اگر تا به حال در یک پیاده رو راه رفته اید، در جاده ای رانندگی کرده اید یا در ساختمانی ایستاده اید، به احتمال زیاد با بتن مواجه شده اید. به زبان ساده، بتن مخلوطی از سیمان، آب و سنگدانه ها (مانند ماسه و شن) است که با گذشت زمان سخت می شود و ماده ای جامد و قوی ایجاد می کند.
در انواع پروژه های ساختمانی استفاده می شود زیرا مقرون به صرفه، بادوام است و تقریباً به هر شکلی قابل قالب گیری است.
آیا تا به حال در مورد تاریخ غنی یکی از قوی ترین مصالح ساختمانی جهان فکر کرده اید؟ بتن در کنار انعطاف پذیری، مقرون به صرفه بودن و کاربردی بودن، تاریخچه ای طولانی دارد که به دوران مصر باز می گردد.
از جمله افرادی که در ختراع بتن دست داشتند می توان به موارد زیر اشاره کرد :
اشکال خام بتن توسط مصری ها در 3000 سال قبل از میلاد مورد استفاده قرار گرفت. این تمدن باستانی از مخلوط گل و کاه برای چسباندن آجرها به هم استفاده می کرند.
اهرام بزرگ مصر یکی از نوآوی های مصری ها بود که برای ساخت آن از گل و خشت به عنوان ملات استفاده می کردند.
رومی ها نوع خاصی از بتن را توسعه دادند که آنقدر قوی بود که امروزه بیش از 2000 سال بعد هنوز در بسیاری از ساختمان ها، پل ها و جاده های آنها یافت می شود! رومی ها بتن سیمان هیدرولیک را با آهک و خاکستر آتشفشانی ترکیب کردند.
در سال 1824، مردی انگلیسی به نام جوزف آسپدین، سیمان پرتلند را با سوزاندن گچ ریز آسیاب شده با خاک رس اختراع کرد. او نام اثر خود را از سنگ های ساختمانی استخراج شده در پورتلند انگلستان نامگذاری کرد.
بتن یکی از مواد ساختمانی است که برای ساخت و ساز استفاده می‌شود و تأثیر بسیار زیادی بر جهان داشته است. بتن به عنوان یک ماده ساختمانی قوی و پایدار شناخته می‌شود و در ساختمان‌ها، پل‌ها، بنادر، سد‌ها و سازه‌های دیگر استفاده می‌شود.
بتن به دلیل ویژگی‌های خاص خود مانند قدرت فشاری بالا، مقاومت در برابر حرارت و آتش، مقاومت در برابر زلزله و انعطاف‌پذیری، توانسته است در ساختمان‌های بلند و پیچیده مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، بتن به عنوان یک ماده ساختمانی پایدار و قابل بازیافت شناخته می‌شود که به حفظ محیط زیست کمک می‌کند.
بتن همچنین در توسعه زیرساخت‌های شهری و تأسیسات عمومی نیز نقش مهمی داشته است. ساخت و ساز بزرگراه‌ها، تونل‌ها، فرودگاه‌ها، راه‌آهن‌ها و سازه‌های دیگر نیز با استفاده از بتن انجام می‌شود.
به طور کلی، بتن با تأثیر قابل توجهی در توسعه و پیشرفت شهرها و زیرساخت‌ها، بهبود کیفیت زندگی افراد و ایجاد امکانات و خدمات بهتر برای جامعه کمک کرده است.
برای درک کامل میزان تأثیر بتن بر جهان، بیایید به چند مزیتی که بتن را به یک مصالح ساختمانی واقعاً منحصربفرد تبدیل می‌کند نگاهی بیندازیم:
بتن بازده انرژی و هزینه های چرخه عمر کمتری را فراهم می کند و آن را به یکی از مصالح ساختمانی پایدار تبدیل می کند. طی 47 سال گذشته، تولیدکنندگان سیمان به کاهش 35 درصدی انرژی مورد نیاز برای تولید یک تن سیمان دست یافته اند.
بعلاوه، بتن اکسپوز کربن را از هوا جذب می کند و آن را برای همیشه در فرآیندی به نام کربناسیون ذخیره می کند، به این معنی که انتشار گازهای گلخانه ای اولیه ایجاد شده خود را جبران می کند.
سازندگان می توانند بتن را تقریباً به هر شکلی متناسب با نیازهای هر پروژه ای شکل دهند.
بتن فوق‌العاده قوی است و سازه‌های بتنی می‌توانند در برابر بلایای طبیعی و آب و هوا مقاومت کنند، که می‌تواند به صرفه‌جویی در هزینه‌های بازیابی و حفظ امنیت جوامع کمک کند.
بتن هزاران سال است که به جوامع و تمدن ها کمک کرده است تا نوآوری و پیشرفت کنند.
بسیاری از مهم‌ترین پیشرفت‌های زیرساختی که دنیای غرب را شکل داد، مانند اختراع سد هوور، با بتن و سیمان ساخته شد. بدون بتن، تصور اینکه امروز جاده ها، ساختمان ها، خانه ها و سایر زیرساخت ها چگونه خواهند بود، غیرممکن است.
بسیاری از بناهای تاریخی چه آنها که هزاران سال پیش ساخته شده اند و چه در این قرن از بتن ساخته شده اندعبارت اند از:
پانتئون در رم بزرگترین گنبد بتنی است که تقویت نشده است. با وجود تکمیل در سال 125، پانتئون هنوز در رم پابرجاست. قطر آن 142 فوت با یک چشم یا سوراخ 27 فوتی در مرکز است.
نماد نمادین ساخته شده از بتن در طول قرن ها ساخته شده است. سلسله‌ها و پادشاهی‌ها در طول تاریخ چین این بنا را مستحکم کردند و قرن‌ها پس از شروع آن به آن افزودند.
واقع در سواحل جنوب انگلستان، این سومین تکرار از فانوس دریایی در اواخر دهه 1600 با استفاده از آهک هیدرولیک جان اسمیتون ساخته شد. ساختار بتنی تاریخی تنها به این دلیل شکست خورد که سنگ های زیرین در طول زمان فرسایش یافتند.
در سال 1891، اوهایو محل اولین خیابان بتنی شد . این خیابان که به خیابان دادگاه معروف است، هنوز پابرجاست. اگرچه جورج بارتولومئو این خیابان را بیش از 100 سال پیش ساخته است، اما دو برابر بتن مورد استفاده در پروژه های مسکونی مدرن استحکام دارد.
پس از تلاش های ناموفق برای ایجاد توسعه حیاتی در سفر و حمل و نقل، ساخت کانال پاناما سرانجام در سال 1904 آغاز شد . پس از 10 سال، پروژه به پایان رسید. بتن نقش مهمی در قفل‌ها داشت که به بلند کردن کشتی‌ها در حین حرکت در کانال کمک می‌کرد. پس از اتمام آن، سرانجام بسیاری از کشورها و بنادر به هم متصل شدند.
خود سد که در سال 1936 تکمیل شد ، به بیش از 3 میلیون بتن نیاز داشت. ساخت نیروگاه و سایر سازه های سد 1 میلیون دیگر طول کشید. سازندگان بتن را در یک توده نریختند، زیرا ممکن بود ترک بخورد و درمان آن خیلی طول بکشد. در عوض بلوک ها را با بتن پر کردند تا ستون بسازند. آزمایشات بیست سال بعد نشان داد که بتن با گذشت زمان قوی تر شده است.
کمتر از 10 سال پس از اتمام سد هوور، سازندگان عظیم‌ترین سازه بتنی را ساختند . سد گرند کولی در واشنگتن برای تکمیل آن در سال 1942 به 12 میلیون یارد مکعب بتن نیاز داشت. از آنجایی که به 4 برابر بیشتر از سد هوور نیاز داشت، سازندگان از یک تسمه نقاله به طول 2 مایل برای انتقال مواد به محل استفاده کردند. سازندگان از همان روشی که برای ساختن سد هوور برای سد گرند کولی استفاده کردند، استفاده کردند، فقط در مقیاسی بسیار بزرگتر مورد استفاده قرار گرفت.
این ساختمان بتنی عنوان بزرگترین سازه بتنی را در نیمکره جنوبی به خود اختصاص داده است . ساخت و ساز در سال 1959 آغاز شد و در سال 1973 به پایان رسید .
برج خلیفه در دبی واقع شده و با استفاده از بتن مسلح ساخته شده است. این برج تا پایان ساخت برج جده عنوان بلندترین ساختمان جهان را حفظ خواهد کرد . با این حال، به نظر می رسد تاریخ پایانی برای برج 1000 متری در نظر گرفته نشده است.
برج خلیفه از بیش از 400000 یارد مکعب بتن همراه با بیش از 60000 تن میلگرد یا آرماتور استفاده کرده است.
این سازه های مدرن و تاریخی اگر بتن نبود امکان پذیر نبود. ارتفاع، استحکام، اندازه و موارد دیگر نشان دهنده توانایی های بتن است. سودمندی این ماده پس از سال های قبل از میلاد نیز از بین نرفت. امروز و در آینده ای دور، ما به استفاده از بتن برای ساخت ساختمان های نوآورانه، خانه ها، آپارتمان ها، هتل ها، مجسمه ها و موارد دیگر ادامه خواهیم داد.
امروزه بتن جزء پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. این پایه و اساس دنیای مدرن است و برای ساختن طیف وسیعی از سازه ها استفاده می شود. این سازه ها شامل:
بندها،جاده ها،پل ها،تونل ها،ساختمان ها،کانال های فاضلاب و فاضلاب،پایه ها،نرده هاو …!
در زیر انواع سیمان پرتلند موجود در بازار آورده شده است.
سیمان پرتلند معمولی (IS 12269)
درجه 43 (IS 8112)
درجه 53 (IS 12269)
سیمان پوزولانا پرتلند (IS 1489)
سیمان سرباره پرتلند (IS 455)
همه این سیمان ها از نظر فرمولاسیون شیمیایی، فیزیکی و کانی شناسی متفاوت هستند. بنابراین این سیمان ها نمی توانند جایگزین یکدیگر در مخلوط بتن معین شوند.
هدف اصلی سیمان افزایش مقاومت در بتن است، اما میزان سیمان در بتن باید به حداقل برسد تا پایداری اقتصادی و حجمی حاصل شود (سیمان باعث افزایش انقباض خشک شدن و پلاستیسیته بتن می شود).
آب در هیدراتاسیون سیمان و کارایی بتن نقش اصلی را ایفا می کند و محتوای آن باید مطابق با طرح اختلاط بتن حفظ شود تا از مقاومت بتن و تخلخل در بتن کاسته نشود و در استفاده از آب آشامیدنی احتیاط شود.
آب های قابل حمل عموماً برای اختلاط و عمل آوری بتن رضایت بخش در نظر گرفته می شوند.
آب ناخالصی که برای ساخت بتن استفاده می شود می تواند در هنگام گیرش یا شکست زودرس سازه مشکل ایجاد کند.
سنگدانه ها یک ماده شیمیایی غیر فعال هستند که توسط سیمان به یکدیگر متصل می شوند.
سنگدانه ها بر اساس اندازه ذرات و چگالی ظاهری به دو دسته دانه های ریز و سنگدانه درشت طبقه بندی می شوند.
موارد زیر باید خواص ایده آل سنگدانه های ریز مورد استفاده در بتن باشد.
• اندازه ذرات کوچکتر از 4.75 میلی متر باشد.
• ماسه طبیعی معمولاً به عنوان سنگدانه ریز استفاده می شود.
• شن و ماسه به طور کلی از چاله ها، رودخانه ها، دریاچه ها، سواحل دریا به دست می آید.
• وقتی از چاله ها به دست می آید باید کاملا شسته شود تا عاری از سیلیس باشد.
• شن و ماسه ساحلی ممکن است حاوی کلرید باشد که ممکن است باعث ایجاد شکوفه و خوردگی آرماتورها شود، بنابراین قبل از استفاده باید کاملاً شسته شود.
• خاک دانه‌دار زاویه‌دار بتن خوبی را به‌دلیل خاصیت در هم‌بستگی خوبش می‌سازد، در حالی که خاک دانه‌دار گرد چنین درهم‌تنیدگی را ندارد.
موارد زیر باید خواص ایده آل سنگدانه درشت مورد استفاده در بتن باشد.
• اندازه ذرات بزرگتر از 4.75 میلی متر باشد.
• ثبات حجم و مقاومت در برابر سایش را فراهم می کند و تغییرات حجم را کاهش می دهد.
• سرباره کوره بلند، خاکستر زغال سنگ نیز ممکن است به عنوان سنگدانه برای به دست آوردن بتن سبک و عایق با مقاومت کم استفاده شود.
• هنگامی که بتن با مقاومت بسیار بالا مورد نیاز است، گرانیت دانه بسیار ریز شاید بهترین سنگدانه باشد.
• سنگ‌های درشت دانه بتن خشن می‌سازند و به نسبت بالایی از ماسه و نسبت آب زیاد سیمان برای دستیابی به درجه کارایی معقول نیاز دارند.
افزودنی ها موادی غیر از سیمان، سنگدانه و آب هستند که قبل یا در حین اختلاط به بتن اضافه می شوند تا خواص و عملکرد آن را در حالت تازه (کارایی، زمان گیرش و غیره) و سخت شده (دوام مقاومتی و غیره) تغییر دهند.
این سنگدانه ها به طور کلی به دو نوع طبقه بندی می شوند
1. افزودنی های شیمیایی (کاهنده آب، فوق روان کننده، کندکننده، شتاب دهنده و غیره)
2. مواد افزودنی معدنی (خاکستر بادی، متاکائولین، دود سیلیس و غیره)
مواد افزودنی معمولاً برای اهداف زیر استفاده می شود.
• به عنوان کاهش دهنده آب
• به عنوان یک کند کننده
• به عنوان یک شتاب دهنده
• به عنوان یک سرگرم کننده هوا
• برای افزایش جریان پذیری
• برای افزایش کارایی
• برای افزایش مقاومت بتن و غیر
دلایل احتمالی زیادی برای خراب شدن بتن وجود دارد. بتن عمدتاً در اثر کربناته شدن خمیر سیمان سخت شده و خوردگی میلگرد در اثر حمله کلرید در شرایط مرطوب آسیب می بیند. آسیب های شیمیایی در اثر واکنش های شیمیایی مختلف، گونه های شیمیایی تهاجمی (یون های کلرید، سولفات، منیزیم) موجود در آب های زیرزمینی و آب دریا یا تشکیل محصولات متورم تولید شده توسط میکروارگانیسم ها (باکتری ها، قارچ ها و غیره) ایجاد می شود.
