بتن پیش تنیده + کاربرد و مزایا

چالش افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن از گذشته‌های دور تا به امروز باعث تولید انواع جدیدی از این مصالح کاربردی شده است. مصالحی که هر کدام در مقایسه با نسل قبلی عملکرد به مراتب بهتری در برابر بارهای خارجی وارده از خود به نمایش می‌گذارند. تا چند سال قبل معمولا بتن مسلح با مقاومت فشاری و کششی مطلوب به‌عنوان بهترین گزینه برای ساخت‌و‌ساز مورد استفاده قرار می‌گرفت؛ اما با تولید بتن پیش تنیده داستان کاملا تغییر کرد. این نوع خاص از بتن مقاومت بالاتری دارد و همین موضوع باعث شده تا در سال‌های اخیر بیشتر مورد توجه قرار بگیرد. در این مطلب قصد داریم به بررسی مزایا و کاربرد بتن پیش تنیده بپردازیم. دعوت می‌کنیم تا پایان ما را همراهی کنید.

سفارش و خرید: سرجک سقفی قابل رگلاز

پیش تنیدگی چیست؟

قبل از آشنایی با بتن پیش تنیده، لازم است که به معرفی مفهوم پیش تنیدگی بپردازیم. پیش تنیدگی یک روش کاربردی برای ایجاد تنش داخلی در مصالح گوناگون است. هدف از اعمال تنش در فرآیند تولید یک مصالح، افزایش مقاومت آن در برابر بارهای خارجی است. به عبارت دیگر پیش تنیدگی زمینه را برای خنثی شدن فشار ناشی از بارهای خارجی فراهم می‌کند. این موضوع بسیار مهمی است که منجر به تولید مصالح باکیفیت از جمله بتن‌های پیش تنیده در این سال‌ها شده است.

بتن پیش تنیده چیست؟ (Prestressed Concrete)

با توجه به تعریفی که از پیش تنیدگی ارائه کردیم، بتن پیش تنیده نوع خاصی از بتن است که در فرآیند تولید تحت تنش‌های کششی قرار می‌گیرد. به این ترتیب محصول نهایی در برابر تنش‌های کششی ناشی از بارهای خارجی در طول دوره بهره‌برداری مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد.

همان طور که می‌دانید در تولید بتن مسلح، تعدادی میلگرد فولادی در ساختار بتن تعبیه می‌شود که در برابر تنش‌های کششی وارده مقاومت می‌کنند. بتن به‌تنهایی می‌تواند بارهای فشاری زیادی را تحمل کند؛ اما در برابر تنش‌های کششی خیلی ضعیف است. بتن پیش تنیده در واقع نوعی بتن مسلح یا بتن آرمه است. با این تفاوت که به جای میلگردهای معمولی، میلگردهای فولادی پیش تنیده استفاده می‌شود.

مطلب مرتبط: همه چیز در مورد بتن غیر مسلح

اهمیت استفاده از بتن پیش تنیده

تنش‌های فشاری در بتن مسلح توسط بتن و تنش‌های کششی نیز صرفا توسط میلگردها تحمل می‌شوند. ابداع بتن پیش تنیده باعث می‌شود که از ظرفیت باربری بتن برای افزایش مقاومت آن در برابر تنش‌های کششی استفاده شود. به زبان ساده علاوه بر میلگردها، بتن نیز در تحمل تنش‌های کششی نقش ایفا می‌کند.

تعبیه میلگردهای فولادی پیش تنیده در ساختار بتن، باعث ایجاد نیرویی داخلی در نواحی اطراف آن می‌شود. این نیرو که مستقیما به بتن وارد می‌شود، باعث پیش تنیده شدن بتن می‌گردد. در نتیجه تحمل بتن در برابر بارهای وارده افزایش پیدا می‌کند. به همین دلیل است که استفاده از این نوع بتن در مقایسه با بتن مسلح نیز استحکام سازه را بیش از پیش بالا می‌برد.

تاریخچه بتن پیش تنیده

شاید برای شما هم جالب باشد که بتن پیش تنیده چه زمانی برای نخستین بار تولید شد. مفهوم پیش تنیدگی از صدها سال قبل در صنعت مورد استفاده قرار می‌گرفت. گرما دادن به فلزات برای استفاده از آن‌ها در کاربردهای گوناگون مصداق بارز پیش تنیدگی به حساب می‌آید. در اینجا بد نیست که سیری کوتاه در تاریخچه ابداع بتن‌های پیش تنیده در جهان را با هم مرور کنیم.

• سال ۱۸۸۶ میلادی: تولید اولین نوع بتن پیش تنیده در آمریکا
• سال ۱۸۸۸ میلادی: تولید اولین تیرچه بلوک بتنی پیش تنیده برای استفاده در ساختمان سازی
• سال ۱۸۹۶ میلادی: تولید بتن آرمه مقاوم در برابر نشست با استفاده از خاصیت پیش تنیدگی
• سال ۱۹۴۸ میلادی: ساخت اولین سازه با استفاده بتن پیش تنیده به طور کامل در انگلیس
• سال ۱۹۵۳ میلادی: تشکیل کنگره جهانی پیش تنیدگی در انگلیس

انواع بتن پیش تنیده

انواع بتن پیش تنیده بر اساس زمان پیش تنیدگی بتن به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از:

۱. بتن پیش کشیده

در این بتن فرآیند پیش تنیدگی قبل از بتن ریزی انجام می‌شود. از سیم‌ها یا تاندون‌های فولادی با تنش بالا برای ساخت این نوع بتن استفاده می‌شود. این فلزات معمولا مقاومت کششی تا سطح ۲۱۰۰ نیوتن بر میلی متر مربع دارند. قبل از بتن ریزی عملیات پیش تنیدگی سیم‌ها و تاندون‌ها معمولا تا ۸۰ درصد مقاومت کششی نهایی آن‌ها صورت می‌گیرد. سپس بتن‌ریزی صورت می‌گیرد. اصطلاحا بعد از گرفتن بتن، تنش‌های درون تاندون‌ها آزاد شده و در نتیجه بتن پیش تنیده به دست می‌آید. این نوع بتن‌ها در محیط کارگاهی تولید شده و به صورت آماده برای استفاده به محل پروژه‌های عمرانی منتقل می‌شود. بتن مورد استفاده برای تولید این محصول نیز مقاومت کششی ۴۵ نیوتن بر میلی متر مربع دارد.

مطلب مرتبط: آشنایی با بتن ویژه و انواع آن

۲. بتن پس کشیده

در بتن پس کشیده، عملیات پیش تنیدگی سیم‌ها یا تاندون‌ها پس از بتن ریزی و گیرش بتن صورت می‌گیرد. به همین دلیل اساسا تولید این نوع بتن در محل پروژه صورت می‌گیرد. بعد از بتن ریزی و دستیابی به مقاومت مطلوب بتن، تاندون‌های فلزی درون آن تحت کشش قرار می‌گیرند و با استفاده از انکر یا گیره مهار می‌شوند. سپس آن بخش از تاندون‌ها که بیرون از قالب بتنی قرار دارند، بریده می‌شوند. به این ترتیب تنش درون بتن آزاد شده و اصطلاحا بتن پیش تنیده به دست می‌آید. بتن مورد استفاده برای تولید این محصول از مقاومت کششی ۳۵ نیوتن بر میلی متر مربع برخوردار است.

مزایای بتن پیش تنیده

از جمله مهم‌ترین مزایای بتن پیش تنیده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کاهش مصرف بتن و فولاد در پروژه‌های عمرانی
• کاهش وزن سازه بتنی
• امکان بتن‌ریزی در قالب‌های بزرگ برای ساخت کف طبقات
• کاهش چشمگیر احتمال ترک خوردن بتن
• مقاومت بالا در برابر آتش سوزی
• انعطاف‌پذیری مناسب بتن
• هزینه تعمیر و نگهداری کمتر در مقایسه با بتن مسلح
• افزایش تحمل بتن در برابر شوک‌های ناشی از زلزله
• افزایش مقاومت کششی و فشاری بتن

معایب بتن پیش تنیده

در کنار مزایای قابل توجهی که برای بتن پیش تنیده ذکر کردیم، نباید از معایب آن نیز غافل شد. از جمله مهم‌ترین معایب این نوع بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• برای تولید این محصول نیاز به بتن با کیفیت و مقاومت کششی بالاتر وجود دارد تا در طول پیش تنیدگی آسیب نبیند.
• باید از تاندون‌های با مقاومت بیشتر برای تولید این محصول استفاده شود که قیمت بالایی دارند.
• نیاز به تجهیزات پیشرفته و تخصصی برای پیش تنیدگی بتن وجود دارد. 
• نیاز به کنترل و دقت بسیار زیادی در طول بتن‌ریزی و پیش تنیدگی وجود دارد.
• اوپراتورهای تولیدکننده بتن پیش تنیده مهارت بالایی دارند.

کاربرد بتن پیش تنیده

مجموعه نکاتی که به عنوان مزایا و معایب بتن پیش تنیده ذکر کردیم، نشان می‌دهند که استفاده از این مصالح در پروژه‌های کوچک که بارهای چندانی به سازه وارد نمی‌شوند، توجیه اقتصادی ندارد. تجربه نشان می‌دهد که استفاده از بتن پیش تنیده تنها وقتی توجیه دارد که دهانه‌ها در سازه بیشتر از ۹ متر طول داشته باشند. بر این اساس معمولا در پروژه‌های عمرانی بزرگ می‌توان برای دستیابی به سازه‌های مقاوم از بتن پیش تنیده استفاده کرد که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• پل‌
• ساختما‌ن‌های اداری و تجاری بزرگ
• منبع آب

چرا بتن پیش تنیده به فولاد مقاوم نیاز دارد؟

فولاد مورد استفاده برای تولید بتن مسلح معمولا تنش تسلیم در محدوده ۲۰۰ تا ۳۰۰ نیوتن بر میلی متر مربع دارد. این در حالی است که فولاد مورد استفاده در تولید بتن پیش تنیده از مقاومت تسلیم ۲۱۰۰ نیوتن بر میلی متر مربع برخوردار است. همان طور که اشاره کردیم تاندون‌های مورد استفاده در تولید این فولاد در معرض تنش قبل از اعمال بار خارجی قرار می‌گیرند. به همین دلیل است که باید از فولاد‌های با مقاومت بالاتر در فرآیند تولید استفاده کرد.

کلام پایانی

در این مطلب بررسی کردیم که بتن پیش تنیده چیست و کاربردهای آن در چه حوزه‌هایی است. بدون تردید یکی از باکیفیت‌ترین و مقاوم‌ترین مصالح ساختمانی در حال حاضر، بتن‌های پیش تنیده هستند. البته استفاده از این مصالح با توجه به قیمت بالایی که دارد، علاوه بر محاسبات فنی نیاز به ملاحظات اقتصادی نیز دارد. بنابراین لازم است که قبل از انتخاب این بتن، همه جوانب امر در پروژه‌های عمرانی به‌دقت مورد ارزیابی قرار بگیرند.