بتن مسلح (بتن آرمه) چیست و چه کاربرد هایی دارد؟

بتن مسلح یعنی چه؟ بتن آرمه یا مسلح (RC) یک کامپوزیت همه کاره و یکی از پرکاربردترین مصالح در ساخت و سازهای مدرن است. بتن یک ماده نسبتا شکننده است که تحت فشار قوی است اما در کشش کمتر است. بتن ساده و غیر مسلح برای بسیاری از سازه ها نامناسب است زیرا در تحمل تنش های ناشی از ارتعاشات، بارگذاری باد و غیره نسبتا ضعیف است. برای افزایش استحکام کلی آن، میله های فولادی، صفحات یا الیاف را می توان قبل از گیرش در داخل بتن جاسازی کرد. این آرماتور که اغلب به عنوان میلگرد شناخته می شود، در برابر نیروهای کششی مقاومت می کند. با تشکیل یک پیوند قوی با یکدیگر، این دو ماده قادر به مقاومت در برابر نیروهای وارده مختلف هستند و به طور موثر به عنوان یک عنصر ساختاری عمل می کنند. این محصول، کاربردهای فراوانی در مهندسی سازه دارد و به عنوان مهم‌ترین رقیب پروفیل‌های فولادی در ساخت اسکلت ساختمان‌های مسکونی و تجاری محسوب می شود.

بتن مسلح چیست؟

بتن آرمه اصطلاح رایجی است که به یک عضو (یا دال) بتنی که حاوی آرماتورهای فولادی برای افزایش مقاومت بتن و سازه است داده می شود. ماده ای که از ترکیب بتن و میلگردهای تقویت کننده حاصل می شود، بتن مسلح (RC) نامیده می شود. در این نوع از انواع بتن مقاومت کششی و شکل پذیری نسبتاً پایین بتن با گنجاندن آرماتورهایی با مقاومت کششی یا شکل پذیری بالاتر جبران می شود. آرماتور معمولاً، البته نه لزوماً، میلگرد فولادی (میلگرد) است و معمولاً قبل از گیرش بتن به صورت غیرفعال در بتن تعبیه می شود. با این حال، کشش نیز به عنوان یک تکنیک برای تقویت بتن استفاده می شود. در واقع هدف مهم استفاده از بتن آرمه ، واگذاری نیروهای کششی بوجود آمده در بتن به میلگردها می باشد تا به این ترتیب نیروهای کششی به بتن وارد نشده و سبب ترک‌خوردگی و در نهایت پکیدن بتن نشود.

نکته: در ترکیبات این نوع بتن، نه تنها از میلگردهای فولادی استفاده می‌شود بلکه می‌توان از شبکه‌های توری تقویتی، صفحات فلزی یا الیاف تقویتی نیز استفاده کرد.

بتن مسلح چه مشخصاتی دارد؟

1. چگالی

 یکی از مشخصات بتن آرمه، چگالی 2400 تا 2500 کیلوگرم بر متر مکعب این نوع بتن می باشد که تفاوت چندانی با بتن معمولی ندارد. البته ناگفته نماند که روش مسلح کردن بتن و جنس المان‌های تقویت‌کننده بر روی این عدد تاثیر می گذارد.

2. افزایش استحکام در برابر تنش‌های کششی

افزایش استحکام در برابر تنش‌های کششی و بهبود شکل‌پذیری سازه از دیگر مشخصات بتن مسلح می باشد. مقاومت کششی بتن آرمه با استفاده از المان‌های تقویت‌کننده در ترکیب بتن می‌تواند بیش از 50 درصد افزایش یابد. اگرچه مقاوت فشاری بتن آرمه تفاوت چندانی با بتن معمولی ندارد، ولی حضور المان‌های تقویتی، شکل‌پذیری این مصالح ساختمانی را افزایش می‌دهد.

3. کارایی بتن مسلح به الیاف

کارایی، یکی از مهم‌ترین مشخصات بتن است که میزان سهولت بتن‌ریزی، تراکم و پرداخت را کنترل می‌کند. این ویژگی در بتن تقویت شده با الیاف از اهمیت بیشتری برخوردار است.

4. پیوستگی بتن مسلح

با گیرش مخلوط سیمان، شکل سطح داخلی آن با شکل سطح خارجی عناصر تقویت کننده مطابقت دارد. به عبارت دیگر، این دو ماده به هم قفل شده اند. میزان قفل شدن یا اتصال عناصر تقویت کننده با بتن بر انتقال موثر تنش تأثیر می گذارد. هر چه انسجام بیشتر باشد، انتقال تنش بهتر است. به همین دلیل سطح عناصر تقویت کننده معمولاً ناصاف و آجدار ساخته می شود.

5. مقاومت در برابر خوردگی

از دیگر ویژگی‌های بتون آرمه، مقاومت عناصر تقویت‌کننده آن در برابر خوردگی است. فولاد در مواجهه با هوا و مواد شیمیایی دچار خوردگی می‌شود. به همین دلیل، استفاده از پوشش‌های اپوکسی، میلگردهای گالوانیزه، فولاد ضد زنگ و المان‌های تقویت‌کننده غیر فولادی در شرایط مستعد خوردگی باید در اولویت قرار بگیرد. عدم توجه و نادیده گرفتن این نکات می‌تواند هزینه‌های ناشی از ترمیم و جایگزینی بتن را افزایش دهد.

انواع بتن مسلح کدامند؟

بتن آرمه را به طور کلی به دو نوع مسلح به میلگرد و مسلح به الیاف دسته بندی می کنند و هر کدام از این دو بتن با توجه به نوع مواد استفاده شده خود به دسته های دیگری تقسیم‌بندی می شود. انواع بتن مسلح به میلگرد شامل بتن پیش تنیده، بتن پس تنیده، بتن پیش ساخته و بتن با عایق ماندگار می شود و بتن مسلح الیافی فولادی، شیشه‌ای، پلمیری، کربنی و …  از دیگر انواع بتن‌های آرمه محسوب می شود.

1. بتن مسلح به میلگرد

ترکیب بتن با میلگرد یکی از قدیمی‌ترین، ساده‌ترین و متداول‌ترین روش‌های ساخت بتن مسلح به حساب می آید. اغلب میلگردهای مورد استفاده برای ساخت بتن آرمه از جنس فولاد و از نوع رزوه دار می باشند. در مورد اجرای بتن الیافی چه می دانید؟

رایج‌ترین بتن‌های مسلح شده به میلگرد شامل زیر هستند:

الف. بتن مسلح شده به میلگرد فولادی: ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد به یکدیگر شبیه است و به همین دلیل ترکیب آن با فولاد باعث می شود تا ضعف‌های بتن معمولی داده شود و یکی از بهترین مصالح ساختمانی تشکیل شود می‌شود.

ب. بتن مصلح شده به میلگرد شیشه‌ای یا میلگرد پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP)

2. بتن مسلح پیش تنیده

بتن پیش تنیده  (Prestressed Concrete)، یکی دیگر از انواع پرکاربرد بتن آرمه در پروژه‌های عمرانی بزرگ  می باشد که طی اعمال یکی از فرآیندهای پیش تنیدگی یا پس تنیدگی بر روی کابل‌ها و تاندون‌های آلیاژ فولادی ساخته می‌شود. بهره‌گیری از حداکثر مقاومت فشاری ذاتی بتن، کاهش تنش‌های برشی و کاهش سطح مقطع مورد نیاز و وزن سازه را می توان به عنوان برخی از مزایای بتن آرمه پیش تنیده نام برد.

3. بتن مسلح پس تنیده

از دیگر انواع بتن آرمه، بتن پس مسلح پس تنیده می باشد که برای اعمال پیش تنیدگی در محل اجرای پروژه (بتن‌ریزی برجا) یا اتصال چندین بلوک پیش ساخته کاربرد دارد.

4. بتن مسلح پیش ساخته

این نوع بتن که به آن بتن پیش ساخته نیز می گوید از دیگر انواع بتن می باشد که در کارخانه بتن آماده و تحت نظارت تولید می شود. سرعت ساخت و ساز با این نوع بتن بالا می رود و اصلا به صبر کردن 28 روزه نیازی نیست. برخی از کاربردهای بتن آرمه پیش ساخته عبارت است از:

• ساخت اعضای سازه‌ای ساختمان
• ساخت دیوار و نمای ساختمان
• ساخت المان‌های پیش تنیده ساختمان
• ساخت قطعات پروژه‌های زیر ساختی نظیر عرشه پل، لاینینگ تونل مترو
• ساخت مخزن آب، سپتیک تانک، محفظه زهکشی، تراورس راه‌آهن، تیرهای کف، دیوارهای محوطه ساختمان و لوله‌های انتقال آب

5. بتن آرمه با عایق ماندگار

سیستم بتن مسلح با عایق ماندگار (ICF) دیواری پرشونده با بتن می باشد که قالب دیوارها دائمی بوده و بعد از بتن ریزی به عنوان جزئی از دیوار محسوب شده و به صورت عایق حرارتی عمل می‌کند. برخی از مزایای این نوع بتن آرمه شامل موارد زیر می باشد.

• سرعت اجرای بالای سازه به دلیل باز نکردن قالب‌ها
• عایق حرارتی خوب و عایق صوتی مناسب
• بهره‌وری بالای انرژی مصرفی ساختمان
• محافظت از بتن در حین عمل آوری
• امکان اجرای تاسیسات درون قالب
• هزینه نسبتا پایین مصالح
• بهبود زمان عمل آوری

6. بتن تقویت شده با الیاف

بتن تقویت شده با الیاف (Fiber Reinforced Concrete) ، از دیگر انواع بتن آرمه محسوب می شود که یکپارچگی ساختاری بتن را افزایش می دهد. الیاف از انواع مسلح کننده های بتن، همچنین نفوذپذیری بتن را کاهش می دهد و در نتیجه باعث کاهش چکیدن آب می شود. بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت می باشد که با به کارگیری الیاف تقویت­ کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی آن، به حد زیادی افزایش می­یابد. بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه­ای به راحتی از هم پاشیده نمی ­شود. انواع مختلفی از الیاف برای تقویت یا مسلح کردن ماتریس های با پایه سیمانی مورد استفاده قرار می گیرد. الیاف ممکن است از جنس آلی مصنوعی (مثلاً پلی پروپیلن یا کربن)، غیر آلی مصنوعی (مثل فولاد یا شیشه)، آلی طبیعی (مثل سلولزی یا Sisal) و یا غیرآلی طبیعی (مثل آزبست) باشد که در ادامه مورد بررسی قرار می دهیم.

1. بتن تقویت شده با الیاف فولادی

بتن مسلح با الیاف فولادی (Steel Fiber Reinforced Concrete) یا «SFRC»: برای بهبود رفتار طولانی مدت، افزایش قدرت، استحکام و مقاومت در برابر فشار استفاده می شود. الیاف فولادی استحکام کششی بتن را تقویت می‌کند و بتن تقویت شده با الیاف فولادی قابلیت مقاومت در برابر بارهای سبک و سنگین را دارد. این نوع بتن پرکاربردترین نوع بتن الیافی است که در لاینینگ تونل، چاه‌های آدم‌رو، سپتیک تانک، جدول کنار مسیر، لوله، تراورس شاتکریت، بتن غلتکی  قابلیت استفاده را دارا می باشد.

2. بتن تقویت شده با الیاف شیشه‌ای

بتن مسلح با الیاف شیشه (Glass Fiber Reinforced Concrete) یا «GFRC»: ماده ای است که از الیاف بسیار ظریف شیشه ای تشکیل شده است. این نوع بتن از سبک‌ترین انواع بتن الیافی است که برای ساخت المان‌های نازک مورد استفاده قرار می گیرد.

3. بتن مسلح با الیاف طبیعی

بتن تقویت شده با الیاف طبیعی (Natural Fiber Reinforced Concrete) یا «NFRC»: از بتن‌های دارای الیاف فولادی یا شیشه‌ای ارزانتر است ولی در برابر مواد شیمیایی مقاومت پایین تری دارد.

4. بتن تقویت شده با الیاف پلی‌پروپیلن

بتن تقویت شده با الیاف پلی پرو پیلن» (Polypropylene Fiber Reinforced Concrete) یا «PFRC» : از ارزان‌ترین و دردسترس‌ترین انواع بتن الیافی است که در برابر مواد شیمیایی مخرب مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. پلی‌پروپیلن یک پلمیر ارزان و فراوان است که به دلیل مقاومت آن در برابر واکنش‌های شیمیایی بطور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

5. بتن مسلح به الیاف آزبست یا پنبه نسوز

بتن تقویت شده با الیاف پنبه نسوز (Asbestos Fiber Reinforced Concret) از دیگر انواع بتن الیافی می باشد که برای ساخت لوله، کاشی و المان‌های سقف مورد استفاده قرار می گیرد. این الیاف ارزان بوده و باعث ایجاد مقاومت مکانیکی، شیمیایی و حرارتی برای سیمان می‌شود، اگرچه این نوع بتن الیافی  در برابر ضربه مقاومت کمی از خود نشان می دهد.

6. بتن مسلح به الیاف کربن

بتن تقویت شده با الیاف کربن (CarbonFiber Reinforced Concrete) یا «CFRC»: را می توان از جدیدترین انواع بتن الیافی نام برد که اخیراً به دلیل مدول الاستیسیته و استحکام خمشی بالای آنها استفاده می‌شوند. خصوصیاتی مانند استحکام و سختی آنها نسبت به الیاف فولادی بیشتر است، هرچند بیشتر مستعد آسیب هستند.

مزایا و معایب بتن مسلح

بتن آرمه نیز مانند دیگر انواع بتن ها دارای مزایا و معایبی می باشد که در ادامه به آن می پردازیم:

مزایای بتن آرمه یا مسلح

1. بتن مسلح در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی از مقاومت فشاری بالایی برخوردار است.

2. با توجه به آرماتور ارائه شده، بتن مسلح می تواند تنش کششی خوبی را نیز تحمل کند.

3. مقاومت در برابر آتش و آب و هوا

4. سیستم ساختمان بتن آرمه از هر سیستم ساختمانی دیگری دوام بیشتری دارد.

5. بتن مسلح، به عنوان یک ماده سیال، در ابتدا می تواند از نظر اقتصادی به طیف تقریبا نامحدودی از اشکال قالب گیری شود.

6. هزینه نگهداری بتن مسلح بسیار کم است.

7. بتن مسلح اقتصادی ترین مصالح ساختمانی در سازه هایی مانند پایه ها، سدها، پایه ها و غیره بتن مسلح به حساب می آید.

8. به علت خمیری بودن آن می تواند به اشکال مختلفی تبدیل شود

9. پایین بودن هزینه نگهداری آن

10. قابل دسترس بودن مواد و مصالح مورد نیاز آن

11. صلبیت بالای بتن آرمه

معایب بتن مسلح

1.مقاومت کششی بتن مسلح حدود یک دهم مقاومت فشاری آن است.

2. اندازه مقاطع تیر و ستون آن برای سازه های بلند در مقایسه با سازه های فولادی بزرگتر می باشد.

3. انقباض باعث ایجاد ترک و کاهش استحکام می شود.

4. عوامل آب و هوایی نظیر باران در مراحل ساخت تاثیر می گذارد.

5. اگر عضوی از ساختمان بتنی خراب شود ترمیم آن بسیار سخت می باشد.

6. مقاومت پایین در برابر چرخه های ذوب و یخ

7. سرعت اجرای آن پایین است.

کاربرد بتن مسلح چیست؟

بتون مسلح برای ساخت و ساز در مقیاس بزرگ مانند پل ها، سدها، اسکله ها، ساختمان های بلند و استادیوم ها استفاده می شود. همچنین بتن آرمه در سازه های مختلف دیگری مانند جاده، سازه های دریایی، سازه های شناور، لوله، کانال، سازه های پیش ساخته، سازه نگهبانی و بسیاری از سازه های عمرانی کاربرد دارد.

فرق بتن و بتن آرمه چیست؟

بتن آرمه در واقع همان بتن معمولی است اما با این تفاوت که درون بتن آرمه، میلگرد های فولادی تعبیه شده است. برش بتن، یکی دیگر از مهم ترین تفاوت بتن معمولی با بتن مسلح می باشد. خوب است بدانید که برش بتن معمولی اغلب با استفاده از تیغه کاتر بتن بر، انجام می گیرد اما برای برش بتن آرمه از تیغه کاتر بتن بر مسلح استفاده می شود زیرا بتن آرمه دارای میلگرد های فولادی است و تیغه ی که برای برش از آن استفاده می شود باید بتواند این میلگرد ها را هم به خوبی برش دهد.

نکته: اگر برای برش بتن های مسلح از تیغه های بتن معمولی استفاده کنید دچار مشکلاتی مانند شکستگی سگمنت های تیغه و کند شدن سگمنت ها خواهید شد.

نتیجه گیری

بتن مسلح یا بتن آرمه که RCC نیز گفته می شود، یکی از پر کاربردترین مصالح ساختمانی است. بتن آرمه در سراسر پروژه های مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد، از پروژه های مهندسی عمران در مقیاس بزرگ، روبناها و انواع سازه‌ها و اجزایی مانند دال بتنی، دیوارها، تیرها، ستون‌ها، پی‌ها، قاب‌ها و غیره. از آنجایی که بتن دوام، استحکام و مقاومت بالایی در برابر عناصر سازنده ایجاد می کند، طراحی سازه های مدرن بدون تقویت امکان پذیر نخواهد بود. اکثر سازه های بتن آرمه دوام بسیار خوبی از خود نشان می دهند و در طول عمر طراحی خود عملکرد خوبی دارند.