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 انواع مختلف بتن سبک بر اساس روش تولید آنها راحت‌تر است. که عبارتند از:
بتن سبک را می‌توان بر اساس هدفی که از آن استفاده می‌شود طبقه‌بندی کرد: می‌توان بین بتن سبک سازه‌ای (a330/82ASTM C)، بتن مورد استفاده در واحدهای بنایی (311/82ASTM C) و بتن عایق (ASTM) تمایز قائل شد.
این طبقه‌بندی بتن سبک سازه‌ای بر اساس حداقل مقاومت است: طبق a330/82ASTM C ، 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.
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:
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 0/2 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.
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.
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 (0/05 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.
بتن سبک (LWC) را می‌توان به‌صورت زیر طبقه‌بندی کرد:
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 0/69 تا 6/89 N/mm2 است.
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 6/89 تا 17/24 نیوتن بر میلی‌متر مربع است.
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 17/24 نیوتن بر میلی‌متر مربع است.
اکثر بتن‌های سبک سازه‌ای قادر به تولید بتن با مقاومت فشاری بیش از 34/47 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.
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.
ساخت بتن سبک به فرآیندی اشاره دارد که در آن از مواد و روش‌هایی استفاده می‌شود که وزن نهایی بتن را کاهش می‌دهد. بتن سبک به دلیل چگالی کم و ویژگی‌های خاص، مانند عایق حرارتی و صوتی خوب، در پروژه‌های مختلف کاربرد دارد. در ادامه مراحل و مواد مورد نیاز برای ساخت بتن سبک توضیح داده می‌شود:
سیمان: سیمان پرتلند معمولی یا سیمان‌های ویژه بسته به نیاز پروژه.
آب: آب برای ایجاد واکنش‌های هیدراتاسیون با سیمان و فراهم کردن روانی مخلوط.
سنگدانه‌های سبک: مواد سبک مانند لیکا (سنگدانه‌های سبک رسی)، پرلیت، ورمیکولیت، پوکه معدنی، یا پلی‌استایرن به جای سنگدانه‌های سنگین.
افزودنی‌ها: افزودنی‌هایی مانند روان‌کننده‌ها، حباب‌سازها، و مواد کاهنده آب برای بهبود کارایی مخلوط و کاهش وزن.
فوم یا مواد حباب‌ساز (در برخی موارد): برای ایجاد حباب‌های هوا و کاهش چگالی مخلوط.
1. تهیه و آماده‌سازی مواد اولیه
تمام مواد باید به صورت جداگانه آماده شوند. سنگدانه‌های سبک باید خشک و تمیز باشند تا به مخلوط آسیبی نزنند.
2. ترکیب سیمان و آب
ابتدا سیمان و آب با نسبت مناسب ترکیب می‌شوند. نسبت آب به سیمان در بتن سبک باید به دقت کنترل شود، زیرا میزان آب تأثیر زیادی بر چگالی و مقاومت نهایی بتن دارد. برای دستیابی به روانی مطلوب و جلوگیری از افزایش آب، از روان‌کننده‌ها استفاده می‌شود.
3. افزودن سنگدانه‌های سبک
پس از ترکیب سیمان و آب، سنگدانه‌های سبک به تدریج به مخلوط اضافه می‌شوند. این سنگدانه‌ها باعث کاهش وزن بتن می‌شوند. برای جلوگیری از خرد شدن سنگدانه‌ها، باید با دقت در مخلوط‌کن ترکیب شوند.
4. افزودن فوم یا مواد حباب‌ساز (در صورت نیاز)
در برخی از انواع بتن سبک مانند فوم بتن، از مواد حباب‌ساز یا فوم برای ایجاد حباب‌های هوا استفاده می‌شود. این حباب‌ها باعث کاهش چگالی و افزایش عایق‌بندی حرارتی و صوتی بتن می‌شوند. فوم به طور همگن در مخلوط پخش می‌شود تا حباب‌ها به طور یکنواخت توزیع شوند.
5. ترکیب نهایی و مخلوط کردن
تمام مواد باید به خوبی با یکدیگر مخلوط شوند تا یک مخلوط همگن به دست آید. استفاده از میکسرهای با سرعت پایین کمک می‌کند تا سنگدانه‌های سبک یا حباب‌های هوا تخریب نشوند.
6. پمپاژ و اجرا
پس از آماده شدن بتن سبک، باید به سرعت به محل مورد نظر انتقال داده شود و در قالب‌ها یا فضاهای مورد نیاز پمپ شود. برای تسطیح و فشرده‌سازی بهتر از ابزارهای مناسب استفاده می‌شود.
7. عمل‌آوری بتن سبک
عمل‌آوری (Curing) مرحله‌ای مهم در ساخت بتن سبک است. باید رطوبت بتن حفظ شود تا واکنش‌های هیدراتاسیون به خوبی انجام شود و مقاومت نهایی افزایش یابد. برای این منظور، معمولاً از آب‌پاشی یا پوشش‌های مرطوب استفاده می‌شود.
کنترل چگالی: برای دستیابی به بتن سبک با چگالی مناسب، میزان سنگدانه‌های سبک و افزودنی‌ها باید به دقت تنظیم شود. چگالی معمولاً بین 300 تا 2000 کیلوگرم بر متر مکعب متغیر است.
کارایی و روانی: روانی بتن سبک باید به گونه‌ای باشد که به راحتی در قالب‌ها یا فضاهای خالی پمپ شود، اما نباید بیش از حد رقیق باشد.
مقاومت فشاری: مقاومت بتن سبک نسبت به بتن‌های معمولی کمتر است، اما باید در حدی باشد که نیازهای سازه‌ای پروژه را برآورده کند. این مقاومت با تنظیم دقیق نسبت مواد به دست می‌آید.
قیمت بتن سبک در ایران به عوامل مختلفی مانند نوع سنگدانه‌های سبک مورد استفاده (مثل لیکا یا پرلیت)، نوع سیمان، افزودنی‌ها، چگالی بتن، و حجم مورد نیاز برای پروژه بستگی دارد. به طور کلی، قیمت بتن سبک معمولاً بیشتر از بتن معمولی است، زیرا از مصالح خاص و فرآیندهای پیچیده‌تری در تولید آن استفاده می‌شود. با این حال، قیمت هر متر مکعب بتن سبک در ایران می‌تواند به طور تقریبی بین 600,000 تا 1,200,000 تومان متغیر باشد.
لازم به ذکر است که نوسانات قیمت مواد اولیه و شرایط بازار می‌تواند روی قیمت نهایی تاثیرگذار باشد، بنابراین بهتر است برای قیمت دقیق با تولیدکنندگان یا تأمین‌کنندگان محلی تماس گرفته شود.
فوم بتن و بتن سبک هر دو به عنوان مصالح ساختمانی سبک‌وزن استفاده می‌شوند، اما تفاوت‌های مهمی در ترکیب و کاربرد آنها وجود دارد.
فوم بتن یا بتن حباب‌دار، یک نوع بتن سبک است که با افزودن ماده کف‌زا (فوم) به مخلوط سیمان، آب و ماسه یا بدون ماسه تولید می‌شود. این فوم، حباب‌های هوا را به داخل مخلوط وارد می‌کند و باعث کاهش چگالی بتن می‌شود. فوم بتن به دلیل وجود حباب‌های هوا، عایق حرارتی و صوتی بسیار خوبی است و در مواردی که نیاز به کاهش بار مرده سازه و یا عایق‌سازی باشد، استفاده می‌شود.
بتن سبک به طور کلی به هر نوع بتنی که چگالی کمتری نسبت به بتن معمولی دارد، اطلاق می‌شود. این نوع بتن می‌تواند با استفاده از مصالح سبک مانند سنگدانه‌های سبک (مانند پرلیت، ورمیکولیت، لیکا، یا سنگ‌های آتشفشانی سبک) تولید شود. برخلاف فوم بتن که حباب‌های هوا عامل سبک‌سازی هستند، در بتن سبک، استفاده از مصالح سبک‌وزن چگالی بتن را کاهش می‌دهد.
| ویژگی | فوم بتن | بتن سبک |
|---|---|---|
| روش سبک‌سازی | استفاده از فوم و ایجاد حباب‌های هوا | استفاده از سنگدانه‌های سبک‌وزن |
| چگالی | 300 تا 1600 کیلوگرم بر متر مکعب | 800 تا 2000 کیلوگرم بر متر مکعب |
| عایق حرارتی و صوتی | بسیار خوب به دلیل وجود حباب‌های هوا | مناسب، به خصوص با مصالح سبک |
| مقاومت فشاری | کمتر از بتن سبک، بیشتر برای عایق‌سازی | بیشتر، برای کاربردهای سازه‌ای |
| کاربردها | کف‌سازی، عایق‌سازی، پرکننده‌ها | ساخت سازه‌های باربر و قطعات پیش‌ساخته |
فوم بتن و بتن سبک هر دو مزایای خاص خود را دارند. فوم بتن به دلیل چگالی بسیار پایین و خواص عایقی، بیشتر در پروژه‌هایی که نیاز به سبک‌سازی و عایق‌سازی دارند، کاربرد دارد. از طرفی، بتن سبک به دلیل مقاومت فشاری بالاتر و استفاده از سنگدانه‌های سبک، می‌تواند برای ساخت سازه‌های باربر و قطعات پیش‌ساخته مورد استفاده قرار گیرد. انتخاب بین این دو نوع بتن به نیازهای پروژه و کاربردهای خاص آن بستگی دارد.
طرح اختلاط بتن سبک به فرآیندی گفته می‌شود که در آن اجزای مختلف بتن سبک به گونه‌ای ترکیب می‌شوند که بتواند خواص مکانیکی و فیزیکی مورد نظر، از جمله مقاومت و سبکی، را فراهم کند. در این نوع بتن، از سنگدانه‌های سبک یا حباب‌های هوا برای کاهش چگالی بتن استفاده می‌شود. به طور کلی، هدف از طرح اختلاط بتن سبک، کاهش وزن مخصوص و در عین حال حفظ مقاومت فشاری مطلوب است.
طرح اختلاط بتن سبک به نیازهای پروژه، از جمله مقاومت فشاری مورد نظر و چگالی نهایی، بستگی دارد. با این حال، یک روش معمول طرح اختلاط بتن سبک به صورت زیر است:
انتخاب نسبت آب به سیمان (W/C Ratio): برای بتن سبک، معمولاً نسبت آب به سیمان بین 0.4 تا 0.6 انتخاب می‌شود. نسبت بالاتر ممکن است برای افزایش روانی لازم باشد، اما مقاومت را کاهش می‌دهد.
انتخاب سنگدانه‌های سبک: سنگدانه‌های سبک مثل پرلیت یا لیکا برای کاهش چگالی بتن انتخاب می‌شوند. حجم سنگدانه‌ها باید به گونه‌ای انتخاب شود که هم مقاومت فشاری و هم سبکی مخلوط را تأمین کند.
سیمان: مقدار سیمان بسته به مقاومت فشاری مورد نیاز بین 300 تا 500 کیلوگرم در هر متر مکعب بتن تنظیم می‌شود.
آب: مقدار آب باید به اندازه‌ای باشد که بتواند واکنش هیدراتاسیون را به‌خوبی انجام دهد و همچنین روانی مناسب برای بتن را فراهم کند. معمولاً بین 160 تا 200 لیتر آب به ازای هر متر مکعب بتن مورد نیاز است.
افزودنی‌ها: استفاده از فوق روان‌کننده‌ها به مخلوط کمک می‌کند تا بدون نیاز به افزایش آب، کارایی لازم به دست آید. میزان افزودنی‌ها معمولاً بر اساس توصیه تولیدکننده تنظیم می‌شود.
یک طرح اختلاط معمولی برای بتن سبک با چگالی 1500 کیلوگرم بر متر مکعب به شرح زیر است:
کنترل چگالی: یکی از نکات کلیدی در طرح اختلاط بتن سبک، کنترل دقیق چگالی نهایی بتن است. برای این منظور، نمونه‌برداری و آزمایش‌های چگالی انجام می‌شود.
عمل‌آوری مناسب: بتن سبک به دلیل ساختار متخلخل خود به عمل‌آوری مناسب نیاز دارد. حفظ رطوبت در مراحل اولیه گیرش می‌تواند به افزایش مقاومت نهایی بتن کمک کند.
تنظیم روانی: در صورتی که بتن خیلی خشک باشد، اضافه کردن آب یا استفاده از روان‌کننده‌ها می‌تواند روانی مخلوط را بهبود بخشد.
طرح اختلاط بتن سبک نیازمند دقت در انتخاب مصالح و نسبت‌های صحیح است تا بتواند به طور همزمان مقاومت و سبکی مطلوب را فراهم کند. بسته به نوع کاربرد، از سنگدانه‌های سبک، افزودنی‌ها، و مواد مختلف استفاده می‌شود تا مخلوطی با خواص عایق حرارتی، صوتی، و مکانیکی مناسب حاصل شود.
ویدئوی مربوط به این پست را ببینید.
