نیازمندی های صنعت بتن
نیازمندی های صنعت بتن

فهرست مطالب

مقدمه

خواص بتن سنگین وزن یا بتن چگال و ویژگی های فوق العاده آن، موجب شده است تا این ماده یکی از پر کاربرد ترین انواع بتن در صنعت عمران و ساختمان محسوب شود. می توان گفت از زمانی که بشر با خواص این اختراع(بتن) آشنا شد، دیگر نتوانست خواص بی نظیر آن همچون استحکام و مقاومت بالا را نادیده بگیرد.

بتون، در مفهوم بسیار وسیع به هر ماده یا محصولی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد اطلاق می شود. این ماده چسبنده عموماً حاصل فعل و انفعال سیمان های هیدرولیکی و آب می باشد.

بدون شک امروزه بتون جایگاه بسیار ویژه ای در صنعت ساختمان دارد و دلیل آن پاسخگو بودن آن به ضرورت های فنی و اقتصادی و زیست محیطی آن، همچنین در دسترس بودن مصالح و خواص ویژه آن می باشد.

شاید به دلیل کاربرد وسیع بتن در صنایع مختلف است که بعد از استفاده ی معماران روم باستان از بتن در ساختمان های پانتئون و کلوسئوم همچنین با رونق گرفتن تولید بتن و آشنایی با انواع آن در قرن 20 میلادی، استفاده از این ماده برای انواع ساختمان های زیر، رونق پیدا کرد. 

انواع ساختمان ها

پل ها

تجهیزات صنعتی

حتی تجهیزات پزشکی و غیره.

در یک توضیح کلی باید خاطر نشان کرد که این ماده به طور کلی و از نقطه نظر وزن مخصوص، به سه دسته ی زیر تقسیم می شود:

بتن سبک

بتن معمولی

بتن چگال.

در این مقاله قصد داریم مفصلا راجع به بتن سنگین خواص و انواع آن بحث کنیم. با ما همراه باشید.

بتن آماده سنگین وزن یا بتن چگال
بتن آماده سنگین وزن یا بتن چگال

تاریخچه بتن سنگین

در اوایل قرن بیستم، که جهان وارد دوره ی جدید از زندگی خود می شد، با رشد صنعت ساختمان و نیاز آن روزگار به منظور تعمیر خرابی های ناشی از جنگ جهانی و همچنین پیشرفت تکنولوژی، استفاده از بتن نیز وسعت پیدا کرد. مهندسان و معماران آن روزگار در پی این بودند که بیشتر با خواص شگفت انگیز این ماده ی مقاوم آشنا شوند.

در پی همین موضوع با آزمایش ها و افزودن مواد متفاوتی به بتن، طرح اختلاط بتون های سبک سنگین و معمولی را کشف کردند.

استفاده از واژه اختراع برای این ماده خیلی منطقی به نظر نمی رسد زیرا همانطور که گفته شد، رومیان باستان در حدود دو هزار سال پیش(حدود سال های 60 تا 70 میلادی) با خواص بتن آشنا بوده و از این ماده استفاده کرده اند.

اما نکته حائز اهمیت این است که بدون شک، پیشرفت های چشم گیر تکنولوژی و ابداع انواع متفاوت بتن را مدیون مهندسان و معماران قرن بیستم هستیم. 

به عبارت دقیق تر می توان گفت بتن های سنگین وزن برای اولین بار در دهه های 50 و 1960 با مقیاسی گسترده ظاهر شدند و به موازات رشد صنایع انرژی هسته ای در انگلستان و ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفتند.

بتن سنگین وزن چیست؟

همانطور که اشاره شد، بتون ماده ای است که به دلیل دوام و مقاومت بالا شناخته شده است، یکی از ترکیبات موجود در بتن، سنگدانه است. اما سنگدانه ها نیز انوع متفاوتی دارند(شن، ماسه، دانه های فلزی و غیره)و لازم است تا با توجه به خواص آن ها مورد استفاده قرار بگیرند. بتن را بر اساس نوع و وزن مصالح موجود در آن، می توان به سه طبقه سبک، معمولی و سنگین تقسیم کرد.

نوع بتن

وزن مخصوص (برحسب کیلوگرم بر متر مکعب)

بتن سبک

2000-300

بتن معمولی

2600-2000

بتن سنگین

بالاتر از 2600 (بسته به نوع سنگدانه مصرفی)

 

طبق تعریف موسسه بتن آمریکا (ACI)، بتنی که وزن مخصوص بیشتری نسبت به موارد دیگر دارد، بتن سنگین ، بتن چگال یا Heavy weight concrete نامیده می شود.

وزن مخصوص این گونه بتن در حدود 3500 تا 6400 کیلو گرم بر متر مکعب می باشد؛ البته مقدار دقیق این عدد تا حدود زیادی به موارد زیر بستگی دارد:

  • وزن و نوع دانه های مصرفی در آن
  • شیوه ی تراکم و تخلیه دانه های آن.

به عنوان مثال در صورت استفاده از باریت، وزن مخصوص بتن در حدود 3500 کیلوگرم بر متر مکعب خواهد بود که 45٪ بیشتر از بتن معمولی است، در حالی که اگر از دانه های مگنتیت استفاده شود، وزن مخصوص بتن 3،900 کیلوگرم بر متر مکعب یا 60٪ بیشتر از بتن معمولی خواهد بود.

نکته

ذکر این نکته ضروری است که با استفاده از دانه های آهن و سرب نیز می توان وزن مخصوص بتن سنگین (فوق سنگین) را به ترتیب به 5900 و 8900 کیلوگرم بر متر مکعب افزایش داد.

این بتن از بتن های معمولی سنگین وزن تر است و در طرح اختلاط آن به جای شن و ماسه از دانه ها و مصالح سنگینی همچون خرده های فولاد، چدن و سولفات باریم استفاده می شود. افزودن فولاد به بتن، مقاومت کششی و دیگر خواص آن را به طرز فوق العاده ای افزایش می دهد.

قیمت این نوع بتن در مقایسه با دو نوع دیگر بالاتر می باشد. زیرا سنگدانه ها و مصالح آن مثل شن و ماسه فراوان نبوده و هزینه هایی مختلفی دارد که عبارتند از:

استخراج از معدن

حمل و نقل از معدن

شکستن

دانه بندی کردن

اختلاط با خمیر سیمان و غیره.

البته خواص بی نظیر این نوع بتن برای مصارف گوناگون باعث شده است تا از قیمت بالای آن چشک پوشی شود. این بتن عمدتا برای افزایش بار مرده ساختمان کاربرد دارد، اما در خصوص دیگر خواص و ویژگی های آن در ادامه بحث خواهد شد.

تعریف بتن سنگین از نقطه نظر استاندارد

سازمان استاندارد جهانی، وظیفه تدوین مقررات جهانی برای چگونگی آزمایش، تعیین کیفیت و استفاده از مواد و موارد گوناگون را به عهده دارد. کشورهای مختلف جهان نیز با تاسیس سازمان های ملی، موظف به تعیین کیفیت و آزمایش مواد گوناگون با توجه به شرایط زیست محیطی و جغرافیایی و غیره می باشند.

به همین منظور کمیته ملی استاندارد مهندسی ساختمان و مصالح و فراورده های ساختمانی (وابسته به سازمان ملی استاندارد ایران) نیز در زمینه انطباق استانداردهای مواد و مصالح ساختمانی مصرفی در کشور، با آخرین ویرایش های استاندارد های جهانی را دارد.

استاندارد ها با شماره های مخصوص به خود قابل پیگیری می باشند و استفاده و به کارگیری آن ها در آزمایشات، تعیین خواص و کیفیت، همچنین استفاده از مصالح ضروری می باشد.

به عبارت دیگر، مصالح بتونی سنگین و بتون های سنگین وزن، باید قبل و حین ساخت، نمونه برداری و آزمایش شوند تا از مطابقت با استاندارد ها و مشخصات اجرایی اطمینان حاصل شود.

زیرا بتن سنگین یکی از مهم ترین و پرکاربرد ترین مصالح و فراورده های ساختمانی می باشد که به طور مستقیم با جان انسان سر و کار دارد و البته هزینه های مادی نیز در پی دارد.

بنابراین لازم است قبل از تولید و استفاده از آن به استانداردهای تدوین شده توجه شود. از طرف دیگر استفاده از بتن های سنگین وزن، نیازمند موارد زیر می باشد:

1- تخصص

2- دانش

3- تجربه.

به عبارت دیگر استفاده از این مصالح، باید در زیر شاخه یک رشته تخصصی گنجانده شود.

از استاندارد های بین المللی بتن سنگین (بتن چگال) می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • استاندارد ACI 304.1R
  • استاندارد ACI 304.3R
  • استاندارد ACI 212.3R
  • استاندارد ACI 301
  • استاندارد ASTM C 150
  • استاندارد ASTM C 595
  • استاندارد ASTM C 94
  • استاندارد ASTM C 637 
  • استاندارد ASTM C 33
  • استاندارد ASTM C 494

فرایند تولید

از تفاوت های مهم خواص بتن معمولی و بتن سنگین، استفاده از دانه های فلزی به جای شن و ماسه می باشد. فرایند تولید بتن چگال، با بتن معمولی یکسان می باشد، این در صورتی است که در فرایند تولید بتن سنگیم، با توجه به نوع استفاده، از دانه های فلزی متفاوتی استفاده می شود.

از ترکیبات بتن چگال باید به موارد زیر اشاره کرد:

  • آب
  • سیمان
  • سنگدانه های درشت
  • دانه های ریز(ماسه)
  • سنگدانه های فلزی مانند(مگنتیت، لیمونیت، ایلمنیت، سنگ آهن و غیره)
  • مواد افزودنی.

فرایند تولید به این صورت است که موارد فوق را به نسبت های مشخص با هم ترکیب کرده و به منظور ترکیب شدن داخل دستگاه های اختلاط بتن می ریزند. سپس مخلوط آماده شده را داخل قالب های مورد نظر می ریزند.

البته روش های بتن ریزی متفاوتی برای این نوع بتن وجود دارد که به شرح زیر می باشد:

1-روش پیش آکنده

2-روش پمپاژ

3-روش میل کوبی.

برخی از سنگدانه های درشت برای بتن چگال
برخی از سنگدانه های درشت برای بتن چگال

روش اختلاط پیش آکنده

روش پیش آکنده به این صورت است که ابتدا سنگدانه های درشت و فلزی در قالب قرار داده شده و سپس مخلوط سیمان، آب و غیره به داخل آن پمپ و اضافه می شود.
در این روش که بیشتر برای بتن ریزی در فضا های محدود استفاده می شود، فضاهای خالی میان سنگ دانه ها به خوبی توسط دوغاب، پوشانده می شود. همچنین با این روش جمع شدگی ناشی از خشک شدن، کاهش یافته و بتنی با جرم مخصوص و ترکیب یک نواخت ساخته می ‌شود.

روش پمپاژ

اگرچه بتن های سنگین را به علت وزن بالا نمی توان مانند بتن های معمولی و با همان کیفیت پمپاژ کرد، با این حال از روش پمپاژ کردن برای بعضی مصارف و فضا های محدود استفاده می شود.

روش اختلاط میل کوبی

در این روش، ابتدا لایه ای از مخلوط سیمان و ریز دانه ها، داخل قالب ریخته می شود، سپس با لایه‌ ای از سنگدانۀ درشت پوشانده می ‌شود. در این روش، نهایتا درشت دانه ها با میل زنی یا لرزاندن داخلی به درون ملات رانده می ‌شوند.

خواص

طبق استاندارد ACI 304.3R مراحل اندازه گیری، مخلوط کردن، حمل و نقل و قرار دادن بتن سنگین وزن مشابه روش های به کار رفته در ساخت بتن معمولی است. البته در طرح اختلاط این بتن به جای سنگدانه های معمول (شن و ماسه) از سنگدانه های سنگین تری همچون موارد زیر استفاده می شود:

  • فلزات مختلف
  • باریت
  • مگنتیت
  • لیمونیت
  • ایلمنیت
  • سنگ آهن
  • سیلیکون
  • گرانول
  • زئولیت
  • پانچ های فولادی و ماسه
  • فروس فسفر
  • مواد افزودنی.
    البته ذکر این نکته ضروری است به دانه های فولادی به علت هزینه های بالاتر، به ندرت به عنوان سنگدانه های سنگین برای تولید بتن سنگین استفاده می شوند.
باریت
باریت
مگنتیت
مگنتیت
لیمونیت
لیمونیت

وزن مخصوص سنگ دانه های مورد مصرف در بتن سنگین

جدول زیر، وزن مخصوص دانه های متفاوت مصرفی در بتن سنگین را نشان می دهد.

نوع سنگدانه

جرم مخصوص سنگدانه

جرم مخصوص  بتن

زئولیت

2080-2240

2880-3200

لیمونیت

2080-2400

2880-3360

باریت

2320-2560

3360-3680

ایلمنیت

2560-2700

3520-3850

هماتیت

2880-3200

3850-4170

مگنتیت

2400-3040

3360-4170

فروفسفر

3200-4160

4080-5290

ساچمه های فولادی

3860-4650

4650-6090

طبق این استاندارد (ACI 304.3R)، سیمان های سازگار با ASTM C 150 ، که برای بتن معمولی مناسب بوده و از خصوصیات بدنی لازم برخوردار می باشند، برای استفاده در بتن های سنگین نیز مناسب هستند. البه ذکر این نکته ضروری است که سیمان قلیایی کم، هنگام استفاده از اجزای واکنش پذیر قلیایی در سنگدانه ها باید مورد استفاده قرار گیرد.

این نوع بتن دارای خواص ویژه ای می باشد که عبارتند از:

  • وزن مخصوص بالا
  • مدول الاستیسیته بالا
  • ضریب انبساط حرارتی کم
  • تغییر شکل کم الاستیک
  • تراکم بالا
  • مقاومت کششی بالا
  • مقاومت در برابر سیکل های مداوم ذوب و یخبندان
  • مقاومت بالا در برابر مواد خورنده
  • مقاومت سایشی بالا
  • مقاومت بالا در برابر احتراق و آتش
  • مقاومت بالا در برابر پرتو و اشعه های مضر
  • مقاومت در برابر ترک خوردگی.

از مهم ترین خواص بتن سنگین این است که با جذب گرما از محیط، آن را ذخیره کرده و به آرامی در مدت زمانی خاص آزاد می کند. این موضوع به این معناست که گرمای هیدراتاسیون تولید شده هنگام پخت، در بتن جذب می شود و حداکثر دمای به دست آمده در بتن کمتر از مصالح عادی خواهد بود. در نتیجه خطر ترک خوردگی حرارتی، کاهش چشم گیری خواهد داشت.

مواد افزودنی به بتن چگال

به طور کلی مواد افزودنی، به موادی گفته می شود که به منظور افزایش و تقویت برخی خواص بتن به آن اضافه می شود. گاهی برای بهبود خصوصیات حفاظت نوترونی بتن از مواد افزوده بوری مانند موارد زیر استفاده می شود:

  • کولمانیت (هیدرات برات کلسیم)
  • بورفریت
  • بورکلسیت.

به هر حال این مواد ممکن است بر روی گیرش مقاومت اولیه و خواص بتن تاثیر معکوس داشته باشند. بنابراین برای تعیین مناسب بودن این مواد باید با استفاده از ماد افزوده مخلوط های آزمایشی در شرایط کارگاهی تهیه کرد. همچنین برای به حداقل رساندن هر تاثیر کندگیر کننده می توان از آهک هیدراته فشاری هم اندازه ماسه درشت استفاده کرد.

همچنین باید توجه کرد که مواد افزودنی شیمیایی مورد استفاده در بتن سنگین، باید شرایط و الزامات استاندارد ASTM C 494 را بر آورده سازد. همچنین توصیه های دقیق برای کنترل، ذخیره و استفاده از مواد افزودنی در استاندارد ACI 212.3R ارائه شده است.

ویژگی ترکیبات بتن سنگین

با توجه به موارد ذکر شده در استاندارد ACI 304.3R در خصوص سنگدانه های مصرفی در بتن چگال می توان استنباط کرد که مصالح درشت فلزی، باید 100 درصد در الک 9.5 میلیمتر (3/8 اینچ) نگه داشته شود و از نظر فلزی عاری از قطعات نازک، مسطح یا دراز باشد. حداکثر اندازه این ذرات معمولاً به 11/2 اینچ محدود می شود (37.5 میلیمتر).

نکته دیگر این که سنگدانه های فلزی ریز باید از آهن خنک کننده تجاری یا گلوله ای از جنس استنلس استیل یا آهن زیر زمینی تشکیل شود. سنگدانه های فلزی باید از وزن مخصوص 7.50 یا بیشتر برخوردار بوده و عاری از پوشش های خارجی گریس، روغن، ترکیبات فروشگاه ماشین، کرومات روی و خاک باشند.

همچنین باید توجه شود کیفیت دانه های فلزی، با الزامات استاندارد ASTM C 33 برای مصالح با وزن طبیعی و استاندارد ASTM C 637 برای مصالح سنگین وزن، مطابق باشد. همچنین هنگامی که سنگدانه های فرو فسفر استفاده می شوند، باید آزمایشاتی انجام شود تا مشخص شود آیا در طول زمان ساخت و ساز، گازی آزاد می شود یا خیر. 

ویژگی آب و یخ مورد استفاده در بتن سنگین وزن، باید مطابق با الزامات استاندارد ACI 301یا ASTM C 94 مورد سنجش قرار بگیرد. برای مثال آب مصرفی باید عاری از مواد مضر زیر باشد.

  • روغن
  • اسید
  • مواد قلیایی
  • مواد آلی یا سایر مواد مضر.

سیمان مورد استفاده بتن سنگین (بتن چگال) باید مطابق با الزامات ذکر شده در استاندارد ASTM C 150 یا C 595 تطابق داشته باشد. همچنین در پروژه هایی که به آزمایش های آسیاب نیاز دارند، آزمایش های مقایسه ای نیز باید بر روی نمونه های گرفته شده از سیمان دریافت شده در کارخانه انجام شود. الزاماتی مانند گرمای هیدراتاسیون، محتوای قلیایی و خواص مجموعه کاذب ملاحظات مهم طراحی برای برخی از انواع ساخت و سازها هستند.

ضوابط حمل و نقل سنگدانه های بتن چگال

مطابق با استاندارد ACI 304.3R در خصوص حمل و نقل و نگهداری دانه های مصرفی در این بتن باید به موارد زیر توجه کرد:

 مصالح مصرفی در بتن چگال را می توان در صندوق های چوبی سنگین، کیسه های ضد آب، ظروف فولادی یا به صورت عمده توسط اتومبیل های ریلی یا کامیون ها حمل کرد.

ذخیره سازی این مواد باید تا حد امکان در محل کارخانه باشد و از آن ها در مقابل رطوبت محافظت شود. وزن خالص سنگدانه در هر ظرف باید به طور واضح روی آن مشخص شود.

ذخیره سازی، نگه داری، حمل و نقل دانه های مصرفی بتن های سنگین، باید به صورتی باشد که عدم شکستگی و جدا شدن مصالح، عدم جذب آلودگی ها و مواد خارجی را تضمین کند.

وﺳﺎﯾﻞ ﺣﻤﻞ و ﻧﻘﻞ ﺑﺘﻦ ﺑﺎﯾﺪ ﺩﺍﺭﺍی ﺍﻧﺪﺍﺯﻩ و ﻣﺸﺨﺼﺎﺗﯽ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﮐﻪ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺍﺟﺮﺍﯾﯽ ﮐﺎﺭﻫﺎ، ﻫﻤﻮﺍﺭﻩ ﺑﺘﻮﺍﻥ ﺑﺎ ﺿﺮﯾﺐ ﺍﻃﻤﯿﻨﺎﻧﯽ ﻗﺎﺑﻞ ﻗﺒﻮﻝ، ﺟﺮﯾﺎﻥ ﯾﮑﻨﻮﺍﺧﺖ و ﻣﻤﺘﺪ ﺑﺘﻦ ﺭﺍ ﺑﻪ ﻣﺤﻞ ﺍﺟﺮﺍ ﺗﻀﻤﯿﻦ ﻧﻤﻮﺩ.

کاربردهای اولیه

بتن چگال یکی از انوع سنگین وزن بتن می باشد که وزن مخصوص بالاتری نسبت به نوع سبک و معمولی دارد. این ماده با خواص ویژه ای که قبلا هم به آن اشاره شد، از جمله (مقاومت سایشی و کششی بالا) کاربرد های متفاوتی دارد.

در ابتدا از این نوع بتن برای موارد زیر استفاده می شد:

  • افزایش بار مرده ی ساختمان
  • افزایش ایمنی و مقاومت ساختمان های ویژه در برابر لغزش های زلزله
  • تولید وزنه های تعادلی یا همان بتن های وزنی.

 اما خواص فوق العاده این بتن خیلی زود استفاده از آن را برای مصارف مهم تری الزامی کرد.

مهم ترین کاربرد ها

اثرات مرگبار پرتوهای ساطع شده از چشمه های پرتو زا در آزمایشگاه های مختلفی (آزمایشگاه های تحقیقاتی فیزیک هسته ای، مراکز درمانی، مراکز غنی سازی اورانیوم و غیره) و تاثیرات غیر قابل جبران آن بر سلامتی انسان، همواره موضوع و دغدغه ی مهمی برای دانشمندان بوده است.

به همین دلیل از گذشته تا کنون مهندسین علوم فیزیک هسته ای و عمران در ارتباطی نزدیک، در پی این هستند تا از انعطاف پذیری ماده ی ارزشمند بتن در جهت ساخت سپرهای محافظ در برابر پرتوهای زیان آور استفاده کنند. 

نکته قابل توجه این است که امروزه الزام توسعه و استفاده از انرژی اتمی بر همگان روشن است، به همین دلیل استفاده و تولید سپر های محافظ، به منظور جلوگیری از تابش اشعات مضر بر کسانی که در معرض مستقیم این تابش ها هستند اهمیت بالایی دارد.

 از شاخص ترین اشعه های مرگباری که قابلیت نفوذ در اجسام مختلف را دارند؛ می توان به موارد زیر اشاره کرد:

اما دانشمندان دریافته اند که بتن سنگین با خواص ویژه و مقاومت بالای خود، در برابر تابش این اشعات همچون کوه استوار است.

بدیهی است برای استفاده از خواص بتن سنگین به منظور تولید سپر های محافظ، توجه و رعایت استاندارد های مربوطه ضروری می باشد. در خصوص استفاده از این بتن برای تولید تجهیزات محافظ، باید خاطر نشان کرد که هرچه وزن مخصوص بتن بیشتر باشد؛ سپر محافظ، مقاومت بالاتری خواهد داشت.

مقدار جرم مخصوص و آب مورد نیاز بتن محافظ پرتوگیر معمولا بر اساس نوع و شدت تابش تعیین می شود. از طرفی حفاظ موثر در برابر تابش نوترونی مستلزم هر دو عامل جرم مخصوص بالا و مقدار آب بالای پس از عمل هیدراتاسیون در بتن است.

در تصویر زیر به میزان عبور تابش های مختلف از اجسام متفاوت توجه کنید.

عبور پرتوها از اجسام مختلف
عبور پرتوها از اجسام مختلف

موارد استفاده

باریت یکی از متداول ترین و معمول ترین دانه های مصرفی برای تولید بتن چگال می باشد که دانسیته، خواص و مقاومت سازه ای متناسبی برای تولید حفاظ های بتنی دارد. باریت با ویسکوزیته مخصوص بالا می تواند گزینه ی ایده آلی برای استفاده در دانه بندی بتن سنگین، به منظور تولید سپر های محافظ باشد.

طبق استاندارد ACI 304.3R، برای به دست آوردن مواد مناسب برای تولید نوع محافظ مورد نیاز، بررسی دقیق و ارزیابی منابع سنگین وزن ضروری است. نمونه های آزمایش شده و مورد استفاده برای مصارف محافظ باید طبق الزامات ASTM C 637سنجیده شوند.  

به طور کلی برای موارد مصرف بتن سنگین می توان به موارد زیر اشاره کرد:
  • استفاده از بتن چگال برای طراحی و ساخت آزمایشگاه بیمارستان ها
  • استفاده برای ساخت آزمایشگاه های دانشگاه ها
  • استفاده در مراکز پرتو درمانی و فیزیوتراپی
  • استفاده در موسسات و آزمایشگاه های انرژی اتمی
  • استفاده در آزمایشگاه های رادیواکتیو
  • استفاده برای ساخت پناه گاه های ضد هسته ای
  • استفاده برای تولید سپر و دیوارهای محافظ
  • استفاده برای افزایش بار مرده ی ساختمان در مواقع لزوم
  • استفاده برای تقویت سازه های مهم و آسیب پذیر در مقابل زلزله
  • استفاده از بتن سنگین زمانی که به ثبات، بالاست کردن و تعادل وزن سازه نیاز باشد.
  • استفاده به عنوان پوشش بتنی در خطوط لوله
  • استفاده در سازه های بادی شناور
  • استفاده در لنگر دستگاه های موج و جزر و مد
  • استفاده در ساخت تونل های زیر زمینی
  • استفاده در ساخت پل های عظیم، با دهانه های عریض
  • استفاده در خطوط و لوله های انتقال نفت.

همچنین جالب است بدانید در ایران در ساخت نیروگاه های اتمی بوشهر و نیروگاه آب سنگین اراک، از بتن سنگین استفاده شده است.

استفاده از بتن سنگین وزن در ساخت نیروگاه اتمی بوشهر
استفاده از بتن سنگین وزن در ساخت نیروگاه اتمی بوشهر

معایب

همانطور که اشاره شد، برای تولید بتن چگال از دانه های فلزی به جای سنگدانه ها استفاده می شود. اگرچه این مصالح مقاومت و خواص بتن را تا حدود بسیار بالایی افزایش می دهند؛ اما هزینه ی بالایی نیز دارند.

می توان گفت هزینه ی بالا، یکی از مهم ترین معایب این ماده می باشد. سنگدانه های مصرفی در این بتن، در معادن خاصی یافت می شود، که هزینه استخراج، حمل، نقل و آماده کردن آن ها برای استفاده در بتن بسیار بالا می باشد. بنابراین هزینه بالای این بتن در مقایسه با بتن معمولی، بالاتر بوده و هزینه های تمام شده ی بیشتری برای پروژه ها در بر خواهد داشت.

نکته دیگر این که وزن بالای این بتن، فشار بیشتری به قالب ها در بتن ریزی وارد می کند، بنابراین درصورت عدم توجه به مقاومت این قالبها، پروژه با مشکل مواجه خواهد شد.

بتن های سنگین وزن را می توان با موفقیت پمپ کرد، اما سایش و پاره شدن بر روی پمپ ها و میکسر ها در این نوع بتن، بیشتر خواهد بود. و معمولاً انرژی بیشتری برای دستیابی به تراکم کامل مورد نیاز است، مگر اینکه از مواد افزودنی پلاستیک سازی استفاده شود.

همچنین به دلیل وزن بالای این بتن، در خصوص حمل آن با ماشین آلات حمل بتن، محدودیت هایی وجود دارد. جالب است بدانید که از سال 2007 میلادی، استفاده از این نوع بتن در کشور ژاپن، به دلیل وزن بالای آن، منسوخ شد.

به دلیل اهمیت بالای سرعت امداد رسانی و آوار برداری در کشور زلزله خیزی مانند ژاپن، این نوع بتن به کلی منسوخ و به جان آن استفاده از بتن الیافی مرسوم می باشد.

در ترکیب این نوع بتن، به میزان سیمان بیشتری در مقایسه با بتن معمولی نیاز است، تا سطح ظاهری دانه ها به خوبی پوشانده شود.

استخراج سنگ آهن
استخراج سنگ آهن

مهم ترین ویژگی های بتن سنگین وزن

بتن سنگین، وزن مخصوص بالایی داشته و علی رغم وزن بالا، خواص ویژه ای داشته و در موارد مختلفی کاربرد دارد، که به طور خلاصه در ادامه عنوان می شود.

این نوع بتن تراکم بالایی دارد و با مقاومت بالای خود، همچنین با جذب پرتوهای مضر، به عنوان یک سپر محافظ عمل می کند.

اگرچه مقاومت کششی بتن معمولی پایین است، اما به دلیل وجود سنگدانه های فلزی در بتن چگال، مانند بتن مسلح، بتن های سنگین وزن مقاومت کششی بالایی دارند.

سنگدانه های مورد استفاده در این بتن، بسیار متخلخل و جاذب هستند، به همین دلیل است که این بتن، جرم بیشتری نسبت به حجم آن دارد.

خواص بتن چگال موجب شده تا در تاسیسات هسته ای، اتمی و رادیواکتیوی کاربرد گسترده ای داشته باشد. به همین دلیل همکاری های دو جانبه ای میان مهندسین فیزیک هسته ای و مهندسین عمران، صورت می پذیرد.

برای تولید بتن چگال به جای سنگدانه های شن و ماسه، استفاده از دانه های فلزی متفاوتی مرسوم می باشد، که ضمن افزایش جرم مخصوص، مقاومت نهایی آن را نیز افزایش می دهند. البته در اختلاط بتون سنگین از دانه های ریزی همچون ماسه نیز بهره می گیرند.

امروزه کلیه بیمارستان ها مجهز به آزمایشگاه و یا بخش های پرتو درمانی می باشند، اگرچه بیمار، ناچار است تا از مزایای روش های نوین پرتو درمانی بهره بگیرد، اما با این حال استفاده از خواص بتون های سنگین به منظور جذب تابش و اشعه های این دستگاه ها، ضروری می باشد.

منابع و ماخذ

بررسی مزایا و معایب بتن های سبک و سنگین سازه ای، میثاق گلدوست رضائی، هادی تارویردی زاده سنگری

استاندارد ACI 304.3R 

استاندارد ASTM C 94

https://www.concreteconstruction.net/how-to/materials/developing-a-heavyweight-concrete-mix_o

https://theconstructor.org/building/heavyweight-aggregates-concrete/13668/

https://www.newcivilengineer.com/archive/heavyweight-concrete-taby-city-hall-sweden-02-02-2015/

اشتراک گذاری Telegram Facebook WhatsApp Twitter