در این مقاله از سازه افزار به سراغ یکی از کاربردی‌ترین مصالح ساختمانی یعنی فوم بتن پلیمری می‌رویم. پوششی جدید که جهت مصارف مختلف در ساختمان تهیه‌شده و به علت خواص فیزیکی منحصربه‌فرد خود نقشی کلیدی را در عرصه ساختمان‌سازی کشور بازی می‌کند. با توجه به همین اهمیت نیز به‌منظور افزایش اطلاعات شما در این حوزه این مقاله جامع را به حضور شما ارائه می‌کنیم که امیدواریم مفید واقع شود. پس ما را همراهی کنید.
فوم بتن پلیمری چیست؟
فوم بتن، یکی از انواع بتن‌های اسفنجی است که از دوغاب سیمانی و فوم تشکیل می‌شود. فوم، ماده‌ای متشکل از حباب‌های هوا است. حبس کردن این حباب‌ها درون یک ملات یا دوغاب سیمانی، امکان ساخت بتن با چگالی بسیار پایین را فراهم می‌کند. طبق یک تقسیم‌بندی قدیمی و عامیانه، انواع فوم‌های موجود در بازار به دودسته شیمیایی و پروتئینِ تقسیم می‌شوند، گرچه ازنظر دانش شیمی، هردو نوع، فوم شیمیایی هستند. درواقع در یک نگاه تکنیکی می‌توان اذعان نمود که فوم بتن پلیمری در دسته فوم بتن‌ها شامل یک چسباننده‌ی پلیمری است که ترمو پلاستیک‌ها می‌باشند. بتن‌های پلیمری دارای مقاومت بالاتر، مقاومت بیشتر در برابر مواد شیمیایی و خورنده‌ها، جذب آب کمتر و پایداری بالاتر در مقابل پدیده یخ‌زدگی و ذوب نسبت به بتن سیمان پرتلند می‌باشند.
در باب تاریخچه حضور فوم بتن‌ها
جالب است بدایند که خیلی از افراد فکر می‌کنند که فوم بتن جزو مصالح جدیدی در صنعت ساختمان می‌باشد اما جالب است بدانید که از سال ۱۹۸۰ میلادی با همکاری دانشگاه‌های آلمان و اروپا از فوم بتن شروع به استفاده و معرفی در سراسر جهان شد. امروزه استفاده و به‌کارگیری بتن سبك يا فوم بتن به‌عنوان يك مصالح سبک و مقرون‌به‌صرفه در كشورهای مختلف رايج شده است. روسيه، آمريكا، آلمان، چين، روماني و ايتاليا از پيشگامان و از بزرگ‌ترین توليد و مصرف‌کنندگان اين محصول می‌باشند. از طرفی در سال ۱۳۸۰ شمسی با ساخت کارخانه بلوک سی ال سی وارد بازار صنعت ساختمان ایران شد و بعد از چند سال فوم بتن در تمام عرصه‌ها ازجمله در کف سازی و شیب بندی بام به‌وفور استفاده شد.
آشنایی با مواد تشکیل‌دهنده فوم بتن و نحوه تولید آن
فوم بتن، معمولاً از سه جز اصلی ماده اتصال‌دهنده (سیمان)، آب و عامل کف زا (پروتئین یا رزین) ساخته می‌شود. البته به‌منظور تغییر خواص فیزیکی این نوع بتن می‌توان از پرکننده (خاکستر بادی)، افزودنی‌ها و الیاف مختلف نیز استفاده کرد. برای تولید فوم بتن ابتدا سیمان و آب را با توجه به مقدار مشخص‌شده برای چگالی مدنظر در میکسر دستگاه مخلوط می‌شوند. سپس، فوم مایع که مادۀ ای کف زا است به دوغاب آب و سیمان افزوده می‌شود. فوم سبب تولید حباب‌های هوا می‌شود. این ماده با مقدار معینی آب مخلوط و به کمک فشار ناشی از کمپرس هوا و لنسر به کف خامه‌ای شکلی تبدیل می‌شود که در آن حباب‌هایی با قطر بسیار کم به وجود آمده‌اند. درواقع این کف خامه‌ای شکل به‌اندازه‌ای به دوغاب داخل میکسر تزریق می‌شود تا حجم آن را کاملاً پر کند و بتن کفی آمادۀ استفاده شود. در اصل این کف موجب افزایش حجم و سبک‌تر شدن بتن می‌شود. با توجه به آنچه مطرح شد لازم است تا نقش مواد تشکیل دهند مختلف را تولید فوم بتن پررنگ‌تر نماییم که این موارد به شرح زیر است:
بیشتر بخوانید : کابرد فوم بتن در ساختمان
- نقش سیمان در تولید فوم بتن
سیمان، متداول‌ترین ماده اتصال‌دهنده مورداستفاده در فوم بتن است. سیمان پرتلند معمولی، سیمان پرتلند زود سخت شونده، سیمان سولفو آلومینات کلسیم و سولفات آلومینا با مقدار 25 تا 100 درصد وزنی در ترکیب ماده اتصال‌دهنده مورداستفاده قرار می‌گیرند. در همین راستا لازم به ذکر است که طبیعتاً از بین این موارد، سیمان پرتلند معمولی و زود سخت شونده از گزینه‌های رایج هستند.
- نقش آب در تولید فوم بتن
همان‌طور که میدانید از الزامات مربوط تولید فوم بتن استفاده از آب باکیفیت است که عاملی برای روانی و پایداری ملات می‌باشد. میزان آب نیز بسیار بااهمیت است چراکه هر چه میزان آب مورداستفاده کمتر باشد، مخلوط سخت‌تر می‌شود و مسئله، ترکیدن راحت حباب‌های هوا را در پی دارد. در طرف مقابل، افزایش محتوای آب، ضخامت مخلوط را کاهش میدهد که در این حالت، حباب‌های هوا از درون مخلوط به بیرون رانده می‌شوند.
- نقش ماده کف زا در تولید فوم بتن
عامل کف زا، از مهم‌ترین مواد تشکیل‌دهنده فوم بتن است چراکه این ماده با کنترل نرخ تولید حباب‌های موجود در خمیر سیمانی، چگالی بتن را تعیین می‌کند. عوامل کف زا به سه نوع طبیعی، مصنوعی و ترکیبی تقسیم می‌شوند. از بین این موارد، مواد مصنوعی و طبیعی، کاربرد گسترده‌تری دارند. رزین، اولین عامل کف‌زای مصنوعی و خون، اولین عامل کف‌زای طبیعی مورداستفاده در ترکیب بتن است. مواد فعال سطحی مصنوعی نیز ازجمله، رایج‌ترین مواد مورداستفاده برای ساخت فوم هستند که کار با آن‌ها ساده‌تر و هزینه تهیه آن‌ها پایین‌تر است.
در باب چگالی فوم کف زا نیز باید اذعان نمود که فوم مرطوب با چگالی کمتر از 100 کیلوگرم بر مترمکعب برای ساخت فوم بتن مناسب نیست؛ زیرا در این شرایط، حباب‌های بزرگ بهصورت ناپایدار در ساختار این نوع فوم ایجاد می‌شوند. همچنین جالب است بدانید که نوعی فوم بنام فوم خشک وجود دارد که از پایداری بیشتری نسبت به فوم مرطوب بهره می‌برد و برای ساخت آن محلولی از عامل کف زا و آب توسط کمپرسور هوا به درون یک محفظه مخلوط کننده انتقال داده می‌شود. اندازه حباب‌های ایجادشده در فوم خشک از فوم مرطوب کوچک‌تر است که همین موضوع باعث ساختار منظم حباب‌های هوا در فوم خشک می‌شود.
- نقش الیاف در ساخت فوم بتن
الیاف، به‌منظور افزایش مقاومت و کاهش جمع شدگی در ترکیب فوم بتن مورداستفاده قرار می‌گیرند. در یک نگاه کلی الیاف به‌کاررفته در این نوع بتن می‌تواند بهصورت طبیعی یا مصنوعی و از جنس پلی‌پروپیلن، ترکیب شیشه با پلی‌پروپیلن، الیاف رامی، روغن نخل، فولاد، نارگیل، سلولز و کربن باشد. بااین‌وجود، بخش عمده‌ای از این الیاف از پلی‌پروپیلن ساخته می‌شوند. با توجه به همین مسئله باید بدانید که الیاف مورداستفاده در فوم بتن معمولاً 0.2 تا 1.5 درصد حجمی کل مخلوط را تشکیل می‌دهند.
آشنایی با انواع فوم بتن
به‌منظور آشنایی بهتر شما عزیزان با فوم بتن پلیمری در ابتدا بهتر است تا در باب انواع فوم بتن اطلاعاتی را به دست آورید. درواقع جالب است بدانید که یکی از مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده کاربرد و تقسیم‌بندی فوم بتن، چگالی آن است. چراکه این ماده بر اساس چگالی به سه نوع چگالی بالا، متوسط و پایین تقسیم‌بندی می‌شود که در این بخش به ارائه اطلاعاتی در مورد هر یک از آن‌ها می‌پردازیم:
• فوم چگالی بالا سازه‌ای
به‌طورکلی فوم بتن با چگالی بالا، معمولاً دارای چگالی 1200 تا 1800 کیلوگرم بر مترمکعب است. همین چگالی نیز عاملی برای این می‌باشد که از این نوع فوم بتن، به‌منظور ساخت دیوارهای باربر، دیوارهای جداکننده و بلوک‌های پیش‌ساخته برای عضوهای باربر مورداستفاده قرار می‌گیرد.
• چگالی متوسط
انواع فوم بتن با چگالی متوسط، دارای چگالی 800 تا 1000 کیلوگرم بر مترمکعب است که از آن، اغلب در ساخت بلوک‌های پیش‌ساخته برای عضوهای غیر باربر به کار می‌رود.
• فوم چگالی پایین یا سبک
فوم بتن با چگالی پایین، دارای چگالی 300 تا 600 کیلوگرم بر مترمکعب است که از این نوع فوم بتن با عنوان بتن اسفنجی سبک یا به‌اختصار CLC و بتن سبک شناخته می‌شود. بتن سبک، گزینه بسیار خوبی برای عایق صدا و حرارت است. فوم بتن با چگالی پایین، مقاومت خوبی در برابر آتش‌سوزی، رطوبت و حمله حشرات دارد. همین موضوع، آن را به جایگزین مناسبی برای پشم‌شیشه و پشم چوب تبدیل کرده است.
در باب اهمیت و نقش افزودنی‌ها در فوم بتن
همان‌طور که در ابتدای نوشتار سازه افزار اشاره شد، افزودنی‌ها در فوم بتن ازجمله نوع پلیمری، مواد مایع یا پودرهایی هستند که قبل یا در حین مخلوط کردن به ترکیب بتن اضافه می‌شوند. از افزودنی‌های پرکاربرد در فوم بتن، می‌توان به مواد کاهنده آب، ضد رطوبت و دیر گیر کننده اشاره کرد. روان کننده، در اکثر مواقع برای افزایش تراکم‌پذیری بتن مورداستفاده قرار می‌گیرد. درواقع، این افزودنی در کنار کاهنده آب، به‌منظور بهبود عملکرد بتن تازه بدون تأثیر بر روی جداشدگی ذرات استفاده می‌شوند.
آشنایی با مزایای استفاده از فوم بتن پلیمری
استفاده از فوم بتن مزایای بسیار زیادی را به دنبال دارد که در ادامه این نوشتار از سازه افزار به چند نمونه از مزایای ویژه فوم بتن اشاره می‌کنیم که این موارد به شرح زیر است:
1. سرعت اجرای بالا
سرعت اجرای فوم بتن تقریباً ۷ برابر بیشتر از روش‌های سنتی است. به‌طور مثال اگر با روش سنتی ۸۰ مترمربع را کف سازی کنیم، با فوم بتن این عدد ۷ برابر بیشتر و حدود ۵۶۰ مترمربع می‌شود
2. وزن بسیار سبک
فوم بتن وزن بسیار سبکی دارد به همین دلیل، به کار بردن آن در سازه‌های ساختمانی باعث کاهش وزن سازه شده و درنتیجه نیروهای وارد آمده به پی و فونداسیون نیز به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد؛ بنابراین استفاده از فوم بتن می‌تواند هزینه‌ها را نیز در رابطه با پی کاهش دهد. همچنین علاوه بر موارد ذکرشده، فوم بتن مزایای دیگری همچون کاهش وزن طبقات و کاهش اندازه ستون‌ها را نیز به دنبال دار که در دسته مهم‌ترین مزیت‌های این متریال ساختمانی است.
3. مقاومت بالا در برابر آتش
جالب است بدایند که فوم بتن‌ها در برابر درجه حرارت بالا مقاومت فوق‌العاده زیادی از خود نشان می‌دهند و به‌راحتی آسیب نمی‌بینند. به‌طور مثال اگر یک‌تکه از فوم بتن دارای ضخامت ۸۸ سانتی‌متر را درون آتش بیاندازیم، این تکه از فوم بتن می‌تواند تا ۱۲۷۰ درجه حرارت را نیز تحمل نماید بدون اینکه آسیبی به آن وارد شود.
4. عایق مناسب رطوبت، سرما و گرما
همان‌طور که میدانید فوم بتن غیرقابل نفوذ است؛ بنابراین از مشکلاتی نظیر نفوذ آب و درنتیجه یخ‌زدگی و یا فرسایش در امان است. وزن مخصوص فوم بتن‌ها بسیار پایین بوده که همین ویژگی باعث شده تا در برابر گرما و سرما بتوان به‌عنوان عایق مناسب از آن‌ها استفاده نمود. با استفاده از فوم بتن، دیگر نیازی به عایق‌های حرارتی و پرداخت هزینه‌های اضافی نیست. لازم به ذکر است که فوم بتن علاوه بر عایق سرما و گرما، به دلیل بالا بودن جذب آکوستیک، به‌عنوان عایق صدا نیز محسوب می‌شوند. همچنین لازم به ذکر است که میزان تخلخل در سطح فوم بتن بسیار بالا می‌باشد. به همین علت، فوم بتن‌ها در برابر آب و همچنین رطوبت مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند.
5. اقتصادی و به‌صرفه
لازم است بدانید که قیمت فوم بتن در مقایسه با سایر ابزار کف سازی بسیار مناسب‌تر و به‌صرفه‌تر بوده و از قیمت پایین‌تری برخوردار می‌باشد. چراکه فوم بتنی همواره ارزان‌تر از بتن با پوکه معدنی می‌باشد. البته لازم به ذکر است که این قضیه به محل اجرای کار، مواد اولیه و همچنین استفاده از دستگاه‌های موردنیاز بستگی دارد.
معایب فوم بتن
بهصورت کاملاً بی‌طرفانه می‌توان در عین جدید بودن و سهل اجرا بودن انواع فوم بتن مورداستفاده در ساخت بخش‌های مختلف ساختمانی معایبی را نیز برای این نوع از مصالح ساختمانی در نظر گرفت که ازجمله این موارد می‌توان به گزینه‌هایی همچون:
بیشتر بخوانید : بانک اطلاعات ساختمان | پروژه های در حال ساخت
- احتمال به وجود آمدن پدیده انقباض یا افت بتن (بعد از مدتی همان‌طور که بتن حرارت خودش را از دست میدهد، مقداری از آب را هم از دست میدهد و این مسئله باعث کاهش حجم بتن می‌شود) وجود دارد که دچار ترک‌خوردگی می‌شود. البته لازم به ذکر است که ما می‌توانیم در ۲۸ روز اولیه با انجام عمل‌آوری دقیق و خوب از به وجود آمدن این مشکل جلوگیری کنیم.
- چالش مدت‌زمان خشک شدن آن
به‌طورکلی با اضافه کردن مواد افزودنی بتن همچون زود گیر کننده‌ها می‌توانیم در مدت ۱۲ ساعت بتن را خشک‌کنیم اما باید دقت داشته باشیم که در مدت‌زمان خشک شدن بتن عجله نداشته باشیم چراکه ممکن است به خاطر زود خشک‌کردن بتن از مقاومت بتن کاسته شود و حتی جمع شدگی در آن به وجود آید.
آشنایی با کاربردهای فوم بتن پلیمری
در حال حاضر بهترین مهندسان ساختمان دنیا از بتن سبک در قسمت‌های مختلف سازه‌ها بهصورت مستقیم استفاده می‌کنند. این در حالی است که صرفه‌جویی در مصرف انرژی نیز بهصورت غیر‌مستقیم (عایق بودن این نوع بتن در مقابل گرما و سرما، موجب کاهش میزان مواد سوختی می‌شود) در استفاده از این نوع متریال ساختمانی مطرح است. در همین راستا نیز بیشترین کاربرد فوم بتن پلیمری را می‌توان در ساخت بلوک سبک سقفی و دیواری، کف‌سازی ساختمان و شیب بندی نام برد. بنابراین با توجه به ویژگی‌های خاص بتن فوم پلیمری، کاربردهای مختلف آن برحسب وزن مخصوص و مقاومت فشاری آن به تفکیک به شرح زیر می‌توان ارائه نمود که شامل:
- کف‌سازی طبقات
به‌طورکلی با جایگزین کردن فوم بتن به‌جای پوکه ریزی، حدود 300 کیلوگرم در هر مترمکعب کف سازی سبک‌سازی می‌شود و سه برابر عایق‌بندی حرارتی و صوتی در کف طبقات صورت می‌پذیرد. چون فوم بتن وزن سبک و سرعت‌بالای اجرا دارد، می‌توان کف همۀ طبقات ساختمان را بعد از اتمام کارهای تأسیساتی با آن پوشاند.
- پر کردن حفره‌های فاضلاب و تونل‌ها
به‌طورکلی فوم بتن ازجمله مصالحی می‌باشد که ازآنجایی‌که روانی بالایی دارد، از آن به‌منظور پر کردن حفرات و پایدارسازی آن‌ها بر روی انواع لوله‌ها، تونل‌ها، مخازن و نقاطی کاربرد دارد.
- دیوارهای یکپارچه
از فوم بتن می‌توان با سیستم قالب‌بندی مدولار، خانه‌ها و دیوارهای یکپارچه با سرعت فراوان و ارزان تولید کرد. برای ساخت دیوارهای سردخانه‌ها، گرم‌خانه‌ها و سالن‌های ضد صدا، می‌شود در محل پروژه، با قالب‌بندی، فوم بتن را به‌طور یکپارچه عمودی ریخت و یا به‌وسیلۀ قالب‌های مخصوص، دیوارهای پیش‌ساختۀ پنلی تولید کرد. به دلیل عایق بودن این نوع بتن، برای عایق‌بندی سردخانه‌ها، گرم‌خانه‌ها، پوشش لوله‌های حرارتی و برودتی و... کاربرد ویژه‌ای دارد. در ضمن به دلیل عایق صدا بودن بتن سبک، از آن برای ساخت موتورخانه‌ها و اتاق‌های آکوستیک استفادۀ گسترده‌ای می‌شود.
- شیب بندی پشت‌بام
به دلیل مقاومت زیاد، نفوذناپذیری حرارتی و رطوبتی و نیز سبک بودن فوم بتن پلیمری، بهترین روش برای شیب بندی پشت‌بام استفاده از این محصول است. می‌توان بعد از اجرای فوم بتن در پشت‌بام، مستقیم و بی هیچ‌گونه عملیات اضافی روی آن را عایق‌بندی یا ایزوگام کرد. ضمناً، اجرای فوم بتن روی سقف‌های شیروانی علاوه بر اینکه می‌تواند کاهش 50 درصدی انتقال حرارت و صوت از طریق سقف را سبب شود، موجب محکم شدن ورق‌های سقف می‌شود و از لرزش‌های اضافی آن‌ها جلوگیری می‌کند. بتنی که علاوه بر کاهش بار مردۀ ساختمان، نیروی وارد به سازه براثر شتاب زلزله را کاهش میدهد و در صورت تخریب، وزن آوار آن نیز کم می‌شود.
- تولید بلوک‌های سبک غیر باربر
از کاربردهای دیگر فوم بتن، تولید بلوک‌های سبک توپر از نوع NAAC، AAC و CLC است. با تولید بلوک‌های فوم بتن به ابعاد دلخواه می‌توان همۀ کار دیوارچینی قسمت‌های جداکنندۀ ساختمان را با استفاده از ملات یا چسب بتن انجام داد. چراکه با به کار بردن این نوع بلوک‌های بتن سبک، از سنگین شدن ساختمان جلوگیری می‌شود و همچنین کارهای حمل و نصب، بسیار سریع پیش می‌رود.
بیشتر بخوانید : فوم بتن
- زیرسازی راه‌ها
از فوم بتن به‌عنوان مصالح بدون نشست برای پر كردن حفاري‌های انجام‌شده در خيابان‌ها و به‌جای مصالح دانه‌ای استفاده می‌شود. با توجه به همين مزیت، نیز عملكرد مناسب فوم بتن پلیمری را در صورت استفاده در لايه‌هاي زيرین راه، به‌خصوص در مناطق غیرقابل‌دسترس به منابع و مصالح دانه‌اي مناسب، تضمين می‌كند. همچنین در كنار امتيازات یادشده، با توجه به مقاومت زیاد اين بتن در مقابل آتش‌سوزی مي‌توان از آن به‌عنوان مصالح نسوز استفاده کرد.
جمع‌بندی
همان‌طور که در این بخش از سازه افزار مطالعه نمودید، در یک نگاه جمع‌بندی محور می‌توان بیان کرد که فوم بتن ملاتی است که از آب، سیمان، فوم کف زا (ماده‌ای شیمیایی و یا بر پایه پروتئین حیوانی از شاخ یا سم حیوانات) و ماسه‌بادی یا ماسه نرم تشکیل می‌شود. چگالی فوم بتن بسیار پایین می‌باشد و همچنین عایق صوتی و حرارتی مناسبی است که سریع و آسان اجرا می‌شود و ازنظر قیمت تمام‌شده هم کمی ارزان‌تر از روش سنتی است.