بتن چیست و بهترین نوع بتن برای ساختمان سازی کدام است؟

بتن یا کانکریت (Concrete) ماده‌ای مرکب، متشکل از سنگدانه‌های ریز (ماسه) و درشت است که با سیمان و آب به هم پیوند خورده‌اند. آب باعث واکنش این مواد با یکدیگر شده و یک ماتریکس سخت و ماده‌ای بادوام ایجاد می‌کند که کاربردهای زیادی دارد. انتخاب نسبت صحیح مواد فوق و اختلاط صحیح آن‌ها با یکدیگر، در جلوگیری از پدیدۀ خزش در بتن مؤثر است. کانکریت، یک کاراکتر اساسی در پروژه‌های عمرانی و ساختمانی، به ویژه ساختمان‌های اسکلت بتنی است. مقاومت آن تحت تأثیر عوامل محیطی، به ویژه دما و رطوبت است. اگر کانکریت به هر دلیلی، قبل از موعد خشک شود، تنش‌های کششی نابرابری را تجربه خواهد کرد. برای جلوگیری از خشک شدن زود هنگام آن، از فرایندی به نام عمل آوری استفاده می‌شود. به این صورت که پس از ریختن کانکریت در محل مورد نظر، برای مدتی معین، با پاشیدن آب، آن را مرطوب نگه می‌دارند. دمای پایین نیز بر قدرت بتون تأثیر منفی دارد؛ برای از بین بردن این اثر منفی، یک ماده افزودنی مانند کلسیم کلرید به سیمان اضافه و با آن مخلوط می‌کنند.

کانکریت از مواد طبیعی ساخته می‌شود. از این رو با محیط زیست سازگار و قابل بازیافت است. از کانکریت بازیافتی خرد شده می‌توان به عنوان سنگدانه خشک برای تهیه بتن‌های جدید استفاده کرد.

بتن‌ها بر اساس سه عامل طبقه بندی می‌شوند:

1. نوع ماده‌ای که در ساخت آن استفاده شده است.
2. نوع یا ماهیت شرایط استرس.
3. چگالی.

1. بتون ساده یا معمولی
2. بتون سبک
3. بتون سنگین
4. بتن آرمه
5. بتون پیش ساخته
6. بتن پیش تنیده
7. کانکریت حفره هوا
8. کانکریت شیشه
9. کانکریت سریع سخت شونده
10. بتون آسفالت
11. بتون آهک
12. بتن متراکم غلتکی
13. کانکریت استامپی
14. کانکریت پمپی
15. کانکریت وکیوم
16. بتن نفوذپذیر
17. شاتکریت
18. بتن آماده
19. بتن خود تحکیم یافته
20. مسلح شده با الیاف
21. اَش فلای کانکریت
22. بتن مقاومت بالا
23. بتون پلیمر
24. بتن سیمان فِرو
25. بتن از پیش بسته بندی شده

انواع مختلفی از کانکریت وجود دارد که هر کدام با کمی تغییر در ترکیب کلی و شرایط عمل آوری خاص، ویژگی‌های مخصوص به خود را پیدا می‌کنند. اما این که بهترین نوع بتن برای ساختمان سازی کدام است، بسته به بخش مورد استفاده در ساختمان و شرایط سازه دارد.

• در شرایطی که دوام بالا لازم و مهم است (مثلاً برای فونداسیون و کف سازه) بتون با مقاومت بالا یک انتخاب عالی است.
• بتون آسفالت برای ساخت پارکینگ بهترین گزینه محسوب می‌شود.
• بتون استامپی برای راهروهای ورودی، پاسیو و کف داخل که به لحاظ معیارهای زیبایی‌شناختی و معماری به ظاهری زیبا نیاز است، مناسب می‌باشد.
• برای ساخت بلوک بتنی، دیوارهای پیش ساخته، سقف‌های بتونی و در راه پله‌ها، بتون پیش ساخته بهترین نوع بتن محسوب می‌شود.
• از بتون آهکی و مسلح با الیاف می‌توان برای ساخت کف سازه‌ها استفاده کرد.
• در مورد سازه‌های بلند، بتن پمپ شده بهترین انتخاب است.
• برای اجرای نمای ساختمان به سبک نمای رومی می‌توان از بتنِ مسلح با الیاف شیشه (GFRC) استفاده کرد.

بتن ساده یا معمولی، یکی از متداول‌ترین انواع بتون است. سیمان، ماسه و سنگدانه‌های درشت، از مواد اصلی تشکیل دهنده آن هستند که با مقدار مشخصی از آب مخلوط می‌شود. نسبت ترکیب موادّ تشکیل دهندۀ اصلی در محدودۀ وسیعی متغیر است. اما یکی از نسبت‌هایی که معمولاً بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و به Nominal Mix Design معروف است، نسبت یک: دو: چهار (1:2:4) است.

کاربرد: بیشتر برای ساخت ساختمان‌ها و در روسازی‌ها که مقاومت کششیِ چندان زیادی لازم نیست، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در اجرای دال‌هایی مانند سقف کوبیاکس و ساخت سدها نیز استفاده می‌شود.

هر نوع بتونی با تراکم کمتر از 1920 کیلوگرم در متر مکعب، بتن سبک محسوب می‌شود. انواع مختلف سنگدانه‌هایی که در ساخت کانکریت سبک استفاده می‌شود، شامل مواد طبیعی مانند پوکه و اسکوریا (پامیس)، شیل‌ها، رس‌ها و پرلیت و ورمیکولیت است. شیل و رس بسیار دانه ریز هستند و خاصیت آماس یا منبسط شوندگی دارند. پرلیت، پوکه معدنی، پامیس و ورمیکولیت همگی از سنگ‌های آتشفشانی سبک هستند. پوکه معدنی و پامیس هر دو متخلخل هستند. تفاوت‌ آن‌ها در رنگ‌شان است که یکی روشن (شیری یا کرم رنگ) و دیگری تیره (سیاه) می‌باشد. پوکه معدنی و پامیس در زبان عامیانه به عنوان سنگ پا شناخته می‌شوند.

مهمترین خاصیت بتون سبک، هدایت حرارتی بسیار کم آن است. به عنوان مثال، رسانایی حرارتی (مقدار K) بتون ساده می‌تواند بین 10-12 باشد. اما رسانایی گرمایی بتون سبک حدود 0.3 است.

کاربرد: از کانکریت‌های سبک، بسته به ترکیب‌شان، برای عایق‌بندی حرارتی، ساخت بلوک‌های ساختمانی و محافظت از سازه‌های اسکلت فلزی استفاده می‌شود. همچنین در عرشه پل‌های طویل کاربرد دارد.

بتون سنگین یا چگال، با چگالی 3000 – 4000 کیلوگرم در مترمکعب شناخته می‌شود. در ساخت آن، از کانی‌ها و سنگ‌های چگال خرد شده استفاده می‌شود. باریت (سولفات باریم) با وزن مخصوص 4.5 گرم بر سانتی‌متر مکعب، متداول‌ترین ماده معدنی جهت ساخت کانکریت سنگین است. High-Density Concrete در نیروگاه‌های اتمی و سایر سازمان‌های مشابه کاربرد زیادی دارد؛ زیرا محافظ خوبی در برابر انواع تشعشعات (مثل امواج هسته‌ای) است.

بتن آرمه یا بتن مسلح (Reinforced Cement Concrete) به اختصار RCC نیز نامیده می‌شود. در RCC از میلگرد برای تقویت بتن استفاده می‌شود تا مقاومت کششی آن را بهبود و افزایش دهد. برای این منظور از میلگرد آجدار استفاده می‌شود. RCC در حقیقت ترکیبی از بتن ساده با میلگرد است. کانکریت در برابر نیروها و تنش‌های فشارشی و میلگرد در برابر نیروهای کششی مقاوم است. از این رو، بتن‌آرمه یکی از مهمترین انواع کانکریت است، زیرا قادر است تنش‌های فشارشی و کششی را در هر ساختاری تحمل کند.

بتن پیش ساخته، اصطلاحی است که در مورد انواع مختلفی از اَشکال بتنی که در کارخانه یا در محل ساخت پروژه قالب گیری می‌شوند، بکار می‌رود. Precast Concrete تا زمانی که در شرایط کنترل شده کاملاً تنظیم و سخت نشود، در ساخت استفاده نمی‌شود. برخی از نمونه های بتن پیش ساخته عبارتند از: تیرهای پیش ساخته، تیرهای نرده، سقف‌های بتونی، واحدهای راه پله، بلوک‌های بتونی و غیره.

بتون پیش ساخته در کارخانه‌ها یا کارگارههای کاملاً مجهز ساخته می‌شود تا تمام هماهنگی‌های لازم برای موارد زیر اجرا شود:

• تناسب صحیح موادّ تشکیل دهندۀ بتن
• اختلاط کامل سیمان، سنگدانه‌ها و آب برای به دست آوردن مخلوطی از طرح و قوام مورد نظر
• حمل و نقل دقیق در هنگام حمل و نقل و قرارگیری در قالب‌های مناسب طراحی.
• پخت کامل، تحت شرایط کنترل شده دما و رطوبت. حتی از پخت بخار برای بدست آوردن محصولات پیش‌ساخته با مقاومت بالا در زمان بسیار کمتر استفاده می شود.

آخرین روند صنعت ساخت و ساز، تغییر بیشتر و بیشتر به سمت واحدهای بتونی پیش ساخته در ساختمان سازی است.

Prestressed Concrete نوع خاصی از بتن مسلح است که میله‌های تقویت کننده قبل از قرار گرفتن در کانکریت، در آن کشیده می‌شوند. هنگام قرار دادن میله‌های تقویت‌کننده در مخلوط بتن، سیم‌ها در هر انتها محکم نگه داشته می‌شوند. در نتیجه، قسمت پایین بتن پیش تنیده در برابر نیروهای کششی مقاوم‌تر خواهد شد. برای ساخت این کانکریت به تجهیزات کششی لازم است. کانکریت پیش تنیده نیز در کارخانه ساخته و تهیه می‌شود. برخی از مزایای آن عبارتست از:

• مقاومت فشاری بالقوه بتون به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
• خطر ایجاد ترک های کششی در قسمت‌های پایین تیرها بطور قابل توجهی کاهش می‌یابد.
• مقاومت برشی بسیار کاهش می‌یابد. این امر ضرورت رکاب را تا حدود زیادی از بین می‌برد.
• امکان استفاده از اعضای سبک‌تر در سازه فراهم می‌شود.

کاربرد: کانکریت پیش تنیده در ساخت پل‌ها، دال‌های با دهانه بزرگ (مثل سقف وافل) و بیشتر سازه‌هایی که بار مرده در آن‌ها زیاد است، بسیار مورد توجه است.

Air Entrained Concrete یک بتن ساده است که در آن هوا به شکل هزاران ذره توزیع شده یکنواخت ترشح می‌شود. حجم هوا می‌تواند بین 3-6 درصد بتون باشد. حفره هوا با افزودن مقدار کمی مواد کف کننده یا گاز ساز، در مرحله اختلاط حاصل می‌شود. اسیدهای چرب، الکل‌های چرب و رزین‌ها از عوامل اصلی جذب هوا هستند. بتن حفره هوا در برابر سایش، پوسته پوسته شدن و تخریب در برابر یخ زدگی و ذوب شدن، مقاومت خوبی دارد.

در ساخت بتون شیشه، بجای سنگدانه، از شیشه بازیافتی استفاده می‌شود. مزیت Glass Concrete این است که عایق حرارتی بهتری بوده و همچنین در مقایسه با انواع دیگر بتون، ظاهر جذاب و چشمگیری دارد.

این نوع بتن بیشتر در ساخت و سازهای زیر آب و مرمت جاده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجا که زمان سخت شدن آن به طور قابل توجهی کمتر است، تنها در عرض چند ساعت قابل سخت شدن است.

Rapid Hardening Concrete همچنین در بخش‌هایی از ساختمان سازی، که سرعت پیشروی کار باید بالا باشد، قابل استفاده است.

بتن آسفالت (Asphalt Concrete) ترکیبی از سنگدانه‌ها و آسفالت است. از آن در بزرگراه‌ها، فرودگاه‌ها و همچنین در خاکریزها یا تپه‌ها بسیار استفاده می‌شود. یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد Asphalt Concrete این است که تنها طی یک ساعت سفت و سخت می‌شود. همین ویژگی سبب شده تا Asphalt Concrete به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گیرد.

بتن آهک (Lime Concrete) نوع خاصی از کانکریت‌هاست که در آن، بجای سیمان از آهک به عنوان اتصال دهندۀ اجزای بتون استفاده می‌شود. تا قبل از اختراع سیمان، بتنِ آهکی پر استفاده‌ترین بتن مصرفی بود.

کاربرد: امروزه از Lime Concrete در ساخت کف سازه‌ها، گنبد و ... استفاده می‌شود.

کانکریت متراکم غلتکی مقاومت چندان بالایی ندارد و از آن بیشتر به عنوان ماده پر کننده استفاده می‌شود. بتون متراکم غلتکی، بتن لاغر است و به کمک وسایل سنگین، مانند غلتک متراکم می‌شود. مقدار سیمانی که برای ساخت آن لازم است، به طور قابل توجهی کمتر از سایر بتون‌هاست.

13- کانکریت استامپی (Stamped Concrete)

همان بتون معمولی با اندکی تفاوت است و بیشتر برای اهداف معماری استفاده می‌شود. برای کف بوستان‌ها و باغ‌ها، این بتون را قالب بندی کرده و از آن استفاده می‌کنند. در مواردی که نیاز به بتون رنگی باشد، به آن رنگدانه اضافه می‌کنند تا ظاهری جذاب‌تر به خود گیرد.

14- کانکریت پمپی (Pumped Concrete)

از Pumped Concrete برای ساختمان‌های بلند مرتبه که انتقال بتن فقط با پمپ امکان‌پذیر است، استفاده می‌شود. این کانکریت از موادی ساخته می شود که در زمان انتقال به آسانی قابل اجرا باشد. اندازۀ ترکیبات ساخت این کانکریت باید به حد کافی ریز باشد تا تخلیه آن از پمپ آسان‌تر انجام شود.

15- کانکریت وکیوم (Vacuum Concrete)

این کانکریت نسبت به سایر کانکریت‌ها، حاوی مقادیر بیشتری از آب است. سپس مخلوط حاصل در قالب کار ریخته می‌شود. آب اضافی با کمک پمپ وکیوم از ترکیب بتن خارج شده و به همین دلیل است که به آن بتن وکیوم گفته می‌شود. در مقایسه با بتن معمولی که پس از 28 روز به مقاومت فشاری می‌رسد، کانکریت وکیوم برای رسیدن به مقاومت فشاری، به 10 روز نیاز دارد.

16- بتن نفوذپذیر (Permeable Concrete)

Permeable Concrete به گونه‌ای ساخته می‌شود که آب بتواند از آن عبور کند. میزان تخلخل آن 15 – 20 درصد است. از کانکریت نفوذپذیر در مناطقی استفاده می‌شود که مسئلۀ رواناب یا طغیان آب، یک مشکل اساسی محسوب می‌شود.

17- شات‌کریت (Shotcrete)

شات‌کریت نوعی بتون است که به همان روش تهیه بتون معمولی ساخته می‌شود. اما روش استفاده از آن متفاوت است. شات‌کریت را به کمک فشار هوا و از سر لوله به محل‌های مورد نظر انتقال می‌دهند. به همین دلیل به آن شات‌کریت یا بتن پاششی (افشانه‌ای) می‌گویند. مزیت این تکنیک آن است که فشرده‌سازی بتون و انتقال آن در محل مورد نظر، به طور همزمان صورت می‌گیرد. شات‌کریت به تقویت سنگ کمک می‌کند.

 Ready-mix concrete در کارخانه‌های تولید بتن ساخته می‌شوند و به کمک مخلوط کننده‌های ترانزیتی که بر روی کامیون‌ها نصب شده‌اند، حمل می‌شوند. بعد از اینکه بتون آماده را به محل مورد نظر انتقال می‌دهند، دیگر نیازی به درمان بتن نیست. فاصلۀ محل کارخانه تا محلی که قرار است از بتون آماده استفاده شود، باید طوری باشد که تا قبل از گیرایش بتون، از آن استفاده شود.

19- بتن خود تحکیم یافته (Self-Consolidated Concrete)

بتن‌های خود تحکیم یافته به واسطۀ وزن‌شان فشرده می‌شوند و به این ترتیب تحکیم پیدا می‌کنند. از این رو، نیازی به استفاده از ویبراتور یا انجام فشرده‌سازی به صورت دستی نمی‌باشد. کارایی این نوع کانکریت زیاد است و به عنوان flowing concrete نیز شناخته می‌شود.

20- بتون مسلح شده با الیاف (Fiber Reinforced Concrete)

بتون مسلح شده با الیاف، نوعی بتون است که در آن از الیاف فولادی به قطر 10 – 20 میکرون و طول 10 – 50 میلیمتر استفاده می‌شود. این الیاف انعطاف‌پذیری بتن را افزایش داده و مقاومت کششی آن را بهبود می‌بخشد. علاوه بر فولاد، ممکن است از پلیمر، شیشه، کربن و یا الیاف طبیعی مانند بازالت و نارگیل استفاده شود. برخی از انواع الیاف، با سیمان واکنش نشان می‌دهند. بنابراین، هنگام استفاده از آن‌ها مراقبت‌های ویژه الزامی است. از کانکریت‌های مسلح شده با الیاف، به عنوان پوشش برای روسازی پل‌ها، فرودگاه‌ها و کف‌های صنعتی استفاده می‌شود. همچنین در مکان‌هایی که نیاز به افزایش مقاومت در برابر ترک خوردگی لازم است، کاربرد دارند.

21- اَش فلای کانکریت (Fly Ash Concrete)

ماده اصلی برای ساخت اش فلای کانکریت، خاکستر است؛ خاکستری که از زغال سنگ به دست می‌آید. این خاکستر می‌تواند جایگزین سنگدانه‌های ریز یا سیمان و یا هر دو، در بتن معمولی شود. اما خاکستری که جایگزین سیمان می‌شود، باید ریزتر از ذرات سیمان شود. خاکستر می‌تواند تا 30 درصد جایگزین سنگدانه‌ها و تا 20 درصد جایگزین سیمان گردد. خاکستر بادی باعث بهبود کارایی در بتن تازه و بهبود دوام و مقاومت در بتن سخت شده می‌شود.

22- بتن مقاومت بالا (High Strength Concrete)

بتن مقاومت بالا که با نام کانکریت با عملکرد بالا (HPC) نیز شناخته می‌شود، به کانکریتی گفته می‌شود که مقاومت آن بیشتر از N/mm240 است. این مقاومت به طور معمول می‌بایست بیش از N/mm260 باشد. البته مقاومت‌های تا N/mm280 نیز گزارش شده است. در سازه‌هایی که مقاومت بالا در برابر آتش و یا انقباض کم مهم است، از این کانکریت استفاده می‌شود.

مواد مورد استفاده در HPC به شرح زیر است:

• سیمان
• سنگدانه‌های درشت و با کیفیت
• آب
• مواد مکمل سیمان مانند گاز یا بخار سیلیس، خاکستر بادی، سرباره کوره و غیره.
• عامل کاهندۀ آب اضافه
• عوامل جذب کنندۀ هوا (اختیاری)