کاربردهای بتن را امروزه می‌توانیم در سرتاسر محیط زندگی خود ببینیم. پی ریزی ساختمان‌ها، نیوجرسی بتنی، سازه‌های کوچک و بزرگ بتنی و… در گوشه و کنار زندگی ما به چشم می‌خورند. سازه‌های بتنی، در مقایسه با بسیاری از سازه‌های امروز در صنعت عمران دارای مقاومت بیشتری است.
با این وجود، بتن نسبت به نیروهای کششی مقاومت بسیاری کمی دارد. به همین دلیل و البته به دلیل کاهش عمر مفید بتن، مهندسان عمران و بتن ریزی به کمک روشهای مقاوم سازی سازه های بتنی، مقاومت و خواص کشش را بهبود می‌بخشند که همین موضوع عمر مفید ساختمان بتنی بهبود بخشیده است.
در این مقاله از وبسایت رایان پی بتن، قصد داریم به روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان بپردازیم و جدیدترین روش هایی که برای افزایش مقاومت این سازه‌ها استفاده می‌شود را مورد بررسی قرار دهیم. در صورتی که شما هم قصد استفاده از بتن در پروژه های خود را دارید، تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.
روش های مقاوم سازی سازه های بتنی
بتن در برابر نیروهای فشاری یکی از مقاوم‌ترین مصالح ممکن است اما در مواجهه با نیروهای کششی و برشی، حرفی برای گفتن ندارد. ایده استفاده از فولاد برای تقویت بتن یکی از روش هایی است که بتنی با کیفیت و مقاومت مناسب در برابر نیروهای کششی تولید می‌کند اما امروزه روش های بهتری هم برای تقویت بتن وجود دارد.
با پیشرفت‌های حاصل شده در صنعت ساختمان و مهندسی سازه، امروزه می‌توان بتن را نسبت به بسیاری از ایرادات و نقص های آن از جمله مقاومت کششی اندک، ترک‌خوردگی و… مقاوم کرد و ماده‌ای مناسب برای تحمل وزن‌های بالا تولید نمود. روشهای بسیار متنوعی برای افزایش مقاومت سازه‌های بتنی وجود دارد که در این قسمت، این روش‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
استفاده از آرماتور آجدار
استفاده از فولاد برای افزایش مقاومت بتن یک روش قدیمی و ثابت شده است. با این وجود، با تجربه آرماتوربندها، این نتیجه ثابت شد که میلگرد بدون عاج، درون بتن عملکرد چندان خوبی ندارد و با حرکت کردن، می‌تواند دردسرساز شود. این موضوع، مهندسان و آرماتوربندان را به سمت استفاده از آرماتورهای آجدار سوق داد؛ نوع خاصی از آرماتور که با میلگردهای آجدار ساخته می‌شود. این نوع میلگرد می‌تواند سازه بتنی مقاوم و پایداری را شکل دهد که در برابر وزن‌های بسیار بالا هم مقاومت قابل قبولی داشته باشد.
میلگرد ساده کم کربن
اگرچه میلگردهای آجدار عملکرد بسیار خوبی در برابر وزن بالا دارند اما اگر قصد داشته باشیم بتن یک پروژه کوچک را مقاوم‌سازی کنیم، استفاده از میلگرد کم کربن هم می تواند یکی از مناسب ترین روشهای مقاوم سازی سازه های بتنی باشد. در این روش، دو سر میلگرد ساده را با قلاب ثابت می‌کنیم تا از حرکات آن جلوگیری شود و گیرایش مناسبی بین میلگرد و بتن ایجاد گردد.
میلگرد حرارتی
استفاده از میلگردهای حرارتی، یکی از مجموعه اقداماتی است که برای کاهش میزان ترک‌خوردگی بتن انجام می‌شود. میلگردهای حرارتی در واقع میلگردهای نازکی هستند که به صورت مشبک روی بتن قرار می‌گیرند. هنگام انجام واکنش بین آب و سیمان، میلگرد حرارتی با جذب و تعدیل حرارت تولید شده، جلوی انبساط و انقباض بیش از حد بتن را می‌گیرند و از میزان ترک خوردگی های بتن می‌کاهند. میلگرد حرارتی یکی از روش های مقاوم سازی سازه های بتنی در برابر زلزله و آتش‌سوزی نیز به شمار می‌رود. استفاده از میلگرد حرارتی بیشتر در ساخت سقف‌های بتنی معمول است.
آرماتور بازالت
با وجود آن که تاثیر فولاد روی عملکرد بتن تا حد بسیار زیادی کارآمد است، اما آرماتورهای بازالت در صورت استفاده در قلب بتن، عملکرد بسیار بهتری خواهند داشت. میلگرد بازالت نوعی میلگرد ساخته شده با الیاف سنگ است که استفاده از آن درون بتن منجر به بهبود مقاومت مکانیکی بتن می‌شود. بازالت همچنین وزن کمتری نسبت به فولاد دارد که برای بسیاری از کاربری های بتن، فاکتور مهمی محسوب می‌شود. به همین دلیل است که آرماتور بازالت را یکی از روشهای نوین مقاوم سازی ساختمان می‌دانند.
مقاوم سازی سازه های بتنی با الیاف FRP
نوع دیگری از میله‌های پرکاربرد در مقاوم‌سازی ساختمان، میله‌های کامپوزیتی FRP هستند. الیاف FRP امروزه یک روش بسیار مناسب برای تقویت بتن هستند که هم در کیفیت بتن و هم در هزینه اجرای آن موثر خواهد بود. از آنجا که فولاد درون بتن با مشکلاتی نظیر خوردگی و کاهش مقاومت مواجه می‌شود، استفاده از این میله ها که مشکل خوردگی ندارند، می‌تواند یک مشکل بزرگ بتن‌های تقویت شده سنتی را برطرف کند.
الیاف FRP به جز مقاومت در برابر خوردگی، دارای وزن کمتری هستند. همچنین، مقاومت کششی مناسبی دارند، از مدول الاستیسیته قابل قبولی برخوردارند و چسبندگی بهتری با بتن برقرار می‌کنند. البته در کنار تمام این ویژگی‌های مثبت، FRP قیمت بالاتری نسبت به سایر تقویت‌کننده‌ها دارد که یک نکته منفی برای آن محسوب می‌شود.
فولاد پیش تنیده جهت مقاوم سازی سازه های بتنی
یکی دیگر از روشهای مقاوم سازی سازه های بتنی، استفاده از فولاد پیش تنیده است. در این روش، میله‌های فولادی با مقاومت بسیار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. این میله‌ها پیش از آن که بتن‌ریزی انجام شود، تحت تنش قرار می‌گیرند و پس از انجام بتن‌ریزی، تنش از روی آنها برداشته می‌شود تا به بتن منتقل شود و به نوعی، شوک به بتن وارد شود و پایداری آن افزایش یابد.
به همین دلیل، به این نوع فولاد، فولاد پیش تنیده می‌گویند. پیش‌تنیدگی مقاومت کششی بتن را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد و بتن را در برابر خزش و ترک‌خوردگی نیز مقاوم می‌کند. از فولاد پیش‌تنیده اغلب در ساخت سازه های عظیم نظیر پل‌ها استفاده می‌شود.
دیگر تکنیک های مقاوم سازی سازه های بتنی
آنچه تاکنون گفتیم، دسته‌ای از روشهای مقاوم سازی سازه های بتنی بود که روی میله‌ها و فولاد به کار رفته درون بتن تمرکز داشت. روشهای دیگری نیز برای تقویت سازه بتنی وجود دارد که می‌توانند بتن را از روشی به جز فولاد و میلگرد تقویت نماید. در ادامه، تعدادی از این روش‌ها را مورد بررسی قرار خواهیم داد.
ژاکت بتنی
ژاکت‌ها، متداول‌ترین روش برای تقویت سازه‌های بتنی است. همانند آنچه از نام «ژاکت» پیداست، این روش شامل پوشاندن دیوار، سقف یا ستون به کمک یک لایه بتن جدید است. طبیعتا لایه بتن جدید از فولاد برای تقویت هم برخوردار خواهد بود. ژاکت‌های بتنی معمولا برای تقویت بتن‌هایی که دچار ترک‌خوردگی یا افت کیفیت هستند مورد استفاده قرار می‌گیرد و بدون ایجاد خرابی شدید، سازه بتنی را تقویت می‌کند.
ژاکت فولادی
ژاکت فولادی، یک روش دیگر برای تقویت سازه‌های بتنی دارای ضعف و ایراد یا نیازمند به مقاوم‌سازی است که یک شبکه از میلگردهای فولادی را اطراف سازه بتنی (معمولا سقف، تیر و ستون) ایجاد می‌کند. این شبکه نه تنها مقاومت فشاری بلکه مقاومت کششی سازه بتنی را نیز افزایش می‌دهد.
ضعف این روش این است که فولاد نسبت به خوردگی و زنگ زدن مقاومت اندکی دارد و برای آن که نسبت به حریق مقاوم باشد، نیاز به یک پوشش ضد حریق دارد. با وجود این ضعف‌ها، ژاکت فولادی نسبت به ژاکت بتنی نقاط قوتی هم دارد. به عنوان مثال، وزن ژاکت فولادی سبک‌تر از ژاکت بتنی است. به علاوه، اجرای ژاکت فولادی نیاز به هزینه و وقت کمتری نسبت به ژاکت بتنی دارد. نهایتا، چیزی که روش مقاوم سازی را برای شما مشخص خواهد کرد، خواص بتنی که مدنظر دارید خواهد بود.
ضخیم کردن دیوارها
یک روش سنتی دیگر برای افزایش مقاومت سازه های بتنی، ضخیم کردن دیوار است. در این روش، ضخامت دیواری که در معرض تنش‌های بیش از حد توانش قرار دارد را افزایش می‌دهند تا فشار روی سطح بیشتری اعمال شده و در نتیجه میزان فشار روی هر نقطه کاهش یابد. بسته به تشخیص مهندسان، افزایش ضخامت می‌تواند به وسیله بتن، فولاد یا آجر انجام شود.
مقاوم سازی سازه های بتنی در برابر زلزله و امواج لرزه ای
با گسترش زمین‌لرزه‌ها و نیاز به مقاوم‌سازی ساختمان ها، روشهای مقاوم سازی سازه های بتنی در برابر زلزله نیز گسترش یافته‌اند. امروزه روشهای گوناگونی برای مقاوم سازی سازه در برابر زلزله وجود دارد که در این قسمت، به چند مورد از این روش‌ها اشاره خواهیم نمود.
اجرای دیوار برشی
دیوارهای برشی، یک روش کلاسیک برای ضدزلزله‌سازی ساختمان هستند. دیوارهای برشی در واقع عناصری از ساختمان هستند که در برابر نیروهای افقی مقاومت می‌کنند و جلوی تخریب ساختمان بر اثر نیروهای افقی ناشی از لرزش گرفته و با ایجاد کرنش‌های ترکیبی پیچشی، خمشی و محوری، بار ناشی از ارتعاش را به فوندانسیون ساختمان منتقل می‌کند.
تکنیک پس تنیدگی برای مقاوم سازی سازه های بتنی
همانند آرماتورهای پیش‌تنیده، آرماتور پس‌تنیده نیز یکی از روشهای مقاوم سازی سازه های بتنی به شمار می‌رود. این روش، از نظر جزئیات تا حدی مشابه با روش پیش‌تنیدگی است؛ با این تفاوت که در روش پیش‌تنیدگی، کشش میلگردها قبل از بتن‌ریزی انجام می‌شود . در روش پس‌تنیدگی، بعد از اجرای بتن‌ریزی، میلگردها تحت تنش قرار می‌گیرند. این روش نیز در افزایش مقاومت کششی بتن تاثیر قابل توجهی دارد.
ژاکت فیبر کربن
فیبر کربن یکی از کامپوزیت‌های سبک و کارآمد در زمینه تقویت بتن است. ژاکت‌های فیبر کربن هم مانند ژاکت فولادی و بتنی، در تقویت بتن‌های آسیب‌دیده و در معرض خطر به کار برده می‌شود. ژاکت فیبر کربن از نظر مقاومت کششی و خمشی، تا ۱۰ برابر نسبت به فولاد مقاوم‌تر عمل می‌کند. فیبر کربن بتن را در برابر ترک‌خوردگی مقاوم می‌کند و اگر بتن از قبل دارای ایرادهای ساختاری نظیر ترک و شوره باشد، جلوی پیشرفت آن را می‌گیرد. از ژاکت فیبر کربن معمولا برای مقاوم‌سازی پل‌ها و سازه‌های بزرگ استفاده می‌شود.
جمع بندی
روشهای مقاوم سازی سازه های بتنی، روش‌هایی هستند که برای افزایش مقاومت یک سازه بتنی مثل سنگدال بتنی در برابر تنش‌های کششی به کار می‌رود. در این مقاله، به صورت مفصل در مورد روش های نوین مقاوم سازی ساختمان صحبت کردیم و روش هایی برای افزایش مقاومت بتن در برابر بار اعمالی سازه، زلزله و آتش سوزی بیان نمودیم. این روش ها به صورت کلی شامل استفاده از انواع میلگردهای بازالت، الیاف FRP، فولاد آجدار و حرارتی درون بتن یا اجرای ژاکت‌های بتنی، فولادی و فیبر کربن در بخش بیرونی سازه بتنی می‌باشد که جزئیات مربوط به هر مورد را در مقاله بیان نمودیم.