اجزا و کاربرد بتن چیست؟ – انواع و طرز ساخت آن

خواندن این مطلب 8 دقیقه زمان میبرد

اجزا و کاربرد بتن بسیار متنوع و گوناگون می باشد، در واقع این ماده از جمله پر کاربرد ترین مصالح ساختمانی است که به دست بشر ساخته شده است. حاصل ترکیب مقدار معین و مشخصی سیمان، ماسه، شن، آب و در بعضی از موارد افزودنی های دیگر، ماده سخت و سنگ مانندی است که بتن نام دارد. بتن ها در صورتی که با مواد افزودنی مخلوط شوند، می توانند کاربردها و خواصی متفاوت از بتن معمولی داشته باشند. بتون به این دلیل به عنوان پر کاربرد ترین ماده ساختمانی شناخته می شود که کاربرد، پایداری و مقاومت زیادی داشته و هزینه آن به نسبت دیگر مصالح ارزان تر است. در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به توضیح اجزا و کاربرد بتن و اطلاعات دیگری از جمله تاریخچه پیدایش، انواع، خواص، افزودنی ها، مزایا و معایب آن می پردازیم.

فهرست مطالب :

۱- بتن (بتون) چیست؟

۲- اجزا و کاربرد بتن و تاریخچه آن

۳- مواد تشکیل دهنده بتن

۱-۳- سیمان

۲-۳- آب

۳-۳- سنگدانه ها

۴- نحوه ساخت بتن

۵- افزودنی های بتن

۱-۵- افزودنی های معدنی

۲-۵- افزودنی های شیمیایی

۶- انواع بتن ها

۱-۶- بتن معمولی

۲-۶- بتن با کارایی بالا

۳-۶- بتن آرمه

۴-۶- بتن سبک

۵-۶- بتن الیافی

۷- اجزا و کاربرد بتن

۱-۷- ساختمان سازی

۲-۷- جاده و پیاده رو

۸- مزایا و معایب بتن ها

۱- بتن (بتون) چیست؟

تقریبا در همه پروژه های ساختمان سازی و عمرانی از بتن استفاده می شود. این ماده که مصنوعی و کامپوزیت است، از ترکیب چند ماده مختلف ساخته شده و ترکیب آن را می توان از طریق فرمول زیر محاسبه کرد. سنگدانه های ماسه و شن (۶۵ تا ۷۵ درصد) + سیمان پرتلند (۱۰ تا ۱۵ درصد) + آب (۱۵ تا ۲۰ درصد).

حاصل ترکیب آب و سیمان پرتلند ماده ای خمیری شکل است که با افزودن سنگدانه های شن و ماسه به این ترکیب بتن تشکیل می شود که ماده ای بسیار سخت و مستحکم است. سیمان پرتلند که در این ترکیب استفاده می شود در واقع سیمانی است که در بیشتر بتن ها استفاده می شود.

۲- اجزا و کاربرد بتن و تاریخچه آن :

بنا ها و سازه های باستانی نشان می دهند که استفاده از بتن به حدود ۷۰۰۰ سال قبل از میلاد باز می گردد. در واقع در گذشته اقوام بابلی و آشوری سنگ، شن، ماسه و رس را با یکدیگر مخلوط می کردند و از ترکیب سخت حاصله برای ساختن سازه های مورد نظرشان استفاده می کردند. در واقع در آن زمان و در همه جای جهان، استفاده از ترکیب آب، سنگ آهک، شن و ماسه برای ساخت سازه ها مرسوم بوده است. البته این رومی ها بودند که در اوایل قرن اول برای اولین بار سیمان را کشف کردند و موجب به وجود آمدن بتون به شکل امروزی آن شدند.

رومی ها با مشاهده آتشفشانی به نام Campi Flegrei که در نزدیکی شهر پوزولوی واقع است، که در آن غبارهای ناشی از آتش فشان به محض ترکیب با آب به یک ماده سخت و سنگی تبدیل می شدند، و از آنجایی که این خاکستر از جنس اکسید های سیلیس و آهک بود به محض ترکیب با آب به ماده ای که امروزه آن را سیمان می نامیم تبدیل می شد، به فکر استفاده از این ماده برای مصارف خود افتادند. در واقع مهندسان رومی با مشاهده این پدیده، شروع به تحقیق درباره آن کردند و توانستند از این ماده محکم و با دوام را در ساخت و ساز های خود مثل بناهای پارتنون و کولوسئوم، اسکله، حمام ها، بندرگاه ها و سازه های دیگر استفاده کنند. اختراع سیمان پرتلند نیز توسط جوزف آسپدین انگلیسی و در سال ۱۸۲۴ انجام گرفت که این سیمان تقریبا در ترکیب تمام بتن های امروزی استفاده می شود.

۳- مواد تشکیل دهنده بتن :

سنگدانه های ریز و درشت، شن، ماسه و آب که با خمیر سیمانی به هم می چسبند از جمله ترکیبات بتن هستند. اجزا و کاربرد بتن به مقدار مواد مورد استفاده در آن بستگی دارد که ترکیبات آن معمولا شامل موارد زیر می شود.

۱-۳- سیمان :

یکی از سیمان های مورد استفاده برای ساختن اکثر بتن ها سیمان پرتلند می باشد، البته در ساخت بعضی از بتن ها مثل بتن آسفالتی ممکن است موادی مثل خاکستر بادی یا سیمان سرباره به ترکیب اضافه شوند، این افزودنی های معدنی می توانند به طور مستقیم در ساخت بتن استفاده شوند یا از قبل با سیمان ترکیب شوند. همان طور که قبلا هم گفتیم برای استفاده های معمول، اکثرا از سیمان پرتلند استفاده می شود که عضو اصلی و پایه ملات، بتن و بیشتر پلاسترها می باشد. نسبت به بقیه اجزا تشکیل دهنده بتن تولید کردن سیمان وقت، انرژی و تخصص بیشتری می طلبد.

۲-۳- آب :

یکی دیگر از ترکیبات اصلی بتن آب است که در ساخت بیشتر بتن ها (به جز آسفالت که در آن سیمان با آب ترکیب نمی شود)، استفاده می شود. آب بعد از ترکیب با سیمان با تشکیل دوغابی، بدان قابلیت شکل دهی می دهد. وقتی آب با سیمان ترکیب شده و واکنش می دهد، هیدراته و سفت می شود، این هیدراته شدن باعث چسبیدن ترکیبات به یکدیگر شده و ماده ای سخت، سنگی و مستحکم ایجاد می کند. سنگدانه ها توسط چسب سیمانی به هم متصل شده و حفرات هوای آن ها توسط این ماده پر می شود که این امر موجب جریان یافتن آسان تر این ماده در ترکیب می شود.

۳-۳- سنگدانه ها :

این سنگدانه هایی مثل شن درشت، سنگ های خرد شده ای مثل آهک و گرانیت و ماسه ها هستند که ۷۰ درصد ترکیبات بتن را تشکیل داده و نقش بسیار مهم و پر رنگی در ساخت آن دارند. مقدار آب و سیمان در ترکیب بتن به اندازه سنگدانه ها بستگی دارد. اگر برای تهیه بتن از سنگدانه هایی با سایز متفاوت استفاده کنیم، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود زیرا مقدار کمتری ملات استفاده می شود. مثلا اگر سنگدانه هایی که استفاده می کنیم درشت باشند باید با سنگدانه های ریز تر فضای خالی بین را پر کنیم و در مرحله بعد برای چسباندن سنگدانه ها به هم ملات را اضافه کنیم. یکی دیگر از راه های کاهش هزینه تولید بتن استفاده از سنگدانه های بازیافتی است که حاصل تخریب بنا ها یا حفاری هستند.

۴- نحوه ساخت بتن :

بتن ها از ترکیب خمیر سیمانی با سنگدانه های ریز و درشت تشکیل می شوند که بسته به نوع ساخت و ساز اندازه سنگدانه ها می تواند متفاوت باشد. ذراتی که روی الک ۴.۷۵ میلی متر بمانند، ماسه و ذراتی که از این الک رد شوند، شن نامیده می شوند. خمیر سیمانی نیز که همان ترکیب آب و سیمان است، باید با نسبت مناسبی با سنگدانه ها مخلوط شود تا سازه ما مقاومت مورد انتظار را داشته باشد. مثلا اگر نسبت خمیر به سنگدانه زیاد باشد، سازه ای با سطح صاف ولی فضای خالی زیاد خواهیم داشته که این امر موجب افزایش ترک های بتن و افزایش هزینه های ساخت خواهد شد. بتن خوب و مرغوب بتنی است که نسبت آب به سیمان آن کم باشد.

۵- افزودنی های بتن :

مواد افزودنی بتن می توانند افزودنی های شیمیایی یا معدنی باشند که به محصولات بتنی اضافه می شوند تا خاصیت های جدیدی به آن اضافه کنند یا خاصیت های آن را تغییر دهند.

۱-۵- افزودنی های معدنی :

انواع افزودنی های معدنی بتن شامل موارد زیر می شود.

* بخار سیلیس

* خاکستر بادی

* سرباره کوره بلند

* خاکستر پوسته برنج

۲-۵- افزودنی های شیمیایی :

افزودنی های شیمیایی شامل موارد زیر می باشد که به توضیح آن ها می پردازیم.

* تسریع کننده ها :

این مواد باعث افزایش سرعت هیدراتاسیون سیمان شده و سرعت توسعه مقاومت را بیشتر می کنند.

* کند گیرکننده ها :

این مواد سرعت گیرش خمیر سیمان را کاهش می دهند و آن را به تعویق می اندازند.

* کاهنده آب :

بدون این که نسبت آب به سیمان را افزایش دهیم می توانیم با استفاده از کاهنده آب کارایی بتن یا ملات را افزایش دهیم و یا می توان از طریق کاهش آب نسبت به سیمان در مخلوط، کارایی بتن را حفظ کرد.

* حباب زا :

با افزودن حباب زاها، حباب های هوای ریز در هنگام بتن ریزی مخلوط به وجود می آیند و موجب افزایش مقاومت بتن نسبت به ذوب و انجماد می شوند.

۶- انواع بتن ها :

اجزا و کاربرد بتن های مختلف بنابر نیازهای ساختمانی و عمرانی با یکدیگر متفاوت است که به توضیح متداول ترین انواع آن ها می پردازیم.

۱-۶- بتن معمولی :

بتن معمولی از متداول ترین و محبوب ترین انواع بتن است. این ماده حاصل مخلوط شدن آب، سیمان و سنگدانه های ریز و درشت است که ۳۰ تا ۹۰ دقیقه زمان برای گیرش آن نیاز بوده و مقاومتی بین ۲۰ تا ۴۰ مگا پاسکال دارد. ۲۸ روز بعد از عمل آوری این بتن مقاومت فشاری آن بین ۷۵ تا ۸۰ درصد تأمین می شود، ۹۰ روز بعد نیز مقاومت فشاری آن به ۹۵ درصد می رسد.

۲-۶- بتن با کارایی بالا :

مقاومت، کارایی و دوام این بتن در برابر بتن معمولی بسیار بیشتر بوده و خواص مکانیکی قابل توجهی دارد، از جمله این که مقاومت آن در شرایط دشوار و در برابر خزش، ترک خوردگی و جمع شدن بسیار زیاد است. مقاومت فشاری آن بین ۴۰ تا ۸۰ مگا پاسکال می باشد.

۳-۶- بتن آرمه :

این بتن که با مقاومت فشاری بالا تولید می شود، با فولاد ترکیب شده است که فولاد موجب مقاومت بسیار بالا، تحمل تنش های مختلف با فشار بالا شده و سختی زیادی به این ماده می بخشد.

۴-۶- بتن سبک :

بتن هایی که جزء بتن های سبک محسوب می شوند مثل فوم بتن، بتن هوادهی اتوکلاو و بتن هایی با سنگدانه سبک، تراکمی کمتر از ۲۴۰ کیلوگرم در متر مربع دارند. امکان خزش و جمع شدن این بتن ها بسیار زیاد است ولی به بهبود توانایی های حرارتی و مقاومت در برابر آتش و گرما کمک می کند.

۵-۶- بتن الیافی :

این نوع بتن در ساختارش الیاف تقویت کننده دارد، به همین دلیل هم مقاومت کشش آن به نسبت زیاد است. همچنین بتن الیافی جزء کامپوزیت ها دسته بندی می شود. استفاده از بتن الیافی در تولید سطوح مقاومی مرسوم است. زیرا شکل پذیر بوده و پیوستگی و یک پارچگی زیادی دارد و قابلیت جذب انرژی آن قابل توجه است.

بتن اسفجی، بتن قابل پمپاژ، بتن مکیده، بتن هوشمند، بتن شیشه ای، بتن خود متراکم، بتن تنیده، بتن پیش تنیده و بتن پلیمری از دیگر انواع بتن ها هستند.

۷- اجزا و کاربرد بتن :

اجزا و کاربرد بتن متنوع است و این ماده کاربرد های بسیار زیاد و قابل توجهی از جمله موارد زیر را دارد که به توضیح برخی از این موارد می پردازیم.

* آبگذر و فاضلاب ها

* ساخت پل ها

* تونل های زیر زمینی

* ساخت سد

* تهیه خاکریز از بتن

* ساختمان سازی

* جاده و پیاده روها

۱-۷- ساختمان سازی :

ایمنی و دوام ساختمان های بتنی نسبت به سایر ساختمان ها بسیار بیشتر است، همچنین از آنجایی که اجزا و کاربرد بتن ها متنوع است، انتخاب بتن متناسب با نوع ساختمان (اداری، تجاری یا مسکونی) نقش بسیار مهمی در افزایش امنیت و بهره وری ساختمان دارد.

۲-۷- جاده و پیاده رو :

از آنجایی که پیاده روهای خیابان و کوچه ها در معرض عوامل فیزیکی بسیاری هستند، استفاده از بتن برای ساخت آن ها گزینه مناسبی است تا دوام بیشتری داشته باشند. همچنین بیشتر از ۶۰ درصد بزرگراه ها از جنس بتن هستند، که انتخاب بتن برای ساخت آن ها به دلیل همان استحکام و دوام بالای این ماده است.