بتن

بتن ازپرکاربردترین مصالح ساختمانی است.

بتن | ویژگی اصلی بتن ارزان بودن ودردسترس بودن مواداولیه آن است.نانوموادتوانسته اندخواص فیزیکی ومکانیکی موجوددرآن راافزایش دهند.نانوموادهادارای خصوصیات خاصی هستندکه می تواننددرسطوح بسیارریزدنیای آن راکاملادگرگون کنند.

سابقه استفاده ازنانوموادبه چندسال اخیربازمی گردد.

بتن ماده ای باساختارنانو،چندفازی وبااجزامختلف است.این ساختارفازهای نامنظم کریستالی که ازابعادمیکرومترتانانومترمی باشندرادربرمی گیرد.

فازغیربلوری ونانوساختارکلسیم_سیلیکات_هیدرات((C-H-S باعث ایجادچسبندگی می شود.

کاربردفناوری نانودربتن:

بتن | کاربردفناوری نانودربتن به طورکلی به دوهدف انجام می گیرد:

۱-اندازه گیری وتوصیف ساختارموادپایه سیمانی درمقیاس نانوومیکرو برای درک بهتررفتاردرمقیاس بزرگ(ماکرو)وعملکردآن ازطریق استفاده ازتکنیک های پیشرفته توصیف ومدل سازی،مربوط به سطوح مولکولی یااتمی.

۲-تکنیک های دست کاری ساختاردرمقیاس نانومتری به منظورایجادنسل جدیدومناسب کامپوزیت های سیمانی بارفتار ایده ال مکانیکی وحتی ایجادخواص جدیدی مانندمقاومت الکتریکی پایین،هوشمندبودن،خودترمیم کنندگی وخودتمیزشوندگی .

نانوذرات سیلیس:

یکی ازموادی که دردهه های اخیراستفاده ازآن دربین مهندسان ساختمانی موردتوجه قرارگرفته است میکروسیلیس است.به دلیل خصوصیات بالای پوزولانی،میکروسیلیس،اتفاده ازآن جهت بالابردن خواص مکانیکی وافزایش دوام آن درکشورهای پیشرفته درحال افزایش است.

طبق تحقیقات اضافه کردن ذرات نانوذرات سیلیس دربتن ها باعث می شودافزایش مقاومت بیشترنسبت به میکروذرات سیلیس می شود.

یکی ازدلایل مهم درجهت افزایش مقاومت فشاری آن به کمک نانوذرات سیلیس،نقش پرکنندگی این ذرات دربین منافذخمیرسیمان است.

این ذرات نانوسیلیس به علت ریزدانگی بسیاربالاوچسبندگی سطحی،دربین ذرات ژلc-s-hقرارگرفته وفاصله های خالی آن راپرمی کندکه درنهایت موجب یکپارچگی وافزایش دوام آن می شود.

جهت افزایش تراکم ذرات دربتن میتوان ازنانوذرات سیلیس استفاده کرد که این موردبه افزایش چگالی میکروونانوساختارهای تشکیل دهنده بتن ودرنهایت بهبودویژگی های مکانیکی می انجامد.

وجودنانوذرات سیلیس درسیمان علاوه برنقش پرکنندگی منافذ باعث می شودکه ساختاربتن مستحکم شودوهمچنین باعث می شودکه واکنش های پوزولانی سریع تروفعال ترانجام گیرد.

مزایای استفاده ازنانوذرات سیلیس دربتن:

کاهش ترک های ناشی ازهیدراتاسیون سیمان

افزایش مقاومت فشاری،کششی،خمشی

کاهش تحرک یون های کلرودرنتیجه کاهش عمق نفوذکلربه ویژه درنواحی ساحلی

دوام بهتروبیشتردرمقابل آسیب های ناشی ازسولفات هاوآب های اسیدی.

باتوجه به توضیحات بالامیتوان گفت که هدف نهایی ازبررسی بتن درمقیاس نانو،یافتن نسلی جدیدازمصالح ساختمانی باعملکروخواص بالا وجدیدنسبت به خواص مصالح معمولی است.

 

 

 

ایجادمقاومت دربتن سبک باافزودن نانوذرات

به طورمعمول،بری توصیف نمودن ویژگی های بتن،

یکی ازسه اجزای زیربررسی می شود:

ایجادمقاومت دربتن سبک باافزودن نانوذرات | ۱-سنگدانه ها

۲-خمیرسیمان هیدراته

۳-محدوده گذربین سطحی

ایجادمقاومت دربتن سبک باافزودن نانوذرات | محدوده گذربین سطحی درنقش ضعیف ترین ناحیه اتصال دربتن عمل

می کندودارای مقاومت وسختی کمترینسبت به خمیرسیمان هیدراته است،

به همین دلیل این ناحیه عامل بسیاری ازنارسایی های بتن است

ونخستین میکروترک هاازاین ناحیه به وجودمی آید.

مهم ترین جزء تشکیل دهنده بتن،اکسیدکلسیم(آهک)است که حدود۶۳درصدسیمان راتشکیل می دهد.

دراثرواکنش اکسیدکلسیم باآب هیدروکسیدکلسیمca(OH2)تشکیل می شودکه به این عمل هیدراتاسیون

(آبگیری سیمان،ترکیب شیمیایی سیمان باآب) گفته می شود.پس ازآغازواکنش هیدراتاسیون ذرات سیلیس

(sio2،یکی ازاجزاءتشکیل دهنده سیمان)موجوددربتن باca(OH2)قابل انحلال

واردواکنش شده وسیلیکات کلسیم هیدراته(c-s-h)

تولیدمی کند.ژل سیلیکات کلسیم هیدراته اصلی ترین محصول فرآیندهیدراتاسیون است.این ژل متخلخل بوده

که درمقیاس نانوساختاری لایه ای دارد ومهم ترین عامل ایجادمقاومت دربتن است.

نانوذرات به لیل سطح موثروواکنش پذیری بالامی توانند باکریستال های هیدروکسیدکلسیم

که درمحدوده گذربین سطحی قراردارند واکنش داده .باعث جلوگیری ازتوسعه کریستال هایca(OH2)ودرمقابل

افزایش حجم ژل سیلیکات کلسیم هیدراته(C-S-H) شوند.

این ذرات باانجام واکنش های شیمیایی هیدروکسیدکلسیم آزادشده موجوددربتن رامصرف می کنند

وازخاصیت قلیایی آن می کاهند.به دلیل کاهش مقداربلورهای هیدروکسیداتصال خمیرسنگ دانه

دربتن بهبودمی یابد ومقاومت بتن افزایش پیدامی کند.

نانوذرات به دلیل ابعادریز،حفره ها وفضاهای خالی دربتن رابه راحتی پرمیکنند

که این امرباعث چسبندگی بهترخمیرسیمان وسنگدانه می شود.

نانوذرات سیلیس:

ایجادمقاومت دربتن سبک باافزودن نانوذرات | میکروسیلیس یکی ازموادی است که دردهه های اخیر

استفاده ارآن درجهت بهبودخواص مکانیکیوافزایش دوام بتن به طورجدی موردتوجه قرارگرفته است.

طبق تحقیقات اضافه کردن نانوذرات سیلیس دربتن باعث افزایش مقاومت بیشترنسبت به میکروذرات سیلیس می شود.

مهم ترین دلیل افزایش مقاومت فشاری بتن به کمک نانوذرات سیلیس نقش پرکنندگی این ذرات

دربین منافذخمیرسیمان است.ذرات نانوسیلیس به علت ریزدانگی بسیاربالا وچسبندگی سطحی،

دربین ذرات ژل قرارگرفته وفاصله های خالی راپرمیکند.

که درنتیجه موجب یکپارچگی وافزایش دوام آن می شود.

مزایای استفاده ازنانوذرات سیلیس دربتن سبک:

افزایش مقاومت فشاری

افزایش مقاومت خمشی

افزایش مقاومت دربرابرموادشیمیائی

کاهش نفوذپذیری آب درون بتن

کاربردفناوری های نانودربتن های سبک

 

کاربردفناوری های نانودربتن های سبک | بتن درمفاهیم بسیاروسیع به ماده یامحصولی که ازیک ماده چسبنده باخاصیت

سیمانی شدن تشکیل شده اطلاق می شود.

کاربردفناوری های نانودربتن های سبک | بتن هاازنظروزن های مخصوص به سه

دسته تقسیم می شوند:

کاربردفناوری های نانودربتن های سبک | دسته ۱:بتن های سنگین:که وزن این بتن ها۵/۱تا۵/۲برابروزن مخصوص بتن  های معمولی است

ومعمولادرروندساخت آن هاازسنگ دانه های سنگین استفاده شده

است.

دسته۲:بتن های معمولی:این بتن هادارای وزن مخصوصی بین۲۲۰۰تا۲۵۰۰کیلوگرم برمترمکعب است.

دراین بتن هاجنس دانه هاوتراکم آن هاباعث تفاوت وزنی آن ها

می شود.

دسته۳:بتن های سبک:بتنی است که وزن مخصوص آن نسبت به بتن معمولی کمتراست ودرفرآیند

ساخت آن ازآب،سیمان،سنگدانه های سبک وموادافزودنی

استفاده شده است.

کاربردفناوری های نانودربتن های سبک | استفاده ازبتن سبک ومصالح سبک به روم باستان برمی گردد. ازبتن سبک اغلب

به عنوان یک جایگزین مناسب ومکمل برای بتن معمولی وبه جهت کاهش وزن

ساختمان استفاده می شود.

ایجادتخلخل دربتن یکی ازاصول اولیه وروشی پایه برای دستیابی به بتن سبک است.

به همین دلیل برای رسیدن به تخلخل دربتن ازروش هایی استفاده می شود که این روش هاعبارتنداز:

ایجادتخلخل درخمیرسیمان بتن

ایجادتخلخل وفضای خالی دربتن ازروش حذف نمودن ریزدانه ها

به کارگیری سنگدانه های متخلخل وسبک دربتن

زمانی که ازسنگدانه های سبک دربتن استفاده می شود،به دلیل اینکه مقاومت سنگدانه هاذاتی نیستند

باعث می شودکه بتن سبک هم دارای مقاومت پایین

باشدکه این مقاومت پایین باعث می شودکه دامنه کاربردواستفاده ازبتن سبک محدودشود.

به همین دلیل فناوری نانودرجهت افزایش مقاومت بتن  سبک دراین زمینه گام برداشته است.

بااستفاده ازنانوذرات وباتغییردرواکنش های شیمیایی هیدراتاسیون ها ی سیمانی می توان بتن سبکی راتولیدکرد

که دارای مقاومت بالایی است که بتواندکاربردسازه ای ووسیعی درصنعت ساختمان داشته باشد.

کاربردهای بتن سبک نانویی:

بتن سبک به دلیل خواص فیزیکی کنحصزبه فردی که دارد به عنوان بتنی باکیفیت ومقاوم

درصنعت ساختمان شناخته شده وهمواره یکی ازمحبوبترین مصالح ساختمانی دربین مهندسان ومعماران ساختمانی است.

درادامه به بیان کاربردهای بتن سبک می پردازیم:

کف سازی طبقات:یکی ازکاربردهای بتن سبک این است که در کف سازی طبقات ساختمان استفاده می شود.

دیوارهای یکپارچه:باسیستم قالب بندی  بتن سبک، می توان خانه هاودیوارهای یکپارچه

راباسرعت بالا وباارزان ترین هزینه انجام داد.

پرکننده حفره ها: به دلیل این که بتن سبک دارای روان یابی بالااست میتوان ازآن درپرکردن حفره ها

وپایدارنمودن آن ها درساختمان استفاده  کرد.

شیب بندی پشت بام:بتن سبک به دلیل داشتن مقاومت بالاوبه دلیل اینکه عایقی مناسب دربرابرنفوذرطوبت وحرارت است

بهترین روش برای شیب بندی پشت بام ساختمان می باشد.

 

 

 

مسائل اجرایی دربتن سبکدانه سازه ای

بسیاری ازاصول اجرایی حاکم بربتن ریزی های معمولی

دربتن ریزی باسبکدانه سازه ای هستند

که کماکان ازاهمیت بالایی برخوردارند.

مسائل اجرایی دربتن سبکدانه سازه ای | دربتن های غیرسازه ای وسبکدانه بسیاری ازمواردهستند

که تمی توانند بااهمیت به حساب بیایند

به صورتی که عدم رعایت قوانینی که  به وزن مخصوص بتن ریخته شده  لطمه نزندبااهمیت به حساب نمی آید.

مسائل اجرایی دربتن سبکدانه سازه ای | یک سری اصول هستند
که دربتن ریزی هایی مانندبتن معمولی ازاهمیت بالایی برخورداراست که عبارتنداز:

اصل پیوستگی،اصل عدم جداشدگی،اصل عدم گیرش دربتن قبل ازریختن وتراکم،اصل عدم جداشدگی مواددربتن،

اصل رعایت دمای مناسب دربتن ریزی،اصل عدم آلودگی بتن به موادمضر،اصل رعایت پرداخت صحیح سطح بتن و…

استفاده ازموادمناسب بانسبت های صحیح:

به کاربردن موادومصالح مناسب طبق نقشه های مشخص درپروژه،رعایت مصرف سیمان تازه غیرفاسد

یکی ازارکان مهم میباشدکه طبق استاندارداست وازاهمیت بالایی برخورداراست.

مصالح سنگی مصرفی مانندسبکدانه هابهتراست درمعرض رطوبت کمتری باشند.

به عنوان مثال لیکاهای موجوددرایران می توانند تابیش از۳۰درصدآب را جذب خودکنند.

انتخاب اسلامپ های صحیح:

اسلامپ هم می تواندمانندبتن های معمول بااهمیت تلقی شود.

این اهمیت ازنظرجداشدگی،آب انداختن،رسیدن به تراکم موردنظر باتوجه

به ابعادقطعات،نحوه قرارگیری،وضعیت درهمی میلگردهاو…است.

چون که سنگدانه هاسبک هستند(به خصوص سبکدانه های درشت)احتمال جداشدگی

دربتن های شل افزایش می یابد.به همین دلیل استفاده ازاسلامپ هایی که بیش از۱۰سانتی متر هستند

اصلامناسب نیست مگراینکه بتن پرعیاری داشته باشیم.

اصل رعایت دمای مناسب:

درآیین نامه های بتن حداقل وحداکثردما مشخص شده است. رعایت دمای مناسب

دربتن های سبک سازه ای وپردوام به شدت حائزاهمیت است وازاین نظرتفاوتی بابتن معمولی ندارد.

حداقل دمای مجاز۵+ وحداقل دمای مرطوب۱۰+ درجه سانتی گراداست.درمقابل

حداکثردمای مجاز معمولابین۳۲-۳۰درجه سانتی گراد تاهنگام گیرش می باشد.

درهوای سردوگرم که بتن بادمای مناسب تولیدمی شود به هیچ وجه نبایددرحین اجرا

تاخیربه وجودآوردچراکه باتبادل گرمائی،دمای مطلوب آن ازبین می رود.

اصل همگنی یاعدم جداشدگی:

اصل جداشدگی و عوامل موثربرآن همانندبتن معمولی است،امابرای بتن سبکدانه

یک عامل دیگری به نام اختلاف درچگالی ذرات خمیرسیمان یاملات وجوددارد که میتواندباعث جداشدگی شود.

این عوامل جداشدگی می توانندبه صورت داخلی باشند صرفااستعدادجداشدگی

رابه وجودمی آورند ودرمقابل می توانندخارجی باشند که مربوط به مرحله اجراهستند واستعدادراشکوفامی گنند.

همچنین ازعوامل داخلی بالارفتن حداکثر اندازه سبکدانه می باشد که بهتراست

حداکثراندازه سبکدانه به۲۰میلی مترمحدودشود وتوصیه موکدمی گرددتاازحداکثراندازه۱۵-۱۲میلی متراستفاده شود.

اصل عدم آلودگی بتن به موادمضر:

درزمان حمل،ریختن وتراکم بتن نبایدموادمضری مانند ریزدانه های رسی،موادشیمیایی

که شامل چربی هاوموادقندی و…بابتن مخلوط گردد. همچنین مخلوط نمودن موادی

مانندگچ اصلاتوجیه مناسبی ندارد.به طورکلی دراین رابطه هیچ تفاوتی بین بتن معمولی وسبکدانه وجودندارد.

اصل عدم کارکردن بابتن درمرحله گیرش:

اگرعملیات بتن ریزی بابتنی که درمرحله گیرش است انجام گیرد

مقاومت ودوام آن به شدت کاهش می یابد ونفوذپذیری آن زیادمی شود.

بتن مانندملات گچ زنده است که اگرآن را به طورمرتب هم بزنیم وآن راورزدهیم تبدیل به ملات گچ مرده می شود

که بهشدت دوام ومقاومت ان راکاهش می دهد.

درهوای گرم  ویادربتن بادمای زیادگیرش زودتروبهترانجام می شود.

اصل پیوستگی وتداوم بتن ریزی:

اگربه هرعلت درهنگام بتن ریزی،لایه های زیرین قبل ازریختن وتراکم لایه هایی سطحی گیرش

خودراانجام داده باشنددرزسرد یاCold Jointبه وجودمی آید.دراین رابطه هم فرقی بین بتن معمولی

وسبکدانه هاوجودندارد.دراین امرمیتوان باتجهیزنمودن محیط کارگاه،بالابردن توان تولیدوحمل درریختن وتراکم بتن،

بالابردن زمان گیرش بتن،ایجاددرزهای اجرایی مناسب وکاهش سطح بتن ریزی

ویاکاهش ضخامت لایه هاامکان ایجاددرزسردرابه حداقل ممکن رساند.

 

ویژگی مهم دانه های لیکا

وازه لیکاازعبارت Light Expanded Clay Aggregate

تشکیل شده است که به معنی فارسی

دانه رس منبسط شده تعریف می شود.

ویژگی مهم دانه های لیکا | لیکادارای یک سری ویژگی می باشدکه عبارت است از:

وزن کم:

وزن مخصوصی که دانه های لیکادارند بینkg/m3320تا۲۲۰ ووزن مخصوصی که بتن لیکادارد

درحالت متراکمkg/m3950 ودرخالت غیرمتراکمkg/m3700می باشد.

وزن کم دانه های لیکا به دلیل فضای خالی داخل دانه هاست که برحسب دانه بندی

بین۷۳تا۸۸درصدفضای کل آن رااشغال می کند.

عایق حرارتی:

براساس آزمایشاتی که مرکزتحقیقات ساختمان ومسکن انجام داده است دانه های لیکادارای

ضریب هدایتی حرارتی۰٫۰۹-۰٫۰۰۱w/mcمی باشند.به دلیل تخلخل بالایی

که دردانه های لیکا وجوددارد

قابلیت رسانایی حرارتی ناچیزبه وجودمی آید. که این مقداررسانایی

حرارتی دردانه های بزرگترکاهش می یابد.

براساس نتایج این مرکز بتن سبک لیکا دارای ضریب

هدایت حرارتی w/mc0.17می باشد.

مصالح عایق باعث می شوندکه میزان مصرف سوخت والکتریسیته

وهزینه های جاری ساختمان به شدت کاهش پیداکند.

مقاوم دربرابرآتش:

برای دیوارهایی که باقطعات درصورتی که دارای موادآلی وسوختنی کمترازیک درصدوزنی

یاحجمی باشند بدون نیازبه آزمون درگروهA1 وتکنش دربرابرآتش قرارمی گیرند.

بلوک های لیکا درحدود۲الی۳ساعت مقاومت دربرابر آتش رادارند.

آسایش حرارتی:

به دلیل عایق سازی پوسته خارجی ساختمان ها میتوان باعث صرفه جویی

دردرمصارف انرژی وکوچک ترنمودن تاسیسات گرمایشی وسرمایشی شد

که عمل باعث تامین کردن آسایش حرارتی برای ساکنین می شود.

پایداری ومقاومت مکانیکی:

دربیشتر ساختمان هایی که امروزه ساخته می شود به دلیل

داشتن اسکلت فلزی یابتنی وظیفه بابری برعهده ساختمان قرارمیگیرد

واکثرادیوارهاغیرباربرهستند.علیرغم نداشتن وظیفه باربری وعملکردسازه ای

بایدحداقل مقاومت جهت پایداری درمقابل عواملی ازجمله:

قابلیت تحمل وزن دیوار:

قابلیت تحمل وزن یاباراستاتیکی قطعات نما،پلاستروسایرقطعات الحاقی مانندقفسه یاکابینت

قابلیت تحمل ایستایی دربرابرنیروهای پایداراستاتیکی وفعال دینامیکی باد

و…راداشته باشد.

بلوک های لیکابنابراستانداردملی به شماره۷۷۸۲درهرسانتی مترمربع دارای

حداقل۲۰کیلوگرم می باشند.بلوک های لیکادارایبیشترین مقاومت فشاری باتوجه

به سبکی وپایین بودن چگالی  می باشند.تضمین کننده مقاومت های

لازم برای یک دیوارغیرباربر،مقاومت فساری آن است.

مقاومت صوتی:

همانطورکه می دانیم صدا یک نوع موج مکانیکی طولی است که درگازها،مایعات

وجامدات ایجادمی شود. گستره بسامدی امواج صوتی برای انسان ها۲۰تا۲۰هزارهرتز

می باشد.اکثر صداهای آزاردهنده  ای که درساختمان هاوجوددارندمانندصدای موزیک،

صدای صحبت بین افراددرهوامنتقل می شوند.طبق استانداردملی مسکن ساختمان بااستفاده

ازبلوک های لیکامیتوان مقاومت صوتی دیوارهای یک ساختمان را افزایش داد.

 

 

 

 

نحوه تولید بلوک سبک

بلوک های سبک دردوحالت تولید می شوند:

تولید درخط ثابت وتولیددرخط متحرک

تولیددرخط ثابت:

نحوه تولید بلوک سبک | دراین حالت جهت تولیدانواع بلوک های سبک ابتدابارگیری مواداولیه صورت می گیرد

(به دوشکل وزنی وحجمی که قابل تنظیم است)پس ازوزن سنجی .حجم سنجی مواداولیه

که شامل پوکه صنعتی لیکامی شود وماسه ازدیواره های بچینگ پلانت به  داخل

میکسربچینگ پلانت ریخته می شودوسپس آب وسیمان موردنیازریخته می شودودرنهایت ملات آماده تولیدو

ازطریق نوارنقاله به درون مخزن دستگاه ریخته می شود.

نحوه تولید بلوک سبک | پس ازانجام این مرحله دستگاهی بافشار۵۰۰تن وویبره کافی،بلوک راروی پالت چوبی تولیدکرده

وازقسمت نوارنقاله به قسمت آسانسوراتوماتیک منتقل می کند.

پس ازاین مرحله پالت های تولیدشده به وسیله لیفتراک به درون فضای عمل آوری منتقل می شود.

بعدازانجام این مراحل بعداز۲۴ساعت بلوک های تولیدی برروی پالت های فلزی منتقل شده

وبه نشان گذاری اطلاعات مربوط به بچ تولیدبه انبارتولیدات منتقل می شوند تاپس ازانجام یک

دوره عمل آوری وانجام آزمایشات کیفی به محل مصرف حمل شوند.

تولیددرخط متحرک

نحوه تولید بلوک سبک | همانندتولیددرخط ثابت جهت تولیدانواع بلوک های سبک دراین سیستم نیزابتدابارگیری مواداولیه

که به شکل وزنی وحجمی قابل تنظیم هستند صورت می گیرد که پس ازورن سنجی وحجم سنجی

مواداولیه که سامل پوکه صنعتی لیکا وماسه می شود ازدیواره بچبنگ پلانت به

درون باگت الواتورریخته می شودوپس ازطی مسیر به درون مخزن میکسرواردمی شود.

پس ازانجام این مرحله سیمان وآب موردنیازاضافه می شود وعمل میکس مخلوط به مدت۴دقیقه صورت می پذیرد.

پس ازآماده شدن بتن سبک،مخلوط آماده شده به درون باگت تراکتور ریخته می شود

وتامحل قرارگیری دستگاه بلوک زنی حمل می شود.مخلوط آماده تولیدبه درون باگت

دستگاه بلوک زنی ریخته می شود وپس ازانجام عملیات پرکردن،ویبره وپرس،بلوک نهایی تولیدمی شود.

ازسیستم آب پاشی جهت عمل آوری بلوک استفاده می شود که این عمل آب پاشی به مدت۲روزانجام می شود.

درنهایت این بلوک های تولیدی بروی پالت هایی ازجنس فلزی چیده شده وپس ازثبت اطلاعات تولیدی

بررروی این بلوک ها به محل انبارمحصولات منتقل می شوند تاپس ازانجام آزمایشات کیفی به محل مورداستفاده حمل شوند.