بتن سبک
ويژگيهاي عمومي بتن هاي سبک بتن هاي سبك به سه روش توليد مي شوند :
1 - ايجاد تخلخل در داخل مالت
2 - حذف ريز دانه از مخلوط براي ايجاد منافذ
3 - كاربرد دانه هاي سبك به جاي سنگ دانه هاي معمولي
بتن اسفنجی: دسته اول بتنهاي اسفنجي كه در حين ساخت آنها با ايجاد كف يا حباب گاز، حبابهايي در خمير سيمان يا در مالت سيمان - سنگدانه ايجاد مي گردد. حباب مورد نظر يا از طريق مواد كف زا در حين اختلاط توليد شده و يا به صورت كف آماده به مخلوط اضافه ميشود. يا با افزودن مواد واکنش زايي مانند پودر آلومينيوم به بتن تازه توليدمي شود. واکنش اين مواد باعث ايجاد گاز در بتن و در نتيجه سبک شدن ماتریس سيمان آن مي شود. ويژگی اصلی مورد نياز در ساخت بتن اسفنجی پايدار بودن حبابها و توزيع يکنواخت آنها در هنگام اختلاط، حمل نقل و بتن ريزی میباشد.
بتن هاي با ساختار باز: این بتن ها در واقع بدون ريز دانه هستند و در آن ها ماسه از مخلوط بتن حذف گرديده و دانه هاي درشت با خمير سيمان به يكديگر چسبيده اند. ساخت بتن سبک با ساختار باز، هم با استفاده از سنگدانه های طبيعی و هم با استفاده ازسبکدانه امکان پذير است. اين بتنها برای مصارفی چون زهکش و یا پرکنندههای سبک به کار میروند.
بتن سبكدانه: دسته سوم، بتن با سنگدانه سبك يا به اختصار بتن سبکدانه است. در اين نوع بتن، سبك كردن از طريق استفاده از سنگدانه هاي سبك صورت مي گيرد. لازمه ساخت اين نوع بتن استفاده از سبکدانه مناسب با ويژگيهای مورد نياز است. هدف كلي از توليد اين بتن ها كاهش وزن مخصوص است،اماا در عين حال در اين بتنها ويژگيهاي ديگري مانند مقاومت حرارتي و صوتي و... اهميت پيدا مي کند .
طبقه بندي بتن سبك بر مبناي مقاومت
علاوه بر طبقه بندي بتن سبک از لحاظ روش ساخت، اين بتن ها بر مبناي مقاومت نيز طبقه بندي ميگردند. بتنهاي سبک از ديدگاه مقاومتي در سه دسته طبقه بندي ميشوند كه عبارتند از بتن سبك غيرسازهاي، بتن سبک نيمه سازهاي يا بتن سبك يا مقاومت متوسط و بتن سبك غيرسازهاي، بتن سبك نيمه سازهاي يابتن سبك با مقاومت متوسط و بتن سبك سازهاي كه در ادامه به آن پرداخته ميشود.
الف( بتن سبك غيرسازه اي: بتنهاي سبك با مقاومت كمتراز7مگا پاسكال در رده بتنهاي سبك غيرسازه اي طبقه بندي ميشوند. اين نوع بتنها با وزن مخصوصي معادل 800 كيلوگرم بر مترمكعب و كمتر، به عنوان تيغه هاي جداساز و عايقهاي حرارتي و صوتي در كف بسيار مؤثرهستند. اين نوع بتن ميتوانددر تركيب با مواد ديگر در ديوار، كف و سيستمهاي مختلف سقف مورد استفاده قرار گيرد. اضافه كردن ريزدانه هايي با وزن معمولي، موجب افزايش وزن بتن و مقاومت آن ميشود، ليكن به منظور حصول خواص عايقبندي حرارتي (ضريب انتقال حرارت كم)، حداكثر وزن مخصوص به800 كيلوگرم در مترمکعب محدود ميگردد.هنگام سااخت و استفاده از بتن سبك غيرسازه اي، سعي بر اين است كه با كاهش وزن بتوان خصوصیات عايق حرارتي را افزايش داد، اما ذكر اين مطلب ضروري است كه با كاهش وزن مخصوص بتن، مقاومت آن نيز كاهش مي يابد. مقاومت فضایي و وزن مخصوص بتن، ارتباط نزديكي با هم دارند و با افزايش وزن مخصوص، مقاومت زيادتري مورد انتظار است. با توجه به مقاومت به دست آمده از اين نوع بتن، محل کاربرد آن تعيين ميگردد. به عنوان مثال بتن هايي با مقاومت فشاري حدود0/7مگاپاسكال و كمتر براي عايقسازی لوله هاي بخار زيرزميني مناسب هستند و از بتنهاي با مقاومت زيادتر تا حدود 3/5 مگاپاسكال بيشتر در پياده روها استفاده ميشود. بايد توجه داشت كه جمع شدگي بتنهاي سبك در هنگام خشك شدن در اكثر موارد و به خصوص در موارد حذف سنگدانه هاي درشت از مخلوط، همواره مشكلساز است.
ب) بتن سبک نيمه سازه اي: بتنهاي سبک موجود در اين طبقه ً عمدتا از نوع بتنهاي سبكدانه و بتنهايبا ساختار باز ميباشند. به عبارت ديگر براي كاهش چگالي بتن، يا ريزدانه از مخلوط بتن حذف ميشود يا از سنگدانه هاي سبك طبيعي يا مصنوعي براي سبك‌سازي مخلوط استفاده ميگردد. سبكدانه هاي مورد استفاده در بتنهاي سبک نيمه سازهاي ً معمولا از يكي از روشهاي آهكي شدن )تكليس(، كلينكر محصوالت منبسط شده ا ي نظير روبارهه اي منبسط شده ليكا، خاكستر بادي، شيل و اسليت يا سنگدانه هاي به دست آمده از مصالح طبيعي مانند پوكه سنگهاي آذرين و سنگهاي آذرين متخلخل )توف( توليد ميشوند. وزن مخصوص بتن ساخته شده با سنگدانههاي فوق بين 800تا1400 كيلوگرم بر مترمكعب است. مقاومت فشاري اين نوع بتن از 7 تا 17 مگاپاسكال تغيير مي‌كند. كاربرد مواد افزودني نظير تسريع كننده ها و روان كننده ها ميتواند در تغيير مقاومت بتنهاي ساخته شده با سنگدانه هاي توليد شده از روشهاي مذكور موثر باشد. كاربرد اين بتنها ً معموال در بلوك‌هاي مجوف بتني، كفسازيها و موارد مشابه است.
ج) بتن سبك سازه اي: بتنهاي سبك سازه اي بتنهايي هستند كه علي رغم دارا بودن چگالي كمتر از2000 كيلوگرم بر مترمكعب، مقاومت فشاری بيش از 17 مگاپاسكال دارند. ساخت اين بتنهای صرفا با استفاده از سنگدانه هاي سبك و مقاوم امكان پذير است. اكثر بتنهاي سبك سازهاي از خانواده بتنهاي سبكدانه ميباشند كه در آن براي كاهش وزن مخصوص بتن ازسنگ دانه هاي سبك استفاده شده است. به اين دليل بعضا از عبارات بتن سبكدانه و بتن سبك سازهاي براي بيان يك مفهوم استفاده ميشود. سنگدانه هايي كه اين شرايط را ً عموما برآورد مي‌كنند و طبق استاندارد ASTM-C330 براي ساخت بتن سبك سازهاي مورد استفاده قرار ميگيرند ً عمدتا عبارتند از: الف( شيل، رس و اسليت منبسط شده در كوره ي دوار
ب)سنگدانه هايي كه از فرآيند تبادل يوني به دست مي آيند مانند ليكا
ج) روباره هاي منبسط شده
د) پوكه هاي معدني مانند اسكريا و پوميس
ه) پوكه هاي صنعتي
و) سبكدانه هاي توليد شده از خاكستر بادي گندوله شده
تأمين مقاومت فشاري معادل 20 مگاپاسكال و بيشتر با بعضي از اين سنگدانه ها امكانپذير است. همانطور که پيش از اين ذكر شد، مقاومت بتن سبك معمولا تابعي از وزن مخصوص آن است. بايدتوجه داشت كه وزن مخصوص بتن عمدتا متأثر از وزن مخصوص سنگدانه هاي مصرفي است، به گونه اي كه استفاده از مصالح سبکترموجب كاهش وزن مخصوص بتن ميشود. الزم به ذكر است كه استفاده از سبكدانه هاي سنگينتر، لزوما باعث افزايش مقاومت بتن ساخته شده نخواهد شد. استفاده از سبكدانه با مقاومت متناسب با مقاومت مورد نياز بتن سبک براي دستيابي به حداقل وزن مخصوص و حداكثر مقاومت، مطلوب ميباشد. بيشترين مقاومت بتن سبكدانه ً معمولا وقتي حاصل ميشود كه از سبكدانه هاي سازه اي كه مقاومت آن برابر يا بيش از مقاومت ماتريس سيمان باشد براي سبك سازي بتن استفاده گردد. سبكدانههاي سازهاي مقاوم كه در ساخت بتن سبك پر مقاومت به كار رفتهاند ً عمدتا ساخته شده از شيل، رس و اسليت منبسط شده در فرآيند كوره دوار ميباشند. در آئین نامه هاي بتن من جمله آئين نامه بتن ايران و منتخب نهم مقررات ملي ساختمان ساخت بتنهاي سازه ای )از رده C16 به بالا( براساس ديدگاه دوام و پايداري بتن صورت ميپذيرد. با استفاده از سبکدانهليكا بدليل عاري بودن ازهر گونه موارد مضرر در بتن الزامات دوام تأمين می شود اين درحالي است كه ساير سبكدانه هاي ديگر اعم از معدني و صنعتي داراي اين خصوصيت نمیباشندو بدليل نداشتن فرآوري استفاده از آنها در بتن با اطمينان توصيه نميگردد.
ريز ساختار بتن سبكدانه: بتن سبكدانه نيز مانند بتن معمولي چند فازي است. در مرحله اختلاط، ريختن و تراكم ميتوان آن را دو فازي شامل »فاز خميري« )خمير سيمان( و »فاز صلب« )سنگدانه( دانست. در هنگام سخت شدن بتن، مصالح غير همگن تبديل به يك مصالح ظاهراًهمگن ميشوند. اين امر در شكل شماره ذيل مشاهده ميگردد. به هر حال اين ويژگي بتن به سطح ديدگاه بستگي دارد. سطح ديدگاه شامل سطح كالن نگر، سطح ميانه و سطح ریز نگر ميباشد. از ديد كالن نگر كه خواص مهندسی بتن تعيين ميشود، بتن مصالح همگن تلقي ميگردد. اين خواص شامل ويژگيهاي فيزيكي - مكانيكي و تابع زمان ميباشد.از ديد ميانه، در مقياس ميليمتر تا سانتيمتر، بتن داراي دو يا سه فاز ميباشد. از ديد ريز نگر، فرآيندهاي هيدراتاسيون و شكل گیري ريز ساختار توضيح داده ميشود كه در آن ويژگيهاي ناحيه اليه مرزي سنگدانه و خمير سيمان تشريح ميگردد. خواص اليه مرزي )انتقالي يا تماس( به خصوصيات سطح سنگدانه و ساختار منافذ و رطوبت اوليه سنگدانه ها بستگي دارد. با توجه به ساختار منافذ سنگدانه، حتي برخي فرآورده هاي واكنش آب و سيمان مانند هيدروكسيد كلسيم ميتواند به داخل منافذ سنگدانه نفوذ كند. اين پديده بيشتر در منافذ بزرگتر و سنگدانه هايي با جذب آن بيشتر اتفاق ميافتد. ساده ترين روش ممكن براي مدل كردن بتن سخت شده، در نظر گرفتن مصالح به صورت مركب دو فازي مانند فاز خميري )ماتريس( و فاز ذرات )سنگدانه( ميباشد. خواص مكانيكي مصالح تحت تأثير خواص هر فاز و اندر كنش بين فازها ميباشد. ً معموال بتن سبكدانه شامل سبكدانه و سنگدانه معمولي است كه از نظر خواص متفاوتند. در اين حالت مدل دو فازي را ميتوان اصالح نمود و ماسه معمولي را در فاز خمير سيمان منظور كرد يعني يك فاز مالت و يك فاز سبکدانه بدست ميآيد. به طور كلي سنگدانه معمولي مقاومت فشاري، مقاومت كششي و مدول الاستیسیته بيشتري را نسبت به خمير سيمان دارا است. اين امر بر توزيع تنش اثر ميگذارد و محل ترك‌هاي اوليه را مشخص مي‌كند و بنابر اين توسعه گسيختگي و شكست بتن را تعيين مينمايد. در وهله اول، سنگدانه معمولي به خاطر داشتن مدول الاستیسیته بيشتر، تنش بيشتري را جذب مي‌كند. اختلاف در صلبيت، موجب ايجاد تنش كششي عرضي در اليه مرزي خمير سيمان و سنگدانه ميگردد. اختلاف موجود در ضريب پواسون ميتواندتنش كششي عرضي را افزايش دهد و حتي تيزگوشگي سنگدانه ها تمركز تنش كششي موضعي را باعث ميشود. با اين وجود شباهت بيشتر مدول االستيسيته فاز سبكدانه و فاز مالت باعث توزيع يكنواخت تر تنش در بتن سبكدانه ميشود. با افزايش بارگذاري، تركها ً عمدتا از سبكدانه ها آغاز شده و گسترش مييابند. اين امر برخالف نحوه شروع ترك در بتن معمولي ميباشد كه ً عمدتا از فاز اليه مرزي آغاز ميشود. دليل اين امر ضعيف بودن نسبي فاز سبكدانه در مقايسهبا فازهاي اليه مرزي و مالت در بتن سبكدانهاست. بنابراين براي توجيه برخي از پديده هاي مشاهده شده در بتن سبك كه ممكن است متفاوت با بتن معمولي باشدتوجه به ريز ساختار بتن سبك و تفاوت آن با بتن معمولي ضروري است. بتن هاي سبك ونيمه سبك ليكا از نوع بتن سبکدانه بوده وكاربرد هاي گسترده اي درشيب بندي، پوشش كف، سقف، پر كردن فضاهاي خالي، توليد بلوك هاي ساختماني غير باربر و عايق، قطعات پيش ساخته و نظاير آن دارند. بتن دانه سبك ليكا به دليل داشتن دانههاي ليكا داراي ويژگي هاي مهمي نظير وزن كم، رسانايي حرارتي پايين، افت صوتي، مقاوت در برابر آتش ونظاير آن مي باشد. بديهي است مقاديرهر يك از اين ويژگيها بستگي مستقيم به طرح اختالط دارد كه بر اساس كاربرد مورد نظرتهيه مي شود.