بتن آرمه یک کامپوزیت همه کاره و پرکاربرد در ساخت و سازهای مدرن
«بتن آرمه» یا «بتن مسلح» یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که از بتن و فولاد ساخته شده و در برابر فشار و کشش مقاومت بالایی از خود نشان می دهد
بتن آرمه یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی به شمار می رود. روش‌های بسیاری برای استفاده از بتن در پروژه‌های ساختمانی وجود دارد. بتن از آب و سیمان ساخته شده و برای ساخت باندها، بزرگراه ها، تاسیسات نظامی، بلوک‌ها، تیرها، روسازی‌ها و... مورد استفاده قرار می‌گیرد. نوع بتن بدون آرماتور «بتن ساده» گفته می‌شود. در قرن ۱۹روش ایجاد بتن با افزودن به مواد تقویت کننده سیمان بهبود پید کرد. این ترکیبات کمک کرد تا از برخی معایب بتن ساده مانند خطر ترک خوردگی، مقاومت کششی کم، غیرقابل انعطاف و سایر موارد پیشگیری شود.
بتن ماده ای است که در برابر فشار مقاوم می کند، ولی از کشش پشتیبانی نمی کند. از سویی فولاد ماده ای است که هم در برابر کشش و هم در برابر فشار مقاوم دارد. ترکیب این دو ماده را «بتن آرمه» یا «بتن مسلح» می‌نامند.
بتن آرمه بتنی است که حاوی مقدار معینی از مواد تقویت کننده (فولاد و...) است. همیشه از این بتن در مواردی استفاده می شود که وزن بسیاری را تحمل کند؛ برای نمونه در ستون‌ها، تیرها، پایه ها، صفحات و... زیرا بتن به تنهایی در فشرده سازی و کشش ضعیف است، در حالی که میله های فولادی هم از نظر کشش و هم از نظر فشار قوی هستند.
تاریخچه بتن آرمه
ویلیام وارد در آمریکا، اولین ساختمان بتن آرمه را در سال ۱۸۷۵ میلادی در نیویورک بنا کرد. همچنین تادیوس هیئت که در ابتدا یک وکیل بود، در دهه ۱۸۵۰ تجربه هایی را در مورد تیر بتن آرمه انجام داد. وی میله‌های آهنی را در ناحیه کششی تیر قرار داد و در نزدیکی تکیه‌گاه آن را به طرف بالا خم و در ناحیه فشاری مهار کرد. وی همچنین میله‌های قائمی را در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها برای تحمل برش به کار گرفت. هیئت در سال ۱۸۷۷ میلادی یک کتاب ۲۸ صفحه‌ای در ارتباط با موضوع تحقیقات خود انتشار کرد.
همچنین کویگنت یک مهندس فرانسوی، نخستین کسی بود که از بتن آرمه در ساخت سازه‌های گوناگون بهره گرفت و در سال ۱۸۵۳ میلادی یک ساختمان چهار طبقه در حومه شمالی شهر پاریس و نزدیک به کارخانه سیمان خانوادگیش را ساخت. این سازه نخستین سازه بتن مسلح جهان به شمار می رود که توسط معمار محلی تئودور لاشز طراحی شده است.
کاربرد بتن آرمه
بتن آرمه یک کامپوزیت همه کاره و پرکاربردترین مواد در ساخت و سازهای مدرن محسوب می شود. از این نوع بتن معمولا برای ساختن پایه‌های ساختمان ها، در ساخت بزرگراه ها، جاده ها، سازه های پیش ساخته، سازه‌های شناور و تونل های برقابی، زهکشی ها، کانال های آبیاری و سایر سازه های استفاده می کنند.
البته امروزه بتن مسلح عمدتا برای ساختمان ها و پل ها مورد استفاده قرار می گیرد. چنین پروژه هایی ممکن است طیف گسترده ای از اعضا را شامل شود، مانند:
- اعضای نوع صفحه: صفحات افقی (دال، تخته‌های عرشه پل و دال های پایه ریفت) یا عمودی (به‌عنوان نمونه دیوارهای برشی و دیواره های اصلی در اطراف موارد راه پله یا آسانسور)
- اعضای خطی: مانند تیرها، ستون ها یا شمع ها.
ویژگی بتن آرمه
یکی از معایب اصلی بتن، مقاومت کششی پایین آن است که این ویژگی منجر به ترک خوردن سطوح بتونی می‌شود که به نوبه خود به مشکلاتی چون زیبایی سازه مانند انحراف زیاد تیرها یا اسلب ها و همچنین مشکلات یکپارچگی سازه در حالت حد نهایی می گردد.
از سویی، فولاد تقویت کننده و دارای استحکام کششی به نسبت بالاست. با این حال، زمانی که میلگرد به تنهایی به کار گرفته می‌شود، زمانی که تحت فشار قرار می گیرد به دلیل کمانش زودرس از کار می‌افتد. به همین دلیل، استفاده از آرماتور هم از نظر کششی و هم از نظر فشار دارای استحکام هستند. بنابراین بتن مسلح یک ماده ساختمانی محسوب می شود که در برابر فشار و کشش مقاومت می کند. به عبارتی یک تیر بتن مسلح می تواند بارهای بسیار بیشتری را نسبت به تیر بتنی غیرمسلح تحمل کند.
معایب و مزایایی بتن آرمه
همان گونه که بتن مسلح در فشرده سازی و کشش خوب عمل می کند، اما هزینه ساخت آن چندین برابر افزایش می یابد، اما به صورت کلی یک مصالح ساختمانی محبوب به شمار می رود، چراکه بسیار قوی، سازگار، بادوام و پرکاربرد است.
مزایا
بتن مسلح دارای مزایایی زیر است:
- قدرت: مقاومت بسیار خوبی در کشش و همچنین فشرده سازی دارد. این امر بتن را به عنوان مصالح ساختمانی موردنظر تبدیل می کند.
- اقتصادی: ترکیبات بتنی به صورت گسترده در سراسر دنیا، ارزان قیمت است. به همین ترتیب، هزینه تولید بتن بسیار کم است. با استفاده از بتن مسلح اقتصاد کلی وجود دارد، زیرا هزینه نگهداری آن به‌دلیل ماندگاری بالای بتن مسلح کم است.
- دوام: انعطاف پذیری، نیاز به نگهداری کم و راندمان انرژی، سازه های بتنی هزینه های عملیاتی مربوط به مصرف انرژی عملیاتی، تعمیر و نگهداری و بازسازی به‌دنبال بروز بلایای طبیعی را کاهش می دهند.
- تطبیق پذیری: این نوع بتن را می توان در شکل های مختلف قالب بندی کرد تا شکل ها، سطح، بافت و اندازه های مورد نظر را از آن ساخت. از آنجا که بتن تازه قابل جریان است و حالت مایع دارد، از همین رو برای نیازهای معماری مناسب‌تر است.
- دوام: سازه های بتنی مسلح اگر به درستی طراحی و ساخته شوند، دوام بسیار بالایی دارند. این ماده تحت تأثیر آب و هوا مانند بارندگی و برف قرار نگرفته و تا ۱۰۰ سال دوام دارند.
- مقاومت در برابر آتش: ماهیت بتن اجازه نمی دهد که آتش بگیرد. این مصالح ساختمانی می تواند در برابر گرما به مدت ۲ تا ۶ ساعت مقاومت کند و سبب می شود زمان کافی برای عملیات نجات در صورت بروز آتش سوزی وجود داشته باشد. بنابراین ساختمان های بتنی آرمه نسبت به سایر مصالح ساختمانی مانند فولاد و چوب، در برابر آتش مقاوم هستند.
- مقاومت لرزه ای: سازه های بتنی تقویت شده اگر به درستی طراحی شده باشند، در برابر زلزله بسیار مقاوم هستند.
- انعطاف پذیری: آرماتور فولادی، شکل پذیری را به سازه های بتنی مسلح می بخشد. انعطاف پذیری بتن را قادر می کند در صورت بارگیری بیش از حد عضو بتنی، نشانه ای مانند ترک خوردگی و انحراف را بروز دهد. این امر مهندسان را قادر می کند تا اقدام های مناسب را برای پیشگیری از صدمات بیشتر بتن در نظر بگیرند.
- سهولت ساخت و ساز: بتن آرمه در مقایسه با ساخت سازه با فولاد، به نیروی کار کمتری نیاز دارد.
- توانایی مصرف و بازیافت زباله: بتن را می توان به عنوان مصالح زیربنایی برای استفاده به عنوان مواد زیر پایه در بسترهای جاده و پارکینگ، برای دیوارهای گبیونی و به عنوان مصالح برای محافظت از خط ساحلی یا در کاربردهای دیگر بازیافت کرد.
- برنامه چندحالته: یکی از مهمترین مزایای بتن، قابلیت استفاده در روش های مختلف کاربردی است. بتن به صورت دستی استفاده، ریخته، پمپ، تزریق می‌شود و همچنین برای کاربردهای پیشرفته مانند باندشکن و تونل مورد استفاده قرار می‌گیرد.
معایب:
بتن مسلح همراه با معایب زیر است:
- سازه های بتنی آرمه سنگین تر از سایر سازه هایی همچون فلزی، چوبی و شیشه ای هستند.
- ساختمان های بتنی به قالب های عظیم، مرکزسازی نیاز دارند.
- ساخت بتن برای به دست آوردن قدرت کامل خود زمان می برد. از همین رو برخلاف سازه های فلزی، بلافاصله پس از ساخت، نمی توان از آن استفاده کرد.
