مصالح و اجزای بتن

مصالح و اجزای بتن عبارتند از سيمان، سنگدانه درشت يا مصالح سنگی درشت دانه (شن)، سنگدانه ريز يا مصالح سنگی ريزدانه (ماسه) و آب. علاوه بر اين مصالح، مواد اصلاح كننده خواص بتن، يعنی مواد افزودنی ، پوزولان‌ها و مواد شبه سيمانی ، نيز می توانند در بتن استفاده شوند.

۱- کلیات

۲- سيمان

سيمان های مصرفی در بتن عبارتند از سيمان های پرتلند پنج گانه و سيمان های ويژه.

۲ –۱- سيمان های پرتلند

سيمان پرتلند، نوعی سيمان هيدروليكی است كه به طور عمده شامل CaO است. اين اكسيدها عمدتا به صورت پيوند يافته در بتن وجود دارند.

به منظور تنظيم و افزايش زمان گيرش سيمان پرتلند، كلينكر آن را به همراه مقدار مناسبی سنگ گچ يا سولفات كلسيم متبلور خام آسياب می كنند.

انواع سيمان‌هاي پرتلند عبارتند از:

۱) سيمان پرتلند نوع يك (I) ، يا سيمان پرتلند معمولی ، كه با نماد ( پ – ۱) نشان داده می شود.

سيمان پرتلند نوع يك، خود به سه نوع ( ۳۲۵ – ۱ ) ، (۴۲۵ – ۱) و (۵۲۵ – ۱) تقسيم می شود.

۲) سيمان پرتلند نوع دو (II)، يا سيمان پرتلند اصلاح شده، كه با نماد (پ – ۲) نشان داده می شود.

۳) سيمان پرتلند نوع سه (III)، يا سيمان زود سخت شونده، كه با نماد (پ – ۳) نشان داده می شود.

۴) سيمان پرتلند نوع چهار (IV)، يا سيمان با حرارت زايي كم، كه با نماد (پ – ۴) نشان داده می شود.

۵) سيمان پرتلند نوع پنج (V)، يا سيمان مقاوم در برابر سولفات، كه با نماد (پ – ۵) نشان داده می شود.

سيمان‌های پرتلند را به صورت كيسه‌ای بسته‌بندی و مصرف كرده و يا به صورت فله‌ای مصرف می كنند.

۱-۱-۲- سيمان پرتلند سفيد

اين سيمان، از آسياب كردن كلينكر سيمان سفيد با مقدار مناسبی سنگ گچ به دست می آيد. ميزان اكسيد آهن و اكسيد منيزيم در اين نوع سيمان ناچيز است.

۲-۱-۲- سيمان پرتلند رنگي

سيمان پرتلند رنگی ، از افزودن مواد رنگی معدنی بی اثر شيميايی به سيمان پرتلند معمولی يا سفيد به دست می آيد. از سيمان پرتلند معمولی برای ساخت سيمان‌های پرتلند رنگی قرمز، قهوه‌ای و سياه‌، برای عنوان بتن سازهای مجاز است.

۳-۱-۲- سيمان پرتلند پوزولانی

سيمان پرتلند پوزولانی ، چسباننده‌ای هيدروليكی است كه مخلوط كامل‌، يكنواخت و همگنی از سيمان پرتلند و پوزولان می باشد.

سيمان‌های پرتلند آميخته با پوزولان‌های طبيعی ، به دو گروه سيمان پرتلند پوزولانی معمولی و سيمان پرتلند پوزولانی ويژه تقسيم بندی می شوند.

سيمان پرتلند پوزولانی معمولی، دارای پوزولان به ميزان حداقل ۵ و حداكثر ۱۵ درصد وزنی می باشد. اين نوع سيمان با نماد (پ.پ) نشان داده می شود و برای مصارف عمومی در ساخت ملات يا بتن به كار می رود.

سيمان پرتلند پوزولانی ويژه، دارای پوزولان به ميزان بيش از ۱۵ درصد تا ۴۰ درصد وزنی است. اين نوع سيمان با نماد (پ.پ.و) نشان داده می شود و معمولاً برای ساخت بتن‌های حجيم و نيز در مواردی كه بتن تحت تهاجم شيميايی قرار می گيرد به كار ميرود. اين نوع سيمان، حرارت هيدراسيون كمی دارد، در برابر املاح شيميايی مقاوم و مقاومت فشاری آن در روزهای اوليه (تا سه روز) كم است.

۴-۱-۲- سيمان پرتلند روباره‌اي يا سرباره‌اي

اين سيمان، از آسياب كردن ۱۵ تا ۹۵ درصد سرباره كوره آهنگدازی فعال و غيركريستالی (آمورف)، با سيمان پرتلند به دست می آيد. اين نوع سيمان پايداری بيشتری در برابر سولفات‌ها دارد و بتن ساخته شده با آن، نفوذپذيری كمتر و دوام بيشتری دارد. اين نوع سيمان، در مقايسه با سيمان پرتلند معمولی، ديرگيرتر و حرارت هيدراسيون آن كمتر است.

۳-۲-۲- ضوابط الزامی بسته‌بندی ، حمل و نقل، انبار كردن و مصرف سيمان‌های كيسه‌ای

۱) سيمان پرتلند بايد در كيسه‌های مناسب، مقاوم و قابل انعطاف بسته‌بندی شود، به گونه‌ای كه رطوبت و مواد خارجی نتوانند به داخل آن نفوذ كنند و كيسه سيمان در هنگام حمل و نقل پاره نشود.

۲) مشخصات پاكت كاغذی سيمان‌های كيسه‌ای می بايد مطابق با استاندارد ملّی ايران به شماره ۴۵۴۳ باشد. استفاده از پاكت‌ها يا كيسه‌های نفوذپذير در برابر رطوبت مجاز نيست.

۳) بر روی كيسه‌های سيمان بايد نوع سيمان پرتلند (يك تا پنج ) و تاريخ توليد سيمان درج شود. در سيمان‌های نوع يك ، بايد مقاومت سيمان نيز قيد گردد.

۴) وزن اسمی هر كيسه سيمان پرتلند ۵۰ كيلوگرم می باشد.

۵) برای هر محموله وارد شده به كارگاه، مشخصات كارخانه و نوع سيمان و تاريخ توليد بايد در برگ تحويل ثبت شده باشد.

۶) سيمان‌های كيسه‌ای بايد بر اساس نوع به طور جداگانه در انبار نگهداری شوند، به گونه‌ای كه امكان اشتباه آنها با هم وجود نداشته باشد.

۷) سيمان‌های كيسه‌ای بايد بر روی كف خشك، كه دست كم به اندازه ۱۰۰ ميليمتر از سطح اطراف خود بالاتر باشد، قرار گيرند.

۸) شرايط انبار و ترتيب قرار دادن كيسه‌های سيمان در انبار بايد به گونه‌ای باشد كه كيسه‌ها، به ترتيب ورود به انبار مصرف شوند.

۹) در مناطق خشك‌، حداكثر تعداد كيسه سيمان كه می توان بر روی هم انبار كرد ۱۲ پاكت است‌، مشروط بر اينكه ارتفاع كل آنها از ۸/۱ متر تجاوز نكند. اعداد فوق در مناطق شرجی و با رطوبت نسبی بيش از ۹۰ درصد، به ترتيب ۸ پاكت و ۲/۱ متر می باشد.

۱۰) در مناطق خشك، كيسه‌های سيمان بايد نزديك به يكديگر، با فاصله ۵۰ تا ۸۰ ميليمتر از يكديگر قرار داده شوند تا عبور جريان هوا از بين كيسه‌ها موجب خشك شدن سيمان بشود‌. در مناطق شرجی و با رطوبت نسبی بيش از ۹۰ درصد، كيسه‌های سيمان بايد به يكديگر چسبانيده شوند.

۱۱) كيسه های سيمان، در همه مناطق، بايد حداقل ۳۰۰ ميليمتر از ديوارها و ۶۰۰ ميليمتر از سقف فاصله داشته باشند.

۱۲) در مناطق و در فصل‌هايی كه احتمال بارندگی وجود داشته باشد، كيسه‌های سيمان يا بايد در انبارهای سرپوشيده نگهداری شود و يا اينكه روی آنها با ورقه های پلاستيكی پوشانيده شده و اين ورقه‌ها به نحو كاملاً مطمئنی در اطراف پايدار و محكم شود. در اين مناطق و در اين فصل‌ها، درها، پنجره‌ها و سيستم‌های تهويه بايد بسته نگهداشته شوند تا از جريان هوای مرطوب در انبار جلوگيری شود.

۱۳) سيمانی كه به مدت زياد انبار شود ممكن است به صورت كلوخه‌های فشرده در آيد. اين گونه سيمان‌ها را بايد با غلتانيدن پاكت‌ها بر روی كف اصلاح كرد تا به صورت پودر درآيند. در صورتی كه با يك بار غلتانيدن‌، كلوخه به پودر تبديل شود آن را مي توان مصرف كرد وگرنه قبل از مصرف بايد تحت آزمايش‌های مندرج در فصل دهم قرار گيرد و ضوابط اين فصل كنترل شود‌.

۱۴) ساير ضوابط نگهداری و مصرف سيمان، مطابق با استاندارد ملّی ايران ، به شماره ۲۷۶۱ می باشد.

۲-۳- ضوابط الزامی انبار كردن و مصرف سيمان های فله

۱) سيمان‌های فله‌، بايد در سيلوهای استاندارد نگهداری شوند.

۲) سيلوهای سيمان و شالوده های آنها بايد از نظرسازهای محاسبه و طراحی شده باشند.

۳) سيلوهای سيمان بايد مجهز به ترازنما، برای تعيين موقعيت تراز سيمان در داخل سيلو، و نيز دريچه ای در پايين برای ميل زدن، در صورت طاق زدن سيمان باشند.

۴) برای هر محموله وارد شده به كارگاه، مشخصات كارخانه و نوع سيمان و تاريخ توليد سيمان بايد در برگ تحويل ثبت شده باشد.

۵) از آنجا كه انتقال سيمان از مخزن كاميون به داخل سيلو به كمك هوای فشرده صورت می گيرد و در نتيجه سيمان به تدريج متورم می شود، نبايد بيش از ۸۰ درصد ظرفيت اسمی سيلوها را پر كرد.

۶) سيمان‌های فله را بايد براساس نوع آنها به طور جداگانه نگهداری كرد، به گونه‌ای كه امكان اشتباه آنها با هم وجود نداشته باشد. نوع سيمان موجود در هر سيلو بايد به نحو مناسبی مشخص شود.

۷) سيمان نگهداری شده در سيلو، بايد حداكثر ۹۰ روز پس از توليد مصرف شود، و اگر بنا به دلايل غير قابل اجتناب اين امر امكان پذير نشد، بايد قبل از مصرف تحت آزمايش قرار گيرد.

۸) ساير مشخصات سيلوها و ضوابط نگهداری سيمان در آنها، مطابق با استاندارد ملّی ايران، به شماره ۲۷۶۱ می باشد.

۳- سنگدانه يا مصالح سنگي

سنگدانه‌های بزرگتر از ۴/۷۵ ميليمتر (بعد چشمه هاي الك نمره ۴) را سنگدانه درشت يا شن و سنگدانه‌های ريزتر از ۴/۷۵ ميليمتر را سنگدانه ريز يا ماسه می نامند.

طبق تعريف، (بزرگترين اندازه اسمی سنگدانه) عبارت است از اندازه كوچكترين الكی كه حداكثر ۱۰ درصد وزنی سنگدانه روی آن باقی بماند.

۱-۳- محدوديت بزرگترين اندازه اسمی سنگدانه های درشت

بزرگترين اندازه اسمی سنگدانه‌های درشت نبايد از هيچ يك از مقادير زير بيشتر باشد:

۱) يك پنجم كوچكترين بعد داخلی قالب بتن

۲) يك سوم ضخامت دال

۳) سه چهارم حداقل فاصله آزاد بين ميلگردها

۴) سه چهارم پوشش بتن روی ميلگردها

۵) ۳۸ ميليمتر در بتن آرمه

۶) ۶۳ ميليمتر در بتن حجيم غيرمسلّح

۲-۳- ضوابط حمل و نقل، تحويل و نگهداری سنگدانه‌های مصرفی در بتن

ضوابط بارگيری، حمل و نقل، تخليه و انباركردن سنگدانه‌های مصرفی در بتن به قرار زير است:

۱) شرايط بايد به گونه ای باشد كه مواد خارجی و زيان آور در سنگدانه ها نفوذ نكنند.

۲) شرايط بايد به گونه ای باشد كه دانه های ريز و درشت در يك دپو از يكديگر جدا نشوند.

۳) شرايط بايد به گونه ای باشد كه سنگدانه ها شكسته نشوند.

۴) محل نگهداری سنگدانه ها بايد دور از پوشش گياهی و مواد آلوده كننده باشد.

۵) شن‌های با حداكثر اندازه بيش از ۳۸ ميليمتر، بايد در دو گروه كمتر و بيشتر از ۲۵ ميليمتر نگهداری شوند. شن‌های با حداكثر اندازه ۳۸ ميليمتر يا كمتر بايد در دو گروه كمتر و بيشتر از ۱۹ ميليمتر نگهداری شوند. اين كار امكان جدا شدن دانه‌ها از يكديگر را كاهش می دهد.

۶) ديواره‌های تقسيم دپوی مصالح سنگی بايد به گونه‌ای مقاوم و پايدار باشد كه در صورت خالی بودن يك قسمت و پر بودن قسمت مجاور، ديواره بر اثر رانش سنگدانه‌ها تخريب يا جا بجا نشود.

۷) در هنگام بارش و يا يخبندان، بايد سنگدانه‌های واقع در فضای آزاد با برزنت يا ورقه‌های پلاستيكی پوشانيده شود.

۸) در هنگام گرمای شديد، بايد بر روی سنگدانه های واقع در فضای آزاد، سايبان درست شود.

۹) شيب مخروط های دپوی شن و ماسه نبايد زياد باشد زيرا شيب زياد دپوها موجب جدا شدن دانه‌های ريز و درشت از هم می شود.

۱۰) سنگدانه‌ها تا حد امكان بايد به صورت لايه هايی با ضخامت يكسان بر روی يكديگر ريخته شده و انبار شوند. سنگدانه‌ها بايد با لودر يا وسايل مناسب ديگر به گونه‌ای برداشته شوند كه هر بار قسمت‌هايی از همه لايه‌های افقی برداشته شوند.

۱۱) در صورت تخليه سنگدانه‌ها هنگام باد، بايد تدابيری اتخاذ گردد كه از جدا شدن ذرات ريز جلوگيری شود‌.

۱۲) محل دپوی شن و ماسه بايد به گونه‌ای باشد كه همواره امكان تخليه آب مازاد آنها وجود داشته باشد.

۱۳) سنگدانه‌های انبار شده در دپو بايد حداقل ۱۲ ساعت در محل باقی مانده و سپس مصرف شود. اين امر موجب می شود كه رطوبت سنگدانه‌ها به حد يكنواخت و پايدار برسد.

۱۴) سيلوی ذخيره سنگدانه‌ها حتي المقدور بايد با مقطع مربع يا دايره و شيب مخروط يا هرم تحتانی آن كمتر از ۵۰ درجه باشد. مصالح سنگی بايد به صورت قائم در داخل سيلو ريخته شود تا از برخورد مواد سنگی با كناره‌های سيلو جلوگيری شده و دانه‌ها از هم جدا نشوند.

در صورتی كه سيلوی ذخيره سنگدانه‌ها پر باشد امكان شكسته شدن سنگدانه‌ها و تغيير دانه‌بندی آن كاهش می يابد. برای خالی كردن سنگدانه‌ها به داخل سيلو، بايد از نردبان ويژه مصالح سنگی استفاده شود. در صورتی كه شرايط به گونه‌ای باشد كه امكان شكسته شدن سنگدانه‌ها در حين جابجا كردن يا انبار كردن وجود داشته باشد، بايد قبل از ساخت بتن با اين سنگدانه‌ها، بار ديگر آنها را دانه بندی كرد.

۱۶) ضوابط مربوط به جلوگيری از جدا شدن سنگدانه‌ها بايد در مورد سنگدانه‌های گرد گوشه، كه بيشتر مستعد اين امر هستند، جديتر رعايت شود.

۱۷) در هنگام بارش برف و يخبندان، سنگدانه‌ها بايد به گونه‌ای انبار شوند كه امكان يخ‌زدگی و نيز جمع شدن برف و يخ بين دانه‌ها وجود نداشته باشد.

۱۸) هنگام تحويل هر محموله از سنگدانه‌های وارده به كارگاه‌، بايد مشخصات مذكور در اسناد تحويل سنگدانه‌ها با مشخصات سفارش داده شده و نيز سنگدانه‌های وارده بررسی ، مقايسه و انطباق آن كنترل شود.

۱۹) درهنگام تحويل هر محموله از سنگدانه‌های وارده به كارگاه‌، بايد وضعيت ظاهری آن‌ها از نظر اندازه، شكل دانه‌ها و ناخالصي‌های آن با چشم كنترل شود.

۴- آب

آب به سه صورت در بتن به كار می رود: آب مصرفی برای شستشوی سنگدانه‌ها، آب به عنوان يكی از اجزای تشكيل دهنده بتن كه در هنگام ساخت آن به كار می رود و آب مصرفی برای عمل آوری بتن.

۱-۴- ضوابط حمل و نقل، نگهداری و ذخيره كردن آب مصرفی در بتن

آب مصرفی بتن در كارگاه‌ها بايد به گونه‌ای حمل و نقل و نگهداری شود كه احتمال ورود مواد مضر به داخل آن و نيز رشد خزه‌ها و مواد آلی در آنها وجود نداشته باشد.

۵- مواد افزودنی

مواد افزودني يا چاشنی های بتن موادی هستند كه غير از مواد اصلی (سيمان، آب و مصالح سنگی)، در حين اختلاط به بتن يا ملات افزوده می شوند. مقدار افزودنی ها كم است و در تعيين نسبت‌های اختلاط به حساب نمی آيند.

مواد افزودنی معمولاً به صورت گرد يا مايع هستند و يك يا چند ويژگی بتن تازه يا سخت شده را تغيير می دهند و هدف از كاربرد آنها اصلاح برخی از اين ويژگی ها است ، اگرچه در عين حال ممكن است موجب اختلال و بروز عيب در پاره‌ای از ويژگی های مطلوب بتن شوند، كه اين امر نبايد خارج از محدوده مجاز استاندارد باشد‌.

مواد افزودنی اگر فقط بر روی يكی از خواص بتن (تازه يا سخت شده) تأثير بگذارند مواد افزودنی تك منظوره و در غير اين صورت مواد افزودنی چند منظوره ناميده می شوند. مواد افزودنی چند منظوره دارای يك عملكرد اصلی و يك يا چند عملكرد جنبی هستند كه بسته به مورد مصرف ممكن است عملكرد اصلی آنها تغيير كند.

مواد افزودنی مورد نظر در اين بند، مواد افزودنی شيميايی هستند كه به صورت صنعتی و شيميايی توليد می شوند.

مواد افزودنی را يا می بايد با كمی از آب اختلاط بتن مخلوط كرده و همراه با ساير اجزای بتن به داخل مخلوط كن ريخت، و يا اينكه آن را به صورت تدريجی به مخلوط كنِ در حال كار وارد كرد. سازگاری افزودنی ها با يكديگر و نيز با سيمان می بايد بررسی گردد.

۱-۵ ميزان مصرف

حداكثر ميزان مصرف مواد افزودنی ۵ درصد وزنی سيمان است. استفاده از كلريد كلسيم فقط در بتن بدون فولاد مجاز است و حداكثر مقدار مصرف آن ۲ درصد وزنی سيمان است. در هر حال مواد افزودنی نبايد بيشتر از مقداری كه توليدكننده مشخص كرده است، مصرف شوند.

۲-۵- انواع مواد افزودنی تك منظوره

۱) ماده افزودنی كندگيركننده

۲) ماده افزودنی تندگيركننده

۳) ماده افزودنی زود سخت كننده يا تسريع كننده زمان سخت شدگي

۴) ماده افزودنی حباب هواساز

۵) ماده افزودنی نگهدارنده آب

۶) ماده افزودنی كاهنده جذب آب

۳-۵- انواع مواد افزودني چند منظوره

۱) ماده افزودنی كاهنده آب / روان كننده

۲) ماده افزودنی كاهنده آب قوي / روان كننده قوی، يا فوق كاهنده آب / فوق روان كننده

۳) ماده كندگيركننده / كاهنده آب / روان كننده

۴) ماده افزودنی تندگيركننده / كاهنده آب / روان كننده

۵) ماده افزودنی كندگيركننده / كاهنده آب قوی / روانكننده قوی ، يا كندگيركننده/ فوق كاهنده آب / فوق روان كننده

۶- مواد جايگزين سيمان يا مكمل سيمان

اين مواد به منظور تأمين يك يا چند خاصيت زير، بسته به مورد، به كار مي روند:

۱ – كاهش مصرف سيمان

۲ – كاهش سرعت و ميزان حرارت هيدراسيون

۳ – افزايش مقاومت بتن

۴ – افزايش پايايی بتن از طريق كاهش نفوذپذيری آن

۱-۶- پوزولان‌ها

پوزولانها عبارتند از مواد سيليسی يا سيليسی و آلوميني كه خود به تنهايی فاقد ارزش چسبانندگی اند يا ارزش چسبانندگی آنها كم است، اما به صورت ذرات بسيار ريز، در دمای متعارف و در مجاورت رطوبت با هيدروكسيد كلسيم واكنش می دهند و تركيباتی را توليد می كنند كه ساختار آنها تا حدودی مشابه تركيباتی است كه بر اثر هيدراسيون سيمان پرتلند توليد می شود. پوزولان‌ها بر دو نوعند‌: پوزولان‌های طبيعی و پوزولان‌های مصنوعی يا صنعتی.

پوزولان‌های طبيعی در انواع خام يا تكليس شده وجود دارند و به طور عمده شامل خاكسترهای آتشفشانی غير بلورين می باشند.

پوزولان های مصنوعی يا صنعتی به طور عمده شامل دوده سيليس، خاكستر بادی ، و خاكستر پوسته برنج می باشند.

دوده سيليس يا ميكرو سيليس محصول فرعی كوره های قوس الكتريكی صنايع فرو آلياژ و فرو سيليس بوده و ماده‌ای است با فعاليت پوزولانی بسيار شديد كه بيش از ۸۵ درصد سيليس بلوری نشده دارد.

خاكستر بادی محصول فرعی سوخت زغال سنگ است كه شامل سيليس، آلومين و اكسيدهای آهن و كلسيم است.

خاكستر بادی در رده های F (با اكسيد كلسيم حداكثر ده درصد) و C (با اكسيد كلسيم بيش از ده درصد) وجود دارد. خاكستر بادی رده C، در محيط بتن خاصيت سيمانی شدن نيز دارد، و آن را می توان جزو مواد شبه سيمانی به حساب آورد. خاكستر پوسته برنج از سوختن پوسته برنج به دست می آيد و دارای ميزان زيادی سيليس غير كريستالی يا آمورف است.

۲-۶- مواد شبه سيمانی

مواد شبه سيمانی دارای خاصيت پنهان هيدروليكی هستند و در صورتی كه به گونه‌ای مناسب فعال شوند خواص سيمانی پيدا می كنند. اين مواد فقط در محيط قليايی با آب واكنشی مشابه سيمان پرتلند نشان می دهند . متداول‌ترين مواد شبه سيمانی ، روباره يا سرباره كوره آهنگدازی و خاكستر بادی رده C هستند.

مهندس دنیا خضرایی (کارشناس ارشد سازه)

انتشارات نوآور

ناشر تخصصی کتب نظام مهندسی و عمران