بتن متخلخل چیست؟

تاریخچه بتن متخلخل

در مورد تاریخچه بتن متخلخل می توان گفت که این بتن برای نخستین بار در سال ۱۹۲۴ میلادی و توسط مهندسان سوئدی طراحی و تولید شد. هدف آنها از طراحی این بتن ساخت ماده ای با ویژگی های چوب بود که در کنار وزن پایین از قابلیت شکل دادن و برش پذیری برخوردار باشد و بتوان از آن به عنوان عایق حرارتی نیز استفاده کرد. پس از گذشت دو دهه و از سال ۱۹۵۰ میلادی ساخت این نوع بتن در دیگر کشورها به روش های مختلف رواج پیدا کرد که در نامگذاری آن از عناوین مختلفی نیز استفاده می شد.

مواد تشکیل دهنده بتن اسفنجی یا متخلخل

در ساخت بتن متخلخل یا اسفنجی از مواد مختلفی چون سیمان، سنگ آهک، پودر آلومینیوم و مواد افزودنی از نوع خاکستر بادی، گاز سیلیس و روباره استفاده می شود. سیمانی که در تولید این نوع بتن ها مورد استفاده قرار می گیرد از درجه OPC53 بوده که چسبندگی بالایی را در متریال مورد استفاده در بتن ایجاد می کند. سنگ آهک از دیگر مواد مورد استفاده در ساخت بتن اسفنجی بوده که متناسب با نوع بتن در اندازه و نسبت مشخصی استفاده می شود.
پودر آلومینیوم یکی دیگر از مواد بکار رفته در این بتن ها بوده که نقش منبسط کننده را دارد. این پودر پس از واکنش با مواد اولیه باعث ایجاد حباب های هوا در ساختار بتن می شود. خاکستر بادی یکی از مواد افزودنی در ساخت این بتن ها بوده که هزینه تولید این بتن ها را کاهش می دهد. این ماده عایق حرارتی بوده و از قابلیت جذب صدا برخوردار است. همچنین خاکستر بادی از مقاومت بالایی در برابر آتش برخوردار است. از خاکستر بادی می توان به عنوان جایگزین سیمان استفاده کرد که تنها ۶ الی ۶۵ درصد مقدار آن را شامل می شود.
گاز سیلیس از دیگر مواد افزودنی در ساخت این بتن ها بوده که از دانه بندی کروی و بسیار ریزی برخوردار است. استفاده از این ماده به مقاومت و استحکام بتن کمک زیادی می کند و می توان از آن به جای سیمان استفاده کرد. این ماده ۵ الی ۱۲ درصد از مقدار سیمان موجود در ساخت بتن را شامل می شود. روباره از دیگر افزودنی های مورد استفاده در طراحی بتن متخلخل بوده که مقاومت و دوام بتن را افزایش می دهد. از این ماده می توان به جای سیمان استفاده کرد که البته ۲۰ الی ۷۰ درصد مقدار سیمان مورد استفاده در ساخت بتن را شامل می شود.

انواع بتن متخلخل

بتن های متخلخل با توجه به نوع فرایند تولیدی که دارند به دو دسته بتن کفی و بتن گازی تقسیم بندی می شوند. این بتن ها در حالت کلی کارکرد غیرسازه ای دارند، هر چند که برخی از بتن های متخلخل گازی را می توان به صورت سازه ای نیز استفاده کرد.
بتن کفی یکی از انواع متداول بتن متخلخل بوده که از وزن بسیار پایینی برخوردار است. در ساخت این بتن ها از سیمان، ماسه، شن، آب، خاکستر بادی و کف استفاده می شود. بتن کفی در واقع یک ترکیب سیمانی است که ۲۰ درصد آن را کف تشکیل می دهد. مقاومت فشاری این بتن ها بین ۲ الی ۱۰ نیوتن بر میلیمتر مربع بوده که در برخی شرایط می تواند به بالاتر از این مقدار نیز برسد. از عمده کاربرد این بتن ها می توان به استفاده از آنها در حفاری ها به عنوان یک ماده پرکننده و در ساخت ساندویچ پانل به عنوان لایه میانی این سازه ها اشاره کرد. این بتن ها به عنوان عایق حرارتی در زمینه های مختلف کاری نیز مورد استفاده قرار می گیرند.
بتن گازی نوع دیگری از بتن اسفنجی بوده که با عنوان بتن هوادار اتوکلاوی نیز شناخته می شود. از ویژگی های مهم این بتن ها می توان به چگالی و جمع شدگی پایین آنها اشاره کرد. از این بتن ها می توان در طراحی دیوارهای جداکننده و در زمینه عایق بندی حرارتی نیز استفاده کرد.

کاربرد بتن اسفنجی یا متخلخل

بتن متخلخل به دلیل ویژگی ها و قابلیت هایی که دارد از کاربردهای گسترده ای نیز برخوردار است که در این بخش به معرفی آنها می پردازیم. اولین کاربرد این بتن ها به استفاده از آنها در روسازی معابر و خیابان ها مربوط می شود که از ایجاد سیلاب و خسارت های ناشی از آن جلوگیری می کند. در نواحی سردسیر از این نوع بتن ها در ساخت سازه های بتنی استفاده می شود که از مقاومت بالایی در برابر یخ زدگی برخوردار هستند. از این بتن ها می توان در طراحی خاکریز پل ها نیز استفاده کرد. دیوارهای سازه ای سبک را نیز می توان با استفاده از بتن های متخلخل طراحی کرد. همچنین بتن اسفنجی می تواند یک متریال کاربردی در طراحی سازه های دریایی و ساحلی باشد.
این بتن ها در بخش آب و فاضلاب نیز مورد استفاده قرار می گیرند و از آنها می توان در طراحی حوضچه های تصفیه آب نیز استفاده کرد. از بتن متخلخل در روسازی زمین تنیس، کف باغ وحش و کف گلخانه نیز استفاده می شود. با استفاده از این بتن ها می توان عملیات زیرسازی چمن در استادیوم های فوتبال را با کیفیت بالا انجام داد. از دیگر کاربردهای این بتن ها می توان به استفاده از آنها در ساخت استخرها اشاره کرد. همچنین بتن اسفنجی یک متریال کاربردی در طراحی پارکینگ های روباز به شمار می رود. این بتن ها نقش عایقی بسیار خوبی دارند و از آنها می توان در طراحی سقف و پشت بام خانه ها نیز استفاده کرد. یکی دیگر از انواع بتن ها، بتن خود ترمیم شونده می باشد که در صورت ایجاد ترک قادر به ترمیم بافت خود است. برای آشنایی بیشتر با این بتن مطالعه مقاله ” بتن خود ترمیم شونده چیست؟ ” را پیشنهاد می کنیم.

مزایا استفاده از بتن متخلخل

بتن اسفنجی به دلیل ساختار و ویژگی هایی که دارد از مزایای بسیاری برخوردار بوده که از جمله آنها می توان به خاصیت تصفیه کنندگی این بتن ها و جلوگیری از آلودگی آب باران و نفوذ این آلودگی به لایه های زیرین اشاره کرد. استفاده از این بتن ها در روسازی معابر و خیابان ها با کاهش آب گرفتگی آنها همراه بوده و از بروز سیلاب جلوگیری می شود. بتن های متخلخل به فرایند نفوذ آب به لایه های زیرین و پر شدن ذخایر زیرزمینی کمک زیادی می کند. با بکارگیری این بتن ها کاربری زمین بالا رفته و دیگر نیازی به حوضچه های نگهداری نیست.
این بتن ها دارای خاصیت عایق حرارتی بوده و از این قابلیت آنها می توان در عایق بندی دیوارهای ساختمان استفاده کرد. هزینه های ساخت بتن متخلخل پایین بوده و همین امر نیز به کاهش هزینه های پروژه کمک زیادی می کند. استفاده از این بتن ها باعث کاهش مصرف انرژی در فرایند تولید (تا ۲۵ درصد) می شود. از دیگر مزایای استفاده از این بتن ها می توان به خاصیت جذب صوت در آنها اشاره کرد که این قابلیت می تواند در بسیاری از زمینه های کاری مورد استفاده قرار گیرد. بتن اسفنجی بکار رفته در فرایندهای کاری به دلیل برخورداری از ملات آهکی دارای امکان استفاده مجدد است.

معایب استفاده از بتن اسفنجی یا متخلخل

بتن متخلخل در کنار مزایای بسیاری که دارد از یک سری معایب نیز برخوردار بوده که از جمله آنها می توان به مقاومت نه چندان زیاد این بتن ها اشاره کرد. بر همین اساس نمی توان از بتن اسفنجی در ساخت معابر پر رفت و آمد، خیابان ها و جاده های پرترافیک و با رفت و آمد ماشین های سنگین استفاده کرد. همچنین امکان زیرسازی سازه های چندطبقه با استفاده از این بتن ها وجود ندارد. از دیگر معایب این بتن ها می توان به استحکام مکانیکی پایین آنها در برابر ضربه اشاره کرد.
بتن های متخلخل در برابر تنش های وارده از حوادث طبیعی مانند زلزله از آستانه تحمل پایینی برخوردارند و همین مسئله نیز از معایب آنها به شمار می رود. همان طور که اشاره کردیم در طراحی این بتن ها از هیچ ریزدانه ای استفاده نمی شود و همین امر نیز باعث سفت شدن سریع آنها می شود که این مسئله می تواند با ایجاد ساختارهای غیرمقاوم همراه باشد. از این بتن ها نمی توان در فرایندهای کاری که در آنها به مصالح بسیار مقاوم و غیرقابل نفوذ در برابر آب نیاز است استفاده کرد.

روش اجرایی بتن متخلخل

اجرای بتن متخلخل در چهار مرحله صورت می گیرد که در مرحله نخست این فرایند متریال مورد استفاده در طراحی آن با هم مخلوط می شود. در مراحل دوم و سوم این فرایند به ترتیب عملیات جاگذاری و تراکم (کوبیدن) انجام می شود و مرحله چهارم نیز به عمل آوری بتن اختصاص داده می شود. البته قبل از مخلوط کردن مصالح باید سایز ماسه سنگ ها و مقدار سیمان مورد استفاده در طراحی بتن مشخص شود. برای این کار معمولاً از ماسه سنگ هایی با سایز ۹ الی ۱۵ میلیمتر استفاده می شود. همچنین سیمان مورد استفاده در این فرایند ۲۸ الی ۴۰ درصد حجم آن را تشکیل می دهد. مقدار آبی که در ساخت این بتن ها مورد استفاده قرار می گیرد از اهمیت بالایی برخوردار است.
بر همین اساس باید از آب به اندازه ای استفاده شود که سطح بتن مرطوب به نظر برسد. بخشی از فرایند اختلاط بتن متخلخل به استفاده از مواد افزودنی اختصاص داده می شود که از جمله این افزودنی ها می توان به مواد روان کننده و ضد یخ اشاره کرد. استفاده از روان کننده باعث کاهش آب مصرفی در این بتن ها می شود. البته استفاده از ضد یخ در ساخت بتن بستگی به شرایط محیطی دارد. پس از آماده سازی مواد نوبت به اختلاط آنها می رسد که از سخت ترین بخش های فرایند اجرایی بتن بوده و این کار با استفاده از دستگاه های مخصوص انجام می شود.

تفاوت بتن متخلخل و بتن پیش ساخته

بتن متخلخل و بتن پیش ساخته به دلیل نوع ساختار و طراحی که دارند تفاوت هایی در آنها دیده می شود. اولین تفاوت این بتن ها به چگالی و وزن آنها مربوط می شود که تأثیر زیادی بر بار مرده و وزن سازه دارد. بتن های متخلخل از دسته بتن های سبک بوده که در مقایسه با بتن های پیش ساخته از وزن پایین تری برخوردارند. تفاوت دیگر این بتن ها در رابطه با مقاومت فشاری آنها بوده که مقدار آن در بتن های متخلخل در مقایسه با بتن های پیش ساخته پایین تر است. بتن های پیش ساخته همان طور که از نام آنها پیداست به صورت پیش ساخته و از پیش آماده شده عرضه می شوند ولی بتن های متخلخل می تواند به صورت های مختلفی اجرا شوند.
از نظر هزینه های اجرایی و ساخت این بتن ها می توان گفت که قیمت بتن های سبک از جمله بتن های متخلخل در مقایسه با بتن های معمولی و پیش ساخته پایین تر است؛ دلیل آن نیز می تواند استفاده از تقویت کننده های فولادی، روکش های فلزی و مواد اضافی در طراحی بتن های معمولی و پیش ساخته باشد. تفاوت دیگر این بتن ها به زمینه کاری آنها مربوط می شود. به عنوان مثال در روسازی معابر می توان از بتن های متخلخل استفاده کرد، در حالی که استفاده از بتن های پیش ساخته راهکار مناسبی برای این کار نیست. از بتن های پیش ساخته برای ساخت ساختمان های پیش ساخته و دیگر اجزای پیش ساخته مانند کانکس پیش ساخته و کلبه پیش ساخته استفاده می شود.

قیمت بتن متخلخل

عوامل و فاکتورهای مختلفی می تواند بر قیمت بتن اسفنجی تأثیرگذار باشد که از جمله آنها می توان به نوع بتن و کیفیت مواد اولیه بکار رفته در ساخت این بتن ها اشاره کرد. از آنجایی که فرایند تولیدی این بتن ها به دو صورت کفی یا گازی بوده در اجرای آنها از مواد مختلفی چون سیمان، سنگ آهک، شن، خاکستر بادی و غیره استفاده می شود، کیفیت این مواد و قیمت تمام شده آنها می تواند بر قیمت بتن متخلخل تأثیرگذار باشد. فاکتور دوم به متراژ و حجم بتن مصرفی مربوط می شود که آن هم بستگی به متراژ کاری و حجم پروژه دارد. هر چه متراژ کاری بیشتر باشد به حجم بیشتری بتن نیاز است و همین امر نیز باعث بالا رفتن هزینه بتن اسفنجی می شود.
فاکتور سوم در ارتباط با سفارش سازی ساخت این بتن ها بوده که باعث تغییر در قیمت تمام شده آنها در مقایسه با بتن های متخلخل معمولی می شود. بتن های سفارشی از نظر مقاومت فشاری، نوع سنگ دانه ها، مواد افزودنی و غیره به صورت متفاوت طراحی می شوند و همین تفاوت نیز در قیمت و هزینه های اجرایی آنها دیده می شود. هزینه های اجرایی که خود شامل دستمزد تیم اجرایی و هزینه تجهیزات مورد استفاده در ساخت این بتن ها می شود از دیگر عوامل تأثیرگذار بر قیمت بتن متخلخل خواهد بود. شرکت و برند تولیدکننده مصالح مورد استفاده در ساخت این بتن ها و فاصله محل اجرای پروژه از محل تهیه این مصالح از دیگر عواملی است که می تواند بر قیمت تمام شده بتن اسفنجی تأثیرگذار باشد.

نکات پایانی در مورد بتن اسفنجی یا متخلخل

همان طور که اشاره کردیم در ساختار بتن متخلخل حفره های زیادی ایجاد می شود که این مسئله با کاهش مقاومت فشاری این بتن ها همراه خواهد بود. مقاومت فشاری بتن اسفنجی رابطه عکسی با فضای خالی موجود در آن دارد. مقاومت فشاری این بتن ها بین ۳.۵ الی ۲۸ مگاپاسکال متغیر است که در حالت کلی مقدار پایینی است. با این وجود با استفاده از مواد افزودنی می توان این مقاومت فشاری را تا حدودی بالا برد.
در بتن متخلخل امکان نفوذ آب از طریق حفره های موجود در ساختار آن وجود دارد که سبب شده این بتن ها از قابلیت نفوذپذیری بالایی برخوردار باشند. البته خود این قابلیت نیز به عوامل مختلفی بستگی دارد که از جمله آنها می توان به شکل و اندازه مواد، نحوه توزیع و نحوه اتصال آنها به یکدیگر اشاره کرد. مقدار نفوذپذیری بتن های متخلخل بین ۰.۰۰۳ الی ۳.۳ سانتیمتر در ثانیه است. در حالت کلی حفره های موجود در این بتن ها را می تواند در سه دسته حفره های مویرگی، حفره های به هم پیوسته (ماکرو) و حفره های جدا شده جای داد.