عیار بتن چیست و چه کاربردهایی دارد؟

بتن در پروژه های عمرانی مختلف، همیشه با یک عیار ثابت تولید نمی شود و بر اساس شرایط پروژه و کاربرد بتن مورد نظر، عیار آن نیز متفاوت است. عیار بتن، معیار مناسبی برای سنجش میزان مقاومت بتن ساخته شده پس از گذشت یک بازه زمانی معین است. در این مقاله، به معرفی این معیار، خواهیم پرداخت. 

تعریف عیار بتن

در هر پروژه عمرانی، به تناسب نوع پروژه، مقدار مشخصی از سیمان در بتن مورد استفاده قرار می گیرد. به زبان ساده، عیار بتن برابر با مقدار سیمان به کار رفته در یک واحد از حجم بتن است؛ به طور مثال، اگر عیار یک بتن برابر 350 باشد، به این معنی است که در یک متر مکعب از این بتن، 350 کیلوگرم سیمان به کار رفته است. در پروژه های مختلف، تعیین درست مقدار سیمانی که باید برای تولید یک بتن مناسب و مقاوم مصرف شود، بسیار حائز اهمیت است به طوری که در طرح اختلاط بتن، بدست آوردن مقدار کافی سیمان، یکی از مهمترین مراحلی است که انجام صحیح آن، ضمانت کننده تولید بتنی است که سه شرط 1- مقاومت کافی، 2- دوام مناسب و 3- اسلامپ مورد نظر تیم مهندسی را داشته باشد.  

انتخاب عیار بتن مناسب برای پروژه های عمرانی

در پروژه های عمرانی مختلف، بر اساس حجم پروژه، عیار بتن یا میزان سیمان مصرفی برای ساخت یک بتن ایده آل، به دو روش تعیین می شود که عبارتند از:

• طرح اختلاط اسمی بتن

در پروژه های ساختمانی کوچک، معمولا محاسبات مربوط به تعیین میزان سیمان، بر اساس یک طرح از پیش تعیین شده انجام می شود. علت استفاده از چنین روشی، رسیدن به یک ضریب ایمنی (Factor of Safety) کافی بدون نیاز به آزمایشات پی در پی برای کنترل کیفیت بتن تولیدی خواهد بود. 

• طرح اختلاط طراحی بتن

برخلاف پروژه های کوچک، در حالتی که پروژه عمرانی در مقیاس وسیع ساخته می شود، بدست آوردن عیار بتن بر مبنای یک طرح ثابت، نتیجه ای به دنبال ندارد و بتن تولید شده، به هیچ وجه برای چنین پروژه هایی مناسب نیست. در این حالت، از روش دیگری به نام طرح اختلاط طراحی استفاده می شود؛ در این طرح، تیم مهندسی در مراحل مختلف تولید بتن از انتخاب مواد گرفته تا جانمایی بتن، نسبت مواد تشکیل دهنده برای تولید این ماده را به دقت در محیط آزمایشگاهی محاسبه می کنند. استفاده از چنین روشی برای پروژه های عظیم، نقش موثری در ساخت بتن مقاوم و با شرایط هماهنگ با وضعیت پروژه دارد. 

عیار بتن و مقاومت مشخصه بتن چه رابطه ای دارند؟

مقاومت مشخصه بتن، ویژگی خاصی است که برای بتن پس از مرحله خشک شدن تعریف می شود؛ بر اساس این ویژگی، بتن باید مقاومت بالایی در مقابل ترک خوردن، شکستگی، تغییر شکل و همچنین اعمال ظرفیت بالای بار داشته باشد. مقاومت مشخصه بتن با توجه به ظرفیت بار (وزن سازه) پروژه که بر بتن اعمال می شود و همچنین بازه زمانی که برا خشک شدن بتن در نظر گرفته می شود، تعیین خواهد شد. به طور مثال، حداقل زمانی که باید برای خشک شدن بتن و افزایش مقاومت مشخصه آن طی شود، 28 روز از زمان بتن ریزی است؛ این زمان برای ایجاد مقاومت فشاری مناسب (حدود 15 تا 30 مگاپاسکال) در بتنی که قرار است در یک پروژه کوچک یا متوسط مصرف شود، کافی است اما در صورت افزایش حجم پروژه، هم میزان مقاومت فشاری بتن افزایش می یابد و هم باید بازه زمانی طولانی تری برای خشک شدن آن در نظر گرفته شود. 

عیار بتن، رابطه تنگاتنگی با میزان مقاومت مشخصه بتن دارد؛ به عبارتی، هر چقدر عیار بتن یا میزان سیمان آن بیشتر باشد، مقاومت مشخصه این ماده نیز افزایش می یابد. در واقع، با افزایش عیار بتن و کاهش نسبت آب به سیمان، بتن سریع تر خشک می شود و طی کردن بازه 28 روزه برای چنین بتنی در مقایسه با بتن هایی با عیار پایین تر، به معنای ایجاد مقاومت بیشتر خواهد بود. 

فرمول محاسبه عیار بتن

درست است که با افزایش سیمان در ساخت بتن، عیار آن افزایش می یابد اما این به آن معنی نیست که می توانیم یک حد بی نهایتی از سیمان را در بتن اضافه کنیم تا عیار آن را بالاتر ببریم. در واقع، بر اساس میزان مقاومت مشخصه بتن که در آیین نامه بتن ایران ذکر شده است، عیار در بتن را می توان از رابطه Fc=(w/10)-9 بدست آورد. در این رابطه، Fc برابر با مقاومت مشخصه بتن و w برابر با عیار بتن است. 

برای درک بهتر این موضوع، فرض کنید که با توجه به نوع سازه، بتنی با مقاومت مشخصه 25 مگاپاسکال باید تولید شود. در این حالت و با قرار دادن این عدد در فرمول، میزان عیار تعیین شده برای این بتن، 350 خواهد بود؛ به این معنی که باید 350 کیلوگرم سیمان در هر متر مکعب از این بتن به کار رود تا مقاومت 25 مگاپاسکالی در آن ایجاد شود. عیار برای هر بتن معمولا به صورت حرف M در کنار مقاومت مشخصه آن تعیین می شود؛ به طور مثال، عیار M25 به معنای این است که مقاومت مشخصه بتن برابر 25 مگاپاسکال و میزان سیمان مورد نیاز برای تولید 1 متر مکعب از آن، 350 کیلوگرم است. 

انواع عیار بتن بر حسب نوع کاربرد

بتن های مورد استفاده در پروژه های مختلف عمرانی، شامل سه دسته بتن معمولی، بتن استاندارد و بتن های دارای مقاومت بالا هستند. بر اساس هر یک از این سه نوع، بتن تولید شده دارای مقاومت مشخصه متفاوت و عیار خاصی است که در ادامه، به بررسی هر یک می پردازیم:

عیار بتن معمولی

این نوع بتن، برای زیرسازی، ایجاد پی در زیر سازه، ساخت جاده، تیر و مواردی از این قبیل مورد استفاده قرار می گیرند. عیار در بتن های معمولی، شامل M5، M7.5، M10، M15 و M20 است. میزان سیمان مورد نیاز برای هر یک از این عیارها، بر اساس طرح اختلاط اسمی و با یک نسبت مشخص تعیین می شود.

عیار بتن استاندارد

در این نوع، عیار بتن بر اساس نوع کاربرد آن شامل 5 دسته مختلف است که عبارتند از: M25، M30، M35، M40 و M45. هر 5 نوع بتن استاندارد، به شکل بتن آرمه یا بتن مسلح تولید می شوند و کاربردی مشابه بتن های معمولی دارند. تفاوت اساسی میان این نوع بتن و بتن های معمولی در این است که در بتن استاندارد، به غیر از عیار M25، در 4 حالت دیگر باید از طرح اختلاط طراحی برای بدست آوردن میزان سیمان مورد نیاز برای ساخت بتن استفاده کرد.

عیار بتن با مقاومت بالا

عیار این دسته از بتن ها شامل M50، M55، M60، M65 و M70 است. هر 5 نوع این دسته همانند بتن های استاندارد، به شکل بتن مسطح تولید می شوند اما برخلاف بتن های معمولی، کاربرد این نوع بیشتر در ساخت بخش های سازه، ایجاد روکش های نازک، پوشاندن پایه پل یا شاه تیرها و مواردی از این قبیل است. در هر 5 عیار این نوع بتن، میزان سیمان مورد نیاز، از طریق محاسبات آزمایشگاهی (طرح اختلاط طراحی) تعیین می شود. 

آیا انتخاب عیار بالا برای سازه های بتنی الزامی است؟

پاسخ به این سوال، به 2 مورد اساسی بستگی دارد. مورد اول این است که هر پروژه عمرانی، میزان مشخصی از بار را بر روی بتن مورد استفاده در ساخت بخش های خود، اعمال می کند. این موضوع به این معنی است که لزوما نباید برای یک پروژه سبک، از یک بتنی با عیار بالا استفاده کنیم چون در واقع نیازی به این کار نیست و یک بتن با عیار پایین نیز، می تواند پاسخگوی ملزومات چنین پروژه ای باشد. برای مورد دوم باید گفت که عیار بتن بالا، به معنای استفاده بیشتر از سیمان در تولید این ماده است. این موضوع در نهایت باعث افزایش هزینه تولید بتن می شود. این هزینه ها در پروژه های کوچک، توجیه اقتصادی ندارد و باعث افزایش هزینه های پروژه و هدر رفتن منابع آن خواهد شد به همین علت توصیه می کنیم که عیار بتن، صرفا باید متناسب با حجم و شرایط پروژه عمرانی مورد نظر باشد و تمایل به استفاده از عیار بالای بتن در یک پروژه، لزوما به معنای نیاز 100 درصدی این پروژه به چنین بتنی نیست.

جمع بندی

انتخاب عیار بتن مناسب و با در نظر گرفتن شرایط و حجم پروژه های ساختمانی یا عمرانی مختلف، یکی از اصلی ترین شرایطی در تولید یک بتن مقاوم و با دوام است. عیار هر بتن با توجه به میزان مقاومت مشخصه آن تعیین می شود به طوری که در پروژه های کوچک، بتن هایی با عیار M15 تا M30 مقاومت کافی را دارند اما با افزایش حجم پروژه، از بتن های با عیار M40 تا M70 استفاده کرد. میزان سیمان مناسب در هر یک از این بتن ها، بر اساس عیار آنها تعیین می شود به گونه ای که در بتن هایی با عیار M25 و کمتر از آن، نسبت اختلاط آب، سیمان و ماسه بر اساس نسبت های از پیش تعیین شده و برای بتن هایی با عیار M25 تا M70، این نسبت بر اساس محاسبات آزمایشگاهی تعیین خواهد شد.