تاریخچه ساخت و کاربرد بتن سبک

اولین گزارشهای تاریخی در مورد کاربرد بتن سبک و مصالح سبک وزن به روم باستان بر می گردد. رومیان در احداث معبد پانتئون و ورزشگاه کلوزیوم از پومیس که نوعی مصالح سبک است استفاده کرده اند. کاربرد بتن سبکدانه پس از تولید سبکدانه های مصنوعی و فراوری شده در اوایل قرن بیستم وارد مرحله جدیدی شد. در سال 1918، S. J. Hayde با استفاده از کوره دوار اقدام به منبسط کردن رس و شیل کرد و بدینوسلیه سبکدانه ای مصنوعی تولید کرد که از آنها در ساخت بتن استفاده شد. تولید تجاری روباره های منبسط شده نیز از سال 1928 آغاز گردید.

این سبكدانه مصنوعی در هنگام جنگ جهانی اول به دلیل محدودیت دسترسی به ورق فولادی برای ساخت كشتی بكار رفت. كشتی Atlantus به وزن 3000 تن كه با بتن سبك هایدیتی ساخته شد، در اواخر سال 1918 به آب افتاد. در سال 1919 كشتی Selma به وزن 7500 تن و طول 132 متر با همین نوع بتن ساخته و به آب انداخته شد. تا آخر جنگ جهانی اول و سپس تا سال 1922 كشتی ها و مخازن شناور متعددی ساخته شد كه یكی از آن ها Peralta تا سال های اخیر شناور بود.

برنامه ساخت كشتی ها در اواسط جنگ جهانی دوم متوقف شد و دوباره به دلیل محدودیت تولید ورق فولادی مورد توجه قرار گرفت. تا پایان جنگ جهانی دوم 24 كشتی اقیانوس پیما و 80 بارج دریایی ساخته شد كه ساخت آن ها در دوران صلح، اقتصادی محسوب نمی گشت. ظرفیت این كشتی ها 3 تا 140000 تن بود.

در سال 1948 اولین ساختمان با استفاده از شیل منبسط شده در پنسیلوانیای شرقی احداث گردید. در ادامه، از سال 1950 ساخت بتن سبک گازی اتوکلاو شده در انگلستان متداول شد. اولین ساختمان بتن سبکدانه مسلح در این کشور که یک ساختمان سه طبقه بود در سال 1958 و در شهر برنت فورد احداث گردید.

ساختمان هتل پارك پلازا در سنت لوئیز، ساختمان 14 طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در كانزاس سیتی در سال 1929 از جمله ساختمان های دهه 20 و 30 میلادی ساخته شده در آمریکای شمالی با استفاده از بتن سبک هستند. ساختمان 42 طبقه در شیكاگو، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورك در سال 1960، فرودگاه Dulles در واشنگتن در سال 1962، كلیسایی در نروژ در سال 1965، پلی در وایسبادن آلمان در سال 1966 و پل آب بر در روتردام هلند در سال 68 از جمله ساختمان هایی هستند كه با بتن سبكدانه ساخته شده اند.

در هلند، انگلستان، ایتالیا و اسكاتلند نیز در دهه 70 و 80 پل هایی با دهانه های مختلف ساخته و با موفقیت بهره برداری شده اند. در سال های 1970 ساخت بتن سبكدانه پرمقاومت آغاز شد و در دهه 80 به دلیل نیاز برخی شركت های نفتی در امریكا و نروژ برای ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فراساحلی مانند سكوهای نفتی یك رشته تحقیقات وسیع برای ساخت بتن سبكدانه پرمقاومت در این دو كشور با هدایت واحد آغاز شد كه نتایج آن در اواخر دهه 80 و اوایل دهه 90 منتشر گشت.

در سالیان اخیر نیز استفاده بتن سبک در دال سقف ساختمانهای بلند مرتبه، عرشه پلها و دیگر موارد مشابه و همچنین کاربردهای خاص مانند عرشه و پایه دکلهای استخراج نفت کاربرد فراوانی یافته است.

1-   طبقه بندی بتن سبک بر مبنای مقاومتی

بتن‌های سبك از دیدگاه مقاومتی در سه دسته طبقه‌بندی می‌شوند كه عبارتند از بتن سبك غیرسازه‌ای، بتن سبك سازه‌ای و بتن سبك با مقاومت متوسط که در ادامه به آن پرداخته می شود.بتن سبك غیرسازه‌ای كه معمولاً به عنوان جداسازهای سبك مورد استفاده قرار می‌گیرد، دارای جرم مخصوص كمتر از 800 كیلوگرم بر مترمكعب است. با وجود جرم مخصوص كم، مقاومت فشاری آن حدود 35/0 تا 7 نیوتن بر میلیمترمربع می‌باشد. از معمولیترین سنگدانه‌های مورد مصرف در این نوع بتن می توان به پرلیت (نوعی سنگ آذرین) و ورمیكولیت (ماده‌ای با ساختار ورقه‌ای شبیه لیكا)اشاره کرد.

بتن‌های سبك سازه‌ای دارای مقاومت و وزن مخصوص كافی می‌باشند، به گونه‌ای كه می توان از  آن‌ها در اعضای سازه‌ای استفاده کرد. این بتن‌ها عموماً دارای جرم مخصوصی بین 1400 تا 1900 كیلوگرم بر مترمكعب بوده و حداقل مقاومت فشاری تعریف شده برای آنها 17 نیوتن بر میلیمتر مربع (مگاپاسكال) می باشد. در بعضی حالات امكان افزایش مقاومت تا 60 نیوتن بر میلیمتر مربع نیز وجود دارد. در مناطق زلزله خیز، آیین‌نامه‌ها حداقل مقاومت فشاری بتن سبك را به 20 نیوتن بر میلیمتر مربع محدود می‌كنند.

بتن‌های سبك با مقاومت متوسط، از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشاری در محدوده‌ای بین بتن‌های سبك غیرسازه ا‌ی و سازه‌ای قراردارند، به گونه‌ای كه مقاومت فشاری آنها‌ بین 7 تا 17 نیوتن بر میلیمترمربع و جرم مخصوص آن‌ها بین 800 تا 1400 كیلوگرم بر مترمكعب می باشد.

1-1- بتن سبك غیرسازه‌ای

این نوع بتن‌ها با جرم مخصوصی معادل 800 كیلوگرم بر مترمكعب و كمتر، به عنوان تیغه‌های جداساز و عایق‌های صوتی در كف بسیار مؤثر هستند. این نوع بتن می‌تواند در تركیب با مواد دیگر در دیوار، كف و سیستم‌های مختلف سقف مورد استفاده قرار گیرد. مزیت عمده آن، كاهش هزینه‌های لازم برای تهویه‌ی گرمایی یا سرمایی فضاهای داخلی ساختمان و كاهش انتقال صوت بین طبقات و فضاهای ساختمان می باشد. بتن‌های سبك غیرسازه‌ای بر اساس ساختارداخلی می‌توانند به دو گروه جداگانه تقسیم‌بندی شوند.

دسته اول بتن‌های اسفنجی[1] كه در حین ساخت آن‌ها با ایجاد كف، حباب‌های هوا در خمیر سیمان یا در ملات سیمان - سنگدانه ایجاد می گردد. كف مورد نظر یا از طریق مواد كف‌زا در حین اختلاط تولید شده و یا به صورت كف آماده به مخلوط اضافه می‌شود. بتن اسفنجی می‌تواند جرم مخصوصی تا حدود 240 كیلوگرم بر مترمكعب داشته باشد.

 دسته دوم بتن با سنگدانه سبك یا به اختصار بتن سبكدانه است که با استفاده از پرلیت، ورمیكولیت منبسط شده و یا دیگر سبکدانه های طبیعی و مصنوعی ساخته می‌شوند. جرم مخصوص خشك این مخلوط بین 240 تا 960 كیلوگرم بر مترمكعب می‌باشد.

امروزه اضافه كردن ریزدانه‌هایی با وزن معمولی، موجب افزایش وزن بتن و مقاومت آن می شود، لیكن به منظورحصول خواص عایق‌بندی حرارتی (ضریب انتقال حرارت پایین)، حداكثر جرم مخصوص به 800 كیلوگرم در مترمكعب محدود می‌گردد.

هنگام ساخت و استفاده از بتن سبك غیرسازه‌ای، سعی بر این است كه با كاهش وزن بتوان خصوصیات عایق حرارتی را افزایش داد، اما ذكر این مطلب ضروری است كه باكاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نیز كاهش می‌یابد. مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزدیكی با هم دارند و با افزایش وزن مخصوص، بالطبع باید مقاومت بالاتری را انتظار داشت. با توجه به مقاومت به دست آمده از این نوع بتن، محل کاربرد آن تعیین می گردد. به عنوان مثال بتن‌هایی با مقاومت فشاری حدود 7/0 نیوتن بر میلیمترمربع و كمتر برای عایق‌سازی لوله‌های بخار زیرزمینی مناسب هستند و از بتن‌های با مقاومت بالاتر تا حدود 5/3 نیوتن بر میلیمتر مربع در پیاده‌روها استفاده می شود. باید توجه داشت كه انقباض بتن‌های سبك در هنگام خشك شدن در اكثر موارد و به خصوص در موارد حذف سنگدانه‌های درشت از مخلوط، همواره مشكل‌ساز است.

1-2- بتن سبك با مقاومت متوسط

بتنهای سبک موجود در این طبقه عمدتا از نوع بتنهای سبکدانه و بتنهای با ساختار باز می باشند. به عبارت دیگر برای کاهش چگالی بتن از سنگدانه های سبک طبیعی یا مصنوعی استفاده شده است. سبکدانه های مورد استفاده در بتنهای سبک با مقاومت متوسط معمولا از یکی از روشهای آهكی شدن (تكلیس)، سنگدانه‌ی كلینگر، محصولات منبسط شده‌ای نظیر روباره‌های منبسط شده، خاكستر بادی، شیل و اسلیت یا سنگدانه‌های تولیدی از مصالح طبیعی مانند پوكه سنگ‌های آذرین و سنگ‌های آذرین متخلخل (توف) تولید می‌شوند. جرم مخصوص بتن ساخته شده با سنگدانه‌های فوق بین 800 تا 1400 كیلوگرم بر مترمكعب است. كاربرد مواد افزودنی نظیر تسریع كننده‌ها و روان‌كننده‌ها می‌تواند در تغییر مقاومت بتن‌های ساخته شده با سنگدانه‌های تولید شده از روش‌های مذكور موثر باشد. کاربرد این بتنها معمولا در بلوکهای مجوف بتنی، کف سازیها و موارد مشابه است.

1-3- بتن سبك سازه ای

بتنهای سبک سازه ای بتنهایی هستند که علی رغم دارا بودن چگالی کمتر از 2000 كیلوگرم بر مترمكعب، مقاومت فشاری بیش از 17 مگاپاسکال دارند. ساخت این بتنها صرفا با استفاده از سنگدانه های سبک و مقاوم امکان پذیر است. تمام بتنهای سبک سازه ای از خانواده بتن های سبکدانه می باشند که در آن برای کاهش وزن مخصوص بتن از سنگدانه های سبک استفاده شده است. به این دلیل بعضا از عبارات بتن سبکدانه و بتن سبک سازه ای برای بیان یک مفهوم استفاده می شود. در بتن‌های سبكدانه سازه‌ای از سنگدانه‌هایی استفاده می‌شود كه بتن ساخته شده مقاومتی بیش از 17 مگاپاسکال و جرم مخصوصی كمتر از 2000 كیلوگرم بر مترمكعب را دارا باشد. سنگدانه‌هایی كه این شرایط را عموماً برآورد می‌كنند و طبق استاندارد [2] ASTM-C330 برای ساخت بتن سبك سازه‌ای مورد استفاده قرار می گیرند، عمدتا عبارتند از:

الف) شیل، رس و اسلیت منبسط شده در كوره‌ی دوار

ب)سنگدانه هایی که از فرآیند های کلوخه ای شدن به دست می آیند

ج) سرباره‌های منبسط شده

د) پوكه‌های معدنی

هـ) پوكه‌های صنعتی

و) خاكستر بادی ته نشین شده

تأمین مقاومت فشاری معادل 20 نیوتن بر میلیمترمربع و بیشتر با بعضی از این سنگدانه‌ها امكان‌پذیر است. شرایط سایر سنگدانه‌ها نیزطوری است كه قادر به حصول حداقل مقاومت فشاری مقرر شده برای بتن سبك سازه‌ای می‌باشند. همانطور كه پیش از این ذکر شد،‌ مقاومت بتن سبك ‌تابعی از جرم مخصوص آن است. باید توجه داشت كه جرم مخصوص بتن عمدتاً متأثر از جرم مخصوص سنگدانه‌های مصرفی است، به گونه‌ای كه استفاده از مصالح سبكتر موجب كاهش وزن مخصوص بتن می شود.
ولی استفاده از مصالح سنگین‌تر از سبكدانه‌ها، لزوماً باعث افزایش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد شد. بیشترین مقاومت بتن سبکدانه معمولا وقتی حاصل می شود که از سبکدانه های ساخته شده از شیل، رس و اسلیت منبسط شده در فرآیند كوره دوار برای سبک سازی چگالی بتن استفاده گردد.

نوع مطلب : مهندسی عمران - عمران
نوشته شده در شنبه ۱۶ بهمن ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |