بتن سبک چیست؟
بتن با سنگدانه‌های متخلخل امروزه رایج ترین نوع بتن سبک است. چگالی آن به دلیل استفاده از سنگدانه‌های سبک و متخلخل از 180 کیلو نیوتن بر متر مربع تجاوز نمی‌کند. بتن سبک نه تنها باعث صرفه جویی در وزن مرده سازه می‌شود بلکه عایق بهتری در برابر گرما و صدا است. با این حال، مقاومت چنین بتنی کمتر از بتن معمولی است اما همچنان می‌تواند در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار گیرد.
تعریف
بتن سبک (Lightweight Concrete) مخلوطی است که با سنگدانه‌های سبک مانند شیل، خاک رس یا تخته سنگ ساخته می‌شود که باعث می‌شوند چگالی آن کم شود. بتن سبک سازه‌ای دارای چگالی 1400 تا 1800 کیلوگرم بر متر مکعب است، در حالی که چگالی بتن با وزن معمولی بین 2200 تا 2400 کیلوگرم بر متر مکعب می‌باشد. چگالی کم بتن سبک وزن را برای ساخت سازه‌هایی که به حداقل مقطع نیاز دارند، ایده آل می‌کند.
چگالی بتن سبک می‌تواند تا 35 درصد کمتر از بتن با وزن معمولی باشد. علاوه بر کاهش وزن مرده، مدول الاستیسیته کمتر و شکل پذیری مناسب بتن سبک، ممکن است در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها مفید واقع شود. از دیگر مزایای این بتن می‌توان به مقاومت بیشتر در برابر آتش، هدایت حرارتی کم، ضریب انبساط حرارتی پایین و هزینه نصب و حمل و نقل کمتر برای اعضای پیش ساخته اشاره کرد.
تاریخچه
آزمایش‌های مربوط به بتن سبک به دو هزار سال قبل باز می‌گردند. یکی از شناخته شده‌ترین سازه‌های بتنی سبک، پانتئون در رم (حدود 128 پس از میلاد) است. ساخت گنبد نیمکره‌ای این سازه با قطر داخلی بیش از 43 متر، نقطه اوج پیشرفت معماری و مهندسی است.
پانتئون یک شاهکار مهندسی سازه است که از نظر جزئیات ساخت و ساز و استفاده بهینه از مصالح ساختمانی دارای خلاقیت زیادی است. گنبد این سازه از یک مخلوط بتن سبکی ساخته شده است زیرا نیاز به کاهش وزن برای تحمل وزن خود داشت.
در دوره مدرن اولین استفاده از بتن سبک (LWC) در سال 1917 ثبت شد، زمانی که شرکت ناوگان اضطراری آمریکا شروع به ساخت کشتی با این بتن کرد. در طول دهه‌های 1920 و 1930، بسیاری از انواع مختلف بتن سبک توسعه یافتند که در اصل یک اختراع هلندی – بلژیکی بودند. سپس از اواخر دهه 1930 به بعد، این بتن در سوئیس به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت و پس از آن در بسیاری از کشورهای اروپایی محبوبیت یافت.
اولین پروژه بزرگ با استفاده از بتن سبک سازه‌ای در سال‌های 1928 و 1929 به صورت الحاقی به دفتر شرکت تلفن «ساوت وسترن بل» در کانزاس سیتی انجام شد. این ساختمان در ابتدا به عنوان یک سازه 14 طبقه‌ای ساخته شد. شرکت سازنده این پروژه دریافته بود که زیربنای ساختار با در نظر گرفتن بار اضافی بتن سنگین وزن معمولی، هشت طبقه دیگر را پشتیبانی می‌کنند.
اولین ساختمان بلند بتنی سبک سازه‌ای، هتل سنت لوئیس است که در پارک پلازا آمریکا قرار دارد. این سازه 28 طبقه‌ای که در سال 1929 ساخته شد، از بتن سبک سازه‌ای در هر دو سیستم قاب و کف و همچنین برای ضد حریق کردن ساختار استفاده کرده است.
خواص بتن سبک
- چگالی کم: وزن کم این را باید مهمترین ویژگی آن دانست. چگالی کم باعث می‌شود تا وزن کلی سازه کاهش پیدا کند و از این رو، ساختمان در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد پایدارتر باشد.
- مقاوم در برابر آتش: بتن سبک دارای خواص ضد حریق عالی است. رسانایی حرارتی کم باعث شده است تا این بتن بتواند مدت زمان تخریب سازه براساس حریق را افزایش دهد.
- عایق صدا: عایق صدا در بتن سبک معمولاً بیشتر از عایق صدا در بتن معمولی است.
- ماندگاری: بتن سبک فقط کمی قلیایی است. به دلیل تخلخل و قلیایی بودن می‌تواند از میلگردها در بتن مسلح بابت زنگ زدگی محافظت کند.
- عایق حرارتی: ارزش عایق بتن سبک حدود سه تا شش برابر آجر و حدود ده برابر بتن معمولی است. یک دیوار ساخته شده با این بتن که ضخامتی در حدود 200 میلی‌‌متر با چگالی 800 کیلوگرم بر متر مکعب دارد، مشابه با دیواری به ضخامت 400 میلی‌متری با چگالی 1600 کیلوگرم بر متر مکعب است.
- کنترل کیفیت: کنترل کیفیت بهتر در ساخت سازه با محصولات بتنی سبک به دلیل پیش ساخته بودن (در کارخانه ساخته می‌شود) بهتر انجام می‌شود.
تفاوت بین بتن معمولی و سبک
برخلاف بتن سنتی، بتن سبک دارای محتوای آب بیشتری است. استفاده از سنگدانه‌های متخلخل، زمان خشک شدن را افزایش می‌دهد. از این رو، برای جبران این مشکل، سنگدانه‌ها قبل از اضافه شدن به سیمان، از قبل در آب خیس می‌شوند. همانطور که قبلا ذکر شد، بتن معمولی به دلیل وجود سنگدانه‌های متراکم‌تر در حالت طبیعی، چگالی بیشتری نسبت به بتن سبک دارد.
در نتیجه، بسیاری معتقدند که بتن معمولی در مقایسه با بتن سبک ارزان‌تر است. با این حال، پروژه‌های ساخته شده با بتن معمولی به قالب بندی و تقویت کننده‌های فولادی نیاز دارند که در نهایت هزینه کلی پروژه را افزایش می‌دهند. از این رو، بتن یک مصالح ساختمانی مقرون به صرفه است که برای پروژه‌های بزرگ انتخابی عالی محسوب می‌شود.
کاربردهای عملی
یکی از محبوب‌‌ترین سازه‌هایی که با بتن سبک ساخته شده است، ساختمان بانک آمریکا در شارلوت کارولینا شمالی است. این سازه نشان می‌دهد که چطور بتن سبک برای ساخت کفپوش اضافی در بالای سازه‌های قدیمی یا حتی جدیدتر ایده آل است زیرا خطر ریزش را کاهش می‌دهد. به این ترتیب، می‌توان از این بتن برای ساخت موفقیت آمیز پل‌ها، عرشه‌ها، تیرها، پایه‌ها، سازه‌های پیش ساخته و ساختمان‌های بلند استفاده کرد.
به عنوان مثال، استفاده از بتن سبک در «پل رودخانه واباش» به سازندگان آن این امکان را می‌دهد که وزن پل را تا 17 درصد کاهش دهند. با کاهش مقدار وزن، 18 درصد از نظر هزینه صرفه جویی شود که این بالغ بر 1.7 میلیون دلار در زمان ساخت این پل بود.
به دلیل هدایت حرارتی کم و مقاومت حرارتی بالای بتن سبک، از این بتن معمولاً برای عایق کاری لوله‌های آب، دیوارها، پشت بام‌ها و سایر موارد استفاده می‌شود. این بتن با تشکیل یک لایه محافظ از خوردگی فولاد محافظت می‌کند و همچنین برای عایق کاری سازه‌های فولادی در برابر پوسیدگی انتخاب عالی خواهد بود. بتن سبک معمولاً برای ساخت بزرگراه‌های بین شهری، بدون اضافه کردن بار مرده به سازه‌های موجود استفاده می‌شود.
انواع بتن سبک
بتن سنگدانه سبک (LIGHTWEIGHT AGGREGATE CONCRETE)
این فرم از بتن سبک با استفاده از سنگدانه‌های متخلخل و سبک از جمله خاک رس، شیل، تخته سنگ، پوکه آتشفشانی، خاکستر یا پرلیت تولید می‌شود. سنگدانه‌های ضعیفتر نیز ممکن است به مخلوط اضافه شوند که بر هدایت حرارتی آن تأثیر می‌گذارند. با این حال، انجام این کار ممکن است قدرت آن را کاهش دهد. سنگدانه سبک برای بلوک‌های بتنی پیش ساخته یا بتن مسلح پیش ساخته مناسب است. با این حال، این بتن نتایج پیوند بهتری را بین فولاد و بتن، همراه با افزایش حفاظت در برابر خوردگی فولاد نشان می‌دهد.
بتن سبک هوادهی شده یا فوم‌دار (Aerated Or Foamed Concrete)
این نوع بتن سبک با نام بتن گازی نیز شناخته می‌شود زیرا با وارد کردن حفره‌های بزرگ به داخل توده ملات یا بتن ساخته خواهد شد. حفره‌ها معمولاً از طریق یک واکنش شیمیایی یا با استفاده از یک عامل حباب کننده هوا تزریق می‌شوند. بتن هوادهی یا فوم‌دار نیازی به تسطیح ندارد و عایق حرارتی مناسب از خود نشان می‌دهد و اغلب خود متراکم است. این امر، باعث شده است تا این بتن برای استفاده در فضاهای صعب العبور و سیستم‌های فاضلاب ایده آل باشد.
بتن سبک بدون ریزدانه (No-Fines Concrete)
این شکل از بتن با حذف سنگدانه‌های ریز از مخلوط ایجاد می‌شود و بتنی را می‌سازد که فقط از فضاهای خالی بزرگ و سنگدانه‌های درشت تشکیل شده است. به همین دلیل است که بتن بدون سنگدانه ریز عایق بهتر از بتن سبک معمولی است و شرینکیج نسبتاً کمتری دارد. این بتن برای دیوارهای باربر مناسب است و می‌تواند در ساخت و ساز استفاده شود. البته، بتن سنگدانه ریز به دلیل چگالی و محتوای سیمان کم نباید به عنوان بتن مسلح استفاده شود.
مزایا و معایب
بتن سبک یک مصالح ساختمانی انعطاف پذیر و قابل حمل است. این امر باعث می‌شود که برای پروژه‌های ساختمانی بزرگ‌تر به مصالحی مقرون به صرفه تبدیل شود. علاوه بر این، به دلیل رسانایی حرارتی کم و مقاومت در برابر آتش، یک ماده ایده آل برای عایق کاری در برابر آسیب گرما است. با وجود کاهش تراکم، سازه‌های ساخته شده با این بتن بعید است که فرو بریزند!
بتن سبک در مقایسه با بتن معمولی، شرینکیج کمتری دارد و همچنین مقاومت بیشتری در برابر پوسیدگی و هجوم موریانه از خود نشان می‌دهد. با این حال، این بتن نیز محدودیت‌هایی مخصوص به خود را دارد. از آنجایی که در طرح اختلاط آن از آب بیشتری استفاده می‌شود، خشک شدن این بتن زمان بیشتری طول می‌کشد.
علاوه بر این، افزودن بیش از حد آب می‌تواند منجر به تشکیل لایه‌های از آب شود. در حالی که کاهش مقدار آب برای جبران این مشکل ممکن است منجر به مخلوطی ضعیفتر شود، طرح اخلاط نهایی نیاز به نظارت بسیار است. به همین دلیل، رسیدن به اهداف مورد نظر با بتن سبک دشوارتر به نظر می‌رسد. یکی دیگر از مشکلات این است که سیمان در صورت اختلاط نادرست از سنگدانه‌ها جدا می‌شود.
کلام آخر
بتن سبک یک جایگزین مقرون به صرفه ای برای بتن معمولی است، به خصوص که مقاومت سازه را به خطر نمیندازد. تخلخل بالای این بتن باعث افزایش هدایت حرارتی آن شده است. برای پروژه‌هایی که نیاز به عایق مناسب در برابر آسیب گرما دارند، این بتن انتخابی بی‌چون و چراست. با اینکه جزئیات ساخت این بتن سخت است و به عوامل متعدد نیاز دارد اما با تحقیقات بسیاری که تاکنون در مورد این بتن انجام شده است، می‌توان از آن در کاربردهای مختلفی استفاده کرد.
منابع:
https://www.specifyconcrete.org/blog/what-exactly-is-lightweight-concrete
https://www.civilknowledges.com/lightweight-concrete/
https://www.foamconcrete.in/post/history-of-light-weight-concrete