بتن‌های سبک و سبک سازی سازه‌ها
پيشرفت در تكنولوژى و همچنين نياز بشر به سازه‌هاى گوناگون باعث شده تا تحقيقات وسيعى بر روى خواص و رفتار مواد صورت گيرد كه بالطبع نتيجه آن ابداع گونه‌هاى مختلف سازه‌ها و بهره‌گيرى از مواد گوناگون است. اين امر در مورد سازه‌هاى ساخته شده از بتن و فولاد نيز صادق بوده و تا‌كنون بتن‌هاى گوناگونى ابداع و به بازار عرضه شده‌اند. بتن را از نظر وزن مخصوص مى‌توان به سه دسته تقسيم نمود.
- بتن معمولى
- بتن‌های سبک
- بتن سنگين
بتن معمولی
بتنى است است كه به صورت عادى با سيمان‌هاى معمولى تيپ (I ) تا تيپ (V ) پرتلند ساخته مىشود. اين بتن داراى وزن مخصوصى برابر با ۲۲۰۰ الى ۲۵۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب هستند. (معمولاً ۲۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب) و اين تفاوت از ۲۲۰۰ تا ۲۵۰۰ در وزن مخصوص، ناشى از جنس دانه‌ها و تراكم بتن است.
بتن‌های سبک (Light weight Concrete )
بر اساس تعريف موسسه ACI بتن‌های سبک بتنى كه وزن مخصوص آن بطور محسوسى كمتر از وزن مخصوص بتن معمولى است و با سنگدانه‌هاى طبيعى يا شكسته ساخته مىشود. بتن‌های سبک اغلب به عنوان جايگزينى مناسب و مكمل براى بتن معمولى و به منظور كاهش وزن سازه به كار مى‌رود. هر چند مقاومت فشارى نهايى آن، در مقايسه با بتن‌هاى معمولى مقدار كمترى است. معمولاً افزايش هزينه ناشى از اعمال تمهيدات ويژه در ساخت بتن‌های سبک به ازاى هر متر مكعب، با كاهش بار مرده و افزايش مقاومت بتن در مقابل آتش سوزى جبران مىشود. كاهش بار مرده در سازه موجب كاهش ابعاد پى ساختمان، كاهش ابعاد پى‌هاى منفرد و كاهش عرض پى‌هاى زير ديوار، ابعاد ستون‌ها، تيرها و همچنين كاهش ضخامت سقف میشود. اين كاهش در جرم بتن مصرفى موجب صرفه جويى در هزينه ساخت اعضاى فوق الذكر و جبران اضافه هزينه ناشى از ساخت بتن‌های سبک خواهد شد. علاوه بر اين، ميزان عايق سازى صوتى و حرارتى آن به گونه‌اى است كه در اكثر موارد استفاده از لايه‌هاى اضافى جهت عايق بندى جزيى يا كلى را منتفى مى‌سازد، كه خود از لحاظ اقتصادى به صرفه خواهد بود.
طبقه بندى بتن‌های سبک
- طبقه بندى بتن‌های سبک بر اساس زمينه‌هاى كاربرد آن
- طبقه بندى براساس روش دستيابى به سبکى (روش دستيابى به جرم حجمى كم)
از آنجا كه جرم حجمى در بتن‌های سبک معيار اصلى شناسايى آنست، اكثر استانداردها و آئين نامه‌هاى جهانى، حد بالاى جرم حجمى خشك بتن سبک را حدود ۱۹۰۰ الى ۲۰۰۰ كيلو گرم بر متر مكعب و حد پايين جرم حجمى بتن سبک را حدوداً ۳۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب قيد نموده اند. راهنماى بتن سبکدانه انجمن بتن آمريكا (ACI ) در تقسيم بندى براساس زمينه‌هاى كاربرد آن تقسیم بندی شده‌اند.
زمينه‌هاى كاربرد بتن‌های سبک
بتن‌های سبک سازه‌اى
بتن‌های سبک سازه‌اى داراى مقاومت و وزن مخصوص كافى بوده، به گونه‌اى كه كاربرد آنها را در اعضاى سازه‌اى مجاز مى‌سازد. در بعضى حالات امكان افزايش مقاومت تا ۶۰ نيوتن بر ميليمتر مربع نيز وجود دارد. در مناطق زلزله خيز، آيين نامه‌ها، حداقل مقاومت فشارى بتن سبک را به ۲۸ نيوتن بر ميليمتر مربع محدود مى‌كنند. در بتن‌های سبک سازه‌اى از سنگدانه‌هايى استفاده مىشود كه حصول مقاومتى بيش از ۱۷ نيوتن بر ميلى متر مربع و جرم مخصوص كمتر از ۱۹۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب (البته اسماً بزرگتر از ۱۴۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب) را امكان پذير سازند. سنگدانه‌هايى كه اين شرايط را عموماً برآورده مى‌كنند و سنگدانه‌هايى كه طبق استاندارد ASTN – C330 براى ساخت بتن سبک سازه‌اى مورد استفاده هستند، شامل شيل، رس و اسليت منبسط شده در فرايند كوره دوار، فرايند تفتيدن ،سرباره‌هاى منبسط شده، پوكه‌هاى معدنى،پوكه‌هاى صنعتى، خاكستر بادى تفتيده هستند.
مقاومت بتن دانه سبک، تابعى از جرم مخصوص آنها است. بايد توجه داشت كه جرم مخصوص بتن، عمدتاً متأثر از جرم مخصوص سنگدانه مصرفى است، به گونه‌اى كه استفاده از مصالح ساختمانی سبکتر، موجب كاهش وزن مخصوص بتن خواهد شد، ولى استفاده از مصالح سنگين‌تر از نوع سبک، لزوماً موجب افزايش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد گشت. بيشترين مقاومت براى بتن با استفاده از شيل، رس و اسليت منبسط شده در فرايند كوره دوار به دست مى‌آيد. در ساخت و توليد اين سنگدانه‌هاى مخصوص، مصالح خام مورد استفاده، بايد داراى خاصيت انبساط و شيشه‌اى شدن (اصطلاحاً هم جوش شدن) در اثر حرارت ذوب باشند.
بتن‌های سبک نيمه سازه‌اى
اين نوع بتن از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشارى در محدوده بتن‌های سبک سازه‌اى و بتن‌سبک غيرسازه‌اى قرار دارد، به گونه‌اى كه مقاومت فشارى آنها بين ۷ الى ۱۷ نيوتن بر ميليمتر مربع و جرم مخصوص آنها ۸۰۰ الى ۱۲۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب است. بتن سبک نيم سازه‌اى با سنگدانه‌هاى توليد شده از روش‌هاى تكليس (آهكى شدن)، سنگدانه كلينكر، محصولات منبسط شده‌اى نظير سرباره‌هاى منبسط شده، خاكستر بادى، شيل و اسليت يا سنگدانه‌هاى توليدى از مصالح طبيعى، مانند پوكه سنگ آذرين، سنگ‌هاى آذرين متخلخل يا توف، ساخته مى‌شوند.
با تجديد نظر و اصلاح تركيبات تشكيل دهنده بتن‌های سبک، مى‌توان ساخت بتن‌هاى نيمه سازه‌اى را با سنگدانه‌هايى نظير پرليت، الياف پلى استايرن و كف‌هاى اسفنجى گسترش داد. مقاومت بتن به طور معمول تابعى از وزن مخصوص آن است. كاربرد مواد افزونى نظير تسريع كننده‌ها و روان كننده‌ها (مواد كاهش دهنده آب)، مى‌تواند در تغيير مقاومت بتن‌هاى ساخته شده با سنگدانه‌هاى مذكور مؤثر باشد.
بتن‌های سبک غيرسازه‌اى
اين بتن براى مقاصد پركننده و عايق بندى حرارتى و جدا كننده‌هاى سبک (تيغه‌هاى جداساز و عايق‌هاى صوتى در كف) مورد استفاده قرار مى‌گيرند. داراى جرم مخصوصى كمتر از ۸۰۰ كيلوگرم بر متر مكعب بوده و با وجود جرم مخصوص كم، مقاومت فشارى آن مى‌تواند تا ۷ نيوتن بر ميليمتر مربع باشد. مزيت عمده اين نوع بتن شامل كاهش هزينه لازم براى تهويه گرمايى يا سرمايى فضاها و كاهش انتقال صوت بين طبقات و فضاهاى ساختمان است. بتن‌های سبک غيرسازه‌اى براساس تركيب ساختمان خود، مى‌توانند به دو گروه جداگانه تقسيم بندى شوند.
بتن‌هاى اسفنجى
بتن‌های اسفنجی كه در حين ساخت آنها با استفاده از ايجاد كف، حباب‌هاى هوا در خمير سيمان يا در ملات سيمان – سنگدانه، ايجاد میشود. كف مورد نظر يا از طريق مواد كف‌زا (در حين اختلاط) توليد شده و يا به صورت كف آماده به مخلوط اضافه مىشود. بتن اسفنجى مى‌تواند جرم مخصوصى تا حدود ۲۴۰ كيلوگرم بر متر مكعب نيز داشته باشد.
بتن با سنگدانه‌هاى سبک
بتن با سنگدانه‌هاى سبک يا به اختصار بتن‌هاى دانه سبک با استفاده از پرليت يا ورميكوليت منبسط شده يا الياف‌هاى منبسط شده پلى استر، ساخته مى‌شوند. جرم مخصوص خشك اين مخلوط بين ۲۴۰ تا ۹۶۰ كيلوگرم بر متر مكعب است. امروزه، اضافه كردن ريزدانه‌هايى با وزن معمولى به مخلوط بتن‌های سبک، جهت بهبود خواص خزشى آن، مد نظر است. استفاده از ماسه با وزن معمولى، موجب افزايش وزن بتن و مقاومت آن خواهد شد، ليكن به منظور حصول خواص عايق بندى حرارتى (ضريب انتقال حرارت پايين)، حداكثر جرم مخصوص به ۸۰۰ كيلوگرم در متر مكعب محدود مىشود. هنگام ساخت و استفاده از بتن سبک غيرسازه‌اى، معمولاً علاقه مند هستيم كه با كاهش وزن، خصوصيات حرارتى را افزايش دهيم، ولى بايد توجه داشت، كه با كاهش هر چه بيشتر وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نيز كاهش مى‌يابد. بهينه سازى پارامترهاى فوق الذكر هنگامى كه مقتضيات ويژه‌اى وجود دارد، در ساخت بتن سبک غیرسازه‌اى مهم و ضرورى است.
طبقه بندى انواع بتن‌های سبک بر اساس روش دستيابى به سبکى (روش دستيابى به جرم حجمى كم)
اصول اوليه و روش پايه براى دستيابى به بتن‌های سبک، ايجاد تخلخل در بتن است. لذا بتن سبک را مى‌توان از نقطه نظر مواد بكار برده شده و روش دستيابى و شيوه توليد آن به سه ر وش عمده تقسيم بندى نمود.
- كاربرد سنگدانه‌هاى متخلخل در بتن به نام بتن‌های سبک دانه (Light weight Aggregate Concrete)
- ايجاد تخلخل در خمير سيمان بتن كه به عنوان بتن اسفنجى يا سلولى مطرح است (Aerated or cellular concrete)
- ايجاد تخلخل و فضاى خالى در بتن از طريق حذف ريزدانه‌ها بنام بتن بدون ريزدانه (No fine concrete)
