بتن مسلح چیست؟

بتن مسلح در آمریکا، ویلیام وارد، نخستین ساختمان را در سال ۱۸۷۵ در نیویورک بنا نمود.

همچنین، تادیوس هیات، که در ابتدا یک وکیل بود، در دهه ۱۸۵۰ تجربیاتی را در مورد تیر بتن آرمه انجام داد.

وی میله‌های آهنی را در ناحیه کششی تیر قرار داد و در نزدیکی تکیه‌گاه آن را به طرف بالا خم کرده و در ناحیه فشاری مهار نمود.

او هم‌چنین میله‌های قائمی را در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها برای تحمل برش به‌کار برد.

هیات در سال ۱۸۷۷ یک کتاب ۲۸ صفحه‌ای در ارتباط با موضوع تحقیقات خود منتشر کرد.

بتن مسلح می‌شود تا مقاومت کششی آن افزایش یابد.

بدون تقویت شدن، امکان ساخت بسیاری از ساختمان‌ها و سازه‌های بتنی وجود ندارد.

بتن همراه با میلگرد برای بسیاری از انواع سازه‌ها و اجزایی مانند دال بتنی، دیوارها، تیرها، ستون‌ها، پی‌ها، قاب‌ها و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مسلح کردن بتن که شامل میله‌های فولادی، صفحات یا الیافی است که باعث تقویت مصالح می‌شوند.

قابلیت تحمل بار توسط این مصالح بیشتر می‌شود و به همین دلیل از بتن مسلح بطور گسترده‌ای در ساخت و ساز استفاده می‌شود.

در واقع این نوع بتن یکی از متداول‌ترین نوع مصالح ساختمانی می‌باشد که مورد استفاده در ساخت و ساز قرار می‌گیرد.

مصالح تقویت کننده به شکلی در داخل بتن گنجانده می‌شوند که دو قسمت در کنار هم بار اعمالی را تحمل کنند.

مقاومت فشاری بتن و استحکام کششی فولاد یک پیوند قوی را جهت مقابله با این تنش‌ها برای یک دوره طولانی تشکیل می‌دهند.

بتن خالص برای بیشتر پروژه‌های ساخت و ساز مناسب نمی‌باشد زیرا نمی‌تواند به راحتی در برابر تنش‌های ایجاد شده در اثر نیروهای ارتعاش، باد و غیره مقاومت کند.

برای مسلح کردن بتن از میلگرد‌های تقویتی، شبکه‌های توری تقویتی، صفحات فلزی یا الیاف تقویتی استفاده می‌گردد.

هدف اصلی استفاده از بتن آرمه، مقاوم کردن بتن در برابر نیروهای کششی انجام می شود.

در بتن به آرمانتورهایی بافته می‌شود (به دلیل مقاومت کششی بالای میلگرد) تا بدین طریق نیروهای کششی به بتن وارد نشده و سبب ترک‌خوردگی و در نهایت پکیدن بتن نشود.

مقاومت کششی بتن ۰٫۱ مقاومت فشاری آن است.

کرنش شکست بتن در کشش، بسیار پایین است که با مسلح نمودن آن می‌توان دو لبه بتن ترک‌خورده را به هم نزدیک کرد.

• بتن مسلح دارای مقاومت فشاری قابل قبولی در مقایسه با دیگر مصالح ساختمانی می‌باشد و فولاد زیر مقاومت کششی مطلوبی را نتیجه می‌دهد.
• ساخت بتن مسلح مقرون به صرفه می‌باشد زیرا تمام اجزای بتن غیر از سیمان از مصالح محلی و ارزان قیمت می‌باشند.
• بتن مسلح دارای انعطاف پذیری قابل توجهی می‌باشد و می‌توان آن را در قالب‌های مختلف به اشکال متنوع و دلخواه درآورد.
• بتن مسلح در مقابل حریق بسیار مقاوم می‌باشد در حالی که فولاد در برابر آتش ضعف دارد بنابراین استفاده از ترکیب بتن و فولاد می‌تواند این مشکل را برطرف نماید.
• بتن مسلح به طور کلی با توجه به مواد تشکیل دهنده دارای صلبیت بسیار بالایی می‌باشد.
• مقاومت بتن مسلح در برابر عوامل مهاجم مانند رطوبت، آب و مواد شیمیایی بالا می‌باشد در نتیجه استفاده از بتن به عنوان یک پوشش می‌تواند از فولاد در برابر این عوامل محافظت کند.
• از بتن مسلح با توجه به خصوصیاتی که این ماده دارد، می‌توان به مدت زیادی استفاده کرد.
• اجرای بتن و سازه بتن مسلح برخلاف سایر مصالح از قبیل فولاد و چوب به نیروهای متخصص با مهارت‌های آنچنانی نیاز ندارد.
• بتن تنها گزینه اقتصادی برای اجرای اجزای سازه از قبیل فونداسیون و دیوارهای زیرزمین به شمار می‌رود.

• اجرای بتن مسلح به قالب‌بندی و شمع گذاری برای مهار نیاز دارد که هزینه ساخت و نصب و نگهداری قالب بسیار زیاد خواهد بود.
• وزن بتن مسلح بسیار زیاد است و در نتیجه وزن کل سازه زیاد خواهد بود.

این موضوع باعث افزایش هزینه‌های اولیه برای پی ساختمان می‌شود.

همچنین مقاومت کمتر به ازای وزن واحد بتن در مقایسه با فولاد را شاهد خواهیم بود.

• ساخت و کنترل کیفیت بتن یک کار کارگاهی می‌باشد و خصوصیات بتن با توجه به تغییر اجزای تشکیل دهنده، اختلاط بتن، ویبره و شرایط عمل آوری دچار تغییرات خواهد شد.
• بتن مسلح با گذشت زمان دچار تغییرات حجمی خواهد شد که به صورت ترک‌هایی در بتن نمایان می‌شوند.

بنابراین باید با تمهیداتی میزان خزش و ترک را در بتن کاهش داد.

امروزه از بتن مسلح علاوه بر ساختمان‌سازی در پل‌سازی، سدسازی و بسیاری صنایع دیگر استفاده می‌شود.

بطور کلی سازه‌های بتن مسلح دارای اعضای مختلفی می‌باشند که با استفاده از بتن و فولاد ساخته می‌شوند.

اعضای اصلی تشکیل دهنده قا‌ب‌‌های بتن مسلح که وظیفه تحمل فشارهای محوری، خمشی و جانبی را دارند، عبارتند از:

• ستون‌ها
• تیرها
• دیوارهای برشی

از دیگر اعضایی که به صورت بتن مسلح ساخته می‌شوند می‌توان تیر و ستون‌های مرکب، پدستال، ستون‌های دورپیچ را نام برد.

• بتن مسلح شده به الیاف فولادی مقاومت کششی را ۳۰ تا ۴۰ درصد و مقاومت خمشی را ۵۰ تا ۷۰ درصد و مقاومت فشاری را ۰ تا ۱۵ درصد افزایش می‌دهد.
• حضور الیاف در بتن مقاومت آن را در برابر پدیده کاویتاسیون، سایش ناشی از جریان آب با سرعت بالا و ضربه ناشی از نخاله‌ها به نحو قابل توجهی افزایش می‌دهد.
• مقاومت در برابر خستگی با وجود الیاف در بتن افزایش یافته و عرض ترک و تغییر مکان ناشی از آن کاهش می‌یابد.

الیاف فولادی مقاومت و مدول برشی بتن را به نحو قابل توجهی افزایش می‌دهد.

• دوام بتن مسلح شده به الیاف فولادی بیشتر از بتن ساده است.
• سختی و طاقت بتن با الیاف فولادی ۵/۲ برابر بتن معمولی و ۵/۱ برابر بتن با مقاومت بالاست.

(سختی قابلیت جذب انرژی در برابر بارهای دینامیکی و ضربه است)

• الیاف فولادی می‌توانند جایگزین شبکه های فولادی در دال‌های بتنی کف‌ها شوند.

(همانند روسازی بتنی سالن‌های صنعتی، روسازی بتنی جاده‌ها و …)

• استفاده از الیاف در بتن، هزینه‌های مربوط به تعمیر و به‌سازی کف‌های بتنی را به نحو قابل توجهی کاهش می‌دهد.
• مدول الاستیسیته و ضریب پواسون برای بتن الیافی با مقدار کمتر از ۲ درصد همانند بتن بدون الیاف است.
• الیاف عمر مفید بتن را افزایش می‌دهد.

• روسازی باند فرودگاه‌ها و بزرگراه‌ها
• بتن نسوز با استفاده از سیمان پرآلومین
• شمع‌ها
• کف‌های صنعتی به خاطر مقاومت در برابر ضربه و تغییرات حرارتی
• عرشه پل‌ها به عنوان پوشش و روکش رویی در محل‌هایی که زیر اساس اجرا شده و یک عرشه بتن مسلح روی آن اجرا می‌شود.
• سازه‌های واقع در نواحی زلزله خیز
• بتن پاشی لایه داخلی تونل‌ها و معادن
• بتن پوششی پایدار کردن شیب‌های سنگی و خاکی واقع در برش‌های بزرگراه‌ها و راه آهن و خاکریزها
• سازه‌های پوسته‌ای نازک و گنبدها
• سازه‌های هیدرولیکی – سدها، سرریزها و حوضچه آرامش به خاطر مقاوم بودن در برابر پدیده کاویتاسیون
• تعمیرات از بتن مسلح به الیاف در تعمیرات اعضای مختلف سازه‌ای و سازه‌ها استفاده می‌شود.

قطعات بتنی با الیاف شیشه به دو روش ساخته می‌شوند.

۱- روش پاشش

۲- روش پیش مخلوط

روش پاشش:

در روش پاشش، ملات سیمان و الیاف شیشه به طور همزمان از تفنگ افشانه‌ای بر روی سطح قالب در چندین لایه پاشیده می‌شود.

این روش می‌تواند با توجه به پیش ساخته بودن قطعه و یا درجا بودن آن به صورت اتوماتیک یا دستی انجام گیرد.

لایه‌های پاشیده شده ضخامتی تقریبا برابر با ۴ تا ۶ میلیمتر دارند.

بنابراین یک پانل به ضخامت ۱۲ میلیمتر به ۲ تا ۳ مرحله کامل پاشش احتیاج دارد.

پس از اینکه هر لایه پاشیده شد، با استفاده از غلتک‌های مخصوص فلزی کاملا تسطیح و فشرده می‌شود.

این کار به خارج کردن هوای محبوس و پوشاندن الیاف شیشه با خمیر سیمان کمک می‌کند.

روش پیش مخلوط:

در روش پیش مخلوط، سیمان، ماسه، الیاف شیشه و آب با هم مخلوط شده و به صورت ملات در می‌آیند.

سپس با ریختن با ارتعاش، قالب‌ریزی با فشار یا قالب لغزان؛ این ملات به محصول مورد نظر تبدیل می‌شود.

قطعات بتنی ساخته شده به روش پیش مخلوط برای تولید اجزایی با اشکال ساده‌تر و به خصوص پانل‌های روکار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اخیرا از بتن مسلح شده به الیاف شیشه به عنوان یک ماده مناسب برای کاربردهای سازه‌ای نیز استفاده شده است.

خواص مکانیکی مطلوب و دوام مناسب در برابر شرایط محیطی، باعث افزایش استفاده از بتن مسلح شده با الیاف شیشه شده است.

برخی از کاربردهای این نوع بتن عبارتند از:

• ساخت پانل‌های نمای بیرونی ساختمان‌ها و نمای تونل‌ها
• ساخت کانال‌های آبیاری، جدار منابع آب و حوضچه‌های ضد عفونی
• ساخت پوسته‌ها، ورق‌های ساده، جداگرهای مقاوم در برابر آتش و درب‌های ضد آتش
• ساخت پانل‌های شناور، قایق‌های نجات و مخازن نگهداری بنزین
• ساخت سیستم‌های سقف، کف‌های صنعتی مقاوم در برابر ضربه
• ساخت مخازن آب، لوله‌های فاضلاب و استخرهای شنا
• تعمیر و ترمیم ساختمان‌ها و آثار معماری مانند کتیبه و گچ بری سرستون‌ها
• بررسی تاثير باكتری بر بهبود نفوذپذيری و مقاومت بتن مسلح به الياف پلی پروپيلن

به دلیل خواص مفید و منحصر به فرد الیاف در ماتریس بتنی، استفاده از الیاف گوناگون در بتن در چند سال اخیر رواج زیادی پیدا کرده است.

تاکنون به کارگیری انواع مختلفی از الیاف، از جمله الیاف فولادی، الیاف مصنوعی و الیاف طبیعی در بتن مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است.

در سال‌های اخیر با معرفی الیاف پلیمری برای استفاده در بتن، تولید بتن مسلح به الیاف پلیمری به طور مرتب در حال افزایش است.

یکی از انواع الیاف مصنوعی پلیمری، الیاف پلی پروپیلن می‌باشد.

علاوه بر تولید، مصرف و استفاده از الیاف پلیمری در مقایسه با سایر الیاف از نظر اقتصادی به صرفه‌تر است.

الیاف پلی پروپیلن به منظور کنترل ترک در اثر تغییرات حجمی ناشی از انقباض و انبساط و تنش‌های حرارتی و نیز جهت افزایش مقاومت کششی و خمشی، قابلیت جذب انرژی و فراهم آوری یک سیستم یک پارچه از بتن استفاده می‌شود.

الیاف پلی پروپیلن اولین بار در سال ۱۹۶۵ توسط گلدفین به عنوان افزودنی بتن برای ساختمان ضد انفجار ارتش آمریکا پیشنهاد شد.

این الیاف از گرانول که از مشتقات پتروشیمی می‌باشد تولید می‌گردد.

خواص الیاف که از تعداد بسیار زیادی ماکروملکول زنجیره‌ای شکل (پلیمر) تشکیل شده است توسط شکل و ابعاد آنها و همچنین جنس و ساختمان فیزیکی آنها مشخص می‌شود.

عوامل مربوط به شکل و ابعاد را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود.

• مساحت و شکل سطح قاعده
• طول و شکل در جهت محور
• توپولوژی سطح

برای الیاف تهیه شده از پلیمرهای خطی انحناپذیر که دارای یکنواختی کافی در ساختمان شیمیایی خود باشند.

معمولا یک ساختمان دو فازی در نظر گرفته می‌شود که در آن مناطق با نظم و یا بلورین در زمینه‌ای بدون نظم جای گرفته‌اند.

بعضی از خواص فیزیکی الیاف به قرار زیرند:

• خواص مکانیکی
• خواص الکتریکی
• خواص سطحی
• جذب رطوب

خواص مکانیکی بتن با عملکرد بسیار بالای مسلح شده به الیاف شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مقاومت ضربه، مقاومت برشی، مدول الاستیسیته و طافت می‌باشد.

مهم‌ترین عوامل تاثیرگذار در خواص مکانیکی این بتن میزان الیاف مصرفی، نسبت آب به سیمان؛ میزان ریزدانه استفاده شده و به کارگیری درشت دانه و نوع عمل آوری نمونه‌ها است.

بتن مسلح متشکل از سیمان و مخلوط سنگدانه‌ها شن و ماسه می‌باشد که با اضافه شدن آب یک ساختار محکم را تشکیل می‌دهند.

هنگامی که فولاد که دارای مقاومت کششی بالایی است در بتن گنجانده می‌شود.

مصالح کامپوزیت حاصله در برابر نیروهای فشاری، خمشی و کششی مقاومت می‌کنند.

چنین مصالحی را می‌توان در هر اندازه و شکل و کاربردی در ساخت و ساز استفاده کرد.

1-کیفیت بتن به منظور ترکیب بتن با میلگرد شباهت ضریب انبساط حرارتی آن با فلز است که در اثر آن تنش‌های داخلی ناشی از ارتعاش در انبساط یا انقباض حرارتی از بین می‌روند.

2-سخت شدن خمیر سیمانی داخل بتن مطابق با خصوصیات سطح فولاد است که امکان انتقال تنش را بطور موثر بین دو قسمت فراهم می‌کند.

چسبندگی بین فولاد و بتن با زبر بودن میله‌های فولادی افزایش می‌یابد.

3-به دلیل محیط قلیایی ناشی از آهک یک غشاء بر روی فولاد شکل می‌گیرد که به همین دلیل فولاد در برابر خوردگی مقاومت بیشتری پیدا می‌کند.

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