بتن سبک

اولین استفاده مدرن از بتن سبک در سال 1917 ثبت شد، زمانی که شرکت ناوگان اضطراری آمریکا به دلیل مقاومت و عملکرد بالا ساخت کشتی‌ های از این نوع بتن استفاده کرد. از آن زمان تا کنون، این بتن به یک ماده ساختمانی رایج برای کاربرد های مختلف تبدیل شد. اما بتن سبک چیست و چرا در صنعت ساخت و ساز تا این اندازه پر کاربرد است.

تاریخچه

بتن یک ماده ساختمانی نسبتاً سنگین است، از این رو آزمایش‌های زیادی در طول قرن 20 برای کاهش وزن آن بدون ایجاد اختلال در خصوصیات دیگرش انجام شده است. در طی دهه‌ های 1920 و 1930، انواع مختلفی از بتن سبک تولید شدند. بتن سبک دوریسول که در اصل یک اختراع هلندی-بلژیکی بود، از اواخر دهۀ 1930 به بعد در سوئیس به طور گسترده‌ ای مورد استفاده قرار گرفت و پس از آن در بسیاری از کشورهای اروپایی دیگر از جمله بلژیک محبوب شد.

در اوایل دهۀ 1920، اریکسون سوئدی با آزمایش نمونه‌ های مختلف بتن گازی، مخلوط‌ ها را در اتوکلاو قرار داد تا روند پخت را تسریع کند. تقریباً به طور تصادفی از این طریق، وی خصوصیات بهبود یافته بتن گازی اتوکلاو را کشف کرد. او در سال 1924 حق ثبت اختراع را گرفت و پس از پنج سال، یک تولید کننده مصالح ساختمانی به نام کارل آگوست کارلن را پیدا کرد که مایل بود در یک کارخانه سرمایه گذاری کند.

این بتن از سال 1935 به بعد در سوئد بسیار محبوب شد، بلافاصله پس از جنگ جهانی دوم، به یکی از مهمترین مصالح ساختمانی در جهان تبدیل شد. مراحل ساخت این بتن از سوئد به سایر کشورها صادر و مجوزها به نروژ، آلمان، انگلیس، آمریکا، اسپانیا، لهستان، کانادا، بلژیک و حتی ژاپن فروخته شد. بعدها در دهه‌های 50 و 60 بتن سبک در آمریکا و ژاپن به طور علمی و کاربردی به توسعه بیشتر خود ادامه داد.

بتن سبک چیست؟

بتن سبک Lightweight Concrete

بتن با سنگدانه‌ های متخلخل اکنون متداول‌ ترین نوع بتن سبک (Lightweight Concrete) است. چگالی این بتن به دلیل استفاده از سنگدانه سبک و متخلخل از 500 تا 900 کیلوگرم در متر مکعب فراتر نمی‌ رود. این بتن نه تنها موجب کاهش وزن مرده سازه می‌ شود بلکه در برابر گرما و صدا عایق بهتری نسبت به بتن معمولی است.

مقاومت فشاری چنین بتنی کم است اما هنوز هم برای استفاده در واحدهای بتن پیش ساخته و بتن آرمه در مناطق با شرایط زلزله خیزی کم کافی است. تراکم بتن ساخته شده با این سنگدانه‌ های سبک و متخلخل شامل رس، پرلیت، شیل، لیکا، اسلیت، پوکه آتشفشانی و خاکستر می‌تواند تا 35 درصد وزن بتن معمولی را کاهش دهد.

علاوه بر کاهش وزن مرده ساختمان، مدول پایین کشش و شکل پذیری کافی بتن سبک ممکن است در طراحی لرزه‌ ای سازه‌ ها سودمند باشد. از دیگر مزایای بتن، مقاومت بالا در برابر آتش، هدایت حرارتی کم، ضریب انبساط کم و نصب و حمل و نقل راحت برای اعضای سازه‌ ای از پیش ساخته شده است.

ویژگی‌ های مهم

برخی از مهمترین مشخصات به شرح زیر هستند:

چگالی کم

چگالی بتن از 300 تا 1200 کیلوگرم در متر مربع متغیر است. وزن سبک‌ تر به معنای استفاده برای مصارف عایق بندی است، در حالی که گرید های سنگین‌ تر با مقاومت کافی برای کاربرد های سازه‌ ای مناسب هستند. تراکم کم بتن سبک، آن را برای واحد های پیش ساخته کف و سقف که به راحتی قابل حمل و انتقال از کارخانه به محل کارگاه هستند، مناسب کرده است.

مقاوم در برابر آتش

این بتن دارای ویژگی‌ های عالی در برابر آتش سوزی است. هدایت حرارتی پایین، این بتن را برای محافظت از ساختار در برابر درجه حرارت بالا ایده آل ساخته است.

عایق صدا

عایق صدا در بتن سبک معمولاً بیشتر از بتن معمولی است. دلیل این موضوع را می‌توان به ساختار متخلخل این نوع بتن اشاره کرد.

عایق حرارتی

عایق حرارتی بتن سبک حدود سه تا شش برابر آجر و حدود ده برابر بتن معمولی است. به این معنا که از انتقال هوای گرم به بیرون از ساختمان جلوگیری می‌ کند.

انواع بتن سبک

بتن سبک سنگدانه‌ ای (Lightweight Aggregate Concrete)

بتن سبک سنگدانه ای Lightweight Aggregate Concrete

این فرم از بتن سبک با استفاده از سنگدانه‌ های متخلخل و سبک شامل رس، پرلیت، شیل، لیکا، اسلیت، پوکه آتشفشانی و خاکستر تولید می‌ شود. سنگدانه‌ های ضعیف‌ تر نیز ممکن است به مخلوط اضافه شوند که در رسانایی گرمایی آن تأثیر دارند.

با این حال، انجام این کار ممکن است قدرت محصول نهایی را کاهش دهد. سنگدانه سبک برای بلوک‌ های بتنی پیش ساخته یا تقویت کننده‌ های فولادی مناسب است. انواع متخلخل‌ تر سنگندانه‌ ها نتایج پیوند بهتری را بین فولاد و بتن همراه با محافظت بیشتر در برابر خوردگی فولاد نشان می‌ دهند.

فوم بتن (Aerated Or Foamed Concrete)

این نوع بتن سبک با نام بتن گازی اتوکلاو، بتن هوادهی شده یا بتن فوم‌دار نیز شناخته می‌شود زیرا با وارد کردن حفره‌ های بزرگ به جرم ملات سیمانی تولید می‌ شود. فضاهای خالی معمولاً از طریق یک واکنش شیمیایی یا با استفاده از یک عامل جذب کننده هوا تزریق می‌ شوند.

بتن هوادهی شده عایق حرارتی مناسبی از خود نشان می‌ دهد و خود متراکم است. این ویژگی باعث شده است تا این بتن برای استفاده در فضا های صعب العبور و سیستم‌ های فاضلاب ایده آل باشد.

بتن بدون ريزدانه (No Fines Concrete)

بتن بدون ریزدانه No Fines Concrete

بتن بدون ریزدانه

این فرم از بتن با از بین بردن سنگدانه‌ های ریز از مخلوط ایجاد می‌ شود. در نتیجه بتنی تشکیل می‌ شود که فقط از حفره‌ های بزرگ و سنگدانه‌ های درشت تشکیل شده است. به همین دلیل است که بتن بدون ریزدانه از عایق بندی بهتری برخوردار است و جمع شدگی خشک (شرینکیج) نسبتاً کمتری دارد.

بتن بدون ریزدانه برای دیوار های باربر مناسب است و می‌ تواند برای بعضی ساختار های داخلی و خارجی مورد استفاده قرار گیرد. به خصوص به دلیل چگالی کم نباید از این نوع بتن سبک در بتن مسلح استفاده شود.

کاربرد بتن سبک

بتن سبک سازه‌ ای می‌ تواند برای ساخت ساختمان‌ های مسکونی و غیر مسکونی در مناطق لرزه‌ ای استفاده شود. این بتن می‌ تواند برای ساخت سنگرهای زیرزمینی نیز مناسب باشد. همچنین این بتن سازه‌ ای در ساخت فونداسیون، تیر، سقف و دیوارهای باربر در ساختمان‌ های اسکلت فلزی و بتنی استفاده می شود.

دیوارهای شیب‌ دار، صفحات رویه و صفحات کامپوزیت در بالای عرشه‌ های فلزی نیز می‌ توانند با بتن سبک ترکیب شوند. این نوع بتن همچنین برای ساخت سازه‌ هایی مانند بلوک‌ های دیواری و پنل‌ های پیش ساخته، دیوارهای پارتیشنی، عایق کاری حرارتی سقف، عایق کاری لول ‌کشی‌ های آب، سازه‌ های سقفی پوسته‌ ای نازک، عرشه‌ های پل و موارد دیگر مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

فواید و معایب بتن سبک

بتن سبک یک ماده ساختمانی قابل انعطاف و قابل حمل است و نیاز به پشتیبانی کمی نسبت به موادی مانند فولاد یا بتن معمولی دارد. این امر باعث می‌ شود که هزینه آن به خصوص برای پروژه‌ های ساختمانی بزرگ، مقرون به صرفه باشد. وزن کم این نوع بتن باعث کاهش وزن مرده ساختمان می‌ شود که برای مناطق لرزه‌ خیز ویژگی فوق العاده ایده آلی است.

علاوه بر این، به دلیل هدایت حرارتی کم و مقاومت در برابر آتش، بتن سبک ماده‌ ای ایده آل برای عایق بندی در برابر آسیب گرمایی است. علی رغم کاهش چگالی، ساختار های ساخته شده با  این نوع بتن، بعید است که فرو بریزند. در حقیقت، احتمال جمع شدن بتن سبک در مقایسه با بتن معمولی کمتر است و همچنین افزایش مقاومت در برابر پوسیدگی و هجوم موریانه‌ ها را نیز از خود نشان می‌ دهد.

با این حال، این محصول محدودیت‌ های کمی نیز خواهد داشت. از آنجا که محتوای آب بیشتری دارد، خشک شدن آن بیشتر طول می‌کشد. علاوه بر این، افزودن مقدار زیادی آب ممکن است منجر به مخلوط ضعیف‌ تر با مقاومت فشاری کمتری شود. به طور کلی، بتن سبک دارای مقاومت فشاری، کششی و برشی کمتری از بتن معمولی است.

از آنجا که بتن سبک بسیار متخلخل است، ریختن این نوع بتن در محل و ایجاد طرح اختلاط دقیق تا حدودی دشوار است.  همچنین، خزش و انقباض برای بتن‌ های سبک نسبت به بتن‌ های معمولی بیشتر است و این باید در هنگام طراحی سازه مورد توجه قرار گیرد.

ساخت بتن سبک

بسته به مقاومت مورد نیاز محصول نهایی، دستورالعمل‌ های مختلفی برای ساخت بتن سبک وجود دارند. استفاده کمتر از ماسه باعث سبک شدن محصول می‌ شود اما همچنین می‌ تواند بتن را از نظر ساختاری ضعیف‌ تر کند. یک دستورالعمل ساده برای بتن سبک، ترکیب 8 قسمت شن، 8 قسمت سیمان و 8 قسمت پرلیت با 5 قسمت آب است. متناوباً می‌ توانید برای بیشتر مخلوط‌ های بتنی معمولی این دستورالعمل‌ ها را انجام دهید.

در زمان ساخت بتن همیشه ماسک بزنید تا گرد و غبار از دهان و ریه‌ های شما دور شوند. همچنین، آب را به آرامی به مخلوط اضافه کنید زیرا رطوبت موجود در هوا می‌ تواند نیاز به استفاده از آب بیشتر یا کمتر را نشان دهد. کمبود آب باعث افزایش غیر معقول تخلخل می‌شود که نتیجه‌ اش کاهش مقاومت فشاری بتن است. اما آب زیاد باعث ضعیف شدن خمیر سیمانی و پراکندگی مواد تشکیل دهنده این نوع بتن می‌ شود.

کلام آخر

بتن سبک یک جایگزین مقرون به صرفه برای بتن معمولی است، خصوصاً از این جهت که مقاومت سازه به اندازه خیلی زیادی به خطر نمی‌اندازد. مهمترین ویژگی این نوع بتن، کاهش وزن ساختمان است. این مهم به ویژه در مناطق زلزله خیز یک مزیت بزرگ محسوب می‌شود. تخلخل بالای این بتن همچنین بر هدایت حرارتی آن تأثیر می‌گذارد و آن را برای پروژه‌ هایی که به عایق بندی ناشی از آسیب گرما نیاز دارند، مناسب می‌ کند.

 

منابع :

https://theconstructor.org//

https://www.specifyconcrete.org/