به ساده ترین بیان می توانیم بگوییم که بتن مخلوطی از سنگدانه ها یا خرده سنگ های کوچک و یک ماده خمیری است. ماده خمیری بتن از سیمان پرتلند و آب تشکیل شده که سطوح دانه های سنگی ریز و درشت را می پوشاند و از طریق یک واکنش شیمیایی به نام هیدراته شدن، خمیر سفت شده و محکم می شود و یک توده سنگ مانند را به وجود می آورد که ما آن را بتن می نامیم.
در این فرآیند کلیدی یک ویژگی قابل توجه نهفته است و آن خاصیت پلاستیکی و انعطاف پذیر بودن بتن است. هنگامی که مواد تشکیل دهنده بتن با هم مخلوط شده و خشک می شوند، دوام و مقاومت آن بسیار بالا می رود. این همان ویژگی منحصر به فرد بتن است که دلیل استفاده از آن را در آسمان خراش ها، پل ها، پیاده روها، بزرگراه ها، خانه ها و سدها شفاف می کند.
مواد تشکیل دهنده بتن با چه تناسبی با هم مخلوط می شوند؟
کلید دستیابی به یک بتن مقاوم در تناسب مواد تشکیل دهنده آن و رعایت نسبت دقیق آنها در زمان مخلوط کردن مواد می باشد. اگر خمیر بین سنگدانه های تشکیل دهنده بتن به مقدار کافی نباشد، تمام حفره های موجود در بین سنگدانه ها پر نشده و در نتیجه با یک بتن متخلخل با سطحی ناهموار روبرو خواهیم بود.
در عین حال اگر میزان سیمان یا همان خمیر بین سنگدانه ها بیش از حد لازم باشد بتن از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و به راحتی در اثر عوامل مختلف طبیعی دچار ترک خوردگی می شود.
سیمان پرتلند در هنگام برخورد با آب از لحاظ شیمیایی فعال می شود. ترکیب سیمان و آب یک ماده خمیری شکل را تشکیل می دهد که سطح ذرات سنگ و ماسه و سنگدانه ها را پوشانده و از طریق یک واکنش شیمیایی به نام هیدراته شدن، خمیر سفت شده و یک بتن محکم را تشکیل می دهد.
کیفیت خمیر حاصله، ویژگی های بتن را تعریف می کند. مقاومت خمیر نیز به نوبه خود به نسبت آب به سیمان بستگی دارد. این نسبت در اصل حاصل تقسیم وزن آب مخلوط شده بر وزن سیمان است. هر چقدر که نسبت آب به سیمان کمتر باشد کیفیت بتن حاصله بالاتر خواهد بود، اما باید توجه داشت که کاهش این نسبت نباید موجب از بین رفتن کارایی بتن و امکان قرار گیری آن در فضاهای لازم شود.
یک مخلوط که به درستی طراحی شده باشد دارای قابلیت کارکرد مطلوب در حالت بتن تازه و دوام و استقامت بالا در حالت بتن سفت شده، است. به طور معمول، یک مخلوط مناسب از حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد سیمان، و ۶۰ تا ۷۵ درصد سنگ دانه و ۱۵ تا ۲۰ درصد آب تشکیل شده است. ۵ تا ۸ درصد باقیمانده را هم در بسیاری از مخلوط های بتن، توسط هوا اشغال شده است.
در تهیه بتن از چه نوع آب و یا سنگ دانه ای باید استفاده کرد؟
تقریبا هر نوع آب طبیعی قابل آشامیدن و فاقد بو و طعم می تواند در ترکیب بتن استفاده شود. وجود ناخالصی های بیش از حد در آب نه تنها بر زمان سخت شدن و اصطلاحا گیرش بتن و مقاومت آن تاثیر منفی داشته، بلکه می تواند موجب ایجاد لکه در بتن، خوردگی آرماتور، بی ثباتی در حجم بتن و کاهش دوام آن شود.
با توجه به مشخصاتی که برای بتن تعیین می شود، محدودیت هایی را برای عامل های مختلف موجود در آب از جمله کلریدها، سولفات ها، مواد قلیایی و مواد جامد غیر محلول در آب باید رعایت کرد مگر آنکه آزمایش های بتن تاثیرات آنها را منتفی بداند.
اگرچه بیشتر آب های آشامیدنی برای اختلاط بتن مناسب می باشند، اما باید در انتخاب سنگدانه ها با دقت رفتار کرد. سنگدانه ها ۶۰ تا ۷۵ درصد از حجم کل بتن را تشکیل می دهند. نوع و اندازه سنگدانه های مورد استفاده به ضخامت و هدف محصول نهایی بتن بستگی دارد.
در پروژه های ساختمانی و مقاطع سازه ای نسبتا نازک از سنگ دانه های کوچک در بتن استفاده می شود. در حالی که سنگ دانه های با قطر بیش از ۶ اینچ در سدهای بزرگ استفاده می شوند.
درجه بندی اندازه سنگدانه های به کار رفته در بتن زمانی کارآمد می باشد که از یک خمیر مطلوب جهت اتصال آنها استفاده شود. علاوه بر این، سنگ دانه ها باید تمیز و عاری از هرگونه ماده ای باشند که ممکن است بر کیفیت بتن تاثیر بگذارند.
فرآیند هیدراته شدن در تولید بتن چیست؟
دقیقا پس از ترکیب سنگ دانه ها با آب و سیمان، مخلوط حاصله شروع به سخت شدن می کند. تمامی سیمان های پرتلند، سیمان هایی هستند که در زمان تماس با آب در اثر واکنش شیمیایی خاصی به نام هیدراته شدن سخت و محکم می شوند. طی این واکنش، روی سطح هر ذره سیمان یک گره تشکیل می شود. این گره رشد کرده و منبسط می شود تا جایی که به گره ذرات دیگر سیمان پیوند خورده و یا به سنگ دانه های مجاور خود بچسبد.
هنگامی که بتن کاملا مخلوط و قابل استفاده شد، باید قبل از سفت شدن بیش از حد، در محل مورد نیاز و یا به اشکال مورد نیاز قرار گیرد.
برای اسلب ها، بعد از شکل دادن بتن کمی صبر می کنند تا رطوبت سطح خارجی بتن از بین برود. سپس با استفاده از یک سطح چوبی یا فلزی نسبت به صاف کردن سطح بتن اقدام می شود. بدیهی است چنانچه از وسیله چوبی برای صاف کردن سطح بتن استفاده شود نتیجه کار یک سطح نسبتا خشن بوده که مقاومت خوبی در مقابل لغزش دارد؛ اما اگر از وسیله فلزی استفاده شود نتیجه کار یک سطح صاف، سخت و متراکم است.
پس از سخت شدن سطح خارجی بتن و به منظور افزایش مقاومت بتن مرحله عمل آوری یا پخت بتن شروع می شود. این مرحله باعث تداوم فرآیند هیدراته شدن سیمان می شود تا بتن به افزایش مقاومت خود ادامه دهد. فرآیند پخت بتن با پاشیدن آب یا مه آب و یا با استفاده از پارچه های نگهدارنده رطوبت مانند تشک های پنبه ای انجام می شود. در روش های دیگر پخت بتن علاوه بر آب پاشی سطح بتن از تبخیر آب نیز جلوگیری می گردد.
برای محافظت از بتن در شرایط آب و هوایی مختلف بسیار سرد یا گرم از تکنیک های خاصی برای پخت بتن استفاده می شود. هرچه بتن بیشتر مرطوب بماند، مقاومت آن نیز بیشتر می شود. میزان و سرعت سخت شدن بتن به ترکیب و ظرافت سیمان مصرفی، نسبت مخلوط و شرایط رطوبت و دما بستگی کامل دارد.
بتن با افزایش سن و پیرتر شدن قوی تر می شود. بیشترین میزان هیدراته شدن و افزایش استحکام و قدرت بتن در ماه اول از چرخه عمر بتن اتفاق می افتد. اما فرآیند هیدراته شدن برای سالهای متمادی و با سرعت کمتری ادامه خواهد داشت و این حقیقت باعث استحکام بیشتر بتن در طول زمان خواهد بود.
