چالش افزایش مقاومت فشاری و کششی بتن از گذشته‌های دور تا به امروز باعث تولید انواع جدیدی از این مصالح کاربردی شده است. مصالحی که هر کدام در مقایسه با نسل قبلی عملکرد به مراتب بهتری در برابر بارهای خارجی وارده از خود به نمایش می‌گذارند. تا چند سال قبل معمولا بتن مسلح با مقاومت فشاری و کششی مطلوب به‌عنوان بهترین گزینه برای ساخت‌و‌ساز مورد استفاده قرار می‌گرفت؛ اما با تولید بتن پیش تنیده داستان کاملا تغییر کرد. این نوع خاص از بتن مقاومت بالاتری دارد و همین موضوع باعث شده تا در سال‌های اخیر بیشتر مورد توجه قرار بگیرد. در این مطلب قصد داریم به بررسی مزایا و کاربرد بتن پیش تنیده بپردازیم. دعوت می‌کنیم تا پایان ما را همراهی کنید.
قبل از آشنایی با بتن پیش تنیده، لازم است که به معرفی مفهوم پیش تنیدگی بپردازیم. پیش تنیدگی یک روش کاربردی برای ایجاد تنش داخلی در مصالح گوناگون است. هدف از اعمال تنش در فرآیند تولید یک مصالح، افزایش مقاومت آن در برابر بارهای خارجی است. به عبارت دیگر پیش تنیدگی زمینه را برای خنثی شدن فشار ناشی از بارهای خارجی فراهم می‌کند. این موضوع بسیار مهمی است که منجر به تولید مصالح باکیفیت از جمله بتن‌های پیش تنیده در این سال‌ها شده است.
با توجه به تعریفی که از پیش تنیدگی ارائه کردیم، بتن پیش تنیده نوع خاصی از بتن است که در فرآیند تولید تحت تنش‌های کششی قرار می‌گیرد. به این ترتیب محصول نهایی در برابر تنش‌های کششی ناشی از بارهای خارجی در طول دوره بهره‌برداری مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد.
همان طور که می‌دانید در تولید بتن مسلح، تعدادی میلگرد فولادی در ساختار بتن تعبیه می‌شود که در برابر تنش‌های کششی وارده مقاومت می‌کنند. بتن به‌تنهایی می‌تواند بارهای فشاری زیادی را تحمل کند؛ اما در برابر تنش‌های کششی خیلی ضعیف است. بتن پیش تنیده در واقع نوعی بتن مسلح یا بتن آرمه است. با این تفاوت که به جای میلگردهای معمولی، میلگردهای فولادی پیش تنیده استفاده می‌شود.
تنش‌های فشاری در بتن مسلح توسط بتن و تنش‌های کششی نیز صرفا توسط میلگردها تحمل می‌شوند. ابداع بتن پیش تنیده باعث می‌شود که از ظرفیت باربری بتن برای افزایش مقاومت آن در برابر تنش‌های کششی استفاده شود. به زبان ساده علاوه بر میلگردها، بتن نیز در تحمل تنش‌های کششی نقش ایفا می‌کند.
تعبیه میلگردهای فولادی پیش تنیده در ساختار بتن، باعث ایجاد نیرویی داخلی در نواحی اطراف آن می‌شود. این نیرو که مستقیما به بتن وارد می‌شود، باعث پیش تنیده شدن بتن می‌گردد. در نتیجه تحمل بتن در برابر بارهای وارده افزایش پیدا می‌کند. به همین دلیل است که استفاده از این نوع بتن در مقایسه با بتن مسلح نیز استحکام سازه را بیش از پیش بالا می‌برد.
شاید برای شما هم جالب باشد که بتن پیش تنیده چه زمانی برای نخستین بار تولید شد. مفهوم پیش تنیدگی از صدها سال قبل در صنعت مورد استفاده قرار می‌گرفت. گرما دادن به فلزات برای استفاده از آن‌ها در کاربردهای گوناگون مصداق بارز پیش تنیدگی به حساب می‌آید. در اینجا بد نیست که سیری کوتاه در تاریخچه ابداع بتن‌های پیش تنیده در جهان را با هم مرور کنیم.
انواع بتن پیش تنیده بر اساس زمان پیش تنیدگی بتن به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از:
در این بتن فرآیند پیش تنیدگی قبل از بتن ریزی انجام می‌شود. از سیم‌ها یا تاندون‌های فولادی با تنش بالا برای ساخت این نوع بتن استفاده می‌شود. این فلزات معمولا مقاومت کششی تا سطح ۲۱۰۰ نیوتن بر میلی متر مربع دارند. قبل از بتن ریزی عملیات پیش تنیدگی سیم‌ها و تاندون‌ها معمولا تا ۸۰ درصد مقاومت کششی نهایی آن‌ها صورت می‌گیرد. سپس بتن‌ریزی صورت می‌گیرد. اصطلاحا بعد از گرفتن بتن، تنش‌های درون تاندون‌ها آزاد شده و در نتیجه بتن پیش تنیده به دست می‌آید. این نوع بتن‌ها در محیط کارگاهی تولید شده و به صورت آماده برای استفاده به محل پروژه‌های عمرانی منتقل می‌شود. بتن مورد استفاده برای تولید این محصول نیز مقاومت کششی ۴۵ نیوتن بر میلی متر مربع دارد.
در بتن پس کشیده، عملیات پیش تنیدگی سیم‌ها یا تاندون‌ها پس از بتن ریزی و گیرش بتن صورت می‌گیرد. به همین دلیل اساسا تولید این نوع بتن در محل پروژه صورت می‌گیرد. بعد از بتن ریزی و دستیابی به مقاومت مطلوب بتن، تاندون‌های فلزی درون آن تحت کشش قرار می‌گیرند و با استفاده از انکر یا گیره مهار می‌شوند. سپس آن بخش از تاندون‌ها که بیرون از قالب بتنی قرار دارند، بریده می‌شوند. به این ترتیب تنش درون بتن آزاد شده و اصطلاحا بتن پیش تنیده به دست می‌آید. بتن مورد استفاده برای تولید این محصول از مقاومت کششی ۳۵ نیوتن بر میلی متر مربع برخوردار است.
از جمله مهم‌ترین مزایای بتن پیش تنیده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
در کنار مزایای قابل توجهی که برای بتن پیش تنیده ذکر کردیم، نباید از معایب آن نیز غافل شد. از جمله مهم‌ترین معایب این نوع بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
مجموعه نکاتی که به عنوان مزایا و معایب بتن پیش تنیده ذکر کردیم، نشان می‌دهند که استفاده از این مصالح در پروژه‌های کوچک که بارهای چندانی به سازه وارد نمی‌شوند، توجیه اقتصادی ندارد. تجربه نشان می‌دهد که استفاده از بتن پیش تنیده تنها وقتی توجیه دارد که دهانه‌ها در سازه بیشتر از ۹ متر طول داشته باشند. بر این اساس معمولا در پروژه‌های عمرانی بزرگ می‌توان برای دستیابی به سازه‌های مقاوم از بتن پیش تنیده استفاده کرد که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
فولاد مورد استفاده برای تولید بتن مسلح معمولا تنش تسلیم در محدوده ۲۰۰ تا ۳۰۰ نیوتن بر میلی متر مربع دارد. این در حالی است که فولاد مورد استفاده در تولید بتن پیش تنیده از مقاومت تسلیم ۲۱۰۰ نیوتن بر میلی متر مربع برخوردار است. همان طور که اشاره کردیم تاندون‌های مورد استفاده در تولید این فولاد در معرض تنش قبل از اعمال بار خارجی قرار می‌گیرند. به همین دلیل است که باید از فولاد‌های با مقاومت بالاتر در فرآیند تولید استفاده کرد.
در این مطلب بررسی کردیم که بتن پیش تنیده چیست و کاربردهای آن در چه حوزه‌هایی است. بدون تردید یکی از باکیفیت‌ترین و مقاوم‌ترین مصالح ساختمانی در حال حاضر، بتن‌های پیش تنیده هستند. البته استفاده از این مصالح با توجه به قیمت بالایی که دارد، علاوه بر محاسبات فنی نیاز به ملاحظات اقتصادی نیز دارد. بنابراین لازم است که قبل از انتخاب این بتن، همه جوانب امر در پروژه‌های عمرانی به‌دقت مورد ارزیابی قرار بگیرند.