مواد مصرفی در بتن

در ساخت‌وسازها یکی از مصالح اصلی بتن است که رومیان اولین بار از این ماده ترکیبی استفاده کرده‌اند. این ماده روان با گذشت زمان به جسمی سخت و مقاوم تبدیل می‌شود. قبل از اینکه مواد تشکیل دهنده بتن را نام ببریم باید بدانیم بتن چیست. بتن بسته با توجه به مواد تشکیل دهنده آن ، انواع مختلفی دارد که با توجه به ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر گرما و مواد شیمیایی، دوام، کاربرد و چگالی، انتخاب می‌شود. هر نوع بتن برای سازه‌های خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بتن علاوه بر استفاده در مراحل سفت‌کاری ساختمان، در تولید مصالح ساختمانی دیگری مانند انواع بلوک و دال بتنی نیز به کار می‌رود.

از جمله انواع بتن می‌توان به بتن معمولی، بتن مسلح، بتن پیش‌تنیده، بتن سبک، بتن سنگین، بتن خودتراکم و بتن شفاف و بتن آماده اشاره کرد. هر کدام از این انواع بتن ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. به عنوان مثال، بتن مسلح با افزودن میلگردهای فولادی به بتن معمولی، مقاومت کششی بیشتری پیدا می‌کند و برای ساخت سازه‌های بلند و پل‌ها بسیار مناسب است. بتن سبک با استفاده از مواد سبک‌وزن مانند پرلیت یا ورمیکولیت ساخته می‌شود و برای کاهش وزن سازه‌ها و بهبود عایق‌کاری حرارتی مناسب است.

همچنین، بتن خودتراکم به دلیل توانایی خود در جریان یافتن و پر کردن قالب بدون نیاز به ویبره، در سازه‌های پیچیده با قالب‌بندی دشوار کاربرد فراوانی دارد. بتن شفاف نیز با استفاده از فیبرهای نوری در ساختار خود، امکان انتقال نور را فراهم می‌کند و در پروژه‌های معماری مدرن به کار می‌رود.

مواد تشکیل دهنده بتن چیست ؟

برای ساخت بتن و تولید بتن آماده از مواد مختلفی استفاده می‌شود که هر کدام از این مواد به بتن ویژگی‌های مختلفی را اضافه می‌کنند. از مواد تشکیل دهنده بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سیمان 

یکی از مواد تشکیل دهنده بتن، سیمان است. برای تولید سیمان از سنگ آهک و خاک رس آسیاب شده به نسبت سه به یک استفاده می‌شود. 

• سنگدانه‌ها 

یکی دیگر از مواد تشکیل دهنده بتن، سنگدانه‌ها است. بیشترین ماده ترکیبی برای تهیه بتن، سنگدانه‌ها است که شامل سنگ‌های خرد شده (خرده سنگ‌های آهک و سنگ‌های گرانیت)، شن درشت و ماسه می‌شود. بر اساس اندازه سنگدانه‌ها، میزان آب و سیمانی که برای تولید بتن نیاز است، تعیین می‌شود. برای تولید بتن، سنگدانه‌ها ۷۰ درصد مخلوط بتن هستند. سنگدانه‌های ریزتر برای پرکردن فضای بین سنگدانه‌های بزرگ‌تر استفاده می‌شوند. با استفاده از ملات، سنگدانه‌ها را به یکدیگر می‌چسبانند. برای کاهش میزان استفاده از ملات باید سنگدانه‌هایی که سایز متفاوتی دارند را انتخاب کنید که این باعث کاهش قیمت بتن می‌شود و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. به جای سنگدانه‌های طبیعی امروزه برای تولید بتن از سنگدانه‌های بازیافتی که از حفاری، ساخت‌وساز و تخریب به دست می‌آیند، استفاده می‌شود.

• آب 

یکی دیگر از مواد تشکیل دهنده بتن آب است. ترکیب آب و سیمان باعث ایجاد فرآیند هیدراتاسیون می‌شود که باعث سخت‌شدن و سفت‌شدن مخلوط بتن خواهد شد. حفره‌های بین سنگدانه‌ها با مخلوط آب و سیمان پر می‌شوند.‌ برای اینکه بتن پایدارتر باشد میزان آب مصرفی باید کمتر از سیمان باشد. 

• مواد افزودنی 

مواد افزودنی یکی دیگر از مواد تشکیل دهنده بتن است‌. مواد افزودنی به شکل سیال یا پودر است که به بتن افزوده می‌شود تا بتن ویژگی‌های خاصی را پیدا کند. 

• شتاب‌دهنده‌ها 

باعث سرعت بخشیدن هیدراتاسیون می‌شوند که شامل نیترات سدیم، نیترات کلسیم و کلرید کلسیم می‌شوند. شتاب‌دهنده‌ها در هوای سرد خواص بتن را اصلاح می‌کنند. 

• رنگدانه‌ها 

رنگدانه‌ها به منظور زیبا‌سازی بتن برای تغییر رنگ بتن استفاده می‌شوند. 

• نرم‌کننده‌ها 

باعث می‌شوند تا بتن به راحتی در قالب پخش شود و موجب افزایش کارایی پلاستیک بتن تازه می‌شود. یک نرم‌کننده لیگنوسولفونات است و با حفظ کارایی، محتوای آب بتن را کاهش می‌دهد. 

• فوق‌روان‌کننده‌ها 

کارایی بتن و مقاومت فشاری بتن را افزایش می‌دهند و ۱۵ تا ۳۰ درصد میزان نیاز به آب را کاهش خواهند داد. 

کمک پمپاژ

باعث کاهش آب‌انداختگی، کاهش جدایی، غلیظ شدن خمیر و قابلیت پمپاژ می‌شود. 

• کندکننده‌ها 

باعث کند شدن هیدراتاسیون می‌شوند و شامل اسید تارتاریک، اسیدسیتریک، گلوکز، سدیم، گلوکونات سدیم و ساکارز می‌شوند. 

• بازدارنده‌های خوردگی 

از خوردگی‌ میلگردها در بتن‌ریزی جلوگیری می‌کنند.

مواد افزودنی معدنی و انواع جایگزین سیمان 

مواد افزودنی معدنی شامل خاکستر پوسته برنج، سرباره آهن، دوده سیلیس و خاکستر بادی می‌شوند. از تاثیرات این مواد بر روی بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
•    کاهش نفوذ‌پذیری سطح
•    صرفه‌جویی در مخلوط 
•    افزایش مقاومت بتن 
•    تاثیر بر ماهیت بتن با استفاده از واکنش هیدرولیکی 

انواع مواد جایگزین سیمان در بتن شامل گزینه‌های زیر می‌شوند:

خاکستر بادی fly Ash

از سوزاندن زغال سنگ پودر شده نیروگاه‌ها یا بدون سوختن مواد دیگری به دست می‌آید و به صورت پودری ریز است.‌ این نوع ماده خواص پوزولانی دارد و از ترکیبات زیر تشکیل شده است:

•    اکسید سیلیکون SiO2
•    اکسید آلومینیوم Al203
 استفاده از خاکستر بادی باعث سخت شدن دوام و استحکام بتن می‌شود و کارایی بتن تازه را افزایش می‌دهد. سیمان پرتلند ۱۵ تا ۳۰ درصد خاکستر بادی دارد. 

سرباره کوره بلند دانه‌بندی شده GGBS

سرباره کوره بلند دانه‌بندی شده از کوره بلند در بخار یا آب به دست می‌آید و محصول جانبی ساخت آهن و فولاد است که از خاموش کردن سرباره مذاب آهن به دست می‌آید. این ماده رنگ مایل به سفید یا تقریبا سفیدی دارد.

دود سیلیس Silica fume

دود سیلیس پودری با ذرات خیلی ریز می باشد. این پودر محصوب جانبی تولید آلیاژ فروسیلیکون و سیلیکون است. مواد تشکیل دهنده آن دی‌اکسید سیلیکون و سیلیس می باشد. دود سیلیس به صورت ذرات کروی با ۱۵۰ نانومتر است و شش برابر سیمان مساحت ذرات دود سیلیس است؛ چون نسبت به سیمان ریزتر است. این ماده باعث بادوام شدن و استحکام بتن می‌شود؛ چون به عنوان یک ماده پرکننده و پوزولان مورد استفاده قرار می‌گیرد.‌ نسبت به پوزولان‌های معمولی این نوع پوزولان بسیار فعال‌تر است و این به دلیل سطح بالای سیلیس آمورف در دود سیلیس است. افزودن دوده سیلیس به بتن باعث ایجاد مقاومت فشاری بتن بین ۳۰ تا ۱۰۰ درصد می‌‌شود که این بسته به نوع سنگدانه، نوع سیمان و نوع مخلوط متفاوت خواهد بود. 

ریز سنگ آهک Limestone Fines

به صورت پودری است که از فرآوری سنگ آهک در معادن تولید می‌شود. با دو روش زیر می‌توان ریز سنگ آهک را به سیستم‌های سیمانی اضافه کرد:
•    با افزودن، در این روش به عنوان پر‌کننده ریز سنگ آهک جایگزین درصدی از مواد سیمانی می‌شود که در طول فرآیند اختلاط به مواد افزوده خواهد شد.
•    آسیاب همزمان با کلینکر سیمان پرتلند است که سنگ آهک جزو سیمان پرتلند محسوب می‌شود.‌
سیمانی که ۲۵ درصد خاکستر بادی دارد یا همان سیمان نوع ip  استفاده از سنگ آهک در آن  باعث بهبود مقاومت فشاری بتن شده است. جایگزین سیمان نوع i یا همان سیمان معمولی پرتلند باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می‌شود. 

خاکستر پوسته برنج RHA

برای تولید بتن بادوام با سیمان پرتلند از یکی از مواد پوزولانی به نام خاکستر پوسته برنج استفاده می‌شود. برای استفاده از خاکستر پوسته برنج از دوز بهینه ۱۰ درصد باید استفاده شود. 

خاکستر سوخت روغن پالم POFA

این ماده از سوختن مواد زائدی مانند فیبر روغن نخل، پوسته هسته خرما و پوسته روغن پالم تولید می‌شود. خواص پوزولانی این ماده باعث شده است در مخلوط بتن به عنوان جایگزین جزئی سیمان از آن استفاده شود. طبق مطالعات انجام شده جایگزین سوخت روغن پالم در ۱۵ و ۳۵ درصد وزنی چسب در ۲۸ تا ۹۰ روز بین ۸۰ تا ۹۴ درصد بتن مقاومت دارد. 

خاکستر باگاس نیشکر 

این ماده یکی از ضایعات کشاورزی است که میزان بهینه آن در بتن به جای سیمان ۵ درصد است. 

درصد مواد تشکیل دهنده بتن 

درصد مواد تشکیل دهنده بتن شامل ۱۰ تا ۱۵ درصد سیمان، ۲۵ تا ۳۰ درصد ماسه، ۳۰ تا ۳۵ درصد شن و حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد آب می‌شوند.  این درصدها نسبت به نیاز پروژه‌های خاص و نوع بتن متفاوت است. 

• نسبت شن و ماسه در بتن 

با توجه به این موضوع که وزن هر متر مکعب بتن معمولی 2400 کیلوگرم است و تقریبا 1800 کیلوگرم در هر متر مکعب نسبت شن و ماسه می باشد. بنابراین باید گفت از حجم بتن در هر متر مکعب 4.3 تا 3.1 نسبت شبن و ماسه می باشد.

هر چه میزان دانه‌های درشت بیشتر از دانه‌های ریز باشد باعث می‌شود کارایی بتن کاهش پیدا کند و دانه‌ها به راحتی جدا شوند.‌ دانه‌های سنگی که از ۵ میلی‌متر اندازه آن‌ها کوچکتر است ماسه به حساب می‌آیند. ماسه به طور کلی شامل سه گروه زیر می‌شود:
•    ماسه درشت ۲ تا ۵ میلی‌متر 
•    ماسه متوسط بین ۰.۵ تا ۲ میلی‌متر 
•    ماسه نرمه تا ۰.۵ میلی‌متر 

دانه‌های سنگی کوچکتر از ۶۰ میلی‌متر و بزرگتر از ۵ میلی‌متر شن شناخته می‌شوند. مصالح سنگی درشت یا شن شامل زیر گروه زیر می‌شوند:
•    نخودی ۵ تا ۱۲ میلی‌متر 
•    بادامی ۱۲ تا ۲۵ میلی‌متر 
•    درشت ۲۵ تا ۶۰ میلی‌متر 

روند تولید بتن با اجزای تشکیل‌دهنده 

برای اینکه مخلوط بتن استحکام یکنواخت و کارایی یکسانی داشته باشد باید مواد تشکیل دهنده بتن نسبت‌های یکسانی داشته باشند.‌ تولید بتن باید به صورتی باشد که محصول تولید شده در برابر نیروهای محیطی مقاومت بالایی داشته باشد. مراحل تولید بتن عبارتند از:

طرح اختلاط بتن 

طرح اختلاط بتن شامل مقدار مناسب ترکیب آب، ماسه، شن و سیمان می‌شود. بتن تحت یک واکنش شیمیایی در مراحل زیر تولید می‌شود:
•    پرکردن پی‌درپی حفره‌های سنگدانه توسط ماسه 
•    پرکردن حفره‌های موجود در ماسه توسط سیمان 
•    پرکردن حفره‌های موجود در سیمان توسط آب 

اگر مقدار ترکیب مواد متناسب باشد بتن تازه برای ریختن یکنواخت در قالب باید کارایی کافی داشته باشد. پس از گیرش، بتن سخت شده باید دوام و مقاومت مطلوب را داشته باشد. با توجه به نیروی کار مواد بتن باید ارزان باشد.

در روش معمولی طرح اختلاط بتن از نسبت‌های دلخواه بدون آزمایش استفاده می‌شود. این نوع بتن (بتن معمولی) برای کارهای معمولی زیر به کار برده می‌شود:
•    پایه ماشین‌آلات معمولی 
•    دیوارهای مرکب 
•    دیوارهای حائل 
•    بین‌کاری انبوه 
•    کلیه کارهای RCC عمومی ساختمان 
•    ستون‌ها 
•    اعضای تحت بارهای متوسط

در روش دوم برای هر یک از روش‌های طرح اختلاط آزمایش انجام می‌شود تا بتن کنترل شده به دست آید و برای کلیه بتن مسلح و کلیه سازه‌های بتنی ساده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دسته‌بندی مواد 

در این مرحله مقدار مواد تشکیل دهنده بتن اندازه‌گیری و بسته‌بندی می‌شوند که به آن بچینگ گفته می‌شود که شامل آب، سنگدانه‌ریز، سنگدانه درشت و سیمان می‌شود. دسته‌بندی مواد تشکیل دهنده بتن بر اساس موارد زیر انجام می‌شود. 

دسته‌بندی مواد بر اساس وزن 

در این روش مواد تشکیل دهنده بتن بر حسب کیلوگرم وزن می‌شوند. 

دسته‌بندی بر اساس حجم 

شامل جامدات بر حسب مترمکعب و مایعات بر حسب لیتر می‌شود‌. 

اختلاط بتن 

برای اینکه به طور یکنواخت مواد توزیع شوند به طور کامل باید اختلاط انجام شود. اختلاط می‌تواند توسط ماشین یا دست صورت بگیرد. سیمان و ماسه با استفاده از بیل به صورت خشک روی یک پلتفرم سخت، تمیز و ضدآب مخلوط می‌شوند تا رنگ یکنواختی مخلوط پیدا کند. در مرحله بعد سنگدانه‌ها را اضافه می‌کنند تا مواد به خوبی ترکیب شوند. مقدار آب موردنیاز بر اساس نسبت آب و سیمان محاسبه و به مخلوط خشک افزوده می‌شود. سپس برای اینکه توده‌ای کارپذیر به دست آید جرم را برمی‌گرداند و در ناحیه موردنیاز به مدت ۳۰ دقیقه قرار می‌دهند. برای مکان‌هایی که باید از صدای دستگاه پرهیز شود یا مقدار بتن کم است اختلاط به صورت دستی انجام می‌شود.

انتقال بتن 

در زمان گیرش اولیه سیمان و در اسرع وقت باید مخلوط بتن به محوطه بتن‌ریزی انتقال داده شود. انتخاب حمل‌ونقل به نوع سیمان، ارتفاعی که قرار است بلند شود، فاصله از محل اختلاط تا محل ساخت‌وساز و ماهیت کار بستگی دارد. در هنگام انتقال بتن توجه کنید که سنگدانه‌ها نباید تفکیک شوند. برای اینکه حداقل اتلاف آب وجود داشته باشد ظروف درام‌ها باید محکم باشند. قبل از زمان گیرش اولیه باید مخلوط بتن انتقال داده شود. 

با یک نردبان موقت برای کارهای ساده معمولی مخلوط بتن انتقال داده می‌شود و برای کارهای بزرگتر از چرخ دستی، چاه بالابر سازه‌های بلند و بالابرهای عمومی برای انتقال بتن استفاده می‌شود. 

تراکم بتن 

پس از اینکه بتن در محل موردنظر قرار گرفت در اسرع وقت تراکم بتن باید انجام شود. تراکم خارج کردن هوا و نزدیک کردن ذرات برای اهداف زیر انجام می‌شود:
•    متراکم شدن بتن 
•    کاهش فضای خالی 

افزایش چگالی باعث نفوذ‌ناپذیری بتن و استحکام آن می‌شود. تراکم کم و تراکم بیش از حد به ترتیب باعث لاغر شدن بتن و جدایی بتن می‌شود. برای بررسی تراکم صحیح هنگامی که در سطح بالای بتن، خمیرسیمان ظاهر شد این عمل باید متوقف شود. فشرده‌سازی با دست با موارد زیر انجام می‌شود:

•    میله‌زدن 
•    چکش‌کاری یا چکش‌های فولادی یا چوبی 
•    کوبیدن 
•    ضربه‌زدن 
در تمام موارد گفته شده تراکم دستی باید به نسبت آب به سیمان انجام شود. با استفاده از ویبراتورهای مکانیکی تراکم توسط ماشین‌‌ها انجام می‌شود. از مزایای تراکم ماشینی می‌توان به تولید بتن متراکم و غیرقابل نفوذ، نسبت آب به سیمان کمتر که حدود ۱۵ درصد استفاده از سیمان را کاهش می‌دهد، پیوند بهتر بین بتن و فولاد، متراکم شدن ماشین باعث یکنواخت شدن سطح بتن می‌شود، امکان کاهش انقباض و خزش به دلیل بالا بودن نسبت سنگدانه به سیمان، قوام خوب در بتن به دلیل پرکردن دهانه‌های کوچک، از نیروی کار، مواد و زمان کمتری استفاده می‌شود. 

عمل‌آوری بتن 

روش‌های عمل‌آوری بتن شامل عمل‌آوری مستقیم، کیورینگ غشایی، عمل‌آوری با بخار و کاربرد سطحی توسط مواد شیمیایی می‌شود. روش عمل‌آوری مستقیم برای سطوح افقی استفاده می‌شود. در این روش به طور مستقیم آب با سطح کیورینگ اعمال می‌شود و عمل‌آوری با استفاده از گونی مرطوب، نی و یا راکد شدن آب انجام می‌‌شود. با پوشاندن نی‌های مرطوب و کیسه‌ها می‌توان عمل‌آوری برای سطح عمودی را انجام داد. در کیورینگ غشایی با پوشاندن سطوح با کاغذهای پلی‌اتیلن یا کاغذهای ضدآب از تبخیر آب جلوگیری می‌شود. 

عمل‌آوری با بخار، در واحدهای بتنی پیش‌ساخته استفاده می‌شود و در یک محفظه در فضای گرم و مرطوب، بخار نگهداری می‌شود. در کاربرد سطحی توسط مواد شیمیایی به صورت یک لایه روی بتن تمام شده مواد شیمیایی مانند کلرید کلسیم پخش می‌شود. 

دلایل استفاده از بتن 

در صنعت ساخت‌وساز بتن مقاوم‌ترین مصالح ساختمانی است. از دلایل استفاده از بتن می‌توان به گزینه‌های زیر اشاره کرد: 

• دوام و طول عمر بالا 

برای تولید بتن از استانداردهای لازم با توجه به شرایط آب‌وهوایی استفاده می‌شود. به همین دلیل بتن در برابر عوامل مختلف مقاومت بالایی دارد و بادوام است. 

• قابلیت دسترسی آسان 

مواد تشکیل دهنده بتن را به راحتی می‌توان پیدا کرد. به طور مثال شن و ماسه که از مواد تشکیل دهنده بتن هستند در همه جای ایران وجود دارند.‌

• شکل‌پذیری ایده‌آل 

بتن حالت روانی دارد که به راحتی می‌توان آن را داخل قالب ریخت و شکل داد.

• مقاومت در برابر حرارت 

مقاومت زیادی در برابر حرارت و آتش دارد. 

• مقاومت فشاری بسیار بالا 

بتن فشارهای بسیار بالا را تحمل می‌کند و به هیچ عنوان دچار آسیب نمی‌‌شود.

جمع‌بندی 

یکی از مصالح اصلی در ساخت‌وساز ساختمان بتن است. سیمان، سنگدانه‌ها، آب، مواد افزودنی، شتاب‌دهنده‌ها، نرم‌کننده‌ها، فوق روان‌کننده‌ها، بازدارنده‌های خورندگی و کمک پمپاژ از مواد تشکیل دهنده بتن هستند. 

 
واحد تحیق و توسعه شرکت پایهان بتن

درباره مواد و مصالح ساختمانی

درباره سیمان