بتن سبک(LightWeight Concrete)

با گسترش استفاده از بتن سبک در سراسر دنیا بویژه در کشورهای پیشرفته و شکل گیری آیین نامه های اجرایی آنها، متاسفانه این نوع بتن که دارای قابلیت های منحصر به فردی می باشد در کشورمان هنوز شناخته شده نیست؛ در این مقاله سعی برآن شده تا با معرفی انواع این بتن کارا، جامعه ساختمانی بیش از پیش با بتن سبک و موارد کاربرد آن آشنا شوند.

لغات کلیدی: بتن، بتن سبک،بارمرده، بتن سبک سازه ای، بتن کفی،

  Cellular  Lightweight Concrete(CLC)، Autoclaved Aerated Concrete(AAC)،Autoclaved Cellular Concrete (ACC) ، Leca

مقدمه:

بی شک، بشر زمانی پیشرفت و تمدن را تجربه کرد که برای مدتی طولانی، در محل مشخصی سکونت یافت؛ دیگر توان بشر صرف مهاجرت های طولانی نمی شد و برای برطرف کردن مشکلات به راه حلهای تازه و افکار تازه ای روی آورد. برای ماندگار شدن در مکانی ثابت، بدون شک، داشتن خانه ی مناسب دقدقه اصلی آنها بوده، خانه ای که آنها را در برابر بلایای طبیعی، حمله وحوش و حتی بیگانگان محافظت کند؛ پیشینیان با توجه به این که امکانات حمل و نقل محدودی داشتند، برای این منظور از مصالح در دسترس استفاده می کردند: چوب، سنگ، گل، پوست احشام و...

بدون تردید، ماندگارترین این نوع مصالح که از تخت جمشید ایران تا اهرام مصر سالیان سال پایدار مانده سنگ است؛ اما سنگ به صورت اولیه؛ با توجه به شکل پذیری کم و حمل و نقل دشوار نمی تواند به عنوان مصالح اصلی در ساختمانهای امروزی کاربرد داشته باشد و این امر باعث شد که نوعی سنگ مصنوعی توسط بشر خلق گردد، که علاوه بر داشتن خواص سنگ مانند ماندگاری بالا و سازگاری با محیط اطراف، دارای قابلیتهایی مانند شکل پذیری مناسب وحمل آسان نیز باشد؛ امروزه این نوع مصالح را به نام بتن می شناسیم.

در دنیای پیشرفته امروزی و با توجه به پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه های مختلف علمی، صنعت بتن نیزدچار تحول گردیده، تولید بتن سبک نیز حاصل همین پیشرفتها می باشد؛ بتنی که علاوه بر کاهش بار مرده ساختمان از نیروی وارد به سازه در اثر شتاب زلزله می کاهد و در صورت تخریب، وزن آوار حاصل نیز کاهش می یابد و امروزه آنرا به عنوان بتن قرن می نامند. بتن سبک با توجه به ویژه گیهای خاصی که دارد دارای کاربردهای مختلف می باشد، که برحسب وزن مخصوص ومقاومت فشاری آن تفکیک می گردد.

مزایای کاربرد بتن سبک:

-     با کاهش بار وارد بر روی فونداسیون، موجب کوچکتر شدن ابعاد آن، کمتر شدن تعداد و کوچکتر شدن شمعها و کاهش مقدار آرماتورهای و به طبع آن اجرای سریع تر و آسان تر فونداسیون می گردد.

-         کاهش بار مرده سبب کوچک تر شدن اعضا نگهدار می شود.

-         کاهش بار مرده بزور مستقیم باعث کاهش نیروهای لرزه ای وارد بر سازه می گردد.

-     در گسترش پلها می توان با استفاده از مواد سبک مانند بتن سبک می توان عرشه پل را جهت تحمل ترافیک بیشتر بزرگ ترنمود بدون اینکه تغییری در سازه و یا فونداسیون پل ایجاد کنیم.

-     با توجه به مقاومت مطلوب بتن سبکدانه در برابر آتش سوزی می توان از حداقل توصیه شده ضخامت بتن در کفها کاست(بیان شده در ACI-216) .

-         حمل و نقل قطعات پیش ساخته با بتن سبک بسیار راحت تر بوده و هزینه کمتری در بر دارد.

بتن سبک سازه ای(Structural Lightweight concrete):

آیین نامه های موجود در زمینه تولید بتن سبک تعاریف مختلفی در رابطه با بتن سبک سازه ای ارایه داده اند و بهترین تعریفی که اکثر آنها را پوشش بدهدبه قرار ذیل می باشد:

به بتنِ سبکی، سازه ای گفته می شود که دارای وزن مخصوصی بین1440تا 1840 کیلوگرم برمتر مکعب و مقاومت فشاری بالای  17 Mpa و یا 2500 Psi باشد و از آنجایی که هر چقدر بتن سبکتر گردد شکل پذیری آن نیز کاهش می یابد، برای بتن سبک سازه ای مقدار حداقل وزن مخصوص در نظر گرفته می شود.

مقاومت نمونه های بتنی سبک سازه ای با وزن مخصوص رابطه ای تقریباً لگاریتمی دارد و باتوجه به نوع بتن سبک دارای طیف مقاومتی متفاوتی میباشد.

چگونگی تولید بتن سبک:

بتن دارای دو جز اصلی می باشد:1- خمیرسیمان 2- سنگدانه؛ سبک سازی می تواند در هر دو جز صورت پذیرد،

که سبک سازی در هر قسمت دارای ویژگیهای خاص و با استفاده از روشهای متفاوتی صورت می گیرد.

1- سبک کردن خمیر سیمان:

برای این منظور از موادی با پایه حیوانی مانند: سم، شاخ،خون و دیگر اعضا احشام و یا مواد خاص شیمیایی استفاده میگردد؛ این مواد که حباب زا می باشند با ایجاد تخلخل در خمیر سیمان، وزن بتن تولیدی را کاهش می دهند. این نوع بتن سبک، بتن کفی یا گازی)(CLCCellular  Lightweight Concrete نامیده می شود.

 مواد شرکت کننده در تر کیب این نوع بتن سبک عبارتند از:سیمان،ماسه،آهک(بسته به نوع بتن کفی)، مواد حبابزا،آب و افزودنی هایی مانند:میکرو سیلیس(Micro Silica)، فوق روان کننده ها(Super Plasticizer)، خاکستربادی (Fly Ash) ، الیاف پروپیلین،پلون و غیره.

البته نوعی از مواد حباب زا در پایین آوردن جذب آب بتن نیز کاربرد دارند؛ این مواد با ایجاد حفرات بسیار ریز که برای حداکثر قطر آنها استاندارد تعریف شده، حفرات موئینه داخل بتن را بسته و مانع از نفوذ آب در آنها می شود.

مواد حباب زا یا کف ساز شیمیایی، معمولاً از نظر محیط زیست تجزیه ناپذیرند و برای تامین پایداری آنها از کلراید استفاده می گردد و به این نکته باید توجه خاص نمود که خود کلراید، خورندگی زیادی در تماس با فولاد دارد؛ و از مواد حباب زا ی دارای کلراید نباید در بتن مسلح استفاده گردد و به همین دلیل بتن تولیدی با این مواد، دارای کاربرد سازه ای نمی باشند.

در تولید نوع دیگری از بتن کفی یا گازی از فوم استفاده می گردد به این نحو که فوم در داخل میکسر با بتن مخلوط گردیده و باعث کاهش وزن بتن تولیدی می گردد. امروزه با تولید فوم های ارزان قیمت، این نوع از بتن کفی کاربرد وسیعی پیدا کرده و با توجه به صرفه اقتصادی آن شرکتهای بزرگ ساختمانی اقدام به بکارگیری این نوع بتن کرده اند.

بتن تولیدی با این روش دارای قابلیت های زیر می باشد:

-        کاهش وزن مخصوص.

-        کاستن هزینه تولید بتن.

-        افزایش اسلامپ بتن و در نتیجه آن می توان نسبت آب به سیمان طرح اختلاط را کاهش داد.

-        امکان شکل دهی مناسب به سطح بتن.

-        پمپ کردن آسان آن به طبقات.

-        مقاومت مطلوب در برابر یخ زدگی.

بتن سبک تولیدی با این روش(بتن کفی یاگازی) با توجه به تخلخل خمیر سیمان و مقاومت پایین آن که منتج به پایین آمدن مقاومت بتن تولیدی میگردد، کمتر به عنوان سازه ای کاربرد دارد و بیشتر در تولید مصالحی بکار می روند که نقش باربری کمی دارند در نمودار (1) رابطه بین چگالی بتن کفی و مقاومت 28 روزه آن را مشخص می نماید:

عمل آوری بتن سبک کفی نیز متنوع می باشد به عنوان مثال، برای نوع خاصی از بتن کفی، بعد از مخلوط کردن مواد اولیه مانند سیمان، آهک، ماسه، مواد منبسط شونده و سایر افزودنی ها، مخلوط در داخل قالب مورد نظر ریخته شده و در دستگاه اتوکلاو قرار می گیرد و بعد طی زمان معینی از دستگاه اتوکلاو خارج می گردید، محصول نهایی بتن سبکی است که دارای شکل مورد نظرو همان قالب می باشد(شکل2).

 این نوع بتن سبک را که پیداش آن به سال 1914 و کشور سوئد می رسد Autoclaved Aerated Concrete (AAC) و یا  Autoclaved Cellular Concrete (ACC)می نامندو کاربرد بسیار وسیعی در 50 سال اخیر در صنعت ساختمان و بویژه در اروپا و آمریکا داشته است.

 این نوع بتن سبک جایگزین مناسبی برای مصالح رایج بنایی مورد استفاده در ساختمان می باشد و می تواند به عنوان قطعاتی در دیوارها، سقف و سایر قسمتهای ساختمان کاربرد داشته باشد. عمده ماده منبسط شونده در تولید این نوع بتن سبک، پودر آلومینیوم می باشد. محصول نهایی که ماده ای منبسط شده است دارای حجمی تقریباً 5 برابر مواد مصرفی می باشد که این خاصیت سبب شده به عنوان مصالحی اقتصادی ودر عین حال کاربردی شناخته شود.

طیف وزنی آنها وابسته به مقدار سیمان و نیز قطر سنگدانه می باشد بطوریکه با استفاده از ماسه هایی با قطر بیشتر محصولی با وزن مخصوص بالا تر تولید می گردد و بالعکس.

خوشبختانه در دهه اخیر در کشور خودمان نیز شاهد تولید، انواع این نوع بتن سبک هستیم و عموماً با نامهایی مانند هبلکس و یا سیفورکس شناخته شده هستند. بیشترین کاربرد آنها در صنعت ساختمان ایران، به عنوان جداکننده هایی است که نقش باربری ندارند، در حالی که امروزه نمونه های جدید تولیدی این محصول، با توجه به وزن پایین و همچنین ماندگاری مناسب، به عنوان نمای ساختمانی و نیز تزیینات داخلی کاربرد دارد.

2- استفاده از سبک دانه:

سبکدانه ها سنگدانه هایی با فضای متخلخل داخلی می باشند.سبکدانه هایی که جهت تولید بتن سبک کاربرد دارند متنوع بوده و هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی وجود دارند؛ از انواع طبیعی آن می توان به سنگدانه هایی مانند:ورمیکولیت، پامیس یا سنگ پا وبرخی سربارهای آتش فشانی اشاره کرد و سبکدانه های مصنوعی، که عمده آنها به شکل گلوله هایی ازجنس خاک رس منبسط شده می باشند. البته سبکدانه هایی بر پایه سیلیس، خاکستربادی وغیره نیز وجود دارندکه با توجه به نوع مواد اولیه و نحوه تولید دارای کاربرد کمتر نسبت به سبکدانه های رسی می باشند. سبکدانه ها رسی با عناوین تجاری مختلف مانند: Argex,fibo,liapor,lecaبه بازارهای بین المللی عرضه میگردد.

سبکدانه هایی از این جنس، علاوه بر سبک بودن به سبب شرایط خاص تولیدی ؛ دارای مزایای ویژه ای هستند، که از آن جمله می توان به این موارد اشاره نمود:

-        به عنوان محصولی صنعتی از نظر کیفیت دارای یکنواختی مطلوبی می باشد.

-        مانند سنگدانه های طبیعی محدودیتی از نظر معادن ندارد.

-        فاقد مواد زیان آوری است که ممکن است در سنگدانه های طبیعی باشد و PH آن در حد نرمال و در حدود 7.2 می باشد.

-        به علت قرار گرفتن در معرض حرارت بیش از 1200 درجه سانتی گراد فاقد مواد آلی مضر می باشد.

به دلیل ذکر شده در بند بالا مقاومت مطلوبی در برابر شوکهای حرارتی دارند.

بتن تولیدی با این روش می تواند به صورت سازهای کاربرد داشته باشد به این منظور باید از خمیر سیمان با مقاومت بالا استفاده نمود و به همین منظور در تولید این نوع بتن سبک که کاربرد سازه ای نیز دارد از میکرو سیلیس و کاهنده های آب اختلاط و ترکیبی از سنگدانه و سبک دانه استفاده می شود.

به دلیل کاربرد سازه ای این نوع بتن، به بررسی مختصر ویژگی های آن می پردازیم.

مقاومت بتن سبکدانه نیز با وزن مخصوص آن رابطه ای معکوس دارد که می توانید در نمودار ذیل مشاهده فرمایید:

از دیگر خواص بتن سبکدانه می توان به