بتن چیست ؟ همه چیز در مورد بتن

بتن چیست ؟

بتن Concrete


بتن[1] چیست ؟

بتن چیست ؟

تصویر 1 – بتن به عنوان پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی در دنیا

بتن، پرمصرف ترین ماده ساختمانی جهان

در یک تعریف بسیار کلی، فرآورده‌ ای که با استفاده از یک ماده چسباننده[2] ایجاد می‌ شود، بتن نامیده می‌ شود. عموما این ماده چسباننده، حاصل واکنش میان سیمان هیدرولیکی[3] و آب می‌ باشد؛ اما همین تعریف ساده، دامنه وسیعی از بتن‌ ها شامل بتن‌ های حاوی سیمان‌ های مختلف، بتن‌ های حاوی پوزولان[4]‌هایی نظیر خاکستر بادی[5]، سرباره کوره آهن‌گدازی[6]، دوده سیلیس[7]، بتن‌های حاوی مواد افزودنی[8]، بتن‌ های حاوی سنگدانه بازیافتی[9]، بتن‌های حاوی پلیمر[10]ها و الیاف[11]ها و … را شامل می‌ شود که می‌ توانند تحت گرما، عمل‌آوری در بخار[12]، عمل‌آوری تحت فشار زیاد (اتوکلاو)[13]، خلازایی[14] و … قرار بگیرند.

امروزه حتی این دامنه به دلیل پیشرفت‌ های چشمگیر در صنعت بتن، گسترده‌ تر شده و مفاهیمی نظیر بتن سبک سازه‌ ای[15]، بتن سنگین[16]، بتن پرمقاومت و فوق پرمقاومت[17]، بتن توانمند و فوق‌توانمند[18]، بتن خود متراکم‌ شونده[19]، بتن با خاصیت جبران جمع‌ شدگی[20]، بتن حجیم[21]، بتن غلطتکی[22] و … را نیز در دل خود جا می‌ دهد.

تاریخچه استفاده از سیمان و بتن

سیمان به عنوان یکی از اجزای اصلی تشکیل‌ دهنده بتن، حدود 12 میلیون سال پیش به واسطه واکنش میان سنگ‌ آهک و سنگ نفت‌زا در منطقه‌ای از اسرائیل به وجود آمده است. این رسوبات طبیعی که شامل ترکیبات سیمانی می‌باشند، در دهه‌های 60 و 70 قرن بیست میلادی توسط زمین‌شناسان شناسایی شدند.

اولین سازه‌های بتنی مانند توسط نبطیان و بادیه‌ نشینان مناطق جنوبی سوریه و شمالی اردن در حدود 6500 قبل از میلاد ساخته شده‌ اند. در حدود سال 5600 قبل از میلاد، در طول رودخانه دانوب و در نواحی‌ ای که جز یوگسلاوی سابق بوده‌ اند، خانه‌ هایی با استفاده از بتن برای کف آن‌ ها ساخته شده است. در حدود سال 3000 قبل از میلاد، مصریان باستان با استفاده از ترکیب گل و کاه و ایجاد ترکیبی مشابه ملات سیمان، توانستند اهرام ثلاثه را بسازند. در هرم بزرگ مصر حدود 500 هزار تن ملات جهت اتصال سنگ‌ها به کار رفته است. در همین زمان، چینیان از نوعی از سیمان جهت ساخت قایق‌ ها و همچنین دیوار چین بهره می‌ بردند.

 

تاریخچه بتن

تصویر 2 – ایجاد شهر باستانی پترا توسط نبطیان در اردن

در حدود سال 600 قبل از میلاد، یونانیان یک پوزولان طبیعی را کشف کردند که در ترکیب با آهک دچار توسعه خصوصیات هیدرولیکی می‌ شد. ولی این رومیان بودند که از این ترکیب کشف شده، بیشترین استفاده را در ساخت‌ و سازهای خود داشتند. معبد پانتئون که ساخت آن توسط امپراطور هادریان در سال 125 پس از میلاد تکمیل گردید، بزرگترین گنبد بتنی غیرمسلحی است که تا بحال ساخته شده است. پس از سقوط امپراطوری روم باستان در سال 476 میلادی و حتی تا قرون وسطی، شیوه ساخت سیمان پوزولانی پنهان شده بود. در سال 1414 بود که دست‌ نوشته‌هایی مبنی بر شیوه ساخت این نوع سیمان، کشف شد و مجددا توجهات به استفاده از این مصالح ساختمانی معطوف شد.

معبد پانتئون

تصویر 3 – معبد پانتئون در روم؛ بزرگترین گنبد بتنی غیرمسلح جهان

تکنولوژی سیمان در سال 1793 پس از کشفیات جان اسمیتون[23] در خصوص تولید کلینکر[24] سیمان به وسیله پخت سنگ‌ آهک حاوی رس جهش بزرگی داشت. وی از این ماده در بازسازی تاریخی فانوس ادی‌ استون[25]در کرنوال[26] انگلستان بهره برد.

فانوس بازسازی شده توسط اسمیتون

تصویر 4 – طرح فانوس ادی‌ استون بازسازی شده توسط اسمیتون که در سال 1759 تکمیل و پس از 126 سال، به دلیل فرسایش سنگ بستر آن، تخریب شد.

در نهایت در سال 1824، جوزف آسپدین[27] سیمان پرتلند[28] امروزی را به وسیله پخت پودر گچ و رس در کوره اختراع کرد. دلیل نام‌ گذاری این ماده تحت عنوان سیمان پرتلند این بود که خصوصیاتی شبیه سنگ‌های ساختمانی منطقه پرتلند انگلستان داشت. در سال 1891، اولین خیابان بتنی در بلفونتین ایالت اوهایو[29] توسط جورج بارتولومئو[30] ساخته شد و هنوز نیز به خدمت‌رسانی ادامه می‌ دهد.

اولین خیابان بتنی

تصویر 5 – نخستین خیابان بتنی که هم‌چنان به خدمت‌رسانی ادامه می‌دهد

جهت مطالعه بیشتر در خصوص این موارد، می‌توانید به مقاله “تاریخچه بتن” مراجعه نمایید.

اجزای تشکیل‌ دهنده بتن و ارتباط آن‌ ها

بتن به صورت کلی، از ترکیب سیمان، آب و سنگدانه ایجاد می‌ شود و در صورت لزوم، از مواد افزودنی نیز در آن استفاده می‌ شود. حال سوال اساسی که پیش می‌ آید، این است که ارتباط و نسبت اجزای تشکیل دهنده بتن به چه صورت می‌ باشد ؟ برای پاسخ به این سوال، سه دیدگاه وجود دارد.

دیدگاه نخست، بررسی این نقطه‌ نظر است که ماده چسباننده، یعنی همان محصول فرآیند هیدراسیون سیمان[31]، به عنوان عنصر اصلی تشکیل‌ دهنده بتن قلمداد شده و سنگدانه‌ ها نقش یک پرکننده ارزان‌ قیمت‌ تر را در مخلوط ایفا می‌ کنند.

دیدگاه دوم بر آن است که سنگدانه درشت[32] به عنوان یک مصالح بنایی در مقیاس کوچک بوده که با ملات – ترکیب سیمان هیدراته‌ شده و سنگدانه ریز[33] – مخلوط می‌ شود.

دیدگاه سوم نیز مانند دیدگاه نخست، بتن را شامل دو فاز می‌ داند: خمیر سیمان هیدراته‌ شده و سنگدانه. در نتیجه، خواص بتن از خواص این دو بخش و هم‌ چنین، اثر متقابل آن‌ ها بر یکدیگر ناشی می‌ شود.

دیدگاه دوم و سوم، جهت بیان رفتار بتن دارای ارجحیت بوده و دیدگاه اول مبتنی بر خاصیت پرکنندگی صرف سنگدانه، از دور خارج می‌ گردد. اگر قیمت سیمان از سنگدانه کمتر شود و بحث ارزان‌ تر بودن سنگدانه مطرح نباشد، آیا تنها از ترکیب سیمان و آب به عنوان مصالح ساختمانی می‌ توان استفاده نمود؟

مشخص است که پاسخ سوال فوق، خیر است؛ به دلایلی نظیر تغییرات حجمی[34] بسیار بیشتر خمیر سیمان هیدراته شده نسبت به بتن، جمع‌شدگی[35] و خزش[36] بیشتر و همچنین، گرمای ایجاد شده زیادتر به دلیل حجم زیاد سیمان هیدراته شده – به خصوص در هوای گرم – که منجر به ترک‌ خوردگی[37] می‌ شود. در ضمن، مشاهده شده است که بیشتر سنگدانه‌ ها نسبت به خمیر سیمان، در برابر حملات شیمیایی[38] مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهند. در نتیجه، ورای مسئله‌ی قیمت و هزینه، استفاده از سنگدانه در بتن سودمند می‌ باشد.

 

سد کارون 4

تصویر 6 – سد کارون 4 ، پنجمین سد مرتفع برق آبی جهان و بزرگترین و بلندترین سد بتنی ایران

پیاده‌ سازی دانش در تولید بتن

بتن، محصولی است با بیشترین حجم مصرف در بین فرآورده‌ های تولید شده در دنیای امروز. حال با توجه به مطالب مطرح‌ شده، “بتن خوب” را چطور توصیف نماییم؟ جهت پاسخ به این سوال، بهتر است ابتدا “بتن بد و بی‌ کیفیت” را تعریف کنیم که متاسفانه، رایج‌ ترین نوع مصالح ساختمانی است! منظور از بتن بد و بی‌ کیفیت، یک ترکیب سوپ‌ مانند است که پس از سفت‌ شدن، توده‌ ای ضعیف، ناهمگن و حاوی حفرات لانه‌ زنبوری[39] ایجاد می‌ کند. نکته قابل‌ تامل، این است که همین بتن بد نیز با ترکیب و اختلاط سیمان، آب و سنگدانه ایجاد می‌شود؛ درست به مانند بتن خوب! تنها عامل ایجاد کننده تفاوت میان دو بتن خوب و بد، در “دانش[40]” استفاده و “درک” مناسب از اجرای بتن می‌ باشد.

سد سه دهانه چین

تصویر 7 – سد سه دهانه[41] چین؛ سنگین‌ ترین سازه‌ بتنی جهان

حال که بحث دانش در تولید بتن آماده مطرح می‌ شود، دو شاخص کلی برای تعیین بتن خوب بیان می‌ شود که شامل تایید شرایط لازم در دو وضعیت ” بتن تازه[42]” و “بتن سخت شده[43]” می‌ باشد. عموما الزامات بتن تازه شامل انسجام مناسب بتن جهت متراکم‌ کردن با تجهیزات معمول کارگاهی، قوام[44] کافی جهت انتقال[45] و بتن‌ ریزی[46] بدون ایجاد جدا شدگی[47] می‌ باشد. در بخش بتن سخت شده، معمولا تامین مقاومت فشاری[48] لازم است و همواره، مقاومت بتن مورد بررسی قرار می‌ گیرد؛ چون به سهولت قابل اندازه‌ گیری است. اگر چه عدد حاصل از نتیجه آزمون مقاومت فشاری، مقاومت ذاتی بتن را مشخص نمی‌ کند ولی کیفیت آن را مورد بررسی قرار می‌ دهد. بنابراین، مقاومت فشاری بتن یک شاخص بسیار خوب جهت بررسی انطباق بتن با دستورالعمل‌ها و ضوابط قرارداد می‌ باشد.

بتن ریزی

تصویر 8 – انتقال بتن تازه به محل پروژه و بتن‌ ریزی

مقاومت فشاری بتن، نشان‌ دهنده برخی از خصوصیات و مشخصات آن نیز هست که عبارتند از چگالی[49]، نفوذ ناپذیری[50]، دوام[51]، مقاومت در برابر سایش[52]، مقاومت در برابر ضربه[53]، مقاومت کششی[54]، مقاومت در برابر سولفات‌ ها[55] و … . ولی خصوصیات مهمی نظیر جمع‌ شدگی و خزش جزو این دسته قرار نمی‌ گیرند. البته موارد ذکر شده تنها به مقاومت فشاری بتن وابسته نیستند؛ به طور مثال در بحث دوام، عواملی مانند مقاومت فشاری، نسبت آب به سیمان[56] یا میزان (عیار) سیمان[57] می‌ تواند تاثیرگذار باشد. اما در یک دیدگاه کلی، بتن‌ های با مقاومت فشاری بالاتر، خصوصیات و مشخصات مطلوب‌ تری نیز خواهند داشت.

مشخصات بتن، علاوه بر این که به خصوصیات اجزای تشکیل‌ دهنده آن وابسته است، به سطح مشترک[58] (حد فاصل) میان آن‌ها و اثر متقابلشان[59] نیز بستگی دارد. جهت درک این مفهوم، لازم به ذکر است که حجم بتن تازه‌ ای که به خوبی متراکم شده باشد، از حجم متراکم‌ شده اجزای سنگدانه آن بیشتر است. این تفاوت حجم که حدود 3 درصد یا بیشتر است، ناشی از آن است که سنگدانه‌ های درون بتن به صورت نقطه به نقطه به یکدیگر متصل نشده و لایه‌ ای نازک از خمیر سیمان آن‌ ها را از هم جدا می‌ کند. به این لایه نازک، ناحیه انتقالی حدفاصل[60] (ITZ) میان خمیر سیمان و سنگدانه گفته می‌ شود.

حدفاصل میان خمیر سیمان و سنگدانه

تصویر 9 – ناحیه انتقالی حدفاصل میان خمیر سیمان و سنگدانه (ITZ)

یکی از نتایج به‌ دست‌ آمده از این مشاهده، این است که خصوصیات مکانیکی بتن، نظیر صلبیت[61]، نمی‌ تواند به خصوصیات مکانیکی مجموعه سنگدانه‌ها مرتبط شود؛ بلکه به خصوصیات هر سنگدانه و ساختار[62] بتن بستگی دارد. یکی دیگر از نتایج بدست آمده، در خصوص مدول الاستیسیته[63] است. سنگدانه به طور مجزا، دارای رابطه تنش-کرنش[64] خطی می‌ باشد؛ درست به مانند خمیر سیمان هیدراته شده. ولی ترکیب آن‌ ها، رابطه منحنی شکلی را نشان می‌ دهد. توضیح این تفاوت رفتار در سطح مشترک آن‌ هاست که تحت عنوان ناحیه انتقالی شناخته می‌ شود که تحت بارگذاری، ریزترک‌[65]هایی در آن توسعه می‌یابد. با گسترش این ریزترک‌ ها، شدت تنش موضعی و بزرگی کرنش در این ناحیه بیشتر شده و کرنش با نرخ سریع‌ تری نسبت به تنش افزایش می‌ یابد و در نتیجه، نمودار تنش-کرنش شروع به خم شدن می‌کند.

فولاد یا بتن ؟ مسئله، این است !

بتن، نه مقاومتی به اندازه فولاد دارد و نه به اندازه آن، سخت است. پس چطور به عنوان پرمصرف‌ ترین مصالح مهندسی شناخته شده است ؟ دلایل آن را می‌ توان در موارد زیر خلاصه نمود :

  • بتن، برخلاف چوب و فولاد معمولی، مقاومتی عالی در برابر آب دارد و به همین دلیل، آن را تبدیل به ماده ای ایده‌ آل برای تاسیسات پایش، نگه‌ داری و انتقال آب کرده است. در حقیقت، تعدادی از قدیمی‌ ترین تاسیساتی که توسط بشر ساخته شده، شامل آب‌راه[66]‌ها و آب‌بند[67]ها، در دوره رومیان و با استفاده از شکل ساده بتن به‌ وجود آمده است. دوام بتن در محیط‌های خورنده[68] نظیر دریا نیز عامل دیگری بر استفاده زیاد از این مصالح ساختمانی است.
  • بتن تازه را به دلیل سیال بودن می‌ توان به شکل‌ های متفاوت درآورد و با استفاده از قالب‌ هایی با هندسه‌ های مختلف، نیازهای سازه‌ ای و معماری لازم را برطرف نمود.
  • بتن عموما از مصالح ارزان و در دسترس تهیه شده و اجزای تشکیل‌ دهنده آن در تمامی نقاط جهان یافت می‌ شود.
  • نگهداری بتن به دلیل پتانسیل خوردگی کمتر نسبت به فولاد راحت‌ تر و ارزان‌ تر است.
  • مقاومت بتن در برابر آتش، یکی از مزیت‌های اصلی این فرآورده ساختمانی در مقایسه با فولاد می‌باشد.
  • بتن نسبت به فولاد، در برابر بارگذاری‌های چرخه‌ای[69] و خستگی[70]، مقاوم‌تر است.
لوله پیش ساخته بتنی

تصویر 10 – لوله‌ های پیش‌ ساخته[71] بتنی مربوط به پروژه Central Arizona

چالش‌ های پیشروی صنایع از جمله صنعت بتن در آینده

تغییر، اجتناب ناپذیر است؛ ولی نرخ سریع و جهش ناگهانی تغییر اغلب می‌ تواند مخرب باشد. به همین دلیل است که امروزه ما با چالش‌ های اقتصادی و زیست‌ محیطی مواجه شده‌ ایم. رشد جمعیت، شهر نشینی، تکنولوژی و اثرات زیست‌ محیطی آن جزو دلایل اصلی و کلیدی در شکل‌ گیری دنیای امروز هستند و با این که به یکدیگر وابسته‌ اند، اما می‌ توان هر کدام را به صورت مجزا نیز بررسی نمود تا اثرات تاریخی و پیش‌ بینی‌ های آتی را در خصوص آ‌ن‌ها بهتر صورت داد.

  • رشد جمعیت : در شروع قرن 20 ام میلادی، جمعیت جهان در حدود 5/1 میلیارد نفر بود و این رقم در انتهای قرن 20 ام به 6 میلیارد نفر رسیده است. نکته قابل تامل در آن است که برآورد می‌ شود که 10 هزار سال پس از آخرین عصر یخبندان طول کشیده است تا جمعیت جهان به 5/1 میلیارد نفر برسد؛ در حالی که رشد جمعیت از 5/1 به 6 میلیارد نفر تنها در بازه کوتاه صد سال رخ داده است. این به معنای انفجار جمعیت است! قطعا این رشد ناگهانی، نیازهای زیرساختی بسیاری را طلب می‌ کند که ساخت‌ و ساز یکی از آن‌ هاست و بتن، عنصر جدا نشدنی در ساخت‌ و ساز می‌ باشد.
  • شهرنشینی : آمار نشان‌ دهنده ارتباط مستقیم میان رشد جمعیت و افزایش شهر نشینی می‌ باشد. در شروع قرن 20 ام، تقریبا 10 درصد مردم در شهرها زندگی می‌ کردند. این رقم در ابتدای قرن 21 ام به 50 درصد رسیده است. توسعه شهرها و زیرساخت‌ های شهری نیز به تبع آن، باید رشد فزاینده‌ ای داشته باشند تا نیازهای ایجاد را برطرف سازند.
  • تکنولوژی و اثرات آن بر محیط‌ زیست : رشد جمعیت و شهرنشینی، هر دو نقش مهمی بر بخش‌ های انرژی، تولید و حمل و نقل دارند. متاسفانه، انتخاب‌ های تکنولوژیکی ما بر اساس تصمیمات کوتاه مدت و با اهداف جزیی گرفته شده و می‌ شود و اثرات متعاقب این تصمیم‌ گیری‌ ها بر آیندگان دیده نمی‌ شود. هاوکن و همکاران[72] طی تحقیقی در ابتدای قرن 21 ام نشان داده‌ اند که تنها 6 درصد از مجموع جریان مواد تولید شده در سطح جهان که بالغ بر 500 میلیارد تن در سال می‌ باشد، در نهایت به یک محصول مصرفی تبدیل می‌ شود و باقی مواد خام به صورت زباله‌ های جامد، مایع و یا گاز که برای محیط ‎‌زیست مضر هستند، به طبیعت باز می‌ گردند.

آلودگی محیط‌ زیست، مسئله جدیدی نیست منتهی ابعاد آن از حالت منطقه‌ ای به وسعت جهانی رسیده است. دانشمندان معتقدند که بزرگترین چالش زیست‌ محیطی که امروزه مطرح است، تغییرات آب‌ و هوایی ناشی از فعالیت‌ های انسانی است که با افزایش گازهای گلخانه‌ ای موجود در اتمسفر زمین، منجر به گرمایش زمین در طی 100 سال گذشته شده است. در نتیجه همین امر، از سال 1990 تعداد قابل توجهی از شدیدترین فجایع آب‌ و هوایی در نقاط مختلفی از کره زمین به ثبت رسیده است. بنابراین، علاوه بر این‌ که منابع طبیعی در کره زمین رو به اتمام است بلکه محیط‌ زیستی که زندگی و توسعه پایدار را تامین می‌ کند نیز رو به زوال شدیدی قرار دارد.

بتن معمولی به طور عمومی حاوی 12 درصد سیمان، 8 درصد آب و 80 درصد سنگدانه از لحاظ جرمی است. این اعداد بدان معناست که سالانه 5/1 میلیارد تن سیمان، 9 میلیارد تن شن و ماسه و 1 میلیارد تن آب صرف تولید بتن در سطح جهان می‌ شود. این صنعت 5/11 میلیارد تنی، بزرگترین مصرف‌ کننده منابع طبیعی جهان می‌ باشد و پیش‌ بینی می‌ شود تا سال 2050، به 16 الی 18 میلیارد تن در سال برسد. با بررسی این اعداد، این نتیجه حاصل می‌ شود که حفاری، پالایش و حمل و نقل چنین حجم عظیمی از مصالح در کنار انرژی مصرفی جهت تولید فرآورده‌ ها، تا چه میزان بر زیست‌ بوم مناطق تاثیر می‌گذارد.

تصور می‌شود که بتن ساخته شده از سیمان پرتلند، نسبت به باقی مصالح ساختمانی سبزتر (دوست‌دار محیط‌ زیست) باشد. هر چند، می‌ بایست توجه بسیاری به کاهش اثرات زیست‌ محیطی صنعت بتن شود. سیمان پرتلند، ترکیب هیدرولیکی اصلی تشکیل دهنده بتن، یک محصول بسیار انرژی‌ بر است (4 گیگاژول انرژی مصرفی به ازای تولید هر تن سیمان) و هم‌ چنین، میزان زیادی کربن‌ دی‌ اکسید نیز در فرآیند تولید آزاد می‌ کند. تولید یک تن کلینکر سیمان پرتلند، حدود یک تن کربن‌ دی‌ اکسید آزاد می‌ کند. به همین دلیل، تولید سالانه 5/1 میلیارد تن سیمان، مسبب تقریبا 7 درصد از انتشار کربن‌ دی‌ اکسید در سطح جهان است.

با دو رویکرد کلی، می‌ توان به مقابله با تاثیرات زیست‌ محیطی صنعت بتن پرداخت. رویکرد بلند مدت بر پایه کاهش نرخ مصرف بتن می‌ باشد که با توجه به توسعه روزافزون جهانی و لزوم استفاده از این محصول، این دیدگاه عملی نمی‌ باشد (لااقل در آینده نزدیک رخ نمی‌ دهد). رویکرد دیگر، استفاده از زیست‌ بوم‌ شناسی صنعتی[73] است که به بیان ساده، بر استفاده از مصالح بازیافتی و جایگزین تاکید می‌ کند. استفاده از بخشی از مصالح تخریب‌ شده به وسیله بازیافت صحیح، استفاده از پساب‌ ها و آب‌ های غیر آشامیدنی با لحاظ موارد فنی، جایگزینی بخشی از سیمان با پوزولان‌ هایی نظیر خاکستر بادی، سرباره کوره آهن‌ گدازی، دوده سیلیس، زئولیت و … ، نمونه‌ هایی از این رویکرد می‌ باشد.

در مجموع، در کوتاه‌ مدت، دو راهبرد اصلی جهت کاهش کربن‌ دی‌ اکسید انتشار یافته را می‌ توان کاهش کلینکر در محصول نهایی سیمان با استفاده حداکثری از افزودنی‌ های معدنی و هم‌ چنین، استفاده از سیمان‌ های آمیخته[74] در تولید بتن دانست. در میان افزودنی‌ های معدنی، خاکستر بادی بهترین پتانسیل را در خصوص کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ ای نشان داده است. بر اساس کارهای جارن[75]، برآورد شده است که طی 20 سال آینده، خاکستر بادی با فاصله، قوی‌ ترین ابزار جهت توسعه پایدار صنعت بتن می‌ باشد.

دوام بتن و توسعه پایدار

لحاظ موارد مربوط به زیست‌ بوم صنعتی، که پیش‌ تر به آن اشاره شد، تنها یک راه‌ حل کوتاه‌ مدت در خصوص توسعه پایدار صنعت بتن می‌باشد. در بلند مدت، توسعه پایدار تنها در حالتی رخ خواهد داد که ما بهبود شگرفی در بهره‌ وری منابع ایجاد نماییم. مشخص است افزایش عمر مفید بتن و سازه‌ های بتنی، موجب کاهش چشمگیر در میزان مصرف منابع مشارکت‌ کننده در این صنعت خواهد شد.

حال این مسئله پیش می‌آید که ما چقدر زمان داریم تا صنعت بتن را دچار تحول کنیم و آن را وارد چرخه توسعه پایدار نماییم؛ پیش از آن که شرایط اقلیمی جهانی و وضعیت منابع طبیعی به حد غیر قابل‌ جبران و غیر قابل‌ بازگشت برسند ؟

بتن و رشد جمعیت

تصویر 10 – پیش‌بینی نرخ رشد جمعیت و مصرف بتن در قرن 21 میلادی

(Mehta, P.K., Concr. Int., Vol. 24, No. 7, pp. 23–28, July 2002.)

بر اساس آخرین پیش‌ بینی‌ های جمعیتی در سطح جهان، جمعیت قاره‌ های اروپا و آمریکای شمالی تقریبا تثبیت شده است؛ در حالی که در قاره‌های آسیا، آفریقا و آمریکای جنوبی نرخ رشد جمعیت کاهش یافته است. کارشناسان بر این عقیده‌ اند که تا سال 2050، جمعیت جهان پیش از ورود به فاز تثبیت، به حدود 9 الی 10 میلیارد نفر افزایش پیدا می‌ کند. به دلیل ارتباط مستقیم بین رشد جمعیت و شهر نشینی، تخمین زده شده است که تقریبا سه‌ چهارم این 10 میلیارد نفر در مناطق شهری زندگی خواهند کرد.

با توجه به نرخ فعلی مصرف بتن، برآورد می‌شود میزان مصرف تا سال 2050 به 16 میلیارد تن در سال برسد و پس از آن، با توجه به زمان و نحوه اعمال اصول زیست‌ بوم صنعتی در صنایع و ساخت‌ و ساز و هم‌ چنین، ارتقای وضعیت دوام سازه‌ها، سیر نزولی خواهد گرفت. بنابراین می‌ توان چشم‌ انداز توسعه پایدار صنعت بتن را در طول سده اخیر دید که در آن، بخش‌ های مختلفی از صنعت بتن، بر موانع و مشکلات غلبه نموده و به سرعت تبدیل یه بخشی از جنبشی خواهند شد که هدف آن، سبزتر نمودن کل صنعت آن می‌ باشد.

جمع بندی نهایی

در نهایت، بتن را می‌ توان بزرگترین فرآورده تولیدی بشر دانست که یک ترکیب سه فازه شامل خمیر سیمان، سنگدانه و ناحیه انتقالی حد فاصل میان خمیر سیمان و سنگدانه دانست. از این سه فاز تشکیل‌ دهنده، غیر از سنگدانه، دو فاز دیگر در طول زمان دچار تغییر و تحول می‌شوند؛ به همین دلیل است که معادل انگلیسی بتن (Concrete) از ریشه لاتین “Concretus” به معنای در حال رشد گرفته شده است. علاوه بر سیمان، آب و سنگدانه، هوا نیز جزئی از ساختار تشکیل‌ دهنده بتن می‌ باشد.

اجزای تشکیل دهنده بتن

تصویر 11 – تخمینی از درصد اجزای تشکیل دهنده بتن (برگرفته از تارنمای اتحادیه سیمان پرتلند[76] آمریکا)

 

دانسته‌های خود را به چالش بکشید و به دنبال ارتقای آن باشید!

جهت درک و تعمیق بیشتر مطالب، در خصوص سوالات زیر تحقیق نمایید:

  1. ناحیه انتقالی (Transition Zone) در بتن، به نسبت توده خمیر سیمان، لایه قوی‌تری محسوب می‌شود یا ضعیف‌تر؟ دلیل آن چیست؟
  2. در یک بتن خوب، نسبت اجزای تشکیل دهنده حدودا چقدر می‌باشد ؟ آیا صرف تامین میزان مناسب از اجزا، “بتن خوب” بدست می‌آید ؟
  3. دوام بتن را چطور تعریف می‌کنید؟ چه بتنی می‌تواند طول عمر طولانی مدت داشته باشد؟

مراجع 

  • Burrows, R.W., The Visible and Invisible Cracking of Concrete, ACI Monograph No. 11, p. 78,
  • Corinaldesi, V., and G. Moricani, ACI SP-199, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, pp. 869–884, 2001.
  • Gjerde, T., Nordisk Betong (Stockholm), No. 2–4, pp. 95–96, 1982.
  • Hawken, P., E. Lovins, and H. Lovins, Natural Capitalism—Creating the Next Industrial Revolution, Boston, Little Brown, p. 369, 1999.
  • Jahren, P., Greener Concrete—What are the Options? SINTEF Report No. STF-A03610, p. 84, 2003.
  • Mehta P.K., and P.J.M. Monteiro, Concrete: Microstructure, Properties and Materials, 4th McGraw-Hill, New York, 2014.
  • Mehta, P.K., and R.W. Burrows, Building Durable Structures in the 21st Century, Int., Vol. 23, No. 3, pp. 57–63, 2001.
  • Mehta, P.K., Int., Vol. 24, No. 7, pp. 23–28, 2002.
  • Neville A.M., Properties of Concrete, 5th Pearson, Harlow, England, 2011.
  • Neville A.M., and J.J. Brooks, Concrete Technology, 2nd Prentice Hall, Pearson, Harlow, England, 2010.
  • Wilson, E.O., Consilience: The Unity of Knowledge, Alfred Knof, New York, p. 325, 1998.
  • https://www.cement.org
  • https://www.nrmca.org
  • https://www.concrete.org
  • https://www.rilem.net

[1] Concrete

[2] Cementing Medium

[3] Hydraulic Cement

[4] Pozzolan

[5] Fly Ash

[6] Blast-Furnace Slag

[7] Microsilica

[8] Admixtures

[9] Recycled Aggregates

[10] Polymer

[11] Fibre

[12] Steam-Curing

[13] Autoclaving

[14] Vacuum-Treating

[15] Structural Lightweight Concrete

[16] Heavyweight Concrete

[17] High & Ultra High Strength Concrete

[18] High & Ultra High-Performance Concrete

[19] Self-Consolidating Concrete

[20] Shrinkage-Compensating Concrete

[21] Mass Concrete

[22] Roller-Compacted Concrete

[23] John Smeaton

[24] Clinker

[25] Eddystone Lighthouse

[26] Cornwall

[27] Joseph Aspdin

[28] Portland

[29] Bellefontaine, Ohio

[30] George Bartholomew

[31] Hydration

[32] Coarse Aggregate

[33] Fine Aggregate

[34] Volume Changes

[35] Shrinkage

[36] Creep

[37] Cracking

[38] Chemical Attack

[39] Honeycombed Voids

[40] Know-How

[41] Three Gorges Dam

[42] Fresh Concrete

[43] Hardened Concrete

[44] Cohesiveness

[45] Transporting

[46] Placing

[47] Segregation

[48] Compressive Strength

[49] Density

[50] Impermeability

[51] Durability

[52] Resistance to Abrasion

[53] Resistance to Impact

[54] Tensile Strength

[55] Resistance to Sulphates

[56] Water/Cement Ratio

[57] Cement Content

[58] Interface

[59] Interactions

[60] Interfacial Transition Zone

[61] Rigidity

[62] Matrix

[63] Modulus of Elasticity

[64] Stress-Strain Relation

[65] Microcrack

[66] Aqueduct

[67] Waterfront Retaining Walls

[68] Corrosive Environments

[69] Cyclic Loadings

[70] Fatigue

[71] Precast

[72] Hawken et al.

[73] Industrial Ecology

[74] Blended Cements

[75] Jahren

[76] Portland Cement Association (Cement.org)

1 دیدگاه

  • […] بتن، به دلیل ویژگی‌ ها و خصوصیات منحصر به فردی که دارد، تبدیل به یکی از اجزای اصلی و جدا نشدنی تمامی پروژه‌ های عمرانی شده است. بنابراین چه در حال ایجاد یک سقف باشید و چه یک پروژه راهسازی را مدیریت می‌ کنید، نیاز به بتن خواهید داشت. بهترین و با کیفیت‌ ترین حالتی که می‌ توان بتن را تولید کرد، بتن آماده (Ready-Mix Concrete) می‌باشد، اما چطور می‌ توان بهترین بتن آماده را سفارش داد ؟  […]

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *