بتن و اجزای آن

تعریف بتن

بتن جسم بسیار سخت و سنگ مانندی است که از ترکیب مقدار معین و حساب شده ی سیمان، شن، ماسه و آب بدست می آید. در بعضی موارد از اجزای دیگری به نام مواد افزودنی نیز در ساخت بتن استفاده می شود. پس از اینکه آب به مخلوط مصالح سنگی و سیمان افزوده شد، سیمان و آب با هم وارد فعل و انفعالات شیمیایی حرارت زا می شوند. در اثر این فعل و انفعالات، ماده ی ژله مانند و چسبنده ای به وجود می آید که مصالح مختلف داخل مخلوط را به هم پیوند می دهد و آن را به صورت جسم سختی در می آورد. آشنایی کامل با خواص سیمان، مصالح سنگی، آب، مواد افزودنی و نیز چگونگی ساخت بتن، حمل، ریختن، جادادن، تراکم، عمل آوردن و پرداخت آن، همچنین اطلاعاتی درباره میلگرد و قالب بندی در کارهای بتنی، آزمایش های مختلف بر روی بتن تازه و سخت شده و بتن ریزی در شرایط خاص مباحثی است که امروزه دانستن آن برای همه کارگزاران کارهای بتنی ضروری و اجتناب ناپذیر است.

تاریخچه بتن

استفاده از مواد شیمیایی در ساختمان از زمان های بسیار قدیم کتداول بوده است. مصریان قدیم گچ تکلیس شده ی ناخالص را در ساختمان به کار می بردند. یونانیان و رومی ها سنگ آهک تکلیس شده را مصرف می کردند و بعدها آموختند که به مخلوط آهک و آب، سنگ خرد شده و یا آجر و سفال های شکسته شده اضافه کنند و این اولین نوع بتن در تاریخ بود. به دلیل اینکه ملاک آهک در زیر آب سخت نمی شود، گذشتگان برای ساختمان های زیر آب، سنگ آهک و خاکستر آتشفشانی، یا پودر بسیار نرم سفال های سوخته شده را با هم آسیاب می کردند و به کار می بردند و سرانجام، توانستند آنچه را که بعدها به نام سیمان پوزولانی شناخته شد تولید کنند.

در سال 1756 میلادی بنایی به نام جان اسمیتون که مامور بازسازی چراغ دریایی ادیستون در ساحل جنوب غربی انگلیس شده بود، به این نتیجه رسید که بهترین ملات وقتی به دست می آید که مواد پوزولانی با سنگ آهک، حاوی مقدار زیادی از مواد رسی مخلوط شود. در سال 1824 میلادی معماری به نام ژوزف آسپدین، در شهر لیدز ساخت سیمان پرتلند را به ثبت رساند. در سال 1845 میلادی ایزاک جانسون نخستین نمونه ی سیمانی را که امروزه به نام سیمان پرتلند می شناسیم و در جریان تولید آن کلینکر ایجاد می شود، تولید نمود. بتن مسلح نیز حاصل کشف و اختراع ناگهانی یک نفر نیست، بلکه نتیجه ی کار، تلاش، آزمایش و تجربه ی تعدادی از مهندسان و معماران قرن نوزدهم است. با این حال در سال 1848 میلادی بود که لمبوت با ساختن یک قایق پارویی که با شبکه ای از میله های آهنی به شکل مربع مستطیل مسلح شده بود، اولین سازه ی بتن مسلح را، به صورتی که ما امروزه می شناسیم به وجود آورد. تا اوایل قرن بیستم هیچ روش تئوریک معتبری که مورد قبول همگان، برای طرح قطعات بتن مسلح باشد وجود نداشت، اما در همان قرن، با پیشرفت تحقیقات، تحولی اساسی در شناخت و بررسی رفتار بتن مسلح به وجود آمد.

محاسن بتن

1. فراوانی و در دسترس بودن مصالح: شن و ماسه و آب در اکثر مناطق به آسانی و وفور یافت می شود، به همین دلیل اغلب می توان بتن را با قیمت ارزان تهیه کرد و به کار برد.
   
2. فرم پذیری: بتن قبل از سخت شدن فرم پذیر است، از اینرو می توان آن را در هر قالبی و به هر شکلی ریخت.
   
3. مقاومت فشاری بالا: اگر در ساخت بتن از مصالح خوب و مناسب استفاده شود، و همچنین آب به مقدار لازم به کار رود و در طرح اختلاط و روش های اجرا دقت کافی به عمل آید، بتن، مقاومت فشاری بالایی خواهد داشت.
   
4. عمر طولانی: در وضعیت بهره برداری مناسب، سازه ی بتنی می تواند بدون آنکه مقاومت و باربری اش کاهش یابد، مدتی نامحدود دوام داشته باشد. (این امر ناشی از افزایش مقاومت بتن در طی گذشت زمان است)
   
5. مقاومت در مقابل آتش سوزی: در برابر آتش سوزی با درجه حرارتی معادل با 1000 درجه سانتیگراد حدود یک ساعت طول خواهد کشید تا فولادی که دارای پوشش بتنی برابر 5/2 سانتیمتر است، به دمای 500 درجه سانتیگراد برسد.

معایب بتن

1. مقاومت کششی بسیار کم: مقاومت کششی بتن حدود یک دهم مقاومت فشاری آن است. این قضیه با بکارگیری میلگردهای فولادی در سازه های بتنی مرتفع می شود.
   
2. وزن زیاد: به علت بزرگی ابعاد و جرم مخصوص بالای بتن، وزن سازه های بتنی در مقایسه با سازه های فولادی بسیار سنگین تر است. برای حل این مشکل می توان از دیوارهای نازک، اعضای توخالی، بتن پیش تنیده، بتن حاوی دانه های سبک و یا بتن با مقاومت بالا استفاده کرد.
   
3. قدرت انتقال صوت و قابلیت انتقال حرارت: این نقائی را می توان با استفاده از عایق های صوتی و حرارتی تا حد زیادی کاهش داد.

خواص بتن

در لحظات اولیه ی اختلاط بتن، بتن حالت خمیری دارد و پس از انجام عملیاتی از قبیل ریختن آن در قالب، متراکم کردن و نگهداری از آن، با گذشت زمان، خود را می گیرد و سخت می شود و در نتیجه به شکل قالب خود در می آید. بنابراین بتن دو دوره ی عمر، شامل حالت تازه و حالت سخت شده، دارد که باید در هر دو دوره انتظاراتی را که طراح سازه از آن دارد، برآورده سازد. خلاصه ای از این انتظارات به شرح زیر است:

خواص مطلوب بتن تازه

• قابلیت حمل: بتن باید در عین روانی، به صورت خمیری نسبتاً سفت باشد تا ضمن حمل و نقل، اجزای تشکیل دهنده ی آن از هم جدا نشده و در یک گوشه جمع نشوند.
  
• قابلیت ریختن: بتن را باید بتوان به سهولت، بدون اینکه انسجام آن به هم خورد، در محل مورد نظر تخلیه کرد.
  
• قابلیت جادادن: بتن را باید بتوان به راحتی در قالب جا داد به طوری که تمام گوشه ها و زوایای قالب ها و دور میلگردها را پر کند.
  
• قابلیت تراکم: باید بتوان تا حد امکان هوای محبوس در بتن ��ا خارج کرد و آن را متراکم نمود.
  
• قابلیت پرداخت: سطح بتن تازه را باید بتوان به راحتی صاف نمود و یا روی آن نقش مورد نظر را ایجاد کرد.

خواص مطلوب بتن سخت شده

بتن سخت شده بید تمام یا برخی از خصوصیات زیر را بسته به شرایط مورد نظر، داشته باشد:

1. مقاومت در مقابل نیروهای وارده
   
2. دوام در مقابل عوامل محیطی اعم از عوامل فیزیکی و شیمیایی و به تعبیر دیگر حفظ شدن کیفیت و قابلیت بهره برداری آن در طی زمان
   
3. مقاومت در مقابل حرارت زیاد و یا برودت زیاد
   
4. ثبات حجم، یعنی عدم تغییر حجم به میزانی که باعث شود تنش های ضافی در آن ایجاد شود.
   
5. مقاومت در مقابل اثر تخریبی آب و فرسایش
   
6. نفوذپذیری بسیار کم

اهمیت استفاده از سنگدانه های مناسب و مرغوب در بتن از آنجا معلوم می شود که سنگدانه های ریز و درشت عموماً 60 تا 75 درصد حجم بتن (70 تا 80 درصد وزن بتن) را اشغال می کنند و برخواص بتن تازه و سخت شده، نسبت های اختلاط، و به صرفه بودن بتن تاثیر بسزایی دارند. سنگدانه های ریز معمولاً از ماسه طبیعی یا سنگ خرد شده، که قطر بیشتر آنها کوچکتر از mm5 است، تشکیل شده اند. سنگدانه های درشت از شن یا دانه های سنگی خرد شده یا ترکیبی از آنها تشکیل می شوند و ذرات آنها غالباً از mm5 بزرگتر و معمولاً بین mm 5/9 (in 3/8 ) و mm 38 (in 1/2 1) است.

ویژگی های مصالح سنگی: مصالح سنگی باید از دانه های تمیز و مقاوم تشکیل شوند، عاری از مواد شیمیایی باشند و سطح آنها پوشیده از رس و یا مواد ریزدانه ای (مانند خاک، لای، سیلت، املاح، فضولات و مواد آلی دیگر) نباشد. بسیار از این املاح را می توان با شستن مصالح حذف کرد. به طور کلی مهم ترین ویژگی های مصالح سنگی بدین قرار است:

1. دوام در برابر سایش
   
2. مقاومت در برابر یخبندان
   
3. پایداری شیمیایی
   
4. شکل و بافت سطحی
   
5. دانه بندی
   
6. وزن مخصوص
   
7. جذب آب و رطوبت سطحی

دانه بندی: دانه بندی عبارت است از توزیع دانه های سنگدانه که از طریق جدایش به کمک الک تعیین می شود. اندازه دانه های سنگدانه با استفاده از الک های توری سیمی با سوراخ های مربع تعیین می شود.
هفت نوع الک استاندارد برای سنگدانه ریز دارای سوراخ هایی از الک نمره 100 (150mm) تا 9/5mm 

به طور کلی بزرگترین اندازه سنگدانه که می توان به کار برد، به اندازه و شکل عضو بتنی و مقدار میلگرد فولادی بستگی دارد.
بزرگترین اندازه دانه های سنگدانه نباید از موارد زیر تجاوز کند.

• یک پنجم نازکترین اندازه عضو بتنی
  
• سه چهارم فاصله آزاد میان میلگردها
  
• یک سوم ضخامت دال ها

از این ضوابط به شرطی می توان چشم پوشید که بنابر قضاوت و تشخیص مهندس مشاور، مخلوط دارای کارپذیری کافی باشد، به گونه ای که بتن بدون ایجاد فضاهای خالی یا کرموشدگی بدست آید.

جدول (1) دانه بندی سنگدانه ریز (ماسه) مصرفی در بتن

جدول (2) دانه بندی سنگدانه درشت (شن) مصرفی در بتن

شکل و بافت سطحی دانه ها: شکل و بافت سطحی مصالح سنگی درشت دانه برکیفیت بتن موثر است. 

هر چه سطح دانه ها صاف تر و گرد گوشه تر باشد در مقایسه با دانه های تیز گوشه به آب کمتری نیاز دارد. همین طور سنگدانه های تیزگوشه نسبت به سنگدانه های با سطح صیقلی و صاف برای نسبت آب به سیمان ثابت به سیمان بیشتری نیاز دارند. از لحاظ شکل، مصالح را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود:
مصالح گرد گوشه: یعنی سنگ هایی که طی سالهای زیاد تیزی گوشه های آنها گرفته شده است. 
(شن رودخانه ای)
مصالح تیز گوشه: دارای لبه های کاملاً مشخص در محل برخورد سطوح جانبی مختلف با یکدیگر هستند، مثل سنگ های شکسته.
مصالح پوکی: ضخامت آنها نسبت به دو بعد دیگرشان بسیار کم است. مثل سنگهای ورقه ای شده.
مصالح سوزنی: طول آنها نسبت به دو بعد دیگرشان بسیار زیاد است.
مصالح پولکی و سوزنی: ضخامت آنها بسیار کمتر از عرضشان و عرض آنها بسیار کمتر از طولشان است.
جذب آب و رطوبت سطحی سنگدانه ها: برای تولید بتن باید شرایط رطوبتی سنگدانه ها مد نظر قرار گیرد. چرا که مقدار آب مصرفی برای مخلوط بتن در کارگاه باید با توجه به شرایط رطوبتی سنگدانه ها تنظیم گردد تا آب اختلاط مخلوط با مقدار در نظر گرفته شده در هنگام طرح مخلوط تفاوتی نداشته باشد.
در صورتی که مقدار آب موجود در مخلوط بتن ثابت نماند، تمامی ویژگی های بتن اعم از مقاومت فشاری، کارایی، پایایی و سایر مشخصات آن تغییر خواهد کرد.
وزن مخصوص: چگالی (جرم حجمی نسبی) یک سنگدانه، عبارتست از نسبت وزن سنگدانه به وزن آب هم حجم آن (آبی که بر اثر غوطه ور کردن سنگدانه جابجا می شود). چگالی اکثر سنگدانه های طبیعی بین 4/2 و 9/2 قرار دارد. جرم حجمی های متناظر آنها بین 2400 و 2900 کیلوگرم بر متر مکعب است.
دوام در برابر سایش: مقاومت سایشی سنگدانه غالباً به عنوان شاخص کلی کیفیت آن به کار گرفته می شود. وقتی سنگدانه در بتنی به کار می رود که در معرض سایش قرار دارد، مثلاً در کف های پر رفت و آمد و در روسازی ها، مقاومت سایشی آن از اهمیت زیادی برخوردار است. مقاومت پایین سنگدانه در برابر سایش باعث می شود که در حین اختلاط مقدار ریزدانه در بتن افزایش یابد و در نتیجه ممکن است مقدار آب مورد نیاز بتن افزایش یابد.

حمل و نقل و نگهداری مصالح سنگی

ضوابط بارگیری، حمل و نقل، تخلیه و انبار کردن سنگدانه های مصرفی در بتن به قرار زیر است:

• بارگیری، حمل و تخلیه مواد سنگی بتن و انبار کردن آنها باید به نحوی باشد که مواد خارجی و زیان آور در آنها نفوذ نکنند و دانه های ریز و درشت از یکدیگر جدا نشوند.
  
• مصالح سنگی باید دور از پوشش گیاهی و مواد آلوده کننده نگهداری شود.
  
• شن و ماسه باید به طور جداگانه انبار شوند و در مواقعی که درشتی دانه های شن از 1/38 میلیمتر تجاوز کند، این دانه ها نیز باید در دو گروه انباشته گردند تا امکان جداشدگی دانه ها به حداقل برسد.
  
• دیوارهای تقسیم مصالح سنگی باید آنقدر محکم باشد که هنگام خالی شدن یک قسمت و پر بودن بخش دیگر، رانش سنگدانه ها آنها را خراب نکند.
  
• به هنگام بارش و یخبندان باید روی شن و ماسه را با برزنت با ورقه های پلاستیکی مناسب پوشانید و در گرمای شدید برای آنها سایبان ایجاد کرد تا زیاد از حد داغ نشوند.
  
• توده های شن و ماسه نباید به شکل مخروط های بلندی درآیند، زیرا این عمل سبب جداشدگی دانه های ریز و درشت می شود، بلکه باید آنها را در لایه هایی به ضخامت یکسان انبار نمود و جابجا کردن آنها را به صورت افقی انجام داد.
  
• به هنگام وزش باد باید از جدا شدن ذرات ریز در حین تخلیه جلوگیری شود.
  
• محل دپو باید چنان آماده گردد که همواره تخلیه یکنواخت آب مازاد امکانپذیر باشد.
  
• برای دستیابی به رطوبت یکنواخت برای مصالح سنگی در کارگاه باید حداقل این مصالح 12 ساعت در محل باقیمانده و سپس به مصرف برسند.
  
• ریختن مصالح سنگی به داخل سیلو باید به صورت قائم انجام شود تا از برخورد مواد سنگی با کناره های سیلو جلوگیری به عمل آید، زیرا این عمل سبب جداشدگی دانه ها می شود.
  
• پر بودن سیلوی مواد سنگی باعث کاهش شکسته شدن مصالح سنگی و حفظ دانه بندی مصالح خواهد شد. در صورتی که مواد سنگی در حین جابه جا کردن شکسته شوند، باید قبل از ساختن بتن آنها را مجدداً دانه بندی کرد.

انبار کردن سنگدانه ها

روش انبار کردن و نگهداری مصالح سنگی اهمیت زیادی دارد. یکی از مشکلاتی که در هنگام انباشتن سنگدانه ها در کارگاه مشاهده می شود، جدا شدن ذرات دانه های سنگی است. مصالح سنگی دانه بندی شده ممکن است در هنگام عملیات انباشتن دچار عارضه جداشدگی دانه ها شود. برای کنترل جداشدگی ذرات مصالح سنگی و به طور کلی در هنگام انبار کردن صحیح سنگدانه ها موارد زیر باید رعایت گردد.

• برای اجتناب از جدا شدن ذرات نباید انباشته سنگدانه ها دارای ارتفاع زیاد باشد، زیرا دانه های بزرگتر جدا شده و به پایین انتقال می یابند. بهترین روش برای انباشتن سنگدانه استفاده از کامیون است، به نحوی که تخلیه مصالح در کنار یکدیگر انجام پذیرد، تا بدین وسیله، انباشته های کوچک در مجاور هم قرار گیرند. روش دیگر انباشتن سنگدانه، استفاده از کلامشل (چنگک) است که سنگدانه ها را در طبقات با لایه های مختلف انبار می کند.
  
• عبور کامیون از بالای انباشته و تخلیه سنگدانه ها در انتهای آن مجاز نیست، زیرا سبب جدا شدن دانه ها می گردد. بهتر است لودر از کنار انباشته سنگدانه ها و از قسمت بالا به پایین، سنگدانه ها را بردارد به گونه ای که تمام لایه های افقی به طور همزمان مورد استفاده قرار گیرند. به طور کلی کامیونها و لودرها نباید بر روی انباشته رفت و آمد نمایند، زیرا نه تنها باعث شکستن سنگدانه ها می شوند، بلکه مواد مضر و آلوده را نیز به آن منتقل می کنند.
• سنگدانه ها باید روی سطح زمین سخت و خشک انبار شود. اگر چنین مکانی در کارگاه وجود ندارد، بهتر است که سنگدانه ها بر روی سکوی بتنی به ضخامت 10 سانتیمتر انباشته شود.

سیمان

اگر مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس در کوره ی دوار با حرارت زیاد پخته شود، سپس ضمن افزودن مقدار کمی گچ به آن با آسیاب کردن به پودر تبدیل شود، محصول بدست آمده سیمان خواهد بود. وقتی سیمان با آب مخلوط می شود، واکنش شیمیایی هیدراتاسیون بین این دو انجام می گیرد، در نتیجه بر روی سطح هر دانه ی سیمان ماده ای پدید می آید که در اثر اتصال این مواد به یکدیگر تمام دانه ها به هم 
می چسبند. بدین ترتیب بتن، سخت شده و سرانجام مقاومت مورد انتظار حاصل می شود. واکنش هیدراتاسیون با تولید حرارت همراه است. البته در قطعات نازک، مانند دیوارها و یا دال هایی که تا
 200 میلیمتر ضخامت دارند، حرارت ناشی از هیدراتاسیون به سرعت از بین می رود. اما در دیوارهای با ضخامت بیش از 200 میلیمتر پس از قالب برداری، حتی پس از 24 ساعت از زمان بتن ریزی، چنانچه سطح آن لمس گردد، دمای بتن احساس می شود.

تولید سیمان پرتلند

سیمان پرتلند از آسیاب کردن کلینکر، که بیشتر شامل سیلیکات های کلسیم هیدرولیکی همراه با مقداری آلومینات های کلسیم و آلومینو فریت های کلسیم است، تولید می شود و معمولاً شامل یک یا چند نوع سولفات کلسیم (گچ) است که در حین آسیاب کردن کلینکر به صورت سنگ گچ به آن افزوده می شود. موادی که در تولید سیمان پرتلند به کار می روند، باید نسبت های مناسبی از ترکیبات اکسید کلسیم، سیلیس، آلومین و اکسید آهن داشته باشند.
برای تولید سیمان از روش خشک یا از روش تر استفاده می شود. در روش خشک، عملیات آسیاب و مخلوط کردن با مصالح خشک انجام می گیرد. در روش تر عملیات آسیاب کردن و مخلوط کردن با مصالحی که در حالت لجنی اند، انجام می گیرد. فرق روش خشک و تر در نحوه آسیاب و مخلوط کردن مواد خام است و این دو روش در بقیه موارد به یکدیگر شباهت زیادی دارند.

انواع سیمان پرتلند

انواع سیمان پرتلند در استاندارد ایران به پیروی از استاندارد آمریکایی ASTM به شرح زیر است:

• نوع I: سیمان پرتلند نوع I، سیمانی برای مصارف عام و مناسب برای همه کارهایی است که خواص سایر سیمان در آنجا مورد نیاز نیستند. این نوع سیمان در بتنی به کار می رود که در معرض شرایط محیطی خورنده مانند حمله سولفات های خاک و آب، یا در معرض افزایش دمای نامطلوب ناشی از گرمای آزاد شده از طریق آبگیری نباشد. این نوع سیمان، در بتن جاده ها، کف ها، ساختمان های بتن مسلح، پل ها، سازه های راه آهن، مخازن و منابع، لوله، سازه های بنایی، و سایر فرآورده های بتنی پیش ساخته به کار می رود.
  
• نوع II: هر جا لازم باشد، در برابر حمله معتدل سولفاتها اقدامات احتیاطی به عمل آید، مثلاً در سازه های زهکشی که غلظت سولفات آبهای زیر زمینی در انها بالاتر از معمول است ولی تا حد نامتعارفی شدید نیست، از سیمان پرتلند نوع II استفاده می شود. سیمان نوع II عموماً گرمای کمتری را با سرعت کمتری نسبت به سیمان نوع I تولید می کند. مصرف این نوع سیمان باعث کاهش بالا رفتن دما می شود که به ویژه در 
  بتن ریزی در هوای گرم دارای اهیمت است. به دلیل اینکه گرمازایی این نوع سیمان هنگام آبگیری کمتر از سیمان معمولی است، در بتن ریزی های حجیم (جسیم) و بتن ریزی در هوای گرم نیز به مصرف می رسد.
  
• نوع III: سیمان پرتلند نوع III امکان دستیابی به مقاومت های بالا را در مدت زمانی کوتاه، معمولاً یک هفته یا کمتر، فراهم می آورد. این نوع سیمان از نظر فیزیکی و شیمیایی شبیه سیمان نوع I است، با این تفاوت که ذرات آن ریزتر آسیاب شده اند. این سیمان درجایی به کار می رود که قالب ها باید حتی الامکان زود باز شوند یا وقتی سازه ها به سرعت مورد بهره برداری قرار می گیرد. استفاده از این سیمان در هوای سرد باعث کاهش دوره عمل بهره برداری قرار می گیرد. استفاده از این سیمان در هوای سرد باعث کاهش دوره عمل آوری کنترل شده بتن می شود. اگر چه برای دستیابی به مقاومت اولیه بالا می توان از مخلوط های پر سیمان نوع I استفاده کرد، ولی استفاده از مخلوط های دارای سیمان نوع III برای این منظور مناسب تر و با صرفه تر است. این نوع سیمان در سازه های ویژه مانند سیلوها که به کمک قالب های لغزان اجرا می شوند، قابل مصرف است. مصرف آن در بتن ریزی در هوای سرد، دوره عمل آوری کنترل شده بتن را کاهش می دهد. استفاده از این نوع سیمان در بتن ریزی های حجیم مجاز نیست.
  
• نوع IV: سیمان پرتلند نوع IV در جایی که باید میزان و مقدار گرمای آبگیری تولید شده حداقل باشد، به کار می رود. روند رشد مقاومت این نوع سیمان، آهسته تر از دیگر انواع سیمان است.
  سیمان نوع IV برای مصرف در سازه های بتنی حجیم، مانند سازه های وزنی بزرگ، که در آنها باید افزایش دمای ناشی از گرمای آزاد شده در حین سخت شدن به حداقل برسد، استفاده می شود. سیمان پرتلند نوع 4 در سازه های بتنی حجیم، مانند سدهای وزنی بزرگ بکار می رود که در چنین سازه هایی افزایش دما بر اثر گرمای ایجاد شده از آبگیری سیمان در هنگام سخت شدن بتن، عاملی بحرانی بشمار می آید. معمولاً این نوع سیمان را طبق سفارش ویزه تولید می نمایند.
  
• نوع V: سیمان پرتلند نوع V فقط در بتن هایی که در معرض اثر شدید سولفاتها قرار دارند و اساساً در جاهایی که خاکها یا آبهای زیرزمینی دارای مقدار زیادی سولفات هستند، به کار می روند. روند رشد مقاومت این نوع سیمان آهسته تر از سیمان نوع I است. در مواردی که حمله سولفاتها شدید، بسیار شدید، یا فوق العاده شدید باشد، استفاده از این نوع سیمان ضروری است. نباید از این نوع سیمان در مناطقی مانند سواحل خلیج فارس و دریای عمان که خطر حمله همزمان سولفات ها و کلریدها به بتن وجود دارد، استفاده نمود.

برخی دیگر از سیمان ها به شرح زیر هستند: سیمان پرتلند هوازا، سیمان سفید و رنگی، سیمان های هیدرولیکی آمیخته، سیمان های منبسط شونده، سیمان های ویژه، سیمان پرتلند پوزولانی، سیمان روباره ی آهن گدازی و سیمان برقی و ...

خصوصیات سیمان

از آنجا که کیفیت سیمان در تولید یک بتن خوب موثر است، لازم است در ساختمان سیمان، از نظر کیفی، کنترل های دقیقی به عمل آید. ویژگی ها و خواصی که در خصوص سیمان پرتلند دارای اهمیت هستند عبارتند از:
ریزی (نرمی): ریزی سیمان نشانگر کل سطح جانبی ذرات موجود در واحد وزن سیمان است. سیمان ریزتر، آبگیری را افزایش می دهد و بنابراین روند رشد مقاومت را سریع می کند. ریزی سیمان به کمک آزمون کدر سنجی واگنر، آزمون نفوذ هوای بلین، یا الک نمره 325 اندازه گیری می شود. واحد اندازه گیری ریزی سیمان m2/kg می باشد.
زمان گیرش: زمان های گیرش، سرعت سخت شدن خمیر سیمان را نشان می دهند. گیرش اولیه خمیر سیمان نباید خیلی زود، و گیرش نهایی آن نباید خیلی دیر اتفاق افتد. گچ موجود در سیمان زمان گیرش آن را تنظیم می کند. ریزی سیمان، نسبت آب به سیمان، و مواد افزودنی نیز بر زمان گیرش تاثیر می گذارند.
سلامت: سلامت سیمان بیانگر عدم انبساط مخرب و تغییر حجم عمده بعد از گرفتن سیمان است.
روانی: روانی عبارت است از تحرک نسبی مخلوط تازه (خمیر سیمان یا ملات) یا قابلیت جریان یافتن آن. در هنگام آزمایش کردن سیمان، خمیرهای سیمان چنان ساخته می شوند که دارای روانی عادی باشند که، بنابر تعریف، عبارتست از نفوذ 1 ± 10 میلیمتر میله ویکات در درون مخلوط سیمان.

سیمان های مناسب برای مصارف گوناگون

برای مصارف مختلف و شرایط متنوع می توان سیمان هایی انتخاب نمود که در جدول (3) آمده است.

جدول (3) سیمان های مناسب برای مصارف گوناگون

آب اختلاط بتن

آب یکی از اجزای اصلی بتن است که بدون آن هیچ واکنش شیمیایی در بتن انجام نمی گیرد. مناسب ترین آب برای ساخت بتن، آب آشامیدنی است.
آبهای دارای املاح مختلف، به ویژه املاحی مانند کلرور و سولفات، برای بتن نامناسب و زیان آورند، زیرا در اثر ترکیب اجزای تشکیل دهنده ی سیمان با املاح، بتن صدمه می بیند، بنابراین باید در ساخت بتن از مصرف آبهای راکد، آبهای باتلاقی، آبهای دارای املاح بیشتر از حد مجاز خودداری نمود. هر چه نسبت آب به سیمان در بتن پایین تر باشد مقاومت بتن در دراز مدت بیشتر خواهد شد. کمی یا زیادی آبی که در بتن استفاده می شود بر مقاومت بتن اثر می گذارد. ناخالصیهای موجود در آب اختلاط بتن، نه تنها ممکن است بر زمان گیرش، تاب و ثابت حجم اثر بگذارد، بلکه می تواند سبب شوره زدگی یا خوردگی آرماتورها و سایر اقلام فلزی مدفون در کار شوند.

ضوابط پذیرش آبهای غیرآشامیدنی در بتن

آبهای غیرآشامیدنی را به شرطی می توان در بتن بکار برد که ضوابط زیر را برآورده سازند:

• PH مصرفی در بتن نباید کمتر از 5 یا بیشتر از 5/8 باشد.
  
• مقاومت فشاری 7 و 28 روزه آزمونه های ملات ساخته شده با آب غیر آشامیدنی حداقل معادل 90 درصد مقاومت نظیر آزمونه های مشابه ساخته شده با آب مقطر باشد.
  
• زمان گیرش اولیه خمیر سیمان ساخته شده با آب غیر آشامیدنی بیش از یک ساعت با زمان گیرش نظیر خمیر سیمان ساخته شده با آب مقطر تفاوت نداشته باشد.
  
• نتیجه انبساط حجم بدست آمده از آزمایش سلامت سیمان، در آزمونه ساخته شده با آب غیرآشامیدنی از نتیجه به دست آمده از آزمونه نظیر ساخته شده با آب آشامیدنی بیشتر نباشد.

جدول (4) برخی مواد زیان آور آب، حداکثر مجاز و اثر آنها بر بتن

مواد افزودنی

هر ماده دیگری که غیر از مواد اصلی به بتن (سیمان، آب و مصالح سنگی) در ضمن ساخت افزوده شود، ماده افزودنی نامیده می شود. مواد افزودنی معمولاً به صورت گرد یا مایع هستند و یک یا چند ویژگی بتن را تغییر داده، برخی از آنها را اصلاح می کنند و بعضاً ممکن است سبب اختلال و بروز عیب در پاره ای از ویژگی های مطلوب بتن شوند.
گروه بندی کلی مواد افزودنی عبارتست از:

مواد حباب ساز: مواد حباب ساز، حباب های بسیار ریز هوا (به قطر متوسط 50 میکرون) را در بتن ایجاد می کنند. تولید حباب هوا در بتن، سبب بهود کیفیت بتن تازه از نقطه نظر کاهش نسبت آب به سیمان، کارایی بهتر، جلوگیری از جدا شدن مواد و رو زدن شیره بتن می گردد و سبب پایداری بتن سخت شده در برابر یخزدگی و مواد یخ زدا نیز می شود. وجود حباب هوا تاثیر چندانی برکاهش مقاومت فشاری بتن ندارد، بلکه گاهی اوقات به علت کاهش نسبت آب به سیمان، در مجموع افزایش مقاومت آن نیز می گردد. بتن با حباب هوا نفوذ ناپذیرتر از بتن معمولی است و از این رو مقاومت آن در برابر سولفات ها بیشتر خواهد بود.
عمده ترین مواد حباب ساز (کف زا) عبارتند از: صمغ های طبیعی چوب، چربی های حیوانی یا نباتی و اسیدهای چرب آنها، صابون ها و مواد پاک کننده. پایدار ماندن کف، از خواص ضروری آنست و در غیر این صورت حبابها در اثر وزن بتن خواهند ترکید. از این رو علاوه بر مواد کف زا مواد پایدار کننده حباب نیز افزوده می شود. معمولاً حجم حباب هوای وارده در بتن از (4%) تا (8%) است. در موقع لرزاندن، مقداری از حباب های هوا از بتن خارج می شوند که در صورت لزوم با افزودن میزان مواد حباب ساز این کمبود را جبران می کنند.
مواد کاهنده آب: مواد کاهنده آب برای کاهش مقدار آب اختلاط مورد نیاز در تولید بتن با روانی معین یا افزایش روانی بتن برای مقدار معینی آب به کار می روند. بسیاری از مواد کاهش دهنده آب می توانند باعث تاخیر در گیرش بتن شوند و برخی از آنها ممکن است تسریع کننده گیرش باشند و گروهی تولید حباب هوا نیز بنمایند. مواد کاهنده آب با مقدار سیمان و اسلامپ ثابت، باعث افزایش مقاومت بتن با کاهش در بروز خطر آب انداختن یا رو زده شدن بتن و جداشدگی اجزا و کاهش نفوذپذیری بتن می گردند. مواد کاهنده آب، اغلب از اسیدهای لیگنوسولفینیک یا اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیکو نمک های آنها ساخته می شوند.
مواد کندگیر کننده: مواد افزودنی کندگیر کننده برای کاهش تاثیر هوای گرم برگیرش بتن، گاهی اوقات برای طولانی کردن زمان گیرش در کارهای حجیم مانند سدهای بزرگ بتنی یا پمپ کردن بتن در فواصل زیاد یا حمل بتن آماده در مسافت های دور به کار می روند. مصرف این مواد معمولاً موجب کاهش مقاومت اولیه بتن می شود. اغلب کندگیر کننده ها، روان کننده یا عامل کاهنده آب بتن نیز هستند. معمول ترین کندگیر کننده ها سولفات کلسیم است که برای تنظیم زمان گیرش سیمان در موقع آسیاب کردن کلینکر به آن اضافه می شود. شکر به مقدار حدود (1/0 درصد) وزن سیمان اثر کمی در کندگیر کردن دارد و هنگامی که مقدار آن به (2/0 درصد) برسد، ممکن است گیرش نهایی را تا 72 ساعت نیز تاخیر اندازد. پودر شیر کم چربی، انواع نشاسته کلرورهای آمونیوم و آهن، اکسی کلرورها، برات و تارتارات کلسیم و بی کربناتهای قلیایی گیرش سیمان را به تاخیر می اندازند.

مواد تسریع کننده (تندگیر کننده): مواد تسریع کننده به منظور تسریع در گیرش، سخت شدن و کسب مقاومت زود هنگام به کار می روند. کلرور کلسیم از متداول ترین مواد تسریع کننده است، ولی اثر چندانی در پایین آوردن درجه حرارت یخ زدن بتن ندارد. قبل از مصرف، باید آن را در آب حل کرده و سپس به آب اختلاط بتن اضافه نمود. زیرا در صورت افزودن آن به صورت خشک، تکه های حل نشده در مخلوط ممکن است سبب بیرون پریدگی بتن سخت شده و ایجاد لکه های سیاه روی سطح بتن شود. مقدار کلرور کلسیم هیچ گاه نباید از (2 درصد) وزن سیمان در بتن غیر مسلح تجاوز کند، چون سبب سفت شدن سریع و ازدیاد جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن می شود. مصرف آن به خاطر وجود یون کلر، در بتن مسلح و قطعات بتنی که در آن تکه های آلومینیومی یا فولادی کار گذارده شده، یا احتمال بروز واکنشهای قلیایی در مواد سنگی آن موجود باشد و یا در معرض آب یا خاک سولفاته قرار گیرد، ممنوع است.
مواد پوزولانی: مواد پوزولانی، مواد سیلیسی یا سیلیسی و آلومینیومی رآکتیوی هستند که هرگاه به خوبی آسیاب شوند و به صورت ذرات ریزی به نرمی سیمان درآیند، خود به خود با آب ترکیب نمی شوند، ولی در مجاورت موادی نظیر هیدرواکسید کلسیم، سولفات کلسیم و سیمان پرتلند در دمای عادی فعال شده و با آب ترکیباتی شبیه سیمان به وجود می آورند که خاصیت چسبانندگی دارد. چرتهای اپالینی شیل ها، توفها، پامیستی ها، خاک دیاتومه، دارای این خاصیت هستند. مواد پوزولانی مصنوعی نیز وجود دارند. سرباره کوره آهن گدازی، خاکستر زغال سنگ نرم شده خاکستر نرم دوده سیلیس از این جمله اند. مواد پوزولانی باعث کم کردن حرارت آبگیری سیمان، آب بندی نسبی بتن، کاهش واکنش قلیایی سنگدانه ها و حمله 
سولفات ها در بتن می شود.
مواد روان ساز یا خمیری کننده: گاهی اوقات به علت شکل نامناسب دانه های سنگی، نامناسب بودن دانه بندی یا اشکال در انتخاب نسبتهای اختلاط، مخلوط بتن تازه خشن است. در این شرایط ممکن است، بهبود کارایی مورد نیاز باشد، به ویژه در حالتی که پرداخت سطوح بتنی با ماله مورد نظر است. کارایی بهبود یافته ممکن است در بتن ریزی قطعات با میلگرد زیاد، پمپ کردن بتن و بتن ریزی توسط لوله نیز مورد استفاده قرار گیرد. بیشتر اوقات افزایش عیار سیمان یا دانه های ریز، کارایی مورد نیاز را تامین می کند. بهترین ماده روانساز، حباب هوا است و به ویژه در بهبود کارایی مخلوط های کم سیمان خشن موثر است. چون حبابهای هوا همانند لغزان ساز عمل می کنند، در ��خلوط هایی که مصالح رد شده است از الک های با چشمه 300 و 150 میکرونی آنها کم است، برای بهبود کارایی، افزودن مواد نرم شده پوزولانی یا بی اثر (شیمیایی) متداول است.
روان کننده های ممتاز: این مواد گونه جدیدی از مواد روان کننده بتن و کاهش دهنده آب می باشند که دارای اثر روان کنندگی بیشتری هستند، به لحاظ شیمیایی مواد تغلیظ شده فرم آلدئید ملامین می باشند که تاثیر زیادی در پخش ذرات سیمان داشته و معمولاً قدری کندگیر کننده نیز هستند. روان کننده های ممتاز در بتن ریزی مقاطع پر آرماتور، نقاط غیر قابل دسترس، دال کف ها یا راه ها مصرف می شوند، بدون اینکه نیاز به مرتعش کردن داشته باشند. مصرف دیگر روان کننده های ممتاز در تولید بتن با کارایی عادی، ولی با مقاومت بسیار زیاد به جهت کاهش قابل ملاحظه در نسبت آب به سیمان می باشد. برای دستیابی به کارایی معین، ممکن است روان کننده های ممتاز تا (35%) از میزان آب بتن بکاهند و مقاومت 24 ساعته بتن را (50%) تا (75%) بالا برند.
مواد آب بند کننده: در بسیاری از مواقع به ویژه هنگامی که بتن در معرض فشار آب قرار گیرد، غیر قابل نفوذ بودن آن مطرح می شود. آب بند بودن بتن با مقدار سیمان و آب اختلاط و مدت عمل آوردن آن در شرایط مطلوب و مساعد ارتباط دارد. بتن های با اسلامپ کم و نسبت آب به سیمان کمتر از 49/0، چنانچه به نحو مناسبی ساخته و عمل آورده شوند، تقریباً آب بند هستند. مواد آب بندی بتن مصرف شونده، معمولاً مواد ضد رطوبت (شامل اسید اولئیک، اسید استاریک یا پنتاکلروفیل و پوزولانها) هستند.

مواد افزودنی متفرقه

مواد افزودنی دیگری نیز وجود دارند که اهم آنها عبارتند از:

• مواد کمکی دوغاب ریزی و تزریق سیمان
  
• مواد تولید کننده گاز به منظور تولید بتن گازی، معمول ترین این مواد پودر روی یا آلومینیوم است.
  
• مواد زبر کننده سطوح بتن به منظور جلوگیری از لغزش اجسام بر روی کفها.
  
• مواد رنگی که به سیمان سفید یا پرتلند برای تولید بتن رنگی افزوده می شوند.

جدول (5) مواد افزودنی مناسب برای منظورهای گوناگون