بتن سبک
بتن سبک
کیانا مهدیکاشی- دانشجوی کارشناسی مهندسی عمران- دانشگاه پارس
kiyana_mk@yahoo.com
چکیده
در دنیای پیشرفته امروزی با توجه به پیشرفتهای صورت گرفته در زمینههای مختلف علمی، صنعت بتن نیزدچار تحول گردیده است. امروزه با افزایش روز افزون سازههای بتنی، رفع مهم ترین عیب این نوع سازهها از اصلیترین مباحث موجود میباشد. مهم ترین عیب سازههای بتنی، سنگینی این سازهها است که بهترین و تنهاترین روش موجود برای سبک سازی ساختمانهای بتنی استفاده از بتن سبک برای ساخت سازهها میباشد. از جمله مواد موثر در این بتن عبارتند از میکروسلیس، نانوسلیس، آب مغناطیسی، پلیمرها، الیافها،فیبرهای شیشه ای و پودر شیشه که این مواد ویژگیهای خوب بتن سبک را حفظ میکند و باعث افزایش مقاومت بتن سبک میشوند. بنابراین در این مقاله سعی بر آن شده تا به معرفی ویژگیهای موادی بپردازیم که بتوان با اضافه نمودن آنها به بتن سبک ضمن حفظ انعطاف پذیری و سبکی و سایر ویژگیهای خوب آن، مقاومت بتن را نیز افزایش داد. در ادامه پژوهش، روشهای مقاوم سازی بتن سبک را بررسی کرده و به مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت. امید است نتایج حاصل از این پژوهش منجر به شناخت هرچه بهتر این تکنولوژی گردد.
مقدمه
در دنیای پیشرفته امروزی و با توجه به پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه های مختلف علمی، صنعت بتن نیزدچار تحول گردیده، تولید بتن سبک نیز حاصل همین پیشرفتها می باشد؛ بتنی که علاوه بر کاهش بار مرده ساختمان از نیروی وارد به سازه در اثر شتاب زلزله می کاهد و در صورت تخریب، وزن آوار کاهش می یابد. در این میان بتن سبک به دلیل خواص ویژه،از جمله مقاومت بالا،سبک بودن،کم بودن نفوذ پذیری و… به عنوان یکی از مصالح ایده آل و پرکاربرد در دنیا به حساب می آید با توجه به ویژه گیهای خاصی که دارد دارای کاربردهای مختلف می باشد، که برحسب وزن مخصوص ومقاومت فشاری آن تفکیک می گردد
بتن سبک
بتن های سبک وزنی معادل ۳۰۰ تا ۱۸۵۰ کیلوگرم درهرمترمکعب دارند.
مواد تشکیل دهنده بتن سبک
بتن سبک ماده ای است با ترکیبات جدید و فوق العاده سبک و مقاوم مواد تشکیل دهنده بتن سبک عبارت است از ورموکولیت، پرلیت، سنگ بازالت و سیمان تیپ ۲ و….
در این بتن همانند بتن های عادی، از ماسه استفاده نمی شود.
عدم وجود ماسه باعث سبک و همگن شدن ساختار بتن گردیده و باعث می شود که مواد تشکیل دهنده که تقریبا از یک خانواده می باشند و بهتر همدیگر را جذب کنند
طبقه بندی انواع بتن سبک
طبقه بندی از نظر روش ساخت:
به طور کلی بتن های سبک به دلیل استفاده از مواد متخلخل و یا به واسطه ایجاد تخلخل در بافت بتن تولید می گردد که به سه دسته تقسیم می شود که عبارتنداز: (صابرنیا, ۱۳۹۳)
- بتن های سبک دانه
- بتن های گازی یا هوادار
- بتن های اسفنجی یا فوم بتن
- بتن های فاقد ریزدانه
۱.بتن های سبک دانه :
این دسته از بتن های سبک با استفاده از سبک دانه ها و با جایگزینی سنگ دانه ها تولید میشوند، مقاومت این نوع از بتن های سبک از مابقی بتن های سبک دارای مقاومت بالاتری هستند و حتی بیشتر بتن های سبک سازه ای از نوع بتن های سبک دانه می باشند.که بتن های سبک دانه به دو دسته ی طبیعی و مصنوعی تقسیم می شود. (کریم پور, et al., 1390)
۲.بتن های گازی یا هوادار (Aerated Concrete):
این دسته از بتن های سبک با استفاده از گاز هیدروژن متصاعد شده از ترکیب پودر آلومینیوم و خمیر سیمان تولید می شود پودر آلومینیوم استفاده شده درساخت بتن گازی باید دارای ذرات ریز و جدا از هم باشد و به صورت کلوخه ای نباشد در صورت کلوخه ای بودن،حبابی که در بتن ایجاد می شود بزرگ بوده و در نتیجه پایدار نخواهد بود و منجر به جوشیدن بتن می شود.بلوک های ساخته شده با بتن گازی به علت تخلخل بالا،عایق حرارتی مناسبی هستند و به عنوان دیوار جداکننده به کار میرود ومقاومت حرارتی عالی AAC[۱] نقشی بزرگ را برای حفاظت محیط توسط کاهش ظرفیت نیاز به هوای گرم یا خنک در ساختمانها برعهده دارد و به دو دسته ی بتن های هوادار اتو کلاو شده AACو بتن های هوادار غیر اتوکلاوی[۲] NAAC
۳.بتن سبک اسفنجی یا فوم بتن (CLC – Foam Concrete):
این بتن از ترکیب فوم و یا همان ماده کفزا با بتن ریزدانه ماسه ای ایجاد می شود این بتن که عایق حرارت و صوت بوده و در برابر یخبندان نیز مقاوم هستند که می توان جایگزین بتن گازی شود و در ساخت تیغه و شیب بندی بام مورد استفاده قرار گیرد مهم ترین مشکل این نوع از بتن های سبک جمع شدگی بالا و نیز مقاومت فشاری پایین انهاست و بیشترین کاربرد این نوع از بتن سبک در کفسازی، شیب بندی و به عنوان پرکنندهاست و مهم ترین مزایای ان قیمت پایین آن و نصب آسان است
۴. بتن سبک فاقد ریزدانه (Concrete finez – No):
ساختار بتن فاقد ریزدانه دارای تخلخل ظاهری است و حفرات موجود در بتن با چشم به راحتی قابل دیدن هستند به خاطر کم بودن نسبت آب به سیمان وجود فضای خالی بین ذرات مقاومت فشاری کمی دارند ودرصد جذب آب به صورت وزنی حدود ۱۵ تا ۲۵ درصد است بنابراین زیرسازی این بتن نباید از مصالح غیرقابل نفوذ باشدو مانند بسیاری از بتن های سبک می تواند جاذب صوت باشد نه (عایق صوت) واز محاسن آن می توان به انقباض کم در هنگام خشک شدن،ضریب حرارتی بالا و مقاومت در برابر آب اشاره کرد. (کریم پور, et al., 1390)
طبقه بندی از نوع کاربرد:
- بتن سبک باربر ساختمان
- بتن سبک مصرفی در دیوارهای غیرباربر
- بتن عایق حرارتی و صوتی (صابرنیا, ۱۳۹۳)
طبقه بندی از نظر مقامت فشاری:
بتن سبک با توجه به ویژگی هایی که دارد دارای کاربردهای مختلف می باشد که برحسب جرم مخصوص ومقاومت فشاری آن به سه دسته تفکیک می شوند: (صابرنیا, ۱۳۹۳)
بتن سبک سازه ای:
بتنهای سبک سازهای دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی میباشند، به گونهای که می توان از آنها در اعضای سازهای استفاده کرد. این بتنها عموماً دارای جرم مخصوصی بین ۱۴۰۰ تا ۱۹۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب بوده و حداقل مقاومت فشاری تعریف شده برای آنها ۱۷ نیوتن بر میلیمتر مربع (مگاپاسکال) می باشد. در بعضی حالات امکان افزایش مقاومت تا ۶۰ نیوتن بر میلیمتر مربع نیز وجود دارد. در مناطق زلزله خیز، آییننامهها حداقل مقاومت فشاری بتن سبک را به ۲۰ نیوتن بر میلیمتر مربع محدود میکنند.بتنهای سبک با مقاومت متوسط، از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشاری در محدودهای بین بتنهای سبک غیرسازه ای و سازهای قراردارند، به گونهای که مقاومت فشاری آنها بین ۷ تا ۱۷ نیوتن بر میلیمترمربع و جرم مخصوص آنها بین ۸۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب می باشد. (Anon., 1394)
بتن سبک غیر سازه ای:
این نوع بتنها با جرم مخصوصی معادل ۸۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب ویا کمتر، به عنوان تیغههای جداساز و عایقهای 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. مزیت عمده آن، کاهش هزینههای لازم برای تهویهی گرمایی یا سرمایی فضاهای داخلی ساختمان و کاهش انتقال صوت بین طبقات و فضاهای ساختمان می باشد.این نوع بتن را می توان به دو روش بتن اسفنجی و بتن سبک دانه ساخت. (Anon., 1394)
بتن سبک با مقاومت متوسط
در ساخت این نوع بتن از سنگ دانه هایی همجون سنگ دانه کلینکر،توف و… استفاده می شود.جرم مخصوصاین نوع بتن بین ۸۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلوگرم بر مترکعب است.از این نوع بتن ها معمولا در بلوک های مجوف بتنی،کف سازی و موارد مشابه استفاده می شود.
مزایای بتن سبک:
- مزایای فنی بتن سبک:
- افزایش قابل توجه عمر مفید ساختمان
- سبک سازی ساختمان (دیوار،سقف،پی)
- سرعت در اجرا به دلیل سیال و سبک بودن بتن سبک
- سهولت عملیات کنده کاری در مقایسه با دیوار آجری
- مزایای اقتصادی بتن سبک:
- صرفه جویی در هزینهای حمل و نقل قطعات پیش ساخته
- صرفه جویی در حمل مصالح
- صرفه جویی در هزینهای مصرف انرژی (به دلیل عایق بودن دیوارها با بتن سبک. (صابرنیا, ۱۳۹۳)
مقاومت بتن سبک
ساختمان این بتن متخلخل بوده و این مسئله پارامتر بسیار موثری است. چون تخلخل موجود در بتن باعث مقاوم شدن در برابر زلزله و عایق شدن در برابر صدا، گرما و سرما می گردد.
ترکیبات این بتن به گونه ای عمل می کند که حالت ضد رطوبت به خود گرفته و بتن معمولی که جذب آب دارد عمل نکرده و آب را از خود دفع می کند.
روش های مقاوم سازی بتن سبک
افزودن مواد ثانویه به بتن سبک برای ایجاد مقاومت بیشتر باید همراه با حفظ انعطاف پذیری و سبکی و عدم حذف سایر ویژگی های خوب آن باشد. حال به تأثیر برخی از انها می پردازم: (ضیایی, et al., 1392)
- مقاوم سازی با استفاده از فیبر های شیشه ایی
یکی از روش های مقاوم سازی بتن سبک استفاده از فیبرها است. یکی از دلایل مهم استفاده از فیبر های شیشه ای به جای فلزاتی مثل فولاد، در وزن کم آن و عدم تغییر شکل خاص بتن سبک مخصوصاً در زمان استفاده از آن در نمای ساختمان ها است
- مقاوم سازی با استفاده از پلیمر
بتن سبک امتیازاتی بر بتن معمولی دارد مانند وزن مخصوص کم، عایق حرارتی بودن و کاهش ابعادی و مقاطع بتنی ولی دارای نقایصی مانند نفوذ پذیری آب، ضرورت به کارگیری روش های ویژه برای اتصال قطعات به یکدیگر وتحمل بار کمتر است که استفاده از پلیمرها در ساخت بتن سبک باعث افزایش مقاومت فشاری، کاهش نفوذ پذیری، امکان رنگ پذیری و پذیرش طرح های تزیینی و امکان تهیه در ضخامت های کم می باشد و همچنین سبکی وزن بتن سبک بااستفاده از پلیمرها تغییر محصوصی نمی کند
- مقاوم سازی با استفاده از الیاف
هدف از مسلح نمودن بتن سبک با الیاف افزایش مقاومت کششی، جلوگیری از توسعه ی ترک ها و افزایش سختی می باشد. باید در نظر داشت که الیاف در دماهای بالا آسیب می بیند و از همین رو مرحله اتوکلاو در ساخت بتن گازی به الیاف صدمه می زند و بجای آن از روش دیگری استفاده می نمایند
- مقاوم سازی با استفاده از میکروسیلیس
در پروسه تولید آلیاژهای فروسیلیس یک محصول جانبی فرعی که از کوره های قوس الکتریکی بدست می آید که همان میکروسیلیس است. این ماده بیشتر از ۹۰درصد از سیلیس غیر کریستالی با ذرات بسیار ریز و قطر میانگین۰.۱میکرون و خاصیت پوزولانی بالا می باشد که به عنوان افزودنی برای بتن بسیار مناسب است
- کاربرد بتن سبک
ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک در سال ۱۹۶۰
فرودگاه Dulles در واشنگتن در سال ۱۹۶۲
کلیسایی در نروژ در سال ۱۹۶۵
پلی در وایسبادن آلمان در سال ۱۹۶۶
پل آب بر در روتردام هلند در سال ۱۹۶۸
بزرگ ترین بنای بتن سبکدانه، یک ساختمان اداری ۵۲ طبقه در تکزاس با ارتفاع ۲۱۵ متر می باشد.
- خواص فوق العاده بتن سبک
- کاهش وزن مرده ساختمان
- کاهش هزینه سرمایه گذاری در اسکلت فلزی
- کاهش هزینه ساخت و افزایش بهره وری
- مقاومت بسیار بالا در برابر آتش سوزی
- کاهش مصرف انرژی
- افزایش چشم گیر مقاومت حرارتی و صوتی
- تکمیل سریعتر پروژه ها و سازه ها
معایب بتن سبک
عیب های بتن سبک بیشتر در مورد قطعات پیش ساخته از این بتن می باشد مانند: مشکلات اتصال اعضاء سازه ای به همدیگرکه نیاز به گروه نصاب متخصص دارداین بلوک ها به علت سطح خاصی که دارند با ملات ماسه سیمان گیرایی چندان خوبی ندارند و به همین علت حتما باید با چسب مخصوص کار شود.برای اجرای دیوار با بلوک های هیلکس باید وال پست جوش داده شود تا وال پست ها مانند یک قاب این دیوارها را محکم نگاه دارند ولی مهم ترین و عمده ترین عیب بتن کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است
روش های عمل آوری بتن سبک
روش عمل آوری، استحکام و گیرش نهایی بتن سبک مشابه بتن معمولی می باشد و هرپه رطوبت هوا کمتر باشد.میزان آب انداختگی بتن پس از تولید بیشتر خواهد شد. بتن سبک به سه روش عمل آوری می شود: (علیخانی & طهماسبی, ۱۳۹۰)
۱.روش طبیعی (هوای آزاد):
بتن ساخته شده در فصل تابستان مرطوب نگه داشته می شود و بیشتر در ساختمان ها و سازه ها کاربرد دارد. درروش غیر طبیعی با کمک افزودنی ها به این صورت که با افزودن ۱ تا ۲ درصد تسریع کننده به مخلوط بتن می توان سرعت تولید بتن و گیرش بتن در قالب ها را افزایش داد
۲. روش هوای گرم:
در این روش بتن تولید شده بلافاصله در تونل های گرمی قرار می گیرد که درجه حرارت تونل از ۳۰ درجه بیشترنمی باشد و پس از گذشت سه ساعت ۵۰ تا۶۰ درجه افزایش می یابد و همین درجه حرارت برای ۳ تا ۴ ساعت باقی می ماند
۳. روش استفاده از بخار:
در این روش بتن ریخته شده باید ۶ تا ۸ ساعت در معرض بخار قرار گیرد. در ۲ ساعت اولیه درجه حرارت باید به تدریج تا ۶۰ درجه افزایش یابد و برای۴ساعت در همین درجه حرارت باقی بماند و از ساعت هفتم و هشتم حرارت را تادرجه حرارت محیط باید کم شود
نتیجه گیری
به طور کلی بتن سبک دارای مقاومت فشاری مطلوب برای تمامی کارهای سازه ای نمی باشد و باید از طریق استفاده از مواد گوناگون همچون آب مغناطیسی، میکروسیلیس، نانوسیلیس، فیبر های شیشه ای و… استفاده نمود تا ضمن افزایش مقاومت، ویژگی های خوب بتن سبک همچون انعطاف پذیری و سبکی را نیز حفظ کنند. استفاده از بتن سبک به کاهش بار مرده ساختمان کمک کرده که در نتیجه ی آن کاهش آوار ساختمان و کاهش تلفات ناشی از زلزله را در پی دارد.
منابع
Anon., 1394. http://behcivil.mihanblog.com. [دستیابی در ۱۳۹۴].
whitcom،, N. a., september1990. How to obtain High. Strength concrete using low Density Aggregate, p. p.633.
صابرنیا, ش., ۱۳۹۳. شناخت انواع بتن سبک و خصوصیات و مزایا موادموثربر افزایش مقاومت بتن سبک.
ضیایی, آ., شیخ خوشکار, م. شیبانی, ش., ۱۳۹۲. تعیین درصد بهینه میکروسیلیس در بتن های سبک. سیستان و بلوچستان, هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران، زاهدان، دانشگاه سیستان و بلوچستان.
علیخانی, ا. طهماسبی, م., ۱۳۹۰. مطالعه موردی ساخت و حفظ انرژی در ساختمان هایی با بتن سبک. تهران, اولین کنفرانس ملی بتن سبک، تهران، دانشگاه تهران، انستیتومصالح دانشکده فنی.
کریم پور, ج., محمودی منش, ز. هادی دهقانی, ن., ۱۳۹۰. بتن های سبک و کاربرد آن در مرمت بناهای تاریخی. تهران, اولین کنفرانس ملی بتن سبک، تهران، دانشگاه تهران، انستیتومصالح دانشکده فنی.