فوم بتن یک ماده فوق‌العاده مفید است که برای تولید حجم زیادی از مواد پرکننده برای فضا‌های خالی نسبتاً کم استحکام استفاده می‌شود. به‌راحتی می‌توان آن را در فواصل طولانی پمپ کرد و بیشتر حفره‌ها را پر می‌کند. فوم بتن بسیار روان است و نیازی به تسطیح یا تراکم ندارد. علاوه بر این، فوم بتن از طریق تراشه‌ها جریان می‌یابد و لوله‌ها، اتصالات و موانع را محصور می‌کند.
فوم بتن نوعی بتن سبک است که با ترکیب سیمان، آب، فوم و گاهی از ماسه و خاکستر بادی ساخته می‌شود.
لفظ فوم بتن در واقع به یک گروت یا ملات دارای حباب اطلاق می‌شود. این ماده به‌عنوان یک مصالح سیمانی تعریف می‌شود که حداقل دارای 20 درصد هوای عمدی است. این هوای عمدی به‌صورت مکانیکی به ملات پلاستیک وارد شده است. دانسیته خشک فوم بتن در حدود 300 تا 1600 کیلوگرم بر مترمکعب است و مقاومت فشاری 28 روزه آن نیز بین 2/0 تا 10 مگاپاسکال است که قابلیت افزایش نیز دارد.
این فوم به‌لحاظ ترکیبات و حجم هوای موجود در آن با بتن هوادار (Air Entrained Concrete) و بتن هوادهی شده (Aerated Concrete) متفاوت است. میزان حباب هوای عمدی بتن هوادار در حدود 3 تا 8 درصد و میزان هوای بتن هوادهی شده نیز در حدود 15 تا 22 درصد حجم بتن است.
ترکیبات این ماده بسته به مقدار دانسیته مورد نیاز، متغیر است. عموماً فوم بتنی که دارای دانسیته‌ای کم‌تر از 600 کیلوگرم بر مترمکعب باشد شامل سیمان، آب و فوم است. گاهی اوقات موادی مانند خاکستر بادی یا پودر سنگ آهک نیز به‌عنوان افزودنی در طرح اضافه می‌شود. ماسه در مخلوط فوم بتن جهت دستیابی به دانسیته بالاتر به‌کار برده می‌شود. معمولاً نسبت 1 به 1 تا 1 به 3 برای حصول فوم سنگین‌تر قابل استفاده است. جهت افزایش دانسیته به بیش از 1500 کیلوگرم بر مترمکعب می‌توان از مقادیر بیش‌تری فیلر و مقادیر متوسطی از ماسه استفاده نمود. جهت کاهش دانسیته نیز باید فیلر را کاهش داد. توصیه می‌شود کمینه دانسیته فوم بتن از 600 کیلوگرم بر مکعب کم‌تر نباشد.
سیمان:
معمولا از سیمان پرتلند معمولی در فوم بتن استفاده می‌شود اما گاها در صورت لزوم می‌توان از سیمان‌های زودسخت شونده و زودگیر کننده نیز استفاده نمود.
در تولید فوم می‌توان از ترکیب سیمان و سایر مواد پرکننده نیز استفاده نمود. بطور مثال ترکیب 30 درصد سیمان، 60درصد خاکستر بادی و 10 درصد پودر سنگ. میزان مصالح سیمانی حدود 300 تا 400 کیلوگرم در هر مترمکعب است.
ماسه:
در صورت استفاده از ماسه، سایز بزرگ‌ترین دانه‌ی آن نباید از 5 میلی‌متر بزرگ‌تر باشد. استفاده از ماسه تا 2 میلی‌متر با درصد عبوری الک 600 میکرون بین 60 تا 95 درصد، توصیه می‌شود.
ترکیبات پوزولانی:
از مواد سیمانی تکمیلی مانند خاکستر بادی و سرباره می‌توان بطور وسیع در تولید فوم بتن استفاده نمود. مقدار خاکستر بادی مورد استفاده می‌تواند بین 30 تا 70 درصد باشد.
سرباره را نیز می‌توان 10 تا 50 درصد استفاده نمود. با استفاده از این ترکیبات می‌توان مقادیر سیمان را کاهش داد و طرح را اقتصادی کرد. میکروسیلیس را نیز می‌توان بمقدار حدود 10 درصد وزنی سیمان به منظور افزایش مقاومت نهایی فوم اضافه نمود.
فوم:
پروتئین‌های هیدرولیز شده و سورفکتانت‌های مصنوعی رایج‌ترین موادهایی هستند که محصولات فوم‌زا بر پایه آن‌ها ساخته می‌شود. عوامل فوم‌زای مصنوعی معمولا به سهولت تولید شده و ارزان‌تر هستند. این عوامل را می‌توان برای مدت طولانی انبارش کرد. مواد فوم‌زای پایه پروتئین گران‌تر است اما باعث حصول مقاومت بالاتری میشوند.
فوم تولیدی به دو شکل می‌باشد: فوم خیس و فوم خشک. فوم خیس با دانسیته‌ی کم‌تر از 100 کیلوگرم بر مترمکعب برای تولید فوم بتن توصیه نمی‌گردد. ساختار حباب‌های این نوع فوم بزرگ و شکننده است. فوم خشک بطور طبیعی پایدار است.
محلولی از آب و عامل فوم‌زا به وسیله کمپرسور هوا تحت فشار به داخل محفظه اختلاط وارد می‌شود. در این حالت فوم حاصله دارای حباب‌های هوای کوچکتر از فوم خیس است.
در واقع ذراتی کوچکتر از 1 میلی‌متر که بصورت مرتب و مساوی در سراسر ساختار پخش شده‌اند.
مشخصات فوم بتن بستگی به فاکتورهای زیر دارد:
ظاهرا نسبت آب به سیمان برخلاف فوم و مقدار سیمان تأثیر بسیار کمی بر روی خواص بتن فوم دارد.
فوم بتن در درجه اول به عنوان پرکننده فضای خالی استفاده می‌شود، سرعت بالای انبساط و خواص سیال آن اغلب آن را به یک ماده پرکننده بسیار مقرون به‌صرفه‌تر از بتن سفت و کم سیمان یا مواد سخت و سست که نیاز به تراکم دارند تبدیل می‌کند.
تولید فوم بتن شامل رقیق شدن سورفکتانت در آب است که از یک مولد فوم عبور داده می‌شود که فومی با فرم پایدار تولید می‌کند. فوم تولید شده به‌صورت مخلوط با ملات سیمانی یا دوغاب است، به‌طوری که مقدار فوم با دانسیته مورد نیاز تولید می‌شود. از این سورفکتانت‌ها در ساخت پرکننده‌هایی با چگالی کم نیز استفاده می‌شود. این مواد همچنین به‌عنوان مواد با مقاومت کم کنترل شده CLSM نامیده میشوند.
برای به‌دست آوردن محتوای هوای 15 تا 25 درصد، فوم مستقیماً به مخلوطی از سیمان کم و ماسه غنی اضافه می‌شود. دو روش اصلی برای تولید بتن فوم‌دار استفاده می‌شود:
این روش تولید فوم بتن را می‌توان در محل یا خارج از سایت تکمیل کرد. فوم بتن با پر کردن یک قسمت از کامیون از بتن آماده استاندارد تولید می‌شود، سپس بقیه حجم با فوم ساخته می‌شود و از تیغه‌های داخل “درام” برای مخلوط کردن مواد استفاده می‌شود. پمپاژ به‌عنوان یک عملیات ثانویه انجام می‌شود.
مزایا
معایب
تولید فوم بتن خطی می‌تواند بتن‌های فوم سبک و چگالی سنگین‌تر تولید کند. کامیون‌های آماده که محموله‌های کامل مواد را حمل می‌کنند به سایت تحویل داده میشوند. مولد فوم خطی و سیستم پمپاژ، مواد تمیز و پایه را پمپ می‌کند، در حالی که فوم را تحت فشار به خطوط بتنی تزریق می‌کند، سپس این ماده از طریق یک سری صفحات مخلوط‌کن در خط مخلوط می‌شود.
به بیانی دیگر در این روش تولید، سیمان و گاهی ماسه به درون یک مخزن ریخته شده و سپس با اضافه شدن فوم این مخلوط به‌طور کامل آمیخته می‌شود. با توجه به اینکه این پروسه تولید، درون دستگاه‌های مخصوص و از پیش‌ساخته انجام می‌شود پارامترهای تاثیرگذار در تولید به‌صورت مناسبی قابل کنترل است. با استفاده از این روش می‌توان مقادیر بالایی از فوم بتن تولید کرد. روش تولید درون خطی به دو صورت انجام می‌پذیرد:
در ایران این ماده عمدتاً به روش درون خطی خشک با استفاده از دستگاه‌های مخصوص فوم بتن ساخته می‌شود. به‌طور معمول نیز ماسه و سایر مواد مضاف در طرح وجود ندارد و مصالح اصلی همان سیمان و آب است.
مزایا
معایب
خواص فوم بتن بسیار بالاست و دارای اسلامپ فلو می‌باشد (حدود شبیه بتن خود متراکم). دقیقا مشابه حالتی که در بتن از فوق روان کننده بتن استفاده شده باشد.
این ویژگی فوم بتن آن را برای بسیاری از کاربردها مناسب کرده است. فوم بتن در حالت تر دارای خاصیت تیکسوتروپیک است. بدین معنا که با اعمال نیروی برشی روان می‌شود. احتمال آب انداختگی در این بتن به واسطه‌ی درصد بالای حباب هوا بسیار ناچیز است.
هنگامی که دمای مخلوط افزایش یابد، به دلیل انبساط هوا، پر شدن و پخش شدن بتن در سطوح بسیار بهتر انجام می‌شود. اگر میزان ماسه مورد استفاده (در صورت وجود ماسه در طرح) افزایش یابد و یا از ذرات درشت غیراستاندارد استفاده شود، احتمال وجود جداشدگی در طرح افزایش می‌یابد.
همین امر ممکن است منجر به حباب‌شکنی و در نتیجه کاهش میزان حباب هوا و حجم مخلوط گردد. بهتر است در نوع پمپاژ کردن فوم بتن بسیار احتیاط شود چرا که پمپاژ متلاطم فوم بتن و ریختن از ارتفاع باعث شکسته شدن ساختار حباب‌های هوا می‌شود.
ازهمین رو نباید از پمپ‌های تقه‌ای جهت پمپاژ فوم بتن استفاده نمود و پیشنهاد می‌گردد از نوع مونو پمپ بدین منظور استفاده شود. همچنین شلنگ انتقال فوم بتن در انتهای مسیر باید بر روی کف مورد نظر قرار گیرد و پر کردن بصورت پاششی انجام نشود.
خواص فیزیکی فوم بتن به وضوح وابسته به دانسیته خشک آن است. جدول زیر این وابستگی بین متغیرها را بهتر نشان می‌دهد.
Dry Density Kg/m3 | Compressive Strength N/mm2 | Tensile Strength N/mm2 | Water Absorption Kg/m2 |
400 | 0.5 – 1 | 0.05-0.1 | 75 |
600 | 1-1.5 | 0.2-0.3 | 33 |
800 | 1.5 -2 | 0.3-0.4 | 15 |
1000 | 2.5 -3 | 0.4-0.6 | 7 |
1200 | 4.5-5.5 | 0.6-1.1 | 5 |
1400 | 6-8 | 0.8-1.2 | 5 |
1600 | 7.5-10 | 1-1.6 | 5 |
ضریب انتقال حرارتی فوم بتن معمولا بین 0.1 تا 0.7 وات برمتر بر کلوین (w/m.k) است. جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن برای فوم بتن با وزن مخصوص 400 کیلوگرم بر مترمکعب حدود 0.3 درصد است. این پارامتر با افزایش وزن مخصوص فوم بتن کاهش می‌یابد.
بطور مثال برای فوم بتنی با وزن مخصوص 1600 کیلوگرم بر مترمکعب میزان جمع‌شدگی در حدود 0.07 گزارش شده است. تحت تأثیر بار وارده، تنش هیدرولیکی در داخل ساختار فوم بتن سخت شده وارد می‌گردد که باعث تغییرشکل آن می‌شود.
فوم بتن مقاومت بالایی در مقابل تنش‌های ناشی سیکل‌های ذوب و یخبندان از خود نشان می‌دهد. مشاهده شده است فوم بتن در نواحی دارای بازه‌ی دمایی 18- تا 25 درجه سانتیگراد بدون هیچ نشانی از تخریب و صدمات پابرجاست.
