بتن مسلح یا بتن آرمه چیست؟ + کاربرد انواع بتن مسلح
بتن مسلح (به انگلیسی concrete reinforced) نوعی بتن تقویت شده با متریال خاص مانند آرماتور فولادی است که در مقایسه با بتن معمولی مقاومت کششی بالایی دارد. این بتن برای ساخت سازه‌های باربر و غیر باربر استفاده می‌شود و کاربردهای گسترده‌ای در مهندسی سازه دارد. اما کاربرد بتن آرمه چیست و چه تفاوتی با بتن معمولی دارد؟ به منظور آشنایی بیشتر با مزایا، معایب، مشخصات فنی و کارایی انواع بتن مسلح (بتن آرمه) تا انتهای این مقاله همراه آکادمی عمران باشید.
جهت آشنایی بیشتر با بتن آرمه (بتن مسلح) فیلم زیر را مشاهده کنید. این فیلم بخشی از آموزش اجرای ساختمان است که در آن صفر تا صد مراحل ساختمان سازی را توضیح داده‌ایم.
بتن مسلح چیست؟
بتن مسلح یا بتن آرمه به نوعی بتن اطلاق می‌شود که با ترکیب مصالح مخصوص از جمله میلگردهای فولادی، کابل، الیاف پلیمری و غیره تقویت شده است تا مقاومت کششی و انعطاف‌پذیری آن افزایش یابد. این بتن به عنوان یکی از پرکاربردترین انواع بتن و مصالح در ساخت و ساز شناخته شده است و به دلیل ویژگی‌های خاص خود، در پروژه‌های مختلف عمرانی و ساختمانی به کار گرفته می‌شود.
یکی از اصلی‌ترین تفاوت‌های بتن معمولی با بتن آرمه میزان مقاومت کششی است. بتن به دلیل مقاومت فشاری بالایی که دارد در المان‌های سازه‌ای تحت فشار مانند ستون‌ها و قوس‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما بتن به تنهایی توانایی تحمل بارهای کششی را ندارد. از سوی دیگر، فولاد دارای مقاومت عالی در برابر کشش و دارای انعطاف‌پذیری است، اما به تنهایی در معرض زنگ‌زدگی و آسیب‌های محیطی قرار می‌گیرد. به همین علت بتن با سیم یا میلگرد فولادی (آرماتور) ترکیب شده و اصطلاحا بتن آرمه یا مسلح ایجاد می‌شود.
میلگردهای فولادی نمی‌توانند از به وجود آمدن ترک در قسمت‌های کششی مخلوط بتنی جلوگیری کنند، اما می‌توانند جلوی عریض شدن آن‌ها را بگیرند. بنابراین وسیله موثری جهت تحمل نیروهای کششی هستند. شایان ذکر است که در ترکیبات بتن مسلح، تنها از میلگردهای فولادی استفاده نمی‌شود، بلکه می‌توان از شبکه‌های توری تقویتی، صفحات فلزی یا الیاف تقویت شده نیز استفاده کرد.
کاربرد بتن مسلح
این بتن تقویت شده با فولاد در انواع سازه‌ها از جمله ساختمان‌ها، پل‌ها، جاده‌ها و سازه‌های در معرض آب کاربردهای مختلفی دارد. در مجموع مهمترین کاربرد بتن آرمه عبارت‌اند از:
- سقف بتن مسلح مانند انواع سقف دال بتنی (سقف کوبیاکس، یوبوت، سقف بابل دک)، سقف وافل و پیش تنیده
- دیوار بتن مسلح از جمله دیوارهای برشی و دیوار حائل بتن مسلح
- تیرها و تیرچه‌ها
- ستون بتنی و پدستال‌ها
- ساخت فونداسیون
شایان ذکر است که در سازه‌های بتنی عمدتا بتن مسلح به دلیل دوام و مقاومت بالا در برابر نیروهای فشاری، کششی، پیچشی و خمشی جایگزین بتن غیر مسلح می‌شود.
مشخصات فنی بتن مسلح
همان‌طور که بالا اشاره شد، مقاومت کششی، فشاری، خمشی و پیچشی بتن‌های غیر مسلح در ترکیب با برخی مصالح افزایش پیدا می‌کند. اما در ادامه به معرفی برخی از مهمترین خواص بتن مسلح می‌پردازیم.
وزن مخصوص بتن مسلح
چگالی یا وزن مخصوص بتن تقویت شده با میلگرد فولادی (بتن آرمه) تفاوتی با بتن معمولی نداشته و معمولا بین 2400 تا 2500 کیلوگرم بر متر مکعب است. البته میزان چگالی این نوع بتن با توجه به انواع مسلح کننده‌های بتن کمی متغییر است. به عنوان مثال چگالی بتن مسلح به الیاف پلیمری یا کربنی بین 1400 تا 1600 کیلوگرم بر متر مکعب در نظر گرفته می‌شود.
پیوستگی بتن مسلح
میزان پیوستگی در بتن مسلح یکی از عوامل کلیدی در عملکرد سازه‌های بتنی است. پیوستگی بالا به معنای قفل‌شدگی بهتر میان بتن و المان‌های تقویت‌کننده است که در نهایت موجب انتقال موثرتر تنش‌ها می‌شود. این پیوستگی به خصوص در بارگذاری‌های غیرمستقیم و تنش‌های برشی اهمیت پیدا می‌کند.
سطح المان‌های تقویت‌کننده معمولا به شکل زبر و آجدار طراحی می‌شوند. این طراحی نه تنها به افزایش سطح تماس بین بتن و فولاد کمک می‌کند، بلکه باعث تغییر شکل‌های نسبی در حین بارگذاری شده تا بتوانند به راحتی انرژی را منتقل کنند. وقتی پیوستگی بین این دو ماده افزایش می‌یابد، رفتار سازه نیز بهبود یافته؛ در نتیجه از گسترش ترک‌ها و خرابی‌های زودرس جلوگیری می‌شود.
ضریب انبساط حرارتی بتن مسلح
ضریب انبساط حرارتی یکی از ویژگی‌های اساسی بتن‌های مسلح به شمار می‌آید که تأثیر زیادی بر عملکرد و پایداری سازه‌های بتنی دارد. این ضریب میزان انبساط یا انقباض حجمی، طولی یا سطحی مواد را در پاسخ به تغییرات دما توصیف می‌کند. در بتن معمولی، ضریب انبساط حرارتی را می‌توان با توجه به نوع سنگدانهها با تقریب 20 درصد برابر با 10 ضرب در 10 به توان منفی 6 در هر درجه سلیسیوس منظور نمود. در صورت تفاوت قابل توجه بین ضریب انبساط حرارتی بتن و المان‌های تقویت‌کننده، تغییرات دمایی می‌تواند منجر به ایجاد تنش‌های اضافی و در نهایت ضعف پیوند میان این دو ماده شود.
این عدم پیوستگی نه تنها قوت سازه را تحت تأثیر قرار می‌دهد، بلکه می‌تواند باعث تشدید ترک‌ها و تخریب‌های زودهنگام گردد. به همین دلیل، مهندسان معمولا از موادی استفاده می‌کنند که ضریب انبساط حرارتی مشابه دارند تا از وقوع مشکلات ناشی از اختلاف دما جلوگیری کنند.
فولاد به عنوان یکی از بهترین گزینه‌ها برای مسلح کردن بتن معرفی می‌شود، زیرا ضریب انبساط حرارتی آن به بتن نزدیک است. ضریب انبساط حرارتی برای کلیه آرماتورها برابر با 12 ضرب در 10 به توان منفی 6 به ازای هر درجه سلیسیوس است. این شباهت باعث می‌شود که هنگام تغییر دما، تنش‌های وارده به صورت متعادل‌تری توزیع شده و مانع از بروز مشکلاتی چون شکست و تخریب سازه شود.
فرق بتن مسلح و غیر مسلح
اگر چه بتن و فولاد هر یک دارای مزایا و معایب خاص خود هستند، اما ترکیب آن‌ها با یکدیگر یا اصطلاحا بتن مسلح شده، تمام ویژگی‌های مثبت این دو ماده را بدون هیچ یک از معایب در بر دارد. در تصویر زیر می‌توانید تفاوت عمده این دو متریال با توجه به نقاط قوت و ضعفشان را مشاهده کنید.
مقاومت کششی
مقاومت کششی مخلوط بتنی پایین بوده و معادل یک دهم مقاومت فشاری آن است. از دلایل شکنندگی بتن غیر مسلح می‌توان به ترکیبات اصلی آن یعنی سنگدانهها اشاره که درصد شکست بالایی در برابر نیروهای کششی دارند. در حالی که مقاومت کششی فولاد بسیار بالا است؛ لذا ترکیب بتن با فولاد یا همان بتن آرمه ضعف بتن را پوشش داده و مقاومت آن را به واسطه فولاد در برابر کشیدگی افزایش می‌دهد.
مقاومت فشاری
بتن‌ها ذاتا مقاومت فشاری بالایی دارند. میله‌های فولادی نیز مقاومت بالایی از خود در برابر فشار نشان می‌دهند، اما به دلیل قطر کم این میله‌ها معمولاً پیش از اینکه تحت فشار به حد نهایی خود برسند، کمانش می‌کنند. این مشکل در بتن آرمه وجود ندارد و به دلیل محصور شدگی با مخلوط بتنی مقاومت فشاری آن بسیار عالی است.
میزان دوام
با بررسی مزایا و معایب بتن متوجه خواهیم شد، که این ماده دوام بسیار بالایی به نسبت آرماتورهای فولادی دارد. عدم محافظت از میلگردها باعث خوردگی و زنگ‌زدگی آن‌ها می‌شود، در حالی که در بتن‌های مسلح، بتن به عنوان یک لایه حفاظتی در برابر میله‌های فولادی عمل کرده و از رسیدن رطوبت به آن‌ها جلوگیری می‌کند. در نتیجه میزان دوام بتن آرمه در مقایسه با بتن غیر مسلح بسیار بالاتر است.
مقاومت در برابر آتش‌سوزی
مخلوط بتنی مقاومت بالایی در برابر آتش‌سوزی از خود نشان می‌دهد، بنابراین می‌توان گفت که محافظ خوبی برای میلگردها است.
مقاومت برشی
مقاومت برشی مخلوط بتنی متوسط بوده و مقاومت برشی فولاد بالا است. بنابراین ترکیب این دو ماده در بتن آرمه، مقاومت برشی را افزایش می‌دهد.
بیش از 30 ساعت آموزش حرفه‌ای ولی رایگان دفتر‌فنی و ساختمان‌سازی
انواع بتن مسلح
اگر چه استفاده از میلگرد یا آرماتور در تهیه بتن آرمه متداول است، اما مواد و مصالح دیگری برای تقویت بتن وجود دارد. لذا به دلیل تنوع انواع مسلح کننده‌های بتن، مخلوط بتن آرمه به سه دسته اصلی زیر تقسیم می‌شود:
- بتن مسلح شده با فولاد
- بتن مسلح شده با الیاف شامل پلیمری، شیشه و …
- بتن مسلح پیش تنیده شامل پیش تنیده پیش کشیده و پیش تنیده پس کشیده
بتن مسلح شده با فولاد
متداول‌ترین نوع بتن مسلح، بتن آرمه یا همان بتن تقویت شده با آرماتورها فولادی است که به منظور افزایش مقاومت و تحمل بار در سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد استفاده شده در این نوع بتن می‌تواند به اشکال مختلف زیر باشد:
- میلگردهای آجدار: این میلگردها دارای برآمدگی‌هایی هستند که باعث چسبندگی بهتر بین بتن و فولاد می‌شوند.
- شبکه‌های فولادی جوشکاری شده: این شبکه‌ها معمولاً برای تقویت دال‌های بتنی و سازه‌های بزرگ استفاده می‌شوند.
- میلگردهای خمکاری‌شده: این میلگردها به صورت خم‌کاری در نواحی که نیروهای برشی وجود دارد، به کار می‌روند تا عملکرد بهتری ارائه دهند.
جنس آرماتورهای استفاده شده در بتن تقویت شده با فولاد معمولا از نوع فولاد کربنی است، اما می‌توان از فولادهای روکش‌دار مانند میلگرد گالوانیزه یا کامپوزیت نیز استفاده کرد. لازم به ذکر است در مناطقی که خطر خوردگی وجود دارد، فولاد ضد زنگ (استنلس استیل) به‌کار می‌رود.
بتن مسلح با الیاف
بتن مسلح شده با الیاف که با نام بتن الیافی نیز شناخته می‌شود، نوعی بتن تقویت شده با الیافی نظیر انواع پلیمر، الیاف شیشه‌ای، فولادی و غیره است. تفاوت دیگر بتن معمولی و مسلح شده با الیاف، در میزان سیمان و سنگدانه‌‌های به کار رفته در آن است. از انواع این بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
بتن مسلح با الیاف پلیمری
الیاف پلیمری طبیعی و مصنوعی مختلفی برای تقویت و بهبود خواص مخلوط بتنی استفاده می‌شود. انواع الیافی که در بتن پلیمری به کار می‌رود، عبارت‌اند از:
- پلی پروپیلن
- پلی اتیلن
- پلی استر
- اکریلیک
- پلی آمیدها
- الیاف آرامید
یکی از معروف‌ترین الیاف پلیمری، پلی پروپیلن است. استفاده از این الیاف بسیار مقرون به صرفه است، همچنین جهت کنترل ترک‌های مخلوط ناشی از تغییر حجم (در اثر منبسط و منقبض شدن) بسیار پرکاربرد و مفید است.
بتن مسلح به الیاف فولادی
این نوع از بتن آرمه، سبب افزایش مقاومت کششی به میزان 30 الی 40 درصد، مقاومت خمشی به میزان 50 الی 70 درصد و مقاومت فشاری تا 15 درصد می‌شود. همچنین میزان دوام و تحمل سختی این مخلوط نسبت به انواع معمولی آن بیشتر است. از نوع مسلح شده با الیاف فولادی در روسازی فرودگاه‌ها و بزرگراه‌ها، شمع‌ها، شاتکریت لایه داخلی تونل‌ها و غیره استفاده می‌شود.
لازم به ذکر است که علاوه بر الیاف پلیمری، شیشه‌ای و فولادی از دیگر الیاف مانند کربن و الیاف طبیعی نیز در تقویت بتن استفاده می‌شود.
بتن مسلح به الیاف شیشه
از اساسی‌ترین ویژگی‌های این مخلوط می‌توان به افزایش میزان مقاومت کششی، فشاری و خمشی آن اشاره کرد. این نوع از بتن آرمه به دو روش پاششی و پیش ساخته می‌شود. از کاربردهای بتن مسلح با الیاف شیشه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت نمای تونل‌ها
- ساخت پانل‌های نمای بیرونی ساختمان‌ها
- ساخت مخازن آب، لوله‌های فاضلاب، استخرها و غیره
بتن مسلح پیش تنیده
در این نوع از بتن مسلح با اعمال نیروی فشاری ثابت و دائمی به بتن مقداری از تنش‌های کششی ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا می‌کند. پیش تنیدگی در بتن‌های تقویت شده معمولابه کمک استرندهای فولادی و به دو روش پیش کشیده و پس کشیده انجام می‌شود که در ادامه به معرفی آن خواهیم پرداخت.
بتن مسلح پیش تنیده پیش کشیده
به منظور افزایش مقاومت کششی و جلوگیری از ترک خوردگی، بتن مسلح پیش تنیده به کار گرفته می‌شود. در پیش تنیدگی، تنش داخلی وارده در خلاف جهت نیروهای خارجی وارد بر جسم است، بنابراین نیروها یکدیگر را خنثی می‌کنند. این کار سبب افزایش مقاومت بتن می‌شود.
در این روش پیش از بتن ریزی، میلگردها یا کابل‌های فولادی را در قالب تحت کشش قرار می‌دهند و پس از آن عملیات کشش انجام می‌گیرد. به کمک بتن مسلح پیش تنیده پیش کشیده می‌توان مقاطع بهینه‌تری برای دهانه‌های بلندتری ساخت. از جمله بیشترین کارایی این بتن می‌توان به ساخت سقف پیش تنیده اشاره کرد.
بتن مسلح پیش تنیده پس کشیده
این نوع بتن مسلح پیش تنیده که به اشتباه به آن بتن مسلح پس تنیده نیز گفته می‌شود، به دو روش آزاد و چسبیده قابل اجرا است. در روش چسبیده، ابتدا میلگردها یا کابل‌ها را درون غلافی که در قالب بتن ریزی جاگذاری شده، قرار می‌دهند. پس از بتن ریزی و زمانی که بتن به حدود 70 درصد مقاومت خود رسید، آرماتورها را از دو سر تحت کشش قرار می‌دهند تا پیش تنیده شوند. مرحله بعد با تزریق گروت در داخل غلاف یکپارچگی عملکرد بین بتن و میلگرد تامین می‌شود. در روش آزاد نیز المان‌های فولادی مثل میلگرد و کابل آزاد بوده و غلاف با گریس پر شده است.
مزایا و معایب بتن مسلح
بدون شک هر نوع متریال ساختمانی مانند انواع بتن‌ها از جمله بتن‌های تقویت شده یا مسلح مزایا و معایبی دارند که در ادامه به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت.
مزایای بتن مسلح
مهمترین مزایای بتن تقویت شده یا مسلح عبارت‌اند از:
- مقاومت کششی بالا
- مقاومت فشاری بالا
- قیمت ارزان
- انعطاف پذیری و شکل پذیری بسیار خوب
- مقاومت بالا در برابر آتش‌سوزی و مواد سوزا
- مقاومت بالا در برابر زلزله
- اجرای آسان به دور از پیچدگی خاص
معایب بتن مسلح
اگر چه اغلب عیوب و ضعف‌های بتن غیر مسلح با ترکیب با انواع متریال به‌ویژه فولاد برطرف شده یا کاهش پیدا می‌کند، اما همچنان با مشکلات زیر رو‌به‌رو است:
- سنگین بودن سازه
- قدرت انتقال صوتی و حرارتی بالا
- حجم بالای اعضای اسکلت
- وابستگی اجرای سازه به شرایط آب و هوایی
- سرعت پایین اجرا
- چالش‌هایی مربوط به نگهداری و مراقبت
جمع بندی
ترکیب بتن و آرماتور فولادی، یک مصالح به نام بتن آرمه یا مسلح ایجاد می‌کند که قادر به تحمل بارهای فشاری و کششی است. استفاده از بتن مسلح شده باعث بهبود عملکرد سازه‌های بتنی شده و نیازهای مختلف در مهندسی سازه از جمله استحکام، دوام و مقاومت در برابر تغییرات محیطی را برآورده می‌کند. ما در این مقاله به طور مفصل به ویژگی‌ها، مزایا، معایب و کاربرد بتن آرمه در صنعت عمران پرداختیم. امروزه این بتن تقویت شده به عنوان یکی از مصالح اصلی در ساخت و ساز مدرن شناخته می‌شود و در ساخت ساختمان‌ها، پل‌ها، سدها و دیگر سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در انتهای این مقاله امیدواریم اطلاعات خوبی درباره بتن مسلح یا بتن آرمه کسب کرده باشید. در صورتی که در این مورد سوالی دارید می‌توانید آن را در بخش دیدگاه با ما به اشتراک بگذارید.
مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران
