اكثر سنگها در وزن مخصوص تفاوت اندكي دارند ( ادامه اين مبحث از بحث ما خارج است (
ب : بتن سنگين : از اين بتنها در ساختمان محافظهاي بيولوژيكي بيشتر استفاده مي شود مانند ساختار ، آكتورهاي هسته اي و پناهگاههاي ضد هسته اي كه مورد بحث ما نمي باشد كه چگالي آن معمولا بيشتر از 2200 تا 2600 كيلوگرم بر متر مكعب مي باشد .
ج : بتن سبك : مصرف بتن سبك اصولا تابعي از ملاحظات اقتصادي است ضمن اينكه استفاده از اين بتن بعنوان مصالح ساختماني داراي اهميت بسيار زيادي است اين بتن داراي چگالي كمتر از 2200 تا 2600 كيلوگرم در متر مكعب مي باشد . بدليل اينكه داراي چگالي كمتر از بتن سنگين است داراي امتياز قابل توجهي از نظر ايجاد بار وارده بر سازه مي باشد چگالي بتن سبك تقريبا بين 300 و 1850 كيلوگرم بر متر مكعب مي باشد يكي از امتيازات مهم امكان استفاده از مقاطع كوچكتر و كاهش مربوطه در اندازه پي ها مي باشد ضمن اينكه قالبها فشار كمتري را از حالت بتن معمولي تحمل مي كنند و همچنين در كاهش جابجايي كل وزن مصالح بدليل افزايش توليد جايگاه ويژه اي دارد .


روش هاي كلي توليد بتن سبك :


- روش اول : از مصالح متخلخل سبك با وزن مخصوص ظاهري كم بجاي سنگدانه معمولي كه تقريبا داراي چگالي 6/2 مي باشد استفاده مي كنند .
- روش دوم : بتن سبك توليد شده در اين روش بر اساس ايجاد منافذ متعدد در داخل بتن يا ملات مي باشد كه اين منافذ بايد به وضوح از منافذ بسيار ريز بتن با حباب هوا متمايز باشد كه بنام بتن اسفنجي ، بتن منفذ دار و يا بتن گازي يا بتن هوادار مي شناسند .
- روش سوم : در اين روش توليد ، سنگدانه ها ي ريز از مخلوط بتن حذف مي شوند . بطوريكه منافذ متعددي بين ذرات بوجود مي آيد و عموما از سنگدانه هاي درشت با وزن معمولي استفاده مي شود . اين نوع بتن را بتن بدون سنگدانه ريز مي نامند .
نكته : كاهش در وزن مخصوص در هر حالت به واسطه و جود منافذ يا در مصالح يا در ملات و يا در فضاي بين ذرات درشت موجب كاهش مقاومت بتن مي شود .


طبقه بندي بتن هاي سبك بر حسب نوع كاربرد آنها :


- بتن سبك بار بر ساختمان
- بتن مصرفي در ديوارهاي غير بار بر
- بتن عايق حرارتي
نكته 1- طبقه بندي بتن سبك بار بر طبق حداقل مقاومت فشاري انجام مي گيرد .
مثال : طبق استاندارد 77 – 330 ASTM C در بتن سبك ---- مقاومت فشاري بر مبناي نمونه هاي استوانه اي استاندارد از شده پس از 28 روز نبايد كمتر از Mpa 17 باشد . و وزن مخصوص آن نبايد از 1850 كيلوگرم بر متر مكعب تجاوز نمايد كه معمولا بين 1400 او 1800 كيلوگرم بر متر مكعب است .
نكته : 2- بتن مخصوص عايق كاري معمولا داراي وزن مخصوص كمتر از 800 كيلوگرم بر متر مكعب و مقاومت بين 7/0 و Mpa 7 مي باشد.
انواع سبك دانه هايي كه به عنوان مصالح در ساختار بتن سبك استفاده مي شود :
الف - سبك دانه هاي طبيعي : مانند دياتومه ها ، سنگ پا ، پوكه سنگ ، خاكستر ، توف كه بجز دياتومه ها بقيه آنها منشاﺀ آتشفشاني دارند .
نكته :1- اين نوع سبك دانه ها معمولا بدليل اينكه فقط در بعضي از جاها يافت مي شوند به ميزان زياد مصرف نمي شوند ، معمولا از ايتاليا و آلمان اينگونه مصالح صادر مي شود .
نكته : 2- از انواعي پوكه معدني سنگي كه ساختمان داخلي آن ضعيف نباشد بتن رضايت بخشي با وزن مخصوص 700 تا 1400 كيلو گرم بر متر مكعب توليد مي شود كه خاصيت عايق بودن آن خوب مي باشد اما جذب آب و جمع شدگي آن زياد است . سنگ پا نيز داراي خاصيت مشابه است .
ب - سبك دانه هاي مصنوعي : اين سبك دانه ها به چهار گروه تقسيم مي شوند .
- گروه اول : كه با حرارت دادن و منبسط شدن خاك رس ، سنگ رسي ، سنگ لوح ، سنگ رسي دياتومه اي ، پرليت ، اسيدين، ورميكوليت بدست مي آيند .
- گروه دوم : از سرد نمودن و منبسط شدن دوباره كوره آهن گدازي به طريقي مخصوص بدست مي آيد .
- گروه سوم : جوشهاي صنعتي ( سبكدانه هاي كلينكري) مي باشند .
- گروه چهارم : مخلوطي از خاك رس با زباله خانگي و لجن فاضلاب پردازش شده را مي توان به صورت گندوله در آورد تا با پختن در كوره تبديل به سبك دانه شود ولي اين روش هنوز به صورت توليد منظم در نيامده است .
در جدول ( 1 ) خواص انواع بتن هاي سبك كه با اين سنگدانه ها ساخته مي شوند نشان داده شده اند :


الزامات سبكدانه ها بتن سازه اي :


الزامات سبكدانه ها در آيين نامه هاي ASTM C330-89 ( مشخصات سبكدانه ها براي بتن سازه اي در آمريكا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبكدانه ها براي قطعات بنايي و بتن سازه اي در بريتانيا ) داده شده اند . در استاندارد بريتانيايي مشخصات واحدهاي بنايي نيز مورد بحث قرار گرفته است . اين آيين نامه ها محدوديتهايي براي افت حرارتي ( 5% درASTM و4% در BS)و همچنين در BS براي مقدار سولفات 1% 3 so (به صورت جرمي ) را مشخص نموده اند .

بالا رفتن اسلامپ به افزايش استعداد جداشدگي منجر مي شود . كاهش ميزان عيار سيمان و مواد سيماني و چسباننده ميتواند بشدت باعث افزايش استعداد جداشدگي گردد . اختلاف وزن مخصوص ( چگالي ) ذرات سبكدانه با خمير سيمان و يا اختلاف چگالي ذرات ريزدانه و درشت دانه به بالا رفتن استعداد جداشدگي منجر مي گردد . بالا رفتن نسبت آب به سيمان به افزايش پتانسيل جداشدگي مي انجامد . درشت تر شدن بافت دانه بندي سنگدانه ها معمولا" امكان جداشدگي را افزايش مي دهد . وجود مواد ريز دانه و چسباننده مانند پوزولان و ميكروسيليس و سرباره ها مي تواند باعث كاهش استعداد جداشدگي بتن سبكدانه گردد ، همچنين بكارگيري مواد حبابزا و ايجاد حباب هوا ميتواند جداشدگي و آب انداختن را كاهش دهد ضمن اينكه رواني و كارآئي مورد نظر تأمين ميگردد .
از عوامل خارجي مي توان حمل نامناسب ، ريختن غلط ، استفاده از شوت هاي طولاني و يا شيب نامطلوب ، برخورد بتن با قالب و ميلگردها ، ريختن بتن از ارتفاع زياد بدون لوله و قيف هادي و يا بدون پمپ معمولا" به جداشدگي منجر ميشود . بخاطر حساسيت جداشدگي در اين بتن ها بايد دقت بيشتري را اعمال نمود . بايد دانست نتيجه جداشدگي در بتن سبكدانه نيز از نظر مقاومتي و دوام بمراتب حادتر و مضرتر از بتن معمولي است .
اصل عدم آلودگي بتن به مواد مضر :
در طول حمل و ريختن و تراكم نبايد مواد مضر اعم از مواد ريزدانه رسي ( گل و لاي ) ، مواد شيميايي شامل چربي ها و مواد قندي يا انواع مختلف نمكها و آب شور و غيره با بتن مخلوط شود . مخلوط شدن موادي همچون گچ نيز توجيه ندارد . بهرحال در اين رابطه هيچ تفاوتي بين بتن معمولي و سبكدانه سازه اي وجود ندارد .

اصل عدم كاركردن با بتن در مرحله گيرش :


اگر عمليات بتن ريزي با بتني كه در مرحله گيرش است انجام گيرد مقاومت و دوام آن بشدت كاهش مي يابد و نفوذپذيري آن زياد ميشود . از اين نظر بتن مانند ملات گچ زنده است كه اگر آن را مرتبا" بهم بزنيم و ورز دهيم تبديل به ملات گچ كشته ميشود كه بشدت كم مقاومت و كم دوام است ، هرچند گيرش آن به تأخير مي افتد و يا اصلا" خود را نمي گيرد و صرفا" خشك مي شود . بهرحال نبايد بتن را در هنگامي كه در شرف گيرش است مخلوط نمود و يا ريخت و متراكم كرد . از اين نظر بين بتن سبكدانه و بتن معمولي اختلافي احساس نمي گردد .
مسلما" در هواي گرم و يا بتن با دماي زياد ، گيرش زودتر حاصل ميشود . زمان گيرش تابع نوع سيمان ( جنس و ريزي ) ، نسبت آب به سيمان و وجود مواد افزودني مي باشد . براي افزايش زمان گيرش و ايجاد مهلت براي عمليات اجرائي مي توان از بتن خنك ، كار در هنگام خنكي هوا يا شب ، سيمانهاي كندگير كننده استفاده نمود .

اصل پيوستگي و تداوم بتن ريزي ( عدم ايجاد درز سرد در بين لايه ها ):


اگر در هنگام بتن ريزي به هر علت ، لايه زيرين قبل از ريختن و تراكم لايه روئي گيرش خود را انجام داده باشد درز سرد Cold Joint بوجود مي آيد . در اين رابطه فرقي بين بتن سبكدانه و معمولي وجود ندارد . بايد با تجهيز مناسب كارگاه ، افزايش توان توليد و حمل در ريختن و تراكم بتن ، افزايش زمان گيرش بتن و يا ايجاد درزهاي اجرائي مناسب و كاهش سطح بتن ريزي و يا كاهش ضخامت لايه ها امكان ايجاد درز سرد را به حداقل رساند .

تراكم صحيح بتن سبكدانه :


از آنجا كه بتن هاي سبكدانه بشدت در معرض جدا شدگي هستند ، تراكم با قدرت زياد و يا مدت بيش از حد مشكلات جدي را بوجود مي آورد . به محض اينكه احساس مي نمائيم كه شيره يا سنگدانه ها شروع به روزدن مي نمايند بايد تراكم را قطع كرد . لرزش ، بيش از فشار و ضربه ميتواند موجب جدا شدگي گردد.
به هر حال بايد كاملا" هواي بتن خارج و فضاي خالي به حداقل برسد تا مقاومت و دوام كافي ايجاد گردد.

پرداخت سطح بتن سبكدانه :


آب انداختن بتن همواره مشكل بزرگي در پرداخت نهائي سطح بتن مي باشد و اين امر اختصاص به بتن سبكدانه ندارد . خوشبختانه به دليل جذب آب تدريجـــي توسط سبكدانه ها ، آب انداختن ميتواند به كمترين مقدار برسد اما اگر سبكدانه ها قبل از اختلاط كاملا" اشباع شده باشد امكان آب انداختن بيشتر مي گردد . كم بودن عيار سيمان و مواد چسباننده سيماني ، فقدان مواد ريزدانه ، عدم وجود حباب هوا در بتن ، درشتي بافت دانه بندي ، افزايش حداكثر اندازه سبكدانه ، گردگوشه گي سنگدانه ها و بافت صاف سطح سنگدانه ، بالا بودن اسلامپ ، زيادي نسبت آب به سيمان و ... ميتواند موجب افزايش آب انداختن شود .
وقتي بتن آب مي اندازد بايد اجازه داد آب تبخير گردد و اگر تبخير به سرعت ميسر نمي گردد يا نگران گيرش هستيم بايد سعي كنيم آب روزده را با وسيله مناسبي ( گوني يا اسفنج ) از سطح پاك نمائيم و سپس سطح را با ماله چوبي و بدنبال آن با ماله فلزي يا لاستيكي صاف كنيم .
عدم رعايت اين نكات موجب افزايش نسبت آب به سيمان در سطح و كاهش مقاومت و دوام و افزايش نفوذپذيري بتن سطحي مي گردد .

عمل آوري بتن و سبكدانه :


هر چند عمل آوري رطوبتي و حرارتي بتن سبكدانه با بتن معمولي تفاوت چنداني ندارد اما اعتقاد بر اين است كه سبكدانه ها بعلت پوكي و تخلخل و جذب آب ميتوانند در صورت فقدان عمل آوري رطوبتي از ناحيه اجرا كنندگان ، بخشي از آب خود را در اختيار خمير سيمان قرار دهند و توقف شديدي در هيدراسيون سيمان رخ ندهد . اين امر را عمل آوري داخلي بتن سبكدانه مي گويند .

كنترل كيفي بتن سبكدانه :


كنترل كيفي بتن سبكدانه شامل بتن تازه و سخت شده است . كنترل رواني ، وزن مخصوص و هواي بتن از مهمترين كنترلهاي بتن تازه است . استفاده از آزمايش اسلامپ ، ميز آلمانی ( رواني ) و درجه تراكم براي اين بتن ها پيش بيني شده است . وزن مخصوص بتن تازه سبكدانه متراكم معمولا" كنترل مي شود و در آئين نامه هاي مختلف اختلاف 2 تا 3 درصد مجاز شمرده ميشود ( نسبت به طرح اختلاط ) . هواي بتن را براي بتن سبكدانه نميتوان بكمك روش فشاري بدست آورد و حتما" بايد از روش حجمي بهره گرفت . براي بتن سبكدانه سخت شده ، وزن مخصوص ، مقاومت فشاري ، كششي خمشي و نفوذپذيري ، جذب آب ، جذب موئينه و آزمايشهاي دوام در برابر خوردگي قابل كنترل است .
وزن مخصوص بتن سخت شده سبكدانه بصورت اشباع و خشك اندازه گيري ميشود و گاه بجاي خشك كردن از جمع زدن مقادير اجزاء در هر متر مكعب و افزودن مقداري رطوبت ثابت به آن ، وزن مخصوص بتن سخت شده را بدست مي آورند .
براي تعيين مقاومت فشاري و ساير پارامتر ها تفاوت چنداني بين بتن سبكدانه و معمولي وجود ندارد و شباهت جدي و كامل بين آنها وجود دارد . بهرحال ممكنست در مواردي نتايج حاصله در مقايسه با بتن هاي معمولي گمراه كننده باشد . مثلا" اگر جذب آب بتن سبكدانه را بصورت درصد وزني گزارش كنيم و آنرا با جذب آب بتن معمولي مقايسه نمائيم دچار اشتباه ميشويم و لذا توصيه ميشود جذب آب بتن بصورت درصد حجمي گزارش گردد .

بتن فاقد ريزدانه ( Concrete finez – No ) :


اگر سنگدانه هاي درشت تك اندازه را با سيمان و آب مخلوط كنيم و در قالب بدون تراكم بريزيم بتن فاقد ريزدانه و متخلخل بدست مي آيد كه از وزن مخصوص كمتري نسبت به بتن معمولي برخوردار خواهد بود . اگر چگالي سنگدانه ها در حدود معمولي باشد وزن مخصوص بتن فاقد ريزدانه حدود 1600 تا kg/m3 2000 بدست مي آيد اما اگر از سبكدانه درشت استفاده نمائيم ممكنست وزن مخصوص بتن حاصله از kg/m3 1000 كمتر شود ( حتي تا حدود kg/m3 650 ) . بهرحال در هر مورد بتن مورد نظر سبك يا نيمه سبك تلقي مي شود اما اگر سنگدانه معمولي استفاده شود نميتوان آنرا بتن سبكدانه دانست .
مسلما" اگر سنگدانه تك اندازه بكار نرود و حاوي ذرات ريز تا درشت باشد وزن مخصوص بتن حاصل نيز زياد خواهد شد . سنگدانه درشت مصرفي بايد 20-10 ميلي متر باشد و 5 درصد ذرات درشتر و 10 درصد ذرات ريزتر در اين نوع سنگدانه تك اندازه (Singl Size) مجاز است اما بهرحال نبايد ذرات ريزتر از 5 ميلي متر در آن مشاهده گردد . سنگدانه درشت بهتر است پولكي و كشيده و يا بسيار تيزگوشه نباشد . سنگدانه هاي گرد گوشه يا نيمه شكسته براي توليد اين بتن ارجح است .
ساختار بتن فاقد ريزدانه داراي تخلخل ظاهري است و حفرات موجود در بتن با چشم براحتي ديده مي شود كه در اين مجموعه خمير سيمان بايد صرفا" تا حد امكان سنگدانه ها را بهم چسباند و از پر كردن فضاها با خمير سيمان پرهيز شود زيرا وزن مخصوص بالا خواهد رفت . وجود خمير سيمان با ضخامت حدود 1 ميلي متر بر روي سنگدانه ها كاملا" مناسب است .
اگر سنگدانه معمولي بكار رود معمولا" مقدار شن اشباع تك اندازه بين 1400 تا 1750 كيلوگرم مي باشد . حجم اشغالي ذرات شن در حدود 550 تا 700 ليتر در هر متر مكعب است . وزن سيمان مصرفي بين 75 تا 150 كيلو در متر مكعب يا بيشتر است كه حجم آن حدود 25 تا 50 ليتر مي باشد . معمولا" نسبت آب به سيمان مصرفي 4/0 تا 5/0 مي باشد كه افزايش آن مي تواند به شلي خمير سيمان و رواني آن منجر شود كه موجب جداشدگي و پرشدن خلل و فرج مي گردد و بتن مورد نظر حاصل نمي شود . با كاهش نسبت آب به سيمان چسبندگي لازم بوجود نمي آيد و از نظر اجرائي دچار مشكل مي شويم . نسبت وزني سيمان به سنگدانه تا مي باشد . همانطور كه از محاسبات فوق بر مي آيد فضاي خالي اين بتن ( پوكي ) بين 25 تا 40 درصد مي باشد و ابعاد اين فضاها نيز بزرگ است درصد جذب آب بصورت وزني حدود 15 تا 25 درصد است . طبيعتا" با افزايش مقدار سيمان و آب و يا مصرف شن با دانه بندي پيوسته ( Graded Size ) وزن مخصوص بتن بيشتر خواهد شد . توصيه مي شود شن ها قبل از مصرف خيس و اشباع گردند .

اين روش برای بتن معمولی ، نيمه سبکدانه و تمام سبکدانه قابل اجراست . مشکل عمده در اين حالت تعيين مقدار چگالی اشباع با سطح خشک سبکدانه ها و ظرفيت جذب آب آنهاست . علاوه بر آن عملا" يک اشکال مفهومی نيز در اين حالت وجود دارد و آن اينکه آيا اصولا" در هنگام ريختن و گيرش بتن ، سبکدانه ها به مرحله اشباع با سطح خشک رسيده اند که بتوان از چگالی اشباع با سطح خشک آنها برای تعيين حجم اشغال آنها در بتن استفاده نمود . از آنجا که تفاوت حالت واقعی با فرضی گاه خيلی زياد است . استفاده از اين روش بويژه اگر قرار باشد وزن اشباع با سطح خشک و چگال مربوط در فرمول حجم مطلق بکار رود محل تأمل است مگر اينکه از يک چگالی يا وزن ديگر با توجه به جذب آب واقعی در اين حالت استفاده نمود که روش بسيار دقيقی حاصل می گردد . امروزه سعی شده است با اين روش به طرح اختلاط مناسب دست يافت . مثلا" در روش های اروپائی که اين مشکل وجود دارد سعی می شود از جذب آب و چگالی نيم ساعته ، 1 ساعته يا 2 ساعته و حتی 4 ساعته استفاده گردد.
آنچه در اينجا اهميت دارد آنست که در هنگام گيرش نسبت آب به سيمان واقعی چقدر است و با دانستن اينکه آبهای موجود در بتن ، در سنگدانه يا خمير سيمان است به اين نتيجه رسيد که آب آزاد واقعی چيست و چقدر می باشد . مسلما" کارآئی و اسلامپ را آب آزاد مربوط به زمانهای کوتاهتر مثل 15 دقيقه يا 30 دقيقه تعيين می کنند . اين امر مستلزم آنست که رژيم جذب آب سبکدانه را بدانيم و در هر حالت چگالی سبکدانه را محاسبه کنيم .


2. روش حجمی ( Volumetric ) :

در روش حجمی از يک مخلوط آزمون با مقادير تخمينی استفاده می شود ( آب ، سيمان ، سنگدانه ريز و درشت ) . پس از ساخت مخلوط آزمون و انجام آزمايشهای لازم مانند : اسلامپ ، درصد هوا و وزن مخصوص بتن تازه و مشاهده قابليت تراکم ، ماله خوری و کارآئی ، خصوصيات ديگر نيز می تواند در زمانهای بعد بدست آيد ( مثل مقاومت و ..... ) . اما پس از ساخت بتن و اندازه گيری وزن مخصوص بتن تازه ، با توجه به وزن مصالح مورد استفاده در ساخت بتن ، حجم بتن حاصله تعيين می شود . حجم محاسباتی بتن نيز قبلا" مشخص شده است و لذا و اصلاح در مخلوط برای يکی شدن اين ها صورت می گيرد . مسلما" بايد اهداف مقاومتی و دوام نيز تأمين گردد . در اينجا نيز مشکل چگالی ذرات و جذب آب وجود دارد که معمولا" رطوبت و چگالی موجود مد نظر قرار می گيرد . لازم به ذکر است که اين روش برای بتن های نيمه سبکدانه و تمام سبکدانه کاربرد دارد. همچنين در اين روش از حجم سنگدانه ها بصورت شل استفاده می گردد .

3. روش وزنی يا فاکتور چگالی ( Weight Method or Specificgravity factor Method ) :


اين روش صرفا" برای سبکدانه درشت و ريز دانه معمولی کاربرد دارد يعنی صرفا" برای بتن نيمه سبکدانه مورد استفاده قرار می گيرد . در اين روش از فاکتور چگالی بجاب چگالی ذرات سبکدانه استفاده می شود . فاکتور چگالی تعريف خاصی است که فقط در ACI 211.2 ( در ضميمه A ) آمده است و با تعريف چگالی تفاوت دارد . S فاکتور چگالی بصورت زير می باشد. C وزن سبکدانه ( خشک يا مرطوب ) و B وزن پيکنومتر پر از آب و A وزن پيکنومتر پر از آب و سبکدانه می باشد.
بنابراين در اين تعريف وضعيت رطوبتی مشخص نيست و ميتواند از حالت خشک تا کاملا" اشباع انجام شود اما بايد وضعيت رطوبتی در هر مورد گزارش شود يعنی بگوئيم فاکتور چگالی برای سبکدانه ای با رطوبت معين برابر S می باشد . با توجه به روند معمولی طرح اختلاط امريکائی ، مقدار آب آزاد ، نسبت آب به سيمان ، مقدار سيمان ، وزن سبکدانه درشت خشک و مرطوب بدست می آيد که در اين رابطه مدول زيری ماسه و حداکثر اندازه سنگدانه ها و کارآئی مورد نياز کاربرد دارد . جذب آب سبکدانه می تواند طبق دستورهای استاندارد موجود و يا ضميمه B مربوط به ACI 211.2 مشخص شود که بر اين اساس آب کل بدست می آيد . در اين روش نيز باتوجه به وزن يک متر مکعب بتن مقدار ماسه بدست می آيد و بتن مورد نظر با اصلاحات رطوبتی ساخته شده و حک و اصلاح لازم بر روی مقادير بدست آمده صورت می گيرد تا بتن مطلوب حاصل شود .
کاربردهای بتن سبک همانطور که می دانيم بتن سبک می تواند به صورت های مختلفی طبقه بندی شود ، مثلا" سازه ای و غير سازه ای . از اين نوع طبقه بندی می توان کاربردها را حدس زد . اما گاه از طبقه بندی ديگری استفاده می نمائيم مثل بتن سبکدانه ، بتن اسفنجی و بتن فاقد ريز دانه . در اين نوع طبقه بندی ظاهرا" نمی توان کاربردها را حدس زد .
• ساخت قطعاتی است که صرفا" جنبه پر کننده دارند . در نوع سازه ای نيز دو نوع بتن داريم : مسلح و غير مسلح . مثلا" اجزاء سازه ای غير مسلح مثل بلوکهای ساختمانی را بايد از اين جمله موارد دانست . بتن سبکدانه ای سازه ای مسلح کاربردهائی شبيه بتن معمولی مسلح دارد و حتی ممکن است پيش تنيده هم باشد . جالب است بدانيم بتن های سبکدانه سازه ای مسلح در ابتدا عمدتا" در ساخت کشتی های تجاری و جنگی در جنگ جهانی اول از سال 1918 تا 1922 بکار رفته است . کشتی Atlantus به وزن 3000 تن در سال 1918 و کشتی Selmaبه وزن 7500 تن و طول 132متر در سال 1919 به آب افتادند . همچنين در جنگ جهانی دوم ( تا اواسط جنگ) بدليل محدوديت هائی در توليد ورق فولادی ( مانند جنگ جهانی اول ) کشتی ها و بارج های زيادی ساخته شدند که در همه آنها از بتن سبکدانه ( و معمولا" سبکدانه رسی منبسط شده ) استفاده شده بود . 24 کشتی اقيانوس پيما و 80 بارج دريائی تا پايان جنگ جهانی دوم در امريکا ساخته شد که ظرفيت آنها از 3 تا 000/ 140 تن بود .
جالب است بدانيم تا اين اواخر يک کشتی بنام Peralta که در جنگ جهانی اول ساخته شده بود ، شناور بود و آزمايشهای ارزشمندی نيز بر روی آن انجام شده است که نشان دوام عالی بتن آن از نظر خوردگی ميلگردها و کربناسيون می باشد .
مخازن شناور آب و مواد نفتی از جمله موارد استفاده بتن سبکدانه ای مسلح در طول دوران جنگ جهانی اول و دوم بوده است که ظاهرا" بعدها نيز بر خلاف ساخت کشتی ها ، توليد و ساخت آنها ادامه يافته است اما بدليل اقتصادی در زمان صلح بواسطه وفور ورق فولادی ، توليد کشتی مقرون به صرفه نمی باشد .
در سالهای 1950 و 1960 پل ها و ساختمانهای زيادی با بتن سبکدانه مسلح سازه ای در دنيا ساخته شد . بطور مثال در ايالات متحده و کانادا بيش از 150 پل و ساختمان از اين نوع مورد بهره برداری قرار گرفت . بطور مثال ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئيز امريکا ، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سيتی در سال 1929 از ساختمانهائی هستند که در دهه 20 و 30 ميلادی ساخته شده اند .
ساختمان 42 طبقه در شيکاگو ، ترمينال TWA در فرودگاه نيويورک ( 1960 ) ، فرودگاه Dulles واشنگتن در 1962 ، کليسائی در نروژ در 1965 ، پلی در وايسبادن آلمان در 1966 و پل آب بر در روتردام هلند در 1968 از جمله اين موارد هستند . در هلند ، انگلستان ، ايتاليا و اسکاتلند در دهه 70 و 80 ميلادی پلهائی از نوع ساخته شده اند .
مخازن عظيم گاز طبيعی ، اسکله شناور ، مخزن نفت در زير آب و ساختمانهای فرا ساحلی مانند سکوهای استخراج نفت و گاز با بتن سبکدانه مسلح سازه ای ساخته شده اند که اغلب بصورت نيمه سبکدانه و گاه تمام سبکدانه بوده اند . سکوی بزرگ پرش اسکی ، جايگاه تماشاچی در برخی استاديومها و همچنين سقف اين استاديومها گاه از بتن سبکدانه ساخته شده است .
بزرگترين بنای بتن سبکدانه ، يک ساختمان اداری 52 طبقه در تکزاس با ارتفاع 215 متر می باشد. در هلند در سالهای 60 تا 73 ميلادی 15 پل با دهانه بزرگ با بتن سبکدانه ساخته شده است. در سالهای دهه 70 ميلادی ساخت بتن های سبکدانه پر مقاومت آغاز شد و در دهه 80 بدليل نياز برخی شرکتهای نفتی در امريکا ، نروژ و مکزيک ، ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فرا ساحلی مانند سکوهای نفتی با بتن سبکدانه پر مقاومت آغاز شد که در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 به بهره برداری رسيد و نتايج آن منتشر شده است .
FIP ( fib ) برخی پروژه های مهم ساخته شده با بتن سبکدانه را منتشر نموده است که کاربرد آن را نجومی نشان می دهد .


بتن اسفنجی


معمولا"  به دو نوع گازی و کفی تقسيم ميشود . اين نوع بتن ها را بتن پوک و متخلخل نيز می نامند و در برخی منابع بتن Cellular نام دارد . اغلب بتن های گازی و کفی غير سازه ای هستند اما برخی بتن های گازی از قابليت سازه ای شدن و حتی مسلح شدن برخوردار می باشند .
بتن های اسفنجی عمدتا" پر کننده هستند . ساخت برخی پانل های جداکننده ، ايجاد کف سازی و شيب بندی ، عايق های حرارتی و جاذب صوت از جمله موارد مورد استفاده بتن اسفنج غير سازه ای است . توليد قطعات و بلوکهای ساختمانی برای بنائی از جمله کاربردهای بتن گازی است . نوعی بتن گازی بنام سيپورکس در سوئد ساخته شد که می توانست مسلح گردد و در ايران نيز مدتی قطعات بتنی مسلح سيپورکسی بکار رفت از جمله دالهای بتن مسلح پيش ساخته برای پوشش سقف از جنس سيپورکس در برخی پروژه های کشور ما مصرف گشته است . قطعات نما از جنس بتن کفی و گازی ياسبکدانه غير سازه ای نيز توليد و مصرف شده است .
کاربردهای بتن فاقد ريزدانه نيز در مبحث جداگانه ای نيز ارائه شده است

مرجع: 

تمامی مطالب برگرفته شده از سایت:

http://collegeprozheh.ir/%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%84%D9%87-%D9%85%D9%87%D9%86%D8%AF%D8%B3%DB%8C-%D8%B9%D9%85%D8%B1%D8%A7%D9%86-%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9-%D8%A8%D8%AA%D9%86/

 

مراجع و منابع این مقاله:

  • چاندرا، س. برنتسون، ل.، "Light Weight Aggregate Concrete : Science, ...
  • بررسی آزمایشگاهی و ارائه معیارهای جدید جهت ساخت بتن سبک با مقاومت بالا [مقاله کنفرانسی]
  • کوهستانی، م. (۱۳۹۰)، "مطالعات امکان سنجی تولید بتن سبک کفی ...
  • مطلی، م. (۱۳۸۵)، "مطاالعه خواص مکانیکی بتن پرلیتی"، دن نامه ...
  • Mohamady, Tehrani, F. (1377), :Complate Directory for Leca and Light ...

 

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)