بررسی و شناخت بتن

بتن چیست؟
بتن در مفهوم بسیار وسیع به هر ماده ای یا محصولی که از یک ماده چسبنده با خاصیت شیمیای شدن تشکیل شده باشد اتلاق می شود. این ماده چسبنده عموماً حاصل فعل و انفعال سیمانهای هیدرولیکی و آب می باشد.
حتی امروزه چنین تعریفی از بتن شامل طیف وسیعی از محصولات می شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان و نیز پوزولانها، سرباره کوره ها مواد مضاعف، گوگرد، مواد افزودنی، پلمیرها، الیاف و  غیره تهیه شود. همچنین در نحوه ساخت آن ممکن است از حرارت، بخار آب، اتوکلاو، و خلاء، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کننده های مختلف استفاده شود. در اینجا سعی می شود از بتنی صحبت شود که مخلوطی از سیمان و آب وسنگدانه و در نهایت مواد افزودنی است.
 اولین سئوالی که در اینجا مطرح است این است که ارتباط بین مواد تشکیل دهنده مخلوط بتن چیست؟ سه امکان وجود دارد: ابتدا ممکن است تصور شود که اصل ماده ساختمانی ماده چسبنده ای است که از هیدرواتاسیون سیمان و آب ناشی شده است و سنگدانه ها بعنوان مواد ارزان و پرکننده این ماده چسبنده می باشند. امکان دوم این است هک سنگدانه های درشت بعنوان سنگهای بنائی که توسط ملات به هم پیوسته اند در نظر گرفته شود و این ملات دوغاب سیمان و سنگدانه های ریزدانه باشد. امکان سوم این است که بتن بعنوان ماده ای از دو فاز مختلف یعنی سیمان هیدراته شده و دانه های سنگی در نظر گرفته شود. بنابراین خواص بتن به خواص هر یک از فازها و فصل مشترک این دو فاز بستگی دارد.
 هر یک از نظریات دوم و سوم محدودیتهایی داشته و می توانند برای بیان رفتار بتن بکار روند. لیکن در نظریه اول این مسائل وجود ندارد. اگرتصور شود که می توان سیمانی ارزانتر از سنگدانه ها نیز تهیه کرد. این سئوال پیش می آید که آیا می توان سیمان و آب را به تنهایی بعنوان یک ماده ساختمانی( بتن( بکار برد؟ پاسخ قطعاً منفی خواهد بود و علت آن تغییرات حجمی بالای خمیر سیمان می باشد. جمع شدگی خمیر خالص سیمان تقریباً به ۱۰ برابر جمع شدگی بتنی با ۲۵۰ کیلوگرم سیمان در مترمکعب می رسد. همین مسائل برای خزش و وارفتگی نیز مطرح است. علاوه بر این حرارت زیاد تولیدشده ناشی از مصرف سیمان به مقدار زیاد، بخصوص در آب و هوای گرم، سبب ایجاد ترک خواهد شد.همچنین مشاهده می شود که سنگدانه ها نسبت به خمیر سیمان در مقابل حملات مواد شیمیایی پایدارترند اگرچه خمیر سیمان نیز در این محیط های خورنده  نسبتاً پایدار است. بنابراین صرفنظر از قیمت، مواد سنگی در بتن بسیار مفید خواهند بود.
 بتن با کیفیت خوب
سئوال مهمی که در اینجا مطرح می باشد این است که بتن خوب چه بتنی است؟ می توان با توصیف بتن بد تا حدی مسأله را روشن نمود.بتن بد یا ضعیف بتنی است که به روانی رسوب که پس از سخت شدن کرمومی شود و غیرهمگن و بسیار ضعیف خواهد بود. این ماده از اختلاط آب و سیمان و دانه های سنگی بدست آمده است و با کمال تعجب باید گفت که بتن خوب هم از همین مواد ساخته می شود. لیکن تفاوت در میزان آگاهی از چگونه ساختن بتن می باشد. با آگاهی از چگونگی ساخت بتن خوب دو معیار کلی برای یک بتن خوب تعریف می شود:
 بتن باید در حالت سخت شده و در حالت تازه زمانی که از مخلوط کن تخلیه شده و در قالبها ریخته می شود، مورد پذیرش واقع شود. بطورکلی روانی و غلظت بتن تازه باید طوری باشد که با وسایل موجود در کارگاه بتوان آن را متراکم نمود. همچنین چسبندگی مخلوط باید بحدی باشد که در ضمن حمل و ریختن بتن با وسایل موجود، مواد از یکدیگر جدا شوند. البته موارد فوق مطلق نیست و به حمل بتن با وسایل از پائین بازشونده، دامپر و یا کامیون های تخت بستگی دارد. البته حمل بتن با روش اول بسیار مناسب خواهد بود.
در مورد بتن سخت شده عموماً مقاومت فشاری بعنوان معیار پذیرش در نظر گرفته می شود. تعیین مقاومت فشاری بعنوان یک مشخصه به این علت است که اندازه گیری آن نسبتاً آسان است اگرچه عددی که بعنوان مقاومت از آزمایشها بدست می آید، مقاومت واقعی بتن در ساختمان نمی باشد و تنها کیفیت آن را نشان می دهد. بنابراین مقاومت تنها راه ساده ای است که برای ارزیابی و همسازی بتن با مشخصات در نظر گرفته می شود. علت دیگر انتخاب مقاومت فشاری این است که بسیاری از خواص دیگر بتن به مقاومت آن ارتباط پیدا می کند. بعنوان مثال وزن مخصوص، نفوذپذیری، تا حدی دوام، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت کششی، مقاومت در برابر سولفاتها، و بعضی خواص دیگر با مقاومت ارتباط دارند. لیکن جمع شدگی و افت و تا حدی خزش اینطور نیستند. البته نباید گفت که این خواص بتن صددرصد تابع مقاومت فشاری هستند. بعنوان مثال باید دقت شود که دوام بتن نه تنها با مقاومت بلکه با پارامترهای دیگری نظیر نسبت آب به سیمان و مقدار سیمان در مخلوط نیز مربوط است. اما نکته اینجاست که عموماً بتن با مقاومت بالا خیلی از خواص مطلوب را دارا می باشد. مطالعه در جزئیات این موارد از مباحثی است که تکنولوژی بتن به آن می پردازد.
شیمی ترکیبات سیمان
مواد خام تشکیل دهنده سیمان اساساً از اکسیدهای کلسیم، سیلیسیم، وآهن تشکیل شده اند. این مواد در کوره با هم ترکیب شده و  به غیر از مقداری آهک آزاد باقیمانده که فرصت کافی برای فعل و انفعال نداشته است، ترکیبات شیمیایی جدید و پایداری نتیجه می شوند. در هنگام خنک کردن مصالح، براساس سرعت خنک کردن، مواد به شکل بلوری و بی شکل ظاهر می گردند. دانه های بی شکل که اکثراً شیشه ای هستند و دانه های بلوری شده، در حالیکه یک فرمول شیمیایی دارند، دارای خواص متفاوتی می باشند. برای سیمان معمولی درصد ترکیبات حاصل از فعل و انفعالات فوق با داشتن درصد اکسیدهای موجود در کلینگر و با فرض اینکه کریستاله شدن کامل انجام پذیرفته باشد قابل محاسبه است.
جدول(_۲-۱) چهار ترکیب اصلی سیمان با علائم اختصاری مشخصه آنها را نشان می دهد. علائم مختصر شده که توسط شیمیدانهای سیمان پیشنهاد گردیده است به صورت     ، ، ،  و   می باشد.
 جدول ۲-۱ ترکیبات اصلی سیمان پرتلند
نام ترکیب        اکسیدهای تشکیل دهنده         علامت اختصاری
سه کلسیم سیلیکات                                                         
دو کلسیم سیلیکات                                                                        
سه کلسیم آلومینات                                                             
چهار کلسیم آلومینوفریت                                          
محاسبه مربوط به میزان ترکیبات سیمان حاصل از اکسیدهای اصلی تشکیل دهنده آن، توسط« بوگ» انجام شده و بنام« معادلات بوگ» معروف می باشد این معادلات درصد ترکیبات اصلی سیمان را نشان می دهند.علاوه بر مقادیر داخل پرانتزها درصد اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان نسبت به کل وزن سیمان را نشان می دهند.
سیلیکاتها یعنی  و  تر کیبات اصلی و مهم سیمان می باشند و د ر حقیقت مقاومت سیمان هیدراته شده به آنها بستگی دارد
( اکسیدهای تشکیل دهنده این سیلیکاتها تأثیرات مهمی روی شکل اتمی و کریستالی و خواص هیدرولیکی آنها دارند. در حقیقت حضور   در سیمان سودمند نیست. این ترکیب نقشی در مقاومت سیمان، به جز کمی در سن اولیه آن نداشته  بعد از سخت شدن سیمان، در معرض حمله سولفاتها با تشکیل سولفوآلومینات کلسیم
( اترینگایت) سبب خرابی و فساد آن می گردد. بهر حال در تولید سیمان  در ترکیب اکسید کلسیم با اکسید سیلیسیم سهولت ایجد کرده و سودمند می گردد   که به میزان کمی بوجود می آید در مقابل سه ترکیب اصلی دیگر نقش عمده ای در خواص سیمان ندارد. بهرحال این ترکیب با سنگ گچ سیمان سولفوفریت کلسیم تشکیل می دهد. که این ماده هیدراتاسیون سیلیکاتها را تسریع می کند.
سیمان
 میزان سنگ گچی که به کلینگر سیمان اضافه می شود بسیار مهم بوده و بستگی به میزان   و قلیائیهای سیمان دارد. بالارفتن سیمان باعث در دسترس قراردادن تعداد زیادتری   در روزهای اولیه فعل و انفعال شد و این میزان سنگ گچ مورد نیاز را افزایش می دهد. افزایش سنگ گچ بنوبه خود سبب انبساط بیش از حد و خرابی سیمان سخت شده می گردد. مقدار بهینه سنگ گچ، براساس حرارت ایجاد شده از فعل و انفعال سیمان تعیین می شود. پیشرفت مناسب فعل و انفعالات ما را مطمئن می سازد که وقتی همه سنگ گچ ترکیب شود مقدار کمی   باقی می ماند. استانداردهای BS 12: 1978 و ASMTIC 150-84 مقدار مناسب سنگ گچ را به صورت میزان   موجود، توصیه می کنند.
 علاوه بر اکسیدهای اصلی ذکر شده در جدول(۲-۱) اکسیدهای فرعی نظیر    و   سبز به مقدار بسیار کمی در سیمان وجود دارند. دو اکسید سدیم و پتاسیم که بنام قلیائیهای سیمان می باشند، در این بین اهمیت دارند. این اکسیدها با پاره ای از امواد سنگی در بتن ترکیب شده و سبب خرابی بتن و نیز تغییر در میزان افزایش مقاومت آن می گردند، بنابراین مقدار کم آنها در سیمان نیز می بایستی کنترل شود و به آن اهمیت داده شود.
 جدول(۲-۲) درصد اکسیدهای موجود در سیمان پرتلند را نشان می دهد. همچنین در جدول(۲-۳) درصد اکسیدهای یک نوع سیمان معمولی استاندارد بهمراه ترکیبات حاصل از معادلات
« بوگ» نشان داده شده است.
جدول(۲-۲) مقدار تقریبی اکسیدهای سیمان پرتلند
          اکسید                         مقدار به درصد
                                        67-60
                                        25-17
                                        8-3
                                       6-5/0
                                        4-1/0
                                    3/1-2/0
                                           3-1
در جدول(۲-۳) حمله پس مانده نامحلول که با استفاده از اسیدکلرئیدریک بدست آمده است در حقیقت ناخالصی سیمان را که به مقدار زیاد ناخالصی در سنگ گچ می باشد نشان می دهد. استاندارد BS 12: 1978 مقدار پسمانده نامحلول را به حداکثر ۵/۱ درصد وزن سیمان محدود می کند. مقدار مشابه در استاندارد ASTMIC 150-84 حدود ۷۵/۰ می باشد. افت سرخ شدن در این جدول درواقع میزان کربناتاسیون و هیدراتاسیون آهک آزاد و اکسید منیزیم آزاد سیمان را در هوا نشان می دهد. هر دو استاندارد ASTM و BS مقدار افیت سرخ شدن سیمان را به ۳ درصد محدود می کند. لیکن در مناطق گرمسیری تا حد ۴ درصد را مجاز می داند. از آنجا که آهک آزاد هیدراته شده در سیمان بی ضرر می باشد، لذا برای یک مقدار مشخص آهک آزاد بالاتر بودن افت سرخ شدن سودمند می باشد.
 جدول( ۲-۳)- اکسیدها و ترکیبات مختلف سیمان پرتلند تیپ ۱
       درصد اکسیدها                 ترکیبات محاسبه شده براساس فرمول بوگ( درصد)
                   63                                           8/10
                  20                                            1/54
                 6                                              6/16
                 3                                             1/9
                5/1              ترکیبات فرعی                      –
                   2     
                1   
سایر اکسیدها        1
افت سرخ شدن      2
پس ماند نامحلول ۵/۰
انواع سیمان پرتلند
سیمانهایی که با ترکیبات مختلف شیمیایی ساخته می شوند خواص متفاوتی نیز نشان می دهند. بنابراین می توان با انتخاب مواد خام، نوع خاصی از سیمان با خواص مطلوب و خواسته شده ساخت. امروزه چندین نوع سیمان پرتلند و همچنین سیمانهای خاص برای موارد استفاده خاص در جهان ساخته می شوند. جدول ۲-۷ انواع اصلی سیمانهای پرتلند را که مطابق استانداردهای BS و ASTM می باشند، نشان می دهند. در جدول( ۲-۸) اکسیدهای آزاد و ترکیبات پنج نوع سیمان پرتلند جهت مقایسه آورده شده است.
 اکثر سیمانهای فوق برای ساخت بتنی با دوام در شرایط مختلف محیطی تولید شده اند. بهرحال غیرممکن است که ترکیبات سیمان بتواند جواب کاملی برای حل مسأله دوام بتن ارائه کند. البته خواص فیزیکی و مکانیکی بتن سخت شده نظیر مقاومت، جمع شدگی، نفوذپذیری، مقاومت در مقابل هوازدگی و خزش، علاوه بر سیمان و ترکیبات آن به عوامل دیگری نیز بستگی دارند. لیکن سیمان نقش عمده ای را در مقاومت ایفا می کند. در شکل( ۲-۴) روند افزایش مقاومت بتن های ساخته شده از سیمانها نشان داده شده است. اگرچه این روند در سیمانهای مختلف متفاوت است، لیکن مقاومت ۹۰ روزه آنها اختلاف ناچیزی دارند. بطورکلی سیمانهای با روند سخت شدن آرام، مقاومت نهایی بالاتری را نشان می دهند بطور مثال سیمان با حرارت زایی کم( نوع ۴) کمترین مقاومت را بعد از ۲۸ روز نشان می دهد. ولی همین سیمان بعد از پنج سال دوم بیشترین مقاومت را کسب کرده است.
 بهرحال بایستی متذکر گردید که این روند تا حدی به تغییرات نسبت مواد در مخلوط نیز بستگی دارد. اختلاف اساسی که در خواص سیمانهای مختلف در زمانهای اولیه هیدراتاسیون وجود دارد در خمیرهای هیدراته کامل بسیار جزئی هستند.
جدول(۲-۷)- انواع اصلی سیمان پرتلند
طبقه بندی استاندارد انگلستان                       طبقه بندی استاندارد آمریکا
نوع سیمان                  BS                        نوع سیمان             ASTM
سیمان پرتلند معمولی   12:1978                       نوع I                  C150-84
پرتلند زود سخت شونده ۱۲:۱۹۷۸                    نوع III               C150-84
پرتلند با مقاومت بسیار
زودرس                       –                                –                         –
پرتلند با حرارت زایی کم ۱۳۷۰:۱۹۷۹               نوع IV                 C 150-84
سیمان اصلاح شده           –                            نوع II                 C150-84
پرتلند ضدسولفات        4027:1980                 نوع V                   C150-84
پرتلند روباره آهنگدازی ۱۴۶: Part 2: 1973     نوع IS و IS(MS)     C 595 –
آهنگدازی با حرارت زایی
کم              4246:part 2: 1974                   –                             –
پرتلند سفید                12: 1978                     –                        C150-84
پرتلند پوزولانی           4627:1970                  نوع IP
                             6588: (Draft)                نوع p                C595-
۳۸۹۲: part 1: 1982                                نوع I(PM)
سیمانهای نوع IS,I   IP و P   ( H,(PM)  و IH با مواد هوازا نیز که با علامت A مشخص می شود، ساخته می شوند.
جدول (۲-۸) مقادیر متوسط ترکیبات سیمانهای پرتلند
سیمان                             ترکیبات سیمان، درصد
                              آزاد Mg    پسماند نامحلول
نوع I     59       15      12        8           9/2       8/0         4/2        2/1
نوع II     46        29     6        12          9/2       6/0          2             1
                      ( حداکثر۸)
نوع III     60        12    12       8           9/3        3/1        6/2         9/1
                     ( حداکثر ۵) 
نوع IV     20         26    5        12          9/2         3/0      7/2          1
( حداکثر ۲۵)( حداقل ۴۰)( حداکثر ۷)
نوع V      43         36    4        12          7/2         4/0         6/1       1
مقادیرحداکثر و حداقل در جدول فوق براساس دستورالعمل ASTMC 150-84  تنظیم شده است.
 شکل(۲-۴) روند افزایش مقاومت بتنهای ساخته شده با ۳۳۵ کیلوگرم از سیمانهای مختلف در مترمکعب بتن،
سیمان پرتلند معمولی( تیپ I )، سیمان اصلاح شده( نوع II )، سیمان زودسخت شونده( نوع III )، سیمان با حرارت زایی کم
( نوع IV  ) و سیمان ضدسولفات( نوع V )
تقسیم بندی سیمانها به تیپهای مختلف به این معنی نیست که سیمان های قرار گرفته در یک نوع خاص با یکدیگر متفاوت نیستند. بعلاوه  خواص بعضی سیمانها بگونه ای است که می توان آنها ا در چند نوع طبقه بندی نمود. یک نوع سیمان ممکن است خاصیت خواسته شده ای را برآورده نماید. لیکن از نقطه نظرهای دیگر مسائلی را ایجاد می کند. به این دلیل باید تعادلی بین خواص درخواستی بوجود آورده و بعلاوه ملاحظات اقتصادی را نیز منظور داشت.سیمان نوع ۲ مثالی است از سیمانی که این تعادل در آن رعایت شده است.
امروزه روش ساخت سیمان پیشرفت زیادی نموده است و سعی می شود با توسعه بیشتر آن سیمانهای مختلف با خواص خواسته شده و مطابق با استاندارد تهیه شود.
 سیمان پرتلند معمولی( نوع ۱)
این نوع سیمان معمولی ترین سیمانی است که در همه موارد به غیر از مواردی که بتن در معرض سولفات موجود در خاک یا آب قرار می گیرد، بکار می رود. استاندارد BS 12: 1978 ضریب اشباع آهک را برای این نوع سیمان بین ۶۶/۰ و ۰۲/۱ محدود می کند. این ضریب براساس فرمول زیر که عبارت داخل پرانتزها درصد وزنی اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان هستند، قابل محاسبه می باشد.                                      
آهک آزاد اضافی سلامت سیمان را به مخاطره می اندازد، لذا باید محدود گردد. اگر چه در استاندارد ASTMC 150-84 محدودیت خاصی برای آهک توصیه نشده است ولیکن مقدار آهک آزاد معمولاً کمتر از ۵/۰ درصد می باشد.
 سایر مشخصات استاندارد در زیر خلاصه می شود.                                          BS 12:1978             ASTM  C 150-84
مقدار اکسید منیزیم                                                        
پس ماند نامحلول                                                      
افت سرخ شدن                                                             
مقدار گچ( بصورت  ) 
وقتی که درصد  :                                                                    –                                                                       
طی سالها تولید سیمان نوع ۱، تغییراتی در مشخصات آن پدید آمده است. در مقایسه با ۴۰ سال قبل سیمانهای جدید   و ریزی بالاتری را دارا می باشند. استاندارد BS 12: 1978 حداقل سطح مخصوص   را مشخص می کند. در نتیجه مقاومت فشاری ۲۸ روزه سیمانهای جدید بیشتر بوده ولی افزایش مقاومت دراز مدت آنها کمتر است. نتیجه عملی این تغییرات این است که باید انتظار داشت مقاومت بیشتر با زمان را در سیمانهای جدید تاحدی تقلیل داد. این نکته مهمی است که باید در نظر داشت. بخصوص که امروزه مقاومت ۲۸ روزه معمولاً اساس سنجش قرار می گیرد.
 سیمان پرتلند نوع ۱ معمولترین سیمانی است که دارای مرغوبیت بالایی است و امروزه در مقیاس وسیعی در جهان مصرف دارد.
سیمان پرتلند زود سخت شونده( نوع ۳)
همانطور که از نام سیمان پیداست مقاومت این سیمان به سرعت افزایش می یابد( جدول ۲-۸) را ببینید. این خاصیت به علت درصد بالای   در این سیمان( تقریباً ۷۰ درصد) و ریزی بالا
( حداقل  ) می باشد. البته در سالهای اخیر وجه تمایز این سیمان با سیمان نوع ۱ در ریزی این سیمان است و اختلاف مابین ترکیبات شیمیایی آنها ناچیز است.
 استفاده اساسی از این سیمان موقعی است که قالبها باید برای بتن ریزی مجدد سریعاً باز شوند و یا زمانی که برای پیشرفت سریعتر کار ساختمان به مقاومت زودرس نیاز می باشد. این سیمان بعلت ایجاد حرارت خیلی بالا نبایستی در بتن ریزیهای حجیم و یا در قطعا برگ بتنی بکار رود( شکل ۲-۵). اما از طرف دیگر در بتن ریزی در هوای سرد بعلت حرارت بالا این سیمان می تواند از یخ زدگی سریع جلوگیری نماید. زمان گیرش سیمانهای نوع ۱ و نوع ۳ تقریباً یکسان است. قیمت تمام شده سیمان نوع ۳ کمی بیش از سیمان پرتلند نوع۱ می باشد.
سیمان ضدسولفات( نوع ۵)
این نوع سیمان که با   کمتری ساخته می شود در مقابل حمله س لفاتها به بتن پایدار است. در صورت زیادبودن  تشکیل سولفوآلومینات کلسیم و گچ که با انبساط همراه است سبب ایجاد ترک و خرابی بتن می گردد. نمکهایی که اثر بیشتری روی بتن دارند معمولاً سولفاتهای منیزیم و سدیم می باشند. تأثیر سولفاتها بر بتن در اثر ترد و خشک شدن بتن تشدید می گردد. این مورد بخصوص در قسمتهایی از بتن که در معرض جزرومد قرار می گیرد و در سازه های دریایی مشاهده شده است.
براساس استاندارد BS4027 جهت دستیابی به خاصیت ضدسولفاتی سیمان مقدار    در آن باید به حداکثر ۵/۳ درصد محدود گردد. ریزی این سیمان نیز حداقل   تعیین شده است. در استاندارد آمریکا (ASTM  C 150-84) موقعی که حد انبساط سولفاتی مشخص نشده است مقدار  به حداکثر ۵ درصد و مجموع مقادیر   و دو برابر  از ۸ درصد کمتر است به حدود ۳/۲ درصد محدود می کند.  در آمریکا همچنین سیمانی با خاصیت ضدسولفاتی متوسط ساخته می شود. این سیمان از مخلوط کردن سیمان پرتلند معمولی با سرباره(  نوع IS(MS) ) و یا با پوزولان( نوع IP(MS) ) تهیه می شود. مقدار   موجود در این سیمانها به ۸ درصد محدود می شود( – ۵۹۵ ASTM   C  ).
 حرارت زدایی سیمانهای ضدسولفات خیلی بیشتر از سیمانهای با حرارت زایی پائین نیست. لیکن قیمت تمام شده آنها به علت ترکیبات خاص مورد نیاز در مواد خام آنها اندکی بالاتر از سیمان نوع ۴ می باشد. بنابراین سیمان ضدسولفات تنها هنگامی که لازم است باید مصرف شود و این نوع سیمان در موارد معمولی استفاده نمی شود.
 اندازه دانه های سنگی
بتن عموماً از سنگدانه هایی به اندازه مختلف که حداکثر آن بین ۱۰ میلیمتر(  اینچ) و ۵۰ میلیمتر( ۲ اینچ) و بطور متوسط ۲۰ میلیمتر(  اینچ) می باشد، ساخته می شود. توزیع اندازه ذرات بنام دانه بندی سنگدانه موسوم است. بتنهای متوسط ممکن است از سنگدانه هایی که همه اندازه ها را دارا بوده و یکجا در محل موجودند ساخته شوند، لیکن آنچه معمول است و همیشه در ساخت یک بتن با کیفیت بالا باید رعایت گردد انتخاب حد فاصلی بین مواد درشت دانه و ریزدانه می باشد. این حد فاصل معمولاً الک ۵ میلیمتر با نمره ۴ استاندارد ASTM انتخاب می شود. البته این تقسیم بندی گاه تغییراتی جزئی نیز دارد لیکن بطورکلی مواد درشت تر از ۴  یا ۵ میلیمتر بنام شن و کوچکتر از آن بنام ماسه نامگذاری شده اند، حد پائین ماسه عموماً ۰۷/۰ میلیمتر یا کمی کمتر می باشد. مواد بین ۰۶/۰ میلیمتر( ۰۰۲/۰ اینچ) و ۰۲/۰ میلیمتر(۰۰۰۸/۰ اینچ) به لای با سیلت و مواد ریزتر جزء رسها طبقه بندی شده اند گل ماده نرمی است که شامل مقادیر نسبتاً مساوی ماسه و لای و رس می باشد.
 سنگ شناسی دانه ها
از نقطه نظر سنگ شناسی براساس BS812( جدول ۳-۱) سنگدانه ها به گروههای متعددی که خواص نسبتاً مشابه دارند تقسیم بندی می شوند. طبقه بندی گروهی سنگها نمایند متناسب بودن آنها در بتن نیست و در پاره ای از گروهها خواص مناسب کاملاً شناخته شده است. در پاره ای از موارد نام تجارتی سنگها مورد استفاده قرار می گیرد که به طبقه بندی آنها از نظر سنگ شناسی ارتباطی ندارد.
استاندارد ASTM   C 294-69 کانیهای مهم و متداول در سنگدانه ها را به صورت زیر مشخص می کند.
 کانیهای سیلیسی( کوارتز، اوپال، کلسه دون، تریمیت، کریستوبالیت) فلدسپاتها ، کانیهای میکا، کانیهای کربناتی، کانیهای سولفاتی، کانیهای سولفور آهن، کانیهای فرو منیزیم، کانیهای اکسیدآهن، زئولیت ها و کانیهای رس.
 در این کتاب جزئیات روشهای کانی شناسی و سنگ شناسی بحث نمی شود لیکن آزمایشهای مختلف سنگ شناسی ابزار دقیقی جهت ارزیابی کیفیت سنگدانه ها، بخصوص مقایسه سنگهای با سابقه مشخص و سنگهای جدید بدست می دهند. همچنین با این روشها خواص نامطلوب نظیر وجود اکسیدهای سیلیسیم ناپایدار در سنگها را می توان تشخیص داد. در ارتباط با سنگدانه های مصنوعی تأثیر روشهای تولید و مراحل مختلف آن نیز مورد مطالعه قرار می گیرد.
آب اختلاط
در اکثر استانداردها، آب مناسب برای بتن آبی است که برای آشامیدن مناسب باشد. مواد جامد محلول چنین آبی بندرت بیش از ۲۰۰۰ قسمت در میلیون( ppm ) خواهد بود و بطور معمول کمتر از ppm 1000 می باشد. این مقدار بازای نسبت آب به سیمان ۵/۰ معادل ۰۵/۰درصد وزن سیمان می باشد. در صورتیکه مقدار لای بیش از ppm 3000 باشد، برای کاهش آن می توان قبل از مصرف آب مدتی آنرا در یک حوضچه آرامش نگاه داشت. آبی که برای شستن مخلوط کن بتن بکار رفته، به شرطی که از ابتدا برای بتن مناسب باشد، می تواند بعنوان آب مخلوط بکار رود.( مواد جامد درون آب برای بتن مناسب می باشند) استاندارد ASTM  C 94-83 نیز استفاده از چنین آبی را مجاز می داند لیکن نباید سیمانهای متفاوت و افزودنی های مختلف بکار رود.
 معیار قابل آشامیدن بودن آب کاملاً مطلق نیست و ممکن است یک آب آشامیدنی به جهت داشتن درصد بالایی از یونهای سدیم و پتاسیم که خطر واکنش قلیایی دانه های سنگی را بهمراه دارد. برای بتن سازی مناسب نباشد، گرچه آشامیدنی بودن آب معیار قابل اطمینانی برای بتن قابل قبول باشد، بعنوان یک قاعده کلی هر آبی که PH ( درجه اسیدیته) آن بین ۶ تا ۸ بوده و طعم شوری نداشته باشد. می تواند برای بتن مصرف شود. رنگ تیره و بو در آب لزوماً وجود مواد مضر در آب را به اثبات نمی رساند. آبهای طبیعی که کمی اسیدی می باشند، برای بتن ضرری ندارد. لیکن آبی که دارای اسید هیرمیک و یا سایر اسیدهای آلی باشد تأثیر سویی درسخت شدن بتن دارد. لازم است چنین آبهایی و نیز آبهای با درجه قلیایی بالا برای بتن سازی آزمایش شوند. دو توصیه دیگر نیز در مورد آب قابل توجه می باشد. وجود جلبک در آب مخلوط سبب ایجاد حباب هوا در بتن و درنتیجه کاهش مقاومت می گردد. دیگر اینکه سختی آب در کیفیت و اثرگذاری افزودنی های هوازا بی تأثیر است.
در پاره ای از کشورها دستیابی به آب مناسب به میزان کافی مشکل بوده و تنها آبهایی با مقداری شوری در دسترس می باشد. چنین آبهائی اکثراً محتوی نمکهای سولفات و کلرور هستند اگر یون کلر در آب از میزان ppm 500 و یون  از مقدار ppm 1000 تجاوز نکند آب خورنده نبوده و حتی آبهایی که مقدار یونهای آنها کمی بیش از مقادیر فوق بوده نیز در بستن بکار رفته است. استاندارد BS 3148 مقادیر کلرور و   در آب را به میزان مقادیر بالا محدود کرده و توصیه می کند میزان کربناتها و بی کربناتهای قلیائی از مرز ppm 1000 تجاوز نکند.
 گاهی به ناچار می بایستی آب دریا در مخلوط بتن مصرف شود. آب دریا معمولاً ۵/۳ درصد املاح محلول دارد( ۷۸ در صد مواد محلول NaCl و ۱۵ درصد   و   می باشد). چنین آبی مقاومت اولیه را بالا می برد و لیکن مقاومت درازمدت معمولاً پائین می آید. البته افت مقاومت معمولاً بیش از ۱۵ درصد نخواهد بود که قابل جبران است. تأثیر این آب روی زمان گیرش هنوز کاملاً روشن نیست لیکن این امر در مقابل مقاومت چندان مهم نیست. استاندارد BS 3148 تغییرات تا حدود ۳۰ دقیقه در زمان گیرش اولیه را مجاز می داند.
 آب دریا یا اصولاً هر آبی که شامل مقدار زیادی نمک کلرور باشد، سبب مرطوب نمودن نمونه و ایجاد شوره در آن می گردد. چنین آبی نبایستی در مواردی که ظاهر بتن در نما اهمیت دارد و یا زمانی که پوشش گچی سطح آن را می پوشاند مصرف گردد. در کاربرد بتن مسلح استفاده از آب دریا بخصوص در مناطق گرمسیر خطر خوردگی فولاد را بالا می برد. در اکثر ساختمانهایی که در هوای نسبتاً مرطوب قرار دارند و در حالتی که پوشش بتن روی آرماتور کافی نبوده و با بتن کاملاً متراکم نیست، این نمکها در مجاورت رطوبت باعث خرابی آن شده اند. از طرفی هنگامی که قطعه بتن مسلح بطور دائم و کامل در آب شیرین یا آب دریا قرار می گیرد استفاده از آب دریا در ساخت بتن فوق تأثیر نامطلوبی نداشته است. بهرحال در عمل استفاده از آب دریا در مخلوط بتن توصیه نمی شود.
کارآیی
در یک تعریف، کارآیی بصورت مقدار کار مفید داخلی لازم برای ایجاد تراکم کامل بیان شده است. کار داخلی مفید یکی از خواص فیزیکی بتن است و در واقع کار یا انرژی لازم برای غلبه بر اصطکاک داخلی بین ذرات تشکیل دهنده بتن می باشد. در عمل انرژی بیشتری لازم است تا بر اصطکاک سطحی بین بتن و قالبها باآرماتورها غلبه کند. همچنین انرژی تلف شده ای جهت لرزاندن قالبها و بتنی که متراکم شده است، مصرف می شود. بنابراین در عمل اندازه گیری کارآیی طبق تعریف فوق مشکل بوده و چیزی که اندازه گیری می شود، کارآیی براساس یک روش ابداعی بخصوص می باشد…