بتن چیست ؟ انواع و کاربرد های آن

بتن یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که از ترکیب سیمان، آب، سنگدانه‌ ها (شن و ماسه) و مواد افزودنی ساخته می‌ شود. این ماده به دلیل مقاومت بالا در برابر فشار، دوام پایدار و قابلیت شکل‌پذیری پیش از سخت شدن، نزد مهندسان عمران محبوبیت دارد. برای آن که بدانیم بتن چیست و کاربرد های آن کدامند، باید ابتدا اجزا و ساختار آن را به خوبی بشناسیم. روند تولید بتن با ترکیب مواد اولیه و ایجاد واکنش هیدراتاسیون در سیمان آغاز می‌ شود.

این فرآیند باعث سخت شدن و افزایش مقاومت آن می‌ شود. مهم‌ ترین ویژگی‌ بتن را می توان هزینه تولید نسبتاً پایین دانست. با پیشرفت فناوری، انواع بتن‌های هوشمند، خود ترمیم‌ شونده و نانو بتن توسعه یافته‌اند که ویژگی‌ های مکانیکی بهتری دارند و آینده ساخت سازه ها را مورد تاثیر قرار داده اند.

تاریخچه ای بسیار شگرف و سرشار از نبوغ در روند تولید و تحولات بتن برای مطالعه وجود دارد. برای آن که بدانیم بتن چیست باید بدانیم پیدایش آن از کجا آغاز شده است. نخستین نمونه های استفاده از مواد مشابه با بتن امروزی، به حدود 6500 سال پیش در سوریه و میان رودان بر می گردد. یونانیان و رومیان نیز بعدها این فنون را تکمیل کرده و بتن را به یک ماده ساختمانی کلیدی و اساسی تبدیل کردند. در سال 1849، ژوزف مونیه، با اختراع بتن مسلح (بتن همراه با میلگرد آهنی) تحولی دوباره در صنعت ساخت و ساز ایجاد کرد. در قرن 20 و 21، پیشرفت های زیادی در تولید بتن رخ داد که امروزه در ساخت بناهای مدرن و پایدار به کار می روند.

اجزای بتن شامل 5 نوع ماده اصلی می شود که در طول زمان بهبود یافته و بار ها جایگزین شده اند و امروز بهترین فرمولاسیون بتن در اختیار ماست. اجزای تشکیل دهنده بتن شامل ترکیبات مختلفی است که هر کدام نقش مشخصی در خواص نهایی بتن ایفا می کنند. در ادامه، این اجزا همراه با ترکیب شیمیایی آن ها آورده شده است:

- سیمان : سیمان پرتلند را می توان رایج‌ ترین نوع سیمان در بتن به شمار آورد. در هنگام ترکیب سیمان  با آب، واکنش هیدراتاسیون رقم می خورد و یک ساختار چسبنده و مقاوم ایجاد می‌ شود. شاید بهترین سوالی که باید بپرسیم تا بهتر بدانیم که بتن چیست؛ این باشد که فرآیند هیدراتاسیون چه سودی دارد؟ این فرآیند سبب می‌ شود که سنگدانه‌ ها (شن و ماسه) به یکدیگر متصل شوند و بتن سخت و مستحکم شکل بگیرد. بدون سیمان، بتن به سطح کافی از استحکام نخواهد رسید، زیرا سیمان نقش عامل اتصال‌ دهنده را ایفا می‌ کند.

- آب : واکنش هیدراتاسیون در بتن، با استفاده از سیمان و همراهی آب رخ می دهد. این فرآیند ترکیباتی مانند سیلیکات های کلسیم هیدراته (C-S-H) را تشکیل می دهد که عامل اصلی مقاومت بتن است. هم چنین وجود آب در ترکیب بتن باعث می شود که به راحتی مخلوط و قالب گیری شود و قابلیت اجرای آن در سازه های مختلف بهبود یابد. نکته بسیار ارزشمند در هنگام مطالعه اجزای بتن آن است که مقدار مناسب آب، باعث تنظیم حرارت و جلوگیری از ترک خوردگی بتن می شود. 

- سنگدانه ها: سنگدانه های به کار رفته در بتن شامل شن و ماسه هستند که نقش پرکننده و بهبود دهنده مقاومت مکانیکی بتن را دارند. هم چنین وجود سنگدانه ها سبب افزایش مقاومت سایشی(دوام و استحکام در برابر سایش و ضربه) خواهند بود. از سایر فواید وجود سنگدانه ها در این ترکیب می توان به ایجاد ساختاری متراکم، کاهش  مصرف سیمان، افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش انقباض یا ترک خوردگی اشاره نمود.

- مواد افزودنی شیمیایی: چرا در ساخت بتن از افزودنی شیمیایی استفاده می شود؟ این مواد برای بهبود خواص بتن به آن افزوده می شوند و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آن را بهبود می بخشند. این مواد در هنگام اختلاط بتن به آن افزوده می شوند. افزودنی های بتن کاربرد های متنوعی دارند و همیشه در حال بهبود و مدرنیزاسیون هستند اما مهم ترین کاربرد ها را می توان؛ کاهش میزان آب مورد نیاز بدون کاهش کارایی بتن و افزایش مقاومت فشاری و کاهش تخلخل بتن دانست. 

- مواد افزودنی معدنی: مواد افزودنی معدنی بتن چیست؟ مواد افزودنی معدنی بتن؛ به منظور بهبود مقاومت کلی، دوام، کاهش مصرف سیمان و افزایش کارایی نهایی بتن به آن اضافه می شوند. این مواد معمولاً از ذرات ریز معدنی تشکیل شده و در فرآیند هیدراتاسیون سیمان تاثیر زیادی دارند. این مواد معمولاً برای افزایش مقاومت، دوام و کاهش هزینه مصرف سیمان به بتن افزوده می شوند.

 بتن انواعی دارد و هر یک در طول زمان به وسیله علم دگرگون شده اند و هنوز هم در حال بهبود هستند. اما آنچه در معماری و عمران مدرن مورد استفاده قرار می گیرد را معرفی خواهیم نمود. 5 مورد از مهم ترین انواع بتن شامل: 

- بتن معمولی (که از سیمان، آب و سنگدانه ها تشکیل می شود)

- بتن مسلح یا آرمه (که با افزودن میلگرد یا فولاد تقویت شده است)

- بتن خود متراکم (که بدون نیاز به ویبره، خود به خود متراکم می شود)

- بتن مگر(دارای نسبت سیمان کمتر به آب) 

- بتن سبک (که با استفاده از سنگدانه های سبک مانند پرلیت ساخته می شود)

بتن معمولی نوعی بتن است که از ترکیب سیمان، آب و سنگدانه به دست می آید. این نوع بتن دارای ویژگی هایی مناسب برای استفاده در اکثر سازه های عمرانی است و از آن برای ساخت پی ها، دیوارها، سقفها و کف ها در ساختمان ها، پل ها و جاده ها استفاده می شود. بتن معمولی مقاومت بالایی در برابر بارهای فشاری دارد، اما در مقابل نیروهای کششی ضعف دارد که برای تقویت آن اغلب از آرماتور (میلگرد) استفاده می شود. این بتن در مقایسه با انواع دیگر بتن هزینه کمتری دارد و معمولاً برای پروژه های عمومی و ساختمانی قابل استفاده است. بتن معمولی برای تولید نیاز به نسبت خاصی از سیمان، آب و سنگدانه دارد که معمولاً بر اساس استانداردهای مهندسی تعیین می‌شود.

در نظر داشته باشید که نسبت آب به سیمان (W/C Ratio) در بتن معمولی تاثیر زیادی بر مقاومت نهایی آن خواهد داشت. عدم تعادل در این تناسب می‌تواند باعث افزایش مقاومت فشاری و کاهش نفوذپذیری بتن شود. بتن معمولی پس از گیرش و سخت شدن مقاومت فشاری خوبی پیدا می‌کند، اما برای مقاومت در برابر عوامل محیطی سخت‌تر و بیشتر به استفاده از مواد افزودنی نیاز دارد. اگر در شرایط جغرافیایی پیچیده و خاصی نباشیم و نیاز به استحکام در سطح بسیار بالا نداشته باشیم این نوع بتن برای ما انتخاب مناسبی خواهد بود.

بتن مسلح یا بتن آرمه؛ نوعی بتن است که برای افزایش مقاومت کششی و مقاومت در برابر خمش، با استفاده از میلگردها (آرماتور) تقویت می شود. این میلگردها که معمولا از فولاد ساخته شده اند، به صورت شبکه ای یا استوانه ای در بتن قرار می گیرند تا هنگام وارد شدن بارهای کششی، تنش های کششی را جذب کنند و با استفاده از این تکنیک مقاومت در برابر بار افزایش یابد. گرچه بتن به تنهایی مقاومت بالایی در برابر فشار دارد، اما در برابر کشیدگی و خمش ضعیف است، بنابراین آرماتورهای فولادی می توانند تا بتن پایداری و مقاومت بتن در برابر انواع نیرو را بهبود ببخشند.

بتن مسلح در کدام سازه ها به کار می رود؟

بتن مسلح معمولاً در سازه هایی چون پل ها، ساختمان های بلند، تونل ها و دال ها استفاده می شود. این ساختار باعث ایجاد سازه های با دوام و مقاوم در برابر نیروهای مختلف می شود. بتن مسلح پیش تنیده و بتن مسلح پیش ساخته از انواع بتن مسلح هستند که در مواردی مانند استفاده در سازه های عظیم و پروژه های صنعتی کاربرد دارند. 

کاربرد بتن مسلح در انواع سازه:

- ساخت ساختمان های بلند و برج ها 

- فرودگاه، جاده و بزرگراه 

- سازه های صنعتی 

- دال های پیش ساخته و سازه های پیش تنیده

بتن خود متراکم نوعی بتن است که قابلیت ریختن و متراکم شدن خود به خود را دارد. در واقع بدون اینکه نیاز به ویبره یا ابزار دستی برای تراکم داشته باشد دچار تراکم می شود. این پدیده به دلیل استفاده از افزودنی های شیمیایی و ذرات ریز مانند میکروسیلیس و پوزولان ایجاد می شود. وجود پوزولان سبب که افزایش روانی و جریان پذیری بتن می شود. 

بتن خود متراکم برای کدام سازه ها مناسب است؟

سازه های عمرانی که دسترسی سخت دارند و یا نیاز به مقاومت بالای بتن در فضاهای محدود دارند. برای نمونه در برج ها و برای جلوگیری از مشکلات در ریختن بتن در طبقات بالا از بتن خود متراکم استفاده می شود. همچنین در ساخت پیاده‌روها، پایه‌های پل و دال‌ها برای استفاده در نواحی سخت برای ویبره این نوع بتن کاربرد دارد. نکته بسیار مهم در هنگام ساخت سازه هایی است که در برابر لرزش مقاوم هستند؛ مانند سازه های صنعتی که در معرض لرزش یا ضربه قرار دارند و نیاز به بتن با مقاومت بالا دارند. در این موارد بهترین انتخاب بتن خود متراکم خواهد بود.

کاربردهای بتن خود متراکم در انواع سازه ها

- ساختمان های مرتفع 

- پل ها و سازه های بزرگ

- سازه های با جزئیات پیچیده

- سازه های زیر آب و در دسترس نبودن ویبره

- سازه‌های پیش ساخته

- سازه های مقاوم در برابر لرزش

بتن مگر در واقع نوعی از بتن است که تناسباتی متفاوت با انواع بتن دارد. در این نوع بتن، میزان آب بیشتر و سیمان کمتری نسبت به بتن معمولی وجود دارد و ضخامت آن کم است. این بتن به عنوان جز اصلی در پی ریزی به کار نمی رود و در پروژه هایی که نیاز به مقاومت بالا ندارند و تنها هدف آن ها جلوگیری از تماس مستقیم بتن اصلی با خاک است، مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع بتن می تواند به ایجاد یک سطح یکنواخت و صاف کمک کرده و برای پخش بارهای فشاری به صورت یکنواخت در زیر سازه عمل کند. هم چنین دانستن این نکته جالب است که در مناطقی با خاک نرم یا قابل نفوذ از بتن مگر برای جلوگیری از رشد ریشه گیاهان یا جلوگیری از نفوذ مواد شیمیایی به داخل سازه استفاده می شود.

بتن مگر در چه سازه هایی به کار می رود؟

- فونداسیون ها و پایه های ساختمان ها

- دیوارهای حائل و سازه های بتنی کوچک

- پارکینگ ها، انبارها، و سوله ها

- زیرسازی جاده ها، باند فرودگاه ها

بتن سبک نوعی بتن است که در آن از سنگدانه های سبک مانند پرلیت، پوکه معدنی، رس منبسط شده یا کائولن استفاده می شود. این مواد سبب می شوند تا وزن بتن کاهش یابد. بنابراین این نوع بتن دارای چگالی پایین است و به دلیل وزن کم، برای ساخت سازه هایی که نیاز به وزن کمتر دارند، انتخابی ایده آل است. شاید بتوان یکی از ویژگی های مهم بتن سبک را عایق بودن در برابر حرارت و صدا دانست. این ویژگی در بتن سبک موجب کاهش انتقال حرارت و آلودگی صوتی در سازه می شود. این نوع بتن برای ساخت ساختمان های مقاوم در برابر آتش و سازه های زیر آب مناسب است.

کاربرد های بتن سبک در انواع سازه:

- ساخت دیوارهای غیر باربر و سقف های سبک

- پوشش های خارجی ساختمان ها و سازه های مقاوم در برابر آتش

- دیوارهای پیش ساخته، سازه های صنعتی، انبارها و کارگاه ها و پل های سبک

اکنون می دانیم بتن چیست، انواع و اجزای بتن کدامند و مهم ترین انواع بتن در چه سازه ها و شرایطی استفاده می شوند. اکنون بهتر است به صورت کلی به این نکته بپردازیم که مهم ترین کاربرد های بتن کدامند؟ 

- ساخت فونداسیون ها و پی های ساختمان

- ساخت دیوارهای حائل و دیوارهای برشی

- ساخت پل ها و گذرگاه های زیرزمینی

- سقف ها و کف ها در ساختمان ها

- ساخت جاده ها، بزرگراه ها و فرودگاه ها

- ساخت تونل ها و سازه های زیرزمینی

- مخازن بتنی و ساختمان های مقاوم در برابر آتش

- پله ها و دال های بتنی

- ساخت سازه های پیش ساخته مانند دال ها و پانل ها

- ساخت سازه های صنعتی مانند کارخانه ها و سوله ها

- ساخت سازه های دریایی و پایانه های بندری

- پایه های برق و مبدل های انرژی

- ساخت فونداسیون های دکل های مخابراتی

- لایه های زیرین و زیرسازی جاده ها

- استفاده در ساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله