بتن چیست؟ بررسی کاربرد، انواع، مزایا و معایب بتن

بتن یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که با ترکیبی مشخص از سیمان، مصالح سنگی، آب و مواد افزودنی به دست می‌آید. ویژگی‌هایی مثل مقاومت بالا، دوام طولانی و مقرون‌ به‌ صرفه بودن باعث شده این ماده در پروژه‌های عمرانی جایگاه ویژه‌ای داشته باشد. تنوع در ساخت و کارایی گسترده بتن، آن را به یکی از اصلی‌ترین انتخاب‌ها در صنعت ساختمان‌ سازی تبدیل کرده است. در این مقاله از آکادمی عمران به معرفی بتن، اجزا، انواع و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.

بتن چیست؟

بتن (Concrete) ماده‌ای ترکیبی و مهندسی‌ شده است که از ترکیب آب، سیمان و مجموعه‌ای از سنگدانه‌های ریز و درشت شکل می‌گیرد. در ترکیب این مواد، آب با سیمان واکنش‌های حرارت‌زا نشان داده و خمیر حاصل از آن پس از سفت شدن، بتن را به وجود می‌آورد. برای هیدراتاسیون سیمان در بتن معمولا حدود ۲۰ درصد وزن سیمان، یا کمی بیشتر، آب در نظر گرفته می‌شود تا بتن کارایی لازم را داشته باشد.

این خمیر به راحتی در قالب ریخته شده و شکل می‌گیرد. خمیر بتن با گذشت زمان غلیظ‌تر شده، حجم آن کاهش یافته و مقاومت آن نیز افزایش می‌یابد. در واقع اگر شرایط برای سخت شدن بتن مساعد باشد، مقاومت بتن به شکل مداوم افزایش پیدا کرده و در نهایت به بالاترین درجه سختی خود می‌رسد. از این رو، از بتن برای افزایش مقاومت ساختمان استفاده می‌شود.

بسته به نیاز پروژه، می‌توان با افزودن مواد خاص، ویژگی‌هایی مثل دوام، کارایی یا مقاومت فشاری بتن را بهبود داد. دسترسی آسان به مواد اولیه، هزینه ساخت مناسب و عملکرد مکانیکی مطلوب باعث شده بتن به عنوان یکی از اصلی‌ترین مصالح در ساخت‌وسازهای کوچک و بزرگ شناخته شود.

مقاومت فشاری بتن

مقاومت فشاری بتن نشان‌ دهنده میزان توانایی بتن در تحمل نیروهای فشاری تا زمان شکست آن می‌باشد. این خاصیت معمولا با آزمایش نمونه‌های مکعبی یا استوانه‌ای اندازه‌گیری می‌شود و مقدار تنش وارد بر سطح مقطع در لحظه شکست به‌ عنوان مقاومت فشاری گزارش می‌گردد. واحد آن می‌تواند پاسکال، کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع یا نیوتن بر میلی‌متر مربع باشد.

به‌طور معمول، مقاومت ۷ روزه بتن حدود ۷۰ تا ۷۵ درصد مقاومت ۲۸ روزه آن است و همین آزمایش یکی از معیارهای اصلی کنترل کیفیت بتن محسوب می‌شود.

اجزا و ترکیبات بتن

همانطور که بالاتر اشاره کردیم، به طور کلی ترکیبات بتن شامل آب، سنگدانه و سیمان است. با این حال، برای ایجاد تغییر در برخی از ویژگی‌های بتن و بالا بردن کیفیت ویژگی‌های آن، به مواد اولیه بتن مواد افزودنی اضافه می‌کنند تا بتن سفت شده نهایی، ویژگی‌های بهتری مانند مقاومت بالاتر داشته باشد.

سیمان

سیمان از مهم‌ترین مواد تشکیل دهنده بتن است که حدود 10 تا 15 درصد وزنی آن را تشکیل می‌دهد. معمولا برای این کار از سیمان پرتلند استفاده می‌کنند که یک سیمان هیدرولیکی است. با این حال، برای ساخت انواع خاصی از بتن، از انواع دیگر سیمان نیز استفاده می‌شود. در مقاله انواع سیمان به بررسی تمام نوع‌ها و مدل‌های مختلف سیمان پرداخته شده است که با کلیک بر روی لینک آبی رنگ می‌توانید به مقاله آن مراجعه نمایید.

خمیر سیمان از ترکیب سیمان و آب به‌وجود می‌آید، واکنشی گرمازا به نام هیدراتاسیون رخ می‌دهد و خمیر به‌تدریج سفت می‌شود. این خمیر خاصیت چسبندگی دارد و باعث اتصال ماسه و سنگدانه‌ها می‌گردد.

آب

آب مهم‌ترین نقش را در سخت شدن بتن‌ دارد. اگر میزان آب در بتن بیشتر از مقدار مورد نیاز باشد کارایی بتن افزایش یافته و بتن راحت‌تر در قالب جای می‌گیرد. اگرچه این مورد برای اجرا نکته مثبتی است، اما میزان بیش از اندازه آب سبب ایجاد تخلخل و پوکی در بتن می‌شود. اگر میزان آب از مقدار مورد نیاز هیدراتاسیون سیمان بیشتر شود بخش اضافی به مرور زمان تبخیر شده و در بتن به شکل حفره باقی می‌ماند که مقاومت بتن حاصل را کاهش می‌دهد. از طرفی، میزان کم آب سبب توقف هیدراتاسیون سیمان و کاهش کارایی بتن می‌شود. در نتیجه، آب در دو بخش هیدراتاسیون و تامین کارایی در طرح اختلاط بتن لحاظ شده و میزان آن تعیین کننده کیفیت بتن است.

کیفیت آب مورد استفاده در ساخت بتن‌ نیز بسیار مهم است. ناخالصی موجود در آب ممکن است مشکلاتی مانند ایراد در گیرش سیمان، کاهش مقاومت بتن و ایجاد لکه در سطح بتن را به وجود آورد.

سنگدانه‌‌ها

یکی دیگر از مواد اصلی بتن‌ سنگدانه‌‌ها هستند که ترکیبی از شن و ماسه و سنگ می‌باشند و حدود 70 درصد وزن بتن و حداقل سه چهارم حجم آن را در بر می‌گیرند. در اصل، سنگدانه‌ها استخوان‌بندی بتن‌‌ را تشکیل می‌دهند.

کیفیت سنگدانه‌ها امری مهم است. سنگدانه‌های مصرفی به طور معمول، توسط هوازدگی، فرسایش و خرد کردن سنگ‌های مادر ایجاد می‌شوند. در ساختن این متریال، مصالح سنگی انتخابی باید به گونه‌ی باشند که سنگدانه‌های با ابعاد کوچک‌تر فضای خالی بین سنگدانه های بزرگ‌تر را پر کنند (ریزدانه‌ها فضای بین درشت‌دانه‌ها را پر می‌کنند تا کم‌ترین فضای خالی باقی بماند).

هر چه دانه‌بندی مواد سنگی مناسب‌تر انتخاب شود، بتن‌‌ مقاوم‌تر و متراکم‌تر بوده و نفوذپذیری کمتری خواهد داشت. می‌توانید برای کسب اطلاعات بیشتر درمورد سنگدانه بر روی لینک آبی رنگ کلیک کرده و مقاله مرتبط با آن را مطالعه نمایید.

سنگدانه‌ها به خمیر حاصل از واکنش آب و سیمان اضافه می‌شوند. هر چه فرآیند مخلوط کردن با احتیاط بالاتر و درست‌تر انجام شود، بتن حاصل شده کیفیت و مقاومت بالاتری را از خود نشان خواهد داد.

مواد افزودنی بتن

یکی دیگر از مواد تشکیل دهنده بتن افزودنی‌ها هستند که افزودن آن‌ها در حین ساخت، امری ضروری نیست. مواد افزودنی در شرایط ویژه و برای اهداف خاص به بتن افزوده می‌شوند تا ویژگی‌های دلخواه را به آن بیافزایند.

افزودنی‌های بتن به صورت گرد یا مایع و کمی پیش از اختلاط یا در زمان اختلاط به مخلوط افزوده می‌شوند. این افزودنی‌ها به دو دسته شیمیایی مانند روان‌ کننده و حباب‌ساز و معدنی مانند خاکستر بادی و سرباره آتشفشانی تقسیم می‌شوند.

بیش از ۵۰ ساعت آموزش حرفه‌ای ولی رایگان دفترفنی و ساختمان سازی

دریافت

کاربرد بتن

بسته به میزان مقاومت، بتن می‌تواند کاربردهایی فراوانی در ساخت و ساز داشته باشد:

• ساخت ساختمان: اعم از بناهای مسکونی، تجاری و صنعتی، از بتن در ساخت تیر، سقف، ستون و پی و فونداسیون ساختمان استفاده می‌شود.
• راهسازی: از بتن در راهسازی به عنوان رویه‌های بتنی، دیوار حائل، جان‌ پناه و غیره استفاده می‌شود.
• راه‌ آهن: به عنوان تراورس (ریل بند) و علامت‌های راهنمایی.
• پل‌سازی: از بتن در پل‌سازی برای ساخت پی، پایه، دیوارهای جناحی و برگشتی، شمع و موارد مشابه استفاده می‌شود.
• بندرسازی و اسکله‌سازی: به عنوان شمع، پایه، دیوار محافظ، موج‌شکن، چراغ‌ها و علائم دریایی از بتن استفاده می‌شود.
• فرودگاه‌ها: از مهم‌ترین کاربردهای بتن در فرودگاه‌ها برای ساخت و ساز باند، محوطه پارکینگ‌های موقت و دائمی هواپیماها است.
• تونل‌سازی: به ویژه در سقف و دیوار تونل‌ها
• مهندسی آبیاری: بتن‌ها کاربرد بالایی در ساخت سد، کانال، تاسیسات آب‌گیری، انحراف و تقسیم آب دارند.
• در آبرسانی و فاضلاب به صورت کانال، تاسیسات فاضلاب و تصفیه آن و به صورت لوله‌های آب و تاسیسات تصفیه‌خانه‌های آب استفاده می‌شود.
• در ساخت سیلوها و انبارهای غله و ساختمان، راکتورهای اتمی، پایه‌های بتنی سقف‌های سبک و جایگاه‌های ورزشی.
• در ساخت منابع هوایی و زمینی آب و مایعات دیگر، انبارهای نظامی ویژه (اسلحه و مواد منفجره)، تاسیسات دفاعی زیرشهرها و پایگاه‌های نظامی و قطعات پیش‌ساخته ساختمانی.
• در ساخت پیاده‌رو‌ها و محوطه‌سازی و جدول‌گذاری خیابان‌ها، کوچه‌ها و پارک‌ها، دکل‌ها، تیرهای برق، کف پارکینگ‌ها و تعمیرگاه‌ها و جایگاه فروش مواد سوختی.
• نماسازی، حفاظت ستون‌های فلزی در مقابل آتش‌سوزی، پوشش شیب‌ها و حفاظت آن‌ها در مقابل خرابی و فرسایش.
• مصارف متفرقه مانند ساخت عایق‌های گرمایی و صوتی و الکتریکی، وزنه‌های جرثقیل و به عنوان ماده پرکننده.

انواع بتن

ایجاد تغییر در ترکیب و اختلاط بتن باعث به وجود آمدن انواع مختلفی از بتن می‌شود. در مقاله انواع بتن مهم‌ترین و کاربردی‌ترین نوع‌های بتن را معرفی و بررسی کرده‌ایم که می‌توانید با کلیک بر روی لینک آبی به این مقاله مراجعه کرده و تمام موارد را مطالعه نمایید. با این حال، در ادامه برخی از انواع بتن را به طور خلاصه بررسی می‌کنیم.

1. بتن معمولی

بتن معمولی به مخلوطی از بتن گفته می‌شود که از آب، سیمان پرتلند، شن و ماسه تشکیل شده و در ساخت سازه‌ها، پیاده‌روها و غیره استفاده می‌شود.

2. بتن سبک

بتن سبک بتنی است که چگالی آن از 1920 کیلوگرم بر متر مکعب کم‌تر است و از سنگدانه‌های معمولی مانند سنگ پا، پوکه سنگ و رس جهت ساخت این بتن استفاده می‌شود. از مهم‌ترین ویژگی‌های بتن سبک می‌توان به رسانایی حرارتی بسیار پایین آن نسبت به سایر بتن‌ها اشاره کرد.

3. بتن سنگین

بتن سنگین متریالی است که وزن بیشتری نسبت به بتن‌های معمولی داشته و به طور معمول بین 3500 تا 6400 کیلوگرم بر مترمکعب است.

در ساخت این بتن از خرده‌های فولاد، چدن یا سولفات باریم استفاده شده و از این رو وزن آن عمدتا 1.5 تا 2.5 برابر وزن بتن‌های معمولی بوده و از آن به عنوان سپر در برابر تشعشعات استفاده می‌شود. بتن‌ سنگین در مکان‌های مختلفی کاربرد دارد که یکی از این موارد ساخت نیروگاه‌های اتمی است. با مراجعه به مقاله بتن سنگین به طور کامل با این نوع بتن و جزئیات آن آشنا خواهید شد.

4. بتن خود متراکم

بتن خودمتراکم نوعی بتن‌ است که نیازی به ویبره نداشته و به آسانی در قالب، به کمک وزن خود جاری می‌شود. از اساسی‌ترین ویژگی‌های این نوع بتن می‌توان به جریان‌پذیری و مقاومت زیاد آن اشاره کرد.

5. بتن پلیمری

در بتن پلیمری، به جای سیمان از پلیمر استفاده می‌شود و در نتیجه سنگدانه‌ها به پلیمر متصل می‌شوند. این کار سبب کاهش حجم حفره‌ها در سنگدانه‌ها می‌شود.

6. بتن متخلخل

بتن متخلخل، بتنی سبک و نفوذپذیر است که ریزدانه‌ها در آن حذف شده‌اند. این کار باعث ایجاد حفره‌هایی می‌شود که آب و هوا می‌توانند از آن عبور کنند، بنابراین برای پیاده‌روها و سطوح در معرض بارندگی مناسب و به بهبود زهکشی کمک می‌کند.

بررسی مزایا و معایب بتن

با مشاهده فیلم زیر با ریزه‌کاری معایب و مزایای بتن آشنا می‌شوید:

مزایای بتن

بتن به عنوان پرکاربردترین مصالح ساختمانی دارای مزایا و معایبی است که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

• کاربرد گسترده: قابل استفاده در انواع پروژه‌های ساختمانی و عمرانی بدون محدودیت زیاد.
• مقاومت فشاری بالا: توان تحمل بار سنگین و مقاومت در برابر هوازدگی و فرسایش؛ امکان تقویت با میلگرد فشاری.
• شکل‌پذیری مناسب: قابلیت قالب‌گیری به شکل‌های دلخواه در حالت خمیری.
• قابل پاشش بودن: امکان اجرای بتن به روش شاتکریت برای پر کردن ترک‌ها و تعمیرات.
• سازگاری با فولاد: ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد نزدیک به هم است و اتصال مطمئنی ایجاد می‌کنند.
• مقاومت در برابر زلزله: با طراحی مناسب، می‌توان سازه‌های ضدزلزله با بتن مسلح ساخت.
• عایق حرارتی و صوتی: بتن سبک یا پوک به‌عنوان عایق مناسب حرارت و صدا عمل می‌کند.
• قابل پمپاژ بودن: امکان انتقال بتن به نقاط دور از دسترس.
• استفاده چندباره از قالب‌ها: قالب‌های آجری، فلزی، چوبی، پلاستیکی و آلومینیومی قابلیت استفاده مجدد دارند.
• دوام بالا: مقاومت بتن با گذشت زمان افزایش می‌یابد و عمر طولانی دارد.
• نیاز کم به تعمیر: سازه‌های بتنی معمولاً به نگهداری و تعمیرات مکرر نیاز ندارند.
• مصالح ارزان و در دسترس: مواد اولیه بتن (آب، سیمان، سنگدانه) فراوان و مقرون‌به‌صرفه هستند.
• مقاومت در برابر آتش‌سوزی: در برابر حرارت بالا پایدار بوده و از تخریب سریع سازه جلوگیری می‌کند.
• قابل پاشش بودن: با استفاده از روش شاتکریت می‌توان شکاف‌ها و ترک‌ها را پر کرده و تعمیرات لازم را انجام داد. اگر می‌خواهید در مورد شاتکریت و انواع آن اطلاعات بیشتری کسب کنید، پیشنهاد می‌کنم مطلب ” شاتکریت ” را مطالعه کنید.

معایب بتن

بتن معایب بسیاری نیز دارد که به شرح زیر است:

• مقاومت کششی پایین: بتن دارای مقاومت کششی کمی است (یک دهم مقاومت فشاری آن) و به همین دلیل می‌تواند به آسانی ترک بخورد. برای جبران این ضعف، باید از میلگردهای کششی استفاده کرد تا نیروهای کششی مهار شوند.
• انبساط و انقباض: بتن‌ با تغییر حرارت، منبسط و منقض می‌شود؛ به همین دلیل درزهای انسباط در المان‌های طویل بتنی تعبیه می‌شوند. اگر این کار صورت نگیرد، بتن ترک می‌خورد. هم‌چنین خود مخلوط بتنی به هنگام خشک شدن منقبض شده و در اثر تغییر رطوبت نیز منبسط و منقبض می‌شود.
• نفوذپذیری در برابر آب: آب می‌تواند به بتن نفوذ کند و در اثر یخ‌زدگی، موجب ترکیدن آن از داخل شود.
• عدم مقاومت در برابر قلیا و سولفات: بتن ساخته‌شده با سیمان پرتلند معمولی در برابر قلیایی‌ها و سولفات‌ها آسیب‌پذیر است؛ بنابراین باید از سیمان‌های مقاوم استفاده شود.
• وزن زیاد: سازه‌های بتنی سنگین هستند و نیاز به فولاد بیشتری برای تحمل وزن دارند. (قابل بهبود با بتن سبک، اعضای توخالی یا بتن پیش‌تنیده).
• خزش بتن: تحت بار مداوم دچار تغییر شکل تدریجی می‌شود که در طراحی سدها و سازه‌های بزرگ باید مدنظر قرار گیرد.
• نیاز به مهارت بالا: اجرای صحیح بتن‌ ریزی و کنترل کیفیت آن دشوار است و به نیروی متخصص نیاز دارد.
• انتقال حرارت و صوت: بتن عایق مناسبی برای صدا و حرارت نیست و باید با عایق‌های اضافی تقویت شود.

معایب قابل جبران بتن

در جدول زیر معایب مهم بتن را که فولاد جبران می‌کند، آورده‌ایم. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، بتن‌های مسلح نه تنها عیوب بتن و فولاد را ندارد بلکه ویژگی‌های مثبت هریک را نیز به خود اختصاص داده است. در صورتی که با گوشی موبایل مقاله را مشاهده می‌کنید برای مشاهده کامل جدول، صفحه را بچرخانید.

جمع‌بندی

مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران

مشاهده مسیر یادگیری