این جزوه به صورت پی ادف در اختیار کاربران عزیز میباشد

المان محدود دو بعدی

تالیف دانشگاه تبریز

دانلود

حتما شما هم انیمیشن UP (بالا) قسمت اول را دیده اید. در این کارتون انیمیشنی خانه ی پیرمردی را مشاهده میکنید که با وجود ساخت و سازهای گسترده اطراف این پیرمرد رضایت به فروش خانه اش نداده است. تصویر زیر عکسی از این انیمیشن است:

حال بهتر است در دنیای واقعی نیز چند نمونه از همین 4 دیواری اختیاری ها ملاحظه بفرمایید:

نرم‌افزار STAAD.Pro

مهندسین طراح در بیست سال گذشته، انواع مختلف سازه‌ها از قبیل ساختمانهای مسکونی، آسمان خراش ها، مخازن ذخیره، تونل‌ها و حتی ساز پیانو را به کمک نرم‌افزار STAAD.Pro طراحی و محاسبه کرده‌اند. امروزه، STAAD.Pro یکی از بهترین انتخاب‌ها در صنعت نرم‌افزارهای سازه‌ای برای آنالیز استاتیکی، دینامیکی، P-Delta، آنالیز غیرخطی، کمانش و نیز آنالیز کابل به شمار می‌رود. از مهمترین مزیت‌های این برنامه پشتیبانی از آیین نامه‌های طراحی با مصالح مختلف از قبیل: فولاد، بتن، چوب، آلومینیوم و مقاطع مرکب است.

قابلیت‌های مربوط به محاسبات دینامیکی و بررسی رفتار اندرکنش خاک-سازه همراه با نتایج خروجی منحصر به فرد، STAAD.Pro را تبدیل به یک نرم افزار کاربردی کرده است

STAAD.Pro نرم‌افزار سازه‌ای است که آیین‌نامه‌های ساختمانی بیش از ۴۰ کشور جهان از جمله ایالات متحده، انگلیس، کانادا، استرالیا، فرانسه، آلمان، اسپانیا، نروژ، فنلاند، هند و غیره را دارا بوده و به طور پیوسته آیین نامه‌های جدیدتری نیز بنا به درخواست مشتریان سایر کشورها به آن اضافه می‌شود.

از دیگر ویژگی های STAAD.Pro سازگاری با فن آوری COM - Component Object Model است.

رابط کاربری برنامه STAAD.Pro مبتنی بر استانداردهای جهانی است. با استفاده از محیط گرافیکی پیشرفته، ویرایشگر متن و صفحه گسترده داخل برنامه می‌توان مدل‌های بسیار پیچیده را در مدت زمان کوتاه و معقولی ایجاد کرد.

قابلیت گزارش دهی جامع از نتایج و اطلاعات اولیه سازه، که کاربر می‌تواند بنا به نیاز قسمت‌های مورد نظر را جهت گزارش گیری انتخاب نماید.[۲]
نرم‌افزار FLAC 3D

اگرچه FLAC در اصل برای کاربردهای مهندسی عمران و معدن طراحی شده است، اما قابلیت زیادی برای حل مسائل مکانیک نیز دارد. ساختارهای متعددی در این برنامه وجود دارند که مدل سازی موادی را که رفتارشان بسیار غیر خطی می‌باشد را ممکن می‌سازد. علاوه بر این FLAC امکانات خاص دیگری نیز دارد:

    مدل سازی صفحاتی که ممکن است در آنها لغزش یا جدایش اتفاق بیفتد.
    طرح‌های تنش و کرنش صفحه‌ای و مدل‌های هندسی.
    مدل المانهای ساختاری برای مدلسازی نگهداری.
    امکان رسم پلات و مشاهده چشمی تغییرات.
    امکان آنالیزهای دینامیکی.
    امکان مدلسازی خزش و رفتار ویسکوالاستیک.
    امکان مدل کردن تاثیر تغییرات حرارتی.
    امکان مدل کردن جریان آب زیر زمینی و توزیع فشار آن.
    امکان افزودن امکانات جدید مورد نظر کاربر با زبان C++ توسط کاربر

نام FLAC مخفف عبارت «Fast Lagrangian Analysis Of Continua» می‌باشد. دکتر پیتر کاندال در سال ۱۹۸۶ نرم‌افزار FLAC را برای تحلیل برخی مسائل برروی یک میکروکامپیوتر IMB طراحی کرد.[۳] این نرم‌افزار برای محاسبات سریع مدل‌هایی که المانهای بسیار دارند طراحی شده است. با افزایش سرعت محاسبات کامپیوتر مسائل بزرگتر و مشکل تری با FLAC قابل حل خواهد بود. این برنامه در سالهای اخیر گسترش زیادی یافته است که توسط شرکت مشاوره‌ای Itasca انجام گرفته است.[۴]

FLAC توسط زبان FISH حمایت می‌شود. به وسیله این زبان کاربر می‌تواند برنامه‌ها و توابع مورد نظر خود را برای افزایش کارآیی FLAC به آن بیفزاید. از این برنامه همچنین برای تحلیل و طراحی در مهندسی معدن و ساختارهای زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این برنامه روش حل معادلات جابجایی، امکان تحلیل شکست و ریزش را که پدیده مهمی در معدنکاری می‌باشد فراهم می‌سازد.
چند مورد از کاربردهای نرم‌افزار FLAC در پروژه‌های کاربردی

    تحلیل پایداری شیب در معادن روباز
    بررسی نشست حاصل از حفر تونل‌های کم عمق در مناطق شهری
    تاثیر روش بازکردن تونل بر پایداری آن
    طراحی کارگاه‌های جبه کار طولانی در معادن زیرزمینی

FLAC/Slope

در بسته نرم‌افزاری FLAC نرم‌افزار پرکاربردی به نام FLAC/Slope وجود دارد که به تحلیل پایداری در شیب‌ها می‌پردازد. این نرم‌افزار توانایی مدل سازی شیب‌ها را داشته و منطقه را از لحاظ توزیع تنش، خصوصیات مکانیک سنگی و... مدل سازی می‌نماید. البته SLOPE نیز نرم‌افزاری بسیار کوچک بوده و توانایی مدلسازی مسائل پیچیده را ندارد. با خود نرم‌افزار FLAC می‌توان تمام کارهای FLAC SLOPE را با دقتی بیشتر انجام داد. دسترسی آسان به نرم‌افزار FLAC باعث کاربرد زیاد آن در تحلیل شیب پایدار معادن Open Pit گردیده است.
نرم‌افزار geostudio

    آنالیز تنش – تغییرمکان
    آنالیز تنش-تغییرمکان یک خاکریز در یک مرحله اجرا
    آنالیز تنش-تغییرمکان یک خاکریز در چند مرحله اجرا
    تحلیل تراوش آب
    تحلیل تراوش آب در خاکریز
    بررسی عملکرد سازه خاکی در مقابل آب و ارائه روشهای بهسازی و کنترل
    تراوش آب در سازههای خاکی
    تحلیل پایداری
    تحلیل پایداری یک خاکریز و محاسبه ضریب اطمینان پایداری
    بهسازی سازههای خاکی توسط مهار، نیلینگ و ژئوتکستایل
    تحلیل دینامیکی
    تحلیل دینامیکی خاکریزها و سدهای خاکی
    تحلیل تنش- تغییرمکان سدها
    تحلیل تنش تغییرمکان سدهای خاکی با هسته رسی در شرایط مخزن پر
    تحلیل تراوش تابع زمان سدها
    آنالیز تراوش و حرکت آب در خاک تابع زمان سد خاکی با هسته رسی
    تحلیل پایداری سد خاکی
    تحلیل پایداری سد خاکی با هسته رسی با درنظر گرفتن شرایط فشار آب حفرهای هسته
    تحلیل پایداری با برنامه
    مدلسازی سد خاکی در نرم‌افزار SLIDE و مقایسه نتایج

نرم افزار Tekla Structures

نرم‌افزاری بسیار معروف و کارآمد و حرفه‌ای برای طراحی و مدل سازی بسیار پیشرفته و مدرن سازه‌های فلزی و بتونی عظیم مانند استادیوم‌ها و برجها نرم‌افزاری عالی برای مهندسین عمران و سازه می‌باشد که با مدل کردن ۳بعدی از آنها قادر به آنالیز و طراحی تمامی سازه‌ها می‌باشد.

این نرم‌افزار ضمن فراهم‌آوری محیطی آسان و کاربرد درست، این قابلیت را دارد که تمامی نقشه‌های سازه‌ای درحد نقشه‌های کارگاهی با تمامی جزئیات و اطلاعات را کامل به‌طور خودکار و بدون نیاز به هیچ‌گونه ترسیم دستی تولید کند. بخش فولادی این نرم‌افزار معروف به Xsteel می‌باشد که این بخش نیز اتصالات فولادی را به صورت کامل و دقیق طراحی و کنترل و سر انجام ترسیم می‌کند. نرم‌افزار Tekla Structures در بخش فولادی ابزاری قدرتمند برای استفاده مهندسان سازه و تهیه‌کنندگان نقشه‌های اجرایی و سازندگان سازه‌های فلزی است که به دلایل زیر خود را در راس پیشرفته‌ترین نرم‌افزارهای گروه مهندسی سازه قرار داده است.
قابلیت های این نرم‌افزار

    مدلسازی سازهای فولادی با استفاده از فایل ورودیSap و etabs در برنامه tekla
    امکان تعریف مقاطع و پروفیلهای ایرانی بصورت ساده و ترکیبی
    طراحی و ترسیم اتصالات پیچ و مهره و جوشی تیر به ستون و تیر به تیر
    طراحی و ترسیم وصله تیرها و وصله ستونها
    طراحی و ترسم کف ستونها (بیس پلیت)
    طراحی و ترسیم نقشه اتصالات بادبندها
    تیپ بندی اتوماتیک و ترسیم پلانهای ستونگذاری و تیر ریزی طبقات با تمام جزئیات
    ترسیم نمای جانبی ستونها و ترسیم مقاطع تیرها - ستونها و بادبندها
    تهیه نقشه‌های شاپ مقاطع - ورقها - اتصالات-و دستور برش ورق‌ها و پروفیلها
    تهیه لیستوفر کامل پروفیل‌ها و اتصالات
    شیت بندی بصورت اتوماتیک
    امکان تغییر در مشخصات نقشه‌های ترسیم شده
    ارائه خروجی نقشه ترسیم شده در محیط اتو کد
    منطبق بر آخرین ویرایش‌های آئین نامه‌های ایران و......

نرم‌افزار سازه90 (SAZE90)

سازه90 نرم افزاری است که در محیط AutoCAD برنامه نویسی شده است. این نرم افزار با استفاده از تکنیک های AutoCAD Activex Automation از سال 1376 تاکنون با حجم قابل توجهی از کار گروهی در حال توسعه بوده است . سازه90 خروجی نرم افزارهای SAP, ETABS, SAFE را دریافت کرده و بر اساس آنها نقشه های اجرائی را در محیط AutoCAD ترسیم می کند. با توجه به این که کاربر، سازه90 را در محیط AutoCAD اجرا می نماید، کلیه امکانات این نرم افزار یگانه به توانائی های سازه90 افزوده می گردد . همه این توانائی ها دستاورد بیش از 150.000 نفر ساعت کار گروهی، از سال 1374 تا سال 1393، هستند. هم اکنون سازه90 و ابزارهای آن توسط هزاران نفر از مهندسین ساختمان، دفاتر مهندسی و مهندسان مشاور سراسر کشور برای تکمیل فرایند طراحی سازه مورد استفاده قرار می گیرد. بخشی از توانائی های سازه90 برای ترسیم سازه های بتنی عبارتند از:

ترسیمی: تیرها ستون ها فونداسیون پیشرفته دیوار برشی پیشرفته سقف تیرچه بلوک پله

محاسباتی و کنترلی: محاسبه طول مهار و وصله و خم میلگردها کنترل ضوابط شکل پذیری امکان تعیین استراتژی خاموت گذاری امکانات دیگر

لیست مقادیر مصالح: تهیه لیستوفر محاسبه حجم بتن دستوربرش

قابلیت های دیگر: نقشه های هوشمند امکان مدیریت طول میلگردهای تقویتی شیت چینی اتوماتیک متدولوژی جدید SED گزارش از نحوه ترسیم جزئیات Report نصب روی سیستم 64bit نسخه شبکه سازه90
نرم‌افزار ETABS

نرم‌افزار ETABS یک نرم‌افزار مخصوص جهت تحلیل و طراحی سازه‌های ساختمانی می‌باشد. قابلیت این نرم‌افزار جهت تحلیل و طراحی این نوع سازه‌ها جهت گیری شده‌اند. تمام المان‌های یک ساختمان برای برنامه شناخته شده هستند. پردازنده‌های طراحی برنامه بسیار کامل می‌باشد و تمام المان‌های ساختمان را می‌توان در این نرم‌افزار طراحی کرد.

    مهمترین قابلیت‌های تحلیلی برنامه عبارتند از:
    شناخت المان‌های ساختمان و طبقات
    محاسبه خودکار جرم و مرکز جرم
    انتقال بارهای ثقلی از کف‌ها به تیرها
    تولید و توزیع بارهای جانبی بین تراز طبقات
    مدل سازی المان‌های پوسته‌ای و رامپ‌ها
    قابلیت‌های طراحی برنامه نیز شامل موارد زیر می‌باشند:
    طراحی قاب‌های فولادی
    طراحی قاب‌های بتنی
    طراحی دیوارهای برشی
    طراحی تیرهای مرکب
    علاوه بر قابلیت‌های تحلیل و طراحی فوق برنامه ETABS ارتباط دو طرفه کاملی با نرم‌افزارهای دیگر دارا می‌باشد. برنامه ETABSبه طور خودکار فایل ورودی SAFE را ایجاد می‌کند. همچنین برنامه ETABS قابلیت ایجاد فایل ورودی SAP2000 را دارد.

نرم‌افزار SAFE

SAFE برای طراحی کف بتنی post-tension و سیستم‌های بنیادی بکار برده می‌شود. در نسخه جدید SAFE عناصر چند بعدی طبق مدلسازی و ابزارهای ترسیم تصاویر معرفی شده‌اند. این مجموعه با بهره گیری از استانداردهای موجود در حوزه عملیاتی بودن طرح و خلاقیت آن امکانات تازه‌ای برای کاربران فراهم می‌کند.

این برنامه حوزه‌های مختلف فرایند طراحی مهندسی، از طرح کلی قالب بندی گرفته تا معرفی جزئیات کامل ترسیم در محیطی ساده و قابل درک به تصویر می‌کشد. اگر چه این نسخه از سری نرم‌افزارهای SAFE با نام دیگری معرفی نشده، اما ویژگیهای جدید آن در سطحی گسترده افزایش و در موارد بسیاری ارتقاء یافته است. این نسخه آمیزه ایی از یک برنامه مهندسی پرقدرت، بسیار کارآمد با کاربری آسان را برای کاربران ارائه می‌دهد.

قابلیت‌ها و امکانات قابل فهم در حوزه سازه بتنی محکم ارائه می‌دهد و علاوه بر آن از ویژگیهای تنش ستون بهره مند است.
ویژگیهای نرم‌افزار

    امکان ارائه خروجی مدل قالب
    ارزیابی و بررسی جزئیات طرح طبق کد "AASHTO LRFD 2007 و با استفاده از عوامل Live-Load Distribution Factors برای رونمای پل بتنی پیش فشرده چند حفره‌ای پیاده سازی شده است. این ویژگی به طراحی کل قسمتها که در نسخه قبلی ارائه شد افزوده شده است. ارزیابی طرح برای بررسی میزان فشار، قابلیت پیچش و توانایی برش با استفاده از MCFT (یا نظریه modified compression field theory) ارائه شده است.
    طرح قالب بتن با استفاده از کد "AASHTO LRFD 2007" پیاده سازی می‌شود.
    به منظور بهبود سرعت خاص برای تولید و ساخت لولاهای قالبی AASHTO/Caltrans جهت آنالیز ساده و بی دردسر امکانات بسیاری لحاظ شده است.

نرم‌افزار SAP

این نرم‌افزار تمامی نیازهای لازم برای طراح را یکجا فراهم آورده است و در ساخت سازه‌ها از این نرم‌افزار به طور عملی استفاده می‌شود. یادگیری این نرم‌افزار بسیار سریع است و به زمان طولانی برای یادگیری نیازی نیست. قالب‌های آماده‌ای که در نرم‌افزار پیش‌بینی شده است باعث می‌شود قادر به شبیه‌سازی طرح‌های بسیار پیچیده باشید. در این برنامه برای طراحان پل نیز امکانات ویژه‌ای در نظر گرفته شده است. نگارش جدید این نرم‌افزار در اواخر فروردین به بازار عرضه شد و گران‌ترین آن نسخه Advanced یا پیشرفته است. برنامه SAP آخرین و قوی ترین نسل از سری برنامه تحلیل سازه‌ها می‌باشد.

این برنامه قادر به تحلیل استاتیکی و دینامیکی، تحلیل بار زنده برای پل ها، تحلیل خطی و غیر خطی، تحلیل و طراحی المان‌های سازه‌ای مختلف می‌باشد. لذا تسلط کافی بر این برنامه آسان و کاربردی اما دقیق می‌تواند برای مهندسان عمران برای مدلسازی آنالیز و طراحی المان‌ها و سازه‌ها مختلف بسیار مهم باشد دید پویا تر و ملموس تری از اثر بارگذاری‌های مختلف بر سازه و عناصر آن برای آن‌ها فراهم می‌آورد.
قابلیت‌های کلیدی نرم‌افزار

    تحلیل استاتیکی و دینامیکی
    تحلیل خطی و غیر خطی شامل تحلیل لرزه‌ای
    تحلیل بار متحرک کامیون و برای پلها
    تحلیل P-Delta
    المانهای سازه‌ای SHELL و FRAME شامل تیر ستون، خرپا و رفتار غشایی و پوسته‌ای
    المانهای غیر خطی فنر و اتصال (LINK and SPRING)
    سیستمهای مختصات چند گانه
    انواع مختلف CONSTRAINT
    انواع مختلف بارگذاری‌ها
    ظرفیت بالا

نرم‌افزار Plaxis

پلکسیس نرم‌افزاری است که برای تحلیل تغییر شکل‌ها و پایداری در پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک کاربرد دارد. معمولاً در مسائل مهم ژئوتکنیک، یک مدل رفتاری پیشرفته برای مدل‌سازی رفتار غیرخطی و وابسته به زمان خاک‌ها بسته به هدف مورد نظر لازم است. با این نرم‌افزار می‌توان خاک برداری و خاک ریزی مرحله‌ای با شرایط بارگذاری و شرایط مرزی مختلف را با استفاده از المان‌های مثلثی ۶ گرهی و ۱۵ گرهی مدل سازی نمود. اولین ویرایش این نرم‌افزار به منظور آنالیز سدهای خاکی احداث شده بر روی خاک‌های نرم در قسمت‌های کم ‌ارتفاع و پست کشور هلند و به سفارش مدیریت منابع آب آن کشور در دانشگاه صنعتی Delft در سال ۱۹۸۷ تهیه و سپس در سال ۱۹۹۳ قابلیت‌های آن گسترش داده شده که توسط موسسه CUR (Center for Civil Engineering Research and Codes) نیز مورد تأئید و پشتیبانی قرار گرفته است. در این نرم‌افزار مدل‌های رفتاری موهر- کلمب، مدل سخت شوندگی هذلولی، مدل نرم شوندگی (مدل Cam-Clay) و مدل نرم شوندگی خزشی قابل به کارگیری است، همچنین با این نرم‌افزار می‌توان فرایند ساخت و حفاری را توسط فعال کردن و غیر فعال کردن المان‌ها در مرحله محاسبات مدل کرد. نمونه‌ای از کاربرد این قابلیت، انجام آنالیز لایه به لایه در پایداری شیب‌ها، سد‌ها و تونل‌ها می‌باشد.
قابلیت‌های کلیدی نرم‌افزار

    تحلیل تغییر شکل‌ها و پایداری در پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک
    مدلسازی خاک برداری و خاک ریزی مرحله‌ای با شرایط بارگذاری و شرایط مرزی مختلف با استفاده از المان‌های مثلثی ۶ گرهی و ۱۵ گرهی
    قابلیت به کارگیری مدل‌های رفتاری موهر- کلمب، مدل سخت شوندگی هذلولی، مدل نرم شوندگی (مدل Cam-Clay) و مدل نرم شوندگی خزشی در این نرم‌افزار
    امکان مدل کردن فرایند ساخت و حفاری توسط فعال کردن و غیر فعال کردن المان‌ها در مرحله محاسبات
    قابلیت، انجام آنالیز لایه به لایه در پایداری شیب‌ها، سد‌ها و تونل‌ها

نرم‌افزار Graphisoft Archicad

Graphisoft Archicad 12 نرم‌افزاری بسیار قدرتمند با قابلیت‌های جدید جهت طراحی و پیاده سازی محیط‌های سه بعدی است و فراهم کننده مدل‌های حرفه‌ای مجازی جهت مهندسین عمران و معماری است. کاربران با کمک نرم‌افزار Archicad طرح‌های خود را سریعتر آنالیز می‌کنند. این کار با استفاده از تخمین خصوصیات فضای طراحی در محیطی سه بعدی صورت می‌گیرد و سریعا گزارشی دقیق از کل پروژه به صورت مستند برای کاربر تولید می‌شود. محیط کاری این نرم‌افزار به گونه‌ای است که کابران احساس طراحی در دنیای واقعی را دارند و این احساس ناشی از ابزار و پلت‌ها و مدل‌های سه بعدی مانند پله‌ها، مبلمان و اثاثیه و … است. از دیگر خصوصیات این نرم‌افزار فرامین ترسیمی پیشرفته این نرم‌افزار می‌باشد.
نرم‌افزار Autocad
یکی از مشهور ترین نرم‌افزارهای مهندسی می‌باشد که از آن برای طراحی پرژه‌های عظیم ساختمان سازی استفاده می‌کنند. این نرم‌افزار محصولی از شرکت Autodesk می‌باشد که یکی از بزرگترین شرکت‌های ساخت نرم‌افزارهای مهندسی در سراسر جهان بوده و حتی می‌توان آنرا در این زمینه بی رقیب دانست زیرا بهترین نرم‌افزارهای مهندسی محصول این شرکت است مانند Maya و ۳DS Max که از حرفه‌ای ترین نرم‌افزار انیمیشن سازی و مدل ساز ی هستند. در نرم‌افزار اتوکد همه چیز برای یک مهندس رشته عمران فراهم است در واقع تمام ابزارهای نقشه کشی در این برنامه وجود دارد و کاربر در محیط شبیه سازی شده به آسانی قادر خواهد بود تا اقدام به طراحی نقشه مورد نظر خود نمایید. همچنین این برنامه یک محیط ۳ بعدی را در احتیار کاربر خود قرار می‌دهد تا بتواند نقشه‌های ۳ بعدی تولید کنید و در یک محیط سه بعدی به آنالیز ساختمان طراحی شده بپردازد. جالب است بدانید در رشته عمران و زیر شاخه‌های آن نرم‌افزار اتوکد یک واحد عملی به شمار می‌رود و دانشجویان این رشته‌ها باید کار با این نرم‌افزار را به صورت حرفه‌ای آموخته باشند تا بتوانند در امتحان عملی که آز آنها به گرفته می‌شود با این برنامه کار کنند.

نرم‌افزار آباکوس

(به انگلیسی: ABAQUS) از جمله نرم‌افزاری‌های قدرتمند مهندسی به کمک رایانه در زمینه تحلیل به روش اجزاء محدود (FEM) در بازار است. اسم و نشان این نرم‌افزار از لغت abacus در زبان انگلیسی به معنای چرتکه و (abax (ἄβαξ در زبان یونانی به معنای تخته پوشیده شده با ماسه، گرفته شده‌است.
این نرم‌افزار محصول شرکت فرانسوی داسو سیستمز می‌باشد.

آباکوس قابلیت حل مسایل از یک تحلیل خطی ساده تا پیچیده ترین مدلسازی غیر خطی را دارا می‌باشد. این نرم‌افزار دارای مجموعه المانهای بسیار گسترده‌ای می‌باشد که هر نوع هندسه‌ای را می‌توان توسط این المان‌ها مدل کرد. همچنین دارای مدل‌های رفتاری بسیار زیادی است که در مدلسازی انواع مواد با خواص و رفتار گوناگون نظیر فلزات، لاستیک‌ها، پلیمرها، کامپوزیت‌ها، بتن مسلح، فومهای فنری و نیز شکننده و همچنین مصالحی ژئوتکنیکی نظیر خاک و سنگ، قابلیت بالایی را ممکن می‌سازد. نظر به اینکه آباکوس یک ابزار مدلسازی عمومی و گسترده می‌باشد، استفاده از آن تنها محدود به تحلیل مسائل مکانیک جامدات (یعنی مسئله تنش - کرنش) نمی‌شود. با استفاده از این نرم‌افزار می‌توان مسایل مختلفی نظیر انتقال حرارت، انتقال جرم، تحلیل حرارتی اجزاء الکتریکی، اکوستیک، تراوش و پیزو الکتریک را مورد مطالعه قرار داد.

آباکوس با وجود اینکه مجموعه قابلیتهای بسیار گسترده‌ای را در استفاده از نرم‌افزار اختیار کاربر قرار می‌دهد، کار نسبتاً ساده‌ای می‌باشد. پیچیده ترین مسایل را می‌توان به آسانی مدل کرد. به عنوان مثال مسایل شامل بیش از یک جزء را می‌توان با ایجاد مدل هندسی هر جزء و سپس نسبت داده رفتار ماده مربوطه به هر جزء و سپس مونتاژ اجزاء مختلف مدل کرد. در اغلب مدلسازی‌ها، حتی مدلهای با درجه غیر خطی بالا، کاربر می‌بایست تنها داده‌های مهندسی نظیر هندسه مسئله، رفتار ماده مربوط به آن، شرایط مرزی و بارگذاری آن مسئله را تعیین کند. آباکوس در یک تحلیل غیر خطی، به طور اتوماتیک میزان نمو بار و رواداری‌های همگرایی را انتخاب و همچنین در طول تحلیل مقادیر آنها را جهت دستیابی به یک جواب صحیح تعدیل می‌کند. در نتیجه کاربر به ندرت می‌بایست مقادیر پارامترهای کنترلی حل عددی مسئله را تعیین کند.

نرم افزار انسیس

(به انگلیسی: ANSYS) مخفف کلمات (ANalysis SYStems) یک نرم‌افزار مهندسی به کمک رایانه می‌باشد که محصول شرکت ANSYS Inc است و از دسته ابزارهای تحلیلی است که از روش اجزاء محدود (FEM) برای مدل‌سازی و تحلیل در آن استفاده می‌شود.

نرم‌افزار انسیس مهندسین و طراحان را قادر می‌سازد تا به راحتی بهینه‌سازی ساختاری، حرارتی، دینامیکی، تعادل وزنی و عملکردی و همچنین شبیه‌سازی‌های مُد ارتعاشی و ضریب اطمینان و ایمنی را در طرح‌هایشان به صورت مرحله به مرحله اعمال کنند.

ابزارهای پیش بینی شده در انسیس امکان تحلیل انواع مختلف سازه‌ها مانند قاب، مخزن، سد، پل … و اجزای سازه‌ای مانند اتصالات فولادی، اعضای فولادی یا بتنی، ایزولاتورها، … را به روش‌های مختلف فراهم ساخته است. از آن جمله می‌توان به تحلیل‌های استاتیکی، بارگذاری رفت و برگشتی، مودال، تاریخچه زمانی، طیفی و … اشاره کرد. برای شبیه‌سازی شرایط مختلف تکیه گاهی گزینه‌های متعددی به صورت شتاب، جابجایی، نیرو و یا لنگر با الگوهای مختلف در دسترس هستند که به طور ثابت یا متغیر با زمان قابل استفاده‌اند. همچنین مدل‌های رفتاری مختلفی از مصالح شکل پذیر و ترد مانند مدل‌های دو و چند خطی فولاد، مدل دراگر- پراگر و مدل شکست بتن در آن پیش بینی شده است که در حوزه رفتار غیر خطی بکار می‌روند.

Ansys نرم‌افزار قدرتمند و شبیه‌ساز ساده‌ای می‌باشد که قدرت توانایی یک طراحی معتبر و استاندارد را به طراحان و مهندسین می‌دهد تا ایده‌هایشان را بر روی صفحه کامپیوترهایشان پیاده کنند. در این نرم‌افزار از سیستم کارآمد و آسان اتوماسیون پایگاه داده‌ها استفاده می‌گردد و باعث کاربری بسیار آسان این نرم‌افزار گردیده که به گفته سازنده نرم‌افزار می‌تواند به قدری قدرتمند باشد که برای ۳۲ سال آینده جهت حل مشکلات طراحی مؤثر، مفید و قابل اعتماد واقع گردد.

با به کار بردن این نرم‌افزار مهندسین قادر به طراحی و تولید محصولاتی با کیفیت بهتر در زمانی کمتر خواهند بود. این نرم‌افزار مهندسین و طراحان را قادر می‌سازد تا به راحتی بهینه‌سازی ساختاری، حرارتی، دینامیکی، تعادل وزنی و عملکردی و همچنین شبیه‌سازی‌های مُد ارتعاشی و ضریب اطمینان و ایمنی را در طرح‌هایشان به صورت مرحله به مرحله اعمال کنند.

نرم‌افزار Design Space Ansys کاملاً بر آخرین ورژن نرم‌افزارهای اصلی CAD سه بعدی که شامل پرو/اینجینیر، سالیدورکس، اینونتور، مکانیکال دسکتاپ، یونیگرافیکس ,سالید اج می‌شود منطبق است. این نرم‌افزار می‌تواند از اطلاعات خروجی نرم‌افزار کتیا استفاده نموده و از فرمت‌های رایج هندسی و برداری مانند SAT و Para solid پشتیبانی نماید.

این نرم‌افزار از اجزای تک واحدی تا مجموعه‌های بزرگ و پیچیده و حتی سیستم‌های کامل را با کلیه نماهای سه بعدی CAD به یک محصول یا سیستم مجازی کامل و قابل توسعه تبدیل می‌سازد. سیستم شبیه‌سازی این نرم‌افزار از چهار تابع مختلف با قابلیت‌های کاربردی مختلف تبعیت می‌نماید که از مُدل‌های اضافی، پلاگین‌های CAD و اتصالات متحرک می‌باشند و طوری طراحی شده‌اند تا کلیه نیازهای کاربران خاص را نیز برآورده سازند.

منبع:ویکی پدیا

بتن های ویژه

تکنولوژی بتن الیافی نمونه دیگری از کاربرد کامپوزیت ها به عنوان یک فن آوری نوین در صنعت ساخت و ساز می باشد. بدین منظور مطلب حاضر سعی در معرفی این تکنولوژی خواهد داشت.

از جمله مواد جدیدی که جایگاه ویژه ای در ساخت و ساز به خود اختصاص داده، افزودنی‌های بتن و الیاف تقویت کننده می باشد. استفاده از افزودنی های بتن باعث بهبود خواص مطلوب بتن، همچون مقاومت آن می گردد و در بعضی موارد با کاهش وزن بتن، مصالح بسیار سبکی را فرا راه مهندسین بنا قرار می دهد. بدون بهره گیری از این افزودنی ها بنای برج بزرگ میلاد در شهر تهران امکان پذیر نمی بود. الیاف تقویت کننده نیز از دیگر مواد عصر حاضر هستند که کاربرد های فراوانی در قسمت های مختلف ساختمان یافته اند.

 این الیاف که بیشتر شامل الیاف شیشه، پلی پروپیلن و گاه کربن نیز می شود، در ساخت انواع بتن های الیافی کاربرد فراوان دارد. همچنین از الیاف شیشه می توان در تولید آرماتورهای سبک و بسیار مقاوم در برابر خوردگی بهره برد. این الیاف جایگاه نسبتاً مناسبی در تعمیر بناها و تقویت سازه های صدمه دیده دارند و می توانند مقاومت پیچشی و برشی مناسبی پدید آورند. علاوه بر اینها از ورقه های پارچه‌ای فایبر گلاس نیز در تقویت انواع قطعات ساخته شده از بتن مسلح می توان استفاده نمود.

بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با بکارگیری الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، فوق العاده افزایش می یابد. این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی ازهم پاشیده نمی شود. شاهد تاریخی این فن آوری، کاربرد کاهگل در بناهای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی می باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه، و سیمان جانشین گل بکار رفته در کاهگل شده است. امروزه با استفاده از الیاف شیشه، پلی پروپیلن، فولاد و بعضاً کربن، تولید انواع بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و بکارگیری آنها در کشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول صنعت ساختمان واقع شده است.

 

تاکنون مشخص شده است که انواع الیافها می توانند ظرفیت کرنش مقاومت دربرابر ضربه میزان جذب انرژی مقاومت سایشی و مقاومت کششی بتن را افزایش دهند. بطور کلی برای کاربرد در سازه الیاف فولادی میتواند نقش مکملی برای میلگرد داشته باشد. الیاف فولادی با پخش ترکها مقابله میکنند ومقاومت بتن را در برابر خستگی ضربه جمع شدگی وتنشهای حرارتی افزایش داده و بتن در همه مدهای شکست روی خواص مکانیکی بتن تاثیر مثبت میگذارد.از اهم متغیرهایی که بر خواص بتن با الیاف فولادی اثر میگذراند میتوان به خواص ماتریس بتن بازدهی الیاف و مقدار الیاف اشاره کرد.تکنولوژی بتن پرمقاومت توسعه ای جدید در صنعت ساخت سازه های بتنی محسوب میشود. در بتن سخت شده مقاومت و دوام دو عامل اصلی بوده وهر چه مقاومت فشاری بتن بیشتر می شود بتن تردتر شده ودر نتیجه مقاومت کششی آن به نسبت افزایش مقاومت فشاری افزایش نمی یابد و نیز از تحمل کرنش پایینتر برخوردار است. بدین دلیل نیاز به استفاده از الیاف در بتن پرمقاومت کاملا مشهود است .جهت افزایش مقاومت کششی و جلوگیری از گسترش ترک و بویژه افزایش نرمی از الیاف در بتن استفاده میشود. مقدار افزایش با تغییر این مقاومت ها بستگی به مقاومت بتن بدون الیاف شکل الیاف ودرصد الیاف دارد.

بتن پرمقاومت شامل الیاف فولادی، ترکیبی است از سیمان، مصالح سنگی، آب، فوق روان کننده، دوده سیلیس وهمچنین درصدی از الیاف فولادی که بطور درهم و کاملا اتفاقی ودر جهات مختلف در مخلوط پراکنده شده است. وجود الیاف فولادی مشخصات مکانیکی بتن را نسبت به حالت بهبود می‌بخشد. بتن پرمقاومت یک ماده ترد وشکننده است در حالیکه افزودن الیاف فولادی به بتن پرمقاومت سبب بهبود رفتار ترد بتن وتغییرمد شکست آن می‌گردد. مزایای بتن الیافی در مقایسه با بتن بدون الیاف را می توان بطور خلاصه بشرح ذیل بیان داشت:

1. مقاومت د‍ر مقابل تورق وسایش

2. مقاومت در مقابل تنش های خستگی

3. مقاومت عالی در مقابل ضربه

4. قابلیت کششی وظرفیت زیاد تغییر شکل نسبی

5. قابلیت باربری بعد از ترک خوردگی

6. افزایش در میزان جذب انرژی

قابلیت انعطافی که بتن الیافی دارد همانند خواص مواد پلاستیکی باعث می شود که بتن الیافی گسیختگی ناگهانی نداشته باشد. از آنجا که الیاف فولادی در جسم بتن در همه جهات پراکنده می شود در صورت تشکیل یک ترک در جهات مختلف الیاف اتصالاتی را بوجود آورده و از گسترش ترک جلوگیری می نماید. بنابراین رشته های الیاف بطور فعال در محدود کردن عرض ترک وارد عمل شده و با تشکیل ریز ترکهای زیاد قابلیت بهره برداری بتن را افزایش می دهند.

انواع الیاف و الیاف فولادی

انواع الیافی که در بتن استفاده می شود و در اشکال و اندازه های مختلفی تولید می شود عبارتند از الیاف شیشه ای ، الیاف پلاستیکی و الیاف فولادی .

پارامتر مناسب که یک رشته از الیاف را تعریف می کند نسبت ظاهری می باشد  که نسبت طول الیاف به قطر معادل الیاف است. مقدار نسبت های ظاهری (l/d) معمولاٌ بین 30 تا 100 است . در این تحقیق الیاف فولادی با نسبت(l/d)   برابر 80 و 100 استفاده گردید.     

مکانیزم عملکرد الیاف در بتن

بطور کلی برای کاربرد در سازه الیاف فولادی می توانند نقش مکملی برای میلگرد داشته باشند.الیاف فولادی با پخش ترکها مقابله می کنند و مقاومت بتن را در برابر خستگی ضربه جمع شدگی وتنشهای حرارتی افزایش می دهند.

الیاف فولادی می توانند در همه مدهای شکست روی خواص مکانیکی بتن تاثیر بگذارند

مکانیزم تقویت را می توان بصورت زیر توجیه کرد:

تنشها بوسیله برش محیطی ودر صورتیکه رویه الیاف آجدار باشد بوسیله مقاومت چسبندگی (درون سطحی) از ماتریس به الیاف منتقل می شود. بنابراین مادامی که ماتریس بتن ترک نخورده است،تنش کششی بین الیاف و ماتریس تقسیم می شود. پس از ایجاد ترک، همه تنش به الیاف انتقال می یابد.

مهمترین متغیرهایی که بر خواص بتن با الیاف فولادی اثر می گذارند عبارتند از:خواص ماتریس بتن ، بازدهی الیاف ومقدار الیاف .بازدهی الیاف بوسیله مقاومت الیاف در برابر بیرون کشیده شدن از مخلوط کنترل می شود این مقاومت به چسبندگی بین الیاف و ماتریس بستگی دارد .

برای الیاف با مقطع ثابت این مقاومت با افزایش طول ،افزایش می یابد .بنابراین هر قدر طول بیشتر باشد اثر آنها در بهبود خواص ماتریس بیشتر خواهد بود چون مقاومت در برابر بیرون کشیده شدن متناسب با سطح مقطع دو جسم می باشد .

معمولا الیاف با سطح مقطع گرد و قطر کوچک بیشتر از الیاف با سطح مقطع گرد و قطر بزرگتر بازدهی دارند. این امر به این خاطر است که الیاف دسته اول سطح بیشتری در واحد حجم دارا می باشند بنابراین هر چه سطح تماس الیاف بیشتر باشد (و یا به عبارت دیگر قطر آنها کوچکتر باشد) بازده چسبندگی آنها بیشتر خواهد بود بنابراین روشن می شود که نسبت طول به قطر الیاف باید به اندازه ای بزرگ باشد که در هنگام شکست ماتریس ، الیاف به حداکثر مقاومت کشش خود نزدیک باشند، با این وجود در عمل این کار معمولا ممکن نیست .

بسیاری از محققین نشان داده اند  در صورتیکه از روشهای عادی اختلاط استفاده شود الیاف با نسبت طول به قطر بیشتر از100 باعث کم شدن کارآیی بتن به مقدار قابل ملاحظه ای می شوند و یا بطور نا همگون در بتن توزیع می گردند .

موارد استفاده و محدودیت های کاربرد بتن الیافی

هر فن آوری همواره کاربرد ها و محدویت های خاص خود را دارد. بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکل پذیری بالا، مقاومت فوق العاده، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن را دارا می باشد که متناسب با آنها می توان موارد کاربرد فراوانی برای آن یافت. بطور مثال در ساخت کف سالنهای صنعتی، می توان از این نوع بتن به جای بتن آرماتوری متداول سود جست. این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم دربرابر ضربه، همچون سازه پناهگاه ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می رود و بناهای شکل گرفته از بتن، قابلیت فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارد. همچنین در ساخت باند فرودگاه ها به خوبی می توان از این نوع بتن کمک گرفت. موارد دیگری از بکارگیری این بتن، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل ها و یا پاشش بتن روی سطح انحنای یک سازه می باشد. علاوه بر موارد یاد شده می توان از مزایایی همچون عایق بودن سازه در باربر صدا و سرعت بالای اجرا نیز بهره مند گردید.

  اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف داخل بتن، کاملاً تصادفی می باشد، از این بتن معمولاً نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستونها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی به صرفه تر و مناسب تر می باشد. لازم است به این نکته توجه شود که ناکارآمدی یک تکنولوژی جدید، نباید مانع نادیده گرفتن کاربردهای مناسب و نقاط قوت آن گردد.

 توجیه اقتصادی بتن الیافی

باید اعتراف کرد که استفاده از بتن الیافی در همه موارد از بتن سنتی به صرفه تر نمی باشد. اما بر اساس برآورد هایی که توسط بعضی از متخصصین کشور انجام گرفته است، در جاهایی که سرعـــت اجرای بالا مدنظر است و یا نیاز به پاشــــش بتن (شات کریت) روی سطوح ویژه ای است، استفاده از این نوع بتن توصیه می گردد.

آیا استفاده از تکنولوژی "بتن الیافی" در صنعت ساختمان اقتصادی است؟

تکنولوژی "بتن الیافی" نمونة دیگری از کاربرد  کامپوزیت‌ها به‌عنوان یک فناوری نوین در صنعت عمران و ساخت‌وساز می‌باشد.

محورهای سه گانة زیر را می توان به عنوان مهمترین فناوری هایی که لازم است مورد توجة دست‌اندرکاران صنعت ساختمان کشور واقع شود، برشمرد:

 الف) روش های سبک سازی بنا:

 کشور ما و بالاخص پایتخت بزرگ آن در منطقه ای زلزله‌خیز قرار دارد. همانطور که می دانید میزان خسارات و خرابی های وارد بر یک بنا در اثر تکان های زلزله، با وزن آن بنا رابطة مستقیم دارد. هر چه بنا سنگین تر ساخته شود، در برابر خطر ویرانی زلزله آسیب پذیرتر خواهد بود. بنابراین هر اندازه که با بهره گیری از فناوری‌های نوین وزن یک ساختمان را کاهش دهیم، سازه در برابر ویرانی ایمن‌تر خواهد بود. به طور مثال می توان از پانل های ساندویچی و یا قطعات سبک پیش‌ساخته در ساخت بنا کمک گرفت. در یک ساختمان، اعضایی مانند دیوارهای تیغه ای‌شکل نازک وجود دارد که وظیفة آنها تنها جدا کردن فضای اتاق ها از همدیگر است و مسئله مقاومت و تحمل بار در مورد آنها، در درجة بعدی اهمیت قرار دارد. در ساخت این گونه اعضا می توان به جای استفاده از مصالح سنگین سنتی، از مصالح سبک جدید همچون سفال یا بتن های سبک کمک گرفت و یا قطعات سبک پیش‌ساخته را به خدمت گرفت.

 ب) روش های تولید سریع و اصولی بنا:

 امروزه استفاده از سازه های پیش‌ساخته یکی از سریع ترین و اصولی ترین روش‌های ساخت بنا و پاسخگویی به نیاز بالای افراد جامعه به انبوه‌سازی مسکن می باشد. از انجا که حجم اصلی بنا به شکل قطعات از پیش‌ساخته‌شده در محیط مناسب کارخانه و با استانداردهای صنعت ساختمان تولید می شود، بنای نهایی از کیفیت و یکپارچگی بالایی برخوردار است. از سویی به‌علت سبکی خاص بنا، ساختار سازه ای ویژه آنها و اتصال مناسب اجزای سازه، ساختمان می تواند شکل خود را در تکان‌های بسیار شدید نیز تا حد زیادی حفظ نماید.

استفاده از این تکنولوژی سال‌ها است که در بسیاری از کشورهای پیشرفتة دنیا مورد توجه صنعت عمران واقع شده است و از مهمترین روش‌های انبوه‌سازی مسکن به شمار می آید.

 اما متأسفانه در کشور ما چنان که باید از این فناوری استقبال نشده است و لازم است تا مورد توجه مسئولین، سیاستگذاران و صنعتگران قرار گیرد.

  ج- بهره گیری از مواد جدید

از جمله مواد جدیدی که جایگاه ویژه‌ای در ساخت‌وساز بنا به خود اختصاص داده‌اند، افزودنی های بتن و الیاف تقویت‌کننده را می توان نام برد.

استفاده از افزودنی های بتن باعث بهبود خواص مطلوب بتن همچون مقاومت می گردد و در بعضی موارد با کاهش وزن بتن، مصالح بسیار سبکی را فرا راه مهندسین سازنده بنا قرار می دهد. بدون بهره گیری از این افزودنی ها بنای برج بزرگ میلاد در شهر تهران امکان‌پذیر نمی بود.

 الیاف تقویت‌کننده نیز از دیگر مواد عصر حاضر هستند که کاربردهای فراوانی در قسمت‌های مختلف ساختمان یافته اند. این الیاف که بیشتر شامل الیاف شیشه، پلی‌پروپیلن و گاه کربن نیز می شود، در ساخت انواع بتن‌های الیافی کاربرد فراوان دارند.

همچنین از الیاف شیشه در تولید آرماتورهای سبک و بسیار مقاوم در برابر خوردگی نیز بهره می گیرند.

 این الیاف، جایگاه نسبتاً مناسبی در تعمیر بناها و تقویت سازه های صدمه دیده دارند و می توانند مقاومت پیچشی و برشی مناسبی را پدید آورند.

علاوه بر اینها از ورقه های پارچة فایبرگلاس در تقویت انواع قطعات ساخته شده از بتن مسلح می توان استفاده نمود.

توضیحاتی در مورد تکنولوژی "بتن الیافی" :

 بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، فوق‌العاده افزایش می یابد. این  ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک مادة شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از هم پاشیده نمی شود. شاهد تاریخی این فناوری، کاربرد کاهگل در بنای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفتة این تکنولوژی می‌باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شده‌اند.

امروزه با استفاده از انواع الیاف شیشه، پلی‌پروپیلن، فولاد و بعضاً کربن، تولید انواع بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و به‌کارگیری آنها درکشورهای پیشرفتة دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است.

 

موارد استفاده و محدودیت های کاربری این نوع ترکیب کامپوزیتی

هر فناوری همواره کاربردها و محدودیت های خاص خود را دارد. بتن الیافی خواص مناسبی همچون شکل‌پذیری بالا، مقاومت فوق‌العاده، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن را دارا می باشد که متناسب با آنها می توان موارد کاربرد فراوانی برای آن یافت. به طور مثال در ساخت کف سالن‌های صنعتی، می توان از این نوع بتن به جای بتن آرماتوری متداول سود جست این نوع بتن از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم‌به‌ضربه، همچون سازه پناهگاه ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می رود و بنای شکل گرفته از بتن، قابلیت فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارد.

همچنین در ساخت باند فرودگاه ها به خوبی می توان از این نوع بتن کمک گرفت. موارد دیگری از به کارگیری این بتن، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی همچون پانل های سایبان و یا پاشش بتن روی سطوح انحنا‌دار همچون تونل ها می باشد. به‌کارگیری این بتن در بنای یک سازه علاوه بر موارد یاد شده از مزایایی همچون عایق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالای اجرا نیز برخوردار است.

اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف داخل بتن کاملاً تصادفی می باشد، از این بتن معمولاً نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستون‌ها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی به‌صرفه تر و مناسب تر می باشد. لازم است به این نکته توجه شود که ناکارآمدی یک تکنولوژی جدید در نقاط ضعف خود نباید مانع نادیده گرفتن کاربردهای مناسب آن در نقاط قوت آن و عدم توجه به آن گردد.

آیا روی آوردن به تکنولوژی بتن الیافی در مقایسه با بتن‌های سنتی متداول، صرفه اقتصادی دارد؟

 باید اعتراف کرد که استفاده از بتن الیافی در همة موارد از بتن سنتی به‌صرفه تر نمی باشد.

اما بر اساس برآوردهایی که توسط بعضی متخصصین کشور انجام گرفته است، در جاهایی که سرعت اجرای بالا مد نظر است و یا نیاز به پاشش بتن (شات کریت) روی سطوحی است که شبکه‌بندی‌‌های سنتی مشکل و زمان‌بر بوده یا جواب‌گوی کار نیست، هزینة استفاده از بتن الیافی نسبت به مشابه سنتی خود کمتر می‌باشد.

این مزیت ها، علاوه بر مزیت سادگی و سرعت عمل بالاتر موجود در تکنولوژی بتن الیافی است.

 اگر می بینیم که در کشوری همچون ترکیه، به‌کارگیری بتن الیافی به جای روش‌های سنتی، مقرون‌به‌صرفه تر از کشور ماست، ریشه-های آن را در سرمایه‌گذاری و تلاش سازمان‌یافته جهت اقتصادی نمودن استفاده از این تکنولوژی جدید می توان یافت.

 اما اگر ما از روی‌آوردن به فناوری جدید به علت ریسک سرمایه‌گذاری پرهیز کنیم خواهیم دید که تکنولوژی سنتی در غیاب بهره گیری از فناوری نوین، رقم بسیار بالایی از سرمایه های ما را به هدر خواهد داد.

به طور مثال، ریزدانه های تولید شده در کشور ما که به روش‌های قدیمی غیراستاندارد تولید می شوند، باعث افزایش درصد سیمان به کار رفته در بنا می شود و همین امر موجب ظهور ترک و ضایعات در بتن حاصل نیز می گردد.

راهکارهایی که جهت اقتصادی‌نمودن استفاده از این تکنولوژی جدید، پیشنهاد میشود:

 به عنوان راهکار باید سه نکتة اساسی را مورد توجه قرار داد:

 1) نخست آنکه هزینة استفاده از یک تکنولوژی، کاملاً وابسته به سطحی از آن تکنولوژی است که نسبت به کسب و انتقال آن اقدام می شود. کشورهای پیشرفتة جهان که تکنولوژی نوین خود را از سطوح اولیه تحقیقاتی کسب کرده اند، چون کاملاً بر تکنیک ها و دانش پایه ای آن واقف و مسلط هستند، متحمل هزینه های کمتری شده‌اند. آنها با تکیه بر همین آگاهی و اشراف، با بهبود فرایندها، قیمت نهایی را در طول زمان کاهش خواهند داد.

اما اگر ما بخواهیم تمام این تکنولوژی را صرفاً در سطح یک محصول آماده، به کشور وارد کنیم، طبیعی است که متحمل هزینه های سنگینی خواهیم شد و محصول نهایی نیز به صرفه نخواهد بود.

 2) دومین مسئله ای که باید در جهت ارزیابی اقتصادی یک تکنولوژی مورد توجه واقع شود، آن است که اکتساب و پرورش یک تکنولوژی از سطوح نخست تحقیقات، نیاز به یک سرمایه گذاری اولیه دارد. دستیابی به نحوه اجرای مناسب، تکنولوژی ساخت و آموزش و گسترش آن در جامعه، نیازمند صرف بودجه لازم توسط دست‌اندرکاران و خصوصاً دولت می باشد.

این هزینه ها بعداً در طول عمر تکنولوژی و ارایة محصول به بازار جبران خواهد شد و نهایتاً به سوددهی منجر می گردد. عدم پرداختن به تحقیق و توسعه و بهره گیری از تکنولوژی نوین، علاوه بر آن که نمی تواند پاسخگوی نیاز روز صنعت ساختمان باشد، در درازمدت، هزینه بسیار بالایی نیز به ما تحمیل می کند.

 3) آخرین نکتة مورد توجه آن است که سیاست گذاری اصولی برای ایجاد یک شبکة کاری تکنولوژی جهت کارکرد مناسب و نیل به بهره وری اقتصادی، نقش حیاتی در اکتساب صحیح یک تکنولوژی دارد. عدم وجود این سیاست ها باعث می گردد تا حتی اگر یک مجموعه یا کارخانه بخواهد خود به سمت فناوری نوین روی آورد، متحمل هزینة مضاعف گزافی شود که از توان آن مجموعه خارج باشد. برای آنکه کارخانه ها و صنعتگران بتوانند به عنوان یک جزء شبکة تکنولوژی در این مسیر گام بردارند، باید سایر نهادها و اجزای لازم نیز در شبکه حضور داشته و هماهنگ عمل کنند. ایجاد چنین شبکة منسجم، جز به اهتمام سیاست‌گذاران و فرهنگ‌سازی میسر نخواهد بود.

 اقداماتی که در زمینه تکنولوژی بتن الیافی در کشور صورت گرفته :

 اگرچه در کشور ما تحقیقات تئوری و فعالیت های تجربی نسبتاً مناسبی در زمینة گسترش و کاربرد تکنولوژی های بتن الیافی صورت گرفته است، اما حقیقت آن است که گسترش این فناوری بیش از همه وابسته به اعلام نیاز از سوی صنعت و مقرون به‌صرفه‌نمودن کاربری آن از سوی محققان کشور می باشد.

چند سال پیش کنفرانسی در زمینه تکنولوژی بتن الیافی با هدف شناساندن فناوری مذکور، در دانشگاه صنعتی شریف برگزار گردید. در این کنفرانس، محققان و سخنرانان از مراکز مختلفی به ایراد سخنرانی و ارایه مقاله پرداختند.

به طور مثال در یک نمونه از کارهای ارائه شده، مسئله به‌صرفه‌بودن استفاده از این نوع بتن مورد بررسی و مطالعه کارشناسی قرار گرفته بود. حاصل این بررسی مؤید آن بود که در بعضی پروژه های صنعتی، به‌کارگیری بتن الیافی نسبت به روش‌های متداول استفاده از شبکه-بندی فولادی، بسیار اقتصادی تر، سریعتر و آسان تر می باشد.

 برگزاری این کنفرانس اثرات مثبت زیادی در شناسایی و توسعة این فناوری داشت. پس از آن، بخش هایی از صنعت و دانشگاه به بررسی امکان تولید الیاف گوناگون بالاخص الیاف شیشه و فولاد پرداختند. همچنین به تدریج بتن الیافی با الیاف تقویت‌کنندة پلی پروپیلن به بازار مصرف راه یافت و در انجام پروژه هایی به کار گرفته شد. در مجموع قدمهای مثبتی در این جهت برداشته شده است اما سرعت این حرکت نسبتاً کند بوده است.

 

بتن غلتکی

 

بتن غلتکی بتنی است که در اجرای سازه های حجیم ( سدها ، شالوده های بزرگ و... ) کاربرد دارد و برای اجرای آن از ماشین آلات راهسازی و عملیات خاکی استفاده می شود . طبق تعریف، بتن غلتکی عبارت است از بتنی که اسلامپ آن صفر بوده وبه منظور حمل،پخش و تراکم آن، از ماشین آلات عملیات خاکی استفاده می شود.لذا ملاحظه می شود که بتن غلتکی بایستی آنقدر خشک باشد که بتواند تقریبا نظیر دانه های خاک به راحتی پخش شده و بوسیله ماشین آلات متراکم کننده نظیر غلتک ، متراکم گردد.

 

از طرفی به منظور ایجاد چسبندگی بین سنگدانه ها بایستی به مقدار کافی مرطوب باشد تا شیره بتن، پوشش لازم برای کلیه سنگدانه ها را فراهم نماید. لذا بتن غلتکی در حالت متراکم نشده تفاوت فاحشی با بتن معمولی داشته به گونه ای که در این حالت، هیچ گونه اثری از شیره بتن در مخلوط نمایان نیست و مانند مصالح خاکی عمل می نماید ولی پس از متراکم شدن و سخت شدن، همانند بتن معمولی( با نسبت آب به سیمان مشابه ) رفتار خواهد نمود .

کارگاه تخصصی روسازیهای بتن فشرده غلتکیروسازهای بتن فشرده غلتکی در ایران، بدلیل نفت خیز بودن کشور و گرایش به سوی استفاده از روسازیهای انعطاف پذیر آسفالتی، کاربرد بسیار کمی داشته است. به همین دلیل پژوهشها و تحقیقات انجام شده در کشور چه در زمینه طراحی این روسازی ها و چه در زمینه ساخت و نگهداری آنها در مقایسه با روسازیهای آسفالتی، کمتر بوده است.

از آنجائیکه کاربرد عمده روسازی در کشور در شبکه راههای برون شهری و شبکه معابر درون شهری است. لذا وزارت راه و ترابری و شهرداری های شهرهای کشور مهمترین کارفرمایانی هستند که بایستی به انجام مطالعات توجیه پذیری این روش ساخت در روسازیهای بپردازند. از این رو همکاری مشترک سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشورـ وزارت راه و ترابری ـ سازمان شهرداری های کشورـ دانشگاهها ـ انجمن بتن ایران، برای انجام مطالعات توجیه پذیری کاربرد روسازیهای بتن فشرده غلتکی توصیه می شود.

در فرهنگ اصطلاحات بتن و سیمان انجمن بتن آمریکا، بتن غلتکی بدین ترتیب تعریف می شود: بتن متراکم شده با غلتک، بتنی که با حرکت بر روی آن در حالت سخت نشده، متراکم می شود. در ادبیات فنی با نام رول کریت نیز از آن نامبرده می شود. این روش، امروزه اغلب تحت عنوان بتن غلتکی یا به صورت خلاصه به کار برده می شود. RCC به بتن غلتکی سخت شده، در اصل دارای همان خصوصیات بتن های معمولی که به صورت درجا ریخته شده و به عمل می آیند، می باشد و محصول نهایی به زبان ساده «بتن» تلقی می شود.

خاصیت روانی و پلاستیکی بتن غلتکی در حالت تر، اساسا متفاوت با خواص پلاستیکی بتن درجا ریز معمولی می باشد. اسلامپ بتن غلتکی باید در حد صفر باشد تا قادر به تحمل وزن غلتک متراکم کننده باشد. ماشین آلات مورد استفاده جهت حمل و نقل، بارگیری .و تراکم بتن Rcc شامل ماشین آلاتی با ظرفیت زیاد می باشند که در کارهای خاکی حجیم، نظیر سد سازی و راهسازی به کار می روند. به طور کلی در ساختن بتن غلتکی میزان عملیات دستی (غیر ماشینی) مورد نیاز در مقایسه با عملیات ساخت بتن های معمولی کمتر است.

باتوجه به آسیب پذیری سدهای خاکی، متخصصین در گردهمایی آسلیمار (Asiolmar) و دیگر محققین به دنبال نوع جدیدی از مصالح برای سدسازی بودند که ایمنی سد بتنی و سرعت اجرای سد خاکی را تواماً دارا باشد. تا اینکه در اوایل سال 1960 و 1970 ابتکار جدید احداث سد بتنی غلتکی مطرح شد. در سالهای 1960 چند پروژه با اندیشه ترکیب مزایای سدهای بتنی و خاکی طراحی شدند این سدهای مخلوط نتیجه مطالعات و نوآوری های مهندسین سازه و ژئوتکنیک بودند، متاسفانه بعلت تخصصی بودن هر یک از این دو رشته، ارتباط محدودی بین پیشگامان اولیه برقرار بوده بر این اساس متخصصین هر یک از این دو رشته آگاهی محدودی نسبت به تلاشهای اولیه یکدیگر داشتند.

سدهای بتن غلتکی (آر، سی، سی) بعنوان نوع جدیدی از سد طی سالهای 1980 مطرح شد. این نوع سدها با توجه به هزینه کم که قسمتی از آن ساخت سریع آنها ناشی در زمان نسبتا کوتاهی در سراسر دنیا مورد قبول واقع شده و پیشرفت ناگهانی قابل توجهی را در امر طراحی و ساخت بوجود آورند کاربرد این در سالهای 1990 و بعد از آن مطرح گردید: این سد با هزینه کمتر و ایمنی نظیر سدهای بتنی کلاسیک می باشد بتن غلطکی بیش از آنکه یک نوع مصالح جدید باشد روشی جدید برای اجراست. بتنی غلتکی با خاک سیمانته شده که با روشهای مشابه اجرا می شود.

بعلت آنکه شامل سنگدانه های بزرگتر از 4،3 اینچ (19 میلی متر) بعنوان درشت ترین سنگدانه بوده و خواص مشابه با بتن معمولی داراست. متفاوت می باشد. در خاک سیمانته عموما ماسه مصرف شده با مقاومت پائین تر نسبت به بتن غلتکی حاصل می شود در حال حاضر سه نوع سد (پای پل، جگین، زیروان) از اینگونه سدها در کشور در مرحله اجرا قرار دارد و سدهای دیگری نیز در مرحله اجرا قرار دارد .

در فرهنگ اصطلاحات بتن و سیمان انجمن بتن آمریکا، بتن غلتکی بدین ترتیب تعریف می شود: بتن متراکم شده با غلتک، بتنی که با حرکت بر روی آن در حالت سخت نشده، متراکم می شود. در ادبیات فنی با نام رول کریت نیز از آن نامبرده می شود. این روش، امروزه اغلب تحت عنوان بتن غلتکی یا    Rcc به کار برده می شود .

بتن غلتکی سخت شده، در اصل دارای همان خصوصیات بتن های معمولی که به صورت درجا ریخته شده و به عمل می آیند، می باشد و محصول نهایی به زبان ساده «بتن» تلقی می شود .

خاصیت روانی و پلاستیکی بتن غلتکی در حالت تر، اساسا متفاوت با خواص پلاستیکی بتن درجا ریز معمولی می باشد. اسلامپ بتن غلتکی باید در حد صفر باشد تا قادر به تحمل وزن غلتک متراکم کننده باشد. ماشین آلات مورد استفاده جهت حمل و نقل، بارگیری .و تراکم بتن Rcc شامل ماشین آلاتی با ظرفیت زیاد می باشند که در کارهای خاکی حجیم، نظیر سد سازی و راهسازی به کار می روند. به طور کلی در ساختن بتن غلتکی میزان عملیات دستی (غیر ماشینی) مورد نیاز در مقایسه با عملیات ساخت بتن های معمولی کمتر است .

با توجه به مسائل زیست محیطی ناشی از آسفالت در کنار دوام اندک آسفالت در برابر تغییرات جوی، ضربه پذیری و سایش، موضوع بتن RCCP از دهه های گذشته در کشورهای توسعه یافته مورد توجه قرار گرفت به نحوی که در حال حاضر بیش از ۸۰درصد معابر سواره رو در اغلب کشورهای توسعه یافته با استفاده از بتن غلتکی اجرا شده است.

 

چنین روش اجرایی نتایج و تبعات اولیه زیر را به دنبال خواهد داشت :

انرژی لازم برای اجرا و جا دادن این گونه مصالح بیش از مقداری است که با لرزاننده های ( ویبراتور ) معمولی تامین می گردد . به همین دلیل در صورت استفاده از مصالح و مواد سیمانی مشابه آنچه در بتن لرزاننده سنتی (CVC) یا بتن متعارف به کار برده می شوند و با اجرای لایه های متوالی بتن ، می توان به کیفیتی بهتر از کیفیت بتن متعارف (CVC) دست یافت .

از سوی دیگر ، مانند سدهای خاکی ، ناحیه بین دو لایه متوالی و ناحیه واقع در درون لایه ها با یکدیگر متفاوتند .

روش اجرای بتن غلتکی در مقایسه با بتن متعارف ، امکان دستیابی به سرعت زیادتری را فراهم می سازد که مزایای اقتصادی چون صرفه جویی در قیمت واحد حجم بتن و کاهشی قابل ملاحظه در زمان ساخت و همچنین در قالب بندی و ... را در پی خواهد داشت .

بتن غلتکی همچون تمامی انواع موجود بتن ، مخلوطی از مصالح سنگی خنثی ، مواد سیمانی و آب است .

بتن غلتکی مصالح و روشی نوین برای ساخت اقتصادی سازه های حجیم از جمله سدهای وزنی می باشد . در این نوع بتن ترکیبی از ویژگی های تکنولوژی بتن و خاک به کار گرفته شده و با استفاده از ماشین الات ساخت سدهای خاکی حمل ، پخش و متراکم می شود . بنابراین بتن ریزی سریعتر و هزینه اجرا به شدت کاهش می یابد .

امروزه سدهای بتن غلتکی در بسیاری از کشورهای در حال توسعه ساخته می شوند . زیرا این سدها مزایای اقتصادی و سرعت زیاد اجرای سدهای خاکی و ایمنی سدهای بتنی را تواماً در بردارند . فهرست سدهایی که در ایران به این روش مطالعه شده اند در جدول شماره 1 آمده است . پیشرفت حاصل در تکنولوژی بتن حجیم به منظور کاهش درصد سیمان منجر به پیدایش روش بتن غلتکی گردیده است . در این روش با منظور نمودن عوامل زیر درصد سیمان مصرفی کاهش یافته و بتن ریزی سریعتر و با هزینه ای کمتر انجام می شود:

استفاده از سنگدانه های با حداکثر ابعاد بیشتر و دانه بندی خاص

استفاده از پوزولان

استفاده از مواد افزودنی حباب ساز و روان کننده

استفاده از ماشین آلات حمل ، پخش و تراکم در عملیات خاکی و استفاده از ویبره سنگین در بتن ریزی

این نوع بتن به دلیل شرایط خاص اجرایی باید دارای روانی مناسب باشد . هنگامی که بتن غلتکی خیلی سفت باشد دانه بندی و چسبندگی مناسب جهت تراکم یکنواخت را نداشته باشد ، قسمت های تحتانی لایه تراکم مناسب را نمی بیند و هرگاه روانی این بتن خیلی زیاد باشد تحمل وزن غلتک را نداشته و غلتک لرزاننده نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد . بنابراین در این نوع بتن انتخاب مصالح و نسبت های اختلاط از اهمیت خاصی برخوردار می باشد .

ملاحظات اساسی در انتخاب نسبت اختلاط مناسب بتن غلطکی عبارتند از :

1. روانی مناسب ( توجه به دانه بندی و درصد آب مناسب برای تراکم )

2. مقاومت کافی ( تامین خواص مکانیکی و چسبندگی درزها )

3. آب بندی ( کنترل تراوش )

4. حرارت هیدراتاسیون کم ( محدود نمودن پتانسیل ترک های حرارتی )

 

 

 بتن سبک

بتن سبک ماده ای است با ترکیبات جدید و فوق العاده سبک و مقاوم .

مواد تشکیل دهنده بتن سبک عبارت است از ورموکولیت، پرلیت، سنگ بازالت و سیمان تیپ 2 و ...

در این بتن همانند بتنهای عادی ، از ماسه استفاده نمی شود.

عدم وجود ماسه باعث سبک و همگن شدن ساختار بتن گردیده و باعث می شود که مواد تشکیل دهنده که تقریبا" از یک خانواده می باشند و بهتر همدیگر را جذب کنند .

ساختمان این بتن متخلخل بوده و این مسئله پارامتر بسیار موثری است. چون تخلخل موجود در بتن باعث مقاوم شدن در برابر زلزله و عایق شدن در برابر صدا ، گرما و سرما می گردد .

ترکیبات این بتن به گونه ای عمل می کند که حالت ضد رطوبت به خود گرفته و به مانند بتن معمولی که جذب آب دارد عمل نکرده و آب را از خود دفع می کند .

این بتن تحت فشار مستقیم (پرس) ساخته می شود .

بدلیل شکل گیری بتن در فشار، ساختار آن دارا ی یکپارچگی قابل قبولی است .

بتن سبک در قالبهای طراحی شده توسط متخصصین ، بصورت یکپارچه ریخته می شود .

بدلیل یکپارچگی در نوع ساختمان بتن ، قطعه تولیدی از استحکام بالایی برخوردار شده و مقاومت بالایی نیز در برابر زلزله از خود نشان خواهد داد .

برای تقویت این بتن از یک یا چند لایه شبکه فلزی در داخل بتن استفاده شده که این حالت همانند مسلح کردن بتن معمولی بوسیله میلگرد می باشد .

هزینه تولید این نوع بتن از دیگر مواد ساختمانی به نسبت ویژگی آن پایینتر است.

زمان بسیار کمتری جهت تولید دیوار های بتنی سبک یا قطعات دیگر لازم است .

پرت مواد اولیه جهت تولید بتن سبک بسیار کمتر از بتن معمولی است. چون تمام مراحل تولید در محل مشخصی صورت گرفته و جهت تولید پروسه ای طراحی گردیده است .

بدلیل طراحی کلیه مراحل تولید و وجود نظارت بر تمامی این مراحل ماده تولیدی دارای استاندارد خاصی تعریف شده است . (مهندسی ساز)

خرید مصالح بطور عمده صورت می گیرد و هزینه کمتری برای سازنده در بر خواهد داشت و در نهایت خانه پیش ساخته با قیمت پائین تری عرضه می گردد .

قطعات تولیدی در کارخانه از آزمایشات کنترل کیفیت گذر کرده و در صورت تائید به بازار مصرف
عرضه می گردد .

بتن سبک مسطح بوده که می توان با یک ماستیک کاری ساده بر روی آن رنگ آمیزی کرد.

 

 

بتن انعطاف پذیر

 

دانشمندان دانشگاه میشیگان گونه جدیدی از بتن مسلح با الیاف ساخته‌اند که از بتن عادی 40 درصد سبک‌تر و در برابر ترک خوردن 500 بار مقاوم‌تر است.این بتن جدید که "کامپوزیت سیمانی مهندسی"، نامیده شده ، به دلیل عمر طولانی در دراز مدت از بتن معمولی ارزان‌تر است.           
     

عملکرد این بتن جدید از یک طرف به دلیل وجود الیاف نازکی است که 2 درصد حجم ملات بتن را تشکیل می‌دهد و از طرف دیگر به این خاطر است که خود بتن از موادی ساخته شده است که برای ایجاد حداکثر انعطاف‌پذیری طراحی شده‌اند. به گفته دانشمندان، بتن جدید که "کامپوزیت سیمانی مهندسی"، نامیده شده ، به دلیل عمر طولانی‌تر در دراز مدت از بتن معمولی ارزان‌تر است. به گفته "ویکتورلی" استاد گروه مهندسی سازه "دانشگاه میشیگان" و سرپرست تیم سازنده بتن، تکنولوژی کامپوزیت سیمانی تاکنون در پروژه‌هایی در ژاپن، کره، سوئیس و ایتالیا به کار گرفته شده است. استفاده از آن در ایالات متحده به نسبت کندتر بوده.
این در حالی است که بتن متعارف دارای مشکلات بسیاری از جمله نداشتن دوام و پایداری، شکست در اثر بارگذاری شدید و هزینه‌های تعمیر در اثر شکست است. به گفته "لی"، بتن نشکن یا انعطاف‌پذیر به جز شن درشت از همان مواد تشکیل‌دهنده بتن معمولی ساخته شده است.
بتن نشکن کاملا شبیه بتن عادی است اما تحت کرنش‌های بسیار بزرگ، بتن کامپوزیت سیمانی تغییر شکل می‌دهد، این قابلیت از آن جا ناشی می‌شود که در این نوع بتن؛ شبکه الیاف داخی سیمان قابلیت لغزیدن داشته و در نتیجه انعطاف‌ناپذیری بتن که باعث تردی و شکنندگی است، از میان می‌رود.
امسال برای اولین بار، "اداره حمل و نقل میشیگان" برای نوسازی قسمتی از عرشه پل "گرواستریت" بر فراز بزرگراه "4 و I" از کامپوزیت سیمانی استفاده می کند. دالی از جنس کامپوزیست سیمانی جایگزین یک مفصل انبساطی در این قسمت از پل خواهد شد تا با متصل کردن دال‌های بتنی مجاور به هم، عرشه‌ای یکنواخت از بتن به وجود آورد. استفاده از مفصل انبساطی به عرشه بتنی قابلیت حرکت در اثر تغییرات می‌بخشد. اما در هنگام گیر کردن مفصل‌ها، مشکلات زیادی پیش می‌آید.
دانشمندان انتظار دارند استفاده از کامپوزیت سیمانی باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها شود.
اگر چه هنوز مطالعات دراز مدت زیادی برای تایید عملکرد کامپوزیت سیمانی مورد نیاز است، مقایسه‌های انجام شده در "مرکز سیستم‌های پایدار"، از "دانشده منابع طبیعی و محیط زیست"، به همراه گروه "لی"، نشان می‌دهد که در یک دوره 60 ساله، استفاده در عرشه پل، کامپوزیت سیمانی نسبت به بتن عادی 37 درصد ارزان‌تر است، 40 درصد انرژی کمتری مصرف می‌کند و باعث کاهش انتشار دی اکسید کربن تا 39 درصد می‌شود

 

بتن اسفنجی

مقدمه
همانطور که می‌دانیم امروزه صنعت بتن نقش بسیار مهمی در ساخت و سازهای جوامع بشری ایفا می‌کند و یکی از عوامل بسیار مؤثر در سازه‌های بتنی در جهان است. در این راستا انجمن سیمان پرتلند (PCA) تحقیقاتی را به منظور استفاده از بتن در دیگر پروژه‌ها آغاز نموده؛ پس از آزمایشات و تحقیقات فراوان موفق شد به راه حل بسیار خوبی به نام بتن اسفنجی (بتن تراوا ) دست یابد. بتن اسفنجی که حاصل این دست رنج بود، توانست تحولات زیادی را در محوطه سازی‌های شهر‌های اروپا و آمریکا ایجاد کند. البته این نوع بتن هنوز در ایران جا نیفتاده، ولی امید است با تلاش مسئولین ادارات، مهندسین و متخصصین فن این بتن به منظور حفظ بیشتر محیط زیست و مقرون به صرفه بودن مورد استفاده در پروژه‌های کشورمان نیز قرار بگیرد.

بتن اسفنجی
بتن اسفنجی یک مخلوط سنگدانه درشت(شن)،سیمان، آب و ماسه به میزان اندک(وگاهی اوقات بدون ماسه) است. در ساختار این بتن %25-15 (از لحاظ حجم) فضای خالی وجود دارد و این امر‌ موجب عبور آب از داخل این بتن می‌شود.
در بتن اسفنجی از آب نسبت به دیگر انواع بتن کمتر استفاده می‌شود و این مسأله باعث شده تا پس از ساختن مخلوط بتن آب آن به سرعت تبخیر شده و مخلوط در مدت یک ساعت کاملا" از آب تخلیه خواهد شد.

 






نسبت مواد مختلف در بتن اسفنجی
برای آشنایی بیشتر با این بتن، در جدول، زیر میزان مواد مختلف به کار رفته شده از آن ذکر شده است:

نسبت مواد
مقدار مواد
1-مواد دارای خواص بتن (البته در مورد مواد دارای خواص سیمای یا همان افزونی‌های بتن بعدا" بیشتر توضیح داده می‌شود.)
270 to 415 kg/m^3 (450to 700 1b/y^3)
2-سنگدانه
1190 to 1480 kg/ m^3 (2000 to 2500 1b/y^3)
3-نسبت آب به سیمان (از لحاظ جرم)

0.27 to 0.30

4-نسبت ‌سنگدانه ‌به ‌سیمان (ازلحاظ جرم)

4 to 4.5:1

5- نسبت ‌سنگدانه ریز (ماسه) به سنگدانه درشت (شن)

0 to 1:1

رفتار بتن اسفنجی
همچنین به منظور آشنایی بیشتر با رفتار این بتن، ویژگی‌های آن در زیر بیان شده است:

مشخصات
مقدار
اسلامپ یا نشست (stump)

20 mm (3/4 in)

چگالی (وزن مخصوص)
1600 to 2000 kg/m^3 (100 to 125 1b/ft^3)
زمان گیرش (setting time)

1 ساعت

تخلخل (از لحاظ حجم)

15% to 25%

میزان نفوذ پذیری (از لحاظ میزان سرعت)

120 L/min to 320 L/m^2/min (3ga1/ft^2/ min to 8 gal /ft^2/min)

مقاومت فشاری

3.5 Mpa TO 28 Mpa (500psi to4000 psi)

مقاومت خمشی

1 Mpa to 3.8 Mpa (150 psi to 550 psi)

افت بتن

200x10^-6


نصب بتن اسفنجی
نصب بتن اسفنجی شامل 4 مرحله اساسی است:
1- مخلوط کردن
2- جاگذاری کردن (گماردن، قراردادن)
3- تراکم و فشرده سازی (کوبیدن )
4- عمل آوردن بتن
بوجود آوردن، قرار دادن و عمل آوردن بتن اسفنجی همه به جای اینکه در یک کارخانه زیر شرایط یکسان انجام شوند، در محل کار (پای کار) انجام می‌شوند.
اگر چه بتن اسفنجی می‌تواند توسط همان تهیه کننده‌های بتن توپر تهیه شده و توسط همان کامیون‌های بتن توپر تحویل داده شود، اما این ویژگی‌های فیزیکی منحصر به فردش است که نیاز به یک پیمانکار با تجربه تخصصی دارد. همچنین تفاوت‌های ساختاری ما بین بتن اسفنجی و بتن غیر قابل نفوذ نصب متفاوت آن را نیازمند است.
به هر حال، کیفیت و عملکرد بتن اسفنجی بستگی به میزان آشنایی و عملکرد نصب کننده و خاصیت ضربه‌های ساختاری (کمپکت) دارد.
این نوع بتن به دلیل مقاومت نسبتاً پایین آن psi400 الی psi 4000 اساس مشخص شده و پذیرفته شده‌ای برای مقاومت بالا نیست. و مساله مهم تر در موفقیت یک روسازی بتن اسفنجی مقدار پوکی (فضای خالی) آن است.
البته باید بدانیم که زیر سازی این بتن و زمین زیرینش نباید کاملاً غیر قابل نفوذ باشد و باید حداقل اندکی خاک و زیر سازی آن نفوذ پذیری داشته باشد. در مناطق ماسه‌ای هم بتن اسفنجی مستقیماً بالای ماسه گذاشته می‌شود.
همچنین باید به این موضوع اشاره کرد که یخ‌زدن آب در داخل این بتن مشکلی ایجاد نمی‌کند، زیرا آزمایش‌هایی صورت گرفته که در آن بتن اسفنجی را به مدت بیش از 15 سال در آب و هوای سرد گذاشته و آب باران و برف پس از ورود به داخل بتن یخ می‌زد. کاربرد موفق بتن اسفنجی در این مناطق این مساله را حل نموده است و مشکلی در به کار بردن این بتن در این مناطق وجود ندارد.

نقش مواد افزودنی ( مواد دارای خواص سیمانی ) در بتن اسفنجی
مواد افزودنی(یا همان مواد دارای خواص سیمانی) که در بتن اسفنجی بکار می‌روند عبارتند از: رقیق‌کننده‌های سیمان(C 1157، C 595ASTM )، خاکستر بادی و پوزولان طبیعی (ASTM C 618)، روباره (ASTM C 989) و بخار سیلیس(ASTM C 1240‌).
حال به برخی از آن‌ها که نقش بسیار مهمی در ساختار بتن دارند و می‌توانند به جای سیمان مورد استفاده قرار گیرند(که در ایران از آنها به ندرت استفاده می‌شود) اشاره می‌کنیم. در واقع این مواد بر عملکرد زمان گیرش، میزان افزایش مقاومت، تخلخل، نفوذ پذیری و ... در بتن تأثیر می‌گذارند و در یک کلام کلید عملکرد بالای بتن، در استفاده از مواد افزودنی (SCMS) است.
از آن جمله می‌خواهیم به گاز سیلیس، خاکستر بادی و روباره که همگی دوام بتن را بوسیله کم کردن نفوذ پذیری و شکاف ( ترک خوردگی) افزایش می‌دهند اشاره می‌کنیم:
گاز سیلیس (Silica fume): یک فرآورده فرعی (محصول جانبی) از تولید سیلیکون است، و از دانه‌های خیلی ریز و ذرات کروی شکلی تشکیل شده است و به طور موثری مقاومت و دوام بتن را افزایش می‌دهد. به طور مکرر برای ارتفاعات بلند ساختمان‌ها به منظور افزایش مقاومت فشاری بتن(با استفاده از گاز سیلیس مقاومت بتن از psi 20000 هم فراتر می‌رود.) استفاده می‌شود و می‌توان از آن %12- 5 به جای سیمان در بتن استفاده کرد.
خاکستر بادی(fly ash): خاکستر بادی، محصول فرعی انبار زغال سنگ سوزان در نیروگاه‌های برق است و سال‌ها قبل به عنوان ماده‌ای بی‌مصرف روی زمین انباشته می‌شد و بدون استفاده بود. اما حالا به عنوان یک ماده مهم در صنعت سیمان سازی به کار برده می‌شود و می‌توان از آن %65-5 به جای سیمان در بتن استفاده کرد.
روباره (Blast furnace Slag): روباره، محصول فرعی زباله در صنعت پولاد (فولاد) است، و سهم آن در مقاومت و دوام بتن بیشتر است و می‌توان از آن %70-20 به جای سیمان در بتن استفاده کرد.

مزایای بتن اسفنجی چیست و موارد استفاده از آن کدام است؟
بتن اسفنجی دارای مزایای اقتصادی و زیست محیطی فراوانی است، که البته مزایای زیست محیطی آن بیشتر مد نظر است. از مزایای اقتصادی آن می‌توان به پایین آمدن خرج‌های فراوان به منظور هدایت آب باران و فاضلاب اشاره داشت. در واقع می‌توان گفت با وجود بتن اسفنجی نیازی به ساختن جوی‌های آب فراوان در سطح شهر و کنار خیابان و کوچه‌ها و همچنین کانال‌های بزرگ آب نیست. زیرا این بتن هر گونه بارندگی را مستقیماً به زمین و سفره‌های آب زیرزمینی منتقل می‌کند و در واقع یک مزیت زیست محیطی نیز محسوب می‌شود. از دیگر مزایای زیست محیطی آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1-

  1-جلوگیری از بروز آب گرفتگی در معابر و مکان‌ها به هنگام بارندگی
2-جلوگیری از آلوده شدن آب بارندگی‌ها (زیرا اگر زمین غیرقابل نفوذ باشد، آب باران و برف در  سطح زمین که آلودگی فراوان دارد جریان می‌یابد و منجر به آلوده شدن آب بارندگی می‌شود.)
 پر شدن ذخایر آب زیرزمینی -3
4-در نقاط سرد که ماندن برف و باران روی زمین (بعد از بارش) منجر به سردتر شدن آن مناطق می‌شود می‌توان با استفاده از این بتن آب باران و برف را به داخل زمین هدایت کرد و از سردتر شدن آن ناحیه جلوگیری کرد.
5-همچنین می‌توان از این نوع بتن در مکان‌هایی که نیاز به زمین خشک است استفاده کرد مثلاً در زیر سازی چمن‌های استادیوم‌های فوتبال.
 6-همچنین در مناطق سردسیر، بدلیل عبور آب از این بتن از یخ زدگی سطح معابر و در نتیجه ایجاد خطر جلوگیری می‌کند که شهرداری‌های محترم می‌توانند از این بتن در پیاده‌رو سازی‌ها و محوطه سازی پارک‌ها، پارکینگ‌ها و معابری که مشکل آبگیری دارند استفاده نمایند.(مترجم)
 7-ایجاد مناظری زیبا به هنگام بارندگی، زیرا با وجود این بتن دیگر هنگام بارندگی آب گرفتگی وجود ندارد.

 

بتن پلیمری

قرن بیستم را به حق باید قرن پلیمر ها نیز دانست ، محصولات پلیمری از لحاظ حجمی در سال 1990 بر حجم محصولات آهنی فایق آمد و پیش بینی می شود که در قرن حاضر ، از لحاظ وزن نیز بالاتر رود . صنایع ساختمان بزرگترین مصرف کننده موادّ پلیمری ، 25 تا 30 درصد از کلّ پلیمر ها را مصرف می کند .

یکی از مواردی که در ساختمان به وفور استفاده می شود بتن است . این مادّه به دلیل هزینه پایین تولید ، راحتی استفاده و استحکام فشاری ، یکی از موادّ پرمصرف در سازه هاست ولی به دلیل نقایصی که دارد ( نقایصی چون : 1 – تخریب یخ زدگی و ذوب  2 – تخریب پذیری توسّط موادّ شیمیایی خورنده  3 – استحکام کششی کم   4- دیرپخت بودن و …. ) همزمان با تولید این مادّه ، ترکیب آن با فولاد ( مسلّح کردن بتن )‌ و ایجاد خاصیّت تاب خمشی مطرح شد و از همان موقع ، استفاده از موادّ و ترکیبات شیمیایی ، برای بهبود خواصّ آن مورد توجّه قرار گرفت . حاصل تحقیقیاتی که در این زمینه صورت گرفت این نتیجه را در بر داشت که جایگزینی مناسبی ، با موادّ پلیمری انجام شده است و با به کارگیری آنها به روش های مختلف ، خواصّ بتن ارتقا می یابد . ( این تحقیقات بیشتر در ژاپن ، آمریکا و روسیه انجام شده است ) .  در این رابطه خانواده بتن های پلیمری ، بهترین خاصیّت  ها را از خود نشان دادند . خواصّ این نوع بتن ، برتر از بتن های سیمانی بود و گاهی خواصّ
منحصر به فردی از خود نشان می دهد . با توجّه به ‌نیاز بیشتر به استحکام در سازه ها و برتری های این نوع بتن ، بتن پلیمری مورد علاقه دانشمندان واقع شد و با وجود آنکه مدّت زیادی از اختراع آن نمی گذرد و علیرغم قیمت بالایی نیز که داراست مورد استقبال روزافزون قرار گرفته است . بتن های پلیمری از حدود سال 1950 وارد بازار شده اند و پیش بینی می شود در طیّ دهه پیش رو ، مصرفشان 10 برابر شود . کاربرد این نوع پلیمرها به دو شاخه استفاده جامد و استفاده غیر جامد تقسیم می شود .
در حالت جامد محصولات پلیمری به جای  فولاد جایگزین می شوند و بتن را مسلّح می کنند که در این حالت ، پلیمر به صورت رشته ، شبکه و یا میلگرد در بتن استفاده می شود . در حالت غیر جامد با تزریق پلیمر های پودری و مایع ، در دوام بتن بهبود حاصل می شود .

در کشور ما کار خاصّی روی بتن پلیمری صورت نگرفته است و هنوز در سطح یک موضوع تحقیقاتی برای دانشجویان
باقی مانده است ، موضوعی که منابع تحقیق آن نیز غالباً خارجی هستند .

بتن های پلیمری ( Polymer Concrete )  حالت جامد :

اکثر موادّ و مصالح طبیعی به دلیل ناپیوستگی های سطحی و ترکیباتی که در خود دارند ، دارای مقاومت لازم برای تحمّل
تنش های زیاد نیستند و لازم است تا با موادّ دیگری مسلّح شوند . دانشمندان به دنبال موادّی هستند که در ضمن مسلّح کردن بتن ، دارای وزن کمتر ،  مقاومت بیشتر در برابر عوامل جوّی ، رفتار بهتر در بارگذاری های متناوب باشد  و بتواند مقاومت خود را  در دماهای بالا مثل دمای کوره حفظ کند و …..از این قبیل.

 یکی از مشهورترین این مصالح ، کامپوزیت های پلیمری می باشند . اوّلین باری که کامپوزیت ها در بنا استفاده شد در زمان جنگ جهانی دوّم بود . در آن زمان بر روی ساختمان هایی که باید رادار نصب می کردند ، استفاده  از سازه های فلزّی و یا حتّی بتن آرمه ، مشکل ایجاد می کرد ، با مسلّح کردن بتن توسّط کامپوزیت های بتنی  ، این مشکل برطرف شد . همچنین در همان بحبوحه جنگ بعضی از قسمت های هواپیماهای جنگی را از پلی استرهایی که با رشته های شیشه تقویت شده بودند
می ساختند .

در ساختمان های مسکونی از کامپوزیت هایی با فیبر شیشه ای یا پلی استر استفاده  می شد . (‌ سازه کامپوزیتی GPR ) ، دو ساختمان  استثنایی با سازه کامپوزیتی ساخته شده است که یکی سازه گنبدی شکل در بن غازی (‌ 1968 )‌ و دیگری سقف فرودگاه دبی ( 1972 )‌ است که تأثیر محسوسی بر استفاده  از این نوع سازه ها داشته است .

اکثر این سازه ها دارای سازه اصلی بتن مسلّح بود و برای ساخت پانل ها از GPR (Glass Polymer Reinforced )  بهره می برد ، همانند سازه قوسی فضاکار زمین فوتبال شهر منچستر (‌1980 ) ، مهمّترین کاربردهای GPR به قرار زیر است :

1-    ساختمان  هایی که تحت اثر خوردگی شدید هستند .

2-     سازه های پیشرفته رادارها .

3-    ساختمان  هایی که کنترل کیفیّت آنها مهم است .

4-    ماهواره ها .

5-    آنتن های بزرگ .

مهمّ ترین دلایل افزایش استفاده  از کامپوزیت ( Composite )  :

1 – وزن کم   2- قابلیّت ایجاد معماری های زیبا      3- مقاومت در برابر شرایط جوّی    4- خواصّ ضدّ خوردگی

5 – وجود سازه هایی که در آنها نباید از فلز استفاده  کرد .

امروزه بسیاری از پل های بتن آرمه به دلیل وجود کلر در آب دریا ، تخریب شده اند که بتن پلیمری این نقیصه را ندارد و خورده نمی شود ، محصولات پلیمری در حالت جامد بیشتر به صورت میلگرد و شبکه مورد استفاده قرار می گیرند .

انواع بتن های پلیمری ( حالت غیر جامد ) :

پیش از بیان انواع بتن های پلیمری لازم است با فرآیند پلیمریزاسیون بیشتر آشنا شویم : 

پلیمریزه شدن : از اتّصال  واحد های مونومر به یکدیگر ، رشته یا شبکه های مولکولی سطحی یا فضایی
 تشکیل می شود که دارای وزن مولکولی بالایی هستند و به آنها پلی مر می گویند ، این فرآیند را پلیمریزه شدن می گویند .

انواع بتن های پلیمری بدین قرارند :

1-  بتن های باردار شده توسّط پلیمر ( PIC ) : شامل بتن پورتلند پیش ریخته شده است که توسّط یک سیستم مونومری باردار گردیده است (‌ آماده واکنش است )‌ و متعاقباً در محلّ ،  پلیمریزه می شود .

2-    بتن های پلیمر – سیمان (PCC)  : شامل یک مونومر است که به مخلوط آبی بتن تازه افزوده می شود و متعاقباً در محلّ، پلیمریزه می شود .

3-  بتن های پلیمری (PC) : شامل یک سیستم مخلوط از سنگریزه  ( Aggregate ) و پرکننده  ( Filler )   در مونومر می باشد که متعاقباً در محلّ ، پلیمریزه می شود .

4-    بتن های پلیمر – گوگرد  (PSC ) : شامل یک سیستم مخلوط از بتن های گوگردی است  که توسّط پلیمر ها اصلاح خواصّ پیدا کرده باشد .

نحوه تولید بتن پلیمری (‌حالت غیر جامد ) :

بتن های پلیمری از 80 تا 95 درصد پرکننده های معدنی و گاهی آلی تشکیل شده اند و حدود 5 تا 20 درصد بایندر پلیمری نیز

بتن را نگاه می دارد ( بایندر  ( Binder )  به معنای پیوند دهنده یا متّصل کننده است و منظور همان محلول مونومر است که پس از فرآیند پلیمریزاسیون بتن را نگاه می دارد ) ، خواصّ بتن های پلیمری برتر از بتن های سیمانی است .

با انتخاب : الف ) بایندر مناسب    ب) نوع و میزان مناسب پرکننده   ج ) به کار بردن افزودنی های مناسب

می توان طیف وسیعی از بتن های پلیمری را با خواصّ فیزیکی ، مکانیکی ، دینامیکی ، الکتریکی ، حرارتی ، شیمیایی ، تزئینی و … تهیّه کرد . در صورتیکه این طیف وسیع برای بتن های سیمانی وجود ندارد . از مجموعه موادّ رایج به عنوان بایندر پلیمری سه نوع رایج ترند که عبارتند از : 1 – اپوکسی ( Epoxy )    2- پلی استر    3 – پلی یورتان

از پرکننده های رایج نیز دو نوع رایج ترند که عبارتند از : 1 – سیلیس (Silica)    2- کربنات کلسیم

بر اساس آزمایش هایی از نوع برزیلی ، نتایج زیر حاصل شد :

1 – نمونه های بتن پلیمری با بایندر اپوکسی و پلی استر ، استحکاک بالاتری دارند .

2- نمونه های  بتن پلیمری با بایندر پلی یورتان ، ازدیاد طول بسیار زیادی دارند . (  تعریف اپوکسی و …. در همین مقاله گفته خواهد شد . )

بایندر های پلیمری 90% کلّ قیمت بتن را شامل می شوند . با وجود این ، قیمت بتن های پلیمری ، بسیار کمتر از
پلاستیک هاست . انتخاب مناسب بایندر و پر کننده مناسب ، می تواند سبب هر یک از حالات زیر شود :

1 – بتن هایی با دی الکتریک بالا   2 – برعکس بتن هایی با هدایت الکتریکی بالا   3 – قطعاتی مناسب برای ایجاد خلاء و ..

 تغییر خواصّ بتن پلیمری بر حسب تغییر پرکننده ها :

پرکننده ها از دو دسته تشکیل می شوند : 1- جزء زبر ( دانه بندی درشت )   2- جزء نرم ( دانه بندی ریز )

پرکننده های سبک وزن شامل  سه دسته سنگ های رسی سبک ، پرلیت و سنگ پا  ( Pumice )  می شوند و پر کننده های سنگین شامل 4 دسته قطیر ، هماتیت ، ایلمنیت ، باریت می شوند .

از این موادّ برای تولید بتن های پلیمری با وزن مخصوص بین 640 تا 5200 کیلوگرم بر متر مکعّب می توان استفاده کرد . پرکننده های بسیار نرم برای کاهش حجم خالی بتن به کار برده می شود . مانند پودر سیلیس ، کربنات کلسیم ، خاکستر ، کائولین . میکا تالک ،‌تری هیدرات آلومینا ‌، سولفات کلسیم و سیمان پورتلند . پر کننده ها می توانند سبک باشند مانند
دانه های شیشه ای سوراخ دار ، سرامیک یا گلوله های پلاستیک .

با استفاده از پرکننده های هادی مثل کربن یا پودرهای فلزّی ، می توان بتن را از نظر الکتریکی رساناتر کرد ، افزودنی هایی مثل فیبرهای شیشه ای ،‌آلی و فلزّی برای اصلاح استحکام ضربه ای ، خمشی و همچنین برای کاهش پدیده انقباض ناشی از پخت به کار می رود . عوامل تر کننده باعث کاهش سطحی زیرین مایع و سهولت ترشدگی سطوح پرکننده می شود . جهت تأمین رنگ و همچنین گاهی اوقات به منظور پایداری در مقابل نور از رنگدانه ها استفاده می شود .

با افزودن لاتکس های  SBR  و اپوکسی به بتن معمولی به عنوان بتن سیمان پرتلند ، پلی مری استفاده شده است که باعث بهبود خواصّ‌مهندسی و پایایی بتن می شود و همچنین با افزودن رزین های پلی اسراسیترن و اپکسی به مصالح سنگی
به عنوان بتن پلیمری که در مورد رزین پلی اسراسیترن، خواصّ‌ مهندسی و پایایی بتن به طور چشمگیری بهبود می یابد .

 

آشنایی با انواع بایندرها :‌

رزین  ( Resin )  : به مادّه آلی جامد یا نیمه جامد یا شبه جامدی گفته می شود که اغلب دارای وزن مولکولی نامشخّص امّا بالایی بوده و وقتی در معرض تنش قرار می گیرد تمایل به جریان دارد .

اپوکسی : اپوکسی نوعی رزین است ، این نوع رزین دارای قطعاتی گرم و نرم است که با گرما آب می شوند .

رزین های اپوکسی : نوع مایع آن از چسبندگی خوبی به الیاف شیشه برخوردارند .

لاتکس : شیر آب محتوی مونومر که برای تولید پلی مر استفاده می شود .  ( SBR )

خواصّ رزین های اپوکسی :

1- مقاومت در برابر خوردگی (Corrosion ) بسیار زیاد .    2- زمان پخت کم .     3- زمان کم برای رسیدن به استحکام ساختمانی .        4 –چسبندگی خیلی خوب به سطوح فلزّی .              5- مقاومت سایشی  ( Abrasion Resistance )   بالا.      6 – استحکام مکانیکی بالا .                                                              7 – مقاومت در برابر موادّ شیمیایی مخرّب .

 8 – چروکیدگی ( Shrinkage )  کم در حین پخت .        9- عدم تولید محصولات فرّار جانبی در واکنش پخته شدن .

10 – حفظ خواصّ و سازگاری حرارتی با فولاد در محدوده دمایی 30 تا 70 درجه سانتیگراد .

رزین اپوکسی مایعی است  بی رنگ ، ‌متمایل به زرد ، فرّار و سمّی که در دمای اتاق بخار می شود .

روشی برای تقویّت بتن های معمولی :‌

در بتن های پلیمری از تکنیک آغشته سازی بتن با پلیمر استفاده  می شود . در این روش ، یک سیستم مونومری به داخل بتن سخت شده نفوذ می کند و پس از پلیمریزاسیون موجب انسداد مجاری و حفره های درون بدنه و اتّصال بیشتر اجزاء متشکّله و ارتقای بسیاری از خواصّ بتن خواهد شد . در این روش از مونومر های متیل متا کریلات و استایرن استفاده می شود . روش کار بدین ترتیب است که نمونه های بتن را خشک و تمیز نموده و سپس خنک می کنیم . بعد بتن را با سیستم مونومری
آغشته می کنیم و پس از انجام پلیمریزاسیون کاتالیتی حرارتی ، بتن پلیمری آماده است . این بتن ، مقاومت فشاری و نفوذناپذیری اش افزایش پیدا کرده است .

مزایای بتن های پلیمری :

1 – استحکام    2- کرنش های فشاری ، خمشی ، کششی (‌چندین برابر )    3 – میرایی    4 – عمر سرویس

5 – مقاومت سایش و ضربه ای            6 – مقاومت در برابر تغییرات جوّی    7- مقاومت در برابر عوامل شیمیایی

8 – مقاومت در برابر عوامل مخرّب محیطی      9- مقاومت در برابر عوامل مخرّب صنعتی    10- جذب آب کمتر

11 – افت کمتر خواص    12 – خواصّ فیزیکی و مکانیکی بهتر        13 -  دارای خواصّ تزئینی

 

خاصّیت بتن پلیمری با بایندر اپوکسی و پلی استر
   

افزایش یا کاهش خاصّیّت نسبت به بتن سیمانی

استحکام فشاری
   

پنج و سه دهم برابر افزایش می یابد

استحکام کششی
   

پنج و هشت دهم برابر افزایش می یابد

استحکام خمشی
   

چهار برابر افزایش می یابد

کرنش فشاری
   

پنج و دو دهم برابر افزایش می یابد

کرنش خمشی
   

ده ها برابر افزایش می یابد

جذب آب
   

10 تا 60 برابر کاهش می یابد

جدول بالا به خوبی می تواند مزایای بتن پلیمری با بایندر اپوکسی و پلیستر را نسبت به بتن سیمانی نشان دهد ، علاوه بر این بتن پلیمری پلی یورتان دارای ازدیاد طول منحصر بفردی است . بتن های پلیمری در برابر شستشوی دائم مقاومند و فراورش و اجرای آسانی دارند .

موارد مصرف بتن های پلیمری :‌

1 – روکش پل ها و جادّه ها           2 – تعمیرکاریها          3- سازه ساختمان  هایی که در معرض خوردگی هستند .

 4 – پوشش دهی کف ساختمان های صنعتی ، ورزشی و … (‌ مثلاً پلی یورتان با ازدیاد طول منحصر به فرد ، برای پوشش کف های مقاوم در برابر سر خوردن مناسب است . )‌         5- تولید پانل های مصنوعی و تزئینی در فضاهای مسکونی و اداری (‌ مثل سنگ مرمر مصنوعی ، انیکس پلیمری ، گرانیت مصنوعی )‌         6- درزگیر بتن ها   7- ساخت سازه های زیرزمینی مثل فاضلاب های صنعتی (‌ مقاوم در برابر خوردگی )        8 – ساخت آبشخورهای مورد نیاز در دامداری ها (‌ در مقابل موادّ  آمونیاکی  مقاوم و نسبت به محصولات سرامیکی ارزان ترند .)      9 – ساخت مجسّمه ها ، گلدان های تزئینی و سایر اشکال آرشیتکتی مشابه سنگ       10 – ساخت مخازن نگهداری موادّ شیمیایی           11 – سازه محیط های دریایی  

 12 – ساخت سازه های زیر آب        13- ساخت سر ریز های سد       14 – دیواره آب بند سدها       15 – دیواره تونل ها       

16 – بازسازی و سرعت در تعمیر (‌ برای سازه های بتنی و مخصوصاً سازه هایی که در شرایط خاص، مثلاً‌زیر آب قرار دارند . ) بتن معمولی همواره با مشکل خوردگی توسّط عوامل اکسیدکننده گازی و مایع روبرو است  و دلیل آن مقاومت کم در برابر عوامل خورنده شیمیایی است . با جایگزینی کامل حامل آبی در بتن توسّط حامل پلیمری ، ترکیبی به دست می آید که دارای مقاومتی بالا در برابر عوامل خورنده شیمیایی ، بدون نیاز به حفاظت های شیمیایی است .

بتن پلیمری زمان کمی برای پخت و جذب آب نیاز داشته و نفوذپذیری کمی دارد . نحوه اختلاط این نوع بتن و لوازم مورد نیاز آن مانند بتن معمولی است و به سهولت قالب ریزی می شود . مجموعه این مزایا و آنچه قبلاً گفته شد سبب کاربردهای گوناگون و روزافزون این بتن ، علیرغم قیمت بالای آن شده است . باید در اینجا به استفاده خاصّ و اجباری از  بتن پلیمری در شرایط غیر متعارف اشاره کنیم ، مثلاً در جاهایی که بتن در معرض موادً شیمیایی قرار دارد و ممکن است پدیده کاوتیاسون 
رخ دهد یا در مکان هایی که ممکن است بتن دائماً در معرض کلر باشد و …..

انواع پلیمرهایی که برای مصارف بالا استفاده می شوند عبارتند از :

1- اپوکتیک ها     2- فورانها  ( Furan )     3 – اکرلیک ها      4 – پلیسترهای غیر اشباع     5- وینیل استرها

انتخاب پلیمر مصرفی بر حسب مورد مصرف ( کارایی )‌ و قیمت آن انتخاب می شود.

 

استفاده از بتن های پلیمری در قطعات پیش ساخته و نماهای ساختمانی:‌

یکی از موارد استفاده  از بتن های پلیمری ، تولید قطعات پیش ساخته و نماهای ساختمانی است که البتّه این قطعات ، معایب سنگ های طبیعی را  ندارند ، سنگ های طبیعی که در صنعت ساختمان  مورد استفاده قرار می گیرند اغلب دارای معایبی هستند که بعضی از آنها این چنین اند :‌

1 – سنگ های طبیعی چگالی بالایی دارند .        2-  در اثر عوامل جوّی و موادّ شیمیایی تخریب پذیرند .

3 – نفوذ پذیری و جذب آب بالایی دارند .           4  –تهیّه آنها در ضخامت کم به دلیل شکنندگی بالایی که دارند
ممکن نیست   .          5 – حمل و نقل آنها سخت است .        6 – عایق صوت و حرارت نیستند .

بتن های پلیمری چگالی پایین ، خواصّ فیزیکی و مکانیکی سطح بالا را دارا هستند  و امکان اعمال طرح های تزئینی متنوّع در آنها وجود دارد و جایگزینی مناسب برای سنگ های تزئینی و نماهای خارجی رایج خواهند بود. (‌مرمر ، گرانیت انیکس و .. )

با انتخاب موادّ اوّلیّه خاصّ برای تولید این نوع بتن تزئینی و فراورش مناسب ، سنگ نمای مصنوعی سبکی تولید خواهد شد که معایب سنگ های تزئینی طبیعی را نداشته و دارای خواصّ و برتری های ذیل می باشد :

1 – چگالی 3/1 گرم بر سانتی متر مکعّب .       2 – درصد جذب آب 19% (‌یک شصتم بتن سبک و یک سی ام بتن معمولی )

3 – قدرت چسبندگی بیشتر بر روی بتن سیمانی      4 – مقاومت در برابر ضربه  .       5 – سازگاری حرارتی بسیار خوب در محدوده دمایی  30 تا 70 درجه سانتیگراد     6 -  مقاومت بسیار عالی در برابر شرایط محیطی شیمیایی  7 – استحکام فشاری ، خمشی و کششی بالاتر .   8 – تنوّع رنگ بسیار زیاد .

نکته جالب این است که با وجود تمام محاسنی که ذکر شد  ، این نوع تولیدات ، قیمت کمتری نسبت به سنگ های طبیعی دارند .

کاربرد بتن های پلیمری به عنوان صفحات ضدّ گلوله :

برای تولید صفحات ضدّ گلوله در صورتی که وزن و حجم ، عوامل محدود کننده ای نباشند ، بتن سیمانی در تهیّه و ساخت موانع ضدّ‌گلوله به کار می رود . در صورتی که به جای سیمان از رزین پلیمری ، به عنوان حامل در ترکیب بتن استفاده شود ، مقاومت مکانیکی بتن افزایش چشمگیری می یابد و‌ سرعت گیرش و پخت سازه مورد نظر به صورت محسوسی بالا می رود .

در این ترکیب پلیمری که شامل 12 درصد رزین است ، 3 درصد تقویت کننده شامل پودر و لاستیک الیاف کوتاه شیشه ،
ایجاد خواهد شد ، این صفحه ضدّ گلوله ،‌ برای ساخت هدفی با حدّ اقل ضخامت 5 تا 6 سانتی متر به کار می رود  و می تواند گلوله ای با انرژی معادل 2400 ژول را مهار کند و کمترین خسارات را متحمّل شود .

کاربرد بتن های پلیمری سبک در ساخت تابلوهای ایمنی راه  :

با توجّه به گسترش جادّه ها و ازدیاد مسافرت ها ، نیاز به علایم رانندگی هر روز بیش از پیش احساس می شود . این علایم عمودی و افقی هستند و نوع قائم آن از پایه و سر تابلو تشکیل شده است و عموماً از جنس فلز ساخته می شود ؛
 با توجّه به اینکه مصرف این تابلوها در کشور بسیار زیاد است و فلزّ به کار رفته در آن ورقی و وارداتی و ارزبر است و از طرف دیگر منابع فراوان تولید بتن و سیمان در کشور وجود دارد ، مسئولین بر آن شدند تا از بتن سبک در تولید علائم ایمنی شهری بهره برداری کنند . این تابلو ها باید به گونه ای باشند که اوّلاً در برابر عوامل جوّی و یخبندان مقاوم باشند ، ثانیاً‌ از
نظر اقتصادی ، مقرون به صرفه باشند و ثالثاً دارای سطحی صاف و بدون خلل و فرج باشند تا بتوان شبرنگ ها را بر روی آنها چسباند . از این رو در حال حاضر به دستور سازمان مدیریّت و برنامه ریزی ، محقّقین در حال تحقیق در زمینه استفاده از
بتن های پلیمری برای تولید پایه و سر تابلوهایی هستند که خاصیّت های مذکور را دارا باشند ، چنانچه بتوان به این مهم
دست یافت ، حدود 30 الی 50 درصد کاهش هزینه نسبت به علایم فلزی خواهیم داشت و به عبارتی سالیانه حدود چندصد میلیون تومان کاهش هزینه خواهیم داشت .

نتیجه گیری :

با توجّه به آشنایی مختصری که در این مقاله نسبت به بتن پلیمری به دست آمد ، می توان پیش بینی کرد که در آینده از بتن پلیمری به صورت عمده ، هم در داخل ساختمان به عنوان تحمّل کننده بار و هم در خارج از ساختمان به عنوان نما استفاده خواهد شد ، بدون شک آنچه که باعث افزایش استفاده از بتن پلیمری شده است ، قابلیّت تغییر در خواصّ آن با تغییر دادن نوع و درصد پرکننده ها و بایندر های پلیمری است .

 

 بتن گوگردی :

بتون گوگردی طی اختلاط گوگرد مذاب به همراه مواد پرکننده و جامد شدن مخلوط بدست می آید. مخلوط در زمان کوتاهی به نهایت مقاومت خود می رسد همچنین دارای خواص فرسودگی و مقاومت در برابر اسیدها، نمکها و بسیاری ترکیبات دیگر می باشد. به خوبی کار کرده و به راحتی مواد آن قابل تعمیر و جایگزینی میباشد. بتون گوگردی دارای خواص نامطلوبی نیز میباشد. مقاومت آن زمانیکه در برابر تغییر در درجه حرارتهای بالا بسیار ضعیف میباشد تحت بعضی شرایط خیس میگردد. این مواد همچنین شکننده میباشند. تمام این خصوصیات از جهت بعضی جزئیات و اصلاح کننده ها مورد آزمایش قرار گرفته اند و مشاهده گردیده که میتوان بر این خواص غیرقابل قبول غلبه نمود.

مواد ساختمانی بتون گوگردی امروزه دارای کاربردهای بسیار ویژه ای در میان صنایع و حمل و نقل میباشند. این مواد ساختاری جدید ترموپلاستیک میباشند و میتوانند فشار کششی بیش از 9000 psi را در بیش از یک روز تحمل کنند. این مواد در برابر رطوبت نفوذ ناپذیر بوده و بسیار در برابر حمله اسیدهای معدنی و نمکها مقاوم میباشند. این قسمت شامل اطلاعاتی بود که تنها میتواند زمینه ای باشد تا ما را در رابطه با کاربردهای ساختمان بتونی راهنمایی کند

 

بتن های دیر گداز

تا چندی پیش، تقریباً همه آسترهای مقاوم در درجه حرارتهای بالا بصورت آجرهای از پیش ریخته و پخته شده با ابعاد نسبتاً کوچک و طرحهای مختلف ساخته می شد. مهمترین استثناء در این زمینه استفاده محدودی از بتن ها بود که به عنوان ملات، بتن کوبیدنی، بتن پاششی و پوششی برای کارهای تعمیراتی و سطحی بکار می رفت. اما در حال حاضر این جرمهای دیرگداز رواج بسیار زیادی یافته اند. بطوریکه امروزه بتن های دیرگداز نه تنها در صنایع متالوژیکی و سرامیکی مثل تولید آهن و فولاد و فلزات غیرآهنی، ریخته گری، کک سازی و. . . کاربرد وسیعی دارند بلکه جای خود را به نحو وسیعی در صنایع شیمیایی، برق هسته ای، هواپیمایی و حتی مصارف خانگی باز کرده است. دامنه وسیع کاربرد استحکام حرارتی بتن های دیرگداز و وسعت کارآیی، اهمیت این جرم نسوز را نشان می دهد. در این مقاله سعی شده است. ضمن بیان مشخصات، خواص بتن های دیرگداز و تقسیم بندی آنها به بررسی مواد اصلی تشکیل دهنده این نوع بتن، انواع بتن های دیرگداز، مزیت های بتن دیرگذار نسبت به نسوزهای معمولی و کاربردهای جرمهای نسوز پرداخته شود.
   
   
   
    برمبنای اولین گزارش ها، امکان استفاده از بتن در دمای بالا به کارهای مهندسان ساختمان در اوایل قرن بیستم
    برمی گردد. تا اوایل قرن بیستم هیچ توجه اساسی به این نوع مواد دیرگداز نشد، یعنی زمانیکهC.PLATZMANN تولید بتن دیرگداز را به ثبت رساند. با شروع دهه1930 افزایش قابل ملاحظه ای در تحقیق و توسعه در تعدادی از کشورها از جمله آمریکا و آلمان در این زمینه به چشم می خورد. در واقع تا پایان جنگ جهانی امکاناتی که بتن های دیرگداز می توانستند در اختیار بشر قرار دهند، شناخته نشده بود.
    تکنولوژی بتن دیرگداز را می توان در مقایسه با مواد دیرگداز نشان داد. از دیدگاه متخصصان، بتن دیرگداز دارای ویژگی های خاص خود در نحوه تولید و کاربرد است. تکنولوژی مواد دیرگداز را می توان اینطور ترسیم کرد: در آوردن مواد به شکل دلخواه و سپس خشک کردن در یک مدت زمان طولانی و نهایتاً در آتش قرار دادن، در حالیکه تکنولوژی بتن دیرگداز عبارت است از تهیه مخلوط، ریختن و لرزش که سرانجام در زمان کوتاهی خشک می شود. استحکام مورد نیاز بدون پختن بدست می آید بدین وسیله قادر به تولید شکلهای پیچیده و مختلف بدون ترک و تغییر فرم هستیم. در حال حاضر مزایای بتن های دیرگداز بر مواد دیرگداز معمولی برکسی پوشیده نیست. جاذبه های مختلف از قبیل صرفه جویی در هزینه های ساخت، تولید فراوان تر، وسعت کمتر کارخانجات مربوطه، سهولت استعمال، امکان استفاده به صورتهای متنوع و مختلفی چون ریخته گری در محل، پیش ساخته، ریخته گری به صورت آجر، بلوک ستونهای یکپارچه، ملات، مواد پاششی و . . . استحکام بالا حتی در حالت خام، امکان بکارگیری اجزای بزرگ در ساختمان کوره ها، کاهش زمان تعمیر آستر کوره ها، مقاومت سایشی بهتر، مقاومت در برابر حملات شیمیایی، شوکهای حرارتی، دوام و پایداری پوششها، سهولت در حمل و نقل و...همه و همه در گسترش روز افزون استفاده از این بتن تاثیر داشته است.
   
   
    تعریف بتن های دیرگداز
    بتن های دیرگداز بتن هایی هستند که خواص مکانیکی و فیزیکی آنها حتی بعد از مدت زمان زیادی که حرارتهای بالا دید تا حد قابل قبولی باقی بماند. این بتن ها در درجه حرارت معمولی دارای اتصالات هیدرولیکی هستند و وقتی پخته می شوند (حرارت می بینند)، از مرحله اتصال هیدرولیکی به اتصال سرامیکی تبدیل می شوند، بدون آنکه استحکامشان کاهش پیدا کند.
   
   
    مشخصات و ویژگی های بتن های دیرگداز
    مخلوطهای بتنی از نظر کارخانجات دیرگداز، مخلوطهای خشک شدنی در هوا هستند که از مواد اولیه مقاوم در برابر حرارت با اندازه دانه بندی(30-0) میلیمتر و سیمان تشکیل شده اند.
    عاملهای چسبندگی در چنین بتن هایی، چسبهای هیدرولیکی (معمولاً سیمانها) یا چسبهای غیرهیدرولیکی (مثل چسب شیشه)است. این نوع بتن ها، موادی هستند که دارای فسفات، چسب شیشه، ماگنزیا (پریکلاس) هستند.
    استحکام مورد نیاز بدون پخش بدست می آید و بدین وسیله قادر به تولید شکلهای پیچیده و مختلف از این بتون ها هستیم. (سازه مونولیتیک) *
   
   
    خواص بتن های دیرگداز
    بتن های دیرگداز خود خواص معینی را دارا می باشند که آگاه بودن از آنها نیز مهم است، بعلاوه در نظر داشتن آنها در هنگام انتخاب مواد و دستیابی به درک صحیح از رفتار بتن تحت شرایط کاری ضروری است. مهمترین این خواص در طبقه بندی زیر گنجانده شده است:
     خواص فیزیکی و مکانیکی: مهمترین خواص فیزیکی و مکانیکی: چگالی، تخلخل، قابلیت هدایت حرارتی و انبساط حرارتی می باشد.
    - وزن مخصوص: وزن مخصوص بتن های مقاوم در برابر حرارت (دیرگداز) تابعی از ترکیب آنها، نمونه سیمان، پرکننده، مخلوط و نسبت های آنها می باشد.
    - چگالی: چگالی بتن های نسوز تابعی از دانسیته، غلظت های مواد تشکیل دهنده و حجم تخلخل موجود در بتن است.
    - تخلخل و نفوذ پذیری: چگالی و تخلخل نسبت معکوس با یکدیگر دارند، هر چند اغلب در استفاده های عملی مجموع تخلخل مواد نسوز مهم نبوده بلکه مورد مصرف نسبت تخلخل بسته به تخلخل باز (ظاهری) که در تماس با اتمسفر است می باشد. بعد از پختن تخلخل زیاد می شود، زیاد شدن تخلخل بستگی به عواملی دارد که مهمترین آنها، دما و سطح واکنش است که بین عامل اتصال و پرکننده رخ می دهد. نفوذپذیری نیز تابعی از قطر و تخلخل بوده، نسبت آب به سیمان نیز عامل مهمی در نفوذپذیری است.
    انبساط حرارتی: ضریب انبساط حرارتی بتن های دیرگداز به مقدار زیادی به ضریب انبساط پرکننده ها بستگی دارد.
    گرمای ویژه: در بتن های دیرگداز ظرفیت حرارتی پرکننده ها معمولاً به عنوان فاکتوری تعیین کننده در ترکیب اصلی محاسبه می شود. گرمای ویژه پرکننده ها باید بدون هیچ خطای محسوسی تعیین شود.
    هدایت حرارتی: هدایت حرارتی مواد دیرگداز یک خاصیت پیچیده است که به هدایت حرارتی اجزای تشکیل دهنده و همچنین به نحوه تراکم، تخلخل و درجه حرارت بستگی دارد.
    مقاومت سایشی و فرسایشی: در بسیاری از استفاده های صنعتی مواد دیرگداز، ساییده شدن و فرسایش مطرح است. در فرسایش تمام سطح ماده مورد حمله قرار می گیرد ولی در حالت سایشی فقط فازهای منیرالی که کمترین مقاومت را دارند مورد حمله قرار می گیرد. بنابراین یک رابطه مستقیم بین مقاومت فشاری با مقدار سیمان از یک طرف و میزان سایش از طرف دیگر وجود دارد.
    خواص شیمیایی: در علم دیرگداز واژه »خواص شیمیایی« که بکار برده می شود شامل رفتار مواد دیرگداز در ارتباط با سایر مواد است، که آستر با آنها تماس پیدا می کند، این امر همچنین شامل خوردگی شیمیایی بوسیله مواد مذاب و ورود مواد خارجی بداخل آنها است که باعث تغییر خواص آنها می شود. برای بتن دیرگداز می توان، خواص شیمیایی را در حوزه های زیر بررسی کرد -رفتار بتن ها در حضور سرباره های حاوی اکسیدها و مواد مذاب -رفتار در برابر فلزات مذاب -رفتار در حضور گازها.
   
   
    تقسیم بندی بتن های دیرگداز
    طبقه بندی جرم های نسوز براساس تک تک ویژگی های اصلی آنها که معمولاً دارای محدودیت هستند، انجام می شود. مواد اولیه مصرفی، همچنین روش های ساخت و کاربرد، فاکتورهای دیگری هستند که معیارهای طبقه بندی جرم های نسوز را تشکیل می دهند. از طرفی دیگر جرم های نسوز را می توان براساس درجه حرارت کار، نوع عامل های اتصال (چسبانده)، نوع مواد پرکننده نیز تقسیم بندی کرد.
 
 


   
   
    تقسیم بندی براساس نوع اتصالات
    - بتن های دیرگداز ساخته شده از سیمان سرباره.
    - بتن های دیرگداز ساخته شده از سیمان آلومینایی.
    - بتن های دیرگداز با عامل چسباننده چسب شیشه.
    - بتن های دیرگداز با عامل چسباننده ماگنزیا
    - بتن های دیرگداز با عامل اتصال هیدرولیکی (مانند: قیر، قطران، سولفیت).
    - بتن های دیرگداز با عامل اتصال شیمیایی (مانند: فسفاتها، با افزودن اسید فسفرین به مخلوط).
   
   
    تقسیم بندی براساس نوع مواد پرکننده
    - بتن های دیرگداز با مواد پرکننده غیرمقاوم در برابر حرارت (خرده آجر، سرباره و . . . ).
    - بتن های دیرگداز با شاموت (خاک نسوز پخته شده).
    - بتن های دیرگداز با آلومینات بالا، با کراندوم، با سیلیس، با مگنزیا، با کرومیت - ماگنزیا و بتن های دیرگداز با کاربید سیلسیم.
 
 

   مواد اصلی بتن های دیرگداز
    مواد اصلی بتن های دیرگداز عبارتند از:
    عامل چسباننده: عاملهای چسباننده یکی از مهمترین بخش های متشکله بتن های دیرگدازند که به دو دسته سیمانها و چسب ها تقسیم بندی می شوند.
    سیمان ها: سیمان های صنعتی معمولاً بعد از ذوب و آسیاب کردن بصورت پودر ریزی در می آیند که هم دارای ساختمان کریستالی و هم غیرکریستالی هستند. از انواع سیمان ها که بطور معمولی تهیه شده و در ساخت بتن های دیرگداز استفاده می شود: سیمان پرتلند، سیمان پرتلند آهن، سیمان کوره بلند، سیمان آلومینای معمولی (صنعتی) و سیمان آلومینای بالا را می توان نام برد. سایر سیمان ها اهمیت محدود داشته و در تحقیقات علمی بکار برده می شود.
    چسب ها: در اکثر موارد یک چسب مناسب یا ترکیبی از چسب ها به مخلوط های پودری افزوده می شود. این چسبها استحکام کافی قطعات خام را در هنگام اجرای تمام مراحل فرآیند ساخت و حتی در مرحله مصرف تامین می کند.
    انواع چسب ها عبارتند از: چسب شیشه، چسب های ماگنزیایی، دولومیت، اسید فسفریک و فسفات.
    مواد پرکننده: خواص حرارتی بتن های درجه حرارت بالا به مقدار زیادی بوسیله مواد پرکننده تامین می شود. بنابراین با انتخاب مواد مناسب مقاوم در برابر حرارت، امکان تهیه بتن هایی با مقاومت حرارتی بالا وجود دارد. در بتن نسوز تنها مواد درشت تر که دارای اندازه دانه های بزرگتر از0/2 میلیمتر می باشد باید مورد استفاده قرار گیرد. مواد پرکننده ریز که دانه های آن کوچکتر از0/1 میلیمتر است به عنوان تثبیت کننده (مخصوصاً در بتن دیرگداز ساخته شده با سیمان پرتلند) مورد استفاده قرار می گیرند. انواع پرکننده ها را می توان بصورت زیر نام برد:
    پرکننده های معدنی، خاک نسوز پوک شده، شاموت، موادی با آلومنیای بالا، کراندوم، دولوما، کرومیت و کرومیت منیزیت، فورستریت و کاربید سیلسیم.
    افزودنی ها: افزودنی های خاص به منظور بهبود کارپذیری و شکل دادن و یا کنترل ریز ساختار و محصولات دیرگداز برای دستیابی به خواص ویژه بکار گرفته می شوند. افزودنی ها تحت عناوین مواد پرکننده و چسب ها قرار نمی گیرند. عمده ترین افزودنی ها مواد پودری شکل هستند که تثبیت کننده سرامیکی نیز نامیده می شوند و برای بتن های ساخته شده با سیمان پرتلند و چسب شیشه بکار می روند.
   
   
    آب دو نقش اساسی دارد:
    1- مخلوط خشک مواد پرکننده و عامل چسباننده را قابل
    مصرف می سازد.
    2- با عامل چسباننده واکنش انجام داده و واکنش های آبگیری (هیدراسیون) و سخت شدن (گیرش) را سبب می شود.
    نسبت آب در هر یک از بتن هایی که احتیاج به آب دارند باید بدقت مراعات شود.
   
   
    انواع بتن های دیرگداز
    انواع بتن های دیرگداز را می توان به صورت زیر نام برد:
    - بتن های دیرگداز با عامل اتصال سیمانی.
    - بتن های دیرگداز با عامل اتصال چسب شیشه
    - بتن های دیرگداز ساخته شده با چسب منیزیایی.
    - مواد دیرگداز شبه بتنی با عامل اتصال فسفات.
    - بتن مسلح دیرگداز **
   
   
    مزیت های بتن دیرگداز نسبت به نسوزهای معمولی
    مصرف بتن های دیرگداز با قاب فلزی این امکان را بوجود می آورد که از پوشش یک لایه بتنی استفاده شود و از مصرف آجرهای چند لایه و پیچیده جلوگیری شود، بعلاوه به علت سادگی کار صرفه جویی زیادی در زمان ساخت خواهد داشت.
    - برای مصرف کننده به علت عوامل زیر کاهش هزینه در بردارد:
    - کاهش تعداد کارگر لازم.
    - کاهش زمان ساخت و تعمیر پوشش های لازم.
    - صرفه جویی در هزینه و بهبود تولید.
    در مقایسه با آجرهای نسوز بتن های دیرگداز اغلب در مقابل حملات شیمیایی مقاومت بالا دارند.
    ساییدگی و سایش کمتر و سیکلهای حرارتی و سادگی مصرف، باعث افزایش روز افزون استفاده از این نوع جرم دیرگداز شده است.
    عواملی در تولید بتن دیرگداز وجود دارند که سبب کاهش هزینه تولید می شوند که عبارتند از: نبود یا کاهش فرآیند پرس، خشک کردن، پختن و کم کردن تعداد کارگاهها و وسایل لازم.
    با مصرف قطعات بزرگ پیش ساخته این امکان بوجود می آید که از این روش جهت ساخت بدنه کوره ها استفاده شود.
    ساخت قطعات پیش ساخته توسط بتن دیرگداز منجر به افزایش راندمان تولید و امکان مکانیزه شدن فرآیند تولید در کارخانجات می شود.
   
   
    کاربردهای بتن دیرگداز
    بسته به نوع و کیفیت بتن دیرگداز و مواد اولیه ساخت آن، در ممالک صنعتی از آنها در قسمت های مختلفی استفاده می شود. از این مواد در کشورهای آمریکا، آلمان، فرانسه، انگلیس، چکسلواکی، هلند، رومانی و چین در کارخانه های صنعتی که در درجه حرارتهای بالا کار می کنند، استفاده
    می نمایند. موارد کاربرد این بتن ها عبارتند از استفاده در ساخت دودکش ها، کوره های حرارتی، متالوژی آهن و فولاد، تعمیر آستر کوره ها، کارخانجات تولید فلزات غیرآهنی، صنایع سرامیکی، صنایع شیشه سازی، صنایع سیمان و آهک، صنایع کک سازی و تولید گاز، صنعت نیرو (بویلرهای حرارتی)، صنایع شیمیایی، فرودگاه و صنایع هواپیما سازی و مهندسی هسته ای و مصارف خانگی.
   
   
    پیش بینی روند توسعه
    با توجه به روند تغییرات جهانی تولید و مصرف مواد دیرگداز بخصوص جرم های نسوز در سالهای اخیر می توان ویژگی های آینده را به شرح زیر پیش بینی کرد:
    - افزایش مصرف بتن های دیرگداز
    - استفاده هرچه بیشتر از تکنیک های تعمیرات موضعی در جداره های دیرگداز به جای تعویض کامل آنها.
    - بهینه سازی روشهای تولید و تعمیر.
    - کاربرد هرچه بیشتر مواد اولیه بازیافتی از مواد دیرگداز مستعمل برای تولید محصولات جدید.
    - بهبود خواص جهت افزایش طول عمر و کشف عامل های چسباننده و پرکننده مقاوم تر در برابر حرارتهای بالا.
   
   
    نتیجه گیری
    بتن های دیرگداز به مواد معمولاً غیرفلزی گفته می شوند که می توانند در درجه حرارتهای بالا پایدار باشند. بنابراین جرم های نسوز باید قابلیت حفظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی را در درجه حرارتهای بالا و شرایط عمل داشته باشد قدرت پایداری در درجه حرارتهای بالا اگر چه یک عامل تعیین کننده بوده ولی با این حال بتن دیرگداز باید در مقابل عوامل مخرب دیگری از جمله سایش، ضربه، شوک حرارتی، حمله شیمیایی و بار مکانیکی زیاد در شرایط دمایی بالا نیز مقاوم باشد. از طرفی دیگر طول عمر، قابل دسترس و شکل پذیر بودن، اقتصادی بودن و سهولت استعمال نسبت به دیگر مواد دیرگداز، عامل توسعه این جرم نسوز می باشد که در حال کاربرد وسیعی را برای خود در صنایع مختلف باز کرده است.

 

 بتن اکسپوز، نیاز معماری مدرن

کاربرد بتن اکسپوز در طراحی های امروزه روند رو به رشدی را دنبال می کند. این نوع بتن، امروزه بیشترین نیاز معماران در طراحی موزه ها، سالن های کنسرت، استادیوم یا پل ها در سراسر دنیا، را شامل می شود. که بمنظور دست یافتن به این مهم، نیاز به تجربه و همکاری تنگانگ معماران، مهندسین طراح، مجریان ساختمانی و دیگر متخصصین در این راستا می باشد.

شرکت PERI با دارا بودن چندین دهه تجربه فنی، مفتخر است که همواره شریکی مطمئن در انتخاب طراحی، تولید رویه قالب و سیستم های قالب بندی برای شرکت های ساختمانی محسوب شده است که شامل تمامی جزئیات همانند سطح سازه، لبه ها و محل اتصالات می شود. ما این تجارب را با مشارکت در پروژه های بیشماری، بدست آورده ایم.

 

 

افزودن فیبر به بتن

 

سالهاست که تحقیقات گسترده ای برای ارزیابی و بررسی مزیت های کیفی استفاده از فیبر در بتن در کارهای عمومی مهندسی عمران در جریان است. فیبرهای افزودنی مختلفی در ترکیب با بتن برای کاربردهای خاص طراحی و برای بهبود خواص مکانیکی آن آزمایشهای زیادی صورت گرفته است. محققان در مواد جدید به دنبال افزایش شکل پذیری، دستیابی به مقاومت فشاری بیشتر و یا افزایش مقادیر سختی ناهمسانگرد (anisotropic) هستند. مواردی که بیشتر در طراحی سازه ها در مناطق لرزه خیز کاربرد دارد. تحقیقات صورت گرفته بطورکلی به ارزیابی اثرات فیبرهای ساخته شده از فولاد، شیشه، کربن و یا کنف  روی رفتار بتن می پردازد.انتخاب مواد مختلف برای این صورت گرفته است تا خواص بتن الزامات ویژه طراحی را تامین کند. تعدادی از این الزامات شامل مقاومت قلیایی، مقاومت در برابر خوردگی، عدم حساسیت مغناطیسی و افزایش شکل پذیری اتصال تیر به ستون برای اتلاف انرژی در هنگام فعالیت گسلها و وقوع زلزله می باشد.

الیاف ریز تهیه شده از فولاد ،شیشه ،کربن و یا کنف چنان با بتن مخلوط می شوند که تشکیل ماتریسی از بتن میگردند که در آن الیاف سنگ دانه ها را در بتن در برگرفته اند. افزودن فیبرها به بتن آنرا همگن تر و ایزوترپیک تر می گرداند و سبب بهبود مقاومت کششی و به ویژه شکل پذیری آن می شود. اگرچه خواص فیبرهای ساخته شده از شیشه ،کربن و ... در برخی موارد متفاوت از خواصی است که ما از فولاد سراغ داریم اما آنچه کاملا مشهود است اینست که تنها فولاد است که می تواند ناحیه ای از رفتار پلاستیک را فراهم کند. بیشترین کاربرد الیاف فولادی در احداث تونلها و کفهایی است که تحت بارهای سنگین صنعتی قرار دارند. افزودن فیبرهای فولادی سبب افزایش مقاومت کششی در بتنهای معمولی و یا بتنهای با مقاومت بالا می گردد.همچنین اثرات مثبتی بر روی کنترل تشکیل ترکها و تغییرشکلهای درازمدت عضو دارد.در مورد فیبرهای شیشه می توان گفت که ظرفیت بسیار خوبی دربرابر حملات شیمیایی در محیطهای قلیایی را دارد بنابراین الیاف شیشه بویژه در مواردی که مقاومت بالا در برابر خاصیت قلیای مورد نیاز است قابل استفاده می باشد.از دیگر مزیت های آن مقاومت در برابر خراش است.فیبرهای کنف که از قدیمی ترین الیاف محسوب می شوند و در صنایع دیگری مانند نساجی نیز کاربرد دارند به دلایل زیادی استفاده از آنها در سازه های بتنی با شکست همراه بوده است. زیرا از جهت خواص مکانیکی نسبت به سایر مواد فاصله زیادی دارد. مقاومت کششی و مدول یانگ در آن بستگی به فصل برداشت محصول و فرایند برداشت محصول دارد.همچنین بدلیل وجود اسید سیلیسیک در آن مقاومت خوبی در برابر مواد قلیایی ندارد و سبب انبساط قلیایی و ایجاد ترک در بتن می گردد.فیبرهای کربن معمولا از مواد زائد حاصل از تولیدات کربنی مختلف بدست می آید و همچنین بصورت فتیله تولید و فروخته می شود.باید گفت که کربن مقاومت در برابر خوردگی و جریان مغاطیسی بهتری نسبت به فولاد از خود نشان می دهد. بطوریکه علاوه بر فیبرهای فولادی فیبرهای کربنی آینده بهتری نسبت به سایر فیبرها در کاربردهای مهندسی عمران دارند. اما باید دقت داشت که تولید بتن مسلح با فیبر با ارزش تر از اینست که ما فقط فیبر به بتن معمولی اضافه کنیم. زیرا در این صورت شاهد بهبود ساختار دانه ای برای تامین کارایی و خواص مکانیکی مخلوط خواهیم بود.

 بتن با مقاومت زیاد

امروزه بر اساس تکنولوژی رایج بتن، ساخت بتن‌های با مقاومت‌های فشاری زیاد و دور از انتظار که می‌تواند برای طراحی سازه‌های اجرایی رایج مورد استفاده قرار گیرند، امکان‌پذیر می‌باشد. اگر چه اغلب آیین‌نامه‌های بتن هنوز مقاومت بتن مورد استفاده در سازه‌ها را به MPa 60 محدود می‌کنند، اما آیین‌نامه‌های جدید اخیراً حدی بالاتر از MPa 105 را نیز در نظر گرفته‌‌اند ] 1 [. ساخت بتن‌های با مقاومت زیاد و در حد MPa 120 و کاربرد آن در ساختمان‌های بلند در کشورهای پیشرفته دنیا رواج یافته است. این مقاومت با اضافه نمودن مواد ریز و فعال به سیمان تا حدی افزایش یافته که بتن‌هایی با مقاومت‌های فشاری بین MPa 200 و MPa 800 و مقاومت‌های کششی بین MPa 30 و MPa 150 در نمونه‌های آزمایشگاهی بدست آمده است. برای دستیابی به چنین مقاومت‌هایی لازم است تغییراتی در طرح اختلاط داده و از مواد و افزودنی‌های جدیدی استفاده نمود.

از عوامل مهم در رسیدن به چنین مقاومت‌هایی استفاده از سنگدانه‌های مقاوم و کاهش حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتنی برای همگنی بیشتر آن می‌باشد. همچنین با استفاده از مواد بسیار ریزدانه و با اندازه‌های کمتر از دهم میکرون می‌توان مجموعه‌ای متراکم‌تر و با تخلخل بسیار کم که بالاترین وزن مخصوص را خواهد داشت، تهیه نمود. در بتن‌های با مقاومت زیاد بایستی تا حد ممکن نسبت آب به سیمان (w/c ) را کاهش داد (امروزه حتی نسبت 18/0 = w/c استفاده شده است) که در این حالت بعضی دانه‌های سیمان هیدراته نشده بصورت مواد ریزدانه پرکننده، دانسیته را افزایش داده و در نتیجه سبب افزایش مقاومت می‌شوند. بدیهی است برای تأمین کارایی چنین مخلوط‌هایی با آب بسیار کم لازم است از روان‌کننده‌ها، فوق‌روان‌کننده‌ها و پخش کننده ذرات ریز در بتن استفاده نمود. برای افزایش نرمی چنین بتن‌هایی (با افزایش مقاومت شکنندگی و تردی بتن افزایش می‌یابد) می‌توان به آنها الیاف‌های کوتاه اضافه نمود. در ساخت چنین بتن‌هایی (مقاومت در حد فولاد و بالاتر) از روشهای سخت شده تحت فشار و دما برای عمل آوری بتن و تأمین مقاومت اولیه زیاد استفاده می‌گردد.

جدول  مشخصات بتن بکار رفته در یک ساختمان بلند در مونترال کانادا



طرح اختلاط
   

خواص بتن

نسبت آب به سیمان 25/0
   

اسلامپ 250 میلی‌متر

آب 135 لیتر
   

درصد هوا 4/4 درصد

سیمان نوع 1 500 کیلوگرم در متر مکعب
   

مقاومت فشاری 7 روزه 77 مگاپاسکال

دوده سیلیس 30 کیلوگرم در متر مکعب
   

مقاومت فشاری 28 روزه 3/92 مگاپاسکال

شن‌با‌حداکثر اندازه 10میلیمتر ‌1100‌کیلوگرم‌در مترمکعب
   

مقاومت فشاری 90 روزه 106 مگاپاسکال

ماسه طبیعی 700 کیلوگرم در متر مکعب
   

مقاومت فشاری یکساله 4/119 مگاپاسکال

دیرگیر کننده 8/1 لیتر در متر مکعب
     

فوق روان کننده 14 لیتر در متر مکعب
     

 

بتن با سنگدانه بازیافتی

 

 

امروزه با توجه به پیشرفت جمعیت و مشکل فضا در شهرهای بزرگ برای ساخت و ساز لازم است ساختمان‌های قدیمی بتنی تخریب و بجای آن ساختمان‌های بلند جدید احداث شوند. در کشور ژاپن و چند کشور اروپایی که زمین و فضای لازم برای ایجاد بنا ارزش ویژه‌ای دارد و همچنین برای جلوگیری از مسائل محیط‌زیستی که از تخریب ساختمانها ناشی می‌شود و کاربرد مصالح آن در بنای جدید تحقیقات وسیعی در ساخت بتن با سنگدانه بازیافتی (خورد کردن بتن قدیم و استفاده از آن بعنوان سنگدانه در بتن جدید) در حال انجام است. بعنوان مثال در کشور هلند هر سال حدود 10 میلیون تن مصالح ناشی از تخریب ساختمان‌های بتنی که حدود حجم بتن مورد نیاز در ساخت ساختمانهاست، تولید می‌شود. قرار است نیمی از این مصالح در بتن‌های جدید استفاده شوند. در حال حاضر تحقیقات روی میزان جمع‌شدگی و خزش و دوام این بتن‌ها ادامه دارد تا در قرن بیست و یکم کاربرد وسیع‌تر آن را امکان‌پذیر سازد.
بتن‌های با نرمی بالا

امروزه کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکل‌های زیاد را بدون شکست تحمل نماید، مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات وسیعی در خصوص تأمین نرمی لازم در بتن با الیاف‌های مختلف و حتی حذف آرماتور در حال انجام می‌باشد. هدف از کاربرد الیاف در بتن افزایش مقاومت کششی، کنترل گسترش ترکها و افزایش طاقت (Toughness ) بتن می‌باشد تا قطعه بتنی بتواند در مقابل بارهای وارده در یک مقطع ترک خورده تغییر شکل‌های زیادی را پس از نقطه حداکثر تنش تحمل نماید. شکل شماره 1 عملکرد یک تیر خمشی با الیاف را در تحمل خیزهای زیاد در مقایسه با بتن بدون آرماتور نشان می‌دهد.

بتن با الیاف مختلف در سالهای اخیر در سازه‌های عمده‌ای چون روسازی راهها و فرودگاه‌ها، بتن پی‌های عظیم با تغییر شکل‌های زیاد و بویژه در پوشش بتنی تونلها بکار رفته است. در ساخت پوشش تونلها بتن الیافی با پاشیدن بر جداره شکل می‌پذیرد. اخیراً برای حذف ترکها در پوشش تونلهایی که بصورت چند تکه پیش ساخته اجرا می‌شود از بتن بدون آرماتور و تنها الیاف استفاده شده و این نوع بتن سبب حذف ترکها در حین عمل‌آوری و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونلهای مترو شده است.
در نوع بسیار جدید بتن الیافی که می‌توان با آن به حداکثر نرمی در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف (SIFCON ) استفاده می‌شود. در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر می‌شود. میزان الیاف در این بتن حدود 10 درصد می‌باشد که حدود 10 برابر میزان الیاف در بتن‌های الیافی متداول است. با این مصالح لایه‌های محافظی بدون ترک و تقریباً غیر قابل نفوذ می‌توان ایجاد نمود. بعلت نرمی زیاد این قطعات ظرفیت تغییر شکل‌پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دالهای فولادی می‌رسد. مقاومت فشاری این نوع بتن حدود 110-85 مگاپاسکال و مقاومت خمشی حدود 45-35 مگاپاسکال می‌باشد. از این قطعات نه تنها می‌توان بعنوان لایه‌های محافظ کوچک استفاده نمود، بلکه در باندهای فرودگاه در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان می‌دهند. در کارهای تعمیراتی دالها می‌توان از آنها بعنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز و در زمانی کوتاه استفاده نمود
آرماتورهای غیرفولادی در بتن

در سالهای اخیر استفاده محدودی از آرماتورهای غیرفلزی آغاز گشته است هر چند تحقیقات بر روی کاربرد وسیع‌تر آنها و عملکرد دراز مدت این نوع آرماتورها ادامه دارد. این آرماتورها که معروف به آرماتورهای با الیاف پلاستیکی (FRP ) هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه‌ای (GFRP )، الیاف آرامیدی (AFRP ) و الیاف کربنی (CFRP ) در یک رزین چسباننده تشکیل شده اند. در جدول 2 خواص مکانیکی چند آرماتور الیافی که کاربرد پیدا کرد‌ه‌اند‌، آورده شده است. در شکل 2 میله‌های پلاستیکی ساخته شده با الیاف مختلف و فولادهای پیش تنیدگی از نقطه نظر منحنی‌های تنش-کرنش با یکدیگر مقایسه شده‌اند.

جدول خواص مکانیکی الیاف‌های مختلف



نوع الیاف
   

مقاومت کششی (MPa)
   

کرنش نهایی ( ٪ )
   

E (Gpa)

آرامید
   

3400-2700
   

4-5/2
   

165-73

شیشهE
   

3500
   

5-3
   

75

شیشه S
   

4500
   

5/5-5/4
   

87

کربن مدول پایین
   

3900-3200
   

6/1-1
   

250

کربن مدول بالا
   

2700-2300
   

6/0
   

400

خاصیت عمده این آرماتوها که سبب کاربرد آنها شده است، مقاومت در برابر خوردگی آنهاست که می‌تواند در محیط‌های بسیار خورنده دوام دراز مدتی داشته باشند. علاوه بر این مقاومت بالا، مقاومت به خستگی بالا، ظرفیت بالای تغییر شکل ارتجاعی، مقاومت الکتریکی زیاد و هدایت مغناطیسی پایین و کم این مواد از مزایای آنها شمرده می‌شود. البته این مواد معایبی چون کرنش گسیختگی کم و شکننده بودن و خزش زیاد و تفاوت قابل ملاحظه ضریب انبساط حرارتی آنها در مقایسه با بتن را به همراه دارند


اخیراً از الیاف مختلف شبکه‌هایی بافته شده و بصورت یک شبکه آرماتور در سطح بتن برای کنترل ترک و کم کردن عرض آن و همچنین در دیوارهای نمای بتنی از آن استفاده می‌کنند. تحقیقات روی کاربرد صفحات الیافی بجای صفحات فولادی برای تقویت قطعات خمشی و تیرها و دالها بویژه در پلها ادامه دارد. این صفحات بارزین‌های اپوکسی به نواحی کششی از خارج اتصال داده می‌شوند. کاربرد صفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشتر رایج گشته و در چندین پل در ژاپن و در بعضی کشورهای اروپایی از آن استفاده شده است

 

بتن‌های ابداعی

در بعضی موارد با تغییر در مواد تشکیل‌ دهنده بتن و با روش‌های ابداعی می‌توان پاره‌ای از خواص نامطلوب بتن را حذف نمود. این امر منجر به پیدایش بتن‌های خاص با خواص ویژه‌ای می‌گردد. بعنوان مثال تغییراتی است که می‌توان در ترکیب بتن‌های با مقاومت زیاد که این روزها کاربرد بیشتری پیدا می‌کنند را نام برد. بتن‌های با مقاومت بالا معمولاً با سیمان زیاد و نسبت آب به سیمان کم و اضافه و جایگزین نمودن سیمان با دوده سیلیس ساخته می‌شوند. در حین عمل هیدراسیون سیمان و سخت شدن این بتن‌ها چون آب داخل بتن کافی نیستَ، مقداری آب از سطح خارجی به قسمت داخلی برای تکمیل عمل فوق می‌رسد. بنابراین بتن های با مقاومت زیاد در ساعت اولیه سخت شدن دچار جمع‌شدگی ذاتی قابل ملاحظه‌ای می‌شوند. ممکن است اثرات منفی دیگری نظیر حساسیت به ترک‌خوردگی بیشتر در این بتن‌ها مشاهده شود. این معایب را می‌توان با روش ساده‌ای برطرف نمود. در یک عمل ابداعی می‌توان حدود 25 درصد از حجم سنگدانه را با سنگدانه سبک وزن قبلاً خیس شده جایگزین نمود. این سنگدانه‌ها باعث ایجاد ذخیره آب در بتن شده و محیطی با عمل‌آوری مرطوب فراهم می‌سازند. نتیجه اضافه کردن سنگدانه پیش اشباع شده به بتن با مقاومت زیاد، کاهش جمع‌شدگی ذاتی و کم شدن و حذف ترکهای مویی خواهد بود. همچنین تراکم و دانسیته بالای بتن‌های با مقاومت زیاد سبب کاهش مقاومت در برابر آتش این بتن‌ها می‌شود که بعنوان یک عیب محسوب می‌شود. در دمای بالا آب شیمیایی خمیر سیمان بخار شده ولی به علت متراکم بودن بتن با مقاومت زیاد نمی‌تواند از آن خارج شود. در نتیجه پوشش بتنی بصورت ورقه جدا شده و ظرفیت بارپذیری ستون کاهش می‌یابد. در یک کار ابداعی می‌توان الیاف پروپیلنی به بتن اضافه نمود. در دمای بالا الیاف ذوب شده و کانالهایی برای فرار و خروج بخار آب از بتن فراهم می‌سازند و از ورقه ورقه شدن بتن جلوگیری بعمل می‌آورند

 

بتن خود تراکم   SCC

 

بتن خود تراکم ، شامل بازه گسترده ای از طرح های اختلاط می باشد که خواص بتن تازه و سخت شده لازم برای کاربری های خاص دارا می باشند . اگرچه مقاومت هم چنان معیار اصلی موفقیت این بتن می باشند اما ویژگی های بتن تازه آن ، بسیار گسترده تر از بتن معمولی و متراکم شده توسط لرزاننده ها می باشد . این خواص مطلوب باید در زمان ، محل و بتن ریزی حفظ شوند . بتن خود تراکم در مواردی که شبکه بندی آرماتور ها فشرده است ، گزینه ای مطلوب می باشد . هم چنین عدم نیاز به لرزاننده ، آلودگی صوتی محیط را به نحو قابل ملاحظه ای کاهش می دهد . علی رغم ویژگی های مطلوب ، طرح اختلاط و اجرای این نوع بتن به عوامل متعددی از قبیل دانه بندی مصالح سنگی ، نوع مواد افزودنی و همچنین فیلرهای مورد استفاده بستگی دارد . در نظر گرفتن هر یک از معیارهای فوق ، کیفیت بتن سخت شده و کار پذیری بتن تازه را تحت تاثیر قرار میدهد .

زمان هزینه و کیفیت سه عامل مهم در اجرا می باشد که تاثیر مهمی در صنعت ساخت دارند . هر گونه پیشرفت و یا توسعه ای که باعث بهبود این سه عامل گردد ، همواره مورد علاقه مهندسان عمران خواهد بود . هرگاه این پیشرفت ها در صنعت ساخت و ساز تاثیر گذار باشد باید تحقیقات کافی بر روی فواید و مضرات آنها انجام گرفته و اقدامات لازم برای اجرایی ساختن آنها در صنعت ساخت و ساز صورت پذیرد . بتن خود تراکم با توجه به خصوصیات ویژه خود یکی از این توسعه هاست که میتواند تاثیر قابل توجهی بر صنعت ساخت داشته باشد .

برای سالیان متمادی دست یابی به بتنی با قابلیت خودترازی ( خود تراکمی ) بدون افت در مقاومت ، روانی و یا جداشدگی ، آرزوی مهندسین در کشورهای مختلف بوده است در اوایل قرن بیستم به دلیل خشک بودن مخلوط بتنی ، تراکم بتن تنها از طریق اعمال ضربه های سنگین در مقاطع وسیع و در دسترس ممکن بود . با شیوع استفاده از بتن های مسلح و آشکار شدن مشکلات اجرایی کاربرد مخلوطهای خشک ، گرایش به استفاده از مخلوطهای مرطوب تر گسترش یافت اما شناسایی تاثیر نسبت آب به سیمان در دهه 1920 نشان داد که افزایش این نسبت می تواند موجب افت در مقاومت بتن گردد . در سالهای بعد ، توجه به مسئله دوام بتن همچنین تاثیر مخرب افزایش نسبت آب به سیمان را به نفوذ پذیری و کاهش دوام بتن آشکار ساخت . این همه باعث گردید تا توجه ویژه ای بر خواص کارایی و رئولوژی بتن و نیز روشهای تراکم ، با هدف بهبود خواص مقاومت و دوام آن صورت گیرد . این تحقیقات در نهایت منجر به معرفی بتن خود متراکم در ژاپن گردید . بتنی با قابلیت جریان زیاد که می تواند تنها تحت تاثیر نیروی ثقل و بدون نیاز به انجام هرگونه فرآیند دیگری تمامی زوایای قالب را پر کرده و آرماتور ها دربرگیرد، بدون آنکه جداشدگی یا آب انداختن ایجاد گردد . بررسی رئولوژی و کارایی ، تاثیر بالایی بر تعیین خواص بتن خود تراکم را نشان می دهد ؛ لذا بر اساس روابط مایع لزج نیوتنی ، پارامترهای موثر در تعریف رفتار جریان بتن خود تراکم را معرفی می کند و آزمایش جی – رینگ آزمایش ساده و مناسبی برای اندازه گیری مقاومت بتن در مقابل جداشدگی سنگدانه ها است و چنانچه مقدار آب و خصوصا" فوق روان کننده از یک حد معینی افزایش یابد مقاومت جداشدگی بتن کاهش می یابد و از آزمایش دو نقطه ایی میتوان بدست آورد که ثابت های رئولوژی میتوانند خواص رئولوژی ، خصوصا" توانمندی بتن از نظر حرکت پذیری و پرشدگی را بخوبی تعیین نماید .

بتن خود تراکم نخست در سال 1986 توسط H.okamura در ژاپن پیشنهاد گردید و در سال 1988 این نوع بتن در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ارائه داد . مقالات متعددی در ارتباط با توسعه بتن خودتراکم در دنیا ارائه شد امروزه بتن خود تراکم همزمان با کشور ژاپن در مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی کشورهای اروپایی ، کانادا و امریکا تحت عنوان  self – consolidating concrete  موضوع بحث بررسی و اجرای سازه های بتنی است . در ایران نیز استفاده از بتن خود تراکم از چند سال قبل آغاز شده و مزایای آن بهره گرفته شده است برای مثال می توان از مصرف بتن خود تراکم در تونل رسالت در تهران نام برد .

 مبانی طراحی مخلوط بتن خود تراکم

 

سیال و پایدار بودن از مبانی طراحی مخلوط scc هست ، اما غیر از این خصوصیات ، عامل اقتصادی نیز باید در طراحی در نظر گرفت . چالش مهم در طراحی مخلوط scc ، معادل بودن مشخصات مورد نیاز با مشخصات واقعی است مواد مورد نیاز برای ساخت scc به شرح زیر است :

1 – سیمان : نوع و مقدار سیمان براساس خواص و دوام مورد نیاز تعیین می گردد . معمولا" مقدار سیمان بین 350 – 450 kg/m3 است .

2 – سنگدانه درشت : تمام سنگدانه های درشت که برای بتن معمولی استفاده می شود ، قابل مصرفدر scc است . اندازه حداکثر معمولا" بین 16 – 20   میلیمتر است. به طور کلی مقدار سنگدانه درشت در  scc  کمتر از بتن معمولی است زیرا سنگدانه درشت انرژی زیادی مصرف می کند که باعث کاهش جاری شدن بتن می شود و در هنگام عبور از موانع مانند آرماتور سبب مسدود شدن بتن میگردد .

3 – سنگدانه ریز : تمام سنگدانه های ریز که برای بتن معمولی استفاده میشود برای scc نیز مناسب است هر دو نوع ماسه شامل شکسته و گرد گوشه قابل استفاده میباشد هرچه مقدار ماسه در مخلوط بیشتر باشد ، مقاومت برشی مخلوط بیشتر است .

4 – مواد افزودنی معدنی : انواع مواد افزودنی معدنی یا پوزولان را میتوان در scc مصرف کرد این مواد برای بهبود خواص بتن تازه و یا بتن سخت شده و دوام مورد استفاده قرار میگیرد . از جمله این موارد میتوان میکروسیلیس ، سرباره و روباره را نام برد .

5 – فوق کاهنده آب : فوق کاهنده آب یا فوق روان کننده ها از مواد بسیار مهم برای ساخت scc محسوب میشوند .

6 – مواد اصلاح کننده ویسکوزیته : مواد اصلاح کننده ویسکوزیته برای افزایش مقاومت جداشدگی در scc مصرف میشود .

7 – فیلرها : به دلیل الزامات رئولوژی خاص scc هردو مواد افزودنی فعال و خنثی برای بهبود کارایی و همچنین برای تعادل در مقدار مصرف سیمان مورد استفاده قرار میگیرد.

تنظیم طرح مخلوط

پس از ساخت مخلوط های آزمایشی ، اگر عملکرد آنها مطلوب نباشد ، باید طرح مخلوط مجددا" انجام شود . بسته به مشکلاتی که در خواص بتن تازه ایجاد میشود ، ممکن است واکنش های زیر انجام گردد : - اضافه کردن فیلر یا استفاده از نوع دیگر فیلر –  تجدید نظر در مقادیر شن وماسه – تغییر در مقدار فوق روان کننده یا ماده اصلاح کننده ویسکوزیته – تغییر در مقدار آب و نسبت آب به پودر – تغییر در نوع مواد اصلاح کننده ویسکوزیته یا فوق روان کننده

امروزه برای بتن خود تراکم مشخصات کلی زیر را پیشنهاد می کنند :

الف ) کارآیی ؛ از نظر کارآیی یک بتن خود تراکم مناسب دارای خواص زیر خواهد بود : در حالت معمولی دارای جریان اسلامپی بیش از 600 میلی متر و بدون جداشدگی ، حفظ روانی به مدت حداقل 90 دقیقه ، توانایی مقاومت در شیب 3 % در سطح افقی آزاد ، قابلیت پمپ شدن در لوله ها بطول حداقل 100 متر و به مدت 90 دقیقه ، مقاومت فشاری 28 روزه حدود 600-250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ، مقاومت در مقابل خوردگی تهاجم سولفاتها و کلریدها و انجماد و ذوب مطابق استاندارد ، کاهش خطر ترکهای حرارتی در مقایسه با بتن معمولی لرزانده شده

بتن خود تراکم مزایایی در اجرای موارد خاصی از سازه های بتنی دارد که به نمونه هایی از آنها اشاره میشود :

-          سازه های بتنی معماری – هنری که نیاز به ظرافت خاص با میلگرد گذاری فشرده دارند .

-    پل های با دهانه بزرگ که بدلیل طولانی بودن خط انتقال بتن اجرای آن ها با بتن معمولی امکان پذیر نمی باشد و در ضمن استفاده از بتن معمولی موجب قطور تر شدن اندازه پایه ها و نازیبایی سازه می گردد.

-    تونل های شهری و آبی که در آنها مسافت طولانی انتقال بتن معمولی و حفظ کیفیت و تراکم آن از مشکلات اجرایی است

-          ساختمان های بلند و برج ها

-          ستونها و دیوارهای بلند یا میلگردهای متراکم

-          ستونهای بتن ریزی شده با پمپ

-          بتن ریزی بلوک های بتنی

-          بتن ریزی کف ها و سطوح افقی

-          بتن ریزی در سازه های زیر آبی

مزایای چشمگیر بتن خود تراکم موجب گسترش سریع آن در دنیا شده است که بطور اجمال میتوان به مواردی از آنها اشاره نمود :

-          توسعه سازه های بتنی در دنیا و نیاز به بتن های با خواص ویژه

-          کمبود کارگران ماهر بتن ریزی بویژه کارگران ویبره زن

-          افزایش سرعت اجرای سازه های بتنی در سهولت بتن ریزی

-          امکان بهبود کیفیت مکانیکی بتن

-          امکان اجرای سازه های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطع کوچک یا میلگردهای فشرده

-          توسعه صنایع پیش ساخته بتنی

-          صرفه جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت

-          توجه به سطوح تمام شده زیبا و مرغوب سازه های بتنی

-          کاهش سر و صدا و آلودگی صوتی محیط کار بویژه در صنایع پیش ساخته بتنی

        

بتن عبوردهنده نور

 

آرون لاسونسنری مجارستانی (Aron Losonczi) نوع جدیدی ازبتن را ایجاد کرد وآن را توسعه بخشید که نور را از خود عبور می دهد.


(Litracon light Transing concrete)

آرون لاسونسنری مجارستانی(Aron Losonczi) نوع جدیدی ازبتن را ایجاد کرد وآن را توسعه بخشید که نوررا از خود عبور می دهد.

- بتن عبور دهنده نور امروزه به عنوان یک متریال ساختمانی جدید با قابلیت استفاده بالا مطرح است. این متریال ترکیبی از فیبرهای نوری و ذرات بتن است و می تواند به عنوان بلوکها و یا پانلهای پیش ساخته ساختمانی مورداستفاده قرارگیرد.فیبرها بخاطر اندازه کوچکشان با بتن مخلوط شده و ترکیبی ازیک متریال دانه بندی شده را تشکیل می دهند.به این ترتیب نتیجه کارصرفاً ترکیب دومتریال شیشه وبتن نیست،بلکه یک متریال جدید سوم که از لحاظ ساختار درونی و همچنین سطوح بیرونی کاملاً همگن است به دست می آید.



- فیبرهای شیشه باعث نفوذ نور به داخل شیشه می شوند، جالبترین حالت این پدیده نمایش سایه ها دروجه مقابل ضلع نورخورده است، همچنین رنگ نوری که از پشت این بتن دیده می شود ثابت است به عنوان مثال اگر نورسبز به پشت بلوک بتابد درجلوی آن سایه ها سبز دیده می شود. هزاران فیبر شیشه ای نوری به صورت موازی کنارهم بین دووجه اصلی بلوک بتن قرار می گیرند،نسبت فیبرها بسیارکم وحدود 4درصد کل میزان بلوک ها است. علاوه بر این ، فیبرها به خاطر اندازه کوچکشان با بتن مخلوط شده وتبدیل به یک جزء ساختاری می شوند بنابراین سطح بیرون بتن همگن و یکنواخت باقی می ماند.




- درتئوری ساختاریک دیوارساخته شده بابتن عبوردهنده نور،می تواندتا چند متر ضخامت داشته باشد، زیرا فیبرها تا20متر بدون ازدست دادن نور عمل می کنند.
- ساختارهای باربرهم می تواننند از این بلوک ها ساخته شوند، زیرافیبرهای شیشه ای هیچ تاثیرمنفی روی مقاومت بتن ندارند،بلوک ها می توانند دراندازه های متنوع وباعایق حرارتی خاص نصب شده روی آنهاتولیدشوند.




کاربردهای بتن عبوردهنده نور دیوار:
دراین حالت هردوسمت همچنین ضخامت این متریال جدید قابل مشاهده خواهدبود.اگرنورخورشید به ساختاراین دیوار می تابد، قرارگیری غربی یا شرقی توصیه می شودتا اشعه آفتاب درحال طلوع یاغروب بازاویه کم به فیبرهای نوری برسدوشدت عبورنوربیشترشود.

پوشش کف: درطول روز این یک کفپوش ازجنس معمولی به نظرمی رسد ودر هنگام غروب آفتاب، بلوک های کف دررنگهای منعکس شده ازنورغروب شروع به درخشش می کنند.

طراحی داخلی: ازاین نوع بتن می توان برای روکش دیوارها درطراحی داخلی استفاده کرد به صورتیکه ازپشت نورپردازی شده باشند و می توان از نورهای رنگی متنوع استفاده کرد.

مسطح کردن بلوک بتن: درصورت نیاز به مسطح کردن این بتن شیارهایی درداخل آن تعبیه می شوند، درحین ساختن دیوارها میلگردها به صورت عمودی یا افقی دراین شیارها قرارمی گیرند وفیبرهای اپتیکی بخاطر خاصیت انعطاف پذیری خوددر اطراف میلگردها جمع می شوند وبه این ترتیب میلگردها دیده نمی شوند.






مشخصات تکنیکی:

- ترکیبات: بتن وفیبراپتیکی،میزان فیبرحداکثر ده درصد کل بلوک،عبور3درصد نورتابیده شده ازهر4درصدکل فیبرموجود.

- چگالی: 2400-2100 کیلوگرم برسانتیمترمکعب .

- ا ندازه بلوک ها: ضخامت500-25 میلیمتر

عرض حداکثر:600 میلیمتر

ارتفاع حداکثر:300 میلیمتر


Litracub Lamp
لامپ لایتراکیوب یکی ازمحصولات موفق لایتراکان است که درآن بلوک ها باقرارگیری روی هم به صورت مکعبی می شودکه منبع نور درداخل آن قراردارد ونور با عبور از بتن به بیرون ساطع می شود.

 

کاربرد نانو مواد در صنعت بتن

 

مقدمه

مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضحامت) زیر100 باشد تعریف شده اند، nm یک نانومتر یک هزارم میکرون یا حدود 100000برابر کوچکتر از موی انسان است. به طور کلی، در یک تقسیم‌بندی عمومی، محصولات نانومواد را می توان به صورت‌های زیر بیان کرد:

فیلم‌های نانو لایه (Nano Layer Thin Films) ) برای کاربردهای عمدتا الکترونیکی، نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی و نانو ذرات به عنوان پیش سازنده(precursor ) یا اصلاح ساز(Modifier ) پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی. منظور از یک ساختار (Nanostructured Solid ) یا واضح تر یک بدنه نانوساختار جامدی است که در آن انتظام اتمی، اندازه کریستال های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد.

خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو (در شکل و فرم‌های متعددی که وجود دارند از جمله ذرات، الیاف، گلوله و...)در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند. تغییرات اصولی که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی‌ای اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می‌باشد.

هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی باعملکرد بالا می باشد، که آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره به شمار آورد. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواص جدید و متفاوت نسبت به مواد معمولی می‌باشد به گونه‌ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند.

1- مواد نانو کامپوزیت

مواد نانو کمپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) اولین بار در سال‌های 70 معرفی شده اند که از فناوری sol-gel جهت انتشار (Disperse ) دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است.

هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن صورت گرفته است، ولی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله  جنینی و در آغاز راه می‌باشد. در این شرایط نانو آلومینا، بهترین ساختار نانویی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک‌ نوید می دهد، زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد. از جمله می‌توان به چند نمونه اشاره کرد: تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که اخیرا الیاف تجاری نانو آلومینا  را تولید کرده است و ذرات نانویی غیر فلز مانند: نانوسیلیکا، نانو زیرگونیا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها.

 

2- بتن با عملکرد بالا

یکی از چالش‌هایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است، بتن با عملکرد بالا (HPC) می باشد. این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد. خواص، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد.

بنابراین، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها اهمیت دارد.روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می‌باشد. در مورد بتن به طور خاص، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا می‌باشد، از جمله می‌توان به خاصیت الکترو مغناطیسی و قابلیت بکار گیری در سازه های اتمی (محافظت از تشعشعات) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمان‌ها و ... را نام برد.

3- نانو سیلیس آمورف

در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند.

محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا می‌باشد که دارای قطری در حدود0.1 تا 1 میلیمتر بوده و دارای اکسید سیلیس حدود 90% می‌باشد. می‌توان گفت که میکروسیلیکا محصولی است که برای افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می‌شود.

محصولات نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای گوله‌ای شکل بوده و با قطر کمتر از 100nm یا بصورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می‌باشند، که مایع آن معمول‌ترین نوع محلول نانوسیلیس می باشد، این نوع محلول آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم ([2] SCC ) به کار گرفته شده است. نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند:

خاصیت ضد سایش

ضد لغزش

ضد حریق

ضد انعکاس سطوح

آزمایشات نشان داده‌اند که واکنش مواد نانو سیلیس (Colloidal Silica) با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکروسیلیکا سریع‌تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزالانی مقدار بسیار بالای میکروسیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد. تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی (Colloidal Nano Silica )در بخش اصلاح مواد ریولوژی، کارپذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است. آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100nm  می‌باشد.

4- نانو لوله‌ها (NANOTUBES)

همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد معمولا الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکاربرده می شوند. امروزه از الیاف فلزی، شیشه‌ای، پلی پرویلین، کربن و ... در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله‌ کربنی (Carbon Nan otubes )انتشار  نیافته است تا بتوان از نتایج برای مسلح کردن بوسیله نانولوله ها استفاده کرد.

نانو لوله کربنی توسط LIJIMA در سال 1991 کشف شده است و کارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیک کوآنتم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند. کربن 60 و نانو لوله‌های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی‌تر و بسیار سبک می کند بطوریکه می توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهند شد که در کامپوزیت‌ها بکار برده می شوند.

 نانو لوله‌ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن (وابسته به موسسه ACI شاخه ایران) دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می‌باشند و نیز نانو لوله‌ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهد، بطوریکه هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها 1000برابر مس است.

نانو لوله‌ها طبقه جدیدی از محصولات می‌باشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد نانو کامپوزیت‌های چند منظوره بوجود آورده اند ومی‌توانند به عنوان نانو لوله‌های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین نانو لوله‌های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به عنوان مسالح ساختمانی با عمکرد  بالای چند منظوره، بازی می‌کنند.

 

بتن پیش تنیده و پس تنیده

 

استفاده از بتن پیش تنیده در ایجاد پلها و ساختمان ها از حدود 50 سال پیش تا کنون در سطح وسیع متداول شده است. با توجه به عیوب مختلف فولاد ( نا پایداری الاستیک نیمرخ های فلزی، خوردگی و زنگ زدگی، فزونی بهای تولید...) امروزه اغلب پلهای بزرگ از بتن پیش تنیده ساخته می شوند، اما برخلاف حالت بتن مسلح مصالح مصرفی جهت این پلها باید از کیفیت بسیار خوبی برخوردار باشند در بتن پیش تنیده نیز مانند بتن مسلح از بتن که دارای مقاومت بسیار خوب فشاری است و فولاد استفاد می شود

پیش تنیدگی  persterssing

عبارتست از ایجاد یک تنش ثابت دائمی و به اندازه لازم در یک عضو

بتنی بطوریکه در اثر این تنش مقداری از تنش های نا شی از بار مرده

وزنده در این عضو خنثی گردد ودر نتیجه ظرفیت باربری عضوافزایش یابد.

بطور کلی می توان گفت عمل خنثی نمودن تنشها ویا متعادل نمودن بارها Load Balancing)) را اساس طراحی اعضای پیش تنیده دانست.

اگر نیروی فشاری مشخصی رااز دوطرف به یک قطعه یاتیرواردبیاوریم می توان تنش کششی رادر پائین عضوکاهش دادو یا به کلی انرا خنثی نمود و تبدیل به تنش فشاری کرد که این اعمال نیرو تعادل بارهای خارجی  می باشند.

بهینه ترین حالت در انتخاب مقدار نیروی پیش فشردگی حالتی است که درصدی از بارها متعادل شود که منجر به کاهش میزان فولاد مصرفی و  کنترل خیز و ترک در بتن شود.

 

انواع پیش تنیدگی:

اعمال نیروی پیش تنیدگی به دو روش پیش کشیده یا پس کشیده صورت  میگیرد.

بدین معنی که عملیات کشش کابلها می تواند پیش از بتن ریزی یا پس از  بتن ریزی انجام شود. بتن پیش تنیده پیش کشیده:

دراین روش ابتدا کابلها روی بسترپیش ساخته  در حد فاصل دو انتها  کشیده می شوند. بعد از بتن ریزی و کسب مقاومت لازم با بریدن کابلها نیروی کششی موجود به صورت فشاری به بتن منتقل می گردد.

این روش در کارگاهها یاکارخانه های تولید قطعات بتنی مورد استفاده قرار گرفته و معمولامحصولات تولید شده بصورت پیش ساخته می باشد.

بتن پیش تنیده پس کشیده:

در این روش کابلها (که داخل غلافهای محافظتی هستند)در قطعه مورد  نظرقرار می گیرند سپس عملیات بتن ریزی انجام شده و پس از اینکه بتن به مقاومت فشاری مورد نیاز رسید کابها کشیده و مهار می شوند.این روش هم در ساخت قطعات پیش شاخته وهم برای اجرای در محل مورد استفاده  قرار می گیرد.پس کشیدگی به دو صورت چسبیده و نچسبیده قابل اجراست.

مشخصات مصالح مصرفی در بتن پیش تنیده:

مصالح مصرفی در سازه های بتن پیش تنیده باید از کیفیت عالی برخوردار بوده و با دقت نیز مورد استفاده قرار گیرند با توجه به این که بتن در سن کم که مقاومت نسبتاً ضعیفی داشته و قابل تغییر شکل نیز می باشد تحت فشار فوق العاده زیادی قرار می گیرد باید کیفیت آن به مراتب از کیفیت بتن مصرفی در سازه های بتن مسلح بالاتر باشد همچنین فولاد نیز با توجه به اینکه تحت کشش فوق العاده زیادی قرار می گیرد(100تا 180 کیلو گرم بر میلی متر مربع ) باید مقاومت مناسبی داشته باشد بنابر این در زمان اجرای سازه مصالح مصرفی در بتن پیش تنیده تحت تنش های فوق العاده مهمی قرار می گیرند که عمل تنیدن آزمایش مناسبی برای کنترل کیفیت مصالح به کار رفته است.

سیستم چسبیده :  Bonded

در این روش چند کابل داخل یک غلاف فلزی قرار گرفته و همگی به یک مهارانتهایی ختم می شوند.مهارهای انتهایی در محل مناسب روی قالب  نصب شده و پس از بتن ریزی وعملیات کشش مواد پرکننده(گروت)داخل غلافها تزریق میشود.عاجهای روی جداره غلاف طوری طرااحی شده اند تا درگیری مناسب با بتن ایجاد کنند بدین ترتیب بین کابلهاوبتن پیوند (Bonded)قابل قبولی ایجاد می شود.

روش چسبیده بیشتر در مواردی استفاده می شودکه نیاز به نیروی زیادی

برای پیش تنیده کردن اعضا وجود داشته باشد.

موارد زیر از کاربردهای مهم این سیستم است :

+ پلهای پیش تنیده.

+ تیرهای پیش تنده برای دهانه های بزرگ

+ صفهات انتقال بار (Transfer plate).

+ فنداسیونهای پیش تنیده.

 

سیستم نچسبیده :                                Unbonded

در این روش هر کابل داخل یک غلاف پلاستیکی قرار دارد(کابل قابلیت حرکت در داخل غلاف پلاستیکی را دارد)و مستقیما توسط یک مهار نگه داشته می شود.پس از بتن ریزی وکسب مقاومت فشاری مورد نیاز کابلها کشیده می شود. در این روش نیروی فشاری از طریق مهارهای انتهایی به بتن منتقل می شودو کابل در طول خود پیوندی با بتن ندارد.از انجایی که   نیازی به تامین چسبندگی بین کابل و بتن وجود ندارد عملیات تزریق گروت در این سیستم حذف می شود. روش نچسبیده بیشتر در مواردی استفاده می شود که اجزای بتن دارای ضخامت کمی هستندونصب مهارهای انتهایی بزرگتر امکانپذیر نباشد

مقایسه سیستمهای چسبیده و نچسبیده:

سیستمهای نچسبیده :

- امکان ایجاد خروج از مرکزیت بیشتربرای کابلها

- افت کمتر در نیروی پیشتنیدگی

- عدم نیاز به تزریق گروت

-سرعت اجرای بالاتر

- هزینه کمتر

- میانگین مصرف کابل : ۳٫۷۵ کیلوگرم در هر متر مربع سقف

- میانگین مصرف ارماتور: ۶ کیلوگرم در هر متر مربع سقف

 

سیستمهای چسبیده

- مقاومت بیشتر مقطع در حالت حدی نهایی

- مستقل بودن نیروی پیشتنیدگی از مهارانتهایی بعد از تزریق گروت

- میانگین مصرف کابل : ۴٫۵ کیلوگرم در هرمتر مربع

- میانگین مصرف ارماتور: ۹ کیلوگرم در هر متر مربع سقف

 

مزایای بتن پیش تنیده :

 

1 ) نداشتن ترکهای دائمی

 یکی از مهمترین خواص سازه های بتن پیش تنیده نداشتن ترک های دائمی می باشد . این موضوع باعث دوام بیشتر این نوع سازه ها نسبت به سازه های بتنی و بتن آرمه می شود . این امر به خصوص در محیط هایی با گازها و زمین های خورنده و همچنین سازه های دریایی بسیار حائز اهمیت می باشد . برتری بتن پیش تنیده نسبت به بتن آرمه در ساختمان تانکرهای آب و مخازن به جهت نداشتن ترک واضح است .

 

2 ) وزن کمتر سازه

وزن سازه های بتن پیش تنیده به مراتب از وزن سازه های بتن آرمه معادل کمتر است . اولاً چون از مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده می شود ، میزان بتن لازم کمتر است . ثانیاً چون فولاد مصرفی دارای مقاومت زیادتری است ، معمولاً وزن فولاد لازم بین یک سوم تا یک پنجم وزن فولاد معمولی معادل می گردد .

 

3 ) نداشتن خیز به سمت پایین

خیز به طرف پایین ( deflection ) تیرهای بتنی پیش تنیده تحت اثر بارهای سرویس معمولاً بسیار کم می باشد . زیرا قبل از وارد آمدن بارهای سرویس ، تحت تاثیر نیروهای پیش تنیدگی مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود آمده است ، که از شدت خیز به طرف پایین می کاهد .

 

4 ) تست سازه قبل از بارگذاری

در سازه های بتن پیش تنیده قبل از وارد آمدن بارهای سرویس ، سازه به وسیله نیروی پیش تنیدگی به شدت بارگذاری شده و بتن و فولاد تحت اثر تنش های زیادی قرار می گیرد ، و این خود یک نوع امتحان از نظر مطمئن بودن بتن و فولاد می باشد .

 

5 ) قابلیت انعطاف پذیری

با تغییر مقداری نیروی پیش تنیدگی می توان سازه را صلب و یا انعطاف پذیر کرد ، بدون اینکه مقاومت نهایی آن تغییری بکند .

 

6 ) اقتصادی بودن سازه

سازه های بتن پیش تنیده معمولاً برای دهانه های بزرگ و بارهای سنگین اقتصادی تر از سازه های بتن آرمه می باشد .

 

7 ) انعطاف پذیری در معماری

سازه های بتن پیش تنیده به دلیل حذف بعضی از ستون ها و پایه ها ، امکان اجرای سازه با دهانه های بزرگتر را امکان پذیر ساخته و قابلیت سازه از نظر معماری را افزایش می دهد .

به عنوان مثال سطح هیپربولوئید ( که از دوران هذلولی به وجود می آید ) پیش تنیده برای پوشش سقف ساختمان های صنعتی با دهانه های 10 تا 18 متر ، سازه های فضایی و ... از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه و از نظر آرشیتکتی بسیار زیبا می باشد .

 

استفاده از لاستیکهای فرسوده در بتن
             

 

در هر سال فقط در ایالات متحده  ۲۵۰  میلیون تایر فرسوده به وزن بیش از  ۳  میلیون تن جمع آوری می شود. همچنین یکی از بزرگترین چالشهای محیط زیستی موجود در اطراف کلان شهرها در جهان نحوه بازیافت و حذف مواد لاستیکی زائد از چرخه زیست محیطی می باشد. یکی از راه حلهای که برای حل این مشکل پیشنهاد شده است استفاده از ذرات لاستیک تایر بعنوان یک ماده افزودنی در مصالح بر پایه سیمان است. اگرچه بتن یک ماده محبوب و پراستفاده در مصالح ساختمانی است اما دارای تقطه ضعفهایی نیز می باشد . همانند مقاومت کششی پایین ، شکل پذیری پایین ، جذب انرژی کم، انقباض و جمع شدگی بتن (shrinkage) و در پی آن ترک خوردگی ناشی از آن و در نهایت ترکهای ناشی از عمل آوری نامناسب و سخت شدگی بتن (hardening and curing cracking).

یافته های جدید نشان می دهد که استفاده از ذرات تایرهای فرسوده به میزان زیادی می تواند این نقاط ضعف بتن را برطرف کند. هر چند استفاده از لاستیک در آسفالت بیشتر از یک دهه است که صورت می گیرد اما کاربرد آن در بتن بتازگی صورت گرفته است و تحقیقات زیادی بر امکان سنجی آن انجام شده. هرچند این تحقیقات هنوز کامل نشده است اما روشهای آزمایشی مختلفی برای کاربرد این لاستیک ها حاصل گردیده است . معمولا جایگزینی کامل سنگدانه های درشت دانه(شن) و سنگدانه های ریزدانه(ماسه ) با لاستیک بدلیل کاهش مقاومت شدید مناسب بنظر نمی رسد. ولی با جایگزینی نسبت کمی از آن با سنگدانه ها کاهش مقاومت ناچیزی صورت می گیرد که قابل صرفنظر کردن است. مطالعات نشان می دهد که میزان لاستیک نباید از ۲۰-۱۷  درصد کل حجم سنگدانه ها بیشتر شود . همچنین آزمایشها نشان می دهد که استفاده از لاستیک در مخلوط بتن سیمانی میزان انقباض و ترکیدگی بتن در اثر از دست دادن آب (drying shrinkage) ،شکنندگی و مدول الاستیسته بتن را کاهش می دهد و بطور کلی پایایی و دوام  ( durability) و سرویس دهی بتن سیمانی را افزایش میدهد. دکتر زاوو (Dr. Zhu) استاد دانشگاه آریزونا در آمریکا تلاشهایی را برای کاربرد بتن لاستیکی در پروژه های مسکونی و تجاری آغاز کرده است. او در نمونه خود در حدود ۸  درصد وزن سیمان از لاستیکهای فرسوده ریزشده استفاده کرده است.