بتن چیست؟
بتن (Concrete) به اندازه تأثیر درختان در جنگل، بخشی از چشم انداز شهری را تشکیل می‌دهد. آنقدر فراگیر است که ما به ندرت حتی به آن توجه می‌کنیم. اما، در زیر آن نمای بیرونی خاکستری، یک دنیای پنهان از پیچیدگی وجود دارد. بتن یکی از متنوع‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. محکم، بادوام و مقاوم در برابر آتش بوده و استفاده از آن ساده است و می‌تواند متناسب با هر اندازه یا شکلی ساخته می‌شود. با این وجود، در دسترس بودن مواد تشکیل دهنده بتن را می‌توان مهمترین ویژگی این متریال دانست؛ با کلینیک مشاوره صنعت ساختمان همراه باشید.
بتن چیست؟
بتن یا بتون دارای چهار ماده اولیه اعم از آب، ماسه (سنگدانه ریز)، شن (سنگدانه درشت) و سیمان است. هر ماده تشکیل دهنده بتن نقش خاصی را بر عهده دارند. از بین چهار ماده تشکل دهنده، سیمان تنها ماده غیرطبیعی و دست ساز است (ساخت بشر است). رایج‌ترین نوع سیمان مورد استفاده در بتن «سیمان پرتلند» نام دارد.
سیمان با قرار گرفتن مواد معدنی (عمدتاً سنگ آهک) در کوره، سپس خُرد کردن آنها به صورت پودر خوب و مخلوط شدن با چند افزودنی دیگر ساخته می‌شود. حالت خمیری سیمان پرتلند نه از طریق خشک یا تبخیر آب، بلکه از طریق یک واکنش شیمیایی به نام هیدراتاسیون ایجاد می‌شود.
آب در واقع بخشی از مراحل ساخت و عمل آوری بتن است. به همین دلیل است که نباید در مرحله عمل آوری اجازه دهید بتن خشک شود. کمبود آب می‌تواند باعث متوقف شدن زودرس روند هیدراتاسیون شود و از رسیدن بتن به مقاومت کامل جلوگیری کند. پس مهم است که آب و سیمان به اندازه نرمال در بتن استفاده شوند تا مخلوط نه خیلی سفت و نه خیلی شُل شود.
اما ممکن است از خود بپرسید: «اگر نسبت آب به سیمان بیشتر باشد به چه مقدار سنگدانه نیاز است؟» برای پاسخ به این سؤال، بیایید به جزئیات داخلی یک قطعه بتن آزمایشگاهی برش خورده توجه کنیم. در زیر یک لنز ماکرو، این مسئله آشکار می‌شود که چگونه ترکیبات جداگانه به مقاومت فشاری بتن کمک می‌کنند.
توجه کنید که چگونه خمیر سیمان شکاف‌های ریز و درشت را پر می‌کند. این ماده به عنوان یک چسب عمل کرده و مواد دیگر را با هم ترکیب می‌کند. مواد پُرکننده ارزان مانند شن و ماسه برای تشکیل حجم عمده بتن استفاده می‌شود. استفاده از سنگدانه هم باعث صرفه جویی در هزینه‌ها می‌شود و هم به افزایش مقاومت و کاهش میزان جمع شدگی بتن نیز کمک می‌کنند.
طرح اختلاط بتن
دلیل اینکه مهندسین عمران و متخصصان بتن باید در مورد تفاوت بین سیمان و بتن دقت کنند این است که حتی اگر دستورالعمل اساسی بتن با چهار ماده تشکیل دهنده آن بسیار ساده باشد، اما در انتخاب مقدار دقیق برای «طرح اختلاط» پیچیدگی فوق العاده ای وجود دارد. طرح اختلاط بیان می‌کند که چقدر می‌توان برای تهیه یک فرمول مشخص که دارای صفات و ویژگی‌های مورد نیاز برای یک کاربرد خاص است، تلاش کرد.
یکی از موارد مهم در طرح اختلاط، میزان آب است. بدیهی است که هرچه آب بیشتری به بتن اضافه کنید، به راحتی می‌توان مخلوط را در اشکال مختلف جاری کرد. این ویژگی می‌تواند تفاوت زیادی را در روانی و کارآیی بتن ایجاد می‌کند که در مقامت نهایی این متریال مصنوعی تأثیر بلقوه می‌گذارد.
برای نشان دادن این عمل متعادل سازی آب، ما مقداری بتن آماده را با مقادیر مختلف آب مخلوط کردیم. برای اولین نمونه، فقط به اندازه کافی آب برای مرطوب کردن مخلوط استفاده می‌شود. می‌بینید که هنوز بتن بسیار خشک است. مخلوطی از این قبیل مطمئناً به راحتی به هر شکلی ساخته نمی‌شود و از روانی پایینی برخوردار است.
در واقع از مخلوط‌های بتنی کم آب مانند این نمونه، می‌توان در بتن متراکم شده با غلتک استفاده کرد، که ماده معمول در ساخت سدها است. بدیهی است که این کار به ما نتایج خوبی را ارائه می‌دهد تا نشان دهد چگونه محتوای آب بر مقاومت بتن تأثیر می‌گذارد.
نسبت آب و به سیمان و آزمایش مقامت فشاری
ما از هر مخلوط چهار نمونه استوانه‌ای درست کردیم و هر کدام را تحت فشار قرار دادیم تا مقاومت فشاری 28 روزه بتن سنجیده شود. ما اول با یک نمونه شروع کردیم که نسبت آب به سیمان زیادی داشت. تعجب آور نبود نمونه با فشار کمی خُرد شد، به طور متوسط حدود پنج مگاپاسکال نیرو را تحمل کرد تا شکسته شود. در دو نمونه بعدی از محدوده آب کمتری استفاده شد. این دو نمونه بسیار قوی‌تر بودند و به طور متوسط 11 مگاپاسکال و 15 مگاپاسکال فشار را تحمل کردند.
شما می‌توانید تفاوت در شکستن بتن را با نسبت آب به سیمان متفاوت را مشاهده کنید. سرانجام، ما یک نمونه را با حداقل آب اضافه شده به مخلوط آزمایش کردیم. علی رغم، کم آب‌ترین نوع از بین این چهار نمونه، نمونه آخر بود که بالاترین مقاومت فشاری یعنی 20 مگاپاسکال را تحمل کرده بود.
روی این نمونه حتی می‌توانید ترک را از طریق استوانه قبل از خراب شدن مشاهده کنید. نمونه آخر نشان می‌دهد که طرح اختلاط چقدر می‌تواند بر خصوصیات بتن تأثیر بگذارد. حتی تغییر مقدار کمی از آب نیز می‌تواند تأثیر عمده‌ای در مقاومت داشته باشد.
با نگاه به خصوصیات و مقدار سنگدانه نیز می‌توان به میزان تقاوت در مقاومت‌های نیز پی بُرد. برای مثال، سنگدانه‌های درشت شن اگر تیز گوشه باشند، مقاومت فشاری بتن را بالا می‌برند. همچنین اگر به نسبت از شن بیشتر در مخلوط بتن استفاده شود، باز هم شاهد افزایش مقاومت بتن خواهیم بود. در هر صورت، نسبت آب به سیمان مهمترین عامل در مقدار مقاومت فشاری بتن است، و سنگدانه با تأثیر کمتر تنها نقش پُرکننده را بر عهده دارند.
تاریخچه بتن
تصور می‌شود که بتن به عنوان مصالح ساختمانی در اوایل سال 6500 قبل از میلاد مسیح در مناطقی که اکنون سوریه و اردن نامیده می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گرفت. سازه‌های باستانی که بسیاری از آنها هنوز پابرجا هستند، مشخص شده است که از نوعی بتن ساخته شده‌اند.
روند مخلوط کردن شن و ماسه، سنگ آهک و آب برای مصالح ساختمانی، در سراسر جهان باستان برای هزاران سال مورد استفاده قرار می‌گرفت. بابلی‌ها و آشوری‌ها از رُس به عنوان ملات یا چسب استفاده می‌کردند تا مخلوط سنگ، شن و ماسه خود را در محل خود ایجاد کنند. اما تا ظهور امپراتوری روم بود که بتن توانست موجودیت خود را حفظ کرده و گسترش دهد.
ماده‌ای که می‌توان بر اساس آن تمدنی بنا کرد، همان چیزی است که اولین بار رومی‌ها را در اوایل قرن اول مجذوبش شدند. پارتنون و کولوسئوم هر دو با استفاده از بتن رومی ساخته شدند و تا حدی هنوز هم پابرجا هستند. اما مهندسان رومی آنچه اکنون به پرکاربردترین مصالح ساختمانی بشر در جهان مدرن تبدیل شده است را ایجاد کردند.
رومی‌ها در یک آتشفشان معروف به نام کمپی فلگری(Campi Flegrei) ، نزدیک شهر پوزولوی ایتالیا، معجزه کردند. به طور خاص، یک غبار آتشفشانی جادویی که با لمس آب به سنگ تبدیل می‌شد. این گرد و غبار جادویی به «پوزولان» معروف بود و برای دنیای روم یک معجزه ساختمانی بود.
همانطور که مشخص شد، پوزولان، خاکستر آتشفشانی، مخلوط کاملی از اکسیدهای سیلیس و آهک است که وقتی با آب مخلوط شود، پایه و اساس آنچه اکنون سیمان می‌نامیم را تشکیل می‌دهد. حدس زده شده است كه مهندسان روم باستان هنگام ورود مواد آتشفشانی به دريا، سخت شدن آن را مشاهده كرده و از خود پرسیده‌اند كه آيا می‌توان این فرآيند را دوباره در روند ساخت و ساز ايجاد كرد؟ در نتیجه، بتن و رونق ساختمان رومی متولد شد.
توانایی‌های تحمل وزن و دوام خالص بتن، این ماده را برای بسیاری از سازندگان باستان که از آن برای ساخت بنا، اسکله و بندرگاه‌های استفاده می‌کردند، به ماده مورد علاقه تبدیل کرد. با این حال، هنگامی که امپراتوری روم در قرن پنج میلادی سقوط کرد، دانش بتن نیز با آن سقوط کرد. ساخت بتن بیش از هزار سال در تاریخ پنهان بود و تا قرن نوزدهم اهم خبری از آن نبود.
یک انگلیسی به نام «جوزف آسپدین» مجدداً بتن را کشف کرد و آن را به عنوان سیمان پرتلند در سال 1824 ثبت اختراع کرد. سیمان ثبت شده آقای آسپدین هنوز در اکثر جاهای دنیا به عنوان اساس ساخت بتن در نظر گرفته می‌شود. با اینکه در حال حاضر انوان سیمان های مختلف اعم از سیمان زودگیر، کند گیر، پوزولانی و غیره را می‌توان مشاهده کرد، ولی پایه همه آنها هنوز سیمان پرتلند است.
مزایا و معایب بتن
بتن به عنوان یک توده ترکیبی شیمیایی در نظر گرفته می‌شود که در آن سنگندانه‌ها به عنوان یک ماده پرکننده و مخلوط اب و سیمان به عنوان چسب عمل می‌کند. بتن روشی ارزان، سریع و بادوام برای تکمیل بسیاری از پروژه‌های ساختمانی است. با این حال، مزایا و معایبی در رابطه با این ماده وجود دارند. در حالیکه بتن با گذشت زمان مقاومت بیشتری پیدا می‌کند، در برابر آب و دمای انجماد حساس می‌شود، به این معنا که آب می‌تواند به داخل ترک‌ها نفوذ کند و به بتن آسیب برساند.
این واقعیت که می‌توان مخلوط را به هر شکلی قالب ریزی کرد و تقریباً برای هر عملکردی استفاده کرد، نشان می‌دهد که بتن ماده‌ای بسیار کاربردی است. اگر با فولاد تقویت شود، می‌توان از یک ماده کامپوزیت به نام «بتن مسلح» برای تقویت مقاومت کشسی بتن استفاده کرد. تعمیرات به راحتی با پاشیدن مواد اضافی بر روی بتن یا پُر کردن ترک‌ها امکان پذیر است. بتن همچنین می‌تواند در مکان‌های صعب العبور نیز مورد استفاده قرار گیرد.
اما به طور کلی، مزایای استفاده از این متریال به شرح زیر هستند:
مزایای بتن
- در دسترس بودن مواد تشکیل دهنده بتن
- انتقال و قالب گیری آسان بتن به شکل دلخواه
- انتقال آسان از کارخانه تا کارگاه ساختمانی قبل از انجام گیرش اولیه
- قابلیت پمپاژ و پاشیدن برای ایجاد شکاف و پوشش تونل‌ها
- سطح یکپارچه، ظاهر زیبا و استحکام بالا
- مقاومت فشاری بالا
معایب بتن
- به دلیل مقاومت کششی کم، برای جلوگیری از ایجاد ترک، لازم است بتن تقویت شود.
- در صورت وجود اختلاف زیاد دما در منطقه، لازم است اتصالات انبساطی تهیه شود.
- نمک‌های محلول در بتن در صورت واکنش رطوبت با آنها باعث شوره زنی می‌شوند.
- بارهای پایدار در سازه‌های بتنی خزش ایجاد می‌کنند.
بتن می‌تواند در آینده نزدیک تغییرات قابل توجهی در شرایط زندگی مدرن ایجاد کند. پس مهم نیست که آن را چه بنامیم، جهانی که می‌دانیم بدون کشف و استفاده از بتن وجود نخواهد داشت.
مطالب زیر را حتما مطالعه کنید
مشکلات حقوقی در ساخت و ساز
دیدگاهتان را بنویسید