بتن سبک
بتن سبک
تاريخچه ساخت و کاربرد بتن سبک
اولين گزارشهاي تاريخي در مورد کاربرد بتن سبک و مصالح سبک وزن به روم باستان بر مي گردد. روميان در احداث معبد پانتئون و ورزشگاه کلوزيوم از پوميس که نوعي مصالح سبک است استفاده کرده اند. کاربرد بتن سبکدانه پس از توليد سبکدانه هاي مصنوعي و فراوري شده در اوايل قرن بيستم وارد مرحله جديدي شد. در سال 1918، S. J. Hayde با استفاده از کوره دوار اقدام به منبسط کردن رس و شيل کرد و بدينوسليه سبکدانه اي مصنوعي توليد کرد که از آنها در ساخت بتن استفاده شد. توليد تجاري روباره هاي منبسط شده نيز از سال 1928 آغاز گرديد.اين سبکدانه مصنوعي در هنگام جنگ جهاني اول به دليل محدوديت دسترسي به ورق فولادي براي ساخت کشتي بکار رفت. کشتي Atlantus به وزن 3000 تن که با بتن سبک هايديتي ساخته شد، در اواخر سال 1918 به آب افتاد. در سال 1919 کشتي Selma به وزن 7500 تن و طول 132 متر با همين نوع بتن ساخته و به آب انداخته شد. تا آخر جنگ جهاني اول و سپس تا سال 1922 کشتي ها و مخازن شناور متعددي ساخته شد که يکي از آن ها Peralta تا سال هاي اخير شناور بود.
برنامه ساخت کشتي ها در اواسط جنگ جهاني دوم متوقف شد و دوباره به دليل محدوديت توليد ورق فولادي مورد توجه قرار گرفت. تا پايان جنگ جهاني دوم 24 کشتي اقيانوس پيما و 80 بارج دريايي ساخته شد که ساخت آن ها در دوران صلح، اقتصادي محسوب نمي گشت. ظرفيت اين کشتي ها 3 تا 140000 تن بود.
در سال 1948 اولين ساختمان با استفاده از شيل منبسط شده در پنسيلوانياي شرقي احداث گرديد. در ادامه، از سال 1950 ساخت بتن سبک گازي اتوکلاو شده در انگلستان متداول شد. اولين ساختمان بتن سبکدانه مسلح در اين کشور که يک ساختمان سه طبقه بود در سال 1958 و در شهر برنت فورد احداث گرديد.
ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئيز، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربي در کانزاس سيتي در سال 1929 از جمله ساختمان هاي دهه 20 و 30 ميلادي ساخته شده در آمريکاي شمالي با استفاده از بتن سبک هستند. ساختمان 42 طبقه در شيکاگو، ترمينال TWA در فرودگاه نيويورک در سال 1960، فرودگاه Dulles در واشنگتن در سال 1962، کليسايي در نروژ در سال 1965، پلي در وايسبادن آلمان در سال 1966 و پل آب بر در روتردام هلند در سال 68 از جمله ساختمان هايي هستند که با بتن سبکدانه ساخته شده اند.
در هلند، انگلستان، ايتاليا و اسکاتلند نيز در دهه 70 و 80 پل هايي با دهانه هاي مختلف ساخته و با موفقيت بهره برداري شده اند. در سال هاي 1970 ساخت بتن سبکدانه پرمقاومت آغاز شد و در دهه 80 به دليل نياز برخي شرکت هاي نفتي در امريکا و نروژ براي ساخت سازه ها و مخازن ساحلي و فراساحلي مانند سکوهاي نفتي يک رشته تحقيقات وسيع براي ساخت بتن سبکدانه پرمقاومت در اين دو کشور با هدايت واحد آغاز شد که نتايج آن در اواخر دهه 80 و اوايل دهه 90 منتشر گشت.
در ساليان اخير نيز استفاده بتن سبک در دال سقف ساختمانهاي بلند مرتبه، عرشه پلها و ديگر موارد مشابه و همچنين کاربردهاي خاص مانند عرشه و پايه دکلهاي استخراج نفت کاربرد فراواني يافته است.
بتنهاي سبک از ديدگاه مقاومتي در سه دسته طبقهبندي ميشوند که عبارتند از بتن سبک غيرسازهاي، بتن سبک سازهاي و بتن سبک با مقاومت متوسط که در ادامه به آن پرداخته مي شود.بتن سبک غيرسازهاي که معمولاً به عنوان جداسازهاي سبک مورد استفاده قرار ميگيرد، داراي جرم مخصوص کمتر از 800 کيلوگرم بر مترمکعب است. با وجود جرم مخصوص کم، مقاومت فشاري آن حدود 35/0 تا 7 نيوتن بر ميليمترمربع ميباشد. از معموليترين سنگدانههاي مورد مصرف در اين نوع بتن مي توان به پرليت (نوعي سنگ آذرين) و ورميکوليت (مادهاي با ساختار ورقهاي شبيه ليکا)اشاره کرد.
بتنهاي سبک سازهاي داراي مقاومت و وزن مخصوص کافي ميباشند، به گونهاي که مي توان از آنها در اعضاي سازهاي استفاده کرد. اين بتنها عموماً داراي جرم مخصوصي بين 1400 تا 1900 کيلوگرم بر مترمکعب بوده و حداقل مقاومت فشاري تعريف شده براي آنها 17 نيوتن بر ميليمتر مربع (مگاپاسکال) مي باشد. در بعضي حالات امکان افزايش مقاومت تا 60 نيوتن بر ميليمتر مربع نيز وجود دارد. در مناطق زلزله خيز، آييننامهها حداقل مقاومت فشاري بتن سبک را به 20 نيوتن بر ميليمتر مربع محدود ميکنند.
بتنهاي سبک با مقاومت متوسط، از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشاري در محدودهاي بين بتنهاي سبک غيرسازه اي و سازهاي قراردارند، به گونهاي که مقاومت فشاري آنها بين 7 تا 17 نيوتن بر ميليمترمربع و جرم مخصوص آنها بين 800 تا 1400 کيلوگرم بر مترمکعب مي باشد.
1-1- بتن سبک غيرسازهاي
اين نوع بتنها با جرم مخصوصي معادل 800 کيلوگرم بر مترمکعب و کمتر، به عنوان تيغههاي جداساز و عايقهاي صوتي در کف بسيار مؤثر هستند. اين نوع بتن ميتواند در ترکيب با مواد ديگر در ديوار، کف و سيستمهاي مختلف سقف مورد استفاده قرار گيرد. مزيت عمده آن، کاهش هزينههاي لازم براي تهويهي گرمايي يا سرمايي فضاهاي داخلي ساختمان و کاهش انتقال صوت بين طبقات و فضاهاي ساختمان مي باشد. بتنهاي سبک غيرسازهاي بر اساس ساختارداخلي ميتوانند به دو گروه جداگانه تقسيمبندي شوند.
دسته اول بتنهاي اسفنجي که در حين ساخت آنها با ايجاد کف، حبابهاي هوا در خمير سيمان يا در ملات سيمان - سنگدانه ايجاد مي گردد. کف مورد نظر يا از طريق مواد کفزا در حين اختلاط توليد شده و يا به صورت کف آماده به مخلوط اضافه ميشود. بتن اسفنجي ميتواند جرم مخصوصي تا حدود 240 کيلوگرم بر مترمکعب داشته باشد.
دسته دوم بتن با سنگدانه سبک يا به اختصار بتن سبکدانه است که با استفاده از پرليت، ورميکوليت منبسط شده و يا ديگر سبکدانه هاي طبيعي و مصنوعي ساخته ميشوند. جرم مخصوص خشک اين مخلوط بين 240 تا 960 کيلوگرم بر مترمکعب ميباشد.
امروزه اضافه کردن ريزدانههايي با وزن معمولي، موجب افزايش وزن بتن و مقاومت آن مي شود، ليکن به منظورحصول خواص عايقبندي حرارتي (ضريب انتقال حرارت پايين)، حداکثر جرم مخصوص به 800 کيلوگرم در مترمکعب محدود ميگردد.
هنگام ساخت و استفاده از بتن سبک غيرسازهاي، سعي بر اين است که با کاهش وزن بتوان خصوصيات عايق حرارتي را افزايش داد، اما ذکر اين مطلب ضروري است که باکاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نيز کاهش مييابد. مقاومت فشاري و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزديکي با هم دارند و با افزايش وزن مخصوص، بالطبع بايد مقاومت بالاتري را انتظار داشت. با توجه به مقاومت به دست آمده از اين نوع بتن، محل کاربرد آن تعيين مي گردد. به عنوان مثال بتنهايي با مقاومت فشاري حدود 7/0 نيوتن بر ميليمترمربع و کمتر براي عايقسازي لولههاي بخار زيرزميني مناسب هستند و از بتنهاي با مقاومت بالاتر تا حدود 5/3 نيوتن بر ميليمتر مربع در پيادهروها استفاده مي شود. بايد توجه داشت که انقباض بتنهاي سبک در هنگام خشک شدن در اکثر موارد و به خصوص در موارد حذف سنگدانههاي درشت از مخلوط، همواره مشکلساز است.
1-2- بتن سبک با مقاومت متوسط
بتنهاي سبک موجود در اين طبقه عمدتا از نوع بتنهاي سبکدانه و بتنهاي با ساختار باز مي باشند. به عبارت ديگر براي کاهش چگالي بتن از سنگدانه هاي سبک طبيعي يا مصنوعي استفاده شده است. سبکدانه هاي مورد استفاده در بتنهاي سبک با مقاومت متوسط معمولا از يکي از روشهاي آهکي شدن (تکليس)، سنگدانهي کلينگر، محصولات منبسط شدهاي نظير روبارههاي منبسط شده، خاکستر بادي، شيل و اسليت يا سنگدانههاي توليدي از مصالح طبيعي مانند پوکه سنگهاي آذرين و سنگهاي آذرين متخلخل (توف) توليد ميشوند. جرم مخصوص بتن ساخته شده با سنگدانههاي فوق بين 800 تا 1400 کيلوگرم بر مترمکعب است. کاربرد مواد افزودني نظير تسريع کنندهها و روانکنندهها ميتواند در تغيير مقاومت بتنهاي ساخته شده با سنگدانههاي توليد شده از روشهاي مذکور موثر باشد. کاربرد اين بتنها معمولا در بلوکهاي مجوف بتني، کف سازيها و موارد مشابه است.
1-3- بتن سبک سازه اي
بتنهاي سبک سازه اي بتنهايي هستند که علي رغم دارا بودن چگالي کمتر از 2000 کيلوگرم بر مترمکعب، مقاومت فشاري بيش از 17 مگاپاسکال دارند. ساخت اين بتنها صرفا با استفاده از سنگدانه هاي سبک و مقاوم امکان پذير است. تمام بتنهاي سبک سازه اي از خانواده بتن هاي سبکدانه مي باشند که در آن براي کاهش وزن مخصوص بتن از سنگدانه هاي سبک استفاده شده است. به اين دليل بعضا از عبارات بتن سبکدانه و بتن سبک سازه اي براي بيان يک مفهوم استفاده مي شود. در بتنهاي سبکدانه سازهاي از سنگدانههايي استفاده ميشود که بتن ساخته شده مقاومتي بيش از 17 مگاپاسکال و جرم مخصوصي کمتر از 2000 کيلوگرم بر مترمکعب را دارا باشد. سنگدانههايي که اين شرايط را عموماً برآورد ميکنند و طبق استاندارد ASTM-C330 براي ساخت بتن سبک سازهاي مورد استفاده قرار مي گيرند، عمدتا عبارتند از:
الف) شيل، رس و اسليت منبسط شده در کورهي دوار
ب)سنگدانه هايي که از فرآيند هاي کلوخه اي شدن به دست مي آيند
ج) سربارههاي منبسط شده
د) پوکههاي معدني
هـ) پوکههاي صنعتي
و) خاکستر بادي ته نشين شده
تأمين مقاومت فشاري معادل 20 نيوتن بر ميليمترمربع و بيشتر با بعضي از اين سنگدانهها امکانپذير است. شرايط ساير سنگدانهها نيزطوري است که قادر به حصول حداقل مقاومت فشاري مقرر شده براي بتن سبک سازهاي ميباشند. همانطور که پيش از اين ذکر شد، مقاومت بتن سبک تابعي از جرم مخصوص آن است. بايد توجه داشت که جرم مخصوص بتن عمدتاً متأثر از جرم مخصوص سنگدانههاي مصرفي است، به گونهاي که استفاده از مصالح سبکتر موجب کاهش وزن مخصوص بتن مي شود. ولي استفاده از مصالح سنگينتر از سبکدانهها، لزوماً باعث افزايش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد شد. بيشترين مقاومت بتن سبکدانه معمولا وقتي حاصل مي شود که از سبکدانه هاي ساخته شده از شيل، رس و اسليت منبسط شده در فرآيند کوره دوار براي سبک سازي چگالي بتن استفاده گردد.
پيشينه بتن سبک در ايران:
توليد بتن سبک در ايران تا سالهاي اخير به صورت سنتي با استفاده از دانههاي سبکي چون رس شکفته، سنگ پا، پوکه معدني و يا بتنهاي گازي توليد مي گرديد که هرکدام معايبي از نظر جذب رطوبت، تخريب طبيعت و محدوديت عرصه کاربرد، دارا مي باشند. اما امروزه با تزريق هوا در داخل اختلاط ماسه و سيمان، امکان سبک نمودن وزن آن هرچه بيشتر فراهم و اختلاطهاي کم وزن (300 تا 1700 کيلوگرم بر مترمکعب) تحت نام بتن سبک هوادار Foamed Concrete توليد ميگردد.
در حاليکه در کشورمان ايران، استفاده از محصولات سنتي (آجر فشاري، بتن معمولي، چوب و ...) ، بدون توجه به تخريب طبيعت زيبا (تبديل خاک رس ،به مثابه طلاي قرمز، به مصالح ساختماني) و بلاياي طبيعي همچون زمينلرزه، آتشسوزي، اتلاف منابع انرژي پايان پذير و ... صورت مي گيرد، جامعه مهندسي جهان به اين مهم دست يافته است که براي داشتن نگاهي دقيق به پايداري سازهها - با عمر مفيد حداقل 500 سال- بايد از مصالح مرغوب ديگري استفاده نموده و مسکني که داراي خصوصيات ضد آتش، ضد پوسيدگي و حشرات، عدم جذب رطوبت، جذب صوت، عايق حرارت، مقاوم در برابر يخ زدگي و راحت و مدرن با عمر قرنها توليد نمايد. در اين راستا اغراق نيست اگر ادعا شود که تفکر حاضر با شناسايي بتن سبک هوادار “Foamed Light Weight Concrete” به واقعيت پيوسته است.
بتن سبک هوادارعمده 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.
به پارس عمران خوش آمديد. در اين وبلاگ مطالب متنوع عمران گردآوري شده تا مورد پسند شما عزيزان قرار گيرد. ما را با پيشنهادات و انتقادات خود راهنمايي فرماييد. به اميد ايراني آباد