بتن یکی از مهمترین مواد مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز است و در اغلب سازه‌ها به عنوان یک ماده ارزان و بادوام به کار برده می‌شود. همسو با پیشرفت صنعت ساخت و ساز در دهه‌های اخیر، علم تکنولوژی بتن نیز پیشرفت فراوانی داشته است و امروزه شاهد انواع مختلف بتن با خواص متفاوت هستیم که از جمله آن می‌توان به انواع بتن سبک اشاره نمود.
در سالیان اخیر بتن‌های سبک به عنوان یک راهکار عملی در جهت کاهش وزن سازه مورد توجه مهندسین قرار گرفته است و سبب اثرات اثبات شده‌ای نظیر کاهش ابعاد مقاطع بتنی، کاهش مقدار فولاد مصرفی اعم از میلگرد و تیرآهن و … می‌گردد. از این رو به دلیل بالا بودن قیمت میلگرد و تیرآهن، استفاده از بتن سبک، سبب صرفه اقتصادی نیز می‌گردد. به این لحاظ مطالعه در خصوص بتن‌های سبک یکی از حوزه‌های مورد توجه محققین است.
بتن سبک به بتن‌هایی اطلاق می‌شود که وزن مخصوص آن بین 300 تا 1850 kg/m3 است. (وزن مخصوص بتن معمولی حدود 2400 kg/m3 است) بتن سبک را می‌توان به عنوان یکی از پیشرفت‌های مهم در حوزه صنعت بتن به حساب آورد. سه روش کلی برای تولید بتن سبک وجود دارد:
این نوع بتن علاوه بر کاهش بار مرده ساختمان از نیروی وارد به سازه در اثر شتاب زلزله کاسته و در صورت تخریب، وزن آوار حاصل نیز کاهش می‌یابد و می‌توان گفت با توجه به لرزه خیزی ایران مطالعه برای تولید مطلوب این نوع بتن حائز اهمیت است و بر حسب وزن مخصوص و مقاومت فشاری آن تفکیک می‌گردد.
بتن سبک سازه ای، بتنی است که با کسب مقاومت فشاری لازم طبق آیین نامه می‌تواند در قسمت باربر ساختمان مورد استفاده قرار گیرد. (وزن مخصوص این بتن‌ها معمولا بین 1400 الی 1850 kg/m3 و مقاومت فشاری آنها بیشتر از 16 مگاپاسکال است.)
1 – طبق آیین نامه ایران، بتن سبک سازه ای باید مقاومت فشاری 28 روزه‌ای (نمونه استوانه‌ای) بیشتر از 160 kg/cm2 داشته باشد.
2 – حداقل مقاومت فشاری بتن سازه‌ای حاوی سنگدانه‌های سبک توسط استاندارد ASTM به شماره C-330 و استاندارد توسعه بتن آمریکا (ACI 318) به شرح زیر تعیین می‌شود.
“بتن سازه ای ساخته شده با سنگدانه‌های سبک وزن، مخصوص خشک شده در هوا، طی 28 روز معمولا بین 1440 تا 1850 kg/cm3 است و مقاومت فشاری بیش از 17.2 mpa است.” اما ممکن است وزن مخصوص تعادلی تا 1900 kg/cm3 نیز مطابق با الزامات پروژه‌ها مورد استفاده قرار بگیرد.
3 – براساس آیین نامه آمریکایی ACI 211.2-98 بتن دانه سبک بتنی است که:
سبک دانه‌های آن مطابق ASTM C330 ساخته می‌شود و مقاومت فشاری 28 روزه، حداقل 175 kg/cm2 بوده و وزن مخصوص خشک از 1842 kg/m3 تجاوز ننماید.
4 – آیین نامه ACI 213-87 تحت عنوان راهنمایی برای بتن سبک این نوع بتن را چنین تعریف می‌نماید:
بتن سازه ای با سنگدانه‌های سبک، بتنی است که مقاومت فشاری 28 روزه آن بیش از 17 Mpa بوده و وزن مخصوص خشک شده در هوای آزاد از 1850 kg/m3 بیشتر نباشد و حداکثر اندازه سنگدانه‌های سبک به 20 mm محدود شده است.
در حقیقت بتن سبک، بتنی است که علاوه بر قابلیت اجرا در سقف‌ها، تیرها و ستون‌ها از آن به عنوان بتن اصلی سازه بتوان استفاده کرد زیرا مقاومت فشاری مناسبی دارد. در ضمن وزن مخصوص آن از حد آیین نامه‌ای کمتر بوده و سایر خصوصیات مهندسی را داشته باشد.
با توجه به زلزله‌خیز بودن ایران و تاثیر استفاده از این نوع بتن در خنثی کردن نیروهای ناشی از زلزله و در نتیجه کاهش خسارات و تلفات مالی، ساخت و تولید انواع بتن سبک با کیفیت مطلوب در کشور بسیار مهم است. با این وجود تاکنون توجه لازم به بتن سبکدانه در ایران صورت نگرفته است این در حالی است که آمار قابل توجه تلفات جانی در زلزله‌های اخیر توجه به رویکرد سبک سازی را ضروری می‌سازد.
کم بودن مقاومت بتن‌های سبکدانه، علت اصلی عدم استقبال پیمانکاران از انواع بتن سبک است. دلیل عمده مقاومت کم بتن‌های سبکدانه سازه‌ای ساخته شده در ایران، نوع سبکدانه‌های استفاده شده در این بتن‌ها است. در این شرایط مصرف سیمان برای دستیابی به مقاومت موردنیاز افزایش یافته و در نتیجه ساخت بتن سبک در این حالت صرفه اقتصادی ندارد.
تحقیقات نشان می‌دهد سبکدانه‌های طبیعی که سابق بر این برای ساخت بتن سبک به کار رفته‌اند جوابگوی تولید بتن سبکدانه سازه‌ای نیست! و تنها تعداد محدودی از سبکدانه‌های مصنوعی مقاوم، قابلیت تولید بتن سبکدانه سازه‌ای را داراست. جهت کسب اطلاعات بیشتر میتوانید به مقاله بتن مسلح چیست در سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.
مزایای استفاده از بتن سبک، می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
این تصور که چون هزینه تولید بتن سبکدانه بیشتر از بتن معمولی است برای استفاده در ساخت و ساز مناسب نیست، اشتباه است. هزینه بیشتر بتن سبک در مقایسه با بتن معمولی به خاطر مزایای ناشی از کاهش بار مرده و افزایش سهولت حمل و نقل و جابجایی (به خصوص در المان‌های پیش‌ساخته) تا حدی جبران می‌شود.
اگر محصولات فرعی صنایع برای تولید سبکدانه استفاده شود به مزایای اقتصادی بیشتری هم به دنبال خواهد داشت. این مزیت‌های اقتصادی ایجاد شده در بعضی از کشورها به واسطه تخفیف‌های اعطایی با مالیات زیادی که بر استخراج سنگدانه‌های دست اول وضع شده، محسوس‌تر هستند.
بتن سبک نیز مانند هر تکنولوژی دیگر در کنار نکات مثبت، معایبی هم دارد که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم:
روش‌های گوناگونی برای سبک کردن بتن و تولید بتن سبک به کار گرفته شده است که می‌توان عمومی‌ترین آنها را به سه دسته تقسیم کرد:
بتن‌های اسفنجی که در زمان ساخت آنها با ایجاد کف یا حباب گاز، حباب‌هایی در خمیر سیمان با در ملات سیمان – سنگدانه ایجاد می‌گردد. حباب موردنظر یا از طریق مواد کف زا در حین اختلاط تولید شده و یا به صورت کف آماده به مخلوط اضافه می‌شود یا با افزودن مواد واکنش زایی مانند پودر آلومینیوم به بتن تازه تولید می‌شود.
واکنش این مواد باعث ایجاد گاز در بتن و در نتیجه سبک شدن ماتریس سیمان آن می‌شود. ویژگی اصلی موردنیاز در ساخت بتن اسفنجی، پایدار بودن حباب‌ها، توزیع یکنواخت آنها در هنگام اختلاط، حمل و بتن ریزی است. وزن مخصوص بتن اسفنجی عمدتا در محدوده 200 تا 700 کیلوگرم بر متر مکعب تنظیم می‌شود. (اما بتن اسفنجی می‌تواند وزن مخصوصی تا حدود 1200 کیلوگرم بر متر مکعب نیز داشته باشد)
این بتن‌ها در واقع بدون ریزدانه هستند و در آنها ماسه از مخلوط بتن حذف گردیده و دانه‌های درشت با خمیر سیمان به یکدیگر چسبیده اند. ساخت بتن سبک با ساختار باز، هم با استفاده از سنگدانه‌های طبیعی و هم با استفاده از سبکدانه مصنوعی امکان پذیر است. این بتن‌ها برای مصارفی چون زهکش و یا پرکننده‌های سبک به کار می‌روند. وزن مخصوص این بتن‌ها در محدوده 700 تا 1500 کیلوگرم بر متر مکعب قرار می‌گیرد.
بتن با سنگدانه سبک یا به اختصار بتن سبکدانه است. در این نوع بتن، سبک کردن از طریق استفاده از سنگدانه‌های سبک صورت می‌گیرد. لازمه ساخت این نوع بتن استفاده از سبکدانه مناسب با ویژگی‌های موردنیاز است. سبکدانه‌ها را می‌توان به سبکدانه سازه‌ای و غیر سازه ای و طبیعی و مصنوعی تقسیم بندی نمود. عمده بتن‌های سبکی که دارای کاربرد سازه ای هستند در طبقه بندی بتن سبکدانه قرار می‌گیرد.
علاوه بر طبقه بندی بتن سبک از لحاظ روش ساخت، این بتن‌ها بر مبنای مقاومت نیز طبقه بندی می‌گردند. بتن‌های سبک از دیدگاه مقاومتی در سه دسته طبقه بندی می‌شوند که عبارتند از بتن سبک غیر سازه ای، بتن سبک نیمه سازه ای یا بتن سبک با مقاومت متوسط و بتن سبک سازه ای که در ادامه به آن پرداخته می‌شود.
بتن‌های سبک با مقاومت کمتر از 7 مگاپاسکال در دسته بتن‌های سبک غیر سازه ای تقسیم بندی می‌شوند. این نوع بتن‌ها با وزن مخصوصی برابر 800 کیلوگرم بر متر مکعب و کمتر به عنوان تیغه‌های جداساز و عایق‌های حرارتی و صوتی در کف بسیار موثر هستند. این نوع بتن می‌تواند در ترکیب با مواد دیگر در دیوار، کف و سیستم‌های مختلف سقف مورد استفاده قرار گیرد.
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 مقاومت آن نیز کاهش می‌یابد. مقاومت فشاری و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزدیکی با هم دارند و با افزایش وزن مخصوص، مقاومت زیادتری موردانتظار است.
بتن‌های سبک موجود در این طبقه عمدتا از نوع بتن‌های سبکدانه و بتن‌های با ساختار باز است. به عبارت دیگر برای کاهش چگالی بتن یا ریزدانه از مخلوط بتن حذف می‌شود یا از سنگدانه‌های سبک طبیعی یا مصنوعی برای سبک سازی مخلوط استفاده می‌گردد. کاربرد این بتن‌ها معمولا در بلوک‌های مجوف بتنی، کف سازی‌ها و موارد مشابه است.
بتن‌های سبک سازه‌ای بتن‌هایی هستند که علی رغم دارا بودن چگالی کمتر از 2000 کیلوگرم بر متر مکعب، مقاومت فشاری بیش از 17 مگاپاسکال دارند. ساخت این بتن‌ها صرفا با استفاده از سنگدانه‌های سبک و مقاوم امکان پذیر است.
مصالح سبک وزنی که از آنها به عنوان سنگدانه در ساخت بتن استفاده می‌شود، محدوده وسیعی دارند و با به کار بردن مصالح و روش‌های مناسب، وزن مخصوص بتن می‌تواند از 300 تا 2000 کیلوگرم بر متر مکعب تغییر نماید و مقاومت‌های متناظر آنها در حدود 3 مگاپاسکال و در بعضی موارد بیش از 60 مگاپاسکال است. با استفاده از مقادیر زیاد سیمان و کاهش نسبت آب به سیمان می‌توان مقاومت‌های بیشتری را نتیجه گرفت.
حداقل مقاومت 28 روزه بتن سازه ای در آیین نامه‌های مختلف از 15 تا 17 مگاپاسکال تغییر می‌کند. برای نمونه آیین نامه بتن ایران، این حد را 16 مگاپاسکال در نظر می‌گیرد. البته حداقل مقاومت مجاز بتن برای اعضای پیش تنیده متفاوت است.
برای مثال آیین نامه انگلیس، حداقل مقاومت فشاری 28 روزه مجاز اعضای پس تنیده را 30 مگاپاسکال اعلام می‌کند. این حد برای اعضای پیش تنیده، پیش ساخته 40 مگاپاسکال است. این حداقل مقاومت گزینه‌های مجاز طراح را در انتخاب نوع سنگدانه محدود می‌کند. برای استفاده از بتن سبک در این موارد باید بررسی‌های فنی و اقتصادی بیشتری صورت گیرد.
طبق بررسی‌های انجام شده مقاومت کششی بتن سبک به دو پارامتر بستگی بیشتری دارد. یکی نوع سبکدانه و دیگری روش عمل آوری بتن. معمولا اگر عمل آوری بتن در شرایط خشک باشد مقاومت کششی بتن سبک حدود 30 درصد کمتر از بتن معمولی هم مقاومت آن است.
مقاومت خمشی بتن سبک بیشتر از مقاومت کششی به شرایط عمل آوری بستگی دارد و این حساسیت با افزایش مقاومت بتن بیشتر می‌شود. برای مثال مقاومت خمشی بتن‌هایی با مقاومت بیشتر از 50 مگاپاسکال در صورت عمل آوری در شرایط خشک حدود 50 درصد کاهش می‌یابد.
مدول الاستیسیته بتن سبک تفاوت نسبتا زیادی با بتن معمولی هم مقاومت آن دارد و تا 0.2 آن هم می‌رسد و این امر در بعضی موارد باعث بروز مشکلاتی در اعضای ساخته شده با بتن سبک خصوصا المان‌های خمشی می‌شود. مدول الاستیسیته بتن سبک به پارامترهای مختلفی بستگی دارد ولی به متغیرهای میزان تخلخل بتن، نوع سبک دانه، مقاومت فشاری و وزن مخصوص بستگی بیشتری دارد.
جمع بندی
در این مقاله به بررسی انواع بتن سبک پرداخته شد. همان طور که گفتیم این بتن در برابر معایب اندکی که دارد دارای مزایای فراوانی بوده و استفاده از آن به بهبود سازه‌های کشور کمک شایانی می‌نماید. امید است در آینده شاهد استفاده‌های بیشتری از این محصول در پروژه‌های ساخت و ساز باشیم.