بخشی از مقاله
-1- مقدمه
بتن يكي از مصالح ساختماني است كه بوسيله آميختن مخلوط متناسبي از سيمان، مصالح سنگي (شن و ماسه) و آب بوجود ميآيد. آب و سيمان با تركيب شيميائي خود مصالح سنگي از، كه قسمت اعظم بتن را تشكيل ميدهند، به يكديگر و توده سخت سنگي شكل بتن را ايجاد مي‌نمايند.
بتن ماده‌اي است كه داراي مقاومت زيادي در فشار است و از اينرو استفاده از آن براي قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسيار مناسب است ليكن عليرغم مقاومت فشاري قابل توجه، مقاومت كششي كم و شكنندگي نسبتاً زياد بتن، استفاده از آن براي قظعاتي كه تماماً يا بطور موضعي تحت كشش هستند محدود مي‌نمايد. براي رفع اين محدوديت اعضاء بتني را با قراردادن فولاد در آنها تقويت مي كنند. ماده مركبي كه بدين ترتيب حاصل مي‌شود بتن آرمه يا بتن مسلح ناميده مي‌شود.
ايده اصلي در ايجاد بتن مسلح استفاده از بتن براي تحمل فشار و استفاده از فولاد، كه معمولاً آرماتور ناميده مي‌شود، براي تحمل كشش است. براي روشن شدن بيشتر مسئله مي‌توان رفتار يك تير بتني غير مسلح را كه روي دو تكيه‌گاه ساده قرار دارد بررسي نمود (تصوير الف –1-1).
در مقاطع مختلف اين تير، تنش‌هاي كششي در زير صفحه خنثي و تنش‌هاي فشاري در بالاي آن ايجاد مي‌شوند. از آنجا كه مقاومت كششي بتن ناچيز است، اين تير داراي ظرفيت باربري كمي خواهد بود. درچنين تيري اصولاً مقاومت فشاري بتن نمي‌تواند مورد استفاده قرار گيرد. حال اگر همين تير در ناحيه كششي توسط فولادهايي كه معمولاً بصورت ميلگرد مستقيم مي‌باشند، مسلح شود قادر خواهد بود براي به مراتب بيشتر از بار حالت قبل (مثلاً تا 20 برابر) را تحمل نمايد (تصوير ب-1-1). ساير اعضاء بتني، نظير ستونها، كه عمدتاً در فشار كار ميكنند، را نيز با ميلگردهاي فولادي مسلح مي نمايند (تصوير ج –1-1). وجود آماتور در چنين اعضائي نيز سبب افزايش مقاومت آنها ميگردد. زيرا فولاد علاوه بر كشش در فشار نيز مقاومت بالايي دارد. بدين ترتيب از اجتماع دو ماده فولاد و بتن ماده تقريباً جديدي بنام بتن مسلح ايجاد مي‌شود كه امروزه حوزه كاربرد آن بدون هيچ مرزي در حال گسترش است.
اساس رفتار مشترك فولاد و بتن تركيب طبيعي دو خاصيت مهم فيزيكي و مكانيكي اين دو ماده است: اول آنكه، بتن در اثر سخت شدن چسبندگي قابل ملاحظه‌اي با آرماتور فولادي ايجاد ميكند كه در نتيجه آن در يك عضو بتن آرمه تحت اثربار، هر دو ماده فولاد و بتن با هم تغيير شكل ميدهند. دوم آنكه، بتن و فولاد داراي ضرائب انبساط حرارتي تقريباً يكساني مي‌باشند (مقدار اين ضريب بطور متوسط براي بتن 000010/0 و براي فولاد 000012/0 بازاء هر درجه سانتيگراد است) و در نتيجه در اثر تغييرات درجه حرارت، تنش‌هاي اوليه قابل توجهي در هيچيك از دو ماده ايجاد نشده و لغزشي بين فولاد و بتن رخ نميدهد.
بتن مسلح علاوه بر اينكه داراي مقاومت نسبتاً بالايي است، در مقابل شرايط نامساعد محيطي نيز مقاومت خوبي دارد زيرا پوشش بتني روي آماتور، فولاد در مقابل خوردگي و اثر مستقيم آتش‌سوزي محافظت مي‌نمايد. در رابطه با مقاومت در مقابل آتش‌سوزي شايد توجه به اين نكته جالب باشد كه در حرارت حدود 1000 درجه سانتيگراد، حداقل يك ساعت طول ميكشد كه دماي فولاد داخل بتن، كه با يك لايه بتني به ضخامت 5/2 سانتيمتر پوشيده است، به 500 درجه سانتيگراد برسد. تجربه نشان داده است كه در آتش‌سوزي‌هاي با شدت متوسط، سازه‌هاي بتن آرمه تنها دچار خسارتهاي سطحي مي‌شوند و خللي در مقاومت و ظرفيت باربري آنها وارد نمي‌آيد.
به علت خواص متنوع و با ارزش بتن آرمه، نظير دوام (مقاومت در مقابل اثرات سوء ناشي از سيكل‌هاي انجماد و ذوب)، مقاومت در مقابل خورده‌گي، مقاومت در مقابل آتش، مقاومت زياد در مقابل بارهاي استاتيكي و ديناميكي، امكان ايجاد اشكال مورد نظر از طريق شكل دادن به قالب عضو، و بالاخره مخارج نگهداري ناچيز در طول عمر سازه، امروزه از اين ماده بعنوان يكي از مقاومترين مصالح ساختماني در ساخت انواع سازه‌ها استفاده فراوان مي‌شود. ساختمانهاي مرتفع مسكوني و اداري، ساختمانهاي صنعتي، نيروگاههاي هسته‌اي، پل‌ها، سيلوها، تونل‌ها، انواع پوسته‌ها، سازه‌هاي هيدروليكي و بسياري سازه هاي ديگر از مواردي هستند كه بتن مسلح اسكلت اصلي و باربر آنها را تشكيل ميدهد.
يكي از جنبه‌هاي خاص رفتار سازه‌هاي بتن آرمه تحت اثربار، امكان ايجاد ترك در قسمت‌هاي كششي مقاطع است. البته بازشدن چنين تركهايي تحت بارهاي معمولي وارد بر سازه، غالباً بقدري كم اهميت است كه بهيچوجه استفاده از سازه را تحت تأثير قرار نميدهند. اما چنانچه در موارد خاصي، با توجه به انتظاري كه از عملكرد سازه ميرود، وجود اين تركها بعنوان يك نقص تلقي شود و بعبارت ديگر لازم باشد از ايجاد ترك جلوگيري شود و يا ميزان بازشدگي آن محدود گردد، مي‌توان از ايده پيش تنيدگي بتن استفاده نمود. در سازه‌هاي بتني پيش تنيده بوسيله كشيدن كابلهاي پيش تنيدگي، مقطع عضو بتني را تحت فشار اوليه شديدي قرار ميدهند. تا بدين ترتيب پس از اعمال بارهاي موردنظر در هيچ مقطعي از عضو بتني ايجاد كشش نشود.
از نظر تكنيك ساخت، اعضاء و سازه‌هاي بتن آرمه يا پيش‌ساخته هستند، يا در جا ريخته شده ويا مركب. اعضاء پيش‌ساخته اعضائي هستند كه در كارگاههاي خاصي ساخته شده وبراي نصب به محل مورد نظر تحويل مي‌شوند. اعضاء با بتن ريزي در جا، همانطور كه از نامشان پيداست، در همان محل واقعي خود در سازه بتن‌ريزي مي‌شوند و بالاخره اعضاء مركب اعضايي هستند كه تركيبي از اجزاء پيش ساخته و بتن ريزي در جا هستند. اعضاء و سازه‌هاي بتن آرمه كه به روشهاي فوق ساخته مي‌شوند اگر چه در برخي موارد تفاوت‌هاي مختصري در رفتار و جزئيات محاسبات دارند، اصول كلي طراحي آنها يكسان است و آنچه سبب انتخاب هر يك از اين روشها مي‌شود مسائلي نظير سرعت اجراء، دقت ساخت و توجيهات اقتصادي است.
2-1- مواد تشكيل دهنده بتن
مواد تشكيل دهنده بتن عبارتند از: سيمان، مصالح سنگي و آب و در برخي موارد مواد مضاف نيز بدانها اضافه مي‌شود. خواص بتن‌تر (قبل از سخت شدن)، مانند رواني، كارآيي و زمان گيرش، همچنين خواص بتن خشك (بتن سخت شده)، نظير مقاومت فشاري، مقاومت كششي، افت، خزش و دوام بستگي به انتخاب و درصد مواد متشكله بتن دارد. از اينرو در اين بخش بطور اختصار خواص و نقش هر يك از اين مواد مورد بررسي قرار مي‌گيرند.
سيمان- هر ماده‌اي كه دانه هاي مصالح سنگي را براي تشكيل يك توده توپر و يكپارچه بهم بچسباند سيمان نام دارد. سيمانهايي كه در صنعت بتن و بتن آرمه بكار ميروند سيمانهايي هستند كه در تركيب با آب موادي بوجود مي‌آورند كه تقريباً غيرقابل حل در آب مي‌باشند و از اينرو به آنها سيمان هيدروليكي گفته مي‌شود. از بين انواع اين سيمان نوعي كه بيشترين كاربرد را در بتن آرمه سيمان پرتلند است.
پس از اينكه آب به سيمان افزوده مي‌شود مواد درسطح دانه هاي سيمان بوسيله آب حل شده و يك ژل، كه در واقع يك توده متراكم از ذرات فوق‌العاده كوچك است، ايجاد مي‌شود. اين ماده به تدريج افزايش حجم و سختي پيدا ميكند بطوري كه پس از چند ساعت قابل ملاحظه‌اي در ملات ايجاد مي‌شود. اين عمل هيدراسيون نام دارد. هيدراسيون تدريجاً بيشتر به عمق دانه‌هاي سيمان نفوذ ميكند و در نتيجه سبب افزايش سختي ملات ميگردد.
از نظر شيميائي، براي هيدراسيون كامل يك مقدار معين سيمان، در حدود 25 درصد وزن سيمان آب لازم است، ليكن براي سهولت حركت آب در مخلوط و رسيدن به ذرات سيمان، آب مورد نياز 10 الي 15 درصد بيش از ميزان ذكر شده مي‌باشد. بنابراين حداقل نسبت وزني آب به سيمان بين 35/0 و 4/0 است، با اينحال در عمل مقدار آب مصرفي بيش از مقادير حداقل فوق مي‌باشد. اين مقدار آب اضافي براي روان‌تر كردن و افزايش كارآيي بتن (يعني افزايش قابليت كار با بتن) لازم است. ولي بايد توجه داشت كه آب مازاد بر نياز هيدراسيون كامل، بصورت تركيب نشده در بتن باقي ميماند كه پس از سخت شدن بتن تدريجاً از آن خارج شده و سبب ايجاد حفره و در نتيجه نقصان مقاومت بتن ميگردد. عمل هيدراسيون با توليد حرارت نيز همراه است و حرارت توليد شده را حرارت هيدراسيون مي نامند. اين گرماي آزاد شده بخصوص در كارهاي بتن ريزي زياد مثل سدسازي، باعث افزايش درجه حرارت و در نتيجه افزايش حجم بتن ميگردد و مي‌تواند پس از سرد شدن بتن سبب ترك خوردگي آن گردد. كه بايد به نحو صحيحي از آن جلوگيري نمود.
همانطور كه قبلاً اشاره شد، سيماني كه بيشترين كاربرد را در بتن آرمه دارد سيمان پرتلند است. مشخصات انواع مختلف اين سيمان در ASTM C150 داده شده است (از انجمن آمريكائي آزمايشات و مصالح: ASTM). متداولترين نوع اين سيمان، سيمان پرتلند تيپ I است كه براي كارهاي متعارف اجراء سازه‌هاي بتني كه در آنها خاصيت ويژه اي مورد انتظار نيست بكار ميرود. بتني كه با اين سيمان ساخته مي‌شود تقريباً پس از 28 روز مقاومت طراحي خود را بدست مياورد. ساير انواع سيمان پرتلند مشخصه‌هاي متفاوتي در ارتباط با سرعت سخت شدن، سرعت توليد حرارت و مقاومت در مقابل اثر آبهاي سولفاته دارند كه اين مشخصه‌ها براي انواع مختلف سيمان پرتلند در جدول 1-1 آورده شده‌اند.
جدول 1-1: انواع سيمان پرتلند
نوع تيپ مورد استفاده
I موارد متعارف اجراء كه در آنها خواص ويژه‌اي مورد نظر نمي‌باشد.
II موارد متعارف اجراء كه در معرض اثر ملايم سولفات باشند، يا مواردي كه حرارت هيدراسيون متوسط مورد نظر باشد.
III هنگامي كه حصول مقاومت بالا در زمان كوتاه موردنظر باشد (سيمان تن‌گير).
IV هنگامي كه حرارت هيدارسيون خفيف مورد نظر باشد (سيمان كندگير).
V هنگامي كه مقاومت در مقابل اثر شديد سولفات مورد نظر باشد.
علاوه بر پنج نوع سيمانهاي پرتلند كه بوسيله ASTM استاندارد شده‌اند، سيمانهاي پرتلند اصلاح شده‌اي نيز ساخته مي‌شوند كه كاربردهاي زيادي در بتن آرمه دارند. مانند سيمان پرتلند هوا دهنده، سيمان پرتلند سرباره كوره بلند وسيمان پرتلند- پوزولان.
سيمان پرتلند هوا دهنده حاوي ماده شيميائي است كه سبب ايجاد حبابهاي هوا (بقطر تقريبي 05/0 ميليمتر) در بتن ميگردد. اين حبابهاي هوا، كه بطور يكنواخت در بتن پخش مي‌شوند ، علاوه بر افزايش كارآيي بتن، دوام آنرا نيز در مقابل اثر يخبندان بهبود مي‌بخشد (البته براي تأمين نظرات فوق مي‌توان از مواد مضاف هوا دهنده، كه در موقع مخلوط كردن بتن به انواع عادي سيمان پرتلند اضافه مي‌شوند استفاده نمود). براي مشخص كردن سيمان پرتلند هوا دهنده، حرف A همراه شماره تيپ‌هاي سيمان پرتلند جدول 1-1 آورده مي‌شود، مانند سيمان پرتلند هوا دهنده نوع IIA, IA و III A.
سيمان پرتلند سرباره كورة بلند و سيمان پرتلند- پوزولان نيز سيمانهايي هستند كه از مخلوط كردن برخي مواد طبيعي يا مصنوعي با سيمان پرتلند معمولي بدست مي‌آيند. مزيت مهم اين سيمانها حرارت كم هيدراسيون آنها مي‌باشد. كه در نتيجه براي كارهاي بتني حجيم مانند سد سازي بسيار مناسب مي‌باشند. علاوه بر اين، بتن‌هاي ساخته شده با سيمان پرتلند- پوزولان مقاومت خوبي در مقابل آبهاي سولفاته و اسيدي نشان ميدهند و از اينرو براي اجراي كارهاي دريائي كاربرد زيادي دارند. سيمان پرتلند سرباره كوره بلند و سيمان پرتلند- پوزولان، به ترتيب بوسيله حروف s و p كه همراه شماره تيپ سيمان پرتلند معمولي قيد مي‌شوند مشخص ميگردند، مانند سيمان نوع IS و IP . همچنين، چنانچه از مواد هوا دهنده در ساخت اين سيمانها استفاده شود حرف A نيز به نام اين سيمانها اضافه مي‌شود. مانند سيمان نوع IS-A.
مشخصات اين سيمانها را مي توان از ASTM C595 (مشخصات استاندارد براي سيمانهاي هيدروليكي مخلوط شده) بدست آورد.
مصاح سنگي- مصالح سنگي بين 60 تا 75 درصد حجم بتن را تشكيل ميدهند و از اينرو نقش بزرگي را در رفتار بتن دارا هستند. بسياري از خواص بتن، قبل يا بعد از سخت شدن، نظير كارآئي، مقاومت، مدول الاستيسيته، افت، خزش و دوام، متاثر از مشخصه‌هاي مصالح سنگي مي‌باشند.
مصالح سنگي بتن به دو دسته ريز دانه و درشت دانه تقسيم مي‌شوند. مصالح سنگي را كه از الك نمرة 4 (الك 4760 ميكروني) عبور ميكنند مصالح ريزدانه و مصالح سنگي را كه روي اين الك باقي ميمانند مصالح درشت دانه مي‌نامند. ماسه‌هاي سيليسي طبيعي منبع اصلي مصالح ريز دانه هستند، با اينحال، در صورتي كه ماسه‌هاي طبيعي در دسترس نباشند از ماسه‌هاي ساخته شده، كه بوسيله خرد كردن سنگ بدست مي‌آيند. نيز استفاده مي‌شود. براي مصالح درشت دانه معمولاً شن رودخانه‌اي، گرانيت خرد شده، بازالت، ماسه سنگ و همچنين مواد دانه‌اي سبك متداولترين مصالح مي‌باشند.
از نظر اندازة مصالح سنگي درشت دانه بايد گفت كه بطور كلي براي هر كار مورد نظر بهتر است حداكثر اندازة مجاز بكار رود، زيرا علاوه بر مسائل اقتصادي، بكاربردن دانه‌هاي درشت‌تر سبب كاهش افت بتن ميگردد. حداكثر اندازة مجاز مصالح سنگي درشت دانه تابع ضخامت مقطع عضو بتني، فاصله بين آرماتورها و وسائل مورد استفاده براي ساخت و جا دادن بتن در قالب مي‌باشد مطابق آئين نامه اندازه دانه‌هاي سنگي نبايد از يك پنجم كوچكترين بعد اعضاء، يك سوم ضخامت دالها، و سه چهارم كوچكترين فاصله آزاد بين ميلگردها تجاوز نمايد. مسئله ديگري كه در رابطه با اندازه مصالح سنگي (درشت دانه و ريزدانه) مطرح است، دانه‌بندي اين مصالح است. اگر تمام دانه‌هاي سنگي از نظر اندازه يكسان باشند، يا از يك اندازة خاص در مخلوط دانه‌هاي سنگي به مقدار زيادي استفاده شده باشد.
فضاي خالي بزرگي ايجاد مي‌شود و در نتيجه ملات سيمان بيشتري براي پر كردن فضاي خالي لازم ميگردد. از نظر اقتصادي، يك دانه‌بندي ايده‌آل براي مصالح سنگي بتن دانه‌بندي است كه منجر به حداقل فضاي خالي شود، ليكن اين روش ممكن است بهترين كارآيي را براي بتن بهمراه نداشته باشد، لذا معمولاً لازم است از مخلوط‌هاي آزمايشي براي تعيين حدود دانه بندي استفاده شود. در ASTM C335 , ASTM C33 حدود دانه بندي به ترتيب براي مصالح سنگي معمولي و مصالح سبك پيشنهاد شده‌اند.
مقاومت مصالح سنگي اثر قابل ملاحظه‌اي بر مقاومت بتن ندارد، زيرا كه مواد سنگي معمولاً داراي مقاومت هاي زيادي هستند. آنچه در مقاومت فشاري و همچنين مقاومت كششي بتن اثر مهمتري دارد مقاومت چسبندگي ملات سيمان به مصالح سنگي است. دانه‌هاي سنگي تيز گوشه كه داراي سطوح زبر و ناصافي هستند از دانه‌هاي سنگي گرد گوشه كه داراي سطوح صاف و صيقلي هستند چسبندگي بعنري با ملات سيمان دارند و معمولاً از مقاومت بيشتري برخوردارند (البته توجه اين مطلب لازم است كه بتن‌هاي ساخته شده با دانه‌هاي سنگي تيز گوشه كارآيي كمتري نسبت به بتن‌هاي ساخته شده با دانه‌هاي سنگي گرد گوشه دارند).
در غالب كارهاي بتني از مصالح سنگي طبيعي استفاده مي‌شود. وزن بتن ساخته با چنين مصالحي تقريباً برابر 2300 كيلوگرم بر متر مكعب مي باشد. هنگامي كه آرماتور فولادي به بتن اضافه مي‌شود وزن بتن مسلح تقريباً برابر 2400 كيلوگرم بر متر مكعب مي‌باشد. علاوه بر بتن‌هاي معمولي بتن‌هاي سبكتر يا سنگين‌تر از بتن معمولي نيز ساخته مي‌شوند.
بتن سبك سازه‌اي بتني است كه با استفاده از مصالح دانه‌اي سبك ساخته مي‌شود. مصالح دانه‌اي كه در ساخت بتن‌هاي سبك سازه‌اي بكار ميروند يا از انواع سنگ‌هاي متخلخل با وزن حجمي كم، مانند پوميس و يا از مواد مصنوعي مانند سرباره كوره بلند مي‌باشند. وزن چنين بتن‌هايي معمولاً بين 1100 تا 1800 كيلوگرم بر متر مكعب است. البته بتن‌هايي معمولاً با وزن كمتر از 600 كيلوگرم بر متر مكعب نيز ساخته مي‌شوند. اين بتن‌ها. كه گاهي به آنها بتن ايزولاسيون نيز گفته مي‌شود، بتن غيرسازه‌اي هستند و داراي مقاومت‌هاي ناچيزي مي‌باشند.
چنانچه در ساخت بتن سبك سازه‌اي، براي تمام مصالح دانه اي (درشت دانه و ريزدانه) از مواد سبك استفاده شود، بتن حاصله بتن تماماً سبك ناميده مي‌شود، در حاليكه اگر فقط مصالح درشت دانه از مواد سبك باشند و براي مصالح ريزدانه از ماسه طبيعي استفاده شود به بتن حاصله بتن سبك با ماسه گفته مي‌شود. گاهي در ارتباط با بتن‌هاي سبك، عبارت «جايگزيني ماسه» بكار ميرود، كه منظور اين است كه تمام يا قسمتي از مصالح ريزدانه سبك بوسيله ماسه جايگزين مي‌شود.
بتن سنگين غالباً براي محافظت در مقابل تشعشات گاما و ايكس در رآكتورهاي هسته‌اي بكار ميرود. براي ساخت اين بتن از انواع طبيعي سنگ آهن، باريت و برخي مواد ديگر، كه در اندازه مورد نظر خرد مي‌شوند تا بعنوان مصالح سنگي عمل كنند، استفاده مي‌شود. بتن‌هاي سنگين داراي وزني بين 3000 تا 4000 كيلوگرم بر متر مكعب مي‌باشند.
آب- آبي كه براي تهيه بتن بكار ميرود بايد عاري از مقدار مضر روغن‌ها، اسيدها، بازها، نمك ها، موادآلي، يا هر ماده ديگري كه براي فولاد و بتن مضر است، باشد. ناخالصي‌هاي آب، در صورتي كه بيش از حدود مجاز باشند، ممكن است بر زمان گيرش، مقاومت و دوام بتن اثر منفي بگذارند و ممكن است سبب خوردگي آرماتور نيز بشوند. معمولاً آبي كه كمتر از ppm 2000 مواد جامد غير محلول داشته باشد براي ساخت بتن قابل قبول است. با اينحال، حداكثر مجاز مواد مختلف در آب را مي‌توان با مراجعه به استانداردهاي موجود بدست آمده و معيار قبول يا در آب مورد نظر براي ساخت بتن قرار داد. بطور كلي آبي كه براي آشاميدن مناسب است براي ساخت بتن نيز مناسب مي‌باشد. از آب غيرآشاميدني نيز مي‌توان براي تهيه بتن استفاده نمود مشروط بر آنكه دو شرط تأمين شوند: اول آنكه، انتخاب نسبت‌هاي اختلاط بتن بر اساس مخلوط‌هاي بتني باشد كه آب آنها از همان آب غيرآشاميدني تأمين شده باشد، و دوم آنكه، مقاومت‌هاي 7 و 28 روزه نمونه‌هاي مكعبي ملات ساخته شده با آب غيرآشاميدني حداقل برابر 90 درصد مقاومت‌هاي نمونه‌هاي مشابه ساخته شده با آب مقطر (يا آب آشاميدني مناسب) باشند.
مواد مضاف- مواد مضاف به موادي گفته مي‌شود كه در هنگام ساخت بتن به آن اضافه مي‌شود تا برخي خواص فيزيكي يا مكانيكي مورد نظر را در بتن بوجود آورند. برخي از موارد مهمتر بكار بردن مواد مضاف عبارتند از:
- افزايش دوام (مقاومت در مقابل اثرات سوء ناشي از سيكل‌هاي انجماد و ذوب)
- افزايش كارآئي
- تسريع در كسب مقاومت در زمان كوتاه
- كند كردن گيرش بتن و در نتيجه كاهش داده حرارت هيدراسيون
- افزايش مقاومت
- كاهش نفوذ‌پذيري آب در بتن
از بين انواع مواد مضاف، مواد هوا دهنده (هوازا) بيشترين كاربرد را دارند. اين مواد سبب ايجاد حبابهاي بسيار كوچك هوا در بتن مي‌شوند، حبابهاي ايجاد شده از يكديگر مجزا بوده و در سراسر بتن بطور يكنواخت پخش مي‌شوند (اندازه حبابهاي هوا در حدود 05/0 ميليمتر و فاصله آنها از يكديگر كمتر از 2/0 ميليمتر است). در اثر هوا دادن، كارآيي بتن بهبود يافته و جدا شدن دانه‌ها و خروج شيره بتن كاهش مي‌يابد. علاوه بر آن بتن هوا داده شده پس از سخت شدن، مقاومت چشمگيري در مقابل اثرات سوء ناشي از يخ زدن و ذوب‌شدن‌هاي متوالي كسب ميكند. اگر چه بكار بردن مواد هوا دهنده باعث كاهش مختصري (كمتر از 15 درصد) در مقاومت بتن مي‌شود، خواصي كه در اثر بكار بردن اين مواد در بتن تقويت يا ايجاد مي‌شوند گاهي بمراتب مهمتر و لازم‌تر از مقاومت مي‌باشند و از اينرو اين مواد در برخي موارد از عناصر اصلي و لاينفك بتن محسوب مي‌شوند. (لازم به تذكر است كه هواي داده شده، كه عمداً توسط مواد هوازا داخل بتن مي‌شود. به هواي محبوس كه بطور ناخواسته در ضمن مخلوط كردن و جا دادن در بتن باقي ميماند. متفاوت است. هواي محبوس در بتن نه تنها اثر مثبتي بر خواص بتن ندارد بلكه سبب كاهش مقاومت آن نيز ميگردد. بتن‌هاي معمولي بطور متوسط داراي 1 تا 2 درصد محبوس مي‌باشند).
3-1- خواص مكانيكي و فيزيكي بتن
بتن ماده‌اي است كه اگر چه از برخي جهات بصورت الاستيك رفتار ميكند، اساساً يك ماده غيرالاستيك محسوب مي‌شود. شايد بتوان گفت كه جنبه هاي رفتاري غيرالاستيك بتن كمك بزرگي به موفقيت و توسعه استفاده از آن نيز نموده است. بعنوان مثال مي‌توان از تغيير شكلهاي غيرالاستيك بتن در مناطقي از سازه‌هاي نامعين ياد كرد كه در آنها در اثر باز توزيع تنش‌ها وضعيت متعادل‌تري از نظر نيروها بوجود ميآيد. همچنين، شايد بتن از اين نظر كه خواص سازه‌اي آن بستگي به زمان و شرايط رطوبتي و حرارتي محيط دارد نيز منحصر به فرد باشد. بنابراين براي افرادي كه مسئوليت طراحي يا اجراي سازه‌هاي بتن آرمه را بعهده دارند، تنها اتكاء بر مقاديري كه از جداول محاسباتي بدست مي‌آيند كافي نبوده و اطلاع از خواص مكانيكي و فيزيكي بتن بسيار ضروري است.
در اين بخش برخي خواص بتن، نظير مقاومت، تغيير شكل، خستگي، افت و خزش، و اثر عوامل مؤثر بر آنها مورد بررسي و مطالعه قرار مي‌گيرد.
1-3-1- عوامل مؤثر بر مقاومت بتن
مهمترين عوامل مؤثر بر مقاومت بتن عبارتند از:
- نسبت آب به سيمان
- نسبت مصالح سنگي به سيمان
- دانه‌بندي، شكل، درجه زبري سطح، مقاومت و سختي دانه هاي سنگي
- حداكثر اندازه مصالح سنگي
هنگامي كه حداكثر اندازه مصالح سنگي بين 5/3 تا 5/4 سانتيمتر است عوامل سوم و چهارم اهميت كمتري دارند، و هنگامي كه نسبت مصالح سنگي به سيمان از 4 بيشتر است (كه معمولاً در بتن‌هاي سازه‌اي چنين است) عامل دوم چندان مهم نمي‌باشد.
از ميان عوامل فوق، نسبت آب به سيمان، مهمترين نقش را در مقاومت بتن دار است. تصوير 2-1 تأثير نسبت آب به سيمان را در مقاومت بتن براي دو نوع بتن عادي و بتن هوا داده شده نشان ميدهد. ( در اين تصوير، منحني‌هاي ترسيم شده، ميانگين مقادير مقاومت فشاري 28 روزه را براي بتن‌هاي ساخته شده با سيمان پرتلند نوع I نشان ميدهند. حداكثر مقدار هوا براي بتن هوا داده شده 5 تا 6 درصد مي‌باشد). همانطور كه از اين تصوير ديده مي‌شود هر قدر نسبت آب به سيمان كمتر باشد مقاومت فشاري بيشتري براي بتن بدست ميآيد. البته همانطور كه در بخش 2-1 نيز اشاره شد، براي افزايش كارآيي بتن لازم است مقدار آب بيشتري بكار رود كه اين مقدار آب مازاد بر نياز سبب كاهش مقاومت مي‌شود.
در رابطه با تأثير اندازه مصالح سنگي بر مقاومت بتن نتايج آزمايشات نشان داده‌اند كه وجود مصالح سنگي با اندازه بزرگ ممكن است سبب كاهش مقاومت گردد. اين مسئله احتمالاً در اثر كاهش كل سطح تماس اين مصالح با ملات مي باشد. اما از سوي ديگر بكار بردن مصالح سنگي درشت منجر به استفاده از آب كمتري براي دستيابي به كارآيي موردنظر مي‌شود و در نتيجه مقاومت بيشتري براي بتن حاصل ميگردد. بدين ترتيب ديده مي‌شود كه وقتي از مصالح سنگي درشت استفاده مي‌شود. تأثير نهائي اندازه دانه هاي درشت بر مقاومت بتن بستگي به نسبت‌هاي اختلاط بتن پيدا ميكند. بطور كلي مصالح سنگي با اندازه بزرگ، اثر منفي بيشتري روي مقاومت بتن‌هاي پرسيمان نسبت به بتن‌هاي كم سيمان دارند.
مسئله ديگر در مورد تأثير مصالح سنگي درشت بر مقاومت بتن در رابطه به شكل و جنس سطح اين دانه‌ها مطرح است. بدين ترتيب كه بتن هاي ساخته شده با مصالح سنگي گرد و صيقلي داراي مقاومت كمتري از بتن‌هاي ساخته شده با مصالح سنگي شكسته هستند و اين تأثير در مورد مقاومت كششي بيشتر از مقاومت فشاري است.
در اينجا لازم است اشاره‌اي نيز به تأثير زمان بر مقاومت بتن بشود. از لحظه‌اي كه بتن شروع به گرفتن و سخت شدن ميكند مقاومت آن نيز با زمان افزايش مي يابد. اين افزايش مقاومت در روزهاي اوليه بسيار سريع است ولي به مرور از سرعت آن كاسته مي‌شود بطوري كه پس از چند ماه عملاً متوقف ميگردد. بعنوان مثال مقاومت نمونه‌هاي بتني ساخته شده با سيمان پرتلند نوع I پس از 28 روزتنها بين 3/1 تا 7/1 مقاومت نمونه هاي 7 روزه است(درغالب موارد اين نسبت قدري بيش از 5/1 مي باشد)
2-3-1-آزمايشهاي مقاومت فشاري
دربرخي كشورهاي دنيا، مانند آمريكا، نمونه هاي آزمايش مقاومت فشاري به شكل استوانه هايي هستند كه نسبت ارتفاع به قطر آنها برابر 2 مي باشد. ازسوي ديگر، دربسياري كشورهاي اروپائي از نمونه هاي مكعب شكل استفاده مي شود. درايران، هردو نوع نمونه هاي استوانه اي و مكعبي مورد استفاده قرار مي گيرند، آنچه دررابطه با شكل بدست آمده از اين دو نوع معمولاً يكسان نيستند. اين تفاوت بدودليل اساسي پديد مي آيد.
