بتن چیست، از چه موادی تشکیل شده و مخلوطی از چیست، تاریخچه و انواع بتن چیست

بتن چیست، از چه موادی تشکیل شده و مخلوطی از چیست، تاریخچه و انواع بتن چیست

برخلاف تصور عموم ، بتن و سیمان یک چیز نیستند. سیمان در واقع فقط یک جز بتن است. بتن از سه جز اساسی تشکیل شده است: آب، سنگدانه (سنگ ، ماسه یا شن) و سیمان پرتلند. بتن، در ساخت و ساز، مواد سازه ای متشکل از یک ماده ریز سخت و شیمیایی بی اثر، معروف به سنگدانه (معمولاً شن و ماسه سنگ) است که توسط سیمان و آب به یکدیگر پیوند می یابد و در قسمت های مختلف ساختمان ها و سازه ها مثل فونداسیون ها استفاده می شود.

سیمان، معمولاً به صورت پودر، هنگام مخلوط شدن با آب و سنگدانه ها به عنوان ماده اتصال دهنده عمل می کند. این ترکیب یا مخلوط بتن در مواد با دوامی که همه ما با آن آشنا هستیم ریخته و سخت می شود.

تاریخچه بتن

در میان آشورها و بابلان باستان، ماده پیوند دهنده ای که بیشتر مورد استفاده قرار می گرفت، رس بود. مصریان با استفاده از آهک و گچ به عنوان اتصال دهنده، ماده ای را که از لحاظ بتنی شبیه به بتن های مدرن است، ایجاد کردند. آهک (اکسید کلسیم)، مشتق شده از ستون های آهکی، گچ، همچنان عامل اصلی سیمان  تا اوایل دهه ۱۸۰۰ بود.

در سال ۱۸۲۴ یک مخترع انگلیسی، ژوزف آسپین، مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس را ارائه کرد. این مخلوط که سیمان پرتلند نامیده می شود، عامل اصلی سیمان سازی مورد استفاده در تولید بتن همچنان باقی مانده است.

سنگدانه ها معمولاً به صورت ریز (اندازه در اندازه ۰٫۰۲۵ تا ۶٫۵ میلی متر) یا درشت (از ۶٫۵ تا ۳۸ میلی متر یا بزرگتر) تعیین می شوند. کلیه مواد دانه بندی شده باید تمیز و عاری از ترکیب با ذرات نرم یا مواد گیاهی باشد، زیرا حتی مقادیر کمی از ترکیبات آلی خاک منجر به واکنش های شیمیایی می شوند که به طور جدی روی مقاومت بتن تأثیر می گذارند.

مشخصات بتن

مشخصات بتن با نوع سنگدانه یا سیمان مورد استفاده، با خصوصیات خاصی که تجلی می یابد، یا با روش های استفاده شده برای تولید آن مشخص می شود. در بتن سازه معمولی ، ویژگی بتن تا حد زیادی با نسبت آب به سیمان مشخص می شود. هر چه مقدار آب کمتر باشد،  و بقیه همه چیز مساوی باشد، بتن قوی تر می شود. این مخلوط باید فقط به اندازه کافی آب داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که هر ذره سنگدانه کاملاً توسط خمیر سیمان احاطه شده است، فضای بین سنگدانه پر شده و بتن به اندازه کافی مایع است که ریخته می شود و به طور موثر پخش می شود.

یکی دیگر از فاکتورهای دوام، میزان سیمان نسبت به سنگدانه است (به عنوان یک نسبت سه قسمتی سیمان به سنگدانه ریزد نسبت به سنگدانه درشت). در جائیکه به ویژه بتن های قوی مورد نیاز باشد ، سنگدانه نسبتاً کمتر وجود خواهد داشت.

استحکام بتن

استحکام بتن بر حسب پوند در هر اینچ مربع یا کیلوگرم بر سانتیمتر مربع نیروی مورد نیاز برای خرد کردن نمونه ای از عمر یا سختی خاص اندازه گیری می شود. استحکام بتن تحت تأثیر عوامل محیطی ، به ویژه دما و رطوبت است. اگر اجازه خشک شدن زودرس وجود داشته باشد، می تواند فشارهای کششی نابرابر را تجربه کند که در یک حالت ناقص و سخت نتواند مقاومت کند.

در فرآیند معروف به پخت، بتن پس از ریختن مدتی مرطوب نگه داشته می شود تا آهستگی انقباض که در اثر سخت شدن آن رخ می دهد، کند شود. درجه حرارت پایین نیز بر مقاومت آن تأثیر منفی می گذارد. برای جبران این امر، افزودنی مانند کلرید کلسیم با سیمان مخلوط می شود. این روند تنظیم را تسریع می کند ، که به نوبه خود باعث ایجاد گرمای کافی برای خنثی کردن دمای متوسط ​​پایین می شود. فرم های بتونی بزرگی که نمی توانند به اندازه کافی پوشانده شوند در دمای انجماد ریخته نمی شوند.

بتون مسلح

بتنی که بر روی فلز جاسازی شده (معمولاً فولاد) سخت شده است ، بتون مسلح یا بتونی نامیده می شود. اختراع آن معمولاً به جوزف مونیر، یک باغبان پاریسی که گلدان های باغ و وان های بتونی تقویت شده با مش آهنی می ساخت، نسبت داده می شود. وی در سال ۱۸۶۷ حق ثبت اختراع را دریافت کرد. فولاد تقویت شده، که می تواند به شکل میله، میله یا مش باشد، به استحکام کششی کمک می کند.

بتن ساده به راحتی مقاومت در برابر تنش هایی مانند عمل باد، زمین لرزه و لرزش و سایر نیروهای خمشی ندارد و بنابراین در بسیاری از کاربردهای ساختاری نامناسب است. در بتن آرمه، استحکام کششی فولاد و استحکام فشاری بتن باعث می شود عضوی را ارائه دهد که قادر به تحمل تنش های سنگین از انواع مختلف نسبت به طولهای قابل توجه باشد. روان بودن مخلوط بتن باعث می شود که استیل را در محلی که نزدیکترین نقطه تنش پیش بینی شده است قرار دهیم.

بتن پیش تنیده و بتن پس تنیده

یکی دیگر از نوآوری در ساخت و ساز بنایی، استفاده از بتن پیش تنیده است. این امر یا با فرآیندهای پیش تنش یا پس از تنش انجام می شود. در پیش تنیده، طول سیم های فلزی، کابل ها یا طناب ها در قالب خالی گذاشته می شوند و سپس کشیده و لنگر انداخته می شوند. پس از ریختن بتن و اجازه تنظیم، لنگرها آزاد می شوند و چون فولاد به دنبال بازگشت به طول اصلی خود است ، بتن را فشرده می کند.

در فرآیند پس تنیده، فولاد از طریق داکت شکل گرفته در بتن اجرا می شود. هنگامی که بتن سخت شده است، فلز توسط نوعی وسیله گیرنده به قسمت بیرونی اعضا لنگر می رود. با اعمال مقدار اندازه گیری نیروی کششی اندازه گیری شده، می توان میزان فشرده سازی منتقل شده به بتن را به دقت تنظیم کرد.

بتن پیش تنیده، نیروهای کششی را – که باعث گسیختگی بتن معمولی با فشرده سازی یک ناحیه می شود – خنثی می کند. بدلیل این که بدون استفاده از آرماتورهای فلزی سنگین به استحکام دست پیدا میکند، از آن برای ساخت سازه های سبک تر، کم عمق و ظریف تر مانند پل ها و سقف های گسترده استفاده شده است.

بتن علاوه بر پتانسیل برای مقاومت زیاد و توانایی اولیه انطباق با هر شکل، تقریباً مقاوم در برابر آتش است و به یکی از متداول ترین مصالح ساختمانی در جهان تبدیل شده است.

خصوصیات مورد نظر بتن

۱- مخلوط بتن قابل اجرا است. توسط خود شما یا کارگرانتان می تواند به درستی قرار گیرد و ادغام شود.

۲- کیفیتهای مطلوب بتن سخت شده برآورده می شود: به عنوان مثال، مقاومت در برابر یخ زدگی و ذوب شدن و شیمیایی شدن، ضد آب بودن (نفوذ پذیری پایین)، مقاومت در برابر سایش و استحکام. بدانید که با بتن می خواهید به چه چیزی برسید.

۳- اقتصاد. از آنجا که کیفیت عمدتاً به نسبت آب به سیمان بستگی دارد، برای کاهش نیاز سیمان (و در نتیجه کاهش هزینه) باید نیاز آب به حداقل برسد.

برای کاهش نیاز به آب و سیمان این مراحل را انجام دهید:

• از سخت ترین ترکیب ممکن استفاده کنید.
• از بزرگترین مصالح برای کار استفاده کنید.
• از نسبت بهینه ریز به درشت استفاده کنید.

در مورد چگونگی دستیابی به اهداف خود برای بتن با تهیه کننده مخلوط آماده خود صحبت کنید.

مواد افزودنی بتون: متداول ترین انواع و کارهایی که آنها انجام می دهند

مواد افزودنی افزودنیهایی هستند که برای دستیابی به اهداف خاص مورد استفاده قرار می گیرند.

در اینجا مواد اصلی افزودنی و اهداف برای دستیابی به آنها آورده شده است.

مواد افزودنی شتاب دهنده

شتاب دهنده برای کاهش زمان گیرش بتن و تسریع مقاومت اولیه به بتن اضافه می شوند. میزان کاهش در زمان گیرش بسته به میزان شتاب دهنده مورد استفاده متفاوت است (به تهیه کننده مخلوط آماده مراجعه کرده و کاربرد خود را شرح دهید). کلرید کلسیم یک شتاب دهنده کم هزینه است، اما مشخصات اغلب برای جلوگیری از خوردگی فولاد تقویت کننده، یک شتاب دهنده غیر کلرید را می طلبد.

مواد افزودنی عقب انداز

اغلب در شرایط آب و هوایی گرم برای به تأخیر انداختن زمان گیرش استفاده می شوند. آنها همچنین برای به تأخیر انداختن مشاغل دشوارتر و یا برای انجام کارهای فینیشینگ ویژه مانند نمایش تراکم استفاده می شوند. بسیاری از کندکننده ها نیز به عنوان کاهنده آب عمل می کنند.

خاکستر بادی ( fly ash)

محصول جانبی پلنت های سوزاننده ذغال سنگ است. خاکستر بادی می تواند ۱۵الی ۳۰ درصد از سیمان موجود در مخلوط را جایگزین کند. سیمان و خاکستر بادی در یک مخلوط با هم ترکیبات کلی سیمانی را تشکیل می دهند.

• خاکستر بادی کارایی را بهبود می بخشد.
• اتمام خاکستر بادی آسان تر است.
• خاکستر بادی گرمای تولید شده توسط بتن را کاهش می دهد.
• هزینه خاکستر بادی به مقدار سیمانی که جایگزین می شود بستگی دارد.

مواد افزودنی هوازا و حباب ساز

باید در هر زمان که بتن در معرض یخ زدگی و ذوب شدن قرار گرفته و نمک زدایی می شود از آن استفاده شود. عوامل هوا زا حباب های میکروسکوپی هوا را در بتن ترمیم می کنند: هنگامی که بتن سخت شده یخ می زند، آب منجمد داخل بتن به جای آسیب رساندن به بتن در این حباب های هوا منبسط می شود.

• حفره هوا کارایی بتن را بهبود می بخشد.
• حباب هوا دوام را بهبود می بخشد.
• حفره هوا ترکیبی کاراتر را تولید می کند.

مواد افزودنی کاهش دهنده آب

مقدار آب مورد نیاز مخلوط بتن را کاهش می دهد. نسبت سیمان آب کمتر و مقاومت آن بیشتر خواهد شد. اکثر کاهنده های آب با دامنه کم ، ۵٪ -۱۰٪ آب مورد نیاز در مخلوط را کاهش می دهند. کاهنده های آب با دامنه بالا، آب مخلوط مورد نیاز را بین ۱۲ تا ۳۰ درصد کاهش می دهند اما بسیار گران هستند و بندرت در کارهای مسکونی استفاده می شود.

تنظیم مخلوط های بتونی برای اصلاح صحیح مشکلات

هنگامی که بتن هنگام برداشتن از روی بتن به ماله می چسبد، یا بتن به تخته های فینیشر می چسبد، به احتمال زیاد ماسه بیش از حد در مخلوط یا میزان بالاتر حبابساز دلیل ان است.

چکه بیش از حد از آب باعث تاخیر عملیات پایانی می شود و می تواند باعث ایجاد مشکلات جدی در سطح بتن شود. افزودن شن و ماسه بیشتر به مخلوط، افزودن هوای درونی بیشتر، استفاده از آب مخلوط کم یا افزودن سیمان یا خاکستر بادی راه حل های احتمالی هستند.

اطمینان حاصل کنید که تهیه کننده مخلوط آماده شما می داند که بتن را پمپ می کنید یا خیر. مخلوط های پمپاژ به مقدار کافی باید ریز باشند و محدودیت هایی در اندازه سنگدانه ها وجود دارد تا مخلوط قابل پمپ شدن باشد. خاکستر  بادی و حباب هوا کارایی و قابلیت پمپاژ را بهبود می بخشد.

زمان گیرایی ترکیب را می توان با تأخیر اندازها کاهش داد.

مخلوط ممکن است در هوای گرم با جایگزینی بخشی از آب مخلوط با یخ، پاشیدن آب روی توده متراکم در پلنت بتن آماده یا تزریق نیتروژن مایع به داخل بسته، خنک شود.

زمان گیرایش مخلوط بتن را می توان با شتاب دهنده ها افزایش داد.

با حرارت دادن آب مخلوط و سنگدانه ها می توان مخلوط را در پلنت  بتن آماده گرم کرد.