بتن یکی از مصالح ساختمانی پراستفاده در دنیای امروز است. به جرئت می توان گفت این ماده در ساخت تمام سازه های عمرانی مورد استفاده قرار می گیرد. بتن مقاومت فشاری بالایی در برابر وزن سازه ها دارد و می تواند خواص خوبی در شرایط آب و هوایی نامساعد از خود نشان دهد.
با این وجود، یک ضعف بزرگ در این ماده وجود دارد و آن، مقاومت کششی اندک بتن است. بتن در برابر کشش مقاومت بسیار ناچیزی دارد. این موضوع می تواند برای بتن معمولی خطرساز باشد. به همین دلیل، لازم است به روشی اقدام به تقویت مقاومت کششی بتن نمود. نحوه تقویت این خاصیت بتن، موضوع مقاله امروز ماست.
در این مقاله، قصد داریم در مورد بتن مسلح، انواع تسلیح کننده های بتن و چیستی، کاربرد، مزایا و معایب بتن مسلح (آرمه) صحبت کنیم. مطالعه این مقاله به شما کمک می کند با پرکاربردترین نوع بتن در صنعت ساختمان سازی آشنا شوید.
بتن مسلح چیست؟
بتن مسلح نوعی از بتن است که در آن برای تقویت خاصیت مقاومت کششی، از فولاد کمک گرفته می شود. بتن مسلح یا بتن آرمه نسبت به بار کششی مقاومت بسیار خوبی دارد و می تواند تنش ناشی از وزن های قابل توجه نظیر وزن یک ساختمان را نیز تحمل کند.
فولاد مورد استفاده در بتن مسلح از نوع میلگرد آجدار است. آج روی میلگرد می تواند پیوستگی بهتری بین بتن و میلگرد برقرار کند و مقاومت کششی بتن را بهبود ببخشد. البته فولاد تنها تقویت کننده بتن نیست. مواد دیگری نیز وجود دارند که اضافه کردن آنها به طرح اختلاط بتن یا استفاده از شبکه آنها در بستر بتن ریزی می تواند بتن مسلح تولید کند. شبکه های توری، تقویت کننده های فلزی و حتی برخی از انواع الیاف نیز قابلیت ارتقای مقاومت کششی بتن را دارند.
با وجود استفاده از میلگردهای فولادی درون بتن مسلح، چگالی این نوع بتن نسبت به بتن معمولی تفاوت چندانی ندارد. اندازه گیری ها چگالی بتن مسلح شده با فولاد را حدود 2400 تا 2500 کیلوگرم بر متر مکعب را برای بتن مسلح اندازه گیری کرده اند. انواع دیگری از بتن مسلح که با مواد سبک تری نظیر پلیمرها و الیاف مصنوعی مسلح شده اند، حتی چگالی کمتری از بتن معمولی هم دارند (چگالی بتن معمولی حدود 2200 تا 2400 کیلوگرم بر متر مکعب است.) از نظر ضریب انتقال حرارت نیز بتن آرمه تفاوتی با بتن معمولی ندارد و در برابر حرارت، رفتار هر دو نوع بتن یکسان خواهد بود.
تفاوت اصلی بتن مسلح و بتن معمولی را می توانیم مقاومت کششی بدانیم. معمولا از مقاومت کششی به عنوان یکی از نقاط ضعف بتن معمولی نام برده می شود. بتن معمولی در برابر ایجاد کشش با مقاومت ناچیزی دچار شکستگی می شود. در سوی مقابل اما، بتن مسلح شده با فولاد بین 4 تا 10 مگاپاسکال در برابر نیروهای کششی از خود مقاومت نشان می دهد که این مقدار، می تواند برای سازه های استاتیک عمرانی عدد مناسبی باشد.
البته لازم به ذکر است که مسلح کردن بتن روی مقاومت فشاری نهایی بتن تاثیر زیادی ندارد و مقدار عددی مقاومت فشاری بتن معمولی و مسلح، تقریبا یکسان است اما این پارامتر (مقاومت فشاری) در بتن معمولی نیز به خودی خود مقدار قابل قبولی است. در برابر فشار وزن، بتن تا 50 مگاپاسکال می تواند مقاومت نشان دهد که این مقدار در ساختمان سازی مقدار ایده آلی محسوب می شود.
انواع بتن مسلح
حال که می دانیم بتن مسلح چیست و چه تفاوت هایی با بتن معمولی دارد، می توانیم به سراغ انواع آن برویم. از نظر انواع، بتن آرمه یا مسلح با توجه به تقویت کننده خود دسته بندی می شوند. برخی فرآیندهای اضافی نیز می توانند انواع جدیدی از بتن مسلح را با ویژگی های منحصر به فرد تولید نمایند. در ادامه به بررسی پرکاربردترین انواع بتن مسلح می پردازیم:
بتن مسلح شده با میلگرد فولادی
مشهورترین و پرطرفدارترین نوع بتن مسلح، بدون شک بتن مسلح شده با میلگردهای فولادی است. برای ساخت این نوع بتن مسلح، در ابتدا شبکه ای از میلگردهای فولادی متصل به هم ایجاد می شود که به آن آرماتور می گویند. در مرحله بعدی، بتن روی این شبکه ریخته می شود تا تمام حجم فولادی آرماتور در قلب بتن جای گیرد. پس از گذشت مراحل مربوط به عمل آوری بتن، بتن مسلح شده با میلگرد آماده بهره برداری است.
بتن مسلح شده با میلگرد شیشه ای (GFRP)
یکی از انواع جدید بتن مسلح، بتن مسلح شده با میلگردهای شیشه ای و پلیمری می باشد. بتن مسلح با میلگرد شیشه ای یا فایبرگلاس، وزن کمتری نسبت به بتن مسلح با میلگرد فولادی دارد. علاوه بر این، یکی از مشکلات فولاد در بتن یعنی خوردگی فلز در مجاورت رطوبت بتن نیز با استفاده از میلگردهای شیشه ای برطرف می شود.
بتن مسلح پیش تنیده یا پس تنیده
بتن پیش تنیده یا پس تنیده، حالت تقویت شده بتن مسلح می باشد که مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می دهد. برای ساخت بتن مسلح پیش تنیده یا پس تنیده، میلگردهای تعبیه شده در دل بتن از دو انتها کشیده شده و تحت تنش قرار می گیرند. این تنش اولیه با اعمال به بتن، ضعف های درونی آن را برطرف کرده و مقاومت آن را بالا می برد. معمولا این نوع از بتن برای کاربردهایی نظیر پل سازی و سدسازی مورد استفاده قرار می گیرند که به خواص بهتری از بتن مسلح نیاز است.
بتن مسلح پیش ساخته
با توجه به اینکه عمل آوری بتن یک فرآیند بسیار زمان بر است و به صورت میانگین، حدود دو هفته به طول می انجامد، معمولا پروژه هایی که نیاز به افزایش سرعت بتن ریزی داشته باشند از بتن های پیش ساخته استفاده می کنند. این نوع بتن در فضای کارگاهی تولید می شود و هنگام فروش، مقاومت خود را به صورت کامل به دست آورده است. برخی از انواع بتن پیش ساخته از نوع مسلح شده با میلگرد فولادی هستند و برخی دیگر، حالت غیر مسلح دارند. بتن مسلح پیش ساخته به صورت معمولی یا پیش تنیده وجود دارد که نوع پیش تنیده مقاومت بالاتری از بتن آرمه معمولی دارد.
بتن مسلح با عایق ماندگار (ICF)
این نوع بتن مسلح، برای دیوارها استفاده می شود. عایق های ماندگار نوعی از قالب های دائمی بتن هستند که پس از اجرای بتن ریزی و گیرش بتن، از آن جدا نمی شوند و به عنوان یک نوع عامل عایق بندی، به عنوان بخشی از دیوار باقی می مانند. سرعت اجرای این نوع بتن بیشتر از بتن مسلح معمولی است.
بتن مسلح با الیاف
کمی غیر منصفانه است اگر بخواهیم بتن مسلح با الیاف را به عنوان یکی از شش مورد انواع بتن مسلح و در چند سطر کوتاه بیان کنیم. به همین دلیل، این نوع بتن را در قسمت بعدی به صورت مفصل توضیح خواهیم داد.
بتن مسلح با الیاف
وقتی از بتن مسلح صحبت می کنیم، احتمالا در ذهن همه ما آرماتورهای فولادی نقش می بندند. با پیشرفت های اخیر در توسعه بتن اما، بتن می تواند با برخی الیاف نرم مصنوعی هم تا حد قابل توجهی مسلح شود. بتن های مسلح شده با الیاف می توانند با ظرافت بیشتر و در ضخامت های کمتر از بتن فولادی مورد استفاده قرار بگیرند که این مورد، دامنه کاربردهای بتن را افزایش می دهد. البته بتن مسلح با الیاف زمانی می تواند خواص مناسبی از خودش نشان بدهد که به صورت یکنواخت در همه جای مخلوط بتن پخش شده باشد. در صورت پراکنده شدن نامناسب این الیاف در بتن، نه تنها خواص آن بهبودی نخواهند داشت بلکه ضعف های مهمی نیز در ساختار بتن به وجود خواهد آمد.
الیاف مصنوعی مورد استفاده در تهیه بتن مسلح انواع مختلفی دارند که هر کدام، خواص مشخصی به بتن می دهند. در ادامه به چند مورد از این الیاف می پردازیم.
- الیاف پلی پروپیلن: پلی پروپیلن، یکی از الیاف ارزان و فراوان موجود در بازار است. این نوع الیاف با اضافه شدنشان به طرح اختلاط بتن، مقاومت کلی بتن را افزایش داده و واکنش پذیری بتن را کاهش می دهند.
- الیاف آزبست: آزبست یک ماده با خاصیت مقاومت در برابر آتش است. بتن مسلح شده با الیاف آزبست چندان مقاومت بالاتری نسبت به بتن معمولی ندارد اما برخی از خواص آن نظیر مقاومت شیمیایی و حرارتی بالاتر از بتن معمولی می باشد.
- بتن مسلح شده با الیاف شیشه (GFRC): الیاف شیشه از شیشه های بازیافتی تهیه می شوند. اضافه شدن این الیاف به بتن موجب افزایش مقاومت فشاری بتن و بهبود عملکرد آن در عایق بندی صدا و حرارت خواهد شد.
- بتن مسلح شده با الیاف کربن (CFRC): الیاف کربن با افزوده شدن به طرح اختلاط بتن، مقاومت خمشی و کششی آن را تقویت می کنند. این الیاف نیز از جمله الیاف جدیدی هستند که در زمینه تقویت بتن مورد استفاده قرار می گیرند.
مزایا و معایب بتن مسلح
اکنون که انواع بتن مسلح را به طور کامل مورد بررسی قرار دادیم، می توانیم مزایا و معایب این نوع بتن را به صورت خلاصه در جدول زیر بیان کنیم:
مزایای مسلح کردن بتن | معایب مسلح کردن بتن |
تقویت مقاومت کششی بتن | سرعت اجرای پایین تر از بتن معمولی |
افزایش دوام و طول عمر سازه | اضافه شدن هزینه خرید فولاد یا تقویت کننده |
در دسترس بودن مصالح لازم برای مسلح کردن بتن | مقاومت پایین در برابر انجماد ناشی از یخبندان |
هزینه نگهداری بسیار کم | وزن بیشتر نسبت به بتن معمولی |
شکل پذیری با انواع قالب ها |
کاربرد بتن مسلح
با توجه به آنچه گفتیم، بتن مسلح را می توانیم در زمینه های زیر کاربردی بدانیم:
- فوندانسیون ساختمان
- دیوارهای باربر
- ستون های نگهدارنده پل
- ستون های ساختمان
- راهسازی
- طراحی و تقویت باند فرودگاه
- لوله های بتنی تاسیساتی
جمع بندی
بتن مسلح یکی از انواع بتن موجود در بازار می باشد که نقص اصلی بتن معمولی یعنی مقاومت کششی کم در آن برطرف شده است. ساخت این نوع بتن با تقویت کننده های مختلفی نظیر میلگرد فولادی، میلگرد شیشه ای یا الیاف مصنوعی مانند پلی پروپیلن و شیشه امکان پذیر می باشد. از این نوع بتن در ساخت فوندانسیون ساختمان، پل ها، سدها و سازه های آبی و… استفاده می شود.