بتن ، اجزا ، خصوصیات و انواع آن

بتن راهنمای جامع

بتن ، اجزا ، خصوصیات و انواع آن
3 (60%) 4 votes

بتن در یک تعریف کلی شامل یکسری سنگدانه ریز و درشت ( ماسه و شن) میباشد که به وسیله یک ماده چسباننده به نام سیمان به یکدیگر متصل میشوند و تشکیل جسمی با مقاومت بالا را میدهند. خصوصیت اصلی این فراورده ساختمانی که استفاده از آنرا بسیار فراگیر کرده اینست که در ابتدا شکل پذیر و سیال است و به راحتی میتوان آنرا به هر شکل مورد نظر درآورد، اما با گذشت زمان به ماده ای با مقاومت بسیار بالا تبدیل میشود. این تغییر به دلیل واکنش شیمیایی سیمان با آب به وجود می آید. بتن به انگلیسی Concrete گفته میشود و لغت بتن از معادل فرانسوی آن یعنی béton گرفته شده است.

فهرست مطالب

کلیات | مواد سیمانی | خواص سنگدانه ها | بتن تازه | مقاومت بتن | دوام بتن | افزودنی های بتن | آزمایشات بتن | بتن ها با خواص ویژه | طرح اختلاط مواد

از دیرباز دو مصالح عمده ای که برای اجرای اسکلت پروژه های ساختمانی بکار میرفته است شامل فولاد و بتن بوده است. فولاد با توجه به اینکه در کارخانه تولید شده و تمامی خواص آن مشخص و شفاف است از پیچیدگی کمتری نسبت به بتن برخوردار است چرا که عوامل مختلفی بر خصوصیت بتن تاثیر میگذارند که شامل نوع سنگدانه ها، اندازه آنها، نوع سیمان، نسبت مصرف هر یک از مواد تشکیل دهنده، شرایط ریختن، شرایط قالب بندی، شرایط عمل آوری ، افزودنی ها و مواردی از این دست میباشد.
هر چند که سیمان بکار رفته در این فراورده همانند فولاد خواص مشخص و آزمایشگاهی خود را داشته و در کارخانجات تولید میشود اما آنچه نقش سازه ای را ایفا میکند، بتن است نه سیمان به تنهایی. لذا همواره بتن محل توجه بوده و لازم است دقت کافی به آن اعمال شود.
با توجه به اینکه بتن دارای مقاومت فشاری خوب و مقاومت کششی ضعیف میباشد، معمولا آنرا به همراه میلگرد بکارمیبرند تا این ضعف جبران شود و وظیفه مقاومت در مقابل کشش به عهده میلگرد گذاشته میشود. چسبندگی بسیار مناسب میان میلگرد و بتن ( که آج میلگرد آنرا بیشتر نیز میکند) عملکرد یکپارچه ای به سازه های بتن مسلح میبخشد.

یک بتن خوب دارای شرایطی است که چه در زمان ریختن آن، چه در زمان سخت شدن و چه در دراز مدت قابل تعریف است. بتن تازه باید به اندازه کافی روان باشد که به راحتی بتوان آنرا داخل قالبها ریخت و نیاز به کمترین انرژی را برای تراکم داشته باشد، همچنین باید چسبندگی مناسب در آن وجود داشته باشد که در هنگام ریختن در قالب دچار جداشدگی نشود. اما بتن سخت شده باید مقاومت کافی را بدست آورده باشد و همچنین از دوام کافی برخوردار باشد به نحوی که در طول زمان دچار افت عملکرد نشود.

سیمان

همانگونه که گفته شد سیمان وظیفه ایجاد چسبندگی میان سنگدانه ها در بتن را ایفا میکند که رابطه مستقیمی میان میزان مصرف آن با مقاومت نهایی بتن وجود دارد. در حالت کلی عبارت سیمان که به انگلیسی Cement خوانده میشود به هر ماده چسباننده ای اطلاق میشود که قادر است ذرات معدنی را به صورت جسمی یکپارچه درآورد. در صنعت ساختمان سیمان در قالب ملات برای چسباندن انواع مصالح ساختمانی به کار میرود، از قبیل چسباندن کاشی و سرامیک، سنگ، آجر ، بلوک و موارد مشابه آن.
اجزای اصلی این سیمان را مواد آهکی تشکیل میدهد لذا در مهندسی ساختمان منظور از سیمان، سیمانهای آهکی میباشد که در اثر واکنش با آب با گذشت زمان خاصیت چسبندگی پیدا میکنند و از این نظر سیمانهای آبی خوانده میشوند.
سیمانهای آبی اغلب از سلیکاتها و آلومیناتهای آهک تشکیل شده اند و به صورت کلی میتوان آنها را به گروههای سیمانهای طبیعی، سیمانهای پرتلند و سیمانهای برقی طبقه بندی نمود.
تاریخچه استفاده از مواد سیمانی برای ساختمان به زمانهای بسیار دور برمیگردد که مصریان قدیم از گچ برای چسباندن استفاده میکردند. کمی بعدتر انسان آموخت که با اضافه کردن آهک و آب به ماسه و سنگ خرد شده میتواند به ماده ای سخت دست پیدا کند که اولین بتن ساخت بشر بوده است.
پس از ساخت این ملاتها با استفاده از آهک، تمدنها توانستند سنگها و آجرها را به روی یکدیگر چیده و ساختمان سازی کنند. در برخی از این سازه ها که هنوز بجا مانده است، سیمانها کمتر از سنگدانه ها دچار فرسایش شده است.
تا اینجا درک کردید که سیمان اصولا از مواد آهکی مانند سنگ آهک به همراه آلومین و سیلیسی که در خاک رس یا سنگ رسی وجود دارد ساخته میشود. گل آهک که مخلوطی از مواد آهکی و رسی است نیز برای این منظور میتواند استفاده شود. با توجه به اینکه این مواد در اقصی نقاط دنیا قابل دسترسی است لذا در همه دنیا میتوان سیمان تولید کرد.
کارخانه تولید سیمان
روش کار این کارخانه ها در حالت کلی به این ترتیب است که سنگ آهک از منابع آن جدا شده و توسط دستگاهها خرد میشود و سپس در آب پخش میشود. از طرف دیگر خاک رس نیز خرد شده و با آب ترکیب میشود. سپس دو مخلوط با هم ترکیب میشوند و این ترکیب در نسبتهای از پیش تعیین شده انجام میگیرد و دوغاب حاصله به مخازنی منتقل میگردد.
دوغاب حاصله که سیالی با غلظت مشابه خامه میباشد دارای 35 تا 50 درصد آب است و بسیار ریز دانه بوده و تنها در حدود دو درصد از آن بزرگتر از 90 میکرون میباشد. تمهیدات خاصی برای ته نشین نشدن این دوغاب در مخازن اندیشیده میشود.
نهایتا این دوغاب که دارای نسبت مواد مشخص میباشد  به داخل کوره چرخان ریخته میشود. استوانه در حول محورخود که با افق زاویه کوچکی میسازد به آهستگی میچرخد.  دوغاب از انتهای کوره وارد میگردد و گرد ذغال به وسیله هوای فشرده از انتهای تحتانی به داخل کوره پاشیده میشود. برای تولید یک تن سیمان نزدیک به 220 کیلوگرم ذغال مصرف میشود. میتوان از مواد نفتی یا گاز نیز به جای ذغال سنگ استفاده کرد. با توجه به اینکه ذغال داخل کوره میسوزد میتوان تمهیداتی برای مهار آلودگی ناشی از آن و عدم انتقال به هوا در نظر گرفت.

با حرکت این دوغاب در طول کوره و طی کردن حرارتهای مختلف، نهایتا گلوله هایی به نام کلینکر به قطر سه تا بیست و پنج میلیمتر به وجود می آید. در ادامه این کلینکر سرد شده و برای تولید سیمان استفاده میشود.

هیدراتاسیون سیمان در مجاورت با آب و اثر عناصر سیلیکات و آلومینات انجام میگیرد که به مرور زمان جرمی سخت را تولید میکند. این فرایند مانند بسیاری از فرایندهای شیمیایی دیگر گرما زا میباشد. هر گرم سیمان تا حدود 120 کالری گرما آزاد میکند. ( نزدیک به 500 ژول). از آنجا که هدایت حرارتی بتن نسبتا کم است و مانند یک عایق عمل میکند، این هیدراتاسیون میتواند منجر به افزایش شدید دما شود. هم زمان سطح خارجی بتن بخشی از دمای خود را از دست میدهد و شیب حرارتی ایجاد میشود که میتواند باعث به وجود آمده ترکهای عمیق شود. این موضوع خصوصا در بتنهای حجیم میتواند مشکل آفرین باشد.

البته این تولید حرارت در شرایطی که دمای محیط کم است میتواند مفید باشد و از یخ زدن آب جلوگیری کند. به هر حال با توجه به شرایط خاص هر پروژه باید تمهیدات لازم در این خصوص اندیشیده شود. باید دقت داشت که روند افزایش دما معمولا تا 40 ساعت اول ریختن بتن نموداری افزایش با شیب بالایی دارد اما از آن به بعد شیب آن کمتر میشود.

تولید سیمان بتن

فرایند تولید سیمان در کارخانه

سنگدانه ها

از آنجا که حداقل سه چهارم حجم بتن را سنگدانه ها اشغال میکنند، تعجب آور نیست که کیفیت آنها از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار است. سنگدانه ها نه فقط میتوانند مقاومت بتن ساخته شده با آنها را محدود نمایند ( زیرا سنگدانه های با خواص نامطلوب نمیتوانند بتن پرقدرتی تولید کنند)، بلکه خواص آنها به میزان چشم گیری بر دوام و رفتار سازه ای بتن نیز تاثیر میگذارد.

سنگدانه بتن

شاید در ابتدا اینچنین پنداشته شود که سنگدانه ها موادی خنثی و چخش شده در داخل خمیر سیمان است ولیکن میتوان به نوعی دیگر به این قضیه نگاه کرد چرا که سنگدانه ها  در حقیقت مصالحی هستند که به وسیله خمیر سیمان به مجموعه ای یکپارچه تبدیل میشوند، همانند آنچه آجر در یک دیوار آجری با ملات کار میکند. در حقیقت سنگدانه ها تعیین کننده برخی خواص فیزیکی ، حرارتی بوده و بعضا میتوانند خواص شیمیایی بتن را تحت تاثیر قرار دهند.

سنگدانه ها از سیمان ارزانتر هستند و بنابراین تعیین نمودن مقدار سنگدانه ها در مخلوط تا حداکثر ممکن و کاهش میزان سیمان از نظر اقتصادی به صرفه خواهد بود. ولی این تنها دلیل بکارگیری آنها نیست، بلکه کاربرد آنها امتیازات فنی قابل ملاحظه ای نیز برای بتن که ثبات حجمی و دوام بیشتری نسبت به خمیر هیدراته شده سیمان خالص دارد ، ایجاد مینماید.

اندازه سنگدانه های مصرفی در بتن از چند ده میلیمتر تا یک دهم میلیمتر متغیر است . حداکثر اندازه سنگدانه ها متغیر است و توزیع اندازه سنگدانه ها در قالب آنچه دانه بندی میگوییم تعیین میشود.

سنگدانه بتن

سنگدانه ها در ابعاد مختلف استفاده میشوند.

========= در حال تکمیل ==============

 

لینکها:

انجمن بتن آمریکا – انجمن بتن ایران –