بتن سبک AAC

بتن سبک AAC

موضوع کم کردن وزن مخصوص بتن و ساختن بتن سبک همواره ذهن دست اندرکاران صنعت ساختمان را به خود مشغول داشته و نتیجه مثبتی را نیز به بار آورده است.

موضوع کم کردن وزن مخصوص بتن و ساختن بتن سبک همواره ذهن دست اندرکاران صنعت ساختمان را به خود مشغول داشته و نتیجه مثبتی را نیز به بار آورده است. گفتنی است به تمامی بتن هایی که وزن مخصوص آن ها به دلیل ساختار خاص کمتر از ۱۷۵۰kg/m3 باشد بتن سبک اطلاق می شود، این کاهش دانسیته تا کنون به رقم ۳۰۰kg/m3 نیز رسیده است.

 

تعریف بتن سبک AAC

AAC مخفف عبارت Autoclaved Aerated Concrete به معنی بتن هوادار اتوکلاو شده می باشد و جهت ساخت دیوارهای بیرونی و داخلی بکار می رود.

از نظر ماهیت یک فرآورده بتن است که از پخت مخلوط سیمان، سیلیس یا ماسه سیلیس، آهک، پودر آلومینیوم و آب در فشار و دمای بالا حاصل می شود.

از دیدگاه فیزیکی جامد، غیر الاستیک و متخلخل بوده و چگالی آن کمتر از آب است. رنگ طوسی مایل به سفید بوده و تا حدودی خاصیت چکش خواری دارد. این محصول دارای خواص منحصر به فرد مانند چگالی کم، عایق حرارت و عایق صوت می باشد که کلیه این خواص از تخلخل این فرآورده ناشی می شود.

تاریخچه تولید AAC در جهان و ایران

بتن سبک اتوکلاو شده AAC حاصل تحقیق و مطالعات پژوهشگران در سوئد است که در سال ۱۹۲۳ به جهان معرفی و در ۱۹۳۰ به صورت تجاری تولید و عرضه شد.

این نوع بتن با الهام از فرآیند تولید آجر ماسه آهکی که بیش از آن ابداع شده بود، اختراع شده تولیدات این بتن در دهه ی ۱۹۵۰ سراسر اروپا و ژاپن را در برگرفت که به نظر می رسد شرایط اروپا و ژاپن پس از جنگ دوم جهانی و لزوم بازسازی سریع و ارزان ویرانه های ناشی از جنگ باعث رد پرشتاب تولید آن در این کشورها بوده است. در دهه های اخیر نیز بحران انرژی، لزوم بهینه سازی مصرف سوخت و همچنین عایق کاری حرارتی ساختمان ها به رشد تولید این محصول در سراسر جهان انجامید. سرانجام، ایالات متحده آمریکا پس از سال ها مقاومت در برابر ورود این فناوری در دهه ۱۹۹۰ تسلیم شد و در حال حاضر چندین کارخانه ی فعال در ایالات های مختلف آمریکا به تولید این محصول اشتغال دارند.

براساس آخرین آمارها، رشد کارخانه های تولید کننده این محصول شتاب بالایی دارد، به طوری که تا ۱۹۹۰، ۵۱ کارخانه در دنیا حدود ۳۱ میلیون مترمکعب در سال تولید داشتند،اما این رقم در ۱۹۹۸ به ۱۵۰ کارخانه با تولید ۷۰ میلیون مترمکعب در سال رسید. این راند همچنان ادامه دارد و امروزه بیش از ۳۰۰ کارخانه در سراسر جهان در حال تولید انواع بتن سبک اتوکلاو شده با نام های تجاری مختلف هستند. تولید این محصول با شرایط مختلف اقلیمی سازگار است به طوری که گستره ی آن شرایط اقلیمی بسیار سرد مانند مناطق شمالی اروپا و ژاپن، و اقلیم های گرم و مرطوب مانند آمریکای جنوبی و آسیای شرقی، و مناطق گرم و خشک مانند استرالیا و خاورمیانه را در برمی گیرد.

ورود این فناوری به ایران در نیمه ی دوم دهه ی ۱۳۵۰ شمسی با تاسیس دو شرکت خصوصی به نام های «چکش» (با سرمایه گذاری مرحوم حسن هاشمی) و «بنای سبک» (با سرمایه گذاری مرحوم علی اکبر بجستانی مقدم) هم زمان بود. حاصل فعالیت این دو شرکت، به راه اندازی کارخانه ای از کمپانی «سیپورکس» سوئد در ۱۳۵۶ در آبیک قزوین و کارخانه ای از کمپانی«یونی پل» از لهستان در ۱۳۷۱ انجامید که در حال حاضر محصول این کارخانه در ایران با نام «هبکس» شناخته می شود.

 

مواد تشکیل دهنده بتن AAC

بتن سبک هوادار اتوکلاو شده یا AAC نوعی بتن است که به دلیل ساختار اسفنجی، سبک شده و دامنه ی وزن واحد حجم آن بین ۳۰۰ تا ۸۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب است، در حالی که جرم حجمی خشک آن معمولا حدود ۵۵۰kg/m3 است. از آن جا که این بتن مانند معمولی به صورت درجا ریخته نمی شود، در محل کارخانه در اندازه های مختلف و بسته به نوع مصرف، به شکل بلوک های غیر مسلح یا پانل های مسلح تولید و به محل مصرف حمل می شود.

رنگ سفید این نوع بتن بسته به ناخالصی ها به شیری، صورتی یا خاکستری نزدیک می شود. با وجود این که بیش از سه چهارم (۷۵ %) حجم این بتن از فضای خالی ناشی از تخلخل تشکیل شده است، اما مقاومت فشاری خوبی دارد، پایین بودن جرم حجمی همچنین باعث شده است که ضریب هدایت حرارتی آن کاهش یابد و عایق حرارتی خوبی محسوب شود.

این بتن مانند آجر ماسه آهکی، در واکنش های شیمیایی بین سیلیس(Sio2) و آهک (Cao) مقاوم می شود. (Sio2) از ماسه سیلیسی و Cao از آهک زنده، آهک هیدراته یا سیمان تامین می شود. بنابراین این محصول دارای پایه آهکی یا پایه ی سیمانی است و فرمول تولید آن نیز بر این اساس که سیمان یا آهک منبع اصلی Cao هستند، متفاوت است. ساختار بتن سبک اتوکلاو شده از مواد اولیه ی زیر تشکیل شده است:

1. مصالح بر پایه سیلیس (ماسه ی سیلیسی یا خاکستر یا دوده ی سیلیس)
2. سیمان
3. آهک
4.  مواد ایجاد کننده حفره و تخلخل (مثل پودر آلومینیوم)
5. آب
6. مواد افزودنی

طرح اختلاط مواد بتن AAC

همان گونه که اشاره شد، تعیین نسبت اختلاط اجزا در بتن سبک AAC به نوع، کیفیت محصول و مشخصات مورد انتظار بستگی دارد که برای نمونه، طرح اختلاطی جرم های حجمی ۵۰۰ تا ۶۰۰ کیلوگرم در مترمکعب در جدول زیر ارائه شده است.

مواد خام kg/m3	وزن مخصوص خشک
	kg/m3500	kg/m3600
ماسه سیلیسی	۳۵۰	۴۲۰
آهک	۱۰۰	۱۱۰
سیمان	۲۵	۳۰
پودرآلومینیوم	۵/۰	۴/۰
آب	۳۳۰	۴۴۰

وزن مخصوص خشک بتن های سبک AAC تولیدی در کشور را می توان به صورت معمول و متوسط بین ۵۵۰ تا ۶۵۰ کیلوگرم در متر مکعب جرک حجمی خشک در نظر گرفت.

 

فرآیند تولید بتن AAC

در فرآیند اتوکلاو  با مصالح سیلیس واکنش انجام می دهند و سیلیکات کلسیم هیدراته تولید می کنند. در این روش، محصولی با ساختار سلولی تولید می شود که اطراف هر سلول را دیواره ای از جنس ترکیب ماسه ی سیلیسی ریز و سیلیکات کلسیم هیدراته احاطه کرده است.

ساختار متخلخل AAC که به علت واکنش آهک آزاد حاصل از ترکیبات سیمان و آهک و پودر آلومینیوم به وجود می آید، دارای خواص عایق حرارتی مناسب است و هم چنین نسبت مقاومت به جرم حجمی زیادتری نسبت به دیگر انواع بتن دارد.

حداکثر دما در اغلب تولیدات AAC  حدود ۱۸۵ تا ۱۹۰ درجه ی سانتی گراد و فشار ۱۲ تا ۱۴ اتمسفر است. البته مدت زمان اعمال دما و فشار ثابت، تابع عوامل مختلفی از جمله محدوده ی مقاومتی، ابعاد قطعات و غیره است که این مدت معمولا بین ۱۰ تا ۱۴ ساعت در نظر گرفته می شود. در پایان بخار ساطع می شود و فشار به تدریج کاهش می یابد که این کاهش فشار معمولا ۲۰ تا ۳۰ دقیقه طول می کشد . کاهش نسبتا سریع ولی کنترل شده ی فشار باعث تبخیر سریع رطوبت می شود و به کاهش جمع شدگی بتن کمک می کند.

فرآیند تولید انواع بتن سبک AAC به طور خلاصه بدین شرح است که ابتدا آب مورد نیاز برای قالب ریزی، که حدود ۵۵% کل مواد خشک را تشکیل میدهد، وارد مخلوط کن می شود و سپس مواد سیلیسی (یا خاکستر بادی) را با آن مخلوط می کنند تا به صورت لجن در آید، در مرحله ی بعد سیمان و آهک و در مرحله ی اخر پودر آلومینیوم (که از قبل با مقداری آب در محل جداگانه ای مخلوط شده است) را با سرعت بالا وارد مخلوط کن می کنند(در موارد خاصی سولفات کلسیم نیز به این مخلوط اضافه می شود.)

کل زمان اختلاط حدود پنج تا شش دقیقه است. مخلوط حاصل در این مرحله به شکل دوغابی رقیق با چگالی حدود ۶/۱ است. که آن را درون قالب هایی به شکل مکعب مستطیل می ریزند. حجم دوغاب به دانسیته ی طراحی محصول بستگی دارد و از ۲/۱ تا ۳/۲ حجم قالب و به گونه ای که دست کم قالب را تا نیمه پر می کند. درون این دوغاب واکنش های مختلفی روی می دهد. پس از واکنش آهک با آب مطابق فرمول زیر آهک هیدراته و گرما تشکیل می شود.

Cao +H2O’Ca(OH)2 +278 Ca /kg CaO

پس از واکنش شیمیایی پودر آلومینیوم با  Ca (OH)2نیز حباب های هیدروژن و گرما تولید می شود.

۲Al + 3 Ca(OH)2’۳CaO AL2O3 +3H2 +377 Cal/kg.Al

سیمان به آرامی هیدراته می شود و به دلیل گرمازا بودن واکنش های اشاره شده دمای دوغاب بالا می رود؛ پس از پف کردن دوغاب بر اثر گاز هیدروژن ایجاد شده، حجم دوغاب به آرامی افزایش می یابد و در مدت زمانی بین ۱۰ ا ۳۰ دقیقه کل قالب پر می شود. این حباب ها ساختار متخلخل بتن AAC را به وجود می آورند.

همان گونه که اشاره شد، بخشی از آب موجود در دوغاب صرف واکنش های هیدراتاسیون آهک و سیمان و بخشی دیگر به صورت سطحی، جذب ماسه ی سیلیسی می شود و مقداری از آن نیز به دلیل بالا رفتن دمای دوغاب تبخیر می گردد. در نتیجه، دوغاب به تدریج غلیظ تر می گردد و پس از گیرش سیمان از حالت دوغاب خارج و تبدیل به جسمی می شود که از نظر نرمی شبیه پنیر است. در این زمان مراحل گیرش تکمیل می گردد. مدت گیرش بسته به شرایط قالب ریزی و کیفیت مواد اولیه و به ویژه دمای نهایی آن حدود ۲ تا ۱۰ ساعت طول می کشد و محصول کیک مانندی به وجود می آید که آماده برش و خروج از قالب است. در این مرحله پس از کیک آن را به وسیله ی سیم های ویژه ای برش می دهند. ابعاد معمولی بلوک های A×۲۵×۶۰ سانتی متر است که در آن K از ۷/۵ cm آغاز می شود و مضارب ۲/۵cm به آن اضافه می شود.

 

ضایعات و پرت های حاصل از برش و تراشه های احتمالی قاب ریزی دوباره به اول خط تولید برگردانده می شوند و پس از محاسبه ی میزان آب و مواد جامد موجود در آن و کسر این مواد لازم اولیه در قالب های بعدی استفاده می گردد.

برای تولید پانل های مسطح دیواری یا سقفی آرماتورهایی که از قبل آماده شده و به چسب مخصوص و ضد زنگ آغشته شده اند، درون غالب ها قرار می گیرند و سپس دوغاب درون قالب و اطراف آرماتورها ریخته می شود. پس از پر شدن و بالا آمدن دوغاب در قالب، کیک حاصل نیز به گونه های مورد نظر بریده می شود. عرض پانل به طور معمول ۶۰ سانتی متر، ضخامت آن بسته به کاربری ۱۰ تا ۳۰ سانتی متر و طول آن ها با توجه به وزن و مشکلات حمل به محل کار تا ۶m نیز می رسد.

پس از اینکه قطعات به دلخواه و در اندازه های  مورد نیاز برش داده شدند، برای عمل آوری تحت فشار و درجه حرارت معین و به مدت لازم به اتوکلاو منتقل می شوند.

دستگاه اتوکلاو

اگر از اتوکلاو استفاده نشود و قطعات AAC در این حالت به مدت طولانی کنار گذاشته شوند در نهایت به مقاومت معینی می رسند که بخشی از این مقاومت ناشی از واقعیت گیرش سیمان و بخش دیگری مربوط به تشکیل هیدروسیلیکات کلسیم است، ولی محصولی که بدین گونه تولید می شود جمع شدگی و انقباض زیادتر و مقاومت کمتری نسبت به محصول عمل آوری شده با بخار دارد و از طرفی، زمان تولید نیز خیلی طولانی می شود. نوآوری فرآیند تولید بتن سبک AAC، عمل آوری در فشار بالاست که زمان توقف در اتوکلاو را به حداکثر ۱۵ ساعت می رساند. فرآیند اتوکلاو از قرن ۱۹ شناخته شده بود، ولی جنبه ی نو بودن آن در این است که می توان آن را برای توده ی حفره دار و متخلخل مثل بتن AAC نیز به کار برد.

بنابراین، کیک پس از برش در اندازه های لازم و مورد نظر وارد اتوکلاو می گردد و پس از تخلیه هوای درون اتوکلاو، بخار آب اشباع وارد و فشار آن تا ۱۲atm رسانده می شود؛ حرارت حدود ۱۹۰C0 و زمان باقی ماندن کیک در این فشار احدود ۸ تا ۱۲ ساعت است. کل زمان پخت با احتساب زمان بالا بردن و پایین آوردن فشار حدود ۱۵ ساعت است.

برای تولید بتن متخلخل اتوکلاو شده باید دو شرط اساسی را رعایت کرد: اول ایجاد شرایط سوسپانسیون کامل با نسبت آب به سیمان جامد بین ۵/۰ تا ۶/۰ و دوم عمل آوری تحت فشار و حرارت بالا در اتوکلاو طی مدت زمان حدود ۱۲ تا ۱۴ ساعت، بنابراین برای برقراری شرط سخت باید مواد اولیه ی مورد استفاده به صورت میکرونیزه وارد فرآیند تولید شوند، زیرا ریزی ذرات در ابعاد مثلا حدود میلیمتر، غلظت مورد انتظار و محیط سوسپانسیون برای انجام واکنش شیمیایی مربوطه را از بین می برد. این موضوع باعث می شود فرآیند تولید این نوع بتن با انواع دیگر محصولات بتنی تفاوت اساسی داشته باشد.

برای برقراری شرط دوم، در فرایند عمل آوری در اتوکلاو به وجود ذراتی در ابعاد میکرون نیاز است. زیرا برقراری پیوند شیمیایی و تشکیل فازهای مختلف سیلیکات کلسیم در اتوکلاو تحت فشار و حرارت بالا و در زمان محدود تنها در ابعاد میکرون امکان پذیر است. بالا رفتن نرمی مواد اولیه حجم تشکیل پیوندهای سیلیکات کلسیم و تامین مقاومت فشاری مورد انتظار محصول نسبت مستقیم دارد. در فرایند تولید با رعایت دو شرط بالا مواد اولیه ی اصلی شامل سیلیس، آهک و سیمان در ابعاد کمتر از ۱۰۰ میکرون پس از انجام عملیات آسیاب و خرد شدن کامل وارد مرحله ی تولید می شوند.

سیلیس مورد استفاده باید دست کم دارای SiO2 با خلوص ۷۰ % و درجه ی فعالیت یا اکتیویته ی آهک مورد استفاده نباید از ۶۵ تا ۷۵ درصد کمتر باشد.

سیمان مورد استفاده معمولا از نوع سیمان پرتلند تیپ یک است پودر Al عامل تولید کننده ی گاز و متخلخل کننده، در محیط قلیایی و سوسپانسیون ایجاد شده است با حضور حجم معینی از آب، گاز هیدروژن ایجاد می کند.

ساختار و بافت سبک AAC مانند سنگ پا و دارای دو حفره است؛ حفره های بزرگ و مرئی که ناشی از گاز هیدروژن تولید شده به وسیله ی پودر آلومینیوم هستند و حفره های کوچک و نامرئی که در دیوار حفره های بزرگ وجود دارند و از پیوند بلورهای سیلیکات کلسیم توبرموریت تشکیل شده اند، توبرموریت ژله ای در اثر واکنش Ca با Si در شرایط عمل آوری با فشار و دمای معمولی تولید می شود. ولی در فرآیند AAC به دلیل وجود فشار و دمای بالا توبرموریت ورقه ای تشکیل می شود که نسبت به نوع ژله ای مقاومت بیشتری دارد.

پس از عمل آوری، محصولات اتوکلاو شده با انجام آزمایش های کنترل کیفیت، بسته بندی و روانه ی بازار و محل مصرف می شوند.

 

مشخصات فنی بتن سبک AAC

چگالی: جرم حجمی محصول ،(۳۵۰-۴۵۰)و(۴۵۰-۵۵۰) کیلوگرم به مترمکعب می باشد.

ضریب هدایتی حرارتی: بتن سبک AAC دارای ضریب هدایتی حرارتی ۱۷/۰ وات به مترمربع در درجه ی کلوین می باشد.

مقاومت فشاری: مقاومت فشاری AAC (450-350) و(۴۵۰-۵۵۰) معمولا بین ۲۰ تا ۴۰ کیلوگرم به سانتی متر مربع می باشد.

مقاومت کششی: مقاومت کششی AAC بین ۱۵ تا ۲۵ درصد مقاومت فشاری و مقاومت برشی آن بین ۲۵ تا ۳۳ درصد مقاومت فشاری آن می باشد.

ضریب انبساطی حرارتی: ضریب انبساطی حرارتی AAC حدود ۸×۱۰cm2 می باشد که از بتن معمولی و فولاد کمتر است.

جذب آب: AAC با توجه به ساختار حفره ای می تواند تا ۶۰ % وزنش آب جذب نماید که تا ۴۰ % وزن به صورت نفوذ و پس از آن به صورت مویینگی می باشد.

مزایا:

• سبک هستند
• اجرای راحتی دارند
• مقاوم در برابر زلزله
• عایق صوتی و حرارتی

معایب:

این بلوک ها به علت سطح خاصی که دارند با ملات ماسه سیمان گیرایی چندان خوبی ندارند و به همین علت حتما باید با چسب مخصوص کار شود و در اندود کاری با ملات ماسه سیمان باید دیوارها رابیتس کاری شوند.

برای اجرای دیوار با بلوک های هبلکس با وال پست جوش داده شود تا وال پست ها مانند یک قاب این دیوارها را محکم نگه دارند.