بتن فوم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
بلوک های ساخته شده از بتن فوم

فوم بتن (foamed concrete) یا بتن سبک به عنوان مصالحی که چگالی آن بطور قابل ملاحظه‎ای از بتن معمولی پایین‎تر است می‎تواند نقش موثری در کاهش وزن ساختمان‎ها، به‎ویژه در قسمت غیره سازه‎ای داشته باشد.

بتن همراه با ماده کف‌ساز با پایه پروتئین حیوانی را بتن فوم می نامند. این نوع بتن علاوه بر داشتن مزایای بتن معمولی خواص دیگری مانند وزن مخصوص کم و مقاومت فشاری بالا را نیز دارا می‌باشد سبکی این بتن در سازه‌های ساختمانی باعث کاهش بار مرده ساختمان، صرفه جویی در حجم خاک برداری و بتن مصرف شده در فونداسیونها و همچنین کاهش بارهای زلزله می‌گردد. برای افزایش کارایی این محصول در پروژه‌های مختلف مقدار اختلاط و افزودنیهای موردنیاز طبق تجربیات و استانداردهای کشورهای آلمان، انگلیس و آمریکا تنظیم و تهیه می‌گردد و برای تولید نهایی و آزمایشهای مقاومت بر روی آنها صورت می‌گیرد. برای تولید این بتن از ملات ماسه، سیمان، ماسه بادی، ملات بتن فوم (از نوع پروتئین حیوانی) و افزودنیهای مجاز استفاده می‌گردد.[۱]برای استفاده بهینه از این محصول ابتدا وزن مخصوص و مقاومت فشاری آن برای کاربریهای موردنظر در پروژه تعریف شده و بر اساس آن بتن با اختلاط مناسب و افزودنیهای موردنیاز بر اساس دستورالعملها و تجربیات قبلی تولید م یشود که در حین تولید توسط استانداردهای بین‌المللی کشورهای آلمان، انگلیس و آمریکا فرموله می‌گردد.

کاربردهای اصلی[ویرایش]

عمده‎ترین و اصلی‎ترین کاربردهای بتن سبک شامل بلوک‎های سبک سقفی و دیواری و هم‎چنین بتن کفسازی و شیب‎بندی است.

بتن بعنوان یکی از اصلی ترین مصالح ساختمانی در گستره ای وسیع در انواع کاربردهای سازه ای و غیر سازه ای در ساختمان استفاده می شود. بتن سبک بعنوان مصالحی که چگالی آن بطور قابل ملاحظه ای از بتن معمولی پایین تر است می تواند نقش موثری در کاهش وزن ساختمانها، به خصوص در قسمت غیره سازه ای داشته باشد. عمده ترین و اصلی ترین کاربردهای بتن سبک که امروزه در ایران ، شاهد آن هستیم شامل بلوک های سبک سقفی و دیواری و همچنین بتن کفسازی و شیب بندی است.

مواد تشکیل‎دهنده[ویرایش]

در تولید این بتن‎ها عمدتا از پوکه و مواد صنعتی یا معدنی با چگالی پایین به‎عنوان سنگ‎دانه یا پرکننده سبک استفاده می‎شود. در کنار بتن با سنگدانه‎های سبک، تولیدات بعضی کارخانجات نیز به شکل بلوک‎ها و پانل‎های بتن سبک بر پایه بتن اسفنجی یا هوادار (Aerated concrete) است. مزایای این نوع بتن در کنار سبک بودن، بالا بودن عایق حرارتی و امکان بریدن با اره، امکان شیار زدن و به‎کار بردن میخ و پیچ است.

انواع[ویرایش]

این نوع بتن بسته به روش تولید حباب‎های هوا به دو نوع تقسیم بندی می‎شود:

بتن گازی

در تولید بتن گازی پودر نرم آلومینیوم در شرایط خاصی به مخلوط اضافه می‎شود تا در اثر واکنش شیمیایی با هیدروکسید کلسیم حباب‎هایی از هیدروژن در داخل بتن تولید شود. آزاد شدن این حباب‎ها باعث انبساط مخلوط می‎شود.

بتن کفی[ویرایش]

اما در تولید بتن کفی بر عکس بتن گازی، حباب‎های هوا به کمک یک ماده کف‎زا تولید می‎شود و در مخلوط بتن اضافه می‎شوند. تکنولوژی تولید بتن کفی ساده‎تر از تکنولوژی تولید بتن گازی است، و امکان ساخت این نوع بتن در کارگاه‎های ساختمانی نیز وجود دارد. مواد پایه در ساخت بتن کفی عبارتند از سیمان، آب و کف حاصل از یک ماده کف زا.

برای تولید کف معمولا از ماده ای به نام فوم استفاده می شود. این ماده ابتدا با آب رقیق شده و سپس در محفظه ای به کمک فشار ناشی از کمپرس هوا یا در اثر هم زدن سریع، تبدیل به کفی می شود که در آن حبابهایی با قطر در حد میلیمتر و کمتر تولید شده اند . برای تولید کفی پایدار در ساختار داخلی ماده کف زا و یا بطور مستقل یک ماده پایدار کننده کف استفاده می شود تا حبابهای تولید شده پایدار شوند. منظور از پایدار شدن حبابها این است که حبابها در اثر جابجایی و اختلاط، شکل خود را حفظ نمایند و اصطلاحا کف نخوابد. معمولا کف پایدار حاصل ، خامه ای شکل می باشد.

مواد کف زا فوم را می توان به لحاظ ساختاری در دو کلاس طبقه بندی کرد که شامل مواد بر پایه پروتئین حیوانی فوم پروتیئنه و مواد کف زای شیمیایی فوم شیمیایی می باشند معمولا کف حاصل از مواد بر پایه پروتئین به لحاظ حجمی ، کمتر و پایدار تر از کف حاصل از مواد شیمیایی می باشد(مواد شیمیایی دارای وزن مخصوص کف حدود 40 گرم در لیتر با پایداری کف در حد کمتر از 2 ساعت و افزایش حجم  حاصل از کف کردن حدود 25 برابر حجم اولیه می باشند این در حالیست که در مواد فوم پروتئینه با چگالی و پایداری کف 2 برابر بیشتر و حجم کف تولید شده حدود نصف مواد شیمیایی می باشند) تجربه نشان می دهد که مواد شیمیایی برای ساخت بتن های با چگالی بالای 1000 مناسبند این در حالیست که از مواد پروتئینی در ساخت انواع بتن از چگالی 500 الی 1600 کیلو بر متر مکعب می توان استفاده کرد.

این نکته را خاطر نشان کرد که (پایداری کف باید تا حدی باشد که بعد از فرایند اختلاط کف با ملات سیمانی و تا گیرایش اولیه مخلوط، کف پایداری خود را حفظ نماید در غیر این صورت، ساختاری که با قرار گیری و توزیع حبابها در داخل مخلوط ایجاد شده) در اثر از بین رفتن قسمتی از حبابها قبل از گیرش اولیه سیمان، از هم پاشیده و در نتیجه وزن افزایش می یابد..[۲]

میزان آب به سیمان[ویرایش]

معمولا میزان آب لازم برای بتن به رطوبت ماسه بستگی دارد ولی به طور کلی و میانگین به ازای 100 کیلو سیمان در مخلوط حدود 40 الی 45 کیلو آب لازم می باشد منتهی در بتن های کفی، مقدار آبی که جهت ساخت فوم استفاده می شود نسبت آب به سیمان را در کل مخلوط تا 6/0 افزایش می دهد.

وزن چگالی های بین 300 الی 600 کیلوگرم بر متر مکعب که از سیمان و کف ساخته می شوند بعنوان عایق حرارتی صوتی بخصوص در کفسازی طبقات و بام استفاده می شود.

روش تولید فوم بتن[ویرایش]

برای تولید فوم بتن ابتدا سیمان و آب با در نظر گرفتن مقدار مشخص شده جهت چگالی مورد نظر با هم در میکسر دستگاه مخلوط می شود سپس ماده فوم در فوم ژنراتور دستگاه با آب مخلوط شده و توسط پمپ هوا از لوله مخصوص که دارای ساچمه های ریز می باشد با فشار عبور داده می شود این عمل باعث بدست آمدن کف می شود و کف حاصل در میکسر با ملات سیمان و آب مخلوط می شود که در حین اختلاط حباب های بسیار ریز در سر تا سر ملات بوجود می آید و بعد از عمل آمدن، توسط پمپ به طبقات پمپاژ و روی سطح ریخته می شود.خاصیت فوم این است که حبابهای هوا را تا گیرایش بتن در ملات پایدار نگهدارد وزن بتن حاصله به پایداری این حبابها بستگی دارد.


عمل آوری فوم بتن[ویرایش]

دستیابی به بسیاری از خواص فوم بتن نیاز به عمل آوری مطلوب آن دارد. آب دهی در روزهای اولیه یکی از مهمترین عوامل عمل آوری است در روزهای گرم حداقل 2 بار آب دهی روزانه بسیار لازم است تا سرعت خشک شدن آب بتن کم شده و از ترکهای روی سطح بتن جلوگیری بعمل آورد همچنین این کار باعث بالا رفتن مقاومت می شود . .[۳]

مشخصات مقاومتی[ویرایش]

مقاومت فشاری: مقاومت فشاری بتن کفی تحت تاثیر عوامل متعددی نظیر چگالی بتن، سن بتن، رطوبت بتن، مشخصات شیمیایی و مکانیکی اجزای تشکیل دهنده بتن و نسبت های اختلاط آنها دارد. در صورتیکه بتوان نسبتهای اختلاط، سیمان آب و ماده کف را ثابت کرد در این صورت می توان به رابطه ای بین مفاومت فشاری و چگالی وزن بتن دست یافت. تغییر در فاکتورهای فوق الذکر روابط را دچار تغییر می کند . مقاومت فشاری را به طور قابل ملاحظه ای می توان به کمک روشهای عمل آوری بالا برد. عمل آوری با رطوبت تاثیر عمیقی در افزایش مقاومت فشاری دارد.

مقاومت کششی: مقاومت کششی بتن کفی بسته به روش عمل آوری معمولا بالای 25/0 مقاومت فشاری بتن بوده  و در  لحظه گسیختگی دارای کرنش در 1/0 درصد می باشد.

انقباض یا افت بتن[ویرایش]

مانند سایر انواع بتن، انقباض یک پدیده ذاتی بتن کفی است و میزان آن بسته به پارامترهای مختلف مثل نوع سیمان، روش عمل آوری ، میزان سیمان در مخلوط، چگالی بتن وکیفیت و نوع ماده فوم مورد استفاده و نسبت آب به سیمان دارد. حداکثر انقباض بتن کفی تا سن 28 روزه گی بتن رخ می دهد و از آن پس مقدار انقباض قابل چشم پوشی است. در صورتیکه در این مدت زمان شرایط نگهداری کنترل شوند می توان میزان انقباض بتن را به 1/0 و کمتر نیز محدود کرد.

عایق حرارتی و صوتی[ویرایش]

بعلت طبیعت متخلخل داخل بتن، این نوع بتن یک عایق حرارتی و صوتی بسیار مناسب می باشد.از لحاظ صوتی عایق مناسبی جهت صدا با ضریب زیاد جذب اکوستیک به شمار می رود که در نتیجه بعنوان یک فاکتور رفاهی در جهت جلوگیری از ورود صداهای اضافی اخیراً مورد توجه طراحان قرار گرفته است. میزان مقاومت حرارتی این نوع بتن با کاهش چگالی بتن افزایش می یابد.این بدلیل وجود حبابهای بیشتر در چگالی پائین می باشد در جدول 3 به ازای چگالی های مختلف بتن کفی مشخصات انتقال حرارتی این نوع بتن آورده شده است.

سرعت و خصوصیات فوم بتن در کفسازی[ویرایش]

یکی از دلایل پائین بودن سرعت اجرای کار در مصالح سنتی انجام فرایند تولید و پخش آن توسط اشخاص و یا بعبارتی بصورت دستی می باشد.

دستگاه سیار تولید فوم بتن بدلیل مکانیزه بودن آن و استفاده از تکنیک تولید و پخش در محل پروژه با در نظر گرفتن میانگین شرایط کاری می تواند در هر ساعت بطور متوسط 5 الی 7 میکسر با حجم 1 الی 1.5 متر مکعب تولید نماید و با در نظر گرفتن یک شیفت کاری می توان گفت متوسط روزانه بین 40 تا 50 میکسر تولید فوم بتن دارد البته می توان با اضافه کردن ساعت کاری حجم تولید را بالا برد.و یکی دیگر از خصوصیات تولید بتن سبک با دستگاه در محل پروژه یکدست و یکنواختی بتن تولید شده می باشد.

سطح فوم بتن بدلیل روان بودن نیازی به ماله کشیدن ندارد و فقط با یک صاف کننده مثل یک تی بلند می توان سطح آن را یکدست و صاف نمود.

خصوصیت روان بودن فوم بتن باعث پر شدن کلیه درزها و شیارهای کوچک و منفذهای موجود در کف ساختمان می شود.و بدلیل وجود حباب های ریز و روان بودن می تواند بصورت مستقل عایق لوله های تاسیساتی در کف ساختمان باشد و نیازی به ماهیچه کشی روی لوله ها نمی باشد.

بررسی سبک بودن فوم بتن در کفسازی[ویرایش]

در مورد کفسازی و شیب بندی های انجام گرفته در ساختمانها که عمدتا از پوکه و سیمان استفاده می شود در صورت جایگزینی این نوع بتن با چگالی 400، وزن مرده کفسازی از 1000 به 400 کیلو در متر مکعب کاهش می یابد. و اگر 10 سانت ارتفاع برای کفسازی در نظر بگیریم این یعنی کاهش 60 کیلوگرم در متر مربع از وزن ساختمان.


در صورت استفاده از بتن کفی با چگالی 500 در کفسازی، وزن موثر لرزه ای فوق به میزان 80 کیلو و یا بعبارت دیگر به میزان 9 درصد کاهش می یابد که برابر با کاهش 9 درصدی میزان نیروی زلزله می باشد. با این میزان کاهش ، حدود 4 درصد در مصرف میلگرد صرفه جویی می شود. با احتساب مصرف 45 کیلو میلگرد در هر متر ساختمان میزان این صرفه جویی براحتی قابل محاسبه می باشد.

این در حالیست که در صورت استفاده از بتن کفی بجای مصالح پوکه سیمان در کفسازی با کاهش چگالی و همچنین تغییر ساختار ماده (از حالت حبابهای هوای مرتبط به حالت حبابهای هوای محبوس) میزان عایق بودن حرارتی و صوتی حدود 3 برابر بیشتر می شود. و خود باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می باشد.و در هنگام بروز زلزله بعلّت سبکی وزن فوم بتن ، آورا ناشی از خرابی ساختمان ، خسارت کمتری به لوازم و ساکنین وارد می کند و این موضوع هم از لحاظ مالی و هم جانی قابل ملاحظه می باشد.


پیشنهادهایی برای استفاده از بتن کفی در مصارف مختلف در کشور[ویرایش]

در مناطق شمالی و جنوبی کشورمان که دسترسی به منابع خاک رس جهت ساخت آجر و بلوک های سفالی وجود ندازد هزینه های حمل و نقل موجب افزایش تا 100 درصدی قیمت تمام شده محصولات آجر و بلوک می شود. این در حالیست که منابع ماسه بادی فراوان در این مناطق وجود دارد. در این مناطق می توان با استفاده از بتن کفی اقدام به ساخت بلوکها و پانلهای بتنی کرد که به لحاظ اقتصادی کاملا به صرفه می باشد.

بعنوان مصالح بدون نشست نیز می توان در پر کردن حفاریهای انجام شده در خیابانها، بجای مصالح دانه ای، از این مصالح استفاده کرد. همین امتیاز اخیر عملکرد فوم بتن را در صورت استفاده در لایه های زیر اساس راه، خصوصا در مناطقی که دسترسی به منابع مصالح دانه ای مناسب وجود ندارد، تضمین می کند. در کنار امتیازات فوق، با توجه به مقاومت بالای این نوع بتن در مقابل آتش سوزی ، می توان از آن بعنوان مصالح نسوز نیز استفاده کرد.

[۴]

مشخصات بتن[ویرایش]

برای تولید بتن فوم مناسب با کارایی بالا باید علاوه بر ترکیب مناسب ملات ماسه و سیمان از ماده کف ساز مناسب که در بهترین حالت از پروتئینهای حیوانی تولید شده است استفاده نمود. از مزیتهای دیگر این بتن تولید آن با چگالیهای مختلف و با کاراییهای متفاوت می‌باشد. =

تولید بتن فوم[ویرایش]

مواد موردنیاز در تولید بتن فوم، ملات ماسه و سیمان، ملات بتن فوم با اسلامپ (سیمان پرتلند) و ماسه بادی می‌باشد. که در تهیه آن اشاره نمود. (gravel) مزیتهای این بتن می‌توان به عدم به کارگیری شن ماده عامل تولید فوم: پروتئین حیوانی که از شاخ و سم حیوانات تولید می‌شود که پس از تمیز نمودن آنها و افزودن مواد شیمیایی لازم و افزودنیهای مناسب ماده کف ساز حاصل می‌شود. طول عمر مفید آن حدود دو سال است و از نظر زیست محیطی بی ضرر می‌باشد که علت آن تجزیه پذیری ماده کفساز می‌باشد ولی در مواد کف ساز شیمیایی برای تجزیه پذیری از کلریداستفاده می‌گردد و چون کلرید باعث خوردگی در فولاد بتن آرمه می‌گردد استفاده از آنها مناسب نمی‌باشد برای تولید بتن، ابتدا فوم را در دستگاههای مناسب تولید و با توجه به تناسب مناسب، آن را به داخل دستگاه اختلاط محتوی ملات ماسه و سیمان می‌ریزند. فوق روانکننده ها(Super plasticizer)، برای تولید بتن با مقاومت بالا، از افزودنیهایی نظیر میکروسیلیکا(Micro silica)و خاکستر بادی(Fly Ash)استفاده می‌شود.[۵]

مزیتهای اقتصادی[ویرایش]

وزن ساختمانی که در آن از بتن فوم استفاده می‌گردد می‌تواند تا حدود ۳۵٪ نسبت به وزن ساختمانی که با بتن معمولی ساخته شده کاهش یابد با استفاده کردن از تجربه و دقت بیشتر در طراحی و استفاده بهینه از بتن فوم امکان کاهش وزن آن تا ۵۰٪ نسبت به ساختمان بتن معمولی وجود خواهد داشت و متعاقبًا سهم بار با کاهش وزن بار مرده ساختمان به نصف کاهش خواهد یافت. با کاهش وزن بار مرده ساختمان کاهش درون اسکلت ساز ه، ابعاد فونداسیون و کاهش آرماتور مصرفی برای فونداسیون را خواهیم داشت ودر نتیجه آن زمان اجرای پروژه مدت کوتاهتری طول خواهد کشید. وزن سبک بتن سبب می‌شود تا بتوان این بتن را به راحتی به طبقات بالاتر پمپاژ نمود و در نتیجه در هزینه صرفه‌جویی خواهیم کرد. در زمان استفاده از ساختمان و بهره بردار ی به علت عایق خوب حرارتی بتن صرفه جوئی قابل توجه‌ای در هزینه مصرف انرژی (سرمایش و گرمایش ساختمان) حاصل می‌شود وکاهش چشم گیری در مصرف منابع ملی خواهیم داشت.

پوسیدگی آرماتور در داخل بتن فوم[ویرایش]

آزمایش‌ها بر روی نمونه‌های بتن فوم آرماتور دار نشان داده است که طی ۷۲ سیکل تغییر در شرایط محیطی هیچ گونه زنگ‌زدگی در فولاد به وجود نمی‌آید و همچنین هیچگونه پوسیدگی در نمونه‌هایی که به مدت ۶ ماه در مقابل جریان مستقیم آب روان قرار داده شده بودند مشاهده نشده است.[۶]


سایر مزایای بتن فوم[ویرایش]

از عمده مزایای فوم بتن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• دارای خواص عایق حرارتی بسیار بالا

• دارای خواص عایق صوتی بسیار بالا

• مقاومت بالا در برابر شعله مستقیم آتش (مقاومت 4 ساعته در برابر 1200 درجه سانتی گراد)

• ایزوله شدن تاسیسات موجود در کف ساختمان

• مقاوم در برابر نفوذ آب و یخبندان

• قابلیت برش پذیری آسان برای اجرای تاسیسات

• بهترین گزینه برای انبوه سازان و بلندمرتبه سازی [۷]

منابع[ویرایش]

مجتمع صنعتی نوین ساخت : http://www.catfc.com

  1. پرش به بالا↑ مقاله بتن سبک، قربانی
  2. پرش به بالا↑ مرکز تحقیقات ساختمان مسکن ١٣٦٩
  3. پرش به بالا↑ مرکز تحقیقات ساختمان مسکن
  4. پرش به بالا↑ http://padidefb.ir
  5. پرش به بالا↑ مرکز تحقیقات ساختمان مسکن (بتن افزودنی‌ها)
  6. پرش به بالا↑ مرکز تحقیقات ساختمان مسکن ١٣٦٩
  7. پرش به بالا↑ http://www.sakhtemoon.com/Foam-Concrete/HowTo-Concrete-foam-54
  • مرکز تحقیقات ساختمان مسکن-بتن افزودنی ها-مواد افزودنی حباب هوازا-۷۶ ۱۳