بتن چیست و از چه چیزی ساخته شده است؟
یکی از سوالات رایجی که در دنیای ساختمان به ذهن میرسه، این است که بتن چیست و از چه چیزی ساخته شده است؟ ببینید دوستان، بتن جزو یکی از اصلی ترین مصالح ساختمان سازی محسوب میشه که از ترکیب چند ماده ساخته میشه. بتن یه ماده ساختمونی خیلی پرکاربرده که از قاطی کردن سیمان، سنگدانه‌ها (شن و ماسه) و آب با هم درست میشه و بعد یه مدت سفت و محکم میشه، جوری که مثل سنگ میشه و حسابی مقاومه. جالبه که بدونید، سیمان فاسد شده یا کهنه می‌تواند مقاومت نهایی بتن را به شدت کاهش دهد. در ادامه مفصل در مورد اینکه چگونه بتن ساخته میشه و طرز تهیه بتن چجوریه، توضیح داده ایم.
بتن چگونه ساخته میشود؟
بتن به انگلیسی میشه، Concrete. این مصالح ساختمانی، کلاً از چهار تا بخش اصلی درست شده:
۱-سیمان، از اصلی ترین ماده ساخت بتن:
از اصلی ترین مصالح برای ساخت بتن های مقاوم، سیمان است. سیمان پرتلند همون چیزیه که همه چی رو به هم می‌چسبونه. مقدار سیمان و نوع سیمان و کیفیت سیمان در کیفیت بتن خیلی خیلی تاثیر گذار است. این پودر خاکستری وقتی با آب قاطی میشه، یه خمیر درست میکنه که چسبناکه. سیمان رو از ترکیب آهک و خاک رس (گاهی وقتا هم سیلیس، آلومینا و آهن) تو دمای خیلی بالا میسازن.
برای ساخت بتن، باید سیمان بتن نه خیلی کم باشه نه خیلی زیاد. اگه کم باشه، سنگا بهم نمی‌چسبن و بتن ضعیف میشه، اگه هم خیلی زیاد باشه، پولت هدر میره و مقاومت بتن هم بیشتر نمیشه.
۲-آب، مواد رایجی که برای ساخت بتن استفاده میشه:
آب تو یه واکنش شیمیایی با سیمان (که بهش هیدراتاسیون میگیم) خیلی مهمه. این واکنش شیمیایی باعث میشه خمیر سیمان سفت و محکم بشه و در نهایت بتن رو تشکیل بده. اینکه چقدر آب به سیمان اضافه کنی، خیلی رو مقاومت و چطوری کار کردن با بتن نهایی تاثیر میذاره. برای مثال اصلی ترین ویژگی اب برای ساخت بتن، میزان خالص بودن آن است، چون اگه ناخالصی داشته باشه، هم ممکنه سیمان درست نگیره، هم بتن ضعیف شه و حتی آرماتورها زنگ بزنن. معمولاً آبی که میشه نوشید برای بتن خوبه، یعنی مواد جامدش خیلی کم باشه. البته همیشه هم اینجوری نیست، گاهی آب آشامیدنی هم ممکنه برای بتن خوب نباشه. در کل، اگه آب بین pH 6 تا ۸ باشه و شور نباشه، میشه ازش برای بتن استفاده کرد.
۳-سنگدانه‌ها، برای ایجاد مقاومت در بتن:
سنگدانه‌ها شامل ماسه (که ریزتره) و شن یا قلوه‌سنگ (که درشت‌تره) میشن. اینا حدود ۶۰ تا ۷۵ درصد حجم بتن رو پر میکنن. سنگدانه‌ها به بتن مقاومت، پایداری و حجم میدن و نمیذارن بتن تو اثر تغییر دما و رطوبت خیلی بزرگ و کوچیک بشه.
۴-افزودنی‌ها (اختیاری)، برای ایجاد خواص بیشتر در ساخت بتن:
افزودنی که انتخاب میشه به اینکه بتن رو برای چی بخوای و چه کاربردی داشته باشه، بستگی داره. ممکنه یه سری مواد افزودنی دیگه هم بهش اضافه کنن. برای مثال مواد افزودنی برای ایجاد مقاومت، افزایش عمرش، ضد آب بودنش بسته به پروژه انتخاب میشه. مثلاً میتونن روان‌کننده، دیرگیرکننده، زودگیرکننده، حباب‌ساز یا الیاف مختلف (مثل الیاف فلزی یا پلاستیکی) باشن.
وقتی این مواد رو با نسبت‌های دقیق با هم مخلوط میکنن، خمیر سیمان دور سنگدانه‌ها رو میگیره و جاهای خالی بینشون رو پر میکنه. بعدش با گذشت زمان و از طریق فرآیند هیدراتاسیون، این مخلوط سفت میشه و به یه بتن مقاوم و بادوام تبدیل میشه که امروزه تو ساخت انواع سازه‌ها مثل ساختمون‌ها، پل‌ها، جاده‌ها و سدها خیلی استفاده میشه.
درصد مواد تشکیل دهنده بتن چیست؟
درصد مواد تشکیل‌دهنده بتن به طور معمول به شرح زیر است:
سیمان : حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد
ماسه: حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد
شن: حدود ۳۰ تا ۳۵ درصد
آب: حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد
نسبت معمول شن به ماسه در بتن تقریباً ۳ به ۲ یا ۲ به ۱ است. به عبارت دیگر، تقریباً ۱۸۰۰ کیلوگرم شن و ماسه در هر متر مکعب بتن (با وزن تقریبی ۲۴۰۰ کیلوگرم) استفاده میشود.
مقدار آب در ساخت بتن چقدر باید باشه؟
همانطور که گفتیم، اب از اصلی ترین مواد برای ساخت بتن است. برای اینکه سیمان در بتن کاملاً واکنش بده و بچسبه، یه نسبت مشخصی از آب لازمه که بهش میگن “نسبت آب به سیمان“. این نسبت برای سیمان‌های معمولی حدود ۲۵ درصد وزنی سیمانه. اما خب، با این مقدار آب، بتن خیلی خشک میشه و نمیشه خوب باهاش کار کرد و تو قالب ریخت. در کتاب آیین نامه بتن ایران، در این مورد کامل توضیح داده شده است. نیاز است که تمامی مهندسی عمران و معماری و شهرسازی، این کتاب را بخوانند.
دقت داشته باشید که در کارگاه‌های ساختمانی آب بیشتری اضافه میکنیم تا بتن “کارایی” لازم رو پیدا کنه، یعنی راحت‌تر بشه باهاش کار کرد و شکلش داد. اما اینجاست که یه نکته خیلی مهم پیش میاد: سنگدانه‌ها (همون شن و ماسه) خودشون یه مقداری رطوبت دارن! زمانی که برای ساخت بتن میخواهیم آب اضافه کنیم، باید به این رطوبت موجود تو سنگدانه‌ها هم باشه. این رطوبت اضافی (یا حتی اگه سنگدانه‌ها خشک باشن، کمبود رطوبتشون) از یه حالتی به اسم “اشباع با سطح خشک” (SSD) محاسبه میشه. یعنی اگه سنگدانه‌ها از این حالت مرطوب‌تر باشن، آب اضافه دارن و باید از آب مصرفی کم کنیم، و اگه خشک‌تر باشن، باید آب بیشتری اضافه کنیم.
در واقع، این اضافه کردن آب برای کارایی، باعث میشه نسبت آب به سیمان واقعی تو بتن معمولاً بیشتر از ۲۵ درصد بشه. طبق آیین نامه بتن ایران که در ۴ جلد بیرون آمده، کنترل دقیق این نسبت و در نظر گرفتن رطوبت سنگدانه‌ها خیلی مهمه، چون هم رو کارایی بتن تازه تاثیر میذاره، هم رو مقاومت نهایی و دوام بتن سفت شده. اگه آب خیلی کم باشه، بتن سفت و غیرقابل کار میشه و اگه خیلی زیاد باشه، بتن رقیق میشه و مقاومت نهاییش کم میشه. پس یه تعادل درست بین آب و سیمان، راز یه بتن باکیفیته!
چه چیزهایی روی مقدار آب در ساخت بتن تاثیر میگذارد؟
مقدار آبی که تو بتن استفاده میشه، خیلی روی مقاومتش تأثیر داره. علاوه بر املاح و سختی خود آب (که قبلاً در موردش حرف زدیم)، یه سری چیزای دیگه هم هستن که رو اینکه چقدر آب لازم داریم، اثر میذارن:
غلظت بتن: اینکه بتن چقدر باید شل یا سفت باشه، مقدار آب رو تعیین میکنه.
اندازه و نوع سنگدانه‌ها: برای مثال هرچی سنگدانه‌ها درشت‌تر باشن، معمولاً آب کمتری لازم داریم.
نمناکی مصالح سنگی: اگه سنگدانه‌ها خودشون مرطوب باشن، باید آب کمتری اضافه کنیم.
شکل و زبری سطح سنگدانه‌ها: سنگدانه‌های گرد و صاف، آب کمتری نسبت به سنگدانه‌های گوشه‌دار و زبر نیاز دارن.
شرایط محیطی: برای مثال در هوای گرم و خشک، آب بتن زودتر تبخیر میشه، پس ممکنه به آب بیشتری نیاز باشه.
مقدار سیمان: مشخص است که هرچی سیمان بیشتری استفاده کنیم، معمولاً به آب بیشتری هم نیاز داریم تا واکنش بده. در پستی دیگر مفصل در مورد سیمان توضیح داده ایم.
نوع قالب: در زمانی که بتن ساخته میشود، از قالب استفاده شده. حالا اگر قالب‌های چوبی مقداری از آب بتن رو جذب میکنن، در حالی که قالب‌های فلزی اینطور نیستن. پس تو قالب چوبی ممکنه کمی آب بیشتری لازم باشه.
چرا وجود سنگدانه (شن و ماسه) برای اینکه بتن ساخته شود، مهم است؟
سنگدانه‌ها، یعنی شن و ماسه، حدود ۷۰ درصد حجم بتن رو تشکیل میدن! یعنی یه بخش خیلی بزرگ از بتن رو همینا میسازن. کلی از ویژگی‌های بتن مثل مقاومتش، به همین سنگدانه‌ها ربط داره. پس اگه بتن مقاومتی داره، بخش زیادیش بخاطر وجود همین سنگدانه‌هاست که تو مخلوطش هستن. این سنگدانه‌ها یا طبیعی از خرد شدن سنگ‌ها بدست میان یا اینکه خودمون با دستگاه خردشون میکنیم. در زمان تهیه بتن، کیفیت سنگدانه نیز مهم است.
شکل و اندازه سنگدانه‌ها طی تهیه بتن، خیلی مهمه و روی اینکه آب چقدر تو بتن نفوذ کنه، تاثیر میذاره. مثلاً ماسه ذرات ریزیه که از یه الک خاص رد میشه ولی رو یه الک دیگه میمونه، ولی شن باید درشت‌تر باشه و رو اون الک اولی بمونه.
یه نکته خیلی مهم دیگه هم اینه که سنگدانه‌هایی که برای ساختن بتن استفاده میکنیم باید سالم باشن و پوسیدگی نداشته باشن. باید مقاوم باشن، یعنی آب و یخبندان و مواد شیمیایی روشون تاثیر نذاره، نباید تو آب حل بشن یا باهاش قاطی بشن، یا به قول معروف متخلخل نباشن. تازه، باید تمیز باشن و هیچ مواد اضافی مثل مواد آلی، خاک رس یا گردوخاک نداشته باشن. چرا؟ چون این چیزای اضافی نمیذارن سیمان خوب به سنگدانه‌ها بچسبه. اگه خاک رس توشون باشه، آب بتن رو می‌کشه و باعث میشه سیمان خشک بشه و خوب عمل نکنه. راستی میتوانید سری به کتاب مبحث نهم نیز بزنید.
برای تهیه بتن از چه افزودنی‌هایی (Admixtures) استفاده میشود؟
افزودنی‌ها در تهیه بتن، در واقع موادی هستن غیر از سیمان، سنگدانه و آب، اگر یک بتن معمولی با مقاومت نسبت نرمال بخواهید، نیازی به افزودنی ندارید ولی بسته به پروژه، افزودنی مورد نیاز برای تهیه بتن ضروری است. این افزودنی ها به صورت پودر یا مایع، به بتن اضافه میکنند. کارشون هم اینه که خواص بتن رو بهتر کنن و بهش ویژگی‌های خاص بدن. این افزودنی‌ها به دو دسته کلی تقسیم میشن: افزودنی‌های شیمیایی و افزودنی‌های معدنی.
هر کدوم از این افزودنی‌ها یه کار خاصی رو انجام میدن و میتونن حسابی عملکرد بتن رو متحول کنن:
زودگیرکننده‌ها (شتاب‌دهنده‌ها): اینا کمک میکنن بتن سریع‌تر سفت بشه و مقاومت بگیره. مثلاً تو هوای سرد که بتن دیر میگیره، خیلی به کار میان. برای پروژه هایی که در محیط های سردسیر است، این افزودنی عالی است.
دیرگیرکننده‌ها: برعکس زودگیرکننده‌ها، اینا سرعت سفت شدن بتن رو کم میکنن. مثلاً اگه تو هوای گرم کار میکنیم یا مسیر حمل بتن طولانیه، از اینا استفاده میکنیم تا بتن تو راه سفت نشه. برای مثال در شهرهای جنوبی، جهت ساخت و ساز از دیرگیرکننده استفاده میشود.
حباب‌زاها (Air-Entraining Admixtures): این افزودنی‌ها یه عالمه حباب هوای ریز و گرد تو بتن ایجاد میکنن. این حباب‌ها باعث میشن بتن در برابر یخ‌زدگی و آب شدن‌های متوالی مقاوم بشه و عمرش بیشتر شه. فکر کن یه جور “بالشتک هوا” برای بتن ایجاد میکنن. از این بتن برای محیط هایی که مدام در معرض دمای پایین است مناسب است.
روان‌کننده‌ها (Water Reducers / Superplasticizers): اینا افزودنی برای تهیه بتن واقعاً شگفت‌انگیزن! باعث میشن بتن با آب کمتر، همون قدر روان و قابل کار باشه. یعنی چی؟ یعنی با همون مقدار سیمان، میشه یه بتن با مقاومت بالاتر ساخت یا اینکه با همون مقاومت، سیمان کمتری مصرف کرد که اقتصادی‌تره.
رنگدانه‌ها: ممکنه یه سری بتن های رنگی دیده باشید که برای نما بیرونی استفاده میشود. برای اینکر از رنگدانه استفاده میکنیم.
ضدیخ بتن: تو مناطق سردسیر و فصول سرد سال، برای جلوگیری از یخ زدن آب در بتن تازه و آسیب دیدن بتن، از این مواد استفاده میشه.
چسب بتن چیست: این ماده چسبندگی بین بتن قدیم و جدید رو افزایش میده و برای ترمیم یا اضافه کردن لایه‌های جدید به بتن موجود عالیه.
سخت‌کننده‌های بتن چیست: این مواد باعث میشن سطح بتن خیلی مقاوم‌تر و سخت‌تر بشه، که برای کف‌پوش‌های صنعتی و جاهایی که سایش زیاده، کاربرد دارن.
نرم‌کننده‌ها (معمولاً لیگنوسولفونات) بتن چیست: این ماده به بتن کمک میکنند راحت‌تر قالب‌گیری شود و همزمان مصرف آب را کاهش می‌دهند، به همین دلیل به آن‌ها کاهنده آب هم می‌گویند.
در کل، افزودنی‌ها به مهندسین و مجریان اجازه میدن تا بتن رو برای شرایط و نیازهای خاص هر پروژه بهینه‌سازی کنن، از افز
مطلب مرتبط: بتن خود ترمیم شونده چیست؟
چرا میکسرها در زمان ساخت بتن همیشه می‌چرخند؟
معمولاً بتن حدود ۴ ساعت طول می‌کشه تا سفت بشه، اما اگه تکونش بدی، سفت نمیشه. یعنی درست در زمان استفاده باید از حرکت بایسته. به خاطر همین هم هست که کامیون‌های میکسر بتن همیشه در حال حرکتن و مخلوط رو هم می‌زنن تا بتن تو راه سفت نشه. در مطلب جداگانه در مورد میکسر بتن توضیح داده ایم.
برای مثال اگه کامیون میکسر خراب بشه، راننده‌ها یه راه حل دارن: اضافه کردن یه سری مواد خاص. مثلاً میتونن نوشابه به بتن اضافه کنن! شکر تو نوشابه باعث میشه بتن چند ساعت دیرتر سفت شه. به همین دلیل بعضی راننده‌ها همیشه نوشابه همراهشون دارن تا اگه لازم شد، استفاده کنن. روان کننده و دیرسفت کننده از افزودنی های مناسب است.
برای اجرای بتن ریزی، به اسپیسر بتنی نیاز است. به مطلب مرتبط رجوع کنید.
تست گران روی و غلظت بتن چیست؟
قبل از اینکه بتن رو سر جاش بفرستیم، باید مطمئن شیم که غلظتش برای کارمون مناسبه. اگه خیلی سفت باشه، خوب تو قالب جا نمی‌گیره، و اگه خیلی شل باشه، هم ضعیف میشه هم ممکنه از قالب درز کنه. میشه با اضافه کردن آب، غلظت رو تنظیم کرد، ولی این کار رو مقاومت بتن اثر میذاره. برای همین تو کارهای مهم، از روان‌کننده‌های شیمیایی (superplasticizer) استفاده میکنیم. این مواد بتن رو روان میکنن و قالب‌گیریش رو راحت‌تر میکنن، بدون اینکه مقاومتش رو کم کنن.
برای تست غلظت بتن و گران روی یه روش استاندارد داریم: بتن رو تو یه ظرف مخروطی می‌ریزیم، بعد ظرف رو برمی‌داریم و بتن پخش میشه. شعاع این پخش شدن رو اندازه می‌گیریم که نشون‌دهنده غلظت بتنه. بتن باید اونقدر روان باشه تا به شعاعی که می‌خوایم برسه.
طرح اختلاط بتن ۳۵۰
برای ساخت هر متر مکعب بتن، معمولاً حدود ۱.۸ تا ۱.۹ تن شن و ماسه (یعنی ۱۰۰۰ تا ۱۱۰۰ کیلوگرم شن و ۸۰۰ تا ۹۰۰ کیلوگرم ماسه) لازم داری. همینطور ۳۰۰ تا ۳۵۰ کیلوگرم سیمان (حدود ۶ تا ۷ پاکت ۵۰ کیلویی) و ۱۵۰ تا ۱۷۰ لیتر آب (معادل ۰.۱۷ متر مکعب) استفاده میشه.
مشخصات مکانیکی بتن
مشخصات مکانیکی بتن شامل چندین پارامتر مهم است که رفتار آن را تحت بارهای مختلف نشان می‌دهد. این مشخصات شامل مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته، مدول گسیختگی، ضریب پواسون و ضریب انبساط حرارتی میشود. در جدول زیر، این مشخصات و مقادیر معمول آن‌ها را می‌بینید:
| مشخصه مکانیکی بتن | مقدار یا توضیحات |
| مدول گسیختگی | ۰.۶۲ |
| ضریب پواسون | برای بتن‌های معمولی، معمولاً ۰.۲ در نظر گرفته میشود. برای بتن‌های سبک، باید از طریق آزمایش تعیین شود. |
| ضریب انبساط حرارتی | برای بتن‌های معمولی، است. برای بتن‌های سبک، باید از طریق آزمایش تعیین شود. |
| مدول الاستیسیته | برای بتن‌هایی با چگالی ۱۴۴۰ تا ۲۵۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب قابل محاسبه است. برای بتن‌های معمولی با چگالی ۲۳۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، مقادیر مشخصی دارد. |
جمع بندی در مورد نحوه ساخت و تهیه بتن
بتن از ترکیب سیمان، آب، شن و ماسه درست میشه. وقتی این مواد با هم قاطی میشن، سیمان با آب واکنش میده و یه خمیر چسبنده میسازه که دور سنگدانه‌ها رو میگیره. بعد از یه مدت، این مخلوط سفت و سخت میشه و به یه ماده خیلی مقاوم تبدیل میشه که آماده استفاده تو ساخت و سازه.
