در صنعت ساختمان‌سازی، استفاده از مصالحی با مقاومت بالا و عمر طولانی یک نیاز ضروری است. این صنعت دائما در پی ساخت مصالحی بوده که در برابر وزن بالاتر و شرایط سخت‌تر استقامت داشته باشند و بتوانند وزن یک سازه عظیم را روی شانه‌های خود تحمل کنند. با تولید انبوه سیمان، ترکیبات این ماده به یکی از علاقه‌مندی‌های محققان مکانیک مواد برای تولید متریال‌های ساختمان‌سازی بهینه تبدیل شد.
در این مقاله، قصد داریم در مورد بتن که یکی از مصالح پرکاربرد و نام‌آشنای ساختمان‌سازی امروز است صحبت کنیم. مادهای که دامنه کاربردش را از انحصار المان‌های بارکش ساختمان خارج کرده و امروزه در نقاط بیشتری از زندگی ما به چشم میخورد. مطالعه این مقاله امکان شناخت یکی از ستون‌های صنعت عمران را خواهد داد؛ پس پیشنهاد می‌کنیم این مقاله را از دست ندهید.
بتن چیست؟
بتن یا concrete یکی از مقاومترین مصالح امروز دنیاست. این ماده به صورت ترکیبی از سیمان، سنگدانه‌هایی با ابعاد مختلف و برخی افزودنی‌ها به همراه مقدار کافی آب تولید میشود و پس از گذراندن دوره مشخصی و با برخی مراقبت‌ها، تبدیل به یک ماده بسیار مستحکم با بافتی یکدست و همگن خواهد شد. بتن امروزه انواع مختلفی دارد که هر کدام کاربرد مخصوص به خود را دارند. این نوع از مصالح پرطرفدار ساختمانی امروز دیگر محدود به ساختمان‌سازی نیست و در ساخت فضاهای مختلف شهری و حتی اشیا کوچک نیز کاربرد دارد.
تاریخچه بتن
بتن یک ماده با ترکیبات مشخص شامل درصد بالایی از سیمان است. با توجه به اینکه کمتر از دو قرن از ساخت سیمان مورد استفاده برای بتن میگذرد، نمی‌توانیم تاریخچه چندان جذابی برای آن در نظر بگیریم اما استفاده از آهک (که ماده اولیه تولید سیمان است) مدت بسیار زیادی است که در سازه‌های بشری به چشم میخورد.
حدود 1300 سال پیش از میلاد، یعنی تقریبا 3324 سال پیش، ترکیباتی از آهک و سایر مصالح آن زمان در کفسازی بعضی از معبرها در مناطقی از خاورمیانه نظیر سوریه و اردن کشف شد. این شاید اولین استفاده از یک ترکیب آهکی برای ساختمان‌سازی باشد. بعدها در چین، روم باستان و مصر نیز نشانه‌هایی از این ماده دیده شد. هر یک از مناطق گفته شده، فرمول ساخت مخصوص به خود را داشتند. شاید مشهورترین سازهای که رد سنگ آهک در آن به چشم میخورد را بتوانیم هرم بزرگ مصر بدانیم که برای ساخت کف آن از ترکیب آهک، گچ و خاک استفاده شده است. دیوار بزرگ چین هم میتواند مثال خوبی برای پیشینه تاریخی بتن باشد.
پس از گذشت قرن‌ها و با ابداع روش‌های جدید ساخت سیمان، ساخت بتن وارد یک دوره جدید میشود. سیمان پرتلند که در اواخر قرن 18 تولید شد، سیمان مورد استفاده در بتن‌های امروزی است. امروزه بتن نسبت به زمان قدیم استحکام و خواص مقاومتی بالاتری دارد و میتواند یک نگهدارنده خوب برای سازه‌های بسیار بزرگ باشد که در ادامه در مورد آن صحبت خواهیم نمود.
مواد تشکیل دهنده بتن
همانطور که در ابتدای این مقاله گفتیم، بتن ترکیبات مختلفی دارد که عبارت‌اند از:
- سیمان
- آب
- سنگدانه‌ها (شن و ماسه)
- مواد افزودنی (فوق روان‌کننده، قوام‌دهنده، آب‌بند، تندگیرکننده، حباب‌ساز و…)
درصد این مواد در هر نوع بتن متفاوت است اما یک ترکیب کلی از بتن را میتوانیم دارای درصدهای زیر از مواد تشکیل‌دهنده آن بدانیم:
ماده | درصد آن در بتن |
سیمان | بین 10 تا 15 درصد |
سنگدانه | بین 55 تا 65 درصد (میانگین 27.5 درص ماسه و 32.5 درصد شن) |
افزودنی | نهایتا 10 درصد |
آب | بین 10 تا 15 درصد |
تغییر دادن درصدهای گفته شده، خواص محصول نهایی را مورد تغییر قرار میدهد. مثلا در صورتی که نسبت سیمان به آب افزایش یابد، محصول خاصیت روان شدن کمتری دارد اما مقاومت آن بیشتر خواهد بود.
انواع بتن
حال که میدانیم بتن چیست، میتوانیم به بررسی انواع آن بپردازیم. با توجه به درصد مواد سازنده بتن که در قسمت قبل بررسی نمودیم، این قابلیت وجود دارد که بر اساس کاربرد مدنظر مهندسان، انواع مختلفی از بتن تولید شود. بتن میتواند مقاومت بالا یا خاصیت جاری شدن بالایی داشته باشد. نوع و درصد افزودنی‌های بتن نیز در خواص آن موثر خواهد بود. در ادامه، نام مهمترین و پرکاربردترین انواع بتن را مشاهده خواهید کرد.
- بتن ساده
- بتن مسلح
- بتن پیش تنیده
- بتن پیش ساخته
- بتن سبک (با وزن مخصوص کم)
- بتن با وزن مخصوص زیاد
- بتن پلیمری
- بتن مقاوم
- بتن شاتکریت
- بتن خود متراکمکننده
کاربرد بتن
خالی از لطف است اگر بدانید بتن چیست و با کاربردهای آن آشنا نشوید. مهمترین کاربرد بتن، ساخت فوندانسیون (پی) مستحکم برای ساختمان است. با توجه به مقاومت بالای بتن، مادهای بهتر از این برای ساخت پی ساختمان پیدا نخواهید کرد اما کار به همین یک زمینه محدود نمی‌شود. بتن در ساخت تیرها، ستون‌ها، سقف‌ها و دیوارها نیز کاربردی است. ترکیبات جدید بتن با افزودنی‌های امروزی، پای این ماده را به طراحی نمای داخلی و خارجی و حتی ساخت وسایل در فضاهای عمومی نیز باز کرده است. بسیاری از نیمکت‌ها و میزهای موجود در فضاهای عمومی شهری، از بتن ساخته میشوند. اخیرا بتن حتی در ساخت ظروف کوچک هم رد پای خود را به جا گذاشته است. با این روند، آیا روزی خواهیم توانست نقطه پایانی برای کاربردهای این ماده بیابیم؟
مزایا و معایب بتن
حال باید دید به جز مقاومت بالا، آیا مزایای دیگری نیز در بتن دیده میشود؟ آیا علاوه بر مزایا، معایب قابل توجهی نیز در این ترکیب مستحکم به چشم میخورد؟ در ادامه به پاسخ این سوال خواهیم پرداخت.
مهمترین مزایای بتن عبارت‌اند از:
- مقاومت بالا
- هزینه اندک
- دامنه کاربرد بسیار بالا
- مقاومت حرارتی بالا
- خاصیت عایق صوتی و حرارتی
- خاصیت ضدزلزله
- عدم نیاز به تعمیرات تا مدت طولانی
در مقابل، معایب زیر را نیز میتوانیم به بتن نسبت دهیم:
- مقاومت پایین نسبت به کشش
- مقاومت پایین نسبت به نوسانات دما
- مقاومت پایین نسبت به مواد شیمیایی خورنده
- ثقیل بودن و وزن زیاد
جمع بندی
بتن یکی از مصالح مقاوم و پرکاربرد دنیای امروز است که در ساخت بناهای مختلف نظیر ساختمان، سد، پل و… به کار برده میشود. این ماده با خواص بینظیری مانند مقاومت ضربه بالا، مقاومت بالا در برابر حرارت، خاصیت عایق صوتی و عدم نیاز به مرمت امروزه در اکثر بخش‌های ساختمان به کار گرفته میشود. اگرچه معایبی نظیر وزن بالا و مقاومت کم نسبت به نوسان دما و کشش به این ماده وارد است، اما هنوز هم از بتن به عنوان گل سرسبد مصالح ساختمانی یاد میشود.