بتن هوادهی اتوکلاو شده

مقدمه

بتن هوادهی اتوکلاو شده (AAC) یک مصالح ساختمانی انقلابی است که در صنعت ساخت‌وساز در سراسر جهان کشش قابل‌توجهی به دست آورده است. با ترکیب مزایای ساخت‌وساز سبک‌وزن با استحکام و دوام قابل‌توجه، AAC به‌عنوان یک انتخاب ترجیحی برای معماران، مهندسان و سازندگان ظاهر شده است. این ماده نوآورانه از طریق یک فرایند منحصربه‌فرد شامل واردکردن حباب‌های هوا به یک مخلوط سیمانی ایجاد می‌شود که در نتیجه ساختاری متخلخل ایجاد می‌شود که با چگالی کم مشخص می‌شود. معرفی اتوکلاو، فرایند عمل‌آوری تحت‌فشار و دمای بالا، خواص مواد را بیشتر می‌کند و به آن قابلیت‌های عایق حرارتی استثنایی و مقاومت در برابر آتش می‌بخشد. در این مقاله، ما به پیچیدگی‌های AAC می‌پردازیم و ترکیب، فرایند تولید، مزایا و کاربردهای متنوع آن را در پروژه‌های مختلف ساختمانی بررسی می‌کنیم.

1. بتن هوادهی اتوکلاو شده (AAC) چیست؟

بتن هوادهی اتوکلاو شده ‌ (AAC) که به‌اختصار به آن بتن AAC نیز گفته می‌شود یکی از انواع کاربردی بتن با ساختار متخلخل بوده که از وزن سبک و مقاومت بالایی برخوردار است. در ساخت این بتن‌ها از متریال مختلفی چون آهک، سیمان و سیلیس استفاده می‌شود که اضافه‌کردن عامل حباب‌ساز به این بتن‌ها باعث ایجاد منافذ هوایی بسیار در ساختار آن‌ها می‌شود. فرایند ساخت این بتن‌ها به روش اتوکلاو بدین صورت بوده که متریال موردنظر پس از اختلاط در داخل قالب‌هایی قرار می‌گیرند.
طی این فرایند آهک و سیمان با سیلیس واکنش داده و باعث تولید سیلیکات کلسیم هیدراته می‌شود که از خاصیت چسبندگی بالایی برخوردار است. سپس بتن از قالب خارج شده و تحت بخار پخته می‌شود. در فرایند ساخت بتن هوادهی اتوکلاو شده (AAC) نیازی به مصرف حجم بالایی از انرژی نیست و به همین دلیل جزو مصالح مقرون‌به‌صرفه به شمار می‌روند. باگذشت زمان مهندسان و مجریان سازه به قابلیت‌های بسیار این بتن‌ها مانند خاصیت عایقی آن‌ها در کنار وزن پایین و استحکام بالای این بتن‌ها پی بردند.
به‌عبارت‌دیگر ساختار متخلخل و با منافذ بالای این بلوک‌ها سبب شده که بتوان از آن‌ها به‌عنوان یک عایق حرارتی و صوتی نیز استفاده کرد. از دیگر ویژگی‌های این بتن‌ها می‌توان به مقاومت بالای آن‌ها در برابر آتش‌سوزی اشاره کرد. این بتن‌ها از دوام و طول عمر بالایی برخوردار بوده و قادر به تحمل وزن و بار سنگین است. این بتن‌ها در ابعاد دقیق طراحی و عرضه می‌شوند و در حین استفاده در پوشش نازک یا ضخیمی از ملات قرار می‌گیرند.

2. تاریخچه بتن هوادهی اتوکلاو شده (AAC)

تاریخچه پیدایش این بتن به سال ۱۹۲۴ میلادی در کشور سوئد برمی‌گیرد که در آن یک مهندس سوئدی به نام دکتر یوهان اکسل اریکسون طی آزمایش‌‌های متعددی موفق به ساخت یک بتن متخلخل با ساختار مقاوم و سبک شد. ایده ساخت این بتن از آنجا شکل گرفت که در سال ۱۹۲۰ به دلیل کمبود چوب جهت ساخت سازه‌ها، مهندسان به دنبال مصالح جایگزین برای آن بودند. سال‌ها بعد و در اواخر قرن بیستم (۴۵ سال پیش) یک پیمانکار ساختمانی در آلمان غربی به نام جوزف هبل اقدام به مکانیزه‌کردن سیستم تولید این بتن‌ها کرد.
آقای هبل سیستمی را برای این منظور طراحی کرد که طی آن فرایند اختلاط، قالب‌گیری و برش بلوک‌ها بادقت و سرعت بالایی انجام می‌شود. با گسترش استفاده از بتن هوادهی اتوکلاو شده (AAC) و افزایش هر چه بیشتر استحکام این بتن‌ها آرماتور نیز به ساختار آنها اضافه شد. افزایش تقاضا برای استفاده از این بتن‌ها سبب شد که در سال ۱۹۹۵ میلادی، بالغ بر ۵۱ کارخانه برای ساخت و عرضه آن‌ها راه‌اندازی شود که این آمار سه سال بعد و در سال ۱۹۹۸ میلادی به ۱۵۰ کارخانه و واحد تولیدی افزایش یافت.
بدین ترتیب که در تمامی قاره‌ها و در اکثر نقاط جهان واحدهای تولیدی بسیاری در زمینه ساخت و عرضه این بتن‌ها به چشم می‌خورد. از مهم‌ترین اقدامات انجام شده در این دوره می‌توان به تأسیس انجمن AAC آمریکا و انجمن AAC اروپا جهت حمایت از تولید و گسترش بتن AAC اشاره کرد. خط تولید این بتن در ایران برای اولین‌بار در سال ۱۳۶۵ شمسی و با نام تجاری Siporex آغاز شد و دو سال بعد این بتن با عنوان Heblex نیز به مردم معرفی شد.

3. دستگاه اتوکلاو چیست؟

اتوکلاو دستگاهی است که بیشتر در آزمایشگاه‌ها و برای استریل کردن وسایل به کار می‌رود. به جز کاربرد در علم پزشکی، از این دستگاه در ابعاد بزرگ و در صنایع هم استفاده می‌شود. بیشترین کاربرد صنعتی دستگاه اتوکلاو، عمل‌آوری، سنتز و ساخت مواد مختلف است و یکی از مهم‌ترین تجهیزات مورداستفاده در ساخت بتن اتوکلاو هم محسوب می‌شود.

4. مزایای و معایب استفاده از بتن هوادهی شده چیست؟

بتن هوادهی شده پس از عمل‌آوری در دستگاه اتوکلاوها و طی یک فرایند خاص با دمای ۱۹۰ درجه سانتی‌گراد و فشار ۸ تا ۱۲ بار تولید می‌شود. به دلیل استفاده از آهک نیاز کمتری به سیمان دارد که از این بابت در هزینه مواد اولیه برای تولد بتن هوادهی شده صرفه‌جویی خواهد شد.

از مزایای بتن هوادهی شده می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• این بتن چگالی بسیار کمی دارد و رسانایی حرارتی آن پایین است، به همین دلیل سبک و گرم است.
• ایمنی بتن هوادهی شده در برابر آتش‌سوزی بالا است. این ماده غیر قابل‌اشتعال است و در کلاس اول مقاومت در برابر آتش قرار می‎گیرد.
• بتن هوادهی شده از نظر اقتصادی کاملاً مناسب است. به دلیل هزینه پایین مواد اولیه و ابعاد بزرگ بلوک‌های بتن اتوکلاو استفاده از آن به‌صرفه خواهد بود.
• بتن هوادهی شده یک عایق صدای بسیار خوب است. ساختار متخلخل این نوع بتن باعث می‌شود تا در مقایسه با دیوار آجری با ضخامت یکسان تا ده برابر عبور صدای کمتری داشته باشد.
• بتن هوادهی شده به دلیل داشتن ساختار متخلخل نفوذپذیری بخار آب بسیار خوبی دارد. به همین دلیل خانه‌های ساخته شده با این نوع بتن ساخته می‌توانند نفس بکشند و تعامل دمایی بهتری ایجاد می‌کنند.
• ویژگی‌های زیست‌محیطی این نوع بتن باعث می‌شود تا آسیب کمتری به طبیعت وارد کند. این نوع بتن به‌مرورزمان مقاومت خود را از دست نمی‌دهد و تجزیه نمی‌شود.
• بتن هوادهی شده به دلیل ساختار متخلخل خود در دمای انجماد تخریب نمی‌شود و فضای موردنیاز برای انبساط آب را درون خود دارد.

معایب بتن هوادهی شده چیست؟

بتن هوادهی شده با وجودداشتن مزایای بسیار زیاد برخی معایب هم دارد. برای مثال تجهیزات اتوکلاو برای تولید این نوع بتن بسیار گران هستند و به انرژی بسیار زیادی برای راه‌اندازی نیاز دارند. همین موضوع باعث می‌شود تا تولید بلوک در مقیاس پایین از نظر اقتصادی به‌صرفه نباشد. به‌عبارت‌دیگر اگر پروژه‌ای کوچک دارید استفاده از بلوک‌های معمولی منطقی‌تر است.

به‌طورکلی معایب این نوع بتن عبارت‌اند از:

• بلوک‌های ACC ماهیت شکننده دارند و باید هنگام استفاده بااحتیاط حمل و نصب شوند.
• برای اتصال بلوک‌های ساخته شده به روش هوادهی باید از پیچ و میخ با قطرکم استفاده کنید.
• ضخامت نهایی دیوارهای ساخته شده با بتن هوادهی شده از دیوارهای معمولی بیشتر است.

به دلیل ساختار متخلخل بتن هوادهی شده باید سطح بیرونی آن‌ها با متریال محافظ مانند گچ پوشانده‌ شود. به‌این‌ترتیب بتن از هوازدگی حفاظت خواهد شد.

5. با خصوصیات بتن اتوکلاو آشنا شوید

اگر قصد استفاده از بتن هوادار اتوکلاو شده (AAC) در سازه خود را دارید، باید با ابعاد، چگالی و مقاومت این نوع بتن آشنا شوید؛ چرا که این خصوصیات در طراحی سازه‌های AAC اهمیت زیادی دارند. مشخصاتی که در ادامه می‌خوانید، از استاندارد ملی ۱۴۷۰۷ با نام قطعات بتنی سبک هبلکس – ویژگی‌ها استخراج شده‌اند:

1.5. ابعاد بتن اتوکلاو

بلوک‌های بتن اتوکلاو در ابعاد مختلفی ساخته می‌شوند، اما بر اساس استاندارد فوق حداکثر ابعاد آنها ۱۵۰۰ (طول) در ۵۰۰ (عرض) در ۱۰۰۰ (ارتفاع) میلی‌متر است. همچنین در شرایط زیر کمی تلورانس ابعادی برای ساخت آن در نظر گرفته شده است:

بعد	خطای مجاز (میلی‌متر)
	اتصال بلوک با ملات سبک	اتصال بلوک با ملات نازک
طول	۵- تا ۳+	۳- تا ۳+
ارتفاع	۵- تا ۳+	۱.۵- تا ۱.۵+
عرض	۳- تا ۳+	۲- تا ۲+

2.5. وزن مخصوص

وزن مخصوص بتن اتوکلاو یکی از ویژگی‌های محبوب آن است که باعث شده کاربردهای گسترده‌ای داشته باشد. وزن مخصوص این نوع بتن به‌مراتب از بتن معمولی کمتر و بین ۳۵۰ تا ۸۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب است.

3.5. مقاومت فشاری

از نظر مقاومت فشاری بتن AAC به ۳ کلاس مقاومت پایین، متوسط و بالا تقسیم می‌شود. جدول زیر، وزن مخصوص خشک و بازه مقاومت فشاری این بتن را بر اساس کلاس آن نشان می‌دهد:

کلاس بتن AAC	وزن مخصوص خشک (کیلوگرم بر مترمکعب)	بازه مقاومت فشاری (مگاپاسکال)
مقاومت پایین (AAC 2)	۴۰۰	۲ تا ۲.۵
	۵۰۰
مقاومت متوسط (AAC 4)	۵۰۰	۴ تا ۵
	۶۰۰
	۷۰۰
	۸۰۰
مقاومت بالا (AAC 6)	۶۰۰	۶ تا ۷.۵
	۷۰۰
	۸۰۰

4.5. مدول الاستیسیته

مدول الاستیسیته این بتن با مقاومت فشاری آن ارتباط مستقیم دارد و با استفاده از جدول زیر محاسبه می‌شود:

رابطه مدول الاستیسیته بتن AAC	پارامترها
α۱.۵*S ۶۰۰۰	α وزن مخصوص خشک S مقاومت فشاری نمونه مکعبی
۱۵۵۰*S۰.۷	S مقاومت فشاری نمونه مکعبی
۳۰۰۰* Sp	Sp مقاومت فشاری نمونه منشوری
Kγdry *(fc)۰.۵	Kγdry  وزن مخصوص خشک fc مقاومت فشاری  K  ثابتی بین ۱.۵ تا ۲
c۱( ρ- c۲)	c۱ و c۲ ثابت‌های عددی ρ  وزن مخصوص خشک

6. اجرای سازه با بتن اتوکلاو چگونه انجام می‌شود؟

به دلیل شباهت بالای پنل‌ها و بلوک‌های بتن اتوکلاو با مصالح بنایی قدیمی مثل آجر، اجرای آن نیز همانند همان مصالح قدیمی است. بلوک‌های کوچک ساخته شده از این بتن با استفاده از دست و بلوک‌های بزرگ‌تر با استفاده از جرثقیل جابه‌جا می‌شوند. در ادامه با روش نصب بلوک و پانل بتن اتوکلاو و نحوه نصب اتصالات و پرداخت این نوع بتن نیز آشنا می‌شوید:

1.6. اجرای بلوک AAC

برای اجرای بلوک‌های بتن AAC، ابتدا یک ردیف از این بلوک‌ها را روی زمین می‌چینند و سپس آن‌ها را تراز می‌کنند و سپس بلوک‌های ردیف‌های بالایی را با یک‌لایه ملات نازک و حداکثر فاصله ۱۵ سانتی‌متری روی آن‌ها قرار می‌دهند. پس از اتمام دیوار هبلکس، آن‌ها را با چکش و تراز صاف می‌کنند.

در انتها هم محل درب و پنجره‌ها را با اره می‌برند و اگر دیوار باربر باشد، محل جانمایی میل‌گردها را مشخص می‌کنند.

2.6. اجرای پنل AAC

ابتدا پنل‌های بتن اتوکلاو شده را از گوشه‌ها شروع به نصب می‌کنند و آن‌ها را درون یک‌لایه نازک ملات قرار می‌دهند. پیش از نصب هر پانل، آرماتورهای طولی را به میل‌گرد انتظار کف متصل می‌کنند. پس از آن یک تیر کلاف پیوسته را با چوب و بتن AAC در بالای دیوار می‌سازند و محل بازشوی پنجره‌ها و درب‌ها را با اره می‌برند.

3.6. اتصالات بتن AAC

اتصال قاب سقف از طریق وصل کردن آن به صفحه بالایی یا تیر کلاف دیوار انجام می‌شود. در صورت استفاده از مقاطع فولادی، آن‌ها را به صفحه‌های فولادی جوش‌خورده یا پیچ شده به تیر کلاف متصل می‌کنند.

4.6. پرداخت بتن AAC

پرداخت بلوک‌های بتن هوادار اتوکلاو شده معمولاً توسط گچ پلیمری و باهدف جلوگیری از نفوذ آب انجام می‌شود. همچنین ممکن است برای پرداخت آن‌ها از اتصال مکانیکی پوشش‌های چندلایه یا اتصال مستقیم آجر لعابی سبک نیز استفاده شود.

7. بتن اتوکلاو چگونه ساخته می‌شود؟

بتن اتوکلاو شده توسط اتوکلاوهای صنعتی و در مراحل زیر ساخته می‌شود:

1.7. آماده‌سازی مواد اولیه

در این مرحله مواد خام بتن؛ یعنی سیمان، سیلیس، آهک و… از سیلوها به میکسر منتقل می‌شوند و پیش از میکس‌کردن، آن‌ها را از نظر کیفی آزمایش می‌کنند.

2.7. آسیاب مرطوب

در این مرحله مقدار مشخصی از آب و ماسه سیلیسی به درون آسیاب گلوله‌ای ریخته می‌شود. پس از آن گل ماسه‌ای با چگالی و دانه‌بندی مخصوص ساخته می‌شود. پس از آن نیز گل ماسه‌ای را به‌صورت موقت در یک مخزن بزرگ ذخیره می‌کنند.

3.7. مخلوط‌کردن مواد

در این مرحله مواد اولیه با یک ترتیب مشخص وارد مخزن اختلاط می‌شوند تا ترکیب آن‌ها همگن شود.

4.7. جانمایی میل‌گرد در قالب

درصورتی‌که محصول نهایی بتن اتوکلاو مسلح باشد، ابتدا مش میل‌گرد را درون قالب بتن قرار می‌دهند.

5.7. بتن‌ریزی قالب و شروع فرایند تخمیر

پس از روغن‌کاری قالب، مخلوط بتن را درون آن می‌ریزند و قالب را به نحوی می‌بندند که هوا وارد و آب خارج نشود. پس از آن قالب را به مدت ۲.۵ تا ۴ ساعت در محفظه‌ای با دمای مشخص قرار می‌دهند. در این مرحله بتن منبسط شده و ترکیب آن سخت و آماده عمل‌آوری می‌شود.

8. تفاوت بتن اتوکلاو و فوم بتن چیست؟

«فوم بتن» (Foam Concrete)، «بتن اسفنجی سبک» (Cellular Lightweight Concrete) یا بتن CLC، یکی از انواع بتن‌های اسفنجی است که از دوغاب سیمانی و فوم تشکیل می‌شود. این بتن، شباهت‌های بسیار زیادی به بتن اتوکلاو دارد. بااین‌وجود، تفاوت اصلی این دو در فرایند تولید و عامل کف‌زا است.

همان‌طور که در بخش‌های قبل اشاره کردیم، پودر آلومینیوم عامل کف‌زا در بتن AAC است. درصورتی‌که به‌منظور ایجاد حباب‌های هوا در فوم بتن، مواد مصنوعی (رزین) یا طبیعی (خون) مورداستفاده قرار می‌گیرند. به‌علاوه، در بتن AAC، عامل کف‌زا به‌عنوان یکی از مواد اولیه و در مرحله اختلاط به ترکیب اضافه می‌شود. در طرف مقابل، ساخت و ترکیب فوم در فوم بتن یک مرحله جداگانه است. جدول زیر، تفاوت بلوک AAC و بلوک CLC را از جنبه‌های مختلف نمایش می‌دهد.

معیار	بلوک AAC	بلوک CLC
مقیاس تجهیزات	بزرگ	کوچک
سرعت و فضا عمل آوری	سریع بدون نیاز به فضای اضافی	کم و نیاز به فضای اضافی
ظرفیت تولید	بالا	نسبتاً پایین
هزینه سرمایه‌گذاری	بالا	پایین
مقیاس‌پذیری و امکان توسعه	بالا	پایین
نیروی کار موردنیاز	نسبتاً بالا	نسبتاً پایین
بازه وزن مخصوص	400 تا 1000 کیلوگرم بر متر مکعب	400 تا ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب
بازه مقاومت فشاری	2 تا 8 مگاپاسکال	0.5 تا 12 مگاپاسکال
جذب آب برای وزن مخصوص 1000	30 درصد	12.5 درصد
جذب صدا برای وزن مخصوص 1000	42 دسیبل	40 دسیبل
نسبت تخلخل	50 تا 60 درصد	30 تا 35 درصد
کیفیت محصول نهایی	خوب و بدون تغییر	وابسته به فوم
کاربرد اصلی	سازه‌های باربر و غیر باربر	دیوارهای ارزان و پارتیشن‌های داخلی
هزینه ساخت	گران	نسبتاً ارزان

9. آزمایش بتن اتوکلاو چگونه انجام می‌شود؟

آزمایش بتن هوادار اتوکلاو شده مطابق با استانداردهای بین‌المللی یا ملی برای تأیید کیفیت مشخصات بلوک هبلکس انجام می‌شود. از استانداردهای ملی موجود برای آزمایش بتن AAC می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استاندارد 8591: تعیین مدول ارتجاعی بتن هوادار اتوکلاو شده
• استاندارد 8592: تعیین جمع‌شدگی ناشی از خشک‌شدگی بتن هوادار اتوکلاو شده
• استاندارد 8594: تعیین جرم حجمی خشک بتن هوادار اتوکلاو شده
• استاندارد 8595: تعیین ابعاد قطعات بنایی
• استاندارد 8596: تعیین مقاومت فشاری بتن هوادار اتوکلاو شده
• استاندارد 8597: تعیین نفوذپذیری بخار آب هوادار اتوکلاو شده
• استاندارد 8598: تعیین مقاومت خمشی هوادار اتوکلاو شده
• استاندارد 9159: تعیین درصد رطوبت بتن هوادار اتوکلاو شده
• استاندارد 9160: قطعات پیش ساخته مسلح بتن هوادار اتوکلاو شده تحت بار عرضی
• استاندارد 9161: قطعات پیش ساخته مسلح بتن هوادار اتوکلاو شده تحت بار طولی
• استاندارد 17722-2: تعیین رفتار چسبندگی آرماتور و بتن هوادهی شده با اتوکلاو
• استاندارد 20346: تعیین مقاومت بتن هوادار اتوکلاو شده در برابر یخ زدن و آب شدن (چرخه یخ گشایی)

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

در یک جمع‌بندی می‌توان گفت که برای سرمایه‌گذاری یا صرفه‌جویی در مواد و انرژی، بتن اتوکلاو غالباً می‌تواند گزینه انتخابی مناسبی باشد؛ چراکه باعث افزایش طول عمر مفید ساختمان می‌شود. از طرفی میزان ضایعات اندک آن نیز به کارخانه تولیدکننده برای بازیافت بازگردانده می‌شود و یا به‌عنوان ضایعات بتنی برای استفاده مجدد در ترکیبات دیگر فرستاده می‌شود. از سوی دیگر می‌توان از تکه‌های غیرعادی بتن AAC به طور مستقیم در ساخت‌وساز استفاده کرد به‌عنوان نمونه برای دیوار باغ یا تزیین آب‌نما و غیره.
البته یک نکته حائز اهمیت این است که باید پنل‌ها طبق استانداردهای لازم و در ابعاد منطقی ساخته شوند تا میزان ضایعات آن تا حد ممکن کاهش یابد و ساخت‌وساز را با بهره‌وری انرژی همراه کند.

جهت آشنایی کامل با  “بتن هوادهی اتوکلاو شده” به جزوه “تکنولوژی عالی بتن” و جهت آشنایی بیشتر با قوانین و ضوابط مربوط به این مقاله به “بتن سبک (استاندارد 8593) | مصوب سال 1384” در پکیج “استانداردهای صنعت ساخت” در بخش گنجینه فایل وب‌سایت مراجعه فرمایید.