استانداردهای بتن سبک
پیشینه
توليد بتن سبك در ايران تا سالهای اخیر به صورت سنتی با استفاده از دانههای سبكی چون رس شكفته، سنگ پا، پوكه معدنی و يا بتنهای گازی توليد می گردید كه هرکدام معايبی از نظر جذب رطوبت، تخريب طبيعت و محدودیت عرصه كاربرد، دارا می باشند. اما امروزه با تزريق هوا در داخل اختلاط ماسه و سيمان، امکان سبک نمودن وزن آن هرچه بيشتر فراهم و اختلاطهای كم وزن (300 تا 1700 كيلوگرم بر مترمكعب) تحت نام بتن سبك هوادار Foamed Concrete توليد میگردد.
بتن سبك هوادار (فومبتن) از سال 1923 ميلادی در آمريكا و هلند و بعدها در آلمان مورد توجه قرار گرفته و توسعه وسيع آن از سال 1980 توسط شركت Voton با همكاری دانشگاههای آلمان و دپارتمانهای مربوطه انجام یافته است. آقای كريستوفر الكساندر از جامعه آكسفوردپرس در كتاب “A Pattern Language” متذكر می شود: «ما مطمئن هستيم كه بتن سبك هوادار بتن آينده جهان خواهد بود.»
در حالیکه در کشورمان ايران، استفاده از محصولات سنتی (آجر فشاری، بتن معمولی، چوب و ...) ، بدون توجه به تخريب طبيعت زیبا (تبديل خاك رس ،به مثابه طلای قرمز، به مصالح ساختمانی) و بلايای طبيعی همچون زمينلرزه، آتشسوزی، اتلاف منابع انرژی پایان پذیر و ... صورت می گیرد، جامعه مهندسی جهان به اين مهم دست یافته است كه برای داشتن نگاهی دقيق به پايداری سازهها - با عمر مفيد حداقل 500 سال- باید از مصالح مرغوب ديگری استفاده نموده و مسكنی كه دارای خصوصيات ضد آتش، ضد پوسيدگی و حشرات، عدم جذب رطوبت، جذب صوت، عايق حرارت، مقاوم در برابر يخ زدگی و راحت و مدرن با عمر قرنها تولید نماید. در این راستا اغراق نیست اگر ادعا شود که تفکر حاضر با شناسايی بتن سبك هوادار “Foamed Light Weight Concrete” به واقعيت پيوسته است.
خصوصيات بتن سبك
بتن سبك ماده اي است با تركيبات جديد و فوق العاده سبك و مقاوم .
مواد تشكيل دهنده بتن سبك عبارت است از ورموكوليت، پرليت، سنگ بازالت و سيمان تيپ 2 و ...
در اين بتن همانند بتنهاي عادي ، از ماسه استفاده نمي شود.
عدم وجود ماسه باعث سبك و همگن شدن ساختار بتن گرديده و باعث مي شود كه مواد تشكيل دهنده كه تقريبا" از يك خانواده مي باشند و بهتر همديگر را جذب كنند .
ساختمان اين بتن متخلخل بوده و اين مسئله پارامتر بسيار موثري است. چون تخلخل موجود در بتن باعث مقاوم شدن در برابر زلزله و عايق شدن در برابر صدا ، گرما و سرما مي گردد .
تركيبات اين بتن به گونه اي عمل مي كند كه حالت ضد رطوبت به خود گرفته و به مانند بتن معمولي كه جذب آب دارد عمل نكرده و آب را از خود دفع مي كند .
اين بتن تحت فشار مستقيم (پرس) ساخته مي شود .
بدليل شكل گيري بتن در فشار، ساختار آن دارا ي يكپارچگي قابل قبولي است .
بتن سبك در قالبهاي طراحي شده توسط متخصصين ، بصورت يكپارچه ريخته مي شود .
بدليل يكپارچگي در نوع ساختمان بتن ، قطعه توليدي از استحكام بالايي برخوردار شده و مقاومت بالايي نيز در برابر زلزله از خود نشان خواهد داد .
براي تقويت اين بتن از يك يا چند لايه شبكه فلزي در داخل بتن استفاده شده كه اين حالت همانند مسلح كردن بتن معمولي بوسيله ميلگرد مي باشد .
هزينه توليد اين نوع بتن از ديگر مواد ساختماني به نسبت ويژگي آن پايينتر است.
زمان بسيار كمتري جهت توليد ديوار هاي بتني سبك يا قطعات ديگر لازم است .
پرت مواد اوليه جهت توليد بتن سبك بسيار كمتر از بتن معمولي است. چون تمام مراحل توليد در محل مشخصي صورت گرفته و جهت توليد پروسه اي طراحي گرديده است .
بدليل طراحي كليه مراحل توليد و وجود نظارت بر تمامي اين مراحل ماده توليدي داراي استاندارد خاصي تعريف شده است . (مهندسي ساز)
خريد مصالح بطور عمده صورت مي گيرد و هزينه كمتري براي سازنده در بر خواهد داشت و در نهايت خانه پيش ساخته با قيمت پائين تري عرضه مي گردد .
قطعات توليدي در كارخانه از آزمايشات كنترل كيفيت گذر كرده و در صورت تائيد به بازار مصرف
عرضه مي گردد .
بتن سبك مسطح بوده كه مي توان با يك ماستيك كاري ساده بر روي آن رنگ آميزي كرد.
مقاومتر شدن بنا در مقابل زلزله و افزایش خمشپذیری ساختمان و قابلیت برگشت به حالت اولیه
صرفهجویی در مصرف موارد یاد شده، جلوگیری از اتلاف سرمایههای ملی و شخصی را موجب و معادل 30درصد تا 40درصد تفاوت رقم هزینه را باعث خواهد شد.
سبکسازی میتواند نیروهای ناشی از زلزله را به مقدار قابل توجهی کاهش دهد و حاشیه ایمنیسازهها را وسعت بخشد. اما متاسفانه این مقوله نه تنها در ساختوساز کشور نقطه شروعی پیدا نکرده است. بلکه بسیاری از ساختمانهای بلند در کشور با مصالح ساختمانهای معمولی و در محدوده همان فرهنگ ساخته میشود. ساخت بنا به روش بتنی قالبی است که به غلط از بعضی کشورها تقلید میشود.
در این رابطه جالب است بدانیم که در سال 1989، زمینلرزهای به بزرگی 1/7 درجه که مرکز آن در حدود 100 کیلومتری برج هرميشکل ترانس آمریکا بود، به وقوع پیوست که در نتیجه آن، این برج بیش از 30 سانتیمتر تاب خورد اما خسارتی به آن وارد نشد. این را هم بد نیست بدانیم که سال گذشته 12 زلزله با قدرت بیشتر از 6 ریشتر و یک زلزله با قدرت 3/7 ریشتر در ژاپن رخ داد که تنها منجر به مرگ 2 نفر شد. دلیل آن را به راحتی میتوان حدس زد. اینک با توجه به مطالب فوق و با عنایت ویژه به نقش و جایگاه مصالح استاندارد و به تبع آن ضرورت توجه به مقاومت و استحکام ساختمانها بیشتر آشکار میگردد.
نقل و انتقال مصالح در کارگاهها
جابهجایی مصالح باید چنان برنامهریزی شود که با دیگر فعالیتها در کار گاه همزمان صورتپذیرد و موفقیتها تنها با در نظر گرفتن موارد زیر به دست میآید:
ـ توجه لازم به شکل بستهبندی
ـ نظارت بر روند وترتیب تحویل مصالح
ـ بهکارگیری تجهیزات مناسب
ـ اتخاذ نظارت درست بر تمام عملکردها
جابهجایی مصالح تنها یک مشکل کارگاهی نیست، بلکه عملکرد طراح، تولیدکننده و پیمانکار بر ر وی آن تاثیر میگذارد و طراحی شکل، وزن و استحکام مصالح را تعیین میکند. نوع بستهبندی بستگی به تولیدکننده دارد و سیاست پیمانکار برای جابهجایی مصالح در کارگاه بر کار تاثیر میگذارد. جابهجایی غیرضروری مصالح هزینه کارگاه را بالا میبرد در حالی که میتوان از اتلاف مصالح به کمک بازرسی مجدد برنامه ماشینآلات و تجهیزات به کار گرفته شده، برای این منظور جلوگیری نمود. مصالح در شکلهای مختلف به کارگاه تحویل داده میشوند. بعضی به صورت انبوه و یا حتی به صورت کیسهایاند در حالی که بقیه در پالتها، بستهها یا جعبهها قرار گرفتهاند. واضح است که این مساله بر روی نحوه توزیع و انبار مصالح در کارگاه تاثیر میگذارد. هنگاميکه مقدار زیادی از مصالح به صورت انبوه تحویل کارگاه میشوند این امکان وجود دارد که مقدار کمياز آن فلهای تحویل داده شود. معمولا پیمانکار و تولیدکننده بر روی روش تحویل توافق میکنند ولی هر گونه تفاوت در روشهای استاندارد تحویل مصالح قیمت آن را افزایش میدهد.
از دیگر خصوصیات بتن سبک :
صرفهجويی در مصرف انرژی و امکان استفاده از نیروی کار ساده و فنی
صرفهجويی در مصرف انرژی مورد نیاز جهت جابهجايی مصالح ساختمان و حمل آن به طبقات مختلف
صرفهجويی در مصرف آهنآلات
صرفهجويی در مصرف مصالح ساختمانی جهت ساخت پی و نیاز کمتر به محکمسازی با هزینههای گزاف برای زیرسازی
صرفهجويی چشمگیر در حملونقل مصالح ساختمانی از کارخانه تولیدی تا محل مصرف
صرفهجويی در موارد فوق خود موجب پايین آمدن قیمت تمام شده ساختمان خواهد شد.
صرفهجويی در مصرف انرژی در طول عمرسازه و ساختمان و بهرهبرداری از آن
متاثر شدن محیط زیست و آب و هوا از صرفهجويی در مصرف انرژی به علت کاهش آلودگی هوا
صرفهجويی در وقت و زمان و مدت احداث بنا
نحوه حفاظت و نگهداری از مصالح
مواد و مصالح ساختمانی به ندرت آن اندازهای که لازم است مورد محافظت و مراقبت قرار میگیرند. باید توجه داشت کیفیت خسارتی که از بابت مجاورت مواد و مصالح ساختمانی با شرایط جوی نامناسب به آنها وارد میشود، تا زمانی که در ساختمان به کار میروند ظاهر نمیشود.
در نتیجه دو جنبه عمده و مجزا در ارتباط با حفاظت مواد و مصالح ساختمانی وجود دارد:
ـ مدت زمان انبار و نگهداری مصالح در کارگاه که تاثیر مهمي روی عملکرد بعدی و کیفیت خواهد داشت.
ـ آسیبپذیری مصالح، اغلب بلا فاصله بعد از به کار رفتن در ساختمان انجام میشود، چون به محض به کار بردن مصالح در ساختمان، نه تنها در معرض هوازدگی و فرسایش ناشی از مجاورت با شرایط آب و هوایی قرار میگیرند بلکه در معرض خطر اصابت و برخورد ناشی از اجرای کارهای بعدی ساختمانی هم واقع میشوند.
در ساختمانهایی که با استفاده از اسکلت بتنی یا فلزی ساخته میشوند عمدتا از مصالح سبک برای ساخت اعضای غیر باربر استفاده میشود که تا حدودی مشابه میباشد. کیفیت ساختمانهای فلزی بیشتر به اجرا به خصوص در قسمت اتصالات باز میگردد. اما در ساخت ساختمانهای با اسکلت بتنی انتخاب بتن و ویژگیهای آن اهمیت بیشتری پیدا میکند. گر چه اغلب در ساخت این ساختمانها از بتن آماده استفاده میشود، اما کیفیت بتن در پای کار ممکن است کیفیت بتن در محل تولید نباشد. بنابراین «علاوه بر انتخاب مصالح مناسب در محل تولید مانند استاندارد بودن کیفیت سیمان، کیفیت شن و ماسه، کیفیت آب، کیفیت مواد افزودنی و کیفیت بتن در محل اجرا نیز توجه خاص به عمل آید.»از میان مصالح مختلف ساختمانی هیچ یک به اندازه سیمان پرتلند عادی، با بی توجهی و سهلانگاری نگهداری نمیشود. چه بسا در اثر بیتوجهی در نگهداری گاه مجبور شده ایم چندین تن سیمان پاکتی را در گودالهای بزرگ دفن کنیم. این مصالح جزو مصالح جاذب رطوبتاند. آنها رطوبت موجود در هوا را جذب میکنند و به سرعت دچار فعل و انفعالات شیمیایی میشوند که این فعل و انفعالات بر ساختمان مولکولی آنها تاثیر میگذارد و در نهایت از استحکام و تاب آنها در اجرا میکاهد. تغییرات شیمیایی ایجاد شده همیشه قابل رویت نیستند و در شکل ظاهری تاثیر چندانی نمیگذارند و فقط به هنگام خودگیری است که این تاثیرات به صورت زودگیری یا کندگیری بروز میکند. سیمان و گچ باید روی بستری از تخته یا الوار، در شرایطی فاقد رطوبت نگهداری شوند. مصالحی که به هر شکل تحت تاثیر رطوبت واقع شدهاند را نباید به هیچ عنوان مصرف کرد. خصوصا سیمانی که برای تولید ملاتها و «مخلوطهای نمونه» مورد استفاده قرار میگیرد باید فاقد رطوبت در یک سیلو، در محوطه دستگاه بتنسا
درجة حرارت
مراجع معتبر كار اندازه گيري و يا ارائة نظريه در ارتباط با درجة حرارت بتن و نحوة عمل آن در مقابل آتش را به انجام رسانده اند.ميزان درجة حرارت تاثير زيادي روي خرد گرديدن بتن دارند و در نتيجه نوع آزمايش سوخت انجام گرديده شده بر نحوة عمل آتش روي بتن LWACدر مقايسة با NDCتاثير مي گذارد.پوشش عايق LWACبهتر ازNDC مي باشد و اين بخاطر رسانايي گرمايي كمتر از آن مي باشد و اساتيدي چند معتقدند كه اين حالت در برابر مقاومت در برابر آتش نتيجة مثبت به همراه خواهد داشت،نتيجة آن مي گردد كه LWACنسبت به NDCبه لحاظ مقاومت در برابر آتش و فشار به آن مقدم مي باشد،درجة حرارت بالا رفته در بتن از قبل فشار ديده شده،به وضوح براي بتن LWACكمتر مي باشد.ديگر اساتيد به درجات پايين تر بتن LWACاشاره نموده اند كه اين درجه حرارت اندكي بالا مي رود،يكي از اساتيد ادعا مي نمايد كه دماي بالا رفته در LWACحداقل ۲۰ درصد مي باشد و اين رقم ۲۰ درصدي در مقايسه با بتن NDCدر برابر سوخت سلولزي مي باشد و يكي ديگر از اساتيد نيز به تفلوت حدود ۱۵ درصدي (بر اساس شبيه سازي) اشاره مي دارد.
سوخت هيدروكربني ميزان دما در لاية خارجي بتن بسيار بيشتر از ميزان درجه حرارت در سوخت ايزو مي باشد، شكل۲ را مشاهده نماييد كه در اين تصوير به قابليت هدايت گرمايي كمتر LWAC در مقايسه با NDC كه منجر به بالا رفتن دما در لاية خارجي LWACمي گردد،اشاره مي دارد.واين باعث شكنندگي و خرد شدگي LWACمي گردد، حتي ”مالهوترا”كه به طور كلي دربارة مقاومت LWACدر برابر آتش نظر مثبت داشت،مي گويد كه اين بتن نسبت به سوخت ايزو بسيار سريع تر گرم مي گردد و اين باعث خرد شدگي وسيع بتن مي گردد،با شبيه سازي ومحاسبة افزايش دما در حين سوخت،دماي بدست آمده، ۱۰ تا ۲۵ دقيقه زودتر از سوخت هيدرو كربن در مقايسة با سوخت ايزو بدست مي آيد.
تني چند از اساتيد با عامل حفاظتي غير فعال در برابر آتش و با سوخت هيدرو كربن ،تحقيقاتي انجام داده اند، و در نهايت هدف كاهش بار آتش مي باشد تا به اين ترتيب از شدت تندي درجه حرارت در نزديك سطح بتن كاسته گردد، نتايج نشان مي دهند كه اگر عامل حفاظتي در برابر آتش در حين آزمايش سوخت شل نگردد، درجه حرارت در بتن افزايش مي يابد و مقاومت آن كاسته مي گردد،يعني اول متوقف و سپس كاسته مي گردد، به عنوان مثال بتن بعد از ۲ساعت سوختن در برابر سوخت هيدرو كربن به ۳۰۰ تا ۴۰۰ درجة سانتيگراد ميرسد، و اين زماني است كه ضد آتش غير فعال مورد استفاده قرار گيرد، و اگر يك عامل غير فعال در برابر آتش مناسب به كاربرده شود ،هيچ خرده شدگي به وجود نمي آيدو اين شكستگي در بتن هاي نروژي ها بسيار مقاوم LWACديده نمي گردد.
مقاومت باقيمانده
اساتيد بزرگوار بر باقيماندة مقاومت بتن در برابر آتش تاكيد نموده و تحقيقاتي را انجام داده اند، و مي گويند كه بتن يكي از مقاوم ترين مواد در برابر آتش را داراست و LWACبهترين مقاومت را نسبت به NDC در برابر آتش از خود نشان مي دهد، اما اگر در حين سوخت خردشدگي به وقوع بپيوندد، دليل اين عمل احتمالا تضعيف شديد استحكام بتن در برابر دماي بالا مي باشد.
تني چند از اساتيد نيز به نظرية باقيماندة مقاومت بتن در حين سوخت ايزو اشاره مي نمايند، و به نظر مي رسد كه با اين نظر موافقند كه LWAC نسبت به NDCدر دماي بالاتر مقاومت بيشتري از خود نشان مي دهند ، و بر اساس كتاب ساختار بتن مولفان داخلي كشور عزيزمان ايران، بتن LWACتا بالاي ۵۰۰ درجة سانتيگراد مقاوم مي باشد و بر اساس محدوديت دما براي NDC، دماي گزارش شده ۳۰۰ ويا ۳۵۰ درجة سانتيگراد ميباشد.
در ادامة بررسي پيشنهادات اساتيد داخلي و خارجي به بخشي ديگر از اين نظريه ها پرداخته مي گردد، و آن پرداختن به فشار متراكم و تعديل شده در دماي پايين تراكم مي باشد، مطابق نمودار فشار كشش LWAC تا ۳۰۰ درجة سانتيگراد تغيير مي نمايد، نوع حجم مورد استفاده با توجه به نمودار فشار كشش در حين گرما دهي و بنابراين مقاومت باقيمانده در دماي بالاتر بسيار اهميت دارد،تراكم سيليكوس تاثير اندكي بر نحوة عمل بتن در برابر آتش را به اثبات رسانيده است در حاليكه تراكم ”كالكاروس”بهترين اجراي آزمايش تراكمي را به اثبات مي رساند.
در تمامي نظريه ها و آزمايش ها با بتن بسيار مقاوم =w/c) 0.36 بخار سيليكا ۵درصدي) كاهش فشار مقاوم و تعديل كنندة Eدر حدود ۳۵-25 درصد در بتن هايي با درجة حرارت ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجة سانتيگراد را ارائه مي نمايد .به تصوير ۳ توجه نماييد كه بر اساس آن كاهش دما تا ۶۰۰ درجه، سبب كاهش ۵درصد مقاومت فشاري و ۶۰ درصد مقاومت تعديل كننده Eگرديده است و براي NDCاندكي بالاتر مي باشد.
تا اين لحظه در كل جهان ،تنها يك برنامة آزمايشي وجود دارد كه قادر به تعيين ميزان سطح مقاومت باقيمانده در يك نمونة بتن سرد شدة LWACبعد از آزمايش سوخت هيدر كربن بر روي آن مي باشد. اندازة باقيماندة مقاومت در حدود صفر مي باشد و اين ميزان در هر دو آزمايش LWACبا مقاومت سيلندر ۶۰-۴۰ مگا پاسكال قابل دسترسي مي باشد، وبا افزودن فيبر PP به LWACبا سيلندر مقاوم ۷۵ مگا پاسكال باقيماندة مقاومت بعد از سوخت هيدرو كربن در حدود ۵۰-۴۰ درصد مي باشد،با استفاده از محافظ غير فعال در برابر آتش ،مي توان هيچ گونه كاهش مقاومتي را در بتن مشاهده ننماييم.
يادآوري بسيار مهم اين مي باشد كه، در صورتي كه ظرفيت بار واردة به بتن بعد از سوخت ممكن است به طرز قابل توجهي كاهش يابد و به اين ترتيب زيان هاي وارده به حداقل خود كاهش مي يابد.
بتن سبك هوادار
عمده بتن معمولی توليد شده در وزن kg/m32400 میباشد كه با داشتن وزن سنگين، اجرای سخت، عدم هماهنگی با سيستمهای تأسيسات حرارتی و برودتی و از همه مهمتر با خاصيت جذب بسيار بالای آب، هميشه سرد و نمدار بوده و دارای معايب بسيار دیگری میباشد. مقاومت در مقابل يخزدگی و عدم جذب رطوبت این نوع بتن، در صورت افزودن مقدار 7% هوا بدان، تقويت شده، اما هرگز نمی تواند به جای بتن سبك هوادار استفاده گردد.
بتن سبك هوادار مادهای هماهنگ و سازگار با طبيعت است كه تنها با مواد سنگی و سيمان توليد می گردد؛ بطوریکه با 1 مترمكعب از مواد فوق، 2 مترمكعب بتن بدست میآيد و از اين طريق، توان صنعت ساخت و ساز 2 برابر میگردد که این ویژگی موجب توجه اغلب متخصصين عرصه ساختمان به سوی آن شده است. اين محصول در حالتی كه هنوز گيرش نكرده به صورت مايع و به رنگ سيمان بوده و پس از خودگيری به رنگ خاكستری در می آيد.
وجود هوای فشرده به شكل حبابهای كوچك، همگن و يكنواخت در داخل بتن هوادار و دهها مزايای مختلف دیگر در اين محصول، توسعه استفاده از آن را در صنعت ساختمان بسيار مورد توجه قرار داده است؛ بطوریکه این محصول بدلیل ویژگیهای بی مانندی در عرصه معماری، تنوع اختلاط، خصوصيات شيميايی، مهندسی سازه و تكنولوژی اجرا، اغلب استانداردهای مصالح ساختمانی مورد توجه دنيا را دارا می باشد. خصوصياتی از قبيل مقاومت در مقابل آتش، کاهش مصرف مواد اولیه، همسازی با طبيعت، بازيافت ضايعات و پاكسازی محيط زيست، موجب کسب جايگاه بسيار مناسبی در صنعت ساختمان برای بتن سبك هوادار با تركيباتی از آب و تيپهای مختلف سيمان، مواد سنگی سيليسی و مواد كفزای غيرپروتئينی -همگی مطابق با استانداردهای ويژه صنعتی- میباشند.
چکیده
كلية مقاومت بتن در برابر آتش در محدودة زماني بين شروع تا رسيدن به دماي بحراني قابل تعيين مي باشد، و در اين بازة زماني نتايجي بدست مي آيد:
* ساختار LWAC نسبت به ساختار NDC داراي مقاومت بيشتري مي باشد و به اين خاطر سبب كاهش رساناي گرمايي LWACمي گردد و به اين ترتيب گزينةبهتر دراين ساختار،استفاده از عايق كاري در جهت مقاوم سازي مي باشد.
* در بارهاي سوختي شديد ،مثل هيدرو كربن ،پوشش عايق ممكن است در حين سوختن خرد گردد، دليل اصلي فشار بخار به اضافة فشارهاي ممكن بر بارخارجي –كشش و فشارهاي زيادي بر بتن در نظر گرفته شده است، فشار بخار توسط ميزان آب بخار شدني و نفوذ پذيري بتن و بار سوختي قابل محاسبه وتعيين مي باشد.
* LWAC مي تواند محتوي آب بخار شدني بيشتري نسبت به NDC داشته باشد،زيرا آب جذب شده در LWAC و مواد آن بيشتر مي باشد،بنابراين خطر خرد شدن در LWACبسيار شديد تر مي باشد و اين چيزي است كه در آزمايش هاي فشار بالاتر LWAC(با w/c كم) و در برابر هيدرو كربن نشان داده شده است، ساختار LWACممكن است نسبت به ساختار NDCدر برابر با آتش شديد مقامت كمتري از خود نشان دهد.