انواع بتن مسلح

«مخلوط سیمان پرتلند یا هر ماده سیمانی دیگر، سنگ دانه ریز، سنگ دانه درشت و آب، با و یا بدون مواد افزودنی.»

بتن مسلح و بتن غیر مسلح با قرار دادن اعضای کششی در بتن، توان کششی آن را بالا می برند. این تکنیک، باعث تولید محصولات بتنی در دو دسته اصلی قطعات بتنی مسلح و قطعات بتنی غیر مسلح می شود. بتن ساخته شده در محل و بتن پیش ساخته نیاز روز افزون به بتن باعث می شود کارخانه ها قطعات بتنی را در مدت زمان کوتاه ریخته، سخت و آماده مصرف نمایند. با توجه به این پیشرفت نیز می توان قطعات بتنی را به دو دسته کلی محصولات بتنی در محل ریخته شده و محصولات بتنی پیش ساخته تقسیم کرد. خب بعد از گریزی به تعریف بتن و انواع بتن، حال بیایید سراغ اصل مطلب یعنی بتن مسلح برویم و با این نوع بتن و انواع آن نیز آشنا شویم.

بتن مسلح یک ماده مرکب است که در آن استحکام کششی و شکل پذیری نسبتاً پایینِ بتن با گنجاندن موادی مانند میلگرد یا آرماتور که مقاومت کششی یا شکل پذیری بالاتری دارند، جبران می شود. به بیانی دیگر، بتن مسلح، بتنی است که در آن مواد افزودنی مانند فولاد به گونه ای تعبیه شده‌اند که بتن و ماده اضافه شده با هم در برابر نیروهای مخرب مقاومت کنند. در بتن مسلح شده با فولاد، فولاد تنش های کششی، برشی و گاهی اوقات فشاری را در سازه بتنی جذب می کند.

اختراع بتن مسلح به در قرن نوزدهم باز می گردد. استفاده از تکنولوژی بتن مسلح در آن زمان صنعت ساختمان سازی را متحول کرد و بتن مسلح به یکی از رایج ترین مصالح ساختمانی در جهان تبدیل شد. اما چه کسی برای اولین بار این این ماده استفاده کرد؟ در سال ۱۸۵۳ فرانسوا کوئینه از بتن مسلح شده با آهن به عنوان تکنیکی برای ساخت سازه های ساختمانی استفاده کرد. کوئینه اولین سازه بتن مسلح آهنی (بتن آرمه) را ساخت، خانه ای چهار طبقه در خیابان ۷۲ شارل میشل در حومه پاریس. توصیفات کوئینه از بتن مسلح نشان می‌دهد که او این کار را به‌منظور افزایش مقاومت به بتن انجام نداد، بلکه برای حفظ دیوارهای یکپارچه در برابر واژگونی انجام داد، با این حال استفاده از بتن تقویت شده در آن زمان نقطه عطفی در صنعت ساختمان سازی شد، به گونه ای که این ماده تا کنون از پرکاربردترین مواد مورد استفاده در ساختمان سازی به شمار می رود.

معمولا به بتن مسلح «بتن آرمه» نیز گفته می شود. اصطلاح بتن آرمه به استفاده از آرماتور در این بتن های تقویت شده اشاره دارد. آرماتورهای استفاده شده در بتن مسلح یا بتن آرمه معمولاً، میلگرد فولادی، مش یا آرماتورهای خم شده هستند که معمولاً قبل از گیرش بتن به صورت غیرفعال در بتن تعبیه می شوند. علاوه بر آرماتور، امروزه بتن مسلح حاوی مواد تقویت کننده دیگری مانند الیاف فولاد، الیاف شیشه، پلیمرها یا مواد مرکب دیگر نیز ساخته شده اند. به دلیل استفاده از مواد مختلف در تولید بتن مسلح، تنوع این محصول نیز بالا رفته و در حال حاضر انواع بتن مسلح در بازار موجود است.

منظور از بتن مسلح با فولاد که به آن بتن آرمه نیز گفته می شود، بتنِ سازه‌ای است که با آرماتورهای فولادی تقویت شده است. فولاد مورد استفاده در بتن مسلح می تواند به صورت میلگرد آجدار، شبکه ای میلگردهای جوشکاری شده یا میلگرد آجدار تابیده باشد. این میلگردها به صورت طولی و یا عرضی در بتن استفاده می شوند. میلگردهای عرضی معمولا خمکاری و استفاده می شوند. خم کردن میلگردها به تحمل نیروهای برشی بر قطعه بتنی کمک می کند. شبکه های فولادی جوشکاری شده (مش میلگرد) نیز برای تقویت دال های بتنی، راه ها و بتن پاشیده شده به کار می رود. جنس میلگردهای استفاده شده برای بتن مسلح فولادی معمولا از نوع فولاد کربنی یا فولادهای روکش دار (میلگرد گالوانیزه، میلگرد کامپوزیت و …) است. برای بتن مسلح می توان از فولاد ضد زنگ (استنلس استیل) نیز در جاهایی که خطر خوردگی وجود دارد استفاده کرد.

بتن مسلح شده با الیاف یا بتن الیافی را می توان با استفاده از الیاف های مختلفی تولید کرد. انتخاب نوع الیاف با توجه به پذیرش بتن، خصوصیات ساختاری الیاف و بتن و همچنین ارزیابی بتن های مسلح شده در شرایط سرویس یا بهره برداری انجام می شود. الیاف فولادی و پلی پروپیلن مواد مناسبی هستند که به عنوان مسلح کننده ثانویه به خصوص برای دال های کفی که در معرض ترافیک سنگین هستند به کار می روند. از الیاف شیشه نیز برای بتن مسلح استفاده می شود

الیاف، انقباض بتن و ترک های احتمالی را که ممکن است در خودگیری اولیه ایجاد شود کاهش داده و مقاومت بتن خشک شده را در برابر خرد شدن و سایش افزایش می دهد. چون الیاف کوتاه پلی پروپیلن بعد از کربناسیون بتن احتمال فرسودگی ندارند، قدرت جذب انرژی بتن را افزایش می دهند و در نتیجه مقاومت آن را در برابر ضربه زیاد می کنند.

تعریف بتن مسلح به الیاف فولادی در آبا: « بتن با الیاف فولادی (concrete steel fiber reinforced) یعنی بتن حاوی مقدار معینی الاف فولادی پراکنده و غیر پیوسته در راستاهای مختلف.» الیاف فولادی اگرچه گران ترند ولی هم مقاومت بتن و هم انعطاف پذیری آن را در برابر ضربه افزایش می دهد. برای ساخت بتن مسلح با الیاف پروپیلن و الیاف فولادی اینگونه عمل می کنند: الیاف پلی پروپیلن را معمولا به اندازه های ۰.۲ درصد وزنی (۰.۵% حجمی) و فیبرهای فولادی برای ساخت بتن مسلح با فیبر را به اندازه ۳-۴ درصد وزنی به مواد اولیه بتن اضافه می کنند. بتن های ساخته شده از هر دو نوع یاد شده را می توان به کمک پمپ در محل ریخت.

بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC) ترکیبی از مواد سیمانی، سنگدانه ها، آب، افزودنی ها و الیاف شیشه مقاوم به محیط قلیایی است.

الیاف طبیعی مانند سلولز چوب، خیزران و … از قدیم به عنوان تقویت کننده بتن استفاده می شدند. ایده استفاده از این روش نیز خشت های تقویت شده با کاه یا موهای اسب است که در گذشته مورد استفاده قرار می گرفتند. اگرچه استفاده از الیاف طبیعی در تقویت بتن روشی کم هزینه و پر استفاده در کشورهای کمتر توسعه یافته است، اما باید در استفاده از آن ها به خصوصیات ساختاری الیاف و بتن توجه شود تا اطمینان حاصل کرد که مناسب اختلاط با مصالح پایه سیمانی هستند یا نه.

بتن مسلح با الیاف آزبست در گذشته پرکاربردترین و موفق ترین بتن ملسح بود. زیرا آزبست یا پنبه نسوز به دلیل سختی و مقاومت بالا و ایجاد پیوستگی خوب با خمیر سیمان طی فرآوری، به الیاف ایده آل برای تولید بتن مسلح تبدیل شده بود. اما با وجود مزایای زیاد، از آنجا که تنفس اتفاقی الیاف آزبست در مراحل تولید، نصب یا تخریب منجر به بیماری های حاد تنفسی می شود، امروزه استفاده از این نوع الیاف برای بتن مسلح در اغلب کشورها ممنوع است.

الیاف کربن قابل استفاده برای بتن مسلح در دو نوع است: الیاف برپایه PAN و الیاف برپایه قیر. این تقسیم بندی با توجه به مواد اولیه مورد استفاده برای ساخت الیاف انجام می گیرد. به طور کل الیاف بر پایه PAN خصوصیات بهتری نسبت به نوع دوم داشته و گران تر است.

در بتن الیافی از الیاف پلی استر نیز استفاده می شود. این نوع بتن مسلح بیشتر برای کف سازه های صنعتی و انبارها، روسازی ها، روکش ها و محصولات پیش ساخته استفاده می شود. الیاف پلی استر که برای بتن مسلح استفاده می شود در دو نوع میکرو پلی استر و ماکرو پلی استر هستند. استفاده از این الیاف باعث افزایش مقاومت بتن در برابر ایجاد ترک های انقباضی و افزایش چقرمگی و توانایی سازه می شود.