تعریف بتن

بتن جسم بسیار سخت و سنگ مانندی است که از ترکیب مقدار معین و حساب شده ی سیمان، شن، ماسه و آب بدست می آید. در بعضی موارد از اجزای دیگری به نام مواد افزودنی نیز در ساخت بتن استفاده می شود. پس از اینکه آب به مخلوط مصالح سنگی و سیمان افزوده شد، سیمان و آب با هم وارد فعل و انفعالات شیمیایی حرارت زا می شوند. در اثر این فعل و انفعالات، ماده ی ژله مانند و چسبنده ای به وجود می آید که مصالح مختلف داخل مخلوط را به هم پیوند می دهد و آن را به صورت جسم سختی در می آورد. آشنایی کامل با خواص سیمان، مصالح سنگی، آب، مواد افزودنی و نیز چگونگی ساخت بتن، حمل، ریختن، جادادن، تراکم، عمل آوردن و پرداخت آن، همچنین اطلاعاتی درباره میلگرد و قالب بندی در کارهای بتنی، آزمایش های مختلف بر روی بتن تازه و سخت شده و بتن ریزی در شرایط خاص مباحثی است که امروزه دانستن آن برای همه کارگزاران کارهای بتنی ضروری و اجتناب ناپذیر است.

تاریخچه بتن

استفاده از مواد شیمیایی در ساختمان از زمان های بسیار قدیم کتداول بوده است. مصریان قدیم گچ تکلیس شده ی ناخالص را در ساختمان به کار می بردند. یونانیان و رومی ها سنگ آهک تکلیس شده را مصرف می کردند و بعدها آموختند که به مخلوط آهک و آب، سنگ خرد شده و یا آجر و سفال های شکسته شده اضافه کنند و این اولین نوع بتن در تاریخ بود. به دلیل اینکه ملاک آهک در زیر آب سخت نمی شود، گذشتگان برای ساختمان های زیر آب، سنگ آهک و خاکستر آتشفشانی، یا پودر بسیار نرم سفال های سوخته شده را با هم آسیاب می کردند و به کار می بردند و سرانجام، توانستند آنچه را که بعدها به نام سیمان پوزولانی شناخته شد تولید کنند.

در سال 1756 میلادی بنایی به نام جان اسمیتون که مامور بازسازی چراغ دریایی ادیستون در ساحل جنوب غربی انگلیس شده بود، به این نتیجه رسید که بهترین ملات وقتی به دست می آید که مواد پوزولانی با سنگ آهک، حاوی مقدار زیادی از مواد رسی مخلوط شود. در سال 1824 میلادی معماری به نام ژوزف آسپدین، در شهر لیدز ساخت سیمان پرتلند را به ثبت رساند. در سال 1845 میلادی ایزاک جانسون نخستین نمونه ی سیمانی را که امروزه به نام سیمان پرتلند می شناسیم و در جریان تولید آن کلینکر ایجاد می شود، تولید نمود. بتن مسلح نیز حاصل کشف و اختراع ناگهانی یک نفر نیست، بلکه نتیجه ی کار، تلاش، آزمایش و تجربه ی تعدادی از مهندسان و معماران قرن نوزدهم است. با این حال در سال 1848 میلادی بود که لمبوت با ساختن یک قایق پارویی که با شبکه ای از میله های آهنی به شکل مربع مستطیل مسلح شده بود، اولین سازه ی بتن مسلح را، به صورتی که ما امروزه می شناسیم به وجود آورد. تا اوایل قرن بیستم هیچ روش تئوریک معتبری که مورد قبول همگان، برای طرح قطعات بتن مسلح باشد وجود نداشت، اما در همان قرن، با پیشرفت تحقیقات، تحولی اساسی در شناخت و بررسی رفتار بتن مسلح به وجود آمد.

محاسن بتن

1. فراوانی و در دسترس بودن مصالح: شن و ماسه و آب در اکثر مناطق به آسانی و وفور یافت می شود، به همین دلیل اغلب می توان بتن را با قیمت ارزان تهیه کرد و به کار برد.
2. فرم پذیری: بتن قبل از سخت شدن فرم پذیر است، از اینرو می توان آن را در هر قالبی و به هر شکلی ریخت.
3. مقاومت فشاری بالا: اگر در ساخت بتن از مصالح خوب و مناسب استفاده شود، و همچنین آب به مقدار لازم به کار رود و در طرح اختلاط و روش های اجرا دقت کافی به عمل آید، بتن، مقاومت فشاری بالایی خواهد داشت.
4. عمر طولانی: در وضعیت بهره برداری مناسب، سازه ی بتنی می تواند بدون آنکه مقاومت و باربری اش کاهش یابد، مدتی نامحدود دوام داشته باشد. (این امر ناشی از افزایش مقاومت بتن در طی گذشت زمان است)
5. مقاومت در مقابل آتش سوزی: در برابر آتش سوزی با درجه حرارتی معادل با 1000 درجه سانتیگراد حدود یک ساعت طول خواهد کشید تا فولادی که دارای پوشش بتنی برابر 5/2 سانتیمتر است، به دمای 500 درجه سانتیگراد برسد.

معایب بتن

1. مقاومت کششی بسیار کم: مقاومت کششی بتن حدود یک دهم مقاومت فشاری آن است. این قضیه با بکارگیری میلگردهای فولادی در سازه های بتنی مرتفع می شود.
2. وزن زیاد: به علت بزرگی ابعاد و جرم مخصوص بالای بتن، وزن سازه های بتنی در مقایسه با سازه های فولادی بسیار سنگین تر است. برای حل این مشکل می توان از دیوارهای نازک، اعضای توخالی، بتن پیش تنیده، بتن حاوی دانه های سبک و یا بتن با مقاومت بالا استفاده کرد.
3. قدرت انتقال صوت و قابلیت انتقال حرارت: این نقائی را می توان با استفاده از عایق های صوتی و حرارتی تا حد زیادی کاهش داد.

خواص بتن

در لحظات اولیه ی اختلاط بتن، بتن حالت خمیری دارد و پس از انجام عملیاتی از قبیل ریختن آن در قالب، متراکم کردن و نگهداری از آن، با گذشت زمان، خود را می گیرد و سخت می شود و در نتیجه به شکل قالب خود در می آید. بنابراین بتن دو دوره ی عمر، شامل حالت تازه و حالت سخت شده، دارد که باید در هر دو دوره انتظاراتی را که طراح سازه از آن دارد، برآورده سازد. خلاصه ای از این انتظارات به شرح زیر است:

خواص مطلوب بتن تازه

• قابلیت حمل: بتن باید در عین روانی، به صورت خمیری نسبتاً سفت باشد تا ضمن حمل و نقل، اجزای تشکیل دهنده ی آن از هم جدا نشده و در یک گوشه جمع نشوند.
• قابلیت ریختن: بتن را باید بتوان به سهولت، بدون اینکه انسجام آن به هم خورد، در محل مورد نظر تخلیه کرد.
• قابلیت جادادن: بتن را باید بتوان به راحتی در قالب جا داد به طوری که تمام گوشه ها و زوایای قالب ها و دور میلگردها را پر کند.
• قابلیت تراکم: باید بتوان تا حد امکان هوای محبوس در بتن را خارج کرد و آن را متراکم نمود.
• قابلیت پرداخت: سطح بتن تازه را باید بتوان به راحتی صاف نمود و یا روی آن نقش مورد نظر را ایجاد کرد.

خواص مطلوب بتن سخت شده

بتن سخت شده بید تمام یا برخی از خصوصیات زیر را بسته به شرایط مورد نظر، داشته باشد:

1. مقاومت در مقابل نیروهای وارده
2. دوام در مقابل عوامل محیطی اعم از عوامل فیزیکی و شیمیایی و به تعبیر دیگر حفظ شدن کیفیت و قابلیت بهره برداری آن در طی زمان
3. مقاومت در مقابل حرارت زیاد و یا برودت زیاد
4. ثبات حجم، یعنی عدم تغییر حجم به میزانی که باعث شود تنش های ضافی در آن ایجاد شود.
5. مقاومت در مقابل اثر تخریبی آب و فرسایش
6. نفوذپذیری بسیار کم

اهمیت استفاده از سنگدانه های مناسب و مرغوب در بتن از آنجا معلوم می شود که سنگدانه های ریز و درشت عموماً 60 تا 75 درصد حجم بتن (70 تا 80 درصد وزن بتن) را اشغال می کنند و برخواص بتن تازه و سخت شده، نسبت های اختلاط، و به صرفه بودن بتن تاثیر بسزایی دارند. سنگدانه های ریز معمولاً از ماسه طبیعی یا سنگ خرد شده، که قطر بیشتر آنها کوچکتر از mm5 است، تشکیل شده اند. سنگدانه های درشت از شن یا دانه های سنگی خرد شده یا ترکیبی از آنها تشکیل می شوند و ذرات آنها غالباً از mm5 بزرگتر و معمولاً بین mm 5/9 (in 3/8 ) و mm 38 (in 1/2 1) است.

ویژگی های مصالح سنگی: مصالح سنگی باید از دانه های تمیز و مقاوم تشکیل شوند، عاری از مواد شیمیایی باشند و سطح آنها پوشیده از رس و یا مواد ریزدانه ای (مانند خاک، لای، سیلت، املاح، فضولات و مواد آلی دیگر) نباشد. بسیار از این املاح را می توان با شستن مصالح حذف کرد. به طور کلی مهم ترین ویژگی های مصالح سنگی بدین قرار است:

1. دوام در برابر سایش
2. مقاومت در برابر یخبندان
3. پایداری شیمیایی
4. شکل و بافت سطحی
5. دانه بندی
6. وزن مخصوص
7. جذب آب و رطوبت سطحی

دانه بندی: دانه بندی عبارت است از توزیع دانه های سنگدانه که از طریق جدایش به کمک الک تعیین می شود. اندازه دانه های سنگدانه با استفاده از الک های توری سیمی با سوراخ های مربع تعیین می شود.
هفت نوع الک استاندارد برای سنگدانه ریز دارای سوراخ هایی از الک نمره 100 (150mm) تا 9/5mm 

به طور کلی بزرگترین اندازه سنگدانه که می توان به کار برد، به اندازه و شکل عضو بتنی و مقدار میلگرد فولادی بستگی دارد.
بزرگترین اندازه دانه های سنگدانه نباید از موارد زیر تجاوز کند.

• یک پنجم نازکترین اندازه عضو بتنی
• سه چهارم فاصله آزاد میان میلگردها
• یک سوم ضخامت دال ها

از این ضوابط به شرطی می توان چشم پوشید که بنابر قضاوت و تشخیص مهندس مشاور، مخلوط دارای کارپذیری کافی باشد، به گونه ای که بتن بدون ایجاد فضاهای خالی یا کرموشدگی بدست آید.

جدول (1) دانه بندی سنگدانه ریز (ماسه) مصرفی در بتن

جدول (2) دانه بندی سنگدانه درشت (شن) مصرفی در بتن

شکل و بافت سطحی دانه ها: شکل و بافت سطحی مصالح سنگی درشت دانه برکیفیت بتن موثر است. 

هر چه سطح دانه ها صاف تر و گرد گوشه تر باشد در مقایسه با دانه های تیز گوشه به آب کمتری نیاز دارد. همین طور سنگدانه های تیزگوشه نسبت به سنگدانه های با سطح صیقلی و صاف برای نسبت آب به سیمان ثابت به سیمان بیشتری نیاز دارند. از لحاظ شکل، مصالح را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود:
مصالح گرد گوشه: یعنی سنگ هایی که طی سالهای زیاد تیزی گوشه های آنها گرفته شده است. 
(شن رودخانه ای)
مصالح تیز گوشه: دارای لبه های کاملاً مشخص در محل برخورد سطوح جانبی مختلف با یکدیگر هستند، مثل سنگ های شکسته.
مصالح پوکی: ضخامت آنها نسبت به دو بعد دیگرشان بسیار کم است. مثل سنگهای ورقه ای شده.
مصالح سوزنی: طول آنها نسبت به دو بعد دیگرشان بسیار زیاد است.
مصالح پولکی و سوزنی: ضخامت آنها بسیار کمتر از عرضشان و عرض آنها بسیار کمتر از طولشان است.
جذب آب و رطوبت سطحی سنگدانه ها: برای تولید بتن باید شرایط رطوبتی سنگدانه ها مد نظر قرار گیرد. چرا که مقدار آب مصرفی برای مخلوط بتن در کارگاه باید با توجه به شرایط رطوبتی سنگدانه ها تنظیم گردد تا آب اختلاط مخلوط با مقدار در نظر گرفته شده در هنگام طرح مخلوط تفاوتی نداشته باشد.
در صورتی که مقدار آب موجود در مخلوط بتن ثابت نماند، تمامی ویژگی های بتن اعم از مقاومت فشاری، کارایی، پایایی و سایر مشخصات آن تغییر خواهد کرد.
وزن مخصوص: چگالی (جرم حجمی نسبی) یک سنگدانه، عبارتست از نسبت وزن سنگدانه به وزن آب هم حجم آن (آبی که بر اثر غوطه ور کردن سنگدانه جابجا می شود). چگالی اکثر سنگدانه های طبیعی بین 4/2 و 9/2 قرار دارد. جرم حجمی های متناظر آنها بین 2400 و 2900 کیلوگرم بر متر مکعب است.
دوام در برابر سایش: مقاومت سایشی سنگدانه غالباً به عنوان شاخص کلی کیفیت آن به کار گرفته می شود. وقتی سنگدانه در بتنی به کار می رود که در معرض سایش قرار دارد، مثلاً در کف های پر رفت و آمد و در روسازی ها، مقاومت سایشی آن از اهمیت زیادی برخوردار است. مقاومت پایین سنگدانه در برابر سایش باعث می شود که در حین اختلاط مقدار ریزدانه در بتن افزایش یابد و در نتیجه ممکن است مقدار آب مورد نیاز بتن افزایش یابد.

حمل و نقل و نگهداری مصالح سنگی

ضوابط بارگیری، حمل و نقل، تخلیه و انبار کردن سنگدانه های مصرفی در بتن به قرار زیر است:

• بارگیری، حمل و تخلیه مواد سنگی بتن و انبار کردن آنها باید به نحوی باشد که مواد خارجی و زیان آور در آنها نفوذ نکنند و دانه های ریز و درشت از یکدیگر جدا نشوند.
• مصالح سنگی باید دور از پوشش گیاهی و مواد آلوده کننده نگهداری شود.
• شن و ماسه باید به طور جداگانه انبار شوند و در مواقعی که درشتی دانه های شن از 1/38 میلیمتر تجاوز کند، این دانه ها نیز باید در دو گروه انباشته گردند تا امکان جداشدگی دانه ها به حداقل برسد.
• دیوارهای تقسیم مصالح سنگی باید آنقدر محکم باشد که هنگام خالی شدن یک قسمت و پر بودن بخش دیگر، رانش سنگدانه ها آنها را خراب نکند.
• به هنگام بارش و یخبندان باید روی شن و ماسه را با برزنت با ورقه های پلاستیکی مناسب پوشانید و در گرمای شدید برای آنها سایبان ایجاد کرد تا زیاد از حد داغ نشوند.
• توده های شن و ماسه نباید به شکل مخروط های بلندی درآیند، زیرا این عمل سبب جداشدگی دانه های ریز و درشت می شود، بلکه باید آنها را در لایه هایی به ضخامت یکسان انبار نمود و جابجا کردن آنها را به صورت افقی انجام داد.
• به هنگام وزش باد باید از جدا شدن ذرات ریز در حین تخلیه جلوگیری شود.
• محل دپو باید چنان آماده گردد که همواره تخلیه یکنواخت آب مازاد امکانپذیر باشد.
• برای دستیابی به رطوبت یکنواخت برای مصالح سنگی در کارگاه باید حداقل این مصالح 12 ساعت در محل باقیمانده و سپس به مصرف برسند.
• ریختن مصالح سنگی به داخل سیلو باید به صورت قائم انجام شود تا از برخورد مواد سنگی با کناره های سیلو جلوگیری به عمل آید، زیرا این عمل سبب جداشدگی دانه ها می شود.
• پر بودن سیلوی مواد سنگی باعث کاهش شکسته شدن مصالح سنگی و حفظ دانه بندی مصالح خواهد شد. در صورتی که مواد سنگی در حین جابه جا کردن شکسته شوند، باید قبل از ساختن بتن آنها را مجدداً دانه بندی کرد.

انبار کردن سنگدانه ها

روش انبار کردن و نگهداری مصالح سنگی اهمیت زیادی دارد. یکی از مشکلاتی که در هنگام انباشتن سنگدانه ها در کارگاه مشاهده می شود، جدا شدن ذرات دانه های سنگی است. مصالح سنگی دانه بندی شده ممکن است در هنگام عملیات انباشتن دچار عارضه جداشدگی دانه ها شود. برای کنترل جداشدگی ذرات مصالح سنگی و به طور کلی در هنگام انبار کردن صحیح سنگدانه ها موارد زیر باید رعایت گردد.

• برای اجتناب از جدا شدن ذرات نباید انباشته سنگدانه ها دارای ارتفاع زیاد باشد، زیرا دانه های بزرگتر جدا شده و به پایین انتقال می یابند. بهترین روش برای انباشتن سنگدانه استفاده از کامیون است، به نحوی که تخلیه مصالح در کنار یکدیگر انجام پذیرد، تا بدین وسیله، انباشته های کوچک در مجاور هم قرار گیرند. روش دیگر انباشتن سنگدانه، استفاده از کلامشل (چنگک) است که سنگدانه ها را در طبقات با لایه های مختلف انبار می کند.
• عبو
  0

  0