مقدمه
بتن مصالحی شبیه به سنگ است که از گرفتن مخلوط متناسبی از سیمان, شن, ماسه و اب در درون قالبی با شکل و ابعاد مورد نظر , به دست می اید.توده ی اصلی بتن , سنگدانه های درشت و ریز (شن و ماسه) می باشد وفعل و انفعال شیمیایی بین سیمان واب که به صورت شیرهای اطراف سنگدانه ها را پوشانده است, باعث یکپارچه شدن و چسبیدن سنگدانه ها به یکدیگر می شود. برای ایجاد واکنش شیمیایی در سیمان مقدار اب محدودی لازم است, لیکن اب مصرفی در ترکیب بتن همیشه مقداری به مراتب بزرگتر از ان است. این اب اضافی به منظور ایجاد کارایی لازم در بتن برای پر کردن کامل کلیه ی زوایای قالب و دور گرفتن کلیه ی میلگردهای مسلح کننده می باشد. با انتخاب تناسبهای مختلف از مسالح تشکیل دهنده ی بتن, طیف وسیعی از مقاومتهای مختلف بتن به دست می اید. امروزه با تولید انواع مختلف سیمان, سنگدانه ها و روشهای مختلف نگهداری و به عمل اوردن بتن, خواص گوناگونی در بتن گرفته شده به دست می اید.
در کنار خواص مکانیکی مصالح مصرفی, مهارت اجرا و نظارت دقیق عامل بسیار مهم دیگری در مقاومت بتن بدست امده خواهد بود.
عواملی که مقبولیت عمومی در استفاده از بتن به عنوان یک مصالح ساختمانی به وجود اورده است, عبارتند از:
1- شکل خمیری قبل از گیرش که می تواند هر شکل دلخواه در درون قالب به خود بگیرد.
2- مقاومت خوب ان در مقابل اتش سوزی و عوامل جوی
3- دسترس بودن مصالح ان (به غیر از سیمان که یک تولید کارخانه ای است)
4- مقاومت فشاری خوب ان همانند سنگ.
در مقابل این مزایا, عیب بتن مقاومت کششی ضعیف ان است که باعث می شود نتوان از بتن در اعضایی که تحت تاثیر کشش ویا خمش می باشند, استفاده نمود.
برای غلبه بر این محدودیت, در نیمه ی دوم قرن نوزدهم, فهمیده شد که می توان بتن را در قسمتهایی که تحت کشش قرار می گیرد, توسط میلگرد های فولادی, که مقاومت کششی انها بالا است, مسلح نمود. عامل مهمی که در این مکانیسم نقش اساسی بازی می کند, چسبندگی عالی بتن به میلگردهای مسلح کننده می باشد که می تواند کاملا این دو ماده ی مختلف را با یکدیگر یکپارچه نماید. این ترکیب بدست امده ((بتن مسلح)) خوانده می شود که اغلب مزایای خوب دو ماده ی مختلف را به تنهایی داراست مخارج نسبتا کم, مقاومت خوب در مقابل عوامل جوی و اتش سوزی, مقاومت فشاری خوب, شکل گیری عالی در درون قالب از جانب بتن و مقاومت کششی و شکل پذیری بالا از جانب فولاد, در مشخصات بتن مسلح وارد می شود. همین مشخصات مطلوب است که باعث مشود بتوان از بتن مسلح در ساخت انواع مختلف سازه نظیر, ساختمانها, پلها, سدها, مخازن دودکش هاو غیره استفاده نمود.
پس از گذشت مدتی از پیدایش مسلح بشر قادر به تولید فولادی با تنش تسلیم حدود 4 برابر فولادهای معمولی با مخارج نسبتا پایین شد. به طور مشابه امکان تولید بتن هایی با مقاومت فشاری 2تا3 برابر بتن های معمولی نیز به وجود می اید. مسلح کردن بتن با فولادی که مقاومت جاری شدن ان بالا است از لحاظ مهندسی مشکلاتی دارد و نمی توان از فولاد به طور کاملا موثر استفاده نمود.
زیرا با بالا رفتن تنش در فولاد, کرنش ان افزایش می یابد که با توجه به مساوی بودن تغییر شکل نسبی فولاد و بتن مجاوران, باید انتظار داشت که کرنش های بالایی در بتن به وجود اید و چون بتن مقاومت کششی ضعیفی دارد, افزایش کرنش در ان مساوی با عریضتر شدن ترکهای کششی خواهد بود. هر چند که این ترکها با چشم قابل تشخیص نیستند, لیکن افزایش عرض انها باعث دخول رطوبت به داخل بتن واز بین رفتن تدریجی میلگردهای مسلح کننده خواهد شد. این مسئله باعث می شود که نتوان به طور موثری از میلگردهایی با تنش جاری شدن 1200 تا 1600 نیوتن بر میلیمتر مربع در مقایسه با تنش جاری شدن 400 نیوتن بر میلیمتر مربع, در بتن مسلح استفاده نمود.
برای استفاده بتن و فولاد پر مقاومت در ترکیب با یکدیگر, راه حل مخصوصی ابداع گردید که به بتن پیش تنیده موسوم شد. در این روش قبل از بتن ریزی, فولاد که به صورت مفتول یا کابل می باشد, تا نزدیکی حد جاری شدن کشیده می شود. در این روش قبل از بتن ریزی, وگرفتن بتن ودر نتیجه ایجاد چسبندگی لازم بین فولاد و بتن, عامل کشش در فولاد حذف شده ودر نتیجه کلیه نیروی کششی فولاد به صورت فشاری وارد بتن می شود. بنابراین بتن قبل از بارگذاری دارای تنشهای فشاری در کلیه ینقاط خود می باشد. حال اگر از این عضو به صورت خمشی استفاده شود, تا مرحله ای تنش فشاری موجود, تنشهای کششی ناشی از خمش را خنصی نماید, عضو می تواند باربری داشته باشد. با استفاده از این شیوه, ترکهای موجود در ناحیه ی کششی بتن مسلح معمولی حذف می شود وهمچنین از تغییر شکلهای خمشی نیز به مراتب کاسته می شود. در شکل 1-1 انواع مختلف سازه های بتن مسلح متداول نشانداده شده است.
قسمت الف: خصوصیات مواد تشکیل دهنده ی بتن
1-2-سیمان
سیمان مخلوطی از مصالح خام انتخاب شده ای است که به خوبی اسیا شده, با نسبت معینی مخلوط گشته و در کوره در دمای ذوب (تقریبا 1500 درجه سانتیگراد)پخته می شود تا ترکیب شیمیایی مورد نظر را به دست اورد. سپس کلوخه های حاصل از پخت کاملا پودر می شود تا سیمان به دست اید. در اثر ترکیب سیمان با اب, فعل و انفعال شیمیایی صورت گرفته و سیمان به شکل جسم سنگ مانندی سخت می شود. به این فعل وانفعال شیمیایی اصطلاحا هیدراتاسیون یا اب گیری گفته می شود.
مصالح خامی که میتوان در تهیه ی سیمان به کار برد, عبارتند از: سنگ اهک, سنگ سیمان, پوسته ی اهکی حیوانات دریایی, مارن, رس شیست ماسهوسنگ اهن. این مصالح را کاملا پودر کرده و به نسبت معینی با یکدیگر مخلوط می کنند. برای این کار از روش خشک یا تر استفاده می شود.در روش خشک اسیا کردن ومخلوط نمودن مصالح به صورت خشک انجام می شود . در روش تر مصالح به صورت خیس با یکدیگر مخلوط شده واسیا می شود. پس از ان مخلوط حاصل (در هر دو روش ) به کورهای دمای ان بین 1400 تا 1650 در جه ی سانتیگراد است وارد می شود. در این درجه حرارت فعل و انفعالات خاصی صورت می گیردودر نتیجه کلوخه های سیمان تولید می شود. این کلوخه ها را کانکر می گویند . کلنکر سرد شده و سپس در اسیا پودر می شود ومقدار کمی گچ به منظور تنظیم زمان گیرش به ان اضافه می شود. پودر حاصل سیمان پرتلند نامیده می شود.
این پودر چنان ریز دانه است که تقریبا تمامی ان را می توان از الک شماره ی 200 (اندازهی چشمه ی الک مساوی 75 میکرون)گذراند. سیمان حاصل سپس در کیسه های 50 کیلوگرمی ویا توسط بونکرهای حمل سیمان به محل مصرف حمل می شود.
انواع سیمان
انواع گوناگون سیمان تولید می شود تاشرایط فیزیکی و شیمیایی معینی را که برای هدفهای خاص لازم است براورد. سیمانهای معمول در ایران به شرح زیر می باشند: