روش های استفاده و تولید SFRC

سه روش تولید متفاوت به طور موفقیت آمیزی در تولید SFRC مورد استفاده قرار گرفته است. 
 1- اختلاط معمولی SFRC 
بیشتر بتن های مسلح به الیاف فولادی در میکسرهای متداول بتن مخلوط شه و با روش های متداول سخت می شوند. محتوای الیاف معمولاً بین 0.5 تا %2 حجمی بتن تغییر می کند. با این حال گرزی بوسکای و شا کشف کرده اند که با درصد حجمی پایین 0.25 درصد از الیاف فولادی، عرض ترک های ناشی از آب رفتگی خشک محدود شده، اساساً کاهش می یابد. میزان بهینه الیاف عمدتاً به مقادیر و مشخصات اجزای مخلوط بتن (نسبت آب به سیمان، شکل سنگدانه، دانه بندی سنگدانه و ...) و مشخصات خود الیاف (نسبت ظاهری، شکل مقطع عرضی،  مقاومت و ...) بستگی دارد. استفاده از الیاف در مقادیری بیش از %2 حجمی، منجر به کارایی ضعیف و پخش نامناسب الیاف می گردد.
در روسازی فرودگاه ، بزرگراه ها و عرشه پل ها ، در کف های صنعتی ، سازه های هیدرولیکی از اختلاط معمولی SFRC  استفاده شده است.
 2- SFRC افشانه ای
یکی دیگر از روش های ساخت SFRC ، روش «بتن پاشی» است. بتن پاشی اختصاصاً در ساخت لایه های نازک بسیار مناسب است. تا به امروز بیشتر کاربردهای SFRC بتن پاشی شده، با استفاده از فرایند اختلاط خشک در جاهایی که مخلوط خشک بتن، الیاف و آب درست پیش از تخلیه از سر لوله افشانه، با هم ترکیب می شوند، انجام شده است. از فرایند اختلاط مرطوب نیز می توان استفاده کرد، با این حال باید دقت بیشتری انجام شود تا از توزیع مناسب الیاف فولادی اطمینان حاصل گردد. در هنگام استفاده از فرایند اختلاط مرطوب باید توجه کافی در ارائه طرح اختلاط مبذول گردد تا اطمینان حاصل شود که مخلوط در هنگام افزودن الیاف، قابل بتن پاشی است. ممکن است استفاده از میزان الیاف تا 2 درصد حجمی با فرایند مرطوب یا خشک میسر باشد.

از SFRC پاشیدنی  در پایداری شیب سنگ ها و سازه های زیر زمینی، مخصوصاً پوشش تونل و پوشش بدنه معادن ذغال سنگ استفاده شده است.
3 - بتن الیافی با دوغاب نفوذی (SIFCON) 
بتن الیافی با دوغاب نفوذی نمایانگر پیشرفت های نسبتاً جدید در زمینه SFRC است. SIFCON یک روش ساخت است که در آن الیاف فولادی به جای آنکه با بتن مخلوط شده و سپس همراه با آن ریخته یا بتن پاشی شود، از پیش در قالب قرار می گیرد. پس از جایگیری الیاف در قالب، یک دوغاب سیمان ریزبافت روی بستر الیاف ریخته و پمپ می شود و در همان هنگام که به شکل قالب در می آید، در فضای خالی بین الیاف نفوذ می کند. می توان از ویبره خارجی برای کمک به نفوذ دوغاب سیمان استفاده کرد.که می توان به میزان الیاف تا %18 حجمی دست یافت. با چنین درصد بالایی از الیاف افزایش شگرفی در مقاومت و انعطاف پذیری را انتظار داشت. آزمایش های آزمایشگاهی نشان داده اند که مقاومت نهایی خمشی SIFCON می تواند به 5 تا 10 برابر بیشتر از SFRC معمولی برسد.
کاربرد SIFCON در هر دو زمینه قطعات پیش ساخته و ساختمان سازی در جا میسر شده است. تاکنون SIFCON بیش از همه در روکش ها و تعمیر روسازی، دال های پیش ساخته، و اشکال نامنظم پیش ساخته به کار رفته است.
 طرح اختلاط 
روش های طرح مخلوط های متداول SFRC اساساً مشابه طراحی بتن های غیر مسلح است. با این حال بعضی پیش بینی ها باید صورت پذیرد تا از توزیع یکنواخت الیاف اطمینان حاصل شده و از جداشدگی یا گلوله شدن آنها در حین اختلاط، جلوگیری به عمل آید و یک مخلوط کارا تولید شود که بتوان آن را به دقت بتن ریزی، متراکم و پرداخت نمود.
برمبنای تجربیات قابل توجه آزمایشگاهی و کارگاهی، متغیرهای مخلوط SFRC متداول عموماً در بازه های خاصی قرار می گیرد. برای حصول حجم کافی خمیر که بتواند سطوح الیاف را بپوشاند و کارایی مناسبی ایجاد کند، به میزان سیمان 550 تا lb/yd3950 (326 تا kg/m3564) با نسبت آب به سیمان 0.4 تا 0.6 نیاز است. حداکثر اندازه بهینه درشت دانه 3/8in (mm5/9) با درصد ماسه %45 تا %60 می باشد. افزایش حداکثر اندازه یا میزان درشت دانه، کارایی را کاهش خواهد داد. با این حال حذف درشت دانه منجر به مخلوط های غیر اقتصادی تر و آب رفتگی خشک بیشتر خواهد گردید. استفاده از افزودنی های هوازا و کاهنده آب در مخلوط های SFRC مطلوب است.

جهت مطالعه مقاله روش های استفاده و تولید SFRC به طور کامل می توانید به وب سایت رسمی کلینیک بتن ایران مراجعه نمایید .

افزودنی تندگیر کننده یا ضد یخ بتن

مواد افزودنی تندگیر کننده یا ضد یخ بتن

استفاده از تندگیر کننده ها عموما در بتن ریزی در شرایط هوای سرد صورت می گیرد . تندگیر کننده ها نقطه انجماد آب را کاهش نمی دهند از این رو اطلاق نام ضد یخ به این افزودنی ها درست نمی باشد . افزودنی های تندگیر کننده برای کاهش زمان گیرش و افزایش مقاومت اولیه به دست آمده به خصوص در بتن ریزی در هوای سرد به منظور تسریع در زمان شروع عملیات عمل آوری بتن و کاهش زمان عمل آوری استفاده می شوند . همچنین افزایش سرعت کسب مقاومت بتن به خصوص در سنین اولیه منجر به کاهش زمان مورد نیاز برای قالب بندی بتن و به دنبال آن کاهش هزینه های کلی ساخت و ساز می گردد . از مزایای استفاده از این افزودنی ها می توان باز کردن سریعتر قالب ها ، تسریع ساخت ، جبران تاثیر دیر گیری بتن در هوای سرد را برشمرد . استفاده از این افزودنی ها می تواند منجر به کاهش جزیی مقاومت درازمدت بتن گردد.افزودنی های تندگیر کننده به 4 گروه طبقه بندی می شوند . افزودنی های شامل 1 – نمک های غیر آلی محلول ، 2 – افزودنی های دارای ترکیبات آلی محلول ، 3 – افزودنی های با گیرش سریع ( مورد استفاده در بتن پاششی) ، 4 – افزودنی های جامد متفرقه . از بین افزودنی های تندگیر کننده که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد ، استفاده از کلسیم کلرید به دلیل تسریع فرایند خوردگی آرماتورهای موجود در بتن در بسیار از آیین نامه ها محدود شده است . هرچند این نوع از افزودنی از قدیمی ترین و پرکاربردترین نوع افزودنی برا سازه های بتنی بدون آرماتور استفاده می شود . ترکیبات غیر کلریدی مورد استفاده در ساخت این افزودنی ها شامل نمک های فرمات ها ، نیترات ها و تیوسیانات و بروماید است. برای بتن ریزی در شرایط هوای سرد راه حل های دیگری همچون استفاده از سیمان تیپ سه، افزایش مقدار سیمان و یا گرم کردن اجزای بتن و گرم کردن محیط کارگاه برای تندگیر در کسب مقاومت و جلوگیری از یخ زدگی نیز وجود دارد. در میان این روشها در مواردی استفاده از سیمان تیپ یک به همراه مواد افزودنی تندگیر کننده اقتصادی تر میباشد. استفاده دیگری از این افزودنیها در مخلوطهای بتن استفاده شده برای بتن پاششی میباشد. علاوه بر آن استفاده از این مواد در مواقعی که دستیابی به مقاومت کوتاه مدت زیاد یا کاهش زمان گیرش نیاز میباشد نیز رایج است.

مزایا و معایب افزودنی تندگیر کننده یا ضد یخ بتن

مزایای ضد یخ بتن
- مقاومت در برابر یخ زدگی - کاهش پس زدن در بتن‌های پاششی (شاتکریت) - افزایش سرعت اجرای کار (بازکردن سریع‌تر قالب‌ها) - افزایش مقاومت اولیه و نهایی بتن - کاهش میزان گرد و خاک در پاشش بتن به روش خشک

معایب ضد یخ بتن
در صورت عدم رعایت زمان مصرف، سبب کاهش کارایی می‌شود. به همین دلیل این مواد را باید در آخرین لحظه به بتن اضافه نمود. همچنین معمولا برای حل این مشکل، مواد زودگیر و روان کننده را با هم مصرف می‌نمایند. به عبارت دیگر در صورت نیاز به استفاده از مواد زودگیر، از مواد روان کننده زودگیر استفاده می‌نمایند.

اجزاء تشکیل دهنده افزودنی تندگیر کننده یا ضد یخ بتن

مشخصات فنی افزودنی تندگیر کننده یا ضد یخ بتن
چند نمونه از تسریع‌کننده‌ها عبارتند از: کربنات سدیم، کلرور آلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورید سدیم، آلومینات سدیم، نمک‌های آهن و کلرور کلسیم. ﻧﺴﻞ ﻗﺪﻳﻢ ﻣﻮاد اﻓﺰودﻧﻲ زودﮔﻴﺮﻛﻨﻨﺪه ﺑﺘﻦ از ﻧﻮع ﻗﻠﻴﺎﻳﻲ ﺑﻮدﻧﺪ و ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺑﺎ ﺑﻨﻴﺎن آﻟﻮﻣﻴﻨﺎﺗﻲ، ﻛﺮﺑﻨﺎﺗﻲ و ﺳﻴﻠﻴﻜﺎﺗﻲ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻣﻲ ﺷﺪﻧﺪ. زودﮔﻴﺮﻛﻨﻨﺪهﻫﺎی ﻣﺪرن ﺷﺎﻣﻞ ﺗﺮﻛﻴﺒﺎﺗﻲ از ﻧﻤﻚﻫﺎی ﻣﻌﺪﻧﻲ ﺑﺎ ﺑﻨﻴﺎن ﺳﻮﻟﻔﺎﺗﻲ ﻛﻪ ﻓﺎﻗﺪ ﻗﻠﻴﺎ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﺑﺎ ﺣﺎﻟﺖﻫﺎی ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ ﭘﻮدری و ﻣﺎﻳﻊ در دﺳﺘﺮس ﻣﻲ‌ﺑﺎﺷﻨﺪ. ﻧﺘﺎﻳﺞ ﻛﻴﻔﻲ ﺣﺎﺻﻞ از ﻣﺼﺮف زودﮔﻴﺮ ﻛﻨﻨﺪه‌ﻫﺎی ﻏﻴﺮ ﻗﻠﻴﺎ ﺑﻪ ﻣﺎﻫﻴﺖ ﺷﻴﻤﻴﺎﺋﻲ ﻣﺎده، ﺗﺮﻛﻴﺒﺎت ﺷﻴﻤﻴﺎﺋﻲ ﺳﺎزﻧﺪه ﺳﻴﻤﺎن و ﺳﺎﻳﺮ ﻣﻮاد اﻓﺰودﻧﻲ ﻣﺠﺎز ﺑﺘﻦ ﺑﺴﺘﮕﻲ دارد. چنانچه هوا سرد و دمای بتن کم شود، سرعت واکنش سیمان با آب کند می‌گردد و زمان گیرش طولانی می‌شود و در نتیجه مقاومت چندانی در ساعات و روزهای اولیه حاصل نمی‌گردد. زمان قالب برداری طولانی خواهد شد و ممکن است در طول این مدت به واسطه لرزش و ضربه آسیبی به بتن وارد گردد. چنانچه در هنگام گیرش و یا پس از آن، زمانی که مقاومت بتن چندان زیاد نیست یخبندان در بتن حاصل شود، بتن به واسطه انبساط ناشی از یخ زدن آب در حفرات، در اثر تنش‌های کششی حاصله، ترک می خورد و از بین می‌رود در این دستور العمل سعی می‌شود تا از بروز این خسارت‌ها جلوگیری بعمل آید. ﻣﻮاد اﻓﺰودﻧﻲ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ از ﺟﻤﻠﻪ زودﮔﻴﺮﻛﻨﻨﺪه‌ﻫﺎ ﻛﻪ در ﺑﺘﻦ ﭘﺎﺷﺸﻲ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﺷﻮد ﺑﺎﻳﺪ از اﺳﺘﺎﻧﺪاردﻫﺎی ﭘﻴﺮوی ﻛﺮده و ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻓﻨﻲ آنﻫﺎ از ﺟﻤﻠﻪ ﻣﻴﺰان ﻛﻠﺮﻳﺪ، ﻗﻠﻴﺎﺋﻴﺖ و زﻣﺎن ﮔﻴﺮش ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ و آزﻣﻮن ﻗﺮار ﮔﻴﺮد.

افزودنی زودگیر کننده مخصوص بتن پاشی به روش خشک را می‌توان در مواقعی که کسب مقاومت اولیه زودرس و یا پاشش بتن در ضخامت زیاد مورد نظر است، همچون لایه نگه‌دارنده موقت یا دائم و یا اجرای دیواره بتنی نهایی در تونل‌ها و معادن، با موفقیت به کار برد. این مواد پودری را توزین کرده و از پیش با مصالح سنگی مخلوط نمایید. رطوبت اندک موجود در مصالح سنگی باعث عدم پخش پودر سبک زودگیر در فضا خواهد شد . افزودنی زودگیر کننده مخصوص بتن پاشی به روش مرطوب، کاهش دهنده زمان گیرش سیمان است که غیر سوزاننده و غیر سمی بوده و می‌تواند اتلاف مصالح در بتن پاشی به روش مرطوب را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. مقادیر مصرف می‌تواند تعیین کننده زمان گیرش و سخت شدن بتن پاششی باشد. همچنین می‌توان از آن برای بازکردن سریعتر قالب‌های بتنی استفاده نمود. این مواد را که به صورت مایع است می‌توان در مواقعی که کسب مقاومت اولیه زودرس یا گیرش لحظه‌ای سیمان و بتن مورد نیاز است، مورد استفاده قرار داد. بیشترین کاربرد در عملیات پاشش بتن با استفاده از روش مرطوب می‌باشد. در مواردی چون لایه نگه‌ دارنده موقت یا دائم بتنی، اجرای دیواره بتنی نهایی در تونل‌ها و معادن یا سایر مواردی که بتن پاشی با ضخامت زیاد مورد نظر است می‌توان از خواص این مواد جهت کاهش هدررفت بتن و افزایش راندمان بتن‌پاشی بهره برد.ضد یخ بتن کلینیک بتن ایران یک افزودنی ضد یخ بتن برای بتن مسلح و تـرکیبى از مـواد معدنی و آلی بر پایه نیتروژنی می باشد. در ساخت این ضد یخ بتن مسلح بدون کلراید به هیچ عنوان از مواد کلرایدی استفاده نشده است. مواد نیتروژنی و کلسیم نیتروژنی در ضد یخ بتن بعنوان موادی که بازدارنده خوردگی می باشند مطرح شده است. بتن ریزی در هوای سرد با استفاده از این ضد یخ بتن امکان پذیر است. قابل ذکر می باشد با وجود استفاده از این ضد یخ بتن و یا هرگونه ضد یخ بتن در هنگام بتن ریزی در هوای سرد، رعایت الزامات بتن ریزی در هوای سرد و آیین نامه ای نباید فراموش شود.

در حقیقت استفاده از ضد یخ بتن یک اقدام تکمیلی است و باید تمهیدات بتن ریزی در هوای سرد همانند کیورینگ و دیگر عوامل رعایت شود برای استفاده صحیح و مشاوره برای نوع و چگونکی استفاده از ضد یخ بتن می توانید با کارشناسان کلینیک بتن ایران در این رابطه مشاوره نمایید.

انواع درزها و درزبندهای بتن

عملکرد پوشش های بتنی تا حد زیادی به عملکرد رضایت بخش درزهای آنها بستگی دارد. طراحی محل درزها که در واقع همراه با پیش بینی محل ترک خوردگی می باشد، نه تنها یک دانش کاربردی بلکه هنر ظریفی می باشد. دال های بتنی در معرض تغییر مکان های دائمی مختلف، از جمله تغییر مکان‌های ناشی از خشک شدن، انقباض و خزش می باشند. چنانچه در دال‌ها درزها به درستی تعبیه و طراحی نشوند نیروهای کششی ناشی از انقباض بتن باعث ترک خوردگی خواهد شد. مبحث ترک خوردگی در دال‌ها آنچنان مهم است که بعضی از معماران و مشتریان ترک های انقباضی را نشانه گسیختگی دال می پندارند. بتن نیز مانند سایر مصالح با تغییر حرارت و رطوبت انبساط و انقباض می یابد. این تغییرات حجمی می توانند باعث ایجاد ترک خوردگی شوند. پیش بینی محل ترک و تعبیه درز در آن نقطه، از تمرکز تنش و ترک خوردگی جلوگیری خواهد نمود. این درزها در واقع نیروهای به وجود آمده ناشی از تغییرات حرارتی و رطوبتی را باز توزیع و محو می نمایند. عدم وجود و یا کم تعداد بودن درزهای کنترلی باعث ایجاد ترک های نامرئی و البته مخرب می گردد .اگر قرار باشد این درزها کارکرد ویژه خود را حفظ نمایند باید به درستی محل یابی و اجرا شوند. چنانچه اجزای یک مخلوط بتنی به درستی و به نحو یکنواختی با هم مخلوط شوند، حجم آن پس از اختلاط دارای بیشترین مقدار است. پس از این مرحله و همراه با تبخیر آب به علت حرارت محیط و نیز به سطح آمدن آب شرکت نکرده در واکنش، به علت پدیده مویینگی، کاهش حجم بتن آغاز می شود. این کاهش حجم برای رسیدن بتن از حالت اشباع به حالت خشک تقریباً معادل 66/0 به ازای هر 100 فوت می باشد. باید توجه داشت اغلب خود پدیده انقباض علت اصلی ترک خوردگی نمی باشد بلکه علت اصلی آن، قیود انقباضی و شرایط مقید بودن بتن می باشد. وجود اختلاف ارتفاع در سطح بتن ریزی، جنس سطح بتن ریزی و وجود دیوار و یا دیگر موانع سازه‌ای همگی از عواملی هستند که در تعریف میزان مقید سازی سطح دخالت دارند. به طور کلی هر قیدی که باعث ایجاد تمرکز تنش در حین انقباض بتن شود، محرکی برای ایجاد ترک می باشد مگر آنکه با تعبیه درزهای مناسب از وقوع ترک خوردگی جلوگیری نمود.

 انواع درزها و درزبندهای بتن

1-درزهای انبساطی یا جداسازی

 در واقع این درزها در یک محل مشخص تعبیه می شوند تا دال حین انبساط و یا حرکت، به سازه های مجاورش صدمه نزند. هدف از کاربرد درزهای انبساطی یا جداسازی آن است که امکان حرکت آزادانه و مستقل قائم و افقی بین دال و سازه های مجاور بوجود آید. این سازه های مجاور می توانند دیوارها، ستون ها و پی ها و یا محل های بارگذاری باشند. حرکت و درجه آزادی این المان های سازه ای نسبت به المان های مجاور بر روی دال به علت متفاوت بودن شرایط تکیه گاهی متفاوت می باشد. لذا اگر دال به صورت صلب به ستون ها یا دیوارها متصل شود، ترک خوردگی محتمل خواهد بود. درزهای جداسازی ممکن است از نوع درزهای انبساطی باشند. به طور کلی این نوع درز ها می توانند مربعی شکل یا دایروی نیز باشند. (مثلاً در اطراف ستون) مزیت شکل دایروی آن است که در آن گوشه هایی که محل تمرکز تنش است، وجود ندارد. باید اذعان نمود که امروزه طراحی های خوب و نگهداری مناسب درزهای ساخت و ساز (اجرایی)، نیاز به طراحی درزهای انبساطی را مگر در اطراف اجزاء ثابت ساختمان از بین برده است. حرکت کف در طی زمان به تدریج درزهای انبساطی را می بندد و در نتیجه امر، ممکن است درزهای انقباضی مجاور باز شوند و درزگیرها و قفل و بست آنها دچار آسیب گردد.

 2-درزهای ساخت و ساز (اجرایی)

 این نوع درزها که از انواع درزها و درزبندهای بتن است و به درزهای سرد نیز معروفند بر خلاف 2 نوع درز دیگر به منظور تسهیل حرکت بتن و اجازة تغییر مکان آن ساخته نمی شوند بلکه معمولاً در پایان شیفت کاری یا روز کاری بالاجبار ساخته می شوند. البته نوع این درزها ممکن است بعدها به درزهای انقباضی یا درزهای طولی تبدیل شود

 3-درزهای کنترلی (انقباضی)

  این درز ها محل ترک خوردگی ناشی از تغییر طول ابعاد دال بتنی را تنظیم می نماید به نحوی که ترک ها به محل درزها منتقل می‌شوند. این درز ها برای کنترل ترک هایی است که از تنش های کششی ـ خمشی به وجود آمده در بتن ناشی می‌شوند. این تنش ها خود ممکن است از عوامل مختلفی چون هیدراتاسیون سیمان، شرایط محیطی و بارهای عبوری استاتیکی و دینامیکی سرچشمه بگیرند. با توجه به آنکه تعداد این درزها زیاد است لذا اجرای آنها عملکرد بتن و کفپوش را به شدت تحت تأثیر قرار می دهد.

 شکل درز و خواص درزگیر 

 1-هدف از کاربرد درزگیرهای بتن جلوگیری از نفوذ آب و مصالح غیر قابل تراکم به داخل درز می باشد. نفوذ آب باعث تخریب درز می گردد. مصالح غیر قابل تراکم نیز از نزدیک شدن لبه درزها در حین انبساط دال جلوگیری کرده و به تخریب درز می انجامد.

 2- سطح روی درز بعد از اجرا باید مقداری نسبت به سطح کف سازی عمق داشته باشد تا در معرض سایش بیرون قرار نگیرد. پر کردن درز انبساط بدین شکل است که لایه زیری درز را از سیلیس یا یونولیت یا پلاستوفوم و یا ماسه و شن پرمیکنند و لایه رویی با پوشش ماستیک اجرا میشود.

انواع درزها و درزبند های بتن

ماستیک های درزبندی یا از جنس قیری میباشد یا از جنس پلی یورتان.

ماستیک از نوع قیری :

به دو صورت گرم و سرد اجرا میشود. انعطاف آنها تا دو برابر سطح مقطع میباشد. روش گرم به یک راکتور جهت حرارت دهی و یک تیم مجرب نیاز دارد. هزینه آن گران قیمت میباشد. ماستیک قیری از نوع سرد به صورت ماله کشی انجام میشود.

ماستیک پلی یورتان:

 یک ماستیک بر پایه رزین ایزو استات سیانات تک جز بوده و در برابر مواد شیمیایی و خورنده و اشعه UV مقاوم و انعطاف آن تا 4 برابر سطح مقطع میباشد. برای تزریق آن به گان تزریقی نیاز است.

بتن پودری واکنشی

بتن پودری واکنشی (RPC)                                                                                                                                    

بتن پودری واکنشی ( Reactive Powder Concrete ) که یک بتن توانمند با کارایی بسیار بالاست (و به نام U-HPC هم شناخته میشود )، مواد کامپوزیتی در حال توسعه ای است که به صنعت بتن اجازه می دهد تا با بهینه سازی مصرف مواد و تولیدی با مزایای اقتصادی قادر به ایجاد ساختارهایی قوی، با دوام و حساس نسبت به محیط زیست باشیم. مقایسه خواص فیزیکی، مکانیکی و دوام RPC و HPC(بتن توانمند با کارایی بالا) نشان می دهد که RPC دارای مقاومت بیشتر (فشاری و خمشی) و نفوذپذیری پایین تری نسبت به HPC میباشد.

بتن با کارایی بالا فقط مخلوطی ساده از سیمان، آب و سنگدانه ها نیست. بلکه شامل مواد معدنی و مواد شیمیایی دارای ویژگی های بسیار خاص است که خواص خاصی را برای بتن می دهد. توسعه HPC حاصل از تحقق یک علم جدید بتن، یک علم جدید از مواد افزودنی و استفاده از تجهیزات پیشرفته علمی برای نظارت بر ریزساختار بتن است.

HPC حداکثر مقاومت فشرده سازی را در شکل موجود ریز ساختارهایش به دست آورده است. با این وجود، در چنین سطحی از مقاومت ، سنگ دانه درشت باعث ضعف بتن می شود. به منظور افزایش مقاومت فشاری خیلی بالای بتن، تنها راه حذف سنگدانه درشت است این فلسفه در بتن پودری واکنشی استفاده شده است

بتن پودری واکنشی در اوایل دهه 1990 در فرانسه توسعه یافت و نخستین بتن ساختمانی واکنش پذیر در جهان، پل شیر بروک در کانادا، در جولای 1997 نصب شد. بتن پودری واکنشی یک کامپوزیت سیمانی با خواص مکانیکی و فیزیکی پیشرفته و دارای مقاومت و شکل پذیری بالاست. این شامل یک بتن خاص است که در آن میکروساختار با درجه بندی دقیق تمام ذرات در مخلوط برای تولید حداکثر تراکم بهینه شده است. در این ترکیبات به طور گسترده ای از خواص پوزولانیک سیلیس بسیار تصفیه شده و بهینه سازی شیمی سیمان پورت لند برای تولید بالاترین هیدرات های قدرت استفاده می کنند.

مفهوم بتن پودی واکنشی ابتدا توسط چیریزی و ریچارد مطرح شد و برای اولین بار RFC  در اوایل دهه 1990 توسط محققان فرانسوی در آزمایشگاه تولید شد. اجرای آن نخستین بار بر روی پل عابر پیاده در شیربروک کانادا انجام شد. در سال 1999 از طرف انجمن نوآوری ساختمانی نامزد جایزه نووا شد. به دلیل عدم نفوذپذیری عالی آن, برای جداسازی و انهدام زباله های هسته ای در اروپا با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است.

ترکیب بتن پودری واکنش پذیر:

بتن پودری واکنشی از پودرهای بسیار خوب (سیمان، شن و ماسه، پودر کوارتز و سیلیس دی اکسید)، الیاف های فولادی (اختیاری) و فوق روان کننده ها تشکیل شده است. فوق روان کننده ها اگر در دوز مناسب آن استفاده شود، نسبت آب به سیمان را کاهش داده و باعث بهبود کارایی بتن میشود. ماتریس توپر و همگن یک بتن پودری واکنشی با مقاومت و دوام بالا را به دست میدهد.  پودر واکنش پذیر بتن دارای مقاومت فشاری بین 200 تا 800 مگاپاسکال می باشد

.

ریچارد و چیریزی  اصول زیر را برای توسعه بتن پودری واکنشی تعریف کردند :

توسعه بتن پودری واکنشی

1- حذف دانه های درشت برای افزایش همگن بودن (حداکثر اندازه شن و ماسه ریز 600 میکرون است)

2-استفاده از خواص پوزولانیک دوده سیلیسی

3-بهینه سازی مخلوط با دانه بندی ریز برای افزایش چگالی فشردگی

4-استفاده بهینه از فوق روان کننده برای کاهش نسبت آب به سیمان و بهبود کارایی

5-استفاده از فشار (قبل و در در طول تنظیم مخلوط) برای بهبود تراکم و فشردگی

6-اضافه کردن الیاف فولادی کوچک به منظور بهبود انعطاف پذیری

بتن پودری واکنشی یک تکنولوژی در حال ظهور است که ابعاد جدیدی را با اصطلاح "بتن با عملکرد بالا" ارائه می دهد. این پتانسیل در ساخت و ساز با توجه به خواص برتر مکانیکی و دوام آن نسبت به بتن معمولی با کارایی بالاتری برخوردار است و حتی می تواند در بعضی از کاربردها جایگزین فولاد شود.
توسعه بتن پودری واکنشی بر اساس استفاده از برخی از اصول اساسی برای دستیابی به همگنی بیشتر، کارایی بسیار خوب، تراکم بالا, ریز ساختار بهبود یافته و انعطاف پذیری بالاست . 
بتن پودری واکنشی دارای یک میکروارگانیسم فوق تراکم است که ویژگی های ضد آب آن خواص سودمندی را به ارمغان می آورد ، بنابراین می تواند انتخاب مناسب برای تاسیسات ذخیره سازی صنعتی و هسته ای باشد.

طراحی و اجرای روشهای مقاوم سازی و تقویت سازه بتنی

روش های مقاوم سازی و تقویت سازه بتنی

همانطور که قبلا اشاره شد ، هنگامی که مقاومت سازه ی بتنی زیر مقدار تعیین شده در طراحی باشد ( دقیق تر اینکه با حذف ضریب های اطمینان، رده ی مقاومتی بتن باربر از عدد طراحی شده 15 درصد – یا بیشتر- پایینتر باشد) و این اعداد از طریق آزمون های مخرب یا غیر مخرب از بتن سخت به دست آمده و مورد اطمینان باشند. همینطور به دلایلی چون تغییر کاربری یک سازه ی بتنی و افزایش بارهای لرزه ای و دینامیکی یا قرار گرفتن در طرح توسعه بخشی از کارخانه، نیروگاه یا پالایشگاه، یا پایین آمدن مقاومت بتن به دلیل اجرای نامناسب بتن ریزی، یخ زدگی، فرسایش و خوردگی و هزینه بر بودن ساخت مجدد باعث می شود سازه نیازمند تعمیراتی پیشرفته تر و دقیق تر از ترمیم بتن باشد.

هرچند عدد مقاومت بتن موجود و صعوبت کار ، هزینه و زمان اجرا در تعیین روش مقاوم سازی سازه های بتنی موثر است ، اما به طور کلی بازگرداندن مقاومت سازه به نحوی که منظور و خواسته کارفرما را تامین نماید ، به روشهای زیر صورت می گیرد:

الف – انجام عملیات مقاوم سازی با استفاده از الیاف FRP (fiber reinforced polymer)

ب- انجام عملیات مقاوم سازی به روش ژاکت بتنی ( غلاف بتنی)

ج- انجام عملیات مقاوم سازی به روش تسمه یا ژاکت فلزی ( غلاف فلزی)

بدیهی است هر کدام از این روش های مذکور دارای خواص و ویژگی هایی هستند که به تناسب موقعیت ، برتری و مزیت نسبی بر دیگر متد ها خواهند داشت و چه بسا در بعضی از پروژه ها، نیاز به اجرای ترکیبی از 2 یا 3 روش کلی ذکر شده وجود داشته باشد.

هر کدام از این روشها، مستلزم آگاهی و شناخت از طیف وسیعی از استانداردها و مواد و ابزار و مهارت فنی در اجرای تکنیک های ویژه عمرانی از قبیل کاشت آرماتور و بولت، انکراژ، اجرای اوپنینگ و کرگیری و برش بتن، ساب و اسکرابینگ سطوح بتنی ، تقویت شبکه فولادی و آرماتور بندی ، زهکشی و شاتکریت خواهد بود که در ادامه به اختصار به آنها خواهیم پرداخت .

الف- تقویت بتن با الیاف FRP

بهترین و سریعترین روش برای تقویت سازه ای با کاهش مقاومتی در بازه 65 تا 85 درصد طراحی روبروست، استفاده از الیاف و لمینت FRP است. الیاف پلیمر ( یا پلاستیکی) FRP، هنگامی که با رزین ( ژل) چسباننده اپوکسی ترکیب می شود، به عنوان یک ماده کامپوزیت ( ماده مرکب که از ترکیب فیبر یا الیاف و ماتریس – ژل- تشکیل شده است) می تواند با افزایش لختی سازه، انتقال نیرو در راستای موثر، جلوگیری از واپاشی بتن و عضو ضعیف سازه بتنی عمل کند. برخی از این الیاف توانایی تحمل 8 تن کشش در هر سانتیمتر مربع را دارند. این خواص در کنار اقتصادی بودن این روش با سرعت یافتن روشهای ارزانتر تولید، سبکی، انعطاف و سرعت عمل اجرا ، توانایی مکانیکی و شیمیایی بالا در برابر خوردگی باعث شده تا بسیاری از کارفرمایان و دستگاههای نظارت پروژه های عمرانی به عنوان اولین راه حل در فرآیند مقاوم سازی به آن توجه نمایند.

از لحاظ شکل و ساختار FRP به دو گروه G-FRP ( الیاف پلیمری تقویت شده از نوع شیشه ) و C-FRP ( الیاف تقویت شده از نوع کربن) تقسیم شوند. همچنین بر اساس عملکرد نیز 1) یک محوره ( تحمل کشش را در یک جهت دارند) و 2) دو محوره ( در 2 جهت کشش را تحمل می کنند) هستند. وزن و مشخصات FRP بر حسب گرم بر متر مربع محاسبه شده و در رول های 50 متر مربعی ( عرض 50 سانتیمتر در طول 100 متر ) عرضه می شوند . این محصول وارداتی است و کشورهای آلمان ، سویس و انگلستان برندهای مطرح تولید کننده ی آن هستند. برای مطالعه ی بیشتر به صفحه 7 و 15 کاتالوگ محصولات کلینیک بتن ایران رجوع کنید.

الیاف شیشه یا GFRP رنگ روشنی دارند و برای استفاده در محیط های سرپوشیده مناسب ترند. ( نسبت به اشعه UV نور خورشید مقاوم نیستند) . معمولا از 400 تا 800 گرم در متر مربع عرضه می شوند و بنابراین از مقاومت و انعطاف کمتری در هنگام دورپیچ عضو برخوردارند و البته نسبت به الیاف کربن ارزانتر هستند.

الیاف CFRP پرکاربرد ترند .ضخامت پایینتر – یعنی عرضه محصول از 100 تا 300 گرم در هر متر مربع – باعث می شود چسبندگی بیشتری به عضو سازه بتنی داشته و شکل هندسی مقطع بتنی را حفظ می کنند. نسبت به اشعه ی UV مقاومند و مشکی رنگند. بنابراین برای اکثر سازه های بتنی که در محیط باز قرار دارند ، مانند پایپ راک ها ، فونداسون ها و عرشه های پل و سقف های باربر قابل استفاده هستند.

ژل FRP یک چسب اپوکسی است که خواص آن برای چسبندگی بیشتر ( تحمل کشش بین 11 تا 15 تن) و با ترکیب 5/2 هادنر به 5/7 رزین در کلینیک بتن ایران طراحی و تولید شده است. هنگام اجرا لمینت FRP که به صورت حصیری بافته شده از ژل آغشته می شود. بنابراین در حین اجرا سطح بتنی با مقداری از چسب به و طرف اتصال لمینت FRP با بتن نیز مقداری دیگر آغشته می گردد. میزان مصرف چسب یا رزین FRP ، بین 800 تا 1000 گرم در هر متر مربع و بسته به سطح بتن ( فیلم و ضخامتی در حدود 700 میکرون ایجاد می کند ) است. روش اجرا و مدت زمان مصرف مطابق توضیحات چسب اپوکسی MTOBOND P1800 است.

 

روش طراحی مقاومتی با الیاف FRP  

الف –فرضیات طراحی

1– فرض بر این است که مقاومت های بدست آمده از سازه بتنی در محدوده 85 تا 65 درصد رده مقاومتی طراحی شده باشند .

2- الزامات و رواداری های استاندارد ACI2800 و آیین نامه بهسازی لرزه ای سازه ها، نشریه 345، در نظر گرفته شده است.

3- تعیین تعداد لایه FRP  بر اساس عدد مقاومت فشاری موجود و نزدیکی و دوری آن به ابتدا و انتهای بیشینه و کمینه ی مقاومت استاندارد ( فرض شماره 1 ) صورت پذیرد.

4- شاخص ضریب کاهش عملکرد ،بر طبق شرایط محیطی تعریف شده ( مبحث نهم مقررات ملی ساختمان) در نظر گرفته شود.

ب- انتخاب مصالح و متد اجرای FRP

بنا بر نوع کاربری سازه ، توان مکانیکی الیاف FRP و نیز محیط و جغرافیای طبیعی ، تاثیر عوامل محیطی اسیدی و قلیایی و اشعه UV و درصد رطوبت زیاد و دمای کاری در انتخاب نوع و وزن در متر مربع FRP موثر است.

در انتخاب روش پیشنهادی فرضیات زیر موثرند:

1-      مقطع بتن تغییری نمی کند.

2-      لغزش نسبی بین الیاف FRP و سطح بتنی – بر اساس تمهیدات اجرایی- وجود نخواهد داشت.

3-      تغییر شکل پلاستیک رزین محاسبه نمی شود.

4-      به دلیل نوع سازه از مقاومت کششی بتن صرفنظر می شود.

5-      رابطه تنش و کرنش الیاف خطی فرض می شود.

ج- روش اجرای مقاوم سازی و تقویت سازه بتنی (سیستم چسباندن تر):

لازم است قبل از آن سطح زیر کار از چند منظر آماده گردد، ابتدا سطح بتن اسکراب می شود و یا به وسیله وایر براش شیرآبه های اضافی بتن ، عناصر سست برداشته شده و در نقاط شن نما با ملات های ترمیمی الیاف دار که در ضخامت های پایین دچار شکستگی نشده و چسبندگی مناسبی به بتن دارند تعمیر می گردد.با توجه به سهم بزرگ اتصال الیاف به بتن در سیستم مقاوم سازی تقویت سازه بتنی مذکور می بایست تراز زیر کار دارای تلورانسی کمتر از 1 میلیمتر مطابق استاندارد ASTM D4541  باشد. در صورت ضرورت شستشو به جهت زدودن داست و غبار موجود از روی سطح لازم است مطابق دستورالعمل ACI 503-4 پس از شستشو جسم بتن کاملا خشک شده و آزمایش تست رطوبت اعمال شده تا خظر جدایش رزین و به تبع الیاف FRP در اثر دراگ بخار آب و نتیجتا تاول زدن و دیلمینیت شدن رزین کاهش یابد.
در این روش لمینت FRP به رزین اپوکسی آغشته شده و  پس از آغشته سازی سطح توسط رزین اپوکسی چسبانده می شوند.استاندارد های اجرا مطابق با ICR 03730  و ACI 546R خواهد بود.
تبصره:از آنجایی که گسترش ترک هایی با عرض 3/0 میلیمتر می تواند بر عملکرد سیستم پوشش خارجی FRP  اثر بگذارد به نحوی که منجر به جدایش لایه ای یا گسیختگی الیاف گردد. لازم است مطابق با الزامات ACI 224IRاین ترک ها با تزریق رزین اپوکسی پر گردند. 
پس از اجرا نیز ناحیه تقویت شده به جهت عمل آوری رزین می بایست به مدت 72 ساعت بوسیله پوشش محافظتی چادر کشی گردد.

د- ضریب ور آمدگی (طول گیرایی و عدم دیلمینیت شدن FRP) :

در حالت دور پیج و اجرای فلسی –قائم- الیاف FRP و برای سطوح ساده باید به اندازه طول موثر مقطع پس از نقطه ای در طول سازه که میزان لنگر معادل لنگر ترک خوردگی در آن نقطه تحت بار نهایی باشد یعنی بر اساس وضعیت سازه مورد بحث تا یک سوم فاصله از تکیه گاه یا هر گوشه ادامه یابد. 

ب- مقاوم سازی و تقویت سازه بتنی با ژاکت بتنی
به این روش افزایش مقطع بتن یا extend نیز می گویند. هنگامی که مقاومت موثر بتن کاهش می یابد به این معنی است که مقطع بتن مسلح عضو سازه ای تاب مقاومت در برابر مجموعه نیروهای استاتیکی و دینامیکی را ندارد . بنابراین می توان با افزایش مقطع توان از دست رفته را جبران کرد. افزایش مقطع به معنی کاشت آرماتور دوخت ، ریشه یا شبکه های فولادی به منظور افزایش کشش و قالب بندی و اجرای بتن مجدد است. این روش به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است اما معایبی چون افزایش حجم فضای اشغال شده توسط اسکلت سازه و نیازمند بودن به دانستن و اجرای بسیاری از استاندارد ها و الزامات مهندسی است. به صورت ساده تقویت شبکه ی فولادی عضو یا سازه با استفاده از کلاف میلگرد و اجرای بتن ریزی پس از قالب بندی بوسیله پمپ یا شاتکریت را تقویت سازه با ژاکت یا غلاف بتنی گویند.

کاشت میلگرد

کاشت میلگرد در بتن سخت به چند منظور صورت می گیرد:

• میلگرد ریشه ستون و دیوار برشی بر روی فونداسیون (ضعف طراحی یا عدم اجرای میلگرد های انتظار )
• میلگرد دوخت برای اتصال بتن قدیم و جدید در کفسازی ها و سقف های باربر یا اتصال شبکه فولادی به عضو
• میلگرد کششی شناژ در فونداسیون
• میلگرد برای جوش و اتصال براکت یا قطعه فلزی به جسم بتن

در تمامی موارد بالا الزاماتی چون طول مهاری برای اورلب دو میلگرد ، عمق کاشت و قطر سوراخکاری که در فصل 2 نشریه بهسازی لرزه ای ساختمان – نشریه 345- به آن اشاره شده است الزامیست. حفره ها پیش از کاشت آرماتور باید از گرد و غبار با کمپرسور باد ، بلوور یا کهنه خشک پاک شوند.

انکراژ شیمیایی یا چسب تزریقی کاشت آرماتور و خمیر کاشت آرماتور بر اساس قطر و نوع کاشت ( عمودی یا افقی) اثر تعیین کننده ای بر دوام کاشت میلگرد دارد.  MTO FIX 10 خمیر 3 جزئی کاشت میلگرد بر پایه اپوکسی و دارای ترکیباتی مشابه گروت اپوکسی است. تقریبا برای میلگرد هایی با سایز متوسط (12 تا22) 250 گرم در هر حفره کافیست. البته باید توجه داشت از خمیر کاشت بیشتر در کاشت میلگرد های عمودی ( ریشه ستون و دیوار برشی و در هنگام افزایش ارتفاع دیوارها و مخازن یا آرماتور دوخت در کفسازی ها ) به دلیل ثقلی بودن و حرکت چسب به انتهای حفره استفاده کرد. MTO FIX ME چسب تزریق 2 جزئی آماده در کارتریج های 345 میلی لیتری است که در بالای خود نازل و میکسری پلاستیکی جهت ترکیب کپسولهای رزین و هادنر اپوکسی دارد . برای ترکیب و تزریق چسب کاشت در داخل حفره «گان تزریق» ( injection gun ) لازم است تا با فشار مخلوط چسب را به درون حفره هدایت کند. این چسب برای کاشت افقی مفید است. و برای میلگرد های سایز متوسط در هر حفره 85 میلی لیتر کافی خواهد بود

تفاوت کاشت میلگرد با کاشت بولت

معمولا در تمامی موارد استفاده کاشت آرماتور که در بالا ذکر شد ، محل دقیق قرار گیری میلگرد ( اینکه به نحوی کاشته شود که در راستای میلگرد های اصلی سازه باشد یا کاور و پوشش مناسب بتن و قالب بندی متناسب آن آسیب نبیند مورد بحث نیست) اهمیت چندانی ندارد ، یعنی اگر در هنگام سوراخکاری بوسیله مته برقی ، برخوردی با شبکه آرماتور موجود در بتن صورت گیرد ، می توان محل کاشت را تغییر داد و از کنار میلگرد ها عبور کرد تا عمق مناسب کاشت حاصل شود.

برای کاشت بولت که معمولا برای صفحه ی ستون فلزی ، شاسی تجهیزات و تاسیسات مکانیکی و برقی است ، امکان تغییر محل سوراخ وجود ندارد و یا با دشواری قابل انجام است( شابلون گذاری بر اساس سوراخکاری سورت گرفته و پانچ صفحات و ورق ها و فلنج ها مطابق سوراخ های شابلون ). لذا در این گونه موارد چاره ای جز برش میلگرد توسط مته های دستگاه کر گیری وجود ندارد.

استفاده از انکر شیمیایی و انتخاب چسب و خمیر کاشت مناسب، مشابه عملیات کاشت میلگرد خواهد بود.

کرگیری و انجام اوپنینگ یا بازشو بر روی بتن

کرگیری یا مغزه گیری از بتن سخت ، به منظور اخذ نمونه بتن برای آزمایشگاه ( کاربرد در آزمایش تعیین مقاومت فشاری و کششی و سه محوره ، آزمایش نفوذ پذیری آب و تعیین عمق کربوناتاسیون و پتروگرافی) یا کاشت بولت ، یا اجرای باز شو برش بتن در ابعاد خاص برای کانال یا محل قرار یری آسانسور ، اجرای کسینگ عبوری لوله و تاسیسات در دیوار ها و دیواره های مخازن و همچنین لوله پمپ بتن برای دسترسی به محل قالب بندی در مقاوم سازی ستون ها کاربرد دارد.

دستگاه کرگیر دارای یک شاسی است که به کمک بولت در محل انجام عملیات کرگیری فیکس شده و قسمت متحرک آن با جلو رفتن سر مته ی توخالی الماسه ای را در سایزهای گوناگون در بتن پیش می راند. طول مته های استاندارد 45 سانتیمتر است اما اگر نیاز باشد عمق بیشتری در ضخامت بتن پیش رفت ، رابط هایی برای انجام این عملیات وجود دارد.

 

باید توجه داشت اعضایی مانند تیر بتنی دارای میلگرد های کششی هستند که بریده شدن آن به عملکرد سازه لطمه می زند ، بنابر این بهتر است حتی الامکان در اعضای دارای کابل یا میلگرد کششی، عملیات کر گیری صورت نپذیرد.

ج- مقاوم سازی با ژاکت فلزی

هنگامی که روش ژاکت بتنی به دلیل نبود فضای مناسب برای تقویت اعضا غیر ممکن باشد ، یا زمان مناسب برای خشک شدن و کیورینگ و بارگذاری بتن در برنامه تعمیراتی دیده نشده باشد، و یا اعضای کششی مانند تیر و پوتر بتنی نیاز به تقویت داشته باشد ، می توان از غلاف ، تسمه یا ژاکت فلزی استفاده کرد.

وجود ترک های خمشی یا برشی خالص و خمشی - برشی، تعیین انرژی شکست سازه توسط محاسب، مقاومت پایین بتن در سازه و کاهش موثر لختی سازه از دیگر عوامل استفاده از مقاوم سازی به روش ژاکت بتنی است.

در واقع افزایش مقطع فولاد در بتن مسلح و تکیه بر خواص مکانیکی فلز، می تواند ارتقا سازه را در ضخامت محدود، تا حد قابل قبولی بالا ببرد.

فیکس شدن و پایداری فلز در اتصال با بتن بوسیله کاشت بولت صورت گرفته و باد خور ها و فضاهای خالی میان فلز و بتن پس از جک گذاری و جوشکاری ، توسط گروت اپوکسی MTOFLOW 650 پر می شود.

جزئیات اجرایی بر اساس هر پروژه متنوع و متفاوت است لذا پیش از انجام عملیات اجرایی بهتر است با کارشناسان فن مشورت گردد.