به بتن هایی که دارای کاربرد یا مشخصاتی ویژه باشند، بتن های ویژه اطلاق می شود. مشخصات و روش تهیه مصالح، ساخت بتن، ریختن و عمل آوردن بتن های ویژه در هر پروژه ای با هم تفاوت دارد. بعضی از بتن های ویژه، که دارای کاربرد بیشتری هستند، عبارتند از:
1- بتن کم مایه (لاغر)
بتن لاغر به بتن های رده ۱۰ Cو پاییم تر اطلاق می شود، قبل از اجرای بتن مسلح و پس از رگلاژ سطح بستر خاکی، باید قشر بتن لاغر ریخته، پخش و رگلاژ شود. ضخامت این قشر حداقل ۷ سانتیمتر اختیار
می شود. از بتن لاغر می توان برای پر کردن خاکبرداری های اضافی یا حفره ها استفاده نمود.
2- بتن سبک ساختمانی
بتنی که وزن مخصوص آن بطور محسوسی کمتر از وزن مخصوص بتن معمولی است و با سنگدانه های طبیعی یا شکسته ساخته شود بتن سبک نامیده می شود. بتن سبک اغلب به عنوان جایگزینی مناسب و مکمل برای بتن معمولی و به منظور کاهش وزن سازه به کار می رود، هر چند مقاومت فشاری نهایی آن، در مقایسه با بتن های معمولی مقدار کمتری است. معمولاً افزایش هزینه ناشی از اعمال تمهیدات ویژه در ساخت بتن سبک به ازای هر متر مکعب، با کاهش بار مرده و افزایش مقاومت بتن در مقابل آتش سوزی جبران می شود. کاهش بار مرده در سازه موجب کاهش ابعاد پی ساختمان کاهش ابعاد پی های منفرد و کاهش عرض پی های زیر دیوار، ابعاد ستون ها، تیرها و همچنین کاهش ضخامت سقف می گردد. این کاهش در جرم بتن مصرفی موجب صرفه جویی در هزینه ساخت اعضای فوق الذکر و جبران اضافه هزینه ناشی از ساخت بتن سبک خواهد شد. علاوه بر این، میزان عایق سازی صوتی و حرارتی آن به گونه ای است که در اکثر موارد استفاده از لایه های اضافی جهت عایق بندی جزئی یا کلی را منتقل می سازد، که خود از لحاظ اقتصادی به صرفه خواهد بود.
در دنیای امروز با افزایش هر روزه ی ابعاد سازه ها، مهندسان با افزایش وزن ساختمان ها مواجه هستند. وزن زیاد سازه ها از جهات مختلف در سازه تاثیر گذاشته و طراحی را مشکل تر می یاد. اولین خطر افزایش وزن سازه، اعمال نیروی زیاد در هنگام وقوع زلزله است. نیرویی که زلزله به یک سازه وارد می سازد با جرم سازه رابطه مستقیم دارد. یعنی هر چه جرم سازه بیشتر باشد زلزله نیروی بیشتری به سازه وارد می سازد. این نیرو برای سازه بسیار مخرب است و برای مقابله با چنین نیروی زیادی در ساختمان باید از المان های بسیار قوی استفاده شود که خود باعث افزایش هزینه ی پروژه می شود. مهندسان برای مقابله با این شرایط سعی می کنند تا سازه ی ساخته شده هر چه بیشتر سبک باشد تا بتوانند با المان های کوچکتر به پایداری لازم دست یابند.
دومین مشکل وزن زیاد سازه، در خاک بستر بروز می کند. هر چه وزن سازه بیشتر باشد تنش وارده به خاک افزایش یافته و خاک را در معرض گسیختگی قرار می دهد. برای افزایش مقاومت خاک باید خاک را متراکم ساخت. واضح است که هر چه تنش وارده به خاک بیشتر باشد تراکم خاک باید افزایش یابد تا به مقاومت لازم دست یابد. روش های تراکم خاک بسیار پر هزینه و دشوارتر مخصوصاً در خاک های اشباع با توجه به دلایل ذکر شده مهندسان همیشه در پی یافتن مصالحی بوده اند که در عین داشتن مقاومت مطلوب، دارای حداقل وزن باشند. این گونه مصالح کمال مطلوب هستند. چرا که می توان با این مصالح، پروژه های بسیار عظیم را به راحتی و ضریب اطمینان بیشتر طراحی و اجرا کرد.
بتن از جمله مصالح پر کاربرد و پر طرفدار در صنعت ساختمان است. با پیشرفت تکنولوژی، صنعت بتن سازی نیز تحت تاثیر قرار گرفته و دچار تحول گشته است که تولید بتن سبک، حاصل همین پیشرفت است؛ بتنی که علاوه بر کاهش بار مرده ی ساختمان از نیروی وارد به سازه در اثر شتاب زلزله می کاهد و در صورت تخریب، وزن آوار حاصله نیز کاهش می یابد.
در سالیان اخیر استفاده از بتن سبک در دال سقف ساختمان های بلند مرتبه، عرشه پلها و دیگر موارد مشابه و همچنین کاربردهای خاص مانند عرشه و پایه دکلهای استخراج نفت کاربرد فراوانی یافته است.
خصوصیات بتن سبک
از جمله خصوصیات بتن سبک می توان به موارد زیر اشاره کرد:
با کاهش بار وارده بر فونداسیون موجب کوچک تر شدن ابعاد آن، کمتر شدن تعداد و کوچکتر شدن شمع ها و کاهش مقدار آرماتورهای و به طبع آن اجرا سریع و آسان تر فونداسیون می شود.
کاهش بار مرده سبب کوچکتر شدن اعضای نگهدارنده می شود.
کاهش بار مرده باعث کاهش نیروهای لرزه ای وارد بر سازه می گردد.
در گسترش پل ها می توان با استفاده از مواد سبک مانند بتن سبک، عرشه ی پل را جهت تحمل ترافیک بیشتر بزرگتر نمود، بدون اینکه تغییر در سازه و یا فونداسیون پل ایجاد کنیم.
با توجه به مقاومت بتن سبکدانه در برابر آتش سوزی از حداقل ضخامت بتن در کف ها کاسته می شود.
حمل و نقل قطعات پیش ساخته با بتن سبک بسیار راحت تر بوده و هزینه ی کمتری دارد.
طبقه بندی بتن های سبک
طبقه بندی بتن های سبک عموماً به دو شکل کلی صورت می گیرد:
1. طبقه بندی براساس زمینه های کاربرد آن
2. طبقه بندی براساس روش دستیابی به سبکی (روش دستیابی به جرم حجمی کم)
از آنجا که جرم حجمی در بتن سبک معیار اصلی شناسایی آنست، اکثر استانداردها و آیین نامه های جهانی، حد بالای جرم حجمی خشک بتن سبک را حدود ۱۹۰۰ الی ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و حد پایین جرم حجمی بتن سبک را حدوداً ۳۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب قید نموده اند.
بتن سبک براساس زمینه های کاربرد به شکل زیر دسته بندی می شود:
بتن سبک غیر سازه ای
این نوع بتن ها با جرم 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. بتن های سبک غیر سازه ای براساس ساختار داخلی می توانند به دو گروه جداگانه تقسیم بندی شوند.
دسته اول: بتن های اسفنج که در حین ساخت آنها با ایجاد کف، حباب های هوا در خمیر سیمان یا در ملات سیمان – سنگدانه ایجاد می گردد. کف مورد نظر یا از طریق مواد کف زا در حین اختلاط تولید شده و یا به صورت کف آماده به مخلوط اضافه می شود. بتن اسفنج می تواند جرم مخصوصی تا حدود ۲۴۰ کیلوگرم بر مترمکعب داشته باشد.
دسته دوم: بتن با سنگدانه سبک یا به اختصار بتن سبکدانه است که با استفاده از پرلیت، ورمیکولیت منبسط شده و یا دیگر سبکدانه های طبیعی و مصنوعی ساخته می شوند. جرم مخصوص خشک این مخلوط بین ۲۴۰ تا ۹۶۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.
امروزه اضافه کردن ریزدانه هایی با وزن معمولی، موجب افزایش وزن بتن و مقاومت آن می شود، لیکن به منظور حصول خواص عایق بندی حرارتی (ضریب انتقال حرارت پایین)، حداکثر جرم مخصوص به
۸۰۰ کیلوگرم در متر مکعب محدود می گردد.
هنگام ساخت و استفاده از بتن سبک غیر سازه ای، سعی بر این است که با کاهش وزن بتوان خصوصیات عایق حرارتی را افزایش داد، اما ذکر این مطلب ضروری است که با کاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نیز کاهش می یابد. مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزدیکی با هم دارند و با افزایش وزن مخصوص، بالطبع باید مقاومت بالاتری را انتظار داشت. با توجه به مقاومت به دست آمده از این نوع بتن، محل کاربرد آن تعیین می گردد. به عنوان مثال بتن هایی با مقاومت فشاری حدود ۰/۷ نیوتن بر میلیمتر مربع و کمتر برای عایق سازی لوله های بخار زیر زمینی مناسب هستند و از بتن های با مقاومت بالاتر تا حدود ۳/۵ نیوتن بر میلیمتر مربع در پیاده روها استفاده می شود. باید توجه داشت که انقباض بتن های سبک در هنگام خشک شدن در اکثر موارد و به خصوص در موارد حذف سنگدانه های درشت از مخلوط، همواره مشکل ساز است.
بتن سبک با مقاومت متوسط
این نوع بتن از لحاظ وزن مخصوص و مقاومت فشاری در محدوده بتن های سبک سازه ای و بتن های سبک غیر سازه ای قرار دارد، بگونه ای که مقاومت فشاری آنها بین ۷ آلی ۱۷ نیوتن بر میلیمتر مربع و جرم مخصوص آنها ۸۰۰ الی ۱۲۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. بتن های سبک نیم سازه ای با سنگدانه های تولید شده از روش های تکلیس (آهکی شدن)، سنگدانه کلینکر، محصولات منبسط شده ای نظیر سرباره های منبسط شده، خاکستر بادی، شیل و تسلیت یا سنگدانه های تولیدی از مصالح طبیعی، مانند پوکه سنگ آذرین، سنگ های آذرین متخلخل یا توف، ساخته می شوند. جرم مخصوص بتن تولید شده با سنگدانه های فوق، بین ۸۰۰ آلی ۱۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. با تجدید نظر و اصلاح ترکیبات تشکیل دهنده بتن های سبک، می توان ساخت بتن های نیمه سازه ای را با سنگدانه هایی نظیر پرلیت، الیاف پلی استایرن و کف های اسفنج گسترش داد. مقاومت بتن به طور معمول تابعی است از وزن مخصوص آن. کاربرد مواد افزودنی نظیر تسریع کننده ها و روان کننده ها(مواد کاهش دهنده آب)، می تواند در تغییر مقاومت بتن های ساخته شده با سنگدانه های مذکور موثر باشد.
بتن سبک سازه ای
این نوع بتن عموماً دارای جرم مخصوصی بین ۱۴۰۰ تا ۱۹۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و حداقل مقاومت فشاری تعریف شده برای آنها، معادل ۱۷ نیوتن بر میلیمتر مربع است، بتن های سبک سازه ای دارای مقاومت و وزن مخصوص کافی بوده، بگونه ای که کاربرد آنها را در اعضای سازه ای مجاز می سازد. ساخت این بتنها صرفاً با استفاده از سنگدانه های سبک و مقاوم امکان پذیر است. تمام بتن های 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. به این دلیل بعضاً از عبارات بتن سبکدانه و بتن سبک سازه ای برای بیان یک مفهوم استفاده می شود. در بتن های سبکدانه سازه ای از سنگدانه هایی استفاده می شود که بتن ساخته شده، مقاومتی بیش از ۱۷ مگا پاسکال و جرم مخصوصی کمتر از ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب دارا باشد. سنگدانه هایی که برای ساخت بتن سبک سازه ای مورد استفاده قرار می گیرند، عمدتاً عبارتند از:
1. شیل، رس و تسلیت منبسط شده در کوره ی دوار
2. سنگدانه هایی که از فرآیندهای کلوخه ای شدن به دست می آیند.
3. سرباره های منبسط شده
4. پوکه های معدنی
5. پوکه های صنعتی
6. خاکستر بادی ته نشین شده
تامین مقاومت فشاری معادل ۲۰ نیوتن بر میلیمتر مربع و بیشتر با بعضی از این سنگدانه ها امکان پذیر است. شرایط سایر سنگدانه ها نیز طوری است که قادر به حصول حداقل مقاومت فشاری مقرر شده برای بتن سبک سازه ای می باشند. همانطور که پیش از این ذکر شد، مقاومت بتن سبک تابعی از جرم مخصوص آن است. باید توجه داشت که جرم مخصوص بتن عمدتاً متاثر از جرم 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. بیشترین مقاومت بتن سبکدانه معمولاً وقتی حاصل می شود که از سبکدانه های ساخته شده از شیل، رس و تسلیت منبسط شده در فرآیند کوره دوار برای سبک سازی چگالی بتن استفاده گردد.
طبقه بندی بتن های سبک براساس روش دستیابی به سبکی
اصول اولیه و روش پایه برای دستیابی به بتن سبک، ایجاد تخلخل در بتن است.
لذا بتن سبک را می توان از نقطه نظر مواد بکار برده شده و روش دستیابی و شیوه تولید آن به سه روش عمده تقسیم بندی نمود.
کاربرد سنگدانه های متخلخل در بتن به نام: بتن سبک دانه
ایجاد تخلخل در خمیر سیمان بتن که به عنوان بتن اسفنجی یا سلولی مطرح می باشد
ایجاد تخلخل و فضای خالی در بتن از طریق حذف ریزدانه ها بنام بتن بدون ریزدانه
3- بتن پیش ساخته
به منظور تامین سرعت عمل بیشتر در اجرای کارهای دارای تشابه و تکرار عضوهای ساختمانی نظیر دالها، تیرچه ها، لوله ها، بلوکها و آجرها از بتن پیش ساخته استفاده می شود. جزئیات دانه بندی مصالح، میزان آب، سیمان، مواد افزودنی، نحوه قالب بندی، روش حمل و عمل آوردن و بالاخره نحوه ذخیره سازی و مصرف، باید کاملاً با رعایت آیین نامه های ساختمانی انجام پذیرد. در نحوه حمل قطعات باید نهایت دقت به عمل آید تا تنشها و تغییر شکلهای غیر مجاز و زودهنگام، موجب خرابی نشود. از بتن خشک و بدون اسلامپ می توان برای تولید عضوهای پیش ساخته استفاده نمود.
4- بتن با حباب هوا
بتن با حباب هوا به منظور بهبود شرایط ساخت و اجرا و مقاومت نهایی بتن مورد استفاده قرار می گیرد. برای ایجاد حبابها میکروسکپی در مخلوط بتن، از مواد حباب ساز استفاده خواهد شد. ایجاد هوا در بتن در شرایط مختلف دارای آثاری مطلوب به شرح زیر خواهد بود:
کارایی: به علت عملکرد حبابها هوا، این نوع بتن تحت شرایط مساوی در مقایسه با بتن معمولی از نظر روانی و قطر حداکثر دانع، نیاز به آب کمتری داشته و دارای کارایی بهتری می باشد.
مقاومت در برابر یخبندان: ایجاد حباب هوا، باعث کارایی بیشتر بتن در شرایط یخبندان می شود. مقاومت چنین بتنی در قبال یخزدنها و ذوب شدنهای متوالی بیش از بتن های معمولی خواهد بود.
مقاومت در برابر مواد یخ زدا: مواد شیمیایی یخ زدا که برای از بین بردن یخ و برف به کار می روند، باعث پوسته شدن سطح بتن و نهایتاً تخریب آن می شوند. وسعت این پوسیدگی به میزان و نوع نمکهای مصرفی بستگی خواهد داشت. ایجاد حباب هوا در بتن باعث جلوگیری از پوسته شدن و فرسایش سطح بتن
می گردد. مصرف مواد یخ زدا باید با نهایت دقت صورت گیرد. از مصرف موادی نظیر نیترات آمونیوم یا سولفات آمونیوم که دارای واکنش سریع شیمیایی با بتن می باشند، باید جداً خودداری شود.
مقاومت در برابر سولفاتها: تولید حباب هوا، مقاومت بتن را به میزان قابل ملاحظه ای در برابر حمله سولفات ها بهبود می بخشد.
مقاومت فشاری و آب بندی: به علت بالا بودن کارایی بتن با حباب هوا در شرایط مساوی، می توان نسبت آب به سیمان را تقلیل داد که این امر نقش عمده ای در بالا بردن مقاومت فشاری بتن خواهد داشت. با بالا بردن مقاومت فشاری، مقاومت در برابر سایش و آب بندی نیز افزایش می یابد.
نکات مهم در ساخت بتن با حباب هوا
در ساخت بتن با حباب هوا باید به نکات زیر توجه شود:
میزان اسلامپ و زمان ارتعاش میزان هوا با افزایش اسلامپ تا ۱۵۰ میلیمتر فزونی می یابد و پس از این مقدار سیر نزولی خواهد داشت. در تمامی اسلامپها زمان ارتعاش بین ۵ تا ۱۵ ثانیه توصیه می شود و ارتعاش بیشتر از این میزان به هیچ وجه مجاز نیست.
دمای بتن: دمای بتن بر روی میزان هوا اثر می گذارد. با ازدیاد دمای بتن میزان هوا کاهش می یابد. در هوای سرد به کار بردن آب گرم، باعث کاهش کارایی ماده افزودنی حباب ساز می شود، لذا ماده افزودنی باید زمانی اضافه شود که دمای مصالح بتن به تعادل رسیده باشد.
عمل اختلاط: نحوه اختلاط در میزان هوای بتن، نقش بسیار مهمی خواهد داشت. میزان هوا به ثابت یا متحرک بودن مخلوط کن، مقدار بتن ساخته شده در هر ساخت و سرعت اختلاط بستگی خواهد داشت.
ماده افزودنی: میزان ماده حبابساز و نحوه به کار گرفتن باید بر اساس توصیه های سازنده این مواد و به میزان تعیین شده در مشخصات باشد. به کار بردن مواد افزودنی نظیر کندگیر کننده ها یا کاهنده میزان آب، باعث بالا رفتن کارایی و عملکرد ماده حبابساز خواهد شد.
میزان هوا: میزان هوا به شرایط آب و هوایی، دوره های یخ زدن و آب شدن، زمان رویارویی با مواد یخ زدا و نوع سازه بستگی خواهد داشت.
5- بتن اسفنجی
بتن اسفنجی یک مخلوط سنگ دانه ی درشت (شن، سیمان، آب و ماسه) به میزان اندک (و گاهی اوقات بدون ماسه) است. در ساختار این بتن ۱۵ الی ۲۵٪ (از لحاظ حجم) فضای خالی وجود دارد و این امر موجب عبور آب از داخل این بتن می شود. در بتن اسفنجی از آب نسبت به دیگر انواع بتن کمتر استفاده می شود و این مسئله باعث شده تا پس از ساختن مخلوط بتن، آب آن به سرعت تبخیر شده و مخلوط در مدت ۱ ساعت کاملاً از آب تخلیه خواهد شد.