معرفی انواع بتن

پيشرفت در تكنولوژى و همچنين نياز بشر به سازه هاى گوناگون باعث شده تا تحقيقات وسيعى بر روى خواص و رفتار مواد صورت گيرد كه بالطبع نتيجه آن ابداع گونه هاى مختلف سازه ها و بهره گيرى از مواد گوناگون است. اين امر در مورد سازه هاى ساخته شده از بتن و فولاد نيز صادق بوده و تا كنون بتن هاى گوناگونى ابداع و به بازار عرضه شده اند. در اين بخش برخى از انواع و گونه هاى مختلف بتن ها را مورد بررسى قرار داده تا ضمن شناخت از آنان به كاربردهاى فراوانى كه در صنعت ساخت و ساز مى توانند، داشته باشند آگاهى حاصل گردد. بتن را از نظر وزن مخصوص مى توان به سه دسته تقسيم نمود. بتن معمولى، بتن سبك و بتن سنگين. ليكن اين تقسيم بندى فراگير نبوده و خواص و كاربردهاى متعدد گونه هاى مختلف بتن ها را در بر نمى گيرد. از اينرو در ادامه ويژگى ها و كاربردهاى هر كدام از انواع بتن ها، ارائه شده است. در هر حال از آنجا كه در پاره اى مواقع خصوصيات بتن هاى ديگر با تن معمولى مقايسه مى گردد، لذا لازم است بتن معمولى معرفى شود.مطابق تعريف بتن معمول، بتنى است است كه به صورت عادى با سيمان هاى معمولى تيپ (I ) تا تيپ (V ) پرتلند ساخته مى شود. اين بتن داراى وزن مخصوصى برابر با ۲۲۰۰ الى ۲۵۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب هستند. (معمولاً ۲۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب) و اين تفاوت از ۲۲۰۰ تا ۲۵۰۰ در وزن مخصوص، ناشى از جنس دانه ها و تراكم بتن است

بتن سبك(Light weight Concrete )

براساس تعريف موسسه (ACI ) بتن سبك عبارتست از: بتنى كه وزن مخصوص آن بطور محسوسى كمتر از وزن مخصوص بتن معمولى است و با سنگدانه هاى طبيعى يا شكسته ساخته مى شود. بتن سبك اغلب به عنوان جايگزينى مناسب و مكمل براى بتن معمولى وبه منظور كاهش وزن سازه به كار مى رود، هر چند مقاومت فشارى نهايى آن، در مقايسه با بتن هاى معمولى مقدار كمترى است. معمولا افزايش هزينه ناشى از اعمال تمهيدات ويژه در ساخت بتن سبك به ازاى هر متر مكعب، با كاهش بار مرده و افزايش مقاومت بتن در مقابل آتش سوزى جبران مى شود. كاهش بار مرده در سازه موجب كاهش ابعاد پى ساختمان كاهش ابعاد پى هاى منفرد و كاهش عرض پى هاى زير ديوار، ابعاد ستون ها، تيرها و همچنين كاهش ضخامت سقف مى گردد. اين كاهش در جرم بتن مصرفى موجب صرفه جويى در هزينه ساخت اعضاى فوق الذكر و جبران اضافه هزينه ناشى از ساخت بتن سبك خواهد شد. علاوه بر اين، ميزان عايق سازى صوتى و حرارتى آن به گونه اى است كه در اكثر موارد استفاده از لايه هاى اضافى جهت عايق بندى جزيى يا كلى را منتفى مى سازد، كه خود از لحاظ اقتصادى به صرفه خواهد بود
طبقه بندى بتن هاى سبك عموما به دو شكل كلى صورت مى گيرد.
–  طبقه بندى براساس زمينه هاى كاربرد آن
–  طبقه بندى براساس روش دستيابى به سبكى (روش دستيابى به جرم حجمى كم)

از آنجا كه جرم حجمى در بتن سبك معيار اصلى شناسايى آنست، اكثر استانداردها و آئين نامه هاى جهانى، حد بالاى جرم حجمى خشك بتن سبك را حدود ۱۹۰۰ الى ۲۰۰۰ كيلو گرم بر متر مكعب و حد پايين جرم حجمى بتن سبك را حدوداً ۳۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب قيد نموده اند. راهنماى بتن سبكدانه انجمن بتن آمريكا (ACI ) در تقسيم بندى براساس زمينه هاى كاربرد آن تقسیم بندی شده اند.
۱- براساس زمينه هاى كاربرد سبك را به شكل زير دسته بندى نموده است
الف- بتن هاى سبك سازه اى: اين نوع بتن عموما داراى جرم مخصوصى بين ۱۴۰۰ تا ۱۹۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب بوده و حداقل مقاومت فشارى تعريف شده براى آنها، معادل ۱۷ نيوتن بر ميليمتر مربع است، بتن هاى سبك سازه اى داراى مقاومت و وزن مخصوص كافى بوده، بگونه اى كه كار برد آنها را در اعضاى سازه اى مجاز مى سازد. در بعضى حالات امكان افزايش مقاومت تا ۶۰ نيوتن بر ميليمتر مربع نيز وجود دارد. در مناطق زلزله خيز، آيين نامه ها، حداقل مقاومت فشارى بتن سبك را به ۲۸ نيوتن بر ميليمتر مربع محدود مى كنند. در بتن هاى سبك سازه اى از سنگدانه هايى استفاده مى شود كه حصول مقاومتى بيش از ۱۷ نيوتن بر ميلى متر مربع و جرم مخصوص كمتر از ۱۹۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب (البته اسماً بزرگتر از ۱۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب) را امكان پذير سازند. سنگدانه هايى كه اين شرايط را عموماً برآورده مى كنند و سنگدانه هايى كه طبق استاندارد ASTN – C330 براى ساخت بتن  هاى سبك سازه اى مورد استفاده هستند، عبارتند از:شيل، رس و اسليت منبسط شده در فرايند كوره دوار،فرايند تفتيدن ،سرباره هاى منبسط شده،پوكه هاى معدنى،پوكه هاى صنعتى، خاكستر بادى تفتيده.
تأمين مقاومت فشارى معادل ۲۷ نيوتن بر ميلى متر مربع و بيشتر با بعضى از اين سنگدانه ها امكان پذير است. شرايط ساير سنگدانه ها نيز طورى است كه قادر به حصول حداقل مقاومت فشارى مقرر شده براى بتن سبك سازه اى (يعنى ۱۷ نيوتن بر ميلى متر مربع) مى باشند. مقاومت بتن هاى دانه سبك، تابعى از جرم مخصوص آنها است. بايد توجه داشت كه جرم مخصوص بتن، عمدتاً متأثر از جرم مخصوص سنگدانه مصرفى است، به گونه اى كه استفاده از مصالح سبكتر، موجب كاهش وزن مخصوص بتن خواهد شد، ولى استفاده از مصالح سنگين تر از نوع سبك، لزوماً موجب افزايش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد گشت. بيشترين مقاومت براى بتن با استفاده از شيل، رس و اسليت منبسط شده در فرايند كوره دوار به دست مى آيد. در ساخت و توليد اين سنگدانه هاى مخصوص، مصالح خام مورد استفاده، بايد داراى خاصيت انبساط و شيشه اى شدن (اصطلاحا هم جوش شدن) در اثر حرارت ذوب باشند.
ب- بتن هاى سبك نيمه سازه اى: اين نوع بتن از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشارى در محدوده بتن هاى سبك سازه اى و بتن هاى سبك غيرسازه اى قرار دارد، بگونه اى كه مقاومت فشارى آن ها بين ۷ الى ۱۷ نيوتن بر ميليمتر مربع و جرم مخصوص آنها ۸۰۰ الى ۱۲۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد. بتن هاى سبك نيم سازه اى با سنگدانه هاى توليد شده از روش هاى تكليس (آهكى شدن)، سنگدانه كلينكر، محصولات منبسط شده اى نظير سرباره هاى منبسط شده، خاكستر بادى، شيل و اسليت يا سنگدانه هاى توليدى از مصالح طبيعى، مانند پوكه سنگ آذرين، سنگ هاى آذرين متخلخل يا توف، ساخته مى شوند. جرم مخصوص بتن توليد شده با سنگدانه هاى فوق، بين ۸۰۰ الى ۱۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد. با تجديد نظر و اصلاح تركيبات تشكيل دهنده بتن هاى سبك، مى توان ساخت بتن هاى نيمه سازه اى را با سنگدانه هايى نظير پرليت، الياف پلى استايرن و كف هاى اسفنجى گسترش داد. مقاومت بتن به طور معمول تابعى است از وزن مخصوص آن.كاربرد مواد افزونى نظير تسريع كننده ها و روان كننده ها (مواد كاهش دهنده آب)، مى تواند در تغيير مقاومت بتن هاى ساخته شده با سنگدانه هاى مذكور مؤثر باشد
ج- بتن سبك غيرسازه اى: اين بتن براى مقاصد پركننده و عايق بندى حرارتى و جدا كننده هاى سبك (تيغه هاى جداساز و عايق هاى صوتى در كف) مورد استفاده قرار مى گيرند. داراى جرم مخصوصى كمتر از ۸۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب بوده و با وجود جرم مخصوص كم، مقاومت فشارى آن مى تواند تا ۷ نيوتن بر ميليمتر مربع باشد. مزيت عمده اين نوع بتن عبارتست از، كاهش هزينه لازم براى تهويه گرمايى يا سرمايى فضاها و كاهش انتقال صوت بين طبقات و فضاهاى ساختمان. بتن هاى سبك غيرسازه اى براساس تركيب ساختمان خود، مى توانند به دو گروه جداگانه تقسيم بندى شوند. بتن هاى اسفنجى كه در حين ساخت آنها با استفاده از ايجاد كف، حباب هاى هوا در خمير سيمان يا در ملات سيمان – سنگدانه، ايجاد مى گردد. كف مورد نظر يا از طريق مواد كف زا (در حين اختلاط) توليد شده و يا به صورت كف آماده به مخلوط اضافه مى شود. بتن اسفنجى مى تواند جرم مخصوصى تا حدود ۲۴۰ كيلوگرم برمتر مكعب نيز داشته باشد.بتن با سنگدانه هاى سبك يا به اختصار بتن هاى دانه سبك با استفاده از پرليت يا ورميكوليت منبسط شده و يا الياف هاى منبسط شده پلى استر، ساخته مى شوند. جرم مخصوص خشك اين مخلوط بين ۲۴۰ تا ۹۶۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد. امروزه، اضافه كردن ريزدانه هايى با وزن معمولى به مخلوط بتن سبك، جهت بهبود خواص خزشى آن، مدنظر است. استفاده از ماسه با وزن معمولى، موجب افزايش وزن بتن و مقاومت آن خواهد شد، ليكن به منظور حصول خواص عايق بندى حرارتى (ضريب انتقال حرارت پايين)، حداكثر جرم مخصوص به ۸۰۰ كيلوگرم در متر مكعب محدود مى گردد. هنگام ساخت و استفاده از بتن سبك غيرسازه اى، معمولا علاقه مند هستيم كه با كاهش وزن، خصوصيات حرارتى را افزايش دهيم، ولى بايد توجه داشت، كه با كاهش هر چه بيشتر وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نيز كاهش مى يابد. بهينه سازى پارامترهاى فوق الذكر هنگامى كه مقتضيات ويژه اى وجود دارد، در ساخت بتن سبك ناسازه اى مهم و ضرورى است.
۲- طبقه بندى انواع بتن هاى سبك براساس روش دستيابى به سبكى (روش دستيابى به جرم حجمى كم)
اصول اوليه و روش پايه براى دستيابى به بتن سبك، ايجاد تخلخل در بتن است.
لذا بتن سبك را مى توان از نقطه نظر مواد بكار برده شده و روش دستيابى و شيوه توليد آن به سه ر وش عمده تقسيم بندى نمود.
الف – كاربرد سنگدانه هاى متخلخل در بتن به نام : بتن سبك دانه (Light weight Aggregate Concrete )
ب – ايجاد تخلخل در خمير سيمان بتن كه به عنوان بتن اسفنجى يا سلولى مطرح مى باشد (Aerated or cellular concrete )
ج – ايجاد تخلخل و فضاى خالى در بتن از طريق حذف ريزدانه ها بنام بتن بدون ريزدانه (No fine concrete )

بتن سنگين

در ساخت بتن سنگين به جاى شن و ماسه از خرده هاى فولاد، چدن و يا سولفات باريم استفاده مى شود. كاربرد اينگونه بتن بارى جلوگيرى از تشعشع اشعه X و Y و غيره بوده و اصولاً براى سازه هاى مربوط به تأسيسات اتمى و يا هر جا كه امكان تشعشعات راديواكتيو وجود دارد از اينگونه بتن استفاده مى شود. وزن مخصوص بتن سنگين حدود ۵/۱ تا ۵/۲ برابر وزن مخصوص بتن معمولى است. براساس تعريف موسسه ACI آمريكا بتن سنگين، بتنى است كه اساساً داراى وزن مخصوص بزرگترى نسبت به بتن هاى ساخته شده با سنگدانه هاى معمولى مى باشد، و معمولاً با استفاده از سنگدانه هاى سنگين تهيه شده و به طور ويژه به عنوان سپر محافظ در مقابل تشعشع به كار مى رود. هر چند كه سپرهاى محافظ در مقابل تشعشع كاربرد اصلى بتن هاى سنگين هستند، ليكن در ساخت وزنه هاى تعادلى (بتن هاى وزنى) و يا در مواردى كه نياز به افزايش بار مرده سازه، بدون افزايش حجم هستيم، نيز مورد استفاده مى باشند. هنگامى كه بحث از بتن سنگين است، منظور بتنى با جرم مخصوص بيش از ۲۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد، كه براساس نوع و اندازه سنگدانه مصرفى و شيوه تراكم و تخليه، مى تواند جرم مخصوص بيش از ۶۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب داشته باشد.بتن سنگين همواره هزينه ساخت بيشترى نسبت به بتن هاى معمولى دارد. اين اضافه قيمت مى تواند ناشى از مواردى نظير؛ حفارى معدن، حمل مصالح، شكستن دانه بندى مصالح، اختلاط مناسب سنگدانه در خمير سيمان، جا دادن و پرداخت سطح بتن ريخته شده باشد. هزينه حمل و نقل سنگدانه هاى سنگين در مقايسه با سنگدانه هاى معمولى كه معمولاً  در نزديكى كارگاه در دسترس مى باشند، نسبتاً  بالاست. اكثر تجهيزات مرتبط با مصالح سنگى نظير سنگ شكن ها و دستگاه هاى دانه بندى براساس خصوصيات سنگدانه هاى معمولى ساخته و آماده مى شوند، به همين جهت در صورت استفاده از سنگدانه هاى سنگين سرعت استهلا ك اين تجهيزات افزايش مى يابد. در نتيجه بازده اين تجهيزات نسبت معكوس با چگالى سنگدانه ها دارد. در اين حال اگر جرم مخصوص بتن معمولى حدود ۲۴۰۰ و بتن سنگين ۶۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب فرض شود، جهت تهيه يك مخلوط همگن و يكنواخت بدون اينكه بخواهيم فشار اضافى بر تجهيزات مكانيكى اعمال نماييم، بايد از ۴۰ درصد ظرفيت اسمى دستگاه مخلوط كن استفاده شود. با وجودى كه استحصال، حمل، شكستن و دانه بندى سنگدانه ها جهت تهيه بتن سنگين پرهزينه است و اختلاط، حمل و نقل و ريختن و پرداخت بتن ساخته شده هزينه بالاترى نسبت به بتن معمولى را در بر دارد، ليكن اين نوع بتن در ساخت سپر محافظ در مقابل تشعشع، (نظير ديواره نيروگاهها و آزمايشگاهها) ساخت وزنه هاى تعادلى و در مواردى كه در حداقل فضا، تراكم جرم (وزن مرده زياد) مورد نياز باشد، كاربرد ويژه خواهد داشت. هنگامى كه طراحى براساس چگالى باشد، ضخامت ديوار يا كف ممكن است با دو برابر كردن چگالى بتن ساخته شده، به ميزان ۵۰ درصد كاهش يابد. با افزايش چگالى بتن، خصوصيات زيادى از بتن افزايش يافته يا دستخوش تغيير خواهد شد. يكى از مهمترين اين خصوصيات، مقاومت سايشى بتن است. در صورت يكسان بودن ساير شرايط، با افزايش چگالى بتن، مقاومت سايشى آن نيز افزايش مى يابد.با كاربرد برخى از مواد افزونى پيشرفته، مى توان چگالى خمير سيمان را افزايش داده و نسبت آب به سيمان را كاهش و كارايى را افزايش داد، در ضمن با كاهش نسبت آب به سيمان بالطبع، مقاومت بتن ساخته شده نيز افزايش مى يابد.علاوه بر افزودنى هاى شيميايى، با بكار بردن دوده سيليسى كه يك افزودنى معدنى است، مى توان نفوذ پذيرى بتن، را كاهش و چگالى خمير سيمان و مقاومت بتن را افزايش داد.