051-36516100 info@payhanbeton.ir



بتن مسلح- بخش اول(تاریخچه بتن مسلح و مروری بر مزایا و معایب آن)

مقدمه

ارگ پرو، هرم بزرگ جیزه درمصر وبنای باستانی استون هنج در انگلستان سه نمونه شگفت انگیز از چگونگی دوام ساختارهای سنگی صدها یا هزاران سال می باشند. اما اگرچه سنگ یکی از قدیمی ترین و بادوام ترین مصالح ساختمانی است، کاربا آن خیلی آسان نیست. حمل و نقل آن سنگین بوده، یک ماده بسیار سخت می باشد و معمولا به صورت قطعه های عظیم درمی آید که باید به زحمت برش داده شود تا شکل بگیرد.
آیا اگر یک دستورالعمل برای سنگ وجود داشته باشد عالی نخواهد بود مثلا نوعی مخلوط غلیظ که بتوان آن را یکباره هرجا که لازم بود بریزیم و با ریختن آن به درون قالب ها، ساختمان ها را به هر شکل و ساختارو اندازه ای که می خواهیم بسازیم؟
خب این نوع سنگ مایع واقعا وجود دارد و تاکنون در مورد آن بسیار مطلب خوانده و نوشته ایم و ما آن را بتن می نامیم.
گرچه گاهی اوقات دید بدی نسبت به آن وجود دارد چراکه بسیاری از مردم آن را با معماری بیرحمانه شهری اواسط قرن بیستم مرتبط می دانند اما به جرات می توان بتن را قهرمان بزرگ دنیای مادی مدرن دانست.
 از سد هورگرفته تا خانه اپرای سیدنی،  در بلندترین آسمان خراش های جهان، بزرگترین پل ها، طولانی ترین بزرگراه ها،عمیق ترین تونل ها و حتی احتمالا در زیرزمین خانه های کوچک خود آن‌را خواهید یافت.
 بتن می‌تواند با الیاف شیشه‌ای، الیاف فولادی و کامپوزیت‌های سیمانی مهندسی ساز سخن بسیار در زمینه صنعت ساخت‌و‌ساز داشته باشد.


به‌عبارتی بتن ماده ای بسیار شگفت انگیز است و بایکی شدن با سایر عناصر اعجاب انگیزتر می گردد. 

تاریخچه بتن‌آرمه

 


اختلاف نظر فراوانی در مورد تولید اولین بتن مسلح وجود دارد معتبر است که باغبانی فرانسوی به‌نام جوزف مونیر در سال1849 اولین بتن مسلح را ساخت و در سال 1867 این اختراع به‌نام وی ثبت گردید ودر دهه 50 جوزف لامبوت فرانسوی نیز یک قایق بتونی مسلح تولید نمود که بهرحال تولید اولین بتن‌آرمه را به فرانسوی‌ها نسبت می‌دهند هرچند افراد دیگری چون تادیوس هیات و رانسام امریکایی نیز حرف‌هایی در این زمینه داشته‌اند .درسال 1861 میلادی کوینت ایده جاگذاری تقویت کننده های فلزی در نواحی کششی اعضای سازه ای بتونی را  مطرح نمود، بدین منظور که بارهای فشاری را بتن و بارهای کششی را این تقویت کننده ها تحمل نمایند و بالاخره در سال 1875 نخستین ساختمان بتن آرمه توسط ویلیام وارد در نیویورک احداث گردید.
در همین قرن بود که طراحان و محققین  توانستند طرح بتن مسلح را ارائه نمایند.این نظریه در سازه های بتنی منجر به اعضای سازه ای می گردید که نه تنها بسیار مقاوم تر از بتن بودند بلکه دارای شکل پذیری که اعضای بتونی غیر مسلح فاقد آن هستند نیز بودند در انتها در امریکا کمیته‌ مربوط به بتن‌آرمه تشکیل گردید و استفاده از آن همگانی شد

.
بتن آرمه


بتن آرمه که به آن بتن مسلح نیز می گویند ماده ای ساختمانی است که در آن آرماتور با مقاومت کششی یا شکل پذیری بالاتر با مقاومت کششی وشکل پذیری بتن نسبتا مقابله می کند .
به طور معمول اما نه همیشه ، آرماتورها میله های فولادی تقویت کننده می باشند که در اصطلاح به این میله های فولادی میلگرد می گویند و معمولا در بتن جایگزین می شوند.بتن در باطن شکننده، مقاوم در برابر فشار، ضعیف در مقابل کشش و فاقد شکل پذیری می باشد، اما میلگردهای فولادی باریک نه تنها در برابر کشش مقاوم و  کاملا شکل پذیرمی باشند برعکس بتن توانایی تحمل بارهای فشاری قابل ملاحظه را ندارند.
استفاده وسیع بتن سازه ای در قرن حاضر ناشی از کاربرد فولادهای تقویتی به همراه بتن و ایجاد یک ماده ساختمانی مرکبَ،بادوام و ارزان یعنی بتن مسلح بوده است.به خاطر فرم پذیری بتن در شکل های بسیار متنوع که توسط سایر مصالح رایج امکان پذیر نیست، بتن مسلح نسبت به دیگر مصالح ساختمانی جهت احداث سازه های اقتصادی ارجحیت دارد.
بتن مسلح تحت عنوان بتن پیش ساخته یا درجا نیز مشهور می باشد. امروزه استفاده از میلگردهای فولادی با مقاومت بالاتر بیشتر پیشنهاد می شود. استفاده از این نوع میلگردها باعث کاهش حجم فولاد مصرفی و ابعاد اعضای سازه بتونی با بازده اقتصادی در عمل و میزان استفاده سایر مصالح می گردد.
ساخت ساختمان های جدید با مواد بتونی بدون تقویت کننده ها امکان پذیر نمی باشد. انواع مختلفی از ساختمان ها و عناصر سازه ای می توانند با بتن مسلح ساخته شوند که از آن جمله می توان به انواع دال ها،دیوارها، تیرها، ستون ها،تکیه گاه ها،قاب ها و بسیاری موارد دیگر اشاره نمود.
ستون ها، تیرها و تیرهای حمال باعث کاهش بار مرده می شوند که منجر به صرفه جویی درساخت‌و‌سازها می گردد ، به علاوه فواید دیگری مانند افزایش فاصله کف ها و کاهش ارتفاع طبقات را نیز به دنبال خواهد داشت.طراحی و اجرای کف برای ساخت سازه های بهینه بسیار مهم است. حتی کوچکترین پیشرفت های جزئی در سیستم کف سازی می تواند تأثیر بسزایی در هزینه مواد مصرفی ،برنامه ساخت ، قدرت کلی ،هزینه های جاری ،میزان فضای اشغال شده وآماده گردیده داشته باشد.
مقاومت فشاری بتن و مقاومت کششی فولاد پیوند محکمی جهت مقاومت در برابر فشارهای خاص در مدت زمان طولانی ایجاد می کنند، از آنجا که در بیشتر پروژه های ساختمانی بتن ساده مناسب نیست چرا که نمی تواند تنش های حاصل از ارتعاشات ، باد و یا سایر نیروها را تحمل کند ، سازه ها به گونه ای طراحی می شوند که دوجزء – بتن و فولاد - در کنار یکدیگر به صورتی تقویت کننده باشند که نیروهای وارد شده را تحمل نمایند.


مزایای بتن آرمه را می‌توان در چند مورد زیر خلاصه نمود


*بتن مسلح در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی مقاومت فشاری بالایی دارد.
*با توجه به آرماتور ارائه شده بتن مسلح می‌توتند مقدار زیادی از تنش کششی را تحمل کند.
*در برابر آب و آتش و سایر شرایط آب و هوایی نامساعد رفتار مناسبی دارد.
*ساختمان‌های بتن آرمه از دوام بیشتری نسبت سایر ساختمان‌ها برخوردارند.
*بتن آرمه می‌تواند در یک طیف نامحدود به اشکال مختلف قالب‌ریزی شود.
*هزینه نگه‌‌داری بتن مسلح بسیار پایین است.
*در سازه‌هایی مانند پایه، سدها، اسکله‌ها و غیره بتن مسلح اقتصادی‌ترین مصالح ساختمانی است.
*مانند یک عضو سخت و با حداقل انحراف عمل می‌کند.
*از آن‌جا که بتن مسلح می‌تواند به‌هر شکلی که لازم باشد قالب‌ریزی شود،به‌طورگسترده‌ای در اجزای سازه پیش‌ساخته استفاده می‌شود و با حداقل انحراف ظاهری اعضای محکم و سختی را ایجاد می‌کند.
*در مقایسه با استفاده از فولاد در سازه ،بتن مسلح پیش‌ساخته برای نصب به‌نیروی ماهر کمتری نیاز دارد.


معایب بتن آرمه نسبت به مزایای آن بسیار کمتر است ولی آن‌ها را نیز می‌توان به چند مورد زیر خلاصه نمود


* مقاومت کششی بتن مسلح تقریبا یک دهم مقاومت فشاری آن است.
*مراحل استفاده بتن مسلح شامل اختلاط، بتن‌ریزی و عمل‌آوری آن بر قدرت نهایی بتن مسلح تثیر می‌گذارد.
*هزینه قالب‌های مورد استفاده برای بتن‌ریزی نسبتا بیشتر است.
*پدیده جمع‌شدگی چنانچه اتفاق بیفتد باعث ایجاد ترک و کاهش قدرت تحمل آن می‌گردد.
*در ساختمان‌های مرتفع مقطع ستون در بخش‌های فولادی بیشترمی‌‌شود چرا که مقاومت فشاری آن کمتر است.


تا چه اندازه تقویت بتن ضروری است؟

 

        یکی از بزرگترین نقاط ضعف بتن مقاومت کششی بسیار پایین آن می باشد و مشکلاتی را به همراه دارد که از آن می توان به موارد زیر اشاره نمود
ترک خوردگی سطح بتن
ظاهر نازیبا
انحراف زیاد تیرها و هم چنین دال ها
کارایی پایین


بدین منظور برای بالابردن حداکثر کارایی و رفع مشکلات یکپارچه سازی سازه مؤثرترین راه تقویت آن با فولاد است.
از طرف دیگر چنانچه فولاد بسیار فشرده و تحت تنش قرار گیرد ممکن موجب تشکیل ساختار نامتقارن گردد به عبارت ساده تر کمانش باعث می شود که یک میلگرد که به تنهایی تحت فشار قرار دارد زودتراز کار بیفتد و تقویت بتن و فولاد به طور مؤثر فشار را محدود می نماید.
بتن یک ماده ترکیبی است که شامل سنگدانه ها و سیمان است که با افزودن آب یک چارچوب جامد را تشکیل می دهد.مواد کامپوزیتی پس از جاسازی در بتن- فولاد با مقاومت کششی بالا –می تواند در برابر فشارهای خمشی و کشش مقاومت کند.از چنین ماده ای می توان برای ساخت و ساز در هر اندازه و شکل استفاده کرد.


تقابل بتن و فولاد


ازمزایای اصلی بتن مسلح شباهت ضریب انبساط حرارتی آن با فولاد است بدین جهت می تواند تنش های داخلی ناشی از تغییر در انبساط حرارتی یا انقباض را کاهش دهد.
به علاوه، از آن جا که خمیر سیمان درون بتن سخت می شود، با ویژگی های سطح فولاد مطابقت دارد و باعث می شود تنش ها به طورمؤثربین دو جزء منتقل شوند باید به این نکته توجه داشت که مقاوم سازی میله های فولادی کیفیت یکپارچه بین بتن و فولاد را نیزتقویت می کند.
هنگامی که بتن در اطراف میله ها جمع و سخت می شود یک ماده ترکیبی جدید به دست می آوریم که هم دربرابر کشش و هم دربرابر فشار به خوبی عمل می نماید .
بتن دربرابر فشار مقاومت می کند و مقاومت فشاری را فراهم می نماید در حالی که فولاد در برابر خمش و کشش مقاومت می کند و مقاومت کششی را ایجاد می نماید در واقع بتن مسلح از یک ماده کامپوزیت در داخل ماده دیگر استفاده می کند.  با ریختن بتن مرطوب در اطراف میله های تقویت کننده محکم فولادی که جهت ساخت قالب به یکدیگر گره خورده اند به هردو مقاومت دست می یابیم.
به عبارتی بتن ماتریس می شود در حالی که میله های فولادی تقویت کننده را فراهم می کنند.ضمن این که به دلیل جو قلیایی ایجاد شده توسط آهک یک لایه بر روی فولاد تشکیل می شود که باعث مقاومت آن دربرابر خوردگی می گردد.
میله های فولادی یا میلگردها به طور معمول از رشته های پیچ خورده ای ساخته شده اند که روی آن ها گره یا برجستگی هایی وجود دارد که آن ها را محکم در داخل بتن قرار می دهد و هیچ خطایی بروز نمی کند.
از لحاظ تئوری ما می توانیم از انواع مواد برای تقویت بتن استفاده کنیم اما به طورکلی از فولاد استفاده می شود چرا که این ماده در گرما و سرما تقریبا باندازه خود بتن منبسط و منقبض می شود (همان ضریب حرارتی است که در بالا بدان اشاره شد)
بدین معنی که اگر بیشتر یا کمتر منبسط یا منقبض شود بتونی که آن را احاطه کرده است ترک نخواهد خورد .
بااین حال، گاهی از مواد دیگر منجمله از انواع مختلف پلاستیک و الیاف فولادی که شکل دیگری از تقویت کننده های فولادی هستند نیز استفاده می شود.
تنوع نامحدود بتن مسلح از لحاظ فرم را به نحو ایمن و اقتصادی فقط با استفاده از مصالح استاندارد شده می توان حاصل نمود. در دوران ابتدایی شکل گیری بتن مسلح انواع وسیعی از مواد تقویت کننده وجود داشته ولی در مصالح جدید وجود درجه بالایی از استاندارد منجر به بهره های بیشتری شده است .
در ایالات متحده مؤسسه امریکایی آزمایشات و مصالح استانداردهایی را تهیه نموده است که هم شکل و هم مواد فولادهای تقویتی جدید را تحت پوشش قرار می دهد

.
اشکال اصلی تقویت کننده های استاندارد بتن شامل میلگردهای آجدار، شبکه های سیمی جوش شدهَ، سیم های بافته شده و سیم ها و میلگردهای پیش تنیدگی هستند که در مقاله‌های آتی به‌طور زیربنایی آن‌ها را توضیح خواهیم داد.

واحد تحقیق و توسعه شرکت پایهان بتن