نیازمندی های صنعت بتن
نیازمندی های صنعت بتن

آنچه در این مقاله خواهید خواهند

بتن سبک

مقدمه

قبل از بررسی خواص و مشخصات بتن سبک لازم است تا به مقدمه ای کوتاه در خصوص بتن، اشاره شود. بتن یکی از مهم ترین دستاورد های بشر می باشد که طی قرون متوالی پیشرفت های چشم گیری را در عرصه صنعت و ساختمان موجب شده است.

جالب است بدانید که بتن به علت دارا بودن خواص و ویژگی های ممتاز و نیز در دسترس بودن مصالح آن، پس از آب، پرمصرف ترین ماده روی زمین به شمار می رود.

 این ماده که از ترکیب آب، سیمان و سنگدانه ها به دست می آید، خواص مهمی از جمله مقاومت بالا، استحکام و غیره دارد. اما یکی از معایب بزرگ بتن یعنی وزن مخصوص زیاد و مقاومت کششی پایین، بشر را ناچار به چاره اندیشی کرده است. به همین دلیل برای جبران این دو ضعف، استفاده از بتن سبک مرسوم شده است.

این نوع بتن که در روند پیشرفت تکنولوژی و طرح اختلاط بتن معمولی حاصل شده است، ضمن کاهش بار مرده ی ساختمان، از نیروی وارد شده به سازه در زمان وقوع زلزله نیز کاسته و خسارات جانی و مالی ناشی از آن را نیز کاهش می دهد. در ادامه مفصلا راجع به بتن سبک و خواص آن بحث خواهد شد. با ما همراه باشید.

تاریخچه بتن سبک

اولین گزارش های تاریخی در مورد کاربرد بتن سبک و مصالح کم وزن به روم باستان بر می گردد. رومیان در احداث معید پانتئون و آمفی تئاتر کلوسئوم از پومیس که نوعی مصالح سبک است، استفاده کرده اند.

معماران روم باستان برای اولین بار از یکی از سبک ترین سنگ های موجود در طبیعت به نام پومیس استفاده کردند. چه بسا که رمز ماندگاری شاهکار های معماری آن زمان نیز به دلیل استفاده از مصالح سبک وزن باشد. اما تولید سنگدانه های مصنوعی با وزن مخصوص کم، همچنین استفاده از مصالح سنگی سبک برای تولید بتن با مقاومت بالا دستاورد مهم اوایل قرن ۲۰ می باشد.

کاربرد بتن سبکدانه پس از تولید سبکدانه های مصنوعی و فراوری شده در اوایل قرن بیستم وارد مرحله جدیدی شد. در سال ۱۹۱۸، S.J.HAYDE با استفاده از کوره دوار اقدام به منبسط کردن رس و شیل کرد و بدین وسلیه سبکدانه ای مصنوعی تولید کرد که از آن ها در ساخت بتن استفاده شد.

کلسئوم
کلسئوم
پانتئون

این سبکدانه مصنوعی در هنگام جنگ جهانی اول به دلیل محدودیت دسترسی به ورق فولادی برای ساخت کشتی به کار رفت، کشتی Atlantus به وزن ۳۰۰۰ تن که با بتن سبک هابدینی ساخته شد، در اواخر سال ۱۹۱۸ به آب افتاد. در سال ۱۹۱۹ کشتی Selma به وزن ۷۵۰۰ تن و طول ۱۳۲ متر با همین نوع بتن ساخته و به آب انداخته شد. تا آخر جنگ جهانی اول و سپس تا سال ۱۹۲۲ کشتی ها و مخازن شناور متعددی ساخته شد که یکی از آن ها Peralta تا سال های اخیر شناور بود.

برنامه ساخت کشتی ها در اواسط جنگ جهانی دوم متوقف شد و دوباره به دلیل محدودیت تولید ورق فولادی مورد توجه قرار گرفت. تا پایان جنگ جهانی دوم، ۲۶ کشتی اقیانوس پیما و ۸۰ برج دریایی ساخته شد که ساخت آن ها در دوران صلح، اقتصادی محسوب نمی گشت. ظرفیت این کشتی ها 3 تا 140000 تن بود.

در سال ۱۹۶۸ اولین ساختمان با استفاده از شیل منبسط شده در پنسیلوانیای شرقی احداث گردید. در ادامه، از سال ۱۹۵۰ ساخت بتن سبک گازی اتوکلاو شده در انگلستان متداول شد. اولین ساختمان بتن سبکدانه مسلح در این کشور که یک ساختمان سه طبقه بود در سال ۱۹۵۸ و در شهر برنت فورد احداث گردید.

ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئیز، ساختمان ۱ طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سیتی در سال ۱۹۲۹ از جمله ساختمان های دهه ۲۰ و ۳۰ میلادی ساخته شده در آمریکای شمالی با استفاده از بتن سبک هستند. ساختمان 4 طبقه در شیکاگو، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک در سال ۱۹۶۰، فرودگاه Dulles در واشنگتن در سال ۱۹۶۲، کلیسایی در نروز در سال ۱۹۶۵، پلی در وایسبادن آلمان در سال ۱۹۶۶ و پل آب بر در روتردام هلند در سال ۶۸ از جمله ساختمان هایی هستند که با بتن سبکدانه ساخته شده اند.

در هلند، انگلستان، ایتالیا و اسکاتلند نیز در دهه ۷۰ و ۸۰ پل هایی با دهانه های مختلف ساخته و با موفقیت بهره برداری شده اند. در سال های ۱۹۷۰ ساخت بتن سبکدانه پرمقاومت آغاز شد و در دهه ۸۰ به دلیل نیاز برخی شرکت های نفتی در آمریکا و نروژ برای ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فراساحلی مانند سکو های نفتی یک رشته تحقیقات وسیع برای ساخت بتن سبکدانه پر مقاومت در این دو کشور آغاز شد که نتایج آن در اواخر دهه ۸۰ و اوایل دهه ۹۰ منتشر گشت.

در سالیان اخیر نیز استفاده بتن سبک در دال سقف ساختمان های بلند مرتبه، عرشه پل ها و دیگر موارد مشابه و همچنین کاربردهای خاص مانند عرشه و پایه دکل های استخراج نفت کاربرد فراوانی یافته است. از آخرین کاربرد بتن سیک با استفاده از خاکستر بادی در برج دوبی می باشد که در حال حاضر بلند ترین برج دنیا محسوب می گردد. بدون استفاده از این نوع بتن عملا ساخت این برج با مشکلات عدیده مواجه می گردید.

استاندارد واژه ای با کاربرد جهانی است که برای تشخیص و تعیین صلاحیت مواد گوناگون برای استفاده در صنایع مختلف به کار گرفته می شود.

کمیته ملی استاندارد های مهندسی ساختمان و مواد و مصالح ساختمانی که وابسته به سازمان استاتدارد ملی ایران می باشد، وظیفه تدوین استانداردهای ملی مصالح ساختملنی مختلف با توجه به آخرین ویرایش های استاندارد های جهانی را دارد.

به طور کلی بتن به دلیل کاربرد و استفاده در صنعت ساختمان که رابطه ی مستقیمی با انسان دارد، از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. به همین دلیل به منظور تعیین صلاحیت و تشخیص خواص مواد و سنگدانه های سبک مورد استفاده در بتن، استانداردهای زیر تدوین شده است.

شماره ۸۵۹۷ استاندارد ملی ایران: تعیین نفوذ پذیری بخار آب در بتن سبک

شماره ۸۵۹۶ استاندارد ملی ایران: تعیین مقاومت فشاری بتن هودار اتوکلاو شده

شماره ۸۵۹۴ استاندارد ملی ایران: تعیین جرم حجمی خشک بتن هوادار اتوکلاو شده

شماره ۸۵۹۱ استاندارد ملی ایران: تعیین مدل ارتجاعی استاتیکی فشاری بتن هودار اتوکلاو شده

شماره ۸۵۹۳ استاندارد ملی ایران: بتن سبک، قطعات بتنی هوادار اتوکلاو شده_ویژگی ها

شماره ۸۵۹۲ استاندارد ملی ایران: تعیین جمع شدگی ناشی از خشک شدگی بتن هوادار اتوکلاو شده

شماره ۸۵۹۸ استاندارد ملی ایران: تعیین مقاومت خمشی بتن هوادار اتوکلاو شده

شماره ۶۰۴۵ استاندارد ملی ایران: قطعات ساخته شده از بتن سبک متخلخل

شماره ۶۰۴۹ استاندارد ملی ایران: بلوک ساخته شده از بتن سبک متخلخل

شماره ۷۶۵۶ استاندارد ملی ایران: اندازه گیری پتانسیل واکنش قلیایی سنگدانه ها

شماره ۸۹۴۶ استاندارد ملی ایران: اندازه گیری کلرید محلول در اسید در بتن و ملات سخت شده

شماره ۹۱۴۸ استاندارد ملی ایران: واژه نامه سنگدانه های بتن

شماره ۹۱۴۹ استاندارد ملی ایران: اندازه گیری تغییر شکل نسبی ناشی از تغییرات رطوبت

شماره ۹۱۵۹ استاندارد ملی ایران: تعیین درصد رطوبت بتن هوادار اتوکلاو شده

شماره ۹۱۶۰ استاندارد ملی ایران: بتن سبک – قطعات پیش ساخته مسلح بتن هوادار اتوکلاو شده و یا بتن سبکدانه با ساختار باز تحت بار عرضی

شماره ۹۱۶۱ استاندارد ملی ایران: بتن سبک – قطعات پیش ساخته مسلح بتن هوادار اتوکلاو شده و یا بتن سبکدانه با ساختار باز، تحت بار طولی

شماره 7657 استاندارد ملی ایران: سنگدانه های سبک مورد مصرف در بلوک های بتنی

هدف هر یک از این استاندارد ها تعیین خواص و ویژگی های مشخص با به کارگیری روش های آزمون در آزمایشگاه های مربوطه و با استفاده از تجهیزات لازم می باشد. لازم به ذکر است که بتن سبک می بایست علاوه بر وزن کم، مقاومت و استحکام نهایی بتن را داشته باشد. بنابراین توجه به این استانداردها و به کار گیری ضوابط و روش های آزمون مشخص شده در آن الزامی می باشد.

بتن سبک یا  Light weight concrete که طبق تعریف موسسه بتن آمریکا (ACI 116R)  عبارت است از بتنی که وزن مخصوص آن از وزن مخصوصی که با سنگدانه های طبیعی یا شکسته ساخته می شود، به طور محسوسی کمتر است.

نکته قابل توجه این است که بتن های سبک دارای خصوصیات متفاوتی بوده و برای طبقه بندی آن ها نیز معیارهای متفاوتی وجود دارد. بعضی طبقه بندی ها بر اساس روش تولید – کاربرد با خواص مقاومتی و میزان دانسیته بتن می باشند.

بتن ها بر اساس دانسیته و یا چگالی به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند که عبارتند از:

بتن معمولی: دانسیته این نوع بتن بین ۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.

بتن سنگین: دانسیته این بتن بالاتر از۲۲۰۰ تا ۲۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و در ساختمان محافظ های بیو تکنولوژی مانند راکتورهای هسته ای و پناه گاه های ضد هسته ای استفاده می شوند.

بتن سبک: دانسیته این نوع بتن بین ۳۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.

دیگر روش طبقه بندی از دیدگاه مقاومتی یا کاربردی بوده که در سه دسته کلی به شرح ذیل می باشند:

  • 1- بتن سبک غیرسازه ای
  • 2- بتن سبک با مقاومت متوسط
  • 3- بتن سبک سازه ای

بتن سبک غیر سازه ای که معمولا به عنوان جدا کننده در دیوار و عایق های صوتی در سقف و کف مورد استفاده قرار می گیرد، دارای جرم مخصوص کمتر از ۸۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب با مقاومت فشاری هفت مگا پاسکال (نیوتن بر میلی متر مربع) می باشند. استفاده ازاین نوع بتن در ترکیب با مواد دیگر باعث کاهش هزینه لازم در تهویه گرمایی یا سرمای فضاها و کاهش انتقال صوت بین طبقات فضاهای ساختمان و بنا می شود.

معمول ترین سنگدانه های مورد مصرف دار این نوع بتن می توان به پرلیت (نوعی سنگ آذرین) و ورمیکولیت (ماده ای با ساختار ورقه ای شبیه به لیکا) اشاره کرد.

هدف اولیه از ساخت و تولید بتن سبک غیر سازه ای کاهش وزن همگام با افزایش در خصوصیات حرارتی بوده است اما ذکر این نکته ضروری می باشد که با کاهش وزن مخصوص بتن مقاومت آن نیز کاهش پیدا می کند.

با توجه به اینکه مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن رابطه مستقیمی با هم دارند، کاربرد این نوع بتن بر اساس مقاومت فشاری به دست آمده مشخص می شود. به عنوان مثال بتن غیر سازه ای با مقاومت فشاری 0.7 مگا پاسکال و یا کمتر در عایق سازی لوله های بخار زیر زمینی استفاده می شوند و از بتن های با مقاومت بالاتر تا حدود 3.5 مگا پاسکال در پیاده روها استفاده می شود. همچنین بتن های غیر سازه ای به طور کلی برای مصارف مختلفی از جمله دیوار های حائل و جدا کننده، استفاده در کف سازی و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

باید توجه داشت که انقباض بتن های سبک درهنگام خشک شدن در اکثر موارد و به خصوص در موارد حذف سنگدانه های درشت از مخلوط، همواره مشکل ساز است.

بتن های سبک غیر سازه ای بر اساس ساختار داخلی می توانند به دو گروه جداگانه تقسیم بندی شوند:

دسته اول بتن های اسفنجی که در حین ساخت آنها با ایجاد کف، حباب های هوا در خمیر سیمان یا در ملات سیمان–سنگدانه ایجاد می گردد. کف مورد نظر یا از طریق مواد کف زا در حین اختلاط تولید شده و یا به صورت کف آماده به مخلوط اضافه می شود. بتن اسفنجی می تواند جرم مخصوصی تا حدود ۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب داشته باشد.

دسته دوم بتن با سنگدانه سنگ یا به اختصار بتن سبکدانه است که با استفاده از پرلیت، ورمیکولیت منبسط شده و یا دیگر سبکدانه های طبیعی و مصنوعی ساخته می شوند. جرم مخصوص خشک این مخلوط بین 240 تا 960 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد. امروزه اضافه کردن ریز دانه هایی با وزن معمولی، موجب افزایش وزن بتن و مقاومت آن می شود، لیکن به منظور حصول خواص عایق بندی حرارتی (ضریب انتقال حرارت پایین)، حداکثر جرم مخصوص به ۸۰۰ کیلوگرم در متر مکعب محدود می گردد.

بتن های سبک با مقاومت متوسط، از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشاری در محدوده ای بین بتن های سبک غیر سازه ای و سازه ای قرار دارند، به گونه ای که مقاومت فشاری آنها بین ۷ تا ۱۷ مگا پاسکال و جرم مخصوص آنها بین 800 تا 1400 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد.

بتن های سبک موجود در این طبقه عمدتا از نوع بتن های سبکدانه و بتن های با ساختار باز می باشند. به عبارت دیگر برای کاهش دانسیته بتن از سنگدانه های سبک طبیعی یا مصنوعی استفاده شده است. سبکدانه های مورد استفاده در بتن های سبک با مقاومت متوسط، معمولا از یکی از روش های آهکی شدن (تکلیس)، سنگدانه ی کلینگر، محصولات منبسط شده ای نظیر سرباره های منبسط شده، خاکستر بادی، شیل و اسلیت یا سنگدانه های تولیدی از مصالح طبیعی مانند پوکه سنگ های آذرین و سنگ های آذرین متخلخل (توف) تولید می شوند.

کاربرد مواد افزودنی نظیر تسریع کننده ها و روان کننده ها می توانند در تغییر مقاومت بتن های ساخته شده با سنگدانه های تولید شده از روش های مذکور کوثر باشد. کاربرد این بتن ها معمولا در بلوک های بتنی، کف سازی ها و موارد مشابه است.

بتن های سبک سازه ای دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی می باشند، به گونه ای که می توان از آنها در اعضای سازه ای استفاده کرد. این بتن ها عموما دارای جرم مخصوصی بین 1400 تا 1900 کیلوگرم بر مترمکعب بوده و حداقل مقاومت فشاری تعریف شده برای آن ها 17 مگاپاسکال می باشد. در بعضی حالات امکان افزایش مقاومت تا ۶۰ مگا پاسکال نیز وجود دارد. در مناطق زلزله خیز، آیین نامه ها حداقل مقاومت فشاری بتن سبک را به ۲۰ مگا پاسکال محدود می کنند.

بتن های سبک سازه ای، بتن هایی هستند که علی رغم دارا بودن دانسیته کمتر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب، مقاومت فشاری بیش از ۱۷ مگاپاسکال دارند. ساخت این بتن ها صرفا با استفاده از سنگدانه های سبک و مقاوم امکان پذیر است. تمام بتن های سبک سازه ای از خانواده بتن های سبکدانه می باشند که در آن برای کاهش وزن مخصوص بتن از سنگدانه های سبک استفاده شده است. به این دلیل بعضا از عبارات بتن سبکدانه و بتن سبک سازه ای برای بیان یک مفهوم استفاده می شود.

 در بتن های سبکدانه سازه ای از سنگدانه هایی استفاده می شود که بتن ساخته شده، مقاومتی بیش از ۱۷ مگا پاسکال و جرم مخصوصی کمتر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب دارا باشد. سنگدانه هایی که این شرایط را عموما برآورد می کنند و طبق استاندارد ASTM C330 برای ساخت بتن سبک سازه ای مورد استفاده قرار می گیرند، عمدتا عبارتند از:

1- شیل، رس و اسلیت منبسط شده در کوره ی دوار

2- سنگدانه هایی که از فرآیند های کلوخه ای شدن به دست می آیند

3- سرباره های منبسط شده

4- پوکه های معدنی

5- پوکه های صنعتی

6- خاکستر بادی ته نشین شده.

تأمین استحکام فشاری معادل ۲۰ مگاپاسکال و بیشتر با بعضی از این سنگدانه ها امکان پذیر است. شرایط سایر سنگدانه ها نیزطوری است که قادر به حصول حداقل استحکام فشاری مقرر شده برای بتن سبک سازه ای می باشند. همانطور که پیش از این ذکر شد، مقاومت بتن سبک تابعی از جرم مخصوص آن است. باید توجه داشت که جرم مخصوص بتن عمدتا متاثر از جرم مخصوص سنگدانه های مصرفی است، به گونه ای که استفاده از مصالح سبکتر موجب کاهش وزن مخصوص بتن می شود. ولی استفاده از مصالح سنگین تر از سبکدانه ها، لزوما باعث افزایش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد شد. بیشترین مقاومت بتن سبکدانه معمولا وقتی حاصل می شود که از سبکدانه های ساخته شده از شیل، رس و اسلیت منبسط شده در فرآیند کوره دوار برای سبک سازی دانسیته بتن استفاده گردد.

دیگر طبقه بندی مهمی که در معرفی انواع بتن سبک اعمال می شود طبقه بندی این نوع بتن ها از نظر روش های تولید می باشد که عبارتند از:

  1. بتن سبک دانه
  2. بتن اسفنجی بدون ریز دانه
  3. بتن اسفنجی

بتن سبکدانه

بتن سبک دانه با استفاده از مصالح متخلخل سیک با وزن های مخصوص ظاهری کم به جای سنگ دانه های معمولی دارای دانسیته حدود 6.2 کیلوگرم بر متر مکعب، تهیه می شود و دارای وزن مخصوص بین ۳۰۰ تا حدود ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشند. به طور کلی سنگدانه سبک، شامل دانه هایی می شود که به علت تخلخل بالا، وزن مخصوص آن ها کمتر از دانه های دیگر است.

 برای هر مصالح خاص، مقاومت بتن سبک تهیه شده با افزایش وزن مخصوص آن بالا می رود، ولی به طور کلی میزان سیمان مصرفی در تهیه ی این نوع بتن ها تا حدی باید بیشتر از بتن حاوی سنگدانه های معمولی باشد تا مقاومت یکسان حاصل گردد. البته هیچ گونه رابطه ی سازه ای بین مقاومت مصالح مصرفی و مقاومت بتن سبک ساخته شده وجود ندارد.

خواص بتن ساخته شده با سنگ دانه های سبک تحت تأثیر

  • دانه بندی
  • مقدار سیمان
  • نسبت آب به سیمان
  • استفاده از مواد افزودنی
  • و همچنین درجه ی تراکم قرار خواهد گرفت.

خصوصیات اصلی که باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از: کارایی بتن، جمع شدگی ناشی از خشک شدن (انقباض) و تغییر شکل های ناشی از حرکت رطوبت.

 مواد سبک دانه به مواد سبک دانه سازه ای – غیر سازه ای، طبیعی و مصنوعی تقسیم بندی می شوند. حداکثر وزن مخصوص بتن سبک دانه سازه ای به ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب محدود شده و ساخت این نوع بتن سبک دانه سازه ای با وزن مخصوص کمتر از ۱۳۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب امکان پذیر نمی باشد.

سبکدانه های صنعتی

پوکه ی صنعتی یا سبکدانه ی صنعتی یک نوع سبکدانه ی رسی است که در کارخانه تولید و فراوری می شود. از مهم ترین ویژگی های سبکدانه های صنعتی : وزن کم ، مقاومت در برابر آتش، دوام و پایداری بالا در مقابل عوامل شیمیایی، هدایت حرارت پایین و غیره می باشد. از انواع سنگدانه های مصنوعی و سرامیکی و سنگدانه آلی می توان به :

سبکدانه های معدنی

سبکدانه یا پوکه های معدنی که کاربرد عمده ای در سبک سازی ساختمان دارند، در واقع نوعی مصالح سبک وزن هستند که در طبیعت یافت می شوند و در واقع انسان هیچ نقشی در تولید آنها ندارد. این سبکدانه ها حاصل سرد شدن مواد مذاب در طی سالیان متمادی بوده و از معدن ها استخراج می شوند. از جمله سنگ های سبک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • پامیس: (پومیس یکی از مهم ترین سنگدانه های مورد استفاده در بتن سبک می باشد که در اثر انباشته شدن خاکستر های آتشفشانی و در فرایند سرد شدن به وجود می آیند).
  • سنگ پا یا سکوریا: (این سنگدانه یکی از قدیمی ترین سنگ های به کار گرفته شده توسط بشر می باشد. اسکوریا یا سنگ پا در فرایند سرد شدن مواد مذاب آتش فشانی در آب دریاها و دریاچه ها تولید می شوند).
  • پوکه سنگ
  • توف، خاکستر
  • و دیاتومیت (سنگ رسوبی).

 از بارزترین خصوصیات پوکه های معدنی می توان به رسانایی ضعیف، چگالی کم، مقاومت بالا، غیر قابل احتراق بودن و غیره اشاره کرد.

 ذکر این نکته ضروری است که عمده بتن های سبکی که کاربرد سازه ای دارند در این گروه قرار می گیرند. بتن های حاوی سنگ دانه های سبک به طور کلی بر اساس مصرف و خصوصیات فیزیکی به سه گروه اصلی تقسیم بندی می شوند که عبارتند از:

  • بتن سازه ای
  • بتن عایق کننده
  • و بتن سازه ای – عایق کننده.

بتن سازه ای سبک عمدتا حاوی سنگدانه های سیک از جنس سنگ رس، سنگ لوح منبسط شده، خاکستر بادی و همچنین سنگ دانه های متخلخل سبک حاصل از منابع طبیعی آتش فشانی می باشد. حداقل مقاومت فشاری بتن سازه ای حاوی سنگ دانه های سبک توسط استاندارد ASTM – C130 به شرح زیر تعیین شده است:

در بتن سازه ای ساخته شده با سنگدانه های سبک، وزن مخصوص خشک شده در هوا بعد از ۲۸ روز معمولا بین 1440 تا 1850 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد و استحکام فشاری بیش از 17.2 مگا پاسکال است. اما ممکن است وزن مخصوص تعادلی تا ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب نیز مطابق با الزامات پروژه ها مورد استفاده قرار بگیرد. اغلب بتن های سبک سازه ای به کار رفته در سازه ها دارای وزن مخصوص تعادلی بین ۱۶۰۰ تا ۱۷۶۰ کیلو گرم بر مترمکعب می باشند.

 

به کار گیری روز افزون سنگ دانه های سبک مصنوعی در تعدادی از کشورهای پیشرفته در مصارف سازه ای نشان دهنده کاهش اثرات سوء زیست محیطی به کار گیری منابع طبیعی از قبیل ماسه و شن های طبیعی است، چرا که این محصولات از مواد اولیه ای که به صورت طبیعی مصرف سازه ای نداشته اند استفاده می نمایند و از تقاضای منابع محدود طبیعی مانند ماسه، سنگ و شن های طبیعی کاسته می شود.

سنگ دانه های سبک ریز به کار رفته در ساخت بتن سبک سازه ای باید به طور مناسب دانه بندی گردد، به نحوی که ۸۵ الی ۱۰۰ درصد آن از الک 4.7 میلی متر عبور نماید و وزن مخصوص خشک توده ای آن نیز باید کمتر از ۱۱۲۰ کیلوگرم بر متر مکعب باشد. چهار نوع دانه بندی شن جهت تهیه بتن سبک مشخص گردیده است و وزن مخصوص توده ای در حد ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب محدود شده است. در بکار گیری مخلوط شن و ماسه، حداکثر وزن مخصوص خشک 1440 کیلوگرم بر متر مکعب قید شده است.

وزن مخصوص و مقاومت فشاری انواع بتن بر اساس مصرف و خصوصیات فیزیکی

 

موارد مصرف بتن دانه سبک

محدوده وزن مخصوص بتن سبک (کیلوگرم بر متر مکعب)

محدوده ی مقاومت فشاری

(بر حسب مگاپاسکال)

بتن سازه ای

1440 تا 1840

17

بتن سازه ای – عایق کننده

800 تا 1440

3.4 تا 17

بتن عایق کننده

240 تا 800

0.7 تا 3.4

نکته قابل توجه در خصوص بتن های عایق بندی این است که ﺩﺭ ﺑﺎﻡ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻧ ﻬﺎ و ﺩﯾﻮﺍﺭﻫﺎی ﺿﺪ ﺁﺗﺶ ﺍﺯ ﺍﯾﻦ ﻧﻮﻉ ﺑﺘﻦ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ فراوانی ﻣﯽ ﺷﻮﺩ. وﺯﻥ ﻣﺨﺼﻮﺹ ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺳﻨﮕﯽ مصرفی در این نوع بتن 250 تا 1450 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد

بتن اسفنجی بدون ریز دانه با حذف سنگ دانه های ریز از مخلوط سیمان بتنی تشکیل شده که دارای منافذ زیادی می باشد. در این نوع بتن از ماسه در مخلوط بتن استفاده نشده و سنگ دانه های درشت دانه با خمیر سیمان بهم اتصال یافته اند.

وزن مخصوص این نوع از بتن ها بین ۷۰۰ تا ۱۵۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب می باشد. در سختار این بتن ۱۵ الی ۲۵ درصد (از لحاظ حجم) فضای خالی وجود دارد و این امر موجب عبور آب از داخل این بتن می شود. در بتن اسفنجی از آب نسبت به دیگر انواع بتن کمتر استفاده می شود و این مسئله باعث شده تا پس از ساختن مخلوط بتن، آب آن به سرعت تبخیر شده و مخلوط در مدت ۱ ساعت کاملا از آب تخلیه خواهد شد.

قابل ذکر است که بتن فاقد ریز دانه، با نام بتن زهکشی و بتن متخلخل نیز شناخته می شود و عمده مصرف آن در موارد زیر می باشد:

  • زهکشی بزرگ راه ها و محوطه سازی ها
  • زهکشی پارک ها و فضاهای سبز
  • سیستم فاضلاب و هدایت آب های سطحی و غیره.

بتن سبک اسفنجی یا فوم بتن که مقاومت فشاری پایین و میزان جمع شدگی بالایی دارد، بیشتر به منظور:

  • شیب بندی
  • کف سازی
  • و ماده ای برای پر کننده مورد استفاده قرار می گیرد.

در خصوص بتن های اسفنجی باید متذکر شد که در این گروه سبک سازی بتن به یکی از دو روش ذیل انجام می گیرد:

  1. بتن سبک گازی: در این بتن با افزودن موادی مانند پودر آلومینیوم و واکنش بین پودر آلومینیوم و مواد دیگر گاز ایجاد شده و بتن سیک می گردد.
  2. بتن سبک کفی: در این نوع بتن با تزریق مقداری کف به مخلوط بتن مقدار زیادی حباب هوا در بتن ایجاد شده و بتن سبک می گردد.

در هر دو روش ذکر شده پایدار بودن حباب های گازی و توزیع یک نواخت آنها در مخلوط بتن بسیار حائز اهمیت بوده و کیفیت نهایی بتن را تعیین می کند. وزن مخصوص بتن سبک اسفنجی بین محدوده ۲۰۰ تا ۷۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب می باشد اما می تواند تا ۱۲۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب هم برسد.

بلوک بتن سبک گازی
بلوک بتن سبک گازی

بتن سبک گازی یا بتن هوادار اتوکلاو شده AAC که مخفف عبارت Autoclaved Aerated Concrete می باشد، با نام هبلکس نیز شناخته می شود. بتن گازی اتوکلاو شده در سال 1924 میلادی توسط یک معمار و مهندس سوئدی ابداع و اختراع شده است.

از ترکیبات اصلی این نوع بتن باید به:

  • آب
  • مصالح سیلیسی یا با پایه ماسه بادی
  • سیمان پرتلند تیپ 2
  • آهک
  • و مواد گاز ساز اشاره کرد.

همانطور که گفته شد در سال 1924 میلادی یک معمار سوئدی تبار دریافت که اگر مواد و ترکیبات بتن را در دما و فشار بالایی عمل آورد، یک نوع بتن متخلخل با وزن کم و مقاومت بالا تولید می شود. استفاده از این نوع بتن در زمان بعد از جنگ جهانی دوم با رونق گرفتن ساخت و سازها و تعمیرات خرابی های جنگ بسیار مرسوم شده و گستردگی یافت. 

بتن هوادار اتوکلاو شده دارای خواص ویژه ای از جمله :

  • وزن کم، مقاومت بالا، سهولت در اجرا،
  • مقاومت در برابر آتش، مقاومت حرارتی بالا
  • سازگاری بالا با محیط زیست
  • مقاومت در برابر زلزله، مقاومت در برابر بارهای زنده
  • مقاومت در برابر صدا و غیره می باشد.

از طرف دیگر قطعـات بتن هوادار اتوکلاو شده، به طور معمول برای مصارف گوناگون با ملات های کم ضخامت یا ملات سبک به یکدیگر متصل می شوند. در زیر موارد مصرف معمول آن ها ارائه شده است :

  • ملات بین درزهای قطعات بتن هوادار اتوکلاو شده با شکل منظم و مسطح
  • سیستم درزهای کام و زبانه با استفاده از قطعات بتن هو÷ادار اتوکلاو شده دارای کام و زبانه
  • مـلات برای پرکردن درزهای عمودی بین قطعات بتن هوادار اتوکلاو شده، در مواردی که درزها برای اتصال (پر شدن با ملات) طراحی شده باشند.

نکته حائز اهمیت این است که یکی از معایب بزرگ بتن های اتوکلاو، مصرف بالای انرژی در فرایند تولید می باشد. به همین دلیل امروزه استفاده از بتن های غیر اتوکلاوی مرسوم شده است.

Autoclaved Aerated Concrete
Autoclaved Aerated Concrete

همانطور که گفته شد بتن های سبک اتوکلاوی در فرایند تولید، انرژی زیادی به مصرف می رسانند. بتن های غیر اتوکلاوی نیز از اختلاط ماسه بادی، سیمان پرتلند، آب، پودر آلومینیوم تشکیل می شوند اما فرایند تولید این نوع بتن با نوع اتوکلاو متفاوت بوده و کاهش هزینه ی چشم گیری به همراه دارد.

در فرایند تولید بتن غیر اتوکلاوی از حرارت خود مصالح در زمان اختلاط استفاده می شود و همین موضوع و عدم نیاز به استفاده از دستگاه اتوکلاو، کاهش مصرف انرژی و هزینه های ثانویه را به دنبال دارد.

تولید و اختراع بتن غیر اتوکلاوی را می توان به آقای جوزف هبل آلمانی تبار نسبت داد که برای اولین بار موفق شد با مکانیزه کردن بتن اتوکلاوی و افزودن آرماتور به آن، به یک نوع بتن متخلخل، سبک و با مقاومت بسیار بالا دست پیدا کند.

بتن گازی یا بتن هوادار بدون اتوکلاو دارای خواص و ویژگی های مهمی می باشد که عبارتند از :

  • عایق در برابر صوت رطوبت و حرارت
  • وزن مخصوص پایین
  • کاهش وزن ساختمان با استفاده از بلوک های این نوع بتن
  • مقاومت در بربر آتش سوزی، مقاومت در برابر سیکل های ذوب و یخبندان
  • حمل و نقل آسان، سرعت بالا و سهولت اجرا
  • امکان اجرا با استفاده از چسب های مخصوص
  • چسبندگی مناسب با نما و سازگاری با سایر اندود ها
  • انعطاف پذیری بسیار بالا (قابلیت برش به ابعاد دلخواه).

بتن سبک کفی (CLC – Cellular Lightweight Concrete) با استفاده از حباب های هوا که به کمک یک عامل کف زا ایجاد می شود تهیه می گردد. تکنولوژی تولید این نوع بتن ساده تر از تکنولوژی تولید بتن سبک گازی بوده و تولید این نوع بتن در محل ساخت نیز امکان پذیر بوده و به دلیل دانسیته کم قابل پمپ کردن به طبقات و با فواصل دیگر است.

بلوک این نوع بتن دارای چسبندگی خوبی با سیمان و گچ داشته ودر دانسیته ها وضخامت های مناسب به عنوان عایق حرارتی در دیوارهای بیرونی هم کاربرد دارد.

برای افزایش دانسیته و اقتصادی تر کردن این نوع بتن از ماسه ریز دانه (ماسه بادی) با نسبت های مختلف نسبت به سیمان استفاده می شود. بهترین نوع ماسه در این نوع بتن ماسه سیلیسی می باشد و دانه بندی آن متناسب با دانسیته بتن مورد نیاز می باشد، به طوری که هر چه دانسیته پایین تر باشد ریز بودن دانه ماسه ضروری تر می باشد.

 ماسه مصرفی می بایست شسته شده و حداکثر دارای ۳٪ وزنی خاک رس داشته باشد. علاوه بر ماسه بادی می توان از مصالح سبک دیگری همچون ورمیکولیت-خاکستر و خاکستر آتشفشانی نیز استفاده کرد.

در ساخت قطعات بتن سبک کفی برای مقابله با ترک های ناشی از انقباض بتن از الیاف پلی پروپیلن و الیاف فولادی استفاده می شود. معمولا از الیاف پلی پروپیلن با طول ۱۲ میلی متر به مقدار ۱ تا ۳ کیلوگرم در هر متر مکعب در بتن سبک کفی استفاده شده که باعث ارتقای خواص مکانیکی به ویژه مقاومت برشی آن در حد بتن معمولی می گردد.

بتن سبک کفی
بتن سبک کفی

مقاومت فشاری مورد نیاز برای بتنهای سبک طبق استاندارد های بتن، در جدول زیر مشخص شده است. این جدول رده­های مقاومت فشاری برای بتن سبک وزن را نشان می دهد.  

رده مقاومت فشاری

مقاومت مشخصۀ فشاری 28 روزه استوانه ­ای ، (N/mm2)

مقاومت مشخصۀ فشاری 28 روزه مکعبی(الف) ، (N/mm2)

LC8/9

۸

۹

LC12/13

۱۲

۱۳

LC16/18

۱۶

۱۸

LC20/22

۲۰

۲۲

LC25/28

۲۵

۲۸

LC30/33

۳۰

۳۳

LC35/38

۳۵

۳۸

LC40/44

۴۰

۴۴

LC45/50

۴۵

۵۰

LC50/55

۵۰

۵۵

LC55/60

۵۵

۶۰

LC60/66

۶۰

۶۶

LC70/77

۷۰

۷۷

LC80/88

۸۰

۸۸

(الف) درصورت برقراری ارتباط و استناد بین آزمونۀ مکعبی و آزمونۀ استوانه­ای مرجع، ممکن است از مقادیر دیگری استفاده شود.

این جدول رده های مختلف چگالی بتن سبک را مشخص کرده و برای بتن­های سبک وزن در رده­های مختلف وزن قابل استفاده است.

رده بندی چگالی

D 1.0

D 1.2

D 1.4

D 1.6

D 1.8

D 2.0

EN 12390

(kg/m3)

800 ≤ و 1000 ≥

1000< و 1200 ≥

1200< و 1400 ≥

1400< و 1600 ≥

1600< و 1800 ≥

1800< و 2000 ≥

بتن سبک از اختلاط مواد مختلفی از جمله مصالح سیلیسی، آب، سیمان و مواد گاز ساز تولید می شود. از این نوع بتن می توان در کارخانه ها، قطعات پیش ساخته و یا بلوک های بتنی سبک با ابعاد و اندازه های مختلفی، برای مصارف گوناگون تولید کرد. فرایند تولید این نوع بتن برای قطعات بتنی طبق استاندارد 8593 به شرح زیر می باشد :

مصالح اولیه را با یکدیگر مخلوط می کنند و سپس داخل قالب می ریزند، این مخلوط پف کرده، داخل قالب بالا می آید و به شکل کیک می شود. بعد از این فرآیند، برای ساخت قطعات بنایی کیک را به ابعاد مورد نیاز می برند. سپس آن را با استفاده از فشار زیاد بخار در اتوکلاو، عمل آوری می کنند.

همانطور که گفته شد، بتنهای سبک انواع متفاوتی دارند و با توجه به این تنوع، گستره ی مصرفی آن ها نیز متفاوت می باشد. از مهم ترین و قابل توجه ترین ویژگی های این بتن ها وزن کم می باشد. به همین دلیل این بتن ها با توجه به خواص ویژه ای که دارند مصارف مختلفی در صنعت ساختمان دارند که از آن می توان به موارد زیر اشاره کرد :

  • استفاده از بتن سبک به عنوان مواد پر کننده
  • استفاده برای ساخت بلوک های ساختمانی و پنل های جدا کننده
  • استفاده برای ساخت ساختمان ها و پل ها
  • استفاده برای ساخت فرودگاه ها
  • استفاده در ساخت استادیوم ها و جایگاه تماشاگران
  • استفاده در سازه های مخازن ساحلی، ساخت اسکله های شناور
  • ساخت سکوهای نفتی، ساخت مخازن عظیم گاز طبیعی
  • ساخت کشتی های تجاری و جنگی
  • قالب ‌گیری سازه‌های فولادی برای محافظ از آن‌ها در برابر آتش و خوردگی
  • همچنین استفاده از بتن سبک در ایجاد کف سازی، استفاده در شیب بندی
  • استفاده به عنوان عایق های صوتی، حرارت و غیره.

با توجه به این که بتن های سبک، کاهش هزینه و بار اضافی ساختمان را به دنبال دارند، موارد مصرف مختلفی در صنعت دارند. اما لازم است تا محصولات و مشتقات بتن سبک، همچنین سنگدانه ها و سبک دانه های مورد استفاده برای تولید آن، قبل از استفاده مورد آزمایش قرار بگیرند. انجام این آزمایش ها که روند آنها به طور کامل در استاتداردهای مربوط به بتن سبک توضیح داده شده است، به منظور تعیین و کنترل کیفیت آنها می باشد.

روش های آزمون و استانداردها

 روش آزمون

 شماره استاندارد

آزمون تعیین نفوذ پذیری بخار آب در بتن سبک

 8597

آزمون تعیین مقاومت خمشی بتن هوادار اتوکلاو شده

 8598

آزمون تعیین مقاومت فشاری بتن هودار اتوکلاو شده

8596

آزمون تعیین جرم حجمی خشک بتن هوادار اتوکلاو

8594

آزمون تعیین مدل ارتجاعی استاتیکی فشاری بتن هودار اتوکلاو شده

8591

آزمون تعیین جمع شدگی ناشی از خشک شدگی بتن هوادار اتوکلاو شده

8592

آزمون قطعات ساخته شده از بتن سبک متخلخل

6045

آزمون بلوک ساخته شده از بتن سبک متخلخل

 6049

اندازه گیری پتانسیل واکنش قلیایی سنگدانه ها

 7656

آزمون اندازه گیری کلرید محلول در اسید در بتن و ملات سخت شده

 8946

آزمون اندازه گیری ضریب جذب آب ناشی از مویینگی برای قطعات بنایی بتنی

 9173

آزمون اندازه گیری تغییر شکل نسبی ناشی از تغییرات رطوبت

 9149

آزمون تعیین درصد رطوبت بتن هوادار اتوکلاو شده

 9159

آزمون قطعات پیش ساخته مسلح بتن هوادار اتوکلاو شده و یا بتن سبکدانه با ساختار باز تحت بار عرضی

 9160

آزمون قطعات پیش ساخته مسلح بتن هوادار اتوکلاو شده و یا بتن سبکدانه با ساختار باز، تحت بار طولی

 9161

سنگدانه های سبک مورد مصرف در بلوک های بتنی

 7657

آزمون تعیین مقاومت خمشی قطعات بنایی بتنی

 9174

خواص و ویژگی ها

از جمله خصوصیات بتن سبک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

با استفاده از این نوع بتن و با کاهش بار وارده بر فونداسیون موجب کوچک تر شدن ابعاد آن، کمتر شدن تعداد و کوچک تر شدن شمع ها و کاهش مقدار آرماتورها و به الطبع آن اجرا سریع و آسان تر فونداسیون می شود.

 از طرف دیگر کاهش بار مرده سبب کوچک تر شدن اعضای نگهدارنده می شود. همچنین کاهش بار مرده باعث کاهش نیروهای لرزه ای وارد بر سازه می گردد.

نکته دیگر که بسیار حائز اهمیت است این است که در گسترش پل ها می توان با استفاده از مواد سبک مانند بتن سبک، عرشه ی پل را جهت تحمل ترافیک بیشتر بزرگ تر نمود، بدون این که تغییر در سازه و با فونداسیون پل ایجاد شود.

نکته دیگر این است که این نوع بتن مقاومت بسیار بالایی در برابر آتش سوزی و احتراق دارد، همین موضوع امکان استفاده از آن را در موارد متفاوتی ممکن ساخته است. از طرفی دیگر عایق بودن در مقابل صوت، حرارت و رطوبت نیز کاهش هزینه های خرید تجهیزات حرارتی و برودتی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

بلوک های پیش ساخته بتن سبک که در کارخانه های تولید می شوند به سهولت امکان جابه جایی و حمل و نقل دارند. همچنین اجرای بلوک های بتن سبک نسبت به سایر مصالح ساختمانی  بسیار ساده تر می باشد.

کاهش مصرف انرژی، کاهش قابل توجه آلودگی های صوتی، روند اجرایی سریع تر پروژه و سازه های متفاوت از دیگر خواص بتن سبک می باشد.

معایب بتن سبک

نکته قابل توجه که لازم است به آن اشاره کنیم این است که بتنهای سبک علی رغم ویژگی و خواص فوق العاده آنها که سبب گسترش استفاده در صنعت شده است، معایبی نیز دارند که لازم است به آن اشاره کنیم. از مهم ترین معایب بتن سبک به شرح زیر است.

این نوع بتن به زمان بیشتری برای خشک شدن و گیرش نیاز دارد.

نسبت حساسیت استفاده از آب در ترکیب اولیه در این نوع بتن بسیار بالاست و لازم است نسبت به مقادیر مجاز برای استفاده از آب که در استاندارد های مربوطه و طرح اختلاط بتن ذکر شده است، توجه شود.

این نوع بتن به دلیل متخلخل بودن، خاصیت جذب آب بالاتری دارد.

فرایند اتوکلاو کردن بتن سبک هوادار یا گازی که توسط دستگاه اتوکلاو بتن انجام می شود، ممکن است افزایش هزینه و انرژی را به همراه داشته باشد.

همچنین مدت زمان مورد نیاز برای مخلوط کردن بتن های سبک، نسبت به بتن معمولی طولانی تر می باشد. با این حال خواص فوق العاده بتن سبک، باعث شده است که از معایب آن چشم پوشی شود.

۱۰ ویژگی بتن سبک که باید بدانید

  1. # بتن سبک به عنوان یکی از مصالح پرکاربرد برای ساخت انواع عایق های صوتی شناخته می شود.
  2. # استفاده از این نوع بتن همچنین برای ساخت و تولید عایق های حرارتی و عایق های رطوبتی رایج می باشد.
  3. # وزن سبک این نوع بتن، کاهش حجم نهایی سازه و کاهش هزینه های ساخت و ساز را به دنبال خواهد داشت.
  4. # بتن سبک، سهولت اجرای بسیار بالاتری نسبت به بتن معمولی دارد.
  5. # تنوع کاربرد بالایی داشته و علاوه بر کاربرد های سازه ای می توان از آن به منظور کفسازی و غیره نیز استفاده کرد.
  6. # قطعات پیش ساخته این نوع بتن در اندازه ها و ابعاد مختلفی به صورت بلوک های پیش ساخته تولید می شوند.
  7. # این نوع بتن علی رغم خواص فوق العاده ای که دارد، هزینه های به مراتب پایین تری نسبت به بت معمولی دارد.
  8. # استفاده از این نوع بتن به دلیل مقاومت بالای آن، ترک خوردگی سازه را بر اثر انباض و انبساط های ناشی از رطوبت به طرز چشم گیری کاهش می دهد.
  9. # بتن های سبک طول عمر بالاتری نسبت به بتن معمولی داشته و نیاز به تعمیر کمتری دارند.
  10. # همچنین حمل و نقل این نوع بتن نسبت به سایر بتن ها ساده تر می باشد.

منابع و ماخذ

مروری بر انواع بتن سبک، تهیه شده توسط واحد تحقیقات و توسعه بلکس تحت نظارت دکتر فرزاد جلیلیلان از دانشگاه mcgill کانادا. (www.belexco.ir).

مشخصات فنی و عمومی کارهای ساختمانی- نشریه 55، معاونت نظارت راهبردی دفتر نظام فنی و اجرایی. (http://tec.mporg.ir).

بتن سبک(http://www.khuisf.ac.ir/).

بتن و انواع آن(http://pdf81.cycgolestan.ir/).

استاندارد شماره 8597– استاندارد ملی ایران، تعیین نفوذ پذیری بخار آب در بتن سبک.

استاندارد شماره 8593– استاندارد ملی ایران، بتن سبک، قطعات بتنی هوادار اتوکلاو شده_ویژگی ها.

استاندارد شماره 6045- استاندارد ملی ایران، قطعات ساخته شده از بتن سبک متخلخل.

استاندارد شماره 6049- استاندارد ملی ایران، بلوک ساخته شده از بتن سبک متخلخل.

استاندارد شماره 9148– استاندارد ملی ایران، واژه نامه سنگدانه های بتن.

استاندارد شماره 7657– استاندارد ملی ایران، سنگدانه های سبک مورد مصرف در بلوک های بتنی.

اشتراک گذاری Telegram Facebook WhatsApp Twitter