استفاده از بتن در ساخت سازه‌های بزرگ و کوچک ساختمانی امری بسیار متداول است. در واقع یک سازه بتنی مزایایی دارد که استفاده از آن را در مقایسه با سایر مصالح جایگزین ارزشمندتر می‌کند. به همین دلیل نیز امروزه مسئله ساخت بتن، با کیفیت بالاتر از جمله موضوعات مطرح در صنعت ساختمان است.
به عبارت دیگر افزایش مقاومت بتن موضوعی است که می‌تواند تاثیری محسوس بر طراحی سازه‌های بتنی داشته باشد. به عنوان یک مثال کلی، وقتی مقاومت بتن ساخته شده برای بتن ریزی فونداسیون یا سقف بالاتر برود؛ می‌توان از ضخامت کلی سازه کاست. همین امر نیز موجب کاهش مصرف بتن، کاهش وزن کلی سازه، افزایش دوام و استحکام ساختمان و در نتیجه صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شود.
منظور از افزایش مقاومت بتن چیست؟
مقاومت بتن‌ها را بر اساس عناوین مختلفی محاسبه می‌کنند. بنابراین احتمالا در این زمینه با عناوینی مانند مقاومت فشاری، کششی و تنشی روبه‌رو شده‌اید. با این حال معمولا منظور کلی از افزایش مقاومت بتن به مقاومت فشاری آن اشاره دارد. فراموش نکنید که بتن‌ها از ابتدا با هدف مقاومت در برابر تنش و نیرو طراحی می‌شوند.
در مورد مقاومت فشاری نیز منظور این است که بتن در برابر فشار یا تنش وارد شده تا چه میزان مقاومت می‌کند. این کار در آزمایشگاه و بر روی نمونه‌های آزمایشی بتن انجام می‌گردد. در واقع جایی که سازه بتنی آزمایشی دچار شکست شود؛ وقتی است که مقاومت فشاری بتن به اتمام رسیده است. در نهایت برای درک دقیق موضوع مقاومت فشاری بتن می‌توانید به استاندارد ملی ایران شماره ۳۲۰۶ مراجعه کنید.
بهترین راهکارهای افزایش مقاومت بتن
حال که با معنای افزایش مقاومت بتن تا حدودی آشنا شدیم؛ در ادامه نوشته می‌خواهیم درباره روش‌های افزایش مقاومت فشاری بتن صحبت کنیم. هریک از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند. از پیچیدگی اجرا در برخی روش‌ها تا هزینه بیشتر ساخت در روش‌های دیگر، مواردی است که در انتخاب گزینه درست به پیمانکار و کارفرما کمک می‌کند.
با این حال در اغلب موارد کاهش میزان آب بتن تازه، ساده‌ترین و موثرترین راه‌کاری است که در افزایش مقاومت بتن مورد توجه قرار می‌گیرد. اگرچه روش‌هایی مانند افزودن مواد مکمل به بتن تازه، تنظیم دانه‌بندی بتن با به کار بردن سنگدانه‌های مناسب و استفاده از الیاف فولادی نیز در این زمینه مورد توجه هستند.
با این مقدمه، در ادامه نوشته به سراغ معرفی ۹ روش متداول و موثر برای افزایش مقاومت بتن رفته و با آنها به اختصار آشنا می‌شویم.
دانه بندی باکیفیت
یکی از عوامل بسیار موثر در افزایش مقاومت بتن ترکیب صحیح آن و ایجاد یک دانه‌بندی با کیفیت است. به‌طور خلاصه بتن از دو ماده اصلی سیمان و ماسه (شن) ساخته می‌شود. هر دو این مواد از نظر ابعاد دانه‌ها دارای تقسیم‌بندی خاصی هستند؛ اما آنچه برای داشتن یک بتن با کیفیت و مقاوم مهم است ایجاد ترکیبی از دانه هایی با اندازه های متنوع است.
به عبارت دیگر دانه‌بندی با کیفیت به میزان ریزدانه و درشت دانه مورد استفاده در ترکیبات بتن بستگی دارد. در این زمینه یک بتن باکیفیت باید گستره متنوعی از ریزترین تا درشت‌ترین دانه‌ها را در قالب سیمان و شن و ماسه در خود داشته باشد.
البته اندازه دانه‌ها ویژگی‌های دیگری را نیز در بتن مشخص می‌کند. به عنوان مثال هرچه سنگدانه های مورد استفاده در بتن درشت‌تر باشد؛ نتیجه نهایی متخلخل‌تر خواهد بود. از سویی بتن‌های دارای میزان سنگدانه درشت بیشتر، دچار ترک‌های بزرگ‌تری می‌شوند.
با این حال وجود آنها برای جلوگیری از جمع‌شدگی سیمان تازه مهم است. به‌طور کلی هرچه سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن ریزتر باشد؛ می‌توان گفت بتن تازه یکنواخت‌تر بوده و مقاومت فشاری آن پس از خشک شدن نیز بیشتر خواهد بود. در واقع ابعاد کوچک‌تر سنگدانه‌ها موجب افزایش تراکم و در نتیجه کمتر شدن نفوذپذیری بتن می‌شود.
سنگدانه مقاوم
یکی دیگر از راهکارهای افزایش مقاومت بتن استفاده از سنگدانه‌هایی با مقاومت بالاتر است. در واقع هر سنگدانه به تنهایی نیز می‌تواند ساختار مستحکم‌تر یا متزلزل‌تری داشته باشد. به عنوان مثال سنگدانه‌های بی‌کیفیت دارای ترک‌هایی بر سطح خود هستند که مقاومت آنها را در برابر فشار کاهش می‌دهد. وجود این سنگدانه‌ها در ترکیبات بتن به‌راحتی می‌تواند موجب کاهش مقاومت بتن شود.
یکی دیگر از ویژگی‌های سنگدانه نیز شکل آن است. به‌طور خلاصه هرچه سنگدانه انتخابی دارای ابعاد شکسته و تیز باشد؛ می‌تواند در دل سیمان به شکلی مستحکم‌تر قفل شده و در نتیجه بتن ساخته شده نهایی از مقاومت بیشتری برخوردار خواهد بود. نکته جالب اینکه این موضوع به قدری مهم است که در پروژه‌های بزرگ و حساس، پیش از تهیه بتن، مقاومت سنگدانه مورد استفاده در آن در آزمایشگاه‌ها به دقت بررسی می‌شود.
روان کننده ها
یکی از روش‌های بسیار خوب برای افزایش مقاومت بتن استفاده از روان‌کننده‌های بتن است. البته روان‌کننده‌ها معمولا برای بهبود خاصیت روانی بتن و ساده‌تر کردن فرایند بتن ریزی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال این مواد می‌توانند بر بهبود استحکام بتن نیز اثرگذار باشند.
به‌طور خلاصه وجود این مواد کمک می‌کند تا ذرات سیمان در بتن تازه، بهتر و ساده‌تر از یک‌دیگر جدا شوند. این جدا شدن بیشتر نیز به سیمان کمک می‌کند تا بهتر با آب ترکیب شود. ترکیب بهتر با آب نیز موجب هیدراسیون بیشتر و عمیق‌تر سیمان می‌شود.
هیدراسیون فرایندی شیمیایی است که کامل بودن آن موجب افزایش مقاومت بتن می‌گردد. از سویی وقتی از مواد روان‌کننده استفاده می‌شود؛ نیاز به آب در بتن تازه کمتر می‌گردد. نتیجه استفاده کمتر از آب در مقایسه با سیمان نیز، داشتن بتنی مستحکم‌تر است. همچنین استفاده از روان‌کننده‌ها در رسیدن به اسلامپ مجاز بتن نیز کمک‌کننده است.
چسب بتن
به‌جز روان کننده ها که در بخش قبلی درباره خواص و اثر آنها بر بهبود استحکام بتن صحبت شد؛ افزودنی‌های دیگری نیز برای بتن وجود دارد که می‌تواند در این زمینه نقش فعال بازی کند. از جمله این مواد نیز می‌توان به چسب بتن اشاره کرد. این ماده همان طور که از نامش پیداست؛ موجب افزایش چسبندگی عناصر اولیه موجود در بتن به یک‌دیگر می‌شود.
نکته مهم اینکه چسب بتن بطور تخصصی مقاومت کششی بتن را بهبود می‌دهد. با این حال افزایش مقاومت کششی بتن، مستقیما بر افزایش مقاومت فشاری آن نیز موثر است. در نظر داشته باشید که چسب بتن دارای انواع مختلفی است. از سویی مواد افزودنی دیگری مانند رزین سنگ مصنوعی نیز می‌تواند دقیقا با همین عملکرد در تولید بتن تازه مورد استفاده قرار گیرد.
ژل میکروسیلیس
این ماده را در بازار مصالح ساختمانی معمولا با نام مکمل بتن می‌شناسند. با این حال این ژل با ترکیب چند ماده شیمیایی مختلف ساخته شده است. استفاده از مکمل بتن با هدف ساخت بتن متراکم‌تر، موجب افزایش استحکام و مقاومت آن می‌شود. البته در نظر داشته باشید که استفاده از این مکمل‌ها می‌تواند هزینه نهایی تولید بتن تازه را برای شما افزایش دهد. همین امر موجب شده تا از این روش اغلب در پروژهای خاص و دارای کاربردهای حساس‌تر استفاده شود.
الیاف فولادی
به کار بردن الیاف فولادی یا فلزی در بتن راه دیگری برای افزایش مقاومت بتن است. این الیاف در مدل‌های آج‌دار، قلاب‌دار و سینوسی تولید می‌شوند. این نوع مصالح جایگزینی تازه برای میلگردها و آرماتوربندی با آنها هستند. به عبارت دیگر مسلح کردن بتن به کمک الیاف فولادی به جای آرماتور، کمک می‌کند تا بتن به شکلی همه جانبه تر تقویت شده و مقاومت فشاری بیشتری داشته باشد. یکی دیگر از تفاوت های مهم این سبک از مسلح کردن بتن، توانایی درگیر کردن سنگدانه های ریز و درشت موجود در بتن به شکلی شدیدتر است. موضوعی که مقاومت بتن را هم در بعد خمشی و هم فشاری افزایش می‌دهد.
در نهایت در نظر داشته باشید که استفاده از الیاف فولادی می‌تواند موجب صرفه‌جویی در هزینه‌های پروژه شود. هرچند استفاده از آنها در همه سبک‌های طراحی و اجرای سقف دال بتنی امکان‌پذیر نیست.
مواد پوزولانی
این مواد در واقع جایگزینی نسبتا مناسب برای سیمان در بتن هستند. البته حداکثر میزان استفاده از آن در بتن ۱۵ درصد وزن سیمان آن است. در واقع مواد پوزولانی بر اساس ترکیبات سیلیسی و آلومینی ساخته شده‌اند؛ به همین دلیل نیز خواصی مشابه با سیمان را ارائه می‌دهند.
برای افزایش مقاومت بتن استفاده از این مواد می‌تواند تاثیری محسوس داشته باشد. به عنوان مثال سیمان حاصل از ترکیب پوزولان دارای مقاومت فشاری ۱۳ مگاپاسکال در سه روز اول استفاده است. همچنین گیرش اولیه آن تنها به نیم ساعت زمان نیاز دارد. این ویژگی‌های چشم‌گیر استفاده از این ترکیب را برای ساخت بتن مقاوم‌تر جذاب کرده است.
یکی دیگر از مواد پوزولانی، دوده سیلیسی است. اجرای فنی این ترکیب کمی پیچیده است. با این حال به کمک دوده سیلیسی می‌توان بتن با مقاومت بیش از ۵۰ مگاپاسکال ساخت. عددی که حاکی از مقاومت بسیار بالای سازه ساخته شده با آن است.
سومین ماده پوزولانی قابل استفاده برای بهبود مقاومت فشاری بتن، متاکائولن است. استفاده از این ماده می‌تواند در برخی پروژه‌ها و تحت الزامات خاص مفید باشد. برای درک دقیق‌تر این موضوع می‌توانید به استاندارد ASTM مراجعه کرد و استاندارد C618 را بررسی کنید. نکته جالب اینکه می‌توان از مواد پوزولانی در ترکیب با روش‌هایی مثل به کار بردن الیاف فولادی استفاده کرد.
افزایش عیار بتن
آنچه موجب افزایش مقاومت بتن می‌شود؛ استفاده از سیمان در ترکیبات آن است. بنابراین یک راه ساده برای بهبود استحکام فشاری و کششی بتن، بیشتر کردن میزان سیمان مورد استفاده در آن است. در واقع شما هرچه سیمان بیشتری در ساخت بتن تازه به‌کار بگیرید؛ محصول نهایی و خشک شده مستحکم‌تر خواهد بود. در مقابل استفاده بیشتر از شن و ماسه، بتنی متخلخل‌تر و با استحکام کمتر با نام بتن مگر را در اختیار شما قرار می‌دهد. بتنی که البته در پروژه‌های ساختمانی خاص مورد استفاده است.
با این حال در نظر داشته باشید که ظرفیت پذیرش سیمان در ترکیبات بتن نیز نامحدود نیست. بنابراین نمی‌تواند درصد آن را از میزان مشخصی بالاتر برد. هرچند این نسبت را می‌توان به کمک استفاده از مواد افزودنی روان‌کننده و یا سایر افزودنی‌ها تا حدی بیشتر کرد.
کاهش نسبت آب به سیمان
در نهایت ساده‌ترین، در دسترس‌ترین و اولین اقدام برای بهبود خواص و افزایش مقاومت بتن، کاهش نسبت آب به سیمان است. استانداردها نسبت آب در بتن تازه را بین ۱۵ تا ۲۵ درصد توصیه می‌کنند. در واقع آب بیشتر از مورد نیاز در عمل هیدراسیون شرکت نمی‌کند.
از سویی وجود آب برای ایجاد روانی بتن و فراهم کردن شرایط بتن ریزی و متراکم کردن آن پیش از گیرش بتن ضروری است. همچنین آب ماده اصلی برای ایجاد فرآیند شیمیایی هیدراسیون در سیمان است. بنابراین همان قدر که کاهش آن موجب افزایش مقاومت بتن می‌شود؛ کاهش بیش از حد آن نیز می‌تواند با کاهش روانی بتن و همچنین تضعیف عمل هیدراسیون، فرآیند بتن ریزی را دچار مشکل کرده و بتن خشک شده نهایی را بی‌کیفیت کند. بنابراین در کاهش میزان آب باید نسبت‌های استاندارد را دقیقا بررسی کنید.