بتن مسلح یا بتن آرمه یک ماده مرکب ساخته شده از بتن و آرماتور (میلگردهای فولادی یا مش) است که برای ایجاد استحکام و پشتیبانی بیشتر در داخل بتن تعبیه میشود. استفاده از آرماتور نه تنها به توزیع یکنواخت بار در سازه کمک می‌کند بلکه از ترک خوردگی و تغییر شکل تحت تنش جلوگیری بعمل می‌آورد. انواع بتن مسلح وجود دارد که شامل بتن آرمه با میلگرد، بتن مسلح پیش تنیده، پس تنیده، بتن مسلح با عایق مسلح، بتن تقویت شده با الیاف است. در این مقاله به معرفی بتن مسلح یا بتن آرمه و انواع آن می‌پردازیم. برای خواندن ادامه مطلب، مجله کار آهن را دنبال کنید.
بتن مسلح یا بتن آرمه چیست؟
در راستای پاسخ به پرسش بتن مسلح چیست یا بتن آرمه یعنی چه، باید اشاره کنیم که این محصول نوعی ماده مرکب است که از ترکیب بتن و آرماتور (میلگردهای فولادی یا مش) درست میشود. در بتن مسلح، آرماتورهای فولادی معمولا پیش از ریختن بتن به صورت شبکه‌ای در قالب بتن قرار میگیرند. این فرم اجازه می‌دهد تا فولاد در داخل بتن محصور شود و مقاومت لازم را برای سازه فراهم کند. در واقع آرماتور فولادی نه تنها به توزیع یکنواخت بار در سرتاسر سازه کمک می‌کند بلکه از ترک خوردگی جلوگیری بعمل می‌آورد.
به طور کلی، بتن مسلح یک مصالح ساختمانی بسیار موثر و بادوام است که به علت تحمل بارهای سنگین، جلوگیری از تغییر شکل در پروژه‌های ساختمانی و… مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تاریخچه بتن مسلح
۲۵۰۰ سال پیش، قبایل بازرگان در بیابان‌های عربستان از رسوبات سیلیس مخلوط با آهک برای تولید سیمان جهت ساخت کانال‌های آب و مخازن استفاده می‌کردند.
همچنین بیش از ۱۹۰۰ سال پیش، رومی‌ها نوعی سیمان را نیز به کار می‌بردند که شامل استفاده از خاکستر آتشفشانی بود. آن‌ها گنبد عظیم پانتئون را به قطر ۴۳ متر به واسطه این محصول در رم ساختند که همچنان به عنوان یک سازه پابرجاست.
در سال ۱۸۹۲، یک مهندس فرانسوی به نام فرانسوا هنبیک، یک سیستم بتن مسلح پیشرفته را به ثبت رساند: اولین سیستمی که از نظر تجاری موفق بود و به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. او به یک چهره کلیدی در کل صنعت ساختمان‌سازی در سراسر جهان تبدیل شد.
فرانسوا هنبیک (۱۸۴۲ تا ۱۹۲۱) ابتدا در سال ۱۹۰۶ به شغل عکاسی مشغول بود. اما به یکباره به سمت کارهای صنعتی رفت که حاصل آن میتوان به سیستم هوشمندانه بتن آرمه او اشاره کرد. او اختراع محصول خود را در سال ۱۸۹۲ به ثبت رساند و در همان سال به سمت تجاری‌سازی محصول نوآورانه رفت.
موفقیت سیستم هنبیک، استفاده از میلگردهای فولادی ارزان قیمت به عنوان تقویتکننده در داخل بتن بود که به آن استحکام کششی بالایی (حداکثر تنشی که یک ماده می‌تواند قبل از شکستن تحمل کند) می‌داد.
در جنگ جهانی دوم، بتن مسلح به طور گسترده‌ای برای ساخت و سازه‌های دفاعی در سراسر اروپا، از جمله دفاع ضد هوایی، ضد تانک و همچنین باند و آشیانه‌های فرودگاه‌ها استفاده شد.
اگرچه در آغاز قرن بیستم، هیچ گونه مقرراتی برای استفاده از بتن مسلح وجود نداشت، اما با تصویب قوانین در سال ۱۹۱۵، اطلاعات فنی پیرامون محصول جدید به طور گسترده‌ای در دسترس عموم قرار گرفت.
بتن مسلح در دنیای مدرن
در دنیای مدرن، بتن ماده اصلی بسیاری از سازه‌ها را شکل می‌دهد که میتوان به پل‌ها، بزرگراه‌ها، تونل‌ها، نیروگاه‌ها، ساختمان‌های اداری و آپارتمانی، فرودگاه‌ها، ایستگاه‌های زیرزمینی، مجتمع‌های صنعتی، خرید، مراکز تفریحی و نمایشگاهی، پارکینگ‌ها، بیمارستان‌ها، آثار هنری و… اشاره کرد.
نکته منفی بتن مسلح این است که در ساخت عنصر اصلی تشکیل‌دهنده بتن یعنی سیمان، ردپای کربن دیده میشود که منبع حدود هشت درصد از انتشار دی اکسید کربن (CO۲) در جهان است.
آمارها نشان می‌دهد که سالانه حدود ۲۰ میلیارد تن بتن مسلح تولید میشود که از نظر زیست محیطی می‌تواند نگران‌کننده باشد. زیرا این محصول علاوه بر انتشار گاز دی اکسید کربن، هر سال حدود ۱۰ درصد از منابع آب شیرین جهان را مصرف می‌کند.
نوآوری در بتن مسلح
معماران، طراحان و محققان بسیاری در حال کار بر روی جایگزین‌های سیمان به جهت حذف انتشار CO۲ آن هستند. به طور مثال میتوان به مراکز فرهنگی زاها حدید با سیمان فیبر شیشه‌ای و حیدر علی اف در آذربایجان اشاره کرد که از محصولات جدید به جای سیمان استفاده شده است.
زمینه‌های تحقیق شامل ساخت مخلوط بتن کم کربن است که از مواد زائد مانند پلاستیک بازیافتی، خاکستر نیروگاه‌های زغال سنگ یا سرباره کوره بلند استفاده می‌کند.
ترکیبات بتن مسلح
به طور کلی ترکیبات بتن مسلح شامل بتن و فولاد (میلگرد) است. اگرچه از آهک نیز میتوان برای اتصال بتن استفاده کرد اما سیمان به عنوان رایج‌ترین ماده اتصال‌دهنده بتن شناخته میشود.
هنگامی که آب با سیمان ترکیب میشود، خمیری به وجود می‌آید که سنگدانه‌های درون ترکیب را می‌پوشاند. سپس خمیر سفت شده و سنگدانهها را به هم می‌چسباند و ماده‌ای شبیه به سنگ را به وجود می‌آورد.
چهار عنصر اصلی در ترکیب بتن عبارتند از:
۱- مواد اتصال دهنده مانند سیمان یا آهک
۲- سنگدانه ریز (ماسه و شن)
۳- سنگدانه درشت (تراشه سنگ، تراشه آجر)
۴- آب
فرآیند تولید بتن آرمه
۱- تناسب بتن
انتخاب مقدار مناسب سیمان، سنگدانه ریز و درشت به همراه آب جهت به دست آوردن کیفیت مطلوب را تناسب بتن می‌گویند. بتن از پر کردن پی در پی حفره‌های سنگدانه توسط ماسه، حفره‌های موجود در ماسه توسط سیمان، حفره‌های موجود در سیمان توسط آب تحت یک واکنش شیمیایی تشکیل میشود.
وقتی درباره تناسب بتن صحبت می‌کنیم، منظور این است که بتن مسلح باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:
- بتن تازه ریخته شده باید کارایی کافی برای قرارگیری یکنواخت را داشته باشد.
- بتن سخت شده پس از گیرش باید مقاومت و دوام مطلوب را داشته باشد.
- فرآیند تولید بتن باید با توجه به مواد اولیه و نیروی کار، مقرون به صرفه باشد.
دو رویکرد برای تناسب بتن وجود دارد. در روش اول هیچ آزمایش اولیه‌ای انجام نمی‌شود. بتن ساخته شده از این روش را بتن معمولی می‌نامند. این نوع بتن در کارهای معمولی مانند ستون‌های تحت بارهای متوسط، دیوارهای حائل و مرکب کاربرد دارد. بتن معمولی همچنین می‌تواند برای قوس‌های بلند دهانه با ترکیب ۱:۱:۲ و برای سازه‌های با تنش شدید با ترکیب ۱:۲:۲ استفاده شود.
در روش دوم، آزمایش‌های اولیه انجام میشود؛ به طوری که بتن ساخته شده در این روش را بتن کنترل شده می‌گویند. این نوع بتن برای کلیه سازه‌های بتنی ساده و بتن مسلح کاربرد دارد. ترکیب‌های به کار رفته در بتن کنترل‌شده به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در آزمون اولیه، مقاومتی متوسط داشته باشند.
۲- دسته‌بندی مواد
پس از مرحله تناسب بتن، نسبت مورد نظر از تعداد مواد مورد نیاز یعنی سیمان، سنگدانه ریز و درشت، باید به صورت دسته‌ای برای مخلوط شدن اندازه‌گیری شود. به این فرآیند اندازه‌گیری مواد تشکیل‌دهنده یا بچینگ می‌گویند.
بچینگ ممکن است بر اساس وزن یا حجم صورت گیرد. در صورتی که بچینگ بر اساس حجم پیش برود، باید حجم کل نسبت به دسته‌بندی، وزن پایین‌تری داشته باشد؛ زیرا استفاده از نمونه اول در مرحله تناسب بتن می‌تواند حجم شن و ماسه را در فرآیند حجم‌دهی تغییر دهد.
- دسته‌بندی وزن
در این روش، کلیه مواد تشکیل‌دهنده بتن به طور مستقیم بر حسب کیلوگرم وزن می‌شوند. با توجه به اینکه وزن کیسه سیمان ۵۰ کیلوگرم است، برای ۱ تن سیمان به ۲۰ کیسه نیاز داریم.
- دسته‌بندی حجم
در روش بچینگ، از دو واحد اندازه‌گیری استفاده میشود: مایعات بر حسب لیتر و جامدات بر حسب متر مکعب. ابتدا آب، سیمان، ماسه و سنگدانه‌های درشت بر حسب لیتر اندازه‌گیری می‌شوند؛ در حالی که محصول نهایی بتن بر حسب متر مکعب اندازه‌گیری می‌گردد.
با توجه به اینکه ۱ لیتر سیمان معادل ۱.۴۴ کیلوگرم است، یک کیسه سیمان ۵۰ کیلوگرمی ۳.۵ لیتر حجم دارد. از این رو برای اندازه‌گیری سنگدانهها باید از جعبه‌های چوبی با حجم ۳.۵ لیتر استفاده کرد.
از آنجایی که چگالی آب ۱ گرم در میلی لیتر است، بنابراین میتوان آن را بر اساس وزن یا حجم اندازه‌گیری کرد. مقدار آب مورد نیاز بستگی به نسبت آب به سیمان دارد. پس برای نسبت آب به سیمان ۰.۵۰، مقدار آب مورد نیاز ۲۵ لیتر (۰.۵۰×۵۰ = ۲۵ لیتر) است. برای بچینگ دقیق، رطوبت و جذب سنگدانهها و حجیم شدن ماسه باید مشخص شود.
۳- اختلاط بتن
اختلاط بتن ممکن است به ۲ شکل دستی یا ماشینی انجام شود. در یک سطح تمیز، سخت و ضد آب، سیمان و ماسه با استفاده از بیل به صورت خشک مخلوط می‌شوند. سپس سنگدانهها را اضافه کرده و مواد را کاملا مخلوط می‌کنند.
بر اساس نسبت آب به سیمان، مقدار آب مورد نیاز محاسبه و به مخلوط خشک اضافه می‌گردد. سپس محصول نهایی را به داخل قالب بتن انتقال می‌دهند.
اختلاط دستی را برای مقادیر کم بتن یا به دلیل در دسترس نبودن دستگاه یا مکان‌هایی که باید از صدای دستگاه پرهیز کرد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برای ترکیب کردن بتن به وسیله دستگاه، از دو میکسر پیوسته و دسته‌ای استفاده میشود. میکسرهای پیوسته برای مصارفی کاربرد دارد که مقادیر زیادی بتن مورد نیاز است؛ مانند سدها، پل‌ها و… .
در میکسر دسته‌ای، تمام مواد مورد نیاز به مقدار مناسب وارد قیف درام گردان می‌شوند. هنگامی که مخلوط به قوام مورد نظر رسید، از درام تخلیه شده و به محوطه بتن‌ریزی منتقل می‌گردد.
۴- انتقال بتن
بتن مخلوط باید در اسرع وقت (اما در زمان گیرش اولیه سیمان) به محوطه بتن‌ریزی منتقل شود. انتخاب حمل و نقل به عوامل مختلفی مانند فاصله محل اختلاط تا محل ساخت و ساز، ارتفاعی که قرار است بلند شود، نوع سیمان و… بستگی دارد.
۵- تراکم بتن
تراکم بتن باید در اسرع وقت پس از قرار دادن بتن در محل انجام شود. هدف از تراکم، خارج کردن هوا و نزدیک کردن ذرات به منظور کاهش فضای خالی و متراکم شدن بتن است. این روش علاوه بر افزایش چگالی، استحکام و نفوذناپذیری بتن را بیشتر می‌کند.
علاوه بر این، تراکم بیش از حد منجر به جدایی ذرات بتن میشود؛ این در حالی است که تراکم کم، زمینه را برای کاهش ضخامت بتن به وجود می‌آورد. برای بررسی تراکم استاندارد، به محض اینکه خمیر سیمان در سطح بالایی بتن ظاهر شد، تراکم باید متوقف شود.
فشرده‌سازی بتن به صورت دستی ممکن است با میله زدن، ضربه زدن، کوبیدن یا چکش‌کاری انجام شود. چکش‌های چوبی یا فولادی بزرگ برای کوبیدن بتن‌ریزی کاربرد دارند.
تراکم بتن توسط دستگاه‌ها، با استفاده از ویبراتورهای مکانیکی انجام میشود. این روش تراکم دارای چندین مزیت است که عبارتند از:
- بتن تولید شده متراکم و غیر قابل نفوذ است.
- نسبت آب به سیمان کمتر باعث کاهش حدود ۱۵ درصدی استفاده از سیمان میشود.
- پیوند بهتری بین فولاد و بتن ایجاد می‌گردد.
- سطح بتن به دلیل متراکم شدن با ویبراتور یکنواخت است.
- به دلیل بالا بودن نسبت سنگدانه به سیمان، امکان کاهش خزش و انقباض وجود دارد.
- پر کردن دهانه‌های کوچک به دلیل قوام خوب در بتن امکان‌پذیر است.
- بتن‌ریزی نسبتا سریع است.
- زمان، مواد و نیروی کار کمتری مورد نیاز است و از این رو، به عنوان یک روش مقرون به صرفه در نظر گرفته میشود.
۶- عمل آوری بتن
پخت مستقیم: در این روش آب به طور مستقیم به سطح کیورینگ اعمال میشود. همچنین در این فرآیند، سطح بتن به طور مداوم توسط آب راکد یا با استفاده از کیسه‌های مرطوب و… خشک می‌گردد. این روش برای بتن‌ریزی عمودی و افقی کاربرد دارد.
کیورینگ غشایی: در این روش اقداماتی برای جلوگیری از تبخیر آب از سطح بتن انجام میشود. این کار به وسیله پوشاندن سطوح با کاغذهای ضد آب یا پلی اتیلن به همراه یک لایه قیر صورت می‌گیرد.
پخت با بخار (اتوکلاوها): این روش به طور گسترده در واحدهای بتنی پیش ساخته کاربرد دارد. در اینجا بتن پیش ساخته در فضای گرم و مرطوب (درون محفظه بخار) نگهداری می‌شوند.
جذب رطوبت به واسطه مواد شیمیایی: مواد شیمیایی مانند کلرید کلسیم به صورت یک لایه روی بتن پخش میشود. این ماده شیمیایی رطوبت سطح را جذب و از تبخیر آن از سطح بتن جلوگیری می‌کند.
انواع بتن مسلح
بتن مسلح انواع مختلفی دارد که در ادامه به بررسی آن می‌پردازیم:
۱- بتن مسلح به میلگرد
برای تقویت یک دال بتنی، میلگردها در فواصل معین طولی و عرضی قرار میگیرند. این نوع میلگردهای فولادی باید با اتصالات آرماتور به هم پیوند بخورند. اقدامات فوق نه تنها تضمین می‌کند که شبکه تشکیل شده از میلگرد در ارتفاع مساوی از سطح زمین (و از بالای بتن ریخته شده) قرار گیرد، بلکه زمینه را برای جلوگیری از حرکت میلگرد در طول ریختن بتن فراهم می‌کند.
| مزایای بتن مسلح به میلگرد | معایب بتن مسلح به میلگرد |
| افزایش استحکام و دوام در مقابل نیروهای کششی و فشاری | احتمال خوردگی در مناطق مرطوب و پر نمک |
| مقاوم در برابر ترک خوردگی و نفوذ آب | چالش قرار دادن مناسب میلگرد در داخل بتن |
| افزایش یکپارچگی و جلوگیری از احتمال شکست یا فروپاشی بتن | چالش تعمیر، سختی کار در صورت ایجاد خوردگی در میلگرد |
| انعطافپذیری بالا در اشکال و اندازه‌های مختلف | نگرانی‌های زیست محیطی به ویژه در رابطه با انتشار گاز دی اکسید کربن |
| طول عمر بالا | هزینه بالا به ویژه برای تامین مواد اولیه و نیروی انسانی |
۲- بتن مسلح پیش تنیده
در راستای این پرسش که بتن آرمه چیست، باید گفت بتن پیش تنیده یکی از انواع بتن آرمه یا بتن مسلح است که در آن فشار اولیه قبل از اعمال بار خارجی در بتن ایجاد میشود تا تنش ناشی از آن به نحو مطلوب خنثی گردد. این فشرده‌سازی اولیه توسط آرماتور یا آلیاژهای فولادی با مقاومت بالا (به نام تاندون) صورت می‌گیرد.
| مزایای بتن مسلح پیش تنیده | معایب بتن مسلح پیش تنیده |
| طول دهانه بیشتر باعث افزایش فضا میشود | به آرماتورهای فولادی با مقاومت کششی بالا و بتن با مقاومت بالا نیاز دارد |
| از آنجایی که طول دهانه بزرگتر است، به اتصالات کمتری نسبت به سازه‌های بتنی معمولی نیاز دارد | به تجهیزات ویژه مانند جک و… نیاز دارد |
| به دلیل اتصالات کمتر، هزینه نگهداری کاهش می‌یابد | فرآیند پیش تنیدگی بتن به تکنسین‌ها و کارگران ماهر نیاز دارد |
| مصالح ساختمانی کمتری نیاز دارد | هزینه ساخت و ساز کمی بالاتر از بتن غلطکی یا RCC است |
| ساخت | – |
۳- بتن مسلح پس تنیده
بتن پس تنیده نوعی بتن مسلح است که از کابل‌های فولادی معروف به تاندون برای ایجاد استحکام و پشتیبانی بیشتر سازه استفاده می‌کند. در بتن مسلح پس تنیده، تاندون‌ها پیش از ریختن بتن در قالب قرار میگیرند و پس از سخت شدن بتن، کش می‌آورند.
استفاده از پس تنیدگی در بتن مسلح، به دهانه‌های طولانیتر و مقاطع بتنی نازک‌تر اجازه می‌دهد که مقدار مواد مورد نیاز را کاهش دهد؛ در نتیجه ساختاری سبک‌تر و کارآمدتر ایجاد می‌کند.
بتن مسلح پس تنیده معمولا در ساخت پل‌ها، سازه‌های پارکینگ، ساختمان‌های بلند، ستون‌ها، دیوارهای بتنی و سایر پروژه‌های زیربنایی در مقیاس بزرگ که به استحکام و دوام مناسبی برای سازه نیاز دارد، استفاده میشود.
| مزایای بتن مسلح پس تنیده | معایب بتن مسلح پس تنیده |
| مقاومت بالا در برابر تنش فشاری | نیاز به دانش و تجهیزات تخصصی و زمان بر بودن فرآیند |
| افزایش دوام و مقاومت در برابر ترک خوردگی به ویژه در مناطق ساحلی با امکان زمین لرزه | نیاز به تعمیر و نگهداری منظم |
| کاهش انحراف یا خمش سازه تحت بار | احتمال شکست یا فروپاشی تاندون‌ها در صورت نصب نادرست |
| استحکام بالا | انعطافپذیری محدود در تغییر ساختار به ویژه پس از نصب و کشش تاندون‌ها |
| کاهش استفاده از مواد و در نتیجه ایجاد فرآیند ساخت و ساز مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست | هزینه بالای تجهیزات مورد نیاز |
۴- بتن مسلح پیش ساخته
برای ساخت سازه‌های بتنی پیش ساخته، ابتدا قالب‌ها آماده می‌شوند. پس از اتمام قالب‌ها، مخلوط بتن را در آن می‌ریزند. پس از پخت، قالب‌ها برداشته شده و محصول نهایی به محل ساخت و ساز ارسال می‌گردد.
بتن پیش ساخته یک ماده ساختمانی است که از ریختن بتن در یک قالب از پیش ساخته شده ایجاد میشود. سپس بتن در محیطی مناسب برای عمل آوری رها و پس از پخت، قالب برداشته شده و دوباره مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بتن پیش ساخته در اشکال و اندازه‌های مختلفی تولید میشود. با این حال، وقتی که اندازه محصولات را بزرگتر در نظر میگیرند، وزن آن‌ها نیز به عنوان یک چالش مطرح است.
مواد مورد استفاده در بتن پیش ساخته شامل سیمان پرتلند (OPC) گرید ۴۳ و ۵۳، آب، مواد سیمانی تکمیلی (SCM)، سنگدانه، مواد افزودنی عایق رطوبتی مانند ضد آب کریستالی، رنگدانه‌های اکسیدی، میلگرد، تاندون‌های فولادی، سنگدانه سبک، الیاف فولادی و پلیمری، گروت‌های بدون انقباض و گروت اپوکسی میشود.
علاوه بر این، انواع سازه‌های بتنی پیش ساخته شامل دیوارهای بتنی، دال‌ها، تیرها، ستون‌ها و پله‌های بتنی پیش ساخته است.
| مزایای بتن مسلح پیش ساخته | معایب بتن مسلح پیش ساخته |
| سرعت بالای ساخت و ساز (چند روز یا چند هفته) | محدودیت در انعطافپذیری طراحی |
| استحکام و مقاومت بالا در برابر آب و … | چالش‌های لجستیکی (حمل و نقل) به دلیل سنگین بودن |
| تولید در محیط کنترل شده | فرآیند کنترل کیفیت سخت و پیچیده |
| دقت ابعادی مناسب | تولید سازه‌های بتنی مسلح پیش ساخته می‌تواند اثرات زیست محیطی قابل توجهی از جمله انتشار گازهای گلخانه‌ای و کاهش منابع طبیعی داشته باشد |
| قوام و تاب آوری بالا | هزینه بالا |
۵- بتن مسلح با عایق مسلح
بتن‌های مسلح با عایق (ICF) نوعی مصالح ساختمانی هستند که از بلوک‌های تو خالی یا پنل‌های ساخته شده از عایق فوم تشکیل میشود. این محصول برای ایجاد دیوارهای ساختمان با بتن مسلح پر می‌شوند. در ضمن عایق فوم هم عایق حرارتی و هم عایق صوتی است.
این نوع عایق‌ها در مناطقی با شرایط آب و هوایی نامساعد مناسب است؛ زیرا عایق‌ها مقاومت بالایی در برابر باد، باران و سایر عوامل مرتبط با آب و هوا ارائه می‌دهند. همچنین کار با آن‌ها نسبتا آسان است و میتوان برای ایجاد طیف گسترده‌ای از سبک‌ها و طرح‌های معماری استفاده کرد.
| مزایای بتن مسلح با عایق مسلح | معایب بتن مسلح با عایق مسلح |
| بهره‌وری انرژی (کاهش هزینه‌های مرتبط با گرمایش و سرمایش ساختمان به همراه کاهش انتشار کربن) | هزینه بالا |
| مقاومت و دوام بالا در برابر زمین لرزه، آتش، باد و آب | ICF ها عموما در برابر آتش مقاوم هستند اما همچنان می‌توانند در اثر آتش آسیب ببینند و ممکن است به اقدامات ضد حریق اضافی نیاز داشته باشند |
| نصب سریع | نصب تخصصی (نیاز به تجهیزات مناسب) |
| عایق صدا | احتمال پدید آمدن کپک در صورت نصب نادرست |
| سازگار با محیط زیست | منابع محدود |
۶- بتن مسلح تقویت شده با الیاف
بتن الیافی یک ماده کامپوزیتی متشکل از مواد فیبری است که یکپارچگی ساختاری بتن را تضمین می‌کند. این نوع بتن، ترکیبی از سیمان، الیاف ناپیوسته، گسسته و یکنواخت است. الیاف معمولا در بتن برای کنترل ترک خوردگی ناشی از انقباض پلاستیک و خشک شدن انقباض استفاده میشود.
انواع مختلف بتن الیافی شامل بتن تقویت شده با الیاف فولادی، بتن تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن (PFR)، بتن تقویت شده با الیاف شیشه، الیاف پلی استر، الیاف کربن، الیاف مصنوعی ماکرو، الیاف میکرو سنتتیک، الیاف طبیعی و الیاف سلولزی است.
| مزایای بتن مسلح تقویت شده با الیاف | معایب بتن مسلح تقویت شده با الیاف |
| دوام و چقرمگی بالا (جلوگیری از ترک خوردن) | به اختلاط دقیق نیاز دارد تا الیاف به طور یکنواخت در سراسر بتن توزیع شود |
| مقاومت در برابر ضربه و سایش | نوع الیاف مورد استفاده باید با مخلوط بتن سازگار باشد. استفاده از الیاف نامناسب می‌تواند منجر به تضعیف عملکرد بتن شود |
| کاهش انقباض | طولانی بودن زمان گیرش |
| افزایش استحکام کششی | وزن اضافی الیاف در حین جابجایی |
| انعطافپذیری طراحی برای ایجاد طیف گسترده‌ای از اشکال و اندازه‌ها | الیاف می‌توانند روی سطح بتن قابل مشاهده باشند که ممکن است برای کاربردهای خاص مطلوب نباشد |
| افزایش طول عمر سازه | هزینه بالا |
مشخصات بتن مسلح
۱- چگالی بتن مسلح: چگالی بتن حدود ۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.
۲- استحکام بتن مسلح: اگرچه در حال حاضر میتوان به استحکام بتن بیش از ۱۰ هزار psi دست یافت اما ترکیبی از سنگدانه‌های خاص، سیمان، مواد افزودنی و کنترل دقیق کیفیت نیز هزینه بالایی دارد. به همین دلیل استحکام بتن مسلح سازه‌ای در محدوده ۳ هزار تا ۶ هزار psi است.
۳- مقاومت در برابر خوردگی: وقتی بتن مسلح در معرض رطوبت و کلریدهای خارجی اعم از آب دریا و نمک باشد، بنابراین به حداقل مقاومت ۵ هزار psi و حداکثر w/cm ۰.۴۰ نیاز دارد.
۴- ضریب انبساط حرارتی: یک مقدار متوسط برای ضریب انبساط حرارتی بتن حدود ۱۰ میلیونیم در درجه سانتی‌گراد (۱۰x۱۰-۶/C) است.
بیشتر بخوانید: بتن اکسپوز چیست؟ مدرنیته و زیبایی در معماری با بتن اکسپوز
کاربرد بتن مسلح یا آرمه
۱- ساختمان‌سازی
بتن مسلح به طور ایده‌آل برای ساخت کف، دال سقف، ستون‌ها، دیوارهای حائل و تیرها در سازه‌های مسکونی و تجاری مناسب است. طبقات شبکه‌ای بتن آرمه متشکل از تیرها و دال‌ها به طور گسترده برای پوشش مناطق بزرگ مانند سالن‌های کنفرانس که فضای خالی از ستون، یک نیاز ضروری است، استفاده میشود.
لازم به توضیح است که این محصول به دلیل مقاومت در برابر سایش و پارگی، گزینه مناسبی برای کف کارخانه‌ها به حساب می‌آید.
۲- فونداسیون
بتن مسلح اغلب برای ایجاد فونداسیون محکم و با دوام ساختمان‌ها از جمله سازه‌های مسکونی و تجاری استفاده میشود.
۳- سازه‌های پیش ساخته
بتن پیش ساخته برای ساخت انواع سازه‌ها و عناصر سازه‌ای استفاده میشود. برخی از نمونه‌های بتن پیش ساخته شامل ستون‌ها، تیرها، دال‌ها، لوله‌ها، پایه‌های حصار، منهول‌ها، زه‌کشی و… است.
۴- پل و بزرگراه‌ها
بتن مسلح به دلیل استحکام، دوام و توانایی بالا در تحمل بارهای سنگین، اغلب برای ساخت پل‌ها و بزرگرا‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۵- جاده
انواع بتن مسلح در ساخت جاده‌هایی که برای حمل ترافیک سنگین طراحی شده‌اند (مانند باند فرودگاه)، مناسب است.
۶- سازه‌های دریایی و سد
بتن مسلح به دلیل مقاومت در برابر فشار آب، برای ساخت دیواره‌ها یا سازه‌های دریایی و سدها کاربرد دارد.
۷- سازه‌های دریایی و سد
اگرچه بتن مسلح ممکن است مصالح ساختمانی ایده‌آل برای این نوع سازه‌ها نباشد، اما تعدادی از پروژه‌ها مانند سازه‌های شناور وجود دارند که در آن‌ها استفاده از بتن مسلح توصیه میشود.
۸- تونل‌ها و سازه‌های زیرزمینی
بتن مسلح به دلیل مقاومت در برابر فشار بالا و تغییر شکل، برای ساخت تونل‌ها و سایر سازه‌های زیرزمینی مناسب است.
۹- لوله و کانال
انواع بتن مسلح به دلیل مقاومت در برابر نفوذ و تحمل فشار آب، اغلب برای ساخت مخازن آب استفاده میشود. همچنین لوله‌ها و کانال‌های سیستم فاضلاب، اغلب از بتن مسلح ساخته شده‌اند. با این وجود، باید دانست که لوله‌های بتن آرمه زمانی که فشار آب زیاد باشد، قابل استفاده نیستند؛ مگر اینکه غلاف فولادی استوانه‌ای در لوله‌های بتن مسلح با دستگاه‌های اتصال ویژه نصب شود.
مزایای بتن مسلح
مزایای بتن آرمه عبارتند از:
- بتن مسلح در برابر کشش و فشار استحکام بالایی دارد.
- در صورتی که سازه‌های بتن مسلح به درستی طراحی و اجرا شوند، می‌توانند تا سال‌های سال دوام بیاورند.
- به دلیل نفوذپذیری کم، بتن می‌تواند در برابر مواد شیمیایی محلول در آب مانند سولفات‌ها، کلرید و دی اکسید کربن که ممکن است باعث خوردگی در بتن شود، مقاومت کند.
- سازه‌های بتن آرمه با طراحی مناسب در برابر زلزله، بسیار مقاوم هستند.
- ماهیت بتن به گونه‌ای است که اجازه آتش گرفتن یا سوختن آن را نمی‌دهد. این ماده می‌تواند ۲ تا ۶ ساعت حرارت آتش را تحمل کند که این میزان، زمان مناسبی برای عملیات نجات در صورت آتش‌سوزی است.
- آرماتورهای فولادی، انعطافپذیری را برای سازه‌های بتن مسلح به وجود می‌آورند. به طوری که بتن می‌تواند در برابر ترک خوردن و انحراف، مقاومت بالایی از خود نشان دهد.
- بتن را میتوان در اشکال، فرم، سطح، بافت و اندازه‌های دلخواه تولید کرد. دلیل این موضوع به مایع یا روان بودن بتن در ابتدای ریختن در قالب برمی‌گردد.
- مواد تشکیل‌دهنده بتن به طور گسترده در سراسر جهان و به صورت ارزان در دسترس است. به همین دلیل، هزینه تولید و نگهداری بتن کاهش می‌یابد.
- در مقایسه با استفاده از فولاد در سازه، بتن مسلح به نیروی کار ماهر کمتری برای نصب و اجرای سازه نیاز دارد.
- انواع بتن مسلح کاربردهای زیادی دارد؛ به طوری که این محصول در صنایع سبک و سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- بتن مسلح به ۲ روش دستی و ماشینی اجرا میشود. در روش ماشینی میتوان از ویبراتور مکانیکی استفاده کرد.
- بتن را میتوان به عنوان سنگدانه برای استفاده در مواد زیربنایی جاده‌ها و پارکینگ‌ها، محافظت از خطوط ساحلی و… بازیافت کرد.
معایب بتن مسلح
- سازه‌های بتن آرمه سنگین‌تر از سازه‌های دیگر مانند سازه‌های فولادی، چوبی و شیشه‌ای هستند.
- ساختمان‌های بتنی برای رفع نیاز به قالب‌های بزرگ نیاز دارند. در نتیجه برای تکمیل، علاوه بر فضای زیاد، باید به نیروی انسانی متخصص نیز دسترسی داشته باشد.
- بتن برای رسیدن به استحکام کامل خود به زمان نیاز دارد. بنابراین نمیتوان بلافاصله پس از ساخت (بر خلاف سازه‌های فولادی) از آن استفاده کرد.
- انقباض باعث ایجاد ترک و کاهش استحکام بتن میشود.
- هزینه قالب‌های مورد استفاده برای ریخته گری نسبتا بالا است.
نحوه طراحی و اجرای سازه بتن آرمه
- فرآیند طراحی: در این فرآیند، طراحی کلی و چیدمان سازه مشخص میشود. این روند شامل عواملی مانند استفاده مورد نظر از سازه، الزامات تحمل بار و طراحی معماری است.
- تحلیل سازه: هنگامی که فرآیند طراحی تکمیل شد، سازه برای تعیین بارهایی که تحت آن قرار خواهد گرفت، مانند بارهای مرده (وزن خود سازه) و بارهای زنده (وزن افراد، تجهیزات، و اشیاء دیگر)، آزمایش میشود. این تجزیه و تحلیل به تعیین اندازه و محل قرارگیری مواد تقویتکننده بتن کمک می‌کند.
- محاسبات طراحی: بر اساس تجزیه و تحلیل سازه، محاسبات طراحی برای تعیین اندازه و فاصله مواد تقویتکننده مانند میلگردهای فولادی یا الیاف صورت می‌گیرد. در این محاسبات، عواملی مانند مقاومت بتن و ضریب ایمنی در نظر گرفته میشود.
- جزئیات: نقشه‌ها و مشخصات دقیقی ایجاد میشود که محل قرارگیری و اندازه دقیق آرماتور و همچنین جزئیات دیگری مانند محل اتصالات و ضخامت بتن را نشان می‌دهد.
- ساخت و ساز: پس از اتمام مراحل طراحی، فرآیند ساخت و ساز آغاز میشود. فرآیند ساخت و ساز شامل مخلوط کردن و ریختن بتن، قرار دادن میلگردهای فولادی است.
- کنترل کیفیت: در طول فرآیند ساخت و ساز، اقدامات کیفی مناسب انجام میشود. این فرآیند شامل آزمایش مقاومت بتن و انجام بازرسی‌های بصری از مواد تقویتکننده است.
- تعمیر و نگهداری: پس از تکمیل ساختار، تعمیر و نگهداری منظم برای اطمینان از ایمنی و دوام آن مورد نیاز است. این موضوع ممکن است شامل بازرسی، تعمیر و جایگزینی مواد تقویتکننده آسیب‌دیده یا خراب باشد.
مقایسه فولاد و بتن مسلح
| ویژگی | سازه فولادی | سازه بتن آرمه |
| مقاومت فشاری | ضعیف | بالا |
| مقاومت کششی | بالا | ضعیف |
| انعطافپذیری | خوب | محدود |
| وزن سازه | سبک | سنگین |
| قابلیت تحمل لرزه | بالا | متوسط |
| زمان ساخت | کوتاه | طولانی |
| هزینه ساخت و نگهداری | بالا | کم |
| پایداری در برابر آتش | بالا | متوسط |
| محدودیت شکل‌پذیری | ندارد | دارد |
| نیاز به تعمیرات و نگهداری | کم | زیاد |
| قابلیت بازیافت و قابلیت دسترسی به مصالح | بالا | متوسط |
| طول عمر | طولانی | متوسط |
| قابلیت تغییر شکل | خوب | محدود |
| نسبت به زلزله | بالا | خوب |
| تأثیر عوامل محیطی | کم | بیشتر |
| استحکام سازه | بالا | خوب |
| انعطافپذیری طراحی | بالا | محدود |
| هزینه ساخت و نگهداری در طول عمر | بالا | کم |
| امکانات ساخت | کم | زیاد |
| انعطافپذیری در طرح سازه | خوب | محدود |
تفاوت بتن و بتن آرمه
در جدول زیر تفاوت‌های بتن آرمه و بتن آورده شده است:
| ویژگی | بتن مسلح | بتن معمولی |
| ترکیب مصالح | سیمان، شن، آب، میلگرد | سیمان، شن، آب |
| موارد استفاده | ساختمان‌های بلند و پیچیده | ساخت و ساز عمومی |
| مقاومت فشاری | معمولاً بیشتر | معمولا کمتر |
| مقاومت کششی | بالاتر به دلیل میلگرد | بسیار ضعیف |
| قابلیت تحمل کشش | دارد | ندارد |
| قابلیت انعطافپذیری | بالاتر به دلیل میلگرد | بسیار کم |
| هزینه ساخت و نگهداری | بیشتر | کمتر |
کلام آخر
در این مقاله به یک پرسش مهم پاسخ دادیم: بتن مسلح چیست. وقتی با این پرسش مواجه می‌شویم که بتن مسلح یا بتن آرمه چیست، منظور همان بتنی است که تقویت سازه، با مواد فولادی مانند میلگرد ترکیب میشود. انواع بتن مسلح شامل بتن مسلح پیش تنیده، پس تنیده، بتن مسلح با عایق مسلح، تقویت شده با الیاف و بتن ترکیب شده با میلگرد است. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره این موضوع، با ما تماس بگیرید. گروه کارشناسان ما در وب سایت کار آهن، آماده پاسخگویی به سوالات شما عزیزان هستند.
سوالات متداول
چگونه میتوان بتن مسلح را تشخیص داد؟
یکی از راههای تشخیص اینکه بتن مسلح تقویت شده است یا خیر، جستجوی آرماتورهای قابل مشاهده است؛ مانند میلگردهای فولادی یا مش سیم. این مواد تقویتکننده اغلب در مرکز یا نزدیک بالای دال قرار میگیرند و معمولا بر روی سطح بتن قابل مشاهده هستند.
آیا بتن مسلح قابل بازسازی است؟
بتن مسلح یک مصالح ساختمانی بادوام است. این ماده بادوام و خود ترمیم‌شونده است و در صورت حفظ خاصیت قلیایی، می‌تواند صدها سال دوام بیاورد.
آیا بتن آرمه مقاوم در برابر زلزله است؟
در صورتی که بتن مسلح به درستی نصب شود، در برابر زلزله مقاوم بالایی از خود نشان خواهد داد.
چرا از بتن مسلح در ساختمان‌ها استفاده شود؟
بتن مسلح در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی، از مقاومت فشاری بالایی برخوردار است. با توجه به آرماتورهای ارائه شده، بتن مسلح می‌تواند تنش کششی خوبی را نیز تحمل کند. مقاومت در برابر آتش و آب، از دیگر علل استفاده از بتن در صنعت ساختمان‌سازی است.
چه روش‌هایی برای پوشش‌دهی و جلوگیری از خوردگی بتن مسلح وجود دارد؟
بهترین راه برای جلوگیری از خوردگی در بتن، استفاده از مواد افزودنی بازدارنده است. از جمله افزودنی‌های بازدارنده میتوان به سیمان پرتلند اشاره کرد.
منظور از بتن غیر مسلح چیست؟
بتن غیر مسلح که به نام بتن ساده نیز شناخته میشود، نوعی بتن است که هیچگونه مواد تقویتکننده مانند میلگردهای فولادی یا الیاف ندارد. این نوع بتن ترکیبی از سیمان، آب و سنگدانههایی مانند شن و ماسه است.