تاریخچه بتن

مقاله زیر به تاریخچه پنج هزار ساله بتن و چگونگی تبدیل آن به متداول ترین ماده در دنیای امروز می پردازد. حدود سه هزار سال قبل از میلاد مسیح، بتن توسط مصری ها، چینی ها و یونانیان به اشکال ابتدایی استفاده می شد اما بتن برای اولین بار توسط رومی ها در قرن سوم قبل از میلاد مسیح ساخته شد. رومی ها کشف کردند که مخلوط خاکستر آتشفشانی با ملات آهک، شن و ماسه، ماده ای سخت مانند بتن امروزی می سازد.

تاریخچه باستانی بتن

در حدود سه هزار سال قبل از میلاد، مصری ها می دانستند که از گل مخلوط شده با نی می توانند سنگ های بزرگی تولید کنند. این نوع سازه های آجری بسیار شبیه سازه های بتنی امروزی هستند. با این حال، اهرام مصر توسط گچ و ملات آهک ساخته شدند. به طور کلی، ملات و بتن مصالح متفاوتی بودند اما در آن عصر هنوز می توان آنها را به عنوان یک ماده مشابه در ساخت و ساز در نظر گرفت. طبق آمار، حدود 500 هزار تن ملات برای ایجاد مصالح ساختمانی برای ایجاد هرم بزرگ در جیزه مورد نیاز بود.

در حدود 600 سال قبل از میلاد، یونانیان یک ماده طبیعی به نام پوزولان را پیدا کردند. هنگامی که پوزولان با آهک مخلوط می شود، خواص هیدرولیکی از خود نشان می دهد؛ اما رومیان همسایه یونانیان، ساختمان های بیشتری با بتن ساختند. در حدود 200 سال قبل از میلاد مسیح، رومی ها می دانستند که چگونه می توان سازه هایی را با بتن ساخت.

رومی از انواع مختلف سنگ با ملات استفاده می کردند، دیوارها در همه طرف ساختار با آجر پوشانده شده بودند اما آجرها ارزش ساختاری کمی داشتند. در این زمان، بیشتر ساختمان های رُم از سیمان ساخته شده از سنگ آهک استفاده می کردند. اکنون پس از هزاران سال هنوز هم ساختمان های رومی پابرجا هستند.

تاریخچه مدرن بتن

پس از سقوط امپراتوری روم، استفاده از بتن به سرعت کاهش یافت زیرا بیشتر سازندگان علاقه بیشتری به سنگ طبیعی داشتند. کم کم تکنیک ساخت سیمان باستانی از بین رفت و تا اواسط قرون وسطی دوباره ظاهر نشد. در سال 1414، نسخه های خطی ویترویوس پولیو رومی که حاوی اطلاعاتی درباره سیمان پوزولانی بودند، کشف شدند. فرا جیوکوندو (Fra Giocondo) برای ساخت اسکله Pont de Notre Dame در پاریس در سال 1499، اولین استفاده مدرن از بتن را شروع کرد.

قرن 18 میلادی

فنآوری بتن در دهۀ 1700 جهش بزرگی به خود دید. «جان اسماتون» یک مهندس انگلیسی، به دنبال مصالح ساختمانی بود که نتواند تحت تأثیر آب قرار گیرد. وی در سال 1774 کشف کرد که آهک زنده می تواند سیمان سخت تری بسازد. در سال 1793 او متوجه شد که با استفاده از سنگ آهک حاوی خاک رس، آهک هیدرولیکی تولید می شود، آهکی که با آب سفت خواهد شد. از این نوع بتن در بازسازی تاریخی فانوس دریایی ادیستون (Eddystone) در کُرنوال (Cornwall)، انگلستان استفاده شد.

کارهای اسماتون منجر به استفاده گسترده تر از بتن در سراسر انگلیس و پیشرفت بیشتر این فنآوری شد. «جیمز پارکر» یک سیمان هیدرولیکی طبیعی را در سال 1796 به ثبت رساند که با کلسینگ قطعات سنگ آهک خالص حاوی رس ساخته شده بود. «ویلیام جساپ» از اختراع پارکر برای ایجاد باراندازی در غرب هند استفاده کرد. این بارانداز یکی از اولین سازه هایی بود که در چنین مقیاس وسیعی از بتن استفاده می کرد.

قرن 19 میلادی

محبوبیت بتن به عنوان یک ماده ساختمانی در فرانسه گسترش یافت، جایی که «لوئیس ویکت» در سال 1812 یک آهک هیدرولیکی مصنوعی متشکل از سنگ آهک و خاک رُس مصنوعی ایجاد کرد. این فنآوری در سال 1816 برای ساخت اولین پل بتنی غیر مسلح در جهان در سویلاک فرانسه استفاده شد.

قرن نوزدهم شاهد پیشرفت سریع فنآوری بتن در سراسر جهان بودیم. هنگامی که یک معمار انگلیسی به نام «جوزف آسپدین» کشف مهمی کرد، یکی از مهمترین پیشرفت ها اتفاق افتاد. او آموخت که سوزاندن گچ ریز آسیاب شده با خاک رُس در یک کوره آهک، سیمانی تولید می کند که بسیار قوی تر از سیمان ساخته شده از سنگ آهک بود. این محصول «سیمان پرتلند» نام داشت که هنوز هم در تولید بتن امروزی مورد استفاده قرار می گیرد.

چهار سال بعد، سیمان پرتلند در اولین کاربرد مهندسی خود برای پُر کردن شکاف در «تونل تیمز» در لندن استفاده شد. یکی دیگر از پیشرفت های مهم این فنآوری در سال 1849، زمانی اتفاق افتاد که باغبان فرانسوی «جوزف مونیر» روش های ساخت گلدان گل را آغاز کرد. وی گلدان های باغ ویلیام واند آمریکایی را با مش آهنی تقویت کرد و اینگونه بود که ایده بتن مسلح متولد شد.

مونیر اختراع خود را در نمایشگاه پاریس در سال 1867 به نمایش گذاشت و حق ثبت اختراع آن را دریافت کرد. از آنجا که بتن مسلح مقاومت کششی فولاد و مقاومت فشاری بتن را با هم ترکیب می کند، توانایی مقاومت در برابر بارهای سنگین را دارد و امروزه نیز در ساختمان های بسیاری مورد استفاده قرار می گیرد.

سیمان پرتلند پس از آغاز به کار، نقطه کانونی فنآوری بتن شد و بسیاری از دانشمندان و مهندسان تمرکز خود را بر روی آن قرار دادند. «دیوید سیلور» آمریکایی برای اولین بار اهمیت تشکیل کلینکر واقعی را در سال 1871 نشان داد و اولین حق ثبت اختراع آمریکا برای سیمان پرتلند را دریافت کرد. «جی گرانت» از انگلیس، با تجزیه و تحلیل شیمیایی ترکیبات اصلی سیمان پرتلند و نشان دادن اهمیت استفاده از سخت ترین و متراکم ترین قسمت های کلینکر، ایده های سیلور را یک گام به جلو پیش برد.

در آن روزها کوره هایی که برای ساخت بتن استفاده می شدند، عمودی و ساکن بودند و پس از هر بار استفاده، باید خنک می شدند. پس نیاز به کوره کارآمدتری بود. در سال 1885 یک مهندس انگلیسی کوره ای را توسعه داد که کمی کج، افقی و قابل چرخش بود. این کوره، «کوره دوار» نامیده می شد و امکان کنترل بهتر دما و اختلاط کارآمدتر مواد را فراهم می کرد. این مهم منجر به خروجی سازگارتر بتن با کیفیت بالا می شد. تا سال 1890، بیشتر کوره های مورد استفاده در تولید بتن دوار بودند.

قرن بیستم میلادی

توماس ادیسون مخترع آمریکایی هنگامی که اولین کوره بلند را در سال 1902 در سیمان ادیسون پورتلند در نیوجرسی معرفی کرد، فنآوری کوره دوار را توسعه داد. طول کوره او طولانی تر از کوره های مورد استفاده در آن زمان بود و زمینه را برای کوره های امروزی هموار کرد. ادیسون در سال 1909 حق ثبت اختراع برای کوره خود را دریافت کرد. در سال 1908 ادیسون همچنین خانه هایی بتنی در دهکده جدید ساخت که هنوز هم پابرجا هستند.

حال امروزه ما با یک فرمول استاندارد برای سیمان پرتلند روبرو هستیم. این مهم در سال 1917 توسط انجمن آمریکایی استاندارد ایجاد شد. فرمول استاندارد، کیفیت متفاوتی را ایجاد نمی کند و مهم نیست که کسی چه زمانی ماده را تولید کرده است. حتی قبل از تهیه فرمول سیمان پرتلند، سازندگان بار دیگر از بتن در پروژه های سراسر جهان استفاده می کردند.

در اوایل دهۀ 1900، بتن مقبولیت عمومی را به عنوان مصالح ساختمانی به دست آورد و در ساخت سازه های زیر مورد استفاده قرار گرفت :

• یک آپارتمان در پاریس در سال 1902
• اولین ساختمان بلند بتنی در اوهایو در سال 1904
• یک پل طویل در رُم در سال 1911

در سال 1913، اولین بچینگ بتن در بالتیمور و در مریلند احداث شد. این روش به کارآمدتر شدن تولید بتن کمک کرد زیرا کارگران دیگر مجبور نبودند بتن را در محل تولید کنند. مواد تشکیل دهنده بتن در کارخانه به صورت خودکار با هم مخلوط می شوند.

از اولین کارخانه های تولید بتن آماده در آمریکا

همانطور که بتن توسعه پیدا کرد، ما آن را به مصالح ساختمانی محبوبی تبدیل کردیم. ما روش های آسان تری برای ساخت، حمل و نقل و استفاده از آن کشف کردیم. در کنار آن اکتشافات، سازندگان و معماران، بناهایی را به سبک های مختلف ساختند. ساختمان های زیر از جدیدترین تکنولوژی بتن ساخته شده اند :

• سالن پل رودولف دانشگاه ییل
• موزه ساینس هیلز در ژاپن
• کلیسای یوبیل در خارج از رُم
• مرکز تحقیقات موسسه سالک در کالیفرنیا
• مجتمع مسکونی ویلا سایتان در ژاپن
• موزه ملی برزیل

دیگر سازه های مهم بتنی در اواخر قرن 20 ساخته شده اند و شامل اولین سدهای بزرگ، سد گرند کولی، ساخته شده در سال 1933 و سد هوور، ساخته شده در سال 1936 هستند. اولین سازه ورزشی گنبدی بتنی، سالن اجتماعات ساخته شده در دانشگاه ایلینوی در اربانا شمپین در سال 1967 و بلندترین ساختمان بتن آرمه در جهان، در شیکاگو، ایلینوی، در سال 1992 ساخته شده اند.

امروزه بتن پرمصرف ترین ماده در صنعت ساختمان است و در همه جای دنیا، در جاده ها، خانه ها، پل ها و بسیاری از سازه ها، یافت می شود. حتی مسابقات کانو بتنی و مسابقات فریزبی نیز برگزار می شوند. پیمانکاران نوآور بتنی اکنون در حال ساخت ساختمان هایی با رویکردهای جدید هستند.

خلاصه ای از تاریخچه بتن

از طریق یک جدول زمانی دقیق، ما می دانیم که بتن هزاران سال قبل از دوران مدرن وجود داشته و فرهنگ ها در طول سال ها از بتن استفاده کرده اند :

• 6500 سال قبل از میلاد : در این سال تقریباً اولین ساختمان های بتنی ساخته شدند. بدوی ها این ساختارهای بتنی تاریخی را در سوریه و اردن امروزی ایجاد کردند. این مهم زمینه را برای تکنیک های تولید بتن مناسب تر با گذشت زمان فراهم کرد.
• 3 هزار سال قبل از میلاد : در این مدت، مصری ها با استفاده از گل مخلوط شده با کاه، مصالح ساختمانی خشت مانندی ایجاد کردند. آنها همچنین ملات های گچ و آهک را برای اتصال آجرهای خشت به یکدیگر تولید و استفاده کردند. تقریباً در همان زمان، سازندگانی در چین از نوعی سیمان ایجاد شده با برنج چسبناک استفاده می کردند.
• 700 سال قبل از میلاد : بادیه نشین ها سیمانی را کشف کردند که زیر آب سخت می شد و در این زمان کوره هایی برای تولید ملات ایجاد کردند. آنها از این ملات برای کمک به ساخت کف، خانه و سایر سازه ها استفاده نمودند. در این مدت، آنها همچنین شروع به دستکاری مواد بتنی کرده و درک کردند که اگر ماده خیلی اشباع شود، به خوبی کار نخواهد کرد.
• 600 سال قبل از میلاد : یونانی ها ماده ای طبیعی را کشف کردند که وقتی آن را با آهک مخلوط می کنند، می تواند ماده ای بتنی ایجاد کند.
• 200 قبل از میلاد : در این زمان، رومی ها ساخت و ساز را با بتن کامل کرده بودند، البته به روشی متفاوت از آنچه امروزه استفاده می کنیم. رومی ها بیشتر سازه های خود را از سنگ آهک و سنگ های آتشفشانی می ساختند.
• 1414: سقوط امپراتوری روم علاقه به بتن را خاموش کرد تا اینکه نسخه های خطی این ماده در قرن جدید دوباره ظاهر شدند.
• 1793: جان اسمیتون روش کارآمدتری برای تولید آهک هیدرولیکی ایجاد کرد. این محصول برای کمک به سیمان استفاده شد و تولید مدرن بتن را آسان تر و سریع تر کرد.
• 1824: این سال در تاریخ بتن بسیار حیاتی بود زیرا زمانی است که جوزف آسپدین آجر کار، سیمان پرتلند را ایجاد کرد. سیمان پرتلند به دلیل این که شبیه سنگ های ساختمانی در پرتلند انگلیس بود، به این نام نامگذاری شد. آسپدین سیمان را با سوزاندن گچ و خاک رس در کوره تولید کرد. بعداً تصمیم گرفت سنگ آهک را به خاک رس اضافه کند تا کلینکر ایجاد شود.

مشهورترین ساختمان بتنی در تاریخ

چه از هزاره پیش ساخته شده باشند، چه در قرن جدید، برخی از سازه های بتنی که احتمالاً درباره آنها شنیده اید، عبارتند از :

1. پانتئون : این سازه در رم بزرگ ترین گنبد بتنی می باشد که تقویت نشده است (آرماتور ندارد). با وجود ساخته شده در سال 125 میلادی، پانتئون هنوز هم در رُم سرپا می باشد.

2. دیوار بزرگ چین: ساخت این بنای تاریخی ساخته شده از بتن، در قرن سوم قبل از میلاد آغاز شد و احداثش چند قرن بعد در سلسله ها و پادشاهی های مختلف ادامه یافت.

3. فانوس دریایی ادیستون: این بنا در ساحل جنوب انگلیس واقع شده است، این فانوس دریایی در دهه 1700 با استفاده از آهک هیدرولیکی جان اسمیتون ساخته شده بود.

4. خیابان بتنی: در سال 1891، در اوهایو آمریکا اولین خیابان بتنی ساخته شد. این خیابان که به خیابان کورت معروف است، همچنان پابرجاست.

5. کانال پاناما: پس از تلاش های ناموفق برای ایجاد تحول حیاتی در سفر و حمل و نقل، ساخت کانال پاناما در سال 1904 آغاز شد. پس از 10 سال، پروژه کامل شد. بتن به حرکت کشتی ها از طریق کانال کمک می کند.

6. سد هوور: خود این سد که در سال 1935 تکمیل شد، به بیش از دو میلیون متر مکعب بتن نیاز داشت. ایجاد نیروگاه و سایر سازه های این سد، یک میلیون متر مکعب دیگر بتن نیاز داشت.

7. سد گرند کولی: کمتر از 10 سال بعد از اتمام سد هوور، عظیم ترین سازه بتنی ساخته شد. سد گرند کولی در واشنگتن برای تکمیل آن در سال 1942 به 9 میلیون متر مکعب بتن نیاز داشت.

8. خانه اپرای سیدنی: این سازه بتنی عنوان بزرگ ترین سازه بتنی در نیمکره جنوبی را به خود اختصاص داده است. ساخت و ساز آن در سال 1959 آغاز شد و در سال 1973 به پایان رسید. خانه اپرای سیدنی اکنون به عنوان مقصدی برای فرهنگ و گردشگری در استرالیا محسوب می شود.

9. برج خلیفه: برج خلیفه که در دبی واقع شده، با استفاده از بتن مسلح ساخته شده است. برج خلیفه تا پایان ساخت برج جده در سال 2020، عنواند بلندترین ساختمان جهان را داشت. در ساخت این برج از بیش از 300 هزار متر مکعب بتن همراه با بیش از 60 هزار تن آرماتور استفاده شده است.

کلام آخر

با گذشت سال ها، بتن به ماده کارآمدتری تبدیل شد. با پیشرفت تکنولوژی، روش های تولید بتن و سیمان نیز پیشرفت کردند. در اواخر دهۀ 1800، سازندگان در آلمان، فرانسه و ایالات متحده به طور همزمان در حال تولید بتن مسلح بودند.

در آن زمان از بتن برای ساخت و سازهای صنعتی استفاده می شد اما در ساختمان های مسکونی و سایر سازه ها به ندرت مورد استفاده قرار می گرفت. سیمان پرتلند که جوزف آسپدین ایجاد کرد، دقیقاً همان چیزی بود که دنیا به آن نیاز داشت. تاریخچه بتن با تمامی فراز و نشیب ها نشان دهنده نیاز جامعه انسانی به ساخت بناهایی مستحکم دارد.

https://www.dcpu1.com/blog/history-of-concrete/