بتن سبک چیست؟

بتن سبک چیست؟

مخلوط بتن سبک با یک سنگدانه درشت سبک ساخته می‌شود و گاهی اوقات ممکن است یک قسمت یا کل سنگدانه‌های ریز جایگزین سنگدانه‌های معمولی سبک وزن شوند. بتن سبک سازه‌ای، دارای چگالی در محل (وزن واحد) در حدود 90 تا 115 پوند بر فوت مکعب (1440 تا 1840 کیلوگرم بر متر مکعب) است.

چگالی بتن با وزن معمولی در محدوده 140 تا 150 پوند بر فوت مکعب (2240 تا 2400 کیلوگرم بر متر مکعب) است. برای کاربردهای سازه‌ای مقاومت بتن باید بیشتر از 2500 psi (17 مگاپاسکال) باشد.

سنگدانه‌های سبک که در بتن سبک سازه‌ای، استفاده می‌شوند، معمولاً از مواد شیل، رس یا تخته سنگ منبسط شده هستند که برای ایجاد ساختار متخلخل در یک کوره دوار پخته شده‌اند. محصولات دیگری مانند سرباره کوره بلند هوا خنک نیز استفاده می‌شود. کلاس‌های دیگری از بتن سبک غیرسازه‌ای با چگالی کمتر، ساخته شده با سایر مصالح سنگدانه و حفره‌های هوای بالاتر در ماتریس خمیر سیمان، مانند بتن متخلخل، وجود دارد.

طبقه‌بندی بتن سبک

طبقه‌بندی انواع مختلف بتن سبک بر اساس روش تولید آنها راحت‌تر است. که عبارتند از:

  • با استفاده از سنگدانه سبک متخلخل با وزن مخصوص ظاهری کم، یعنی کمتر از 6/2. این نوع بتن به بتن سنگدانه‌ای سبک معروف است.
  • با ایجاد حفره‌های بزرگ در داخل توده بتن یا ملات: به‌طوری که این حفره‌ها به وضوح از حفره‌های بسیار ریز تولید شده توسط حباب هوا متمایز شوند. این نوع بتن با نام‌های مختلف بتن هوادهی، سلولی، فوم‌دار یا گازی شناخته می‌شود.
  • حذف سنگدانه ریز از مخلوط: به‌طوری که تعداد زیادی از حفره‌ها در سنگدانه‌های درشت با وزن طبیعی وجود داشته باشد. به این نوع بتن، بتن سبک بدون ریز دانه گفته می‌شود.
طبقه‌بندی بتن سبک

بتن سبک را می‌توان بر اساس هدفی که از آن استفاده می‌شود طبقه‌بندی کرد: می‌توان بین بتن سبک سازه‌ای (ASTM C 330-82a)، بتن مورد استفاده در واحدهای بنایی (ASTM C 331-81) و بتن عایق (ASTM) تمایز قائل شد.

این طبقه‌بندی بتن سبک سازه‌ای بر اساس حداقل مقاومت است: طبق ASTM C 330-82a، مقاومت فشاری 28 روزه آن نباید کمتر از 17 مگاپاسکال (2500 psi) باشد.

چگالی (وزن واحد) چنین بتنی (تعیین شده در حالت خشک) نباید از 1840 کیلوگرم بر متر مکعب (115 پوند بر فوت مکعب) تجاوز کند و معمولاً بین 1400 تا 1800 کیلوگرم بر متر مکعب (85 و 110 پوند بر فوت مکعب) است. از سوی دیگر، بتن بنایی عموماً دارای چگالی بین 500 تا 800 کیلوگرم بر متر مکعب (30 تا 50 پوند بر فوت مکعب) و مقاومتی بین 7 تا 14 مگاپاسکال (1000 تا 2000 psi) است.

مقالهمقاله مرتبط: فوم بتن چیست؟

انواع بتن سبک

1. بتن با سنگدانه‌های سبک (LWA)

1. بتن با سنگدانه‌های سبک (LWA)

در اوایل دهه1950 در بریتانیا، استفاده از بلوک‌های بتنی سبک در حفره داخلی بین دو دیوار برای باربر کردن دیوار، پذیرفته شد. مدت زمان کمی پس از آن توسعه و تولید و معرفی انواع جدید LWA مصنوعی (سنگی سبک) با استحکام بالا، مناسب برای کارهای سازه‌ای فراهم شد. این پیشرفت‌ها استفاده سازه‌ای از بتن LWA را تقویت کرد، به‌ویژه در مواردی که نیاز به کاهش وزن در یک سازه جزو ملاحظات مهم برای طراحی یا صرفه‌جویی بود.

در زیر انواع مختلفی از سنگدانه‌های سبک مناسب برای بتن مسلح سازه‌ای بیان شده است:

  1. پوکه صنعتی – برای دال سقف بتن مسلح، عمدتاً برای سقف‌های صنعتی در آلمان استفاده می‌شود.
  2. فوم سرباره (سرباره سبک)- اولین سنگدانه سبک وزن مناسب برای بتن مسلح بود که به مقدار زیادی در انگلستان تولید شد.
  3. خاک رس و شیل (سنگ رسی) منبسط شده – قادر به دستیابی به مقاومت کافی برای بتن پیش‌تنیده است. تحت نام‌های تجاری Aglite و Leca (بریتانیا)، Haydite، Rocklite، Gravelite و Aglite (ایالات متحده آمریکا) تاسیس شده است.
  4. پودر متخلخل – سنگدانه خاکستر سوخت – در بریتانیا برای اهداف سازه‌ای مختلف استفاده می‌شود و تحت نام تجاری به بازار عرضه می‌شود.

2. بتن هوادهی یا بتن اسفنجی

بتن هوادهی کمترین چگالی، ضریب هدایت حرارتی و مقاومت را دارد.

مانند چوب می‌توان آن را اره کرد، و بر روی آن مته‌کاری، پیچ و میخ زد، امّا غیر قابل احتراق است. برای کارهای درجا، روش‌های معمول هوادهی، اختلاط در فوم تثبیت‌شده یا با وارد کردن هوا با کمک یک عامل حباب‌ساز هوا می‌باشد. محصولات پیش‌ساخته معمولاً با افزودن حدود 2/0 درصد پودر آلومینیوم به مخلوط ساخته می‌شوند که با مواد قلیایی موجود در بایندر (مواد چسباننده) واکنش و حباب‌های هیدروژن را تشکیل می‌دهد.

بتن هوادهی شده با هوا در جاهایی استفاده می‌شود که به مقاومت کمی نیاز است، به‌عنوان مثال: شمشه‌کاری سقف و پوشش لوله‌ها. توسعه استحکام کامل بستگی به واکنش آهک با سنگدانه‌های سیلیسی دارد و برای چگالی‌های مساوی استحکام بتن عمل‌آوری شده با بخار فشار بالا حدود دو برابر بتن عمل‌آوری شده با هوا است و انقباض فقط یک سوم یا کمتر است. بتن هوادهی ماده‌ای سبک و سلولی است که از سیمان و/یا آهک و ماسه یا سایر مواد سیلیسی تشکیل شده است. این با یک فرآیند فیزیکی یا شیمیایی ساخته می‌شود که در طی آن هوا یا گاز به یک دوغاب وارد می‌شود که معمولاً حاوی مواد درشت نیست.

بتن هوادهی که به‌عنوان مصالح سازه‌ای استفاده می‌شود معمولاً با بخار فشار بالا عمل‌آوری می‌شود.

بنابراین در کارخانه ساخته شده و فقط برای واحدهای پیش‌ساخته، برای کف، دیوار و سقف در دسترس است. بلوک‌ها  بدون هیچ‌گونه تقویت‌کننده‌ای ساخته می‌شوند امّا واحدهای بزرگتر با میله‌های فولادی تقویت می‌شوند تا در برابر آسیب از طریق حمل و نقل، جابجایی و سربارها، مقاوم باشند.

بتن هوادهی اتوکلاو شده که ابتدا در سال 1929 در سوئد توسعه یافت، اکنون در سراسر جهان تولید می‌شود.

3. بتن بدون ریزدانه

اصطلاح بتن بدون ریزدانه به‌طور کلی به معنای بتن متشکل از سیمان و سنگدانه درشت (9-19 میلی‌متر) است (حداقل 95 درصد باید از الک BS20 میلی‌متری عبور کند، بیش از 10 درصد نباید از الک BS 10 میلی‌متر عبور کند و هیچ چیز نباید از الک BS 5 میلی‌متر عبور کند. محصولی که به این ترتیب شکل می‌گیرد دارای حفره‌های یکنواخت زیادی در سراسر جرم خود است.

بتن بدون ریزدانه عمدتاً برای تحمل بار، بتن‌ریزی درجا دیوار خارجی و داخلی، دیوار غیر باربر و پر کردن زیر کف برای طبقات صلب همکف استفاده می‌شود. بتن بدون ریزدانه در سال 1923 به بریتانیا معرفی شد، در آن زمان پس از معرفی، 50 خانه در ادینبورگ ساخته شد و چند سال بعد 800 خانه در لیورپول، منچستر و لندن ساخته شد.

این توصیف برای بتن‌هایی اعمال می‌شود که تنها حاوی یک سنگدانه درشت 10 تا 20 میلی‌متر هستند (یا سنگدانه‌های متراکم یا سنگدانه‌های سبک مانند PFA متخلخل). چگالی حدود دو سوم یا سه چهارم بتن متراکم ساخته شده با سنگدانه‌های مشابه است.

3. بتن بدون ریزدانه

بتن بدون ریزدانه تقریباً همیشه در محل عمدتاً به‌عنوان دیوارهای باربر و غیر باربر از جمله در دیوارهای پرکننده، در سازه‌های قاب‌بندی شده ریخته می‌شود، امّا گاهی اوقات به‌عنوان پرکننده در زیر طبقات همکف صلب و برای شمشه‌کاری سقف ریخته می‌شود. بنابراین بتن بدون ریزدانه تجمعی از ذرات درشت سنگدانه است که هر یک توسط پوششی از خمیر سیمان تا ضخامت حدود 1 میلی‌متر (05/0 اینچ) احاطه شده است.

بنابراین، منافذ بزرگی در بدنه بتن وجود دارد که عامل مقاومت کم آن است، امّا اندازه بزرگ آنها به این معنی است که هیچ حرکت مویرگی آب نمی‌تواند انجام شود.

اگرچه مقاومت بتن بدون ریزدانه به‌طور قابل‌توجهی کمتر از بتن با وزن معمولی است، امّا این مقاومت، همراه با بار مرده کمتر سازه، در ساختمان‌هایی تا حدود 20 طبقه و در بسیاری از کاربردهای دیگر کافی است.

انواع بتن سبک بر اساس چگالی و مقاومت

انواع بتن سبک بر اساس چگالی و مقاومت

بتن سبک (LWC) را می‌توان به‌صورت زیر طبقه‌بندی کرد:

 

  1. بتن با چگالی کم
  2. بتن با مقاومت متوسط
  3. بتن سازه‌ای
بتن با چگالی کم

بتن با چگالی کم

 بتن با چگالی کم عمدتاً برای اهداف عایق‌کاری استفاده می‌شود. این نوع بتن دارای وزن واحد کمی است، یعنی وزن واحد آن به‌ندرت به بیش از 800 کیلوگرم بر متر مکعب می‌رسد، این نوع بتن  دارای ارزش عایق حرارتی بالا و استحکان فشاری کم در حدود 69/0 تا 89/6 N/mm2 است.

بتن با مقاومت متوسط

بتن با مقاومت متوسط

استفاده از این بتن‌ها مستلزم درجه نسبی مقاومت فشاری است و بنابراین بتن با مقاومت متوسط بین بتن سازه‌ای و بتن کم چگالی قرار می‌گیرند. این نوع بتن گاهی اوقات به‌عنوان بتن «پر کننده» طراحی می‌شوند. مقاومت فشاری تقریباً 89/6 تا 24/17 نیوتن بر میلی‌متر مربع است.

بتن سازه‌ای

بتن سازه‌ای

بتن با کارایی کاملاً سازه‌ای حاوی سنگدانه‌هایی است که عموماً با سنگ رسی منبسط شده، خاک‌رس، تخته سنگ، سرباره و خاکستر بادی / فلای اش ساخته می‌شوند. حداقل مقاومت فشاری 24/17 نیوتن بر میلی‌متر مربع است.

اکثر بتن‌های سبک سازه‌ای قادر به تولید بتن با مقاومت فشاری بیش از 47/34 نیوتن بر میلی‌متر مربع هستند.

از آنجایی که وزن واحد بتن‌های سبک سازه‌ای به‌طور قابل‌توجهی بیشتر از وزن بتن با چگالی کم است، بازده خاصیت عایق بودن آن، کمتر است.

موارد استفاده از بتن سبک

  • شمشه‌کاری و افزایش ضخامت برای مصارف عمومی، به‌ویژه زمانی که این‌گونه شمشه‌کاری‌ها یا افزایش ضخامت و وزن بر روی کف بام‌ها و سایر اعضای سازه‌ای باشد.
  • کف‌ها و دیوارهایی که باید چوب را با میخ‌کوبی وصل کرد.
  • از بتن سبک برای پوشش سازه‌های فولادی ریخته‌گری شده برای محافظت از آن در برابر آتش و خوردگی یا به‌عنوان پوششی برای اهداف معماری، استفاده می‌شود.
  • عایق حرارتی روی پشت‌بام
  • عایق‌بندی لوله‌های آب
  • ساخت دیوارهای جداکننده و دیوارهای پانلی در سازه‌های قابی
  • عایق‌بندی کلی دیوارها
  • پوشش سطوح دیوارهای خارجی خانه‌های کوچک
  • استفاده برای بتن مسلح

دوام بتن سبک

  • دوام به‌عنوان توانایی یک ماده برای تحمل تأثیر محیط اطراف خود، تعریف می‌شود. در مصالح ساختمانی مانند حمله شیمیایی، استرس فیزیکی و حمله مکانیکی:

    حمله شیمیایی یعنی واکنش شیمیایی سنگدانه‌هایی که در معرض آب زیرزمینی به‌ویژه سولفات‌ها و هوای آلوده قرار دارند. بتن سبک هیچ مقاومت خاصی در برابر این عوامل ندارد، در واقع، این مواد، به نسبت بیشتر از بتن متخلخل عبور می‌کنند تا از سیمان پرتلند. یکی از جنبه‌های شیمیایی دوام، پایداری خود ماده به‌ویژه در حضور رطوبت است.

    تنش‌های فیزیکی که بتن سبک در معرض آن قرار می‌گیرد، عمدتاً یخبندان و تنش‌های انقباض و دما هستند.

    تنش ممکن است به‌دلیل انقباض ناشی از خشک‌شدگی بتن یا به‌دلیل حرکت ناشی از حرارت متفاوت بین مواد غیرمشابه یا سایر پدیده‌های طبیعی مشابه باشد. در صورتی که اقدامات پیشگیرانه مناسبی انجام نشود، انقباض ناشی از خشک شدگی معمولاً باعث ترک خوردن بتن سبک می‌شود.

    آسیب مکانیکی می‌تواند ناشی از سایش یا بارگذاری بیش از حد ضربه‌ای اعضای خمشی باشد.

دوام بتن سبک

مزایای بتن سبک

  1. کاهش بار مرده بتن خیس باعث می‌شود که بتوان دهانه‌های طولانی‌تری را بدون نیاز به تکیه‌گاه، بتن‌ریزی کرد. این باعث صرفه‌جویی در نیروی کار و زمان برای هر طبقه می‌شود.
  2. کاهش بار مرده، سرعت ساخت‌و‌ساز را سریع‌تر و هزینه‌های حمل‌و‌نقل و جابجایی را کمتر می‌کند. وزن ساختمان بر حسب بارهای منتقل شده توسط فونداسیون، عامل مهمی در طراحی است، به‌ویژه در مورد ساختمان‌های بلند.
  3. استفاده از بتن سبک گاهی اوقات امکان ادامه طرحی‌های پیچیده را نیز فراهم می‌کند که در غیر این صورت به‌دلیل وزن زیاد، طراحی مورد نظر قابل اجرا نمی‌شد. در سازه‌های قابی، با استفاده از بتن سبک برای کف ساختمان، پارتیشن و روکار کردن دیوارهای خارجی، می‌توان صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه ایجاد کرد.
  4. بیشتر مصالح ساختمانی مانند آجرهای سفالی بار حمل‌و‌نقل را نه از نظر حجم بلکه از نظر وزن محدود می‌کند. با طراحی مخزن‌های مناسب، می‌توان حجم بسیار بیشتری از بتن سبک به‌لحاظ اقتصادی حمل کرد.
  5. یکی از مشخصه‌های کمتر آشکار امّا با این وجود مهم بتن سبک رسانایی حرارتی نسبتاً پایین آن است، خاصیتی که با کاهش چگالی در سال‌های اخیر بهبود یافته است، با افزایش هزینه و کمبود منابع انرژی، برای حفظ و در واقع بهبود شرایط آسایش ساختمان‌ها، نسبت به قبل توجه بیشتری به کاهش مصرف سوخت معطوف شده است. این نکته با این واقعیت نشان داده می شود که یک دیوار صلب 125 متری ساخته شده از بتن هوادهی شده، عایق حرارتی تقریباً چهار برابر بیشتر از یک دیوار آجری 230 میلی‌متری ایجاد می‌کند.