تاریخچه بتن سبک

اولین گزارشهای تاریخی در مورد کاربرد بتن سبک و مصالح سبک وزن به روم باستان بر می گردد. سبکدانه های مصنوعی در هنگام جنگ جهانی اول به دلیل محدودیت دسترسی به ورق فولادی برای ساخت کشتی بکار رفت . کشتی Atlantis به وزن ۳۰۰۰ تن که با بتن سبک ساخته شد، در اواخر سال ۱۹۱۸ به آب افتاد .

در سال های ۵۰ و ۶۰ میلادی ساختمان ها و پل های زیادی با بتن سبک در دنیا ساخته شد. در این مدت بیش از ۱۵۰ پل و ساختمان در ایالاات متحده و کانادا با این نوع بتن ، مورد بهره برداری قرار گرفت.

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

طبقه بندی بتن های سبک بر مبنای مقاومت

بتن های سبک از دیدگاه مقاومتی در سه دسته طبقه بندی می شوند که عبارتند از: بتن سبک غیر سازه ای ، بتن سبک نیمه سازه ای و  بتن سبک سازه ای که در ادامه به آن پرداخته می شود.

 بتن سبک غیر سازه ای که معمولاً به عنوان جداسازهای سبک مورد استفاده قرار میگیرد، دارای وزن مخصوص کمتر از ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. با وجود وزن مخصوص کم ، مقاومت فشاری آن حدود 0.35 تا ۷ مگا پاسکال می باشد. از معمولیترین سنگدانه های مورد مصرف در این نوع بتن می توان به پرلیت (نوعی سنگ آذرین) و ورمیکولیت (ماده ای با ساختار ورقه ای شبیه لیکا) و لیکای معمولی اشاره کرد.

بتن های سبک نیمه سازه ای ، از لحاظ وزن و مقاومت فشاری در محدوده ای بین بتن های سبک غیر سازه ای و سازه ای قرار دارند. به گونه ای که مقاومت فشاری آها بین ۷ تا ۱۷ مگاپاسکال و وزن مخصوص آن ها معمولاً بین ۸۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.

بتن های سبک سازه ای دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی می باشند، به گونه ای که می توان از آن ها در اعضای سازه ای استفاده کرد. این بتن ها عموماً دارای وزن مخصوصی بین ۱۴۰۰ تا ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و حداقل مقاومت فشاری مجاز آنها ۱۷ مگاپاسکال می باشد. در بعضی حالات افزایش مقاومت تا ۶۰ مگاپاسکال نیز وجود دارد . در مناطق زلزله خیز، آیین نامه ها حداقل مقاومت فشاری بتن سبک مورد استفاده در المانهای سازه ای ،که نیروی زلزله را حمل می کنند، به ۲۰ مگاپاسکال محدود می کنند.

بتن سبک غیر سازه ای

این نوع بتن ها با وزن مخصوصی معادل ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و کمتر ، به عنوان تیغه های جداساز و عایق های صوتی در کف بسیار موثر هستند.

این نوع بتن می تواند در ترکیب با مواد دیگر در دیوار ، کف و سیستم های مختلف سقف مورد استفاده قرار گیرد. مزیت عمده آن ، کاهش هزینه های لازم برای تهویه ی گرمایی یا سرمایی فضاهای داخلی ساختمان و کاهش انتقال صوت بین طبقات و فضاهای ساختمان می باشد وکاربردهای دیگری دارد که به عنوان مثال بتن هایی با مقاومت فشاری حدود ۰.۷ مگا پاسکل و کمتر برای عایق سازی لوله های بخار زیر زمینی مناسب هستند و از بتن های با مقاومت زیاد تر تا حدود ۵/۳ مگاپاسکال بیشتر در پیاده رو ها استفاده می شود.

بتن سبک نیمه سازه ای

وزن مخصوص این نوع  بتن بین ۸۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. مقاومت فشاری این نوع بتن از ۷ تا ۱۷ مگاپاسکال تغییر می کند. کاربرد مواد افزودنی نظیر تسریع کننده ها و روان کننده ها می تواند در تغییر مقاومت بتن های ساخته شده موثر باشد. کاربرد این بتن ها معمولاً در بلوکهای مجوف بتنی ،کف سازیها و موارد مشابه است.

بتن سبک سازه ای

بتن های سبک سازه ای بتن هایی هستند که علی رغم دارا بودن چگالی کمتر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، مقاومت فشاری بیش از ۱۷ مگاپاسکال دارند. ساخت این بتن ها صرفاً 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 . سنگدانه هایی که  برای ساخت بتن سبک سازه ای مورد استفاده قرار می گیرند،عمدتاً عبارتند از:

الف) شیل،رس و اسلیت منبسط شده در کوره ی دوار

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

ج) روباره های منبسط شده

د) پوکه های معدنی

ه) پوکه های صنعتی

و) خاکستر بادی پودر شده

الزامات سنگدانه ها ی بتن سبک سازه ای :

الزامات سبکدانه ها در آیین نامه های ASTM C330-89 ( مشخصات سنگدانه ها برای بتن سازه ای در آمریکا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سنگدانه ها برای قطعات بنایی و بتن سازه ای در بریتانیا ) داده شده اند.

مقاومت بتن سبک تابعی از وزن مخصوص آن است. باید توجه داشت که وزن مخصوص بتن عمدتاً متأثر از وزن مخصوص سنگدانه های مصرفی است، به گونه ای که استفاده از مصالح سبکتر موجب کاهش وزن مخصوص بتن می شود . ولی استفاده از مصالح سنگین تر از سبکدانه ها، لزوماً باعث افزایش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد شد.

روش افزایش مقاومت بتن سبک :

کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است برای بدست آوردن بتن سبک با مقاومت زیاد پژوهش های  زیادی به عمل آمده که عامل موثر و مشترک در کلیه این پژوهشها مصرف میکروسیلیس در بتن می باشد.(حد مجاز : 15 – 10 درصد سیمان)

مسائل اجرایی بتن سبکدانه سازه ای

بسیاری از اصول اجرائی حاکم بر بتن ریزیهای معمولی در بتن ریزی با بتن سبــکدانه سازه ای کماکان از اهمیت برخوردار است. اصل پیوستگی و تدوام در بتن ریزی ( عدم ایجاد درز سرد ) ، اصل عدم گیرش یا نزدیکی به گیرش در بتن قبل از ریختن و تراکم ، اصل عدم جدا شدگی مواد (ناهمگنی ) بتن، اصل رعایت دمای مناسب بتن ریزی، اصل عدم آلودگی بتن به مواد مضر، اصل رعایت تراکم صحیح، اصل رعایت پرداخت صحیح سطح بتن، اصل انتخاب صحیح اسلامپ با توجه به وضعیت قطعه و وسایل تراکمی موجود، اصل رعایت و بکارگیری نسبت ها و مقادیر صحیح مصالح و پرهیز از مصرف مواد نا مناسب، و در نهایت اصل عمل آوری صحیح و قالب برداری به موقع و با دقت همواره در این نوع بتن ریزیها مانند بتن های معمولی از اهمیت برخوردار می باشد.

طرح اختلاط بتن سبکدانه ( سازه ای)
در طرح اختلاط هر نوع بتن ابتدا باید خواسته ها را بررسی و فهرست نمود که در مورد بتن سبک نیز این خواسته ها عبارتند از : مقاومت فشاری در سن مورد نظر، وزن مخصوص بتن خشک، دوام بتن در شرایط محیطی ، اسلامپ و کارآئی بتن  و احتمالا" موارد دیگری همچون مدول الاستیسیته یا خواص فیزیکی مکانیکی دیگر مثل قابلیت انتقال حرارت ، نفوذ پذیری آب و غیره، در کنار این موارد ممکن است محدوده دانه بندی مطلوب از جمله محدودیت ها و خواسته ها باشد.

مزایا :

1- سبکی که مهمترین مزیت است.

2- عایق حرارتی

3- عایق صوتی

4- در صورت تراکم خوب بتنی کاملا غیر قابل نفوذ تشکیل می دهد.

5- سهولت پرداخت سطح بتن به دلیل جذب آب توسط سنگدانه ها

معایب :

1- سبکدانه ها تخلخل بالایی دارند در نتیجه رطوبت زیادی را می توانند در خود نگه دارند که این عامل می تواند باعث برهم خوردن نسبت آب به سیمان و اسلامپ بتن شود.

2- کم بودن مصالح سبک طبیعی و گران بودن مصالح سبک مصنوعی

3- در بتن های با اسلامپ بالا به دلیل سبکی دانه ها ، بین مواد تشکیل دهنده بتن جداشدگی به وجود می آید (حداکثر اسلامپ 10 سانتیمتر) در اسلامپ های بالاتر باید از درصد سیمان بیشتری استفاده شود.

4- به نگهداری ویژه ای نیاز دارد.

5- حساسیت زیاد در تراکم (جداشدگی مصالح)