مقدمه

بتن غلتکی بتنی است که در اجرای سازه های حجیم ( سدها ، شالوده های بزرگ و... ) کاربرد دارد و برای اجرای آن از ماشین آلات راهسازی و عملیات خاکی استفاده می شود .
چنین روش اجرایی نتایج و تبعات اولیه زیر را به دنبال خواهد داشت :

• انرژی لازم برای اجرا و جا دادن این گونه مصالح بیش از مقداری است که با لرزاننده های ( ویبراتور ) معمولی تامین می گردد . به همین دلیل در صورت استفاده از مصالح و مواد سیمانی مشابه آنچه در بتن لرزاننده سنتی (CVC) یا بتن متعارف به کار برده می شوند و با اجرای لایه های متوالی بتن ، می توان به کیفیتی بهتر از کیفیت بتن متعارف (CVC) دست یافت .

• از سوی دیگر ، مانند سدهای خاکی ، ناحیه بين دو لایه متوالی و ناحیه واقع در درون لایه ها با یکدیگر متفاوتند .

• روش اجرای بتن غلتکی در مقایسه با بتن متعارف ، امکان دستیابی به سرعت زیادتری را فراهم می سازد که مزایای اقتصادی چون صرفه جویی در قیمت واحد حجم بتن و کاهشی قابل ملاحظه در زمان ساخت و همچنین در قالب بندی و ... را در پی خواهد داشت .

بتن غلتکی همچون تمامی انواع موجود بتن ، مخلوطی از مصالح سنگی خنثی ، مواد سیمانی و آب است .
بتن غلتکی مصالح و روشی نوین برای ساخت اقتصادی سازه های حجیم از جمله سدهای وزنی می باشد . در این نوع بتن ترکیبی از ویژگی های تکنولوژی بتن و خاک به کار گرفته شده و با استفاده از ماشین الات ساخت سدهای خاکی حمل ، پخش و متراکم می شود . بنابراین بتن ریزی سریعتر و هزینه اجرا به شدت کاهش می یابد .
امروزه سدهای بتن غلتکی در بسیاری از کشورهای در حال توسعه ساخته می شوند . زیرا این سدها مزایای اقتصادی و سرعت زیاد اجرای سدهای خاکی و ایمنی سدهای بتنی را تواماً در بردارند . فهرست سدهایی که در ایران به این روش مطالعه شده اند در جدول شماره 1 آمده است . پیشرفت حاصل در تکنولوژی بتن حجیم به منظور کاهش درصد سیمان منجر به پیدایش روش بتن غلتکی گردیده است . در این روش با منظور نمودن عوامل زیر درصد سیمان مصرفی کاهش یافته و بتن ریزی سریعتر و با هزینه ای کمتر انجام می شود:

• استفاده از سنگدانه های با حداکثر ابعاد بیشتر و دانه بندی خاص

• استفاده از پوزولان

• استفاده از مواد افزودنی حباب ساز و روان کننده

• استفاده از ماشین آلات حمل ، پخش و تراکم در عملیات خاکی و استفاده از ویبره سنگین در بتن ریزی

این نوع بتن به دلیل شرایط خاص اجرایی باید دارای روانی مناسب باشد . هنگامی که بتن غلتکی خیلی سفت باشد دانه بندی و چسبندگی مناسب جهت تراکم یکنواخت را نداشته باشد ، قسمت های تحتانی لایه تراکم مناسب را نمی بیند و هرگاه روانی این بتن خیلی زیاد باشد تحمل وزن غلتک را نداشته و غلتک لرزاننده نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد . بنابراین در این نوع بتن انتخاب مصالح و نسبت های اختلاط از اهمیت خاصی برخوردار می باشد .

ملاحظات اساسی در انتخاب نسبت اختلاط مناسب بتن غلطکی عبارتند از :

1. روانی مناسب ( توجه به دانه بندی و درصد آب مناسب برای تراکم )

2. مقاومت کافی ( تامین خواص مکانیکی و چسبندگی درزها )

3. آب بندی ( کنترل تراوش )

4. حرارت هیدراتاسیون کم ( محدود نمودن پتانسیل ترک های حرارتی )

2- سه روش طراحی سد بتن غلتکی :

روش طراحی سد بتن غلتکی در سال های 1970 به سه طریق متفاوت در حال شکل گیری و تبیین بود . در ایالات متحده نوع کم سیمان آن مبتنی بر روش های مربوط به مصالح و اجرای سدهای خاکی توسط گروه مهندسین ارتش (Army Corps of Engineers ) توسعه یافت. مهندسین انگلیسی گزینه دیگری با خمیر سیمان زیاد به صورت تلفیقی از طرح اختلاط بتن متدوال و روش های ساخت سدهای خاکی را در نظر داشتند . گروه مهندسین ژاپنی روش دیگری را تعقیب نمودند که سد بتنی متراکم شده با غلتک (  RCD ) نامیده می شد . از سه حالت فوق RCD محافظه کارانه ترین حالت نسبت به سد بتنی مرسوم و تجارب اجرایی آن می باشد.

2-1- روش طرح مخلوط با خمیر زیاد (روش انگلیسی):

روش طراحی مخلوط با خمیر زیاد اولین بار توسط مهندسی به نام دانستان (Dunstan ) ابداع گردید و اداره عمران ایالات متحده بعداً تغییراتی در آن اعمال نمود که در سد آپراستیل واتر (Upper Still Water ) به کار برد . این روش با مفاهیم طراحی سد بتن غلتکی با خمیر زیاد منطبق بوده و در آن کل سازه غیرقابل نفوذ منظور می شود و چسبندگی بین لایه ها با توجه به ویژگی مخلوط فراهم می گردد . به منظور دستیابی به چنین معیارهایی مواد شیمیایی بیشتر در مخلوط مصرف می شود تا بتن غلتکی با خمیر زیاد حاصل شود . 

 2-2- روش سد بتنی متراکم شده با غلطک RCD  ( روش ژاپنی) :

معیارهای طراحی مخلوط در روش RCD به شرح زیر است :

1. مقدار سیمان بایستی حتی الامکان کم در نظر گرفته شود در حالی که با مشخصه های مقاومت در نظر گرفته شده سازگار باشد . مقداری خاکستر بادی به عنوان ماده افزودنی مصرف شده تا بدین وسیله گرمای هیدراتاسیون و نیازهای آب مخلوط کاهش یابد .

2. لازم است نسبتی از ماسه به مصالح سنگدانه ای درشت دانه بیش از نسبت در نظر گرفته شده برای بتن حجیم معمولی منظور شود تا جدا شدن دانه ها کاهش یافته و تسهیلاتی در عمل تراکم با غلتک های ارتعاشی فراهم آورد .

2-3- روش کم سیمان (گروه مهندسین ارتش آمریکا) :

این روش مبتنی بر تجارب حاصله در هفت پروژه بتن غلتکی می باشد . روش مذکور از دستورالعمل ACI شماره 3/211 تحت عنوان روش استاندارد برای انتخاب نسبت های اختلاط در بتن بدون اسلامپ پیروی می کند . دستورالعمل فوق شامل چند جدول است که از روی تجربیات مذکور در ارتباط با بتن غلتکی تهیه شده است . این روش تعیین نسبت های اختلاط می تواند برای دامنه وسیعی از مصالح و مشخصات پروژه مورد استفاده قرار گیرد .

نحوه اجرای سدهای مخزنی به روش بتن غلتکی RCC
38 درصد از کل سدهائی که تا سال 1950 به ارتفاع 50 فوت (15 متر) و بیشتر احداث گردید (بدون درنظر گرفتن سدهائی که در چین ساخته شد) بتنی بوده است. از سال 1951 تا 1977 نسبت سدهای بتنی ساخته شده به حدود 25 درصد رسید. این تقلیل طی سالهای 1978 تا 1982 ادامه داشت و نسبت سدهای بتنی به 5/16 درصد رسید اما این کاهش در محبوبیت سدهای بتنی مقارن با زمانی بود که استفاده از سدهای بتنی در دره های تنگ رو به افزایش بود. بنابراین کاهش سدهای بتنی مربوط به دره های عریض می شد که به جای سدهای بتنی وزنی، سدهای خاکی و سنگریزه ای احداث گردید که ارزانتر و بیشتر قابل توجیه بودند دلیل این امر بازده خیلی بالی ماشین آلات، تجهیزات و روش ساخت در این نوع سدها بوده است.
کاهش تعداد سدهای بتنی باعث تشکیل دو گردهمایی مهم توسط دست اندرکاران سدسازی در آسیا در ایالت کالیفرنیای آمیرکا شد. گردهمایی اول تحت عنوان ساخت سریع سدهای بتنی در سال 1970 و گردهمایی دوم در سال 1972 بنام ساخت اقتصادی سدهای بتنی برگزاری گردید. اقدام مشابهی در ژاپن باعث تشکیل کمیته ای تحت عنوان کمیته ساخت منطقی سدهای بتنی در سال 1974 توسط وزارت عمران شد.
در خلال این زمان هر چند هزینه ساخت سدهای خاکی نسبت به سدهای بتنی در حال کاهش بود ولی از طرف دیگری تجارب نشان دادند که سدهای خاکی ایمنی کمتری نسبت به سدهای بتنی داشته و دارند، سوابق نشان می دهد که از سال 1928 به بعد از سدهای بتنی به ارتفاع بیش از 15 متر فقط سدی 62 متری کالیفرنیا بخاطر نقص پی و سدهالپاست فرانسه به ارتفاع 61 متر در اثر لغزش تکیه گاه آن ویران شدند. در حالیکه آمار موجود نشان داده که صدها سد خاکی با اندازه های مختلف طی 60 سال گذشته تخریب شده اند. دلیل اصلی تخریب سد خاکی روگذری و فرسایش درونی خاکریز می باشد.
با توجه به آسیب پذیری سدهای خاکی، متخصصین در گردهمایی آسلیمار (Asiolmar) و دیگر محققین به دنبال نوع جدیدی از مصالح برای سدسازی بودند که ایمنی سد بتنی و سرعت اجرای سد خاکی را تواماً دارا باشد. تا اینکه در اوایل سال 1960 و 1970 ابتکار جدید احداث سد بتنی غلتکی مطرح شد. در سالهای 1960 چند پروژه با اندیشه ترکیب مزایای سدهای بتنی و خاکی طراحی شدند این سدهای مخلوط نتیجه مطالعات و نوآوری های مهندسین سازه و ژئوتکنیک بودند، متاسفانه بعلت تخصصی بودن هر یک از این دو رشته، ارتباط محدودی بین پیشگامان اولیه برقرار بوده بر این اساس متخصصین هر یک از این دو رشته آگاهی محدودی نسبت به تلاشهای اولیه یکدیگر داشتند.
سدهای بتن غلتکی (آر، سی، سی) بعنوان نوع جدیدی از سد طی سالهای 1980 مطرح شد. این نوع سدها با توجه به هزینه کم که قسمتی از آن ساخت سریع آنها ناشی در زمان نسبتا کوتاهی در سراسر دنیا مورد قبول واقع شده و پیشرفت ناگهانی قابل توجهی را در امر طراحی و ساخت بوجود آورند کاربرد این در سالهای 1990 و بعد از آن مطرح گردید: این سد با هزینه کمتر و ایمنی نظیر سدهای بتنی کلاسیک می باشد بتن غلطکی بیش از آنکه یک نوع مصالح جدید باشد روشی جدید برای اجراست. بتنی غلتکی با خاک سیمانته شده که با روشهای مشابه اجرا می شود.
بعلت آنکه شامل سنگدانه های بزرگتر از 4،3 اینچ (19 میلی متر) بعنوان درشت ترین سنگدانه بوده و خواص مشابه با بتن معمولی داراست. متفاوت می باشد. در خاک سیمانته عموما ماسه مصرف شده با مقاومت پائین تر نسبت به بتن غلتکی حاصل می شود در حال حاضر سه نوع سد (پای پل، جگین، زیروان) از اینگونه سدها در کشور در مرحله اجرا قرار دارد و سدهای دیگری نیز در مرحله اجرا قرار دارد.
هدف از تشکیل این کارگاه آمزوشی توجه به یکی از روشهای جدید سد سازی بمنظور صرفه جوئی در هزینه ساخت سدها و آشنائی با مسائل مختلف در این ارتباط می باشد.
در فرهنگ اصطلاحات بتن و سیمان انجمن بتن آمریکا (90- R 116 ACI)، بتن غلتکی بدین ترتیب تعریف می شود: بتن متراکم شده با غلتک، بتنی که با حرکت بر روی آن در حالت سخت نشده، متراکم می شود. در ادبیات فنی با نام رول کریت نیز از آن نامبرده می شود. این روش، امروزه اغلب تحت عنوان بتن غلتکی یا به صورت خلاصه Rcc به کار برده می شود.
بتن غلتکی سخت شده، در اصل دارای همان خصوصیات بتن های معمولی که به صورت درجا ریخته شده و به عمل می آیند، می باشد و محصول نهایی به زبان ساده «بتن» تلقی می شود.
خاصیت روانی و پلاستیکی بتن غلتکی در حالت تر، اساسا متفاوت با خواص پلاستیکی بتن درجا ریز معمولی می باشد. اسلامپ بتن غلتکی باید در حد صفر باشد تا قادر به تحمل وزن غلتک متراکم کننده باشد. ماشین آلات مورد استفاده جهت حمل و نقل، بارگیری .و تراکم بتن Rcc شامل ماشین آلاتی با ظرفیت زیاد می باشند که در کارهای خاکی حجیم، نظیر سد سازی و راهسازی به کار می روند. به طور کلی در ساختن بتن غلتکی میزان عملیات دستی (غیر ماشینی) مورد نیاز در مقایسه با عملیات ساخت بتن های معمولی کمتر است .

یک شرکت تحقیقاتی بتن توانست بتن غلطکی RCCP که جایگزین مناسبی برای آسفالت می باشد را در شهرستان هشتگردبرای اولین بار با موفقیت اجرا کنند.
کارشناسان این مرکز درباره نقش و جایگاه بتن‌های غلطکی RCCP معتقدند که با توجه به مسائل زیست محیطی ناشی از آسفالت در کنار دوام اندک آسفالت در برابر تغییرات جوی، ضربه پذیری و سایش، موضوع بتن RCCP از دهه های گذشته در کشورهای توسعه یافته مورد توجه قرار گرفت به نحوی که در حال حاضر بیش از 80 درصد معابر سواره رو در اغلب کشورهای توسعه یافته با استفاده از بتن غلطکی اجرا شده است
مدیر این مرکز تحقیقاتی در ادامه افزود،تکنیک ساخت معابر سواره رو در دنیا دستخوش تغییرات وسیعی شده است و بخاطر واکنش‌های مختلفی که در مواد نفتی به مرور زمان بوجود می آید، موضوع تغییر بافت خیابان‌ها و اتوبان‌ها جایگزینی RCCP را پیش روی کشور های توسعه یافته قرار داده است و وضعیت امروزی خیابان‌ها در کشورهای در حال توسعه در وضعیتی است که ناشی از بی توجهی به فن آوری های جدید است لذا باید مدیران و صاحبان صنایع برای وارد کردن فناوری های جدید به هماهنگی برسند؛ در غیر اینصورت وضعیت نادرست موجود در بخش‌های مختلف ادامه خواهد داشت....
وی همچنین درباره دلایل توجه به بتن غلطکی میگوید: «همه ساله صدها میلیارد تومان در کشور ما برای تأمین روکش آسفالت خیابان‌ها هزینه می شود که پس از گذشت یک تا 5 سال این آسفالت مجدداً بایستی تعویض شود، این مسئله باعث شکل گیری نارضایتی های وسیعی در بین همه اقشار جامعه شده است.و البته ابعاد فقدان کیفیت آسفالت خیابان ها در همین جا به پایان نمی رسد بلکه باعث آبروریزی ملی و بین المللی برای صنعت و جامعه مهندسی نیز شده است
به گفته این محققان ، پیچیدگی‌های بتن غلطکی به مرحله اجرا و دانش فنی تولید منتهی می شود و به نظر می رسد با تجربیاتی که بدست آمده می توان امروزه گفت که تکنولوژی ساخت خیابان و اتوبان‌های با دوره دوام بالا نیز در کشور ما بومی شده است، لیکن بایستی ببینیم که مسئولین تا چه حد از این دست آورد استقبال می‌کنند.

بتن غلطکی


چكیده

استفاده از آسفالت قیری با توجه به معایب آن از جمله: آلودگی هوا و محیط زیست خصوصاً هنگام تولید، عدم سازگاری با شرایط اقلیمی به ویژه در فصل سرما، تغییر شكل و عمر كوتاه، عدم دوام در برابر مواد شیمیایی. با توجه به قیمت آن لازم دیده شد كه طرحی مناسب و جایگزین با قابلیتهای مصالح موجود در كشور انتخاب گردد كه پس از مطالعات اولیه و اجرای آزمایش با توجه به قابلیتهای فراوان رویه بتنی توانمند زود سخت شونده RCCP

( ROLLER COMPACTED CONCRETE PAVEMENTS)

عبارتند از: دامنه كاربرد بسیار وسیع، مقاومت فشاری بیش از سه برابر ماكزیمم مقاومت فشاری ثبت شده برای آسفالت قیری، صلبیت و عدم تغییر شكل، سازگاری با شرایط اقلیمی سرد و گرم، سرعت بالای اجرا و امكان بهره‌برداری زود هنگام، سازگاری با محیط زیست پیشنهاد گردید. بتن غلتكی RCCP برای اولین بار در ایران هم اجرا شد، آن هم توسط مجتمع تولیدی تحقیقاتی بتن ایران‌فریمكو در هشتگرد، نتایج آزمایشهای صورت گرفته نشان مي‌دهد كه این عملیات با موفقیت انجام گرفته است.

1ـ مقدمه

ازجمله مشكلات اساسی معابر سواره رو خیابانها و شبكه‌های بزرگراهی و محوطه‌های صنعتی در كشور ما تخریب و تعویض‌های متوالی آسفالت مي‌باشد كه در كنار تحمیل خسارات میلیاردی به اقتصاد ملی، ضریب ایمنی جاده‌ها و خیابانهای كشور را نیز به شدت كاهش داده است و البته خسارات فراوانی نیز به خودروها وارد مي‌كند به نحوی كه این وضعیت مورد اعتراض 100 درصد صاحبان اتومبیل‌ها و رانندگان مي‌باشد! اعتراض كه تكنولوژی فعلی ساخت معابر قادر به پاسخگویی و رفع این معضل نیست و نیازمند تغییر ساختاری و تكنیكی طراحی و ساخت معابر سواره رو و ترافیكی مي‌باشد. از طرفی معضل زیست محیطی استفاده از مواد فعلی و هیدروكربن‌ها در تركیب آسفالت قیری در كنار پائین بودن قابلیت‌ها و آسفالت‌ قیری برای احراز بسیاری از مشخصات فنی مورد لزوم در معابر ترافیكی بالاخص دوام و پایداری در برابر تغییرات جوی و سیكل‌های یخبندان، گزینه‌ رویه‌های بتنی RCCP را پیش رو قرار داده است.

2 ـ معایب آسفالت قیری

آسفالت قیری كه در مقابل فشارهای فیزیكی مقاومت چندانی ندارد، این مقاومت در مرغوبترین آسفالت قیری ایران معادل 85ـ75 كیلوگرم بر سانتیمتر مربع است. و در برابر تغییرات جوی و تغییر دما تغییر شكل مي‌دهد و عمر مفید كوتاهی دارد.

2 ـ1ـ آلودگی هوا و محیط زیست

برای تهیه آسفالت قیری به چیزی حدود 140 درجه سانتیگراد دما نیاز هست و در نتیجه برای تولید این نوع آسفالت مقادیر قابل توجهی سوخت به مصرف مي‌رسد و مي‌توان گفت به لحاظ زیست محیطی، اقتصادی و خصوصاً آلودگی هوا در كلان شهرها بسیار نامناسب است.



2 ـ 2ـ عدم سازگاری با شرایط آب و هوایی

بخش قابل توجهی از افت كیفیت آسفالت‌های قیری در عبور از فصل سرما و یخبندان اتفاق مي‌افتد و عواملی از قبیل پدیده جذب آب و یخ زدگی و آب شدگی، نفوذ آب به لایه‌های زیرین و یا استفاده از نمك برای یخ‌زدائی از جمله عوامل اصلی، تخریب آسفالتهای قیری در عبور از فصل سرما مي‌باشد.

در مناطق گرمسیر با مشكل تغییر شكل آسفالت قیری مواجه هستیم.

2 ـ3ـ عدم دوام در برابر مواد شیمیایی

آسفالت قیری در برابر مواد نفتی مانند گازوئیل، نفت، بنزین و اسیدهایی كه در محوطه‌های صنعتی وجود دارند تخریب مي‌شوند.

2 ـ4ـ استفاده از قیر نامناسب

قیر مورد مصرف در راه‌سازی به طور مستقیم در مقابل عوامل جوی بوده و باید ضربه‌های ناشی از حركت وسایل نقلیه را تحمل نماید

3ـ خواص بتن غلطكی

به طور كلی خواص بتن غلطكی سخت شونده بستگی به دانه‌بندی،‌ جنس و شكل سنگدانه‌ها، و مواد سیمانی، نحوه ساخت مخلوط، درصد تراكم و كنترل اجرا دارد. مزیت این روش ساخت بتن، هزینه كمتر از انواع دیگر بتن و سرعت اجرایی بسیار زیاد آن بوده و در عین حال دارای خواص مكانیكی مورد نیاز بتن معمولی نیز مي‌‌باشد. عموماً بتن غلطكی را بتنی سفت با اسلامپ صفر تعریف مي‌كنند.

3 ـ1ـ كاربرد رویه بتنی RCCP زود سخت شونده

دامنه كاربرد بسیار وسیع در ساخت جاده‌ها و خیابانهای اصلی و فرعی، آزاد راه‌ها، باند پرواز، آشیانه هواپیما، كف سالن‌های صنعتی، محوطه‌های صنعتی و انبارها، باراندازها، جاده معادن، پیاده روها، ورزشگاه‌ها، پیست اتومبیل‌رانی، كف نمایشگاه‌های صنعتی و تجاری، محوطه‌های تجاری، بنادر اسكله‌ها، دامداري‌ها، سردخانه‌ها، جاده‌های شیب‌دار، لوپ‌ها، میادین، دورها، پلها، كف ترمینال‌ها، ایستگاه‌های اتوبوس‌ و كامیون (گاراژ)‌ را مي‌توان نام برد.

3 ـ2ـ مقاومت رویه بتنی RCCP زود سخت شونده

مقاومت فشاری با نسبت آب به سیمان پایین و صفر بودن اسلامپ از 150 تا 300 كیلوگرم بر سانتي‌متر مربع كه در شرایط عمل آوری و با مرغوبترین مصالح به دست آمده است كه تحمل بارهای سنگین ترافیكی به ویژه در محل شیبها، دورها، بارهای ترافیكی و ایستگاه‌های سنگین را به راحتی تحمل مي‌كند.



3 ـ3ـ صلبیت

صلب بودن و عدم تغییر شكل در برابر بارهای وارده و ضربات ناشی از سقوط اجسام سخت.



3 ـ4ـ سازگاری با شرایط آب و هوایی

دوام بلندمدت نسبت به آسفالت قیری در مناطق گرمسیر و معتدل با توجه به اینكه در برابر افزایش دما مقاوم بوده و هیچگونه تغییر شكلی در آنها ایجاد نمي‌شود. در مناطق سردسیر رویه بتنی (RCCP) به خاطر جذب آب پایین و مقاوم بودن در برابر سیكل‌های یخبندان در مواجه با آسیبهای احتمالی ایمن و مقاوم است.



3 ـ5 ـ اجرا و بهره‌برداری زود هنگام

سرعت بالای اجرا و سهولت نگهداری و قابلیت بهره‌برداری زود هنگام حتی در مواقع اضطرار (دوازده ساعت پس از اجرا).

3 ـ6ـ سازگاری با محیط زیست

رویه بتنی RCCP به خاطر نفوذناپذیری مواد متشكله آن به بافت مصالح و طبیعت، به عنوان رویه سازگار هیچگونه مشكل زیست محیطی در محدوده كاربردی خود ندارند. و تا پایان دوره دوام مواد و مصالح متشكله آن به عنوان بخشی از طبیعت تعریف مي‌شود. رنگ خاكستری و خنثی RCCP، ضریب جذب دمای مناسبی دارد و این به خاصیت پایین آوردن دمای محیط كمك مي‌كند.

3 ـ7ـ گزارش فنی بتن توانمند زود سخت شونده RCCP

پس از انجام مطالعات اولیه، بررسی و ارزیابی قابلیت‌های مصالح موجود در كشور در نهایت طرحی مناسب با كشورمان تهیه و تدوین شد كه در ابتدای سال 1384 به ثمر نشست نتایج آزمایشهای ما كه پس از طی 28 روز با عنوان دوره بلوغ بتن انجام شد، نشان داد كه همه چیز براساس پیش‌بینی ما و مطابق با محاسبات و طراحي‌های اولیه جواب داده است كه مي‌توان به نمونة‌ اجرا شده در هشتگرد اشاره كرد.



4 ـ نتیجه‌گیری

پس از ذكر معایب آسفالت قیری و مزایای بتن غلطكی لازم است بدانیم كه اولین گام‌ها برای جایگزینی برداشته شده و نمونه‌ای برای ارزیابی و استناد اتفاق افتاده است. بیش از 40 سال است كه شیوه تولید، استفاده و مزایای بتن غلطكی در دانشگاه‌های ما تدریس مي‌شود، نیروی متخصص و آگاه در این باره در كشور تربیت شده است و همه شرایط و امكانات فراهم است، اما هم چنان از آسفالت قیری استفاده مي‌شود.



ملاحظات اساسی در انتخاب نسبت اختلاط مناسب بتن غلطکی عبارتند از :

1. روانی مناسب ( توجه به دانه بندی و درصد آب مناسب برای تراکم )

2. مقاومت کافی ( تامین خواص مکانیکی و چسبندگی درزها )

3. آب بندی ( کنترل تراوش )

4. حرارت هیدراتاسیون کم ( محدود نمودن پتانسیل ترک های حرارتی )



2- سه روش طراحی سد بتن غلتکی :

روش طراحی سد بتن غلتکی در سال های 1970 به سه طریق متفاوت در حال شکل گیری و تبیین بود . در ایالات متحده نوع کم سیمان آن مبتنی بر روش های مربوط به مصالح و اجرای سدهای خاکی توسط گروه مهندسین ارتش (Army Corps of Engineers ) توسعه یافت. مهندسین انگلیسی گزینه دیگری با خمیر سیمان زیاد به صورت تلفیقی از طرح اختلاط بتن متدوال و روش های ساخت سدهای خاکی را در نظر داشتند . گروه مهندسین ژاپنی روش دیگری را تعقیب نمودند که سد بتنی متراکم شده با غلتک ( RCD ) نامیده می شد . از سه حالت فوق RCD محافظه کارانه ترین حالت نسبت به سد بتنی مرسوم و تجارب اجرایی آن می باشد.



2-1- روش طرح مخلوط با خمیر زیاد (روش انگلیسی):

روش طراحی مخلوط با خمیر زیاد اولین بار توسط مهندسی به نام دانستان (Dunstan ) ابداع گردید و اداره عمران ایالات متحده بعداً تغییراتی در آن اعمال نمود که در سد آپراستیل واتر (Upper Still Water ) به کار برد . این روش با مفاهیم طراحی سد بتن غلتکی با خمیر زیاد منطبق بوده و در آن کل سازه غیرقابل نفوذ منظور می شود و چسبندگی بین لایه ها با توجه به ویژگی مخلوط فراهم می گردد . به منظور دستیابی به چنین معیارهایی مواد شیمیایی بیشتر در مخلوط مصرف می شود تا بتن غلتکی با خمیر زیاد حاصل شود .

2-2- روش سد بتنی متراکم شده با غلطک RCD ( روش ژاپنی) :

معیارهای طراحی مخلوط در روش RCD به شرح زیر است :

1. مقدار سیمان بایستی حتی الامکان کم در نظر گرفته شود در حالی که با مشخصه های مقاومت در نظر گرفته شده سازگار باشد . مقداری خاکستر بادی به عنوان ماده افزودنی مصرف شده تا بدین وسیله گرمای هیدراتاسیون و نیازهای آب مخلوط کاهش یابد .

2. لازم است نسبتی از ماسه به مصالح سنگدانه ای درشت دانه بیش از نسبت در نظر گرفته شده برای بتن حجیم معمولی منظور شود تا جدا شدن دانه ها کاهش یافته و تسهیلاتی در عمل تراکم با غلتک های ارتعاشی فراهم آورد .

2-3- روش کم سیمان (گروه مهندسین ارتش آمریکا) :

این روش مبتنی بر تجارب حاصله در هفت پروژه بتن غلتکی می باشد . روش مذکور از دستورالعمل ACI شماره 3/211 تحت عنوان روش استاندارد برای انتخاب نسبت های اختلاط در بتن بدون اسلامپ پیروی می کند .

 

بتن غلتکی (Roller Compacted Concrete )

به طور کلی بتن غلتکی بتنی است که با غلتک کوبیده شده و پیش از گیرش باید وزن غلتک ها را تحمل کند و پس از سخت شدن بتواند در برابر نیروهای وارده به آن تاب آورد.

سدهای بتن غلتکی را می توان مهم ترین تحول و دستاورد صنعت سدسازی در ربع قرن گذشته به حساب آورد.این فناوری امکان احداث سدهای فراوانی را با استانداردهای فنی و ایمنی مناسب فراهم کرده و در عین حال سرعت زیاد اجرا در این روش موجب اقتصادی شدن سدها گردیده است.همچنین این روش امکان ترمیم سدهای قدیمی را که از نظر پایداری یا ظرفیت تخلیه سیلاب مشکل دارند, به وجود آورده است.

در دهه اخیر گزینه استفاده ازسدهای بتن غلتکی مورد توجه دست اندرکاران صنعت سدسازی در کشورمان قرار گرفته است.سد پای پل (تنظیمی کرخه) با ارتفاع 34 متر – سد جگین _ سد زیردان با ارتفاع 63 متر و … از جمله نمونه های کاربرد این فناوری در کشورمان بوده است

        

ملاحظات اساسی در انتخاب نسبت اختلاط مناسب بتن غلطکی عبارتند از :

1. روانی مناسب ( توجه به دانه بندی و درصد آب مناسب برای تراکم )

2. مقاومت کافی ( تامین خواص مکانیکی و چسبندگی درزها )

3. آب بندی ( کنترل تراوش )

4. حرارت هیدراتاسیون کم ( محدود نمودن پتانسیل ترک های حرارتی )

 

2- سه روش طراحی سد بتن غلتکی :

روش طراحی سد بتن غلتکی در سال های 1970 به سه طریق متفاوت در حال شکل گیری و تبیین بود . در ایالات متحده نوع کم سیمان آن مبتنی بر روش های مربوط به مصالح و اجرای سدهای خاکی توسط گروه مهندسین ارتش (Army Corps of Engineers ) توسعه یافت. مهندسین انگلیسی گزینه دیگری با خمیر سیمان زیاد به صورت تلفیقی از طرح اختلاط بتن متدوال و روش های ساخت سدهای خاکی را در نظر داشتند . گروه مهندسین ژاپنی روش دیگری را تعقیب نمودند که سد بتنی متراکم شده با غلتک (  RCD ) نامیده می شد . از سه حالت فوق RCD محافظه کارانه ترین حالت نسبت به سد بتنی مرسوم و تجارب اجرایی آن می باشد.

 

2-1- روش طرح مخلوط با خمیر زیاد (روش انگلیسی):

روش طراحی مخلوط با خمیر زیاد اولین بار توسط مهندسی به نام دانستان (Dunstan ) ابداع گردید و اداره عمران ایالات متحده بعداً تغییراتی در آن اعمال نمود که در سد آپراستیل واتر (Upper Still Water ) به کار برد . این روش با مفاهیم طراحی سد بتن غلتکی با خمیر زیاد منطبق بوده و در آن کل سازه غیرقابل نفوذ منظور می شود و چسبندگی بین لایه ها با توجه به ویژگی مخلوط فراهم می گردد . به منظور دستیابی به چنین معیارهایی مواد شیمیایی بیشتر در مخلوط مصرف می شود تا بتن غلتکی با خمیر زیاد حاصل شود . 

 

 2-2- روش سد بتنی متراکم شده با غلطک RCD  ( روش ژاپنی) :

معیارهای طراحی مخلوط در روش RCD به شرح زیر است :

1. مقدار سیمان بایستی حتی الامکان کم در نظر گرفته شود در حالی که با مشخصه های مقاومت در نظر گرفته شده سازگار باشد . مقداری خاکستر بادی به عنوان ماده افزودنی مصرف شده تا بدین وسیله گرمای هیدراتاسیون و نیازهای آب مخلوط کاهش یابد .

2. لازم است نسبتی از ماسه به مصالح سنگدانه ای درشت دانه بیش از نسبت در نظر گرفته شده برای بتن حجیم معمولی منظور شود تا جدا شدن دانه ها کاهش یافته و تسهیلاتی در عمل تراکم با غلتک های ارتعاشی فراهم آورد .

 

2-3- روش کم سیمان (گروه مهندسین ارتش آمریکا) :

این روش مبتنی بر تجارب حاصله در هفت پروژه بتن غلتکی می باشد . روش مذکور از دستورالعمل ACI شماره 3/211 تحت عنوان روش استاندارد برای انتخاب نسبت های اختلاط در بتن بدون اسلامپ پیروی می کند . دستورالعمل فوق شامل چند جدول است که از روی تجربیات مذکور در ارتباط با بتن غلتکی تهیه شده است . این روش تعیین نسبت های اختلاط می تواند برای دامنه وسیعی از مصالح و مشخصات پروژه مورد استفاده قرار گیرد .

بتن غلتکی بتنی است که در اجرای سازه های حجیم ( سدها ، شالوده های بزرگ و... ) کاربرد دارد و برای اجرای آن از ماشین آلات راهسازی و عملیات خاکی استفاده می شود .
چنین روش اجرایی نتایج و تبعات اولیه زیر را به دنبال خواهد داشت :

• انرژی لازم برای اجرا و جا دادن این گونه مصالح بیش از مقداری است که با لرزاننده های ( ویبراتور ) معمولی تامین می گردد . به همین دلیل در صورت استفاده از مصالح و مواد سیمانی مشابه آنچه در بتن لرزاننده سنتی (CVC) یا بتن متعارف به کار برده می شوند و با اجرای لایه های متوالی بتن ، می توان به کیفیتی بهتر از کیفیت بتن متعارف (CVC) دست یافت .

• از سوی دیگر ، مانند سدهای خاکی ، ناحیه بین دو لایه متوالی و ناحیه واقع در درون لایه ها با یکدیگر متفاوتند .

• روش اجرای بتن غلتکی در مقایسه با بتن متعارف ، امکان دستیابی به سرعت زیادتری را فراهم می سازد که مزایای اقتصادی چون صرفه جویی در قیمت واحد حجم بتن و کاهشی قابل ملاحظه در زمان ساخت و همچنین در قالب بندی و ... را در پی خواهد داشت .

بتن غلتکی همچون تمامی انواع موجود بتن ، مخلوطی از مصالح سنگی خنثی ، مواد سیمانی و آب است .

بتن غلتکی مصالح و روشی نوین برای ساخت اقتصادی سازه های حجیم از جمله سدهای وزنی می باشد . در این نوع بتن ترکیبی از ویژگی های تکنولوژی بتن و خاک به کار گرفته شده و با استفاده از ماشین الات ساخت سدهای خاکی حمل ، پخش و متراکم می شود . بنابراین بتن ریزی سریعتر و هزینه اجرا به شدت کاهش می یابد .
امروزه سدهای بتن غلتکی در بسیاری از کشورهای در حال توسعه ساخته می شوند . زیرا این سدها مزایای اقتصادی و سرعت زیاد اجرای سدهای خاکی و ایمنی سدهای بتنی را تواماً در بردارند . فهرست سدهایی که در ایران به این روش مطالعه شده اند در جدول شماره 1 آمده است . پیشرفت حاصل در تکنولوژی بتن حجیم به منظور کاهش درصد سیمان منجر به پیدایش روش بتن غلتکی گردیده است . در این روش با منظور نمودن عوامل زیر درصد سیمان مصرفی کاهش یافته و بتن ریزی سریعتر و با هزینه ای کمتر انجام می شود:

• استفاده از سنگدانه های با حداکثر ابعاد بیشتر و دانه بندی خاص

• استفاده از پوزولان

• استفاده از مواد افزودنی حباب ساز و روان کننده

• استفاده از ماشین آلات حمل ، پخش و تراکم در عملیات خاکی و استفاده از ویبره سنگین در بتن ریزی

این نوع بتن به دلیل شرایط خاص اجرایی باید دارای روانی مناسب باشد . هنگامی که بتن غلتکی خیلی سفت باشد دانه بندی و چسبندگی مناسب جهت تراکم یکنواخت را نداشته باشد ، قسمت های تحتانی لایه تراکم مناسب را نمی بیند و هرگاه روانی این بتن خیلی زیاد باشد تحمل وزن غلتک را نداشته و غلتک لرزاننده نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد . بنابراین در این نوع بتن انتخاب مصالح و نسبت های اختلاط از اهمیت خاصی برخوردار می باشد

كاربرد بتن غلتكي در روسازي هاي راه ها

در حال حاضر به دلايل متعدد لزوم استفاده از روسازي هاي بتني در سطح كشور به خوبي آشكار شده است .از جمله اين دلايل افزايش چشمگير قيمت قير ومشكلات عديده روسازي هاي آسفالتي در محلهاي خاص همانند نواحي سواحل جنوب ، پايانه هاي بار ونواحي صنعتي مي باشد . اما با وجود اين مسائل ، مشكلاتي از قبيل نياز به وسايل و تجهيزات ويژه وپرسنل متخصص وبا تجربه كافي ، مصرف سيمان و آرماتور مانع از كاربرد روسازي بتني شده است . در اين مقاله ويژگي بتن غلتكي كه تقريبا اغلب خواص مطلوب روسازي هاي بتني را داشته و از طرف ديگر هزينه ساخت آن كمتر و اجراي آن آسانتر از روسازيهاي متداول بتني است ، معرفي مي گردد. امروزه اين نوع روسازي كه به عنوان روسازي بتن غلتكي شناخته شده ، در بسياري از كشورها مورد استفاده قرار گرفته و به خوبي نيازهاي طرح را تامين نموده است . خصوصيات روسازي بتن غلتكي شامل مصرف سيمان كمتر ، امكان استفاده از وسايل اجرا متداول در ساخت روسازي هاي آسفالتي ، امكان استفاده از مصالح با كيفيت كمتر از استاندارد بتن معمولي و عدم نياز به آرماتور ، قالب بندي و تعبيه درز مي باشد

طرح اختلاط بهینه بتن غلطکی

ساخت سدها با شیوه بتن غلتکی فن آوری نسبتا جدیدی است که در چند سال اخیر توسعه روز افزونی یافته است . علت اصلی این توسعه ، اقتصادی بودن ، کاربرد مصالح منطقه ای ارزان قابل دسترس و سرعت بالای اجراي این سدها بوده است . در این تحقیق ابتدا اثر مصالح تشکیل دهنده بتن غلتکی یعنی سنگدانه ها ، سیمان ، آب و پوزلان ایران ( تراس جاجرود و تفتان) بر روی خواص مقاومتی بتن غلتکی بررسی شده و نسبتهای آنها در طرح اختلاط بتن غلتکی مورد ارزیابی قرار گرفته است . در این طرح اختلاط ها تغییرات نوع سنگدانه و اثرات طبیعی و گرد گوشه بودن و یا شکسته بودن آنها در تعیین نسبت های بهینه جهت دستیابی به حداکثر مقاومت بررسی شده است .

بررسی اثر مشخصات سنگدانه ها در خواص بتن غلتكی مورد استفاده در روسازی راه

در سال های اخیر استفاده از بتن غلتكی در ساخت روسازی راه ها با استقبال فراوانی همراه بوده است. این امر را می توان به دلیل توجیهات فنی و اقتصادی این روش نوین ساخت دانست. رویه بتن غلتكی در واقع بتن متراكم شده ای است كه دارای خصوصیات بارزی چون دوام زیاد، هزینه های ساخت كم و تعمیرات و نگهداری در سطوح كم است.
هدف كلی این تحقیق آزمایشگاهی كاربردی تر كردن استفاده از بتن غلتكی در صنعت راه سازی كشور بوده و امكان مصرف مصالح غیر شسته در رویه های بتن غلتكی بررسی شده است. به این منظور ابتدا درصد بهینه ای از مصالح ریزدانه (فیلر طبیعی) تعیین شد. این مصالح در درصد های 0، 5، 7.5، 10، 18 و 25 مورد آزمایش قرار گرفتند. پس از تعیین مقدار بهینه فیلر طبیعی، برای بررسی شستگی و غیر شستگی مصالح مخلوط هایی با درصدهای 2.5، 7.5، 10 و 15 از مصالح ریزتر از الك 200 در دو عیار250Kg/m3 و 300Kg/m3 تهیه شد. سپس در راستای ارایه راه حل برای مصالح غیر شسته تاثیر مواد افزودنی در بتن های غلتكی در درصد های0،1، 1.5 و 2 مورد بررسی قرار گرفت. برای آزمایش مقاومت فشاری و نفوذپذیری آب از نمونه های مكعبی15×15×15 سانتیمتری و برای آزمایش مقاومت خمشی از نمونه های منشوری 15×15×65 سانتیمتری استفاده شد.
فیلر طبیعی به عنوان بخشی از مصالح ریز دانه در درصد بهینه 7.5% سبب بهبود خواص مقاومتی شد و همچنین مصالح با خاصیت غیر خمیری، در صورتی كه مقدار مصالح ریزتر از الك 200 آنها كمتر از حد بیشینه 7.5% باشند، می توانند در مخلوط های بتن غلتكی بدون شستشو مصرف شوند كه در این حالت دارای مشخصات مكانیكی و دوام قابل قبولی هستند. مواد فوق روان كننده نیز تاثیرات قابل توجهی در روانی و مقاومت فشاری مخلوط ها با مصالح غیر شسته داشتند

بتن های غلطکی

بتن غلتکی بتنی است که در اجرای سازه های حجیم ( سدها ، شالوده های بزرگ و... ) کاربرد دارد و برای اجرای آن از ماشین آلات راهسازی و عملیات خاکی استفاده می شود .
چنین روش اجرایی نتایج و تبعات اولیه زیر را به دنبال خواهد داشت :

• انرژی لازم برای اجرا و جا دادن این گونه مصالح بیش از مقداری است که با لرزاننده های ( ویبراتور ) معمولی تامین می گردد . به همین دلیل در صورت استفاده از مصالح و مواد سیمانی مشابه آنچه در بتن لرزاننده سنتی (CVC) یا بتن متعارف به کار برده می شوند و با اجرای لایه های متوالی بتن ، می توان به کیفیتی بهتر از کیفیت بتن متعارف (CVC) دست یافت .

• از سوی دیگر ، مانند سدهای خاکی ، ناحیه بين دو لایه متوالی و ناحیه واقع در درون لایه ها با یکدیگر متفاوتند .

• روش اجرای بتن غلتکی در مقایسه با بتن متعارف ، امکان دستیابی به سرعت زیادتری را فراهم می سازد که مزایای اقتصادی چون صرفه جویی در قیمت واحد حجم بتن و کاهشی قابل ملاحظه در زمان ساخت و همچنین در قالب بندی و ... را در پی خواهد داشت .

بتن غلتکی همچون تمامی انواع موجود بتن ، مخلوطی از مصالح سنگی خنثی ، مواد سیمانی و آب است .
بتن غلتکی مصالح و روشی نوین برای ساخت اقتصادی سازه های حجیم از جمله سدهای وزنی می باشد . در این نوع بتن ترکیبی از ویژگی های تکنولوژی بتن و خاک به کار گرفته شده و با استفاده از ماشین الات ساخت سدهای خاکی حمل ، پخش و متراکم می شود . بنابراین بتن ریزی سریعتر و هزینه اجرا به شدت کاهش می یابد .
امروزه سدهای بتن غلتکی در بسیاری از کشورهای در حال توسعه ساخته می شوند . زیرا این سدها مزایای اقتصادی و سرعت زیاد اجرای سدهای خاکی و ایمنی سدهای بتنی را تواماً در بردارند . فهرست سدهایی که در ایران به این روش مطالعه شده اند در جدول شماره 1 آمده است . پیشرفت حاصل در تکنولوژی بتن حجیم به منظور کاهش درصد سیمان منجر به پیدایش روش بتن غلتکی گردیده است . در این روش با منظور نمودن عوامل زیر درصد سیمان مصرفی کاهش یافته و بتن ریزی سریعتر و با هزینه ای کمتر انجام می شود:

• استفاده از سنگدانه های با حداکثر ابعاد بیشتر و دانه بندی خاص

• استفاده از پوزولان

• استفاده از مواد افزودنی حباب ساز و روان کننده

• استفاده از ماشین آلات حمل ، پخش و تراکم در عملیات خاکی و استفاده از ویبره سنگین در بتن ریزی

این نوع بتن به دلیل شرایط خاص اجرایی باید دارای روانی مناسب باشد . هنگامی که بتن غلتکی خیلی سفت باشد دانه بندی و چسبندگی مناسب جهت تراکم یکنواخت را نداشته باشد ، قسمت های تحتانی لایه تراکم مناسب را نمی بیند و هرگاه روانی این بتن خیلی زیاد باشد تحمل وزن غلتک را نداشته و غلتک لرزاننده نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد . بنابراین در این نوع بتن انتخاب مصالح و نسبت های اختلاط از اهمیت خاصی برخوردار می باشد .

ملاحظات اساسی در انتخاب نسبت اختلاط مناسب بتن غلطکی عبارتند از :

1. روانی مناسب ( توجه به دانه بندی و درصد آب مناسب برای تراکم )

2. مقاومت کافی ( تامین خواص مکانیکی و چسبندگی درزها )

3. آب بندی ( کنترل تراوش )

4. حرارت هیدراتاسیون کم ( محدود نمودن پتانسیل ترک های حرارتی )

2- سه روش طراحی سد بتن غلتکی :

روش طراحی سد بتن غلتکی در سال های 1970 به سه طریق متفاوت در حال شکل گیری و تبیین بود . در ایالات متحده نوع کم سیمان آن مبتنی بر روش های مربوط به مصالح و اجرای سدهای خاکی توسط گروه مهندسین ارتش (Army Corps of Engineers ) توسعه یافت. مهندسین انگلیسی گزینه دیگری با خمیر سیمان زیاد به صورت تلفیقی از طرح اختلاط بتن متدوال و روش های ساخت سدهای خاکی را در نظر داشتند . گروه مهندسین ژاپنی روش دیگری را تعقیب نمودند که سد بتنی متراکم شده با غلتک (  RCD ) نامیده می شد . از سه حالت فوق RCD محافظه کارانه ترین حالت نسبت به سد بتنی مرسوم و تجارب اجرایی آن می باشد.

2-1- روش طرح مخلوط با خمیر زیاد (روش انگلیسی):

روش طراحی مخلوط با خمیر زیاد اولین بار توسط مهندسی به نام دانستان (Dunstan ) ابداع گردید و اداره عمران ایالات متحده بعداً تغییراتی در آن اعمال نمود که در سد آپراستیل واتر (Upper Still Water ) به کار برد . این روش با مفاهیم طراحی سد بتن غلتکی با خمیر زیاد منطبق بوده و در آن کل سازه غیرقابل نفوذ منظور می شود و چسبندگی بین لایه ها با توجه به ویژگی مخلوط فراهم می گردد . به منظور دستیابی به چنین معیارهایی مواد شیمیایی بیشتر در مخلوط مصرف می شود تا بتن غلتکی با خمیر زیاد حاصل شود . 

 2-2- روش سد بتنی متراکم شده با غلطک RCD  ( روش ژاپنی) :

معیارهای طراحی مخلوط در روش RCD به شرح زیر است :

1. مقدار سیمان بایستی حتی الامکان کم در نظر گرفته شود در حالی که با مشخصه های مقاومت در نظر گرفته شده سازگار باشد . مقداری خاکستر بادی به عنوان ماده افزودنی مصرف شده تا بدین وسیله گرمای هیدراتاسیون و نیازهای آب مخلوط کاهش یابد .

2. لازم است نسبتی از ماسه به مصالح سنگدانه ای درشت دانه بیش از نسبت در نظر گرفته شده برای بتن حجیم معمولی منظور شود تا جدا شدن دانه ها کاهش یافته و تسهیلاتی در عمل تراکم با غلتک های ارتعاشی فراهم آورد .

2-3- روش کم سیمان (گروه مهندسین ارتش آمریکا) :

این روش مبتنی بر تجارب حاصله در هفت پروژه بتن غلتکی می باشد . روش مذکور از دستورالعمل ACI شماره 3/211 تحت عنوان روش استاندارد برای انتخاب نسبت های اختلاط در بتن بدون اسلامپ پیروی می کند . دستورالعمل فوق شامل چند جدول است که از روی تجربیات مذکور در ارتباط با بتن غلتکی تهیه شده است . این روش تعیین نسبت های اختلاط می تواند برای دامنه وسیعی از مصالح و مشخصات پروژه مورد استفاده قرار گیرد .

 

 

 

بکار گیری بتن غلطکی در تهران

سد شفارود انقلابي در سدسازي

سد بتني غلتکي ايمني و سرعت اجرا را توام دارد

با توجه به آسيب پذيري سدهاي خاکي متخصصين و محققين به دنبال نوع جديدي از مصالح براي سدسازي بودند که ايمني سد بتني و سرعت اجراي سد خاکي را توام داشته تا اينکه در اوايل سال 1960 و 1970 ابتکار جديد احداث "سد بتني غلتکي"  مطرح شد.

اين نوع سدها با توجه به هزينه کم و ساخت سريع در زمان نسبتا کوتاهي در سراسر دنيا مورد قبول واقع شده و پيشرفت ناگهاني قابل توجهي  در امر طراحي و ساخت اين نوع سد به وجود آمد.

با اين توصيف در فرهنگ اصطلاحات بتن و سيمان انجمن بتن آمريکا، بتن غلتکي بدين ترتيب تعريف مي شود: "بتن متراکم شده با غلتک، بتني که با حرکت بر روي آن در حالت سخت نشده متراکم مي شود."

همچنين در ادبيات فني با نام "رول کريت"  نيز از آن نامبرده مي شود اين روش امروزه اغلب تحت عنوان بتن غلطکي يا Rcc به کار برده مي شود.

به هرحال  سدهايي که ساخته مي شود علاوه بر اينکه آب لازم براي کشاورزي، صنعت و شرب را تامين مي کند فوايد ديگري هم دارد که آن از جمله مي توان جلوگيري از فرسايش افراطي سطح زمين و افزايش ذخيره هاي زيرزميني را نام برد.

سد سازي همان قدر که در تامين آب اهميت دارد در تامين انرژي نيز مهم است بايد توجه داشت که حيات امروزه بشر پس از آب وابسته به انرژي است علاوه بر اين سدسازي مي تواند در تلطيف محيط و ايجاد تفرجگاه نيز نقش داشته باشد.

پروفيلهاي دمایي ناشي از گيرش سيمان در سدهاي بتن غلطكي (با ساخت لايه اي سريع)

استفاده از بتن غلتكي (RCC ) ميتواند سرعت عمليات ساخت سدهاي بتني را  بنحو چشمگيري افزايش دهد. از سوي ديگر عدم امكان استفاده از سيستم هاي پس سرد كن بتن ( Post Cooling ) و محدود بودن تعداد درزهاي عرضي در اين نوع سدها باعث شده تا بررسي مسائل حرارتي و پروفيل هاي زماني دماي بتن بدنه سد از پارامترهاي مهم در طراحي و برنامه ريزي اجرايي اين نوع سدها بشمار آيد. با استفاده از نرم افزار مناسب ميتوان گزينه هاي مختلف مواد و مصالح مورد روش هاي و عمليات اجرايي و عواقب آن بر توزيع حرارتي بدنه سد را تجربه نموده به گزينه بهينه از نظر فني و اجرايي دست يافت[76]. در اينجا خلاصه اي از نتايج كاربرد نرم افزار تحليل عددي توزيع حرارت ناشي از هيدراسيون مواد سيماني و پيش بيني پروفيل هاي زماني دما در نقاط مختلف بدنه سدهاي RCC  با لحاظ نمودن روش لايه اي ساخت اين نوع سدها  ارائه شده است [77].

شبکه بندي مقطع سد بتن غلتکي (شبکه بندي بي ساختار در پي و با ساختار در بخش بتني)

   

پروفيلهاي دماي ناشي از هيدراتاسيون سيمان طي مراحل مختلف ساخت لايه اي در مقطع سد بتن غلتکي

      

ميانگين و بيشينه دما طي ساخت    سه ضخامت مختلف بتن ريزي لايه ها    سه زمان مختلف بتن ريزي لايه ها       بتن با سه عيار سيمان مختلف

 

 zirdan dam-chabahr سد بتن غلطكي زيردان

محتویات

• ۱ مزایای پیش تنیدگی
• ۲ انواع پیش تنیدگی
• ۳ اعضا ضروری در پیش تنیدگی
• ۴ قسمتهای مربوط به مهار کردن و بستن (Anchor Head )
• ۵ کاربرد پیش تنیدگی
• ۶ حوادث مرتبط با بتن پیش فشرده

سازه پیش‌تنیده سازه ای است که با ترکیب رشته ها یا میلگردهای فولادی (Tendon) و بتن ساخته می شود. میله های فولادی در پروسه ساخت یا پس از ساخت، تحت کشش (مثلاً با جک های هیدرولیک) قرار می گیرند. این تدبیر باعث می شود که بتن موجود در سازه تحت تنش فشاری قرار گیرد. از آنجا که مقاومت بتن در فشار بسیار بیشتر از مقاومت آن در کشش هست، اعمال بارهای خارجی به سازه به جای ایجاد تنش کششی در بتن، موجب کاهش تنش فشاری در بتن می شوند و بنابراین بتن موجود یا تحت تنش کششی قرار نمی گیرد یا مقدار بسیار کمی تنش کششی (کمتر از استحکام شکست بتن) تحمل می کند. این تدبیر باعث می شود که قابلیت تحمل بار سازه با بتن تحت فشار بسیار بیشتر از سازه مشابه بدون پیش تنیدگی باشد.

مزایای پیش تنیدگی

برای درک بهتر مزایای پیش تنیدگی دانستن اطلاعاتی از خواص بتن مفید خواهد بود. بتن در برابر فشار بسیار مقاوم است اما در برابر کشش ضعیف است. به عنوان مثال وقتی نیرویی کششی در مقطع آن عمل کند، ترک می‌خورد. به طور متداول در سازه‌های بتنی وقتی باری شبیه به خودرو در یک پارکینگ بر روی دال بتنی و یا تیرها قرار گیرد، تیر تمایل به انحنا و خم شدن دارد. این تغییر شکل خمیدگی باعث می‌شود پایین تیر اندکی دچار کشیدگی و ازدیاد طول (کرنش، Strain) شود. معمولاً همین مقدار اندک کشیدگی برای ایجاد ترک در بتن کافی است. میل گردهای تقویتی(bars ) فولادی به صورت مدفون در بتن به عنوان تقویت کشش برای محدود کردن عرض ترک قرار داده می‌شود. میلگردها در این حالت وقتی فقط به صورت مدفون در بتن قرار داده می‌شود به صورت نیروهای Passive عمل می‌کند و تا زمانی که خیز در بتن به مرحله قبل از ایجاد ترک نرسیده است نیرویی را تحمل نمی‌کند.^{[نیازمند منبع]} اما Tendon یا همان فولادهای پیش تنیدگی به صورت نیروهای Active در سیستم عمل می‌کنند. در سیستم پیش تنیدگی فولاد به عنوان عامل مقاوم و موثر عمل می‌کند. به طوری که امکان بوجود آمدن ترک در بتن وجود نخواهد داشت. سازه‌های پیش تنیده حتی اگر تحت بارگذاری کامل قرار گیرند، می‌توانند طوری طراحی شوند که کمترین خیز و ترک در سازه ایجاد شود.

اجرای سیستم پیش تنیدگی در مراحل ساخت، سرهم کردن قطعات(مونتاژ)، برپاسازی و نصب در موقعیت به معلومات و دانش تخصصی و فنی نیاز دارد ولی می توان مفهوم کلی کار را با مثال زیر توضیح داد: اگر تعدادی بلوک چوبی که درون آنها سوراخی اجرا شده‌است و از میان سوراخ نوار لاستیکی عبور داده شود و دو طرف انتهای نوار لاستیکی را نگاه داریم، بلوک‌ها از قسمت پایین از هم جدا می‌شوند.در این شرایط پیش تنیدگی توسط قرار دادن یک جفت مهره در دو انتهای نوار لاستیکی قابل شرح است بطوری که با پیچاندن مهره‌ها کم کم بلوکها در قسمت پایین به هم نزدیک شده و نهایتاً به طور محکم به هم فشار خواهند آورد. در این حالت اگر از دو قسمت انتهایی مجموعه را بلند کنیم این بار مجموعه بلوک‌ها از هم جدا نمی‌شود و بطور مستقیم و در کنار هم موقعیت خود را حفظ می‌کنند.این نوار لاستیکی محکم شده در واقع همان Tendon (فولادهای پس تنیدگی) در مقیاس واقعی می‌باشند که توسط وسایل مهاری گوه‌ای شکل در محل انتهایی بسته می‌شوند.

 

 

انواع پیش تنیدگی

 

در حالت کلی دو نوع اصلی پیش تنیدگی وجود دارد:

• آزاد Unbonded
• چسبیده (Bonded(grouted

در حالت آزاد (Unbonded) کابل یا میلگرد فولادی با بتن اطراف چسبندگی ندارد. بیشتر سیستم‌های آزاد (Unbonded) به صورت تک رشته‌ای می‌باشند که در دال و تیرهای ساختمان ها، سازنده پارکینگ‌ها و دالهای روی سطح زمین از این سیستم استفاده می‌شود. یک رشته کابل (Stand ) از هفت رشته سیم مفتول تشکیل می‌شود^{[نیازمند منبع]} که با نوعی گریس جهت حفاظت خوردگی پوشیده می‌شود و کل مجموعه درون یک روکش پلی اتلین قرار گرفته‌است. در ابتدا و انتهای کابلها نیز از یک صفحه فولادی سوراخ دار به همراه گوه‌هایی فولادی دو تکه استفاده می‌شود و این گوه‌ها طوری طراحی می شوند که کابل را درون خود محکم نگاه می‌دارند. در سیستم‌های چسبیده (Bonded) دو یا چند رشته از درون یک مجرای محافظ فلزی یا پلاستیکی عبور داده می‌شود در حالی که این مجرا از قبل به صورت مدفون در بتن کار گذاشته می‌شود. رشته ها ها توسط یک جک کششی بزرگ مهار شده و کشیده می‌شوند. سپس مجرای لوله ای(Duct ) توسط گروت که ماده ای بر پایه سیمان است پر می‌شود. استفاده از این گروت هم باعث محافظت از خوردگی کابلهای فولادی می‌شود هم این که باعث انتقال نیروی کششی بین استرندها و مجرای لوله ای (Duct ) شده و گیرداری طول مشخصی از فولاد (Tendon) را در محیط اطراف موجب می‌شود. دیواره های حایل خاک و سنگ (مثلاً انواعی که در کنار جاده ها جهت جلوگیری از ریزش کوه احداث می شوند) نیز از نوع سیستم Bonded (گیرداری) هستند اما با قدری تفاوت در مراحل اجرای لنگرگذاری، به طوری که به وسیله دستگاه حفاری سوراخ مدنظر به همراه یک غلاف لوله ای (Casing ) جهت جلوگیری از ریزش خاک و سنگ در محل ایجاد می‌شود. این کار ممکن است در دیواره یک تونل و یا دیواره حایل شیت پایلی و توده خاک پشت آن انجام می‌گیرد. در درون Casing عبور داده شده و سپس عملیات تزریق گروت آغاز می‌شود. بعد از این که گروت به مقاومت مدنظر رسید عملیات کشش Tendon آغاز می‌شود. در حالت پایدار سازی زمینه‌ای شیبدار (ترانشه ها) و یا دیواره تونل‌ها استفاده از انکر گذاری باعث نگهداری خاک سست و سنگ و پیوستگی آن دو با هم می‌شود، به طوری که وقتی عملیات خاکبرداری داخل آغاز می‌شود، فشار پشت توسط نیروی پیش تنیدگی انکر خنثی می‌شود و دیواره شیت پایل در محل خود استوار می‌ماند.

 

اعضا ضروری در پیش تنیدگی

در سیستم پیش تنیدگی اعضا ضروری متعددی وجود دارد. در ساختار آزاد (Unbonded) پوشش پلاستیکی به عنوان منفصل و جداکننده نیروی مهاری بین رشته های پیش تنیدگی و بتن اطراف عمل می‌کند. چیزی که به عنوان ناحیه آزاد (LF ) مطرح می‌شود. این پوشش همچنین باعث محافظت از رشته ها در برابر صدمات مکانیکی می‌شود، به عنوان یک مانع عمل می‌کند که از نفوذ رطوبت و مواد شیمیایی به رشته جلوگیری می‌کند. علاوه بر این پوشش، گریس مخصوص محافظ رشته فولادی، باعث کاهش اصطکاک بین رشته فولادی و پوشش پلاستیکی آن شده و محافاظت مضاعفی دربرابر خوردگی ایجاد می‌کند.

 

قسمتهای مربوط به مهار کردن و بستن (Anchor Head )

لنگر گاه و مهار کردن از بخشهای مهم خصوصاً در سیستم‌های آزاد(Unbonded ) می باشد. بعد از این که بتن عمل آوری شد و به مقاومت لازم رسید گوه‌ها داخل صفحه مخصوص (Wedge Plate ) قرار داده می‌شود و رشته ها کشیده می‌شوند. پس از برداشتن جک، رشته فولادی به آرامی جمع می‌شود و گوه‌ها را به درون لنگر گاه می‌کشد و این عمل باعث ایجاد قفل شدگی محکم در رشته فولادی می‌شود. بنابراین گوه‌ها نیروی موجود در Tendon را حفظ می‌کنند و آن را بتن محیط اطراف منتقل می‌کنند. در محیط‌های خورنده قسمت مهار کننده (anchorhead ) و دم‌های رشته های فولدی بیرون زده معمولاً با یک پوشش کلاهک برای حفاظت بیشتر پوشانده می‌شوند.

سازه های بتنی پیش تنیده آزاد (Unbonded) عموماً در کارخانه بصورت پیش ساخته تولید می‌شوند و به محل استفاده (به صورت آماده جهت نصب) منتقل می‌شوند. سپس رشته‌های پیش تنیدگی به شکلی که در نقشه‌های نصب مشخص شده‌اند در محل قرار داده می‌شوند. در نقشه‌های نصب فاصله آنها از هم، شکل حرکتی آن در طول(ارتفاع هر قسمت آن از سطح قالب) و محل هایی که باید کشیده شوند، نشان داده می‌شود. سپس بتن ریزی انجام می‌شود و وقتی به مقاومت لازم بین 3000-3500 psi رسید، رشته‌ها کشیده شده و قفل می‌شود. اصولاً Tendon شبیه یک نوار لاستیکی تمایل به برگشت به حالت طول اولیه دارد در حالی که قسمت مهارکننده(Anchor head ) از حرکت آن جلوگیری می‌کند. در واقع رشته‌ها به طور دایمی تحت تنش قرار دارند که باعث می‌شود نیروی فشاری در بتن ایجاد شود. این نیروی فشاری که از سیستم پیش تنیدگی حاصل می‌شود نیروهای کششی ناشی از بارگذاری را خنثی می‌کند. بنابراین ظرفیت باربری بتن و یا دیواره شیت پایل در سازه‌های دریایی (اسکله ها، حوضچه‌های خشک تعمیر کشتی) به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. از آنجایی که بتن پیش تنیده در محل پروژه به صورت درجا ریخته می‌شود تقریباً هیچ محدودیتی برای شکل دادن وجود ندارد. سازه های قوسی شکل، طرح‌های دالهای پیچیده مثالهایی از سازه‌های بتنی پیش تندگی هستند. پیش تنیدگی تاکنون برای استفاده در تعداد زیادی از پل هایی که به زیبایی طراحی شده، جهت استفاده قرار گرفته‌است. استحککام کششی کابلهای فولادی پیش تنیدگی تقریباً در ده سال گذشته دو برابر شده از این رو صنعت پیش تنیدگی به سرعت در حال رشد است.

 

کاربرد پیش تنیدگی

در سازه‌های پارکینگ ها، ساختمان(آپارتمانها) و در دفاتر کار، دالهای بتنی روی زمین، پلها و ورزشگاه ها، حفاری‌های سنگ و خاک، تانکهای ذخیره آب و مواد شیمیایی و ...پیش تنیدگی می‌تواند باعث مزایای فراوانی گردد. در بیشتر حالت‌ها اجرای سیستم پیش تنیدگی باعث می‌شود بسیاری از ملزومات دشوار معماری طرح رعایت و محدودیت‌های موجود برطرف گردد. پیش تنیدگی تقریباً در تمام انواع سازه‌ها کاربرد دارد. در سازه ساختمان ها، پیش تنیدگی اجازه ایجاد دهانه آزاد بیشتری بین تکیه گاه‌ها می‌دهد. ضمناً ضخامت دالهای بتنی نیز کمتر بوده، تیرها کمتر و لاغرتر نیاز است. امکان ساخت اعضا سازهای چشمگیر و نمایشی از مزایای پیش تنیدگی است. دال نازکتر به معنای استفاده کمتر از بتن می‌باشد به علاوه این که ارتفاع کلی ساختمان برای ارتقای کف تا کف یکسان نسبت به ساختمانی که از سیستم پیش تنیدگی استفاده نشده کمتر می‌باشد. بنابراین سیستم پیش تنیدگی باعث می‌شود وزن سازه به طور قابل توجهی نسبت به ساختمان بتنی معمولی با همان تعداد طبقات کاهش یابد. این موضوع باعث کاهش بار فندانسیون می‌شود و می‌تواند مزیت اصلی آن برای نواحی لرزه خیز باشد. در مقایسه با ساختمان با شرایط مشابه یک ساختمان کوتاه به سیستم‌های مکانیکال کمتر و همچنین هزینه نمای خارجی کمتری احتیاج دارد. لذا صرفه اقتصادی نیز حاصل شده‌است. محاسن دیگر سیستم پیش تنیدگی این است که تیرها و دالها می‌توانند ممتد اجرا شوند. به عنوان مثال یک تیر تنها می‌تواند به طور ممتد از یک انتهای ساختمان به انتهای دیگر آن امتداد یابد. از نظر سازهای این حالت بسیار کارآمدتر از این است که یک تیر فقط از یک ستون به ستون بعدی امتداد داشته باشد. سیستم پیش تنیدگی برای سازه‌های پارکینگ نیز استفاده می‌شود و علت آن این است که انعطاف پذیری زیادی برای طراحی ستون ها، طول دهانه آزاد و شکل رمپ به طراح می‌دهد. پارکینگ هایی که در آنها از سیستم پیشتنیدگی استفاده شده‌است هم می‌توانند به عنوان یک سازه مستقل باشند و هم به عنوان یک یا چند طبقه در یک ساختمان مسکونی و یا اداری قرار داشته باشند.در نواحی که از خاک رس روان یا خاک هایی با ظرفیت باربری پایین تشکیل شده‌اند، استفاده از دالهای روی زمین و یا فندانسیون‌های گسترده با سیستم پیش تنیدگی مشکلات ناشی از ترک و نشت‌های نامتقارن را از بین می‌برد.این روش برای ساخت پل‌ها با شرایط مختلف هندسی نظیر انحناهای پل‌ها و پل هایی با ارتفاع اهمیت زیادی دارد. ضمناً روش پیش تنیدگی امکان ساخت پل‌ها با دهانه خیلی زیاد را بدون استفاده از تکیه گاه‌های میانی پل بوجود می‌آورد. در ورزشگاه‌ها نیز این سیستم باعث می‌شود دهانه‌های آزاد بزرگتری اجرا شود و در نتیجه امکان اجرای طرح‌های معماری زیبایی به وجود می‌آید. این سیستم به عنوان مهاری نفوذ کننده در عمق خاک و سنگ نیز استفاده می‌شود و به عنوان اعضا کششی برای نگاه داری دیواره‌های جانبی در سازه‌ها مانند دیواره راهها، تونل ها، دیواره حوضچه‌های خشک ساخت و تعمیر کشتی و به عنوان نگهدارنده کف سازه‌هایی که تحت اثر نیروی بالا برندگی قرار دارند( مانند سازه آبگیر) پروژه‌های پتروشیمی و پالایشگاه‌ها استفاده فراوان دارد. ضمن این که برای پایدار سازی شیب زمین‌ها و ترانشه‌ها نیز قابل استفاده هستند. نمونه دیگر مصرف این سیستم در صنایع نفت و گاز و پالایشگاه‌ها مربوط به تانک‌های بتنی ذخیره گاز و میعانات گازی است که در آنها ضریب بالایی جهت اطمینان از عدم وجود ترک در سازه بتنی مطرح است. ضمن این که سازه تانک ذخیره سازی در راستای عمودی و افقی به زمین طوری دوخته می‌شود که ایمنی آن در مقابل هرگونه انفجار تضمین می‌شود.

 

حوادث مرتبط با بتن پیش فشرده

در دهه های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ استفاده از پیش تنیدگی در پلها بسیار محبوبیت یافت. اما حوادث چندی موجب تردید در استحکام این سازه ها در بلند مدت شد. در برخی موارد، به دلیل ضعف کنترل کیفیت در هنگام ساخت، لوله های تاندونهای فولادی بطور کامل با گروت پر نمی شوند و بخشهایی از فولاد در معرض خوردگی قرار می گیرد. خوردگی فولاد در صورتیکه آب و یونهای کلر (مثلاً از نمک پاشی در زمستان) امکان تجمع در بخشهای خالی را پیدا کنند تشدید می شود.

تعدادی از حوادث قابل توجه در زیر آمده است:

• پل Ynys-y-Gwas در West Glamorgan، ولز در سال ۱۹۸۴ فرو ریخت.
• پل Melle، ساخته شده در دهه ۱۹۵۰ در بلژیک، در سال ۱۹۹۲ در پی خوردگی فولادهای پیش تنیدگی فرو ریخت.
• مجروح شدن اشخاص در سال ۲۰۰۰ در اثر فروریزش بخشی از پل عابر پیاده در Charlotte Motor Speedway آمریکا. در این مورد، عامل خوردگی کلرید کلسیمی بود که هنگام ساخت سازه با بتن مخلوط شده بود.
• خیابان هوایی Hammersmith Flyover در لندن در سال ۲۰۱۲ در پی کشف مشکلاتی در سیستم تنشی آن بر روی رفت و آمد بسته شد.