فوم بتن چیست؟ کاربردها + مزایا و معایب

فوم بتن (به انگلیسی Foam Concrete) نوعی بتن اسفنجی است. بتن کفی، بتنی با چگالی پایین محسوب می‌شود که از ترکیب سیمان، شن، ماسه یا خاکستر بادی (نوعی پسماند نیروگاه‌های حرارتی)، آب و کف ساخته می‌شود. حداقل ۲۰ درصد از ترکیب فوم بتن را کف تشکیل می‌دهد که وجود این کف باعث ایجاد ساختاری متخلخل و سبک در بتن می‌شود. عامل کف‌زای موجود در بتن با چگالی کاهش‌یافته می‌تواند منشأ طبیعی (مانند پروتئین حیوانی) یا مصنوعی داشته باشد.

فوم بتن با ورود کارخانه های بتن به فناوری تولید CLC (Cellular Lightweight Concrete به معنای بتن سبک سلولی) به صنعت ساختمان ایران معرفی شد و به دلیل ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد خود به‌سرعت مورد توجه قرار گرفت.

انواع فوم بتن

فوم بتن را می توان با توجه به معیارهایی مانند چگالی، کاربردها و ترکیب های آن دسته بندی کرد و انواعی برای آن در نظر گرفت. رایج ترین دسته بندی فوم بتن بر اساس چگالی آن می باشد که در این حالت به صورت زیر دسته بندی می شوند.

فوم بتن سبک (Lightweight foam concrete)

فوم بتنی با چگالی بین ۳۰۰ تا ۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، به عنوان فوم بتن سبک شناخته می‌شود. کاربرد اصلی این نوع فوم بتن، عایق‌سازی صوت و حرارت است. همچنین، می‌توان از آن برای پر کردن فضاهای خالی که نیاز به مقاومت بالایی ندارند استفاده کرد. این بتن گزینه‌ای مناسب برای شیب‌بندی نیز محسوب می‌شود. فوم بتن سبک از مقاومت خوبی در برابر حرارت، رطوبت و حمله حشرات برخوردار است.

فوم بتن نیمه سنگین (Medium Density Foam Concrete)

فوم بتن با چگالی ۶۰۰ تا ۱۲۰۰ فوم بتن نیمه سنگین می باشد. از این فوم بتن برای کف سازی و ساخت دیوار های غیر باربر و غیر سازه ای استفاده می شود؛ همچنین برای ساخت بلوک های پیش ساخته بتنی برای عضو غیر باربر کاربرد دارد.

فوم بتن سنگین (Heavy Foam Concrete)

بتن کفی با چگالی ۱۲۰۰ تا ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب در دسته فوم بتن سنگین قرار می گیرد. این نوع بتن در برخی کاربردهای سازه ای که نیاز به استحکام بیشتری دارند مانند دیوارها و عضوهای باربر و… مورد استفاده قرار میگیرد.

نوع دیگر از تقسیم بندی فوم بتن بر اساس روش تولید می باشد، انواع فوم بتن بر اساس روش تولید به دو دسته زیر تقسیم کرد:

• فوم بتن مکانیکی : حباب هوا از طریق دستگاه های مکانیکی به مخلوط اضافه می شود
• فوم بتن شیمیایی : حباب های هوا از طریق واکنش های شیمیایی داخل مخلوط ایجاد می شوند. این روش کمتر رایج است.

انواع فوم بتن بر اساس نوع فوم، نیز به دو دسته زیر قابل تقسیم است:

• فوم پروتئینی : فوم از مواد طبیعی (با منشا گیاهی یا حیوانی) ساخته شده که پایدارتر است.
• فوم شیمیایی : از مواد شیمیایی ساخته شده است که اقتصادی‌تر است.

ساخت و تولید فوم بتن

ساخت فوم بتن، فرایندی ساده اما نیازمند دقت و کنترل کیفیت بسیار می باشد. تولید این نوع بتن به تجهیزات خاص و نظارت دقیق نیاز دارد.  برای تهیه فوم بتن نیازمند سیمان، آب، کف و در صورت نیاز ماسه و مواد افزودنی هستیم. مراحل ساخت فوم بتن به صورت زیر است:

•  ابتدا سیمان و آب در میکسر با هم مخلوط می شوند، اگر مخلوط به افزودنی خاصی نیاز داشته باشد در این مرحله اضافه می شود.
• ماده کف‌زا با آب ترکیب شده و سپس به وسیله دستگاه تولید کف، هوا با فشار زیاد به آن تزریق می شود. (در این مرحله نسبت ماده کف‌زا و آب بسیار مهم است)
• در مرحله بعد فوم تولید شده به آرامی به دوغاب سیمان اضافه می شود. در این مرحله ترکیب باید به طور یکنواخت هم زده شود تا یک مخلوط همگن ایجاد شود.
• مخلوط بدست آمده داخل قالب بتن ریخته می شود. این مرحله باید به سرعت صورت گیرد تا فوم بتن پایداری خود را از دست ندهد.
• در نهایت فوم بتن باید به درستی عمل‌آوری شود. سطح بتن کفی به خصوص در چند روز اول برای جلوگیری از ترک‌خوردگی و افزایش مقامت باید مرطوب نگهداشته شود.

روش های تولید فوم بتن

فوم بتن به دو روش تولید همزمان یا روش فوم آماده ساخته می شود.

• روش تولید همزمان (Inline Mixing)

در این روش، مواد اولیه مانند سیمان و ماسه یا خاکستر بادی داخل یک محفظه مخصوص ریخته می‌شوند که وظیفه مخلوط کردن همزمان این مواد با فوم را دارد. این فرآیند به صورت پیوسته انجام می‌شود و به تجهیزات پیشرفته مانند میکسر ترکیبی نیاز دارد. روش تولید همزمان برای پروژه‌های بزرگ و تولیدات انبوه مناسب است.

• روش فوم آماده (Pre-foaming Method)

در این روش، دوغاب سیمان (شامل سیمان،آب، و افزودنی‌های لازم )در تراک میکسر آماده شده و به محل مورد نظر منتقل می‌شود. هنگام چرخش تراک میکسر، کف آماده که به کمک دستگاه تولید فوم ساخته شده است، به مخلوط بتن اضافه می‌شود. این روش برای تولید فوم بتن در مقادیر کم یا پروژه‌های کوچک مناسب است. کیفیت فوم بتن در این روش به پایداری فوم و اختلاط صحیح بستگی دارد.

ویژگی ها و شاخص های فنی

• اسلامپ: عدد اسلامپ این نوع بتن حدود ۱۵۰ میلی متر تا ۳۰۰ میلی متر می باشد. در واقع این عدد اسلامپ در محدوده روانی بالا قرار می گیرد. کارایی بالای بتن کفی یک ویژگی خوب برای استفاده آسان از آن است. این اسلامپ بتن بیانگر سیالیت بالا و خود تراز بودن این بتن سبک سلولی است.
• عیار فوم بتن: معمولا عیار فوم بتن بین ۳۰۰ تا ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. اما می تواند در بازه ۲۵۰ تا ۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب متغیر باشد. برای اطلاعات بیشتر در مورد عیار بتن مقاله عیار بتن چیست؟ را مطالعه کنید.
• طرح اختلاط : طرح اختلاط فوم بتن با توجه به مواد مصرفی متفاوت می باشد. میزان سیمان در حالت معمول می تواند از ۳۰۰ تا ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب متفاوت باشد. در صورت استفاده از ماسه، میزان ماسه می تواند بین ۱۲۰ تا ۱۸۰ کیلوگرم بر متر مکعب باشد. مقدار آب بسته به میزان سیمان و ماسه و فوم تعیین می شود اما معمولاً نسبت آب به سیمان در بازه ۰.۴ تا ۰.۶ در نظر گرفته می‌شود. میزان فوم در مخلوط متغیر است و با افزایش مقدار فوم، چگالی کاهش و روانی افزایش می یابد. به هرحال فوم می تواند از ۱.۵ تا ۲.۵ لیتر در متر مکعب (با توجه به پروتئینی یا شیمیایی بودن فوم و کیفیت آن) متفاوت باشد
• چگالی: محدوده چگالی بتن سبک سلولی بین ۳۰۰ تا ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.
• مدت زمان خشک شدن: فوم بتن در ۲۴ الی ۴۸ ساعت ابتدایی به اندازه ای خشک می شود که می توان روی آن راه رفت اما کسب مقاومت نهایی بعد از ۷تا ۲۸ روز بدست می آید و البته در روزهای اول حتما باید سطح بتن مرطوب نگهداشته شود. عواملی همچون رطوبت، شرایط محیطی، دمای محیط و مقدارآب و… بر مدت زمان خشک شدن فوم بتن موثر می باشد.
• مقاومت فشاری: محدوده مقاوت فشاری بتن کفی بین ۰.۲ تا ۱۰ مگاپاسکال است و این عدد به طور مسقیم با چگالی بتن مرتبط است.
• مقاومت کششی: محدوده مقاومت کششی فوم بتن بین ۰.۰۵ تا ۱.۶ مگاپاسکال است.
• ضریب انتقال حرارت: ضریب انتقال حرارت فوم بتن بین ۰.۰۶۵ تا ۰.۴۳ وات بر متر-کلوین می باشد. بتن کفی به دلیل ساختار متخلخل خود عایق حرارتی بسیار خوبی می باشد.

کاربرد فوم بتن

بتن کفی کاربردهای وسیعی دارد، کاربرد فوم بتن با توجه به چگالی و کاربردها دارای کاربردهای متعددی است اما از اصلی ترین کاربردهای فوم بتن در صنعت ساختمان می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• شیب بندی بام
• کف سازی طبقات
• عایق بندی صوت
• عایق سازی حرارت
• عایق بندی رطوبت
• ساخت دیوار های جداکننده
• ساخت قطعات پیش ساخته بتنی
• استفاده در سازه نگهبان (دیوار حائل)
• ساخت فونداسیون
• تسطیح فونداسیون
• مقاوم‌سازی و ترمیم سازه‌
• ساخت سقف‌های سبک و مقاوم

همچنین کاربرد های دیگر بتن در جاده و سازه های عمرانی شامل موارد زیر است:

• زیر سازی جاده ها
• پر کردن فضای خالی
• افزایش ظرفیت باربری خاک
• پر کردن حفره ها و معادن و تونل های غیرقابل استفاده
• نگهداری مخازن
• ساخت بلوک های سبک
• پروژه‌های زیرساختی
• ساخت سازه‌های پایدار و سبز

کاربرد فوم بتن در سقف و کف سازی

فوم بتن به دلیل ویژگی هایی همچون سبک بودن، عایق صوت و حرارت و سهولت اجرا کاربرد گسترده ای در سقف دارد. سبک بودن بتن کفی باعث سبک شدن وزن نهایی سقف و کاهش بار مرده می شود و از وارد شدن بار اضافه به سازه جلوگیری می شود. بنابراین از آن در کف‌سازی طبقات ساختمان های استفاده می شود. همچنین می توان برای کف‌سازی سقف مسطح و کف‌سازی پارکینگ و فضاهای صنعتی از فوم بتن استفاده می شود. ویژگی های بتن کفی باعث کاهش فشار به تیرها و ستون ها درساختمان های بلند می شود.

• عایق بودن صوتی و حرارتی بتن کفی باعث شده است که این متریال به طور گسترده در سقف‌های مناطق گرم یا سرد به عنوان عایق حرارتی و همچنین در سقف‌های میان طبقات و سازه‌هایی که به عایق صوتی نیاز دارند، مورد استفاده قرار گیرد.
• همچنین به دلیل سبک بودن و سهولت در اجرا برای استفاده در شیب بندی سقف بسیار مناسب است. شیب در بام برای هدایت آب باران و جلوگیری از تجمع آن ایجاد می شود.
• به دلیل مقاومت خوبی که در برابر آتش دارد و همچنین اقتصادی بودن و سهولت اجرا، استفاده از بتن کفی در سقف انبار ها و مراکز صنعتی رایج است.
• همچنین فوم بتن در سقف های پیش ساخته، ترمیم و مقاوم سازی سقف های قدیمی کاربرد دارد.

مزایا

• وزن سبک: این قابلیت باعث می شود فشار کمتر به سازه های زیرین وارد شود و همین ویژگی برای کف‌سازی، دیوار‌سازی و المان های طبقات بالا مناسب می باشد.
• سهولت در اجرا: سهولت در اجرا باعث تسهیل و سرعت بخشیدن به پروژه می شود.
• عایق صوتی و حرارتی: این ویژگی از هدر رفتن انرژی جلوگیری می کند و در مناطق و سازه هایی که نیازمند عایق هستیم بسیار مناسب است.
• مقاوم دربرابر آتش: فوم بتن دیر شعله ور می شود و در صورت آتش سوزی گازهای سمی کمتری از خود تولید میکند.
• نفوذ پذیری بالا: این ویژگی در مناطقی که نیاز به زهکشی داشته باشیم کاربرد فوم بتن را مناسب و مطلوب می سازد.
• کاهش هزینه و اقتصادی بودن: به دلیل سبک بودن بتن کفی، نیاز به تقویت سازه کاهش می یابد و همین امر موجب کاهش هزینه ها می شود. همچنین سهولت اجرا و سریع پیش رفتن کار موجب کاهش نیاز به نیروی کار خواهد شد و هزینه ها کاهش می باید.
• مقاومت در برابر لرزش و شوک مکانیکی: این مزیت استفاده از فوم بتن را برای مناطق با شرایط لرزه ای مناسب می سازد.
• مقاوم در برابر فساد و قارچ ها: این مزیت باعث استفاده این بتن در مناطق مرطوب بدون وجود مشکلاتی مانند فساد شده است.
• قابل استفاده در پروژه های مقاوم سازی: فوم بتن به دلیل مقاومت مطلوب و سبک بودن، کاربرد زیادی درپروژه مقاوم سازی و ترمیم سازه های قدیمی دارد.
• انعطاف پذیری بالا در طراحی و اجرا: بتن کفی می تواند برای کاربردها و اهداف مختلف معماری، در طرح ها و ابعاد متفاوتی استفاده شود.
• عمر و دوام خوب: فوم بتن نیاز به تعمیرات مکرر ندارد و دارای عمر و دوام خوبی می باشد.
• دوستدار محیط زیست: به دلیل وجود مواد قابل بازیافت در فوم بتن و مصرف کم انرژی در فرایند تولید آن آسیب کمتری به محیط زیست می زند، همچنین یکی از مواد مورد استفاده در فوم بتن خاکستر بادی است که یک پسماند صنعتی است. استفاده از خاکستر بادی اثرات مخرب روی محیط زیست را کاهش می دهد.
• روانی و کارایی بالا: این ویژگی باعث می شود فضاهای خالی به راحتی با فوم بتن پر شود.

معایب

• کاهش مقاومت فشاری با کاهش چگالی
• حساسیت در اختلاط
• زمان گیرش طولانی
• عدم مقاومت کافی در برابر ضربه
• مناسب نبودن برای سازه های سنگین
• کاربرد محدود برای اعضای باریر
• نیازمند تجهیزات خاص برای تولید
• عدم مقاومت کامل در برابر آب (ضد آب نیست)
• نیاز به افزودنی های گران
• سخت بودن پرداخت سطح بتن

تفاوت فوم بتن و پوکه

در ابتدا باید بدانیم پوکه بتن چیست؟ در واقع پوکه یک نوع مصالح سبک معدنی است و پوکه بتن به بتنی می گویند که در آن از این پوکه های معدنی به جای ماسه استفاده می شود. در واقع این پوکه ها که نوعی سنگ معدنی است متخلخل و سبک می باشد.

تفاوت هایی که فوم بتن با پوکه بتن دارند شامل موارد زیر است:

تفاوت های فیزیکی

• فوم بتن دارای ساختار متخلخل با حباب های فوم است اما پوکه بتن دارای ساختار متخلخل بدون حباب می باشد.
• فوم بتن سبک تر از پوکه بتن می باشد.
• پوکه بتن دارای مقاومت فشاری بالاتر از فوم بتن می باشد.
• هر دو عایق صوتی حرارتی خوبی هستند اما فوم بتن در این مورد بهتر رفتار میکند.
• فوم بتن قابلیت شکل پذیری بیشتری دارد.

تفاوت از نظر کاربرد

• فوم بتن در دیوار های غیر‌باربر، سقف ها و کفسازی ها استفاده می شود اما از پوکه بتن در سازه هلای باربر مانند دیوارهای باربر و ستون استفاده می شود.
• پوکه بتن برای سازه های بتن آرمه که نیاز به سبک سازی دارند استفاده می شود.

تفاوت از نظر هزینه

• از نظر هزینه پوکه بتن به دلیل منشا طبیعی و معدنی اقتصادی تر می باشد
• برای انتخاب صحیح بین فوم بتن و پوکه بتن برای یک پروژه باید به نوع پروژه و نیاز های سازه، شرایط زمینی، نیازهای عایق بندی، هزینه ها و… توجه کرد و با دیدگاه مهندسی بهترین متریال را انتخاب کرد.