<br /> بتن‌های سبک و سبک سازی سازه‌ها

بتن‌های سبک و سبک سازی سازه‌ها

پیشرفت در تکنولوژى و همچنین نیاز بشر به سازه‌هاى گوناگون باعث شده تا تحقیقات وسیعى بر روى خواص و رفتار مواد صورت گیرد که بالطبع نتیجه آن ابداع گونه‌هاى مختلف سازه‌ها و بهره‌گیرى از مواد گوناگون است. این امر در مورد سازه‌هاى ساخته شده از بتن و فولاد نیز صادق بوده و تا‌کنون بتن‌هاى گوناگونى ابداع و به بازار عرضه شده‌اند. بتن را از نظر وزن مخصوص مى‌توان به سه دسته تقسیم نمود.

1. بتن معمولى
2. ‌بتن‌های سبک
3. ‌بتن سنگین

‌بتن معمولی

‌بتنى است است که به صورت عادى با سیمان‌هاى معمولى تیپ (I ) تا تیپ (V ) پرتلند ساخته مى‌شود. این بتن داراى وزن مخصوصى برابر با ۲۲۰۰ الى ۲۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب هستند. (معمولاً ۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) و این تفاوت از ۲۲۰۰ تا ۲۵۰۰ در وزن مخصوص، ناشى از جنس دانه‌ها و تراکم بتن است.

بتن‌های سبک (Light weight Concrete )‌

بر اساس تعریف موسسه ACI ‌بتن‌های سبک بتنى که وزن مخصوص آن بطور محسوسى کمتر از وزن مخصوص بتن معمولى است و با سنگدانه‌هاى طبیعى یا شکسته ساخته مى‌شود. بتن‌های سبک اغلب به عنوان جایگزینى مناسب و مکمل براى بتن معمولى و به منظور کاهش وزن سازه به کار مى‌رود. هر چند مقاومت فشارى نهایى آن، در مقایسه با بتن‌هاى معمولى مقدار کمترى است. معمولاً افزایش هزینه ناشى از اعمال تمهیدات ویژه در ساخت بتن‌های سبک به ازاى هر متر مکعب، با کاهش بار مرده و افزایش مقاومت بتن در مقابل آتش سوزى جبران مى‌شود. کاهش بار مرده در سازه موجب کاهش ابعاد پى ساختمان، کاهش ابعاد پى‌هاى منفرد و کاهش عرض پى‌هاى زیر دیوار، ابعاد ستون‌ها، تیرها و همچنین کاهش ضخامت سقف میشود. این کاهش در جرم بتن مصرفى موجب صرفه جویى در هزینه ساخت اعضاى فوق الذکر و جبران اضافه هزینه ناشى از ساخت بتن‌های سبک خواهد شد. علاوه بر این، میزان عایق سازى صوتى و حرارتى آن به گونه‌اى است که در اکثر موارد استفاده از لایه‌هاى اضافى جهت عایق بندى جزیى یا کلى را منتفى مى‌سازد، که خود از لحاظ اقتصادى به صرفه خواهد بود.

طبقه بندى بتن‌های سبک

1. ‌طبقه بندى بتن‌های سبک بر اساس زمینه‌هاى کاربرد آن
2. ‌طبقه بندى براساس روش دستیابى به سبکى (روش دستیابى به جرم حجمى کم)

از آنجا که جرم حجمى در بتن‌های سبک معیار اصلى شناسایى آنست، اکثر استانداردها و آئین نامه‌هاى جهانى، حد بالاى جرم حجمى خشک بتن سبک را حدود ۱۹۰۰ الى ۲۰۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب و حد پایین جرم حجمى بتن سبک را حدوداً ۳۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب قید نموده اند. راهنماى بتن سبکدانه انجمن بتن آمریکا (ACI ) در تقسیم بندى براساس زمینه‌هاى کاربرد آن تقسیم بندی شده‌اند.

‌زمینه‌هاى کاربرد بتن‌های سبک

بتن‌های سبک سازه‌اى‌

بتن‌های سبک سازه‌اى داراى مقاومت و وزن مخصوص کافى بوده، به گونه‌اى که کار‌برد آنها را در اعضاى سازه‌اى مجاز مى‌سازد. در بعضى حالات امکان افزایش مقاومت تا ۶۰ نیوتن بر میلیمتر مربع نیز وجود دارد. در مناطق زلزله خیز، آیین نامه‌ها، حداقل مقاومت فشارى بتن سبک را به ۲۸ نیوتن بر میلیمتر مربع محدود مى‌کنند. در بتن‌های سبک سازه‌اى از سنگدانه‌هایى استفاده مى‌شود که حصول مقاومتى بیش از ۱۷ نیوتن بر میلى متر مربع و جرم مخصوص کمتر از ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب (البته اسماً بزرگتر از ۱۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) را امکان پذیر سازند. سنگدانه‌هایى که این شرایط را عموماً برآورده مى‌کنند و سنگدانه‌هایى که طبق استاندارد ASTN – C330 براى ساخت بتن‌ سبک سازه‌اى مورد استفاده هستند، شامل ‌شیل، رس و اسلیت منبسط شده در فرایند کوره دوار، فرایند تفتیدن ،سرباره‌هاى منبسط شده، پوکه‌هاى معدنى،پوکه‌هاى صنعتى، خاکستر بادى تفتیده هستند.
مقاومت بتن‌ دانه سبک، تابعى از جرم مخصوص آنها است. باید توجه داشت که جرم مخصوص بتن، عمدتاً متأثر از جرم مخصوص سنگدانه مصرفى است، به گونه‌اى که استفاده از مصالح ساختمانی سبکتر، موجب کاهش وزن مخصوص بتن خواهد شد، ولى استفاده از مصالح سنگین‌تر از نوع سبک، لزوماً موجب افزایش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد گشت. بیشترین مقاومت براى بتن با استفاده از شیل، رس و اسلیت منبسط شده در فرایند کوره دوار به دست مى‌آید. در ساخت و تولید این سنگدانه‌هاى مخصوص، مصالح خام مورد استفاده، باید داراى خاصیت انبساط و شیشه‌اى شدن (اصطلاحاً هم جوش شدن) در اثر حرارت ذوب باشند.

بتن‌های سبک نیمه سازه‌اى‌

این نوع بتن از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشارى در محدوده بتن‌های سبک سازه‌اى و بتن‌سبک غیرسازه‌اى قرار دارد، به گونه‌اى که مقاومت فشارى آن‌ها بین ۷ الى ۱۷ نیوتن بر میلیمتر مربع و جرم مخصوص آنها ۸۰۰ الى ۱۲۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. بتن سبک نیم سازه‌اى با سنگدانه‌هاى تولید شده از روش‌هاى تکلیس (آهکى شدن)، سنگدانه کلینکر، محصولات منبسط شده‌اى نظیر سرباره‌هاى منبسط شده، خاکستر بادى، شیل و اسلیت یا سنگدانه‌هاى تولیدى از مصالح طبیعى، مانند پوکه سنگ آذرین، سنگ‌هاى آذرین متخلخل یا توف، ساخته مى‌شوند.
با تجدید نظر و اصلاح ترکیبات تشکیل دهنده بتن‌های سبک، مى‌توان ساخت بتن‌هاى نیمه سازه‌اى را با سنگدانه‌هایى نظیر پرلیت، الیاف پلى استایرن و کف‌هاى اسفنجى گسترش داد. مقاومت بتن به طور معمول تابعى ‌از وزن مخصوص آن است. کاربرد مواد افزونى نظیر تسریع کننده‌ها و روان کننده‌ها (مواد کاهش دهنده آب)، مى‌تواند در تغییر مقاومت بتن‌هاى ساخته شده با سنگدانه‌هاى مذکور مؤثر باشد.

بتن‌های سبک غیرسازه‌اى‌

این بتن براى مقاصد پرکننده و عایق بندى حرارتى و جدا کننده‌هاى سبک (تیغه‌هاى جداساز و عایق‌هاى صوتى در کف) مورد استفاده قرار مى‌گیرند. داراى جرم مخصوصى کمتر از ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و با وجود جرم مخصوص کم، مقاومت فشارى آن مى‌تواند تا ۷ نیوتن بر میلیمتر مربع باشد. مزیت عمده این نوع بتن شامل‌ کاهش هزینه لازم براى تهویه گرمایى یا سرمایى فضاها و کاهش انتقال صوت بین طبقات و فضاهاى ساختمان است. بتن‌های سبک غیرسازه‌اى براساس ترکیب ساختمان خود، مى‌توانند به دو گروه جداگانه تقسیم بندى شوند.

بتن‌هاى اسفنجى

بتن‌های اسفنجی که در حین ساخت آنها با استفاده از ایجاد کف، حباب‌هاى هوا در خمیر سیمان یا در ملات سیمان – سنگدانه، ایجاد میشود. کف مورد نظر یا از طریق مواد کف‌زا (در حین اختلاط) تولید شده و یا به صورت کف آماده به مخلوط اضافه مى‌شود. بتن اسفنجى مى‌تواند جرم مخصوصى تا حدود ۲۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب نیز داشته باشد.

بتن با سنگدانه‌هاى سبک

بتن با سنگدانه‌هاى سبک یا به اختصار بتن‌هاى دانه سبک با استفاده از پرلیت یا ورمیکولیت منبسط شده‌ یا الیاف‌هاى منبسط شده پلى استر، ساخته مى‌شوند. جرم مخصوص خشک این مخلوط بین ۲۴۰ تا ۹۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. امروزه، اضافه کردن ریزدانه‌هایى با وزن معمولى به مخلوط بتن‌های سبک، جهت بهبود خواص خزشى آن، مد نظر است. استفاده از ماسه با وزن معمولى، موجب افزایش وزن بتن و مقاومت آن خواهد شد، لیکن به منظور حصول خواص عایق بندى حرارتى (ضریب انتقال حرارت پایین)، حداکثر جرم مخصوص به ۸۰۰ کیلوگرم در متر مکعب محدود مىشود. هنگام ساخت و استفاده از بتن سبک غیرسازه‌اى، معمولاً علاقه مند هستیم که با کاهش وزن، خصوصیات حرارتى را افزایش دهیم، ولى باید توجه داشت، که با کاهش هر چه بیشتر وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نیز کاهش مى‌یابد. بهینه سازى پارامترهاى فوق الذکر هنگامى که مقتضیات ویژه‌اى وجود دارد، در ساخت بتن سبک غیرسازه‌اى مهم و ضرورى است.

‌طبقه بندى انواع بتن‌های سبک بر اساس روش دستیابى به سبکى (روش دستیابى به جرم حجمى کم)

اصول اولیه و روش پایه براى دستیابى به بتن‌های سبک، ایجاد تخلخل در بتن است. لذا بتن سبک را مى‌توان از نقطه نظر مواد بکار برده شده و روش دستیابى و شیوه تولید آن به سه ر وش عمده تقسیم بندى نمود.

1. کاربرد سنگدانه‌هاى متخلخل در بتن به نام‌ بتن‌های سبک دانه (Light weight Aggregate Concrete)
2. ایجاد تخلخل در خمیر سیمان بتن که به عنوان بتن اسفنجى یا سلولى مطرح است (Aerated or cellular concrete)
3. ایجاد تخلخل و فضاى خالى در بتن از طریق حذف ریزدانه‌ها بنام بتن بدون ریزدانه (No fine concrete)

منبع:omransoft.ir

<br /> مواد افزودنی بتن و سیمان

خاکستر پرندگان، تفاله های خرد شده کوره های بلند روی زمین، دود سیلیکا و پوزولان های طبیعی مانند متاکالین، سنگ رسی و خاک رسی سوزانده موادی هستند که – زمانی که با سیمان پُرتلند یا سیمان مخلوط استفاده می شدند – از طریق این مواد به عنوان مواد مکمل سیمان سازی (SCM'S) یا مواد مکمل سیمان سازی برای بهبود ویژگی های خاص مانند سیمان مانند کاهش فعل و انفعال زیان آور تراکم قلیایی استفاده می شوند.
از قدیم، خاکستر پرندگان، تفاله، دود سیلیکا و پوزولان  های طبیعی مانند خاک رس و سنگ رسی سوزانده در بتون استفاده می شدند. امروزه، به خاطر دسترسی ساده به این مواد، تولیدکنندگان بتون می توانند دو یا چند تا از این مواد را برای بهینه سازی ویژگی های بتون به کار برند. ترکیبات با استفاده از این سه مواد سیمان سازی – که ترکیبات سه تایی نامیده می شوند متداول تر می شوند.
زغالسنگ، روباره کوره بلند، خاکستر سبوس برنج یا دوده سیلیس. به همین منظور کارهای کمی در خصوص تولید، بهینه سازی و مهندسی کردن مصالح پوزولانی که به طور خاص در طرح های اختلاط سیمان های پرتلند استفاده می شوند، انجام شده است. متاکائولین یک پیشرو در میان نسل جدید چنین مصالحی می باشد.
استفاده از دوده سیلیس و دیگر افزودنی های شیمیایی برای بتن هایی با مقاومت های طراحی بیش از MP50 و یا مواردی که شرایط بهره برداری، شرایط جوی و یا ملاحظات هزینه های طول عمر سازه، استفاده از بتن های توانمند (HPC) را دیکته می کند، متداول می باشد.
تولید HRM به عنوان جایگزینی برای دوده سیلیس می باشد. معادل بودن در افزایش مقاومت و خصوصیات مربوط به دوام به اضافه چند ویژگی و مشخصه دیگر HRM شامل رنگ و کارپذیری، به طور مؤثرتری مرزبندی های طراحی مصالح HPC را توسعه داده و وسیع کرده است. مزایایی که از نظر خواص مهندسی در صورت استفاده از HRM حاصل می شود با عوارض جانبی اندکی همراه است. در صورتی که متاکائولین به طور مناسب تنظیم شود، بافت مخلوط بتن تازه، کارپذیری و قابلیت پرداخت در صورت جایگزینی HRM با 15- 5 % سیمان بهبود می یابد. ضمناً متاکائولین سفید رنگ است و محصولات سیمانی و بتنی سفید یا خاکستری را تیره نخواهد کرد.
متاکائولین یک سیلیکات آلومینیم آمورف سفید رنگ می باشد که دارای خواص پوزولانی می باشد و براساس استاندارد ASTM C 618 در رده پوزولان های کلاس (N پوزولان  های طبیعی خام یا کلسینه شده) قرار می گیرد. پیشوند متا (meta) در ادبیات برای نشان دادن "تغییر" به کار می رود. از لحاظ علمی این پیشوند به این منظور استفاده شده است تا عبارت "کمترین میزان هیدراته شده از یک گونه یا سری" را نشان دهد.
متاکالئولین به طور کامل قابل جایگزینی با پوزولان  توانمند (نظیر دوده سیلیس/ میکروسیلیس) است. درباره مقاومت فشاری، کاهش درصد افزودن متاکائولین برای ایجاد کارایی معادل با پوزولان  های قبلی ممکن خواهد بود. در ضمن امکان کاهش درصد فوق روانساز مورد نیاز برای طرح اختلاط حاوی متاکائولین در مقایسه با طرح اختلاط حاوی دوده سیلیس وجود دارد.
متاکائولن نیز همانند پوزولان  های دیگر با هیدروکسید کلیسم ایجاد شده بر اثر هیدراته شدن سیمان واکنش داده و سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) تولید می کند SiO₂ و Al₂O₃ بیشترین مواد شیمیایی تشکیل دهنده متاکائولن هستند. همان طور که در نمودار 2 مشخص شده در هرم پوزولان ها متاکائولن در ناحیه میانی هرم قرار می گیرند.
سیمان های آمیخته پوزولانی بنا به ضرورت هایی از جمله مصرف انرژی کمتر، حفظ محیط زیست و کاهش قیمت سیمان در دنیا تولید شدند سیمان های آمیخته ای سرباره ای نیز به همین دلیل سال هاست که به بازار عرضه شده اند. کاهش در مصرف انرژی برای تولید کلینگر سیمان و کاهش تولید گازهای آلاینده ای که از سوختن مواد سوختنی حاصل می شود را از دلایل تولید و مصرف سیمان های آمیخته است و می توان با مصرف پوزولان های طبیعی یا مصنوعی از مصرف سوخت زیاد و تولید مواد آلاینده و گازهای نامطلوب جلوگیری کرد.
[caption id="" align="alignnone" width="640"] پوزولان ها, مواد جایگزین سیمان , ساخت بتن آماده, طرح اختلاط بتن, نقش پوزولان ها در بتن, افزایش مقاومت بتن دود سیلیکا , پوزولان های طبیعی , متاکالین, سنگ رسی , خاک رسی سوزانده[/caption]