” بتن ترکیبی است متشکل از سنگدانه، سیمان، آب و اندکی شعور ”
(پدر بتن ایران، دکتر مهدی قالیبافیان)
بِتُن (به فرانسوی Béton): در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی‌شدن تشکیل شده باشد گفته می‌شود. در حالت کلی منظور از بتن، بتن ساخته شده توسط سیمان پرتلند است که از مخلوط کردن سنگدانه‌های ریز و درشت، سیمان پرتلند و آب تولید می‌شود. این مخلوط پس از گذشت زمان کافی به ماده‌ای سنگ ‌مانند تبدیل می‌شود. سنگدانه درشت معمولاً شن یا سنگ خرد شده و سنگدانه ریز ماسه است. در طول سخت شدن یا عمل آمدن بتن، سیمان به صورت شیمیایی با آب ترکیب می‌شود و بلورهای قوی تشکیل می‌دهد که سنگدانه‌ها را به یکدیگر متصل می‌کند، فرآیندی که هیدراتاسیون نامیده می‌شود. در طی این فرایند، گرمای قابل توجهی به نام گرمای هیدراتاسیون آزاد می‌شود. بعلاوه، به خصوص با تبخیر آب اضافی، بتن اندکی منقبض می‌شود، پدیده‌ای که به آن انقباض خشک‌شدن می‌گویند. فرایند عمل آمدن و افزایش تدریجی مقاومت بتن که با آن اتفاق می‌افتد، به‌طور ناگهانی پایان نمی‌یابد مگر اینکه به‌طور مصنوعی قطع شود. در عوض، در دوره‌های زمانی طولانی کاهشی‌تر می‌شود، اگرچه، در کاربردهای عملی، بتن معمولاً پس از ۲۸ روز عمل آمده‌است و در استحکام کامل طراحی در نظر گرفته می‌شود.

بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان و نیز پوزولان‌ها، سرباره کوره‌ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همچنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلا، فشارهای هیدرولیکی و متراکم‌کننده‌های مختلف استفاده شود.
بتن، پس از آب، پرمصرف‌ترین ماده روی زمین است. بتن پوسیده نمی‌شود و نمی‌سوزد. هزینه آن نسبتاً کم است و می‌توان از آن برای ساخت هر ساختمانی استفاده کرد، از سنگفرش‌های کم ارتفاع گرفته تا قاب‌های سازه‌ای محکم گرفته تا نماهای خارجی و پرداخت‌های داخلی زیبا. بتن همچنین تنها ماده اصلی سازه‌ای است که معمولاً در محل تولید می‌شود. بتن استحکام کششی مفیدی ندارد.

بتن مِگر (به فرانسویbéton maigre): که در زبان فارسی به آن بتن نظافت و در زبان انگلیسی lean concrete به معنای بتن ضعیف نیز خوانده می‌شود، نوعی بتن با درصد سیمان پایین است که وظیفه اصلی آن ایجاد سطحی یکنواخت برای پی و جلوگیری از تماس مستقیم با خاک است. سطحی صاف برای قرار دادن پی اصلی فراهم می‌کند و به عنوان مانعی برای رطوبت یا سایر مواد شیمیایی موجود در خاک مانند سولفات‌ها عمل می‌کند که می‌تواند به بتن حمله کرده و آن را ضعیف کند.

مواد تشکیل دهنده
سنگدانه‌ها در بتن تقریباً سه چهارم حجم آن را تشکیل می‌دهند و ملات سیمان و آب یک چهارم بر مبنای حجم، سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن را به سه دسته تقسیم می‌کنند.
1-سنگدانه‌ها با حجم کم (سبکدانه) که در تولید بتن سبک مورد استفاده قرار می‌گیرند. مانند پامیس، توف، دیاتومیت، رس، شیل و غیره
2-سنگدانه‌های با حجم بالا (سنگین دانه) برای ساخت بتن سنگین نظیر سرپانتی، مگنتیت، فولاد، آهن، باریت و لیمونیت
3-سنگدانه‌های با حجم و وزن معمولی که در ساخت مخلوط بتن معمولی کاربرد دارند.
سیمان (Cement)
سیمان پرتلند از مخلوط و آسیاب کردن سنگ آهک و خاک رس به نسبت ۳به۱ و پختن گرد همگن و یکنواخت زیر دمای ۱۰۰۰درجه، تا CO2 از سنگ آهک و آب شیمیایی از خاک رس جدا شوند. در گرمای زیر ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد آهک با سیلیس و رس ترکیب می‌شود. در گرمای بالای ۱۲۰۰درجه، رویه دانه‌های گرد داغ شده و ضمن عرق کردن به هم می‌چسبند و به صورت کلوخ‌های کلینکر در می آیند. از سرد کردن کلوخ‌ها و سپس آسیاب کردن آنها با کمی سنگ گچ، سیمان تولید می‌شود.

آب (Water)
کیفیت آب در بتن از آن جهت حائز اهمیت است که ناخالصی‌های موجود در آن ممکن است در گیرش سیمان اثر گذاشته و اختلالاتی به وجود آورند. همچنین آب نامناسب ممکن است روی مقاومت بتن اثر نامطلوب گذاشته و سبب بروز لکه‌هایی در سطح بتن و حتی زنگ زدن آرماتور بشود. در اکثر اختلاط‌ها آب مناسب برای بتن آبی است که برای نوشیدن مناسب باشد. مواد جامد چنین آبی به ندرت بیش از ۲۰۰۰ قسمت در میلیون ppm خواهد بود به‌طور معمول کمتر از ۱۰۰۰ ppm می‌باشد. این مقدار به ازای نسبت آب به سیمان ۰٫۵ معادل ۰٫۰۵ وزن سیمان می‌باشد. معیار قابل آشامیدن بودن آب برای اختلاط مطلق نیست و ممکن است یک آب آشامیدنی به جهت داشتن درصد بالایی از یونهای سدیم و پتاسیم که خطر واکنش قلیایی دانه‌های سنگی را به همراه دارد، برای بتن سازی مناسب نباشد. به عنوان یک قاعده کلی هر آبی که PH (درجه اسیدیته) آن بین ۶ الی ۸ بوده و طعم شوری نداشته باشد می‌تواند برای بتن مصرف شود. رنگ تیره و بو لزوماً وجود مواد مضر در آب را به اثبات نمی‌رساند.

مقدار آب مصرفی
مقدار آب مصرفی در داخل بتن بسیار با اهمیت است. به منظور تکمیل فرایند واکنش سیمان با آب مقدار مشخصی آب مورد نیاز است. در صورتی که این مقدار کمتر از آن حد باشد قسمتی از سیمان برای واکنش آب کافی دریافت نمی‌کند و واکنش نداده باقی می‌ماند. در صورتی که بیش از مقدار مورد نیاز آب به مخلوط بتن اضافه شود پس از تکمیل واکنش، مقداری آب به صورت آزاد در داخل بتن باقی می‌ماند که پس از سخت شدن بتن باعث پوکی آن و نتیجتاً کاهش مقاومت خواهد شد. به همین دلیل دقت در مصرف نکردن آب زیاد در داخل بتن به منظور حصول مقاومت بالا ضروری است.
مقدار آب لازم برای تکمیل واکنش به صورت پارامتر نسبت آب به سیمان تعریف می‌شود. این نسبت برای سیمان پرتلند معمولی حدود ۲۵ درصد است. با این مقدار آب بتن فاقد کارایی لازم خواهد بود و معمولاً نسبت آب به سیمان مورد استفاده در کارگاه‌های ساختمانی بیش از این مقدار است. در تعیین نسبت اختلاط بتن پارامتری لحاظ می‌شود که مقدار رطوبت سنگدانه‌ها را نیز قبل از افزودن آب به بتن لحاظ می‌کند که در تعیین مقدار آب مورد نیاز حائز اهمیت است. این رطوبت اضافی (یا کمبود رطوبت) مقدار رطوبت مازاد (کمبود رطوبت) سنگدانه‌ها از حالت اشباع با سطح خشک SSD یا(Saturated Surface Dry)است.

عمل‌آوری (Curing)
عمل‌آوری بتن: یعنی حفظ رطوبت بتن تا زمانی که واکنش بین سیمان و آب تکمیل شود.
با ادامه یافتن هیدراتاسیون (ترکیب شیمیایی آب و سیمان) مقاومت بتن افزایش می‌یابد و این واکنش عامل افزایش مقاومت بتن یا همان گیرش سیمان است. برای عمل‌آوری یا ادامه یافتن فرایند هیدراتاسیون باید رطوبت نسبی حداقل ۸۰ درصد باشد. در صورتی که رطوبت کمتر از این مقدار شود عمل‌آوری متوقف شده و در صورتی که رطوبت نسبی به بالای ۸۰ درصد بازگردد فرایند هیدراتاسیون دوباره شروع خواهد شد. به دلیل تبخیر قسمتی از آب مورد نیاز قبل از تکمیل واکنش بین آب و سیمان (که چندین روز طول می‌کشد) قسمتی از سیمان موجود در مخلوط بتن واکنش نداده باقی می‌ماند. پس از بتن‌ریزی باید بلافاصله توجه لازم به فرایند عمل‌آوری معطوف گردد. این عمل می‌تواند به وسیله ی عایقکاری موقت، پاشش آب یا تولید بخار صورت گیرد. از دیدگاه عملی، حفظ رطوبت بتن برای ۷ روز توصیه می‌شود. در شرایطی که این کار ممکن نباشد حداقل زمان عمل‌آوری بتن نباید کمتر از ۲ روز باشد.

سنگدانه‌ها (Aggregates)
سنگدانه‌ها در بتن تقریباً سه چهارم حجم آن را تشکیل می‌دهند از اینرو کیفیت آنها از اهمیت خاصی برخوردار است. در حقیقت خواص فیزیکی، حرارتی و پاره‌ای از اوقات شیمیایی آنها در عملکرد بتن تأثیر می‌گذارد. دانه‌های سنگی طبیعی معمولاً به وسیله هوازدگی و فرسایش یا به‌طور مصنوعی باخرد کردن سنگ‌های مادر تشکیل می‌شوند. البته این مطلب نباید درمورد سنگدانه‌ها فراموش شود. سطح سنگدانه‌های اگر آغشته به گل و لای باشد باید سطح آن تمیز شود حتی الامکان باید شسته شود در صورت لزوم.

اندازه دانه‌های سنگی
بتن عموماً از سنگدانه‌هایی به اندازه‌های مختلف که حداکثر قطر آن بین ۱۰ میلیمتر و۵۰ میلیمتر می‌باشد ساخته می‌شود. به‌طور متوسط از سنگدانه‌هایی با قطر ۲۰ میلیمتر استفاده می‌شود. توزیع اندازه ذرات به نام «دانه بندی سنگدانه» مرسوم است. به‌طور کلی دانه‌های با قطر بیشتر از چهار یا پنج میلیمتر به نام شن و کوچکتر از آن به نام ماسه نامگذاری شده‌اند که این حد فاصل توسط الک ۴٫۷۵ میلیمتری یا نمره چهار مشخص می‌گردد. حد پایین ماسه عموماً ۰٫۰۷ میلیمتر یا کمی کمتر می‌باشد. مواد با قطر بین ۰٫۰۶ میلیمتر و ۰٫۰۲ میلیمتر به نام لای(سیلت) و مواد ریزتر رس نامگذاری شده‌اند. گل ماده نرمی است که شامل مقادیر نسبتاً مساوی ماسه و لای و رس می‌باشد.

کانی‌های مهم
کانی‌های مهم و متداول سنگدانه‌ها در زمینه استفاده در بتن عبارتند از:
کانی‌های سیلیسی (کوارتز، اوپال، کلسه دون، تریمیت، کریستوبالیت) فلدسپاتها، کانی‌های میکا، کانی‌های کربناتی، کانیهای سولفاتی، کانیهای سولفور آهن، کانیهای فرومنیزیم، کانی‌های اکسیدآهن، زئولیت‌ها و کانیهای رس.
 طبقه‌بندی براساس شکل ظاهری
در استاندارد ASTM سنگها از لحاظ شکل ظاهری به پنج گروه تقسیم شده‌اند: کاملاً گرد گوشه، گرد گوشه، نسبتاً گرد گوشه، نسبتاً تیز گوشه و تیز گوشه.
در استاندارد BS این نامگذاری به صورت: گرد گوشه، بی‌شکل-بی نظم، پولکی، تیز گوشه، طویل، پولکی طویل می‌باشد.

افزودنی‌ها (Admixtures)
ماده افزودنی یا (Admixtures) ماده‌ای است به غیر از سیمان پرتلند، سنگدانه، و آب، که به صورت گرد یا مایع، به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده بتن و برای اصلاح خواص بتن، کمی قبل از اختلاط یا در حین اختلاط به آن افزوده می‌شود.
مواد افزودنی به دو گروه مواد افزودنی‌های شیمیایی و مواد افزودنی‌های معدنی تقسیم می‌شوند.
انواع معمول مواد افزودنی بتن به شرح زیر است:
*شتاب‌دهنده سرعت هیدراتاسیون بتن (سخت شدن).
*کاهش دهنده سرعت گیرش بتن.
*افزودنی‌های حباب زا باعث ایجاد حباب‌های با هندسه کروی و بسیار ریز درون بتن می‌شوند. افزودنی‌های حباب زا عمداً برای ایجاد و تثبیت حباب‌های میکروسکوپی هوا در بتن استفاده می‌شود.
*روان‌ساز بتن که به منظور کاهش دهنده مقدار آب بتن استفاده می‌گردد.
**مواد افزودنی که شامل رنگدانه‌ها که می‌تواند برای تغییر رنگ بتن و زیبایی استفاده گردد:
 ضدیخ بتن
 چسب بتن
 سخت‌کننده بتن
کاربرد دیرگیرکننده در مواد افزودنی بتن: کار مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن به تأخیر انداختن گیرش بتن است. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن در بتن ریزی‌های حجیم یا شرایط گرم آب و هوایی استفاده می‌شود. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن برای جلوگیری از ترک‌های انقباضی ناشی از گیرش در بتن‌ریزی‌های پشت سر هم مناسب می‌باشد. مواد افزودنی دیرگیرکننده بتن برای حمل بتن در فاصله‌های زیاد استفاده می‌شود.
از جمله از مواد افزودنی بتن می‌توان از ژل میکرو سیلیس میکروسیلیکا ژل سیلیکافیوم نام برد همچنین گروت انواع روان‌کننده‌ها فایبر نیز از انواع افزودنی بتن می‌باشند.
معمولاً به جای استفاده از یک سیمان بخصوص، این امکان وجود دارد که بعضی از خواص سیمان های معمولی مورد استفاده را به وسیله ترکیب کردن آن با یک افزودنی تغییر داد. قابل توجه اینکه نباید عبارات «مواد ترکیبی» و «مواد افزودنی» با معانی مترادف به کار روند، زیرا مواد ترکیبی موادی هستند که در مرحله تولید به سیمان اضافه می‌شوند در حالی که مواد افزودنی در مرحله مخلوط کردن به بتن اضافه می‌شوند.
افزودنی‌های شیمیایی اساساً عبارتند از:تقلیل دهنده‌های آب، کندگیر کننده‌ها و تسریع کننده‌های گیرش که در آیین‌نامه ASTM به ترتیب تحت عنوان‌های تیپ‌های C,B،A طبقه‌بندی شده‌اند. دسته‌بندی افزودنی‌ها در استاندارد BS نیز مشابه می‌باشد. در ضمن افزودنی‌های دیگری نیز وجود دارند که هدف اصلی از کاربرد آنها محافظت بتن از اثرات زیان آور یخ زدگی و ذوب یخ است.

تسریع کننده‌ها
افزودنی‌هایی هستند که سخت شدگی بتن را تسریع می‌کنند و مقاومت اولیه بتن را بالا می‌برند. چند نمونه از تسریع‌کننده‌ها عبارتند از: کربنات سدیم، کلرورآلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم، نمک‌های آهن و کلرور کلسیم.

کندگیر کننده‌ها
افزودنی‌هایی هستند که زمان گیرش بتن را به تأخیر می‌اندازند. این مواد در هوای خیلی گرم که زمان گیرش معمولی بتن کوتاه می‌شود و همچنین برای جلوگیری از ایجاد ترک‌های ناشی از گیرش در بتن ریزی‌های متوالی مفید می‌باشند.
به عنوان چند نمونه از کندگیر کننده‌ها می‌توان از شکر، مشتقات هیدروکربنی، نمک‌های محلول روی و براتهای محلول نام برد.
به عنوان مثال اگر با یک کنترل دقیق ۰٫۰۵ وزن سیمان شکر به بتن اضافه کنیم، حدود چهار ساعت گیرش آن را به تأخیر می‌اندازد. مصرف ۰٫۲ تا یک درصد وزن سیمان از گیرش سیمان جلوگیری به عمل می‌آورد.

تقلیل دهنده‌های آب
این افزودنی‌ها به سه منظور استفاده می شود:
1-رسیدن به مقاومتی بالاتر به وسیله کاهش نسبت آب به سیمان
2-رسیدن به کارایی مشخص با کاهش مقدار سیمان مصرفی و نتیجتاً کاهش حرارت هیدراتاسیون در توده بتن.
3-سادگی بتن ریزی به وسیله افزایش کارایی در قالب هایی با آرماتور انبوه و موقعیت‌های غیرقابل دسترسی
**افزودنی‌های تقلیل دهنده آب تحت عنوان تیپ A دسته‌بندی می‌شوند؛ لیکن اگر افزودنی‌ها همزمان با کاهش نیاز به آب باعث تأخیر در گیرش نیز بشوند تحت عنوان تیپ D طبقه‌بندی می‌شوند. اگر این‌ها باعث تسریع در گیرش شوند تیپ E نامیده می‌شوند.

فوق روان‌کننده‌ها
این مواد از قوی‌ترین انواع تقلیل دهنده‌های آب هستند که در آمریکا به عنوان روان‌کننده قوی و درASTM به عنوان تیپ F نامگذاری شده‌اند. افزودنی‌هایی نیز هستند که در ضمن تقلیل شدید آب باعث مقداری تأخیر در گیرش نیز می‌شوند و به عنوان تیپ G طبقه‌بندی شده‌اند. دو نمونه از روان‌کننده‌های قوی: ملامین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده یا نفتالین فرمالدئید سولفاته شده تغلیظ شده می‌باشند. اساساً استفاده از اسیدهای سولفاته شده باعث تسریع عمل پراکنش می‌شود. چون در سطح ذرات سیمان جذب شده و به آنها بار منفی می‌دهند و این باعث دفع ذرات از یکدیگر می‌شود. این فرایند کارایی را در یک نسبت آب به سیمان مشخص افزایش می‌دهد.
آزمایش اسلامپ بتن
سنجش اسلامپ بتن : (Concrete slump test) آزمایشی است که در آن میزان کارایی و روانی (شل بودن یا سفت بودن آن) بتن تازه پیش از گیرش بتن تعیین می‌شود. این کار برای بررسی کارایی بتن تازه و در نتیجه روانی جریان بتن و سهولت ریخته شدن بتن وجا گرفتن آن در قالب انجام می‌شود. از این سنجش همچنین برای یافتن نشانه‌ای از وجود احتمالی بخشی از سیمان موجود در انبار با اختلاط نامتناسب استفاده می‌شود. به دلیل سادگی دستگاه‌های مورد استفاده و روال ساده آن روشی محبوب است. از این آزمون برای اطمینان از یکنواختی بارهای مختلف بتن در شرایط ویژه محلی نیز استفاده می‌شود. این سنجش از سری سنجش‌های بتن تازه (در مقابل سنجش بتن سخت شده) می‌باشد. این آزمایش معمولاً با نام‌های مخروط بتن یا روانی اولیه بتن شناخته می‌شود.
آزمایش جداگانه دیگری که آزمایش روانی بتن، یا «سنجش روانی اسلامپ» نام دارد، برای بتن‌های با روانی زیاد؛ که برای آن‌ها استفاده از سنجش استاندارد (غیرقابل اجرا) باشد وجود دارد، زیرا بتن هنگام برداشته شدن مخروط، شکل خود را حفظ نمی‌کند تا اندازه‌گیری شود.
وسایل مورد نیاز
[وسایل مورد نیاز جهت انجام آزمایش، یک سینی فلزی به ابعاد ۴۰×۴۰ یا ۵۰×۵۰ سانتی‌متر، یک مخروط فلزی به ارتفاع ۳۰ سانتی‌متر که قطر بالای آن ۱۰ سانتی‌متر و قطر پایین آن ۲۰ سانتی‌متر بوده و دارای دو دستگیره در دو طرف است، میله‌ای به طول تقریبی ۳۵ سانتی‌متر که در یک سر آن خط‌کشی به عرض ۵ سانتی‌متر قرار دارد، به‌طوری‌که پس از قرار گرفتن این میله در محل خود بر روی سینی، ارتفاع مابین سینی تا زیر خط‌کش ۳۰ سانتی‌متر یعنی برابر ارتفاع مخروط باشد، یک عدد میلگرد ساده به طول ۴۰ الی ۵۰ سانتی‌متر که برای متراکم کردن بتن داخل مخروط به کار می‌رود، و وسیله‌ای برای اندازه‌گیری طول.
روش انجام آزمایش
انجام این آزمایش به این صورت است که ابتدا مخروط اسلامپ بر روی سینی مربوطه و در محل خود مستقر می‌شود. سپس با یک بیلچه دستی اقدام به پرکردن مخروط می‌شود. این عمل در سه مرحله و هر مرحله با ۲۵ بار کوبش بتن (جهت فشرده‌سازی) به صورت یکنواخت در کل سطوح بتن انجام می‌شود. پس از اتمام سه مرحله فوق و پرشدن مخروط، با یک خط‌کش فلزی یا هر نوع وسیله ممکن، سطح بتن را صاف کرده تا با لبه قاعده بالایی در یک تراز قرار گیرد. سپس مخروط را در عرض سه ثانیه بالا می‌آوریم. پس از برداشت مخروط بتن مقداری افت خواهد کرد، به وسیله خط‌کش این مقدار افت را اندازه می‌گیریم، عدد به دست آمده همان مقدار اسلامپ بتن است که معمولاً به سانتی‌متر بیان می‌شود.
حوضچه های نگهداری بتن
نمونه های آزمایشگاهی بتن بعد از قالب گیری به مدت 24 ساعت درون قالب میمانند بعد از این مدت قالب ها باز شده و درون حوضچه نگهداری میشوند.
حوضچه نگهداری بتن میتواند پلاستیکی، فلزی یا حوضچه ساخته شده در محل با شد اما در هر صورت باید موارد زیر در آن رعایت شود:
1- دمای آب حوضچه در طول 24 ساعت 2±20 درجه باشد.
2- از آب سالم با ph نزدیک به 7 مثل آب آشامیدنی استفاده شود.
3- حوضچه نگهداری بتن، دارای سیستم سیرکولاسیون برای گردش آب باشد.
4- حوضچه، دارای سیستم گرمایشی برای تنظیم دما آب باشد.
5- ابعاد حوضچه نگهداری بتن به گونه ای باشد که نمونه برداشتن و گذاشتن درون حوضچه با سهولت انجام شود.
6- آب باید تمام وجه های نمونه را بپوشاند چسباندن نمونه ها به یک دیگر یا به کف حوضچه اشتباه است از طوری و مواد مشابه برای جدا کردن نمونه ها ازیک دیگر استفاده کنید.