بتن چیست

بتن در مفهوم بسیار وسیع به هر ماده با محصولی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد اتلاق می شود.این ماده چسبنده عموماً حاصل فعل و انفعال سیمانهای هیدرولیکی وآب می باشد حتی امروزه چنین تعریفی از بتن شامل طیف وسیعی از محصولات می شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان نیز پوزولانهای، سرباره کوره ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همچینن در نحوه ساخت آن ممکن است از حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلاء، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کننده های مختلف استفاده شود. در اینجا سعی می شود از بتنی صحبت شود که مخلوطی از سیمان و آب و سنگدانه و در نهایت مواد افزودنی است.

اولین سئوالاتی که در اینجا مطرح است این است که ارتباط بین مواد تشکیل دهندة مخلوط بتن چیست؟ سه امکان وجود دارد: ابتدا ممکن است تصور شود که اصل مادة ساختمانی ماده چسبنده ای استکه از هیدراتاسیون سیمان و آب ناشی شده است و سنگدانه ها بعنوان مواد ارزان و پرکنندة این ماده چسبنده می باشد. امکان دوم این است که سنگدانه های درشت بعنوان سنگهای بنائی که توسطملات بهم پیوسته اند درنظر گرفته شود و این ملات دوغاب سیمان و

سنگدانه های ریزدانه می باشد. امکان سوم آن استکه بتن بعنوان ماده ای از دوفاز مختلف یعنی سیمان هیدراته و دانه های سنگی در نظر گرفته شود. بنابراین خواص بتن به خواص هر یک از فازها و فصل مشترک این دو فاز بستگی دارد.
هر یک از نظریات دوم و سوم محدودیت هایی داشنه و می توانند برای بیان رفتار بتن بکار روند. لیکن در نظریه اول این مسائل وجود ندارد. اگر تصور شد که می توان سیمانی ارزانتر از سنگدانه ها نیز تهیه کرد این سئوال پیش می آید که آیا می توان سیمان و آب را به تنهایی بعنوان یک مادة

ساختمای(بتن) بکاربرد؟ پاسخ قطعاً منفی خواهد بود و علت آن تغییرات حجمی بالای خمیر سیمان می باشد.جمع شدگی خمیر خالص سیمان تقریباً به ۱۰ برابر جمع شدگی بتنی با ۲۵۰ کیلوگرم سیمان در مترمکعب می رسد. همین مسائل برای خزش و وارفتگی نیز مطرح است. علاوه بر این حرارت زیاد تولید شده ناشی از مصرف سیمان به مقدار زیاد، بخصوص در آب و هوای گرم سبب

ایجاد ترک خواهد شد. همچنین باعث می شود که سنگدانه ها نسبت به خمیر سیمان در مقابل حملات مواد شیمیایی پایدارترند اگرچه خمیر سیمان نیز در این محیط های خورنده نسبتاً پایدار است. بنابراین صرفنظر از قیمت مواد سنگی در بتن بسیار مفید خواهند بود.
دانه بندی مناسب بتن
باید مشخص کرد که آیا منحنی دانه بندی مخصوصی برای ساخت بتن خوب لازمست یا خیر. در وهله اول دانه بندی به جهت تأثیر در کارآیی بتنی اهمیت دارد، درحالی که مقاومت بدان وابسته نیست. البته مقاومت بالا زمانی حاصل می شود که بازای یک میزان کار معقول، حداکثر تراکم در مخلوط بدست آید که این تنها با ساختن یک مخلوط با کارآیی کافی میسر است. درواقع بعلت اندرکنش تأثیر عوامل مؤثر و کارآیی دانه بندی ایده آلی وجود ندارد. این فاکتورها شامل سطح

مخصوص دانه ها که تعیین کننده میزان آب لازم برای تر نمودن دانه هاست. حجم نسبی که توسط دانه ها انتقال می شود. تمایل به جدایی در دانه ها و میزان درصد ریزدانه در مخلوط می باشد.
ابتدا به بررسی سطح مخصوص می پردازیم. معمولاً برای رسیدن به مقاومتی مشخص و دوام مناسب نسبت آب به سیمان در مخلوط محدود می گردد. از طرفی باید در مخلوط به اندازه کافی

دوغاب سیمان موجود باشد تا بتواند دانه ها را بپوشاند. بنابراین با کتر کردن سطح مخصوص و دانه بندی به یکدیگر وابسته بوده و در صورت درشت بودن مصالح سطح مخصوص کل کمتر خواهد بود. در این حالت میزان آب لازم نیز کمتر خواهد شد. البته استفاده از سطح مخصوص برای تخمین میزان آب لازم اشکالی به همراه دارد و آن وجود ذرات ریز( کوچکتر از ۱۵۰ میکرون) می باشد که نقش روغنکاری داشته و برای خیس شدن باندازة ذرات درشت به آب نیاز ندارند. لذا سطح مخصوص

ممکنست در نشان دادن میزان کارآیی باعث گمراهی گردد.
حجم نسبی دانه ها هم در میزان کارآیی مؤثر است از نقطه نظر اقتصادی هرچه دانه ها حجم نسبی بیشتر را اشغال کند بعلت ارزانی آنها درمقایسه با خمیر سیمانف با صرفه تر است. به هر حال در صورتی که حداکثر حجم دانه ها، براساس حداکثر وزن مخصوص یا به عبارت دیگر برای ایجاد حداقل فضای خالی بین دانه ها براساس توزیع ذرات و نحوة پخش آنها تعیین گردد، بتنی حاصل می شود که کارآیی کمی داشته و نسبتاً زیر می باشد. عمدتاً، زمانی که دوغاب سیمان زیادتر از مقدار لازم برای پرکردن فضای خالی ماسه باشد ، کارآیی افزایش می یابد. همچنین وجود ملات بیشتر( ماسه و سیمان) از مقدار لازم برای پرکردن فضای خالی بین سنگدانه های درشت و

مخلوط، سبب بهبودی کارآیی بتن خواهد شد. و این امر به دلیل نقش روغنکاری دانه های ریز در مجاورت دانه های درشت تحقق می یابد. سومین عامل در حقیقت تمایل دانه ها در بتن به جداشدن ازهم می باشد. همانقدر که در یک نمونه پرکردن فضای بین درشت دانه ها توسط دانه های ریز مختلف الاندازه ساده است به همان آسانی هم ذرات ریز به جداشدن و خارج شدن از

فضاهای خالی، در حالت خشک تمایل دارند. درواقع این ملات است که باید از خروج آنها از حفرات ممانعت بعمل آورد تا بتوان بتنی قابل پذیرش ایجاد نمود.
چهارمین عامل مؤثر برکارآیی بتن وجود مصالح ریزتر از ۳۰۰ میکرون( نمرة ۵۰ در ASTM ) می باشد. برای داشتن بتنی با کارآیی مناسب بایستی حجم ذرات ریز داخل مخلوط( ریزتر از ۱۲۵ میکرون یا نمرده ۱۲۰ در ASTM )از جدول زیر تبعیت کند. حجم مطلق ذرات زیردانه شامل دانه های ذکرشده در بالا، سیمان و هرنوع پرکننده و همچنین نصف حجم حباب های هوامی باشد که می توانند معادل ذرات ریز گرفته شوند و لازمست جزء حجم ریزدانه ها محسوب گردند.

حداکثر اندازه دانه های سنگی حجم مطلق ریزدانه ها بعنوان درصدی از حجم بتن
میلیمتر اینچ
۸ ۳۱۵/۰ ۵/۱۶
۱۶ ۶۳۰ /۰ ۱۴
۳۲ ۲۶۰/۰ ۵/۱۲

۶۳ ۴۸۰/۲ ۱۱
آب برای عمل آوردن بتن
اصولاً آبی که برای ساختن مخلوط بتن مناسب است برای عمل آوردن آن نیز مطلوب خواهد بود. به هر حال وجود مواد آهنی و آلی در آب سبب ایجاد لکه روی سطح بتن شده و این امر هنگامی که آب به آرامی روی سطح بتن جریان می یابد و سریع تبخیر میشود، تسریع می گردد در پاره ای موارد که ظاهر بتن اهمیت ندارند، استفاده از آبی که برای مخلوط بتن به کار می رود و حتی کیفیت آن کمی پائین تر از آب مناسب مخلوط می باشد. برای عمل آوردن مجاز می باشد. بطورکلی توصیه می شود آبی که برای عمل آوردن بتن مصرف می شود، از موادی که ممکن است روی بتن سخت شده اثر بگذارند، عاری باشد.بعنوان مثال آبی که دارای دارد، بتن را حل نموده و سبب سایش آن می شود. در این مورد در فصل ۱۴ بطور مفصل تر بحث خواهد شد به هر حال عمل آوردن با آب دریا ممکن است سبب بروز خوردگی در آرماتور نیز بشود.
آب انداختن بتن
آب انداختن بتن در حقیقت نوعی جدایی در بتن می باشد که در آن قسمتی از آب مخلوط به بالا و سطح بتن آمده و از دانه ها جدا می شود. در حقیقت علت آن عدم توانایی ذرات جامد در نگهداشتن همه آب مخلوط بین خود و جلوگیری از ته نشین شدن آنها می باشد. آب انداختن بتن را از لحاظ کمی می توان بصورت کل نشست

( تقلیل در ارتفاع) در واحد ارتفاع بتن بیان نمود. ظرفیت آب انداختن و سرعت آب انداختگی بتن را می توان با استفاده از روش آزمایشASTM c 232-71 اندازه گیری نمود. هنگامی که خمیر سیمان سخت می شود. آب انداختن بتن متوقف می گردد.
در اثر آب انداختن بتن لایه بالای بتن بسیار پرآب شده و با ریختن لایه بعدی بتن برروی آن و محبوس شدن این آب اضافی، لایه ای بسیار ضعیف و متخلخل و کم دوام از بتن بین هر دو لایه ایجاد می شود. در صورت مخلوط کردن مجدد این آب اضافی سطحی به هنگام پرداخت بتن، لایه سطحی کم مقاومتی در مقابل سایش ایجاد می شود. برای اجتناب از این مسأله می توان عمل پرداخت بتن را

با تبخیر آب رو زده به تأخیر انداخت. همچنین استفاده از تخته ماله نیز جهت تحریک کمتر سطح مناسب می باشد. از طرف دیگر اگر سرعت تبخیر آب سطحی بتن بیش از سرعت آب انداختن آن باشد. ترکهای جمع شدگی پلاستیک بوجود خواهد آمد.
علاوه بر جمع شدن آب در سطح بتن، مقداری از آب بالا آمده نیز در زیر سنگدانه های درشت و یا زیر آرماتور محبوس شده و ناحیه ای از چسبندگی بسیار ضعیف را ایجاد می کند. جنس آبی از خود فضاهای خالی بجای گذاشته و چون این فضاها در یک جهت قرار می گیرند. در نتیجه نفوذپذیری

بتن درصفحه افقی افزایش می یابد. به هر حال در بتن تعداد حفره های بتن بخصوص در دالهای نازک و روسازیهای خطر یخبندان بتن را تشدید می کند.
آب انداختن بتن لزوماً عملی زیانبار نیست. اگر این عمل درست نخورده بماند( و آب بخار شود) نسبت آب به سیمان مؤثر مخلوط پایین آمده و مقاومت افزایش می یابد. اما در صورتی که آب بالا آمده به همراه خود مقدار قابل توجهی ذرات ریز سیمان را به بالای سطح بتن بیاورد. لایه ای از شیره بتن روی سطح تشکیل می شود. این لایه در بالای دال یک سطح کاملاً متخلخل و کم

مقاومت در مقابل سایش پدید می آورد. همچنین در بالای هر قسمت بتن ریزی شده این سطح ضعیف تشکی می شود که چسبندگی آن با لایه بسیار بالا بسیار کم خواهد بود. به همین دلیل همواره باید شیره فوق با برس زدن و شستن از سطح بتن پاک شود.
اگرچه آب انداختن به میزان آب مخلوط بستگ دارد لیکن تا حد زیادی به خواص سیمان نیز وابسته است. آب انداختن بتن با ریزتر شدن سیمان کاهش می یابد و پاره ای از واکنشهای سیمان را نیز در آن اثر می گذارند. بعنوان مثال سیمانی با خاصیت قلیایی بالا، آب انداختن را کاهش می دهد. همچنین بالا رفتن در سیمان و یا اضافه کردن کلرور کلسیم به سیمان محدوده طبیعی دمای بالاتر سرعت آب انداختن ز را زیاد می کند لیکن کل ظرفیت آب انداختن بتن بی تغییر باقی می ماند.

مخلوط های پر عیار نیست به مخلوطهای کم عیار خطر آب انداختن کمتری دارند اضافه کردن مواد پوزولانی و یا پودر آلومینیوم این خطر را کاهش می دهد اضافه کردن مواد هوازا خطر آب انداختن را کم کرده و می توان پرداخت بتن را بعد از ریختن آب بدون تأخیر انجام داد.
عوامل مؤثر در مقاومت بتن
اگرچه تخلخل، عامل اولیه مؤثر بر مقاومت است.لیکن این خاصیت در عمل، با مشکلات بسیار اندازه گیری می شود و یا حتی محاسبه می گردد. زیرا تعیین درصد هیدراتاسیون کار مشکلی است( البته با فرض اینکه نسبت آب به سیمان معلوم باشد) همچنین تأثیر سنگدانه روی ترکهای زیر

بآسانی قابل بررسی کمیتی نیست. به دلایل فوق عوامل اصلی مؤثر بر مقاومت که در عمل گرفته می شوند شامل نسبت آب به سیمان، درجه تراکم، سن بتن و درجه حرارت می باشد. به هر حال عوامل دیگری نیز وجود دارند که بر مقاومت مؤثر می باشند و عبارتند از نسبت سنگدانه به سیمان، کیفیت سنگندانه( دانه بندی، بافت سطحی، شکل، مقاومت و سختی) و حداکثر اندازه سنگدانه، این عوامل، هنگامی که سنگدانه های معمولی تا حداکثر اندازه۴۰ میلیمتر بکار می روند. بعنوان عامل درجه دوم شناخته شده اند.

بتن آماده
در ساخت بتن گاه به عوض پیمانه کردن و مخلوط نمودن مصالح در کارگاه با استفاده از یک مرکز بتن سازی بتن به صورت آماده و پیش مخلوط شده به کارگاه آورده می شود. این روش بتن سازی که کاربرد زیادی نیر دارد دارای مزایای زیادی نسبت به رش بتن سازی در کارگاه است که آن مزایا عبارتند از:

الف) کنترل کیفیت بالا و نزدیک سبب کاهش تغییرات در خواص بتن سخت شده می شود.
ب) استفاده در کارگاههای با فضای کم و شلوغ یا در راهسازیها که امکان دپوی مصالح و ساخت بتن دشوار است.
ج) استفاده از کامیونهای مخلوط کن که در طول حمل از جدایی دانه ها و کاهش کارآیی جلوگیری می کند.
د) راحتی در ساخت مقادیر کم بتن و بتن ریزی متناوب
قیمت بتن آماده بعلت اینکه بعنوان یک کالا خریداری می شود. کمی بیش از بتن معمولی ساخته شده در کارگاه می باشد. لیکن این افزایش قیمت با صرفه جویی که در سازماندهی کارگاه در بتن ریزی، هزینه ناظر بتن و مقدار سیمان می شود، جبران میگ گردد. همچنین کنترل کیفیت بهتر بتنی به مراتب مرغوبتر و با تغییرات کم تحویل می دهد. بتن آماده به دو صورت ساخته می شود، نوع

سیستم مرکزی و نوع کامیون مخلوط کن. در نوع اول بتن، در یک کارگاه مرکزی ساخته شده و سپس توسط کامیونهای بهم زن به محل کار حمل می شود. در نوع دوم مصالح در کارگاه مرکزی پیمانه شده لیکن اختلاط حین حمل و یا قبل از تخلیه بتن، در کامیون انجام می شود، مخلوط کردن حین حمل این اجازه را می دهد که بتن با تغییرات کمتر و با تأخیر قابل استفاده باشد لیکن ظرفیت این نوع کامیونها کمتر از ظرفیت کامیونهای حمل کننده بتن آماده می باشد.جهت رفع عیب کاهش ظرفیت، پاره ای اوقات بتن تا حدی در کارگاه مرکزی مخلوط شده و بقیه اختلاط در راه صورت می پذیرد. بایستی توجه داشت که بهم زدن یا مخلوط کردن که توسط دوران مخلوط کن صورت می گیرد تفاوت دارد. سرعت بهم زدن بین ۲ تا ۶ دور در دقیقه است در حالی که سرعت مخلوط کردن بین ۴ تا ۱۶ دور در دقیقه می باشد. استاندارد BS 1929:62 حداقل سرعت مخلوط کردن را ۷ دور در

دقیقه مشخص می کند. سرعت مخلوط کردن در میزان سخت شد بتن تأثیر داشته و کل تعداد دوران با دور مخلوط کن کنترل کننده یکنواختی مخلوط می باشد. هر دو نوع مخلوط کردن و بهم زدن در استانداردASTMC 94-83 به حد ۳۰۰ دور در محدوده شده اند. به صورت دیگر بتن باید تا ۵/۱ ساعت بعد از مخلوط کردن در محل نهایی ریخته شود. درحالتی که بتن در راه مخلوط می شود، نیازی نیست که آب قبل از آغاز مخلوط کردن اضافه شود. لیکن برطبق استاندارد BS 5328:81 زمانی که سیمان و سنگدانه های مرطوب مجازند در تماس با یکدیگر باقی بمانند. نباید از ۲ ساعت بیشتر شود. این محدودیت ها در جهت اطمینان بالا بوده و تجاوز از آنها به شرطی که تأثیر معکوسی بر مقاومت بتن نداشته و مخلوط برای تراکم با کارآیی کافی باقی بماند، مانعی ندارد.

تأثیر مخلوط کردن در زمان طولانی و دوباره کوبیدن بتن تازه همانند تأثیر آن برروی بتن تهیه شده درکارگاه می باشد. استاندارد BS-5328:81 روشهای مشخص کردن انواع بتن ها از جمله بتن آماده را بیان می کند.
حمل و نقل بتن
روشهای زیادی جهت انتقال بتن از مخلوط کن به کارگاه متداول است که به قسمتی از آنها در بخش قبل اشاره شد. انتخاب بهترین روش اصولاً بر ملاحظات اقتصادی مبتنی بوده و به میزان بتنی که باید جابجا شود بستگی دارد. روشهای متداول استفاده از فرغون، سطل، پیمانه، تسمه نقاله، کامیونهای مخصوص و پمپ همگی به شرطی بایستی بکار روند که از حفظ خواص بتن تازه یعنی چسبندگی ذرات و عدم جدایی دانه ها اطمینان حاصل شود. از انتقال نامناسب بتن که سبب جدایی ذرات می شود، جداً باید اجتناب شود. در این بخش انتقال بتن با پمپ مورد بررسی قرار می گیرد
بتن ریزی با پمپ
امروزه بتن در حجم زیادی توسط پمپ و با استفاده از لوله های انتقال تا مسافت های نسبتاً زیاد و به محلهایی که دسترسی به آنها با روشهای دیگر مشکل است، انتقال می یابد. سستم پمپ بتن از یک ظرف قیفی شکل که محل ریختن بتن از مخلوط کن می باشد، پمپ و لوله های انتقال تشکیل شده است. بسیاری از پمپها با عملکرد مستقیم از آن یک پیستون افقی با مجموعه شیرهای نیمه دوار برای اطمینان از عبور ذرات درشت دانه تشکیل می گردند

 

بتن تحت وزن خود و تحت مکش حاصل از حرکت پیستون بداخل پمپ می رود. با باز و بسته شدن متناوب شیرها، بتن وارد لوله ها شده و همیشه آنها را پر نگه میدارد استفاده از دو پیستون باعث یکنواختی جریان بتن می گردد. خروجی تا ۶۰ مترمکعب در ساعت را می توان از لوله های تا قطر ۲۲۰ میلیمتر بدست آورد.
همچنین گاه از پمپهای کوچک قابل حمل به نام های پمپ های فشرده در انتقال بتن استفاده می شود. بتن ریخته شده در ظرف قیفی شکل پمپ با دوران تیغه هایی در داخل لوله هایی قابل انعطاف که به محفظه پمپ متصل اند، رانده می شود. این محفظه تحت خلاء با فشار جیوه حدود۶۰۰ میلیمتر می باشد. این خلاء سبب می شود که به جز جریانی که لوله ها توسط غلتکها فشرده می شوند شکل آنها استوانه ای باقیمانده و اجازه می دهد تا جریان پیوسته بتن برقرار می گردد. دو غلتک دوار پیوسته با فشرده کردن لوله های قابل انعطاف سبب راندن بتن به لوله تخلیه می شوند. پمپ های فشرده گاز روی کامیون نصب ده و توسط میله های تا شده بتن را انتقال می دهند. با لوله های تا ۷۵ سانتیمتر می توان خروجی تا حدود ۲۰ مترمکعب بتن در ساعت از این پمپها بدست آورد.
پیستون با عمل مستقیم
پمپ های فشرده قادرند بتن را تا مسافت افقی ۹۰ متر و ارتفاع ۳۰ متر انتقال دهند. لیکن با پمپ های پیستونی می توان بتن را تا مسافت افقی ۴۵۰ متر و ارتفاع ۴۰ متر انتقال داده. نسبت بین مسافت افقی به ارتفاع بستگی به روانی بتن و سرعت آن در داخل لوله دارد سرعت بیشتر سبب کم شدن این نسبت می شود. برای مسافت های طولانی تر می توان از پمپ های لوله ای استفاده نمود. در انتقال پمپی باید از خمهای تند و تغییرات ناگهانی لوله پرهیز نمود.
قطر لوله انتقال حداقل باید سه برابر قطر درشت ترین دانه انتخاب شود. لوله های سخت و انعطاف پذیر هر دو می توانند استفاده شوند. در حالیکه لوله های انعطاف پذیر اتلاف اصطکاک اضافی و مشکل تمیزکردن را به همراه خواهند داشت. لوله های آلومینیومی نبایستی مصرف گردند زیرا با قلیایی های سیمان و فعل و انفعال انجام داد وگاز هیدروژن تولید می کنند که بعداً در بتن حباب ایجاد کرده و سبب کاهش مقاومت خواهد شد.

مخلوط بتنی که باید پمپ گردد، نبایستی زبر و بسیار چسبنده باشد. همچنین باید نه خیلی خشک و نه خیلی تر باشد. در حقیقت روانی بتن بسیار مهم است. برای بتن پمپی، اسلامپ بین ۴۰ تا ۱۰۰ میلیمتر یا ضریب تراکم ۹/۰ تا ۹۵/۰ و یا زمان V-B بین ۳ تا ۵ ثانیه توصیه شده است. از آنجا که عمل پمپ کردن خود سبب تراکم می شود لذا ممکن است اسلامپ در هنگام تحویل ۱۰ تا ۲۵ میلیمتر کاهش یابد.روانی منساب مخلوط سبب می شود که از افزایش مقاومت اصطکاکی در لوله ها در مخلوط های خیلی خشک و جدایی دانه ها در مخلوطهای خیلی تر جلوگیری شو