بتن؛ تاریخچه و ویژگی ها
بتن یکی از مصالح ساختمانی پرکاربرد در ساخت و ساز است. این ماده به دلیل ویژگی هایی چون دوام و استحکام قرن هاست که مورد استفاده قرار گرفته است.
بتن و ویژگی های آن
بتن یکی از مصالح ساختمانی پرکاربرد در ساخت و ساز به شمار می رود که نقش آن در تامین دوام و استحکام سازه انکارناپذیر است. این ماده پس از آب، بیشترین استفاده را روی کره زمین دارد. تنوع کاربرد، مقاومت، پایداری و هزینه مناسب بتن، آن را به یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی در دنیا مبدل کرده است. بتن‌های معمولی از ترکیب آب، سیمان و سنگدانه با نسبت‌های معین ساخته می‌شوند. البته به منظور تغییر خواص بتن در برخی از موارد، سایر افزودنی‌های دیگر نیز در ترکیب آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تاریخچه استفاده از بتن
پیشینه استفاده از بتن بسیار طولانی است و نخستین بار در حجم عظیم به وسیله رومیان باستان مورد استفاده قرار گرفته است. قدیمی‌ترین اثر از یک سازه بتنی، مربوط به حدود ۷ هزار سال پیش از میلاد گزارش شده که در سال 1985 میلادی و طی یک عملیات راه‌سازی در فلسطین کشف شده که این سازه، یک کف بتی آهکی است که احتمالا از حرارت دادن به سنگ آهک و ترکیب کردن آن با آب و سنگدانه ساخته شده است. بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که بلوک‌های سنگی مورد استفاده در ساخت هرم بزرگ جیزه (2500 سال پیش از میلاد)، توسط یک ماده سیمانی به هم متصل شده‌اند. همچنین گنبد «پانتئون» یکی از بزرگترین گنبدهای جهان با بتن غیرمسلح ساخته شده است.
حدود 500 سال قبل از میلاد، هنر ساخت ملات آهکی در یونان باستان شکل گرفت. این نوع ملات به صورت گسترده در ساخت قصرها و معابد یونانی به کار گرفته می‌شد. حدود سال 200 قبل از میلاد، رومی ها یک نوع خاص از خاکستر آتشفشانی استخراج شده از محدوده «پوتزولی» واقع در کشور ایتالیا را با آهک مخلوط کرده و دریافتند که این ترکیب مقاومت بیشتری نسبت به مواد ساخته شده پیشین دارد که بعدها این ماده با نام «پوزولان» شناخته شد. بسیاری از سازه‌های پوزولانی که توسط یونانی‌ها، رومی‌ها، هندیان و مصریان که هزاران سال پیش ساخته شده‌اند، هم اکنون قابل مشاهد هستند. همین موضوع، پایداری بسیار خوب سازه‌های بتنی و دلیل تداوم استفاده از آن را طی چند هزار سال گذشته تا امروز به خوبی نشان می دهد.
بتن چیست؟
بتن (Concrete)یک ماده چسبنده که عموما حاصل فعل و انفعال سیمان های هیدرولیکی و آب است. به عبارت دیگر، ماده ای ترکیبی است که در حالت عادی به صورت روان است، ولی با گذشت زمان سخت شده و به جسمی مقاوم و محکم تبدیل می شود. بتن در حقیقت ترکیبی از شن، ماسه یا سنگ‌های خردشده با دانه‌بندی‌های مختلف (سنگدانه‌های ریز و درشت) است که توسط یک خمیر سیمانی به یکدیگر متصل می شوند.
بتن از نظر نوع موادی که در ساخت آن به کار رفته، دارای انواع گوناگونی است و با توجه به مکان و استحکام مورد نظر در انواع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. انتخاب نوع بتن بر اساس ویژگی هایی مانند دوام، مقاومت گرمایی و شیمیایی، چگالی و کاربرد صورت می گیرد، بدین ترتیب برای هر سازه متفاوت، نوع خاصی از بتن به کار گرفته می شود.
اجزای تشکیل دهنده بتن
بتن از سیمان، سنگ دانه و آب ساخته می شود. هر یک اجزا تشکیل‌دهنده این ماده، وظیفه خاص خود را برعهده دارند. وظیفه سیمان، تبدیل کردن حالت بتن از مایع به جامد است.
سنگدانه ها بیشترین سهم را در مخلوط بتن به خود اختصاص داده اند. سنگدانه‌های بتن، ترکیبی از شن (ذرات درشت) و ماسه (ذرات ریز) با دانه‌بندی مشخص است. سنگدانه‌ها توسط خمیر سیمانی در کنار یکدیگر نگه داشته می‌شوند. این مواد، 70 تا 80 درصد وزن بتن را تشکیل می‌دهند. استفاده از سنگدانه‌هایی با اندازه و کیفیت مناسب و بهینه، خواص نهایی بتن را بهبود می‌بخشد.
زمانی که آب با سیمان ترکیب می شود فرآیندی به نام هیدراتاسیون رخ می دهد. این فرآیند شیمیایی باعث سفت و سخت شدن مخلوط بتن می شود. مخلوط آب و سیمان حفره های بین سنگدانه ها را پر می کند و آنها را به یکدیگر می چسباند. اگر میزان آب مصرفی نسبت به سیمان کمتر باشد، بتن پایدارتر می شود، ولی اگر این میزان بیشتر باشد، اسلامپ بتن افزایش می یابد.
ویژگی های بتن
بتن یکی از رایج ترین و پر مصرف ترین مصالح در سراسر دنیا است. از جمله دلایلی که باعث می شود که بتن به عنوان ماده ای پایدار در صنعت ساخت و ساز به کار گرفته شود، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
دوام بالا
زمان تولید و عمل آوری بتن با توجه به شرایط آب و هوایی و میزان مقاومت مورد نظر از استانداردهای لازم تبعیت می شود. از همین رو بتنی که با رعایت تمام اصول تولید می شود از دوام و عمر بالایی برخوردار بوده و سال ها بدون اینکه دچار عیب و ایراد شود، به همان شکل اولیه باقی می ماند.
مقاومت بتن در برابر عوامل مختلف بسیار بالاست، بنابراین می توان از استحکام و دوام آن اطمینان داشت. یکی از کاربردهای بتن، استفاده آن در اجرای دال بتنی است. دال بتنی نوعی سازه یکپارچه از بتن و فولاد است که برای ایجاد سقف یا کف سازی کاربرد دارد. دوام و استحکام این سازه به دلیل استفاده از بتن در آن بسیار طولانی است.
قابلیت دسترسی آسان
موادی مورد نیاز برای ساخت بتن به راحتی قابل دسترسی هستند. برای نمونه شن و ماسه که از اجزای اصلی تشکیل دهنده بتن به شمار می روند، در تمام نقاط کشور وجود دارند. علاوه بر آن تهیه مواد اولیه بتن با قیمت مناسب میسر است.
شکل پذیری مورد نظر و ایده آل
با توجه به این موضوع که بتن حالتی روان دارد و در هر قالبی ریخته شود، شکل آن را به خود می گیرد، بنابراین بتن را می توان در مکان ها و شکل های مختلف مورد استفاده قرار داد.
مقاوم در برابر حرارت
بتن در برابر آتش و حرارت مقاومت بسیار بالایی دارد، از همین رو ساختمان هایی که با بتن مسلح ساخته می شوند، اگر بتن پوشش محافظتی داشته باشد ساعت ها در برابر آتش مقاومت دارند.
مقاومت فشاری بالا
بتن مقاومت فشاری بسیار بالایی دارد، از همین رو در تمام سازه ها می توان از این ماده استفاده کرد. بتن قابلیت تحمل فشارهای بسیار بالا را دارد و دچار آسیب نمی شود.
عوامل تاثیرگذار بر میزان کارایی بتن
میزان کارایی بتن به عوامل مختلفی بستگی دارد که در ادامه به معرفی آنها می پردازیم.
نسبت آب به سیمان در بتن
نسبت آب به سیمان بر کارایی بتن تاثیرگذار است. افزایش میزان سیمان سبب افزایش نیاز بتن به آب برای رسیدن به کارایی مورد نظر می شود، در حالی که سیمانی که از عیار پایین تری از سیمان برخوردار است، به آب کمتری برای رسیدن به کارایی مورد نظر نیاز دارند.
- نوع عملیات ساخت‌وساز
- روش ترکیب بتن
- ضخامت بخشی از بتن
- میزان تقویت بتن
- روش متراکم‌سازی بتن
- فاصله حمل بتن تا محل انجام کار
- روش قرارگیری بتن
- شرایط محیطی
راهکارهای بهبود میزان کارایی بتن
برای بالا بردن میزان کارایی بتن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- افزایش میزان آب به سیمان
- استفاده از توده حجیم تر
- استفاده از توده ای با شکل منظم و کاملا گرد به جای اشکال نامنظم
- افزایش مدت زمان و دمای اختلاط
- استفاده از مصالح با خاصیت غیرمتخلل و اشباع
- افزودن ترکیبات مناسب
- استفاده از مواد حباب‌ساز
- کارایی مطلوب بتن برای ساخت‌وساز.
افزودنی های بتن
افزودنی‌های بتن، موادی هستند که پیش از مخلوط کردن یا حین مخلوط کردن به ترکیبات بتن اضافه می‌شوند. هدف از بکارگیری این مواد تغییر خواص، کاهش هزینه، بهبود کیفیت و افزایش بهره‌وری حین عملیات‌های اختلاط، انتقال، بتن‌ریزی و گیرش است. امروزه در بسیاری از مخلوط‌های بتن، یک یا چند افزودنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. هزینه افزودنی‌ها به نوع و کیفیت آنها بستگی دارد. به صورت کلی، افزودنی‌ها به دو گروه شیمیایی و معدنی تقسیم می‌شوند.
افزودنی‌های شیمیایی بتن، به ۶ دسته دیرگیر کننده، حباب‌ساز، کاهنده آب، تسریع‌کننده، کاهنده جمع‌شدگی، روان‌کننده و ضدخوردگی تقسیم می‌شوند.
افزودنی‌های همچون خاکستر بادی، فوم سیلیکا، سرباره کوره آهن‌گدازی، خاکستر پوسته برنج و متاکائولین به عنوان پرکاربردترین افزودنی‌های معدنی بتن به‌شمار می‌روند.
