فوم بتن نوعی بتن سبک است که با ترکیب سیمان، آب، فوم و بعضا ماسه و خاکستر بادی ساخته می‌شود. لفظ فوم بتن در واقع به یک گروت یا ملات دارای حباب اطلاق می‌شود. فوم بتن به عنوان یک مصالحی سیمانی تعریف می‌شود که حداقل دارای 20 درصد هوای عمدی است. این هوای عمدی بصورت مکانیکی به ملات پلاستیک وارد شده است. دانسیته خشک فوم بتن در حدود 300 تا 1600 کیلوگرم بر مترمکعب است و مقاومت فشاری 28 روزه‌ی آن نیز بین 0.2 تا 10 مگاپاسکال است که قابلیت افزایش نیز دارد.
فوم بتن به لحاظ ترکیبات و حجم هوای موجود در آن با بتن هوادار(Air Entrained Concrete) و بتن هوادهی شده (Aerated Concrete) متفاوت است. میزان حباب هوای عمدی بتن هوادار در حدود 3 تا 8 درصد و میزان هوای بتن هوادهی شده نیز در حدود 15 تا 22 درصد حجم بتن است.
تاریخچه فوم بتن
استفاده از فوم بتن سابقه طولانی مدتی دارد. فوم بتن برای اولیه بار در سال 1923 ساخته شد. این بتن ابتدا بعنوان مصالح عاقکاری مورد استفاده قرار گرفت. پیشرفت‌های حاصل شده در طول 20 سال گذشته در زمینه تجهیزات تولید این نوع بتن و همچنین کشف عوامل کف‌زای با کیفیت بهتر باعث استفاده از بتن فوم در مقیاس‌های بزرگتری شده است.
تولید فوم بتن
جهت تولید فوم بتن، میزان مناسبی از مواد شیمیایی کف‌زا یا سورفکتانت در داخل حجم معینی از آب رقیق می‌شود و این حجم محلول از طریق ژنراتور به کفی پایدار تبدیل می‌شود. سپس کف تولید شده به ملات یا گروت سیمانی اضافه شده و منجر به ایجاد یک مخلوط سیمانی با دانسیته مورد نیاز می‌شود.
این سورفکتانت‌ها برای تولید پرکننده‌های سبک یا اصطلاحا مصالح با مقاومت پایین و کنترل شده نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بطور کلی دو روش برای تولید فوم بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد:
- روش تولید "درون خطی" که با یک دستگاه مخصوص انجام می‌شود و در واقع فوم همزمان اضافه می‌شود
- روش تولید "پیش فوم" که برای مقادیر کم مورد استفاده قرار می‌گیرد و فوم بصورت مجزا ساخته می‌شود
روش تولید درون خطی
در این روش تولید، سیمان و بعضا ماسه به درون یک مخزن ریخته شده و سپس با اضافه شدن فوم این مخلوط بطور کامل آمیخته می‌شود. با توجه به اینکه این پروسه تولید درون دستگاه‌های مخصوص و از پیش ساخته انجام می‌شود پارامترهای تاثیرگذار در تولید بصورت مناسبی قابل کنترل است. با استفاده از این متد می‌توان مقادیر بالایی فوم بتن تولید نمود. روش تولید درون خطی به دو صورت انجام می‌پذیرد:
- سیستم درون خطی تر: مصالح بصورت تر و میکس شده با آب وارد میکسر میشوند.
- سیستم درون خطی خشک: مصالح بصورت خشک وارد میکسر شده و آب جداگانه اضافه می‌گردد.
در ایران فوم بتن عمدتا به روش درون خطی خشک با استفاده از دستگاه‌های مخصوص فوم بتن ساخته می‌شود. بطور معمول نیز ماسه و سایر مواد مضاف در طرح وجود ندارد و مصالح اصلی همان سیمان و آّب است.
روش تولید بصورت پیش فوم
در این روش مخلوط آماده با تراک میکسر وارد سایت می‌شود و فومی که از پیش تولید شده، در مسیر پمپ و یا به درون تراک در حال چرخش اضافه می‌شود. از این متد جهت امور کوچک مانند ترزیق گروت یا پرکردن ترانشه می‌توان استفاده کرد.
ترکیبات تشکیل دهنده‌ی فوم بتن
ترکیبات فوم بتن بسته به مقدار دانسیته مورد نیاز، متغیر است. عموما فوم بتنی که دارای دانسیته‌ای کم‌تر از 600 کیلوگرم بر مترمکعب باشد شامل سیمان، آب و فوم است. گاهی اوقات موادی مانند خاکستر بادی یا پودر سنگ آهک نیز به عنوان افزودنی در طرح اضافه می‌شود. ماسه در مخلوط فوم بتن جهت دستیابی به دانسیته‌ی بالاتر بکار برده می‌شود. معمولا نسبت 1 به 1 تا 1 به 3 برای حصول فوم بتن سنگین‌تر قابل کاربرد است. جهت افزایش دانسیته به بیش از 1500 کیلوگرم بر مترمکعب می‌توان از مقادیر بیش‌تری فیلر و مقادیر متوسطی از ماسه استفاده نمود. جهت کاهش دانسیته نیز باید فیلر را کاهش داد. توصیه می‌شود کمینه دانسیته فوم بتن از 600 کیلوگرم بر مکعب کم‌تر نباشد.
بررسی مصالح مورد استفاده در فوم بتن
معمولا از سیمان پرتلند معمولی استفاده می‌شود اما گاها در صورت لزوم می‌توان از سیمان‌های زودسخت شونده و زودگیر کننده نیز استفاده نمود. در تولید فوم بتن می‌توان از ترکیب سیمان و سایر مواد پرکننده نیز استفاده نمود. بطور مثال ترکیب 30 درصد سیمان، 60درصد خاکستر بادی و 10 درصد پودر سنگ. میزان مصالح سیمانی حدود 300 تا 400 کیلوگرم در هر مترمکعب است.
- ماسه:
در صورت استفاده از ماسه، سایز بزرگ‌ترین دانه‌ی آن نباید از 5 میلی‌متر بزرگ‌تر باشد. استفاده از ماسه تا 2 میلی‌متر با درصد عبوری الک 600 میکرون بین 60 تا 95، توصیه می‌شود.
- ترکیبات پوزولانی:
از مواد سیمانی تکمیلی مانند خاکستر بادی و سرباره می‌توان بطور وسیع در تولید فوم بتن استفاده نمود. مقدار خاکستر بادی مورد استفاده می‌تواند بین 30 تا 70 درصد باشد. سرباره را نیز می‌توان 10 تا 50 درصد استفاده نمود. با استفاده از این ترکیبات می‌توان مقادیر سیمان را کاهش داد و طرح را اقتصادی کرد. میکروسیلیس را نیز می‌توان بمقدار حدود 10 درصد وزنی سیمان به منظور افزایش مقاومت نهایی فوم بتن اضافه نمود.
- فوم:
پروتئین‌های هیدرولیز شده و سورفکتانت‌های مصنوعی رایج‌ترین موادهایی هستند که محصولات فوم‌زا بر پایه آن‌ها ساخته می‌شود. عوامل فوم‌زای مصنوعی معمولا به سهولت تولید شده و ارزان‌تر هستند. این عوامل را می‌توان برای مدت طولانی انبارش کرد. مواد فوم‌زای پایه پروتئین گران‌تر است اما باعث حصول مقاومت بالاتری میشوند. فوم تولیدی به دو شکل می‌باشد: فوم خیس و فوم خشک. فوم خیس با دانسیته‌ی کم‌تر از 100 کیلوگرم بر مترمکعب برای تولید فوم بتن توصیه نمی‌گردد. ساختار حباب‌های این نوع فوم بزرگ و شکننده است. فوم خشک بطور طبیعی پایدار است. محلولی از آب و عامل فوم‌زا به وسیله کمپرسور هوا تحت فشار به داخل محفظه اختلاط وارد می‌شود. در این حالت فوم حاصله دارای حباب‌های هوای کوچکتر از فوم خیس است. در واقع ذراتی کوچکتر از 1 میلی‌متر که بصورت مرتب و مساوی در سراسر ساختار پخش شده‌اند.
مشخصات فوم بتن
مشخصات فوم بتن بستگی به فاکتورهای زیر دارد:
- حجم فوم وارده
- میزان سیمان طرح
- وجود یا عدم وجود پرکننده
- سن فوم بتن
ظاهرا نسبت آب به سیمان برخلاف فوم و مقدار سیمان تأثیر بسیار کمی بر روی خواص بتن فوم دارد.
در ادامه خواص فوم بتن در حالت تر و سخت شده به شرح زیر مورد بررسی قرار می‌گیرد:...