همه چیز درباره بتن مسلح یا بتن آرمه

در این مقاله به صورت کامل به تشریح بتن آرمه یا بتن مسلح میپردازیم. بتن آرمه با بتن ساده که تنها از شن و ملات سیمانی ساخته شده است تفاوت زیادی دارد.در بتن آرمه یا بتن مسلح برای افزودن خاصیت مقاومت در برابر نیروی کشسانی بتن را مسلح به میلگرد های فولادی میکنند تا مقاومت بهتری در برابر انواع نیروهای خارجی داشته باشد.

تاریخچه استفاده از الیاف برای بتن

بتن یکی از مهم ترین مواد ساختمانی است و مصرف آن در همه کشورها و مناطق جهان، به دلایل متعدد در حال افزایش است. اجزای آن همه جا در دسترس و نسبتا ارزان هستند و تولید آن ممکن است نسبتا ساده باشد. کاربرد آن انواع مختلفی از ساختمان ها و زیر ساخت های زیربنایی را پوشش می دهد.
 از ویژگی های مطلوب بتن قابلیت استفاده آن در هر شکل و قالب است اما از خواص نامطلوب آن می توان به مقاومت کششی خیلی پایین و مقاومت کم در برابر ترک خوردگی اشاره کرد.
 بتن به علت مقاومت فشاری بالا شناخته شده است اما تنها این ویژگی نمی تواند استفاده از آن را ایجاب کند بلکه شرایط محیطی که در طول عمر خود در آن قرار می گیرد بسیار مهم است. بنابراین هم مقاومت و هم دوام بتن باید در نظر گرفته شود و بتن با دوام تولید شود.
به کارگیری بتن غیر مسلح، به علت تردی و ضعف در برابر نیروهای کششی آن به جز سازه های وزنی، عملا کاربرد چندانی ندارد. این عیب بزرگ بتن، در عمل با مسلح کردن آن به وسیله میلگرد های فولادی یا آرماتور بر طرف می شود، 
ولی از آن جا که از آرماتور نمی توان در مقاطعی مثل جداول بتنی استفاده کرد، به منظور ایجاد شرایطی برای استفاده بتن در جداول و نیز کاهش ضعف شکنندگی و تردی جسم بتن تا حد ممکن در چند دهه اخیر از رشته های نازک و نسبتا دراز الیاف که در تمام حجم بتن به طور همگن و درهم پراکنده می گردد، استفاده می شود.
در آمریکا، ویلیام وارد، نخستین ساختمان بتن آرمه را در سال ۱۸۷۵ در نیویورک بنا نمود. همچنین، تادیوس هیات، که در ابتدا یک وکیل بود، در دهه ۱۸۵۰ تجربیاتی را در مورد تیر بتن آرمه انجام داد.
 وی میله‌های آهنی را در ناحیه کششی تیر قرار داد و در نزدیکی تکیه‌گاه آن را به طرف بالا خم کرده و در ناحیه فشاری مهار نمود. او هم‌چنین میله‌های قائمی را در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها برای تحمل برش به‌کار برد. هیات در سال ۱۸۷۷ یک کتاب ۲۸ صفحه‌ای در ارتباط با موضوع تحقیقات خود منتشر کرد

بتن مسلح چیست و تفاوت آن با بتن معمولی در چه چیز است؟

بتن معمولی ماده ای متشکل از سنگدانه و ملات است. سنگدانه های بتن شامل سنگدانه ریز (ماسه) و درشت (شن ) هستند و ملات بتن  که موجب چسبندگی سنگدانه ها به یکدیگر می‌شود، ترکیبی از سیمان و آب است. 
بتن در مقابل نیروی فشاری دارای مقاومت قابل قبولی است با این حال در مقابل نیروی کششی ضعیف عمل می کند. از طرفی فولاد دارای مقاومت کششی قابل قبولی است. از این رو با مسلح کردن بتن به میلگردهای فولادی، بتنی حاصل می گردد که هم دارای مقاومت فشاری و هم مقاومت کششی قابل قبولی است، به این نوع بتن، بتن مسلح یا بتن آرمه اطلاق می شود.
دلیل استفاده از فولاد به منظور مسلح کردن بتن، ضریب انبساط حرارتی یکسان بتن و فولاد است. به این معنی که فولاد به دلیل تشابه ضریب انبساط حرارتیش با بتن موجب ترک خوردگی بتن در صورت منبسط شدن نمی‌شود. به عبارت دیگر فولاد بر اثر تغییر دما موجب تحمیل تنش بر بتن نمی شود. دلیل دیگر، قابلیت چسبندگی و عدم لغزش فولاد داخل بتن است. 
از طرفی ترکیب فولاد و بتن دارای مزیت‌های دیگری نیز هست، که در ادامه به آن‌ها پرداخته شده است. فولاد با وجود مقاومت کششی بالایی که دارد به عنوان یکی از مصالح آسیب پذیر ساختمان است. زیرا فولاد در برابر مواد شیمیایی دچار خوردگی می شود. همچنین برعکس مقاومت پذیری بالای بتن در مقابل آتش، فولاد در مقابل حرارت های بالا، مقاومت پایینی دارد. 
با ترکیب فولاد و بتن و ایجاد بتن آرمه یا بتن مسلح، ترکیبی مقاوم جهت استفاده در ساختمان ایجاد شده است، که تمامی معایب به کار بردن بتن و فولاد به تنهایی را برطرف کرده است.

چسب بتن پلیمری با هدف افزایش چسبندگی بتن و سیمان ، موجب کاهش نفوذ پذیری بتن، افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن خواهد شد.

 مزایا و معایب بتن آرمه

• سازگاری بتن و فولاد
• بتن و فولاد سازگاری قابل توجهی برای تشکیل یک جسم مرکب دارند که در این میان می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• الف- ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد بسیار به هم نزدیک است؛ به همین دلیل تحت تاثیر تغییرات دمای متداول، تنش‌های قابل توجهی بین آنها ایجاد نمی شود.
• ب- بتن و فولاد چسبندگی بسیار خوبی با یکدیگر داشته و بین آن دو معمولا لغزش اتفاق نمی افتد؛ بنابراین می توانند عملکرد مرکبی با یکدیگر داشته باشند و همانند یک جسم واحد عمل کنند. چسبندگی بسار خوب بین بتن و فولاد، ناشی از چسبندگی شیمیایی بین دو ماده، و نیز ناصافی‌های سطحی و برآمدگی‌های آج میلگرد می باشد.
• ج-فولاد ماده ای است که به راحتی در معرض خوردگی شیمیایی قرار می گیرد؛ در حالی که بتن معمولا نفوذ ناپذیری قابل قبولی دارد و می تواند فولاد مسلح کننده را در مقابل خوردگی محافظت نماید.
• د- مقاومت فولاد در مقابل دمای آتش بسیار پایین است؛ در حالی که پوشش بتن که روی میلگرد‌ها قرار گرفته است، مقاومت بسیار خوبی در مقابل اتش سوزی ایجاد می کند.
• مصالح مختلفی مثل فولاد، چوب، مصالح بنایی و بتن ممکن است به عنوان گزینه‌هایی برای ساخت یک بنا مطرح باشند. این گزینه‌ها برای بسیاری از سازه‌های متداول وجود دارند؛ 
اگر چه در ساخت اسکلت سازه‌های بلند، ممکن است به فولاد و بتن محدود گردند. با این وجود امروزه بتن آرمه به عنوان یک گزینه قابل اعتماد برای ساخت بسیاری از سازه‌های کوچک و بزرگ محسوب می گردد؛ به طوری که شاید بتوان از آن به عنوان مهم ترین ماده ساختمانی موجود با کاربردی فراگیر در تمام دنیا نام برد.

مشخصات بتن مسلح چه هستند؟

مشخصات بتن آرمه از نظر اهمیت، تفاوتی با یکدیگر ندارند. وجود المان‌های تقویت‌کننده، بیشتر بر روی استحکام بتن تاثیر می‌گذارد. با این حال، این المان‌ها می‌توانند دیگر مشخصات بتن را نیز با تغییر مواجه کنند. در ادامه به معرفی برخی از مهم‌ترین خواص بتن مسلح می‌پردازیم.

چگالی بتن مسلح

چگالی یا وزن مخصوص بتن آرمه (تقویت شده با میلگرد فولادی) بین 2400 تا 2500 کیلوگرم بر متر مکعب است و تفاوت چندانی با بتن معمولی ندارد. البته روش مسلح کردن بتن و جنس المان‌های تقویت‌کننده بر روی این عدد تاثیرگذار هستند. جدول زیر چگالی برخی از انواع بتن را نمایش می‌دهد.

استحکام بتن مسلح

هدف اصلی استفاده از المان‌های تقویت‌کننده در ترکیب بتن، افزایش استحکام آن در برابر تنش‌های کششی و بهبود شکل‌پذیری سازه است. بتن معمولی، یک ماده ترد با مقاومت فشاری خوب (15 تا 30 مگاپاسکال) و مقاومت کششی پایین (2 تا 5 مگاپاسکال) است. در صورت اعمال بارهای کششی بیش از حد، اعضای بتنی به طور ناگهانی می‌شکنند. 
همین موضوع، کاربردهای بتن معمولی در سازه‌ها یا عضوهای تحت بارگذاری کششی را محدود می‌کند. بتن مسلح، بخصوص بتن تقویت شده با میلگرد فولادی، با برطرف کردن این محدودیت، عملکرد بسیار مناسبی را در مقابل تنش‌های کششی از خود به نمایش می‌گذارد.
کارایی بتن مسلح به الیاف
کارایی، یکی از مهم‌ترین مشخصات بتن است که میزان سهولت بتن‌ریزی، تراکم و پرداخت را کنترل می‌کند. این مشخصه در بتن تقویت شده با الیاف از اهمیت بیشتری برخوردار است.
 وجود الیاف از هر جنسی، قابلیت تحرک سنگدانه‌های مخلوط را کاهش می‌دهد. این مسئله می‌تواند بر روی مقاومت بتن الیافی پس از رخ دادن ترک، تاثیر منفی بگذارد. 
کاهش حداکثر ابعاد سنگدانه‌ها یا افزایش نسبت مخلوط سیمانی به الیاف، از گزینه‌های مناسب برای رفع مشکل مذکور هستند. مهندسان باید هنگام ارائه طرح اختلاط، اثرات الیاف مورد استفاده را بر روی کاریی در نظر بگیرند.

مقاومت در برابر خوردگی بتن مسلح

یکی از ویژگی‌های بتن آرمه، مقاومت المان‌های تقویت‌کننده آن در برابر خوردگی است. فولاد در مواجهه با هوا و مواد شیمیایی دچار خوردگی می‌شود. 
از این‌رو، استفاده از پوشش‌های اپوکسی، میلگردهای گالوانیزه، فولاد ضد زنگ و المان‌های تقویت‌کننده غیر فولادی در شرایط مستعد خوردگی در اولویت قرار دارند. عدم توجه به این موضوع می‌تواند هزینه‌های ناشی از ترمیم و جایگزینی بتن را افزایش دهد.