بتن چیست و شامل خصوصیاتی است ؟

بتن یکی از مهمترین مصالح ساختمانی است که استفاده از آن در همه کشور های دنیا رو به افزایش است. دلایل این امر در دسترس بودن مصالح، ارزانی نسبی آنها، تولید نسبتا آسان و گستره وسیع استفاده در ساختمان ها و سازه ها می باشد علاوه بر آن، از حدود 30 سال قبل مفهومی تحت عنوان بتن توانمند نیز مطرح شده است.این مصالح نوین، بتنی است که خصوصیاتی از آن برای کاربردها و محیط های خاصی توسعه یافته است. این خصوصیات شامل مقاومت، دوام، مقاومت در برابر عوامل مهاجم خارجی، سخت شوندگی، کرنش بالا, نمای ظاهری مناسب و ... می باشد. بطور کلی بتن های مدرن شکننده تر از بتنهای نیمه اول قرن بیستم هستند و دارای مقاومت بالاتر،حرارت بیشتر هیدراسیون و معمولا دوام کمتری هستند مگر اینکه بطور ویژه ای طرح گردند. در نتیجه بتنهای توانمند مطرح شدند که عمدتا توسط الیاف پخش شده در شکلهای مختلف مسلح میشوند.

انواع بتن های الیافی توانمند

کامپوزیتهای سیمانی مهندسی (ECC) یا بتن پودری دوباره فعال شده (RPC) اسامی عمومی بتن های با مقاومت بسیار بالا هستند که در اوایل دهه 1990 در فرانسه توسعه یافت و مقاومت های فشاری بیش از 800 مگا پاسکال و مقاومت کششی بیش از 100 مگا پاسکال بدست آمد . در این بتن سنگدانه های درشت وجود ندارد و ماکزیمم اندازه سنگدانه در آنها 0.3 میلی متر است . برای بهبود شکل پذیری، الیاف فولادی در حدود 5 درصد وزنی به این ترکیب اضافه می شوند(با طول کمتر از 3 میلی متر) . سایر مواد تشکیل دهنده، دوده سیلیسی، ریزدانه های کوارتزی، فوق روان کننده ها و مقادیر زیاد سیمان پرتلند(بیش از 1000 کیلو گرم بر متر مکعب ) می باشند. این مصالح تحت نام تجاری دوکتال ( ductal ) و با مقاومت فشاری 100 تا 200 مگا پاسکال برای سازه های پل بتنی و تولید المانهای پیش ساخته نازک، تولید شده است. یک نوع دیگر از این بتن ها بتن BSI  است. یک بتن مسلح با الیاف خود متراکم که در آن کلیه اجزا به صورت خشک با یکدیگر مخلوط می شوند.این نوع بتن به مراقبت حرارتی و ویبره نیاز ندارد و مستقیما در قالب جای می گیرد. بعد از 28 روز دارای مقاومت کششی مستقیم 8 تا 10 مگا پاسکال و مقاومت فشاری 150 مگا پاسکال می شود.بتن خود تراکم (SCC) یا بتن خود تسطیح (SLC) می توانند بدون هیچ گونه لرزش اضافی بر روی خود جریان یابند و بدون اینکه جداشدگی یا آب انداختگی اتفاق بیفتد، در قالب جای گیرند . مقادیر زیاد سنگدانه های ریز (زیر 0.125 میلی متر )، مقادیر زیاد سیمان پرتلند، ترکیب آب مناسب و فوق روان کننده ها اسلامپ بیش از 270 میلیمتر را برای این نوع بتن، ایجاد می کند.  بتن خود متراکم به آسانی از میان آرماتورهای فولادی متراکم عبور می کند. با اضافه کردن الیاف به این ترکیب، شکل پذیری آن افزایش می یابد. بتن خود تسطیح برای اجرای سقفهای صنعتی بدون هیچ گونه کف سازی اضافی به کار می رود. در بتنهای توانمند، ترکیبی از اندازه ها و مقادیر مختلف الیاف فولادی به شکل گیری خصوصیات ویژه ای در بتن کمک میکند که شامل کنترل میکرو ترکها، افزایش مقاومت کششی و بهبود شکل پذیری است. اضافه کردن میکرو الیاف ها تاثیر زیادی بر روی مقاومت فشاری بتن دارد اما تاثیر آن بر روی مقاومت کششی اندک است . الیاف فولادی بلندتر به افزایش مقاومت و طاقت کمک می کند. دوده سیلیسی یک ماده پوزولانی است که به افزایش مقاومت کمک می کند و معمولا جایگزین 5 تا 10 درصد سیمان پرتلند می شود تا کامپوزیتهای توانمند شکل گیرد . افزایش تراکم و کاهش نفوذپذیری در برابر آب و سایر عوامل مخرب،زمانی که دوام بلند مدت سازه های بتنی مد نظر باشد اهمیت بیشتری می یابد . دوده سیلیسی به عنوان عامل پیشگیری کننده در برابر واکنش قلیایی سنگدانه ها,نفوذ یونهای کلر و کربناسیون را کاهش می دهد. بجای دوده سیلیسی می توان از سایر ریزپرکننده ها مثل متاکائولین استفاده نمود.

ملات مسلح با الیاف کربن (GFRM) و بتن مسلح با الیاف کربن (CFRC) بخاطر مقاومت خمشی و طاقت زیاد، جمع شدگی کم و خصوصیات الکتریکی نظیر حساسیت به ولتاژ مورد توجه قرار گرفته اند. کاربرد الیاف کربنی نسبتا ارزان برای پلها و سایر سازه های مهندسی و نیز به عنوان نمای ساختمانها مناسب است. در مناطقی که تاثیرات تهاجمی آب دریا و بادهای قوی وجود دارد (ژاپن) CFRC در المانهای سازه ای پلها بکار می رود زیرا دوام آن از الیاف فولادی بیشتر است.

بتن الیافی نفوذ ناپذیر با ملات (SIFCON) یک کامپوزیت قوی است که در آن مقادیر زیاد الیاف فولادی با فناوری خاصی بکار برده شده است . ابتدا الیاف ها در قالب قرار می گیرند و سپس مجموعه این الیاف با ملات سیمانی که بین آنها نفوذ می کند گرفته می شود.حجم الیاف مصرفی بین 8 تا 12 درصد و حتی گاهی بالاتر است و طول آنها نیز می تواند بین 100 تا 200 میلیمتر باشد.  ملات سیمانی از ماسه ریز دانه، سنگدانه های بسیار کوچک و سایر مواد افزودنی مثل خاکستر بادی و سیلیکا فوم تشکیل می شود روانی زیاد این ملا ت برای نفوذ مناسب در مجموعه متراکم الیاف در قالب ضروری است. مقاومت زیاد در برابر بارهای ضربه ای از ویژگی های ممتاز این مصالح است. هنگامی که الیاف ساده با شبکه های بافته شده جایگزین گردد، از نام SIMCON برای این مصالح استفاده می شود ( بتن گسترده نفوذپذیر با ملات).کاربرد عمده این مصالح در روسازیهای تحت بارگذاری سنگین، محفظه های ضد تروریستی و دیوار خزانه بانکها است . البته هزینه در این موارد سنگین است.