همواره مهندسان سازه به دنبال راهکاری برای کاهش وزن سازه‌ها هستند. با کاهش وزن سازه، وزن موثر لرزه‌ای نیز کاهش یافته و خطرهای ناشی از زلزله کاهش می‌یابد. یکی از عنصرهای مهم در ساخت و ساز ترکیبی به نام بتن است. بتن از 1300 سال قبل از میلاد مسیح، تاکنون نقش به سزایی در صنعت ساخت و ساز داشته است. در کل بتن از ترکیب آب،سیمان،شن و ماسه تشکیل می‌شود. بسیاری از تولیدکنندگان بتن،برای بهبود رفتار بتن به طوری که با وزن و ضخامت پایین‌تر از مقاومت مورد نظر برخوردار شوند، طرح اختلاط‌های متفاوتی را امتحان می‌کنند. یکی از دستاوردهای مهم آن‌ها ساخت بتن‌های سبک بوده است. بتن سبک که به فوم بتن نیز معروف است، ابتدا در اوایل سال 1920 میلادی ساخته شده است. در واقع فوم بتن (بتن سبک) از ترکیب سیمان،ماسه بادی و فوم یا همان ماده کفزای فشرده شده با هوا تشکیل شده است. از این نوع بتن به طور گسترده‌ای در کف سازی طبقات و همچنین شیب‌بندی طبقه بام استفاده می‌شود. در ادامه این مقاله سعی شده به طور عمیق به بررسی بتن سبک (فوم بتن) پرداخته شود.
فوم بتن چیست ؟
مواد تشکیل دهنده فوم بتن (بتن سبک) شامل سیمان، ماسه بادی یا خاکسترهای بادی، آب و فوم (ترکیب ماده کف‌زا با آب که منجرب به ایجاد کف شده و در نهایت کف با ترکیب هوا و فشرده سازی به یک کف خامه‌ای شکل تبدیل می‌شود. ماده کف‌زا می‌تواند پروتئینی یا شیمیایی باشد. شکل ظاهری این نوع از بتن به دلیل نداشتن سنگدانه‌های بزرگ،بیشتر به ملات‌ها شبیه است. بتن‌های سبک به دلیل حباب‌های هوای موجود در آن‌ها، متخلخل هستند. فوم بتن (بتن سبک) دارای کارایی و روانی بالایی است و به راحتی می‌تواند جریان یابد و به عمق حفره‌ها و سوراخ‌ها نفوذ کند. همچنین وزن و چگالی کم این نوع از بتن،سبب کاهش بارمرده اعمال شده به سازه می‌شود. این نوع از بتن می‌تواند به عنوان یک عایق حرارتی، صوتی نیز مورد استفاده قرار‌گیرد.
کاربرد فوم بتن (بتن سبک)
این‌گونه از بتن‌ها،به دلیل ساختار و همچنین مشخصات مکانیکی منحصر به فردشان در موارد زیر کاربرد دارند:
- کف بندی طبقات
- شیب بندی طبقه بام
- به عنوان عایق حرارتی
- به عنوان عایق صوتی
- ساخت بلوک‌های سبک و غیر باربر
- استفاده به عنوان پرکننده حفره‌ها و سوراخ‌ها
- ساخت دیوار‌ها و پانل‌های از پیش ساخته
- تونل‌ها و زیرزمین‌ها
- راهسازی
وزن مخصوص بتن سبک
مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، بتن‌های سبک را از نظر وزن مخصوص به سه دسته زیر تقسیم می‌کند:
الف .بتن سبک سازه‌ای: این نوع از بتن، باید از حداقل مقاومت فشاری جهت ارضا کردن قوانین آیین نامه‌ها برخوردار باشد. وزن مخصوص بتن فوم سازه‌ای حدود 14 الی 19 کیلونیوتن است. همچنین این نوع از بتن باید از حداقل مقاومت فشاری حدود 17 مگاپاسکال برخوردار باشد.
ب . بتن سبک متوسط: جرم مخصوص و مقاومت فشاری این نوع از بتن، بین جرم مخصوص و مقاومت فشاری بتن سبک سازه‌ای و غیرسازه‌ای است. یعنی وزن مخصوص آن بین 8 الی 14 کیلونیوتن بر متر مکعب و مقاومت فشاری آن 7 تا 17 مگاپاسکال است.
ج . بتن سبک غیرسازه‌ای: این نوع از بتن به دلیل سبک وزنی بیشتر در تیغه‌های جداساز و عایق‌های صوتی کف استفاده می‌شود. بتن‌های سبک غیرسازه‌ای دارای وزن مخصوصی کمتر از 800 کیلوگرم بر متر مربع می‌باشند. مقاومت فشاری این‌گونه از بتن‌ها حدود 0.35 الی 7 مگاپاسکال است.
مقاومت بتن سبک
درواقع یکی از شاخص‌های مهم در تعیین کیفیت بتن،رابطه میان چگالی و مقاومت فشاری بتن است. مقاومت فشاری بتن باید از طریق آزمایش‌های نمونه برداری تعیین گردد. همانطور که در بالا بیان شد مقاومت فشاری برای بتن‌هایی با وزن مخصوص کمتر از 800 کیلوگرم بر متر مکعب در محدوده 0.35 تا 7 مگاپاسکال متغییر است. مقاومت فشاری بتن‌هایی با وزن مخصوص 800 الی 1400 کیلوگرم بر متر مکعب در محدوده 7 الی 17 مگاپاسکال و همچنین مقاومت فشاری بتن‌هایی با وزن مخصوص 1400 الی 1900 کیلوگرم برمتر مکعب حداقل حدود 17 مگاپاسکال است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که وزن مخصوص تاثیر مستقیمی بر مقاومت بتن دارد. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، جدول زیر را مبنی بر ویژگی فیزیکی و مکانیکی الزامی نمونه‌های بتن سازه‌ای با سنگدانه‌های سبک را بیان می‌کند.
| ردیف | نوع بتن | حداقل مقدار میانگین مقاومت فشاری سه آزمونه بتنی 28 روزه
(mpa) |
حداقل مقدار میانگین مقاومت کششی در آزمایش دو نیم شدن در هشت آزمونه بتنی 28 روزه
(mpa) |
| 1 | حداکثر مقدار میانگین وزن مخصوص سه آزمونه بتنی 28 روزه خشک شده در هوا
(کیلوگرم بر مترمکعب)
|
||
| 2 | تمامی سنگدانه‌ها سبک هستند. | 28 | 2.2 |
| 1760 | |||
| 3 | تمامی سنگدانه‌ها سبک هستند. | 21 | 2.1 |
| 1680 | |||
| 4 | تمامی سنگدانه‌ها سبک هستند. | 17 | 2.0 |
| 1600 | |||
| 5 | سنگدانه‌ها،شامل سنگدانه‌های سبک و ماسه هستند. | 28 | 2.3 |
| 1840 | |||
| 6 | سنگدانه‌ها،شامل سنگدانه‌های سبک و ماسه هستند. | 21 | 2.1 |
| 1760 | |||
| 7 | سنگدانه‌ها،شامل سنگدانه‌های سبک و ماسه هستند. | 17 | 2.1 |
| 1680 |
فرمول مایع فوم
مایع کف زای فوم بتن،به دو صورت پروتینی و شیمیایی در بازار عرضه می‌شود. درکل مایع کف زا درهردو حالت از یک عامل کف زا و یک عامل تثبیت کننده کف استفاده می‌کنند و در نهایت با ترکیب شدن آن با مقداری آب و قرار گرفتن تحت فشار هوا منجرب به تولید یک کف خامه‌ای شکل می‌شود،این فوم‌ها به منظور کاهش انقباض و جمع شدگی بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند.معمولا هر سازمان و هر تولیدکننده از یک فرمولاسیون خاص برای تولید این مواد استفاده می‌کنند. در حال حاضر مواد کف‌زا شیمیایی سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص داده‌اند.
مزایای و معایب استفاده از بتن سبک
مزایا:
- کارایی و روانی بالایی دارد، بنابراین نیازی نیست که عملیات تراکم سازی انجام گردد.
- انتقال حرارت این گونه از بتن‌ها کم است، بنابراین عایق حرارتی خوبی به حساب می‌آیند.
- سبک وزن است و خطرات ناشی از زلزله را کاهش می‌دهد.
- به دلیل تخلخل‌های زیاد،عایق صوتی خوبی هستند.
- در برابر عواملی چون یخ زدگی و ذوب شدگی مقاوم است.
معایب:
- سنگدانه‌های موجود در این نوع از بتن‌ها به دلیل کارایی و روانی بالای بتن،تمایل دارند از هم جدا شوند.
- بتن‌های سبک به دلیل تخلخل،رطوبت بیشتر را نسبت به بتن‌های معمولی از خود عبور می‌دهند. بنابراین اساس‌ترین مشکل بتن فوم، جمع شدگی و خزش بالای آن است. این نوع از مشکل جز معایب کف سازی با فوم بتن محسوب می‌شود. به همین دلیل آببن‌نامه‌ها برای جلوگیری از این پدیده،پیشنهاد می‌کنند که میزان اسلامپ بتن محدود شود و از افزودنی‌های حباب زا به میزان 5 الی 7 درصد استفاده شود.
نحوه اجرای بتن سبک چگونه است؟
برای اجرای این نوع بتن نیاز به دستگاه فوم بتن است. دستگاه فوم بتن از میکسر، پمپ بتن، اسکرو، تابلو برق، فوم ژنراتور، شاسی و پمپ تشکیل شده است. مراحل اجرا و تولید بتن سبک به شرح زیر است:
مرحله 1: به دلیل اینکه لایه فوم بتن در واقع نوعی پوشش بر روی تمام تاسیساتی چون لوله کشی‌ها،سیم‌های برق و … هستند،بنابراین در ابتدا باید از اتمام فرآیند کارگذاری تاسیسات اطمینان حاصل شود.
مرحله 2: در این مرحله باید سطح مورد نظر از هرگونه مشکلاتی چون برآمدگی،تورفتگی،نوخاله‌ها و… برطرف گردد.
مرحله 3: قبل از بتن ریزی، باید عملیات کروم بندی انجام شود. در واقع کروم بندی به منظور تراز کردن سطح مورد استفاده قرار می‌گیرد. کروم بندی به گونه‌ای است که در ابتدا باید بلندترین نقطه سطح مشخص گردد. سپس بتن ریزی در سطح باید تا ارتفاع آن نقطه به صورت یکنواخت انجام شود. جالب است بدانید، بتن فوم هم می‌تواند به صورت بخش بخش و هم به صورت یکجا به سطح اعمال شود.
مرحله 4: در این مرحله باید محتویات بتن فوم با یکدیگر مخلوط شوند. بنابراین در ابتدا مایع فوم ساز با مقدار کمی آب باید به دستگاه فوم ژنراتور وارد شود و سپس این دستگاه با همزدن مکرر این مواد باعث ساخت کف می‌شود. از طرفی دیگر باید بنا بر طرح اختلاط تعیین شده آب،سیمان،ماسه بادی یا خاکستربادی در میکسر ریخته شود و با یکدیگر مخلوط شوند. در همین حین کمپروسور با اعمال فشار هوا به کف تولید شده از دستگاه فوم ژنراتور،منجرب به فشرده سازی کف و تولید کف خامه‌ای شکل می‌شود.این کف نیز توسط پمپی به میکسر حاوی مخلوط بتن پمپاژ می‌شود تا با مواد سازنده بتن مخلوط شود. در نهایت چگالی بتن اندازه گیری شده و در صورت تایید توسط پمپ و شیلنگ‌ها به سطح مورد نظر اعمال می‌شود.
مرحله 5: در حین اعمال بتن فوم به سطح، برای هدایت بتن به تمامی سطح و صاف کردن سطح آن، باید از ماله استفاده نمود. سپس اجازه دهید تا سطح به طور کامل سخت شود و از تردد روی سطح خودداری کنید.
قیمت فوم بتن چه مقدار است؟
درواقع قیمت بتن فوم به دو دسته هزینه ساخت و هزینه اجرا دسته بندی می‌شود. بنابراین در دسته اول قیمت بتن فوم بنا بر مساحت و ضخامت مورد نیاز تعیین می‌گردد.این هزینه‌ها به میزان مصرف سیمان،سنگدانه‌ها،آب و به قیمت مایع فوم بتن (مایع کف زا) بستگی دارد. اما در دسته دوم هزینه‌ها، باید هزینه کروم بندی، دستمزد کارگران و حتی هزینه‌های دستگاه ساخت بتن فوم مدنظر قرار گیرد.
بدون دیدگاه