از هزاران سال پیش و باز هم امروز،نیمی از جمعیت کره زمین برای احداث بناهای مورد نیاز خود از مخلوط خاک و آب استفاده می کنند.گل خشک شده ،چینه کشی و کاهگل از مخلوط خاک محتوی رس و خاک به دست می آیند.خاک رس چسبندگی مخلوط را تامین می کند.
این مصالح را می توان نیاکان بتن امروزی و روش های ساخت و پرداخت آن دانست. این مصالح ابتدا به صورت قطعات منظم از پیش ساخته شده مورد استفاده قرار گرفتند و سپس به صورت درجا در قالبهای تهیه شده به این منظور ریخته شده اند و شکل مطلوب و مورد نظر را به خود گرفتند.
در سال 1756،یک انگلیسی به نام اسمیتم ، با استفاده از آهک آبی ( که در زیر آب سفت می شود) و اختلاط آن با خاکستر های آتش فشانی ( که اولین بار در ناحیه
پوز ل در دامنه کوه وزوو یافت شده و به آن پوزلان نام داده اند) ، مخلوطی به دست آورد که مانند سنگ ناحیه پرتلند سخت بود.
در سال 1817یک فرانسوی به نام ویکا ، از طریقی علمی ، اصول شیمیایی سیمان ها را مطالعه کرد و قواعدی برای تهیه آن مشخص نمود.
این ابداعات علمی نشان داد که از اختلاط سیمان، سنگدانه ها ( شن و ماسه) و آب ماده ای یه دست می آید که قابل ریختن در قالب است ، سخت می شود و یه صورت یک سنگ واقعی مصنوعی در می آید. این مخلوط سفت شده بتن نام گرفت.
ادامه مطلب

کاربرد بتن مدتی محدود بود ، زیرا هرچند مقاومت فشاری قابل ملاحظه ای داشت ولی مقاومت کششی آن ده تا بیست بار کمتر از مقاومت فشاری و در نتیجه شکننده بود.
در سال 1848 میلادی ، ابتدا شخصی به نام لامبو و سپس اشخاص دیگری به نام های مونیه وهنبیک به این فکر افتادند که در بخش های تحت کشش قرار گرفته بتن، پیش از بتن ریزی ، میله های گرد فولادی قرار دهند. به این ترتیب بتن مسلح یا بتن آرمه اختراع شد و اولین موارد استفاده آن ، ساختن یک قایق (لامبو) و گلدانهای مکعب مستطیل شکل (مونیه)بود.
در سال 1892 ، در فرانسه اولین پلهای بتن مسلح توسط هنبیک یاخته شد، که یکی شهر پرپینیان به دهانه 15 متر و دومی در شهر شاتل رو به دهانه 50 متر بود. چند سال بعد، د رسال 1900 میلادی ، همین شخص اولین ساختمان چند اشکوبه بتن مسلح را در کوچه دانتن در شهر پاریس احداث کرد.
ساختار بتن
معمولا کلمه بتن به توده حجمی گفته می شود که از سیمان و دانه های مختلف سنگ و آب تشکیل شده است و هر یک از دانه ها با مایه سیمانی احاطه گشته اند. تغییر در مقادیر ، جنس ، نوع و مواد همراه و همین طور شرایط محیطی محصولی با مشخصا ت متفاوت به دست می دهد .
باید دانست که تاثیر انواع سیمان بر روی مقاومت بتن به مراتب زیاد تر و مهم تراز مقدار آن در متر مکعب بتن می باشد.
- گذشت زمان و تاثیر رطوبت هوا بر سیمان ، کیفیت آن را کاهش می دهد در ضمن استفاده از سیمان فاسد شده ، مقاومت بتن را به شدت ساقط می کند.
سیمان
از تعریف کلی سیمان مشخص می شود که سیمان ماده ای متشکل از مواد آهکی نظیر سنگ آهک و سایر مواد شامل اکسید های سیلی سیم و آلومینیوم یعنی رس ها و شیل ها می باشد.مراحل مختلف ساخت سیمان شامل آسیاب مواد خام و تبدیل آنها به پودر ، مخلوط نمودن آنها با در صدهای معین و پختن آنها در یک کوره گردان در حرارت حدود 1500 درجه سانتی گراد می باشد.
دانه های سنگی تاثیر اساسی برروی تاب مکانیکی بتن می گذارد؛ از جمله مواردی که بایستی در این مورد در نظر گرفت عبارتند از :
- جنس دانه های سنگی
- دانه بندی
- شکل دانه ها
- مواد همراه با دانه
- سرمای دانه ها و یخ زدگی در آنها
یک واحد بتن که باید مقاومت فشاری از خود نشان دهد احتیاج به دانه های سخت و خشن دارد . معمولا در چنین مواردی برای بهره بردن از اصطکاک بیشتر ، سنگ های شکسته را استفاده می کنند . در جاهایی که مقاومت در برابر اصطکاک ، خواسته اصلی را تشکیل می دهد صحیح تر آن است که از دانه های گرا نیت و مشابه آن استفاده کنیم.
بیشتر زمان ها دانه ها را پیش از به کار بردن مورد آزمایش قرار می دهند . سنگی در ساختن بتن مصرف می شود باید سالم باشد و پوسیده نباشد ، آب نمکد و با آب ترکیب و یا در آن حل نگردد.درجه سختی آن کمتر از 3 نباشد . سنگ های استفاده شده در بتن نباید متخلخل باشند . وزن فضایی بیش از 5/1 تن در
متر مکعب داشته باشد . کاربرد ماسه های شیستی و یا آهکی سبب تضعیف زیاد بتن می گردد.
اثر سیمان بر مقاومت بتن
با فرض اینکه عوامل دیگری که در این امر بی سبب نیستند ثابت نگاه داشته شوند ، سیمان به 3 طریق بر روی تاب و مقاومت بتن موثر است :
- مقدار سیمان
- نوع سیمان
- کیفیت سیمان
کمترین سیمانی که در ساختن بتن مصرف می شود باید به اندازه ای باشد که دوغاب آن روی دانه های سنگی را اندود کند و بیشترین سیمان در ساختن بتن باید به اندازه ای باشد که نه تنها حالت اول را حفظ کند بلکه فضاهای
خالی استخوان بندی سنگی را هم پر کند .
با مصرف کمتر از حالت اول باعث عدم چسبندگی میان دانه های سنگی و در نتیجه سقوط تاب مکانیکی قطعه می شود. و با مصرف بیشتر از حالت دوم ، بدون آن که تاب قطعه بتنی افزایش یابد ، از صرفه اقتصادی کاسته می شود. با افزایش سیمان مقاومت فشاری و ضریب الا ستیسیته آن نیز افزایش می یابد .
تاثیر سنگدانه ها بر مقاومت بتن
به مصالح سنگی مورد استفاده در ساختن بتن سنگدانه گفته می شود . سنگدانه ها تقریبا 75 در صد حجم بتن را تشکیل می دهند . سنگدانه های بتن باید جوری دانه بندی شوند که استخوان بندی تو پر آن دارای کمترین جای خالی و بیشترین وزن فضایی شود.این دانه ها باید طوری مخلوط گردند که همواره فضای خالی به
کمتری مقدار کاهش یابد و به طوری که کمترین مقدار سیمان مورد مصرف قرار گیرد . برای این منظور دانه بندی باید خوب و پیوسته باشد.
بایست به طور کلی دانه بندی به ترتیبی باشد که 95 درصد آن ا لک 76/4 میلیمتر و تمام دانه های آن از سرندی که دارای سوراخ هایی به قطر 5/9 میلیمتر است عبور کند . در مورد شن عکس ماسه است. یعنی بایستی 90 درصد آن بر روی ا لک 76/4 میلیمتر باقی بماند و ضمنا ً قطر دانه های آن برای بتن معمولی از 70 میلیمتر تجاوز نکند ( ارقام یاد شده مربوط به بتن متعارف است) .
اساساً مقاومت سنگ دانه ها باید از مقاومت بتن بیشتر باشد .
علت این امر تنش های وارد بر سطح تماس یک سنگدانه است که بسیار بیشتر از تنش فشاری وارده می باشد. مقاومت سنگدانه ها به ترکیبات ساختار داخلی و بافت سطحی آن ها بستگی دارد. بنا بر این مقاومت کم سنگدانه ها ممکن است ناشی از ضعف ذرات تشکیل دهنده آنها یا عدم وجود انسجام یا چسبندگی بین ذرات باشد و به طور متوسط مقاومت فشاری سنگدانه ها بین 800 – 200 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است .
آب
آب در تهیه بتن به صورت آب مخلوط در بتن و پس از بتن ریزی برای عمل آوردن بتن استفاده می شود.
- آب مخلوط در بتن : کیفیت آب در بتن از آن جهت مورد اهمیت است که نا خالصی های موجود درآن ممکن است در گیرش سیمان اثر گذارد و اختلال به وجود آورد. همچنین آب نا مناسب ممکن است روی مقاومت بتن اثر نا مطلوب گذارد و یا سبب بروز لکه هایی در بتن و یا زنگ زدن میلگرد شود . معمولا هر آبی را که قابل آشامیدن و بوی مشخصی نداشته باشد می توان در بتن مصرف کرد. استفاده از آب دریا در صورت اضطراری برای اختلاط بتن بدون میلگرد
درصورت اعمال پیش بینی های لازم مشکل زیادی فراهم نمی کند لیکن استفاده از آب دریا برای ساختن بتن مسلح خطر خوردگی فولاد را بالا می برد.
- آب برای به عمل آوردن بتن : واڿه به عمل آوردن به سلسله اقداماتی گفته می شود که برای تکمیل و پیشرفت هسدراتاسیون سیمان صورت می گیرد و بنابر این به منظور افزایش مقاومت بتن مورد استفاده قرار گرفته است و به مرحله اجرا در می آید. به طور کلی توصیه می شود آبی که برای بتن ساخته شده استفاده می شود از موادی که ممکن است روی بتن سخت شده اثر بگذارد عاری باشد.
تاثیر آب بر مقاومت بتن
تغییر مقدار آب باعث تغییرات مقاومت در بتن می گردد . علاوه بر املاح همراه با آب و سختی آن موارد زیر بر مقدار آب دربتن موثرند:
- غلظت بتن مورد نیاز
- درشتی مصالح سنگی مورد مصرف
- نمناکی مصالح سنگی مورد مصرف
- شکل مصالح سنگی مورد نیاز و زبری سطح آن
- گرما و خشکی هوا در هنگام ساخت و بتن ریزی
- مقدار سیمان مورد مصرف
- نوع قالب (چوبی یا فلزی)
هرچه بتن غلیظ تر باشد و دانه های مصالح سنگی درشت تر و نمناک تر باشند و همچنین سطح دانه های مصالح سنگی ساف تر و شکل آنها کره ای تر و محیط مرطوب تر و کم باد تر و مقدار سیمان مورد مصرف کمتر باشد ، مقدار آب لازم برای ساختن بتن کمتر است .
آنچه در این مطلب بسیار اهمیت دارد ، تناسب آب و سیمان است.
ایده آل ترین کار این است که مقدار آب مخلوط را تا کم ترین مقدار ممکن پایین بیاوریم و در ضمن بتن تولید شده نیز به اندازه کافی پلاستیک باشد و به خوبی در محل لازم جایگزین گردد.
برای بتن معمولی مقدار آب باید بین 42 تا 56 لیتر در هر 100 کیلوگرم سیمان در نظر گرفته شود . تغییر میزان آب حالات زیر را فراهم می آورند.
- بتن سفت :این بتن سفت می باشد و ملات آن کمی از ماسه شسته نمناک تر است . بتن دانه دانه است و برای متراکم کردن آن بایستی آن را کوبید یا به سختی لرزاند و مصرف این نوع بتن بیشتر در ساخت بلوک بتنی می باشد یا موارد استفاده خاص دارد.
- بتن خمیری سفت:این بتن که ملاتش خمیری است ، هنگام ریختن مانند عسل می باشد . برای متراکم کردن بایستی آن را لرزاند . مصرف آن در بتن های مسلح است .
- بتن شل:این بتن بیشتر در بتن های محافظتی (اطراف ستون های فلزی و غیره) مصرف می شود .
مقدار آب بتن به دو طریق مشخص می شود.
- نسبت آب به وزن سیمان برای بتن های پر مایه
- نسبت آب به مجموع وزن سیمان و مصالح سنگی
معمولا برای کم کردن هر 1% فضای خالی در بتن ، باید در هر متر مکعب 3 لیتر از آب آن کم کرد که البته بایستی کم ترین میزان آب را در نظر گرفت.