بتن، ترکیبات بتن و انواع آن

بتن یکی از مهمترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی ساخت بشر است. این نوع ماده پس از آب، بیشترین کاربرد را بر روی کره زمین دارد. بتن‌های معمولی از ترکیب سیمان، آب و سنگدانه با نسبت‌هایی تعیین شده درست می‌شوند. البته برای تغییر دادن خواص بتن در برخی موارد، افزودنی‌های دیگری نیز در ترکیب آن استفاده می‌شود.

مقاومت، پایداری، تنوع کاربرد و هزینه مناسب بتن، باعث شده است که این نوع ماده به یکی از اصلی‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی دنیا تبدیل شود. در این مطلب به معرفی بتن، تاریخچه، اجزای تشکیل‌دهنده، افزودنی‌ها، انواع بتن و ... می‌پردازیم، همراه ما باشید.

بتن چیست؟

بتن (Concrete) ترکیبی از ماسه، شن و یا سنگ‌های خردشده با دانه‌بندی‌های گوناگون (سنگدانه‌های درشت و ریز) است که به وسیله‌ی یک خمیر سیمانی به هم متصل شده‌اند. البته با توجه به خواصی که بیشتر مورد نیاز است، امکان به کار بردن افزودنی‌های شیمیایی مثل روان کننده، کندگیر کننده و غیره یا افزودنی‌های معدنی مثل سرباره، خاکستر بادی و غیره نیز وجود دارد. سخت شدن مخلوط بتن، از یک فرآیند شیمیایی بین سیمان و آب به دست می‌آید.

تاریخچه بتن

قدیمی‌ترین سازه بتنی که به حدود 7000 سال قبل از میلاد مسیح برمی‌گردد، در سال 1985 و در یک پروژه راه‌سازی در فلسطین کشف شد. این نوع سازه، یک کف آهکی بتنی است که از دادن حرارت به سنگ آهک و ترکیب شدن آن با سنگدانه و آب ساخته شده است.

تحقیقات انجام شده نشان می‌دهند که بلوک‌های سنگی که در ساخت هرم بزرگ جیزه (2500 سال قبل از میلاد) استفاده شده اند، با استفاده از یک ماده سیمانی به یکدیگر وصل شده‌اند. تعداد زیادی از سازه‌های پوزولانی یونانی‌ها، رومی‌ها، مصریان و هندیان که در حدود هزاران سال پیش درست شده‌اند، هنوز هم وجود دارند و قابل مشاهده هستند. همین مورد، تداوم و پایداری خیلی خوب سازه‌های بتنی و استفاده از آن در صنعت ساختمان را از گذشته تا به امروز به نمایش می‌گذارد.

ترکیبات بتن

سنگدانه‌ها در بتن، حدود سه چهارم حجم آن را شامل می‌شوند و ملات آب و سیمان یک چهارم آن را تشکیل می‌دهند. دراین بخش از سازه برتر توضیحات بیشتری در خصوص ترکیبات بتن می‌دهیم:

سیمان

ملات سیمان یکی از اصلی‌ترین مواد تشکیل دهنده بتن می‌باشد.

آب

کیفیت آب در بتن دارای اهمیت زیادی است، زیرا ممکن است ناخالصی‌های موجود در آن در گیرش سیمان تاثیر بگذارد و اختلالاتی را ایجاد کند. همچنین آب نامناسب بر روی مقاومت بتن نیز اثر بدی می‌گذارد و باعث ایجاد لکه‌هایی در سطح بتن و زنگ زدن آرماتور شود. در بیشتر مواقع، آب مناسب برای بتن، آب نوشیدنی است.

ولی معیار قابل آشامیدن بودن آب برای مخلوط شدن معیار مطلقی نیست و یک آب اشامیدنی ممکن است به دلیل داشتن درصد بالایی از یون‌های پتاسیم و سدیم که خطر واکنش قلیایی دانه‌های سنگی را دارد، برای ساخت بتن گزینه‌ی مناسبی نباشد. اما به طور کلی هر آبی که ph (درجه اسیدیته) آن بین 6 تا 8 باشد و شور نباشد، می‌تواند برای بتن مصرف شود.

همچنین میزان آب مصرفی در داخل بتن نیز از اهمیت بالایی برخوردار است و برای کامل شدن فرایند واکنش آب با سیمان، مقدار مشخصی از آب مورد نیاز است. اگر این مقدار کم باشد، بخشی از سیمان برای ایجاد واکنش، آب کافی را جذب نمی‌کند و در صورتی که آب بیش از مقدار مورد نیاز به مخلوط بتن افزوده شود، بعد از کامل شدن واکنش، آب در داخل بتن باقی می‌ماند که بعد از سخت شدن بتن، باعث کاهش مقاومت و پوکی آن می‌شود. به همین علت دقت در استفاده نکردن از آب زیاد در داخل بتن، برای رسیدن به مقاومتی بالا ضروری است.

سنگدانه‌ها

سنگدانه‌ها بخش بزرگی از ترکیبات بتن آماده (حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد) آن را شامل می‌شوند. سنگدانه‌ها از ماسه و شن و سنگ خردشده مثل خرده سنگ‌های آهک یا گرانیت تشکیل‌شده‌اند، که از بانک‌های سنگدانه یا معدن‌ها به دست می‌آیند.

امروزه سنگدانه‌هایی که برای ساخت بتن آماده استفاده می‌شوند، از نمونه‌های بازیافتی می‌باشند که از تخریب، حفاری یا ساخت‌وساز به دست می‌آیند. در واقع این نوع سنگدانه‌ها یک جایگزین خوب برای سنگدانه‌های طبیعی در ترکیبات بتن آماده هستند. با انتخاب کردن سنگدانه‌هایی با اندازه‌های متفاوت، می‌توان از ملات کمتری استفاده کرد و در هزینه‌های تمام‌شده صرفه‌جویی کرد.

افزودنی‌ها

افزودنی‌ها (به شکل مایع یا جامد) قبل و یا در زمان آماده‌سازی، به ترکیبات بتن آماده افزوده می‌شوند. هدف اصلی از افزودن این نوع مواد، کوتاه کردن زمان گیرش بتن یا افزایش دوام بتن است. این نوع افزودنی‌ها به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

افزودنی‌ شیمیایی

حباب هواسازها؛ که در افزایش کارایی بتن موثرند، نمی‌گذارند که دانه‌ها از یکدیگر جدا بشوند و بتن آب بیندازد و امکان بتن‌ریزی در حجم بالای آرماتور را فراهم می‌کنند.

پرکننده‌ها نیز با کاهش دادن نسبت آب به سیمان در ترکیبات بتن آماده، در افزایش کارایی و مقاومت آن تاثیر گذارند.

زودگیر کننده‌ها؛ حرارت حاصل شده از گیرش را کمتر می‌کنند و برای بتن ریزی در دماهای بالا، بادهای شدید یا آب و هوای خشک به کار می‌روند.

دیرگیر کننده‌ها نیز، بتن را برای شرایطی با دمای کم و یخبندان مقاوم می‌کنند. البته باید دقت داشت که ممکن است میزان مجاز افزودنی‌های شیمیایی جهت رسیدن به یک ویژگی خاص در بتن متفاوت باشد.

افزودنی‌ معدنی

رنگدانه‌ها؛ که برای ساخت بتن‌های رنگی به کار می‌روند و هیچ کاربرد دیگری ندارند و پوزولان‌ها؛ که برای کاهش حرارت تولید شده، کاهش میزان سیمان، جلوگیری از آب انداختن بتن و … به ترکیبات بتن آماده افزوده می‌شوند، نیز از افزودنی‌های معدنی هستند.

انواع بتن

در این قسمت انواع بتن‌ها را معرفی می‌کنیم:

بتن معمولی

بتن معمولی مخلوطی از ماسه، آب و شن و سیمان پرتلند است. این نوع بتن همراه با آرماتور و یا بدون آن در راه‌ها، سازه‌ها و پی استفاده می‌شود. نسبت مخلوط ماسه، شن و سیمان این بتن از 1:1:2 (برای یک مخلوط قوی) تا 1:3:6 (بتن بستر یا بتن مگر) متغیر می‌باشد و ساخته شده با سیمان‌های معمولی و سنگدانه‌هاست.

بتن اکسپوز

بتن اکسپوز، به پنل‌های پیش ساخته‌ی بتنی گفته می‌شود که بر روی سطح نهایی کار در نمای داخلی، خارجی و یا کف استفاده می‌شود و بعد از نصب آن از هیچ گونه مصالح دیگری استفاده نمی‌شود. بنابراین سطح ظاهری و کیفیت پنل‌ها، اهمیت زیادی دارد.

بتن حجیم ساده

بتن ساده و حجیم به بتن‌های بدون آرماتور گفته می‌شود. از این نوع بتن برای بتن ریزی‌های حجیم مثل ساخت دیوار حایل وزنی، ساخت پی سد و غیره استفاده می‌شود.

بتن مگر

بتن مگر یا بستر، بتن ساده ای با میزان بالای شن نسبت به سیمان در مقایسه با بتن سازه ای می‌باشد. این نوع بتن در کارهای غیرسازه ای و به عنوان پرکننده و یا به عنوان لایه ای محافظ در برابر نفوذ املاح و مواد موجود در خاک بستر که برای بتن ضرر دارند، به کار برده می‌شود. بتن نظافت یا بتن مگر یا همان بتن رگلاژ کف قالب بندی فونداسیون، در حقیقت یک بتن با میزان کم سیمان است که برای آماده کردن بستر خاک برداری شده برای صفحه گذاری و آرماتوربندی اجرا می‌شود.

بتن مسلح یا بتن آرمه

بتن آرمه یا همان بتن مسلح، به بتن مسلح شده با میلگرد گفته می‌شود. برای مسلح کردن بتن از شبکه‌های توری تقویتی، میلگردهای تقویتی، الیاف تقویتی یا صفحات فلزی استفاده می‌شود. دلیل اصلی استفاده از بتن آرمه، این است که با واگذاری نیروهای کششی به میلگردها، نیروهای کششی به بتن وارد نشوند و باعث پکیدن و ترک خوردگی بتن نشوند.

بتن سازه ای

بتن سازه ای، بتنی است که برای اعضای باربر سازه استفاده می‌شود. وزن این نوع بتن در حالت متراکم تا حدود 2400 kg/m3 است و باید دارای مقاومت بالایی باشد. در صورتی که بتن سازه ای از مصالح سبک سنگی درست شده باشد، با رعایت ضوابط ویژه در زمان طراحی آن، می‌تواند از مقاومت بالایی برخوردار باشد.

بتن پیش تنیده

بتن پیش تنیده، عبارت است از ایجاد یک تنش دائمی و ثابت در یک عضو بتنی به اندازه ای لازم، به گونه ای که در اثر این تنش، کمی از تنش‌های ناشی از بارهای زنده و مرده در این عضو خنثی می‌شود و در نهایت مقاومت باربری آن بالا می‌رود. هدف اصلی استفاده از بتن پیش تنیده، ترک‌های ناشی از لنگر خمشی و کم کردن تنش‌های کششی تحت تاثیر بارهای وارد شده در آن عضو است.

بتن درجا

بتن درجا، بتنی است که در محل مصرف همیشگی خود ریخته شده و سفت می‌شود. این روش یکی از متداول‌ترین روش‌های اجرایی در سازه‌های بتنی است.

بتن خلاء

بتنی است که مقدار زیادی آب دارد تا کارایی لازم را داشته باشد و بتوان بتن را در اطراف آرماتور گذاری فشرده و یا در قالب گذاری‌های فشرده ریخت. سپس بتن تحت تاثیر خلاء قرار داده می‌شود و قسمت زیادی از آب آن برداشته می‌شود و به این ترتیب بتن در زمان سخت شدن دارای مقاومت بیشتری است.

بتن پیش ساخته

بتنی است که در کارخانه در قالب‌های جدا ریخته می‌شود و سفت می‌شود. در این نوع فرآیند، بتن پیش ساخته ای با مقاومت زیاد، کیفیت بالای قالب بندی و قیمت نسبی پایین ساخته می‌شود. این روش برای تولید بلوک‌ها، دال‌های کف، پی نرده‌های حصار، جداول راه سازی، تیرهای دیوارها و پل‌ها و غیره استفاده می‌شود.

بتن مقاوم در برابر آب

بتن ضد آب، شامل یک سطح رویی با لایه ای مقاوم در مقابل آب است، در حالی که بتن معمولی حجم داخلی بتن را تشکیل می‌دهد. با استفاده از اسپری لاک الکل می‌توان لایه ضد آب را به وجود آورد و یا با اجرای یک لایه پوشش آسفالت یا قیر روی سطح بتن و یا اجرای کربنات سدیم (جوش شیرین) محلول را درست کرد.

بتن آب بند را نیز می‌توان با ساخت بتن متراکم برای ممانعت از دخول هوا یا آب تولید کرد. بتنی که با این روش درست می‌شود به اندازه‌ی کافی آب بند است و برای مخازن آب قابل استفاده می‌باشد.

بتن خیلی متراکم

بتن خیلی متراکم برای ساخت وزنه‌های تعادل، دیوارهای حفاظتی نیروگاه های اتمی و دیوارهای دریایی با استفاده از مصالح متفاوت سنگی به کار می‌رود.

بتن الیافی

کامپوزیت‌ها در ساخت این نوع بتن، به عنوان یک فناوری نوین در صنعت ساختمان استفاده می‌شود. در واقع یکی از مواد جدیدی که جایگاه به خصوصی در ساخت و ساز دارد، الیاف تقویت کننده و افزودنی‌های بتن است. این مواد، خواص مطلوب بتن همچون مقاومت آن را بهبود می‌بخشند و در برخی موارد با کاهش دادن وزن بتن، مصالح سبکی را در اختیار مهندسین بنا قرار می‌دهند. مقاومت برشی و کششی بتن الیافی درمقایسه با بتن معمولی بیشتر است. همچنین ضخامت بتن الیافی علاوه بر داشتن کفایت در برابر بارهای دینامیکی و استاتیکی، ضریب اطمینان بالایی را در اجرا ایجاد می‌کند. بتن الیافی برای سازه‌های زیرزمینی که در معرض خوردگی، آب و رطوبت بیشتری قرار گرفته اند اهمیت بالاتری دارد. علاوه بر این بتن الیافی در مقابل بارهای دینامیکی مثل ضربه و زلزله نیز، به دلیل جذب انرژی مناسب کارایی بسیار خوبی را از خود نشان می‌دهد.

بتن حاضری

بتنی حاضری، بتنی است که در کارخانه درست می‌شود و به وسیله‌ی تراک میکسر به کارگاه برده می‌شود. در این انتقال منبع استوانه ای که بتن در آن ریخته شده است به طور پیوسته از موقع بارگیری تا تخلیه بتن در حال چرخش است. ویژگی‌های مخلوط بتن بین مصرف کننده و تولید کننده قبل از ساخت تعیین می‌شود و معمولا بتن حاصل شده با کیفیت بالا عرضه می‌شود.

بتن با مقاومت بالا (اعلا)

بتن با مقاومت بالا، به گونه ای است که مقاومت فشاری آن بیشتر از 400 kg/cm2 است. امروزه با استفاده از تکنولوژی بالا برای ساخت بتن با کیفیت، مقاومت فشاری بتن به مرز 1300 kg/cm2 رسیده است. برای ساخت بتن اعلا، بهینه کردن اجزای اصلی که تشکیل دهنده بتن می‌باشند، اهمیت زیادی دارد. بدین منظور، علاوه بر انتخاب کردن سیمان پرتلند با داشتن کیفیتی بالا، نسبت آب به سیمان نیز تغییر می‌کند و نسبت مصالح سنگی مخلوط به سیمان بهینه‌تر می‌شود.

پوزولان‌ها، مانند دوده سیلیکا و خاکستر بادی، از متداول‌ترین افزودنی‌های معدنی هستند که در بتن اعلا استفاده می‌شوند. علاوه بر این‌ها، تولید بتن اعلا بدون استفاده از مواد مضاف شیمیایی سخت است. بدین منظور از فوق روان کننده‌ها به شکل ترکیب با مواد کاهش دهنده آب در مخلوط بتن و کندگیر کننده‌ها استفاده می‌شود. بتن اعلا برای ساختمان‌های بلند که احتیاج به کاهش وزن سازه است و یا یک سری محدودیت‌ها طراح را مجبور به استفاده از اجزای سازه ای کوچک می‌کند، کاربرد بیشتری دارد.

بتن سبک

در ساخت بتن سبک، به جای ماسه و شن سیلیسی، از دانه‌هایی متخلخل مثل پوکه و یا پومیس (سنگ پا) استفاده شده و یا با روش‌هایی (مثل افزودن آلومینیوم، ژل) شرایطی فراهم می‌شود که حجم بتن افزایش پیدا کند. وزن ویژه بتن سبک 33% تا 50% وزن ویژه بتن معمولی می‌باشد، یعنی می‌توان بتنی با وزن ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب ساخت، که بر روی آب شناور بماند. این نوع بتن برای سقف کاذب، دیوارهای جدا کننده، نماسازی و یا مکان‌هایی که مقاومت خیلی مطرح نباشد، استفاده می‌شود.

بتن سنگین

بتن سنگین، برای استفاده در ساخت نیروگاه‌های هسته ای و برای جلوگیری از بروز آلایندگی محیط زیست و نشت‌های اتمی طراحی می‌شود. برای ساخت اینگونه بتن‌ها به جای ماسه و شن، از خرده‌های فولاد، سولفات باریم و یا چدن استفاده می‌شود تا از نشت پرتوهای آسیب زا مثل گاما، ایکس و پرتوهای دیگر پیشگیری شود. وزن ویژه بتن سنگین ۵/۱ تا ۵/۲ برابر بتن معمولی است.

بتن شاتکریت (بتن پاشیده)

بتن شاتکریت، فرایندی است که در آن ملات یا بتن با سرعت و فشار بالا بر روی سطح پاشیده می‌شود تا لایه ای خود نگهدار، متراکم و باربر ایجاد شود. بتن پاشیده شامل دو نوع تر و خشک است. بتن پاشیده را می‌توان وسیله ای موثر، اقتصادی و پایا برای کنترل زمین، کارهایی مانند بازسازی سازه‌های بتنی، ساخت پوشش‌های بتنی نگهداری اولیه در تونل سازی، پایدارکردن شیب‌های خاکی و سنگی و پایدارکردن خیلی از سازه‌های زیرزمینی دیگر دانست.

بتن شفاف

استفاده از تکنولوژی نانو، امکان ساخت بتن شفاف را ایجاد کرده است که تحولی بزرگ در زمینه طراحی سازه‌های شهری مانند پل ها ایجاد کرده است. این نوع بتن با اضافه کردن فیبرهای شیشه به مخلوط خرده سنگ، آب و سیمان به شکلی متفاوت با شیوه سنتی برای تولید بتن، محصولی فوق العاده را به وجود آورده است.

جمع بندی

پیمانکاران و مهندسان، از گذشته تا به حال، به دنبال بهترین متریال برای استفاده در ساخت و ساز بوده‌اند. بتن توانسته است از ۱۳۰۰ سال قبل از میلاد مسیح تاکنون، نقش زیادی در صنعت ساخت و ساز داشته باشد و همچنین توانسته است توجه سازندگان را به خود جلب کند. بتن به دلیل داشتن خصوصیات فیزکی و مکانیکی خوب، به ماده‌ای پرکاربرد تبدیل شده است. همچنین بتن‌ از یکپارچگی بالا، مقاومت فشاری بالا و تغییرشکل‌هایی خوب که قابلیت کنترل دارند نیز برخوردار می‌باشد.

البته نحوه ساخت، شرایط محیطی، جنس مواد و… می‌تواند در رفتار بتن موثر باشد. از این رو محققان، به طور پیوسته با اضافه کردن موادی به بتن و یا تغییر طرح اختلاط‌ها، در پی بهبود رفتار آن در شرایط مختلف می‌باشند. به همین دلیل بتن با طرح‌اختلاط‌‌های مختلف، در انواع گوناگونی وجود دارد.

امیدواریم توانسته باشیم اطلاعاتی کاربردی و مفید را در خصوص بتن و انواع آن، در اختیار شما قرار داده باشیم. نظرات و انتقادات خود را در مورد این مقاله، با ما به اشتراک بگذارید.