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 ۸۰میلادی(به ویژه در دهه ۷۰)صورت گرفته بود .عملا مقاومت های فشاری بتن سبکدانه رشد قابل توجهی نداشت و به ۵۰MPaمحدود می شد.به دلیل نیاز برخی شرکت های نفتی درامریکا ونروژبرای ساخت سازه هاو مخازن ساحلی وفرا ساحلی وسکوهای نفتی تلاش هایی در دهه۸۰و اوایل دهه۹۰صورت گرفت .آنها توانستند با استفاده از دوده سیلیسی وفوق روان کننده وهمچنین سبکدانه های مرغوب و پر مقاومت به مقاومت هایی فراتر از۷۰MPaوحتی به مرزهای ۱۰۰MPaبرسند.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 ۹۰تاکنون 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 ۷۰ هجری شمسی(اواخر دهه ۹۰م)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 حجمی۱۵۰/۲تا۳۵۰/۲تن 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 ۴۰خواهد بود.

بتن نیمه سبکدانه جرم حجمی خشک ۵۵/۱تا ۸۵/۱تن بر متر مکعب را دارا می باشد.مقاومت های فشاری بتن های نیمه سبکدانه قبل از دهه۸۰ معمولابین MPa25تا ۴۵MPaبود؛که متوسط آن ۳۵Mpaمی باشد.نسبت مقاومت به جرم حجمی متوسط خشک در حدود ۲۰بود ؛بنابراین مصرف بتن نیمه سبکدانه توجیهی نداشت.بتن های تمام سبکدانه جرم حجمی خشک ۲۵/۱ تا ۴۵/۱تن 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 از۲۰می 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 ۴۰ 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 ۸۰تا ۹۰ 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 ۲۸روزه آن یبش از۳۵مگا 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 از۶۰۰ 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 ۳۵۰تا۴۵۰kg/m 3 می یاشد وپرواضح است که درآزمایش های مقاومتی جوابگو نخواهد بود.

برای بتن سبکدانه پر مقاومت حداکثر اندازه سبکدانه معمولا بیش از۱۶ میلی متر وغالبا به۱۰تا۱۲ 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 حداکثراندازه۲۵به۱۶ میلی متر،مقاومت فشاری بتن سبکدانه حاوی لیکا در حدود ۳۰درصد 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 ۱یا ۲ وحتی ۳ می باشد.مقدار سیمان دربتن سبکدانه پر مقاومت اکثرا بین۴۰۰تا۵۵۰kg/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 ۹تا ۱۵ 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 به۲۵درصد میرسد؛در حالی که کاهندگی فوق روان کننده های پلی کربوکسیلی نسل سوم به بیش از ۳۵ 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 از۲۵/۰تا۳۵/۰ می باشد که به ندرت به۴/۰ 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 ۳۹/۰ وحداکثر عیار سیمانkg/m 3545 ووزن مخصوص ۳ kg/m1670مقاومت مکعبی ۲۸روزه بتن حاوی لیکا وماسه معمولی در حدود kg/m 3275بدست آمده است که برای بتن سبکدانه این مقاومت از۳ kg/m200 تجاوز نموده است.

در یک تحقیقات در دانشگا ه خواجه نصیر طوسیبا یکارگیریkg/m 3550 سیمان ومیکرو سیلیس مقاومت ۲۸روزه مکعبی بتنی حاوی لیکا وماسه با نسبت آب به سیمان تقریبی ۳۸/۰در 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 از۰/۱ استفاده شده است.

اینجانب در دانشگاه علم و صنعت تلاش هایی را به انجام رساندم که نتایج مقاومت ۷و۲۸ روزه استوانه ای ومکعبی آن به همراه مشخصات ،مقادیر ونسبت های مصالح مصرفی در ۱دیده می شود.

بیشترین مقاومت استوانه ای ۲۸ روزه در حدود ۳۵ مگا پا سکال و برای بتن نبمه سبکدانه با نسبت آب به سیمان۰/۲۵ وعیار مواد چسبنانندهkg/m 3 450با وزن مخصوص خشک kg/m­ ۳ ۱۷۹۵ بدست آمده وحداکثر اندازه سبکدانه ۱۰میلی متر بوده است.با نسبت آب سیمان ۳۳/۰ بیشترین مقاومت فشاری استوانه ای ۲۸روزه به kg/m­ ۳۵/۳۲ رسید که عیار مواد چسباننده آن kg/m­ ۳۵۵۰ و وزن مخصوص خشک آن kg/m­ ۳ ۱۸۱۰ بوده است.در این بتن حداکثر اندازه سبکدانه درشت ۶میلی متر بوده ومقدار آن نیز کمتر از سایر بتن ها می باشد؛در حالی که در بتن مشابه با حداکثر اندازه سبکدانه۱۰ 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 ۱۰ 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 ۲۸ روزه بتن معمولی با نسبت آب به سیمان ۳۳/۰ که دارای دوده سیلیسی وعیار مواد چسبناننده kg/m­ ۳۵۵۰ 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 از۴/۰ می توان گفت نسبت مقاومت کششی شکافتی به مقاومت فشاری استوانه ای در حدود ۱۱/۰بد ست آمده که این نسبت برای بتن های مزبوربین۰۹/۰تا ۱۳/۰ 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 حدود۵/۱ 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 ۹/۰ تا ۱/۱ 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 ۱۰تا ۲۰گیگا 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 ۱۷ تا ۲۵ 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 ۵/۱ 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.

تولید سیمان که ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال ۱۷۵۶ میلادی در کشور انگلستان توسط «John smeaton » که مسئولیت ساخت پایه برج دریایی «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهایت سیمان پرتلند در سال ۱۸۲۴ میلادی در جزیره ای به همین نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسید . مردم کشور ما نیز از سال ۱۳۱۲ با احداث کارخانه سیمان ری با مصرف سیمان آشنا شدند و با پیشرفت صنایع کشور ، امروزه در حدود ۲۶ الی ۳۰ میلیون تن سیمان در سال تولید می گردد . با آگاهی مهندسان از نحوه استفاده سیمان در کارهای عمرانی ، این ماده جایگاه خودش را در کشورمان پیدا کرد .
یکی از روشهای ساختمان سازی که امروزه در جهان به سرعت توسعه می یابد ساختمانهای بتنی است . بعد از انقلاب اسلامی به علت کمبود تیر آهن در نتیجه تحریمها و نیز گسترش ساخت و سازهای عمرانی در کشور ، کاربرد بتن بسیار رشد نمود . علاوه بر این موضوع ساختمانهای بتنی نسبت به ساختمانهای فولادی دارای مزایایی از قبیل مقاومت بیشتر در مقابل آتش سوزی و عوامل جوی ( خورندگی ) آسان بودن امکان تهیه بتن به علت فراوانی مواد متشکله بتون و عایق بودن در مقابل حرارت و صوت می باشند که توسعه روز افزون این نوع ساختمانها را فراهم می سازد .
یکی از معایب مهم ساختمانهای بتنی وزن بسیار زیاد ساختمان می باشد که با میزان تخریب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقیم دارد . اگر بتوانیم تیغه های جدا کننده و پانل ها را از بتن سبک بسازیم وزن ساختمان و در نتیجه آن تخریب ساختمان توسط زلزله مقدار زیادی کاهش می یابد . ولی کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است . استفاده از میکروسیلیس در ساخت بتن سبک سبب شده است که مقاومت بتن سبک بالا رود و این محدودیت کاهش یابد . در این تحقیق ضمن توضیحاتی در مورد بتن و تاثیر آب بر روی مقاومت بتن ، بیشتر در باره بتن سبک و روشهای افزایش مقاومت آن با استفاده از میکروسیلس ، خواص مکانیکی و همچنین موارد کاربرد آن بحث می شود .
۱- سیمان
– سیمان تولید شده در کشور ما با سیمان تولید شده در کشورهای صنعتی متفاوت است که لازم است تفاوت آن تا حد ممکن بررسی شود .
– طبقه بندی سیمانها شناسایی شود .
– عدم تنوع در کیفیت سیمان نشانه ضعفهایی از سیستم ساخت و ساز می باشد .
– عدم استفاده از سیمان با کیفیت بالا از عوامل اولیه عمر کوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد .
۲ – شن و ماسه
– معیارها و آئین نامه های تولید کلان شن و ماسه بررسی شود .
– تولید کلان شن و ماسه در کشور ما از نظر معیار و رعایت آئین نامه های تولید بررسی شود .
– معایب شن و ماسه تولیدی در کشور در حد کلان بدلائل زیر آنرا در درجه دوم و یا سوم کیفیت قرار می دهد .
الف : وجود گرد و غبار
ب : عدم شستشو
ج : دانه بندی نا صحیح
د : استفاده از شن و ماسه رودخانه ای بجای شن و ماسه شکسته .
– استفاده از شن و ماسه درجه ۲ و یا ۳ از عوامل ثانوی عمر کوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد .
افزایش مقاومت بتن مد نظر تمام دست اندرکاران صنعت تولید بتن می باشد .

ساختار بتن :

– بتن دارای چهار رکن اصلی می باشد که به صورت مناسبی مخلوط شده اند ، این چهار رکن عبارتند از :
الف : شن
ب : ماسه
ج : سیمان
د : آب
– در برخی شرایط برای رسیدن به هدفی خاص مواد مضاف به آن اضافه می شود که جزﺀ ارکان اصلی بتن به شمار نمی آید .
– توده اصلی بتن مصالح سنگی درشت و ریز ( شن و ماسه ) می باشد .
– فعل و انفعال شیمیایی بین سیمان و آب موجب می شود شیرابه ای بوجود آید و اطراف مصالح سنگی را بپوشاند و مصالح سنگی را بصورت یکپارچه بهم بچسباند .
– استفاده از آب برای ایجاد واکنش شیمیایی است .
– برای ایجاد کار پذیری لازم بتن مقداری آب اضافی استفاده می شود تا بتن با پر کردن کامل زوایای قالب بتواند دور کلیه میلگرد های مسلح کننده را بگیرد .
– جایگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هیدراتاسیون دارای حساسیت بسیار زیادی است .

ویژگیهای آب مصرفی بتن :

– آب های مناسب برای ساختن بتن
۱- آب باران
۲- آب چاه
۳- آب برکه
۴- آب رودخانه در صورتی که به پسابهای شیمیایی کارخانجات آلوده نباشد و غیره …
بطور کلی آبی که برای نوشیدن مناسب باشد برای بتن نیز مناسب است باستثناﺀ مواردی که متعاقبا توضیح داده خواهد شد .
– آبهای نا مناسب برای ساختن بتن
۱- آبهای دارای کلر ( موجب زنگ زدگی آرماتور می شود )
۲- آبهایی که بیش از حد به روغن و چربی آلوده می باشند .
۳- وجود باقیمانده نباتات در آب .
۴- آب گل آلود ( موجب پایین آوردن مقاومت بتن می شود )
۵- آب باتلاقها و مردابها
۶- آبهای دارای رنگ تیره و بدبو
۷- آبهای گازدار مانند۲ co و…
۸- آبهای دارای گچ و سولفات و یا کلرید موجب اثر گذاری نا مطلوب روی بتن می شوند .
نکته : ۱- آبی که مثلا شکر در آن حل شده است برای نوشیدن مناسب است ولی برای ساخت بتن مناسب نیست .
نکته : ۲- مزه بو و یا منبع تهیه آب نباید به تنهایی دلیل رد استفاده از آب باشد .
نکته : ۳- ناخالصیهای موجود در آب چنانچه از حد معین بیشتر گردد ممکن است بشدت روی زمان گرفتن بتن ، مقاومت بتن ، پایداری حجمی آن ، اثر بگذارد و موجب زنگ زدگی فولاد شود .
نکته : ۴- استفاده از آب مغناطیسی بعنوان یکی از چهار رکن اصلی مخلوط بتن می تواند بعنوان تاثیرگذار بر روی یارامترهای مقاومت بتن انتخاب گردد .

تمایز بتن از نظر چگالی :

الف : بتن معمولی : چگالی بتن معمولی در دامنه باریک ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ kg/m3 قرار دارد زیرا اکثر سنگها در وزن مخصوص تفاوت اندکی دارند ( ادامه این مبحث از بحث ما خارج است )
ب : بتن سنگین : از این بتنها در ساختمان محافظهای بیولوژیکی بیشتر استفاده می شود مانند ساختار ، آکتورهای هسته ای و پناهگاههای ضد هسته ای که مورد بحث ما نمی باشد که چگالی آن معمولا بیشتر از ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد .
ج : بتن سبک : مصرف بتن سبک اصولا تابعی از ملاحظات اقتصادی است ضمن اینکه استفاده از این بتن بعنوان مصالح ساختمانی دارای اهمیت بسیار زیادی است این بتن دارای چگالی کمتر از ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ کیلوگرم در متر مکعب می باشد . بدلیل اینکه دارای چگالی کمتر از بتن سنگین است دارای امتیاز قابل توجهی از نظر ایجاد بار وارده بر سازه می باشد چگالی بتن سبک تقریبا بین ۳۰۰ و ۱۸۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد یکی از امتیازات مهم امکان استفاده از مقاطع کوچکتر و کاهش مربوطه در اندازه پی ها می باشد ضمن اینکه قالبها فشار کمتری را از حالت بتن معمولی تحمل می کنند و همچنین در کاهش جابجایی کل وزن مصالح بدلیل افزایش تولید جایگاه ویژه ای دارد .
روش های کلی تولید بتن سبک :
– روش اول : از مصالح متخلخل سبک با وزن مخصوص ظاهری کم بجای سنگدانه معمولی که تقریبا دارای چگالی ۶/۲ می باشد استفاده می کنند .
– روش دوم : بتن سبک تولید شده در این روش بر اساس ایجاد منافذ متعدد در داخل بتن یا ملات می باشد که این منافذ باید به وضوح از منافذ بسیار ریز بتن با حباب هوا متمایز باشد که بنام بتن اسفنجی ، بتن منفذ دار و یا بتن گازی یا بتن هوادار می شناسند .
– روش سوم : در این روش تولید ، سنگدانه ها ی ریز از مخلوط بتن حذف می شوند . بطوریکه منافذ متعددی بین ذرات بوجود می آید و عموما از سنگدانه های درشت با وزن معمولی استفاده می شود . این نوع بتن را بتن بدون سنگدانه ریز می نامند .
نکته : کاهش در وزن مخصوص در هر حالت به واسطه و جود منافذ یا در مصالح یا در ملات و یا در فضای بین ذرات درشت موجب کاهش مقاومت بتن می شود .

طبقه بندی بتن های سبک بر حسب نوع کاربرد آنها :

– بتن سبک بار بر ساختمان
– بتن مصرفی در دیوارهای غیر بار بر
– بتن عایق حرارتی
نکته ۱- طبقه بندی بتن سبک بار بر طبق حداقل مقاومت فشاری انجام می گیرد .
مثال : طبق استاندارد ۷۷ – ۳۳۰ ASTM C در بتن سبک —- مقاومت فشاری بر مبنای نمونه های استوانه ای استاندارد از شده پس از ۲۸ روز نباید کمتر از Mpa 17 باشد . و وزن مخصوص آن نباید از ۱۸۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب تجاوز نماید که معمولا بین ۱۴۰۰ او ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است .
نکته : ۲- بتن مخصوص عایق کاری معمولا دارای وزن مخصوص کمتر از ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت بین ۷/۰ و Mpa 7 می باشد .

انواع سبک دانه هایی که به عنوان مصالح در ساختار بتن سبک استفاده می شود :

الف – سبک دانه های طبیعی : مانند دیاتومه ها ، سنگ پا ، پوکه سنگ ، خاکستر ، توف که بجز دیاتومه ها بقیه آنها منشاﺀ آتشفشانی دارند .
نکته :۱- این نوع سبک دانه ها معمولا بدلیل اینکه فقط در بعضی از جاها یافت می شوند به میزان زیاد مصرف نمی شوند ، معمولا از ایتالیا و آلمان اینگونه مصالح صادر می شود .
نکته : ۲- از انواعی پوکه معدنی سنگی که ساختمان داخلی آن ضعیف نباشد بتن رضایت بخشی با وزن مخصوص ۷۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب تولید می شود که خاصیت عایق بودن آن خوب می باشد اما جذب آب و جمع شدگی آن زیاد است . سنگ پا نیز دارای خاصیت مشابه است .
ب – سبک دانه های مصنوعی : این سبک دانه ها به چهار گروه تقسیم می شوند .
– گروه اول : که با حرارت دادن و منبسط شدن خاک رس ، سنگ رسی ، سنگ لوح ، سنگ رسی دیاتومه ای ، پرلیت ، اسیدین، ورمیکولیت بدست می آیند .
– گروه دوم : از سرد نمودن و منبسط شدن دوباره کوره آهن گدازی به طریقی مخصوص بدست می آید .
– گروه سوم : جوشهای صنعتی ( سبکدانه های کلینکری) می باشند .
– گروه چهارم : مخلوطی از خاک رس با زباله خانگی و لجن فاضلاب پردازش شده را می توان به صورت گندوله در آورد تا با پختن در کوره تبدیل به سبک دانه شود ولی این روش هنوز به صورت تولید منظم در نیامده است .
در جدول ( ۱ ) خواص انواع بتن های سبک که با این سنگدانه ها ساخته می شوند نشان داده شده اند :

الزامات سبکدانه ها بتن سازه ای :

الزامات سبکدانه ها در آیین نامه های ASTM C330-89 ( مشخصات سبکدانه ها برای بتن سازه ای در آمریکا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبکدانه ها برای قطعات بنایی و بتن سازه ای در بریتانیا ) داده شده اند . در استاندارد بریتانیایی مشخصات واحدهای بنایی نیز مورد بحث قرار گرفته است . این آیین نامه ها محدودیتهایی برای افت حرارتی ( ۵% درASTM و۴% در BS)و همچنین در BS برای مقدار سولفات ۱% ۳ so (به صورت جرمی ) را مشخص نموده اند . برخی الزامات دانه بندی این آیین نامه ها در جداول ۲ ، ۳ و ۴ نشان داده شده اند .
ذکر این نکات برای فهم بهتر این جداول مفید است :
۱- آیین نامه BS 1047:7983 مشخصات دوباره در هوای سرد شده ، که منبسط نشده است را در بر می گیرد .
۲- سبکدانه های به کار رفته در بتن سازه ای ، صرفنظر از منشأ آنها تولیداتی مصنوعی می باشند و در نتیجه معمولا یکنواخت تر از سبکدانه طبیعی می باشند . بنابراین سبکدانه را می توان برای تولید بتن سازه ای با کیفیت ثابت مورد استفاده قرار داد .
نکته : سبکدانه ها دارای خصوصیت ویژه ای هستند که سنگدانه های معمولی فاقد آن می باشند و در رابطه با انتخاب نسبتهای مخلوط و خواص مربوط به بتن حاصل دارای اهمیت ویژه ای می باشند .این ویژگی عبارتست از توانایی سبکدانه ها در جذب مقادیر زیاد آب و همچنین امکان نفوذ مقداری از خمیر تازه سیمان به درون منافذ باز ( سطحی ) ذرات سبکدانه (مخصوصا ذرات درشت تر ) در نتیجه این جذب آب توسط سبکدانه ، وزن مخصوص آنها زیادتر از وزن مخصوص ذراتی می شود که در گرمچال خشک شده اند .

روشهای افزایش مقاومت بتن سبک :

کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است برای بدست آوردن بتن سبک با مقاومت زیاد روشهای زیادی مورد توجه قرار گرفته است .
نکته : عامل موثر و مشترک در کلیه این پژوهشها مصرف میکروسیلیس در بتن می باشد . در اینجا اجمالا به چند روش اشاره می گردد :
۱- تحقیقات مشترک V.Novokshchenov و W.Whitcomb جهت افزایش مقاومت بتن سبک و بهبود دیگر خواص آن با استفاده از سبکدانه های سیلیسی منبسط شده ، به اعتقاد آنان مقاومت بتن سبک تابعی از مقاومت سبکدانه ها و ملات است که این رابطه به صورت ذیل ارائه گردید .
fc = fm (vm)+fa (1-vm)
fc = مقاومت بتن fa = مقاومت سبکدانه
fm = مقاومت ملات vm = حجم نسبی ملات
بدین ترتیب مشاهده می شود که می توان با افزایش مقاومت سبکدانه و مقاومت و حجم ملات مقاومت بتن سبک را افزایش داد .

نتیجه گیری

– بتن نیمه سبکدانه پرمقاومت با استفاده از لیکای مرغوب وسیلیس منبسط شده با مقاومت ۲۸ روزه استوانه ای بیش از MPa50 در دنیا ساخته و مصرف شده است که نسبت آب به سیمان آن معمولا کمتر از ۳۵/۰ 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 از۴۰۰و 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 ۵/۱۲-۵/۹ 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 ۲۵/۰ 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 تولید بلوکهای بتن سبک هبلکس ، گازی با ظرفیت ۵۰۰ متر مکعب در روز ساخت کشور چین .
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 ۷۰۰-۵۰۰ 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 تولید سیمان که ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال ۱۷۵۶ میلادی در کشور انگلستان توسط «John smeaton » که مسئولیت ساخت پایه برج دریایی «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهایت سیمان پرتلند در سال ۱۸۲۴ میلادی در جزیره ای به همین نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسید . ..سبک و اثر میکروسیلیس ها در افزایش مقاومت آن.

بتن سبک هوادار

در راستای پیشرفتهای صورت گرفته در جهان ، مهندسان بخش مسکن تحقیقات جدی و مستمری انجام داده و می دهند تا بتوانند مسکن با عمر مفید زیاد (چند قرن) ، استحکام 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 کمتری نسبت به سایر مصالح رایج باشد که این ایده ها با شناسایی بتن سبک هوادار (foam concrete) تحقق یافت. هم اکنون بتن معمولی غالبا با دانسیته ۲۴۰۰kg/m3 تولید می گردد که با توجه به وزنش مشکلات 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 کاهش می یابد ، (۴۰۰ الی ۱۸۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب) و بتن سبک هوادار با خصوصیات بارزی تولید می گردد.

تولید بتن سبک با نوعی مواد افزودنی (فوم هوازی پروتئینی) جهت متخلخل نمودن خمیر ماسه و سیمان توسط شرکت NEOPOR SYSTEM در کشور آلمان با روش بهبود دائم طی مراحل تعاملی مهندسی انجام گرفته است.
بتن سبک در گذشته و در حال حاضر در کشورمان تولید می شود که به بتن سبک صنعتی (پوکه صنعتی ، معدنی و …) و بتن سبک گازی معروفند که هر کدام به نوبه خود ضررهایی برای محیط زیست دارا می باشند ولی در کشورهای توسعه یافته این نوع بتن سبک جای خود را به بتن سبک هوادار داده است.
شرکت NEOPOR SYSTEM در حال حاضر با بیش از ۲۵ سال سابقه اجرایی در ۳۰ کشور جهان مورد تایید موسسه استاندارد (( دین آلمان)) می باشد .
خصوصیات فنی:
بتن سبک هوادار را می توان در دو سطح دانسیته ای تولید کرد :
الف – وزن مخصوص (۴۰۰ الی ۹۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب) برای ساخت بلوکهای ساختمانی غیرباربر و همچنین بلوکهای تزئینی و پانلها.
ب – وزن مخصوص (۱۰۰۰ الی ۱۸۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب) برای قطعات باربر و مسلح.

بتن سبک هوادار در هر دو سطح دارای خصوصیات مشترکی می باشند که شماری از آنها بشرح زیر می باشد :

۱_عایق رطوبت
۲_عایق گرما وسرما
۳_ عایق صوت
۴_مقاومت بیشتر در مقابل حریق
۵_نسبت مقاومت فشاری مناسب به وزن
۶_کاهش بار مرده در ساختمان
۷_ مقاوم در مقابل نفوذ آب
۸_خاصیت خوب جذب و دفع آب
۹_راحتی در عمل بریدن و میخ کوبی
۱۰_انقباض مطلوب در حین خشک شدن
۱۱_ مقاوم در برابر یخ زدگی
۱۲_جلوگیری از استهلاک سیستم سرمایش و گرمایش

مزایا:

بتن سبک هوادار دارای مزایای زیادی می باشد که برخی ازآنها به شرح زیر می باشد.

۱_ صرفه جویی در هزینه های ترانسپورت قطعات پیش ساخته (تولید صنعتی)
۲_ صرفه جویی در حمل مصالح (وزن ماسه و میله گرد)
۳_عمر مفید بیشتر قالب فلزی (ضریب تکرار بیشتر قالب در سیستم بتن سبک)
۴_حذف دستمزدهای بنایی (گچ و خاک و حداقل سفید کاری)
۵_حذف هزینه های مصالح (خاک و گچ)
۶_حذف دستمزدهای اجرای نماکاری (سیمانکاری)
۷_حذف هزینه های مصالح نماکاری (سیمان و ماسه)
۸_حذف هزینه های مربوط به ترانسپورت پرت مصالح به خارج از کارگاه
۹_صرفه جویی در هزینه های مصرف انرژی (نفت ، گاز ، برق ، …) بدلیل تبادل حرارتی و برودتی بهتر دیوار بتن سبک
۱۰_سرعت در اجرا به دلیل سیال بودن بتن سبک ، عمل بتن ریزی به مراتب سریعتر از بتن معمولیانجام می شود و در این سیستم عمل ویبره حذف می گردد.
۱۱_صرفه جویی در مصرف میله گرد ، در اینجا باید رقم ۳۰% را در هزینه های مربوط به وزن میله گرد منظور نموده (دیوارهای باربر و پی ها)
۱۲_سهولت عملیات کنده کاری و هزینه های مربوط در مقایسه با دیوار آجری
۱۳_سرعت در بازگشت سرمایه و پرداخت کمتر بهره بانکی در مقایسه با سیستم های ساخت و ساز سنتی و مشابه آن با بتن سبک

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

موارد استفاده:

۱_ایزولاسیون پشت بام
این بتن می تواند بعنوان یک عایق حرارتی برای پشت بامها مورد استفاده قرارگیرد.

۲_ایزولاسیون کف ساختمان
این بتن می تواند بعنوان یک عایق رطوبتی و حرارتی برای کفها مورد استفاده قرار گیرد ، بطوریکههر ۵ سانتی متر بتن سبک هوادار معادل یک لایه قیر اندود عمل می کند .

۳_ساختمان سازی
ساختمانهای پیش ساخته و قالب درجا بعنوان پارتیشن بندی در انواع سازه (انواع بلوکهای ساختمانی)

۴_ژئوتکنیک
این بتن با توجه به سیال بودنش داخل تمامی حفره ها نفوذ کرده و تمام روزنه ها را پر می کند و در مقابل براحتی می توان از آن حفره برداری نمود.

۵_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.

۶_ حصار کشی
از این بتن می توان هر قطعه ای (هر اندازه و هر شکل) 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 ، نیمکت پارک ، سنگ فرش پیاده رو ، سنگ چمن ، آبراه باران و … استفاده نمود.

۷_ مجسمه سازی
بخاطر سیال بودن بتن و در نهایت سبک بودن آن می توان هر نوع مجسمه ای را تولید کرد.

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

۸_بلوکهای 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 انالیز و طراحی سازه های مختلف، بار گذاری اعمال شده به سازه حداقل شامل بار مرده، بار زنده و زلزله می باشد. جهت کاهش و یا سبک کردن بار وارد به المانهای اصلی شامل تیر، ستون و فونداسیون می بایستی بار مرده را کاهش داد. که به تناسب آن وزن سازه نیز کمتر شده و موجب کاهش نیروی زلزله می گردد. با توجه به اینکه در ساختمانهای وزن عناصر غیر سازه ای از وزن المانهای سازه ای خیلی بیشتر است، لذا سعی در کاهش وزن المانهای غیر سازه ای با استفاده از انواع بتن در چند سال اخیر بر برنامه اکثر مراکز تحقیقاتی قرار گرفته است. در مناطق شمالی و جنوبی کشور به علت عدم وجود معادن خاک رس ساخت اجر و بلوک سفالی دارای هزینه بالا می باشد و در صورت حمل مصالح به این نقاطه هزینه ها نیز افزایش یافته و با وجود معادن ماسه بادی در این نقاط اجرای بتن سبک فوق العاده کم هینه بوده و همچنین وزن سازه نیز کمتر شده است.

اصولا ساخت بتن سبک به یکی از دو روش کلی ذیل صورت می گیرد:

۱- استفاده از افزودنی های خاص در بتن که تولید حباب نموده و باعث سبک شدن بتن میگردد مانند (بتن کفی یا بتن گازی)،در اینصورت روش طرح اختلاط و مراحل ساخت قطعات بتنی نیز تغییر می یابد.
۲- استفاده از مصالح با چگالی پایین تر مانند پرلیت به جای کاربرد شن و ماسه معمولی و یا استفاده ازمواد مصنوعی خاص با عملکرد فیزیکی مشابه با مصالح موجود در بتن (مثلا از الیاف فایبر گلاس و یا شبکه های سیمی جوش و لایه عایق پلی استایرن به جای میلگرد و یا شبکه موجود در بتن).
برای استفاده بهینه از این محصولات ابتدا وزن محصوص و مقاومت فشاری (به ندرت مقاومت کششی) آن برای کاربردهای مورد نظر در پروژه تعریف می گردد و بر مبنای آن طرح اختلاط لازم و افزودنی های مورد نیاز بر طبق دستور العمل ها و تجربیات تولید، و در استاندارد کشور المان (DIN) ، انگلستان (BSI)، آمریکا (ASTM) و غیره ارائه میشود.

چگالی بتن معمولی در حدود ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. در نتیجه وزن مرده قطعات بتنی زیاد است و نسبت زیادی از بار وارده بر سازه را تشکیل میدهد. بکار بردن بتن با چگالی کمتر باعث کاهش بار مرده ساختمان و در نتیجه کوچکتر شدن ابعاد قطعات باربر می گردد. بعلاوه با استفاده از بتن سبکتر قالب نیاز به تحمل فشار کمتری در مقایسه با بتن معمولی دارد و همچنین کل جرم مصالحی که بایدجابجا شوند کاهش می یابد که این عامل منجر به افزایش تولید می گردد. بتن سبکه به بتن های دارای وزن مخصوص بین ۳۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و با ترکیبات جدید وفوق العاده سبک و مقاوم اطلاق می گردد. از بتن سبک در اعضای غیر سازه ای همانند تیغه های عایق و جدا کننده ها، پوشش کف و اعضای نیمه سازه ای و سازه ای مثل دالهای سازه ای بلند جهت کاهش وزن مرده و بار دینامیکی ناشی از زلزله و ابعاد المانهای قاب سازه استفاده می شود.

اثرات استفاده از بتن سبک در طراحی لرزه ای سازه ها:

در این مقاله بتن سبک و انواع آن روشهای تولید و مزایا و معایب آن بطور مختصر مورد بررسی قرار گرفته است.

یکی از اصلی ترین مشکل در طراحی لرزه ای و اجرای ساختمانها، خصوصا ساختمان های بلند، وزن قابل توجه بار مرده که عمدتا ناشی از وزن سقفها و دیوارهای جدا کننده است، می باش. بدیهی است استفاده از مصالح سبک موجب کم شدن بار مردن و در نتیجه کاهش وزن تیرها، ستون ها وشالوده می گردد. کاهش وزن مرده ساختمان و استفاده از بتن ها با وزن مخصوص کمتر از ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت فشاری بیش از ۱۷ مگاپاسکال در سازه های بتن مسلح، همواره مورد توجه بسیاری ازمهندسین طراح بوده است، در این راستا نیز مطالعات متنوعی در سطح جهان صورت گرفته است، ولی علیرغم تمامی این تحقیقات، تاکنون بتن سبک جایگاه خود را در ساخت سازههای بتن آرمه در کشور ایران پیدا ننموده است. مقاله حاضر به ارزیابی اثر استفاده از بتن سبک و مصالح سب دروزن سازه، مقدار مصرف میلگرد و بتن، و همچنین تاثیر آن بر برش پایه استاتیکی و دینامیکی می پردازد. برای این منظور مدلهائی با تعداد طبقات ۵، ۹و۱۵ ، برای سازه با بتن معمولی (A)، سازه با بتن سبک (B) و سازه با استفاده از توام سبک و معمولی (C) (که جمعا ۹ نمونه را شامل میشود) انتخاب و پس از آنالیز و طراحی در مورد نتایج لرزه ای نمونه ها قضاوت و مقایسه بعمل آمده است.

اثرات عایق سازی حرارتی دیوارهای ساختمانی ساخته شده با بتن سبک در کاهش مصرف سوخت و هزینه تمام شده

یکی از مهمترین مواردی که باعث اتلاف انرژی حرارتی مهمترین مواردی که باعث اتلاف انرژی حرارتی در ساختمان می شود عدم عایق بندی مناسب دیوارهای ساختمان است . می توان گفت بخش اعظمی از اعضای حائل بین داخل و خارج ساختمان را دیوارها تشکیل می دهند که درصورت استفاده بجا و درست از مصالح مناسب می توان مقاومت حرارتی آنها را تا حد چشمگیری افزایش داد و در نتیجه از اتفلاف انرژی به مقدار زیادی جلوگیری نمود .در این مقاله ابتدا مقاومت حرارتی دیوارهای ساخته شده با مصالح معمول در ایران بررسی می شود و سپس نقش روی ختلف عایق سازی مانند استفاده از بتن های سبک گازی , بلوک بتنی سبک پلی استایرنی و بتن های سبک و نیمه سبک ساخته شده با لیکا و پوکه معدنی در افزایش مقاومت حرارتی دیوارها و سقف ها بررسی می شود . در نهایت افزایش هزینه ناشی از عایق کاری با هزینه صرفه جویی شده ناشی از کاهش مصرف سوخت مقایسه می گردد

( بتن سبک وزن با ساختمان سلولی ( فوم))

بتن از مصالح اصلی و بنیادین در ساخت ساختمانهای کنونی است که می توان با ایجاد ترکیبات مختلف و افزودن مواد دیگر به این ترکیبات کارایی آن را بالا برد . از جمله موادی که م ی توان برای افزایش کارایی بتن به آن اضافه نمود فوم ( ماده کف ساز با پایه پرو تئین حیوانی ) است. این نوع بتن علاوه بر داشتن مزایای بتن معمولی خواص دیگری مانند وزن مخصوص کم و مقاومت فشاری بالا را نیز دارا می باشد سبکی این بتن در سازه های ساختمانی باعث کاهش بار مرده ساختمان، صرفه جویی در حجم خاک برداری و بتن مصرف شده در فونداسیونها و همچنین کاهش بارهای زلزله می گردد . برای افزایش کارایی این محصول در پروژه های مختلف مقدار اختلاط و افزودنیهای موردنیاز طبق تجربیات و استانداردهای کشورهای آلمان، انگلیس و آمریکا تنظیم و تهیه می گردد و برای تولید نهایی و آزمایشهای مقاومت بر روی آنها صورت می گیرد. برای تولید این بتن از ملات ماسه، سیمان، ماسه بادی، ملات بتن فوم ( از نوع پروتئین حیوانی ) و افزودنیهای مجاز استفاده می گردد . این مواد توسط دستگاههای مخصوص، مخلوط وتولید شده و برای استفاده آماده می گردد که توسط دستگاههای پمپاژ به علت سبکی به راحتی می تو ان بتن را به طبقات بالاتر انتقال داد . در نتیجه این عملکرد، میزان دقت کلی مصرفی در این پروژه افزایش م ییابد.

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.

لیکا بتن

سازه ای

کشور ایران از مناطق زلزله خیز جهان محسوب می شودو بحث سبک سازی ابنیه جهت افزایش مقاومت در برابر زلزله از اهمیت بخصوصی برخوردار می باشد. استفاده از بتن به عنوان یکی از پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در ابنیه سازه ای همواره دارای مشکل سنگینی بوده است.

بتن های سبک سازه ای بتن هایی هستند که علی رغم دارابودن چگالی کمتر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب، مقاومت فشاری بیش از ۱۷ مگا پاسکال دارند. ساخت این بتن ها صرفا” با استفاده از سبکدانه های مقاوم و سبک امکان پذیر است. بیشترین مقاومت بتن سبکدانه معمولا” وقتی حاصل می شودکه از سبکدانه های سازه ای که مقاومت آن برابر یا بیشتر از مقاومت ماتریکس سیمان باشد برای سبک سازی بتن استفاده گردد.

شرکت لیکا در سال ۱۳۸۵ با تغییر فرآوری موفق به تولید سبکدانه سازه ای در ایران شده است. تحقیقات علمی تکمیلی در مورد محصول فوق در حال انجام شدن می باشدو جهت کاربرد گسترده، دوره انتظار جهت گرفتن تاییدهای فنی را طی می نماید.

غیر سازه ای

بتن های سبک با مقاومت کمتر از ۷ مگاپاسکال در رده بتنهای سبک غیظ سازه ای طبقه بندی می شوند. این نوع بتن‌ها با وزن مخصوصی معادل ۸۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب و کمتر، به عنوان تیغه‌های جداساز و عایق‌های حرارتی و صوتی در کف بسیار مؤثر هستند. این نوع بتن می‌تواند در ترکیب با مواد دیگر در دیوار، کف و سیستم‌های مختلف سقف مورد استفاده قرار گیرد.اضافه کردن ریزدانه‌هایی با وزن معمولی، موجب افزایش وزن بتن و مقاومت آن می شود،لیکن به منظورحصول خواص عایق‌بندی حرارتی (ضریب انتقال حرارت کم)، حداکثر وزن مخصوص به ۸۰۰ کیلوگرم در مترمکعب محدود می‌گردد. هنگام ساخت و استفاده از بتن سبک غیرسازه‌ای، سعی بر این است که با کاهش وزن بتوان خصوصیات عایق حرارتی را افزایش داد، اما ذکر این مطلب ضروری است که باکاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نیز کاهش می‌یابد. مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزدیکی با هم دارند و با افزایش وزن مخصوص، مقاومت زیادتری مورد انتظار است. با توجه به مقاومت به دست آمده از این نوع بتن، محل کاربرد آن تعیین می گردد

سبک سازی ساختمان

چکیده برای ساختن اسکلت یک ساختمان کوتاه مرتبه، پانل های متشکل از دولایه شبکه آرماتوربندی که با میلگردهای زیگزاگی شکل به هم وصل می شوند، مورد استفاده قرار می گیرند. با قرار دادن یک لایه فوم بین دو سطح شبکه سطح، در حین اجرا، عملیات پاشیدن بتن (شاتکریت) به راحتی از دو طرف بر روی سطوح انجام می شود. کاربرد چنین پانل های سبکی، می تواند وزن سازه را به حدود نصف کاهش دهد. بارگذاری جانبی یک طرف وارده به نمونه آزمایشی با مقیاس ۲/۱ اندازه واقعی با استفاده از مصالح و روش ساخت مذکور نشان داده که بار نهایی می تواند چند برابر بیشتر از بار طراحی بوده و همه تغییر مکان های نسبی مورد نیاز نیز به خوبی تامین شوند. نتایج آزمایش های دو بعدی بر روی پنل های ساخته شده با مصالح مشابه، نخست خلاصه شده و سپس در تئوری پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفته است.

مقدمه

شبکه های سیمی دولایه که به روش خاصی ساخته شده و بین آن ها از یک لایه فوم استفاده گردیده، برای تقویت قاب های بتن مسلح آسیب دیده به کار رفته اند (شکل ۱a) و یا در ساخت سازه های کوتاه مرتبه استفاده شده اند (تصویر ۱ تا ۵). مقاطع جانبی و قائم از پانل ها که با مصالح خاص ساخته می شوند در شکل ۲b داده شده است. بعد از نصب لایه ها و قراردادن پانل در جای خود، دو طرف پانل های بتن پاشی می گردد (شکل ۵).
تکنیک های متعددی برای اتصال قاب آسیب دیده به دیافراگم پانل ها به کار گرفته و آزمایش شده است. شکل ۱b نتایج منحنی های هیسترزیس بارگذاری را نشان می دهد. برای آشنایی با جزئیات این بررسی به مرجع شماره {۲} رجوع شود. منحنی E در شکل ۱bمتعلق به قاب بتن مسلح است که در معرض همان شرایط تغییر مکانی قبل از نصب دیافراگم ها قرارداده شده است. منحنی B به صورت تحلیلی از تفاضل منحنی E از منحنی A (با همان ساختار وشکل پانل های استفاده شده در سازه سه بعدی مطالعه شده در این مقاله) به دست می آید. از منحنی B که به صورت مستقل در شکل ۱cدیده می شود به صورت تقریبی می توان رابطه بین تنش های برشی و تغییر شکل های برشی را به دست آورد، که به صورت جداگانه در شکل ۱dآمده است. روشی که در این قسمت به کار رفته توسط دو معادله در همان شکل خلاصه شده است. شیب نزولی منحنی مزبور در محاسبات تئوری به کار نرفته و در عوض از شیب صفر استفاده شده است. تاثیر و بازدهی دیافراگم های اضافه شده بر روی مقاومت و سختی جانبی قاب آسیب دیده به راحتی با مقایسه شیب ها در ابتدا و در نقاط انتهایی که به هم می رسند دیده می شود.

نمونه آزمایش

یک نمونه سه بعدی با مقیاس ۲/۱ با استفاده از سیستم پانل های شبکه آرماتورگذاری سبک در آزمایشگاه ساخته شد که بعد به کمک بتن پاشی در محل به صورت دیوارهای سازه ای در آمدند. طرح کلی، مقاطع و نیز جزئیات پانل های شاتکریت شده به طور شماتیک در شکل ۲ داده شده است.
مهار نمودن نمونه به پی گسترده (که به نوبه خود به کمک پیچ های پر مقاومت پس کشیده شده به کف آزمایشگاه متصل شده است)، اتصالات پانل ها، جزئیات آرماتورگذاری اطراف بازشو در دیوارها و نیز مراحل مختلف ساخت نمونه مورد نظر در شکل های ۱ تا ۵ داده شده است. این نمونه مدل کوچک شده یک سازه واقعی است که مورد بررسی قرار گرفته است. عایق حرارتی خیلی خوب، وزن کل کاهش یافته و سرعت بالای ساخت، از امتیازات اصلی این روش ساخت می اشد.
قبل از آماده ساختن نمونه سه بعدی، آزمایش های مقدماتی مثل: آزمایش بارگذاری محوری بر روی پانل ها {۱}، بارگذاری تناوبی در صفحه پانل ها {۲} و بارگذاری خارج از صفحه پانل ها {۳}، بر روی پانل های مشابه در آزمایشگاه انجام گرفت.با توجه به نتایج اولیه، رفتار شکل پذیرتر، ظرفیت جذب انرژی بیشتر، حاشیه ایمنی بالاتر و نیز وقوع خسارات موضعی قابل تعمیر در عوض شکست های کلی انتظار می رود.
مدل مورد نظر برای نیروی برشی پایه ۲۶KNکه متناسب با %۲۵ وزن کل سازه است و ضوابط آیین نامه جدید زلزله ترکیه سال ۱۹۹۸ {۴} را تامین می کند، طراحی شده است. از میلگرد به قطر ۳mm برای شبکه بندی استفاده گردید که بدون تغییر شکل های اولیه و در دوراستای افقی و عمودی در فواصل ۱۰cm از یکدیگر جوش شدند. مقاومت حد جاری شدن این میلگردها حدود ۵۰۰MPa می باشد. آزمایش های نمونه استوانه ای شکل نشان می دهد که متوسط مقاومت فشاری بتن شاتکریتی حدود ۱۴MPaمی باشد. آزمایش نمونه استوانه ای به اندازه کافی برای بررسی کیفیت بتن شاتکریتی مناسب تشخیص داده شد {۵}.
برپایی دستگاه آزمایش
دو جک هیدرولیکی دو جهته با ظرفیت ۳۰۰KN در وضعیت افقی بین نمونه آزمایش و دیوار بتن آرمه تکیه گاهی قرارداده شد. بار جانبی کل به دو قسمت مساوی در ابتدا تقسیم شده و سپس هر یک از نیروها به دو بخش تقسیم می گردد. به گونه ای که نیروی وارده به هر دیوار متناسب با سختی جانبی آن می باشد (عکس شماره۶). سپس هر کدام از این بارها جانبی به کمک بازوهای صلیب بارگذاری در بالای نمونه ها و توسط اتصالات برشی که در داخل نمونه جاسازی شده در طول دیوارهای برشی انتقال می یابند. بدین ترتیب نیروهای متمرکز وارده به صورت بار گسترده یکنواخت به هر دیوار اعمال می گردد. نیروهای وارد بر دیوارها، در هر لحظه توسط نیروسنج ها اندازه گیری شده و لذا نیروی وارده به دیوار وسطی به راحتی از تفاضل نیروهای گرفته شده به وسیله دیوارها، از کل نیروهای وارده به نمونه ناشی از بار اعمال شده محاسبه می گردد.
با استفاده از مجموعه دستگاه آزمایش، سعی شده تا پخش نیروهای جانبی مساوی با نیروهای اینرسی واقعی قابل انتظار در یک زلزله باشد. این فرض از آنجایی که سازه به طور نسبی صلب بوده و تا رسیدن به بار طراحی رفتاری الاستیک انتظار می رود، حداقل تا آن حد معتبر می باشد. فرض شده است که دیوارهای عمودی، بارهای برشی چندانی تحمل نمی کنند.
تغییر مکان های در صفحه و خارج صفحه هر دو انتهای نمونه و نیز لغزش نسبی احتمال روی کف آزمایشگاه به صورت خودکار ثبت می گردد و منحنی های تغییر مکانی به دست می آیند (شکل۳). متوسط مقادیر ثبط شده توسط تغییر مکانسنج ها و کل بار جانبی برای رسم شکل ۳ به کار رفته اند. لغزش نمونه تغییر مکان های خارج از صفحه، مقادیر ناچیزی مشاهده شدند. اگر چه بارهای جانبی اعمال شده در طول آزمایش به حدود ۱۰ برابر تراز بار طراحی رسید، به خاطر محدودیت های دستگاه بارگذاری دستیابی به ظرفیت نهایی بار سازه ای ممکن نشد. شایان ذکر است که حتی در تراز بار حداکثر، تنها ترک های جزیی و مویی مشاهده گردید و اثری از شکست و گسیختگی موضعی دیده نشد.

نتیجه گیری:

نمونه ای با ۱/۲ مقیاس واقعی که از اعضای پانل ساندویچی با اتصالات مناسب تشکیل شده و در محل بتن پاشی گردید، تحت بارگذاری جانبی یکطرفه در آزمایشگاه قرار گرفت. با وجودی که بارهای جانبی به حدود ۱۰ برابر تراز بارهای طراحی افزایش یافت، ولی فقط ترک های جزیی باریکی بر روی سطوح مشاهده گردید وهیچ گونه شکست موضعی خاصی دیده نشد. موضوع جالب اینکه هیچ گونه جدایی و ناپیوستگی بین دولایه دیوارها به وجود نیامد. نتایج این تحقیق مشان می دهد که در صورت رعایت ضوابط خاص اعضای پانل ساندویچی با اتصالات مناسب و شاتکریت با شرایط و ضخامت صحیح 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 ۳۰۰ الی ۱۶۰۰ 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 بین۶۵ ۰/۰ تا (۴۳۵/۰ k cal / m2 hc می باشد ( ضریب هدایت حرارتی یتن معمولی بین ۳/۱ تا ۷/۱ 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
تولید سیمان که ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال ۱۷۵۶ میلادی در کشور انگلستان توسط «John smeaton » که مسئولیت ساخت پایه برج دریایی «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهایت سیمان پرتلند در سال ۱۸۲۴ میلادی در جزیره ای به همین نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسید . مردم کشور ما نیز از سال ۱۳۱۲ با احداث کارخانه سیمان ری با مصرف سیمان آشنا شدند و با پیشرفت صنایع کشور ، امروزه در حدود ۲۶ الی ۳۰ میلیون تن سیمان در سال تولید می گردد . با آگاهی مهندسان از نحوه استفاده سیمان در کارهای عمرانی ، این ماده جایگاه خودش را در کشورمان پیدا کرد .
یکی از روشهای ساختمان سازی که امروزه در جهان به سرعت توسعه می یابد ساختمانهای بتنی است . بعد از انقلاب اسلامی به علت کمبود تیر آهن در نتیجه تحریمها و نیز گسترش ساخت و سازهای عمرانی در کشور ، کاربرد بتن بسیار رشد نمود . علاوه بر این موضوع ساختمانهای بتنی نسبت به ساختمانهای فولادی دارای مزایایی از قبیل مقاومت بیشتر در مقابل آتش سوزی و عوامل جوی ( خورندگی ) آسان بودن امکان تهیه بتن به علت فراوانی مواد متشکله بتون و عایق بودن در مقابل حرارت و صوت می باشند که توسعه روز افزون این نوع ساختمانها را فراهم می سازد .
یکی از معایب مهم ساختمانهای بتنی وزن بسیار زیاد ساختمان می باشد که با میزان تخریب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقیم دارد . اگر بتوانیم تیغه های جدا کننده و پانل ها را از بتن سبک بسازیم وزن ساختمان و در نتیجه آن تخریب ساختمان توسط زلزله مقدار زیادی کاهش می یابد . ولی کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است . استفاده از میکروسیلیس در ساخت بتن سبک سبب شده است که مقاومت بتن سبک بالا رود و این محدودیت کاهش یابد . در این تحقیق ضمن توضیحاتی در مورد بتن و تاثیر آب بر روی مقاومت بتن ، بیشتر در باره بتن سبک و روشهای افزایش مقاومت آن با استفاده از میکروسیلس ، خواص مکانیکی و همچنین موارد کاربرد آن بحث می شود .
۱- سیمان
– سیمان تولید شده در کشور ما با سیمان تولید شده در کشورهای صنعتی متفاوت است که لازم است تفاوت آن تا حد ممکن بررسی شود .
– طبقه بندی سیمانها شناسایی شود .
– عدم تنوع در کیفیت سیمان نشانه ضعفهایی از سیستم ساخت و ساز می باشد .
– عدم استفاده از سیمان با کیفیت بالا از عوامل اولیه عمر کوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد .
۲ – شن و ماسه
– معیارها و آئین نامه های تولید کلان شن و ماسه بررسی شود .
– تولید کلان شن و ماسه در کشور ما از نظر معیار و رعایت آئین نامه های تولید بررسی شود .
– معایب شن و ماسه تولیدی در کشور در حد کلان بدلائل زیر آنرا در درجه دوم و یا سوم کیفیت قرار می دهد .
الف : وجود گرد و غبار
ب : عدم شستشو
ج : دانه بندی نا صحیح
د : استفاده از شن و ماسه رودخانه ای بجای شن و ماسه شکسته .
– استفاده از شن و ماسه درجه ۲ و یا ۳ از عوامل ثانوی عمر کوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد .
افزایش مقاومت بتن مد نظر تمام دست اندرکاران صنعت تولید بتن می باشد .
ساختار بتن :

– بتن دارای چهار رکن اصلی می باشد که به صورت مناسبی مخلوط شده اند ، این چهار رکن عبارتند از :

الف : شن
ب : ماسه
ج : سیمان
د : آب

– در برخی شرایط برای رسیدن به هدفی خاص مواد مضاف به آن اضافه می شود که جزﺀ ارکان اصلی بتن به شمار نمی آید .
– توده اصلی بتن مصالح سنگی درشت و ریز ( شن و ماسه ) می باشد .
– فعل و انفعال شیمیایی بین سیمان و آب موجب می شود شیرابه ای بوجود آید و اطراف مصالح سنگی را بپوشاند و مصالح سنگی را بصورت یکپارچه بهم بچسباند .
– استفاده از آب برای ایجاد واکنش شیمیایی است .
– برای ایجاد کار پذیری لازم بتن مقداری آب اضافی استفاده می شود تا بتن با پر کردن کامل

زوایای قالب بتواند دور کلیه میلگرد های مسلح کننده را بگیرد .
– جایگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هیدراتاسیون دارای حساسیت بسیار زیادی است .

ویژگیهای آب مصرفی بتن :

– آب های مناسب برای ساختن بتن
۱- آب باران
۲- آب چاه
۳- آب برکه
۴- آب رودخانه در صورتی که به پسابهای شیمیایی کارخانجات آلوده نباشد و غیره …
بطور کلی آبی که برای نوشیدن مناسب باشد برای بتن نیز مناسب است باستثناﺀ مواردی که متعاقبا توضیح داده خواهد شد .
– آبهای نا مناسب برای ساختن بتن
۱- آبهای دارای کلر ( موجب زنگ زدگی آرماتور می شود )
۲- آبهایی که بیش از حد به روغن و چربی آلوده می باشند .
۳- وجود باقیمانده نباتات در آب .
۴- آب گل آلود ( موجب پایین آوردن مقاومت بتن می شود (
۵- آب باتلاقها و مردابها
۶- آبهای دارای رنگ تیره و بدبو
۷- آبهای گازدار مانند۲ co و…
۸- آبهای دارای گچ و سولفات و یا کلرید موجب اثر گذاری نا مطلوب روی بتن می شوند .
نکته : ۱- آبی که مثلا شکر در آن حل شده است برای نوشیدن مناسب است ولی برای ساخت بتن مناسب نیست .
نکته : ۲- مزه بو و یا منبع تهیه آب نباید به تنهایی دلیل رد استفاده از آب باشد .
نکته : ۳- ناخالصیهای موجود در آب چنانچه از حد معین بیشتر گردد ممکن است بشدت روی زمان گرفتن بتن ، مقاومت بتن ، پایداری حجمی آن ، اثر بگذارد و موجب زنگ زدگی فولاد شود .
نکته : ۴- استفاده از آب مغناطیسی بعنوان یکی از چهار رکن اصلی مخلوط بتن می تواند بعنوان تاثیرگذار بر روی یارامترهای مقاومت بتن انتخاب گردد .

تمایز بتن از نظر چگالی :

الف : بتن معمولی : چگالی بتن معمولی در دامنه باریک ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ kg/m3 قرار دارد زیرا اکثر سنگها در وزن مخصوص تفاوت اندکی دارند ( ادامه این مبحث از بحث ما خارج است (
ب : بتن سنگین : از این بتنها در ساختمان محافظهای بیولوژیکی بیشتر استفاده می شود مانند ساختار ، آکتورهای هسته ای و پناهگاههای ضد هسته ای که مورد بحث ما نمی باشد که چگالی آن معمولا بیشتر از ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد .
ج : بتن سبک : مصرف بتن سبک اصولا تابعی از ملاحظات اقتصادی است ضمن اینکه استفاده از این بتن بعنوان مصالح ساختمانی دارای اهمیت بسیار زیادی است این بتن دارای چگالی کمتر از ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ کیلوگرم در متر مکعب می باشد . بدلیل اینکه دارای چگالی کمتر از بتن سنگین است دارای امتیاز قابل توجهی از نظر ایجاد بار وارده بر سازه می باشد چگالی بتن سبک تقریبا بین ۳۰۰ و ۱۸۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد یکی از امتیازات مهم امکان استفاده از مقاطع کوچکتر و کاهش مربوطه در اندازه پی ها می باشد ضمن اینکه قالبها فشار کمتری را از حالت بتن معمولی تحمل می کنند و همچنین در کاهش جابجایی کل وزن مصالح بدلیل افزایش تولید جایگاه ویژه ای دارد .

روش های کلی تولید بتن سبک :

– روش اول : از مصالح متخلخل سبک با وزن مخصوص ظاهری کم بجای سنگدانه معمولی که تقریبا دارای چگالی ۶/۲ می باشد استفاده می کنند .
– روش دوم : بتن سبک تولید شده در این روش بر اساس ایجاد منافذ متعدد در داخل بتن یا ملات می باشد که این منافذ باید به وضوح از منافذ بسیار ریز بتن با حباب هوا متمایز باشد که بنام بتن اسفنجی ، بتن منفذ دار و یا بتن گازی یا بتن هوادار می شناسند .
– روش سوم : در این روش تولید ، سنگدانه ها ی ریز از مخلوط بتن حذف می شوند . بطوریکه منافذ متعددی بین ذرات بوجود می آید و عموما از سنگدانه های درشت با وزن معمولی استفاده می شود . این نوع بتن را بتن بدون سنگدانه ریز می نامند .
نکته : کاهش در وزن مخصوص در هر حالت به واسطه و جود منافذ یا در مصالح یا در ملات و یا در فضای بین ذرات درشت موجب کاهش مقاومت بتن می شود .

طبقه بندی بتن های سبک بر حسب نوع کاربرد آنها :

– بتن سبک بار بر ساختمان
– بتن مصرفی در دیوارهای غیر بار بر
– بتن عایق حرارتی
نکته ۱- طبقه بندی بتن سبک بار بر طبق حداقل مقاومت فشاری انجام می گیرد .
مثال : طبق استاندارد ۷۷ – ۳۳۰ ASTM C در بتن سبک —- مقاومت فشاری بر مبنای نمونه های استوانه ای استاندارد از شده پس از ۲۸ روز نباید کمتر از Mpa 17 باشد . و وزن مخصوص آن نباید از ۱۸۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب تجاوز نماید که معمولا بین ۱۴۰۰ او ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است .
نکته : ۲- بتن مخصوص عایق کاری معمولا دارای وزن مخصوص کمتر از ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت بین ۷/۰ و Mpa 7 می باشد.
انواع سبک دانه هایی که به عنوان مصالح در ساختار بتن سبک استفاده می شود :
الف – سبک دانه های طبیعی : مانند دیاتومه ها ، سنگ پا ، پوکه سنگ ، خاکستر ، توف که بجز دیاتومه ها بقیه آنها منشاﺀ آتشفشانی دارند .
نکته :۱- این نوع سبک دانه ها معمولا بدلیل اینکه فقط در بعضی از جاها یافت می شوند به میزان زیاد مصرف نمی شوند ، معمولا از ایتالیا و آلمان اینگونه مصالح صادر می شود .
نکته : ۲- از انواعی پوکه معدنی سنگی که ساختمان داخلی آن ضعیف نباشد بتن رضایت بخشی با وزن مخصوص ۷۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب تولید می شود که خاصیت عایق بودن آن خوب می باشد اما جذب آب و جمع شدگی آن زیاد است . سنگ پا نیز دارای خاصیت مشابه است .
ب – سبک دانه های مصنوعی : این سبک دانه ها به چهار گروه تقسیم می شوند .
– گروه اول : که با حرارت دادن و منبسط شدن خاک رس ، سنگ رسی ، سنگ لوح ، سنگ رسی دیاتومه ای ، پرلیت ، اسیدین، ورمیکولیت بدست می آیند .
– گروه دوم : از سرد نمودن و منبسط شدن دوباره کوره آهن گدازی به طریقی مخصوص بدست می آید .
– گروه سوم : جوشهای صنعتی ( سبکدانه های کلینکری) می باشند .
– گروه چهارم : مخلوطی از خاک رس با زباله خانگی و لجن فاضلاب پردازش شده را می توان به صورت گندوله در آورد تا با پختن در کوره تبدیل به سبک دانه شود ولی این روش هنوز به صورت تولید منظم در نیامده است .
در جدول ( ۱ ) خواص انواع بتن های سبک که با این سنگدانه ها ساخته می شوند نشان داده شده اند :

الزامات سبکدانه ها بتن سازه ای :

الزامات سبکدانه ها در آیین نامه های ASTM C330-89 ( مشخصات سبکدانه ها برای بتن سازه ای در آمریکا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبکدانه ها برای قطعات بنایی و بتن سازه ای در بریتانیا ) داده شده اند . در استاندارد بریتانیایی مشخصات واحدهای بنایی نیز مورد بحث قرار گرفته است . این آیین نامه ها محدودیتهایی برای افت حرارتی ( ۵% درASTM و۴% در BS)و همچنین در BS برای مقدار سولفات ۱% ۳ so (به صورت جرمی ) را مشخص نموده اند .

بالا رفتن اسلامپ به افزایش استعداد جداشدگی منجر می شود . کاهش میزان عیار سیمان و مواد سیمانی و چسباننده میتواند بشدت باعث افزایش استعداد جداشدگی گردد . اختلاف وزن مخصوص ( چگالی ) ذرات سبکدانه با خمیر سیمان و یا اختلاف چگالی ذرات ریزدانه و درشت دانه به بالا رفتن استعداد جداشدگی منجر می گردد . بالا رفتن نسبت آب به سیمان به افزایش پتانسیل جداشدگی می انجامد . درشت تر شدن بافت دانه بندی سنگدانه ها معمولا” امکان جداشدگی را افزایش می دهد . وجود مواد ریز دانه و چسباننده مانند پوزولان و میکروسیلیس و سرباره ها می تواند باعث کاهش استعداد جداشدگی بتن سبکدانه گردد ، همچنین بکارگیری مواد حبابزا و ایجاد حباب هوا میتواند جداشدگی و آب انداختن را کاهش دهد ضمن اینکه روانی و کارآئی مورد نظر تأمین میگردد .
از عوامل خارجی می توان حمل نامناسب ، ریختن غلط ، استفاده از شوت های طولانی و یا شیب نامطلوب ، برخورد بتن با قالب و میلگردها ، ریختن بتن از ارتفاع زیاد بدون لوله و قیف هادی و یا بدون پمپ معمولا” به جداشدگی منجر میشود . بخاطر حساسیت جداشدگی در این بتن ها باید دقت بیشتری را اعمال نمود . باید دانست نتیجه جداشدگی در بتن سبکدانه نیز از نظر مقاومتی و دوام بمراتب حادتر و مضرتر از بتن معمولی است .
اصل عدم آلودگی بتن به مواد مضر :

در طول حمل و ریختن و تراکم نباید مواد مضر اعم از مواد ریزدانه رسی ( گل و لای ) ، مواد شیمیایی شامل چربی ها و مواد قندی یا انواع مختلف نمکها و آب شور و غیره با بتن مخلوط شود . مخلوط شدن موادی همچون گچ نیز توجیه ندارد . بهرحال در این رابطه هیچ تفاوتی بین بتن معمولی و سبکدانه سازه ای وجود ندارد .

اصل عدم کارکردن با بتن در مرحله گیرش :

اگر عملیات بتن ریزی با بتنی که در مرحله گیرش است انجام گیرد مقاومت و دوام آن بشدت کاهش می یابد و نفوذپذیری آن زیاد میشود . از این نظر بتن مانند ملات گچ زنده است که اگر آن را مرتبا” بهم بزنیم و ورز دهیم تبدیل به ملات گچ کشته میشود که بشدت کم مقاومت و کم دوام است ، هرچند گیرش آن به تأخیر می افتد و یا اصلا” خود را نمی گیرد و صرفا” خشک می شود . بهرحال نباید بتن را در هنگامی که در شرف گیرش است مخلوط نمود و یا ریخت و متراکم کرد . از این نظر بین بتن سبکدانه و بتن معمولی اختلافی احساس نمی گردد .
مسلما” در هوای گرم و یا بتن با دمای زیاد ، گیرش زودتر حاصل میشود . زمان گیرش تابع نوع سیمان ( جنس و ریزی ) ، نسبت آب به سیمان و وجود مواد افزودنی می باشد . برای افزایش زمان گیرش و ایجاد مهلت برای عملیات اجرائی می توان از بتن خنک ، کار در هنگام خنکی هوا یا شب ، سیمانهای کندگیر کننده استفاده نمود .

اصل پیوستگی و تداوم بتن ریزی ( عدم ایجاد درز سرد در بین لایه ها ):

اگر در هنگام بتن ریزی به هر علت ، لایه زیرین قبل از ریختن و تراکم لایه روئی گیرش خود را انجام داده باشد درز سرد Cold Joint بوجود می آید . در این رابطه فرقی بین بتن سبکدانه و معمولی وجود ندارد . باید با تجهیز مناسب کارگاه ، افزایش توان تولید و حمل در ریختن و تراکم بتن ، افزایش زمان گیرش بتن و یا ایجاد درزهای اجرائی مناسب و کاهش سطح بتن ریزی و یا کاهش ضخامت لایه ها امکان ایجاد درز سرد را به حداقل رساند .

تراکم صحیح بتن سبکدانه :

از آنجا که بتن های سبکدانه بشدت در معرض جدا شدگی هستند ، تراکم با قدرت زیاد و یا مدت بیش از حد مشکلات جدی را بوجود می آورد . به محض اینکه احساس می نمائیم که شیره یا سنگدانه ها شروع به روزدن می نمایند باید تراکم را قطع کرد . لرزش ، بیش از فشار و ضربه میتواند موجب جدا شدگی گردد.
به هر حال باید کاملا” هوای بتن خارج و فضای خالی به حداقل برسد تا مقاومت و دوام کافی ایجاد گردد.

پرداخت سطح بتن سبکدانه :

آب انداختن بتن همواره مشکل بزرگی در پرداخت نهائی سطح بتن می باشد و این امر اختصاص به بتن سبکدانه ندارد . خوشبختانه به دلیل جذب آب تدریجـــی توسط سبکدانه ها ، آب انداختن میتواند به کمترین مقدار برسد اما اگر سبکدانه ها قبل از اختلاط کاملا” اشباع شده باشد امکان آب انداختن بیشتر می گردد . کم بودن عیار سیمان و مواد چسباننده سیمانی ، فقدان مواد ریزدانه ، عدم وجود حباب هوا در بتن ، درشتی بافت دانه بندی ، افزایش حداکثر اندازه سبکدانه ، گردگوشه گی سنگدانه ها و بافت صاف سطح سنگدانه ، بالا بودن اسلامپ ، زیادی نسبت آب به سیمان و … میتواند موجب افزایش آب انداختن شود .
وقتی بتن آب می اندازد باید اجازه داد آب تبخیر گردد و اگر تبخیر به سرعت میسر نمی گردد یا نگران گیرش هستیم باید سعی کنیم آب روزده را با وسیله مناسبی ( گونی یا اسفنج ) از سطح پاک نمائیم و سپس سطح را با ماله چوبی و بدنبال آن با ماله فلزی یا لاستیکی صاف کنیم .
عدم رعایت این نکات موجب افزایش نسبت آب به سیمان در سطح و کاهش مقاومت و دوام و افزایش نفوذپذیری بتن سطحی می گردد .

عمل آوری بتن و سبکدانه :

هر چند عمل آوری رطوبتی و حرارتی بتن سبکدانه با بتن معمولی تفاوت چندانی ندارد اما اعتقاد بر این است که سبکدانه ها بعلت پوکی و تخلخل و جذب آب میتوانند در صورت فقدان عمل آوری رطوبتی از ناحیه اجرا کنندگان ، بخشی از آب خود را در اختیار خمیر سیمان قرار دهند و توقف شدیدی در هیدراسیون سیمان رخ ندهد . این امر را عمل آوری داخلی بتن سبکدانه می گویند .

کنترل کیفی بتن سبکدانه :

کنترل کیفی بتن سبکدانه شامل بتن تازه و سخت شده است . کنترل روانی ، وزن مخصوص و هوای بتن از مهمترین کنترلهای بتن تازه است . استفاده از آزمایش اسلامپ ، میز آلمانی ( روانی ) و درجه تراکم برای این بتن ها پیش بینی شده است . وزن مخصوص بتن تازه سبکدانه متراکم معمولا” کنترل می شود و در آئین نامه های مختلف اختلاف ۲ تا ۳ درصد مجاز شمرده میشود ( نسبت به طرح اختلاط ) . هوای بتن را برای بتن سبکدانه نمیتوان بکمک روش فشاری بدست آورد و حتما” باید از روش حجمی بهره گرفت . برای بتن سبکدانه سخت شده ، وزن مخصوص ، مقاومت فشاری ، کششی خمشی و نفوذپذیری ، جذب آب ، جذب موئینه و آزمایشهای دوام در برابر خوردگی قابل کنترل است .
وزن مخصوص بتن سخت شده سبکدانه بصورت اشباع و خشک اندازه گیری میشود و گاه بجای خشک کردن از جمع زدن مقادیر اجزاء در هر متر مکعب و افزودن مقداری رطوبت ثابت به آن ، وزن مخصوص بتن سخت شده را بدست می آورند .
برای تعیین مقاومت فشاری و سایر پارامتر ها تفاوت چندانی بین بتن سبکدانه و معمولی وجود ندارد و شباهت جدی و کامل بین آنها وجود دارد . بهرحال ممکنست در مواردی نتایج حاصله در مقایسه با بتن های معمولی گمراه کننده باشد . مثلا” اگر جذب آب بتن سبکدانه را بصورت درصد وزنی گزارش کنیم و آنرا با جذب آب بتن معمولی مقایسه نمائیم دچار اشتباه میشویم و لذا توصیه میشود جذب آب بتن بصورت درصد حجمی گزارش گردد .

بتن فاقد ریزدانه ( Concrete finez – No ) :

اگر سنگدانه های درشت تک اندازه را با سیمان و آب مخلوط کنیم و در قالب بدون تراکم بریزیم بتن فاقد ریزدانه و متخلخل بدست می آید که از وزن مخصوص کمتری نسبت به بتن معمولی برخوردار خواهد بود . اگر چگالی سنگدانه ها در حدود معمولی باشد وزن مخصوص بتن فاقد ریزدانه حدود ۱۶۰۰ تا kg/m3 2000 بدست می آید اما اگر از سبکدانه درشت استفاده نمائیم ممکنست وزن مخصوص بتن حاصله از kg/m3 1000 کمتر شود ( حتی تا حدود kg/m3 650 ) . بهرحال در هر مورد بتن مورد نظر سبک یا نیمه سبک تلقی می شود اما اگر سنگدانه معمولی استفاده شود نمیتوان آنرا بتن سبکدانه دانست .
مسلما” اگر سنگدانه تک اندازه بکار نرود و حاوی ذرات ریز تا درشت باشد وزن مخصوص بتن حاصل نیز زیاد خواهد شد . سنگدانه درشت مصرفی باید ۲۰-۱۰ میلی متر باشد و ۵ درصد ذرات درشتر و ۱۰ درصد ذرات ریزتر در این نوع سنگدانه تک اندازه (Singl Size) مجاز است اما بهرحال نباید ذرات ریزتر از ۵ میلی متر در آن مشاهده گردد . سنگدانه درشت بهتر است پولکی و کشیده و یا بسیار تیزگوشه نباشد . سنگدانه های گرد گوشه یا نیمه شکسته برای تولید این بتن ارجح است .
ساختار بتن فاقد ریزدانه دارای تخلخل ظاهری است و حفرات موجود در بتن با چشم براحتی دیده می شود که در این مجموعه خمیر سیمان باید صرفا” تا حد امکان سنگدانه ها را بهم چسباند و از پر کردن فضاها با خمیر سیمان پرهیز شود زیرا وزن مخصوص بالا خواهد رفت . وجود خمیر سیمان با ضخامت حدود ۱ میلی متر بر روی سنگدانه ها کاملا” مناسب است .
اگر سنگدانه معمولی بکار رود معمولا” مقدار شن اشباع تک اندازه بین ۱۴۰۰ تا ۱۷۵۰ کیلوگرم می باشد . حجم اشغالی ذرات شن در حدود ۵۵۰ تا ۷۰۰ لیتر در هر متر مکعب است . وزن سیمان مصرفی بین ۷۵ تا ۱۵۰ کیلو در متر مکعب یا بیشتر است که حجم آن حدود ۲۵ تا ۵۰ لیتر می باشد . معمولا” نسبت آب به سیمان مصرفی ۴/۰ تا ۵/۰ می باشد که افزایش آن می تواند به شلی خمیر سیمان و روانی آن منجر شود که موجب جداشدگی و پرشدن خلل و فرج می گردد و بتن مورد نظر حاصل نمی شود . با کاهش نسبت آب به سیمان چسبندگی لازم بوجود نمی آید و از نظر اجرائی دچار مشکل می شویم . نسبت وزنی سیمان به سنگدانه تا می باشد . همانطور که از محاسبات فوق بر می آید فضای خالی این بتن ( پوکی ) بین ۲۵ تا ۴۰ درصد می باشد و ابعاد این فضاها نیز بزرگ است درصد جذب آب بصورت وزنی حدود ۱۵ تا ۲۵ درصد است . طبیعتا” با افزایش مقدار سیمان و آب و یا مصرف شن با دانه بندی پیوسته ( Graded Size ) وزن مخصوص بتن بیشتر خواهد شد . توصیه می شود شن ها قبل از مصرف خیس و اشباع گردند .

این روش برای بتن معمولی ، نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه قابل اجراست . مشکل عمده در این حالت تعیین مقدار چگالی اشباع با سطح خشک سبکدانه ها و ظرفیت جذب آب آنهاست . علاوه بر آن عملا” یک اشکال مفهومی نیز در این حالت وجود دارد و آن اینکه آیا اصولا” در هنگام ریختن و گیرش بتن ، سبکدانه ها به مرحله اشباع با سطح خشک رسیده اند که بتوان از چگالی اشباع با سطح خشک آنها برای تعیین حجم اشغال آنها در بتن استفاده نمود . از آنجا که تفاوت حالت واقعی با فرضی گاه خیلی زیاد است . استفاده از این روش بویژه اگر قرار باشد وزن اشباع با سطح خشک و چگال مربوط در فرمول حجم مطلق بکار رود محل تأمل است مگر اینکه از یک چگالی یا وزن دیگر با توجه به جذب آب واقعی در این حالت استفاده نمود که روش بسیار دقیقی حاصل می گردد . امروزه سعی شده است با این روش به طرح اختلاط مناسب دست یافت . مثلا” در روش های اروپائی که این مشکل وجود دارد سعی می شود از جذب آب و چگالی نیم ساعته ، ۱ ساعته یا ۲ ساعته و حتی ۴ ساعته استفاده گردد.
آنچه در اینجا اهمیت دارد آنست که در هنگام گیرش نسبت آب به سیمان واقعی چقدر است و با دانستن اینکه آبهای موجود در بتن ، در سنگدانه یا خمیر سیمان است به این نتیجه رسید که آب آزاد واقعی چیست و چقدر می باشد . مسلما” کارآئی و اسلامپ را آب آزاد مربوط به زمانهای کوتاهتر مثل ۱۵ دقیقه یا ۳۰ دقیقه تعیین می کنند . این امر مستلزم آنست که رژیم جذب آب سبکدانه را بدانیم و در هر حالت چگالی سبکدانه را محاسبه کنیم .

۲. روش حجمی ( Volumetric ) :

در روش حجمی از یک مخلوط آزمون با مقادیر تخمینی استفاده می شود ( آب ، سیمان ، سنگدانه ریز و درشت ) . پس از ساخت مخلوط آزمون و انجام آزمایشهای لازم مانند : اسلامپ ، درصد هوا و وزن مخصوص بتن تازه و مشاهده قابلیت تراکم ، ماله خوری و کارآئی ، خصوصیات دیگر نیز می تواند در زمانهای بعد بدست آید ( مثل مقاومت و ….. ) . اما پس از ساخت بتن و اندازه گیری وزن مخصوص بتن تازه ، با توجه به وزن مصالح مورد استفاده در ساخت بتن ، حجم بتن حاصله تعیین می شود . حجم محاسباتی بتن نیز قبلا” مشخص شده است و لذا و اصلاح در مخلوط برای یکی شدن این ها صورت می گیرد . مسلما” باید اهداف مقاومتی و دوام نیز تأمین گردد . در اینجا نیز مشکل چگالی ذرات و جذب آب وجود دارد که معمولا” رطوبت و چگالی موجود مد نظر قرار می گیرد . لازم به ذکر است که این روش برای بتن های نیمه سبکدانه و تمام سبکدانه کاربرد دارد. همچنین در این روش از حجم سنگدانه ها بصورت شل استفاده می گردد .

۳. روش وزنی یا فاکتور چگالی ( Weight Method or Specificgravity factor Method ) :

این روش صرفا” برای سبکدانه درشت و ریز دانه معمولی کاربرد دارد یعنی صرفا” برای بتن نیمه سبکدانه مورد استفاده قرار می گیرد . در این روش از فاکتور چگالی بجاب چگالی ذرات سبکدانه استفاده می شود . فاکتور چگالی تعریف خاصی است که فقط در ACI 211.2 ( در ضمیمه A ) آمده است و با تعریف چگالی تفاوت دارد . S فاکتور چگالی بصورت زیر می باشد. C وزن سبکدانه ( خشک یا مرطوب ) و B وزن پیکنومتر پر از آب و A وزن پیکنومتر پر از آب و سبکدانه می باشد.
بنابراین در این تعریف وضعیت رطوبتی مشخص نیست و میتواند از حالت خشک تا کاملا” اشباع انجام شود اما باید وضعیت رطوبتی در هر مورد گزارش شود یعنی بگوئیم فاکتور چگالی برای سبکدانه ای با رطوبت معین برابر S می باشد . با توجه به روند معمولی طرح اختلاط امریکائی ، مقدار آب آزاد ، نسبت آب به سیمان ، مقدار سیمان ، وزن سبکدانه درشت خشک و مرطوب بدست می آید که در این رابطه مدول زیری ماسه و حداکثر اندازه سنگدانه ها و کارآئی مورد نیاز کاربرد دارد . جذب آب سبکدانه می تواند طبق دستورهای استاندارد موجود و یا ضمیمه B مربوط به ACI 211.2 مشخص شود که بر این اساس آب کل بدست می آید . در این روش نیز باتوجه به وزن یک متر مکعب بتن مقدار ماسه بدست می آید و بتن مورد نظر با اصلاحات رطوبتی ساخته شده و حک و اصلاح لازم بر روی مقادیر بدست آمده صورت می گیرد تا بتن مطلوب حاصل شود .
کاربردهای بتن سبک همانطور که می دانیم بتن سبک می تواند به صورت های مختلفی طبقه بندی شود ، مثلا” سازه ای و غیر سازه ای . از این نوع طبقه بندی می توان کاربردها را حدس زد . اما گاه از طبقه بندی دیگری استفاده می نمائیم مثل بتن سبکدانه ، بتن اسفنجی و بتن فاقد ریز دانه . در این نوع طبقه بندی ظاهرا” نمی توان کاربردها را حدس زد .
• ساخت قطعاتی است که صرفا” جنبه پر کننده دارند . در نوع سازه ای نیز دو نوع بتن داریم : مسلح و غیر مسلح . مثلا” اجزاء سازه ای غیر مسلح مثل بلوکهای ساختمانی را باید از این جمله موارد دانست . بتن سبکدانه ای سازه ای مسلح کاربردهائی شبیه بتن معمولی مسلح دارد و حتی ممکن است پیش تنیده هم باشد . جالب است بدانیم بتن های سبکدانه سازه ای مسلح در ابتدا عمدتا” در ساخت کشتی های تجاری و جنگی در جنگ جهانی اول از سال ۱۹۱۸ تا ۱۹۲۲ بکار رفته است . کشتی Atlantus به وزن ۳۰۰۰ تن در سال ۱۹۱۸ و کشتی Selmaبه وزن ۷۵۰۰ تن و طول ۱۳۲متر در سال ۱۹۱۹ به آب افتادند . همچنین در جنگ جهانی دوم ( تا اواسط جنگ) بدلیل محدودیت هائی در تولید ورق فولادی ( مانند جنگ جهانی اول ) کشتی ها و بارج های زیادی ساخته شدند که در همه آنها از بتن سبکدانه ( و معمولا” سبکدانه رسی منبسط شده ) استفاده شده بود . ۲۴ کشتی اقیانوس پیما و ۸۰ بارج دریائی تا پایان جنگ جهانی دوم در امریکا ساخته شد که ظرفیت آنها از ۳ تا ۰۰۰/ ۱۴۰ تن بود .
جالب است بدانیم تا این اواخر یک کشتی بنام Peralta که در جنگ جهانی اول ساخته شده بود ، شناور بود و آزمایشهای ارزشمندی نیز بر روی آن انجام شده است که نشان دوام عالی بتن آن از نظر خوردگی میلگردها و کربناسیون 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 نیز بر خلاف ساخت کشتی ها ، تولید و ساخت آنها ادامه یافته است اما بدلیل اقتصادی در زمان صلح بواسطه وفور ورق فولادی ، تولید کشتی مقرون به صرفه نمی باشد .
در سالهای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ پل ها و ساختمانهای زیادی با بتن سبکدانه مسلح سازه ای در دنیا ساخته شد . بطور مثال در ایالات متحده و کانادا بیش از ۱۵۰ پل و ساختمان از این نوع مورد بهره برداری قرار گرفت . بطور مثال ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئیز امریکا ، ساختمان ۱۴ طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سیتی در سال ۱۹۲۹ از ساختمانهائی هستند که در دهه ۲۰ و ۳۰ میلادی ساخته شده اند .
ساختمان ۴۲ طبقه در شیکاگو ، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک ( ۱۹۶۰ ) ، فرودگاه Dulles واشنگتن در ۱۹۶۲ ، کلیسائی در نروژ در ۱۹۶۵ ، پلی در وایسبادن آلمان در ۱۹۶۶ و پل آب بر در روتردام هلند در ۱۹۶۸ از جمله این موارد هستند . در هلند ، انگلستان ، ایتالیا و اسکاتلند در دهه ۷۰ و ۸۰ میلادی پلهائی از نوع ساخته شده اند .
مخازن عظیم گاز طبیعی ، اسکله شناور ، مخزن نفت در زیر آب و ساختمانهای فرا ساحلی مانند سکوهای استخراج نفت و گاز با بتن سبکدانه مسلح سازه ای ساخته شده اند که اغلب بصورت نیمه سبکدانه و گاه تمام سبکدانه بوده اند . سکوی بزرگ پرش اسکی ، جایگاه تماشاچی در برخی استادیومها و همچنین سقف این استادیومها گاه از بتن سبکدانه ساخته شده است .
بزرگترین بنای بتن سبکدانه ، یک ساختمان اداری ۵۲ طبقه در تکزاس با ارتفاع ۲۱۵ متر می باشد. در هلند در سالهای ۶۰ تا ۷۳ میلادی ۱۵ پل با دهانه بزرگ با بتن سبکدانه ساخته شده است. در سالهای دهه ۷۰ میلادی ساخت بتن های سبکدانه پر مقاومت آغاز شد و در دهه ۸۰ بدلیل نیاز برخی شرکتهای نفتی در امریکا ، نروژ و مکزیک ، ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فرا ساحلی مانند سکوهای نفتی با بتن سبکدانه پر مقاومت آغاز شد که در اواخر دهه ۸۰ و اوائل دهه ۹۰ به بهره برداری رسید و نتایج 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 تقسیم میشود . این نوع بتن ها را بتن پوک و متخلخل نیز می نامند و در برخی منابع بتن Cellular نام دارد . اغلب بتن های گازی و کفی غیر سازه ای هستند اما برخی بتن های گازی از قابلیت سازه ای شدن و حتی مسلح شدن برخوردار می باشند .
بتن های اسفنجی عمدتا” پر کننده هستند . ساخت برخی پانل های جداکننده ، ایجاد کف سازی و شیب بندی ، عایق های حرارتی و جاذب صوت از جمله موارد مورد استفاده بتن اسفنج غیر سازه ای است . تولید قطعات و بلوکهای ساختمانی برای بنائی از جمله کاربردهای بتن گازی است . نوعی بتن گازی بنام سیپورکس در سوئد ساخته شد که می توانست مسلح گردد و در ایران نیز مدتی قطعات بتنی مسلح سیپورکسی بکار رفت از جمله دالهای بتن مسلح پیش ساخته برای پوشش سقف از جنس سیپورکس در برخی پروژه های کشور ما مصرف گشته است . قطعات نما از جنس بتن کفی و گازی یاسبکدانه غیر سازه ای نیز تولید و مصرف شده است .
کاربردهای بتن فاقد ریزدانه نیز در مبحث جداگانه ای نیز ارائه شده است

مرجع:

تمامی مطالب برگرفته شده از سایت:

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 …

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگو شرکت کنید؟
نظری بدهید!

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *