تعریف بتن
بتن یک ماده مصنوعی و کامپوزیت است که از مخلوط چند متریال مختلف ساخته می شود. ترکیبات بتن عموما به شرح مترابل زیر است:
سیمان پرتلند (10 تا 15 درصد) + سنگندانه های شن و ماسه ( 75 تا 65درصد) + آب ( 15 تا 20 درصد)=بتن
برای ساختن بتن مخلوطی از سیمان پرتلند و آب باعث ایجاد خمیر سیمانی می شود. سپس این خمیر با سنگدانه ها مانند شن و ماسه مخلوط می شود. مخلوط خمیر سیمانی و سنگدانه ها در نهایت به یک توده سخت مانند سنگ تبدیل می شود.
بتن به عنوان یکی از پرمصرف ترین مواد مورد استفاده در جهان دارای پیشینه و سیر تکامل بلند مدتی است. تصور اینکه بتن به عنوان مصالح ساختمانی در اوایل سال 6500 قبل ازمیلاد مسیح مورد استفاده قرار می گرفت، سخت است. سازه های باستانی که بسیاری از آن ها هنوز پابرجا هستند، از نوعی بتن ساخته شده اند.
مخلوط کردن شن و ماسه، سنگ آهک و آب برای مصالح ساختمانی، در سراسر جهان برای هزاران سال مورد استفاده می گرفت. بابلی ها و آشوری ها از رس به عنوان مدت یا چسب استفاده می کردند تا با مخلوط سنگ، شن و ماسه یک توده مستحکم و سخت ایجاد کنند. کشف سیمان، در واقع ماهیت بتن امروزی را تغییر داد. یک دگردیسی بزرگ در ماده ای که براساس آن تمدن ها شکل گرفتند، همان چیای است که اولین بار رومی ها را در اوایل قرن اول مجذوب خود کرد.
بناهای زیبای پارتنون و کولوسئوم هر دو با استفاده از بتن رومی ساخته شده اند و تا حدی هنوز هم پابرجاهستند. اما مهندسان رومی فقط به بهبود مخلوط باستانی خود نپرداختند، بلکه پرکاربردترین مصالح ساختمانی بشر در دنیای مدرن را ایجاد کردند
رومی ها در یک آتشفشان معروف به Campi Flegrei در نزدیک شهر پوزولوی ایتالیا، یک غبار آتشفشانی جادویی را که با لمس آب به سنگ تبدیل می شد، کشف کردند. این گرد و غبار در واقع همان پوزولان بود و برای دنیای ساخت و ساز در روم یک معجزه به حساب می آمد. این پوزولان بعنوان خاکسترآتشفشانی درواقع مخلوط کاملی از اکسیدهای سیلیس و آهک است که وقتی با آب مخلوط شود، پایه و اساس آنچه اکنون سیمان می نامیم را تشکیل می دهد.
بنظر می رسد مهندسان روم باستان هنگام ورود مواد آتشفشانی به دریا، سخت شدن آن را مشاهده کرده و از خود پرسیدند که آیا می توان این فرآیند را در روند ساخت و ساز مجدداً ایجاد شود؟ با این پرسش در نتیجه، بتن و رونق ساختمان رومی متولد شد.
توانایی تحمل فشارهای ناشی از وزن و دوام بالای بتن، این ماده را برای بسیاری از سازندگان باستان که از آن برای ساخت حمام، اسکله و بندرگاه های رومی استفاده می کردند، به ماده ای محبوب تبدیل کرد. با این حال، هنگامی که امپراتوری روم در قرن پنجم میددی سقوط کرد، دانش بتن نیا با آن سقوط کرد.
ساخت بتن بیش از هاار سال در تاریخ از دست رفت، تا اینکه در اواسط قرن 15 دوباره پدیدار شد. یک انگلیسی به نام جوزف آسپدین مجددا ماده ای را کشف کرد و آن را به عنوان سیمان پرتلند در سال 1824 ثبت اختراع نمود. سیمان اختراع شده آقای آسپدین، همان متریالی است که سنگ بنای بتن امروزی را تشکیل می دهد.
بتن از دو جزء مهم اعم از خمیر سیمانی و سنگندانه تشکیل شده است. اندازه ذرات سنگدانه ها بسته به نوع ساخت و ساز می توانند اهمیت زیادی داشته باشند. سنگدانه ریا که ماسه است، به ذرات رد شده از روی الک شماره چهار یا 4,75 میلی متر اطلاق می شود. در حالی که سنگدانه های درشت که شن هستند، به ذراتمانده روی الک شماره چهار یا 4,75 میلی متر گفته می شوند.خمیر سیمانی همان ترکیب آب و سیمان است که براساس نسبت آب به سیمان تعیین می شود. اگر بخواهیمبتنی مقاوم بیازیم، سنگدانه ها و خمیر باید به نسبت مناسبی با هم مخلوط شوند. اگر خمیر سیمانی کم باشد، بتن فضای خالی زیادی بین سنگدانه ها (بتن متخلخل و سطح خشن) خواهد داشت. خمیر سیمانی اضافی همیشه یک سطح خوب و صافی ایجاد می کند اما باعث افزایش ترک شده و هزینه های ساخت را افزایش می دهد.
طرح اختلاط بتن موضوع مهمی است که منجر به تنظیم تمام مشخصات بتن می شود. ترکیب آب و سیمانیک فرآیند شیمیایی به نام هیدراتاسیون است. در طی این واکنش، هر ذره سیمان با ذرات دیگر سیمان پیوند خورده و به سنگدانه های مجاور می چیبند. وقتی مخلوط حاصل خشک شود، یک توده سنگی جامد تشکیل می دهد. بهترین بتن دارای نسبت آب به سیمان کم است. مهندسان باید با نیبت آب به سیمان به اصطدح بازی کنند تا زمانی که به یک نقطه
مشخص بین کارایی و کیفیت بتن تازه برسند.
مقاله مرتبط: در 1 متر مکعب مخلوط بتن چیست؟
بتن امروزی متشکل است از سیمان هیدرولیکی بعنوان عامل چسباننده، آب، مصالح سنگی (شن و ماسه) وافزودنی های مجاز بتن که منجر به بهبود خواص و مشخصات بتن می گردد. مقدار سیمان موجود در یک مترمکعب مخلوط بتنی تحت عنوان عیار بتن شناخته می شود.
مقاله مرتبط: بتن چگونه ساخته می شود؟