انواع بتن سبک و کاربرد و تاریخچه و روش های ساخت بتن سبک

ارسال شده توسط:یاسین بخش: عمران گروه:سازه

انواع بتن سبک و کاربرد و تاریخچه و روش های ساخت بتن سبک

تاریخچه ساخت و کاربرد بتن سبک

اولین گزارشهای تاریخی در مورد کاربرد بتن سبک و مصالح سبک وزن به روم باستان بر می گردد. رومیان در احداث معبد پانتئون و ورزشگاه کلوزیوم از پومیس که نوعی مصالح سبک است استفاده کرده اند. کاربرد بتن سبکدانه پس از تولید سبکدانه های مصنوعی و فراوری شده در اوایل قرن بیستم وارد مرحله جدیدی شد. در سال 1918، S. J. Hayde با استفاده از کوره دوار اقدام به منبسط کردن رس و شیل کرد و بدینوسلیه سبکدانه ای مصنوعی تولید کرد که از آنها در ساخت بتن استفاده شد. تولید تجاری روباره های منبسط شده نیز از سال 1928 آغاز گردید.
این سبکدانه مصنوعی در هنگام جنگ جهانی اول به دلیل محدودیت دسترسی به ورق فولادی برای ساخت کشتی بکار رفت. کشتی Atlantus به وزن 3000 تن که با بتن سبک هایدیتی ساخته شد، در اواخر سال 1918 به آب افتاد. در سال 1919 کشتی Selma به وزن 7500 تن و طول 132 متر با همین نوع بتن ساخته و به آب انداخته شد. تا آخر جنگ جهانی اول و سپس تا سال 1922 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 24 کشتی اقیانوس پیما و 80 بارج 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 1948 اولین ساختمان با استفاده از شیل منبسط شده در پنسیلوانیای شرقی احداث گردید. در ادامه، از سال 1950 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 1958 و در شهر برنت فورد احداث گردید.
ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئیز، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سیتی در سال 1929 از جمله ساختمان های دهه 20 و 30 میلادی ساخته شده در آمریکای شمالی با استفاده از بتن سبک هستند. ساختمان 42 طبقه در شیکاگو، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک در سال 1960، فرودگاه Dulles در واشنگتن در سال 1962، کلیسایی در نروژ در سال 1965، پلی در وایسبادن آلمان در سال 1966 و پل آب بر در روتردام هلند در سال 68 از جمله ساختمان هایی هستند که با بتن سبکدانه ساخته شده اند.
در هلند، انگلستان، ایتالیا و اسکاتلند نیز در دهه 70 و 80 پل هایی با دهانه های مختلف ساخته و با موفقیت بهره برداری شده اند. در سال های 1970 ساخت بتن سبکدانه پرمقاومت آغاز شد و در دهه 80 به دلیل نیاز برخی شرکت های نفتی در امریکا و نروژ برای ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فراساحلی مانند سکوهای نفتی یک رشته تحقیقات وسیع برای ساخت بتن سبکدانه پرمقاومت در این دو کشور با هدایت واحد آغاز شد که نتایج آن در اواخر دهه 80 و اوایل دهه 90 منتشر گشت.
در سالیان اخیر نیز استفاده بتن سبک در دال سقف ساختمانهای بلند مرتبه، عرشه پلها و دیگر موارد مشابه و همچنین کاربردهای خاص مانند عرشه و پایه دکلهای استخراج نفت کاربرد فراوانی یافته است.

1- طبقه بندی بتن سبک بر مبنای مقاومتی

بتن‌های سبک از دیدگاه مقاومتی در سه دسته طبقه‌بندی می‌شوند که عبارتند از بتن سبک غیرسازه‌ای، بتن سبک سازه‌ایو بتن سبک با مقاومت متوسط که در ادامه به آن پرداخته می شود.بتن سبک غیرسازه‌ای که معمولاً به عنوان جداسازهای سبک مورد استفاده قرار می‌گیرد، دارای جرم مخصوص کمتر از 800 کیلوگرم بر مترمکعب است. با وجود جرم مخصوص کم، مقاومت فشاری آن حدود 35/0 تا 7 نیوتن بر میلیمترمربع می‌باشد. از معمولیترین سنگدانه‌های مورد مصرف در این نوع بتن می توان به پرلیت (نوعی سنگ آذرین) و ورمیکولیت (ماده‌ای با ساختار ورقه‌ای شبیه لیکا)اشاره کرد.

بتن‌های سبک سازه‌ای دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی می‌باشند، به گونه‌ای که می توان از آن‌ها در اعضای سازه‌ای استفاده کرد. این بتن‌ها عموماً دارای جرم مخصوصی بین 1400 تا 1900 کیلوگرم بر مترمکعب بوده و حداقل مقاومت فشاری تعریف شده برای آنها 17 نیوتن بر میلیمتر مربع (مگاپاسکال) می باشد. در بعضی حالات امکان افزایش مقاومت تا 60 نیوتن بر میلیمتر مربع نیز وجود دارد. در مناطق زلزله خیز، آیین‌نامه‌ها حداقل مقاومت فشاری بتن سبک را به 20 نیوتن بر میلیمتر مربع محدود می‌کنند.

بتن‌های سبک با مقاومت متوسط، از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشاری در محدوده‌ای بین بتن‌های سبک غیرسازه ا‌ی و سازه‌ای قراردارند، به گونه‌ای که مقاومت فشاری آنها‌ بین 7 تا 17 نیوتن بر میلیمترمربع و جرم مخصوص آن‌ها بین 800 تا 1400 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد.

1-1- بتن سبک غیرسازه‌ای

این نوع بتن‌ها با جرم مخصوصی معادل 800 کیلوگرم بر مترمکعب و کمتر، به عنوان تیغه‌های جداساز و عایق‌های صوتی در کف بسیار مؤثر هستند. این نوع بتن می‌تواند در ترکیب با مواد دیگر در دیوار، کف و سیستم‌های مختلف سقف مورد استفاده قرار گیرد. مزیت عمده آن، کاهش هزینه‌های لازم برای تهویه‌ی گرمایی یا سرمایی فضاهای داخلی ساختمان و کاهش انتقال صوت بین طبقات و فضاهای ساختمان می باشد. بتن‌های سبک غیرسازه‌ای بر اساس ساختارداخلی می‌توانند به دو گروه جداگانه تقسیم‌بندی شوند.

دسته اول بتن‌های اسفنجی که در حین ساخت آن‌ها با ایجاد کف، حباب‌های هوا در خمیر سیمان یا در ملات سیمان - سنگدانه ایجاد می گردد. کف مورد نظر یا از طریق مواد کف‌زا در حین اختلاط تولید شده و یا به صورت کف آماده به مخلوط اضافه می‌شود. بتن اسفنجی می‌تواند جرم مخصوصی تا حدود 240 کیلوگرم بر مترمکعب داشته باشد.

دسته دوم بتن با سنگدانه سبک یا به اختصار بتن سبکدانه است که با استفاده از پرلیت، ورمیکولیت منبسط شده و یا دیگر سبکدانه های طبیعی و مصنوعی ساخته می‌شوند. جرم مخصوص خشک این مخلوط بین 240 تا 960 کیلوگرم بر مترمکعب می‌باشد.

امروزه اضافه کردن ریزدانه‌هایی با وزن معمولی، موجب افزایش وزن بتن و مقاومت آن می شود، لیکن به منظورحصول خواص عایق‌بندی حرارتی (ضریب انتقال حرارت پایین)، حداکثر جرم مخصوص به 800 کیلوگرم در مترمکعب محدود می‌گردد.

هنگام ساخت و استفاده از بتن سبک غیرسازه‌ای، سعی بر این است که با کاهش وزن بتوان خصوصیات عایق حرارتی را افزایش داد، اما ذکر این مطلب ضروری است که باکاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نیز کاهش می‌یابد. مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزدیکی با هم دارند و با افزایش وزن مخصوص، بالطبع باید مقاومت بالاتری را انتظار داشت. با توجه به مقاومت به دست آمده از این نوع بتن، محل کاربرد آن تعیین می گردد. به عنوان مثال بتن‌هایی با مقاومت فشاری حدود 7/0 نیوتن بر میلیمترمربع و کمتر برای عایق‌سازی لوله‌های بخار زیرزمینی مناسب هستند و از بتن‌های با مقاومت بالاتر تا حدود 5/3 نیوتن بر میلیمتر مربع در پیاده‌روها استفاده می شود. باید توجه داشت که انقباض بتن‌های سبک در هنگام خشک شدن در اکثر موارد و به خصوص در موارد حذف سنگدانه‌های درشت از مخلوط، همواره مشکل‌ساز است.

1-2- بتن سبک با مقاومت متوسط

بتنهای سبک موجود در این طبقه عمدتا از نوع بتنهای سبکدانه و بتنهای با ساختار باز می باشند. به عبارت دیگر برای کاهش چگالی بتن از سنگدانه های سبک طبیعی یا مصنوعی استفاده شده است. سبکدانه های مورد استفاده در بتنهای سبک با مقاومت متوسط معمولا از یکی از روشهای آهکی شدن (تکلیس)، سنگدانه‌ی کلینگر، محصولات منبسط شده‌ای نظیر روباره‌های منبسط شده، خاکستر بادی، شیل و اسلیت یا سنگدانه‌های تولیدی از مصالح طبیعی مانند پوکه سنگ‌های آذرین و سنگ‌های آذرین متخلخل (توف) تولید می‌شوند. جرم مخصوص بتن ساخته شده با سنگدانه‌های فوق بین 800 تا 1400 کیلوگرم بر مترمکعب است. کاربرد مواد افزودنی نظیر تسریع کننده‌ها و روان‌کننده‌ها می‌تواند در تغییر مقاومت بتن‌های ساخته شده با سنگدانه‌های تولید شده از روش‌های مذکور موثر باشد. کاربرد این بتنها معمولا در بلوکهای مجوف بتنی، کف سازیها و موارد مشابه است.

1-3- بتن سبک سازه ای

بتنهای سبک سازه ای بتنهایی هستند که علی رغم دارا بودن چگالی کمتر از 2000 کیلوگرم بر مترمکعب، مقاومت فشاری بیش از 17 مگاپاسکال دارند. ساخت این بتنها صرفا با استفاده از سنگدانه های سبک و مقاوم امکان پذیر است. تمام بتنهای 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 بتن‌های سبکدانه سازه‌ای از سنگدانه‌هایی استفاده می‌شود که بتن ساخته شده مقاومتی بیش از 17 مگاپاسکال و جرم مخصوصی کمتر از 2000 کیلوگرم بر مترمکعب را دارا باشد. سنگدانه‌هایی که این شرایط را عموماً برآورد می‌کنند و طبق استاندارد ASTM-C330 برای ساخت بتن سبک سازه‌ای مورد استفاده قرار می گیرند، عمدتا عبارتند از:

الف) شیل، رس و اسلیت منبسط شده در کوره‌ی دوار

ب)سنگدانه هایی که از فرآیند های کلوخه ای شدن به دست می آیند

ج) سرباره‌های منبسط شده

د) پوکه‌های معدنی

هـ) پوکه‌های صنعتی

و) خاکستر بادی ته نشین شده

تأمین مقاومت فشاری معادل 20 نیوتن بر میلیمترمربع و بیشتر با بعضی از این سنگدانه‌ها امکان‌پذیر است. شرایط سایر سنگدانه‌ها نیزطوری است که قادر به حصول حداقل مقاومت فشاری مقرر شده برای بتن سبک سازه‌ای می‌باشند. همانطور که پیش از این ذکر شد،‌ مقاومت بتن سبک ‌تابعی از جرم مخصوص آن است. باید توجه داشت که جرم مخصوص بتن عمدتاً متأثر از جرم مخصوص سنگدانه‌های مصرفی است، به گونه‌ای که استفاده از مصالح سبکتر موجب کاهش وزن مخصوص بتن می شود. ولی استفاده از مصالح سنگین‌تر از سبکدانه‌ها، لزوماً 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 چگالی بتن استفاده گردد.

پیشینه بتن سبک در ایران:

تولید بتن سبک در ایران تا سالهای اخیر به صورت سنتی با استفاده از دانه‌های سبکی چون رس شکفته، سنگ پا، پوکه معدنی و یا بتن‌های گازی تولید می گردید که هرکدام معایبی از نظر جذب رطوبت، تخریب طبیعت و محدودیت عرصه کاربرد، دارا می ‌باشند. اما امروزه با تزریق هوا در داخل اختلاط ماسه و سیمان، امکان سبک نمودن وزن آن هرچه بیشتر فراهم و اختلاط‌های کم‌ وزن (300 تا 1700 کیلوگرم بر مترمکعب) تحت نام بتن سبک هوادار Foamed Concrete تولید می‌گردد.

در حالیکه در کشورمان ایران، استفاده از محصولات سنتی (آجر فشاری، بتن معمولی، چوب و ...) ، بدون توجه به تخریب طبیعت زیبا (تبدیل خاک رس ،به مثابه طلای قرمز، به مصالح ساختمانی) و بلایای طبیعی همچون زمین‌لرزه، آتش‌سوزی، اتلاف منابع انرژی پایان پذیر و ... صورت می گیرد، جامعه مهندسی جهان به این مهم دست یافته است که برای داشتن نگاهی دقیق به پایداری سازه‌ها - با عمر مفید حداقل 500 سال- باید از مصالح مرغوب دیگری استفاده نموده و مسکنی که دارای خصوصیات ضد آتش، ضد پوسیدگی و حشرات، عدم جذب رطوبت، جذب صوت، عایق حرارت، مقاوم در برابر یخ‌ زدگی و راحت و مدرن با عمر قرن‌ها تولید نماید. در این راستا اغراق نیست اگر ادعا شود که تفکر حاضر با شناسایی بتن سبک هوادار “Foamed Light Weight Concrete” به واقعیت پیوسته است.

بتن سبک هوادار
عمده بتن معمولی تولید شده در وزن kg/m32400 می‌باشد که با داشتن وزن سنگین، اجرای سخت، عدم هماهنگی با سیستم‌های تأسیسات حرارتی و برودتی و از همه مهمتر با خاصیت جذب بسیار بالای آب، همیشه سرد و نمدار بوده و دارای معایب بسیار دیگری می‌باشد. مقاومت در مقابل یخ‌زدگی و عدم جذب رطوبت این نوع بتن، در صورت افزودن مقدار 7% هوا بدان، تقویت شده، اما هرگز نمی تواند به جای بتن سبک هوادار استفاده گردد.

بتن سبک هوادار ماده‌ای هماهنگ و سازگار با طبیعت است که تنها با مواد سنگی و سیمان تولید می گردد؛ بطوریکه با 1 مترمکعب از مواد فوق، 2 مترمکعب بتن بدست می‌آید و از این طریق، توان صنعت ساخت و ساز 2 برابر می‌گردد که این ویژگی موجب توجه اغلب متخصصین عرصه ساختمان به سوی آن شده است. این محصول در حالتی که هنوز گیرش نکرده به صورت مایع و به رنگ سیمان بوده و پس از خودگیری به رنگ خاکستری در می آید.

وجود هوای فشرده به شکل حباب‌های کوچک، همگن و یکنواخت در داخل بتن هوادار و دهها مزایای مختلف دیگر در این محصول، توسعه استفاده از آن را در صنعت ساختمان بسیار مورد توجه قرار داده است؛ بطوریکه این محصول بدلیل ویژگیهای بی مانندی در عرصه معماری، تنوع اختلاط، خصوصیات شیمیایی، مهندسی سازه و تکنولوژی اجرا، اغلب استانداردهای مصالح ساختمانی مورد توجه دنیا را دارا می باشد. خصوصیاتی از قبیل مقاومت در مقابل آتش، کاهش مصرف مواد اولیه، همسازی با طبیعت، بازیافت ضایعات و پاکسازی محیط زیست، موجب کسب جایگاه بسیار مناسبی در صنعت ساختمان برای بتن سبک هوادار با ترکیباتی از آب و تیپ‌های مختلف سیمان، مواد سنگی سیلیسی و مواد کف‌زای غیرپروتئینی -همگی مطابق با استانداردهای ویژه صنعتی- می‌باشند.

قطعات پیش یاخته بتن سبک (pss) :
شرکت هایی اقدام به راه‌اندازی خط تولید قطعات پیش‌ساخته بتن سبک هوادار ،ملقب به بتن آینده جهان، تحت نام تجاری PSS نموده و برای اولین بار، قطعات پیش‌ساخته بتن سبک را بصورت سیستم های منطبق با روشهای اجرایی، نماسازی و اندودکاری در ایران تولید می نمایند. این نوع بتن سبک پیش ساخته دارای بافتی بسیار زیبا و کارا ،بدون شباهت به بافت بتن ساخته شده با مواد پروتئینی، بوده و با دانسیته و مقاومت‌های فشاری متفاوت دارای دامنه کاربرد وسیعی چون بلوک‌‌های دیواری، پانل‌های دیواری، پانلهای کف و سقف، پوشش معابر، پوشش سطوح فرودگاهها، جاده‌ها و کانالها، پوشش لوله‌های آب، گاز و فاضلاب، پرکننده هر نوع بلوک دیواری و سقفی، پل‌سازی و سدسازی، دیوارهای حائل، پرکننده دیواری 2 جداره و سازه‌های زیرزمینی و ... می‌باشد.

ه بتن سبک هوادار ماده ای ایده‌آل برای تولید مصالح ساختمانی است و دارای مزایایی از قبیل:

مزایای استفاده از سیستم های ساختمانی PSS

ارزان‌سازی:
براساس مدارک موجود، بکارگیری سیستم پی.‌اس‌. اس در دیوار، سقف و کف‌، به میزان 4/30% میلگرد مصرفی در ساختمان و نیز 15% هزینه ساخت اسکلت ،تا پایان سفت‌کاری را، کاهش می دهد. بدین ترتیب اولین و مهمترین فاکتور در گزینش سیستم های PSS را می توان صرفه جویی در هزینه ها و ارزان سازی ساختمان دانست.

سبک‌سازی:
با کاهش ضخامت دیوار خارجی و داخلی، حذف اندودهای اضافی و نیز کاهش دانسیته کف‌سازی، بار مرده ساختمان به میزان 370 کیلوگرم بر مترمربع، کاهش می یابد. این تقلیل بار، معادل اختلاف بارمرده ساختمان در کشور ژاپن نسبت به سیستم ساختمان‌سازی سنتی ایران است. همچنین در سیستم های ساختمانی PSS، با ایجاد سطوح صاف در ساختمان، هرگونه نماسازی با کمترین ضخامت و وزن قابل اجرا می‌باشد؛ بدین منظور توصیه می‌گردد از اندودهایی با‌ ضخامت کم برای نمای ساختمان استفاده گردد.

مقاوم‌ سازی:
نظر به اینکه مقاومت میدان قابها به هنگام زلزله، تأثیر منفی در حرکت آزاد سازه دارد؛ لذا استفاده از مصالح خردشونده در مقابل فشار از طریق آیین‌نامه 2800 زلزله ایران توصیه می‌گردد. بدین منظور، بتن سبک تولیدی این شرکت، در ردیف مصالح خردشونده در مقابل فشار، جای گرفته و می تواند نقش بسیار بالایی در مقاوم سازی بنا برعهده گیرد.
از سویی دیگر، با توجه به این اصل که نیروی ناشی از زلزله، ارتباط مستقیم با وزن ساختمان دارد؛ لذا با کاهش چشم‌گیر آن در سیستم پی.اس.اس مقاومت سازه بنا به هنگام وقوع زلزله افزایش می یابد.

سهولت اجرای سیستم تأسیسات مکانیکی و برقی:
در سیستم های ساختمانی PSS، با وجود سوراخهایی به قطر 5/3 سانتی‌متر در داخل پانلهای دیواری، نیازی به لوله‌گذاری در دیوار نمی‌باشد. وجود حفره‌های بزرگ در سقف نیز جاسازی هرگونه تجهیزات و لوله‌های مکانیکی را میسر می سازد. همچنین با استفاده از فوم‌بتن در کف‌سازی، امکان طراحی سیستم گرمایش به طریق ازمیری، حذف رادیاتور و نتیجتاً کاهش هزینه به طور قابل ملاحظه‌ای فراهم می‌گردد.

سرعت اجرا :
نظر به اینکه، با شروع عملیات ساختمانی در پی‌سازی، امکان ساخت قطعات سقفی و دیواری در کارخانه مقدور می‌باشد؛ بنابراین با کاهش 30% زمان اجرا، صرفه‌جویی قابل توجهی در زمان اجرا، امکانپذیر می باشد.

دوشنبه ۱۰ آبان ۱۴۰۰

آراء

نظرات

شما هم می توانید در مورد این موضوع نظر دهید.

کاربر گرامی چنانچه تمایل دارید، نقد یا نظر شما به نام خودتان در سایت ثبت شود، لطفاً وارد سایت شوید.


نام:
* ایمیل:
* نظر :