:
تاریخچه بتنسبک
اولین گزارشهای تاریخی در مورد کاربرد بتن سبک و مصالح سبک وزن به روم باستان بر میگردد.
رومیان در احداث معبد پانتئون و ورزشگاه کلوزیوم از پومیس که نوعی مصالح سبک است استفاده کردهاند.
کاربرد بتن سبکدانه پس از تولید سبکدانههای 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 بدین وسلیه سبکدانهای مصنوعی تولید کرد که از آنها در ساخت بتن استفاده شد.
تولید تجاری روبارههای 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 شد.
تا آخر جنگ جهانی اول و سپس تا سال 1922 کشتیها و مخازن شناور متعددی ساخته شد که یکی از آنها Peralta تا سالهای اخیر شناور بود.
برنامه ساخت کشتیها 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 آنها در دوران صلح، اقتصادی محسوب نمیگشت.
ظرفیت این کشتیها 3 تا 140000 تن بود.
در سال 1948 اولین ساختمان با استفاده از شیل منبسط شده در پنسیلوانیای شرقی احداث گردید.
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 ساختمانهای 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
پل آب بر در روتردام هلند در سال 1968
از جمله ساختمانهایی هستند که با بتن سبکدانه ساخته شده اند.
در هلند، انگلستان، ایتالیا و اسکاتلند نیز در دهه 70 و 80 پلهایی با دهانههای مختلف ساخته و با موفقیت بهرهبرداری شدهاند.
در سالهای 1970 ساخت بتن سبکدانه پرمقاومت آغاز شد.
در دهه 80 به دلیل نیاز برخی شرکتهای نفتی در امریکا و نروژ برای ساخت سازهها 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.
طبقهبندی بتنسبک
بتنهای سبک بر اساس مقاومت:
بتنهای سبک از دیدگاه مقاومتی به سه دسته طبقهبندی میشوند که عبارتند از:
- بتن سبک غیرسازهای
- بتن سبک سازهای
- بتن سبک با مقاومت متوسط
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 میتوان به پرلیت و ورمیکولیت اشاره کرد.
بتنهای سبک سازهای دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی میباشند.
به گونهای که میتوان از آنها در اعضای سازهای استفاده کرد.
این بتنها عموماً دارای جرم مخصوصی بین 1400 تا 1900 کیلوگرم بر مترمکعب بوده.
حداقل مقاومت فشاری تعریف شده برای آنها 17 نیوتن بر میلیمتر مربع (مگاپاسکال) میباشد.
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 غیرسازهای 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 میباشد.
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 میباشد.
بتنهای سبک غیرسازهای بر اساس ساختار داخلی 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 میگردد.
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.
این بتن با استفاده از پرلیت، ورمیکولیت منبسط شده و یا دیگر سبکدانههای 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 میشود.
لیکن به منظور حصول خواص عایقبندی حرارتی ، 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.
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 میگردد.
به عنوان مثال:
بتنهایی با مقاومت فشاری حدود 7/0 نیوتن بر میلیمتر مربع 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 میشود.
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.
بتن سبک با مقاومت متوسط:
بتنهای سبک موجود در این طبقه عمدتا از نوع بتنهای سبکدانه و بتنهای با ساختار باز میباشند.
به عبارت دیگر برای کاهش چگالی بتن از سنگدانههای سبک طبیعی یا مصنوعی استفاده شده است.
سبکدانههای مورد استفاده در بتنهای سبک با مقاومت متوسط معمولا با یکی از روشهای تولید میشوند:
آهکی شدن (تکلیس)
سنگدانهی کلینگر
محصولات منبسط شدهای نظیر روبارههای منبسط شده
خاکستر بادی
شیل و اسلیت
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.
بتن سبک سازهای:
بتنهای سبک سازهای 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 سنگدانههای سبک و مقاوم امکان پذیر است.
تمام بتنهای سبک سازهای از خانواده بتنهای سبکدانه میباشند که در آن برای کاهش وزن مخصوص بتن از سنگدانههای سبک استفاده شده است.
به این دلیل بعضا از عبارات بتن سبکدانه و بتن سبک سازهای برای بیان یک مفهوم استفاده میشود.
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 میگیرند.
عمدتا عبارتند از:
الف) شیل، رس و اسلیت منبسط شده در کورهی دوار
ب)سنگدانههایی که از فرآیندهای کلوخهای شدن به دست میآیند.
ج) سربارههای منبسط شده
د) پوکه 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 میشود.
ولی استفاده از مصالح سنگینتر از سبکدانهها، لزوماً باعث افزایش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد شد.
بیشترین مقاومت بتن سبکدانه معمولا وقتی حاصل میشود که از سبکدانههای ساخته شده از شیل، رس و اسلیت منبسط شده در فرآیند کوره دوار برای سبک سازی چگالی بتن استفاده گردد.
بتنسبک AAC
بتن هوادار اتوکلاو (بتن گازی) که در دنیا به اختصار AAC نامیده میشود.
یک نوع خاص بتن سبک متخلخل است که عمدتا از مواد با پایه سیلیس، سیمان و آهک ساخته میشود.
محصولی که امروزه بنام AAC موسوم است در 70 سال اخیر در کشور سوئد به توسعه رسیده است.
این محصول شامل دو فرآیند اصلی ایجاد تخلخل در دوغاب مخلوط سیمان، آهک و پودر سیلیس و عملآوری بتن حاصله توسط اتوکلاو میباشد.
از جمله مزایای این نوع بلوكها:
- رعایت مباحث 3 و 18 و 19 آییننامه مقررات ملی ساختمان کشور
- سرعت بالا در اجرا به دلیل ابعاد مناسب
- سبکسازی ساختمان بر اساس آیین نامه 2800 ایران
- چسبندگی بسیار خوب بین بلوك و ملات سیمانی به دلیل همجنس بودن
- عدم نیاز به اندود بیش از یک سانتیمتر به علت سطح صاف بلوك
- کاهش هزینههای مربوط به نازککاری به دلیل سطوح صاف زیر کار با اجرای این بلوک
- سرعت زیاد دیوار چینی
- صرفهجویی قابل ملاحظه فولاد مصرفی در سازههای فلزی و بتنی
از نظر نصب تاسیسات و سیمکشی و لوله آب به راحتی توسط اره کردن میتوان مسیر آنها را در داخل بلوک تعبیه نمود.
به دلیل قابلیت برش محصول هیچگونه ضایعات و نخاله وجود ندارد و در صورت وجود ضایعات بسیار ناچیز میتوان آنها را به عنوان پوکه شیببندی بام استفاده نمود.
قابلیت بالای سوراخ کاری، برشکاری و ارهکاری، قابلیت چسبندگی بسیار بالا با انواع ملاتهای پایه گچی از دیگر قابلیتهای این بلوك است.
اتصال دیوارهای غیرباربر به اسکلت سازهای باید به نحوی باشد که ضمن تحمل تمامی بارهای وارده، مشارکتی در سختی جانبی سازه نداشته باشند دیوارهای ساخته شده با این بلوک، باید طبق ضوابط استاندارد ملی ایران به شماره 11272 مقاومت لازم در برابر آزمونهای ضربه را دارا باشند و رعایت ضوابط مربوط به محافظت دیوارها از تماس مستقیم با آب و یا چرخههای تر و خشک شدن الزامی میباشد.
کلیه مصالح و اجزاء در این سیستم از حیث دوام، بهداشتی و زیست محیطی باید بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران و یا آییننامههای ملی یا معتبر بینالمللی به کار گرفته شوند.
بتنسبک LFC
سیستم سازهای فولادی سبک، یک سیستم سازهای پیشرفته است که در انواع ساخت و ساز، کاربرد دارد و یکی از مناسبترین سیستمهای ساختمانی است که امروزه در جهان مورد استفاده قرار میگیرد.
صفحات دیواری سبک که از سیستم ساختمانی قابهای سبک سرد نورد شده منشعب میشوند قابل کاربرد در اکثر سیستمهای ساختمانی میباشند.
این صفحات دیواری بر اساس کاربرد اجزایی به نام تیرچهTrack و وادارStud شکل گرفته است و ساختار اصلی دیوارها از ترکیب نیمرخهای فولادی گالوانیزه سرد نورد شده برپا میشود.
مقطع مورد استفاده در این دیوارها c شکل میباشد که معمولا با اتصالات مکانیکی به یکدیگر متصل میشوند.
هر دیوار از تعدادی اجزای عمومی وادارStud به به فواصل 40 تا 70 سانتیمتر که در بالا و پایین به اجزای افقی ناودانی شکل U یا C شکل تیرچه متصل شدهاند، تشکیل میشوند در صورتی که از مقاطع C شکل به عنوان تیرچه استفاده شود، لازم است برشکاری در محل نصب وادار انجام شود.
بتنسبک CLC
بتن سبک CLC را که بتن سلولی یا زنبوری نیز مینامند.
یکی از انواع بتن سبک بوده که به وسیله حبابهای هوا با اندازههای مختلف در درون بتن ایجاد میشود.
روش تولید این نوع بتن یک روش بدون اتوکلاو است.
ایجاد حبابهای هوا در این نوع بتن با یکی از دو روش مختلف فیزیکی یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی صورت میگیرد.
از مزایای این بلوکها میتوان به این موارد اشاره کرد:
- عایق حرارتی و کاهش مصرف انرژی در ساختمان
- مقاومت در مقابل رطوبت و صدا به جهت مصرف فوم
- مقاوم در مقابل زلزله
- کاهش چشمگیر وزن سازه
- سازگاری با محیط زیست
- مقاومت فشاری بالا
- عدم استفاده از سوختهای فسیلی در فرآیند تولید
- ایجاد مزیت نسبی برای ساختمانهای ساخته شده با این محصول
این بلوكها میتوانند به شکل مکعب مستطیل، یا اشکال ویژه هندسی تولید شوند.
سطح نمای بلوكها میتواند صاف یا نقشدار باشد.
برای ایجاد اتصالات بهتر، سطوح جانبی این بلوك (سطوح غیر نما) میتواند دارای گام یا زبانه باشد.
مقاومت در برابر آتش:
- مقاومت در برابر آتش بر مبنای تعداد ساعتی که عضو میتواند آتش استاندارد را تحمل کند، بیان میگردد.
به آن درجه آتشپادی عضو گفته میشود.
- در مورد بلوک AAC بر اساس آزمایشهای انجام شده در کشور انگلستان، دیوار غیر باربر به ضخامت 17 سانتیمتر دارای درجه آتشپادی 4 ساعت میباشد.
- در مورد بلوك CLC با ضخامت 17 سانتیمتر درجه آتشپادی نزدیک به 1 ساعت 17 دقیقه میباشد.
- دیوارهای غیر باربر LFC مقاومت در برابر آتش دارای مقاومت 1 ساعت در مقابل آتش میباشد.
بتنهای سبک ساختمانی سازگار با محیط زیست
بررسیهای انجام شده نشان میدهد بتن AAC سازگاری کامل با محیط زیست دارد، به گونهای که برای طبیعت مضر نیست و هیچگونه زباله یا مواد آلاینده تولید نمیکند.
با استفاده از این بتن دیگر نیازی به استفاده از خاك ارزشمند رس یا ایجاد آلودگی شدید توسط کورههای تولید مصالح مشابه نمیباشد.
در کل میتوان گفت فرایند تولید بدون آلایندگی و صرف انرژی بالا میباشد.
به دلیل استفاده و مصرف آلایندههای شایع صنعتی در فرایند تولید بلوکهای CLC در کنار مصرف پایین انرژی این فرایند قابلیت استفاده از انرژیهای پاك در طی آن و عدم تولید ضایعات در روال استفاده از آنها، بلوکهای CLC از مصالح صنعتی سازگار با محیط زیست به شمار آمده و تولید و استفادهی از آنها کمک شایانی به حفاظت از محیط زیست مینماید.
میتوان گفت فرآیند تولید بدون آلایندگی و با صرف کمترین انرژی و قابل بازیافت میباشد از نظر زیست محیطی، سیستم LFC در زمره سیستمهایی است که انرژی اندکی برای ساخت اجزای آن مصرف میشود.
سیستم اLFC از مصالح صنعتی سازگار با محیط زیست به شمار آمده و تولید و استفاده از آن کمک شایانی به حفاظت از محیط زیست میکند.
همچنین در این صفحات از موادی که برای سلامتی انسان مضر هستند استفاده نمیشود.
همچنین اغلب اجزای سازهای و غیر سازهای در این سیستم به صورت پیچی اجرا میشوند.
بازیافت آنها به سهولت امکان پذیر است نزدیک و به 70 درصد مصالح قابلیت تعویض شدن دارند.
کاربردهای بتن سبک
- پوشاندن و ضخیم کردن سقف و کف در صورت لزوم
- قالبگیری سازههای فولادی برای محافظ از آنها در برابر آتش و خوردگی
- عایق حرارتی در سقفها
- عایقکاری لولهکشیهای آب
- ساخت دیوارهای پارتیشن و دیوارهای پانلی
- عایقکاری دیوارها
- ساخت دیوارهای باربر با استفاده از بلوکهای بتنی سلولی
- کاربرد به عنوان ماده پر کننده در پانلهای دیواری در ساختمانهای چندطبقه
- ساخت سازههای خلاقانه و مدرن با استفاده از بتن سبک
مزایای بتنسبک
- افزایش مقاومت به دلیل عملآوری درونی
- بهبود ماندگاری سازه
- کاهش ترکخوردگی در اثر انقباض به دلیل نگهداری بالاتر رطوبت
- کاهش وزن کلی سازه
- مقاومت بسیار خوب در برابر آتش
- کاهش زمان و هزینه ساخت و ساز
- حمل و نقل آسانتر
معایب بتنسبک
- زمان خشک شدن طولانیتر
- در زمان عملآوری حساسیت آن نسبت به مقدار آب بسیار بالا است
- نیاز به مخلوط کردن طولانیتر در مقایسه با انواع معمولی بتن
پیشینه بتنسبک 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 میگردید.
که هرکدام معایبی از نظر جذب رطوبت، تخریب طبیعت و محدودیت عرصه کاربرد، دارا میباشند.
اما امروزه با تزریق هوا در داخل اختلاط ماسه و سیمان، امکان سبک نمودن وزن آن هرچه بیشتر فراهم و اختلاطهای کم وزن تحت نام بتن سبک هوادار Foamed Concrete تولید میگردد.
در حالیکه در کشورمان ایران، استفاده از محصولات سنتی بدون توجه به تخریب طبیعت زیبا و بلایای طبیعی همچون زمینلرزه، آتشسوزی، اتلاف منابع انرژی پایان پذیر صورت میگیرد.
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.
سخن آخر
بتنهای سبک در سالهای اخیر در گوشه و کنار جهان به عنوان یکی مصالح ساختمانسازی بسیار رواج یافتهاند.
بتنهای سبک بر اساس مواد تشکی دهنده و نحوه تشکیل به انواع مختلفی دستهبندی شدهاند که ویژگی مشترک همه آنها وزن بسیار کم و مقاومت بسیار بالا است.
امیدوارم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد
نویسنده : سیدعلی منتظری
منبع : بخش مقالات تخصصی سایت استوارسازان
امیدوارم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد
اختلاف وزن بتن سبک و سنگین چقدره؟
سلام وقتتون بخیر بستگی به نوع بتن سبک و نوع بتن سنگین دارد.