بتن

یک ساختمان مدرن: تالار شهر بوستون.(کامل شده در ۱۹۶۸) عمدتا از بتن ساخته شد. پیش‌ساخته و ساخته در محل
بتن ایستا پی گستر در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته می‌شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان و نیز پوزولان‌ها، سرباره کوره‌ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همچنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلا، فشارهای هیدرولیکی و متراکم‌کننده‌های مختلف استفاده شود.
گاهی اوقات برای عوض کردن بعضی از خواص بتن، هنگام مخلوط کردن مواد، مقدار مواد افزودنی به آن اضافه می‌گردد. بتنی که تازه درست شده باشد شکل آن به صورت خمیری می‌باشد و بعد از این‌که در قالب ریخته شود، شکل قالب مشخص شده را به خود گرفته و بعد از مدت مشخصی، سفت شده و مقاومت مورد نیاز را کسب می‌کند.
با توجه به گسترش و پیشرفت علم و پیدایش تکنولوژی‌های فراوان در قرن اخیر، شناخت بتن و خواص آن نیز توسعه قابل ملاحظه‌ای داشته‌است، به نحوی که امروزه شاهد کاربرد انواع مختلف بتن با مصالح مختلف هستیم که هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست. در حال حاضر انواع مختلفی از سیمانها که شامل پوزولانها، سولفورها، پلیمرها، الیافهای مختلف و افزودنیهای متفاوتی هستند، تولید می‌شوند.
بتن از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. ویژگی اصلی بتن ارزان بودن و در دسترس بودن مواد اولیه آن است. همچنین می‌توان خاطرنشان کرد که تولید انواع بتن با استفاده از حرارت، بخار، اتوکلاو، تخلیه هوا، فشار هیدرولیکی ویبره و قالب انجام می‌گیرد.
بتن به‌طورکلی محصولی است که از مخلوط آب با سیمان آبی و سنگ‌دانه‌های مختلف در اثر واکنش آب با سیمان در شرایط محیطی خاصی به حاصل می‌شود و دارای ویژگی‌های خاص است.
بتن اینک با گذشت بیش از ۱۷۰ سال از پیدایش سیمان پرتلند به صورت کنونی توسط یک بنای لیدزی، دستخوش تحولات و پیشرفت‌های شگرفی شده‌است. در دسترس بودن مصالح آن، دوام نسبتا زیاد و نیاز به ساخت‌وسازهای فراوان سازه‌های بتنی چون ساختمان‌ها، سازه‌ها، سدها، پل‌ها، تونل‌ها و راه‌ها، این ماده را بسیار پر مصرف نموده‌است.
اینک حدود سه تا چهار دهه است که کاربرد این ماده در شرایط خاص مورد استقبال کاربران آن قرار گرفته‌است. امروزه با پیشرفت علم و فناوری مشخص شده‌است که صرف توجه به مقاومت به عنوان یک معیار برای طرح بتن برای محیط‌های مختلف و کاربردهای مختلف نمی‌تواند جوابگوی مشکلاتی باشد که در درازمدت در سازه‌های بتنی ایجاد می‌گردد. چند سالی است که مسئله دوام بتن در محیط‌های مختلف مورد توجه قرار گرفته‌است. مشاهده خرابی‌هایی با عوامل فیزیکی و شیمیایی در بتن‌ها در اکثر نقاط جهان و با شدتی بیشتر در کشورهای در حال توسعه، افکار و اذهان مهندسان و شیمیدانان را به سمت طرح بتن‌هایی با ویژگی خاص و با دوام لازم سوق داده‌است. در این راستا در پاره‌ای از کشورها دستورالعمل‌ها و استانداردهایی نیز برای طرح بتن با عملکرد بالا تهیه شده و طراحان و مجریان در بعضی از این کشورهای پیشرفته ملزم به رعایت این دستورالعمل‌ها گشته‌اند.
خواص بتن
خواص ظاهری
بتن خاکستری رنگ بوده و دارای شکل خاصی نمی‌باشد و همچنین به سادگی به شکل قالب خود درمی آید. همچنین معمولا دارای بافت نیست و بدون بو می‌باشد.
خواص فیزیکی بتن
۱)وزن فضایی
وزن بتن بیشتر به نوع دانه‌های آن و تراکم قطعه بستگی دارد، هر چه دانه‌های سنگی سبک‌تر باشند قطعه سبک‌تر و تاب مکانیکی کمتری را از خود بروز می‌دهد. برعکس بتنی که دارای دانه‌های سنگی سنگین‌تر و متراکم‌تری باشد، قطعه‌ای وزین‌تر باتحمل بیشتر ارائه می‌دهد. اما به‌طورکلی وزن فضایی بتن دردامنه‌ای به وسعت ۳۰۰ –۵۰۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب در نوسان است.
۲)تخلخل در بتن
میزان تخلخل بین ۸ تا ۲۵ درصد در محاسبات در نظر گرفته می‌شود که با بالا رفتن آن، قطعه بتنی خواصی همچون مقاومت در برابر یخبندان و نیرو را از دست می‌دهد و در عوض ضریب هدایت حرارت را کاهش می‌دهد.
۳)عمل یخ زدن
همان‌طور که درجه حرارت بتن سخت که با آب اشباع شده‌است، کم می‌شود آب موجود در منافذ موئین خمیر سیمان، به طرز مشابهی با یخ زدن در لوله‌های موئین، سنگ‌ها یخ می‌زند و بتن منبسط می‌شود. در یخ زدن مجدد بتن، انبساط بیشتری رخ می‌دهد و لذا اثرات دوره‌های مکرر یخ زدن و آب شدن، تجمعی خواهد بود. منافذ بزرگ‌تر بتن که در اثر تراکم ناقص هنگام عمل آوردن بتن به وجودمی آیند معمولا پر از هوا می‌باشند و بنابراین به میزان قابل‌ملاحظه‌ای در معرض عمل یخ زدن واقع نمی‌شوند. وقتی‌که مقدار فشار منبسط‌کننده در بتن از مقاومت کششی آن تجاوز نماید، بتن خسارت خواهد دید و میزان خسارت، از پوسته‌شدن سطحی تا ازهم‌پاشیدگی کامل متغیر است. معمولا خسارت از سطحی که در معرض یخ‌زدگی قرارمی گیرد شروع می‌شود و تا عمق آن پیشروی می‌نماید.
خواص مکانیکی
۱)خواص فشاری
مقاومت در مقابل فشار در حقیقت نشان‌دهنده مرغوبیت بتن است. میزان آن به‌وسیله آزمایش فشاری روی نمونه‌های استوانه‌ای، مکعبی و مکعب مستطیل پس از یک دوره زمانی مشخص می‌شود. نیروی فشاری قائم است وبر روی سطوح فوقانی و تحتانی که کاملا مسطح و صاف‌شده‌اند، وارد می‌شود. حد مقاومت زمانی است که نمونه خرد و ازهم‌گسیخته شود. معمولا مقامت بتن پس از ۲۸ روز از ساخت ملاک محاسبات قرار می‌گیرد. در بعضی از کشورها مقاومت بتن زا پس از ۹۰ روز ملاک عمل قرار می‌دهند. آنچه مسلم است اینکه مقاومت فشاری نسبت به سن بتن افزایش می‌یابد.
۲)مقاومت کششی
مقاومت کششی بتن بسیار کم و مقدار آن در حدود ۱۱۰ تا ۱۲۰ مقاومت فشاری آن است، ولی در بتن مسلح وجود فولاد مانع از تقلیل حجم بتن در اثر انقباض ناشی از خودگیری می‌شود. بر اثر انقباض دوران خودگیری ترک‌هایی ریز در بتن ایجاد می‌شود که خود باعث خواهد شد تا مقاومت کششی به صفر برسد.
۳)مقاومت دربرابر نیروی برشی
تعیین این مقاومت از طریق آزمایش مستقیم معمول نیست، بلکه از طریق محاسبات به دست می‌آید. مقدار آن در حدود ۱/۵ تا دو برابر مقاومت کششی مقطع بتنی است.
خواص شیمیایی بتن
۱)اثر اسیدها
اثر اسیدها بر روی بتن سخت شده، تبدیل تمام یا قسمتی از بتن به ترکیبات کلسیم است و آن شامل تبدیل هیدروکسید کلسیم به سیلیکات کلسیم هیدراته و آلومینات کلسیم هیدراته به نمک‌های کلسیم اسید مربوطه است. در شرایط مرطوب SO2 و CO2 و دیگر بخارات اسیدی موجود در هوا نیز از طریق تحلیل قسمتی از سیمان سخت شده و انتقال آن به بیرون از سطح بتن و نهایتا جا گذاشتن یک توده نرم و خمیری شکل تاثیر می‌گذارند. این نوع حمله بیشتر در نواحی صنعتی رخ می‌دهد و خسارات چشمگیری به بتن وارد می‌سازد.
۲)اثر بازها
محلول‌های رقیق (۱۰ درصد) سودیا پتاس بر روی بتنی که از سیمان پرتلند بامصالح سنگی مقاوم درمقابل محلول‌های قلیایی تهیه گردیده‌است، اثر ندارند. در واحدهای تولیدمواد شیمیایی که بتن مستقیما در معرض سود قرار می‌گیرد صدمات جدی به آن وارد می‌شود.
۳)سفیدک
خارج شدن ترکیبات آهک از بتن تحت بعضی از شرایط باعث تشکیل رسوبات املاح روی سطح بتن می‌گردد که به آن سفیدک می‌گویند. برای مثال وقتی آب از میان بتنی که خوب متراکم نشده‌است، یا از میان ترک‌ها یا در امتداد درزها عبور می‌کند و درروی سطح بتن تبخیر می‌شود و در آن محل ظاهر می‌شود، کربنات کلسیم تشکیل‌شده به صورت رسوب سفیدرنگ باقی می‌ماند. رسوبات سولفات کلسیم نیز به همین ترتیب بر روی سطوح بتنی مشاهده می‌شود. همچنین ممکن است مصرف مصالح سنگی ساحلی شسته نشده در بتن باعث ایجاد سفیدک گردد در این صورت ممکن است املاحی که سطح دانه‌های سنگی را می‌پوشانند به‌مرورزمان سبب ایجاد رسوبات سفیدی بر روی سطح بتن گردند. گچ و قلیایی‌های موجود در مواد سنگی اثر مشابهی دارند. به‌غیراز مسئله حل شدن مواد سیمان و به خارج راه یافتن آن‌ها، بروز سفیدک فقط تا این حد اهمیت داد که ظاهر بتن را زشت می‌نماید.
انواع بتن
بتن‌ها انواع مختلفی دارند که از مشهورترین بتن‌ها و رایج‌ترین بتن‌های مورد استفاده در سراسر دنیا و جهان می‌توان به این دسته از انواع بتن اشاره کرد:
بتن پرمقاومت
بتن سبک
بتن سنگین
بتن پاششی یا همان شاتکریت
بتن اصلاح شده با پلیمر
بتن خود متراکم شونده
بتن الیافی
بتن هوادار اتوکلاو شده
بتن اسفنجی
بتن شفاف
بتن رنگی
بتن غلتکی
بتن انعطاف‌پذیر
بتن مگر
مواد تشکیل دهنده
مواد مختلف تشکیل دهنده بتن
معمولا کلمه بتن به توده حجیمی اطلاق می‌شود که از سیمان و دانه‌های مختلف سنگ و آب تشکیل‌شده‌است و هر یک از دانه‌ها با مایه سیمانی احاطه گشته‌اند. تغییر در مقادیر، جنس، نوع و مواد همراه و همین‌طور شرایط محیطی محصولی با مشخصات متفاوت به دست می‌دهد. همان‌طور که در بخش سیمان آمده‌است، گذشت زمان و تاثیر رطوبت هوابر سیمان، کیفیت آن را تنزل می‌دهد. در ضمن استفاده از سیمان فاسد شده، مقاومت بتن را به‌شدت ساقط می‌کند.
۱)سیمان (Cement)
سیمان پرتلند از مخلوط و آسیاب کردن سنگ آهک و خاک رس به نسبت ۳به۱، و پختن گرد همگن و یکنواخت زیر دمای ۱۰۰۰درجه، تا CO2 از سنگ آهک و آب شیمیایی از خاک رس جدا شوند. در گرمای زیر ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد آهک با سیلیس و رس ترکیب می‌شود. در گرمای بالای ۱۲۰۰درجه، رویه دانه‌های گرد داغ شده و ضمن عرق کردن به هم می‌چسبند و به صورت کلوخ‌های کلینکر درمی آیند. از سرد کردن کلوخ‌ها و سپس آسیاب کردن آن‌ها با کمی سنگ گچ، سیمان تولید می‌شود.۱
اثر سیمان بر مقاومت بتن
با فرض اینکه عوامل دیگری که در این امر موثر هستند ثابت نگاه داشته شوند، سیمان به سه طریق بر روی تاب و مقاومت بتن موثر است:
مقدار سیمان
نوع سیمان
کیفیت سیمان
کمترین سیمانی که درساختن بتن مصرف می‌شود باید به اندازه‌ای باشد که دوغاب آن رویه دانه‌های سنگی را اندود کند و بیشترین سیمان در ساختن بتن باید به اندازه‌ای باشد که نه تنها حالت اول را حفظ کند بلکه فضاهای خالی استخوان بندی سنگی را هم پر کند. با مصرف کمتر ازحالت اول باعث عدم چسبندگی میان دانه‌های سنگی و در نتیجه سقوط تاب مکانیکی قطعه می‌شود؛ و با مصرف بیشتر از حالت دوم، بدون آنکه تاب قطعه بتنی افزایش یابد، از صرفه اقتصادی کاسته می‌شود. با افزایش مقدار سیمان مقاومت فشاری وضریب الاستیسیته آن نیز افزایش می‌یابد. جدول شماره ۱ حداقل مقاومت لازم برای بتن به عیارهای مختلف را نشان می‌دهد که در آن مقاومت بتن پس از ۲۸ روز که در محل مرطوب نگهداری شده‌است، اندازه‌گیری گردیده‌است.
۲)آب (Water)
کیفیت آب در بتن از آن جهت حائز اهمیت است که ناخالصی‌های موجود در آن ممکن است در گیرش سیمان اثر گذاشته و اختلالاتی به وجود آورند. همچنین آب نامناسب ممکن است روی مقاومت بتن اثر نامطلوب گذاشته و سبب بروز لکه‌هایی در سطح بتن و حتی زنگ زدن آرماتور بشود.
در اکثر اختلاط‌ها آب مناسب برای بتن آبی است که برای نوشیدن مناسب باشد. مواد جامد چنین آبی به ندرت بیش از ۲۰۰۰ قسمت در میلیون ppm خواهد بود به‌طور معمول کمتر از ۱۰۰۰ ppm است. این مقدار به ازای نسبت آب به سیمان ۰٫۵ معادل ۰٫۰۵ وزن سیمان می‌باشد. معیار قابل آشامیدن بودن آب برای اختلاط مطلق نیست و ممکن است یک آب آشامیدنی به جهت داشتن درصد بالایی از یون‌های سدیم و پتاسیم که خطر واکنش قلیایی دانه‌های سنگی را به همراه دارد، برای بتن‌سازی مناسب نباشد.
به عنوان یک قاعده کلی هر آبی که PH (درجه اسیدیته) آن بین ۶ الی ۸ بوده و طعم شوری نداشته باشد می‌تواند برای بتن مصرف شود. رنگ تیره و بو لزوما وجود مواد مضر در آب را به اثبات نمی‌رساند.
مقدار آب مصرفی
مقدار آب مصرفی در داخل بتن بسیار با اهمیت است. به منظور تکمیل فرایند واکنش سیمان با آب مقدار مشخصی آب مورد نیاز است. در صورتی که این مقدار کمتر از آن حد باشد قسمتی از سیمان برای واکنش آب کافی دریافت نمی‌کند و واکنش نداده باقی می‌ماند. در صورتی که بیش از مقدار مورد نیاز آب به مخلوط بتن اضافه شود پس از تکمیل واکنش، مقداری آب به صورت آزاد در داخل بتن باقی می‌ماند که پس از سخت شدن بتن باعث پوکی آن و نتیجتا کاهش مقاومت خواهد شد. به همین دلیل دقت در مصرف نکردن آب زیاد در داخل بتن به منظور حصول مقاومت بالا ضروری است.
مقدار آب لازم برای تکمیل واکنش به صورت پارامتر نسبت آب به سیمان تعریف می‌شود. این نسبت برای سیمان پرتلند معمولی حدود ۲۵ درصد است. با این مقدار آب بتن فاقد کارایی لازم خواهد بود و معمولا نسبت آب به سیمان مورد استفاده در کارگاه‌های ساختمانی بیش از این مقدار است. در تعیین نسبت اختلاط بتن پارامتری لحاظ می‌شود که مقدار رطوبت سنگ‌دانه‌ها را نیز قبل از افزودن آب به بتن لحاظ می‌کند که در تعیین مقدار آب مورد نیاز حائز اهمیت است. این رطوبت اضافی (یا کمبود رطوبت) مقدار رطوبت مازاد (کمبود رطوبت) سنگ‌دانه‌ها از حالت اشباع با سطح خشک SSD یا(Saturated Surface Dry)است.
عمل آوری
با ادامه یافتن Hydration مقاومت بتن افزایش می‌یابد و این واکنش عامل افزایش مقاومت بتن یا همان گیرش سیمان است.
برای عمل آوری یا ادامه یافتن فرایند Hydration باید رطوبت نسبی حداقل ۸۰ درصد باشد. در صورتی که رطوبت کمتر از این مقدار شود عمل آوری متوقف شده و درصورتی رطوبت تسبی به بالای ۸۰ درصد بازگردد فرایند هیدراسیون یا Hydration دوباره شروع خواهد شد.
به دلیل تبخیر قسمتی از آب مورد نیاز قبل از تکمیل واکنش بین آب و سیمان (که چندین روز طول می‌کشد) قسمتی از سیمان موجود در مخلوط بتن واکنش نداده باقی می‌ماند. پس از بتن ریزی باید بلافاصله توجه لازم به فرایند عمل آوری معطوف گردد. عمل آوری عبارت است از حفظ رطوبت بتن تا زمانی که واکنش بین سیمان و آب تکمیل شود . این عمل می‌تواند به وسیله عایق کاری موقت، پاشش آب یا تولید بخار صورت گیرد. از دیدگاه عملی، حفظ رطوبت بتن برای ۷ روز توصیه می‌شود. در شرایطی که این کار ممکن نباشد حداقل زمان عمل آوری بتن نباید کمتر از ۲ روز باشد.
تاثیر آب بر مقاومت بتن
تغییر مقدار آب باعث تغییرات مقاومت در بتن می‌گردد. علاوه براملاح همراه با آب و سختی آن که دربخش مربوط به سیمان در مورد آن بحث شد، عوامل زیر بر مقدار آب در بتن موثرند:
غلظت بتن مورد نیاز
درشتی مصالح سنگی مورد مصرف
نمناکی مصالح سنگی مورد مصرف
شکل مصالح سنگی موردنیاز و زبری سطح آن‌ها
گرما و خشکی هوا در هنگام ساخت و بتن ریزی
مقدارسیمان مورد مصرف
نوع قالب (چوبی یا فلزی)
هر چه بتن غلیظ‌تر باشد و دانه‌های مصالح سنگی درشت‌تر و نمناک‌تر باشند و همچنین سطح دانه‌های مصالح سنگی صاف‌تر و شکل آن‌ها کره‌ای‌تر و محیط مرطوب‌تر و کم بادتر و مقدار سیمان مورد مصرف کمتر باشد مقدار آب لازم برای ساختن بتن کمتر است.
آنچه در این مطلب بسیار اهمیت دارد، تناسب آب و سیمان است. ایده‌آل‌ترین کار این است که مقدار آب مخلوط را تا حداقل ممکن پایین بیاوریم و درضمن بتن تولیدشده نیز به اندازه کافی پلاستیک باشد و به خوبی در محل لازم جایگزین گردد.
برای بتن معمولی مقدار آب باید بین ۴۲ تا۵۶ لیتر در هر ۱۰۰ کیلوگرم سیمان در نظر گرفته شود.
۳)سنگدانه‌ها (Aggregates)
سنگدانه‌ها در بتن تقریبا سه چهارم حجم آن را تشکیل می‌دهند از اینرو کیفیت آن‌ها از اهمیت خاصی برخوردار است. در حقیقت خواص فیزیکی، حرارتی و پاره‌ای از اوقات شیمیایی آن‌ها در عملکرد بتن تاثیر می‌گذارد. دانه‌های سنگی طبیعی معمولا بوسیله هوازدگی و فرسایش یا به‌طور مصنوعی باخرد کردن سنگ‌های مادر تشکیل می‌شوند.
البته این مطلب نباید درمورد سنگدانه‌ها فراموش شود. سطح سنگدانه‌های اگر آغشته به گل و لای باشد باید سطح آن تمیز شود حتی الامکان باید شسته شود در صورت لزوم.
اندازه دانه‌های سنگی
بتن عموما از سنگدانه‌هایی به اندازه‌های مختلف که حداکثر قطر آن بین ۱۰ میلی‌متر و۵۰ میلی‌متر می‌باشد ساخته می‌شود. به‌طور متوسط از سنگداتخم خرمیلیمتر استفاده می‌شود.
توزیع اندازه ذرات به نام «دانه بندی سنگدانه» مرسوم است. به‌طور کلی دانه‌های با قطر بیشتر از چهار یا پنج میلی‌متر به نام شن و کوچکتر از آن به نام ماسه نامگذاری شده‌اند که این حد فاصل توسط الک ۴٫۷۵ میلی‌متری یا نمره چهار مشخص می‌گردد. حد پایین ماسه عموما ۰٫۰۷ میلی‌متر یا کمی کمتر می‌باشد. مواد با قطر بین ۰٫۰۶ میلی‌متر و ۰٫۰۲ میلی‌متر به نام لای (سیلت) و مواد ریزتر رس نامگذاری شده‌اند. گل ماده نرمی است که شامل مقادیر نسبتا مساوی ماسه و لای و رس می‌باشد.
کانیهای مهم
کانیهای مهم و متداول سنگدانه‌ها در زمینه استفاده در بتن عبارتند از:
کانی‌های سیلیسی (کوارتز، اوپال، کلسه دون، تریمیت، کریستوبالیت) فلدسپاتها، کانیهای میکا، کانیهای کربناتی، کانیهای سولفاتی، کانیهای سولفور آهن، کانیهای فرومنیزیم، کانیهای اکسیدآهن، زئولیت‌ها و کانیهای رس.
طبقه‌بندی براساس شکل ظاهری
در استاندارد ASTM سنگ‌ها از لحاظ شکل ظاهری به پنج گروه تقسیم شده‌اند:کاملا گرد گوشه، گرد گوشه، نسبتا گرد گوشه، نسبتا تیز گوشه و تیز گوشه.
در استاندارد BS این نامگذاری به صورت:گرد گوشه، بی‌شکل-بی‌نظم، پولکی، تیز گوشه، طویل، پولکی طویل می‌باشد.
تاثیر سنگدانه‌ها بر مقاومت بتن
سنگدانه‌های بتن باید جوری دانه بندی شوند که استخوان‌بندی آن تو پر و دارای کمترین جای خالی و بیشترین وزن فضایی شود (وزن فضایی بیش از ۱/۵ تن درمترمکعب داشته باشد). این دانه‌ها باید طوری مخلوط گردند که همواره فضای خالی به مقدار حداقل کاهش یابد، به‌طوری‌که کمترین مقدارسیمان مورد مصرف قرارگیرد. برای این منظور دانه بندی باید خوب وپیوسته باشد.
بایستی به‌طور کلی دانه بندی به ترتیبی باشد که ۹۵ درصد آن از الک ۴/۷۶ میلی‌متر وتمام دانه‌های آناز سرندی که دارای سوراخ‌هایی به قطر ۹/۵ میلی‌متر است، عبور کند. در مورد شن عکس ماسه است. یعنی بایستی ۹۰ درصد آن بر روی لاک ۴/۷۶ میلی‌متر باقی بماند؛ و ضمنا قطر دانه‌های آن برای بتن معمولی از ۷۰ میلی‌مترتجاوز نکند (ارقام یاد شده مربوط به بتن متعارف است). در این مورد روش‌ها وجداول خاصی برای تعیین دانه بندی وجوددارد که مهندسین رادر انتخاب مصالح پرکننده بتن کمک می‌کند.
اساسا مقاومت سنگدانه‌ها باید از مقاومت بتن بیشتر باشد. علت این امرتنش‌های واردبر سطح تماس یک سنگدانه است که بسیاربیشتر از تنش فشاری وارده می‌باشد. مقاومت سنگدانه‌ها به ترکیبات ساختار داخلی وبافت سطحی آن‌ها بستگی دارد. بنا بر این مقاومت کم سنگدانه‌ها ممکن است ناشی از ضعف ذرات تشکیل دهنده آن‌ها یا عدم وجود انجام وچسبندگی کافی بین ذرات باشد وبه‌طور متوسط مقاومت فشاری رضایت بخش سنگدانه‌ها بین ۸۰۰–۲۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است.
سختی یامقاومت دربرابر سایش یکی از مهم‌ترین خصوصیات بتن‌های مورد استفاده در روسازی‌های بتنی راه‌ها وکف‌سازی ساختمان‌ها و کارگاه هامی باشد که خودوابسته به سختی سنگدانه‌ها است.
نباید لای وذرات رسی همراه باماسه طبیعی بیش از ۳ درصد حجم آن باشد. این مقدار برای ماسه شکسته تا ۱۰ درصد حجم آن مجاز می‌باشد. قبل از مصرف ماسه بایستی نمونهءآن را در استوانه شیشه‌ای ریخت و آب اضافه نمود وحجم‌های همراه با آن را بدست آورد. اگر خاک رس زیاد باشد آب بتن رامی مکد و دوغاب خاک رس درست می‌کند که دور دانه‌های سنگ را اندود می‌کند و مانع چسبیدن دوغاب سیمان به بدنه نمی‌شود. در نتیجه از تاب بتن کاسته می‌شود. نمک‌های گوناگون نیز به بتن آسیب می‌رسانند و ازتاب آن می‌کاهند. برای جلوگیری از این مسئله قبل از مصرف دانه‌های سنگی آن‌ها را با آب تمیز به خوبی شستشو می‌دهند. این عمل نبایستی باعث جداشدن دانه‌های ریز از دانه‌های درشت‌تر و در نتیجه به هم خوردن پیوستگی دانه‌های سنگی شود.
از جمله اضافات همراه بادانه‌های سنگی که باعث اختلال در خودگیری بتن می‌شوند، علاوه برخاک رس می‌توان از قلیایی‌ها، سنگ‌های گوگردی و اجسام نباتی و آلی نام برد.
دانه‌های سنگی یخ زده را بایستی پیش از مصرف گرم نمود تا قابل مصرف شوند.
۴)افزودنی‌ها (Admixtures)
ماده افزودنی یا (Admixtures) ماده‌ای است به غیر از سیمان پرتلند، سنگدانه، و آب، که به صورت گرد یا مایع، به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده بتن و برای اصلاح خواص بتن، کمی قبل از اختلاط یا در حین اختلاط به آن افزوده می‌شود.
مواد افزودنی به دو گروه مواد افزودنی‌های شیمیایی و مواد افزودنی‌های معدنی تقسیم می‌شوند.
انواع معمول مواد افزودنی بتن به شرح زیر است.
شتاب‌دهنده سرعت هیدراتاسیون بتن (سخت شدن).
کاهش دهنده سرعت گیرش بتن.
افزودنی‌های حباب زا باعث ایجاد حباب‌های با هندسه کروی و بسیار ریز درون بتن می‌شوند. افزودنی‌های حباب زا عمدا برای ایجاد و تثبیت حباب‌های میکروسکوپی هوا در بتن استفاده می‌شود.
روان‌ساز بتن که به منظور کاهش دهنده مقدار آب بتن استفاده می‌گردد.
مواد افزودنی که شامل رنگدانه‌ها که می‌تواند برای تغییر رنگ بتن و زیبایی استفاده گردد.
ضدیخ بتن
چسب بتن
سخت‌کننده بتن
کاربرد دیرگیرکننده در مواد افزودنی بتن: کار مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن به تاخیر انداختن گیرش بتن است. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن در بتن ریزی‌های حجیم استفاده می‌شود. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن برای جلوگیری از ترک‌های ناشی از گیرش در بتن‌ریزی‌های پشت سر هم مناسب می‌باشد. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن برای حمل بتن در فاصله‌های زیاد استفاده می‌شود.
از جمله از مواد افزودنی بتن می‌توان از ژل میکرو سیلیس میکروسیلیکا ژل سیلیکافیوم نام برد همچنین گروت انواع روان‌کننده‌ها فایبر نیز از انواع افزودنی بتن می‌باشند.
معمولا به جای استفاده از یک سیمان بخصوص، این امکان وجود دارد که بعضی از خواص سیمانهای معمولی مورد استفاده را به وسیله ترکیب کردن آن با یک افزودنی تغییر داد. قابل توجه اینکه نباید عبارات "مواد ترکیبی" و "مواد افزودنی" با معانی مترادف به کار روند، زیرا مواد ترکیبی موادی هستند که در مرحله تولید به سیمان اضافه می‌شوند در حالی که مواد افزودنی در مرحله مخلوط کردن به بتن اضافه می‌شوند.
افزودنی‌های شیمیایی اساسا عبارتند از:تقلیل دهنده‌های آب، کندگیرکننده‌ها و تسریع‌کننده‌های گیرش که در آیین‌نامه ASTM به ترتیب تحت عنوان‌های تیپ‌های C,B،A طبقه‌بندی شده‌اند. دسته‌بندی افزودنی‌ها در استاندارد BS نیز مشابه می‌باشد. در ضمن افزودنی‌های دیگری نیز وجود دارند که هدف اصلی از کاربرد آن‌ها محافظت بتن از اثرات زیان‌آور یخ زدگی و ذوب یخ است.
تسریع‌کننده‌ها
افزودنی‌هایی هستند که سخت شدگی بتن را تسریع می‌کنند و مقاومت اولیه بتن را بالا می‌برند. چند نمونه از تسریع‌کننده‌ها عبارتند از: کربنات سدیم، کلرورآلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم، نمک‌های آهن و کلرور کلسیم.
کندگیرکننده‌ها
افزودنی‌هایی هستند که زمان گیرش بتن را به تاخیر می‌اندازند. این مواد در هوای خیلی گرم که زمان گیرش معمولی بتن کوتاه می‌شود و همچنین برای جلوگیری از ایجاد ترک‌های ناشی از گیرش در بتن ریزی‌های متوالی مفید می‌باشند.
به عنوان چند نمونه از کندگیرکننده‌ها می‌توان از شکر، مشتقات هیدروکربنی، نمک‌های محلول روی و براتهای محلول نام برد.
به عنوان مثال اگر با یک کنترل دقیق ۰٫۰۵ وزن سیمان شکر به بتن اضافه کنیم، حدود چهار ساعت گیرش آن را به تاخیر می‌اندازد. مصرف ۰٫۲ تا یک درصد وزن سیمان از گیرش سیمان جلوگیری به عمل می‌آورد.
تقلیل دهنده‌های آب
این افزودنی‌ها به سه منظور به
رسیدن به مقاومتی بالاتر به وسیله کاهش نسبت آب به سیمان
رسیدن به کارایی مشخص با کاهش مقدار سیمان مصرفی و نتیجتا کاهش حرارت هیدراتاسیون در توده بتن.
سادگی بتن ریزی به وسیله افزایش کارایی در قالبهایی با آرماتور انبوه و موقعیت‌های غیرقابل دسترسی
افزودنی‌های تقلیل دهنده آب تحت عنوان تیپ A دسته‌بندی می‌شوند؛ لیکن اگر افزودنی‌ها هم‌زمان با کاهش نیاز به آب باعث تاخیر در گیرش نیز بشوند تحت عنوان تیپ D طبقه‌بندی می‌شوند. اگر این‌ها باعث
تسریع در گیرش شوند تیپ E نامیده می‌شوند.
فوق روان‌کننده‌ها
این مواد از قویترین انواع تقلیل دهنده‌های آب هستند که در آمریکا به عنوان روان‌کننده قوی و در ASTM به عنوان تیپ F نام‌گذاری شده‌اند. افزودنی‌هایی نیز هستند که در ضمن تقلیل شدید آب باعث مقداری تاخیر در گیرش نیز می‌شوند و به عنوان تیپ G طبقه‌بندی شده‌اند.
دو نمونه از روان‌کننده‌های قوی: ملامین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده یا نفتالین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده می‌باشند. اساسا استفاده از اسیدهای سولفاته شده باعث تسریع عمل پراکنش می‌شود. چون در سطح ذرات سیمان جذب شده و به آن‌ها بار منفی می‌دهند و این باعث دفع ذرات از یکدیگر می‌شود. این فرایند کارایی را در یک نسبت آب به سیمان مشخص افزایش می‌دهد.
فناوری نانو در بتن
تاکنون مطالعات زیادی در زمینه بهبود کیفیت بتن انجام شده‌است که اکثر آن‌ها تغییر در ترکیب بتن (که به آن طرح اختلاط بتن گفته می‌شود) را بررسی کرده‌اند، با این حال استفاده از افزودنی‌ها و همچنین جایگزین کردن مصالح متداول مورد استفاده در بتن با مصالح جدید همیشه مورد توجه بوده‌است. یکسری از مواد جدید که توانسته‌اند خواص مکانیکی و فیزیکی بتن را ارتقا دهند، نانو موادها هستند. نانو موادها با توجه به خصوصیات‌شان در سطوح بسیار ریز می‌توانند دنیای بتن را کاملا متحول کنند.
بتن مسلح
بتن مسلح یا بتن آرمه به بتن مسلح شده با میلگرد (آرماتور) گفته می‌شود. برای مسلح کردن بتن از میلگردهای تقویتی، شبکه‌های توری تقویتی، صفحات فلزی یا الیاف تقویتی استفاده می‌گردد.
خرابی بتن
خرابی بتن ممکن است توسط علل گوناگونی ایجاد شود. بتن ممکن است در اثر آتش، انبساط سنگدانه‌ها، تاثیرات آب دریا، خوردگی باکتریال، شسته شدن کلسیم، آسیب‌های فیزیکی و آسیب‌های شیمیایی (کربوناسیون، کلریدها، سولفات‌ها و جریان آب مقطر) آسیب ببیند. آسیب دیدگی‌های فوق خود می‌توانند مسبب تشدید در معرض بودن بتن برای خرابی‌های جدید باشند.
وزن ویژه بتن
وزن ویژه بتن به دو گونه حقیقی (با کم کردن خلل و فرج آن) و ظاهری (حجم ظاهری آن) بررسی می‌شود و از این دید بتن را در سه دسته بتن معمولی، بتن سبک و بتن سنگین گروه‌بندی می‌کنند.
بتن معمولی
ساخته شده با سنگدانه‌ها و سیمانهای معمولی تیپ یک تا پنج پرتلند و با وزن ویژه ۲۲۰۰ تا ۲۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب.
بتن سبک
که در ساخت آن یا به جای شن و ماسه سیلیسی، از دانه‌های متخلخل، مانند پومیس (سنگ پا) یا پوکه بکار رفته یا با روشهایی (مانند افزودن ژل آلومینیوم) شرایطی را فراهم می‌آورند تا حجم بتن افزایش یابد.
وزن ویژه این‌گونه بتن ۳۳٪ تا ۵۰٪ وزن ویژه بتن معمولی است. یعنی می‌توان بتن با وزن ویژه ۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب نیز ساخت، که بر آب شناور بماند. این بتن بیشتر برای نماسازی، دیوارهای جداکننده، سقف کاذب و جاهایی که مقاومت مطرح نباشد بکار می‌رود. ممکن است در بتن سبک آرماتور (بیشتر آرماتورهای با مقاومت بالا) هم بکار رود.
کار بااین گونه بتن به دو روش ساخت بلوک‌های پیش‌ساخته سبک و نیز بتن ریزی درجا انجام پذیر است.
در بازسازی شهر هویزه از بتن سبک در سقف و دیوار بهره برده‌اند.
بتن سنگین
از جمله بتن‌هایی است که کاربرد ویژه دارد. این بتن جهت کاربری در ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای (و برای پیشگیری از بروز نشت‌های اتمی و آلایندگی محیط زیست) طراحی می‌گردد؛ و نامیدن این‌گونه مصالح به بتن سنگین به دلیل کاربرد دانه‌های ریز فولاد، بشکل شن و ماسه در آن می‌باشد که وزن ویژه بیش از ۲۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب این بتن، بیش از بتن معمولی ساخته شده با شن و ماسه سیلیسی است.
در ساخت این‌گونه بتن به جای شن و ماسه خرده‌های فولاد، چدن یا سولفات باریم بکار می‌رود تا از نشت هرگونه پرتوهای آسیب زا مانند ایکس، گاما و دیگر پرتوها پیشگیری گردد.
وزن ویژه بتن سنگین ۱/۵ تا ۲/۵ برابر بتن معمولی (۳۵۰۰ تا ۶۰۰۰ کیلوگرم بر هر متر مکعب) است.
از سازه‌های تقویت شده با این بتن در ایران، می‌توان از نیروگاه اتمی بوشهر و نیروگاه آب سنگین اراک یاد نمود.
دانه‌های فولاد با گیرش پرتوهای اتمی، از نشت آن‌ها به محیط زیست پیرامون جلوگیری می‌نماید.
آسیب دیدن بتن سنگین سبب آلودگی هسته‌ای می‌گردد، که این رخداد در نیروگاه هسته‌ای فوکوشیما در ژاپن و در پی بروز زمین لرزه و سونامی پیش‌آمد.
مواد جایگزین سیمان
شامل پوزولان‌ها و مواد شبه سیمانی بر پایه استانداردهای ملی (شماره‌های ۳۴۳۳ و ۶۱۷۱) ایران و با هدف فراهم نمودن یک یا چند ویژگی زیر:
کاهش مصرف سیمان
کاهش سرعت و میزان آبگیری
افزایش تاب بتن
افزایش پایایی بتن با کاهش نفوذپذیری آب
پوزولان‌ها
مواد سیلیسی یا سیلیسی و آلومینی بدون یا با ارزش چسبانندگی کم که در هم کناری آب با هیدروکسید کلسیم واکنش نشان می‌دهند و j ترکیباتی مانند سیمان پرتلند آبداده می‌سازند.
پوزولانها یا طبیعی‌اند، که در گونه‌های خام یا تکلیس شده هستند و عمدتا شامل خاکسترهای آتش فشانی غیر بلورین باشند؛ یا صنعتی شامل دوده سیلیسی (میکرو سیلیس، محصول فرعی کوره‌های قوس الکتریکی صنایع فروآلیاژ و فرو سیلیس، ماده‌ای با فعالیت پوزولانی شدید)، خاکستر بادی (محصول فرعی سوخت زغال سنگ، شامل: سیلیس، آلومین و اکسیدهای آهن و کلسیم)، و خاکستر پوسته برنج.
مواد شبه سیمانی
دارای ویژگی‌های پنهان هیدرولیکی، که اگر به گونه‌ای مناسب فعال شوند ویژگی سیمانی می‌یابند و تنها در محیط‌های بازی با آب واکنش همانند سیمان پرتلند نشان می‌دهند. پرکاربردترین ماده شبه سیمانی سرباره کوره آهن‌گدازی است.
مصالح توسعه یافته بر پایه بتن
بلوک سیمانی
بتن غلطکی
بتن اسفنجی اتوکلاوی
بتن شفاف
بتن مسلح
سیمان پرتلند
سیمان
نمک بتن
نمک فریدل
کربوناتسیون
سنگ آهک
سنگ گچ
سازه‌های بتنی
بتن سبک
بتن الیافی
مقاومت بتن