بتن چگونه ساخته می شود؟

ساده ترین ترکیب بتن شامل مخروطی از خمیرو سنگدانه یا سنگ است. خمیر تشکیل دهنده آن که معمولا از سیمان پرتلند و آب تشکیل شده است، تمام سطح مورد نظر و فاصله بین سنگدانه های ریز و درشت را می پوشاند. سپس با انجام یک واکنش شیمیایی که هیدراتاسیون نام دارد، این خمیر به خوبی سفت می شود و در نهایت توده سنگ مانندی به نام بتن را تشکیل می دهد.

بتن تازه حالت پلاستیکی و چکش خوار دارد، اما همین ترکیب، بعد از واکنش شیمیایی با آب، سخت شده و تبدیل به ترکیب بسیار بادوام و با استحکامی می شود. این استحکام چنان است که از آن در ساختن آسمان خراش ها، پل ها، پیاده روها، بزرگراه ها، خانه ها و سدها استفاده می شود. می توان گفت کلید این تغییر در خواص، در انجام واکنش شیمیایی هیدراتاسیون نهفته است.

ترکیب بتن

برای داشتن یک بتن بادوام، لازم است ترکیب دقیق مواد تشکیل دهنده خمیر آن به درستی رعایت شود. مخلوطی که خمیر سیمان کافی برای پر کردن تمام فضاهای خالی بین سنگدانه ها نداشته باشد، سطوح ناصاف و متخلخلی ایجاد می کند که به کار بردن آن بسیار دشوار خواهد بود. اگر مقدار سیمان در ترکیب زیاد باشد، درست است که به راحتی به کار برده می شود و سطح صافی ایجاد می کند، اما ترکیب حاصل مقرون به صرفه نیست و می تواند به راحتی ترک بخورد.

ترکیب شیمیایی سیمان پرتلند در حضور آب زنده می شود. سیمان و آب خمیری را تشکیل می دهند که ذرات سنگ و ماسه را احاطه کرده و سطح صافی تشکیل می دهد. سپس از طریق انجام واکنش شیمیایی هیدراتاسیون، خمیر سیمان سفت شده و استحکام پیدا می کند.

کیفیت خمیر سیمانی، تعیین کننده کیفیت بتن تشکیل شده است. استحکام خمیر نیز به نوبه خود به نسبت آب به سیمان بستگی دارد. نسبت آب به سیمان، از تقسیم کردن وزن آب بر وزن سیمان به دست می آید. بهترین ترکیب، ترکیبی است که تا حد ممکن نسبت به سیمان آن کم باشد، بدون اینکه این مسئله روی کارایی و بافت آن تاثیر منفی بگذارد.

مخلوطی که ترکیب آن به درستی رعایت شده باشد، کار کردن با آن آسان است، چون این مخلوط به حد کافی روان بوده و سطح صافی ایجاد می کند و در عین حال، این ترکیب بعد از سخت شدن، از دوام و استحکام لازم برخوردار است. به طور معمول، استفاده از حدود 10 تا 15 درصد سیمان، 60 تا 75 درصد سنگدانه و 15 تا 20 درصد آب در ترکیب مطلوب است و توصیه می شود. هوای وارد شده نیز ممکن است 5 تا 8 درصد دیگر از حجم بتن را اشغال کند.

نکاتی درباره انتخاب آب و سنگدانه ها

تقریبا هر نوع آب طبیعی که قابل شرب باشد و طعم یا بوی مشخصی نداشته باشد، می تواند در ترکیب بتن استفاده شود. ناخالصی های بیش از حد در آب، نه تنها ممکن است بر زمان گرفتن آن و مقاومت ترکیب تاثیر بگذارد، بلکه می تواند باعث لکه گیری، ایجاد خوردگی در آرماتورها، ناپایداری حجمی و کاهش دوام ترکیب نهایی نیز شود. آب مورد استفاده معمولا نباید شامل کلریدها، سولفات ها، مواد قلیایی و مواد جامد باشد، مگر اینکه به طور اختصاصی، آزمایش هایی برای تعیین تاثیر ناخالصی بر کیفیت نهایی بتن انجام شود.

اگرچه در به کار بردن آب محدودیت چندانی وجود ندارد و تقریبا بیشتر آب های آشامیدنی برای این منظورمناسب هستند، اما لازم است سنگدانه ها با دقت انتخاب شوند. سنگدانه ها 60 تا 75 درصد از حجم کل ترکیب را تشکیل می دهند. نوع و اندازه سنگدانه مورد استفاده بستگی به این دارد که بخواهیم سطح سیمانی به دست آمده، چه اندازه ضخامتی داشته باشد.

در قسمت های نازک ساختمان معمولا نیاز به ترکیبی با سنگدانه های کوچک داریم، اگرچه سنگدانه هایی تا قطر شش اینچ در بتن سدهای بزرگ هم استفاده شده است. بهتر است برای به دست آوردن ضخامت مناسب در هر قسمت ساختمان، درجه بندی سنگدانه ها در هر قسمت به طور جداگانه تعیین و رعایت شود. به علاوه سنگدانه ها باید تمیز و عاری از هرگونه ماده ای باشند که ممکن است بر کیفیت نهایی بتن تاثیر بگذارد.

پس از ترکیب شدن اجزا چه اتفاقی می افتد؟

پس از ترکیب شدن سنگدانه ها، آب و سیمان، مخلوط به سرعت شروع به سفت شدن می کند. تمام سیمان های پرتلند، سیمان های هیدرولیکی هستند که طی واکنش شیمیایی هیدراتاسیون، مولکول های آب در ساختار آنها گیر می کنند و سخت می شوند. طی این واکنش، یک گره روی سطح هر ذره سیمان تشکیل می شود. گره رشد می کند و منبسط می شود تا زمانی که با گره های دیگر ذرات سیمان پیوند برقرار کند یا به سنگدانه های مجاور بچسبد.

پس از اینکه ترکیب سیمانی مخلوط شد، لازم است پیش از خشک شدن درون قالب هایی قرار بگیرد. این کار برای جلوگیری و از بین بردن عیوب احتمالی، مانند: لانه زنبوری شدن و وجود حفره های هوا و ... است. بنابراین لازم است که ترکیب مخلوط با به کار بردن قالب ها، یکپارچه سازی شود.

ماله کشی

بتن را تا زمانی که لایه رطوبت سطحی ناپدید می شود، دست نخورده باقی می گذارند، سپس از یک ماله دستی چوبی یا فلزی برای صاف کردن آن استفاده می شود. ماله بافتی نسبتا یکنواخت اما کمی زبر ایجاد می کند که مقاومت لغزش خوبی دارد و اغلب به عنوان شکل ظاهری نهایی برای قسمت های بیرونی استفاده می شود. اگر سطح صاف، سخت و متراکم مورد نیاز باشد، ماله کشی فولادی انجام می شود.

عمل آوری

پس از آنکه سطوح سیمانی به اندازه کافی سخت شدند، عمل آوری آغاز می شود. چون لازم است سطوح سیمانی به حدی از مقاومت رسیده باشند که بتوانند در برابر لکه گیری مقاومت کنند، عمل آوری باعث می شود که هیدراتاسیون سیمان به طور مداوم در طول عمرش ادامه پیدا کند که این مسئله به استحکام سطح سیمانی کمک می کند.

سطح بتنی با پاشیدن مه آب، یا با استفاده از پارچه های نگهدارنده رطوبت مانند پارچه های کرباسی یا تشک های پنبه ای خشک می شوند. روش های دیگری مانند مهر و موم کردن سطح با پلاستیک یا اسپری های مخصوص به نام ترکیبات کیورینگ نیز وجود دارد که هر کدام از این روش ها به طریقی از تبخیر آب جلوگیری می کنند.

عمل آوری بتن در هوای بسیار سرد یا گرم روش های مختلفی دارد که لازم است برای استحکام سطح سیمانی رعایت شوند. هر چه سیمان بیشتر مرطوب بماند، استحکام و دوام بیشتری خواهد داشت. سرعت بخشیدن به ترکیب و ظرافت سیمان، نسبت مخلوط و شرایط رطوبت و دما بستگی دارد.

فرآیند استحکام بتن با افزایش سن آن همچنان ادامه پیدا می کند، بیشتر فرایند هیدراتاسیون و افزایش مقاومت سیمان در طول ماه اول عمر آن انجام می شود، اما هیدراتاسیون با سرعت کمتری برای چندین سال متوالی نیز ادامه می یابد.

سازه های بتنی با دوام و مستحکم هستند، چنان که می توانند سالیان سال مورد استفاده قرار بگیرند. هر کدام از ما به سادگی می توانیم چندین پل قدیمی را که با بتن ساخته شده، نام ببریم که هنوز پا بر جا است و مورد استفاده قرار می گیرد، بدون اینکه ساختار آن بر اثر رطوبت وتابش آفتاب و استفاده مداوم تخریب شده باشد.