مزایا و معایب فوم بتن در ساخت و ساز ساختمان

اخیرا، فوم بتن به عنوان عامل اصلی خرابی‌های مرطوب در سیستم کفپوش شناخته شده است.

اگرچه تکنیک‌های ساخت و ساز سریع و تغییرات قوانین دولتی در تولید چسب‌های کفپوش نیز به وقوع این مشکلات کمک کرده است، برخی منتقدان بر این باورند که پیامدهای خرابی کف، بیشتر از مزایای استفاده از فوم بتن وزن در پروژه‌ها است.

با توجه به این موضوع، ارزیابی مزایا و معایب فوم بتن حائز اهمیت شده است، این امر نه تنها به دلیل تعاملات آن با سیستم‌های کفپوش، بلکه همچنین تاثیر آن روی جنبه‌های ساختمان مانند وزن فولاد، پی‌ها و امتیازهای مربوط به مقاومت در برابر آتش مورد توجه قرار می‌گیرد.

با وجود چالش‌های مربوط به رطوبت فوم بتن، دال‌های بتنی سبکی که به درستی طراحی و ساخته شده‌اند مزایای متعددی را در مقایسه با دال‌های بتنی معمولی مورد استفاده در پروژه‌ها دارا هستند.

فوم بتن چیست؟

فوم بتن چیز جدیدی نیست. در طول قرن‌های پیشین در قالب‌های مختلف ارائه شده است. انواع مختلفی از فوم بتن وجود دارد. برای اهداف این مقاله، ما تنها بتن‌های سبک سازه‌ای را در نظر می‌گیریم: مخلوطی از سیمان پرتلند، آب، شن و ماسه و رس، رسوب، سنگدانه‌های درشت و یا پودر سنگ. در حالیکه مخلوط بتن معمولی وزنی معادل 145 تا 155 pcf دارد، فوم بتن دارای وزن 110 تا 115 pcf می‌باشد. فوم بتن سازه‌ای بطور معمول دارای مقاومت 28 روز فشاری بتن معمولی است.

تفاوت اصلی بین بتن‌های سبک و بتن‌های معمولی در کاربری‌های سازه‌ای، مصالح تشکیل دهنده و سنگدانه‌های آن است. سنگدانه‌های معمولی عمدتا از سنگ‌های خرد شده طبیعی تشکیل می‌شوند، در حالی که سنگدانه‌های فوم بتن با پردازش رس، شل یا پودر سنگ در یک کوره دوار با دمای 2000 درجه فارنهایت تولید می‌شوند.

در این دماها، سنگدانه‌ها گسترش یافته و یک شبکه متخلخل در اندازه‌های 5 تا 300 میکرون (Chua، 2009) ایجاد می‌کنند. این شبکه متخلخل تراکم کمتری نسبت به مخلوط‌های معمولی دارد.

اگر چه مقاومت فشاری بتن به طور کلی با مقاومت فشاری سنگدانه‌های درشت آن ارتباط دارد، موسسه بتن آمریکا (ACI) 213R-03 گزارش می‌دهد که برای مقاومت‌های فشاری معمولی ساختمان، تا حدود 5،000 psi –  هیچ رابطه قابل اعتمادی بین مقاومت سنگدانه‌ها و مقاومت بتن وجود ندارد.

آب در مخلوط فوم بتن

استفاده از فوم بتن اغلب منجر به وقوع مشکلات مربوط به رطوبت می‌شود، زیرا عمدتا دارای مقدار آب بسیار بالاتری نسبت به بتن معمولی هستند.

برخلاف سنگدانه‌های طبیعی که تمایل به اشباع شدن تنها در سطوح خود دارند، شبکه‌های متخلخل سنگدانه‌ها آب زیادی را جذب و درون خود ذخیره می‌کنند و به تدریج در طول زمان  آن را آزاد می‌کنند.

برای درک چگونگی تاثیر آب بر بتن، ما باید بدانیم که چگونه آب درون این مخلوط واکنش نشان می‌دهد. ACI 304.2، با بتن ریزی به روش پمپاژ، دو نوع آب را در فوم بتن در نظر می‌گیرد: آب آزاد و آب جذب شده. آب آزاد بر حجم مخلوط، اسلامپ و کارآیی مخلوط و مقدار آب موجود در واکنش برای هیدراتاسیون سیمان تاثیر می‌گذارد. آب جذب شده نیز در سوراخهای فوم بتن نگهداری می‌شود.

در هنگام اختلاط، بخشی از آب آزاد به آب جذب شده تبدیل می‌شود، که در نهایت باعث کاهش اسلامپ و مقدار آب موجود برای هیدراتاسیون می‌شود.

علاوه بر این، فشار پمپاژ، آب اضافی آزاد را به درون مخلوط فوم بتن متخلخل هدایت می‌کند و باعث کاهش میزان اسلامپ بین قیف پمپ و نقطه تخلیه می‌شود. برای کاهش مقدار آب جذب شده در مخلوط توسط سنگدانه‌های سبک ، تولید کنندگان بتن قبل از بتن ریزی فضاهای خالی را پر می‌کنند.

تولید کنندگان بتن اغلب از افزودنی‌های کاهش دهنده آب استفاده می‌کنند تا به کاهش مقدار کل آب مخلوط و به تبع آن مقدار آبی که به طور بالقوه در طی زمان قالب را ترک می‌کند، کمک کنند.

در بتن معمولی و فوم بتن، آبی که در هیدراتاسیون ذرات سیمان مصرف نمی‌شود، به آرامی از طریق سطوح در معرض هوا تبخیر می‌شود و همانطور که قبلا بحث شد، می‌تواند مشکلاتی را برای کف ایجاد کند. تقریبا تمام مخلوط‌های بتن حاوی آب بیشتری نسبت به واکنش‌های هیدراتاسیون سیمان هستند، اما آب اضافی باعث می‌شود که بتن ریزی و تراز کردن سطح آن راحت‌تر شود.

پس از اینکه ملات سیمان سخت می‌شود، واکنش هیدراتاسیون، هرچند با سرعت‌های پایین‌تر، در طول عمر بتن با تبخیر آب اضافی آن ادامه می‌یابد. در مخلوط‌های فوم بتن، مقداری از آب جذب شده خارج می‌شود که به هیدراتاسیون کامل سیمان در یک لایه در اطراف سنگدانه‌ها کمک می‌کند، اما مقدار قابل توجهی آب جذب شده در منافذ وجود دارد که در طول زمان تخلیه می‌شود.

با سرعت فزاینده ساخت و ساز، زمان خشک شدن بتن کاهش یافته است، زمان بین اتمام بتن ریزی و زمانی که می‌توانید سیستم کف را نصب کنید، که اغلب دارای اهمیت زیادی در جدول زمان بندی پروژه است.

دال‌های ریخته شده بر روی عرشه‌های فولادی حساسیت بیشتری به زمان خشک شدن دارند، زیرا آب تنها می‌تواند از طریق سطح بالای دال تبخیر شود.

به استثنای بعضی از تکنیک‌هایی که بعدا در این مقاله مورد بحث قرار خواهند گرفت، اقدامات نسبتا کمتری را می‌توان بر روی مخلوط بتن به جز کاهش آب درون مخلوط استفاده کرد. ACI 302.2R-96 گزارش می‌دهد که “هیچ دلیلی برای افزودن یا حذف هر گونه مصالح به استثنای افزودن فوم سیلیس (به جای بعضی سیمان پرتلند) برای کاهش زمان خشک شدن وجود ندارد.

این گزارش می‌گوید که جایگزین کردن 5 تا 10 درصد سیمان پرتلند با فوم سیلیس می‌تواند زمان خشک شدن بتن را چندین هفته کاهش دهد. با این حال، این امر اغلب کمک کمتری به کاهش خشک شدن برای ساخت و ساز سریع می‌کند.