بتن و اجراء تشکیل دهنده آن

بتن و اجراء تشکیل دهنده آن

۲۶ دی ۱۳۹۷ | ۱۵:۴۶ کد : ۲۸ مقالات
تعداد بازدید:۱۳۷
بتن  Concrete در یک تعریف کلی شامل یک سری سنگدانه های ریز و درشت است که به وسیله یک ماده چسبنده به نام سیمان به همدیگر متصل می شوند و تشکیل جسمی با مقاومت بالا می دهند. این ماده چسبنده عموما حاصل فعل و انفعال سیمانهای هیدرولیکی و آب میباشد.
بتن و اجراء تشکیل دهنده آن

تعریف بتن:

بتن  Concrete در یک تعریف کلی شامل یک سری سنگدانه های ریز و درشت است که به وسیله یک ماده چسبنده به نام سیمان به همدیگر متصل می شوند و تشکیل جسمی با مقاومت بالا می دهند. این ماده چسبنده عموما حاصل فعل و انفعال سیمانهای هیدرولیکی و آب میباشد. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان ونیز پوزولانها، سرباره کورهها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی بتن، پلیمرهای بتن، الیاف بتن و غیره تهیه شود. همجنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلا، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کنندههای مختلف استفاده شود. با توجه به گسترش و پیشرفت علم و پیدایش تکنولوژی های فراوان در قرن اخیر، شناخت بتن و خواص آن نیز توسعه قابل ملاحظه ای داشته است، به طوری که امروزه شاهد کاربرد انواع مختلف بتن با مصالح مختلف هستیم که هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست.

بتن به طور کلی محصولی است که از اختلاط آب، سیمان هیدرولیکی و سنگدانه های مختلف به وجود آمده و دارای ویژگیهای خاص است. در دسترس بودن مصالح آن ، دوام نسبتاً زیاد و نیاز به ساخت و سازهای فراوان سازه های بتنی چون ساختمان ها ، سازه ها، سدها ، پلها، تونلها و راهها ، این ماده را بسیار پر مصرف نموده است. امروزه با پیشرفت علم و تکنولوژی مشخص شده است که تنها توجه به مقاومت به عنوان یک معیار برای طرح بتن برای محیطهای مختلف و کاربردهای مختلف نمی تواند جوابگوی مشکلاتی باشد که در درازمدت در سازه های بتنی ایجاد می گردد و مسأله دوام بتن در محیط های مختلف نیز باید مورد توجه قرار گیرد. مشاهده خرابی هایی با عوامل فیزیکی و شیمیایی در بتن در اکثر نقاط جهان و با شدتی بیشتر در کشور های در حال توسعه، نیاز به طرح بتن هایی با ویژگی خاص و با دوام لازم را دوچندان می کند. در این راستا در پاره ای از کشورها دستورالعمل ها و استانداردهایی نیز برای طرح بتن با عملکرد بالا تهیه شده و طراحان و مجریان در بعضی از این کشورهای پیشرفته ملزم به رعایت این دستورالعمل ها گشته اند

 

مزایای کلی بتن:

1- بتن مقاومت فشاری قابل قبولی در مقایسه با بسیاری از مصالح ساختمانی دیگر دارد . تنها ضعف آن کمی مقاومت دربرابر کشش می باشد.

2- مصالح تشکیل دهنده بتن ( به جز سیمان که البته آن هم در عصر حاضر به فراوانی یافت شده و در همه جا تولید می شود)به عنوان مصالح محلی و ارزان قیمت محسوب می شوند

تقریباً در همه جا می توان آب، ماسه و شن را از فواصل نزدیک به محل بتن ریزی حمل نمود و یا به راحتی بتن آماده را با هر کیفیت و مشخصات مورد نظر خریداری نمود؛ که این مسئله منجر به سهولت و رغبت بیشتر به بتن و ارزان تر تمام شدن آن خواهد شد

3- بتن را می توان به سهولت به هر شکل دلخواه درآورد. با ساختن قالب مناسب، تقریباً هرگونه مقطع سازه ای و شکل معماری را می توان از بتن آرمه تولید نمود. در مقابل، مقاطع فولادی در ابعاد مشخص و در کارخانه تولید می شوند و تولید مقاطع خاص از مصالح فولادی گاه مشکل و پر هزینه، و یا غیر ممکن خواهد بود .

4 - بتن مقاومت بسیار خوبی در مقابل آتش دارد. یک ساختمان بتنی می تواند ساعت ها در مقابل آتش سوزی مهیب مقاومت کند؛ بدون آن که فرو ریزد. این مسئله فرصت کافی برای مهار آتش و نیز تخلیه ساختمان از نفرات و اموال را فراهم می کند. در مقابل یک ساختمان فولادی در برابر آتش سوزی کاملاً ضعیف خواهد بود .

5 - شاید از مهمترین مزایای اسکلت های بتن آرمه می توان به نیاز تدریجی آن به سرمایه جهت ساخت اشاره کرد که باعث شده است در بین عامه سازندگان ساختمان بازخورد قابل قبولی داشته باشد

 

سازگاری بتن و فولاد:

بتن و فولاد سازگاری قابل توجهی برای تشکیل یک جسم مرکب دارند که در این میان می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1 - ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد بسیار به هم نزدیک است؛ به همین دلیل تحت تاثیر تغییرات دمای متداول، تنش های قابل توجهی بین آنها ایجاد نمی شود .

2 - بتن و فولاد چسبندگی بسیار خوبی با یکدیگر داشته و بین آن دو معمولا لغزش اتفاق نمی افتد؛ بنابراین می توانند عملکرد مرکبی با یکدیگر داشته باشند و همانند یک جسم واحد عمل کنند. چسبندگی بسار خوب بین بتن و فولاد، ناشی از چسبندگی شیمیایی بین دو ماده، و نیز ناصافی های سطحی و برآمدگی های آج میلگرد می باشد .

3 - فولاد ماده ای است که به راحتی در معرض خوردگی شیمیایی قرار می گیرد؛ در حالی که بتن معمولا نفوذ ناپذیری قابل قبولی دارد و می تواند فولاد مسلح کننده را در مقابل خوردگی محافظت نماید .

4 - مقاومت فولاد در مقابل دمای آتش بسیار پایین است؛ در حالی که پوشش بتن که روی میلگرد ها قرار گرفته است، مقاومت بسیار خوبی در مقابل اتش سوزی ایجاد می کند.

 

اجزای تشکیل دهنده بتن:

بتن از ترکیب مقدار معین وحساب شده از آب، سیمان، دانه های سنگی )ماسه و شن( و بعضى مواد مضاف و افزودنى دیگر به دست مى آید. پس از این که آب به مخلوط مصالح سنگى و سیمان افزوده شد، سیمان و آب با هم وارد فعل و انفعالات شیمیایى حرارت زا مى شوند . در اثر این فعل و انفعالات ماده ى ژله مانند و چسبنده اى به وجود مى آید که مصالح مختلف داخل مخلوط را به هم پیوند داده به صورت جسم سختى در مى آید.

 

 

1- سیمان (cement):

7 تا 15 درصد از حجم بتن را تشکیل می دهد. سیمان و آب یک خمیر را شکل می دهند که سنگ دانه ها و ماسه را در مخلوط می پوشانند. این خمیر باعث چسبیدن سنگ دانه ها و ماسه به یکدیگر می شوند .

 

2- آب(water) :

حدود 4 تا 21 درصد از حجم بتن را تشکیل می دهد. آب برای واکنش شیمیایی با سیمان )هیدراتاسیون( و همچنین ارائه کارایی بهتر بتن مورد نیاز است. میزان آب در مخلوط در مقایسه با مقدار سیمان، نسبت آب به سیمان (w/c) نامیده می شود .

 

3 - سنگ دانه ها (شن و ماسه)(aggregates) :

سنگدانه ها در بتن تقریباً 6۰ تا 75 درصد حجم آنرا تشکیل میدهند. از اینرو کیفیت آنها از اهمیت خاصی برخوردار است.

در حقیقت خواص فیزیکی، حرارتی و پارهای از اوقات خواص شیمیایی آنها در عملکرد بتن تاثیر زیادی میگذارد

 

4- مواد مضاف (admixtures) :

مواد شیمیایی که به میزان جزئی و به صورت درصدی از وزن سیمان به مخلوط اضافه می شود تا خواص مطلوب موردنظر را در بتن ایجاد کند.

 

سیمان:

فرآورده ای شیمیایی است که دارای خاصیت چسبندگی است و بر اثر تماس با آب سخت شده و نقش چسب بین دانه های سنگی را دارد. خاصیت چسبنده بودن سیمان به علت واکنش شیمیایی بین آب و سیمان است. استفاده از سیمان به عنوان ماده چسباننده سابقه چند هزار ساله دارد. ترکیب اصلی سیمان آهک، خاک رس و گچ است. طرح سیمان به این شکل، اولین بار توسط ژوزف اسپین معمار بریتانیایی مطرح شده است. اسپین در سال 1824 طرح اولیه خود را اصلاح نموده و محصول خاک رس و آهک هیدرولیک را تحت عنوان سیمان پرتلند ثبت کرد. به علت تشابه رنگ سیمان سخت شده با رنگسنگ های آهکی جزیره پرتلند در انگلستان، نام پرتلند برای آن انتخاب شده است

 

مواد اولیه سیمان:

مواد اولیه سیمان عمدتا سنگ آهک و خاک رس )یا هر ماده دارای اکسیدهای سیلیس، آلومینیوم و آهن( است که شامل ترکیبات جدول زیر می باشد:

عامل اصلی چسبندگی سیمان آهک و سیلیس در جدول فوق می باشد و سایر مواد در روند پخت سیمان و تشکیل کلینکراثر دارند.

 

آهک زنده یا اکسید کلسیم ( (CaO :

آهک از مهمترین و اصلی ترین مواد مورد استفاده در ساخت سیمان است، اکسید کلسیم از پختن سنگ آهک یا کربنات کلسیم در حرارت حدود هزار درجه سانتی گراد به دست می آید. این عمل به طور جداگانه صورت نمی گیرد، بلکه در فرآیند تولید سیمان، و در موقع حرارت دادن پودر مخلوط آهک و خاک رس ابتدا ذرات آهک (کربنات کلسیم ) در حرارت حدود 1۰۰۰ درجه سانتیگراد پخته شده و تبدیل به اکسید کلسیم و یا آهک زنده می شود. در این گرما آب شیمیایی خاک رس نیز از ان جدا می شود. در درجه حرارت بیشتر از 1۰۰۰ درجه سانتیگراد، اکسید کلسیم ( آهک زنده) با اکسید های سیلسیم، آلومینیوم و آهن ترکیب شده و اکسیدهای مرکب تشکیل می شوند

 

سیلیس ( SiO2 ) :

این ماده که در اغلب سنگ های طبیعی یافت می شود یکی از مواد اصلی در ساخت سیمان پرتلند است. وقتی سیلیس حرارت داده می شود در ساختمان کریستالی آن یک سری تغییرات به وجود می آید. در کوره سیمان پزی بیش از 12۰۰ درجه سانتیگراد سیلیس با آهک ترکیب می شود و دو کلسیم سیلیکات و سه کلسیم سیلیکات تشکیل می شود. خاک رس معمولی دارای مقادیر زیادی سیلیس است. میزان سیلیس مورد نیاز 17 تا 25 درصد وزن سیمان است که چنانچه نتوان این مقادیر را با استفاده از خاک رس معمولی تامین کرد می توان آن را با استفاده از سایر منابع تامین کرد .

 

آلومینا ( 3O2( Al :

آلومینا، همان اکسید آلومینیوم خالص است که مقادیر زیادی از آن در خاک رس وجود دارد. خالص ترین نوع خاک رس، کائولینیت O )  2H 2, 2SiOO2( Al است که در آن آلومینا حدود 4۰ درصد وزن مولکولی کل این ماده را دارد. آلومینا در سیمان پزی اثر گداز آور و در هنگام پخت سیمان ، درجه آب شدن و پخت مواد خام را کاهش می دهد. از نظر شیمی سیمان، در اثر حرارت داخل کوره دوار با آهک ترکیب شده در تشکیل سه کلسیم آلومینات را می دهد. وجود این اکسید مرکب در داخل سیمان تولیدی باعث می شود که سیمان زودگیرتر شود و در هنگام ترکیب سیمان با آب حرارت بیشتری ایجاد شود

 

اکسید آهن (3O2(Fe

اکسید فریک نیز همانند آلومینا در سیمان پزی نقش گداز آور را دارد و باعث کاهش درجه آب شدن مواد خام در داخل کوره سیمان پزی می شود. این اکسید در داخل کوره و در هنگام پخت به همراه آلومینا با آهک ترکیب شده و تشکیل اکسید مرکب چهار کلسیم آلومنیوفریت را می دهند ، اکسید آهن زیاد رنگ سیمان را نیز تیره می کند، به همین دلیل برای ساخت سیمان سفید از این اکسید استفاده نمی شود . اکسید آهن جزء اصلی تشکیل دهنده اغلب سنگهای آهن است، از این رو اکسید فریک کم و بیش در اغلب کانیها خصوصا خاک رس وجود دارد.

 

اتفاق هایی که در کوره پخت سیمان در دماهای مختلف رخ می دهد به شرح ذیل است:

1 - در دمای حدود 100 درجه سلسیوس، آب آزاد تبخیر می شود .

2 - در دمای حدود 150 تا 350 درجه سیلسیوس، آب تبلور ذرات رس تبخیر می شود .

3 - در دمای حدود 500 درجه سلسیوس، تبخیر آب غشایی رس پایان یافته و سرخ شدن مواد شروع می شود .

4 - در دمای حدود 600 درجه سلسیوس، کربنات منیزیم تجزیه و گاز دی اکسید کربن آزاد می شود .

5 - در دمای حدود 900 درجه سلسیوس، کربنات کلسیم تجزیه و گاز دی اکسید کربن آزاد شده و در همین حرارت واکنش بین آهک و رس آغاز می شود .

6 - در دمای حدود 1250 درجه سلسیوس، مقداری از مواد به صورت مایع ظاهر می شوند .

7 - در دمای 1280 درجه سلسیوس، ترکیبات اصلی سیمان شروع به شکل گیری کرده و با تبدیل حدود 30 درصد حجمی مواد به مایع، واکنش ها سریع تر می شوند .

8- رد 1450 درجه سلسیوس، واکنش شیمیایی مواد کامل شده و کلینکر ایجاد می شود.

 

معادن مواد اولیه سیمان، خصوصاً سنگ آهک، خاک رس، سنگ گچ و امثال آن به صورت معادن روباز می باشند.

در استخراج موادی نظیر سنگ آهک، سنگ آهن و سنگ گچ نیاز به چال زنی و انجام انفجار به وسیله دینامیت می باشد . مواد اولیه نظیر خاک رس و مارل نیاز به چال زنی و انفجار ندارند و صرفاً از بولدوزر و یا دستگاه های مشابه جهت دپو کردن مواد استفاده می شود. بارگیری مواد اولیه سیمان به وسیله لودر یا بیل مکانیکی صورت می گیرد و حمل این مواد به وسیله کامیون، نوار نقاله، واگنهای زمینی یا هوائی انجام می گیرد .

 

منابع:
1 - تکنولوژی و طرح اختلاط بتن: دکتر داوود مستوفی نژاد، انتشارات ارکان
2 - تکنولوژی بتن: دکتر رمضانیان پور

 

 

 

کلید واژه ها: افزایش مقاومت بتنبتنشرکت بتن آرپوماجزاء تشکیل دهنده بتنخواص بتنشناخت بتنمزایای بتنسازگاری بتن و فولادمقاله بتن


( ۱۳ )

نظر شما :

میر محمدی ۰۲ بهمن ۱۳۹۷ | ۱۸:۱۳
خیلی عالی بود افزایش مقاومت بتن و اجزای تشکیل دهنده بتن، خواص بتن، شناخت بتن، مزایای بتن، سازگاری بتن و فولاد رو در این مقاله بسیار خوب توضیح دادید خیلی ممنونم.
رحمان اردال ۰۶ بهمن ۱۳۹۷ | ۰۹:۲۵
از مطالب شما استفاده کردم ممنونم لطفا اگر ممکن بود مقالات بیشتری راجع به بتن و افزایش مقاومت بتن در سایتتون قرار بدید باتشکر
برومندی ۲۷ فروردین ۱۳۹۸ | ۱۱:۴۹
خیلی عالی