فوم بتن پوششي است جديد جهت مصارف مختلف در ساختمان كه به علت خواص فيزيكی منحصر به فرد خود کاربرد فزاینده ای در صنعت ساخت و ساز پیدا کرده است. از جمله این ویژگیها می توان به سبکی این نوع بتن اشاره کرد. در این مقاله به معرفی فوم بتن به عنوان یکی از بتن های سبک با ویژگیهای بهبود یافته می پردازیم. با کافه ساختمان همراه باشید.
کاهش مصرف انرژی همراه با سبک سازی ساختمان از جمله موضوعات داغ امروزه در صنعت ساختمان به شمار می روند که در نتیجه آن تلاشهای بسیاری در جهت ساخت مصالح ساختمانی جدید توسط شرکت های تولیدی انجام شده است. افزون بر این، بهبود ویژگیهای فیزیکی بتن به عنوان یکی از پر مصرف ترین و در عین حال مهمترین مصالح ساختمانی در ساخت اسکلت ساختمان ها در جهان و ایران نیز در سال های اخیر موضوع پژوهش های بسیاری بوده است.از جمله این ویژگیهای فیزیکی می توان افزایش سرعت خشک شدن، بهبود استحکام و مقاومت بتن، کاهش وزن سازه و بهبود ویژگی های عایق حرارتی آن را نام برد. فوم بتن یکی از انواع اصلاح شده بتن است که دارای وزن سبک تر نسبت به بتن معمولی می باشد.
فوم بتن چیست؟
فوم بتن پوششي است جديد جهت مصارف مختلف در ساختمان که دارای خواص فيزيكي منحصر به فرد از قبیل سبكی است که عايق حرارتی خوبی بوده و مقاومت لازم و كيفيت بهتری نسبت به انواع بتن معمولی ارایه می دهد. اين پوشش از تركيب سيمان, ماسه بادی (ماسه نرم)، آب و فوم (ماده شيميای توليد كننده كف) تشكيل می شود. ماده كف زا در ضمن اختلاط با آب در دستگاه مخصوص با سرعت زياد حباب های هوا توليد نموده که كف حاصل كاملا پايدار می باشد در ضمن اختلاط با ملات سيمان و ماسه بادی در دستگاه مخلوط كن ويژه خميری روان تشکيل مي شود كه به صورت درجا در قالب های فلزی يا پلاستيكی قابل استفاده می باشد. اين خمير پس از خشك شدن با توجه به درصد سيمان و ماسه بادي داراي وزن مخصوص کمتر از 150 كيلو گرم در متر مکعب و هدایت حرارتی کمتر از 0.045W/m.K (وات بر متر بر کلوین) خواهد بود. فوم بتن دست کم 20 درصد هوای به دام افتاده در خود دارد.
فوم بتن با نام های مختلف که هر کدام یک علامت اختصاری دارند شناخته می شود که شامل موارد زیر هستند:
- بتن یاخته ای سبک (LCC): یا Lightweight Cellular Concrete که به بتن سبک یاخته ای یا Cellular Lightwight Concrete نیز نامیده می شود.
- بتن یاخته ای کم چگال (LDCC): یا Low Density Cellular Concrete.
- بتن هوادار یا Aircrete
- فوم بتن یا Foamcrete
- بتن با چگالی کاهش یافته یا Reduced Density Concrete
تاریخچه فوم بتن
بتن سبك یاخته ای Cellular Lightweight Concrete یا به اختصار CLC از سال 1923 ميلادی در كشور آمريكا، هلند و بعدها در كشور آلمان مورد توجه قرار گرفت. کاربرد گسترده بتن سبك پس از رشد چشمگیر تقاضا برای استفاده از آن در پروژه های بزرگ ساختمانی از سال 1980 آغاز گرديد و در اين سال شركت Voton با همكاري دانشگاههاي آلمان و اروپا و شركت Aning-Jonson آمريكا استفاده از اين محصول را به صورت گسترده در جهان معرفي كرد. امروزه استفاده و بكارگيري بتن سبك يا فوم بتن به عنوان يك مصالح سبک و مقرون بصرفه در كشور هاي مختلف رايج شده است. روسيه، آمريكا، آلمان، چين، روماني و ايتاليا از پيشگامان و از بزرگترين توليد و مصرف كنندگان اين محصول مي باشند. فوم بتن در سال 1380 با ساخت كارخانه بلوك CLC وارد بازار ايران شد و از چند سال بعد در كف سازی و شيب بندی بام پروژه ها به كار گرفته شد. ولی اسقبال گسترده آن از سال 1387 با آشنايي بيشتر مسكن سازان با اين محصول و بوجود آمدن شركتهاي متعدد فوم بتن رونق گرفت و در پروژه عظیم مسكن مهر به طور گسترده تر مورد استفاده قرار گرفت.
روش توليد فوم بتن
براي توليد فوم بتن ابتدا سيمان و آب با در نظر گرفتن مقدار مشخص شده جهت چگالي مورد نظر با هم در ميكسر دستگاه مخلوط مي شود سپس ماده فوم در فوم ژنراتور دستگاه با آب مخلوط شده و توسط پمپ هوا از لوله مخصوص كه داراي ساچمه هاي ريز مي باشد با فشار عبور داده مي شود اين عمل باعث بدست آمدن كف مي شود و كف حاصل در ميكسر با ملات سيمان و آب مخلوط مي شود که در حين اختلاط حباب هاي بسيار ريز در سر تا سر ملات بوجود مي آيد و بعد از عمل آمدن، توسط پمپ به طبقات پمپاژ و روي سطح ريخته مي شود. خاصيت فوم اين است كه حباب هاي هوا را تا گيرايش بتن در ملات پايدار نگهدارد وزن بتن حاصله به پايداري اين حباب ها بستگي دارد.
چه نوع ماده ای برای هوادار کردن بتن استفاده می شود؟
پودر Techcell شکل پودری از ماده ای است که در بتن ایجاد کف یا هوا می کند و نسبت به نوع مایع آن کم حجم تر بوده و در نتیجه هزینه های حمل و نقل را کاهش می دهد. با یک کیلوگرم پودر Techcell و 10 لیتر آب می توان 10 لیتر مایع کف ساز Techcell ساخت که در تولید CLC به کار می رود.
نقش فوم بتن در عايق بندی حرارتی ساختمان
نظر به تحقيقات بسياري كه در سطح دنيا در جهت عايق بندي جدارهاي ساختمان صورت گرفته ﺑﻬترين گزينه انتخاب مصالح مرغوب ساختماني در جدارهاي خارجی بوده است و با توجه به استانداردهاي مختلف ساختماني بلوك هاي بتن سبك هوادار بلوك هاي فوم بتن و سيستم هاي ساندويچي فوم بتن، اغلب استانداردها را در خود جمع و در عين حال عايق بندي حرارتي ساختمان را عملي مي سازد. لازم به ذكر است كه فوم بتن به صورت قطعات پيش ساخته و يا بتنتر در كليه جدارهاي خارجي ساختمان (ديوار, سقف, كف) قابل اجرا بوده و با رعايت دانسيته و ضريب انتقال حرارتي مورد نظر ضخامت لازم پيش بيني و در هر شكل به اجرا مي رسد. در مقايسه مصالح ساخته شده با فوم بتن، و ديگر مصالح موجود در بازار ايران (بلوك سفالي, آجرفشاري, بلوك هاي سيپوركس و هپلكس) به اين نتيجه مي رسيم كه مرغوب ترين مصالح ساختماني با بتن سبك هوادار بخاطر دسترسي به دانسيته و مقاومت های مختلف ساخته مي شود و در حال حاضر در سطح دنيا فوم بتن به عنوان بتن آينده جهان مطرح می باشد.
مشخصات مقاومتی فوم بتن
مقاومت فشاری: مقاومت فشاري بتن كفي تحت تاثير عوامل متعددي نظير چگالي بتن، سن بتن، رطوبت بتن، مشخصات شيميايي و مكانيكي اجزاي تشكيل دهنده بتن و نسبت هاي اختلاط آنها دارد. در صورتيكه بتوان نسبتهاي اختلاط، سيمان آب و ماده كف را ثابت كرد در اين صورت مي توان به رابطه اي بين مقاومت فشاري و چگالي وزن بتن دست يافت. البته شايان ذكر است كه تغيير در فاكتورهاي فوق روابط را دچار تغيير مي كند. مقاومت فشاري را به طور قابل ملاحظه اي مي توان به كمك روشهاي عمل آوري بالا برد. عمل آوري با رطوبت تاثير عميقي در افزايش مقاومت فشاري دارد.
مقاومت كششی: مقاومت كششي بتن كفي بسته به روش عمل آوري معمولا بالاي 25/0 مقاومت فشاري بتن بوده و در لحظه گسيختگي داراي كرنش در 1/0 درصد مي باشد.
اجزاي بتن كف دار (فوم بتن)
مواد پايه در ساخت بتن كفی عبارتند از سيمان، آب و كف حاصل از يك ماده كف زا. براي توليد كف معمولا از ماده اي به نام فوم استفاده مي شود. اين ماده ابتدا با آب رقيق شده و سپس در محفظه اي به كمك فشار ناشي از كمپرس هوا يا در اثر هم زدن سريع، تبديل به كفي مي شود كه در آن حبابهايي با قطر در حد ميليمتر و كمتر توليد شده اند. براي توليد كفي پايدار در ساختار داخلي ماده كف زا و يا بطور مستقل يك ماده پايدار كننده كف استفاده مي شود تا حبابهاي توليد شده پايدار شوند. منظور از پايدار شدن حبابها اين است كه حبابها در اثر جابجايي و اختلاط، شكل خود را حفظ نمايند و اصطلاحا كف نخوابد. معمولا كف پايدار حاصل، خامه اي شكل مي باشد. مواد كف زا (فوم) را مي توان به لحاظ ساختاري در دو كلاس طبقه بندي كرد كه شامل مواد بر پايه پروتئين حيواني (فوم پروتيئنه) و مواد كف زاي شيميايي (فوم شيميايي) مي باشند معمولا كف حاصل از مواد بر پايه پروتئين به لحاظ حجمي، كمتر و پايدار تر از كف حاصل از مواد شيميايي مي باشد (مواد شيميايي داراي وزن مخصوص كف حدود 40 گرم در ليتر با پايداري كف در حد كمتر از 2 ساعت و افزايش حجم حاصل از كف كردن حدود 25 برابر حجم اوليه مي باشند اين در حاليست كه در مواد فوم پروتئينه با چگالي و پايداري كف 2 برابر بيشتر و حجم كف توليد شده حدود نصف مواد شيميايي مي باشند) تجربه نشان مي دهد كه مواد شيميايي براي ساخت بتن هاي با چگالي بالاي 1000 مناسبند اين در حاليست كه از مواد پروتئيني در ساخت انواع بتن از چگالي 500 الي 1600 كيلو بر متر مکعب مي توان استفاده كرد.
در اينجا بايد اين نكته را خاطر نشان كرد كه پايداري كف بايد تا حدي باشد كه بعد از فرايند اختلاط كف با ملات سيماني و تا گيرايش اوليه مخلوط، كف پايداري خود را حفظ نمايد در غير اين صورت، ساختاري كه با قرار گيري و توزيع حبابها در داخل مخلوط ايجاد شده، در اثر از بين رفتن قسمتي از حبابها قبل از گيرش اوليه سيمان، از هم پاشيده و در نتيجه وزن افزايش مي يابد
کاربرد های متفاوت فوم بتن
بتن کفی دارای کاربردهای گسترده ای است که از جمله می توان موارد زیر را نام برد:
- ساخت بلوک های غیر باربر و پانلهای جدا کننده یا یکپارچه
- شیب بندی پشت بام
- کف سازی طبقات
- پر کردن حفره و ترانشه ها در پروژه های عمرانی
- ساخت قطعات تزئینی
- عایق سازی تأسیسات گرمایشی و سرمایشی
مزایای استفاده از فوم بتن
مقاومت فوق العاده در مقابل آتش: مقاومت فوم بتن در مقابل آتش فوق العاده مي باشد. به طور مثال قطعه اي از نوع فوم بتن با وزن فضايي 700 الي 800 كيلوگرم در متر مكعب كه حداقل 8 سانتي متر ضخامت داشته باشد به راحتي تا 1270 درجه سانتيگراد دما را تحمل مي كند و اصولا در وزن هاي پايين غير قابل احتراق است.
ضد یخ زدگی و فرسایش: خصوصیات عالی در مقابل یخ زدگی و فرسایش ناشی از آن و مقاومت در برابر نفوذ رطوبت و آب : نظر به اینکه فوم بتن در قشرهای سطحی دارای تخلخل فراوان می باشد در نتیجه شکاف های مویین و و درزهای کمتری در سطح ایجاد می شود و اگر پوشش فوم بتن با ضخامت کافی مورد استفاده قرار گیرد در مقابل خطر نفوذ باران و رطوبت مقاومت مطلوبی خواهد داشت.
مقاوم در برابر نفوذ رطوبت و آب: سبكي وزن با مقاومت مطلوب فوم بتن با توجه به نوع كاربرد آن به طور كلي به لحاظ اقتصادي مخارج ساختمان را به ميزان قابل ملاحظه اي كاهش مي دهد. در نتيجه استفاده از آن وزن اسكلت و سقف كاهش يافته است و باعث كاهش مخارج فونداسيون و پي ساختمان مي گردد كه با توجه به خواص فوق، با سبك تر بودن ساختمان نيروي زلزله خسارات كمتری را در صورت وقوع متوجه آن مي سازد.
عایق بودن در مقابل گرما، سرما و صدا: فوم بتن به علت پایین بودن وزن مخصوص آن یک عایق موثر در مقابل گرما , سرما و صداست. ضریب انتقال حرارتی فوم بتن بین 65 0/0 تا 435/0می باشد (ضریب هدایت حرارتی یتن معمولی بین 3/1 تا 7/1 می باشد) استفاده از فوم بتن بعنوان عایق باعث صرفه جویی در استفاده از وسایل گرمازا و سرمازا می گردد. فوم بتن عایق مناسبی جهت صدا با ضریب زیاد جذب آکوستیک به شمار می رود که در نتیجه بعنوان یک فاکتور رفاهی در جهت جلوگیری از ورود صداهای اضافی اخیرا مورد توجه طراحان قرا کرفته است.
سبکی و مزیت های آن: نظر به اينكه فوم در بتن در قشرهاي سطحي داراي تخلخل فراوان مي باشد در نتيجه شكاف هاي مويين و درزهاي كمتري در سطح ايجاد مي شود و اگر پوشش فوم بتن با ضخامت كافي مورد استفاده قرار گيرد در مقابل نفوذ باران و رطوبت مقاومت مطلوبي خواهد داشت.
حذف ماهيچه كشی: ديگر نيازي به ماهيچه كشي و كروم بندی لوله ها نمی باشد.
بهترين عايق براي تاسيسات: به علت وجود حبابهاي ريز، اين محصول مي تواند عايق لوله هايي كه از كف رد شده اند باشد و نيازي به ماهيچه كشي و كروم بندي لوله ها ندارد و آنها را ايزوله مي نمايد.
جلوگيري از شكستن لوله ها: حمل پوكه و رفت و آمد كارگران در طبقات احتمال خسارت به لوله كشي هاي كف ساختمان را دارد. ولي در فوم بتن چون فوم با پمپ به طبقات ارسال مي شود نياز به هيچگونه رفت و آمد نمي باشد.
پيشنهادهایی برای استفاده از بتن كفی
در مناطق شمالي و جنوبي كشورمان كه دسترسي به منابع خاك رس جهت ساخت آجر و بلوك هاي سفالي وجود ندارد هزينه هاي حمل و نقل موجب افزايش قيمت تمام شده محصولات آجر و بلوك مي شود. اين در حاليست كه منابع ماسه بادي فراوان در اين مناطق وجود دارد. در اين مناطق مي توان با استفاده از بتن كفي اقدام به ساخت بلوكها و پانلهاي بتني كرد كه به لحاظ اقتصادي كاملا به صرفه مي باشد.
بعنوان مصالح بدون نشست نيز مي توان در پر كردن حفاريهاي انجام شده در خيابان ها، بجاي مصالح دانه اي، از اين مصالح استفاده كرد. همين امتياز اخير عملكرد فوم بتن را در صورت استفاده در لايه هاي زير اساس راه، خصوصا در مناطقي كه دسترسي به منابع مصالح دانه اي مناسب وجود ندارد، تضمين مي كند. در كنار امتيازات فوق، با توجه به مقاومت بالاي اين نوع بتن در مقابل آتش سوزي ، مي توان از آن بعنوان مصالح نسوز نيز استفاده كرد.
