براساس استاندارد ACI 304  بتن سنگين، بتنى است كه اساساً داراى چگالی بیشترى نسبت به بتن هاى ساخته شده با سنگدانه هاى معمولى باشد که معمولاً با استفاده ازسنگدانه هاى سنگين تهيه شده است. محدوده چگالی خشک بتن های سنگین از 3040 کیلوگرم بر مترمکعب (معادل بتن با سنگدانه مگنتیت) شروع می شود. معمولا در ساخت این گونه بتن بجای شن و ماسه خرده های فولاد، چدن و یا سولفات باریم بکار می رود. از این رو به این دسته از بتن ها، بتن سنگین گفته می شود که در تولید آن از سنگدانه های فلزی یا فلزات به عنوان سنگدانه استفاده می شود

نکات قابل توجه در بتن های سنگین

  • چگالی یکنواخت
  • فاقد هرگونه ترک می باشد
  • تا حد امکان نباید در بتن حباب هوا وجود داشته باشد
  • کنترل دمای هیدراسیون بتن
  • کنترل جمع شدگی در بتن

کاربردهای بتن سنگین

1-ساخت نیروگاه های هسته ای (برای پیشگیری از بروز نشت های اتمی و آلایندگی زیست محیطی)

  • استفاده در آزمايشگاه هاي ايزوتوپ
  • استفاده در دستگاه هاي پرتودهي در صنايع غذايي و پلاستيك ها

امروزه تکنولوژي هسته اي داراي کاربردهاي متعدد در علوم و فنون مختلف از قبیل تولید برق، مقاصد نظامي، صنعت، پزشکي، کشاورزي، پژوهشي و … مي باشد. در هر اتمی، ذراتی از انرژی نهفته که اجزای مختلف اتم نیز به وسیله همان بهم پیوند یافته‌ است، لذا هسته اتم منبعی از انرژی به‌شمار می‌رود که با شکافت اتم این انرژی رها می‌شود. مواد رادیواکتیو از اتم های ناپایداری تشکیل می شوند که تجزیه شده و سطح انرژی بالایی به نام تابش رادیواکتیو را آزاد می کنند. این اتم ها عناصر جدیدی را تشکیل می دهند که سه نوع تابش رادیواکتیو ذرات آلفا ، ذرات بتا و پرتوهای گاما را شامل می شود. در کنار فایده های بسیار زیاد استفاده از رادیواکتیو، باید توجه داشت که این اشعه به سلول و بافت های زنده آسیب میرساند و حفاظ گذاری در برابر آن امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. به منظور حفاظ گذاری در برابر اشعه، مواد جاذب باید دارای دانسیته بالایی باشند. همچنین ضریب تضعیف اشعه و مقاومت مکانیکی بالای این مواد، مقرون به صرفه بودن و دسترسی آسان حائز اهمیت می باشد. با توجه به موارد مطرح شده ، استفاده از بتن گزینه ای مناسب جهت حفاظ گذاری برای اشعه رادیواکتیو است.معمولا اگر محدودیت فضا در حفاظ گذاری مطرح نباشد، بتن معمولی محافظ خوبی برای پرتوهای گاما خواهد بود ولی از آنجایی که ضخامت بتن رابطه مستقیم با میزان تضعیف پرتو دارد و دیوارهای ضخیم بتنی فضای زیادی اشغال میكنند، استفاده از بتن های سنگین و با چگالی بالا برای كاهش ضخامت دیوارها ترجیح داده میشود. هنگامى كه طراحى براساس چگالى باشد، ضخامت ديوار يا كف ممكن است با دو برابر كردن چگالى بتن ساخته شده، به ميزان ۵۰ درصد كاهش يابد.  بنابراین استفاده از بتن سنگین جهت تضعیف نمودن پرتو های مذکور مناسب می باشد.

2- ساحل سازی و احداث بندر  

  • انواع موج شکن ها
  • خشک کردن دریا

موج شکن سازه‌هایی از جنس بتن که برای حفاظت تاسیسات ساحلی از خطر امواج و مقابله با تاثیر آنها ساخته می‌شود. کار موج شکن دفع به جای مسدود کردن و استفاده از انرژی امواج می باشد . با طراحی خاص برای منحرف کردن انرژی موج به یک سمت مناسب بوده  و سخت تر از یک سطح صاف مشابه با همین وزن برای بیرون راندن امواج می باشد اصلی ترین لایه موج شکن که در برابر بار های وارده از طرف امواج دریا مقاومت می کند، لایه آمور می باشد. برای اجرای این قسمت از موج شکن از بزرگترین و سنگین ترین مصالح استفاده می شود. در صورت عدم دسترسی به سنگ مناسب و با ابعاد لازم، از قطعات پیش ساخته بتنی در لایه آمور استفاده می گردد.

3-در ساخت وزنه هاى تعادلى و دمپینگ ها

  • بلانسر لباسشویی

  • وزنه های آسانسور

  • جداره ای گاو صندوق

4-در مواردى كه بدون افزايش حجم نياز به افزايش بار مرده سازه وجود دارد 

  • استفاده به عنوان فونداسيون سازه هاي ديناميكي
  • استفاده در ساخت انواع دیوارهای سیل بند

اجزاء اصلی

1) سیمان

سیمان مصرفی در بتن های سنگین باید با استاندارد ASTM C150 مطابقت داشته باشد. سیمان مصرفی در بتن سنگین اکثرا همان سیمان مصرفی در بتن معمولی است. بنابراین با توجه به استفاده از سیمان های هیدرولیکی در این بتن لازم است که جهت گرمای هیدراسیون  وگیرش کاذب بتن، ملاحظات خاص طراحی در دستور کار طراح قرار گیرد.

2) سنگدانه های سنگین متعارف

سنگدانه های سنگین وزن اغلب از سنگ ها و کانی های طبیعی سنگین و یا از سنگدانه های سنگین وزن مصنوعی (آهنی یا فولادی) ساخته می شوند. ولی در هر دو صورت باید با ضوابط  ASTM C33 مطابقت داشته باشند. در اغلب مواقع انتخاب نوع سنگدانه ها با توجه به قابلیت دسترسی به آنها، خواص فیزیکی و قیمت انجام میگیرد. سنگدانه های طبیعی یا دارای دانسیته بالا هستند و یا محتوی آب زیاد یا هر دو. باریت، مگنتیت، هماتیت، لیمونیت، سرپانتین و بوکسیت جزء سنگدانه های طبیعی طبقه بندی می شوند. دانه های مصنوعی نیز شامل تکه ها و ساچمه ها و میله های بریده آهنی و فولادی ، فروفسفر و فریت بُرمی باشد.

معمولا جهت تامین خواص بهینه برای بتن در رابطه با مقاومت، دوام، جمع شدگی و … باید از حداقل بُعد سگندانه ها در مخلوط بتنی استفاده شود و مقدار آب مصرفی به حداقل برسد. ولی تحقیقات نشان داده است که استفاده از سنگدانه های بزرگتر از 19 میلیمتر از لحاظ مقاومت هیچ بهبود قابل توجهی را در بتن باعث نمی شود.

انواع سنگدانه های مورد استفاده در بتن های سنگین

  • سنگ آهن شامل هماتیت و مگنتیت با چگالی ۵-۴/۲ و جرم حجمی ۳۸۴۰-۳۴۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب

  • سولفات باریم شامل باریت و ایلیمنیت با چگالی ۴/۴-۴ و جرم حجمی ۳۶۰۰-۳۲۸۰ کیلوگرم بر متر مکعب

  • سنگدانه های آهن و فولادی با چگالی ۷/۵-۶/۵ و جرم حجمی ۵۶۰۰-۴۹۷۰ کیلوگرم بر متر مکعب

3) طرح اختلاط

طرح مخلوط بتن سنگین مشابه طرح اختلاط بتن معمولی می باشد. در طرح بتن سنگین علاوه بر مقاومت و اسلامپ به کسب دانسیته مورد نظر بتن تازه نیز باید توجه خاصی نمود. بعد از انتخاب نسبت های اختلاط باید نمونه های آزمایشگاهی تهیه و خواصی که از آنها انتظار می رود به بوته ی آزمایش گذارده شود. مشابه بتن معمولی وقتی پایایی و دوام در بتن سنگین کنترل کننده نباشد نسبت آب به سیمان بر اساس مقاومت فشاری بتن محاسبه می گردد و بزرگترین اندازه دانه های درشت (دانه های شن) بر اساس تجربه و ملاحظات آیین نامه ای تعیین میگردد.