انواع بتن مسلح : عظیم ترین پیشرفت مهندسی ساخت و ساز در قرن بیستم - وبلاگ موتناوه

به گزارش وبلاگ موتناوه، در اواسط قرن نوزدهم، تحقیقات گسترده ای در خصوص استفاده از مواد کامپوزیت برای تقویت بتن در حال اجرا بود. بعدها به دلیل تشخیص خطرات بهداشتی، از استفاده آزبست برای تقویت بتن جلوگیری شد. مواد جدیدی مانند شیشه و الیاف مصنوعی جایگزین آزبست شدند.

اما هچ کدام نتوانستند ویژگی های مختلف بتن را بهبود بخشند. اما در اوایل قرن بیستم، استفاده از فولاد در بتن رایج شد. تا اینکه علم نشان داد که فولاد می تواند بهترین دوست و همدم بتن باشد! این چنین بود بتن مسلح به یکی از عظیم ترین پیشرفت ها در مهندسی ساخت وساز در قرن بیستم تبدیل شد؛ با ویکی ساختمون همراه باشید.

بتن مسلح چیست؟

بتن مسلح (Reinforced Concrete) اصطلاح رایجی است که برای افزایش مقاومت سازه به عضوی از بتن، فولاد تقویتی اضافه می گردد. ماده ای که از ترکیب بتن و فولاد تقویت نماینده حاصل می گردد، بتن آرمه (RC) نامیده می گردد. آرماتورها معمولاً به صورت آج دار و به قطر شش تا 32 میلی متر در مقاطع بتنی قرار می گیرد.

این میلگردها بر طبق نقشه های سازه با استفاده از مفتول و خاموت های عرضی در کنار هم قرار می گیرند تا بتن ریزی انجام گردد. پس از سفت شدن بتن، فرم و شکل نهایی تشکیل بتن مسلح می دهند. این مقاطع به عنوان اعضای باربر عمل می نمایند و می توانند در برابر تنش های کششی و فشاری مقاومت نمایند.

اهمیت استفاده از فولاد در بتن مسلح

یکی از معایب اصلی بتن مقاومت کششی بسیار کم آن است. این مشکل منجر به ترک خوردن مقاطع بتنی می گردد که به نوبه خود منجر به مسائل زیبایی (انحراف زیاد تیرها یا دال ها) برای حالت حدی سرویس پذیری و همچنین مسائل یکپارچگی سازه در حالت حدی نهایی می گردد. از طرف دیگر، فولاد دارای استحکام کششی بالا است و پیوند بین فولاد و بتن به خوبی شکل می گیرد. از آنجا که مدول یانگ (مدول الاستیسیته) فولاد زیاد است، مقاومت نهایی فولاد در مقایسه با بتن بیشتر است.

مطلب پیشنهادی: الیاف FRP چیست ؟ کاربرد، مزایا، معایب و ویژگی های آن کدام است؟

استفاده از آرماتور در بخش کششی بتن منجر به رفتار سازه ای مؤثر می گردد، زیرا بتن در ناحیه کششی از بین رفته و فولاد آماده جذب بارهای وارده می گردد. نمودار زیر لحظه خمش یک تیر پیوسته (تکیه گاه مفصلی) تحت بارهای عمودی و همچنین مکان هایی را که باید فولاد تقویتی در بتن قرار گیرد آورده شده اند.

توجه به این نکته مهم است که همکاری بین بتن و فولاد تا جایی بهبود پیدا می نماید که بفهمیم ضریب انبساط حرارتی هر دو ماده یکسان است. به این معنا که تغییر دما باعث ایجاد تنش های داخلی اضافی در رابط بتن-میلگرد نمی گردد.

کاربردهای بتن مسلح

امروزه بتن آرمه در ساختمان ها، پل ها، تونل ها، جاده ها، سازه های دریایی و سایر حوزه ها مورد استفاده قرار می گیرد. اما طیف گسترده ای از اعضا باربر در ساختمان باید به بتن تقویت شده مجهز شوند، این موارد شامل موارد زیر هستند:

• اعضای صفحه ای: صفحات افقی (سقف) یا عمودی (دیوار برشی و دیوارهای اطراف راه پله یا آسانسور)
• اعضای خطی: مانند تیرها، ستون ها یا شمع ها

مقطع اعضای خطی مانند ستون ها، تیرها و فونداسیون ها دارای هندسه نسبتاً ساده (اغلب مربع، مستطیل یا دایره هستند) از این واقعیت حکایت می نماید که این اعضا باید در تمام جهات افقی مقاومت برابری داشته باشند. علاوه بر این، چنین مقاطع هندسی منجر به کاهش هزینه های مربوط به قالب بندی می شوند. مقاطع تیرهای مورد استفاده در پروژه های ساختمانی معمولاً به شکل مستطیل هستند، در حالی که مقاطع کمربند پل عمدتاً آی شکل (I-Shape Section) است تا وزن را کاهش داده و محل قرارگیری تاندون ها پس از کشش را در خود جای دهند.

فواید و معایب بتن مسلح

بهر ه وری انرژی: ساختمان های ساخته شده با بتن آرمه هر ساله 20 تا 25 درصد در هزینه های خنک سازی محیط داخل صرفه جویی می نمایند. با این حال، رقم واقعی بسته به آب و هوای منطقه و همچنین نوع و تعداد درب ها و پنجره ها متفاوت خواهد بود.

ضد آفت: مقاطع بتن آرمه ضد آفت هستند. این بدان معنا است که دیگر نگران کنترل مواد شیمبایی و آفات نخواهید بود.

محیط داخلی سالم: اعضای بتن آرمه فاقد مواد آلی هستند، به این معنا که از میکروارگانیسم های مضر مانند کپک ها نمی توانند در این اعضا رشد نمایند.

مقاومت در برابر طوفان و باد: مقاطع بتن آرمه انعطاف پذیر بوده و حتی در مناطق مستعد عناصر خشن نیز ساختار پایدار را تضمین می نماید. در حقیقت، بتن فرآیندی به نام پس تنش را طی می نماید. به همین دلیل بتن به عنوان مطلوب ترین ماده برای ساخت اتاق های ایمن در مناطقی که طوفان و باد با سرعت بیش از 250 مایل در ساعت رخ می دهند، متریالی عالی است.

مقاوم در برابر آتش: ساختارهای بتن آرمه می توانند در معرض آتش شدید و در دمای بالا به طور مداوم مقاومت نموده و دچار آسیب ساختاری نشوند.

تعمیر و نگهداری کمتر: هزینه های نگهداری اسکلت بتنی نسبتاً کم است. برخلاف چوب، آن ها در معرض فرسایش یا پوسیدگی قرار ندارند. علاوه بر این، فولادی که برای تقویت بتن استفاده می گردد در برابر خوردگی یا زنگ زدگی محافظت می گردد.

هزینه ساخت نسبتاً بالا: هزینه اولیه ساخت ساختمان با بتن مسلح کمی بالا است. اما سرعت بالا در اجرا می تواند این نقیصه را تاحدودی جبران کند.

پتانسیل ترک خوردگی: خزش و جمع شدن در بتن تازه ممکن است باعث ایجاد ترک در اعضا گردد. به همین دلیل مراحل بتن ریزی و سپس عمل آوری بتن باید با دقت فراوان انجام گیرند.

مطلب پیشنهادی: تقویت بتن با استفاده از پرتوهای گاما و پلاستیک های پودر شده!

انواع بتن مسلح

در زیر یک به یک در خصوص انواع بتن تقویت شده می پردازیم:

بتن آجری تقویت شده (RBC)

این ترکیب شامل آرماتور، آجر و بتن است. این واقعیت مشهور است که بتن در برابر کشش بسیار ضعیف عمل می نماید. از این رو در ستون ها و تیرها، بتن در قسمت زیر محور خنثی در مقاومت در برابر بار مشارکت نمی نماید. این فقط به عنوان ماده پُرنماینده عمل می نماید. برای مالی بودن، بتن در منطقه کشش ممکن است از آجر استفاده گردد. برای جاسازی آرماتور در قسمت کششی و در بین آجرها از ملات سیمان استفاده می گردد. آرماتور ممکن است از میله های فولادی، پوسته های فلزی مشبک (مِش) و سایر موارد انتخاب شوند.

بتن تقویت شده با الیاف (FRC)

بتن ساده دارای کمبودهایی مانند مقاومت کم در برابر کشش، شکل پذیری محدود و مقاومت پایین در برابر ترک خوردگی است. ترک ها حتی قبل از بارگیری ایجاد می شوند. پس از بارگیری ترک های ریز گسترش یافته، بتن در معرض کنش های جوی قرار می گیرد. اگر اختلاط بتن الیافی با فاصله نزدیک و به طور یکنواخت پراکنده گردد، ترک ها از بین رفته و خصوصیات استاتیکی و دینامیکی بهبود می یابند. بتن مسلح الیافی را می توان به عنوان یک ماده ترکیبی از بتن با الیاف ناپیوسته با توزیع یکنواخت تعریف کرد. این الیاف معمولاً از فولاد، نایلون، آزبست، سیمان، شیشه، کربن و پلی پروپیلن هستند. بتن الیافی به انواع زیر تقسیم می گردد:

بتن مسلح الیاف شیشه (GFRC)

بتن آرمه با الیاف شیشه از 25 سال گذشته علاوه بر فولاد، برای تقویت بتن نیز با موفقیت استفاده شده است. GFRC با استفاده از تکنیک های خاص در صفحه های عظیم با یک پیکربندی ساده یا به اشکال پیچیده در حال فراوری است. در اصل، اجزای GFRC با استفاده از گل میخ های فلزی مستقیماً در ساختمان مورد استفادع قرار می گیرند. معین شد که GFRC به طور قابل توجهی تغییر مکان می دهد و به همین دلیل لنگرهای مستقیم جای خود را به لنگرهای لغزنده می دهند.

بتن آرمه الیاف فولادی (SFRC)

بتن آرمه با الیاف فولاد ماده کامپوزیتی است که کاربردهای بسیاری در صنعت عمران دارد. این ماده شامل سیمان های هیدرولیکی با الیاف فولادی است که به طور تصادفی پراکنده می شوند و دارای مقطع مستطیل شکل هستند. الیاف فولادی با مقاومت در برابر ترک خوردگی، بتن را تقویت می نمایند. مقاومت خمشی بتن مسلح الیافی بیشتر از بتن مسلح نشده است. تقویت بتن توسط الیاف فولادی ماهیتی ایزوتروپیک دارد که مقاومت در برابر شکستگی، از هم پاشیدگی و خستگی را بهبود می بخشد. بتن مسلح با الیاف فولاد توانایی تحمل بارهای سبک و سنگین را دارد.

کلام آخر

بتن به خودی خود یک ماده ساختمانی بسیار بادوام است. سازه پانتئون در رم ایتالیا، عظیمترین گنبد بتنی غیر مسلح دنیا است که پس از گذشت تقریباً 1900 سال هنوز در شرایط عالی واقع شده است. اما امروزه به لطف پیشرفت های روز افزون علمی، مواد کامپوزیتی مانند بتن مسلح به طور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. فولاد تقویتی به طور مؤثر ضعف های بتن در کشش را جبران می نماید و از بتن آرمه ماده ای فوق العاده مستحکم می سازد.