انواع بتن سبک

انواع بتن سبک دستاوردی نو از پیشرفت علمی صنعت ساخت و ساز در حوزه بتن است. امروزه شاهد انواع بتن با خصوصیات منحصر به فرد می باشیم که با توجه به نیازهای صنعت ساختمان وارد بازار ساخت و ساز می شوند، بتن سبک یکی از انواع پر کاربرد بتن در مواردی است که نیاز است وزن ساختمان کاهش یابد.

در سالیان اخیر بتن های سبک به عنوان یک راهکار عملی در جهت کاهش وزن سازه مورد توجه مهندسین قرار گرفته است و سبب اثرات اثبات شده ای نظیر کاهش ابعاد مقاطع بتنی، کاهش مقدار فولاد مصرفی اعم از میلگرد و تیرآهن و … می گردد. 

علاوه بر کاربردهای متنوع بتن سبک، کاهش وزن ساختمان در اعضای باربر، ویژگی شاخص بتن سبک، به عنوان یکی از راهکارهای کاهش خسارات ناشی از زلزله در کشور زلزله خیز ایران می باشد.

بتن کاور در این مقاله ضمن معرفی انواع بتن سبک از نظر ساختار و باربری با بیان مزایا و معایب این بتن کاربردهای آن را در امور آب و فاضلاب و مواجهه با زلزله معرفی خواهد کرد.

بتن سبک چیست؟

بتن یکی از مواد پر کاربرد در جهان و ارزان در ایران و دیگر کشورهای غنی از نظر معادن سنگدانه و منابع تولید سیمان است. بتن معمولی با وزن مخصوص حدود 2400 کیلوگرم بر متر مکعب و عیار سیمان از 150 کیلوگرم در مترمکعب تا 400 کیلوگرم بر متر مکعب میباشد که به دو صورت مسلح (سازه ای) و غیر مسلح ( غیر سازه ای) استفاده می شود.

بتن سبک به بتنی گفته می شود که با ایجاد تغییراتی در ساختار بتن معمولی، وزن مخصوص آن را تا حدود قابل ملاحظه ای کاهش داده است. دامنه چگالی بتن سبک نسبتا گسترده می باشد. بطور کلی هر بتنی که چگالی آن کمتر از 1900 کیلوگرم بر متر مکعب باشد، بتن سبک نامیده می شود.

از بتن سبک بطور گسترده در ساخت خانه های پیش ساخته بتنی در مناطق زلزله خیز خصوصا جهت ساخت کمپ های امداد رسانی در مناطق زلزله زده استفاده می شود.

انواع بتن سبک از نظر ساختاری و از نظر چگالی و باربری متنوع بوده و کاربردهای متفاوتی در صنعت ساختمان دارند. که در ادامه به توضیح هر یک خواهیم پرداخت

انواع بتن سبک از نظر ساختار

انواع بتن سبک از دیر باز با نامهای کاربردی خود از جمله بتن متخلخل، بتن پرکننده پوکه ای و موارد دیگر مورد استفاده قرار میگرفتند تا اینکه واژه بتن سبک در سایه پیشرفت علمی صنعت ساختمان جان گرفت و تعریف جامعی برای این دسته از بتنها مطرح و از نقطه نظرات متفاوت مورد بررسی قرار گرفتند.

بنابر این در اولین نگاه آنچه که نظر مخاطب را به خود جلب میکند پاسخ به این سوال است که ” ساختار بتن سبک با بتن معمولی چه تفاوتهایی دارد که همچنان نامش بتن است ولی سبک شده است؟”

آنچه که از نظر ساختاری، بتن سبک را از بتن معمولی متمایز میکند و چگالی کاهش می بابد را میتوان در سه مورد زیر خلاصه کرد:

• بتن های بدون ریزدانه
• بتن های سبک دانه ( با سنگ دانه سبک)
• بتن های هوادار یا گازی

در ادامه هر یک به تفصیل بررسی خواهند شد.

بتن های بدون ریزدانه

بتن سبک بدون ریزدانه، از حذف مصالح سنگی دانه ریز (ماسه) در طرح اختلاط بتن حاصل میشود. در این نوع بتن سنگدانه های درشت با دوغاب سیمان پوشیده شده و در نقطه تماس با یکدیگر به هم می چسبند، به این ترتیب یک بتن با حجم زیادی فضاهای خالی حفره ای ایجاد میشود. که فضاهای خالی که فاقد وزن هستند چگالی بتن را بطور قابل ملاحظه ای کاهش میدهند. به بتنی که از این طریق حاصل میشود بتن متخلخل نیز گفته میشود.

وزن مخصوص بتن بدون ریز دانه به دانه بندی و جنس مصالح درشت دانه بستگی دارد. در صورت استفاده از سنگدانه های تک سایز با افزایش ابعاد حفره های خالی می توان به حداقل وزن مخصوص راه یافت. همچپنین در صورت استفاده از مصالح سنگی با چگالی کم وزن مخصوص بتن از این بابت نیز کاهش یافته و به حداقل وزن مخصوص در این نوع بتن دست خواهید یافت.

دامنه ابعاد سنگدانه ها در بتن بدون ریز دانه بین 7 میلیمتر تا 75 میلیمتر است که در قیاس با ابعاد درشت دانه بتن معمولی معادل 10 تا 20 میلیمتر اعداد بزرگتری می باشد. در تهیه این نوع از بتنهای سبک معمولا از قلوه سنگ یا مصالح خرد شده سخت بدون لبه استفاده می کنند تا احتمال خردشدگی گوشه ها در زمان بارگذاری به حداقل ممکن برسد.

بتن متخلخل نوعی بتن سبک بدون ریزدانه با سنگدانه های تقریبا هم اندازه است که خاصیت جذب و عبور آب بالایی دارد که بطور گسترده در پروژه های آب و فاضلاب کاربرد دارد.

بتن های سبک دانه

بتن های سبک دانه با انتخاب مصالح سنگی بتن از جنسهایی با وزن مخصوص کم حاصل می شود. جهت تولید بتن سبک از نوع سبک دانه میبایست از سنگدانه هایی با چگالی کمتر از 1120 کیلوگرم بر متر مکعب استفاده کرد. شیلها، سنگ پا، دیاتومیت، رسها، خاکستر آتشفشانی و اسلیتها از جمله مواد طبیعی و روباره کوره بلند آهن نمونه ای از مواد مصنوعی قابل استفاده به عنوان سنگدانه سبک در انواع بتن سبک می باشند.

مشخصات بتن هایی با سنگدانه سبک، به جنس و شکل این سنگدانه ها بستگی دارد. بطوری که این تصور اشتباه است که سنگدانه های سبک بتن هایی با مقاومت فشاری کم ایجاد میکنند. بطور معمول می توان با انتخاب صحیح سنگدانه سبک بتن با مقاومت فشاری بیش از 35 مگا پاسکال به دست آورد. حتی گاهی مقاومت نمونه استوانه ای با سنگدانه سبک تا حدود 70 مگاپاسکال هم رسیده است.

بتن پرکننده پوکه ای مثالی از بتنهای سبک دانه است که در مواردی استفاده میشود که مقاومت فشاری زیادی مد نظر نبوده و فقط پرکردن فضای خالی با حداقل بار بری جوابگو بوده است یا برای پرکردن موقت فضای خالی مورد استفاده قرار می گرفته است.

بتن های هوادار یا گازی

بتن هوادار یا گازی، فاقد سنگدانه درشت بوده و سبک ترین نوع از انواع بتن سبک می باشند که گاهی به بتن سلولی نیز نامیده می شوند. حبابهای بزرگ هوا در این بتنها عامل سبکی این نوع از بتن می باشد که می بایست از حبابهای بسیار ریز هوا که در اثر مواد افزودنی هواساز در بتنهای معمولی ایجاد میشود متمایز گردد.

بتنهای سبک هوادار دارای کمترین انتقال حرارت و مقاومت فشاری بوده و مانند چوب قابل اره کردن، پیچ کردن و میخ زدن بوده ولی قابل احتراق نمی باشند.

بتن های هوا دار خود به دو دسته تقسیم میشوند:

بتن هوادار اتوکلاو با نام اختصاری ACC

بتن کفی یا اسفنجی

انواع بتن سبک از نظر باربری

بتن های سبک از نظر مقاومت و چگالی نیز انواع مختلفی دارند. چگالی بتن سبک با مقاومت فشاری آ رابطه مستقیم دارد بطوریکه با افزایش چگالی بتن سبک مقامت فشاری و باربری آن نیز افزایش می یابد.

بتن هوادار اتوکلاو با افزودن پودر آلومینیوم به مخلوطی ازماسه سیلیسی، سیمان، آهک و آب ایجاد میگردد. پودر آلومینیوم طی یک واکنش شیمیایی با مواد قلیایی موجود در مخلوط سبب تشکیل گاز و حباب هیدروژن در ملات تازه می گردد. پودر آلومینیوم به طور معمول به میزان ۲/۰ تا ۵/۰ درصد وزنی سیمان به مخلوط اضافه‌ می گردد.

بتن هوادار کفی یا اسفنجی به دو طریق با مخلوط سیمان یا ملات به دست می آید. در روش اول کف بطور ثابت و یکنواخت وارد ملات میشود و در روش دوم افزودنیهای کف ساز با ملات مخلوط می گردد. افزودنی کف ساز با آب تولید کف میکند.

در قطعات پیش ساخته از بتن سبک هوادار، به منظور دستیابی به مقاومت فشاری بالاتر از عمل آوردی با بخار با فشار بالا استفاده میشود. این قطعات پیش ساخته که مانند چوب از کار پذیری خوبی برخوردارند بطور گسترده مورد استقبال قرار میگیرند.

این ترکیب که فاقد سنگدانه درشت می‌باشد اغلب از طریق ایجاد گاز در داخل دوغاب به دو طریق شیمیایی یا فیزیکی تولید می‌گردد. بتن‌های گازی که نیاز به مقاومت فشاری بالاتری دارند باید با استفاده از بخار با فشار بالا عمل‌آوری گردند. به همین دلیل چنین بتنی فقط بصورت قطعات پیش ساخته بتنی ساخته شده در کارخانه‌های مجهز در بازار موجود می‌باشند. درصورت استفاده از قطعات کوچک هیچگونه تقویتی برای این قطعات نیاز نمی‌باشد اما درصورتیکه قطعات با ابعاد بزرگ تولید گردند حتما برای حمل و نقل و جلوگیری از خرابی قطعات استفاده از تقویت ضروری می‌باشد.

بتن با چگالی خیلی کم

این نوع از بتن سبک، صرفه نظر از باربری و فقط با هدف عایق بندی استفاده می‌شود. بتن سبک با وزن واحد کم، عایق حرارتی بالایی دارد چگالی این بتن کمتر از 800 کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت فشاری آن حدود 0.7 تا 7 مگا پاسکال است.

از این بتن به عنوان مواد پرکننده غیر سازه ای یا عایق در اعضای سازه ای یا بر رویدال سقفها و کف های فلزی استفاده می شود.

بتن با چگالی کم

این گروه از بتن های سبک چگالی حدود 700 تا 1400 کیلوگرم بر متر مکعب داشته و با مقاومت فشاری 5 تا 15 مگا پاسکال بتن سبک نیمه سازه ای محسوب می شوند.

بتن های سبک دانه با سنگدانه های طبیعی یا مصنوعی سبک از جمله بتن های سبک نیمه سازه ای و در این دسته از نظر چگالی و باربری می باشند. کاربرد این بتنها در ساخت بلوکهای مجوف و کفسازی است.

بتن با چگالی متوسط

این نوع از بتن سبک با چگالی 1400 تا 2000 کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت فشاری بیش از 17 مگا پاسکال بتن سازه ای محسوب می شود. ساخت بتن سبک سازه‌­ای صرفاً با استفاده از سنگ­دانه‌­های سبک و مقاوم امکان­پذیر است.

اغلب بتن‌­های سبک سازه‌­ای از نوع بتن‌­های سبک ­دانه می‌­باشند که در آن برای کاهش چگالی بتن از سنگ­دانه‌­های سبک استفاده شده است. به این دلیل است که گاهی از عبارات بتن سبک­دانه به جای بتن سبک سازه‌­ای استفاده می­‌شود.

اکثر بتن‌های سبک سازه‌ای قادر به تولید بتن با مقاومت فشاری بیش از 35 مگا پاسکال هستند.

مزایای بتن سبک

انواع بتن سبک با توجه با قابلیتها و برتری هایی که نسبت به بتن معمولی دارند در صنعت ساختمان مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله مزایای این نوع از بتن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• افزایش مقاومت به دلیل عمل‌آوری درونی
• افزایش دوام سازه
• کاهش ترک‌خوردگی های ناشی از جمع شدگی بتن به دلیل نگهداری بالاتر رطوبت
• کاهش وزن خود عضو باربر و بطور کلی وزن مرده سازه
• کاهش نیروی زلزله وارده به سازه
• مقاومت مناسب در برابر آتش سوزی
• کاهش زمان و هزینه ساخت و ساز
• حمل و نقل آسان‌تر خصوصا در سازه های بلند مرتبه
• برتری در ساخت قطعات ظریف پیش ساخته
• عایق صوتی و حرارتی
• کاهش مقطع بتنی و مصرف فولاد ناشی از کاهش بار مرده و زلزله
• افزایش قابلیت تحمل تنشهای خستگی
• قابلیت جذب و عبور مایعات در نوع بتن متخلخل

معایب بتن سبک

انواع بتن سبک در کنار مزایای ویژه ای که دارند معایبی نیز دارند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• طولانی تر شدن زمان خشک شدن
• حساسیت بیشتر نسبت به مقدار آب عملیات عمل آوری
• افزایش زمان مخلوط کردن بتن
• کاهش اسلامپ به دلیل جذب بالای آب توسط سبکدانه ها
• مشکلات اجرایی پمپاژ بتن سبکدانه به دلیل کاهش روانی
• احتمال غوطه وری سبکدانه ها در زمان ویبره زدن و تراکم
• نیاز به نیروی اجرایی مجرب و گاها تجهیزات خاص تر
• افزایش هزینه ها در اعضای غیر سازه ای مثل دیوارهای جدا کننده

کاربردهای انواع بتن سبک

انواع بتن سبک کاربردهای وسیعی در پروژه های مختلف عمرانی دارند که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• پوشاندن و ضخیم کردن سقف و کف در صورت لزوم
• پوشش اعضای سازه‌های فولادی برای محافظ از آن‌ها در برابر آتش سوزی و خوردگی
• عایق حرارتی در سقف ‌ها
• عایق‌کاری لوله‌کشی ‌های آب
• استفاده از بتن متخلخل در زهکشهای دور لوله ها
• استفاده از بتن متخلخل در معابر و انتقال سریع آب باران به لایه های زیر سطحی
• بتن سبک به عنوان یک ماده پرکننده
• ساخت دیوار ‌های پارتیشن و دیوار ‌های پانلی
• عایق‌نمودن دیوارها (حرارتی و صوتی)
• بتن سبک هوادار طرح چوب در دکوراسین مناطقی که احتمال آتش سوزی دارند
• ساخت دیوار ‌های باربر با استفاده از بلوک ‌های بتنی سلولی
• احداث ساختمانهای مسکونی، غیر مسکونی و کمپهای امداد رسانی در مناطق زلزله خیز
• کاربرد آن به عنوان ماده پر کننده در پانل‌های دیواری در ساختمان ‌های چند طبقه

انواع بتن سبک در کارهای آب و فاضلاب

علاوه بر مزایا و کاربردهای پیش گفته برای انواع بتن سبک، با توجه به کاربرد زیاد این بتن در پروژه های آب و فاضلاب این مبحث بطور جداگانه بررسی میگردد.

بتن متخلخل نوعی از بتن سبک بدون ریزدانه است که به دلیل جذب بالای آب و قابلیت عبور دهی جریان آب در طراحی های زهکش ها بسیار مورد توجه بوده است .

ازجمله موارد کاربرد بتن متخلخل در پروژه های آب و فاضلاب میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• پوشش پیاده رو ها جهت جذف جریان سطحی رواناب باران
• بستر نفوذپذیر و زهکش زیر منابع زمینی بتنی آب
• پوشش دور لوله های زهکش
• پوشش معابر ماشین رو با سرعت کم

انواع بتن سبک در مناطق زلزله خیز

ایران از کشورهای زلزله خیز است و مراکز جمعیتی و شهرهای زیادی از جمله تهران بر روی گسل بنا شده است. هر ساله شاهد بروز زلزله های متعدد هستیم که گاهی همراه با خسارت های جانی و مالی است. لذا یکی از دغدغه های مهندسین مقاوم سازی ساختمانها نسبت به این بلای طبیعی است.

زمانی که زلزله اتفاق می افتد نیرویی جانبی به سازه وارد میشود که مضربی از وزن ساختمان است. هرچه وزن ساختمان بیشتر باشد نیروی وارده بابت زلزله نیز بیشتر خواهد بود. بنابراین کاهش وزن ساختمان به منظور کاهش نیروی زلزله کمک شایانی به مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله خواهد کرد.

استفاده از بتن سبک سازه ای با مقاومت فشای بالا به جای بتن معمولی، گامی ارزشمند جهت کاهش وزن سازه و کاهش نیروی زلزله است که میبایست در مناطق زلزله خیز مورد توجه قرار گیرد. بطوریکه با ساخت ساختمانهای مسکونی و غیر مسکونی از بتن سبک در زلزله های آینده به مقدار قابل توجهی از خسارت به این ساختمانها کاسته خواهد شد.

در حال حاضر در بسیاری از کشور ها در کمپ های امداد رسانی به مناطق زلزله زده از ساختمانهای پیش ساخته از انواع بتن سبک استفاده میشود که ضمن سهولت در حمل و نقل به دلیل سبکی قطعات پیش ساخته، ساختمان سرپا شده نیز وزن کمی داشته و نیروی زلزله کمتری را جذب می کند.