از ایده سازه های بتنی تا تولید قطعه های ساختمانی محکم
استفاده گسترده از بتن در بسیاری از سازه های قدیمی رومی باعث شد که بسیاری از سازه و قطعات پیش ساخته بتنی تا به امروز سالم بمانند. حمام های کاراکالا در رم باستان یکی از نمونه هایی است که است که پس از گذشت اینهمه سال سالم مانده و هنوز مورد استفاده قرار میگیرد. در بسیاری از قنات ها و پل های روم ، مانند پونت دو گارد باشکوه در جنوب فرانسه ، روکش سنگ تراشی بر روی یک هسته بتنی و همچنین گنبد پانتئون وجود دارد.
پس از فروپاشی امپراتوری روم ، استفاده از بتن نادر شد تا اینکه در اواسط قرن 18 این فناوری دوباره توسعه یافت. در سراسر جهان ، بتن در تناژ مواد مورد استفاده شده از فولاد با سختی بالا پیشی گرفته است.
بتن ریزی قرون وسطی
از قرن یازدهم ، افزایش استفاده از سنگ در ساخت کلیساها و قلعه ها منجر به افزایش تقاضا برای ملات های بتنی شد. کیفیت در قرن 12 با سنگ زنی و الک بهتر بهبود می یافت. ملات ها و بتن های آهکی قرون وسطایی غیر هیدرولیکی بودند و برای صحافی سنگ تراشی ، قالب سازی (اتصال هسته های سنگ تراشی به قلوه سنگها) و پایه استفاده می شدند.
کانال دو میدی با استفاده از بتن در سال 1670 ساخته شد، این کانال بسیار مقاوم بوده و مورد توجه عام و سازندگان قرار گرفت.
بتن ریزی دوران صنعتی
شاید بزرگترین گام به جلو در استفاده مدرن از قطعات بتنی، برج Smeaton بود که توسط مهندس بریتانیایی جان اسماتون در انگلیس بین سالهای 1756 و 1759 ساخته شد. این سومین فانوس دریایی Eddystone ،پیشگام مورد استفاده از آهک هیدرولیک در بتن بود ، با استفاده از اضافه کردن سنگریزه و آجر پودر شده به ملات بتنی آنرا مستحکم و محکم ساختند تا ملات سفت و سختی را به وجود آورند.
بتن پرتلند
روشی برای تولید سیمان محکم و پرملات در انگلیس ایجاد شد و توسط جوزف آسپدین در سال 1824 ثبت اختراع و جهانی شد. آسپدین این نام را برای شباهت آن به سنگ پرتلند که در جزیره پورتلند در دورست انگلیس استخراج شده بود ، انتخاب کرد. پسرش ویلیام به پیشرفتهای خود در دهه 1840 ادامه داد و باعث شد وی به خاطر توسعه سیمان پرتلند "مدرن" شناخته شود، زین پس تا مدت ها از این سیمان استفاده می شد.
بتن آرمه
بتن آرمه در سال 1849 توسط جوزف مونیر اختراع شد. و اولین خانه بتونی مسلح توسط فرانسوا کوئینته در سال 1853 ساخته شد. اولین پل بتونی مسلح توسط جوزف مونیر در سال 1875 طراحی و ساخته شد.
تمامی این ساخت و ساز ها با بتن آرمه بود و باعث شد تولید و توزیع بتن پرتلند کاهش یابد و رفته رفته دیگر خریدار نداشته باشد.
بتن آرمه مواد ترکیبی است که شامل یک نوع سنگدانه مربوط به نوع بتن (به طور معمول یک ماده سنگی) و یک چسب (به طور معمول سیمان یا آسفالت) است که موارد را در کنار هم نگه می دارد. انواع بسیاری از بتن در دسترس است که توسط فرمولاسیون چسب ها و انواع سنگدانه های مورد استفاده متناسب با کاربرد مواد تعیین می شود. این متغیرها مقاومت و چگالی و همچنین مقاومت شیمیایی و حرارتی محصول نهایی را تعیین می کنند، این موارد بر حسب و زیاد و کم شدن مقاومت را تغییر می دهند.
سنگدانه ها از تکه های زیادی از مواد در یک مخلوط بتن ، به طور کلی مقداری سنگ ریزه درشت یا سنگهای خرد شده مانند سنگ آهک یا گرانیت، همراه با مواد ریزتر مانند شن و ماسه تشکیل شده است، در ادامه به بررسی تک تک مواد یک بتن آماده میپردازیم.
- سیمان
سیمان پرتلند متداول ترین نوع سیمان در مصارف عمومی است. این یک ماده اساسی از بتن ، ملات و بسیاری از گچ ها است. جوزف آسپدین ، کارگر سنگ تراشی ، سیمان پرتلند را در سال 1824 به ثبت رساند. این نام به دلیل شباهت رنگ آن به سنگ آهک پرتلند ، از جزیره انگلیسی پورتلند استخراج شد و در معماری لندن بسیار مورد استفاده قرار گرفت. این ماده مخلوطی از سیلیکاتهای کلسیم (آلیت ، بلیت) ، آلومیناتها و فریت ها است. ترکیباتی که کلسیم ، سیلیکون ، آلومینیوم و آهن را به صورت هایی ترکیب می کنند که با آب واکنش نشان می دهند. سیمان پرتلند و مواد مشابه با حرارت دادن سنگ آهک (منبع کلسیم) با خاک رس یا شیل (منبع سیلیکون ، آلومینیوم و آهن) و آسیاب این محصول (که کلینکر نامیده می شود) با منبع سولفات (معمولاً گچ) ساخته می شود.
در کوره های سیمان مدرن ، از بسیاری از ویژگی های پیشرفته برای کاهش مصرف سوخت به ازای هر کلینکر تولید شده استفاده می شود. کوره های سیمانی بسیار بزرگ ، پیچیده و ذاتاً دارای گرد و غبار هستند و دارای ذرات معلقی در هوا هستند که باید کنترل شوند. از بین اجزای مختلفی که برای تولید مقدار مشخصی بتن استفاده می شود ، سیمان از نظر انرژی و از نظر اقتصادی گران ترین است. حتی کوره های پیچیده و کارآمد نیز برای تولید یک تن کلینکر به 3.3 تا 3.6 گیگاژول انرژی نیاز دارند و سپس آن را به سیمان منتقل می کنند. بسیاری از مقدار آتش کوره ها را می توان با زباله هایی که به سختی دفع می شوند ، تأمین کرد ، که معمول ترین آنها لاستیک های استفاده شده است. دمای بسیار بالا و مدت زمان طولانی در آن دما باعث می شود که کوره های سیمان حتی به سختی قابل استفاده از سوخت باشند.
- اب
ترکیب آب با ماده سیمانی با فرآیند هیدراتاسیون باعث ایجاد خمیر سیمان می شود. خمیر سیمان سنگدانه را بهم می چسباند ، فضاهای خالی داخل آن را پر می کند و باعث جریان آزادتر آن می شود.
همانطور که در قانون آبرامز بیان شده است، نسبت آب کمتر به سیمان بتن مستحکم تر و مقاوم تری را به همراه دارد ، در حالی که آب بیشتر به بتن جریان آزادتری با حجم بیشتری را تولید می کند. آب ناخالصی که برای ساخت بتن استفاده می شود هنگام تنظیم یا تولید سازه می تواند مشکلات جبران ناپذیری ایجاد کند. آب زیاد و ناخالص واکنشهای زیادی را در بر دارد ، که اغلب همزمان اتفاق می افتند و خروجی غیر قابل استفاده ای دارند. با ادامه واکنش ها ، محصولات فرآیند هیدراتاسیون سیمان به تدریج ذرات شن و ماسه و سایر اجزای بتن را بهم پیوند داده و یک بتن جامدمایع تشکیل می دهند.
سنگدانه های ریز و درشت قسمت عمده ای از مخلوط بتن را تشکیل می دهند. شن و ماسه ، سنگ ریزه طبیعی و سنگ خرد شده عمدتا برای این منظور استفاده می شود. سنگدانه های بازیافتی (از ساخت و ساز ، تخریب و زباله های حفاری) به طور فزاینده ای به عنوان جایگزینی جزئی برای سنگدانه های طبیعی استفاده می شوند ، در حالی که تعدادی از سنگدانه های ساخته شده ، از جمله سرباره کوره بلند و هوا و خاکستر کف نیز مجاز هستند.
- مصالح
توزیع اندازه سنگدانه تعیین می کند که چه مقدار چسب مورد نیاز است. سنگدانه با توزیع اندازه بسیار یکنواخت بیشترین شکاف را دارد در حالی که افزودن سنگدانه با ذرات کوچکتر تمایل به پر کردن این شکاف ها دارد و باعث می شود که حفره خالی در بین سنگ دانه ها نباشد. چسب باید شکافهای بین سنگدانه را پر کند و همچنین سطوح سنگدانه را به هم بچسباند و به طور معمول گرانترین جز بتن است است. بنابراین ، تغییر در اندازه سنگدانه باعث کاهش هزینه بتن می شود. سنگدانه تقریباً همیشه نسبت به چسب مقاوم تر است ، بنابراین استفاده از آن بر مقاومت بتن تأثیر منفی نمی گذارد.
توزیع مجدد سنگدانه ها پس از تراکم اغلب به دلیل تأثیر لرزش ناشی از پخش مواد، ناهمگنی ایجاد می کند. این می تواند منجر به شیب قدرت شود(ناهمواری های پس از خشک شدن)، پس باید تکان های مداوم و با برنامه برای بتن در نظر گرفت.
سنگهای تزئینی مانند کوارتزیت ، سنگهای کوچک رودخانه ای یا شیشه خرد شده گاهی به سطح بتن اضافه می شوند تا سطح کار تزئینی باشد و خروجی مناسبی داشته باشد که کاربران به جای دیدن سطح ساده و زمخت از دیدن سحطی جذاب و تزئینی رضایت داشته باشند.
- مواد افزودنی
افزودنی ها موادی به شکل پودر یا مایعات هستند که به بتن اضافه می شوند تا ویژگی های خاصی به آن بدهند که با مخلوط های بتن ساده قابل دستیابی نیستند. مواد افزودنی به عنوان اضافات الزامی "ساخته شده در هنگام آماده سازی مخلوط بتن" تعریف می شوند. متداول ترین مواد افزودنی تعادل کننده و شتاب دهنده هستند. در استفاده عادی ، دوزهای مواد افزودنی کمتر از 5٪ جرم سیمان هستند و در زمان دسته بندی به نوع بتن های مختلف برای مخلوط شدن به بتن اضافه می شوند.
انواع معمول مواد افزودنی به شرح زیر است:
- شتابدهنده
شتاب دهنده ها هیدراتاسیون (سخت شدن) بتن را تسریع می کنند. مواد معمولی مورد استفاده کلرید کلسیم ، نیترات کلسیم و نیترات سدیم است. با این حال ، استفاده از کلریدها ممکن است باعث خوردگی در تقویت کننده فولاد شود و در بعضی از کشورها ممنوع است ، به همین دلیل ممکن است نیترات ها مورد علاقه قرار بگیرند ، حتی اگر از نمک کلرید کارایی کمتری داشته باشند. مواد افزودنی تسریع کننده به ویژه برای اصلاح خصوصیات بتن در هوای سرد بسیار مفید است.
- حذف تراکم و هوا اضافی
عوامل کاهش هوا، حباب های ریز مواد را در بتن اضافه و کنترل و حذف می کنند که باعث کاهش آسیب در چرخه های انجماد و ذوب می شود و دوام آن را افزایش می دهد. با این حال ، هوای کنترل شده کاملا حذف نشده و مضر است ، زیرا هر 1٪ هوا ممکن است 5٪ مقاومت فشاری را کاهش دهد. اگر در نتیجه فرآیند اختلاط ، هوای زیادی در بتن گیر کند ، می توان از مکش کننده های هوا برای تشویق حباب هوا به جمع شدن ، بالا آمدن به سطح بتن مرطوب و سپس پراکنده شدن استفاده کرد.(یکی از پرکاربرد ترنین روش ها و نتیجه گیری می باشد)
از عوامل اتصال می توان برای ایجاد پیوند بین بتن قدیمی و جدید (یک نوعی پلیمر) با تحمل دمای گسترده و مقاومت در برابر خوردگی استفاده کرد.
- بازدارنده خوردگی
از بازدارنده های خوردگی برای به حداقل رساندن خوردگی میله های فولادی و میلگرد های خورد شده در بتن استفاده می شود.
افزودنیهای کریستالی معمولاً در طول دسته بندی بتن برای نفوذ پذیری پایین اضافه می شوند. این واکنش زمانی اتفاق می افتد که در معرض آب و ذرات سیمان غیر هیدراته قرار گرفته و کریستالهای سوزنی شکل نامحلول ایجاد می شود ، که منافذ مویرگی و ترک های میکروبی موجود در قطعات بتنی پیش ساخته را پر می کند تا مسیرهای آلودگی آب و مواد دیگر را مسدود کند. بتن با مخلوط کریستالی می تواند انتظار داشته باشد که خود را مهر و موم کند زیرا قرار گرفتن در معرض مداوم آب به طور مداوم شروع به تبلور می کند تا از حفاظت دائمی ضد آب اطمینان حاصل کند.
- رنگدانه
از رنگدانه ها می توان برای تغییر رنگ بتن ، برای زیبایی استفاده کرد.
نرم کننده ها کارایی پلاستیک یا بتن "تازه" را افزایش می دهند و اجازه می دهند تا با تلاش تلفیقی کمتری ، آن در موقعیت بهتری قرار دهید.این ماده نرم کننده معمولی لیگنوسولفونات است. با استفاده از نرم کننده ها می توان مقدار آب بتن را با حفظ کارایی کاهش داد و گاهی اوقات به دلیل استفاده از آن ، آب کاهنده نیز نامیده می شود(باعث می شود از آب و رقیق کننده کمتری استفاده شود). چنین درمانی خصوصیات مقاومت و دوام آن را بهبود می بخشد.
- روانکننده
روان کننده های فوق روان (کاهنده های آب با دامنه بالا نیز نامیده می شوند) دسته ای از نرم کننده ها هستند که اثرات مضر کمتری دارند و می توان از آنها برای افزایش کارایی بیشتر از کاربردهای نرم کننده های سنتی استفاده کرد. از مواد روان کننده فوق العاده برای افزایش مقاومت فشاری، استفاده می شود. این ماده کارایی بتن را افزایش می دهد و نیاز به مقدار آب را 15 تا 30 درصد کاهش می دهد. روان کننده ها منجر به تاخیر در اثرات عوامل خارجی می شوند.
- کمک پمپاژ
کمک های پمپاژ باعث بهبود قابلیت پمپاژ ، ضخیم شدن خمیر و کاهش تفکیک و ازهم گسستگی مواد می شود.
کندکننده ها (پایین آورنده سرعت روند خشک شدن مواد) هیدراتاسیون بتن را کند می کنند و در جاهای بزرگ یا دشوار استفاده می شوند که تنظیم جزئی قبل از اتمام تخلیه نامطلوب است. کند کننده های معمول پلیول قند ، ساکارز ، گلوکونات سدیم ، گلوکز ، اسید سیتریک و اسید تارتاریک هستند.
مواد افزودنی معدنی و سیمان های مخلوط شده
مواد معدنی که دارای خواص هیدرولیکی پوزولانی یا پنهان هستند ، این مواد بسیار ریزدانه، به منظور بهبود خواص بتن (مواد افزودنی معدنی)، یا به عنوان جایگزینی برای سیمان پرتلند (سیمان های مخلوط شده) به مخلوط بتن اضافه می شوند. محصولاتی که شامل سنگ آهک ، خاکستر بادی ، سرباره کوره بلند و سایر مواد مفید با خواص پوزولانی در ترکیب هستند ، در حال آزمایش و استفاده هستند. این پیشرفت به دلیل تولید سیمان یکی از بزرگترین تولیدکنندگان (با حدود 5 تا 10٪) انتشار جهانی گازهای گلخانه ای و همچنین کاهش هزینه ها ، بهبود خصوصیات بتن و بازیافت ضایعات است.
- خاکستر ظایعاتی
محصول جانبی کارخانه های تولید برق با زغال سنگ ، برای جایگزینی جزئی سیمان پرتلند (تا 60٪ جرم) استفاده می شود. خصوصیات خاکستر بادی به نوع ذغال سوخته بستگی دارد. به طور کلی ، خاکستر بادی سیلیسی پوزولانی است ، در حالی که خاکستر بادی آهکی دارای خواص هیدرولیکی نهفته است.
سرباره کوره بلند (GGBFS یا GGBS): از محصول جانبی تولید فولاد برای جایگزینی جزئی سیمان پرتلند (تا 80٪ جرم) استفاده می شود. این خاصیت هیدرولیکی نهفته دارد.
- بخار سیلیس
محصول جانبی تولید آلیاژهای سیلیسیم و فروسیلیسیم. بخار سیلیس شبیه خاکستر ظایعاتی است ، اما اندازه ذرات آن 100 برابر کوچکتر است. این منجر به نسبت سطح به حجم بالاتر و واکنش پوزولانی بسیار سریعتر می شود. بخار سیلیس برای افزایش مقاومت و دوام بتن استفاده می شود ، اما به طور کلی برای کارایی نیاز به استفاده از روان کننده های فوق العاده است.
واکنش زیاد Metakaolin (HRM) بتنی با مقاومت و دوام مشابه بتن ساخته شده و با بخار سیلیس تولید می شود. در حالی که بخار سیلیس معمولاً به رنگ خاکستری تیره یا سیاه است ، متاکائولین با واکنش بالا معمولاً به رنگ سفید روشن است و این باعث می شود که برای بتن های معماری که ظاهر مهم است ، انتخاب مطلوبی باشد.
نانو الیاف کربن را می توان به بتن اضافه کرد تا مقاومت فشاری را افزایش دهد و مدول بروز و به اصطلاح جوانتر بیشتری بدست آورد ، و همچنین ویژگی های الکتریکی مورد نیاز برای نظارت بر فشار ، ارزیابی آسیب و نظارت بر سلامت خود بتن را افزایش می دهد. فیبر کربن به دلیل مقاومت در برابر کشش و هدایت زیاد ، از نظر خصوصیات مکانیکی و الکتریکی (به عنوان مثال مقاومت بالاتر) و رفتار نظارت بر خود دارای مزایای بسیاری است.
محصولات کربن برای ساخت رسانای الکتریکی بتن به منظور رسوب زدایی اضافه شده است.
تولید بتن فرآیند مخلوط کردن مواد مختلف - آب ، سنگدانه ، سیمان و هرگونه مواد افزودنی - برای تولید بتن است.
تولید بتن به زمان حساس است. پس از مخلوط شدن مواد ، کارگران باید بتن را قبل از سفت شدن در محل خود قرار دهند. در کاربردهای مدرن ، بیشترین تولید بتن در نوع بزرگی از تأسیسات صنعتی به نام کارخانه تولید بتن یا غالباً کارخانه دسته ای صورت می گیرد.
محصول بتنی در دو نوع اصلی وجود دارند:
محصول مخلوط آماده و مخلوط مرکزی. یک مخلوط آماده همه مواد را به جز آب مخلوط می کند، در حالی که محصول مخلوط مرکزی همه مواد از جمله آب را مخلوط می کند. یک کارخانه مخلوط مرکزی از طریق اندازه گیری بهتر مقدار آب اضافه شده ، کنترل دقیق تری بر کیفیت بتن را ارائه می دهد ، اما باید از آنجا که هیدراتاسیون از مواد اولیه شروع می شود ، در نزدیکی محل کار بتن قرار بگیرد.
-
چسب بتن چیست؟ کاربرد، انواع و نحوه استفاده
2024-04-18 19:20:46
-
بتن مگر چیست و اجرای آن چگونه است؟
2024-04-18 18:48:49
-
بتن بهتر است یا فولاد؟ مقایسه کامل هر 2 سازه
2024-04-18 21:27:33
-
تفاوت بتن سبک و بتن معمولی چیست؟ کدام بهتر است؟
2024-04-18 21:27:31
-
مزایا و معایب قطعات پیش ساخته بتنی چیست؟
2024-04-18 21:27:35
-
انواع ترک در بتن (دلایل ترک در بتن و راهکار)
2024-04-18 21:27:27
-
بهترین سیمان برای بتن ریزی کدام است؟
2024-04-18 19:49:59
-
روش های مقاوم سازی ساختمان بتنی (تکنیک های اصولی)
2024-04-18 21:27:40
-
بلوک بتنی - مشخصات انواع بلوک سبک + قیمت و خرید
2022-02-27 01:07:47
-
ساخت بتن پلیمری|انواع، کاربرد،تولید،سفارش عمده|بتن پلیمری
2024-04-18 17:41:19