بتن مسلح چیست؟ مشخصات و کاربردهای بتن آرمه

بتن مسلح و یا Reinforced Concrete یکی از انواع بتن‌های پرکاربرد برای ساخت اعضای باربر و غیر باربر است. این نوع بتن از ترکیب بتن معمولی با المان‌های تقویت کننده مانند میلگرد در جهت افزایش استحکام سازه، ساخته می‌شود. بتن آرمه، نام دیگر بتن مسلح است و دارای 6 نوع مختلف است که در این مقاله قصد داریم به طور دقیق به بررسی هریک بپردازیم.

بتن مسلح چیست؟

بتن مسلح، بتن معمولی است که با ساختارهای تقویت کننده مانند میله، کابل، میلگرد و… تقویت می‌شود. مهمترین تفاوت این نوع بتن با بتن معمولی، دارا بودن ویژگی‌هایی همچون مقاومت بالاتر، کرنش کششی زیاد، سازگاری با حرارت بالا است. از بتن مسلح در مواردی مانند سازه‌های پیش ساخته، سازه‌های شناور، تونل‌های برق آبی، کانال‌های آبیاری، زهکش‌ها، سازه‌های پل و زیرگذر، ستون‌ها از پی تا بام استفاده می‌شود.

 آموزش نرم افزار رویت با بهترین هزینه

تاریخچه بتن مسلح

بتن béton یک واژه لاتین است که بعد‌ها وارد زبان فرانسوی شد. اما در زبان انگلیسی از بتن با عبارت concrete یاد می‌کنند. استفاده از بتن به دوران باستان برمی‌گردد، اما اختراع بتن مسلح به عنوان یک مصالح ساختمانی مدرن، به اوایل قرن نوزدهم میلادی نسبت داده می‌شود. در ضمن، شواهدی نشان می‌دهد که از مخلوط‌های شبیه به بتن در سازه‌هایی در حدود 6500 سال قبل از میلاد مسیح در خاورمیانه استفاده می‌کردند.

همچنین، مصریان باستان نیز از نوعی بتن در ساخت اهرام خود استفاده می‌کردند. پیشرفت بتن در دوران روم باستان در مقیاس وسیعی احساس می‌شود. در این دوران، رومیان با ترکیب مصالحی مانند آهک، خاکستر آتشفشانی و سنگدانه‌ها، بتنی به نام “بتن رومی” را اختراع کردند.

در نهایت، در سال 1849، باغبان فرانسوی ژوزف مونیه (Joseph Monier) اختراع بتن مسلح را به ثبت رساند. ژوزف مونیه، با مشاهده ترک خوردن گلدان‌های سیمانی که با مفتول فلزی تقویت شده بودند، به این ایده رسید که می‌توان از این روش برای تقویت بتن در برابر کشش و ایجاد سازه‌های مقاوم‌تر استفاده کرد.
ایده استفاده از بتن مسلح در سال 1853 میلادی برای یک ساختمان چهار طبقه اجرا شد. یکسال بعد، یعنی در سال 1854 یک پیمانکاری انگلیسی از بتن آرمه برای اجرای کف و سقف خانه‌های دو طبقه کمک گرفت.

در اواخر قرن 19 میلادی، بتن آرمه به رسمیت شناخته شد. در آن دوره، تحقیقات زیادی بر روی ترکیب سیمان پرتلند با آهن به علت مقاوم در برابر آتش برای ساخت سقف، کف و سطوح عابر پیاده انجام شد و حتی پیشرفت‌های زیادی نیز در همین بازه زمانی صورت گرفت. در سال 1884 میلادی، اولین سازه تجاری با استفاده از بتن مسلح ساخته شد.
در سال 1903 میلادی، اولین آسمان خراش‌ها با ارتفاع 16 طبقه با استفاده از بتن آرمه ساخته شد. اما استفاده از بتن مسلح در سال‌های اولیه با چالش‌های فراوانی همراه بود که با گذشت زمان و تقویت آن به یکی از محبوب‌ترین مصالح در صنعت ساختمان سازی و موارد دیگر تبدیل شد.

مطلب پیشنهادی: سازه فولادی چیست؟

انواع بتن مسلح

بتن آرمه به طور کلی به 6 دسته کلی تقسیم بندی می‌شود و هر کدام از این موارد علاوه بر ساختار و کاربرد در شکل ظاهری نیز با یکدیگر متفاوت هستند.

بتن مسلح به میلگرد

ساخت بتن مسلح با میلگرد، قدیمی‌ترین و متداول‌ترین روش ساخت بتن مسلح است. هدف از استفاده میلگرد در بتن، افزایش مقاومت کششی سازه‌های بتنی است. در این نوع از بتن، میلگردها درون بتن قرار می‌گیرند و چسبندگی را در آن ایجاد می‌کنند. زمانی که به سازه بتن مسلح نیرو وارد می‌شود، بتن فشار را تحمل می‌کند و میلگردها از ترک خوردن آن جلوگیری می‌کنند. میلگردها همچنین می‌توانند به توزیع یکنواخت نیرو در سراسر سازه کمک کنند.

میلگردهای مورد استفاده برای ساخت بتن آرمه معمولاً از جنس فولاد هستند و در شرایط محیطی مختلف، احتمال خوردگی فولاد وجود دارد. به همین علت، از میلگردهای GFRP که یک گزینه به صرفه برای محیط‌های حساس هستند، استفاده می‌شود.

بتن مسلح پیش تنیده

بتن مسلح پیش تنیده و یا (Prestressed Concrete) یکی دیگر از انواع بتن‌های پر کاربرد و محبوب است. این نوع بتن امکان اعمال تنش‌های مشخص درون اعضای سازه‌ای و مقابله با شرایط بارگذاری پیش‌بینی شده را کاملاً فراهم می‌کند. مصالح استفاده شده در این نوع بتن، با قرار گرفتن در وضعیت پیش‌بارگذاری، می‌توانند بارهای بیشتری را هنگام قرارگیری در شرایط خاص را تحمل کنند. بتن پیش‌تنیده با لحاظ کردن یکی از فرآیندهای پیش تنیدگی بر روی کابل‌ها/تاندون‌های آلیاژ فولادی ساخته می‌شود.
ساخت بتن پیش تنیده، با اعمال تنش کششی به المان‌های فولادی توسط جک‌های هیدرولیکی، قالب‌بندی و بتن‌ریزی در اطراف المان‌های تحت کشش صورت می‌پذیرد. در مرحله بعدی، بتن جمع می‌شود و گیرش می‌کند. با سپری شدن زمان، المان‌های تحت کشش از جک‌های هیدرولیکی به آرامی آزاد می‌شوند. پیوند ایجاد شده میان فولاد و بتن، از برگشت المان‌های تحت کشش به طول اولیه خود جلوگیری می‌کند. این فرایند با القای تنش فشاری درون بتن، به استحکام سازه تا حد زیادی کمک می‌کند.

بتن مسلح پس تنیده

بتن مسلح پس تنیده یا (Post-Tensioned Concrete) کاملاً برعکس پتن پیش تنیده ساخته می‌شود. در این نوع بتن، پیش تنیدگی پس از گیرش کامل، اتفاق می‌افتد. پس تنیدگی، برای اعمال پیش تنیدگی در محل اجرای پروژه (بتن‌ریزی برجا) یا اتصال چندین بلوک پیش ساخته کاربردی است.

در بتن مسلح پس تنیده، از دو نوع آرماتور استفاده می‌شود:

• آرماتورهای فولادی پیش تنیده: این آرماتورها قبل از ریخته شدن بتن، تحت کشش قرار می‌گیرند و سپس طول آنها ثابت نگه داشته می‌شود.
• آرماتورهای فولادی معمولی: این آرماتورها مانند بتن مسلح معمولی، در داخل بتن قرار داده می‌شوند و وظیفه‌ی آنها تامین مقاومت اضافی در برابر برش و ترک خوردگی است.

مزایای بتن مسلح پس تنیده:

• مقاومت بالا در برابر فشار و کشش: به دلیل اعمال تنش فشاری به آرماتورهای پیش تنیده، بتن پس تنیده می‌تواند بارهای بیشتری را تحمل کند و در برابر خم شدن و ترک خوردگی مقاوم‌تر باشد.
• کاهش وزن سازه: با استفاده از بتن پس تنیده می‌توان از مقاطع نازک‌تر بتن و آرماتور استفاده کرد، که این امر منجر به کاهش وزن کلی سازه می‌شود.
• افزایش دهانه‌ها: بتن پس تنیده به دلیل مقاومت بالا، برای ساخت دهانه‌های بزرگتر مناسب‌تر است.
• کاهش خیز: بتن پس تنیده به دلیل سختی بیشتر، خیز کمتری نسبت به بتن مسلح معمولی دارد.
• عمر مفید طولانی: بتن پس تنیده به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و فرسایش، عمر مفید طولانی‌تری دارد.

ویژگی‌های بتن مسلح پس تنیده:

• روش اجرا: روش اجرای بتن پس تنیده پیچیده‌تر از بتن مسلح معمولی است و نیاز به تخصص و تجهیزات بیشتری دارد.
• هزینه: هزینه ساخت بتن پس تنیده به دلیل استفاده از آرماتورهای پیش تنیده و روش اجرای پیچیده‌تر، بیشتر از بتن مسلح معمولی است.
• محدودیت‌های معماری: تنش‌های فشاری موجود در بتن پس تنیده، ممکن است محدودیت‌هایی را برای شکل‌دهی و طراحی معماری سازه ایجاد کند.

کاربردهای بتن مسلح پس تنیده:

• پل‌ها: به دلیل مقاومت بالا در برابر بار و دهانه‌های بلند، بتن پس تنیده در ساخت پل‌ها بسیار کاربردی است.
• ساختمان‌ها: از بتن پس تنیده در ساخت انواع ساختمان‌ها، از جمله بلندمرتبه‌ها، استفاده می‌شود.
• مخازن: به دلیل مقاومت بالا در برابر فشار، از بتن پس تنیده در ساخت مخازن آب و ذخیره سازی مواد استفاده می‌شود.

مطلب پیشنهادی: ضریب نفوذ پذیری خاک چیست؟

بتن مسلح پیش ساخته

بتن مسلح پیش ساخته نوعی بتن است که در کارخانه و در شرایط کنترل شده ساخته می‌شود و سپس به محل پروژه منتقل و نصب می‌شود. این نوع بتن از ترکیب سیمان، ماسه، شن و آرماتور فولادی بدست می‌آید و به دلیل مزایای متعددی که دارد، در صنعت ساختمان نیز بسیار مورد توجه متخصصان قرار گرفته است.

مزایای بتن مسلح پیش ساخته:

• کیفیت بالا: به دلیل تولید در شرایط کنترل شده کارخانه، کیفیت بتن مسلح پیش ساخته به طور قابل توجهی از بتن در محل بالاتر است.
• سرعت اجرا: فرآیند تولید و نصب بتن مسلح پیش ساخته به سرعت انجام می‌شود، که این امر باعث کاهش زمان ساخت و ساز می‌شود.
• کاهش هزینه‌ها: به دلیل استفاده از مصالح و نیروی کار بهینه، در بسیاری از موارد استفاده از بتن مسلح پیش ساخته به صرفه‌تر از بتن در محل است.
• دقت بالا: قطعات بتنی پیش ساخته با دقت بالایی تولید می‌شوند، که این امر منجر به افزایش دقت و ظرافت در ساخت و ساز می‌شود.
• کاهش ضایعات: در فرآیند تولید بتن مسلح پیش ساخته، ضایعات مصالح به طور قابل توجهی کمتر از بتن در محل است.
• ایمنی: فرآیند تولید و نصب بتن مسلح پیش ساخته به طور کلی ایمن‌تر از بتن در محل است.
• تنوع: بتن مسلح پیش ساخته در اشکال و ابعاد مختلف تولید می‌شود، که این امر تنوع زیادی را برای طراحان و سازندگان فراهم می‌کند.

کاربردهای بتن مسلح پیش ساخته:

• ساختمان‌ها: از بتن مسلح پیش ساخته در ساخت انواع ساختمان‌ها، از جمله مسکونی، تجاری، اداری و صنعتی استفاده می‌شود.
• پل‌ها: به دلیل مقاومت بالا، بتن مسلح پیش ساخته در ساخت پل‌ها بسیار کاربردی است.
• سوله‌ها: از بتن مسلح پیش ساخته در ساخت سوله‌ها و انبارها استفاده می‌شود.
• دیوارها: از پنل‌های بتنی پیش ساخته می‌توان برای ساخت دیوارهای خارجی و داخلی ساختمان‌ها استفاده کرد.
• تونل‌ها: از قطعات بتنی پیش ساخته می‌توان برای ساخت تونل‌ها استفاده کرد.

بتن مسلح با عایق ماندگار

بتن مسلح با عایق ماندگار که به اختصار ICF نامیده می شود، دارای یک دیوار پرشونده دائمی در نقش عایق صوتی و حرارتی است. قالب های عایق ماندگار معمولاً از جنس پلی استایرن یا سایر مواد عایق ساخته می شوند که به طور قابل توجهی اتلاف گرما و سرما را در ساختمان کاهش می دهند و منجر به صرفه جویی در مصرف انرژی و هزینه های گرمایش و سرمایش می شود. این امر به ویژه در مناطق با آب و هوای گرم یا سرد حائز اهمیت است. این نوع بتن، بسیار محکم و بادوام هستند و می توانند در برابر طوفان، زلزله، آتش و سایر بلایای طبیعی مقاومت کنند.

کاربردهای بتن مسلح با عایق ماندگار (ICF)

• ساختمان های مسکونی: ICF یک انتخاب محبوب برای ساخت خانه های مسکونی است زیرا مزایای زیادی از جمله صرفه جویی در مصرف انرژی، آسایش بیشتر و مقاومت در برابر بلایای طبیعی را ارائه می دهد.
• آپارتمان ها: ICF همچنین برای ساخت آپارتمان ها مناسب است، زیرا می تواند به کاهش صدا بین واحدها کمک کند و همچنین می تواند به ایجاد فضای داخلی آرام تر و ساکت تر کمک کند.
• مدارس: مدارس ساخته شده با ICF می توانند به صرفه جویی در مصرف انرژی و ایجاد محیط یادگیری راحت تر برای دانش آموزان کمک کنند.
• بیمارستان ها: ICF می‌تواند به ساخت بیمارستان‌های ساکت‌تر کمک کند که برای بیماران و کارکنان مفید باشد.

مطلب پیشنهادی: فتوگرامتری چیست؟

بتن مسلح همراه با الیاف

بتن مسلح به الیاف، نوعی بتن نوین است که در آن به جای استفاده از آرماتورهای فلزی، از الیاف مختلف برای تقویت آن استفاده می‌شود. این الیاف می‌توانند فلزی، پلیمری، شیشه‌ای یا حتی از جنس کربن باشند.

مزایای بتن مسلح به الیاف

• افزایش مقاومت کششی و خمشی: الیاف به طور قابل توجهی مقاومت کششی و خمشی بتن را افزایش می‌دهند. این امر بتن مسلح به الیاف را به ماده‌ای ایده‌آل برای سازه‌هایی تبدیل می‌کند که در معرض بارهای کششی و خمشی بالا هستند، مانند تیرها، دال‌ها و سوله‌ها.
• کاهش ترک خوردگی: الیاف با توزیع تنش در سراسر بتن، به کاهش ترک خوردگی آن کمک می‌کنند. این امر طول عمر و دوام سازه را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
• افزایش شکل‌پذیری: بتن مسلح به الیاف به دلیل شکل‌پذیری بیشتر، در برابر زلزله و ضربه مقاوم‌تر است.
• کاهش وزن: استفاده از الیاف به جای آرماتورهای فلزی، وزن نهایی سازه را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. این امر مزایای متعددی از جمله کاهش هزینه‌های حمل و نقل و نصب و همچنین افزایش مقاومت سازه در برابر لرزش را به همراه دارد.

کاربردهای بتن مسلح به الیاف:

• سازه‌های بتنی: تیرها، دال‌ها، ستون‌ها، فونداسیون‌ها، دیوارها، سوله‌ها و …
• لوله‌ها و مخازن: لوله‌های آب و فاضلاب، مخازن ذخیره آب، مخازن سوخت و …
• سازه‌های زیرزمینی: تونل‌ها، مترو، زیرگذرها و …
• سازه‌های مقاوم در برابر زلزله: ساختمان‌ها، پل‌ها و …
• سازه‌های پیش ساخته: پانل‌های دیواری، بلوک‌ها و …
• سایر کاربردها: کفپوش‌ها، روکش‌ها، محوطه‌سازی و …

مزایای بتن مسلح یا آرمه

• عایق صوتی و حرارتی
• ماندگاری و دوام بالا در صورت اجرای اصولی
• دارای کاربردهای فراوان در پروژه‌های مختلف مانند سدسازی، سازه‌های دریایی، پل سازی، ساختمان سازی و…
• در دسترس بودن مصالح اولیه و سهولت اجرا
• بتن مسلح یک ماده قابل بازیافت است و می‌توان از ضایعات آن در ساخت مصالح جدید استفاده کرد.
• مقاومت بالا در برابر آتش
• مقاومت در برابر عوامل جوی مانند باران، برف، یخ‌زدگی و خوردگی
• بتن مسلح به دلیل ترکیب مقاومت فشاری بالای بتن و مقاومت کششی فولاد، از استحکام و مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر فشار، کشش و خم شدن برخوردار است.

معایب بتن مسلح یا ارمه

• احتمال ترک خوردن بتن به دلیل انقباض و انبساط در حین تغییر حرارت
• نیاز به مهارت بالا و کنترل کیفیت توسط افراد متخصص
• هزینه ساخت سازه های بتن مسلح می تواند به دلیل نیاز به مصالح، نیروی کار و تجهیزات تخصصی بالا باشد.
• یکی از بزرگترین معایب بتن مسلح، وزن زیاد آن است. این امر می تواند منجر به افزایش بار مرده سازه و در نتیجه نیاز به فونداسیون و ستون های قوی تر و همچنین افزایش هزینه های ساخت و ساز شود.
• میلگرد فولادی که برای تقویت بتن استفاده می شود، در معرض خوردگی ناشی از رطوبت و کلریدها است. خوردگی می تواند منجر به زنگ زدن میلگرد، از دست دادن مقاومت و ترک خوردن یا پوسته پوسته شدن بتن شود.

سخن نهایی

بتن مسلح، که به آن بتن آرمه نیز می‌گویند، نوعی بتن است که با استفاده از میلگرد یا موارد دیگر تقویت شده است. بتن مسلح به دلیل مقاومت و تطبیق‌پذیری بالا، در طیف گسترده‌ای از سازه‌ها و پروژه‌های عمرانی مانند ساختمان سازی، سازه‌های دریایی، سازه‌های پیش ساخته، سدسازی، پل سازی و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. بتن مسلح دارای مزایا و انواع مختلفی است که در این مقاله سعی بر این داشتیم به طور مفصل به بررسی هر یک بپردازیم.