روش مصرف و محاسبه میزان صحیح مواد تعمیراتی در ترمیم سازه بتنی

الف – ملات ترمیم کننده بتن پایه سیمانی و طریقه  مصرف
ملات های سیمانی آماده ی پودری، که با الیاف و ترکیبات پلیمری انعطاف پذیر بر پایه ی لاتکس مسلح و اصلاح شده است. به صورت نیمه خشک با آب ترکیب شده و به شکل خمیر ورز داده می شود . سپس در محل آماده شده با فشار اعمال می گردد. به دلیل تفاوت در دانه بندی سنگدانه ها به دو دسته ی ترمیم کننده ی بتن برای ضخامت های بالاتر از 5 میلیمتر ( دارای سنگدانه هایی با قطر متوسط 3 تا 5 میلیمتر ) ، مثلا MTOSIVE 1020 و ترمیم کننده ی کازماتیک یا آرایشی با سنگدانه هایی با قطر (تا 2 میلیمتر) مانند MTO SIVE 1010 و برای خلل و فرج کوچک تا 1 سانتیمتر بر روی بتن کارایی دارند ، تقسیم می شوند. 

 

روش محاسبه ی مقدار مورد نیاز از این مواد عبارت است از :

مقدار مورد نیاز محصول به کیلوگرم = (وزن مخصوص ترمیم کننده)2000×عمق تخریب به متر×مساحت سطح تخریب(مترمربع)
بنابراین می توان نتیجه گرفت برای هر متر مربع ترمیم به ضخامت متوسط 1 سانتیمتر 20 کیلو ترمیم کننده نیاز خواهد بود. 

ب- ملات ترمیم کننده پایه اپوکسی و طریقه مصرف

این مواد از 3 جزء  رزین بیسفنول ، هاردنر پلی آمین ( یا آمید ) و پودر سیلیس تشکیل شده است و بی شباهت به گروت اپوکسی MTO FLOW 650 نیست. ( فرق آنها در درصد خلوص سیلیس و مقدار آهن موجود در پودر است ). نسبت ترکیب مواد،  باید در هنگام اختلاط رعایت شده و سطح آماده برای تعمیر خشک باشد ( ترکیبات پلیمری بر پایه ی اپوکسی نسبت به رطوبت حساس بوده و به این دلیل آنکه اجازه تبخیر آب اشباع از درون بتن را نمی دهند ، پدیده ی تاول زدن و جدایش در اثر نیروی تبخیر آب به وجود می آید.) فرصت اجرای این مواد ( ژل تایم) آن حدود 20 دقیقه است و پس از آن غیر قابل استفاده می شود. بنابراین باید دقت کرد که پیش از اختلاط همه چیز برای اعمال ترمیم کننده اپوکسی آماده باشد. عموما نواحی اتصال تیر و ستون ، تعمیرات در ناحیه یک سوم اتصالات تکیه گاهی و حفرات و ناحیه هایی که بتن کنده شده و آرماتور در آنها نمایان است، و یا کف سازی رمپ ها و نواحیی که بتن کنار درزهای انبساطی شکسته شده و یا ضخامت کم ترمیم به دلیل ترافیک و نیروی بیش از حد امکان ترک خوردن مجدد داشته باشد، مواردیست که امکان استفاده از این مواد وجود دارد. محصول MTO FLOW 650R کلینیک بتن ایران در بسته های 20 کیلویی ، شامل 1 کیلوگرم هاردنر ، 3 کیلوگرم رزین اپوکسی و 16 کیلوگرم پودر به همین منظور طراحی و تولید شده است.

میزان استفاده بر اساس فرمول ترمیم کننده بتن پایه سیمانی و وزن مخصوص 2000 کیلوگرم در هر متر مکعب است و برای هر متر مربع به ضخامت 1 سانتیمتر یک پک محصول ( 20 کیلوگرم) مصرف می شود.
ج-چسب اپوکسی و طریقه مصرف

چسب 2 جزئی اپوکسی شامل رزین اپوکسی و هاردنر پلی آمین ( آمید) به دلیل خواص بی نظیر مقاومت کششی ( بین 14 تا 17 تن تحمل کشش) در انجام امور تعمیراتی بتن ، به عنوان چسب لایه اتصال یا پیوند بتن قدیم به ملات تعمیری ( یا بتن ) جدید کاربرد دارد . ترکیب چسب بتن اپوکسی و ترمیم کننده اپوکسی پایه سیمانی ، معمول ترین روش ترمیم بتن برای بسیاری از خرابی های سازه های بتنی است. به دلیل مدت زمان محدود سخت شدن، باید پیش از ترکیب کردن اجزاء چسب اپوکسی از آماده بودن نرمیم کننده بتن اطمینان حاصل کرد. چسب اپوکسی MTOBOND P1800 در بسته های 3 کیلویی توسط کلینیک بتن ایران طرحی و تولید شده است

میزان استفاده چسب اپوکسی بر حسب مساحت ترمیم برابر است با 1 کیلوگرم به ازای هر متر مربع ترمیم

د- چسب لاتکس یک افزودنی به ملات

یک چسب تک جزء بر پایه رزین های M.M.A و حلال در آب ، که از انعطاف خوب و چسبندگی مناسبی بهره می برد. به عنوان افزودنی به ملات و بتن خواص آب بندی داده و تا حدی سبب افزایش مقاومت کششی بتن می گردد. از طرفی در ترمیم های کوچک و سبک بتن ، می توان به عنوان چسب لایه پیوندی از آن استفاده کرد. به عنوان افزودنی 10 تا 25 درصد وزن سیمان مصرفی، مقدار استفاده MTOBOND 2200 بوده و اگر به عنوان لایه پیوندی مصرف شود، حداکثر یک کیلوگرم در هر متر مربع ترمیم استفاده می شود. محیط مرطوب یا خیس در هنگام ترمیم اثری بر کارکرد این ماده نخواهد داشت.

 

 

 

بتن شامل چه ویژگی ها و خواصی می باشد ؟

در ویکی پدیا و زیر تعریف بتن آمده است :

«بِتُن (به فرانسوی: Béton) در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد گفته 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. گاهی اوقات برای عوض کردن بعضی از خواص بتن، هنگام مخلوط کردن مواد، مقدار مواد افزودنی به آن اضافه می‌گردد. بتنی که تازه درست شده باشد شکل آن به صورت خمیری می‌باشد و بعد از این‌که در قالب ریخته شود، شکل قالب مشخص شده را به خود گرفته و بعد از مدت مشخصی، سفت شده و مقاومت مورد نیاز را کسب می‌کند.»

با توجه به گسترش و پیشرفت علم و پیدایش تکنولوژی‌های فراوان، شناخت بتن و خواص آن نیز توسعه قابل ملاحظه‌ای داشته‌ است، در حال حاضر انواع مختلفی از سیمانها که شامل پوزولانها (مانند سرباره کوره ،دوده سیلیسی و میکروسیلیس MICROSILICA FUME و ژل میکروسیلیس حاوی الیاف و میکروسیلیس و روان کننده با کد محصول MTO MIX 4500 که در آیین نامه بتن ایران « آبا» به آنها اشاره شده)، سولفورها، پلیمرها به منظور افزایش کشسانی و انعطاف( مانند چسب بتن بر پایه ی لاتکس با کد محصول MTO BOND 2200 )، الیافهای مختلف ( فلزی، پلیمری مانند الیاف پلی پروپیلن یا به اختصار PP و کو پلیمر ها) و افزودنیهای متفاوتی ( مانند روانسازهای بتن رجوع کنید به مشخصات فنی MTO PLAST D130، کاهنده ی نسبت آب به سیمان مانند ابر روان کننده های پایه ی نفتالین مثل MTO CRETE N540 و پایه کربوکسیلات MTO BUILD D10، کندگیر و زودگیر کننده، ضد یخ با مشخصات فنی محصول MTO-ANTIFREEZE ) هستند، تولید می‌شوند.

بتن از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. ویژگی های بتن ارزان بودن و در دسترس بودن مواد اولیه آن است. همچنین می‌توان بتن به‌طورکلی محصولی است که از مخلوط آب با سیمان آبی و سنگ‌دانه‌های مختلف در اثر واکنش آب با سیمان در شرایط محیطی خاصی به حاصل می‌شود و دارای ویژگی‌های خاص است. در دسترس بودن مصالح آن ( منابع طبیعی کافی شامل سنگدانه ، آب و ترکیبات تشکیل دهنده سیمان برای تولید این محصول در دسترس است )، دوام نسبتاً زیاد و نیاز به ساخت‌وسازهای فراوان سازه‌های بتنی چون ساختمان‌ها، سازه‌ها، سدها، پل‌ها، تونل‌ها و راه‌ها، این ماده را بسیار پر مصرف نموده‌است. اما این نقش باعث شده تا بسته به حجم استفاده ی بتن ، مسئله دوام بتن در محیط‌های مختلف مورد توجه قرار گیرد . مشاهده خرابی‌هایی با عوامل فیزیکی و شیمیایی در بتن‌ها ( مانند سیکل ذوب و انجماد، حمله های کلرایدی یا سولفاتی، واکنش قلیایی، خوردگی با اسید یا آب دریا، کربوناتاسیون و نفوذ پذیری در برابر آب ) در اکثر نقاط جهان و با شدتی بیشتر در کشورهای در حال توسعه، افکار محققان را به سمت طراحی بتن‌هایی با ویژگی خاص و با دوام لازم سوق داده ‌است و در نتیجه بعضی کشورها دستورالعمل‌ها و استانداردهایی نیز برای طرح بتن با عملکرد بالا، توانمند و پایا تهیه کرده اند و طراحان و مجریان ملزم به رعایت این دستورالعمل‌ها گشته‌اند.

 

خواص بتن

الف - خواص ظاهری بتن

بتن خاکستری رنگ بوده و دارای شکل خاصی نمی‌باشد و همچنین به سادگی به شکل قالب خود درمی آید. همچنین معمولاً دارای بافت نیست و بدون بو می‌باشد.

ب- خواص فیزیکی و مکانیکی بتن

۱)وزن مخصوص بتن

وزن بتن بیشتر به نوع دانه‌های آن و تراکم قطعه بستگی دارد، هر چه دانه‌های سنگی سبک‌تر باشند قطعه سبک‌تر و تاب مکانیکی کمتری را از خود بروز می‌دهد. برعکس بتنی که دارای دانه‌های سنگی سنگین تر و متراکم‌تری باشد، قطعه‌ای وزین‌تر با تحمل بیشتر ارائه می‌دهد. اما به‌طورکلی وزن مخصوص بتن دردامنه‌ای به وسعت ۳۰۰ –۵۰۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب در نوسان است. باید توجه داشت وزن مخصوص بتن سازه ای در ایران به طور متوسط 2400 کیلوگرم بر متر مکعب است.

 

۲)تخلخل در بتن

میزان تخلخل بین ۸ تا ۲۵ درصد در محاسبات در نظر گرفته می‌شود که با بالا رفتن آن، قطعه ی بتنی خواصی همچون مقاومت در برابر یخبندان ( به دلیل قرار گرفتن آب در حفره های موجود در بتن و یخ زدگی در اثر کاهش حرارت و انبساط آب در فضای بسته ی حفره و همچنین مقاومت کششی کم بتن، بتن ترک خورده و با افزایش دما و آب شدن مجدد یخ ، آب به نقاط ترک خورده سرایت کرده و این چرخه که « سیکل ذوب انجماد » نامیده می شود اثرات مخرب بر بتن بر جای خواهد گذارد ( شایان ذکر است به منظور کاهش تاثیر سیکل ذوب و انجماد می توان این محصولات را به بتن اضافه کرد : 1) پودر میکروسیلیس MICROSILICA FUME به عنوان فیلتر و پر کننده ی حفرات مویینه 2) استفاده از هوا زا MTOAIR 220 به منظور تولید حباب هوا در بتن که به عنوان پیاله ی نگهداری آب با عدم امکان ترک خوردگی در وقت یخ زدن و 3) الیاف PP به منظور کاهش ترک سطحی و کانال باز در سطح بتن و امکان نفوذ پذیری آب در جسم بتن استفاده نمود . او مقاومت فشاری  را به علت عدم پیوستگی مناسب از دست می‌دهد و در عوض ضریب هدایت حرارت و صدا  را کاهش می‌دهد.(عایق می شود).

3)مقاومت فشاری

مقاومت در مقابل فشار در حقیقت نشان‌دهندهی مرغوبیت بتن است. میزان آن به‌ وسیله ی آزمایش فشاری روی نمونه‌های استوانه‌ای ( نسبت قطر به ارتفاع 2:1 مثلا 10×20 ) و مکعبی ( 15×15×15 سانتیمتر ) پس از یک دوره زمانی مشخص می‌شود. نیروی فشاری قائم است و بر روی سطوح فوقانی و تحتانی که کاملاً مسطح و صاف‌شده‌اند، وارد می‌شود. حد مقاومت زمانی است که نمونه خرد و ازهم‌گسیخته شود. معمولاً مقاومت بتن پس از ۲۸ روز از ساخت ملاک محاسبات قرار می‌گیرد. در بعضی از کشورها مقاومت بتن زا پس از ۹۰ روز ملاک عمل قرار می‌دهند. آنچه مسلم است اینکه مقاومت فشاری نسبت به سن بتن افزایش می‌یابد.

در بتن هایی با قابلیت مقاومت فشاری بالا ، علاوه بر افزایش مقدار سیمان ، با استفاده از کاهش نسبت آب به سیمان یا همان نسبت W/C با استفاده از افزودنی های بتن توانندی مانند MTO BUILD D10  تا 5/0 درصد وزن سیمان مصرفی و ژل میکروسیلیس 5 درصد MTO MIX4500 انتظار افزایش تا 25 درصدی مقاومت طراحی را داشت.

نسبت عیار سیمان با مقاومت فشاری مکعبی و استوانه ای

تفاوت مقاومت فشاری 28 روزه مکعبی با نمونه ی استوانه ای تقریبا 40 واحد است یعنی اگر بتنی با عیار 350 داشته باشیم با کسر کردن 100 واحد به عدد 250 کیلوگرم بر سانتیمتر متر مربع برای مقاومت فشاری نمونه ی مکعبی می رسیم و با کم کردن 40 واحد دیگر می توان گفت این بتن بر اساس نمونه ی استوانه ای مقاومت فشاری 210  کیلوگرم بر سانتیمتر مربع را داراست.

4)مقاومت کششی بتن

مقاومت کششی بتن بسیار کم و مقدار آن در حدود ۱۰ تا ۱۲ درصد  مقاومت فشاری آن است، ولی در بتن مسلح وجود فولاد مانع از تقلیل حجم بتن در اثر انقباض ناشی از خودگیری می‌شود. براثر انقباض دوران خودگیری ترک‌هایی ریز در بتن ایجاد می‌شود که خود باعث خواهد شد تا مقاومت کششی به صفر برسد.

5)مقاومت بتن در برابر نیروی برشی

تعیین این مقاومت از طریق آزمایش مستقیم معمول نیست، بلکه از طریق محاسبات به دست می‌آید. مقدار آن در حدود 5/1 تا 2 برابر مقاومت کششی مقطع بتنی است.

ج- مواجهه مواد شیمیایی با بتن

۱)اثر اسیدها بر روی بتن

به دلیل قلیایی بودن ( عدد PH بین 11 تا 13 ) بتن  در مواجه با اسید ها ضعیف عمل می کند . اثر اسیدها بر روی بتن سخت شده، تبدیل تمام یا قسمتی از بتن به ترکیبات کلسیم است و آن شامل تبدیل هیدروکسید کلسیم به سیلیکات کلسیم هیدراته و آلومینات کلسیم هیدراته به نمک‌های کلسیم اسید مربوطه است. در شرایط مرطوب SO2 و CO2 و دیگر بخارات اسیدی موجود در هوا نیز از طریق تحلیل قسمتی از سیمان سخت شده و انتقال آن به بیرون از سطح بتن و نهایتاً جا گذاشتن یک تو دهی نرم و خمیری شکل تأثیر می‌گذارند. این نوع حمله بیشتر در نواحی صنعتی ( جاهایی که نشت اسید وجود دارد مثل محل های انبار کردن اسید ، عبور لوله ها و تانک های اسید ، پمپ های تزریق اسید و مخازن ذخیره اسید یا پسماند ها و فاضلاب های اسیدی که پوشش و کتینگ محافظ شیمیایی مانند اپوکسی ها و پلی یورتان ها و پلی یورا ها با کد های شناسایی MTO FLLOR 802 و MTOFLOOR 804 بر روی بتن اعمال نشده است) رخ می‌دهد و خسارات چشمگیری به بتن وارد می‌سازد.

۲)اثر مواد قلیایی و بازها بر روی بتن

محلول‌های رقیق (۱۰ درصد) سودیا پتاس بر روی بتنی که از سیمان پرتلند با مصالح سنگی مقاوم در مقابل محلول‌های قلیایی تهیه گردیده‌است، اثر ندارند. در واحدهای تولید مواد شیمیایی که بتن مستقیماً در معرض سود قرار می‌گیرد صدمات جدی به آن وارد می‌شود.

انواع بتن

بتن‌ انواع مختلفی دارد. مانند بتن با مقاومت بالا ، بتن با اسلمپ صفر یا پرسی، بتن غلتکی یا اسلمپ پایین ، بتن های خود متراکم، بتن پیش آکنده ، بتن مناسب برای دریا یا ترمی، بتن های سبک ( اتوکلاو ACC و اسفنجی و فوم بتن )، بتن الیافی ( ویژه ی کف سازی انبار ها، پیوینگ یا پیاده روها و محیط های صنعتی )، بتن ضد سایش مخصوص کف سازی صنعتی ( با پودر سخت کننده بتن با مشخصات فنی MTO TOP900 یا سنگدانه ها و ملات های سخت ) بتن نظافتی یا بتن مگر .

مواد تشکیل دهنده بتن

۱)سیمان (Cement)

سیمان پرتلند از مخلوط و آسیاب کردن سنگ آهک و خاک رس با نسبت معین و گرما دهی آن به منظور جداسازی اکسید کربن و ترکیب کردن سیلیس و رس به نحوی که به صورت کلوخ‌های کلینکر درمی آیند تولید می گردد . پس از سرد کردن کلوخ‌ها و سپس آسیاب کردن آن‌ها با کمی سنگ گچ، سیمان به دست می آید.

اثر سیمان بر مقاومت بتن

با فرض ثابت بودن عوامل مؤثر دیگر، سیمان از طرق زیر بر روی  مقاومت بتن تاثیر گذار است:

 الف- مقدار سیمان (عیار سیمان)

به میزان مصرف سیمان بر حسب کیلوگرم در هر متر مکعب بتن یا ملات سیمانی ، عیار سیمان گفته می شود. به عنوان مثال اگر بتنی با عیار 350 ساخته شود ، یعنی در هر متر مکعب بتن 350 کیلو سیمان مصرف شده است.

کمترین سیمانی که در ساختن بتن مصرف می‌شود باید به اندازه‌ای باشد که دوغاب آن رویه ی دانه‌های سنگی را اندود کند . در ساخت بتن نظافتی ( بتن مگر ) مقدار سیمان 150 تا 200 کیلوگرم است . برای ملات معمولی که بین آجرها ، پشت سنگ و به منظور شاتکریت یا پلاستر و اندود دیوار استفاده می شود 200 تا 250 کیلوگرم سیمان در هر متر مکعب مصرف می شود و برای بتن باربر از 300 کیلوگرم به بالا استفاده می شود. عیار بتن معمول در ساخت و ساز در ایران 350 است.  

بیشترین سیمان در ساختن بتن باید به اندازه‌ای باشد که نه تنها حالت اول را حفظ کند بلکه فضاهای خالی استخوان بندی سنگی را هم پر کند. با مصرف کمتر از حالت اول باعث عدم چسبندگی میان دانه‌های سنگی و در نتیجه سقوط تاب مکانیکی قطعه می‌شود. مصرف بیشتر سیمان بدون آنکه مقاومت فشاری قطعه ی بتنی افزایش یابد، باعث می شود تا از صرفه ی اقتصادی کاسته می‌شود. با افزایش مقدار سیمان مقاومت فشاری و ضریب الاستیسیته ی آن نیز افزایش می‌یابد.

  ب- انواع سیمان مورد استفاده برای ساخت بتن

سیمان های موجود در 5 تیپ یا رده دسته بندی می شوند . سیمان تیپ 2 پرکاربرد ترین سیمان برای ساخت بتن است . برخی تیپ ها زودگیر و برخی انجام عمل هیدراتاسیون را به تاخیر می اندازند. تیپ 5 را سیمان آنتی سولفات نیز نام گذاری کرده اند و در ساخت بتن برای محیط های خورنده ( حاوی سولفور و شرایط اسیدی یا دارای یون کلر و در مجاورت دریا ) به کار می رود. باید توجه داشت استفاده از سیمان تیپ 5 در شرایطی که مقدار فسفات موجود در خاک از عدد معینی بیشتر باشد، خود عاملی بر افزایش خوردگی است. لذا به طور کلی استفاده از تیپ 2 سیمان و ترکیبات پوزولانی مانند میکروسیلیس یا ژل میکروسیلیس در محیط های خورنده به صورت عمومی موثرتر است.

۲)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.(potable)  البته 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 بتن‌سازی 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 و نسبت آب به سیمان

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 نتیجه آن کاهش مقاومت خواهد شد. به همین دلیل دقت در مصرف نکردن آب زیاد در داخل بتن به منظور حصول مقاومت بالا ضروری است. در آیین نامه بتن ایران عدد اسلمپ ( روانی بتن بر حسب سانتیمتر بر اساس آزمایش اسلمپ ) را بدون افزودنی حداکثر 8 معرفی کرده و عدد بالاتر به معنای آب اضافی در بتن 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. به این معنی که اگر سنگدانه ها بیش از حد ریز باشند سطح موثر جذب رطوبت آن بالاست و در نتیجه آب بیشتری مورد نیاز است . استفاده از الیاف و یا سوپر جاذب هایی مانند میکروسیلیس هم میزان آب مصرفی را افزایش می دهد. تیز گوشه بودن سنگدانه ها هم بر افزایش مقدار آب مصرفی بتن تاثیر مستقیم دارد.

عمل آوری بتن یا کیورینگ

با ادامه یافتن Hydration مقاومت بتن افزایش می‌یابد و این واکنش عامل افزایش مقاومت بتن یا همان گیرش سیمان است. برای عمل آوری یا ادامه یافتن فرآیند Hydration باید رطوبت نسبی حداقل ۸۰ درصد باشد. در صورتی که رطوبت کمتر از این مقدار شود عمل آوری متوقف شده و درصورتی رطوبت نسبی به بالای ۸۰ درصد بازگردد فرایند هیدراسیون یا Hydration 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 بتن ریزی باید بلافاصله توجه لازم به فرایند عمل آوری معطوف گردد. عمل آوری عبارت است از حفظ رطوبت بتن تا زمانی که واکنش بین سیمان و آب تکمیل شود. این عمل می‌تواند به وسیله عایق کاری موقت ( استفاده از مواد کیورینگ از پیش تولید شده بر پایه ی سیلیکون – رجوع کنید به مشخصات فنی MTO CURE D550 )، پاشش آب یا تولید بخار ( معمولا در کارخانه ساخت قطعات بتنی پیش ساخته و پریکست های بتنی با ضخامت کم که در ساخت آنها از فوق روانکننده بر پایه ی پلی کربوکسیلیک مثل MTO BUILD D10 استفاده شده است ) صورت گیرد. از دیدگاه عملی، حفظ رطوبت بتن برای ۷ روز توصیه می‌شود. در شرایطی که این کار ممکن نباشد حداقل زمان عمل آوری بتن نباید کمتر از ۲ روز باشد.

تاثیر آب بر مقاومت بتن

تغییر مقدار آب باعث تغییرات مقاومت در بتن می‌گردد. علاوه بر املاح همراه با آب و سختی آن که در بخش مربوط به سیمان در مورد آن بحث شد، عوامل زیر بر مقدار آب در بتن موثرند:

• ·          غلظت بتن مورد نیاز (نسبت آب به سیمان)
• ·          درشتی یا ریزی مصالح سنگی مورد مصرف ( سطح موثر جذب آب به این پارامتر بستگی دارد)
• ·           نمناکی مصالح سنگی مورد مصرف ( ضریب جذب و نفوذ آب یا تشنگی مصالح )
• ·           شکل مصالح سنگی مورد نیاز و زبری سطح آن‌ها ( نسبت تیز گوشه به گرد گوشه سنگدانه ها )
• ·          گرما و خشکی هوا در هنگام ساخت و بتن ریزی ( درجه حرارت استاندارد بتن ریزی بین 5 تا 40 درجه سانتیگراد است)
• ·          مقدارسیمان مورد مصرف ( عیار سیمان)
• ·          نوع و شکل قالب و مقطع بتن ریزی  (چوبی یا فلزی یا تراکم میلگرد تاثیر مستقیم بر زمان بتن ریزی دارد)

به صورت استاندارد نسبت آب در بتن بر اساس سیمان 40% در نظر گرفته می شود.

هیدراتاسیون سیمان و بتن

ترکیب شیمیایی سیمان با آب را هیدراتاسیون سیمان می نامند. بلافاصله پس از مخلوط شدن سیمان با آب، خمیری تشکیل می شود که در آن حفره های واقع بین ذرات سیمان مرتبط با یکدیگرند و بوسیله آب پرشده اند. این آب که دارای حالت نسبتا پخش شده ایست بنام آب موئین موسوم است.

حرارت هیدراتاسیون

میزان حرارت آزاد شده در اثر هیدراتاسیون سیمان (واکنش سیمان با آب) یکی از خصوصیات سیمان است که در انتخاب نوع سیمان برای کارهای گوناگون مؤثر است.

حرارت هیدراتاسیون پرتلند پوزولانی  ( سیمان تیپ 5 ) بسیار پایین تر از سیمانهای پرتلند معمولی است و لذا در بتن ریزیهای حجیم همچون سد سازی ها کاربرد دارند. اما در زمستان که خطر یخ زدگی وجود دارد نباید از آنها استفاده کرد. ( به دلیل وجود آب اشباع در بتن و کند شدن فرآیند گیرش اولیه )همچنین مقاومت آنها تا پیش از یک سال کمتر از مقاومت سیمانهای عادی می‌باشد لذا از سیمانهای پرتلند پوزولانی در قسمت هایی که نیاز به کسب مقاومت سریع است نمی‌توان استفاده کرد.

۳)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. ( کریشن کارخانه ی تامین مصالح برای هر واحد بچینگ ( کارخانه تولید بتن ) است ).  البته این مطلب نباید در مورد سنگدانه‌ها فراموش شود. سطح سنگدانه‌های اگر آغشته به گل و لای باشد باید سطح آن تمیز شود حتی الامکان باید شسته شود .« ارزش ماسه ای SE » یک ضریب تعیین میزان خاک آلودگی مصالح ، به خصوص ماسه ( ابعاد زیر 8/3 اینچ ) می باشد .

اندازه دانه‌های سنگی

بتن عموماً از سنگدانه‌هایی به اندازه‌های مختلف که حداکثر قطر آن بین ۱۰ میلی‌متر و۵۰ میلی‌متر ( در بتن معمول در ایران متوسط سایز مصالح سنگی 4/3 اینچ یا 19 میلیمتر ) می‌باشد ساخته 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.

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.

تأثیر سنگدانه‌ها بر مقاومت بتن

سنگدانه‌های بتن باید جوری دانه بندی شوند که استخوان‌بندی آن تو پر و دارای کمترین جای خالی و بیشترین وزن فضایی شود (وزن فضایی بیش از 1500 کیلوگرم در مترمکعب داشته باشد). این دانه‌ها باید طوری مخلوط گردند که همواره فضای خالی به مقدار حداقل کاهش یابد، به‌طوری‌که کمترین مقدار سیمان مورد مصرف قرار گیرد. برای این منظور دانه بندی باید خوب و پیوسته باشد. نباید لای و ذرات رسی همراه با ماسه ی طبیعی بیش از ۳ درصد حجم آن باشد. نمک‌های گوناگون نیز به بتن آسیب می‌رسانند و از دوام و مقاومت آن می‌کاهند. برای جلوگیری از این مسئله قبل از مصرف دانه‌های سنگی آن‌ها را با آب تمیز به خوبی شستشو می‌دهند. ( واژه ی ماسه ی 2 بار شسته از اینجا می آید) این عمل نبایستی باعث جداشدن دانه‌های ریز از دانه‌های درشت تر و در نتیجه به هم خوردن پیوستگی دانه‌های سنگی شود. از جمله اضافات همراه بادانه‌های سنگی که باعث اختلال در خودگیری بتن می‌شوند، علاوه بر خاک رس می‌توان از قلیایی‌ها، سنگ‌های گوگردی و اجسام نباتی و آلی نام برد. دانه‌های سنگی یخ زده را بایستی پیش از مصرف گرم نمود تا قابل مصرف شوند.

 

آموزش نحوه گروت ریزی و معرفی گروت پایه سیمانی و گروت اپوکسی

گروت ها به عنوان یک ماده مستقل و نیز به عنوان یک ماده ی تعمیر بتن کارآمد هستند. از گروت به دلیل مقاومت بالا تر از بتن معمول و همچنین خواصی نظیر توانایی کنترل بارهای دینامیکی ، قابلیت انبساط در نوع پایه سیمانی ، به عنوان پر کننده زیر صفحات و بیس پلیت های ستونهای فلزی ، پمپ ها و جک ها و دستگاههای پرس و فن ها و روترهای سانتریفیوژ استفاده می شود. ترکیب گروت و ترمیم کننده الیاف دار برای سطوح ترمیم با مساحت ها یا عمق زیاد اقتصادی بوده و صدمه ای به عملیات ترمیم وارد نمی کند. به عنوان پر کننده ی حفرات میان بولت ها ترکیب گروت و چسب بتن ایده آل است. 

الف-گروت پایه سیمانی

استاندارد گروت پایه سیمانی ASTM C1107 است. بر این اساس انتظار می رود مقاومت فشاری گروت در بازه ی 5 تا 7 روز به 450 تا 550 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع رسیده و این عدد در 28 روز به 800 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع نزدیک شود( در استاندارد BS تا 1000 نیز گفته می شود). به این گروت ، گروت تیپ G2 نیز گفته می شود. نمونه گیری از گروت در قالب های 3تایی و در ابعاد 5×5×5 سانتیمتر (برای نمونه های سیمانی که به صورت ریزدانه یا پودر هستند – مشابه ترمیم کننده های بتن-از این ابعاد استفاده می شود) و به صورت روان ، نیمه خشک و کم آب نمونه گیری می شود. وزن مخصوص بسته به مصرف آب برای محاسبه در زیر بیس پلیت ها بین 1800 تا 2200 کیلوگرم در متر مکعب است. در مبحث نهم مقررات ملی اشاره ای به عدد مشخص برای مقاومت فشاری بتن نشده و تنها به این جمله بسنده شده که کمی بالاتر از مقاومت بتن فونداسیون باشد. به دلیل وجود افزودنی منبسط کننده که در فصل اول به آن اشاره شد، گروت تا 3/0 درصد ازدیاد حجم دارد و این کمک می کند در زمان عمل آوری زیر صفحه و استراکچر یا شاسی فلزی کاملا پر شده و اصطلاحا لق نمی زند.

طریقه مصرف گروت (گروت ریزی) :

گروتی مناسب است که دارای خاصیت غیر انقباضی(non-shrink ) و مقاومت بسیار بالا می باشد. MTO FLOW 2500 فضای خالی زیر بیس پلیت و فونداسیون را تراز می کند. بنابراین قبل از نصب اسکلت، تراز بودن بیس پلیت باید توسط دوربین و نقشه بردار تایید گردد.همچنین بهتر است که قالب از دو طرف روبروی هم فاصله بیشتری با لبه صفحه فلزی داشته باشد تا در هنگام گروت ریزی هوا از سمت دیگر خارج شود . ضربه های کوچک به قالب و پلیت برای خارج شدن هوا بی تاثیر نیست.  در صفحاتی با ابعاد بزرگ باید از زنجیر کشی استفاده کرد ، یعنی یک زنجیر کوچک از فضای گروت ریزی ( مثلا در طول بیس پلیت) وارد شده و از طرف دیگر خارج می شود و به وسیله دو نفر به حالت طناب کشی به طرفین کشیده شده و نقش ویبره را بازی می کند.

 مقدار مصرف گروت در زمان گروت ریزی :

از 3 ساعت قبل از گروت ریزی باید سطوح بتنی را کاملا غرقاب کرد ( تا تشنگی بتن ، شیره گروت را جذب نکند)و در زمان گروت ریزی بهتر است آب اضافی را از روی سطح، خشک نمود. صفحات و شاسی فلزی تجهیزی که قرار است زیر آنها گروت ریزی انجام شود ، باید از هر گونه آلودگی پاک شده و بر روی آنها سوراخ هایی برای خروج هوا قرار داده شود . محل گروت ریزی باید به نحوی قالب بندی شده باشد که نشت رطوبت در آن اتفاق نیفتد . MTOFLOW 2500 گروت پایه سیمانی تیپ 2 شرکت کلینیک بتن ایران در بسته بندی 25 کیلویی و آماده مصرف عرضه شده و از 4 لیتر در حالت خمیری تا 6 لیتر در حالت روان به ازای هر کیسه آب مصرف می نماید.ابتدا باید آب را داخل ظرف مناسب ریخته و پودر را کم کم اضافه کرده و با یک میکسر مکانیکی، اختلاط را به مدت 5 دقیقه انجام داد. گروت ریزی تا  15 دقیقه پس از اختلاط انجام می گیرد. زمانی که ضخامت مقطع گروت ریزی کمتر از 15 سانتی متر باشد می توان در یک مرحله گروت ریزی کرد ولی برای ضخامت های بیشتر باید از سنگدان های با قطر 15 میلیمتر استفاده نمود تا ترک خوردگی ناشی از هیدراتاسیون کنترل گردد .

گروت ریزی باید بدون قطع و پیوسته انجام پذیرد ، لذا  قبل از انجام عملیات گروت ریزی می بایست حجم لازم و میزان مصرف محاسبه و تامین گردد. برای عمل آوری گروت 3 روز اسپری آب و همچنین محافظت با گونی خیس و مرطوب لازم است . در هوای گرم، گروت قبل از آماده سازی در هوای خنک قرار گیرد و بعد استفاده شود. خنک کردن ابزار گروت ریزی بسیار مهم است . گروت ریزی در ساعات گرم توصیه نمی شود. همینطور بهتر است بار گذاری بعد از 72 از عملیات گروت ریزی باشد.

میزان مصرف گروت بر اساس تعداد صفحه ستون :

گروت ( کیلوگرم)=2000(وزن مخصوص)×تعداد صفحه ها× مساحت یک صفحه( متر مربع)× ضخامت گروت ریزی ( متر )

ب- گروت اپوکسی

محصول سه جزئی شامل رزین اپوکسی و هاردنر پلی آمین و پودر سیلیسی است . مقاومت فشاری و کششی بالا ( تا 1100 کیلوگرم بر سانتیمتر تحمل فشار و 120 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع تحمل کشش) باعث شده تا تاب خوبی در برابر فشارهای دینامیکی و نیروهای خمشی – برشی داشته باشد. این ترکیب به سهولت اجرا شده و در محل نصب به سرعت سخت می شود. بنابراین در اورهال و تعمیرات با مدت زمان کوتاه و فشرده قابل استفاده است. گروت اپوکسی MTOFLOW 650 علاوه بر این ، برای انکراژ و کاشت بولت تجهیزات صنعتی مانند کمپرسورها ، پمپ ها ، سوپر فن ها و استراکچرهایی که متحمل بار دینامیکی می شوند مناسب است. این محصول تیپ G3 ( G3 type ) بوده و البته در صورت سفارش کارفرما می تواند از سنگدانه هایی با قطر کوچکتر نیز تولید گردد. بسته بندی محصول شامل 16 کیلوگرم پودر، 3 کیلوگرم رزین اپوکسی و 1 کیلوگرم هادنر بوده ، که این ترکیب برای گروت ریزی مساحت 1 متر مربع به ضخامت 1 سانتیمتر مناسب است.

باید توجه داشت پیش از ترکیب این مواد محل گروت ریزی آماده شده و به دلیل چسبندگی زیاد گروت ، قالب ها با روغن آزاد کننده قالب مثل MTOOIL 450 آغشته شود. اشتعال زا بودن رزین و هادنر اپوکسی اهمیت عدم انجام عملیات برش گرم یا جوشکاری و همینطور کشیدن سیگار را در محل گروت ریزی را دو چندان می کند. هنگام ترکیب ، واکنش رزین و هاردنر حرارت زاست و این طبیعی است ، اما چون این حرارت در احجام ترکیب بزرگ به اشتعال منجر می گردد ، بهتر است ترکیب رزین و هادنر در حجم خیلی بزرگ صورت نگیرد.

طریقه ترکیب گروت اپوکسی به این صورت است که ابتدا رزین با هادنر مخلوط شده و میکس می گردد، سپس پودر به نحوی که حبس هوا صورت نگیرد ترکیب شده و مجددا ترکیب مذکور به هم خورده تا ژل و ملات روان یک دستی حاصل گردد.

بتن متخلخل ( اسفنجی )

بتن متخلخل چیست

بتن متخلخل یک واژه است و طبق تعریف، ماده ای است با اسلامپ صفر که اجازه می دهد آب از آن عبور کند منابع آب زیرزمینی را تغذیه کند و مواد تشکیل دهنده آن سیمان پرتلند، سنگدانه درشت، مقدار کم یا فاقد ریزدانه،آب و مواد افزودنی می باشد. این عناصر در نهایت بتن سخت شده با حفرات مرتبط را تولید می کنند. طول عمر خدمت دهی روسازی متخلخل حاوی سنگدانه های درشت، حدودا 50-30 % بیش تر از روسازی معمولی است . دانه بندی و اندازه سنگدانه های درشت، نسبت آب به مواد سیمانی و میزان تراکم، بر اندازه حفرات اثر میگذارند و معمولا 8-2 میلیمتر هستند. معمولا برای ساخت بتن متخلخل از درشت دانه های با اندازه یکسان استفاده می شود که میتوان به راحتی به درصد حفرات بیش از 15 %رسید. این طرح های اختلاط عمدتا دارای نفوذپذیری بالا و مقاومت ناکافی می باشند. اندازه سنگدانه، دانه بندی و مقدار سنگدانه مصرفی در مخلوط بتن متخلخل، همگی از عوامل تاثیر گذار بر مقاومت فشاری بدست آمده می باشند. افزایش مقدار خمیر سیمان به معنای افزایش مقاومت کلی مخلوط بتن متخلخل می باشد. افزایش در سطح خمیر سیمان، می تواند به راحتی از طریق استفاده از سنگدانه ریز بدست آید. با استفاده از سنگدانه ریز، سطح مخصوص سنگدانه ها بیش تر شده و خمیر سیمان سطح گسترده تری از سنگدانه ها را پوشش می دهد. نتایج نشان داد که نسبت آب به سیمان بهینه 0.32 تا 0.34 می باشد. مشخصات خمیر سیمان در بتن متخلخل تنوع گسترده ای نسبت به بتن معمولی دارد. خمیر سیمان استفاده شده در بتن متخلخل باید چسبندگی و عدم روانی بالایی داشته باشد.

کاربرد بتن متخلخل

روسازی بتن متخلخل . نقش اساسی در کنترل کیفیت آب و مدیریت رواناب حاصل از بارندگی ایفا می کند. محققان دریافته اند که رواناب اثرات بالقوه ای بر منابع آبهای سطحی و زیرزمینی دارد. همراه با توسعه شهرنشینی، سطوح نفوذناپذیر افزایش پیدا می کند و در نتیجه ی آن حجم رواناب افزایش پیدا می کند و منجر به تشکیل سیلاب و فرسایش لبه ی معابر می گردد. روسازی بتن متخلخل علاوه بر کاهش اثرات ناشی از گسترش سطوح نفوذ ناپذیر از طریق کاهش میزان رواناب، به حفظ منابع آبی موجود کمک می کند مهمتر از همه، از دیدگاه مهندسان راه و حمل و نقل، کاهش میزان رواناب می تواند سطح ایمنی معابر را افزایش دهد علاوه بر این، روسازی بتن متخلخل دارای چندی ویژگی سودمند دیگر نظیر کاهش آلودگی صوتی، کاهش گرما، حفظ اکوسیستم محلی، تقویت ذخایر آب زیرزمینی و حفظ رشد درختان می باشد. همچنین نفوذپذیری مناسب روسازی متخلخل می تواند نیاز به سیستم های پر هزینه مدیریت رواناب را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. از سویی روسازی بتن متخلخل می تواند پتانسیل بروز برخی مشکلات قانونی برای یک مالک یا سازنده، را با کاهش نیاز به حوضچه رواناب و ایمنی متعاقب آن، نظیر غرق شدن و غیره، کاهش دهد. امروزه، بسیاری از مکان های سرتاسر دنیا، بارندگی و در نتیجه شکل گیری حوض های آب را تجربه کرده اند. این ناشی از اثر توامان افزایش نرخ بارندگی و کاهش نفوذپذیری سطوح نواحی شهری می باشد. برای حل این مشکل،باید مشکلات مهم زیست محیطی رخ داده پیرامون مناطق مسکونی کاهش پیدا کند. با بکارگیری رویکردهای متفاوت، می توان به استانداردهای جدیدی از آژانس حمایت از محیط زیست دست پیدا کرد. پدیده شهری سازی، به دلیل افزایش نفوذ ناپذیری، میزان رواناب را افزایش می دهد و به طور خاص، تغذیه ی ذخایر آب زیرزمینی را تحت تاثیر قرار می دهد. به منظور حفظ اندازه و کیفیت تغذیه ی ذخایر آب، سطوح نفوذ ناپذیر باید کنترل شوند. روسازی متخلخل می تواند نرخ طبیعی نفوذپذیری هیدرولوژیکی را در زمین های توسعه یافته حفظ کند. این یک تکنولوژی پایدار و دوستدار محیط زیست می باشد و برای معابر با حجم ترافیک کم قابل استفاده است (نظیر پارکینگ بدون سقف، خیابان با ترافیک سبک و پیاده رو ها). 

افزودنی های هوازا ( حباب ساز )

افزودنی های هوازا (حباب ساز) 

هدف اصلی استفاده از افزودنی های حباب ساز، پایدارسازی حباب های هوای ایجاد شده در بتن در طی فرآیند ساخت بتن بوده تا بدین وسیله مقاومت در برابر چرخه ذوب و یخ افزایش یابد . حباب ها باید به صورت یکنواخت در خمیر سیمان پخش شده و دارای اندازه ( در حدود 10 تا 1000 میکرومتر ) و فاصله مناسب از یکدیگر باشند تا مقاومت در برابر چرخه های پی در پی ذوب و یخ تامین گردد . همه فضای اشغال شده توسط آب در بتن به وسیله محصولات فرآیند هیدراتاسیون پر نشده و روزنه هایی مویین در بتن باقی می ماند که در شرایط اشباع این روزنه ها پر از آب هستند . در صورتی که آب موجود در این روزنه ها یخ بزند حجم آن افزایش پیدا کرده و تنشی را در بتن ایجاد می کند که بیش از مقاومت کششی بتن می باشد . در نتیجه بتن های بدون افزودنی های حباب ساز در چنین شرایطی ترک خورده و پوسته شدگی در آن اتفاق می افتد. حباب های هوای موجود در بتن ارتباط بین روزنه های مویین را قطع کرده و به صورت مخازنی عمل می کنند که آب در آن ها جمع شده و بدین ترتیب مانع از وارد شدن تنش به بتن می شود . با این وجود افزایش مقدار هوا در بتن کاهش مقاومت را در پی خواهد داشت . مقدار هوای مورد نیاز برای تامین مقاومت در برابر چرخه ذوب و یخ بر اساس حداکثر اندازه سنگدانه تعیین شده است . به طوری که با افزایش اندازه سنگدانه و به تبع آن کاهش مقدار خمیر مورد نیاز برای تامین یک کارایی ثابت ، مقدار هوای مورد نیاز نیز کاهش می یابد . به طور کلی مقدار هوای مورد نیاز در بتن برای مقاومت در برابر چرخه ذوب و یخ در حدود 3 تا 9 درصد حجمی بتن می باشد . قرار دهی ، تراکم و پرداخت نامناسب بتن می تواند منجر به از دست رفتن حباب های هوا گردد . انتخاب مناسب مصالح در ساخت بتن های مقاوم در برابر چرخه ذوب و یخ بسیار مهم بوده چرا که عدم سازگاری بین عوامل حباب ساز با سایر اجزای بتن می تواند میزان اثر گذاری این ترکیبات را به مقدار زیادی کاهش دهد . به کارگیری این افزودنی ها موجب افزایش کارایی و چسبندگی بتن در حالت تازه شده ، از این رو استفاده از این افزودنی ها امکان کاهش مقدار آب اختلاط را فراهم کرده و از این طریق تا حدودی کاهش مقاومت ایجاد شده در اثر حفظ حباب های هوا جبران می شود.هوای ایجاد شده در بتن به طور کلی با هوای محبوس شده در بتن متفاوت است. هوای محبوس شده در بتن به صورت اتفاقی در بتن پایدار شده و اندازه آن حدود 1 تا 3 میلیمتر میباشد. اما حباب های موجود در بتن که توسط افزودنی های حباب ساز ایجاد میشوند, به صورت عمدی در بتن پایدار شده اند و اندازه آنها در حدود 0.05 تا 0.2 میلیمتر است.نکته ی مهم این است که افزودنی های حباب ساز در بتن حباب تولید نمی کنند بلکه حباب هایی که در طول فرایند اختلاط وارد بتن میشود را پایدار میکند.

موارد کاربرد افزودنی های هوازا

 وارد کردن هوای کنترل شده در گستره وسیع در انواع بتن های:
1- طرح اختلاط معمولی
2-فاقد روانی
3- محتوی خاکستر بادی با کربن زیاد
4- محتوی مقادیر زیادی از مواد ریزدانه
5- محتوی سیمان یا قلیایی زیاد
6-بتن ریزی در هوای گرم
7- زمان اختلاط طولانی

امتیازات افزودنی های هوازا
وارد نمودن حد بهینه حباب هوا در بتن منجر به اصلاحات کیفی زیر می شود:
1- افزایش مقاومت در برابر چرخه های یخ و ذوب
2- کاهش نفوذ پذیری و در نتیجه افزایش خاصیت آب بند کنندگی
3- کاهش جداشدگی و آب انداختگی
4- بهبود روانی و کارپذیری
5- آماده بودن محلول باعث پخش بهتر آن می شود.

 

 

انواع ویژه بتن های الیافی با مقاومت بالا

بتن چیست و شامل خصوصیاتی است ؟

بتن یکی از مهمترین مصالح ساختمانی است که استفاده از آن در همه کشور های دنیا رو به افزایش است. دلایل این امر در دسترس بودن مصالح، ارزانی نسبی آنها، تولید نسبتا آسان و گستره وسیع استفاده در ساختمان ها و سازه ها می باشد علاوه بر آن، از حدود 30 سال قبل مفهومی تحت عنوان بتن توانمند نیز مطرح شده است.این مصالح نوین، بتنی است که خصوصیاتی از آن برای کاربردها و محیط های خاصی توسعه یافته است. این خصوصیات شامل مقاومت، دوام، مقاومت در برابر عوامل مهاجم خارجی، سخت شوندگی، کرنش بالا, نمای ظاهری مناسب و ... می باشد. بطور کلی بتن های مدرن شکننده تر از بتنهای نیمه اول قرن بیستم هستند و دارای مقاومت بالاتر،حرارت بیشتر هیدراسیون و معمولا دوام کمتری هستند مگر اینکه بطور ویژه ای طرح گردند. در نتیجه بتنهای توانمند مطرح شدند که عمدتا توسط الیاف پخش شده در شکلهای مختلف مسلح میشوند.

  

انواع بتن های الیافی توانمند

کامپوزیتهای سیمانی مهندسی (ECC) یا بتن پودری دوباره فعال شده (RPC) اسامی عمومی بتن های با مقاومت بسیار بالا هستند که در اوایل دهه 1990 در فرانسه توسعه یافت و مقاومت های فشاری بیش از 800 مگا پاسکال و مقاومت کششی بیش از 100 مگا پاسکال بدست آمد . در این بتن سنگدانه های درشت وجود ندارد و ماکزیمم اندازه سنگدانه در آنها 0.3 میلی متر است . برای بهبود شکل پذیری، الیاف فولادی در حدود 5 درصد وزنی به این ترکیب اضافه می شوند(با طول کمتر از 3 میلی متر) . سایر مواد تشکیل دهنده، دوده سیلیسی، ریزدانه های کوارتزی، فوق روان کننده ها و مقادیر زیاد سیمان پرتلند(بیش از 1000 کیلو گرم بر متر مکعب ) می باشند. این مصالح تحت نام تجاری دوکتال ( ductal ) و با مقاومت فشاری 100 تا 200 مگا پاسکال برای سازه های پل بتنی و تولید المانهای پیش ساخته نازک، تولید شده است. یک نوع دیگر از این بتن ها بتن BSI  است. یک بتن مسلح با الیاف خود متراکم که در آن کلیه اجزا به صورت خشک با یکدیگر مخلوط می شوند.این نوع بتن به مراقبت حرارتی و ویبره نیاز ندارد و مستقیما در قالب جای می گیرد. بعد از 28 روز دارای مقاومت کششی مستقیم 8 تا 10 مگا پاسکال و مقاومت فشاری 150 مگا پاسکال می شود.بتن خود تراکم (SCC) یا بتن خود تسطیح (SLC) می توانند بدون هیچ گونه لرزش اضافی بر روی خود جریان یابند و بدون اینکه جداشدگی یا آب انداختگی اتفاق بیفتد، در قالب جای گیرند . مقادیر زیاد سنگدانه های ریز (زیر 0.125 میلی متر )، مقادیر زیاد سیمان پرتلند، ترکیب آب مناسب و فوق روان کننده ها اسلامپ بیش از 270 میلیمتر را برای این نوع بتن، ایجاد می کند.  بتن خود متراکم به آسانی از میان آرماتورهای فولادی متراکم عبور می کند. با اضافه کردن الیاف به این ترکیب، شکل پذیری آن افزایش می یابد. بتن خود تسطیح برای اجرای سقفهای صنعتی بدون هیچ گونه کف سازی اضافی به کار می رود. در بتنهای توانمند، ترکیبی از اندازه ها و مقادیر مختلف الیاف فولادی به شکل گیری خصوصیات ویژه ای در بتن کمک میکند که شامل کنترل میکرو ترکها، افزایش مقاومت کششی و بهبود شکل پذیری است. اضافه کردن میکرو الیاف ها تاثیر زیادی بر روی مقاومت فشاری بتن دارد اما تاثیر آن بر روی مقاومت کششی اندک است . الیاف فولادی بلندتر به افزایش مقاومت و طاقت کمک می کند. دوده سیلیسی یک ماده پوزولانی است که به افزایش مقاومت کمک می کند و معمولا جایگزین 5 تا 10 درصد سیمان پرتلند می شود تا کامپوزیتهای توانمند شکل گیرد . افزایش تراکم و کاهش نفوذپذیری در برابر آب و سایر عوامل مخرب،زمانی که دوام بلند مدت سازه های بتنی مد نظر باشد اهمیت بیشتری می یابد . دوده سیلیسی به عنوان عامل پیشگیری کننده در برابر واکنش قلیایی سنگدانه ها,نفوذ یونهای کلر و کربناسیون را کاهش می دهد. بجای دوده سیلیسی می توان از سایر ریزپرکننده ها مثل متاکائولین استفاده نمود.

ملات مسلح با الیاف کربن (GFRM) و بتن مسلح با الیاف کربن (CFRC) بخاطر مقاومت خمشی و طاقت زیاد، جمع شدگی کم و خصوصیات الکتریکی نظیر حساسیت به ولتاژ مورد توجه قرار گرفته اند. کاربرد الیاف کربنی نسبتا ارزان برای پلها و سایر سازه های مهندسی و نیز به عنوان نمای ساختمانها مناسب است. در مناطقی که تاثیرات تهاجمی آب دریا و بادهای قوی وجود دارد (ژاپن) CFRC در المانهای سازه ای پلها بکار می رود زیرا دوام آن از الیاف فولادی بیشتر است.

بتن الیافی نفوذ ناپذیر با ملات (SIFCON) یک کامپوزیت قوی است که در آن مقادیر زیاد الیاف فولادی با فناوری خاصی بکار برده شده است . ابتدا الیاف ها در قالب قرار می گیرند و سپس مجموعه این الیاف با ملات سیمانی که بین آنها نفوذ می کند گرفته می شود.حجم الیاف مصرفی بین 8 تا 12 درصد و حتی گاهی بالاتر است و طول آنها نیز می تواند بین 100 تا 200 میلیمتر باشد.  ملات سیمانی از ماسه ریز دانه، سنگدانه های بسیار کوچک و سایر مواد افزودنی مثل خاکستر بادی و سیلیکا فوم تشکیل می شود روانی زیاد این ملا ت برای نفوذ مناسب در مجموعه متراکم الیاف در قالب ضروری است. مقاومت زیاد در برابر بارهای ضربه ای از ویژگی های ممتاز این مصالح است. هنگامی که الیاف ساده با شبکه های بافته شده جایگزین گردد، از نام SIMCON برای این مصالح استفاده می شود ( بتن گسترده نفوذپذیر با ملات).کاربرد عمده این مصالح در روسازیهای تحت بارگذاری سنگین، محفظه های ضد تروریستی و دیوار خزانه بانکها است . البته هزینه در این موارد سنگین است.

خصوصیات انواع الیاف های بتن

خواص الیاف های بتن 

یکی از معایب بتن، شکنندگی آن(مقاومت کششی پایین و مقاومت کم در برابر بازشدگی و گسترش ترکها) است. در گسترش و توسعه مصالح شبیه بتن، الیاف های مسلح کننده نقش مهمی داشته اند. بتن الیافی در حقیقت نوعی کامپوزیت است که با به کارگیری الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری آن، فوق‌العاده افزایش می یابد . این ترکیب کامپوزیتی، یکپارچگی و پیوستگی مناسبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک مادة شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد . بتن الیافی از قابلیت جذب انرژی بالایی نیز برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از هم پاشیده نمی شود. شاهد تاریخی این فناوری، کاربرد کاهگل در بنای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع پیشرفته این تکنولوژی می‌باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شده‌اند از حدود 3500 سال قبل، مصالح ساختمانی شکننده مثل آجرهای رسی خشک شده با آفتاب با الیاف هایی مثل موی اسب و کاه و... مسلح می شده اند.

مفهوم الیاف مسلح کننده نوین در سالیان اخیر مطرح شده است و در ابتدا خمیرهای سیمانی شکننده با الیاف پشم شیشه مسلح گشتند. هنگامی که در سال 1990 تکنولوژی تولید صفحات سقفی و لوله ها ایجاد شد، الیاف شیشه ای دیگری نیز تهیه گردید و به کار رفت.

الیافهای شیشه ای معمولی در محیط قلیایی سیمان مقاوم نیستند و لذا با افزودن دی اکسید زیرکونیوم الیافهای مقاوم در برابر این محیط شکل گرفتند تاثیر مهم الیاف فولادی بر گسترش سیمانهای مسلح در سالهای 1963 و 1964 مطرح گردید.

 

انواع الیاف بتن

نقش اصلی الیاف با طول کوتاه پخش شده ,کنتـرل بازشـدگی و انتشـار ترک هاسـت. انواع الیاف های بتن مورد استفاده در بتن های سازه ای به شرح زیر میباشد. 

1-الیاف های فولادی در شکلها و ابعاد مختلف و نیز ریز الیاف ها

2-الیاف شیشه ای که در ملاتهای سیمانی فقط به عنوان الیاف مقاوم در برابر محیط قلیایی به کار میرود.

3-الیاف مصنوعی شامل پلی پرو پیلن , پلی اتیلن , پلی الفین , پلی وینیل الکل و ...

4-الیاف کربنی , قیری و پلی اکریلونیتریل

 

خواص الیاف های بتن

چگونگی تاثیر الیاف بر ترک خوردگی ملات سیمانی بدین صورت است که به علت وجود الیاف ترکهای جداگانه بزرگ توسط مجموعه ای متراکم از میکرو ترک ها جایگزین می شود که از دیدگاه ایمنی و دوام قابل قبول است.

الیاف های طبیعی گیاهی برای بتنهای توانمند مناسب نیستند.

الیافهای پشم شیشه به علت اثرات مخرب بر سلامت انسان و محیط زیست به طور کلی ممنوع شده و با الیاف های پلیمری جایگزین شده اند

الیاف های فولادی در بتن های سازه ای و قدرتمند مهم هستند و قلابهای انتهایی و تغییرات مختلف انجام شده بر روی شکل این الیاف سبب افزایش پیوستگی بین الیاف و ملات و افزایش تاثیر ملات میگردد  .

 الیافهای  با سختی زیاد و الیافهای پلی پروپیلن رشته ای با طولهای متغیر از 10 تا 80 میلی متر و قطرهای از 0.5 تا 1.5میلی متر در احجام بالا(0.5 تا 2 درصد) به منظور افزایش مقاومت، طاقت و نیز مقاومت در برابر ضربه و خستگی در المانهای بتنی بکار می روند.

الیاف پلی پروپیلن با مدول الاستیسیته پایین دارای دو کاربرد هستند. این الیاف در مقادیر کم(1 کیلو گرم بر متر مکعب) برای کنترل ترکهای جمع شدگی بتن تازه در ساعات اولیه گیرش استفاده می شود. در زمانهای اولیه، مدول یانگ بتن تازه مشابه مدول یانگ این الیاف است.

الیافهای پلی پـروپیلن در دیوارهـای بتنـی سـاختمانهای آپارتمـانی نیز استفاده می شوند زیرا در مجاورت آتش و حرارتهای بالا ذوب شده و کانالهایی را برای تخلیه فشار داخلی ایجاد شده، فراهم می کنند و تخریب سازه را به تعویق می اندازند..

اهمیت و لزوم مقاوم سازی لرزه ای سازه های بتنی

اصول مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله به معنی اصلاح سازه موجود جهت افزایش توان باربری آن در برابر انواع بارهای وارده می باشد. مقاوم سازی لرزه ای به معنی افزایش مقاوم سازی ساختمان نسبت به حرکت زمین، شتاب و نیروی وارده به سازه و گسیختگی خاک به علت زلزله می باشد. پیش از دهه ۴۰ شمسی (۱۹۶۰ میلادی) به علت عدم وجود آیین نامه های مناسب، سازه های ساخته شده در ایالات متحده دارای جزییات لرزه ای و لذا کفایت کافی جهت باربری بار جانبی زلزله نبوده اند. پس از سالیان متمادی تلاش، تحقیق و آزمایش، آیین نامه های مختلفی جهت مقاوم سازی سازه های موجود ارائه شده اند که می توان یکی از معتبرترین و مهم ترین آنها را ASCE-SEI 41 دانست.

اهمیت و لزوم مقاوم سازی لرزه ای سازه ها

با شناخت بهتر عملکرد سازه ها و اصول مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله و بررسی ضعف و کاستی آنها بر اساس زلزله های اخیر در نزدیکی مناطق شهری، نیاز به مقاوم سازی بیش از پیش ملموس شده است. به عنوان مثال زلزله سال ۱۳۷۳ شمسی در نورتریج ( ۱۹۹۴ Northridge earthquake ) ناکارآمدی ) تردی یا brittleness ( برخی از انواع اتصالات فولادی را روشن ساخت.

لذا از آن پس استفاده از چنان اتصال هایی دارای محدودیت شده است. بنابراین با توجه به اصلاح و ارتقای استانداردهای لرزه ای، تطبیق شرایط ساخت ساختمانهای موجود با آیین نامه های جدید امری ضروری بوده و نیاز به مقاوم سازی لرزه ای را مبرم می سازد.

به علاوه، عواملی همچون کیفیت ساخت پایین، مشکلات و نواقص اجرایی، ضعف طراحی اولیه، آسیب های وارده به سازه، تغییر کاربری سازه، افزایش طبقات، تغییر معماری و… می توانند تهدیدی برای باربری لرزه ای سازه محسوب شده و لزوم مقاوم سازی را بر حسب شرایط ایجاب نمایند.

اصول مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله اصول مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله

اصول مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله

پس از بررسی سازه و تعیین میزان و نوع آسیب پذیری، انتخاب شیوه ی مقاوم سازی از فنی ترین و تخصصی ترین فرآیند های مقاوم سازی لرزه ای سازه های موجود میباشد.

ازبین روش ها و متدهای مختلف، می توان موارد زیر را نام برد:

۱ـ  اضافه نمودن عضو جدید به سازه های بتنی :

اضافه نمودن ستون یا تیر، دیوار برشی، قاب خمشی جدید (new moment frame) و یا قاب مهاربندی (Braced frame) جدید، می تواند تأثیر بسزایی در کاهش آسیب پذیری سازه موجود در بحث مقاومت و سختی داشته باشد.

همچنین اعضای جدید می توانند به کاهش دهانه دیافراگم ها (Diaphragms) کمک نمایند. در صورت عملکرد این اعضا به عنوان Collector، امکان مرتفع شدن مشکلات مربوط به Load Path در سازه نیز میسر خواهد شد.

۲ـ  تقویت اعضای موجود :

علاوه بر دید کلی نسبت سازه و روش های مختلف بهینه سازی کلی، می توان با نگرشی جزئی تر و با استفاده از مقاوم سازی اعضا، بر نواقص و آسیب پذیری لرزه ای سازه های موجود فائق آمد.

البته توجه به این نکته که برخی انواع تسلیم (Yield) نسبت به یکدیگر مقدم هستند ( به عنوان مثال تسلیم تیرها پیش از ستون ها، تسلیم مهاربندها پیش از اتصالات و یا تسلیم خمشی نسبت به تسلیم برشی ترجیح داده می شوند)، درنظرگیری عملکرد کلی سازه پس از ایجاد تغییر در یک عضو امری ضروری بوده و نیاز به تخصص و تجربه کافی در این زمینه دارد.

تقویت اعضای موجود می تواند با استفاده از ورق های تقویتی، افزایش سطح مقطع ( با استفاده از کاشت میلگرد در سازه های بتنی ) و یا با استفاده از کامپوزیت رزین – الیاف صورت پذیرد.
کامپوزیت رزین الیاف یا همان Fiber Reinforced Polymer ) Frp یا اف آر پی ) از شیوه های نوین مقاوم سازی محسوب می شود. ( اطلاعات بیشتر در مقاوم سازی با استفاده از اف آر پی )

۳ـ  تقویت اتصالات اعضا :

عمدتاً نواقص مربوط به Load Path بیش از آنکه به اعضای Collector مرتبط باشند به اتصالات ضعیف بر می گردند.

۴ـ  کاهش نیاز سازه (Reduce Demand) :

برای ساختمانهایی که دارای سیستم باربر جانبی کامل ولی ضعیف جهت باربری در شرایط زلزله مورد نظر هستند، اصلاح عملکرد دینامیکی سازه می تواند راه حلی مناسب جهت مقاوم سازی باشد. رایج ترین شیوه اجرایی در این مقوله Seismic Isolation (جداگرهای لرزه ای) و یا استفاده از Damper (یا میراگر) می باشد.

۵ـ حذف برخی المان های سازه ای بتنی:

در برخی موارد عدم وجود برخی المانهای باربر بهتر از وجود آنهاست. به عنوان مثال ممکن است وجود دیوار برشی بدون تقارن در پلان باعث ایجاد نامنظمی شدید شده و عملاً حذف باربری جانبی این دیوارها نوعی مقاوم سازی محسوب خواهد شد.

همچنین دیوارهای تیغه نیز می توانند در باربری لرزه ای همانند یک Strut عمل کرده و باعث بوجود آمدن پدیده ستون کوتاه شوند. بنابراین چون در طراحی از سختی جانبی این دیوارها صرف نظر می شود، برای عدم بوجود آمدن مشکل مذکور ایجاد فاصله مابین دیوار مصالح بنایی و قاب اصلی امری ضروری است.

6-استفاده از مواد های شیمیایی ساختمان در سازه های بتنی:

شاید نکته ای که بعد از سالها محققان به آن رسیدن در حین ساخت است که استفاده از مواد شیمیایی ساختمان جهت مقاومت دیوارها و سقف ها و سازه های بتنی استفاده از افزودنی های بتن که شامل روان کننده ها و الیاف های پروپیلن و یا در کنار خط ساحلی استفاده از ژل میکروسیلیس (پودر میکروسیلیس،ژل سیلیکافیوم) و سایر مواد افزودنی به مانند :روان ساز ها و ابر روان کننده های بتن کربوکسیلاتی و نفتالینی می تواند جهت تراکم در بتن نسبت به سازه طراحی شده مناسب باشند و در کنار مشکلات سازه ای بتوانند همپوشان خوبی برای سازه بتنی باشند.

مشکلات ترمیم سازه بتنی

زلزله موجب گردیده است تا مشکلات سازه بتنی و بهسازی آن در سالهای اخیر از روشهای نوین و مصالحی جدید بهره گیرد که در پیشینه طولانی ساخت و ساز سابقه نداشته است در میان این نوآوری ها FRP (مواد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف) از جایگاه ویژه برخوردار میباشد تا آنجا که به نظر برخی از متخصصان FRP را باید مصالح ساختمانی هزاره سوم نامید. که در مقاوم سازی سازه های بتنی مؤثر میباشد.

مشکلات سازه بتنی و بهسازی آن : 

کامپوزیت FRP که ابتدا در صنایع هوا و فضا بکار برده شد با داشتن ویژگی های ممتاز چون نسبت بالای مقاومت به وزن، به وزن، دوام در برابر خوردگی، سرعت و سهولت در حمل و نصب، دریچه ای نو پیش روی مهندسین عمران گشوده است به گونه ای که امروز سازه های متعددی در سرتاسر دنیا با استفاده از این مواد تقویت شدند استفاده از مصالح کامپوزیت به طور قابل توجهی در صنعت ساختمان یک بازار تکان دهنده و با سرعت در حال توسعه می باشد. اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه از اوایل دهه ۱۹۸۰ آغاز شده است، زلزله ۱۹۹۰ کالیفرنیا و ۱۹۹۵ کوبه ژاپن نیز از جمله عوامل مؤثرتری برای بررسی کاربرد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف FRP جهت تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی و بنایی در مناطق زلزله خیز گردید.

کاربرد کامپوزیت FRP در مقاوم سازی سازه های بتن مسلح : 

امروزه نگهداری از سازه ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیت می باشد با مطالعه رفتار و مشکلات سازه بتنی و بهسازی آن مشخص می شود عوامل متعددی مانند: اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب تغییر کاربری سازه ها، آسیب دیدگی ناشی از وارد شدن بارهای تصادفی، خوردگی بتن و فولاد و شرایط محیطی از دوام آنها می کاهد ضمناً تغییر آیین نامه های ساختمانی (باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می شود) نیز سبب ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می گردد تا در صورت لزوم ترمیم سازه های بتنی و تقویت شود. سیستمهای الیاف مسلح شده پلیمری FRP برای تقویت سازه های بتنی پدیدار شده و به عنوان یک جانشین برای روش های سنتی از قبیل چسباندن صفحات فولادی، افزایش سطح مقطع با بتن ریزی مجدد و پیش تنیدگی خارجی می باشد.

معایب و مشکلات سازه بتنی و ترمیم آن: 

با توجه به معایب این روشها مانند بازدهی کم و یا نیاز به امکانات و فن آوری خاص امروزه روش های مقاوم سازی با استفاده از کامپوزیت توسعه روز افزون دارد. محدودیت استفاده و کاربرد کامپوزیت در مهندسی ساختمان به قیمت بالای آنها برمی گردد البته هزینه و قیمت آنها به تدریج رو به کاهش میباشد به این ترتیب استفاده از آنها بیشتر و بیشتر خواهد شد. استفاده از FRP در زمینه مقاوم سازی، هر چند که هزینه بالایی در بردارد، اما با توجه به هزینه اجرای کم و نیز سایر مزایای FRP ، در کل به صرفه ترین و مؤثرترین راه مقاوم سازی سازه های بتنی امروزه به شمار می رود.
در این حین، جهت استفاده صحیح و مناسب از این ماده و طراحی مقاوم سازی سازه های بتنی، آیین نامه ها، راهنماها و گزارشهایی در سراسر جهان منتشر گردید با توجه به شروع رشد و استفاده از مواد FRP ، در ایران تدوین راهنمایی برای طراحی مقاوم سازی به کمک این مواد، بسیار ضروری است.می توانید به عنوان مثال فصل چهارم نشریه 345 (بهسازی لرزه ای سازه ها) و ACI  2800 را مطالعه کنید .می توان جهت کلیت ترمیم این سازه ها(بتنی) موادی که مورد استفاده هستند عبارتند از: ترمیم کننده های بتن به عنوان مثال MTOSIVE1020 و به عنوان مثالی دیگر جهت ترمیم مشکلات سازه ای از ترمیم کننده اپوکسی یاگروت های اپوکسی MTOFLOW650  جهت زیر سازی کار استفاده نمود و سپس از لمینت های اف آرپی نسبت به طراحی به صورت یکطرفه یا 2 طرفه در جهت تیر یا ستون استفاده کرد.شایان ذکر است جهت آزمایش و تست پول آف اف آرپی باید مدت زمان 6 روز از استفاده رزین و لمینت گذشته باشد.

ترمیم و مقاوم سازی تیرها به روش FRP

استفاده از FRP ها به علت وزن سبک و کاربرد آسان و همچنین مقاومت و سختی مناسب، بسیار مورد توجه و استفاده مهندسان قرار گرفته و پروژه‌های متعددی در دنیا و کشورمان انجام گرفته است. کاربرد FRP در تیرهای بتنی در جریان انتقال نیروهای ثقلی و جانبی دیافراگم به ستون نقش دارند، از این‌ رو جزئی از سیستم سازه می‌باشند.

از روش‌های تقویت المان‌های سازه‌ای می‌توان به ژاکت فولادی و بتنی، استفاده از کامپوزیت‌های FRP جهت افزایش مقاوم سازی ساختمان با FRP ظرفیت باربری عضو و اضافه کردن المان‌های مقاوم لرزه‌ای مانند بادبند و میراگر اشاره کرد.به یاد داشته باشید جهت مقاوم سازی تیرها و یا سطوح بتنی حتما زیر سازی باید انجام گردد یا از ترمیم کننده های لاتکسی بتن برپایه سیمانی به مانند ترمیم کننده بتن MTOSIVE1020یا از ترمیم کننده های اپوکسی و گروت اپوکسی به مانند MTOFLOW650 در شرایط خاص استفاده می گردد.

تقویت خمشی با استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف ( FRP ) :

یکی از کاربرد پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) تقویت خمشی تیرها و یا دال‌های بتنی در دهانه‌های بلند میباشد. البته این به این معنی نیست که نمی‌توان از FRP  در تیرها و دال‌های با دهانه‌های کوچک استفاده کرد.

درصورتی ‌که طراحی اولیه عضو نامناسب باشد می‌توان  با استفاده از الیاف FRP  سختی و مقاومت خمشی  راه افزایش داد. اگر نسبت ضخامت و ارتفاع عضو به دهانه آن کم باشد، سختی آن کم و در نتیجه خیز وسط دهانه عضو ( تیر یا دال )  افزایش می‌یابد. همچنین اگر مقدار آرماتور خمشی در تیر یا دال از حد نیاز کمتر باشد، ترک‌های خمشی در زیر تیر یا دال  ایجاد می‌شود. این  ترک‌ها به‌صورت قائم بوده و در راستای خمش ( عمود بر راستای آرماتورهای طولی ) در محل لنگر خمشی بیشینه ایجاد می‌شوند.

برای افزایش سختی و مقاومت خمشی می‌توان ورق‌های پلیمری کربنی (CFRP) را توسط چسب اپوکسی به وجه کششی عضو خمشی چسباند. درنتیجه وسط تیر ورق‌های پلیمری باید به وجه تحتانی و تکیه‌ گاه این ورق‌ها باید به وجه فوقانی چسبانده شوند. جهت الیاف باید در راستای آرماتورهای فولادی باشند زیرا سختی و مقاومت کششی الیاف در راستای آن بیشترین مقدار را دارند. با وجود ضخامت کم الیاف پلیمری، مدول الاستیسیته بالایی دارند که  سختی تیر یا دال افزایش پیدا می‌کند و درنتیجه خیز آن کاهش می‌یابد.

 

تقویت برشی با استفاده از الیاف پلیمری و کاربرد FRP در تیرهای بتنی:

در تیرهای بتنی خاموت‌ها که در جهت عمود بر راستای تیر قرار می‌گیرند، نقش تأمین مقاومت برشی آن را ایفا می‌کند. همانطور که می‌دانیم به علت مقاومت برشی کم بتن، از خاموت برای تأمین مقاومت برشی کافی در تیرها استفاده می‌شود. چنانچه تیری فاقد مقاومت برشی کافی باشد، ترک‌های برشی در محل برش بیشینه، برای تکیه‌گاه، به‌ صورت مایل با زاویه حدوداً ۴۵ درجه تشکیل می‌شوند. برای تقویت برشی تیرها معمولاً الیاف پلیمری(FRP) را به‌ صورت مایل یا قائم ( عمود بر راستای ترک‌های برشی)  به طرفین تیر می‌چسبانند. هرچه زاویه بین الیاف با راستای عمود بر ترک‌های برشی کمتر باشد اثر آنها در افزایش مقاومت برشی تیر بیشتر است. نوارهایFRP که برای  تقویت برشی تیر به کار می‌روند می‌توانند  به صورت U  شکل باشند و یا کاملاً پیرامون تیر را بپوشاند.

کاربرد FRP در تیرهای بتنی :

تیر بتنی مسلح

تیر بتنی پیش تنیده

تیرهای بتنی پیش ساخته

مزایای روش مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP

افزایش مقاومت خمشی تیر

افزایش مقاومت برشی تیر

افزایش شکل پذیری تیر

افزایش مقاومت در برابر خوردگی

افزایش دوام و عمر

کنترل عرض ترک

ضخامت کم ورقه های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر

سهولت در اجرا

هزینه پایین نسبت به روش های مرسوم دیگر

ترمیم ناشی از خوردگی

 چسب FRP و کاربرد FRP در تیرهای بتنی :

در حال حاضر چسبهای FRP بسیار قدرتمندی در دسترس می‌باشند که می‌توانند در چسباندن و استفاده از نوارها، لمینیت ها و الیاف FRP مورد استفاده قرار گیرند. با توجه به اینکه مقاومت رزینها و چسبها از مقاومت بتن بیشتر است، به همین دلیل در اغلب حالات مکانیزم شکست در بتن رخ می‌دهد و شکست در لایه چسب به ندرت رخ می‌دهد. تنها در صورت استفاده از چسب نامناسب و یا اجرای غلط و نامطلوب در سیستم FRP، امکان بروز مشکل در لایه چسب وجود دارد. این مشکل در سطح مشترک چسب و الیاف FRP و یا در سطح مشترک بتن و چسب رخ می‌دهد.

تقویت خمشی تیر و کاربرد FRP در تیرهای بتنی :

یکی از موارد کاربرد الیاف پلیمری FRP تقویت خمشی تیرها و یا دال های بتنی در دهانه های بلند می باشد.در این موارد، اگر طراحی اولیه عضو نامناسب باشد می توان با استفاده از الیاف FRP سختی و مقاومت خمشی آنرا افزایش داد. اگر نسبت ضخامت ( یا ارتفاع ) عضو به دهانه آن کم باشد، سختی آن کم و در نتیجه خیز وسط دهانه عضو ( تیر یا دال ) افزایش می یابد.

همچنین اگر مقدار آرماتور خمشی در تیر یا دال از حد نیاز کمتر باشد، ترک های خمشی در زیر تیر یا دال ایجاد می شود. این ترک ها بصورت قائم بوده و در راستای خمش (عمود بر راستای آرماتورهای طولی) در محل لنگر خمشی بیشینه ایجاد می شوند. به بیان دیگر، در وسط تیر ترک های خمشی در وجه زیرین آن و در محل تکیه گاهها ترک های خمشی در وجه فوقانی تیر ایجاد می شوند.

برای افزایش سختی و یا مقاومت خمشی عضو می توان ورقهای پلیمری کربنی (CFRP) را توسط چسب اپوکسی به وجه کششی عضو خمشی چسباند. در نتیجه در وسط تیر ورق های پلیمری باید به وجه تحتانی و در بر تکیه گاه ها این ورق ها باید به وجه فوقانی چسبانده شوند. جهت الیاف باید در راستای آرماتور های فولادی باشند، زیرا سختی و مقاومت کششی الیاف در راستای آن بیشترین مقدار را دارند. با وجود ضخامت کم الیاف پلیمری (کمتر۱ میلیمتر) مدول الاستیسیته بالای آنها (۱۰ برابر فولاد) باعث افزایش سختی تیر و در نتیجه کاهش خیز آن می شود.

تقویت برشی و کاربرد FRP در تیرهای بتنی:

در تیرهای بتنی، خاموت ها، که در جهت عمود بر راستای تیر قرار می گیرند، نقش تامین مقاومت برشی آن را ایفا می کنند. چنانچه تیری فاقد مقاومت برشی کافی باشد، ترکهای برشی در محل برش بیشینه، بر تکیه گاه، به صورت مایل با زاویه حدود ۴۵ درجه تشکیل می شوند.

برای تقویت برشی تیرها معمولا الیاف پلیمری را بصورت قائم و یا مایل (عمود بر راستای ترک های برشی) به طرفین تیر می چسبانند. هرچه زاویه بین الیاف با راستای عمود بر ترک های برشی کمتر باشد اثر آن ها در افزایش مقاومت برشی تیر بیشتر است. نوارهای پلیمری که برای تقویت برشی تیر به کار می روند می توانند بصورت U شکل باشند و یا کاملاً پیرامون تیر را بپوشانند. برای افزایش کارآیی تقویتهای برشی، تامین مهار انتهایی لازم است.

با توجه به اینکه طول موجود برای نصب رکابیهای FRP  به ارتفاع تیر محدود می‌شود، بتن موجود باید از کیفیت مناسبی برخوردار باشد. سطح بتن باید متناسب با نیازمندیهای مصالح FRP  مورد استفاده و در صورت لزوم ترمیم شود. به منظور پرهیز از گسیختگی رکابی‌های FRP در اثر تمرکز تنش در گوشه‌های مقطع تیر، این گوشه‌ها باید به شعاع حداقل ۳۰ میلی‌متر گرد شوند.جهت انجام و مشاوره این نوع طراحی مقاوم سازی می توانید با واحد فنی کلینیک بتن ایران(مهندسین مشاور مهرازان پایدار)تماس حاصل فرمایید.

تقویت خمشی و برشی المان و کاربرد FRP در تیرهای بتنی :

کاهش عرض ترک های موجود در پوشش بتنی به کمک کشش اولیه ایجاد شده در صفحات FRP

محافظت آتی از آرماتورها در برابر شرایط مخرب محیطی

مقاوم سازی پوتر بتنی با FRP برای افزایش مقاومت در برابر حرارت

محافظت از تیر بتنی به علت ایجاد پوشش نارسانای حرارتی

مقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای تامین آب بندی کامل المان

افزایش عمر مفید

کاهش سرعت خوردگی

مقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای تامین فضای نارسانای الکتریکی

محافظت از تیر بتنی به علت ایجاد پوشش نارسانای الکتریکی

مقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای تامین فضای نارسانای مغناطیسی

محافظت از تیر بتنی به علت ایجاد پوشش نارسانای مغناطیسی

ایده آل برای سایت های با دسترسی محدود به علت حجم و وزن اندک

دارای نسبت بالای مقاومت به وزن

دارای چگالی در حدود ۲۰ درصد فولاد