بتن فراتوانمند، انقلابی در صنعت ساخت و ساز

جلیل باران دوست

بتن فراتوانمند به دلیل مشخصات مکانیکی و دوام بسیار عالی با اختلاف زیادی نسبت به سایر بتن ها قابل تمایز است. مراحل تحقیقاتی اولیه این بتن در سال ۱۹۹۵ به صورت تخصصی شکل گرفت. با هدف دستیابی به رده مقاومتی بیش از ۱۲۰ مگاپاسکال (حدود ۱۲۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع) که معیار مناسبی برای تخمین سایر مشخصات بتن می باشد، آزمایش های متنوعی صورت گرفت و در نهایت با خروج از فاز آزمایشگاهی، وارد عرصه ساخت و ساز گردید.

اصطلاح بتن فراتوانمند Ultra-High Performance Concrete (UHPC) به تدریج با توجه به پررنگ تر شدن نقش پوزولان ها و کاهش آلودگی های زیست محیطی ناشی از سیمان از اوایل قرن ۲۱ بر سر زبان ها افتاد. با گذشت زمان و طی ۱۰ سال گذشته انتظار مقاومت های بالا آنگونه که پژوهشگران در تحقیقات خود اشاره داشتند، به تدریج کاهش یافت و در برخی مقالات معتبر، مقاومت ۱۱۰ مگاپاسکال نیز تحت این عنوان، مورد تأیید قرار گرفته است. مشخصات دیگری همچون دوام در برابر شرایط دشوار محیطی و عوامل خورنده، میزان حفاظت از عناصر مسلح کننده همچون آرماتورهای فولادی و رفتار دینامیکی بهتر، وارد عرصه داوری اینگونه بتن ها گردید و امروزه، انتظارات بیشتری برای اجرای سازه های نازک تر و با توانمندی های بیشتر، از این نسل جدید بتن مطرح می گردد.

شکل ۱: پل پیاده روی صلح – کره جنوبی (طول: ۱۳۰ متر، ضخامت عرشه: ۳۰ میلیمتر)

تفاوت های بتن فراتوانمند با سایر بتن ها

     آنچه این بتن را نسبت به سایر بتن ها متمایز می سازد به صورت عمده و مشخص، تراکم ساختاری بسیار بالای آن است که به نوعی تمام خصوصیات بهبود یافته این بتن، وامدار این تراکم می باشند. گوشه ای از تفاوت های این بتن با بتن های متعارف را می توان در موارد زیر خلاصه نمود:

1. ساختار ریزدانه، متراکم و یکنواخت: این ساختار ریزدانه باعث رفتار مکانیکی بهتر و شکل پذیری بالای این نوع بتن در قالبهای پیچیده و هندسه های نامتعارف می گردد. همچنین، تراکم بالا و یکنواختی بتن باعث می شود تا امکان پرداخت و تعمیرات و همچنین شکل دهی به آن پس از سخت شدن (مانند پیکره سازی و ایجاد نگاره های سه بعدی) نسبت به سنگ و بتن های معمولی بسیار راحت تر باشد.
2. مقاومت فشاری بسیار بالا (حداقل ۴ برابر بتن های معمولی): این معیار تعیین کننده باربری، کیفیت و دوام بتن می باشد و مقاومت فشاری بسیار بالا که یکی از نتایج آن مقاومت خمشی قابل توجه (حدود ۱۵ تا ۲۵ مگاپاسکال) است، امکان طراحی سازه های فوق نازک و پوسته ای را فراهم می سازد. همچنین مقاومت در برابر سایش عبور و مرور و فرسایش آبی به شدت افزایش می یابد. هرچند ذکر این نکته خالی از لطف نیست که به دلیل استفاده از سنگدانه های سیلیسی (شیشه ای شکل و شفاف) پس از سایش سطحی، بر خلاف بتن های معمولی، زیبایی ظاهری آن دوچندان می گردد.
3. افت تقریباً صفر پس از ۳۰۰ چرخه ذوب-یخبندان (معادل ۳۰۰ سال یخبندان زمستانی): این معیار به خوبی بیانگر عمر بسیار بالای این بتن می باشد و دوام آن را برای بیش از یک قرن تضمین می کند.

کاربردهای بتن فراتوانمند در معماری و مبلمان شهری

     با ویژگی هایی که در بالا اشاره شده، این بتن از نظر زیبایی پس از سنگ، بهترین گزینه برای معماری و زیباسازی و از نظر هزینه، گزینه ای بی رقیب در این عرصه محسوب می شود. برخی از کاربردهای آن را می توان نام برد:

1. امکان اجرای عناصر و مبلمان شهری نوین و منحصر به فرد: یکنواختی و زیبایی ظاهری، امکان پرداخت سطحی همچون سنگ و اجرای المان های بسیار نازک با بهره گیری از مقاومت بسیار بالای آن و همچنین ایجاد تنوع در رنگ مصالح به کار رفته، همگی دلایلی در اثبات بی نظیر بودن این فن آوری از دیدگاه های فنی و اقتصادی می باشند.
2. ساخت سازه ها و فرم های معماری منحصر به فرد در سطح بین المللی به منظور افزایش جاذبه گردشگری: امکان طراحی و ساخت سازه ها و المان های پوسته ای و بسیار نازک، تنوع معماری چشمگیری را ایجاد می کند و توانایی معمار در تبدیل ایده های هنری به سازه های اجرایی در مقیاس واقعی به شدت افزایش می یابد.

شکل ۲: نیمکت بتنی فراتوانمند

شکل ۳: میز و نیمکت بتنی فراتوانمند

شکل ۴: سنگفرش بتنی فراتوانمند