حقایقی که باید درباره بتن بدانید

اولین بتن در 2650 سال قبل از میلاد مسیح توسط امن هوتپ Imhotep معمار، شیمی دان و پزشک بزرگ تولید شد. او سود سوزآور را در آب حل کرد و محلول را با سنگ آهک ورقه شده و خاک رس سفید (به نام کائولن) مخلوط کرد. این مخلوط پس از 30 روز قرار گرفتن در معرض گرمای خورشید سفت می‎شود و مقاومت آن در برابر فشار به 25 تا 40 مگاپاسکال می‎رسد. سود سوزآور با مخلوط کردن آهک سوخته با کربنات سدیم (که در مکانی به نام Natron در مصر بدست می‎آید) تولید می‎شود، به همین دلیل است که امروزه سدیم به عنوان Na نشان داده می‎شود. این بتن باستانی برای دستیابی به استحکام به گرما نیاز داشت در حالی که بتن مدرن برای رسیدن به استحکام به آب نیاز دارد.
ساختمان‎های اطراف ما با توجه به هدف و محل ساختمان، از انواع مصالح ساخته می‎شوند. مصالح ساختمانی سنتی مانند آجر، چوب، سنگ، آهک و کاشی‎های سفالی قرن‎هاست که مورد استفاده قرار می‎گیرند و درست از دوره ودایی در بسیاری از تمدن‎ها رایج بوده‎اند. سیمان در اوایل دهه 1850 اختراع شد و همواره ساخته شده است و اکنون بعد از آب بیشترین مصرف را در ساختمان‎سازی دارد.
بتن مخلوطی از ماسه، قطعات کوچک سنگی (از سنگهای گرانیت)، آب و سیمان است. سیمان و بتن در حال حاضر جزء لاینفک تقریباً تمام ساخت و سازها در سراسر جهان شده است. با افزودن فولاد، این بتن‎ها به بتن سیمان مسلح (بتن آرمه) تبدیل می‎شوند و به نوبه خود به کامپوزیت ساختمانی مدرن تبدیل می‎شوند. مصرف سرانه این مواد ساختاری در سرتاسر جهان بسیار جالب است. امروزه در اکثر ساختمان‎ها، تقریباً برای ساختن هر سازه‎ای می‎توان 2 تا 3 درصد کل حجم بتن ناخالص، فولاد به مخلوط اضافه کرد.

پیشنهاد مطالعه: برش بتن

موادواحد وزنمیلیون تنسرانه تن
فولاد سازه7850124418/0
سیمان1440340048/0
بتن2400~180004/2
الوار70027704/0
توضیح کامل مراحل تولید بتن

مقاومت بتن و ساختمان‎ها:

بتن در برابر فشار، مقاومت زیادی دارد، اما در برابر کشش ضعیف است زیرا تقریباً تا 10٪ در برابر آن مقاومت می کند. به همین دلیل است که بسیاری از طراحان و IS Code 456-2000 مقاومت کششی بتن را به کلی نادیده می‎گیرند و از فولاد برای مقاومت در برابر کشش استفاده می‎کنند.

وقتی طنابی را از دو طرف می‎کشیم، طناب در حال کشش است و هنگامی که کیک تولد با چاقو بریده می‎شود، کیک تحت برش قرار می‎گیرد و هنگامی که بادام زمینی را خرد می‎کنیم، فشرده می‎شود.
بتن سیمانی همراه با فولاد مناسب در داخل بتن معروف به RCC به عنوان یک ترکیب بهتر (که دارای هر دو استحکام کششی و فشاری است) عمل می کند و در هر نوع سازه‎ای می تواند در معرض بارهای سنگین مانند زلزله، سونامی، انفجار و بارگیری انفجاری مقاومت کند.
برای اینکه بتن در برابر فشار، مقاومت بالایی داشته باشد، باید مواد بتن با نسبت خاصی با هم ترکیب شوند. مقاومت فشاری بتن معمولاً در اکثر سازه‎ها از 20 مگاپاسکال تا 100 مگاپاسکال متغیر است. (1 N/mm2= 1 Mpa). مقاومت فشاری بتن به صورت M10 ، M15 ، M20 ، M25 ، M30 ، M35 نامگذاری شده است؛ یعنی (مقاومت) در برابر 10، 15، 20، 25، 30 و 35 مگاپاسکال پس از 28 روز آبرسانی (کیورینگ). اهرام جیزه تحت فشار کمتر از 10 مگاپاسکال در پایین‎ترین درشت قرار می‎گیرند در حالی که قدرت آنها حتی بعد از 4500 سال 40 مگاپاسکال است.

تولید بتن:

در بخش خصوصی هند که بسیاری از مردم خانه‎های خود را می‎سازند، کنترل کیفیت تولید بتن بسیار ضعیف است. زیرا اکثر پیمانکاران در ساخت و ساز ساختمان‎های بتنی دارای سابقه غیر فنی هستند. معمولاً پیمانکاران نسبت مصالح را بر اساس تجربیات خود تنظیم می‎کنند نه با مراجعه به طراحی سازه یا در نظر گرفتن درجه بتن که توسط مهندس سازه تعیین شده است.

اما این کار از نظر فنی صحیح نیست و نمونه‎های زیادی وجود دارد که بناهای بتنی به دلیل استفاده از بتن دارای استحکام پایین، شکست خورده‎اند. تخمین زده می‎شود که 5 درصد از حفره‎های هوایی داخل بتن تنها 30 درصد مقاومت آن را از بین می‎برد. کارگران برای سهولت در بلند کردن و قرار دادن بتن، آب بیشتری به آن اضافه می‎کنند. در هر صورت، برای 1 کیسه سیمان نباید بیش از 30 تا 35 لیتر آب اضافه شود.

مقاومت بتن مورد نیاز برای یک پروژه بستگی به وجود بارهای سنگین احتمالی در طول عمر مفید آنها دارد. برای مثال هیچ کس انتظار نداشت هواپیمایی به برج‎های دوقلو برخورد کند و در داخل منفجر شود. مهندسان سازه باید پیش‎بینی کنند که چه بارهای خرابی ممکن است بر کل سازه در طول عمر آنها تأثیر بگذارد. کدهای IS 875 و 1893 اطلاعات دقیقی در مورد بارهای کلی و بارهای زلزله ارائه می‎دهد که برای طراحی هر سازه‎ای باید مورد توجه قرار گیرد. پس از تجزیه و تحلیل کامل سازه، به مقاومت واقعی بتن مورد نیاز می‎رسیم.

اکثر مردم مواد تشکیل‎دهنده بتن یعنی سیمان، ماسه، سنگدانه‎های درشت (خمیر) و آب را می‎شناسند، اما مطمئن نیستند که برای تولید بتن مقاوم، چه مقدار از این مواد باید استفاده کرد. درجه بتن مورد استفاده در ساختمان ممکن است بر اساس فاصله ستون، عمق تیر، عمق تخته و غیره متفاوت باشد. اگرچه پیمانکار به ساخت و ساز توجه می‎کند، اما برای هر کسی بسیار مهم است که تناسب مصالح را بداند تا کیفیت ساختمان حفظ شود.

تعیین نسبت مواد به دو روش انجام مي‎شود: (الف) دسته‎بندي وزن و (ب) دسته‎بندي حجم.

برای اینکه روش «تعیین نسبت» دقیق‎تر باشد، از دسته‎بندی وزن در کارخانه RMC (بتن آماده مخلوط) استفاده می‎شود و از دسته‎بندی حجم (روش متداول دسته‎بندی)، هنگام مخلوط کردن بتن در محل، استفاده می‎شود. در توزین، دسته‎بندی مواد به صورت وزن محاسبه می‎شود و پذیرش آن در محل، کار بسیار دشواری است زیرا ما به ترازوی توزین، سطح مسطح برای قرار دادن ترازوی توزین و غیره نیاز داریم. در حجم، دسته‎بندی مواد با حجم تنظیم می‎شود و این راهی آسان‎تر برای تناسب مواد در محل است.

بهتر است که در مورد دسته بندی حجم مواد برای بتن های مختلف اطلاعاتی داشته باشید، از آن جهت که دسته‎بندی تعیین نسبت مواد در محل، یعنی دسته بندی حجم، بیشتر از سایر موارد استفاده می‎شود. در اینجا لیستی از درجات مختلف بتن تا درجه M25 و نسبتهای متناظر مواد آمده است که معمولاً برای مخلوط کردن بتن در محل بر اساس دسته‎بندی حجم، مجاز است:

درجه (گرید) بتنسیمانماسهخمیر(سنگدانه درشت)
M51510
M7.5148
M10136
M15124
M2015/13
M25112

عیارهای بالاتر بتن باید با دقت طراحی شوند و از تعیین نسبت بر اساس دسته‎بندی حجم اجتناب شود.

پیشنهاد مطالعه: کرگیری بتن

نقش آب در بتن:

بتن با فرایندی به نام هیدراتاسیون استحکام پیدا می کند. به طور خلاصه، ما این فرایند را هیدراتاسیون سیمان در بتن می نامیم. وجود آب در بتن از زمان مخلوط کردن بتن تا به دست آوردن استحکام کامل آن بسیار مهم است. از این رو آب در دو مرحله روی بتن به کار می‎رود: (1) افزودن آب به بتن در زمان مخلوط کردن (2) پاشیدن آب بر روی سطح بتن پس از ریخته‎گری سازه که به آن کیورینگ (آبرسانی) بتن گفته می‎شود.

بتن باید با درجه‎ای از غلظت مخلوط شود که به راحتی بتواند به فضاهای بسیار تنگ برسد؛ فضاهایی که آرماتورهای سنگین در شالوده ساختمانی موسوم به بتن قابل اعمال وجود دارد. بتن قابل اعمال را می‎توان با افزایش میزان آب در بتن بدست آورد، اما استفاده از آب اضافی باعث کاهش مقاومت بتن می‎شود. بنابراین، هنگام افزودن آب به بتن در حین مخلوط کردن باید مراقب باشید. با این حال، برای درجه‎بندی مناسب بتن، نسبت آب به سیمان مقرر در کد استاندارد هند (IS: 10262) توصیه می‎شود.
آبرسانی به بتن نیز در به دست آوردن مقاومت کامل بتن به همان اندازه مهم است. اما آبرسانی چیست و چند روز برای آبرسانی بتن نیاز داریم؟
واکنش بین آب و سیمان گرمازا است و در نتیجه گرما تولید می‎شود. این گرما آب موجود در بتن را تبخیر می‎کند. بنابراین، برای ادامه واکنش خارجی، آب بر روی سطوح بتن ریخته می‎شود و این به عنوان آبرسانی بتن شناخته می‎شود. مقاومت بتن در هر یک از گریدها (درجات) نشان‎دهنده مقاومت فشاری در 28 روزگی آن است. بتن باید در تمام این 28 روز آبرسانی شود تا به مقاومت فشاری کامل خود برسد. تجربه به ما نشان می‎دهد که تغییرات مقاومت فشاری بتن در سنین مختلف به شرح زیر است:

سن (سیمان)

میزان استحکام

1 روز

%16

3 روز

%40

7 روز

%65

14 روز

%90

28 روز

%99

 

همانطور که در جدول مشاهده می‎کنیم حدود 65 درصد مقاومت بتن در 7 روزگی و 90 درصد مقاومت بتن در 14 روزگی سن آن به دست می‎آید.

در صنعت ساختمان‎سازی، پیمانکاران روش بسیار بدی را در مورد برداشتن قالب و لوازم جانبی در روز بعد از ریخته‎گری بتن انجام می‎دهند. گاهی اوقات این عمل بسیار ناامن خواهد بود. زمان لخت کردن بتن باید حداقل زمانی باشد که بتن قدرت لازم را برای تحمل وزن خود با بار تصادفی اسمی به دست می‎آورد. کد هند 456-2000 زمان برداشتن قالب‎بندی و وسایل را بر اساس عناصر ساختاری به شرح زیر پیشنهاد می‎کند.

 

ردیف

نوع

دوره زمانی برداشتن

1

ستون ها و اضلاع عمودی تیر

24 تا 48 ساعت

2

تخته ها (لوازم جانبی باقی مانده در زیر)

3 روز

3

تیر قسمت پایین عمارت (کف) (لوازم جانبی رها شده در زیر)

7 روز

4

برداشتن لوازم جانبی روی تخته ها [به طول 4.5 متر (تقریباً 15 فوت)]

7 روز

5

برداشتن لوازم جانبی روی تخته ها [بیش از 4.5 متر (تقریباً 15 فوت)]

14 روز

6

برداشتن لوازم جانبی روی تیر ها [به طول 6 متر (تقریباً 20 فوت)]

14 روز

7

برداشتن لوازم جانبی روی تیر ها [به طول بیش از 6 متر (تقریبا 20 متر)]

21 روز

 

پیشنهاد مطالعه: کاشت میلگرد

عمر سازه‎های بتنی سیمان:

بتن مدرن به طور جدی طول عمر خود را ندارد. بسیاری از متخصصان بتن به ضرس قاطع معتقدند که ساختاری که به خوبی تحت کنترل کیفیت دقیق و با حس هندسی بسیار خوب ساخته شده است، نمی‎تواند بیش از عمر یک مرد سالم دوام بیاورد. بسته به نحوه حفظ سلامتی، یکی ممکن است 30 سال و دیگری 110 سال عمر کند. ما بازخوردی از ساختار بتنی با بیش از 100 تا 150 سال نداریم. اما هرم جیزه (از بتن آهک) بیش از 4500 سال قدمت دارد. در واقع، اکنون زمان آن است که چرخ را دوباره اختراع کنیم.

0 0 رای ها
رأی دهی به محتوا
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
View all comments