بتن، پرکاربردترین مصالح ساختمانی ساخت بشر است. این ماده بعد از آب، بیشترین استفاده را روی کره زمین دارد. بتن‌های معمولی از ترکیب آب، سیمان و سنگدانه با نسبت‌های مشخص ساخته می‌شود. البته به منظور تغییر خواص بتن در برخی از موارد، افزودنی‌های مختلف نیز در ترکیب آن مورد استفاده قرار می‌گیرند. تنوع کاربرد، پایداری، مقاومت و هزینه مناسب بتن، آن را به یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی در دنیا تبدیل کرده است.
تاریخچه: استفاده از بتن به چه زمانی باز می گردد؟
قدیمی‌ترین اثر از یک سازه بتنی، مربوط به حدود 7000 سال قبل از میلاد است که در سال 1985 میلادی و طی یک عملیات راه‌سازی در فلسطین کشف شد. این سازه، یک کف بتی آهکی است که حدس زده می‌شود از حرارت دادن به سنگ آهک و ترکیب کردن آن با آب و سنگدانه ساخته شده. بررسی‌های صورت گرفته نشان می‌دهند که بلوک‌های سنگی مورد استفاده در ساخت هرم بزرگ جیزه (2500 سال قبل از میلاد)، توسط یک ماده سیمانی بهم متصل شده‌اند.
حدود 500 سال قبل از میلاد، هنر ساخت ملات آهکی در یونان باستان شکل گرفت. این نوع ملات به طور گسترده در ساخت قصرها و معابد یونانی به کار گرفته می‌شد. در حدود سال 200 قبل از میلاد، رومی ها یک نوع خاص از خاکستر آتشفشانی استخراج شده از محدوده «پوتزولی» (Pozzuoli) واقع در کشور ایتالیا را با آهک مخلوط کردند و دریافتند که این ترکیب مقاومت بیشتری نسبت به مواد ساخته شده پیشین دارد. بعدها این ماده با نام «پوزولان» (Pozzolan) شناخته شد. بسیاری از سازه‌های پوزولانی رومی‌ها، یونانی‌ها، هندیان و مصریان که هزاران سال پیش ساخته شده‌اند، اکنون قابل مشاهد هستند. همین موضوع، پایداری بسیار خوب سازه‌های بتنی و دلیل تداوم استفاده از آن در طی چند هزار سال گذشته تا امروز را نمایش می‌دهد.
بتن چیست؟
«بتن» (Concrete)، ترکیبی از شن، ماسه یا سنگ‌های خردشده با دانه‌بندی‌های مختلف (سنگدانه‌های ریز و درشت) است که توسط یک خمیر سیمانی به یکدیگر متصل شده‌اند. البته با توجه به خواص مورد نیاز، امکان استفاده از افزودنی‌های شیمیایی مانند کندگیر کننده، روان کننده و غیره یا افزودنی‌های معدنی مانند خاکستر بادی، سرباره و غیره نیز وجود دارد. سخت شدن مخلوط بتن، نتیجه یک فرآیند شیمیایی بین آب و سیمان است.
«بتن سخت شده» (Hardened Concrete) را می‌توان به عنوان یک سنگ مصنوعی در نظر گرفت که در آن، فضای بین ذرات بزرگ‌تر (سنگدانه‌های درشت) توسط ذرات کوچکتر (سنگدانه‌های ریز) و فضای بین سنگدانه‌های ریز توسط سیمان پر شده‌اند. در یک مخلوط بتنی، مواد سیمانی و آب باعث تشکیل خمیری با عنوان «خمیر سیمان» (Cement Paste) می‌شوند. وظیفه خمیر سیمان، پر کردن فضای خالی بین سنگدانه‌های ریز، پوشاندن سطح سنگدانه‌های ریز و درشت و پیوند بین تمام ذرات در حین فرآیند سخت شدن یا گیرش است.
بتن از چه موادی تشکیل می شود؟
بتن ترکیبی از شن، ماسه، سنگ‌های خرد شده یا دیگر سنگدانه‌ها است که توسط یک خمیر چسبنده در کنار یکدیگر نگه داشته می‌شوند. خواص این ماده به ترکیبات مورد استفاده در آن و نسبت مخلوط کردن این مواد بستگی دارد. به طور کلی، اجزا تشکیل دهنده بتن عبارت هستند از:
سیمان
سیمان یک بایندر هیدرولیک است که در ساخت بتن به کار می‌رود. بایندرهای هیدرولیک موادی هستند که در صورت ترکیب با آب شروع به سفت شدن می‌کنند. خمیر سیمان (ترکیب آب با سیمان) طی یک واکنش شیمیایی به نام «هیدراتاسیون» (Hydration) یا آبپوشی سفت می‌شود. واکنش هیدارتاسیون هم در هوای آزاد و هم در زیر آب رخ می‌دهد.
از بین مواد اصلی تشکیل دهنده بتن، سیمان تنها جزئی است که خود از ترکیبات دیگر تشکیل می‌شود. پرکابردترین نوع سیمان مورد استفاده برای ساخت بتن، «سیمان پرتلند» (Portland Cement) است. برای ساخت سیمان پرتلند، سنگ آهک، ماسه سنگ، شیل، آهن، رس و خاکستر بادی در یک کوره استوانه‌ای ریخته می شوند. سپس، مخلوط به دست آمده در معرض دمای بالای 1600 درجه سلسیوس قرار می‌گیرد. با خروج آب و کربن دی اکسید در طی این فرآیند، ترکیب جدیدی با عنوان «کلینکر» (Clinker) به وجود می‌آید. با سایش کلینکر (تبدیل آن به ذرات ریز) و مخلوط کردن آن با ژیپس، سیمان پرتلند به دست می‌آید. طبق استاندارد اروپا، سیمان به پنج گروه زیر تقسیم می‌شود:
• CEM I: سیمان پرتلند (تیپ 1)
• CEM II: سیمان کامپوزیتی (تیپ 2 عمدتا متشکل از سیمان پرتلند)
• CEM III: سیمان سرباره ای (تیپ 3)
• CEM IV: سیمان پوزولان (تیپ 4)
• CEM V: سیمان کامپوزیتی (تیپ 5)
سنگدانه
سنگدانه بتن، معمولا ترکیبی از شن (ذرات درشت) و ماسه (ذرات ریز) با دانه‌بندی مشخص است. سنگدانه‌ها به عنوان بافت دانه‌ای بتن، توسط خمیر سیمانی در کنار یکدیگر نگه داشته می‌شوند. این مواد، 70 تا 80 درصد وزن بتن را تشکیل می‌دهند. استفاده از سنگدانه‌هایی با اندازه و کیفیت بهینه، خواص نهایی بتن را بهبود می‌بخشد.
سنگدانه‌ها به صورت طبیعی (در بستر رودخانه‌ها) و صنعتی (سبک و بازیافت شده) قابل دسترسی هستند. به منظور دستیابی به کیفیت بالای بتن، این مواد شسته می‌شوند و توسط فرآیندهای مکانیکی (سنگ شکنی، سرند کردن و مخلوط کردن) به دانه‌بندی‌های مختلف درمی‌آیند. از ویژگی‌های سنگدانه‌های خوب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• سنگدانه‌ها باید پیوند محکمی با خمیر سیمانی سفت شده برقرار کنند.
• سنگدانه‌ها نباید در فرآیند سفت شدن سیمان خللی ایجاد کنند.
• سنگدانه‌ها نباید بر روی دوام بتن، تاثیر منفی داشته باشند.
آب
کیفیت آب مورد استفاده در ساخت بتن‌ها به منبع آن بستگی دارد. طبق استاندارد EN1008، انواع آب به موارد زیر تقسیم می‌شوند:
• آب آشامیدنی: این آب برای ساخت بتن مناسب است.
• آب بازیافتی: آبی که در طی فرآیندهای ساخت بتن‌ها بازیافت می‌شود نیز عموما برای استفاده مجدد مناسب است. البته میزان مواد جامد درون آن نباید بیشتر از یک درصد وزن کل سنگدانه‌ها باشد.
• آب زیرزمینی: این آب نیز می‌تواند برای ساخت بتن‌ها مناسب باشد اما محتوای آن باید مورد بررسی قرار گیرد.
• آب دریا (آب شور): استفاده از آب دریا در ساخت بتن‌های معمولی ایرادی ندارد اما نباید از این نوع آب در ساخت بتن‌های مسلح یا پیش تنیده استفاده کرد. دلیل این موضوع، احتمال واکنش شیمیایی کلراید با میله‌های تقویت‌کننده است.
• آب فاضلاب: به کار بردن این آب در ترکیب بتن‌ها مناسب نیست.
افزودنی
افزودنی‌ها، مواد مایع یا پودرهایی هستند که قبل یا در حین مخلوط کردن به ترکیب بتن اضافه می‌شوند. میزان افزودنی مورد استفاده به مقدار سیمان بستگی دارد. افزودنی‌های بتن، تاثیر قابل توجهی بر روی خواص مخلوط تازه یا سخت شده می‌گذارند. تاثیر این مواد به صورت شیمیایی یا فیزیکی است. افزودنی‌ها به دو دسته شیمیایی و معدنی تقسیم می‌شوند. در بخش مربوط به افزودنی‌های بتن، به معرفی انواع افزودنی‌های شیمیایی و معدنی خواهیم پرداخت.
وظیفه اجزا تشکیل دهنده بتن چیست؟
هر یک اجزا تشکیل‌دهنده بتن، وظیفه مخصوص به خود را دارند. وظیفه سیمان، تبدیل بتن از حالت مایع به جامد است. با ترکیب آب با سیمان پرتلند و فراهم شدن رطوبت، دما و زمان کافی، مخلوط به وجود آمده شروع به سفت شدن می‌کند. به این فرآیند، عمل آوری یا «کیورینگ» (Curing) می‌گویند. عمل آوری سیمان پرتلند، توسط تبخیر آب انجام نمی‌شود؛ بلکه از طریق یک واکنش شیمیایی هیدراتاسیون یا آبپوشی صورت می‌گیرد. در واقع، آب طی فرآیند هیدراتاسیون به بخشی از بتن عمل آمده تبدیل می‌شود. به همین دلیل، نباید اجازه خشک شدن بتن در حین عمل آوری را داد. این کار می‌تواند مانع تکمیل هیدراتاسیون و جلوگیری از رسیدن مخلوط به مقاومت نهایی خود شود. با توجه به این مطالب، ممکن این سوال به وجود بیاید که «اگر آب و سیمان به تنهایی باعث عمل آوری بتن و سفت شدن آن می‌شوند، پس وظیفه شن و ماسه (سنگدانه) چیست؟»
خمیر سیمانی تمام سنگدانه‌های ریز و درشت را کنار یکدیگر نگه داشته و فضای خالی بین آن‌ها را پر کرده است. استفاده از ترکیب آب و سیمان خالی می‌تواند هزینه بالایی داشته باشد. بنابراین، استفاده از سنگدانه‌ها باعث کاهش هزینه کل می‌شود. به علاوه، استفاده از این مواد منجر به افزایش مقاومت و همچنین کاهش جمع شدگی (ناشی از خروج آب در حین عمل آوری) خواهد شد. در نهایت، کنار یکدیگر قرار گرفتن تمام این اجزا، بتن را به یکی از مناسب‌ترین مصالح ساختمانی تبدیل می‌کند. در ادامه، به معرفی انواع مختلف افزودنی‌ها و تاثیر آن‌ها بر روی خواص بتن می‌پردازیم.
افزودنی بتن چیست و چه کاربردی دارد؟
افزودنی‌های بتن، موادی هستند که دقیقا قبل از مخلوط کردن یا در حین مخلوط کردن به ترکیبات بتن اضافه می‌شوند. هدف از به کارگیری این مواد، کاهش هزینه، تغییر خواص، بهبود کیفیت و افزایش بهره‌وری در حین عملیات‌های اختلاط، انتقال، بتن‌ریزی و گیرش است. امروزه در بسیاری از مخلوط‌های بتن، یک یا چند افزودنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هزینه افزودنی‌ها به نوع و کیفیت آن‌ها بستگی دارد. به طور کلی، افزودنی‌ها به دو گروه افزودنی شیمیای و افزودنی معدنی تقسیم می‌شوند.
انواع افزودنی های شیمیایی بتن کدام هستند؟
افزودنی های شیمیایی بتن، به شش گروه دیرگیر کننده، حباب ساز، کاهنده آب، تسریع کننده، کاهنده جمع شدگی، روان کننده و ضد خوردگی تقسیم می‌شوند. در ادامه، به معرفی هر یک از این افزودنی‌ها و تاثیر آن‌ها بر روی خواص بتن می‌پردازیم.
دیرگیر کننده بتن
«دیرگیر کننده» (Set Retarding)، شروع واکنش شیمیایی مورد نیاز برای گیرش را به تاخیر می‌اندازد. این نوع از افزودنی‌ها معمولا برای مقابله با شروع زودهنگام گیرش به دلیل گرمای زیاد محیط مورد استفاده قرار می‌گیرند. به کارگیری دیرگیر کننده در هنگام ساخت پیاده‌روها باعث افزایش زمان موجود برای پرداخت بتن تازه، کاهش هزینه‌های اضافی ناشی از راه‌اندازی سایت بچینگ و کاهش احتمال رخ دادن ترک می‌شود. اضافه کردن دیرگیر کننده به دال بتنی، مقاومت این سازه در برابر ترک‌خوردگی را افزایش می‌دهد.
اکثر دیرگیر کننده‌ها به عنوان کاهنده آب و حباب ساز نیز عمل می‌کنند. شکر، به عنوان یک ماده دیرگیر کننده شناخته می‌شود. به ازای 0.06 درصد از این ماده خوراکی در یک واحد آب مورد استفاده برای ساخت بتن، زمان گیرش یک ساعت و 20 دقیقه افزایش می‌یابد.
حباب ساز بتن
«حباب ساز» (Air-Entrainment)، می‌تواند دوام بتن را در برابر تغییرات شدید دمایی افزایش دهد. این نوع از افزودنی‌ها باعث بهبود کارایی، کاهش آب انداختن و کاهش وارفتگی می‌شوند. حباب ساز، عملکرد در سرمای شدید و تغییرات آب و هوایی مداوم را بهبود می‌بخشد.
از دیگر مزیت‌های افزودنی حباب ساز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• مقاومت بالا در برابر خیس شدن و خشک شدن مداوم
• کارایی بالا
• دوام بالا
حباب ساز مانند یک سپر فیزیکی در برابر ترک‌های ناشی از تنش‌هایی است که به دلیل افزایش حجم آب بر اثر تغییرات دمایی به وجود می‌آیند. این افزودنی‌ها با تمام افزودنی‌های دیگر سازگار هستند. با این وجود، به ازای استفاده از هر یک درصد حباب ساز، مقاومت فشاری به میزان پنج درصد کاهش می‌یابد.
کاهنده آب بتن
«کاهنده آب» (Water-Reducing)، امکان ایجاد یک اسلامپ دلخواه در نسبت آب به سیمان پایین‌تر از حد معمول را فراهم می‌کند. این نوع از افزودنی‌ها برای دستیابی به یک مقاومت مشخص با به کارگیری سیمان کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
با اضافه کردن کاهنده آب به بتن، خواص بتن بهبود می‌یابد و امکان استفاده از آن در شرایط سخت نیز فراهم می‌شود. این افزودنی معمولا در ساخت عرشه پل، لایه‌های بتنی با اسلامپ پایین و ترمیم بتن کاربرد دارد.
تسریع کننده بتن
«تسریع کننده» (Accelerating)، به منظور بهبود نرخ افزایش استحکام یا کاهش زمان گیرش آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. کلسیم کلراید به عنوان رایج‌ترین تسریع کننده شناخته می‌شود. اگرچه، وجود این افزودنی در بتن می‌تواند احتمال خوردگی تقویت‌کننده‌های فولادی (آرماتور) را نیز افزایش دهد. البته با تحکیم مناسب، پوشش کافی و طرح اختلاط مناسب می‌توان از رخ دادن مشکلات مربوط به خوردگی جلوگیری کرد. کاربرد اصلی تسریع کننده، تغییر خواص بتن در آب و هوای سرد است.
کاهنده جمع شدگی بتن
«کاهنده جمع شدگی» (Shrinkage Reducing) یا کاهنده انقباض در حین مراحل اولیه اختلاط به ترکیب بتن اضافه می‌شود. این افزودنی می‌تواند مدت زمان جمع شدگی اولیه و بلند مدت را کاهش دهد. کاهنده جمع شدگی برای شرایطی با احتمال رخ دادن ترک‌های ناشی از آب رفتگی یا وجود وجود ترک‌های نامطلوب برای مسائل اقتصادی یا فنی کاربرد دارد. در برخی از موارد، این افزودنی باعث کند شدن روند افزایش مقاومت در مراحل اولیه و نهایی گیرش می‌شود.
روان کننده بتن
«روان کننده» (Superplasticizer)، برای ساخت یک بتن روان با اسلامپ بالا (بین 17 تا 23 سانتی‌متر) به منظور استفاده در سازه‌هایی با تقویت‌کننده‌های زیاد به کار می‌رود. یکی دیگر از کاربردهای اصلی این افزودنی، ساخت بتن با مقاومت بالا در نسبت آب به سیمان 0.3 تا 0.4 است. تحقیقات نشان داده‌اند که ترکیب روان کننده با اکثر سیمان‌ها می‌تواند باعث افزایش کارایی شود. مانعی برای استفاده از این افزودنی به همراه حباب ساز وجود ندارد. البته در این حالت میزان حباب ساز به کار رفته نسبت به حالت معمولی بیشتر خواهد بود.
چه موادی به عنوان افزودنی معدنی بتن استفاده می شوند؟
خاکستر بادی، سرباره کوره آهن گدازی، سیلیکا فیوم، خاکستر پوسته برنج و متاکائولین را می‌توان به عنوان پرکاربردترین افزودنی های معدنی بتن در نظر گرفت. در ادامه، به معرفی این افزودنی‌ها و تاثیر آن‌ها بر روی خواص بتن می‌پردازیم.
تاثیر خاکستر بادی بر روی بتن به صورت زیر است:
• افزایش کارایی
• افزایش زمان گیرش (سخت شدن بهتر و مقاومت بالاتر)
• کاهش وارفتگی و آب انداختن
• کنترل افزایش دمای بتن تازه (کاهش ترک خوردگی ناشی از این مسئله)
• افزایش خزش و جمع شدگی
• افزایش مقاومت در برابر اثرات گوگرد
• جلوگیری از واکنش مواد قلیایی
سرباره کوره آهن گدازی
«سرباره کوره آهن گدازی» (Ground Granulated Blast Furnace Slag) یا به اختصار «سرباره»، یک افزودنی معدنی بتن با وزن مخصوص کمی بالاتر از سیمان (2.8 تا 3) است.
تاثیر وجود سرباره در ترکیب بتن به صورت زیر است:
• افزایش زمان گیرش اولیه بدون تاثیر بر روی کارایی (به دلیل اندازه ذرات مشابه با سیمان)
• کاهش نرخ افزایش مقاومت
• افزایش مقاومت نهایی و دوام
• افزایش مقاومت در برابر خوردگی و واکنش‌های شیمیایی مضر
سیلیکا فیوم
«سیلیکا فیوم» (Silica Fume) یا فوم سیلیکا، ذره‌ای بسیار ریز متشکل از سیلیس آمورف (بی شکل) است. این ماده به عنوان محصول جانبی در حین تولید محصولات مبتنی بر سیلیس در کوره‌های قوس الکتریکی به وجود می‌آید.
سیلیکا فیوم از نظر رفتار شیمیایی بسیار شبیه به پوزولان است. وجود این ماده در ترکیب بتن باعث موارد زیر می‌شود:
• افزایش جذب آب (استفاده به همراه روان‌کننده)
• افزایش چسبندگی (مشکل کاهش اسلامپ)
• کاهش قابل توجه در میزان آب انداختن
• احتمال رخ دادن جمع شدگی پلاستیک در نواحی خشک (افزاش نرخ گیرش بتن به دلیل افزایش نرخ تبخیر)
• کاهش نفوذپذیری
• بهبود مقاومت فشاری و خمشی
• افزایش جمع شدگی و خزش
• مقاومت در برابر واکنش‌های شیمیایی مضر ناشی از کاهش نفوذپذیری
• افزایش احتمال ترک خوردگی به دلیل مقاومت پایین در برابر آتش و نفوذپذیری کم (عدم خروج آب)
خاکستر پوسته برنج
«خاکستر پوسته برنج» (Rice Husk Ash)، از سوزاندن پوسته حاصل از آسیاب شالی به دست می‌آید. وزن این خاکستر حدود یک چهارم وزن پوسته سوزانده شده است. مقدار زیادی سیلیکا در خاکستر پوسته برنج وجود دارد.
با افزودن این ماده به ترکیب بتن، تغییرات زیر حاصل می‌شوند:
• افزایش مقاومت
• کاهش نفوذپذیری (به دلیل ریزتر بودن ذرات از سیمان)
• کاهش دمای هیدراتاسیون
• بهبود مقاومت در برابر اثرات مضر کلراید و سولفات
متاکائولین
هنگامی که رس معمولی و رس کائولین از نظر حرارتی فعال می‌شوند، شکل ناخالص «متاکائولین» (Metakaolin) به وجود می‌آید. اندازه ذرات این ماده از سیمان کوچکتر است. برخلاف دیگر افزودنی‌های بتن، متاکائولین یک محصول جانبی نیست. این ماده در بتن الیافی و مجسمه‌های هنری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از اثرات متاکائولین بر روی خواص بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• افزایش مقاومت
• کاهش نفوذپذیری
• مقاومت در برابر عوامل شیمیایی
• افزایش دوام
• بهبود نرخ افزایش مقاومت در مراحل اولیه گیرش
• کاهش قابل توجه آب انداختن
استفاه از افزودنی ها در بتن چه مزایایی دارد؟
مزایای استفاده از افزودنی‌های مختلف در بتن را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد:
• کاهش هزینه‌ها
• صرفه‌جویی در مصرف انرژی
• بهبود کارایی
• کاهش واکنش بین مواد قلیایی و سنگدانه‌ها
• افزایش مقاومت
• کاهش آب مورد نیاز
• کاهش دمای هیدراتاسیون
• کاهش جمع شدگی حرارتی
• سهولت تحکیم
بتن چه کاربردی دارد؟
بتن، یکی از بادوام‌ترین مصالح ساختمانی است که در ساخت سازه‌های مختلفی مانند سد، ساختمان‌های مسکونی، ساختمان‌های تجاری، جاده، سازه‌های دریایی، سازه‌های زیرآبی، ترمیم سطوح، مسیرهای انتقال آب، فاضلاب، فونداسیون، دیواره، پل و غیره کاربرد دارد. خواص برجسته‌ای نظیر استحکام بالا، دوام بالا، نیاز به تعمیر و نگهداری پایین، صرفه جویی در مصرف انرژی و توسعه پایدار در سازه‌های ساخته شده با بتن را می‌توان به عنوان مهمترین عوامل موثر بر کاربرد گسترده این مصالح ساختمانی دانست. در ادامه به معرفی کاربردهای بتن می‌پردازیم.
استفاده از بتن در ساخت سد
استحکام بالا و چگالی بتن، این ماده را به عنوان یک گزینه مناسب در ساخت سد مطرح می‌کند. سد، سازهای است که برای ذخیره آب و تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرد. میزان بار ناشی از فشار آب بر روی سد بسیار زیاد است. به همین دلیل، استحکام بالای بتن برای این شرایط بسیار مناسب خواهد بود.
استفاده از بتن در ساخت ساختمان های مسکونی
بسیاری ساختمان‌های کوچک، خانه‌های ویلایی یا حتی برج‌های مسکونی با استفاده از روش‌های سنتی یا مدرن قالب‌بندی بتن ساخته می‌شوند. در این سازه‌ها معمولا ساخت اسکلت سازه (فونداسیون، دال، ستون و تیرها) توسط بتن صورت می‌گیرد.
استفاده از بتن در ساخت ساختمان های تجاری و صنعتی
استفاده از بتن در ساخت ساختمان های مسکونی به جای مصالح ساختمانی دیگر باعث افزایش ایمنی این سازه‌ها می‌شود. بتن، هزینه و نیاز به نگهداری کمتری نسبت به فولاد دارد. به علاوه، کنترل و مدیریت جریان هوای گرم در ساختمان‌های بتنی از بیرون به داخل و برعکس ساده‌تر است. این مسئله باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می‌شود.
استفاده از بتن در راه سازی
راه، پیاده رو و آزادراه‌های بتنی دوام و مقاومت بیشتری نسبت به جاده‌های آسفالتی دارند. بازه طولانی برای سرویس و نیاز کم به تعمیر و نگهداری باعث اولویت بتن در راه سازی شده است.
استفاده از بتن در سازه های دریایی
بتن، کابرد گسترده ای در ساخت سازه‌های دریایی نظیر دیوار دریایی، اسکله، آب شکن، موج شکن و دیگر سازهای در معرض آب دارد. بررسی عملکرد این ماده سازه‌های دریای، نتایج خوبی را نمایش داده است.
استفاده از بتن در ساخت مسیرهای انتقال آب و فاضلاب
به منظور ساخت فاصلاب و سازه‌های زیرزمینی باید از مصالح بادام و مقاوم استفاده کرد. از این‌رو، بتن مطلوب‌ترین گزینه برای ساخت این نوع سازه‌ها به شمار می‌رود. کانال‌های انتقال آب، فونداسیون، پایه ها و تکیه‌گاه‌ها با استفاده از بتن‌هایی با طرح اختلاط مخصوص ساخته می‌شوند.
کابردهای دیگر بتن
کاربردهای بتن به موارد بالا محدود نمی‌شود. این ماده در ساخت سازه‌های زیرآبی، سازه‌های عظیم، سازه‌های مقاوم در برابر زلزله، سازه‌هایی با مصرف انرژی پایین و حتی وسایل تزئینی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای کاربردهای متفاوت، خواص این ماده باید در محدوده بخصوصی قرار داشته باشد. با درک صحیح از طبیعت و ویژگی‌های اصلی بتن می‌توان ویژگی‌های آن را به خوبی کنترل کرد و هر یک را با توجه به نیاز پروژه تغییر داد. استحکام بالا، عمر مناسب، مقاومت در برابر آتش، مقاومت نسبی در برابر تشعشعات رادیواکتیو، کاربری آسان و قابلیت آماده‌سازی در هر شکل و ابعادی از ویژگی‌هایی هستند که محدوده کاربرد بتن را گسترده‌تر از مصالح ساختمانی دیگر کرده‌اند. با وجود تمام این مزیت‌ها، مهمترین ویژگی بتن، ارزان بودن آن در مقایسه با سایر مصالح است.
انواع بتن چه هستند؟
کاربردهای وسیع بتن در سازه‌های مختلف و انعطاف‌پذیری آن از نظر نحوه ساخت و ترکیبات مورد استفاده، باعث به وجود آمدن انواع بسیار زیادی از بتن‌ها شده است. هر یک از انواع بتن دارای ویژگی‌های منحصر به فرد بوده و برای مقاصد خاص یا عام مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه به معرفی برخی از انواع بتن‌های پرکاربرد می‌پردازیم.
بتن معمولی
بتن‌های معمولی رایج‌ترین نوع بتن محسوب می‌شود. این بتن‌ها، از ترکیب ساده سه مولفه اصلی آب، سیمان و سنگدانه به دست می‌آید. طرح اختلاط متداول برای بتن‌های معمولی، 1:2:4 است. کاربرد اصلی این نوع بتن‌ها در ساخت پیاده‌روها یا ساختمان‌هایی است که به مقاومت کششی بالا نیازی ندارند. با این وجود، به دلیل نرخ پایداری بالای بتن‌های معمولی، از آن در ساخت سد نیز استفاده می‌شود. خواص مهم بتن‌ها معمولی عبارت هستند از:
چگالی: 2200 تا 2500 کیلوگرم بر متر مکعب
مقاومت فشاری: 2 تا 5 مگاپاسکال
مقاومت کششی: 0.5 تا 1 مگاپاسکال
دوام: بسیار مناسب
بتن سبک
هر بتنی که دارای چگالی پایین‌تر از 1920 کیلوگرم بر متر مکعب باشد، به عنوان بتن سبک در نظر گرفته می‌شود. سنگدانه‌هایی از جنس مواد طبیعی (سنگ پا و پوکه معدنی) یا مواد مصنوعی (رس یا شیل منبسط شده) و مواد فرآوری شده (پرلایت و ورمیکولیت) برای ساخت بتن‌های سبک مورد استفاده قرار می‌گیرند. تنها ویژگی مهم بتن‌های سبک، رسانایی حرارتی بسیار پایین آن‌ها نسبت به دیگر انواع بتن‌ها (ضریب انتقال 0.3 نسبت به ضریب انتقال 10 تا 12) است. بتن‌های هوادار، یکی از انواع بتن‌های سبک محسوب می‌شوند.
بتن سنگین
بتن‌های سنگین، با عنوان بتن با چگالی بالا نیز شناخته می‌شود. چگالی این نوع از بتن‌ها بین 3000 تا 4000 کیلوگرم بر متر مکعب تغییر می‌کند. ساخت بتن‌های سنگین با استفاده از خرده سنگ‌های دارای چگالی بالا به عنوان سنگدانه صورت می‌گیرد. یکی از متداول‌ترین مواد مورد استفاده در بتن‌های سنگین، باریت (با وزن مخصوص 4.5) است. به دلیل مقاومت خوب بتن‌های سنگین در برابر تشعشعات رادیواکتیو، این نوع بتن‌ها اغلب در ساخت نیروگاه‌های اتمی به کار می‌روند.
بتن آرمه یا بتن مسلح
بتن آرمه یا «بتن مسلح» (Reinforced Concrete)، از ترکیب بتن‌های معمولی با فولاد ساخته می‌شود. در بتن‌های مسلح با قرار دادن میله، سیم، کابل یا مش فولادی درون بتن‌های معمولی (پیش از اتمام عمل آوری)، مقاومت کششی افزایش می‌یابد. ساخت این نوع بتن‌ها، نیازمند نظارت کافی برای اطمینان از پیوند حداکثری بین بتن و تقویت‌کننده‌های فولادی در حین فرآیند گیرش و سخت شدن است. بتن‌های مسلح کاربرد وسیعی در صنایع و ساختمان‌های مدرن دارند. اجزا فولادی در برابر بارهای کششی و بتن در برابر بارهای فشاری مقاومت می‌کنند. به این ترتیب، ترکیبی به وجود می‌آید که مقاومت خوبی در برابر انواع بارها دارد.
بتن پیش ساخته
«بتن پیش ساخته» (Precast Concrete)، به شکل‌های بسیار متنوع بتن گفته می‌شود که ساخت آن‌ها با استفاده از قالب‌های مخصوص در کارخانه صورت می‌گیرد. به منظور استفاده از این بتن‌ها، ابتدا باید گیرش و سفت شدن کامل آن‌ها تحت شرایط کنترل شده انجام شود. میله، دیوار، راه پله، ستون، بلوک، حصار و بسیاری از المان‌های سازهای دیگر به صورت پیش ساخته به کار می‌روند. سازندگان بتن‌های پیش ساخته، مشخصات سازه مورد نیاز مشتری را دریافت می‌کنند؛ آن را با ابعاد دقیق در کارخانه می‌سازند؛ و به محل پروژه انتقال می‌دهند. مزیت اصلی استفاده از این بتن‌ها، سرعت کار و کیفیت بالای آن‌ها است. بتن‌های پیش ساخته برای شرایطی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نیاز به موارد زیر باشد:
نسبت‌بندی بی عیب و نقص ترکیبات
مخلوط کردن دقیق سیمان، سنگدانه و آب به منظور دستیابی به طرح اختلاط دلخواه
احتیاط در حین انتقال و بتن‌ریزی در قالب‌های از پیش طراحی شده
عمل آمدن کامل تحت شرایط کنترل شده از نظر دما و رطوبت
بتن پیش تنیده
«بتن پیش تنیده» (Prestressed Concrete)، نوع ویژه‌ای از بتن است که با یک روش خاص ساخته می‌شود و معمولا در پروژه‌های بزرگ بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بتن‌های پیش تنیده نیز مانند بتن‌های مسلح توسط میله‌های فولادی تقویت می‌شوند. با این تفاوت که میله‌های مورد استفاده، پیش از قرارگیری در بتن، تحت تنش قرار می‌گیرند. این میله‌ها پس از عمل آوری و قرار دادن بتن در محل مورد نیاز در سازه به بتن اضافه می‌شوند. سپس، با اعمال بار فشاری، مقاومت کششی بخش پایینی المان افزایش می‌یابد. فرآیند مذکور نیاز به تجهیزات سنگین و تخصص بالای اپراتور دارد.
بتن آماده
بتن‌های آماده در کارخانه ساخته شده و توسط کامیون‌های میکسر به محل مورد نظر انتقال داده می‌شوند. هنگام رسیدن بتن‌های آماده به محل پروژه، هیچ نیازی به انجام فعالیت‌های اضافی نخواهد بود.
بتن خود متراکم
بتن‌های خودمتراکم توسط وزن خود تحت تراکم قرار می‌گیرند. در این حالت، نیازی به استفاده از ویبراتور یا تحکیم دستی نخواهد بود. کارایی بتن‌های خودمتراکم از انواع دیگر بالاتر است. به همین دلیل، این بتن‌ها با عنوان بتن روان نیز شناخته می‌شوند.
بتن الیافی
بتن‌های الیافی از الیاف فولاد با قطر 10 تا 20 میکرون و طول 10 تا 50 میلی‌متر ساخته می‌شوند. وجود این الیاف، خاصیت کشسانی، مقاومت کششی، انعطاف‌پذیری و خواص دیگر را بهبود می‌بخشد. علاوه بر فولاد، مواد دیگری نظیر پلیمر، شیشه، کربن و حتی الیاف طبیعی (الیاف پوسته نارگیل) نیز در ساخت بتن‌های الیافی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
به دلیل واکنش برخی از الیاف با سیمان، باید در هنگام استفاده از این مواد احتیاط کرد. کاربرد اصلی بتن‌های الیافی در پیاده‌رو پل‌ها، فرودگاه‌ها و کف سازه‌های صنعتی است. به علاوه، این بتن‌ها برای افزایش مقاومت سازه در برابر ترک خوردگی نیز کاربرد دارند.
بتن با مقاومت بالا
بتن‌های با مقاومت بالا دارای مقاومت فشاری 40 تا 60 مگاپاسکال هستند. این بتن‌ها با عنوان بتن با عملکرد بالا نیز شناخته می‌شوند. بتن‌های با عملکرد بالا به منظور دستیابی به استحکام بالا، جمع شدگی پایین، خودمتراکمی، مقاومت در برابر آتش و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیب این بتن‌ها عبارت است از:
سیمان
سنگدانه‌های ریز و درشت
آب
افزودنی‌هایی نظیر سیلیکا فوم، خاکستر بادی، سرباره و غیره
روان کننده
حباب ساز
بتن پلیمری
با اشباع ریز حفره‌های بتن توسط مونومر و انجام فرآیند پلیمریزاسیون، تخلخل کاهش یافته و مقاومت بهبود می‌یابد. این فرآیند برای ساخت بتن‌های پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد