بتن سنگین چیست و چگونه بتن سنگین درست کنیم؟

آیا تا بحال در مورد بتن سنگین چیزی شنیده اید؟ بتن سنگین از انواع بتن ماده ای است که وزن آن حدود 1.5 تا 2.5 برابر بیشتر از بتن معمولی می باشد. در ترکیبات بتن سنگین به جای ماسه از تراشه های فولادی، چدن یا سولفات باریم استفاده می شود. بتن سنگین دارای ویژگیهای مختلفی مانند مقاومت در برابر ضربه، فشار، شرایط طبیعی (مانند آتش سوزی) و… می باشد و همچنین به دلیل میزان انرژی مصرفی و زمانی که برای ساخت آن مصرف می شود نسبت به سایر بتن ها گرانتر است. از جمله کاربردهای بتن می توان به استفاده از این محصول در طراحی ساختمان آزمایشگاه ها، بیمارستان ها، دانشگاه ها، فیزیوتراپی ها، و… اشاره کرد. بتن سنگین بسیار شبیه بتن آماده سنتی ساخته و حمل می شود، اما به دلیل خواص چگالی و وزن بالا، معمولاً در مقادیر کمتری حمل می شود.

بتن سنگین ( Heavy weight concrete ) چیست؟

بتن سنگین دارای وزن مخصوص بزرگتری نسبت به بتن‌های ساخته شده با سنگدانه‌های معمولی مانند انواع بتن آماده می‌باشد. در طرح اختلاط بتن سنگین از دانه های فلزی همچون خرده های فولاد، چدن و سولفات باریم به جای شن و ماسه استفاده می گردد. افزودن فولاد به بتن، مقاومت کششی و دیگر خواص آن را به طرز فوق العاده ای افزایش می دهد. قیمت این نوع بتن در مقایسه با انواع دیگر بتن بالاتر می باشد. زیرا سنگدانه ها و مصالح آن مثل شن و ماسه فراوان نیست و هزینه هایی مختلفی دیگری از قبیل حفارى معدن، حمل مصالح، شکستن مصالح، اختلاط مناسب سنگدانه در خمیر سیمان، جا دادن و پرداخت سطح بتن ریخته شده را نیز دارا می باشد. خواص بتن سنگین از نظر فیزیکی در همه موارد به استثنای چگالی آن مشابه با بتن معمولی است.

ترکیبات بتن سنگین

ترکیبات بتن سنگین شامل سنگ دانه ها، سیمان، دانه های ریز ( ماسه )، آب و مواد افزودنی می باشد. باریت، سنگ آهن، فلزات سنگین، سیلیکون، گرانول و یا گلوله فولادی از سنگدانه های مورد استفاده در ساخت بتن سنگین محسوب می شود. سنگدانه ها از جمله مواد اصلی تشکیل دهنده ی بتن سنگین محسوب می شوند و باید از استاندارد های ذکر شده در ASTM C33 پیروی کنند. سنگدانه ها باید تقریباً شکلی مکعبی داشته و ذرات پولکی یا دراز زیادی در آن نباشد. خوب است بدانید که وزن سنگدانه های مورد استفاده در بتن سنگین حدود 4200 کیلوگرم در متر مکعب می باشد، این سنگدانه ها باید یکدست و عاری از ذرات پولکی بوده و نباید دارای روغن و مواد خارجی موثر بر پیوستگی بتن باشد.

انواع سیمان‌های پرتلند، مواد افزودنی معدنی و شیمیایی شبیه آنچه که برای بتنهای معمولی استفاده می‌شود، در ساخت بتن سنگین‌ نیز مجاز است. البته در بعضی مواقع برای بهبود ویژگی حفاظت نوترونی بتن از مواد افزوده بوری مانند کولمانیت (هیدرات برات کلسیم)، بورفریت و بورکلسیلت استفاده می‌شود. از انجاکه این مواد ممکن است بر روی گیرش و مقاومت اولیه بتن تأثیر معکوس داشته بگذارند، لذا برای تعیین مناسب بودن این مواد، تهیه طرح اختلاط‌های آزمایشی در شرایط کارگاهی ضروری می باشد.

نکته: نوع سنگدانه و چگالی بتن ها باید بر اساس نوع تشعشعات و شدت آن انتخاب شود.

نکته: در ترکیبات بتن سبک برخلاف بتن سنگین از دانه های فلزی استفاده نمی شود.

چگونه بتن سنگین درست کنیم؟ ( طرح اختلاط بتن سنگین )

فرایند تولید بتن چگال ( سنگین ) شبیه بتن معمولی است با این تفاوت که در فرایند تولید انواع بتن سنگین، با توجه به نوع استفاده، از دانه های فلزی متفاوتی استفاده می شود. برای درست کردن بتن سنگین، ترکیبات این محصول شامل آب، سیمان، سنگدانه های درشت، دانه های فلزی و مواد افزودنی را در صورت نیاز به نسبت های مشخص با هم ترکیب کرده و به منظور ترکیب شدن داخل دستگاه های اختلاط بتن می ریزند. سپس مخلوط آماده شده را داخل قالب های مورد نظر می ریزند. البته روش های بتن ریزی متفاوتی برای این نوع بتن وجود دارد که به شرح زیر می باشد:

1. روش مرسوم

در طرح اختلاط بتن سنگین  و بتن ریزی به روش مرسوم باید از پر کردن بیش از اندازه مخلوط کن با دانه‌های سنگین مانند تکه‌های فولادی پرهیز کرد، به خصوص در مورد سنگدانه های بسیار سنگینی مانند ذرات پانچی فولادی اندازه مخلوط را باید تا حدود ۵۰% ظرفیت اسمی مخلوط‌کن کاهش داد. از آنجایی که برخی از سنگدانه های مورد استفاده در بتن سنگین کاملا شکننده هستند، بهتر است از مخلوط کردن بیش از حد بتن برای جلوگیری از شکستن سنگدانه ها خودداری شود.

 2. روش پیش اکنده

از روش پیش آکنده با هدف به حداقل رساندن جدایی دانه‌های درشت، بویژه فولاد  و تولید بتنی با دانسیته و ترکیب یکنواخت استفاده می‌شود، به این گونه که ابتدا سنگدانه های درشت و فلزی در قالب قرار داده شده و سپس دوغاب تهیه شده از سیمان، ماسه و آب از درون لوله ها به داخل آن پمپ و اضافه می شود تا حفره های میان دانه ها پر شود. این روش را می توان برای بتن ریزی در نواحی محبوس و اطراف عناصر اجرا شده بکار برد.

 3. روش پمپاژ

اگرچه انواع بتن سنگین را به دلیل وزن زیاد نمی توان با کیفیتی مشابه بتن های معمولی پمپاژ کرد، اما روش پمپاژ همچنان برای برخی مصارف و فضاهای محدود مورد استفاده قرار می گیرد.

4. روش غوطه وری ( میل کوبی )

در این روش ابتدا یک لایه سیمان و مخلوط ریزدانه به ضخامت 50 میلی متر در قالب ریخته و سپس با لایه ای از سنگدانه درشت پوشانده می شود. در نهایت دانه ها با کوبیدن با میله یا ارتعاش داخلی به داخل ملات هدایت می شوند. برای اطمینان از توزیع یکنواخت دانه ها در سراسر بتن باید دقت شود.

4 ویژگی مهم بتن سنگین

1. تراکم بالا: بتن سنگین تراکم بالایی دارد و با مقاومت بالای خود و با جذب پرتوهای مضر، به عنوان یک سپر محافظ عمل می کند.

2. مقاومت کششی بالا: بتن سنگین برخلاف بتن معمولی به دلیل وجود سنگدانه های فلزی مقاومت کششی بالایی دارد.

3. متخلخل و جاذب: سنگدانه های مورد استفاده در انواع بتن سنگین، بسیار متخلخل و جاذب هستند، به همین دلیل است که این بتن، جرم بیشتری نسبت به حجم آن دارد.

4. کاربرد گسترده: خواص منحصربه فرد بتن چگال باعث شده تا در تاسیسات هسته ای، اتمی و رادیواکتیوی کاربرد گسترده ای داشته باشد.

معایب بتن سنگین

1. هزینه بالای سنگدانه‌های مصرفی: هزینه بالا یکی از مهمترین معایب بتن سنگین می باشد. سنگدانه مصرفی در این بتن در معادن خاصی یافت می شود که هزینه استخراج، حمل و نقل از کارخانه بتن تا مکان پروژه و آماده سازی آنها برای استفاده در بتن بسیار بالاست. بنابراین هزینه بالای این بتن در مقایسه با بتن معمولی بیشتر بوده و هزینه های بیشتری برای پروژه ها خواهد داشت.

2. وزن بالا: وزن بالا از دیگر معایب بتن چگال می باشد زیرا اگر وزن مخلوط بتنی، بیش از میزان تحمل قالب باشد، پروژه با مشکل روبه‌رو می‌شود.

3. افزایش احتمال سایش و پاره شدن لوله پمپ‌ها و میکسرها

4. امکان بروز مشکلات به هنگام نقل و انتقال

5. افزایش میزان سیمان مصرفی نسبت به سایر بتن ها

کاربرد بتن سنگین

1. مکان‌هایی که پرتو X، گاما یا تشعشعات نوترون‌ها وجود دارد.

2. ساخت آزمایشگاه‌های دانشگاه، رادیواکتیو و غیره

3. مراکز پرتودرمانی و فیزیوتراپی

4. افزایش بار مرده ساختمان

5. تولید سپر و دیوار محافظ

6. استفاده برای تقویت سازه های مهم و آسیب پذیر در مقابل زلزله

7. استفاده به عنوان پوشش بتنی در خطوط لوله

8. استفاده در لنگر دستگاه های موج و جزر و مد

9. استفاده در ساخت تونل های زیر زمینی

10. در ساخت پل های عظیم، با دهانه های عریض

11. استفاده در خطوط و لوله های انتقال نفت

سخن پایانی:

بتن سنگین از ترکیب سنگدانه ها، فولاد، سولفات باریم، چدن و… ساخته می شود. بتن سنگین وزن بالایی دارد و مقاومت این بتن نیز از بتن معمولی بیشتر است. کاربرد بتن سنگین تنها به عنوان سپر بیولوژیکی در نیروگاه‌های برق اتمی، واحد‌های پزشکی و تأسیسات تحقیقاتی اتمی محدود نمی شود و موارد استفاده دیگری نیز دارد. انواع بتن سنگین در ساخت وزنه هاى تعادلى (بتن هاى وزنى) و یا در مواردى که نیاز به افزایش بار مرده سازه، (بدون افزایش حجم) است، نیز مورد استفاده قرار می گیرد. بتن سنگین هزینه ساخت بیشتری نسبت به بتن‌های معمولی دارد. اضافه قیمت می تواند ناشی از مواردی نظیرحفاری معدن، شکستن، حمل مصالح، دانه بندی مصالح، اختلاط مناسب سنگدانه در خمیر سیمان، بتن ریزی و پرداخت سطح بتن ریخته شده باشد.