بتن آرمه چیست ؟
بتن مسلح یا بتن آرمه، یک ماده کامپوزیتی و از مصالح ساختمانی پرکاربرد است که از ترکیب بتن با المان‌های تقویت‌کننده نظیر میلگرد و یا الیاف تشکیل می‌شود. المان‌های تقویت‌کننده، به منظور جبران مقاومت کششی و شکل‌پذیری پایین بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیب بتن با میلگردهای فولادی از شناخته‌شده‌ترین و متداول‌ترین روش‌های ساخت بتن آرمه است که اغلب برای اجرای اعضای سازه‌ای ساختمان‌های مسکونی و تجاری به کار برده می‌شود. این مصالح ساختمانی، انواع و کاربردهای فراوانی دارد که در بخش‌های بعدی به معرفی آن‌ها خواهیم پرداخت.
تاریخچه بتن مسلح
قدیمی‌ترین اثر استفاده از میلگرد در ساختمان‌های بنایی به قرن ۱۵ میلادی (اواخر قرن ۸ شمسی) و ساخت «قلعه ونسن» (Château de Vincennes) در کشور فرانسه باز می‌گردد. در قرن ۱۸ میلادی (اواخر قرن ۱۱ شمسی) نیز از میلگرد برای ساخت اسکلت «برج خمیده‌ی نوینسک» (Leaning Tower of Nevyansk) در روسیه استفاده شد. با وجود به کارگیری میلگردهای فولادی یا چدنی در سازه‌های مذکور، شواهدی دال بر استفاده از این مصالح با هدف تقویت استحکام سازه وجود ندارد.
بتن آرمه یا بتن مسلح، در سال ۱۸۴۹ میلادی (۱۲۲۸ شمسی) توسط یک باغبان فرانسوی با نام «ژوزف مونیه» (Joseph Monier) اختراع شد. این باغبان از ترکیب مش‌های فولادی با دوغاب سیمانی برای ساخت گلدان استفاده می‌کرد. در سال ۱۸۵۳ میلادی (۱۲۳۲ شمسی)، بتن آرمه برای اولین بار جهت ساخت یک ساختمان چهار طبقه مورد استفاده قرار گرفت. البته هدف از به کارگیری این مصالح ساختمانی، نه افزایش مقاومت بلکه یکپارچگی سازه و جلوگیری از دوران دیوارهای ساختمان بود. در سال ۱۸۵۴ میلادی (۱۲۳۳ شمسی)، یک پیمانکار انگلیسی از بتن مسلح برای اجرای کف و سقف خانه‌های دو طبقه استفاده کرد. نحوه چینش آرماتورها در این خانه‌ها، بیانگر به کارگیری میلگرد با هدف افزایش مقاومت کششی بتن بود.
به رسمیت شناختن کاربرد بتن آرمه به عنوان مصالح ساختمانی به اواخر قرن ۱۹ میلادی (قرن ۱۲ شمسی) باز می‌گردد. در این دوران، مطالعات زیادی بر روی ترکیب سیمان پرتلند با آهن به عنوان مصالح ساختمانی مقرون به صرفه و مقاوم در برابر آتش برای ساخت سقف، کف و سطوح عابر پیاده انجام شد. تغییر روش‌های به کارگیری میلگردهای فولادی (مثل خم کردن آن‌ها) و بهبود پیوستگی آن‌ها با بتن نیز از پیشرفت‌های مربوط به این دوران است. در سال ۱۸۸۴ میلادی (۱۲۶۳ شمسی)، ساخت اولین سازه تجاری با استفاده از بتن آرمه انجام گرفت.
در سال ۱۹۰۳ میلادی (۱۲۸۲ شمسی)، یکی از اولین آسمان‌خراش‌ها توسط بتن مسلح با ارتفاع ۱۶ طبقه ساخته شد. با گذشت زمان، المان‌های تقویت‌کننده مختلفی نظیر الیاف فولادی، مصنوعی و طبیعی برای ساخت بتن آرمه مورد استفاده قرار گرفتند. به کارگیری این نوع بتن در سال‌های اولیه معرفی آن با چالش‌های فراوانی در زمینه طراحی و اجرا همراه بود. با این حال، ویژگی‌هایی نظیر دسترسی آسان به مواد اولیه و وجود انواع مختلف با خواص متنوع، بتن مسلح را به یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی در ساخت انواع سازه‌های عمرانی مدرن تبدیل کردند.
انواع بتن مسلح کدام هستند؟
بتن آرمه را می‌توان به دو نوع مسلح به میلگرد و مسلح به الیاف تقسیم‌بندی کرد. هر یک از این دو نوع بتن، با استفاده از مواد مختلف ساخته می‌شوند. به طور کلی، بتن مسلح به میلگرد، بتن پیش تنیده، بتن پس تنیده، بتن پیش ساخته، بتن با عایق ماندگار و بتن الیافی (فولادی، شیشه‌ای، پلمیری، کربنی و غیره) از انواع بتن‌های آرمه هستند.
مزایای بتن مسلح چه هستند؟
استحکام بالا، هزینه نسبتا پایین، انعطاف‌پذیری مناسب، دوام خوب، مقاومت در برابر آتش، شکل‌پذیری نسبی، اجرای ساده، مقاومت در برابر زلزله، تنوع در روش‌های اجرا و کاربردهای فراوان از جمله مزیت‌های بتن آرمه هستند. در ادامه به معرفی هر یک از این مزایا می‌پردازیم.
استحکام بالا
بتن آرمه از مقاومت بسیار خوبی در برابر بارهای فشاری و خمشی بهره می‌برد. به علاوه، این نوع بتن، یکی از محدودیت‌های اصلی بتن معمولی (مقاومت کششی) را نیز برطرف می‌کند. در واقع، همین ویژگی باعث محبوبیت و کاربرد گسترده آن در ساخت سازه‌های عمرانی شده است.
هزینه پایین
مواد اولیه برای ساخت بتن آرمه دارای دسترسی بالا و هزینه نسبتا پایین هستند. البته استفاده از المان‌های تقویت‌کننده، هزینه تولید این مصالح ساختمانی را افزایش می‌دهد. با این وجود، پایین بودن میزان تعمیر و نگهداری مورد نیاز، باعث کاهش هزینه کلی سازه‌های بتن مسلح می‌شود.
انعطاف پذیری
با استفاده از قالب‌های مخصوص یا نصب قالب‌ها با آرایش مختلف می‌توان بتن آرمه را به شکل دلخواه درآورد. این ویژگی، دست معماران برای طراحی‌های منحصر به فرد را باز می‌گذارد.
دوام
در صورت طراحی و اجرای مناسب، دوام بتن آرمه بسیار بالا خواهد بود. این ماده تحت تاثیر عوامل جوی نظیر باران و برف قرار نمی‌گیرد و می‌تواند تا ۱۰۰ سال در شرایط آب و هوایی مختلف پایدار باقی بماند. به دلیل نفوذپذیری پایین، بتن می‌تواند در برابر مواد شیمیایی محلول در آب نظیر سولفات‌ها، کلریدها و کربن دی اکسید مقاومت کند. البته امکان خوردگی سطح بتن در مواجهه با این مواد وجود دارد. با این وجود، روش های متنوع ترمیم بتن، باعث جلوگیری از تخریب سازه می‌شوند. با توجه به نکات اشاره شده، بتن مسلح، بهترین گزینه برای ساخت سازه‌های آبی و زیرآبی است.
مقاومت در براب آتش
ماهیت بتن از آتش گرفتن و سوختن بتن آرمه جلوگیری می‌کند. این ماده بازه ۲ تا ۶ ساعته را برای انجام عملیات‌های نجات در حین آتش‌سوزی فراهم می‌کند. سازه‌های بتن آرمه نسبت به سازه‌های فولادی از مقاومت بیشتری در برابر آتش بهره می‌برند. بتن مسلح، گزینه خوبی برای محافظت از فولاد در برابر آتش و اجرای سازه‌های در معرض دمای بالا است.
شکل پذیری
شکل پذیری از دیگر مزایای بتن آرمه نسبت به بتن معمولی است. وجود میلگرد یا دیگر المان‌های تقویت‌کننده، باعث شکل‌پذیری سازه در صورت اعمال بارهای شدید می‌شود. به این ترتیب، افراد حاضر در سازه‌های بتن آرمه در هنگام مشاهده ترک یا تغییر شکل شدید، به احتمال رخ دادن شکست پی می‌برند. این ویژگی، امکان اتخاذ اقدامات مناسب جهت جلوگیری از آسیب‌های بیشتر را فراهم می‌کند.
مقاومت در برابر زلزله
در صورت طراحی مناسب، سازه‌های بتن آرمه از مقاومت بسیار خوبی در برابر بارهای دینامیکی مانند زلزله و باد بهره می‌برند. سیستم سازه‌ای ساختمان‌های بتن مسلح معمولا از نوع قاب خمشی است. این نوع سیستم، سختی مورد نیاز برای مقابله با بارهای جانبی لرزه‌ای را فراهم می‌کند.
اجرای ساده
ساخت سازه‌های بتن آرمه نسبت به اجرای سازه‌های فولادی ساده‌تر و نیاز به نیروی کار ماهر در آن کمتر است.
استفاده از مواد بازیافتی
باطله‌ها و محصولات جانبی بسیاری از صنایع نظیر خاکستر بادی، سرباره، ضایعات شیشه و حتی تکه‌های کنده شده از لاستیک وسایل نقلیه را می‌توان به عنوان جایگزین سیمان یا سنگدانه در ترکیب بتن آرمه استفاده کرد. بنابراین، استفاده از این مصالح ساختمانی، اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از زباله‌های صنعتی را کاهش می‌دهد و مشخصات مکانیکی بتن (کیفیت سازه) را بهبود می‌بخشد.
تنوع در اجرا
یکی از مزایای بتن آرمه، قابلیت اجرای آن با استفاده از روش‌های متفاوت است. با ثابت بودن فرآیند اجرای بتن‌های مسلح شده با میلگرد، بتن‌های الیافی را می‌توان مانند بتن معمولی به صورت دستی، پمپ، پاششی و غیره در محل مورد نظر اجرا کرد.
کاربردهای فراوان
بتن آرمه به منظور ساخت ساختمان، پل، سد، جاده، دیوار حائل، نیروگاه، مخزن، سازه‌های شناور، فونداسیون سازه‌های عمرانی، سازه‌های دریایی، لوله، المان‌های باربر و غی باربر پیش ساخته مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربرد بتن مسلح به اندازه‌ای زیاد است که آن را به پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی تبدیل می‌کند.
معایب بتن مسلح چه هستند؟
در کنار مزایای متعدد، بتن آرمه دارای محدودیت‌هایی است که می‌توانند باعث ترجیح استفاده از مصالح ساختمانی دیگر برای ساخت سازه‌های عمرانی شوند. برخی از این محدودیت‌ها عبارت هستند از:
- وزن زیاد سازه در مقایسه با سازه‌های فولادی، چوبی و شیشه‌ای
- عملیات‌های بسیار زیاد در زمینه قالب‌بندی و نیاز به فضای کافی به همراه نیروی کار برای اجرای این عملیات‌ها
- عدم امکان بهره‌برداری سریع از سازه به دلیل نیاز به گذشت زمان برای گیرش بتن و دستیابی به مقاومت فشاری نهایی
- نیاز به دقت بالا در طراحی و اجرا به دلیل تاثیر مستقیم نحوه اختلاط، قالب‌بندی، بتن‌ریزی و گیرش بر روی مقاومت نهایی سازه
- هزینه بالای قالب‌های مورد استفاده و نیروی کار ماهر (آرماتوربند) برای اجرای بتن مسلح نسبت به بتن معمولی
- امکان رخ دادن ترک ناشی از جمع‌شدگی و کاهش مقاومت
طراحی و اجرای سازه بتن آرمه چگونه انجام می‌شود؟
سازه های بتن مسلح در ایران مطابق با مبحث نهم مقررات کلی ساختمان اجرا می‌شوند. مراحل کلی اجرای این سازه‌ها عبارت هستند از:
- تخمین هزینه
- طراحی آرماتور
- آرماتوربندی
- تامین بتن
- نصب قالب بتن
- بتن ریزی و عمل آوری
- باز کردن قالب‌های موقت
آخرین دیدگاه‌ها