مواد تشکیل دهنده بتن :

 

مواد تشکیل دهنده بتن به راستی چیست؟ بتن به عنوان پر تولیدترین ماده صنعتی در جهان می باشد که انواع و اقسام مختلفی دارد. ساختار بتن مجموعه ای از ذرات شن و ماسه به وسیله چسبی متشکل از سیمان و آب بهم متصل شده اند  که این مواد به نسبت مشخصی باهم مخلوط میشوند، این میزان مشخص طرح اختلاط نام دارد که بر اساس فرمول و محاسب معین می‌گردد بنابراین بسته به بزرگی ذرات شن و ماسه و میزان آب و سیمان می تواند مقاومت های مختلفی داشته باشد و در جاهای مختلف بسته به نوع کاربری و هدف مورد نظر مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله قصد داریم به بررسی تک تک مواد تشکیل دهنده بتن بپردازیم و به ویژگی هایی که بایستی که مواد تشکیل دهنده بتن بایستی داشته باشند تا به یک بتن با کیفیت دست پیدا کنیم اشاره کنیم.

بتن (به فرانسوی Béton)، از ریشه لاتین (به لاتین Bitume  )در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته می‌شود. مواد تشکیل دهنده بتن شامل ۳ بخش اصلی است که عبارتند از سنگدانه ها ، سیمان و آب که این سه جزء اصلی مواد تشکیل دهنده بتن بایستی یک سری خصوصیات ویژه ای داشته باشند تا به بتنی با کیفیت مطلوب دست پیدا کنیم. همچنین از اجزای دیگر مواد تشکیل دهنده بتن می توان به انواع افزودنی هایی که برحسب هدف کاربرد بتن به سه جزء اصلی مواد تشکیل دهنده بتن اضافه می شود اشاره کرد. در ادامه به بررسی مواد تشکیل دهنده بتن می پردازیم.

از بین مواد تشکیل دهنده بتن ، سنگدانه های مصرفی خود به دو دسته تقسیم می شوند که عبارتند از سنگدانه های طبیعی و سنگدانه های شکسته.

سنگدانه های طبیعی سنگدانه هایی هستند که بطور طبیعی از بستر رودخانه ها استخراج شده و دارای شکل و ظاهر طبیعی می باشند و معمولا بصورت کروی می باشند. سنگدانه های شکسته سنگدانه هایی هستند به کمک دستگاه های مخصوص سنگ شکن شکسته شده و دارای شکل و ظاهری چندضلعی و تیزگوشه هستند.

سنگدانه های مورد استفاده در بتن باید با ویژگی های استاندارد ملی ایران مطابقت داشته باشند .
در مورد سنگدانه های ریز و درشت باید الزامات دانه بندی ، شرح داده شده در استاندارد ، رعایت گردد . مدول نرمی سنگدانه ی ریز جزو الزامات اختیاری و بین ۳٫۲ تا ۱٫۳ است . مواد زیان آور ، شامل کلوخه های رسی و ذرات سست ، مواد ریزتر از الک ۷۵میکرون (نمره ۲۰۰)، زغال سنگ ، لیگنیت ، یا سایر مواد سبک ، دانه های پولکی و سوزنی است . سلامت ، سایش (لس آنجلس) ، سولفات های محلول در آب و کلریدهای محلول در آب در شمار الزامات اجباری است و از حدود اعلام شده در استاندارد ویژگی سنگدانه بتن نباید بیشتر باشد.

 

آزمایش های استاندارد :

آزمایش هایی که لازم است ، برای تعیین کیفیت ، بر روی سنگدانه ها انجام شود عبارتند از  : تعیین دانه بندی ، ناخالصی های آلی (ماسه) ، کلوخه های رسی و ذرات سست ، درصد مواد ریزدانه ، ذغال سنگ ، سولفات های محلول در آب ، کلرید های محلول در آب ، سلامت ، دانه های پولکی (شن) ، دانه های سوزنی (شن) و سایش لس آنجلس (شن) . در صورت وجود خطر واکنش قلیایی ، لازم است آزمایش های واکنش زایی بالقوه ی قلیایی سنگدانه ها انجام شود.

 

رعایت نکات زیست محیطی و ایمنی :

۱-عدم استفاده سنگدانه های موجود در نقاط ساحلی

۲-استفاده از سنگ های موجود در رودخانه های خشک شده و کوه های متروکه

۳-استفاده از سنگ های آوار ساختمان ها در صورت داشتن شرایط مناسب

 

بسته بندی و نگهداری سنگدانه ها :

سنگدانه باید ، قبل از مصرف در بتن و ملات ، در جای مناسبی انبار شود . سنگدانه نباید ،برای بتن ریزی در هوای سرد ، در معرض یخ بندان و رطوبت و ، در بتن ریزی در هوای گرم ، در معرض تابش مستقیم خورشید قرار گیرد. سنگدانه نباید در جایی یا به گونه ای انبار شود که به مواد خارجی و زیان آور آلوده گردد. سنگدانه های های مصرفی بایستی برحسب قطر و اندازه در مکان ها یا قسمت های مختلف انبار شوند.

از بین مواد تشکیل دهنده بتن ، سیمان دارای انواع مختلفی می باشد که برحسب هدف کابرد بتن مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه به بررسی انواع سیمان های مصرفی برای تولید بتن می پردازیم :

۱-سیمان نوع اول ، سیمان پورتلند معمولی

این سیمان جزء رایج ترین و پرمصرف ترین سیمان ها به شمار می رود و اغلب کارخانه های تولید سیمان به طور معمول این سیمان را تولید می کنند. این سیمان در شرایط جوی معمولی مصرف می شود و استفاده از آن در اکثر کارهای ساختمانی مانند پل، تونل و سایر ابنیه بتنی مجاز است. این سیمان مقاومت زیادی در برابر سولفات ها ندارد، لذا استفاده از آن در ساخت اسکله ها و پایه ی پل ها که با آب دریا و یا آب های سولفاته در تماس هستند مجاز نیست.

۲-سیمان نوع دوم ، سیمان متوسط پورتلند اصلاح شده

این نوع از سیمان کندگیر بوده و گرمای ناشی از هیدراتاسیون کم می باشد لذا برای بتن ریزی در هوای گرم  و بتن ریزی های حجیم مناسب بوده و در مقابل حملات خفیف سولفات ها مقاوم می باشد. از این نوع بتن برای ساخت کانال های فاضلاب و …. استفاده می شود.

۳-سیمان نوع سوم ، سیمان زودگیر

این نوع سیمان زودگیر بوده و برای زمان مناسب است که بتن ریزی در هوای سرد صورت می گیرد چرا که تحت اثر واکنش هیداراتاسیون گرمای قابل توجهی تولید می کنند و همچنین در تعمیرات فوری قطعات بتنی کاربرد دارند.

 

 

 

۴-سیمان نوع چهارم ، سیمان دیرگیر

این نوع سیمان هم دارای زمان گیرش بالایی بوده و در بتن ریزی های حجیم و در اجرای دبوارهای بلند که نبایستی اتصال سرد (اتصال سرد زمانی رخ می دهد که بین بتن ریزی دو قطعه وقفه زمانی اتفاق می افتد و بتن قطعه اول سخت می شود) رخ دهد مورد استفاده قرار می گیرد.

در بتن ریزی های حجیم مانند سدها و پایه پل های بزرگ، جهت کاهش تنش های حرارتی می توان از این نوع سیمان استفاده کرد. استفاده از سیماننوع چهارم باعث می شود که اولا دمای قسمت های میانی بتن حجیم کمتر از بتن ساخته شده با سیمان نوع اول باشد ( سیمان تیپ ۴ هم حرارت کمتری تولید می کند و هم این حرارت را در طول زمان بیشتری آزاد می کند) و ثانیا به علت طولانی تر بودن زمان گیرش بتن، در این مدت بخش عمده تبادل حرارتی بتن با محیط اطراف صورت می پذیرد. قابل ذکر است که برای جبران تنش حرارتی در بتن، می توان از آرماتورهای حرارتی استفاده نمود.

۵-سیمان نوع پنجم ، سیمان ضد سولفات

این سیمان از این جهت که در مقابل حمله شدید سولفات ها به خوبی مقاومت می کند، در ساختن اسکله ها و بنادر کاربرد دارد.

انبار کردن سیمان :

سيمان در هر محيطی رطوبت هوا را جذب نموده و هيدراته می شود . هم چنين با CO₂ هوا ترکيب گشته و کربناته می گردد . در هر صورت نوعی فساد بر سيمان عارض می شود . حتی در محيطهای کاملا” خشک و بدون CO₂ نيز با توجه به وجود اب در سنگ گچ ممکن است به تدريج هيدراته  شود مگر اينکه در کارخانه بجای  سنگ گچ از ايندريت گچ استفاده گردد .

سرعت فساد سيمان تابع جنس سيمان (ترکيبات اصلی ) ، ريزی سيمان ، شرايط محيطی (رطوبت و گرما ) و ميزان تماس با عوامل فساد زا  می باشد .  کلوخه شدن سيمـــان به دنبال به هم چسبيدن ذرات هيدراته شده حاصل می گردد . بــاز کردن کلوخه ها هر چند عمل مطلوبی است اما مشکل هيدراته شدن و فساد را از بين نمی برد بلکه گرد سيمان را بصورت پراکنده در بتن يا ملات خواهيم داشت و کيفيت بتن وملات مطلوبتر خواهد بود. بهر حال کلوخه شدن زنگ خطری برای فساد بيش از حد سيمان است بويژه اگر کلوخه ها براحتی در اثر غلتاندن کيسه ها يا با دست باز نشود . حتی در انبار کردن مطلوب نيز سيمان کيفيت خود را از دست ميدهد و مجبوريم برای جبران کاهش کيفيت ، مقدار سيمان را در بتن افزايش دهيم . سالانه در کشور ما بخش زيادی از توليد سيمان مستقيم يا غير مستقيم هدر ميرود .

کنترل کيفيت سيمان مانده در انبار يا سيلو با آزمايشهای افت سرخ شدن ، زمان گيرش و مقاومت ملات ماسه سيمان استاندارد انجام می گيرد . بهتر است از سيمانهای مشکوک در بتن ريزی استفاده نکنيم و آنرا در کارهای بنائی بکار بريم . بهتر است سيمان پاکتی را بيش از دو ماه و سيمان فله را در سيــــلوی فلزی بيش از ۴ ماه در مناطق تقريبا خشک و معتــــدل انبار ننماييم . مسلما اين زمان در انبار های عادی کمتر خواهد بود.  بجز در مورد ساخت بتن حجيم ، استفاده از سيمانهای تازه مطلوب است . بايد توجه داشت سيمان تازه به معنی گرم يا داغ بودن سيمان  نيست و مصرف سيمانهای گرم يا داغ حتی در هوای سرد نيز توصيه نمی گردد .

مدت مناسب  برای  انبار کردن سيمان به ارتفاع سيمان انبار شده و شرايط محيطی ، نوع و جنس سيمان بستگی دارد . گرما و رطوبت بيشتر ، سيمان زودگير و ريزتر و ارتفاع بيشتر سيمان ، مدت مناسب انبار کردن آن را کاهش می دهد .

از دیگر مواد تشکیل دهنده بتن می توان به آب اشاره نمود. آب و سیمان طی یک واکنش هیدراتاسیون وظیفه چسبانندگی سنگدانه ها را بهم برعهده دارند. آب مصرفی برای تولید بتن بایستی یک سری ویژگی هایی داشته باشد تا بتوانیم به بتنی مطلوب دست پیدا کنیم در ادامه به بررسی این خصوصیات می پردازیم.

آب مصرفی در بتن باید آب آشامیدنی باشد. آبی را که قابل آشامیدن است، مزه یا بوی مشخصی ندارد، و تمیز و صاف است می توان در بتن به کار برد.

شرایط آب مناسب برای ساخت بتن

۱-ذرات جامد معلق درآب:

ممکن است اثری بر مقاومت بتن نداشته باشد لیکن سایر خواص از مخلوط های بتن را تحت تاثیر قرار خواهد داد . آب گل آلود را باید قبل از مصرف از حوضچه های ته نشینی عبور داد یا به روش دیگری تصفیه کرد تا مقدار لای و رس آن کاهش یابد.

۲-مواد محلول درآب:

آبی که حاوی مواد محلول بیش از حد مجاز باشد بر مقاومت و زمان گیرش بتن اثر می گذارد.

۳-خزه های موجود درآب:

آب خزه دار برای ساخت بتن مناسب نیست . زیرا خزه ها می توانند با تاثیر بر فرآیند آبگیری سیمان ، یا ایجاد مقدار زیادی هوا در بتن ، سبب کاهش مقاومت آن شوند. همچنین ممکن است خزه ها به سنگدانه ها چسبیده که در این صورت چسبندگی بین خمیره سیمان و سنگدانه ها کاهش می یابد.

۴-کربناتها و بی کربنات های قلیایی:

کربنات ها و بی کربنات های سدیم و پتاسیم بر زمان گیرش سیمانهای گوناگون اثر متفاوتی دارند . کربنات سدیم می تواند گیرش را بسیار تسریع کند . ولی اغلب بی کربنات ها می توانند گیرش را سریع یا کند سازند . وجود این نمکها با غلظت زیاد می تواند مقاومت بتن را کاهش دهند.هرگاه کل نمکهای محلول از ۱۰۰۰ قسمت در میلیون تجاوز کند . باید آزمایشهای برای تعیین اثر آنها بر زمان گیرش و مقاومت انجام پذیرد.

کربنات های قلیایی موجود در آب باید از ۰٫۱ درصد یا ppm 1000 کمتر باشد. همچنین جمع درصد کربنات سدیم و کربنات پتاسیم باید از ppm 1000 یا ۰٫۱ درصد کمتر باشد.

۵-کلرورها :

کلرورها بر روی میلگردها اثر نامطلوب داشته و موجب خوردگی آنها می شوند .

مقدار کلرور در آب مصرفی برای بتن آرمه ای که در محیط خشک قرار می گیرد محدودیتی ندارد.

یون کلرید به قشر محافظ روی میلگردها که در محیط بتن با قلیایی زیاد تشکیل می شود حمله می کند . کلریدها می تواند توسط هر یک از مواد اختلاط مانند افزودنی ها ، سنگدانه ها ، سیمان  و آب یا از طریق نمکهای یخ زدا یا آب دریا وارد بتن شوند و با توجه به تعداد منابع ورود کلرید به بتن ، تعیین حداقل قابل قبول برای مقدار کلریدها در هریک از مواد تشکیل دهنده از قبیل آب اختلاط ، دشوار می باشد.

۶-سولفاتها:

مجموع سولفاتها ی موجود در آب بتن نباید از ۰٫۳ درصد تجاوز کند . از بین سولفاتها ، سولفات سدیم و سولفات منیزیم از همه مضرتر اند . بطور کلی سولفاتها مقاومت بتن را کاهش می دهند.

۷-نمکهای متفرقه :

نمکهای روی ، سرب ، منگنز ، قلع  در آب  بتن باعث کاهش قابل توجه مقاومت و تغییرات زیادی در زمان گیرش بتن شوند. نمکهای روی ، مس و سرب بیشترین اثر را دارند.

نمکهای مانند یدید سدیم ، فسفات پتاسیم ، آرسنات سدیم و برات سدیم کند گیرهای فعال بشمار می آیند.این نمکها در غلظتی حدود چند دهم درصد وزنی سیمان ، گیرش و کسب مقاومت بتن را بسیار کند می کنند.سولفور سدیم از نمکهایی است که می تواند برای بتن زیان آور باشد. وجود حتی ppm100 از این نمک ، انجام آزمایشات تائید آب را الزامی می کند.

۸-چربی ها:

چربیهای موجود در آب معمولا بر دو نوع هستند.

الف – چربی معدنی مانند نفت و انواع روغهای صنعتی

ب – چربی گیاهی یا حیوانی مانند روغنهای حیوانی و گیاهی

از انواع چربیها وجود چربی معدنی در آب بتن ، مضر تر است. عمده ضرر چربیها آن است که با ایجاد پوشش در سطح دانه ها از چسبیدن دانه ها به خمیر سیمان جلو گیری می کند.

تجربه نشان داده است بتن ساخته شده با آبی که ۲ درصد وزنی سیمان چربی معدنی دارد نسبت به نمونه شاهد حدود ۲۰ درصد افت مقاومت داشته است.

حدود مجاز میزان چربی در آب بتن تعیین نشده است . بررسی این مسئله در کارگاه با ساخته نمونه های آزمایشی بتن و مقایسه نتایج آن با نمونه های شاهد می باشد .

در هر حال آب های چربی دار می توانند برای بتن مضر باشند.

۹-آب دریا:

آب دریا اغلب حاوی کلریدها و سولفاتهای سدیم و منیزیم است . اگر چه بتن ساخته شده با آب دریا می تواند گیرش سریع تری از بتن معمولی و مقاومت اولیه بیشتر از آن داشته باشد ، ولی مقاومت آن در سنین بعد از ۲۸ روز ممکن است نسبت به بتن معمولی کمتر شود. مقاومت اولیه زیاد در واقع بدلیل اثر تسریع کننده یون کلر ید است. مقدار زیاد سولفات ، بلوری شدن سولفور آلومینات کلسیم در خمیره سیمان را به تاخیر می اندازد و درنتیجه مقاومت ۲۸ روزه بتن را تقلیل می دهد. درصورت مصرف آب دریا می توان کاهش ۱۰ تا ۲۰ درصد مقاومت فشاری را انتظار داشت. بهر حال استفاده از آب دریا در بتن آرمه مجاز نمی باشد. و فقط می توان از آن در موارد اظطراری و به صورت محدود در ساخت بتن های غیر مسلح استفاده کرد.

 

اگر به مقاله ای با زبان اصلی نیاز دارید روی اینجا کلیک کنید.