طراحی با فوم بتن

با وجود مسائل مربوط به رطوبت، فوم بتن دارای چندین مزیت است. دال‌های سبک ساخته شده از کامپوزیت بتنی به طور ذاتی کارآمدتر از دال‌های کامپوزیت معمولی با ویژگی‌های سازه‌ای تقریبا یکسان و نقاط قوت طراحی هستند.

ضخامت دال بتنی بر روی سازه فولادی به طور معمول به شرایط آتش سوزی وابسته است که به تناسب نیازهای مربوط به مقاومت کنترل می‌شود.

فوم بتن نسبت به بتن معمولی نسبت به رسانایی حرارتی مقاوم‌تر بوده و ضریب انبساط حرارتی بیشتری دارد. مطابق ASTM E119، استانداردهای آزمایش‌ها و مصالح مقاوم در برابر آتش، موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI) و آزمایشگاه‌های تحت پوشش بیمه (UL) لیستی از حداقل ضخامت بتن مورد نیاز برای رتبه بندی‌های مختلف آتش سوزی ارائه می‌دهند.

استفاده از فوم بتن برای بتنی که دارای مقاومت دو ساعته در برابر آتش است موجب صرفه جویی حدود 38٪ در مقایسه با بتن معمولی می‌شود. دال‌های سبک‌تر، مجموع جرم ساختمان، بارهای لرزه‌ای موثر و بارهای طراحی پایه را کاهش می‌دهند و همچنین می‌توانند در صورت تامین معیارهای لرزه‌ای، عمق قاب مورد نیاز فولادی را کاهش دهند.

دال‌های نازک‌تر بدون عیب نیستند، اما این عوامل به ندرت طراحی یک ساختمان تجاری معمولی را کنترل می‌کنند. دال‌های نازک ساخته شده از فوم بتن دارای قابلیت خمشی کمتری هستند، اما ظرفیت باربری هنوز هم برای پشتیبانی از اغلب بارهای طبقات تجاری کافی هستند.

ACI 318-08 نیاز به ضریب کاهش 0.75 برای ظرفیت برشی فوم بتن دارند. با این حال، در دال‌های کامپوزیت، طراحی اغلب توسط مقاومت خمشی کنترل می‌شود. برای اکثر ساختمان‌ها، کاهش ظرفیت برشی توسط مزایای کلی سیستم جبران می‌شود.

هزینه‌های فوم بتن

آیا قیمت بتن‌های سبک خیلی گران‌تر از وزن بتن‌های معمولی است؟ بله و خیر. برای این که دقیقا به این سوال پاسخ دهیم، باید در نظر بگیرید که وزن بتن چه تاثیری بر هزینه‌های کلی سازه دارد. هزینه واحدهای بتنی سبک معمولا بالاتر از بتن‌های معمولی است، اما این هزینه واحد معمولا تاثیر بیشتری از میزان کاهش حجم بتن و وزن فولاد برای سیستم ساختمانی دارد.

برای مثال، یک ساختمان معمولی چند منظوره فولادی را در نظر بگیرید. ما یک ساختمان دو طبقه مقاوم در برابر آتش را با استفاده از عرشه فولادی کامپوزیت به عمق 2 اینچ و با فاصله 18 اینچ در نظر گرفتیم که محدوده ” شرایط دو طرفه” را در حداکثر محدوده مجاز حفظ کند.

بارهای وارده بر فوم بتن در عرشه کامپوزیت فولادی اجازه می‌دهد که عرشه قادر باشد دهانه‌های بیشتری را بین تکیه گاهها پوشش دهد و می‌تواند به طور موثر تعداد تیرهای تکیه گاهی فولادی و وزن قاب فولادی را کاهش دهد.

به گفته یک تولیدکننده بتن، هزینه‌های بتن ریزی و تراز کردن فوم بتن و معمولی تفاوتی ندارد، اما هزینه واحد فوم بتن به علت هزینه‌های پردازش و حمل و نقل کلی از منابع غیر محلی کمی گران‌تر است.

در این مطالعه، ما هر دو قاب فولادی پیچیده و غیر پیچیده را در نظر گرفتیم، اما تفاوت هزینه بین مقادیر و هزینه بین سیستم‌های قاب مختلف ناچیز است. فرضیات عمومی ما شامل بار وارده 20 PSF، بار زنده 100 PSF و حداکثر خیز مجموع و خیز ناشی از بار زنده به ترتیب L / 240 و L / 360 است.

در حالی که اغلب هزینه‌های واحد برای فوم بتن بیشتر است، وزن و هزینه قابل توجهی در ساخت عرشه‌های بتنی بر روی عرشه فولادی صرفه جویی می‌شود. در مقایسه با یک دال با وزن معمولی، دال‌های سبک ممکن است منجر به صرفه جویی در عمق قاب در هر طبقه شود، که می‌تواند در نهایت مقدار زیادی در فولاد مصرفی، پی‌ها و هزینه‌های روکش برای ساختمان‌های چند طبقه صرفه جویی کند.

اندرکنش‌های سیستم کف با فوم بتن

سنگدانه‌های فوم بتن رطوبت بیشتری را در مقایسه با بتن‌های معمولی جذب، حفظ و آزاد می‌کنند، بنابراین آیا استفاده از بتن معمولی به جای فوم بتن باعث رفع مشکلات مربوط به رطوبت در خرابی کف می‌شود؟ خیر.

احتمالا برای سیستم‌های کفپوش مقاوم در برابر رطوبت، بدون توجه به اینکه آیا از بتن معمولی یا سبک استفاده می‌کنید، باید از جذب کننده‌های رطوبت استفاده کنید. در یک مطالعه که در سال 2000 انجام شد، تحت شرایط هوا، دما و رطوبت نسبی کنترل شده، فوم بتن 183 روز برای رسیدن به مرحله انتشار بخار مرطوب نیاز داشت (MVER)  3 پوند / 1000 فوت مربع / 24 ساعت. در مطالعه‌ای که در سال 1998 که تحت شرایط مشابه کنترل شده انجام شد، دال معمولی با ضخامت مشابه 46 روز طول می‌کشد تا به همان مقدار MVER برسد.

در سال‌های 2007-2008، موسسه Expanded Shale، Clay and Slate (ESCSI) یک مطالعه در محیط‌های غیر کنترل شده (شبیه آنچه که در سایت‌های ساختمانی وجود دارد) انجام دادند یافتند که اگرچه دال‌های فوم بتن نیاز به زمان بیشتری برای خشک شدن در مقایسه با بتن‌های معمولی دارند، تفاوت زمان خشک شدن کمتر از میزان گزارش شده توسط آزمایشات قبلی است.

خب همه این موارد به چه معناست؟ همانطور که توسط ESCSI گزارش شده است، برای یک دال بتنی (معمولی یا سبک) رسیدن به سطوح رطوبتی که در حال حاضر توسط بسیاری از تولید کنندگان سیستم‌های کف و استانداردهای صنعتی مورد نیاز است، بدون شرایط خشک شدن مناسب داخلی، بسیار دشوار است.