کتاب بتن سبک

فهرست
فصل 1 13
بتن سبک ‌وزن چیست؟ 13
کاربردهای عملی بتن سبک 14
دوام بتن سبک 15
تاریخچه 15
پیشینه بتن سبک در ایران 18
خصوصيات بتن سبك 19
نقل و انتقال مصالح در کارگاه‌ها 21
نحوه حفاظت و نگهداری از مصالح 22
مقاومت باقيمانده 24
خواص سنگدانه‌های سبک 26
مشخصات مهندسی 26
اهمیت استفاده از بتن سبک 34
موارد استفاده از بتن سبک 35
فصل 2 37
انواع بتن سبک 37
چرا از بتن سبک سازه‌ای استفاده کنیم؟ 39
چگونه از بتن سبک سازه‌ای استفاده می‌شود؟ 40
ازنظر روش تولید و نحوه ساخت بتن سبک 43
فصل 3 59
مقایسه بتن سبک با بتن معمولی 59
تفاوت‌های مخلوط بتن 60
تفاوت تست رطوبت بتن 62
تفاوت بتن سبک با بتن معمولی 63
تفاوت در طراحی اختلاط بتن 64
تفاوت در آزمایش رطوبت بتن 65
فصل 4 67
سنگدانه‌های مورداستفاده در بتن سبک 67
فصل 5 115
مزایا و معایب بتن سبک 115
مزایای استفاده از فوم بتن 121
معایب فوم بتن 123
فصل 6 125
کاربرد بتن سبک 125
کاربردهای بتن سبک با کارایی بالا 126
کاربردهای فوم بتن 132
فصل 7 135
استاندارد سیمان و استاندارد بتن 135
استانداردهای بتن سبک 138
فصل 8 145
مواد ساخت بتن سبک 145
روش‌های تولید بتن سبک 150
نحوه تولید و اختلاط بتن سبک 152
موارد مهم در روش ساخت بتن سبک 152
روش‌های فرآوری بتن 156
فصل 9 159
مقاومت بتن سبک 159
خواص فیزیکی بتن سبک 169
فصل 10 171
بتن سبک سازهای 171
چرا از بتن سبک سازه‌ای استفاده کنید؟ 172
منابع 177

 

 

 

خصوصيات بتن سبك

بتن سبك ماده‌ای است با تركيبات جديد و فوق‌العاده سبك و مقاوم.

مواد تشکیل‌دهنده بتن سبك عبارت است از ورموكوليت، پرليت، سنگ بازالت و سيمان تيپ 2 و…

در اين بتن همانند بتن­هاي عادي، از ماسه استفاده نمی‌شود.

عدم وجود ماسه باعث سبك و همگن شدن ساختار بتن گرديده و باعث می‌شود كه مواد تشکیل‌دهنده كه تقریباً” از يك خانواده می‌باشند و بهتر همديگر را جذب كنند.

ساختمان اين بتن متخلخل بوده و اين مسئله پارامتر بسيار مؤثری است. چون تخلخل موجود در بتن باعث مقاوم شدن در برابر زلزله و عايق شدن در برابر صدا، گرما و سرما می‌گردد.

تركيبات اين بتن به‌گونه‌ای عمل می‌کند كه حالت ضد رطوبت به خود گرفته و به‌مانند بتن معمولي كه جذب آب دارد عمل‌نکرده و آب را از خود دفع می‌کند.

اين بتن تحت‌فشار مستقيم (پرس) ساخته می‌شود.

به دلیل شکل‌گیری بتن در فشار، ساختار آن دارای يكپارچگي قابل قبولي است.

بتن سبك در قالب‌های طراحی‌شده توسط متخصصين، به‌صورت يكپارچه ريخته می‌شود.

به دلیل يكپارچگي در نوع ساختمان بتن، قطعه توليدي از استحكام بالايي برخوردار شده و مقاومت بالايي نيز در برابر زلزله از خود نشان خواهد داد.

براي تقويت اين بتن از يك يا چندلایه شبكه فلزي در داخل بتن استفاده‌شده كه اين حالت همانند مسلح كردن بتن معمولي به‌وسیله ميلگرد می‌باشد.

هزينه توليد اين نوع بتن از ديگر مواد ساختماني به نسبت ويژگي آن پایین‌تر است.

زمان بسيار كمتري جهت توليد دیوارهای بتني سبك يا قطعات ديگر لازم است.

پرت مواد اوليه جهت توليد بتن سبك بسيار كمتر از بتن معمولي است. چون تمام مراحل توليد در محل مشخصي صورت گرفته و جهت توليد پروسه‌ای طراحي گرديده است.

به دلیل طراحي كليه مراحل توليد و وجود نظارت بر تمامي اين مراحل ماده توليدي داراي استاندارد خاصي تعریف‌شده است. (مهندسي ساز) خريد مصالح به‌طور عمده صورت می‌گیرد و هزينه كمتري براي سازنده در بر خواهد داشت و درنهایت خانه پیش‌ساخته با قيمت پائين تري عرضه می‌گردد.

قطعات توليدي در كارخانه از آزمايشات كنترل كيفيت گذر كرده و در صورت تائيد به بازار مصرف عرضه می‌گردد.

بتن سبك مسطح بوده كه می‌توان با يك ماستيك كاري ساده بر روي آن رنگ‌آمیزی كرد.

مقاوم‌تر شدن بنا در مقابل زلزله و افزایش خمش پذیری ساختمان و قابلیت برگشت به حالت اولیه صرفه‌جویی در مصرف موارد یادشده، جلوگیری از اتلاف سرمایه‌های ملی و شخصی را موجب و معادل 30‌درصد تا 40‌درصد تفاوت رقم هزینه را باعث خواهد شد.

سبک‌سازی می‌تواند نیروهای ناشی از زلزله را به مقدار قابل‌توجهی کاهش دهد و حاشیه ایمنی سازه‌ها را وسعت بخشد؛ اما متأسفانه این مقوله نه‌تنها در ساخت‌و‌ساز کشور نقطه شروعی پیدا نکرده است. بلکه بسیاری از ساختمان‌های بلند در کشور با مصالح ساختمان‌های معمولی و در محدوده همان فرهنگ ساخته می‌شود. ساخت بنا به روش بتنی قالبی است که به‌غلط از بعضی کشورها تقلید می‌شود.

در این رابطه جالب است بدانیم که در سال 1989، زمین‌لرزه‌ای به بزرگی 1/7 درجه که مرکز آن در حدود 100 کیلومتری برج هرمي‌شکل‌ ترانس آمریکا بود، به وقوع پیوست که در نتیجه آن، این برج بیش از 30 سانتیمتر تاب خورد اما خسارتی به آن وارد نشد. این را هم بد نیست بدانیم که سال گذشته 12 زلزله با قدرت بیشتر از 6 ریشتر و یک زلزله با قدرت 3/7 ریشتر در ژاپن رخ داد که تنها منجر به مرگ 2 نفر شد. دلیل آن را به‌راحتی می‌توان حدس زد. اینک با توجه به مطالب فوق و با عنایت ویژه به نقش و جایگاه مصالح استاندارد و به‌تبع آن ضرورت توجه به مقاومت و استحکام ساختمان‌ها بیشتر آشکار می‌گردد.

نقل و انتقال مصالح در کارگاه‌ها

جابه‌جایی مصالح باید چنان برنامه‌ریزی شود که با دیگر فعالیت‌ها در کارگاه همزمان صورت پذیرد و موفقیت‌ها تنها با در نظر گرفتن موارد زیر به دست می‌آید:

ـ توجه لازم به شکل بسته‌بندی

ـ نظارت بر روند و ترتیب تحویل مصالح

ـ به‌کار‌گیری تجهیزات مناسب

ـ اتخاذ نظارت درست بر تمام عملکرد‌ها

جابه‌جایی مصالح تنها یک مشکل کارگاهی نیست، بلکه عملکرد طراح، تولیدکننده و پیمانکار بر ر وی آن تأثیر می‌گذارد و طراحی شکل، وزن و استحکام مصالح را تعیین می‌کند. نوع بسته‌بندی بستگی به تولید‌کننده دارد و سیاست پیمانکار برای جابه‌جایی مصالح در کارگاه بر کار تأثیر می‌گذارد. جابه‌جایی غیرضروری مصالح هزینه کارگاه را بالا می‌برد درحالی‌که می‌توان از اتلاف مصالح به کمک بازرسی مجدد برنامه ماشین‌آلات و تجهیزات به کار گرفته‌شده، برای این منظور جلوگیری نمود. مصالح در شکل‌های مختلف به کارگاه تحویل داده می‌شوند. بعضی به‌صورت انبوه و یا حتی به‌صورت کیسه‌ای‌اند درحالی‌که بقیه در پالت‌ها، بسته‌ها یا جعبه‌ها قرار گرفته‌اند. واضح است که این مسئله بر روی نحوه توزیع و انبار مصالح در کارگاه تأثیر می‌گذارد. هنگامي‌که مقدار زیادی از مصالح به‌صورت انبوه تحویل کارگاه می‌شوند این امکان وجود دارد که مقدار کمی از آن فله‌ای تحویل داده شود. معمولاً پیمانکار و تولید‌کننده بر روی روش تحویل توافق می‌کنند ولی هرگونه تفاوت در روش‌های استاندارد تحویل مصالح قیمت آن را افزایش می‌دهد.

از دیگر خصوصیات بتن سبک

صرفه‌جويی در مصرف انرژی و امکان استفاده از نیروی کار ساده و فنی

صرفه‌جويی در مصرف انرژی موردنیاز جهت جابه‌جايی مصالح ساختمان و حمل آن به طبقات مختلف صرفه‌جويی در مصرف آهن‌آلات

صرفه‌جويی در مصرف مصالح ساختمانی جهت ساخت پی و نیاز کمتر به محکم‌سازی با هزینه‌های گزاف برای زیر‌سازی

صرفه‌جويی چشمگیر در حمل‌و‌نقل مصالح ساختمانی از کارخانه تولیدی تا محل مصرف

صرفه‌جويی در موارد فوق خود موجب پايین آمدن قیمت تمام‌شده ساختمان خواهد شد.

صرفه‌جويی در مصرف انرژی در طول عمر‌سازه و ساختمان و بهره‌برداری از آن

متأثر شدن محیط‌زیست و آب‌وهوا از صرفه‌جويی در مصرف انرژی به علت کاهش آلودگی هوا

صرفه‌جويی در وقت و زمان و مدت احداث بنا

نحوه حفاظت و نگهداری از مصالح

مواد و مصالح ساختمانی به‌ندرت آن اندازه‌ای که لازم است مورد محافظت و مراقبت قرار می‌گیرند. باید توجه داشت کیفیت خسارتی که از بابت مجاورت مواد و مصالح ساختمانی با شرایط جوی نامناسب به آنها وارد می‌شود تا زمانی که در ساختمان به کار می‌روند ظاهر نمی‌شود.

در نتیجه دو جنبه عمده و مجزا در ارتباط با حفاظت مواد و مصالح ساختمانی وجود دارد:

ـ مدت‌زمان انبار و نگهداری مصالح در کارگاه که تأثیر مهمي‌ روی عملکرد بعدی و کیفیت خواهد داشت.

ـ آسیب‌پذیری مصالح، اغلب بلافاصله بعد از به کار رفتن در ساختمان انجام می‌شود، چون به‌محض به کار بردن مصالح در ساختمان، نه‌تنها در معرض هوازدگی و فرسایش ناشی از مجاورت با شرایط آب‌وهوایی قرار می‌گیرند بلکه در معرض خطر اصابت و برخورد ناشی از اجرای کار‌های بعدی ساختمانی هم واقع می‌شوند.

در ساختمان‌هایی که با استفاده از اسکلت بتنی یا فلزی ساخته می‌شوند عمدتاً از مصالح سبک برای ساخت اعضای غیر باربر استفاده می‌شود که تا حدودی مشابه می‌باشد. کیفیت ساختمان‌های فلزی بیشتر به اجرا به‌خصوص در قسمت اتصالات بازمی‌گردد؛ اما در ساخت ساختمان‌های با اسکلت بتنی انتخاب بتن و ویژگی‌های آن اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. گر چه اغلب در ساخت این ساختمان‌ها از بتن آماده استفاده می‌شود، اما کیفیت بتن در پای کار ممکن است کیفیت بتن در محل تولید نباشد؛ بنابراین «علاوه بر انتخاب مصالح مناسب در محل تولید مانند استاندارد بودن کیفیت سیمان، کیفیت شن و ماسه، کیفیت آب، کیفیت مواد افزودنی و کیفیت بتن در محل اجرا نیز توجه خاص به عمل آید. » از میان مصالح مختلف ساختمانی هیچ‌یک به‌اندازه سیمان پرتلند عادی، با بی­توجهی و سهل‌انگاری نگهداری نمی‌شود. چه‌بسا در اثر بی‌توجهی در نگهداری گاه مجبور شده‌ایم چندین تن سیمان پاکتی را در گودال‌های بزرگ دفن کنیم. این مصالح جزو مصالح جاذب رطوبت‌اند. آنها رطوبت موجود در هوا را جذب می‌کنند و به‌سرعت دچار فعل‌وانفعالات شیمیایی می‌شوند که این فعل‌وانفعالات بر ساختمان مولکولی آنها تأثیر می‌گذارد و درنهایت از استحکام و تاب آنها در اجرا می‌کاهد. تغییرات شیمیایی ایجادشده همیشه قابل‌رؤیت نیستند و در شکل ظاهری تأثیر چندانی نمی‌گذارند و فقط به هنگام خودگیری است که این تأثیرات به‌صورت زودگیری یا کندگیری بروز می‌کند. سیمان و گچ باید روی بستری از تخته یا الوار، در شرایطی فاقد رطوبت نگهداری شوند. مصالحی که به هر شکل تحت تأثیر رطوبت واقع‌شده‌اند را نباید به‌هیچ‌عنوان مصرف کرد.

درجة حرارت

مراجع معتبر كار اندازه‌گیری و يا ارائه نظريه در ارتباط با درجة حرارت بتن و نحو عمل آن در مقابل آتش را به انجام رسانده‌اند. ميزان درجة حرارت تأثیر زيادي روي خرد گرديدن بتن دارند و در نتيجه نوع آزمايش سوخت انجام گردیده‌شده بر نحو عمل آتش روي بتن سبک در مقایسه با NDC تأثیر می‌گذارد. پوشش عايق بتن سبک بهتر از NDC می‌باشد و اين به خاطر رسانايي گرمايي كمتر از آن می‌باشد و اساتيدي چند معتقدند كه اين حالت در برابر مقاومت در برابر آتش نتیجه مثبت به همراه خواهد داشت، نتیجه آن می‌گردد كه بتن سبک نسبت به NDC به لحاظ مقاومت در برابر آتش و فشار به آن مقدم می‌باشد، درجة حرارت بالا رفته در بتن از قبل فشار دیده‌شده، به‌وضوح براي بتن سبک كمتر می‌باشد. ديگر اساتيد به درجات پایین‌تر بتن سبک اشاره نموده‌اند كه اين درجه حرارت اندكي بالا می‌رود، يكي از اساتيد ادعا می‌نماید كه دماي بالا رفته در بتن سبک حداقل ۲۰ درصد می‌باشد و اين رقم ۲۰ درصدي در مقايسه با بتن NDC در برابر سوخت سلولزي می‌باشد و يكي ديگر از اساتيد نيز به تفلوت حدود ۱۵ درصدي (بر اساس شبیه‌سازی) اشاره می‌دارد.

سوخت هيدروكربني ميزان دما در لایه خارجي بتن بسيار بيشتر از ميزان درجه حرارت در سوخت ايزو می‌باشد، شكل۲ را مشاهده نماييد كه در اين تصوير به قابليت هدايت گرمايي كمتر بتن سبک در مقايسه با NDC  كه منجر به بالا رفتن دما در لایه خارجي بتن سبک می‌گردد، اشاره می‌دارد. و این باعث شكنندگي و خردشدگی بتن سبک می‌گردد، حتي ”مالهوترا”كه به طور كلي درباره مقاومت بتن سبک در برابر آتش نظر مثبت داشت، می‌گوید كه اين بتن نسبت به سوخت ايزو بسيار سریع‌تر گرم می‌گردد و اين باعث خردشدگی وسيع بتن می‌گردد، با شبیه‌سازی و محاسبه افزايش دما در حين سوخت، دماي به‌دست‌آمده، ۱۰ تا ۲۵ دقيقه زودتر از سوخت هیدروکربن در مقایسه با سوخت ايزو به دست می‌آید.

تني چند از اساتيد با عامل حفاظتي غیرفعال در برابر آتش و با سوخت هیدروکربن، تحقيقاتي انجام داده‌اند و درنهایت هدف كاهش بار آتش می‌باشد تا به‌این‌ترتیب از شدت تندي درجه حرارت در نزديك سطح بتن كاسته گردد، نتايج نشان می‌دهند كه اگر عامل حفاظتي در برابر آتش در حين آزمايش سوخت شل نگردد، درجه حرارت در بتن افزايش می‌یابد و مقاومت آن كاسته می‌گردد، يعني اول متوقف و سپس كاسته می‌گردد، به‌عنوان‌مثال بتن بعد از ۲ ساعت سوختن در برابر سوخت هیدروکربن به ۳۰۰ تا ۴۰۰ درجة سانتی‌گراد می‌رسد و اين زماني است كه ضد آتش غیرفعال مورداستفاده قرار گيرد و اگر يك عامل غیرفعال در برابر آتش مناسب به كاربرده شود، هيچ خرده شدگي به وجود نمی‌آید و اين شكستگي در بتن‌هاي نروژی‌ها بسيار مقاوم بتن سبک دیده نمی‌گردد.

 

 

مقاومت باقيمانده

اساتيد بزرگوار بر باقیمانده مقاومت بتن در برابر آتش تأکید نموده و تحقيقاتي را انجام داده‌اند و می‌گویند كه بتن يكي از مقاوم‌ترین مواد در برابر آتش را داراست و بتن سبک بهترین مقاومت را نسبت بهNDC  در برابر آتش از خود نشان می‌دهد، اما اگر در حين سوخت خردشدگي به وقوع بپيوندد، دليل اين عمل احتمالاً تضعيف شديد استحكام بتن در برابر دماي بالا می‌باشد.

تني چند از اساتيد نيز به نظریه باقیمانده مقاومت بتن در حين سوخت ايزو اشاره می‌نمایند و به نظر می‌رسد كه با اين نظر موافق‌اند كه بتن سبک نسبت به NDC در دماي بالاتر مقاومت بيشتري از خود نشان می‌دهند و بر اساس كتاب ساختار بتن مؤلفان داخلي كشور عزيزمان ايران، بتن سبک تا بالاي ۵۰۰ درجة سانتی‌گراد مقاوم می‌باشد و بر اساس محدوديت دما براي NDC، دماي گزارش‌شده ۳۰۰ و یا ۳۵۰ درجة سانتی‌گراد می‌باشد.

در ادامه بررسي پيشنهادات اساتيد داخلي و خارجي به بخشي ديگر از اين نظریه‌ها پرداخته می‌گردد و آن پرداختن به فشار متراكم و تعدیل‌شده در دماي پایین‌تراكم می‌باشد، مطابق نمودار فشار كشش بتن سبک تا ۳۰۰ درجة سانتی‌گراد تغيير می‌نماید، نوع حجم مورداستفاده با توجه به نمودار فشار كشش در حين گرمادهی و بنابراين مقاومت باقيمانده در دماي بالاتر بسيار اهميت دارد، تراكم سيليكوس تأثیر اندكي بر نحو عمل بتن در برابر آتش را به اثبات رسانيده است در حاليكه تراكم ”كالكاروس”بهترين اجراي آزمايش تراكمي را به اثبات می‌رساند.

در تمامي نظریه‌ها و آزمایش‌ها با بتن بسيار مقاوم =w/c) 0. 36 بخار سيليكا ۵ درصدي) كاهش فشار مقاوم و تعدیل‌کننده E در حدود ۳۵-25 درصد در بتن‌هايي با درجة حرارت ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجة سانتی‌گراد را ارائه می‌نماید. به تصوير ۳ توجه نماييد كه بر اساس آن كاهش دما تا ۶۰۰ درجه، سبب كاهش ۵ درصد مقاومت فشاري و ۶۰ درصد مقاومت تعدیل‌کننده E گرديده است و براي NDC اندكي بالاتر می‌باشد.

تا اين لحظه در كل جهان، تنها يك برنامه آزمايشي وجود دارد كه قادر به تعيين ميزان سطح مقاومت باقيمانده در يك نمونه بتن سرد شد بتن سبک بعد از آزمايش سوخت هيدر كربن بر روي آن می‌باشد. اندازه باقیمانده مقاومت در حدود صفر می‌باشد و اين ميزان در هر دو آزمايش بتن سبک با مقاومت سيلندر ۶۰-۴۰ مگا پاسكال قابل‌دسترسی می‌باشد، و با افزودن فيبرPP  به بتن سبک با سيلندر مقاوم ۷۵ مگا پاسكال باقیمانده مقاومت بعد از سوخت هیدروکربن در حدود ۵۰-۴۰ درصد می‌باشد، با استفاده از محافظ غیرفعال در برابر آتش، می‌توان هیچ‌گونه كاهش مقاومتي را در بتن مشاهده ننماييم.

يادآوري بسيار مهم اين می‌باشد كه، در صورتي كه ظرفيت بار وارد به بتن بعد از سوخت ممكن است به طرز قابل‌توجهي كاهش يابد و به‌این‌ترتیب زیان‌های وارده به حداقل خود كاهش می‌یابد.

خواص سنگدانه‌های سبک

مشخصات سنگدانه‌های سبک در استانداردASTM C330 (مشخصات استاندارد برای سنگدانه‌های سبک برای بتن ساختمانی) پیشنهاد و بررسی‌شده است که شامل دانه‌های رس منبسط‌شده در کوره‌های دوار، خاکستر زغال‌سنگ پلت شده است و مواد طبیعی مانند پوکه، اسکوریا، توف و … فرآیند تولید دانه‌های منبسط‌شده بر پایه خاک رس بدین‌صورت است که در کوره‌های دوار حرارت داده می‌شوند تا حجم آنها تقریباً دو برابر شود. این افزایش حجم ناشی از تشکیل گاز در داخل جرم مواد است. با سرد شدن این جرم، حباب‌های گاز تشکیل‌شده مجموعه‌ای از سوراخ‌های تقریباً یکنواخت را ایجاد می‌کنند که اندازه آنها بین 5 تا 300 میکرومتر است. چگالی نسبی جرم نیز پس از سرد شدن از حدود 2.65 به کمتر از 1.55 کاهش می‌یابد. همچنین فرآیند حرارت دادن مواد خام رسی را به مواد سرامیکی شیشه مانند تبدیل می‌کند.