بتن سبک با مقاومت زیاد
مقدمه مقاله
همواره سبکی بتن،همراه مقاومت کم آن تلقی شده است .سبکدانه های درشت نقش مهمی را در تغییر مقاومت بتن سبکدانه بازی می کنند .نزدیک به دو دهه پیش مطالعه برای تولید بتن سبکدانه با مقاومت زیاد به ویژه در مقاله های نفتی آغاز شد وتوانستند با استفاده از سبکدانه های خاص وبکارگیری مرغوب اعم از سیمان، دوده سیلیسی وفوق روان کننده ها به مقاومت های فشاری فراتر ازMPa20 دست یابند.در ایران نیز تلاشهایی برای دست یابی به بتن سبکدانه پرمقاومت با مصالح موجود در ایران آغازشد؛اما به دلیل ضعف سبکدانه های درشت ،محدویت های جدی دراین راه وجود دارد .با این حال احساس می شودبتن از سبکدانه از مقاومت زیاد یا متوسط به عنوان بتن بادوام جهت بتن ریزی در قطعات بتن مسلح در حاشیه خلیج فارس ودریای عمان استفاده نمود.
اگر بتوان علیرغم کاهش وزن مخصوص بتن ،مقاومت مناسبی را به دست آوردویا نسبت مقاومت به وزن مخصوص را بالا برد وبار مرده سازه های بتنی را کاهش داد،وضعیت مطلوبی حاصل می شود.گاه سبکی بتن یک خواسته درمقاله خاص می باشد.با استفاده از سبکدانه می توان بتن سبکدانه تولید کرد.علیرغم تلاشهایی که قبل از دهه ۸۰میلادی(به ویژه در دهه ۷۰)صورت گرفته بود .عملا مقاومت های فشاری بتن سبکدانه رشد قابل توجهی نداشت و به ۵۰MPaمحدود می شد.به دلیل نیاز برخی شرکت های نفتی درامریکا ونروژبرای ساخت سازه هاو مخازن ساحلی وفرا ساحلی وسکوهای نفتی تلاش هایی در دهه۸۰و اوایل دهه۹۰صورت گرفت .آنها توانستند با استفاده از دوده سیلیسی وفوق روان کننده وهمچنین سبکدانه های مرغوب و پر مقاومت به مقاومت هایی فراتر از۷۰MPaوحتی به مرزهای ۱۰۰MPaبرسند.در این مقاله ها مسئله دوام بتن ها به ویژه موضوع خوردگی میلگرد ها و پایایی در یخ بندان وآب شدگی وهمچنین مجاورت با آب دریا اهمیت زیادی داشت.این مطالعات و اجرایی این بتن ها راه را برای اقدامات مشابه در سایر کشورها باز نمود .اما جالب است بدانیم ازنیمه دوم دهه ۹۰تاکنون تحقیقات ناچیزی برروی بتن ها انجام ومنتشر شده است.و به نظر می رسد نیاز به تحقیقات گسترده تراحساس نمی شود ویا منابع مالی لازم در اختیار محققین قرار نمی گیرد.در ایران نیز از حدود سال هایآخر دهه ۷۰ هجری شمسی(اواخر دهه ۹۰م)تلاشهایی برای تولید بتن سبک پر مقاومت آغاز شد که نتایج آن در این مقاله از نظر می گذرد.
بتن سبک (Light Weight Concrete)
در دنیای پیشرفته امروزی و با توجه به پیشرفت های صورت گرفته در زمینه های مختلف علمی صنعت بتن نیز دچار تحول گردیده که تولید بتن سبک نیز حاصل همین پیشرفت ها می باشد. بتنی که علاوه بر کاهش بار مرده ساختمان از نیروی وارد به سازه در اثر شتاب زلزله می کاهد و در صورت تخریب وزن آوار حاصل نیز کاهش می یابد و امروزه آنرا به عنوان بتن قرن می نامند .
بتن سبک با توجه به ویژگی هایی که دارد دارای کاربردهای مختلف می باشد که برحسب وزن مخصوص و مقاومت فشاری آن تفکیک می گردد.
تاریخچه ساخت و کاربرد بتن سبک
اولین گزارشهای تاریخی در مورد کاربرد بتن سبک و مصالح سبک وزن به روم باستان بر می گردد. رومیان در احداث معبد پانتئون و ورزشگاه کلوزیوم از پومیس که نوعی مصالح سبک است استفاده کرده اند. کاربرد بتن سبکدانه پس از تولید سبکدانه های مصنوعی و فراوری شده در اوایل قرن بیستم وارد مرحله جدیدی شد. در سال ۱۹۱۸، S. J. Hayde با استفاده از کوره دوار اقدام به منبسط کردن رس و شیل کرد و بدینوسلیه سبکدانه ای مصنوعی تولید کرد که از آنها در ساخت بتن استفاده شد. تولید تجاری روباره های منبسط شده نیز از سال ۱۹۲۸ آغاز گردید.
این سبکدانه مصنوعی در هنگام جنگ جهانی اول به دلیل محدودیت دسترسی به ورق فولادی برای ساخت کشتی بکار رفت. کشتی Atlantus به وزن ۳۰۰۰ تن که با بتن سبک هایدیتی ساخته شد، در اواخر سال ۱۹۱۸ به آب افتاد. در سال ۱۹۱۹ کشتی Selma به وزن ۷۵۰۰ تن و طول ۱۳۲ متر با همین نوع بتن ساخته و به آب انداخته شد. تا آخر جنگ جهانی اول و سپس تا سال ۱۹۲۲ کشتی ها و مخازن شناور متعددی ساخته شد که یکی از آن ها Peralta تا سال های اخیر شناور بود.
برنامه ساخت کشتی ها در اواسط جنگ جهانی دوم متوقف شد و دوباره به دلیل محدودیت تولید ورق فولادی مورد توجه قرار گرفت. تا پایان جنگ جهانی دوم ۲۴ کشتی اقیانوس پیما و ۸۰ بارج دریایی ساخته شد که ساخت آن ها در دوران صلح، اقتصادی محسوب نمی گشت. ظرفیت این کشتی ها ۳ تا ۱۴۰۰۰۰ تن بود.
در سال ۱۹۴۸ اولین ساختمان با استفاده از شیل منبسط شده در پنسیلوانیای شرقی احداث گردید. در ادامه، از سال ۱۹۵۰ ساخت بتن سبک گازی اتوکلاو شده در انگلستان متداول شد. اولین ساختمان بتن سبکدانه مسلح در این کشور که یک ساختمان سه طبقه بود در سال ۱۹۵۸ و در شهر برنت فورد احداث گردید.
ساختمان هتل پارک پلازا در سنت لوئیز، ساختمان ۱۴ طبقه اداره تلفن بل جنوب غربی در کانزاس سیتی در سال ۱۹۲۹ از جمله ساختمان های دهه ۲۰ و ۳۰ میلادی ساخته شده در آمریکای شمالی با استفاده از بتن سبک هستند. ساختمان ۴۲ طبقه در شیکاگو، ترمینال TWA در فرودگاه نیویورک در سال ۱۹۶۰، فرودگاه Dulles در واشنگتن در سال ۱۹۶۲، کلیسایی در نروژ در سال ۱۹۶۵، پلی در وایسبادن آلمان در سال ۱۹۶۶ و پل آب بر در روتردام هلند در سال ۶۸ از جمله ساختمان هایی هستند که با بتن سبکدانه ساخته شده اند.
در هلند، انگلستان، ایتالیا و اسکاتلند نیز در دهه ۷۰ و ۸۰ پل هایی با دهانه های مختلف ساخته و با موفقیت بهره برداری شده اند. در سال های ۱۹۷۰ ساخت بتن سبکدانه پرمقاومت آغاز شد و در دهه ۸۰ به دلیل نیاز برخی شرکت های نفتی در امریکا و نروژ برای ساخت سازه ها و مخازن ساحلی و فراساحلی مانند سکوهای نفتی یک رشته تحقیقات وسیع برای ساخت بتن سبکدانه پرمقاومت در این دو کشور با هدایت واحد آغاز شد که نتایج آن در اواخر دهه ۸۰ و اوایل دهه ۹۰ منتشر گشت.
در سالیان اخیر نیز استفاده بتن سبک در دال سقف ساختمانهای بلند مرتبه، عرشه پلها و دیگر موارد مشابه و همچنین کاربردهای خاص مانند عرشه و پایه دکلهای استخراج نفت کاربرد فراوانی یافته است.