بتن سنگین و بتن سبک

پيشرفت در تكنولوژى و همچنين نياز بشر بهسازه هاى گوناگون باعث شده تا تحقيقات وسيعى بر روى خواص و رفتار مواد صورتگيرد كه بالطبع نتيجه آن ابداع گونه هاى مختلف سازه ها و بهره گيرىاز مواد گوناگون است. اين امر در مورد سازه هاى ساخته شده از بتن و فولاد نيزصادق 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 قرارداده تا ضمن شناخت از آنان به كاربردهاى فراوانى كه در صنعت ساخت و سازمى توانند، داشته باشند آگاهى حاصل گردد. بتن را از نظر وزن مخصوصمى توان به سه دسته تقسيم نمود. بتن معمولى، بتن سبك و بتن سنگين. ليكن اينتقسيم بندى فراگير نبوده و خواص و كاربردهاى متعدد گونه هاى مختلفبتن ها را در بر نمى گيرد. از اينرو در ادامه ويژگى ها و كاربردهاىهر كدام از انواع بتن ها، ارائه شده است. در هر حال از آنجا كه درپاره 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 بهصورت عادى با سيمان هاى معمولى تيپ (I ) تا تيپ (V ) پرتلند ساختهمى شود. اين بتن داراى وزن مخصوصى برابر با ۲۲۰۰ الى ۲۵۰۰ كيلوگرم بر مترمكعب هستند. (معمولاً ۲۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب) و اين تفاوت از ۲۲۰۰ تا ۲۵۰۰ دروزن مخصوص، ناشى از جنس دانه ها و تراكم بتن است.

بتن سبك:(Light weight Concrete )

براساس تعريف موسسه (ACI ) بتن سبك عبارتستاز: بتنى كه وزن مخصوص آن بطور محسوسى كمتر از وزن مخصوص بتن معمولى است و باسنگدانه هاى طبيعى يا شكسته ساخته مى شود. بتن سبك اغلب به عنوانجايگزينى مناسب و مكمل براى بتن معمولى وبه منظور كاهش وزن سازه به كارمى رود، هر چند مقاومت فشارى نهايى آن، در مقايسه با بتن هاى معمولىمقدار كمترى است. معمولا افزايش هزينه ناشى از اعمال تمهيدات ويژه در ساخت بتن سبكبه ازاى هر متر مكعب، با كاهش بار مرده و افزايش مقاومت بتن در مقابلآتش سوزى جبران مى شود. كاهش بار مرده در سازه موجب كاهش ابعاد پىساختمان كاهش ابعاد پى هاى منفرد و كاهش عرض پى هاى زير ديوار، ابعادستون ها، تيرها و همچنين كاهش ضخامت سقف مى گردد. اين كاهش در جرم بتنمصرفى موجب صرفه جويى در هزينه ساخت اعضاى فوق الذكر و جبران اضافههزينه ناشى از ساخت بتن سبك خواهد شد. علاوه بر اين، ميزان عايق سازى صوتى وحرارتى آن به گونه اى است كه در اكثر موارد استفاده از لايه هاى اضافىجهت عايق بندى جزيى يا كلى را منتفى مى سازد، كه خود از لحاظ اقتصادى بهصرفه خواهد بود.

طبقه بندىبتن هاى سبك عموما به دو شكل كلى صورت مى گيرد.

-  طبقه بندى براساس زمينه هاى كاربرد آن

-  طبقه بندى براساس روش دستيابى به سبكى (روشدستيابى به جرم حجمى كم)

از آنجا كهجرم حجمى در بتن سبك معيار اصلى شناسايى آنست، اكثر استانداردها وآئين نامه هاى جهانى، حد بالاى جرم حجمى خشك بتن سبك را حدود ۱۹۰۰ الى۲۰۰۰ كيلو گرم بر متر مكعب و حد پايين جرم حجمى بتن سبك را حدوداً ۳۰۰ كيلوگرم برمتر مكعب قيد نموده اند. راهنماى بتن سبكدانه انجمن بتن آمريكا (ACI ) درتقسيم بندى براساس زمينه هاى كاربرد آن تقسیم بندی شده اند. 

1- براساسزمينه هاى كاربرد سبك را به شكل زير دسته بندى نموده است :

 الف- بتن هاى سبكسازه اى: اين نوع بتن عموما داراى جرم مخصوصى بين ۱۴۰۰ تا۱۹۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب بوده و حداقل مقاومت فشارى تعريف شده براى آنها، معادل۱۷ نيوتن بر ميليمتر مربع است، بتن هاى سبك سازه اى داراى مقاومت و وزنمخصوص كافى بوده، بگونه اى كه كار برد آنها را در اعضاى سازه اى مجازمى سازد. در بعضى حالات امكان افزايش مقاومت تا ۶۰ نيوتن بر ميليمتر مربع نيزوجود دارد. در مناطق زلزله خيز، آيين نامه ها، حداقل مقاومت فشارى بتنسبك را به ۲۸ نيوتن بر ميليمتر مربع محدود مى كنند. در بتن هاى سبكسازه اى از سنگدانه هايى استفاده مى شود كه حصول مقاومتى بيش از ۱۷نيوتن بر ميلى متر مربع و جرم مخصوص كمتر از ۱۹۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب (البتهاسماً بزرگتر از ۱۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب) را امكان پذير سازند.سنگدانه هايى كه اين شرايط را عموماً برآورده مى كنند وسنگدانه هايى كه طبق استاندارد ASTN - C330 براى ساختبتن  هاى سبك سازه اى مورد استفاده هستند، عبارتند از:شيل، رس واسليت منبسط شده در فرايند كوره دوار،فرايند تفتيدن ،سرباره هاى منبسطشده،پوكه هاى معدنى،پوكه هاى صنعتى، خاكستر بادى تفتيده.

تأمين مقاومتفشارى معادل ۲۷ نيوتن بر ميلى متر مربع و بيشتر با بعضى از اين سنگدانه هاامكان پذير است. شرايط ساير سنگدانه ها نيز طورى است كه قادر به حصولحداقل مقاومت فشارى مقرر شده براى بتن سبك سازه اى (يعنى ۱۷ نيوتن برميلى متر مربع) مى باشند. مقاومت بتن هاى دانه سبك، تابعى از جرممخصوص آنها است. بايد توجه داشت كه جرم مخصوص بتن، عمدتاً متأثر از جرم مخصوصسنگدانه مصرفى است، به گونه اى كه استفاده از مصالح سبكتر، موجب كاهش وزنمخصوص بتن خواهد شد، ولى استفاده از مصالح سنگين تر از نوع سبك، لزوماً موجبافزايش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد گشت. بيشترين مقاومت براى بتن با استفاده ازشيل، رس و اسليت منبسط شده در فرايند كوره دوار به دست مى آيد. در ساخت وتوليد اين سنگدانه هاى مخصوص، مصالح خام مورد استفاده، بايد داراى خاصيتانبساط و شيشه اى شدن (اصطلاحا هم جوش شدن) در اثر حرارت ذوب باشند.

ب- بتن هاىسبك نيمه سازه اى: اين نوع بتن از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشارى درمحدوده بتن هاى سبك سازه اى و بتن هاى سبك غيرسازه اى قراردارد، بگونه اى كه مقاومت فشارى آن ها بين ۷ الى ۱۷ نيوتن بر ميليمترمربع و جرم مخصوص آنها ۸۰۰ الى ۱۲۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد. بتن هاىسبك نيم سازه اى با سنگدانه هاى توليد شده از روش هاى تكليس(آهكى شدن)، سنگدانه كلينكر، محصولات منبسط شده اى نظير سرباره هاىمنبسط 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. جرممخصوص بتن توليد شده با سنگدانه هاى فوق، بين ۸۰۰ الى ۱۴۰۰ كيلوگرم بر مترمكعب 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 نظيرپرليت، الياف پلى استايرن و كف هاى اسفنجى گسترش داد. مقاومت بتن به طورمعمول تابعى است از وزن مخصوص آن.كاربرد مواد افزونى نظير تسريع كننده ها وروان كننده ها (مواد كاهش دهنده آب)، مى تواند در تغيير مقاومتبتن هاى ساخته شده با سنگدانه هاى مذكور مؤثر باشد

ج- بتن سبكغيرسازه اى: اين بتن براى مقاصد پركننده و عايق بندىحرارتى و جدا كننده هاى سبك (تيغه هاى جداساز و عايق هاى صوتى دركف) مورد استفاده قرار مى گيرند. داراى جرم مخصوصى كمتر از ۸۰۰ كيلوگرم برمتر مكعب بوده و با وجود جرم مخصوص كم، مقاومت فشارى آن مى تواند تا ۷ نيوتنبر ميليمتر مربع باشد. مزيت عمده اين نوع بتن عبارتست از، كاهش هزينه لازم براىتهويه 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 دوگروه جداگانه تقسيم بندى شوند. بتن هاى اسفنجى كه در حين ساخت آنها بااستفاده 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 حيناختلاط) توليد شده و يا به صورت كف آماده به مخلوط اضافه مى شود. بتن اسفنجىمى تواند جرم مخصوصى تا حدود ۲۴۰ كيلوگرم برمتر مكعب نيز داشته باشد.بتن باسنگدانه هاى سبك يا به اختصار بتن هاى دانه سبك با استفاده از پرليت ياورميكوليت 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 بهبودخواص خزشى آن، مدنظر است. استفاده از ماسه با وزن معمولى، موجب افزايش وزن بتن ومقاومت آن خواهد شد، ليكن به منظور حصول خواص عايق بندى حرارتى (ضريب انتقالحرارت پايين)، حداكثر جرم مخصوص به ۸۰۰ كيلوگرم در متر مكعب محدودمى گردد. هنگام ساخت و استفاده از بتن سبك غيرسازه اى، معمولا علاقه مندهستيم كه با كاهش وزن، خصوصيات حرارتى را افزايش دهيم، ولى بايد توجه داشت، كه باكاهش هر چه بيشتر وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نيز كاهش مى يابد.بهينه سازى پارامترهاى فوق الذكر هنگامى كه مقتضيات ويژه اى وجوددارد، در ساخت بتن سبك ناسازه اى مهم و ضرورى است.

۲- طبقه بندىانواع 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 بكاربرده 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 - ايجادتخلخل در خمير سيمان بتن كه به عنوان بتن اسفنجى يا سلولى مطرح مى باشد(Aerated or cellular concrete )
ج - ايجادتخلخل 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 ازخرده هاى فولاد، چدن و يا سولفات باريم استفاده مى شود. كاربرد اينگونهبتن بارى جلوگيرى از تشعشع اشعه X و Y و غيره بوده واصولاً براى سازه هاى مربوط به تأسيسات اتمى و يا هر جا كه امكانتشعشعات راديواكتيو وجود دارد از اينگونه بتن استفاده مى شود. وزن مخصوص بتنسنگين 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 شدهبا سنگدانه هاى معمولى مى باشد، و معمولاً با استفاده ازسنگدانه هاى سنگين تهيه شده و به طور ويژه به عنوان سپر محافظ در مقابل تشعشعبه كار مى رود. هر چند كه سپرهاى محافظ در مقابل تشعشع كاربرد اصلىبتن 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 مورداستفاده مى باشند. هنگامى كه بحث از بتن سنگين است، منظور بتنى با جرم مخصوصبيش از ۲۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب مى باشد، كه براساس نوع و اندازه سنگدانهمصرفى و شيوه تراكم و تخليه، مى تواند جرم مخصوص بيش از ۶۴۰۰ كيلوگرم بر مترمكعب داشته باشد.بتن سنگين همواره هزينه ساخت بيشترى نسبت به بتن هاى معمولىدارد. 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 وپرداخت سطح بتن ريخته شده باشد. هزينه حمل و نقل سنگدانه هاى سنگين در مقايسهبا سنگدانه هاى معمولى كه معمولاً  در نزديكى كارگاه در دسترسمى باشند، نسبتاً  بالاست. اكثر تجهيزات مرتبط با مصالح سنگى نظيرسنگ شكن ها و دستگاه هاى دانه بندى براساس خصوصياتسنگدانه هاى معمولى ساخته و آماده مى شوند، به همين جهت در صورت استفادهاز سنگدانه هاى سنگين سرعت استهلا ك اين تجهيزات افزايش مى يابد. درنتيجه بازده اين تجهيزات نسبت معكوس با چگالى سنگدانه ها دارد. در اين حالاگر جرم مخصوص بتن معمولى حدود ۲۴۰۰ و بتن سنگين ۶۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب فرضشود، جهت تهيه يك مخلوط همگن و يكنواخت بدون اينكه بخواهيم فشار اضافى بر تجهيزاتمكانيكى 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 بتنسنگين پرهزينه است و اختلاط، حمل و نقل و ريختن و پرداخت بتن ساخته شده هزينهبالاترى نسبت به بتن معمولى را در بر دارد، ليكن اين نوع بتن در ساخت سپر محافظ درمقابل تشعشع، (نظير ديواره نيروگاهها و آزمايشگاهها) ساخت وزنه هاى تعادلى ودر مواردى كه در حداقل فضا، تراكم جرم (وزن مرده زياد) مورد نياز باشد، كاربردويژه خواهد داشت. هنگامى كه طراحى براساس چگالى باشد، ضخامت ديوار يا كف ممكن استبا دو برابر كردن چگالى بتن ساخته شده، به ميزان ۵۰ درصد كاهش يابد. با افزايشچگالى بتن، خصوصيات زيادى از بتن افزايش يافته يا دستخوش تغيير خواهد شد. يكى ازمهمترين اين خصوصيات، مقاومت سايشى بتن است. در صورت يكسان بودن ساير شرايط، باافزايش چگالى بتن، مقاومت سايشى آن نيز افزايش مى يابد.با كاربرد برخى ازمواد افزونى پيشرفته، مى توان چگالى خمير سيمان را افزايش داده و نسبت آب بهسيمان 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 پذيرىبتن، را كاهش و چگالى خمير سيمان و مقاومت بتن را افزايش داد.