مواد تشکیل دهنده بتن چیست؟

یکی از اصلی ترین مصالح مورد استفاده در انواع پروژه های ساختمانی و به طور کلی عمرانی، بتن (concrete) می باشد؛ بتن در اثر ترکیب 4 ماده اصلی به حالت روان ساخته شده و در گذر زمان سخت و سفت و محکم می شود.

تاریخچه بتن به صد ها سال قبل باز می گردد و اولین بار نیز توسط رومیان باستان کشف گردید.

در این مقاله قصد داریم اجزای اصلی و مواد تشکیل دهنده بتن را به شما عزیزان معرفی نماییم؛ پس تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

بتن چیست؟

در ابتدای این مقاله به معرفی مختصری از بتن می پردازیم.

بتن بسته به نوع ماده به کار رفته در سازه آن انواع مختلفی دارد و با توجه به محل و مقاومت مورد نظر استفاده می شود؛ نوع سیمان بر اساس ویژگی هایی مانند دوام، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت شیمیایی، چگالی و کاربرد انتخاب می شود و از انواع خاصی از سیمان در سازه های مختلف استفاده می شود.

امروزه بتن نه تنها در فرآیند استحکام بخشی ساختمان ها به صورت بلوک های بتنی، دال های بتنی و غیره، بلکه به عنوان یک ماده باربر برای کف، دیوار و نمای بیرونی خانه استفاده می شود. به بتن انتخابی برای نمای خانه، بتن اکسپوز می گویند و قیمت قالب های بتن برای این نوع بتن با بتن معمولی متفاوت است.

لازم به ذکر است که بتن یک ماده قابل بازیافت است که می تواند مجددا برای مصارف مختلف مورد استفاده قرار گیرد. بتن بازیافتی در صنعت ساخت و ساز برای اجرای فونداسیون، در برنامه ریزی شهری برای پوشش پیاده روها و در طراحی داخلی و منظر برای ساخت عناصر تزئینی استفاده می شود.

مواد تشکیل دهنده بتن

به طور کلی مواد تشکیل دهنده بتن را می توان به 4 قسم زیر تقسیم کرد :

• مصالح سنگی (سنگدانه)
• سیمان
• آب
• مواد افزودنی

1- کاربرد مصالح سنگی در بتن

سنگدانه ها در بتن تقریباً 75 درصد حجم آن را تشکیل می دهند، بنابراین کیفیت آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در واقع خواص فیزیکی، حرارتی و برخی خواص شیمیایی آنها بر عملکرد بتن تأثیر می گذارد.

دانه های سنگ طبیعی معمولاً در اثر هوازدگی و فرسایش یا خرد شدن مصنوعی سنگ های مادر به وجود می آیند. البته این مقاله نباید در مورد انباشته ها غافل شود.

اگر سطح سنگدانه با گل پوشانده شده باشد، سطح آن نیز در صورت امکان تمیز و در صورت لزوم شسته شود.

اندازه سنگدانه های بتن

بتن عمدتاً از سنگدانه هایی با اندازه های مختلف با حداکثر قطر 10 میلی متر تا 50 میلی متر ساخته می شود. به طور متوسط ​​از یک چهارم سنگ استفاده می شود. توزیع اندازه ذرات به عنوان (گرانولاسیون سنگدانه) شناخته می شود. به طور کلی دانه های بزرگتر از چهار یا پنج میلی متر را ماسه و دانه های کوچکتر را ماسه می نامند. حد پایین ماسه معمولاً 0.07 میلی متر یا کمتر است. موادی با قطر 0.06 میلی متر تا 0.02 میلی متر سیلت و مواد کوچکتر را رس می نامند. گل ماده نرمی است که حاوی مقادیر نسبتاً مساوی ماسه، سیلت و خاک رس است.

طبقه‌بندی سنگدانه ها براساس شکل ظاهری

• بر اساس استاندارد ASTM سنگ ها بر اساس شکل ظاهری به پنج گروه گوشه کاملا گرد، گوشه گرد، گوشه نسبتا گرد، گوشه نسبتا تیز و گوشه تیز تقسیم می شوند.
• در استاندارد BS این اصطلاحات عبارتند از: لبه گرد، نامنظم-نامنظم، پوسته پوسته، لبه تیز، بلند، پرک بلند.

تأثیر سنگدانه‌ها بر مقاومت بتن چیست؟

سنگدانه های بتن باید به گونه ای دانه بندی شوند که اسکلت پر و حفره های کمی داشته باشد و بیشترین وزن مکانی (وزن فضایی بیش از 1.5 تن در متر مکعب) باشد. دانه ها به گونه ای مخلوط می شوند که فضای خالی همیشه به حداقل مقدار کاهش می یابد تا از حداقل سیمان استفاده شود. برای این منظور دانه بندی باید خوب و پیوسته باشد.

به طور کلی تراز باید به گونه ای باشد که 95 درصد از سیم 76.4 میلی متری و تمام دانه ها از سوراخ 9.5 میلی متری عبور کنند. درباره شن، سایه شن است. این بدان معناست که 90٪ آن باید در 4.76 میلی متر باشد. و باز هم قطر دانه آن برای چیزهای معمولی نباید از 70 میلی متر بیشتر شود (اعداد ذکر شده برای چیزهای معمولی صدق می کند).

در این مورد روش ها و جداول خاصی برای تعیین طبقه بندی وجود دارد که مهندسان را در انتخاب سنگدانه های بتن یاری می رساند.

به طور کلی، مقاومت سنگدانه ها باید بیشتر از مقاومت بتن باشد. علت این تنش ها سطح تماس سنگدانه است که بسیار بیشتر از تنش فشاری اعمال شده است.

استحکام سنگدانه ها به ترکیب ساختار داخلی و بافت سطح آنها بستگی دارد. بنابراین استحکام پایین سنگدانه ها ممکن است به دلیل ضعیف بودن ذرات تشکیل دهنده آنها یا عدم چسبندگی کافی بین ذرات باشد و مقاومت فشاری رضایت بخشی سنگدانه ها به طور متوسط ​​200-800 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است. سختی، یعنی مقاومت در برابر سایش، یکی از مهمترین خواص بتن مورد استفاده در سطوح بتنی راه و کف ساختمانها و کارگاهها است که به سختی سنگدانه بستگی دارد.

نباید از 3 درصد ذرات خاک رس و ماسه طبیعی تجاوز کند محتوای آن برای ماسه شکسته تا 10٪ مجاز است قبل از استفاده از ماسه باید نمونه را در استوانه شیشه ای ریخته و آب اضافه کرده و حجم مربوطه را بدست آورید.

اگر خاک خیلی سنگین باشد، بتن از خاک رس ساخته می شود که آب را جذب می کند، دانه های سنگ را می پوشاند و از چسبیدن الیاف سیمان به بدنه جلوگیری می کند. در نتیجه خمش بتن کاهش می یابد. بیشتر نمک ها به بتن آسیب می رسانند و درخشندگی آن را کاهش می دهند.

برای جلوگیری از این مشکل، دانه های سنگ را قبل از استفاده با آب تمیز به خوبی می شویند. این عمل نباید منجر به جدا شدن دانه های کوچک از دانه های بزرگ شود. و در نتیجه آگلوتیناسیون دانه های سنگی شکسته می شود. از جمله افزودنی های سنگی که باعث اختلال در تجمع بتن روی خاک رس می شود می توان قلیایی ها، سنگ های گوگردی، سبزیجات و مواد آلی را برشمرد.

قرص های سنگ یخ باید قبل از استفاده گرم شوند تا بسوزانند.

2- کاربرد سیمان در بتن

سیمان مخلوطی از خاک رس، سنگ آهک و خاک رس به نسبت 3:1 است.

سیمان پرتلند اغلب برای ساخت بتن استفاده می شود. از مواد دیگر نیز می توان به عنوان سیمان استفاده کرد. یکی از پرکاربردترین سیمان های جایگزین در بتن آسفالت استفاده می شود. سایر مواد سیمانی مانند خاکستر بادی یا سیمان سرباره نیز گاهی اوقات به عنوان افزودنی های معدنی استفاده می شوند. این کاربرد می تواند از طریق پیش اختلاط با سیمان یا اعمال مستقیم روی بتن باشد.

سیمان پرتلند رایج ترین نوع سیمان است. این ماده جزء اصلی بتن، ملات و بسیاری از گچ ها می باشد. در بین تمام اجزا، تولید سیمان به انرژی بیشتری نسبت به سایر اجزا نیاز دارد.

سیمان برای ساخت بتن انواع مختلفی دارد که در ادامه به معرفی آنها می پردازیم.

سیمان های مورد استفاده در بتن

۱– سیمان نوع اول (سیمان پرتلند معمولی)

این سیمان یکی از رایج ترین و پرمصرف ترین سیمان ها می باشد و اکثر کارخانه های سیمان معمولاً این سیمان را تولید می کنند.

این سیمان در شرایط آب و هوایی معمولی استفاده می شود و در اکثر کارهای ساختمانی مانند پل ها، تونل ها و سایر سازه های بتنی مجاز است.

این سیمان مقاومت سولفاتی بالایی ندارد، بنابراین نباید در ساخت ستون ها و پی پل ها در تماس با دریا یا آب سولفاته از آن استفاده کرد.

۲– سیمان نوع دوم (سیمان متوسط پرتلند اصلاح شده)

این نوع سیمان کندگیر کننده بوده و حرارت هیدراتاسیون آن کم است، بنابراین برای بتن های هوای گرم و بتن حجیم مناسب است و در برابر حمله خفیف سولفات مقاوم است.

از این نوع بتن برای ساخت کانال های فاضلاب و … استفاده می شود.

۳– سیمان نوع سوم (سیمان زودگیر)

این نوع سیمان سریع گرفتن بتن کمک می کند و برای بتن ریزی در هوای سرد مناسب است، زیرا تحت تأثیر واکنش هیدراتاسیون حرارت قابل توجهی تولید می کند و همچنین برای تعمیر مستقیم قطعات بتنی استفاده می شود.

۴– سیمان نوع چهارم (سیمان دیرگیر)

این نوع بتن همچنین زمان گیرش بالایی دارد و در اجرای بتن حجیم و دیوارهای بلند نباید از اتصال سرد استفاده کرد (اتصال سرد زمانی اتفاق می افتد که بین دو قطعه بتن و سیمان اول فاصله زمانی وجود داشته باشد. سفت می شود).

از این نوع سیمان می توان برای کاهش تنش حرارتی در سازه های بتنی بزرگ مانند پی سدها و پل های بزرگ استفاده کرد. استفاده از سیمان نوع 4 باعث می شود دمای بتن کمتر از بتن ساخته شده با سیمان نوع 1 باشد (سیمان نوع 4 هم گرمای کمتری تولید می کند و هم این گرما را برای مدت طولانی تری آزاد می کند) و باز هم زمان آماده سازی بتنی و طولانی، در این مدت تبادل حرارت بتن در نواحی اطراف صورت می گیرد.

لازم به ذکر است که برای جبران تنش حرارتی بتن می توان از افزودنی های اضافی استفاده کرد.

۵– سیمان نوع پنجم (سیمان ضد سولفات)

در پروژه اختلاط بتن و ملات از این نوع سیمان استفاده می شود که به شدت بر حمله سولفات ها تاثیر می گذارد.

مقاومت کمی در برابر انواع اسیدها و نمک های کلرید دارد.

رنگ آن تیره تر از سیمان های دیگر است.

در محیط های آلوده به سولفات ها و کلریدها نباید از این نوع سیمان در برنامه اختلاط استفاده شود و به جای آن از سیمان نوع 2 استفاده شود.

تاثیر آب در طرح اختلاط بتن

هنگامی که آب با سیمان ترکیب می شود، فرآیندی به نام هیدراتاسیون رخ می دهد. این فرآیند شیمیایی باعث سفت شدن مخلوط سیمان می شود. مخلوط آب و سیمان فضاهای بین سنگدانه ها را پر کرده و آنها را به هم می چسباند. اگر مقدار آب مصرفی نسبت به سیمان کم باشد، بتن استحکام بیشتری پیدا می کند، اما اگر زیاد باشد، ریزش بتن افزایش می یابد.

هنگام اختلاط بتن، آب مصرفی نقش بسیار مهمی ایفا می کند، بنابراین آبی که به عنوان ماده بتن استفاده می شود باید نرم و عاری از روغن، سولفات، نمک، اسید باشد. زیرا وجود مواد افزودنی دیگر در آب مصرفی می تواند بر مقاومت بتن تاثیر بگذارد.

همچنین هر آبی با PH بین 5 تا 8 برای تولید بتن بسیار مناسب است. البته به شرطی که شور نباشد. مقدار آب مصرفی نیز باید استانداردهای خاصی را داشته باشد تا مخلوط بتن کاملا آماده شود.

4- کاربرد مواد افزودنی در تهیه بتن

علاوه بر مخلوط بتن، برخی از انواع افزودنی ها نیز اضافه می شود. این ترکیبات به دو گروه ترکیبات شیمیایی و ترکیبات معدنی تقسیم می شوند. اختلاط این مواد در بتن تأثیر بسیار مهمی دارد. در بتن تمام شده، افزودنی های شیمیایی:

1- دستگاه حباب سازی

2- مصالحی که مصرف آب را هنگام اختلاط بتن کاهش می دهد

3- عوامل کاهش گیرش بتن

4- موادی که سخت شدن بتن را تسریع می کنند

مکمل های معدنی نیز شامل:

رنگدانه ها برای بتن رنگی کاربرد دارد و نقش دیگری ندارد. در واقع برای رنگ بتن مورد نظر استفاده می شود. مهمترین رنگدانه ها اکسید آهن و اکسید کرم هستند که می توان از آنها برای ساخت بتن های سبز، قرمز و زرد استفاده کرد.

پوزولان ها: پلارونی است که برای کاهش استفاده از سیمان و جلوگیری از هدر رفتن رطوبت بتن استفاده می شود که مهم ترین آن خاکستر بادی است.

دلایل استفاده از بتن

بتن یکی از متداول ترین و پرمصرف ترین مصالح در سرتاسر جهان است و قابلیت ها و مزایای منحصر به فرد آن باعث شده تا این ماده به بادوام ترین مصالح ساختمانی تبدیل شود. از جمله دلایلی که بتن را به یک ماده پایدار در صنعت ساختمان تبدیل کرده است، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- دوام و طول عمر بالا

در هنگام تولید و فرآوری سیمان با توجه به شرایط آب و هوایی و مقاومت مورد نظر قوانین خاصی رعایت می شود. بنابراین بتن ساخته شده بر اساس تمامی ضوابط مستحکم و پایدار بوده و سالها بدون آسیب به همان شکل اولیه باقی می ماند. مقاومت بتن در برابر بسیاری از چیزها بسیار بالاست، بنابراین می توان از مقاومت و دوام آن مطمئن بود. یکی از کاربردهای بتن استفاده از آن در اجرای موانع بتنی است. بتن نوعی سازه از بتن و فولاد است که برای ایجاد سقف یا کف استفاده می شود. استحکام این سازه به دلیل استفاده از سیمان در آن بسیار بالاست.

2- قابلیت دسترسی آسان

مواد مورد استفاده برای ساخت بتن به راحتی در دسترس هستند. به عنوان مثال ماسه که یکی از مواد اصلی بتن است در همه کشورها یافت می شود. همچنین مواد اولیه بتن را می توان با قیمت مناسب تهیه کرد.

3- مقاومت در برابر حرارت

بتن مقاومت بسیار بالایی در برابر آتش و گرما دارد. در ساختمان هایی که با بتن مسلح ساخته می شوند، در صورت وجود پوشش محافظ روی بتن، ساعت ها در برابر آتش مقاومت می کند.

4- شکل پذیری ایده آل

بتن روان است و وقتی به هر شکلی ریخته شود شکل خود را می گیرد. بنابراین می توان از بتن در مکان های مختلف استفاده کرد.

5- مقاومت فشاری بسیار بالا

مقاومت فشاری بتن بسیار بالاست، بنابراین این ماده در تمامی ساختمان ها قابل استفاده است.

بتن می تواند فشار بسیار بالایی را تحمل کند و خراب نمی شود.

6- آزمایش های ساده و کم هزینه

یکی از بزرگ ترین مزیت های بتن، آزمایش های ساده و ارزان آن می باشد.

به همین جهت در بسیاری از دانشگاه های کشور آزمایشگاه های تکنولوژی بتن وجود دارد و در آن آزمایش هایی مثل آزمایش لس آنجلس و همچنین آزمایش بالن لوشاتلیه انجام می گیرد.