بتن چیست و شامل خصوصیاتی است ؟

بتن يكي از مهمترين مصالح ساختماني است كه استفاده از آن در همه كشور هاي دنيا رو به افزايش است. دلايل اين امر در دسترس بودن مصالح، ارزاني نسبي آنها، توليد نسبتا آسان و گستره وسيع استفاده در ساختمان ها و سازه ها مي باشد علاوه بر آن، از حدود 30 سال قبل مفهومي تحت عنوان بتن توانمند نيز مطرح شده است.اين مصالح نوين، بتني است كه خصوصياتي از آن براي كاربردها و محيط هاي خاصي توسعه يافته است. اين خصوصيات شامل مقاومت، دوام، مقاومت در برابر عوامل مهاجم خارجي، سخت شوندگي، كرنش بالا, نماي ظاهري مناسب و ... مي باشد. بطور كلي بتن هاي مدرن شكننده تر از بتنهاي نيمه اول قرن بيستم هستند و داراي مقاومت بالاتر،حرارت بيشتر هيدراسيون و معمولا دوام كمتري هستند مگر اينكه بطور ويژه اي طرح گردند. در نتيجه بتنهاي توانمند مطرح شدند كه عمدتا توسط الياف پخش شده در شكلهاي مختلف مسلح میشوند.

انواع بتن هاي اليافي توانمند

کامپوزیتهای سیمانی مهندسی (ECC) یا بتن پودری دوباره فعال شده (RPC) اسامی عمومی بتن های با مقاومت بسيار بالا هستند که در اوايل دهه 1990 در فرانسه توسعه یافت و مقاومت هاي فشاري بيش از 800 مگا پاسكال و مقاومت كششي بيش از 100 مگا پاسكال بدست آمد . در اين بتن سنگدانه هاي درشت وجود ندارد و ماكزيمم اندازه سنگدانه در آنها 0.3 ميلي متر است . براي بهبود شكل پذيري، الياف فولادي در حدود 5 درصد وزني به اين تركيب اضافه مي شوند(با طول کمتر از 3 ميلي متر) . ساير مواد تشكيل دهنده، دوده سيليسي، ريزدانه هاي كوارتزي، فوق روان كننده ها و مقادير زياد سيمان پرتلند(بيش از 1000 كيلو گرم بر متر مكعب ) مي باشند. اين مصالح تحت نام تجاري دوکتال ( ductal ) و با مقاومت فشاري 100 تا 200 مگا پاسكال براي سازه هاي پل بتني و توليد المانهاي پيش ساخته نازك، توليد شده است. يك نوع ديگر از اين بتن ها بتن BSI  است. یک بتن مسلح با الياف خود متراكم كه در آن كليه اجزا به صورت خشك با يكديگر مخلوط مي شوند.اين نوع بتن به مراقبت حرارتي و ويبره نياز ندارد و مستقيما در قالب جاي مي گيرد. بعد از 28 روز داراي مقاومت كششي مستقيم 8 تا 10 مگا پاسكال و مقاومت فشاري 150 مگا پاسكال مي شود.بتن خود تراکم (SCC) یا بتن خود تسطیح (SLC) مي توانند بدون هيچ گونه لرزش اضافي بر روي خود جريان يابند و بدون اينكه جداشدگي يا آب انداختگي اتفاق بيفتد، در قالب جاي گيرند . مقادير زياد سنگدانه هاي ريز (زير 0.125 ميلی متر )، مقادير زياد سيمان پرتلند، تركيب آب مناسب و فوق روان كننده ها اسلامپ بيش از 270 ميليمتر را براي اين نوع بتن، ايجاد مي كند.  بتن خود متراكم به آساني از ميان آرماتورهاي فولادي متراكم عبور مي كند. با اضافه كردن الياف به اين تركيب، شكل پذيري آن افزايش مي يابد. بتن خود تسطيح براي اجراي سقفهاي صنعتي بدون هيچ گونه كف سازي اضافي به كار مي رود. در بتنهاي توانمند، تركيبي از اندازه ها و مقادير مختلف الياف فولادي به شكل گيري خصوصيات ویژه ای در بتن کمک میکند که شامل کنترل ميكرو تركها، افزايش مقاومت كششي و بهبود شكل پذيري است. اضافه كردن ميكرو الياف ها تاثير زيادي بر روي مقاومت فشاري بتن دارد اما تاثير آن بر روي مقاومت كششي اندك است . الياف فولادي بلندتر به افزايش مقاومت و طاقت كمك مي كند. دوده سيليسي يك ماده پوزولاني است كه به افزايش مقاومت كمك مي كند و معمولا جايگزين 5 تا 10 درصد سيمان پرتلند مي شود تا كامپوزيتهاي توانمند شكل گيرد . افزايش تراكم و كاهش نفوذپذيري در برابر آب و ساير عوامل مخرب،زمانی که دوام بلند مدت سازه های بتنی مد نظر باشد اهميت بيشتري مي يابد . دوده سيليسي به عنوان عامل پيشگيري كننده در برابر واكنش قليايي سنگدانه ها,نفوذ يونهاي كلر و كربناسيون را كاهش مي دهد. بجاي دوده سيليسي مي توان از ساير ريزپركننده ها مثل متاكائولين استفاده نمود.

ملات مسلح با الیاف کربن (GFRM) و بتن مسلح با الياف كربن (CFRC) بخاطر مقاومت خمشي و طاقت زياد، جمع شدگي كم و خصوصيات الكتريكي نظير حساسيت به ولتاژ مورد توجه قرار گرفته اند. كاربرد الياف كربني نسبتا ارزان براي پلها و ساير سازه هاي مهندسي و نيز به عنوان نماي ساختمانها مناسب است. در مناطقي كه تاثيرات تهاجمي آب دريا و بادهاي قوي وجود دارد (ژاپن) CFRC در المانهاي سازه اي پلها بكار مي رود زيرا دوام آن از الياف فولادي بيشتر است.

بتن الیافی نفوذ ناپذیر با ملات (SIFCON) يك كامپوزيت قوي است كه در آن مقادير زياد الياف فولادي با فناوري خاصي بكار برده شده است . ابتدا الياف ها در قالب قرار مي گيرند و سپس مجموعه اين الياف با ملات سيماني كه بين آنها نفوذ مي كند گرفته مي شود.حجم الياف مصرفي بين 8 تا 12 درصد و حتي گاهي بالاتر است و طول آنها نيز مي تواند بين 100 تا 200 ميليمتر باشد.  ملات سيماني از ماسه ریز دانه، سنگدانه هاي بسيار كوچك و ساير مواد افزودني مثل خاكستر بادي و سيليكا فوم تشكيل مي شود رواني زياد اين ملا ت براي نفوذ مناسب در مجموعه متراكم الياف در قالب ضروري است. مقاومت زياد در برابر بارهاي ضربه اي از ويژگي هاي ممتاز اين مصالح است. هنگامي كه الياف ساده با شبكه هاي بافته شده جايگزين گردد، از نام SIMCON براي اين مصالح استفاده مي شود ( بتن گسترده نفوذپذير با ملات).كاربرد عمده اين مصالح در روسازيهاي تحت بارگذاري سنگين، محفظه هاي ضد تروريستي و ديوار خزانه بانكها است . البته هزينه در اين موارد سنگين است.