بتن سبک (فوم بتن)

فوم بتن پوششي است جديد جهت مصارف مختلف در ساختمان كه به علت خواص فيزيكي منحصر به فرد خود بتني سبك و عايق با مقاومت لازم و كيفيت مطلوب نسبت به نوع استفاده از آن ارايه ميدهد. اين پوشش از تركيب سيمان، ماسه بادي (ماسه نرم)، آب و فوم ( ماده شيميايي توليد كننده كف ) تشكيل مي شود.
ماده كف زا در ضمن اختلاط با آب در دستگاه مخصوص , با سرعت زيادي، حباب هاي هوا را توليد و تثبيت نموده و كف حاصل كه كاملا پايدار مي باشد در ضمن اختلاط با ملات سيمان و ماسه بادي در دستگاه مخلوط كن ويژه، خميري روان تشکيل مي دهد كه به صورت درجا با در قالب هاي فلزي يا پلاستيكي قابل استفاده مي باشد. اين خمير پس از خشك شدن با توجه به درصد سيمان و ماسه بادي داراي وزن فضايي از 300 الي 1600 كيلو گرم در متر مربع خواهد بود.

ويژگي هاي عمده فوم بتن

1- عامل اقتصادي : سبكي وزن با مقاومت مطلوب فوم بتن يا توجه به نوع كاربرد آن , بطور كلي به لحاظ اقتصادي مخارج ساختمان را ميزان قابل ملاحظه اي كاهش مي دهد چون در نتيجه استفاده از آن , وزن اسكلت فلزي و ديوار ها و سقف كاهش يافته و ضمناً باعث كاهش مخارج فونداسيون و پي در ساختمان مي گردد كه با توجه به خواص فوق، با سبك تر بودن ساختمان، نيروي زلزله خسارات كمتري را در صورت وقوع متوجه آن مي سازد.
2- سهولت در حمل و نقل و نصب قطعات پيش ساخته : حمل و نقل قطعات پيش ساخته : حمل و نقل قطعات پيش ساخته با فوم بتن هزينه كمتري را نسبت به قطعات بتني دربرداشته و نصب قطعات بعلت سبكي آنها. بسيار آسان مي باشد، هر گونه نازك كاري به راحتي روي پوشش فوم بتن قابل اجراست و ضمناً چسبندگي قابل توجهي با سيمان و گچ دارد.
3- خواص فوق العاده عايق بودن در مقابل گرما , سرما و صدا : فوم بتن به علت پايين بودن وزن مخصوص آن يك عايق موثر در مقابل گرما , سرما و صداست. ضريب انتقال حرارتي فوم بتن ( طبق جدول شماره 3 ) بين 65 0/0 تا 435/0مي باشد ( ضريب هدايت حرارتي يتن معمولي بين 3/1 تا 7/1 مي باشد ) استفاده از فوم بتن بعنوان عايق باعث صرفه جويي در استفاده از وسايل گرمازا و سرمازا مي گردد. فوم بتن عايق مناسبي جهت صدا با ضريب زياد جذب آکوستيك به سمار مي رود كه در نتيجه بعنوان يك فاكتور رفاهي در جهت جلوگيري از ورود صداهاي اضافي اخيرا مورد توجه طراحان قرا كرفته است.
4- خصوصيات عالي در مقابل يخ زدگي و فرسايش ناشي از آن و مقاومت در برابر نفوذ رطوبت و آب : نظر به اينكه فوم بتن در قشرهاي سطحي داراي تخلخل فراوان مي باشد در نتيجه شكاف هاي مويين و و درزهاي كمتري در سطح ايجاد مي شود و اگر پوشش فوم بتن با ضخامت كافي مورد استفاده قرار گيرد در مقابل خطر نفوذ باران و رطوبت مقاومت مطلوبي خواهد داشت.
5- مقاومت فوق العاده در مقابل آتش : مقاومت فوم بتن در مقابل آتش فوق العاده مي باشد.
به طور مثال قطعه اي از نوع فوم بتن با وزن فضايي 700 الي 800 كيلو گرم در متر مكعب كه حداقل 8 سانتي متر ضخامت داشته با شد به راحتي تا 1270 درجه سانتي گراد را تحمل مي نمايد و اصولا در وزن هاي پايين غير قابل احتراق است.
6- قابل برش بودن : به دليل قابل برش بودن با اره نجاري و ميخ پذير بودن آن. كارهاي سيم كشي و نصب لوازم برقي و تاسيسات خيلي سريع و به راحتي قابل عمل خواهد بود.

كاربرد فوم بتن در ساختمان

1- شيب بندي پشت بام : فوم بتن با صرفه ترين و محكم ترين مصالح سبكي است كه مي توان از آن براي پوشش شيب بندي استفاده نمود . نظر به اينكه با دستگاه مخصوص به صورت بتن يكپارچه در محل قابل تهيه و استفاده است مي توان مستقيماً روي آن را عايق بندي يا ايزولاسيون نمود.
2- كف بندي طبقات : به دليل سبكي وزن فوم بتن و آسان بودن تهيه آن. مي توان تمامي كف طبقات. محوطه و بالكن ساختمان را بعد از اتمام كارهاي تاسيساتي با آن پوشانده و بلافاصله عمليات بعدي را مستقيماً روي آن انجام داد.
3- بلوك هاي غير بار بر سبك : با بلوك هاي تو پر به ابعاد دلخواه مي توان تمامي كار تيغه بندي قسمت هاي جدا كننده ساختمان را با استفاده از ملات يا چسب بتن انجام داد. با اين نوع بلوك ها علاوه بر اينكه از سنگين كردن ساختمان جلوگيري مي شود عمليات حمل و نصب خيلي سريع انجام مي گيرد و دست مزد كمتري هزينه مي شود. پس از اجراي ديوار مي توان مستقيما روي آن را گچ نمود. اين بلوك ها داراي وزن فضايي بين 800 الي 1100 كيلو گرم مي باشند.
4- پانل هاي جدا كننده يكپارچه و نرده هاي حصاري جهت محوطه و كاربري در موارد خاص : جهت ساخت ديوارهاي سردخانه ها. گرم خانه ها و سالن هاي ضد صدا مي توان در محل با قالب بندي. فوم بتن را به صورت يك پارچه عمودي ريخت. به دليل ويژگي عمده عايق بودن اين نوع بتن. جهت عيق بندي سردخانه ها. گرم خانه ها. پوشش لوله هاي حرارتي و برودتي و...... كاربرد مهمي دارد. ضمنا به دليل اينكه عايق صدا مي باشد براي موتورخانه ها و اتاق هاي آكوستيك مورد استفاده وسيع قرار مي گيرد.

بهينه‌سازي اختلاط بتن با استفاده از روش‌هاي طراحي آماري

به زباني ساده بتن مخلوطي از آب، سيمان پرتلند، مصالح سنگي ريزدانه و درشت‌دانه مي‌باشد. اجزاء اضافي مانند ترکيب شيميائي (مواد هوازا، فوق‌روان‌کننده‌ها و...) و ترکيبات معدني (ماسه بادي، گردسيليس، سرباره و...) ممکن است براي بهبود خواص مشخصي از بتن تازه يا سخت‌شده به مخلوط اصلي اضافه شوند. به‌تنهائي با کارائي بالا که ممکن است چندين معيار کارائي را هم‌زمان ايجاب نمايند (مانند مقاومت فشاري، مدول الاستيسيته، دوام و...) نوعاً شامل حداقل شش جزء مي‌باشند.
براي بتن‌هاي متعارف، مؤسسه بتن آمريکا (ACI)، در راهنمائي که براي نسبت‌هاي اختلاط منتشر نموده تنها روشي را براي تهيه يک مخلوط ارائه کرده و روندي براي پيداکردن نسبت‌هائي که هم‌زمان تعدادي از معيارهاي کارائي را ايجاب نمايند عرضه ننموده. راهنماي اخير ACI براي تهيه بتن با مقاومت بالا شامل ماسه بادي نيز روشي را براي بهينه‌کردن مخلوط‌ها ارائه نمي‌ دهد.

بهينه سازي بتن با ويبراسيون

فركانس ويبراتور، كليدي است كه ما را قادر مي نمايد بتن تازه را به بتني يكپارچه تبديل نمائيم. در صورتيكه فركانس ويبراتور خيلي كم باشد، ويبراتور به درستي نمي تواند بتن را يكدست و يكپارچه نمايد و چنانچه فركانس ويبراتور خيلي زياد باشد، به علت ازدياد هواي داخل بتن، مقاومت آن در برابر خرابيهاي ناشي از سيكلهاي انجماد و ذوب شدن قابل ملاحظه اي پيدا مي كند. اپراتورها و كارگران نيز تحت تأثير فركانس ويبراتور قرار مي گيرند، چرا كه كاهش فركانس، مدت زماني كه اپراتور بايستي ويبراتور را در بتن تازه به منظور دست يابي به بتني يكپارچه و يكدست قرار دهد، افزايش پيدامي يابد. به دلايل فوق الذكر، تصميم بر آن شد كه يك بازنگري دقيق در ارزيابي فركانس ويبراتور در عملكرد قالبهاي خود ويبره، ويبراتورهاي دستي و ويبراتورهاي نصب شده بر روي قالبهاي رونده مخصوص ساخت پياده روها و كف خيابانهاي بتني (slip form pavers) صورت پذيرد.
چرا ما به دنبال فركانسهاي بالاتر هستيم؟ مقـدار انـرژي مورد نيـازي كه بايستي بـه منظـور يكپـارچه سازي بتن بـه كار گرفته شود. بـرأي كسي كه بـه صورت دستي اقدام بـه متـراكم سازي بتن تـازه نموده، معلوم و مشخص مي باشد. نيرو و عملكرد ويبراتورها به مراتب از سايـر وسايل دستي متراكم سازي بتن، مؤثـر مي باشد. زيـرا در مدت زمان كوتـاهتري بـه كمك ويبراتورها، انرژي بيشتري به بتن منتقل مي شود. مقدار انرژي منتقل شده به وسيله ويبراتور، با توان سوم فركانس ويبراتور (f3) نسبت مستقيم دارد. در صورتي كه تمام پارامترهاي مربوط به ويبراتور و بتن را ثابت نگه داريم، با افزايش فركانس ويبراتور از 6000 لرزه در دقيقه (vpm ) به vpm 7500، مقدار انرژي انتقالي به بتن در مدت زمان معين، دو برابر خواهد شد. مقدار انرژي خروجي از vpm 7500 به vpm 9500 نيز دو برابر مي گردد
يك انتخاب صحيح در فركانس بالاتر ويبراتور، مي تواند به يكپارچه سازي هرچه مؤثرتر بتن و كاهش مدت زمان ويبره بيانجامد و البته انتخاب نادرست نيز، نتايج معكوس را به دنبال خواهد داشت؛ به تعبير ديگري، انتخاب نادرست فركانس پايين ويبراتور، منجر به يكپارچه سازي ناقص و معين بتن شده و يا مدت زمان بيشتري را برأي ويبره نمودن طلب مي كند. در صورتي كه ولتاژ وروردي كم باشد، نيروي خروجي نيز كم خواهد بود و اين به معناي تراكم ناقص و نامناسب بتن مي باشد. كاهش فركانس از vpm 8000 به vpm 6500 (حدود 20 درصد كاهش) انرژي خروجي را نصف مي نمايد. اين كاهش انرژي خروجي ويبراتور را مي توان با افزايش مدت زمان ويبره به دو برابر مدت زمان اوليه و كم كردن فواصل جاگذاري شلنگ ويبره در بتن جبران نمود. در حال حاضر ويبراتورهايي كه با فركانس حدود vpm 17000 در دسترس مي باشند كه امكان يكپارچه سازي هرچه سريعتر و بهتر بتن را در مدت زمان معين فراهم مي آورند. فركانس ويبراتور بر اساس لرزش آن در هوا تعيين مي گردد؛ اما فركانس كه هنگام ادخال ويبره در بتن و در تماس با بتن اندازه گيري مي گردد، معيار سنجش مي باشد و اين فركانس به طور قابل ملاحظه اي از فركانس اندازه گيري شده در هوا كمتر بوده و مقدار اين افت به مشخصات مخلوط بتني و حجم آن بستگي دارد. كاهش 20 درصدي فركانس ويبره از هوا به داخل بتن دور از انتظار و غير معمول نبوده و به روشني افت فركانس ويبراتور در هنگام ادخال ويبره به بتن به وسيله اپراتور ملموس و شنيدني است. آيا مرز و محدوديتي برأي ويبره هاي با فركانس زياد وجود دارد؟ ويبراتورهاي فركانس بالا، به طور مؤثري مي توانند هوا را از بتن خارج نمايند و اين موضوع به تراكم هرچه بهتر بتن مي انجامد، ليكن ممكن است به كاهش مقاومت بتن در برابر خرابيهاي ناشي از سيكلهاي متوالي انجماد و ذوب نيز بيانجامد. ويبراتورها به دو طريق هوا را از بتن خارج مي نمايند؛ و اندازه حبابهاي هوا و حجم هواي خارج شونده از بتن تازه به پارامترهايي از جمله فركانس ويبراتور وابسته مي باشد. در وهله اول، ويبره با فركانس مناسب، منجر به رواني بتن پلاستيك شده اجازه حركت حبابهاي هوا در كليه اندازه ها را به سمت سطح بتن فراهم مي سازد. از آنجائيكه حبابهاي بزرگتر سريعتر از حبابهاي كوچكتر خود را به سطح بتن مي رسانند، لذا حجم بزرگتري از هواي محبوس در همان مدت كوتاه اوليه ويبره، از بتن خارج مي گردد. در مرحله دوم، ويبراتور در بتن تازه، متناوباً بتن محصور را فشرده و غيرفشرده (compress & decompress) نموده و كليه حبابهاي هوا نيز بر اثر فركانس و لرزش ويبراتور منقبض و منبسط مي شوند. لازم به ذكر است بر اثر پديده هاي فوق الذكر ساختارهاي ترد و لاستيك مانند حبابهاي هوا دچار گسيختگي و انفجار مي شوند. اين گسيختگي در صورتي اتفاق مي افتد كه فركانس نيروهاي انقباضي و انبساطي وارده بر حبابها، با فركانس طبيعي آنها (حبابها) برابر شده و پديده رزونانسي (تشديد) به وقوع بپيوندد. جاي توجه دارد كه حبابهاي بزرگتر، فركانس طبيعي پايين تري داشته، از اين حبابهاي مذكور تردتر و شكننده تر بوده و در طي فرآيند ويبراسيون دچار از هم پاشيدگي مي شوند. فركانس روزنانسي حبابها در آب با اندازه آنها نسبت معكوس دارد. بر اساس تجربيات ساليان متمادي با ويبراتورهاي به فركانس vpm 3000 تا vpm 6000، انتظار مي رود در اين محدوده فركانسي تنها حبابهاي بزرگتر و مبحوس (entrapped) از بتن خارج شده و حبابهاي كوچكتر بدون تحريك شديد، سالم در بتن باقي بماند. با بالا رفتن فركانس ويبراتورها، عملكرد آنها در خارج كردن حبابهاي كوچكتر از بتن نيز به مراتب بهتر و مؤثرتر مي گردد.
فركانس بالاتر در ويبراتورها، منجر به كاهش مقدار هواي موجود در بتن و همچنين كاهش مقاومت بتن در برابر خرابيهاي ناشي از سيكلهاي انجماد و ذوب مي گردد. اندازه حبابهاي هوا در ارتباط با مقاومت بتن در برابر سيكلهاي انجماد و ذوب به همان اندازه از اهميت برخوردار است كه مقدار هواي موجود در بتن مهم مي باشد. بنابراين در صورت ابقاء حبابهاي كوچك در بتن، كاهش در حجم هواي موجود در بتن لزوماً منجر به كاهش دوام بتن نمي گردد.
چنانچه تراكم بتن بدون هوا مدنظر بوده و حفاظت در برابر سيكلهاي انجماد و ذوب حائز اهميت نباشد، خارج نمودن كليه حبابهاي هوا در تمام اندازه ها از بتن منجر به افزايش مقاومت بتن سخت شده و بالا رفتن دانسيته آن مي گردد، اما در صورتي كه تراكم بتن هوادار مد نظر باشد، فقدان حباب هوا، خصوصاً حبابهاي كوچكتر در بتن، مقاومت در برابر سيكلهاي انجماد و ذوب را شديداً كاهش مي دهد.
فركانس بهينه ويبراتورها پس از بحث هاي صورت گرفته در قسمتهاي قبل، حال جاي اين سؤال است كه فركانس بهينه ويبراتور به منظور تراكم سازي حداكثر بتن و رسيدن به بيشترين مقاومت در برابر خرابيهاي ناشي از سيكلهاي انجماد و ذوب چه مقدار است؟ پاسخ سؤال مذكور منوط به موارد مندرج در ذيل مي باشد: نخست، اين سؤال از جانب چه كسي مطرح گريده است؟ دوم، تجهيزات ويبره بتن داراي چه مشخصاتي است و تركيب مخلوط بتني چگونه است؟ سوم، مشخصات فني بتن را چه كسي تهيه نموده است؟ برخي، در جدول مشخصات فني، فركانس را به vpm 5000 تا vpm 8000 محدود نموده اند، برخي ديگر نيز فركانس را به vpm 8000 تا vpm 10000 منحصر كرده اند. اما آنچه كه بايستي در صورت عدم وجود فركانس معين در مشخصات فني در نظر داشت اين است كه انرژي خروجي در فركانس vpm 10000 دو برابر انرژي خروجي در vpm 8000 بوده و نيروي خروجي در vpm 8000 چهار برابر نيروي خروجي در vpm 5000 مي باشد. مقادير فوق الذكر مشروط به ثابت بودن كليه پارامترها و فاكتورها به غير از فركانس (متغير مستقل) ويبراتور است.
پر واضح است كه مخلوط هاي مختلف بتني، عكس العملها و بازتابهاي متفاوتي در برابر ويبراسيون از خود نشان مي دهند، نسبتهاي اختلاط و دانه بندي سنگدانه هاي مصرفي در بتن، بيشترين تأثير را در مقايسه با خمير سيمان و يا مقدار آب بر روي ويبراسيون بتن و فركانس مورد نياز دارند. پايداري حبابهاي هوا نيز خودشان به فاكتورهايي از قبيل شيمي سيمان و آب، نوع مخلوط و ميزان آب و سيمان مصرفي در ساختار بتن، دانه بندي سنگدانه ها و دماي بتن وابسته هستند؛ مخلوط هاي بتني با حبايهاي ريز (fine 0 air – void) در مقايسه با مخلوط هاي بتني با حبابهاي درشت (coarse – air – void) به فركانسهاي بالاتري جهت ويبراسيون احتياج دارند. نوع، اندازه، وزن دامنه نوسان و مدت زمان ويبره يك دستگاه ويبراتور همگي در تعيين فركانس بهينه برأي مخلوط بتني در يك سايت خاص به همراه ماشين آلات ويژه مصرفي در آن سايت، تأثيرگذار مي باشند. اما آنچه كه حائز اهميت است، اين است كه نتيجه بحث يك پاسخ عمومي و يا يك فركانس معين نمي باشد، بلكه احتياج واقعي اين است كه يك مخلوط معين بتني در مقابل تجهيزات خاص به كار گرفته شده در ارتباط با آن، چه عكس العملي نشان داده و يا به عبارت ديگر با چگونه تركيبي از تجهيزات و مواد مي توان به مقاومت، دانسيته و دوام مورد نياز بتن دست يافت.
در حال حاضر، اطلاعات مربوط به تأثيرات فركانس ويبراتور بر روي عملكرد بتن تا حدودي پراكنده مي باشد. بيشترين اين آمارها و داده ها، نتيجه حل مسائل و مشكلات كارگاههاي مختلف بوده است؛ ليكن از هم اكنون، توجه خاصي به ثبت و درج مشخصات آماري فركانس ويبراتورها و جمع آوري اطلاعات مربوط به اينگونه تجهيزات معطوف گرديده است. در ضمن همه ما مي توانيم با گوش دادن به صداي ويبراتور در پروژه هاي كوچك و بزرگ، احساسي از عملكرد آنرا تجربه كرده و با بكارگيري مجدد اين تجربيات اطلاعات مورد نياز درباره ويبراتورها و بتنها را ارزيابي و تجزيه و تحليل نمائيم.
گوشهاي خود را به كار اندازيد! محدود فركانسي vpm 6000 تا vpm 15000 كه در مورد ويبراتورها مورد بحث قرار مي گيرد، در حوزه شنوايي انسان مي باشد؛ بنابراين به راحتي مي توان از حس شنوايي آدمي به عنوان ابزاري برأي تشخيص فركانس ويبراتور و همچنين افت فركانس دستگاه ورود شلنگ ويبراتور به درون بتن و نيز آميز دادن افزايش فركانس ويبراتور در مواقع روان شدن بتن پلاستيك بهره جهت قالبهاي مخصوص بتن اغلب صداي (tone) ويبراتور را تشديد مي نمايند، لذا با داشتن تجربه كارگاهي كسي مي توان صداي صحيح ناشي از عملكرد درست ويبراتور را تشخيص دادن بخصوص هنگاميكه در كارگاه صدايي غير از صداي ويبراتور شنيده نشده و آهنگ ويبراتور با صداي ماشين آلات ديگر مخدوش نگردد.
دستگاه كاليبره و كوك گيتار، و ميله اي ساده و ارزان قيمت به منظور تخمين فركانس ويبراتور پيشنهاد مي گردد. اين وسيله به قيمت 6 دلار، از شش سيم با محدوده فركانس vpm 4900 تا vpm 19000 تشكيل شده است كه اتفاقاً محدوده فركانس مورد نياز در مورد ويبراتورها را نيز پوشش مي دهد. سيم a با فركانسي برابر vpm 6600، فركانس معمول ادخال شلنگ ويبراتور در بتن بوده و در چنين فركانس پائيني، مشكلات بسيار محدودي گزارش گرديده است. با سيمهاي d و g مي توان از vpm 8800 تا vpm 11800 را تجربه نمود. اين محدوده، منطقه انتقالي از ويبراتورهاي فركانس پائين به ويبراتورهاي فركانس بالاست، و با سيم b نيز مي توان به فركانس vpm 14800 دست يافت. چنين فركانسي (vpm 14800) مربوط به عملكرد ويبراتورهاي فركانس بالا در هوا مي باشد. (يك مثال كاملاً آشكار مربوط به انتقال فركانسي از b به g مربوط است به فروبردن شلنگ ويبراتور با فركانس هوايي vpm 14800 به فركانس درون بتني vpm 11800 كه عملاً 20% افت فركانسي را نشان مي دهد). سيم e نيز فركانس vpm 20000/1 تداعي مي سازد كه شبيه صداي آژير حمله هوايي است. چنانچه در كارگاه ويبراتوري اين صدا شنيده شد، بهتر است شلوغ كاري را كنار گذاشته و با خاموش كردن ويبراتور، به فكر پوشاندن سطح بتن باشيد.
منابع:
1-ايران بتن
2-http://www.articles.ir
3-http://www.aryateams.com
4- http://khakzad.com
/خ