مواد نانو به موادی گفته می شود که حداقل یکی از ابعاد آن ( طول.عرض.ضخامت)زیر nm 100 باشد.مواد نانو ساختار با توجه به رفتارهای بارزی که از خود نشان داده اند مورد توجه بخش صنعت ودانشگاه در دهه های اخیر قرار گرفته اند. در این میان صنعت ساختمان با توجه به نیازهای خود چه از نظر استحکام . مقاومت و دوام و نیز کارایی بالا از استفاده کنندگان مهم مواد نانو ساختار به شمار می رود .

   1. مقدمه:

یک نانو متر یک هزارم میکرون یا حدود 100000برابر کوچکتر از موی انسان است . به طور کلی در یک تقسیم بندی  عمومی.محصولات نانو مواد را می تئان به صورت های زیر بیان کرد:

فیلمهای نانو لایه: برای کاربرد عمدتاً الکترونیکی.

نانو پوششهای حفاظتی: برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی.حفاظت در برابر عوامل مخرب محیطی.

نانوذرات به عنوان پیش سازنده یا اصلاح ساز:پدیده های شیمیایی و فیزیکی نانو لوله هاونظور از یک ماده نانو ساختار یا واضح تر یک بدنه نانو ساختار. جامدی است که در آن انتظام  اتمی .اندازه کریستالهای تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد.

خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو(درشکل و فرمهای متعددی که وجود دارند از جمله ذرات،الیاف.گلوله و ...)در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند .تغییرات اصولی  که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می باشد.

هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو. یافتن طبقه طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می باشد . که آنه را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود.منظور از عملکرد چند منظوره . ظهور خواص جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند.

در مطالب بعدی که خواهد آمد مواد نانو ساختاری معرفی خواهند شد که با توجه به نو ظهوربودن چنین موادی می توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان سازی و صنایع وابسته به آن ایجاد کنند.

    2.مواد نانو کمپوزیت:

مواد نانوکمپوزیت بر پایه پلیمر(ماتریس پلیمری)اولین بار در سالهای 70 معرفی شده اند که از تکنولوﮊی سول_ﮊل جهت انتشار دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است.

هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ﮊاپن در اواخر سالهای 80 صورت گرفته است. ولی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه می باشد.

 در این شرایط نانو آلومینا .بهترین ساختار نانوئی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد.زیرا ا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی .الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد.از جمله می توان به چند نمونه اشاره کرد:تکنولوﮊی نانوفلزآرتوناید که اخیراً به طور تجاری .الیافنانویی آلومینا.انقلابی در رشته سرامیک بوجود آورده است. ذرات نانویی غیرفلز مانند:نانو سیلیکا نانو زیرکا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها می باشند.

3.بتن با عملکرد بالا  (1) (HPC

یکی از چالشهایی کهدر رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است .بتن با عملکرد بالا می باشد.این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده  می باشد .خواص و رفتار و عملکردبتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی.پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد.

بنابراین .مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها حائز اهمیت می باشد.روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلف از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد در مورد بتن به طور خاص. علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر .بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا می باشد .از جمله می توان به خاصیت الکترو مغناطیسی.وقابلیت به کارگیری در سازه های اتم(محافظت ازتشعشعات ) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرﮊی ساختمانها و...نام برد.              

 4.نانو سیلیس آمورف:

در صنعت بتن .سیلیس یکی از معروف ترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا(HPC)ایفا می کند.

محصول معمولی همان سیلیکافیوم یا میکرو سیلیکا می باشد که دارای قطری در حدود1/0 تا 1 میلی متر می باشدودارای اکسید سیلیس حدود 90% می باشد.

می توتن گفت که میکرو سیلیکا محصولی است که در محدوده بالای اشل اندازه نانو متر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می شود.

محصول نانوسیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده وبا قطر کمتر از 100نانو متر یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشند.که مایع آن معمول ترین نوع سیلیس می باشد .

این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم به کار گرفته شده است. نانو سیلیس معلق کاربردهای جند منظوره از خود نشان می دهد مانند:

   . خاصیت ضد سایش

   .ضد لغذش

   .ضد حریق

   .ضد انعکاس سطوح

آزمایشات نشان داده اند که واکنش مواد نانوسیلیس با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکرو سیلیکا بسیار سریع تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزولانی مقداربسیار  بالای میکرو سیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد.

تمام کارهای اجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی در بخش اصلاح خواص ریولوﮊی.کارپذیری و خمیر سیمان بوده است.آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100 نانو متر می باشد. 

 5.نانو لوله ها:

همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد معمولاًالیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکار برده می شوند.امروزه از الیاف فلزی .شیشه ای .پلی پرولین.کربن و...

در بتن برای مسلح کردن استفاده می شودولیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله کربنی انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح کردن بوسیله نانولوله ها استفاده کرد.نانو لوله کربنی توسط LDJMA درسال1991 کشف شده استو کارهای بسیاری بر روی ساختار نانودر بخش فیزیک کوانتوم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین بر روی تکنولوﮊی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند. کربن60 و نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را ازفولاد قوی تر و بسیار سبک میکند بطوریکه می توانند کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهد شد که در کامپوزیت ها به کار برده خواهد شد.

نانو لوله ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن (وابسته به موسسه ACIشاخه ایران) دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشندو نیز نانو لوله ها خواص قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهند.

بطوریکه هادی بودن حرارت آن ها بیش از دو برابرالماس وهادی بودن الکتریکی آن ها در حدود 1000برابر فلز مس می باشد.

نانو لوله ها طبقه جدیدی از محصولات می باشند که انقلاب جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته بوجود آورده اند.

یک نسل جدید از نانو کامپوزیت های چند منظوره می توانند به عنوان نانو لوله های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند . بنابر این نانو لوله های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به نقش مصالح  ساختمانی با عملکرد بالای چند منظوره.بازی می کنند.

پروفسور نادر هاتف امروز (دو شنبه ۲۳ اردیبهشت ۱۳۸۷)در دانشگاه یاسوج بودند. ایشان عضو هئت علمی دانشگاه شیراز هستند.

 

ایشان در مورد ژئوسنتتیک ها و کاربردهایشان در عمل صحبت کردند. به دلیل دیر رسیدن به جلسه نتوانستم گزارشی تهیه کنم .

 در هر صورت این شما و این هم ژئوسنستیک ها 

---

1- ژئوتکستایل‌ها (Geotextiles)

ژئوتکستایل‌ها غالباً از پلیمرها یا پلی پرپیلن‌ها ساخته شده‌اند. پلی‌پرپیلن‌ها دارای وزن مخصوص کمتر از واحد بوده (9/0 = y) و محکم و بادوام هستند. از الیاف و فیبرهای رشته‌ای پلی‌پرپیلن‌ها در ساخت ژئوتکستایل‌های بافته شده (Woven) و بافته نشده (Nonwoven) استفاده می‌‌شود.

همچنین از فیبرهای پلی‌استر با مقاومت بالا نیز در ساخت ژئوتکستایل‌ها استفاده می‌‌شود. پلی‌استرها دارای وزن مخصوص بزرگتر از واحد (1) و مقاومت بسیار عالی هستند و با اغلب خاکهای موجود در محیط سازگار می‌‌باشند.

به‌طور کلی ژئوتکستایل‌ها به دو نوع اصلی تقسیم می‌‌شوند:

1- بافته شده یا منسوج (woven)

2- بافته نشده یا غیرمنسوج (Nonwoven)

 

 

2- ژئوگریدها (Geogrides)

از انواع محصولات ژئوگریدها، نوع مشبک است که به‌صورت تار و پود، یا فواصل معین، در دو جهت و با مقاومت بالا تولید می‌‌شود.

از این شبکه‌ها به اشکال تک لایه و چند لایه، می‌‌توان، برای مسلح و مقاوم نمودن سطوح خاکریزی، با مساحت کم استفاده نمود. ژئوگریدها ضمن بالا بردن پایداری خاک از تغییر مکان‌های افقی آن جلوگیری می‌‌کند.

3- ژئوکامپوزیت (ترکیب ژئوگرید با ژئوتکستایل) (Geocomposite)

ژئوگریدها با توجه به ساختار و خواص پلیمرها دارای مقاومت نهایی محدود شده‌ای هستند. در یک سیستم مرکب، یک ژئوگرید به همراه ژئوتکستایل برای سهولت، در توسعه سطح خاکریز می‌‌تواند بکار گرفته شود و سپس خاکریز برروی آن اجرا گردد.

ژئوکامپوزیت‌ها همچون کولباندرین (زهکشی عمیق) و یا انکادرین (زهکشی افقی و قائم) در تحکیم اراضی سست، از طریق تسهیل در خروج آب موجود در خاک و جمع‌آوری و هدایت آبهای نشتی و در تماس با سازه‌ها با استفاده از زهکشی‌های قائم و افقی، مورد استفاده قرار گیرد.

1-3- ژئودرین‌ (Geodrain)

یک نوع از ژئوکامپوزیت‌ها به نام آنکادرین به سه لایه کامپوزیتی عایق رطوبتی، زهکشی و جمع‌کنندگی و هدایت و انتقال آب‌گذری، با کاربری بسیار بالایی عمل زهکشی و عایق رطوبتی را در دیواره‌های در ارتباط با خاک انجام می‌‌دهد.

همچنین از نوع دیگری از کامپوزیت‌های آنکادرین با خاصیت زهکشی افقی، جهت ایجاد فضاهای سبز روی پشت بام‌ها و باغ‌های پشت بامی استفاده می‌‌شود. این محصولات با توجه به سبکی وزن، انعطاف‌پذیری، سرعت عمل در نصب و راحتی حمل و نقل، استفاده وسیعی در صنعت ساختمان، در کشورهای اروپایی و آمریکایی، پیدا کرده است. به علاوه نوع دیگری از این محصولات جهت زهکشی و در قالب‌بندی (کفراژ) فونداسیون‌ها و در دیوارهای حائل و یا در زهکشی و تحکیم پارکینگ‌ها و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرد.

کارکرد عمومی محصولات انکادرین به‌طور عمده به‌عنوان زهکش در پشت دیوارهای قائم و حائل لبه جاده، خاکریزها و تونل‌ها و به‌طور افقی به‌عنوان زهکش در زیر محوطه‌های پارکینگ زیر فضای سبز (اماکن ورزشی و استادیوم‌ها) و بام‌ها، سیستم‌های فاضلاب و Landfill است.

4- ژئوممبران (Geomembrane)

ژئوممبران‌ها به‌عنوان یک عایق بسیار مقاوم و کم هزینه و دارای طول عمر زیاد، در بسیاری از صنایع کاربرد دارد که از آن جمله می‌‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• آب و فاضلاب: از ژئوممبران‌ها جهت ساخت لاگون‌ها، کانال‌های آبرسانی، حوضچه‌ها و استخرها و دریاچه‌های مصنوعی استفاده می‌‌شود. با توجه به اینکه ژئوممبران در تماس با خاک هستند، برحسب لزوم امکان ترکیب آنها با ژئوتکستایل و یا ژئوگریدها میسر است.
• ایزولاسیون سازه‌های زیرزمینی در برابر نفوذ آبهای سطحی و زیرزمینی: در این خصوص می‌‌توان به ایزوله دیوارهای متروهای شهری و سازه‌های هیدرولیکی و غیره اشاره نمود.
• سایت دفن زباله شهری و صنعتی و خطرناک: با استفاده از ژئوممبران می‌‌توان مخازن کاملاً ایزوله از محیط اطراف، جهت دفن زباله‌های شهری و صنعتی ایجاد نمود. ژئوممبران‌ها دارای انواع فراوانی، به لحاظ مقاومت در برابر مواد شیمیایی و مخرب هستند.
• ایجاد و توسعه زمین‌های کشاورزی در محیط‌های نامساعد.

5- ژئوسل‌ها (Geocells)

یک شبکه لانه زنبوری از نوارهای پلی استر نبافته، متصل به یکدیگر، ساخته شده که با دوخته شدن این شبکه‌ها به یکدیگر، فضاهایی مانند لانه زنبور (6 ضلعی) ایجاد شده که با پر شدن از خاک، شن، بتن یا مصالح دیگر، استحکام و صلبیت کافی جهت شیب‌ها، ترانشه‌ها، دیوارها در برابر فرسایش و ریزش ایجاد می‌‌کند.

امروزه پیشرفت صنعت استفاده از ژئوسنتتیک‌ها آنچنان وسیع و گسترده شده است که تقریباً غیرممکن را امکان‌پذیر نموده است، (حتی اسکی نمودن در فضاهای سربسته برروی یخ با استفاده از لایه‌های صفحه‌ای انکادرین).

امروزه نه تنها از مواد ژئوکامپوزیتی جهت سالن‌های اسکیت یخ و برف و استادیوم‌های ورزشی و زمین‌های چمن مصنوعی و درخت‌کاری و فضای سبز بام‌ها استفاده‌های فراوان می‌‌شود، بلکه حتی می‌‌توان با استفاده از تکنولوژی از صنعت ژئوسنتتیک و تلفیق با تکنولوژی‌های دیگر در کشاورزی، همچون آبیاری قطره‌ای، کویرها را نیز آباد نموده مورد بهره‌برداری قرار داد و در نتیجه کمک شایانی به اقتصاد و آبادانی کشورها نمود.

---

پیوست‌

ژئوتکستایل‌های منسوج (Woven Geotextiles)

این ژئوتکستایل‌ها از تک رشته‌های به هم بافته شده (Monofilament) یا چند رشته‌ای‌های به هم بافته شده (Multi Filament) و یا نوارهای منسوج بریده شده (Slim Film Fabric) ساخته می‌‌شود. تهیه این دسته از ژئوتکستایل‌ها، در دو مرحله انجام می‌‌گیرد که عبارتست از:

1- تولید و عمل آوردن الیاف

2- افت الیاف

ژئوتکستایل‌های تک رشته‌ای نسبت به انواع دیگر نفوذپذیری بهتری دارند و برای استفاده به‌عنوان زهکش و یا جهت کنترل فرسایش خاک مناسب هستند.

ژئوتکستایل‌های چند رشته‌ای دارای مقاومت بالایی هستند و اصولاً به‌عنوان مسلح‌کننده کاربرد دارند. ژئوتکستایل‌های تشکیل شده از نوارهای منسوج جهت کنترل رسوبات و محصور کردن لای و لجن، و پایداری جاده‌ها و مسیرها مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

 

ژئوتکستایل‌های غیر منسوج (NonWoven Geotextile)

این نوع ژئوتکستایل‌ها از الیاف کوتاه ]معمولاً [(2.5-10cm) 1-4inch و یا الیاف بلند که به‌صورت رندم در لایه‌هایی برروی یکدیگر، همانند یک شبکه نمدی توزیع شده‌اند، ساخته می‌‌شود. سپس این شبکه‌های نمدی از دستگاههایی، جهت به هم متصل کردن لایه‌ها به یکدیگر، عبور داده می‌‌شوند.

ژئوتکستایل‌های غیرمنسوج در زهکش‌ها، کنترل فرسایش خاک و همچنین جهت پایدارسازی جاده‌ها و مسیرها بر روی خاک‌های حساس به رطوبت کاربرد دارند.

امروزه در اکثر کشورهای پیشرفته ژئوتکستایل‌ها را جهت تسلیح، تقویت و پایدارسازی بستر و ساحل‌های سست و یا احداث راه و راه‌آهن روی بستر باتلاقی، حتی در مواقع دشوار، بدون نیاز به هرگونه لجن‌برداری و یا قلوه‌ریزی و یا احیاء اراضی ساحلی و توسعه بندرگاه‌ها و یا احداث موج‌شکن و دیگر سازه‌های دریایی، روی بسترهای فوق‌العاده سست بکار می‌‌برند.

همچنین از کیسه‌های شنی ژئوتکستایل‌ جهت راه حلی مطمئن برای ترمیم سریع و اقتصادی موقت سازه‌های ساحلی صدمه دیده، استفاده می‌‌شود.

ژئوتکستایل‌ها در تسلیح، فیلتراسیون و حفاظت از کانال‌ها و لوله‌ها نیز کاربرد دارند:

در این مورد ژئوتکستایل‌ها دور لوله قرار می‌‌گیرد و آن را در مقابل آسیب‌های فیزیکی و شیمیایی حفاظت می‌‌کند. به این ترتیب نیاز به ریختن خاک سرندی در اطراف لوله بر طرف می‌‌شود و یا ژئوتکستایل‌ روی کف و بدنه کانال پهن می‌‌شود تا از ورود خاک ریزدانه به داخل کانال در اثر بالا آمدن سطح آب زیرزمینی جلوگیری کرده و در سیستم زهکشی شرکت می‌‌کند. ژئوتکستایل‌ها در اطراف لوله‌های زهکشی زیر خاک به‌عنوان فیلتر بکار می‌‌روند.

مزایای کاربرد این نوع مصالح به‌عنوان فیلتر در ساخت و نصب سریع، صرفه‌جویی اقتصادی، مقاومت شیمیایی بالا، دوام عالی، عدم جدایی بین دانه‌ها به‌عنوان فیلتر در ساخت و نصب سریع، صرفه‌جویی اقتصادی، مقاومت شیمیایی بالا، دوام عالی، عدم جدایی بین دانه‌ها که در فیلترهای خاکی در حین ساخت ایجاد می‌‌شود و کاهش عملیات خاکی می‌‌باشد.

ژئوتکستایل‌ها همچنین روی بدنه لوله و جداره کانال به‌صورت زین اسبی پهن شده و روی آن با خاک پر می‌‌شود و با این عمل نیروی Uplift زیر لوله‌ها توسط ژئوتکستایل‌ از طریق به کشش افتادن (تسلیح)، جذب می‌‌شود.

همه چيز در مورد بتن

مقدمه

بتن و فولاد دو نوع مصالحی هستند که امروزه بیشتر از سایر مصالح در ساختمان انواع بناها از قبیل ساختمان پلها،ساختمان سدها، ساختمان متروها،ساختمان فرودگاه ها و ساختمان بناهای مسکونی و اداری و غیره به کار برده می شوند.و شاید به جرأت می توان گفت که بدون این دو پیشرفت جوامع بشری به شکل کنونی میسر نبود.با توجه به اهدافی که از ساخت یک بنا دنبال می شود،بتن و فولاد به تنهایی و یا به صورت مکمل کار برد پیدا می کنند. فولاد به لحاظ اینکه در شرایط به دقت کنترل شده ای تولید می شود و مشخصات و خواص آن از قبیل تعیین و با آزمایشات متعددی کنترل می شود،دارای کاربری آسانتر از بتن است. اما بتن در یک شرایط کاملا متفاوتی با توجه به پارامتر های مختلف از قبیل نوع سیمان،نوع مصالح و شرایط آب و هوایی تولید و استفاده می شود و عدم اطلاع کافی از خواص مواد تشکیل دهنده بتن و نحوه تولید و کاربرد آن می تواند ضایعات جبران ناپذیری را به دنبال داشته باشد.
با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی در قرن اخیر، علم شناخت انواع بتن و خواص آنها نیز توسعه قابل ملاحظه ای داشته است، به نحوی که امروزه انواع مختلف بتن با مصالح مختلف تولید و استفاده می شود و هر یک خواص و کاربری مخصوص به خود را داراست.هم اکنون انواع مختلفی از سیمانها که حاوی پوزولانها ،خاکستر بادی،سرباره کوره های آهن گدازی،سولفورها،پلیمرها،ال یافهای مختلف،و افزودنیهای متفاوتی هستند،تولید می شد. ضمن اینکه تولید انواع بتن نیز با استفاده از حرارت،بخار،اتوکلاو،تخلیه هوا،فشار هیدرولیکی،ویبره و قالب انجام می گیرد.
بتن به طور کلی محصولی است که از اختلاط آب با سیمان آبی و سنگدانه های مختلف در اثر واکنش آب با سیمان در شرایط محیطی خاصی به دست می آیدو دارای ویژگیهای خاص است.

و مقاله ...

ولین سؤالی که پیش می آید این است که چه رابطه ای بین تشکیل دهنده بتن باید وجود داشته باشد تا یک بتن خوب به دست آید و اصولا بتن خوب دارای چه شرایط و ویژگیهایی است. رابطه بین اجزاء تشکیل دهنده بتن،در خواص فیزیکی و شیمیایی و همچنین نسبت اختلاط آنها با هم است.چه اگر مصالح یا آب و سیمانی با خواصی مناسب بتن با هم مخلوط گردند و در شرایط و محیطی مناسب به عمل آیند،یقینا بتن خوبی حاصل می شودو اصولا بتن خوب، بتنی است که دارای مقاومت فشاری دلخواه و رضایت بخشی باشد. رسیدن به یک مقاومت فشاری دلخواه و رضایت بخش بدین معناست که سایر خواص بتن مانند مقاومت کششی، وزن مخصوص، مقاومت دربرابر سایش، نفوذ ناپذیری، دوام، مقاومت دربرابر سولفاتها و ... نیز همسو با مقاومت فشاری، بهبود یافته و متناسب می شوند.
اگر چه شناخت مصالح مورد مصرف در ساخت بتن و همچنین خواص مختلف بتن کار آسانی نیست اما سعی می شود به خواص عمومی مصالح و همچنین بتن پرداخته شود.
بتن اینک با گذشت بیش از 170 سال از پیدایش سیمان پرتلند به صورت کنونی توسط یک بنّای لیدزی، دستخوش تحولات و پیشرفتهای شگرفی شده است.در دسترس بودن مصالح آن، دوام نسبتاً زیاد و نیاز به ساخت و سازهای فراوان سازه های بتنی چون ساختمان ها، پل ها، تونل ها، سدها، اسکله ها، راه ها و سایر سازه های خاص دیگر، این ماده را بسیار پر مصرف نموده است.
اینک حدود سه تا چهار دهه است که کاربرد این ماده ارزشمند در شرایط ویژه و خاص مورد توجه کاربران آن گشته است. اکنون کاملاً مشخص شده است که توجه به مقاومت تنها به عنوان یک معیار برای طرح بتن برای محیطهای مختلف و کاربریهای متفاوت نمی تواند جوابگوی مشکلاتی باشد که در درازمدت در سازه های بتنی ایجاد می گردد. چند سالی است که مسأله پایایی و دوام بتن در محیط های مختلف و به ویژه خورنده برای بتن و بتن مسلح مورد توجه خاص قرار گرفته است.مشاهده خرابی هایی با عوامل فیزیکی و شیمیایی در بتن ها در اکثر نقاط جهان و با شدتی بیشتر در کشور های در حال توسعه، افکار را به سمت طرح بتن هایی با ویژگی خاص و با دوام لازم سوق داده است. در این راستا در پاره ای از کشورها مشخصات و دستورالعمل ها واستانداردهایی نیز برای طرح بتن با عملکرد بالا تهیه شده و طراحان و مجریان در بعضی از این کشورهای پیشرفته ملزم به رعایت این دستورالعمل ها گشته اند.
در مواد تشکیل دهنده بتن نیز تحولات شگرفی حاصل شده است. استفاده از افزودنی های مختلف به عنوان ماده چهارم بتن، گسترش وسیعی یافته و در پاره ای از کشورها دیگر بتنی بدون استفاده از یک افزودنی در آن ساخته نمی شود. استفاده از سیمان های مختلف با خواص جدید و سیمان های مخلوط با مواد پوزولانی و نیز زائده های کارخانه های صنعتی روز به روز بیشتر شده و امید است که بتواند تحولی عظیم در صنعت بتن چه از نقطه نظر اقتصادی و چه از نظر دوام و نیز حفظ محیط زیست در قرن آینده بوجود آورد. در سازه های بتنی مسلح نیز جهت پرهیز از خوردگی آرماتور فولادی از مواد دیگری چون فولاد ضد زنگ و نیز مواد پلاستیکی و پلیمری (FRP) استفاده می شود که گسترش آن منوط به عملکرد آن در دراز مدت گشته است. با توجه به نیاز روز افزون به بتن های خاص که بتوانند عملکرد قابل و مناسبی در شرایط ویژه داشته باشند،سعی شده است تا در این مقاله به پاره ای از این بتن ها اشاره گردد. کاربرد مواد افزودنی به ویژه فوق روان کننده ها و نیز مواد پوزولانی به ویژه دوده سیلیس در تولید بتن با مقاومت زیاد و با عملکرد خوب مختصراً آورده می شود. بتن های خیلی روان که تحولی در اجرا پدید آورده است و نیز بتن های با نرمی بالا برای تحمل ضربه و نیروهای ناشی از زلزله نیز از مواردی است که باید به آنها اشاره نمود. کوشش های فراوان برای مبارزه با مسأله خوردگی آرماتور در بتن و راه حل ها و ارائه مواد جدید نیز در اواخر سالهای قرن بیستم پیشرفت شتابنده ای داشته است که به آنها اشاره خواهد شد.

افزودنی های خاص در شرایط ویژه :

برای ساخت بتن های ویژه در شرایط خاص نیاز به استفاده از افزودنی های مختلفی می باشد. پس از پیدایش مواد افزودنی حباب هواساز در سالهای 1940 کاربرد این ماده در هوای سرد و در مناطقی که دمای هوا متناوباً به زیر صفر رفته و آب بتن یخ می زند، رونق بسیار یافت. این ماده امروز یکی از پر مصرف ترین افزودنی ها در مناطق سرد نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی است.
ساخت افزودنی های فوق روان کننده که ابتدا نوع نفتالین فرمالدئید آن در سالهای 1960 در ژاپن و سپس نوع ملامین آن بعداً در آلمان به بازار آمد شاید نقطه عطفی بود که در صنعت افزودنی ها در بتن پیش آمد. ابتدا این مواد برای کاستن آب و به دست آوردن کارایی ثابت به کار گرفته شد و چند سال بعد با پیدایش بتن های با مقاومت زیاد نقش این افزودنی اهمیت بیشتری یافت. امروزه بتن های مختلفی برای منظور ها و خواص ویژه و نیز به منظور مصرف در شرایط خاص با این مواد ساخته می شود که ازمیان آنها به ساخت بتن های با مقاومت زیاد، بتن های با دوام زیاد، بتن های با مواد پوزولانی زیاد (سرباره کوره های آهن گدازی و خاکستر بادی)، بتن های با کارایی بالا، بتن های با الیاف و بتن های زیر آب و ضد شسته شدن می توان اشاره نمود.
بتن های با کارآیی بسیار زیاد که چند سالی است از پیدایش آن در جهان و برای اولین بار در ژاپن نمی گذرد، تحول جدیدی در صنعت ساخت و ساز بتنی ایجاد کرده است. این بتن که نیاز به لرزاندن نداشته و خود به خود متراکم می گردد، مشکل لرزاندن در قالب های با آرماتور انبوه و محلهای مشکل برای ایجاد تراکم را حل نموده است. این بتن علیرغم کارایی بسیار زیاد خطر جدایی سنگدانه ها و خمیر بتن را نداشته و ضمن ثابت بودن کارایی و اسلامپ تامدتی طولانی می تواند بتنی با مقاومت زیاد و دوام و پایاپی مناسب ایجاد کند. در طرح اختلاط این بتن باید نسبت های خاصی را رعایت نمود. به عنوان مثال شن حدود 50 درصد حجم مواد جامد بتن را تشکیل داده و ماسه حدود 40 درصد حجم ملات انتخاب می شود. نسبت آب به مواد ریزدانه و پودری بر اساس خواص مواد ریز بین 9/0 تا 1 می باشد. با روش آزمون و خطا نسبت دقیق آب به سیمان و مقدار ماده فوق روان کننده مخصوص برای مصالح مختلف تعیین می گردد. از این بتن با استفاده از افزودنی دیگری که گرانروی بتن را می افزاید در زیر آب استفاده شده است.

بتن های با عملکرد و دوام زیاد

از آنجا که رسیدن به مقاومت بالا در بتن از اهداف دست اندرکاران کارهای بتنی در دو دهه اخیر بوده است، ابتدا این نوع بتن با مقاومت بیش از MPA50 ساخته شد.با پایین آوردن نسبت آب به سیمان تا حد 3/0 رسیدن به چنین مقاومتهایی بسیار آسان است. برای ساخت بتن هایی با مقاومت بیشتر و در حد Mpa 110-80 و برای تقویت ناحیه فصل مشترک سنگدانه درشت و خمیر سیمان مواد سیلیسی فعال و غیر بلوری به نام دوده سیلیس به کار گرفته شد. همزمان سنگدانه هایی با مقاومت بیشتر و با دانه بندی مناسب تر و با کنترل حداکثر اندازه سنگدانه در این مخلوط ها به کار رفت.
از آنجا که در کاربرد این بتن گاه مقادیر بالایی سیمان و بیش از 400 کیلوگرم (حتی تا 500 کیلوگرم) مصرف می شد، علاوه بر گرانی این بتن، ترک هایی نیز حین ساخت به دلیل جمع شدگی پلاستیکی و ناشی از خشک شدن بیشتر این بتن ها و نیز ترک های حرارتی بوجود آمد. همچنین با افزایش این مقاومت تردی و شکنندگی بتن نیز افزایش یافت. چنین بتنی نمی توانست در شرایط محیطی سخت و محیطهای خورنده به علت وجود ترک های زیاد دوام قابل قبولی داشته باشد.
به منظور افزایش دوام حین افزایش مقاومت ضمن کاربرد دوده سیلیس و کم کردن آب و مصرف فوق روان کننده، مقدار سیمان کاهش یافته و در عوض مواد پوزولانی همچون دوده سیلیس، خاکستر بادی، سرباره کوره های آهن گدازی، خاکستر پوسته برنج و بالاخره پوزولان های طبیعی به صورت مواد ریزدانه جایگزین آن گردید. امروز شاهد ساخت بتن هایی با دوام که نفوذپذیری کمی دارند و در مقابل حملات شیمیایی کلرورها و سولفات ها و گاز کربنیک و بعضاً واکنش قلیایی پایدارتر می باشند، هستیم.
برای مصرف این بتن در سازه های بلند و رفع نقیصه شکنندگی در پاره ای موارد از الیاف های کوتاه استفاده شده تا بدین وسیله نرمی این بتن ها افزایش یابد. از مزایای عمده این بتن ها کاهش وزن ساختمان ها به علت کم کردن ابعاد ستون ها، صرفه جویی در میزان بتن و فولاد، کوتاه شدن دوران ساخت، تغییر شکل های وابسته به زمان کمتر و پایایی و داوم بشتر آ نها می باشد.
به منظور کاستن وزن سازه های بتنی که با بتن با مقاومت زیاد ساخته می شوند چند سالی است که با مصرف بخشی از سنگدانه های سبک در آن، بتن های سبک تری تولید نموده اند. امروزه بتن هایی با وزن مخصوص 2 تن بر متر مکعب و مقاومت های mpa 80-60 در بعضی پروژه ها به کار رفته است. به علت دوام قابل قبولی که این بتن ها در آزمایشات متعدد از خود نشان داده اند مصرف آنها در چند سازه بتنی دریایی در محیط های خورنده در کشورهای نروژ، کانادا، ژاپن، آمریکا و استرالیا گزارش شده است.
در کشور ما نیز اخیراً با تولید دوده سیلیس در کارخانه های داخلی کاربرد این ماده در بتن آغاز گشته است. در چند پروژه در جنوب کشور که به علت داشتن آب و هوای گرم و محیطی خورنده برای بتن و نیز فولاد از سخت ترین شرایط محیطی برای بتن است، بتن با سیمان دارای حدود 7 تا 10 در صد میکرو سیلیس به عنوان جابگزین سیمان استفاده شده است. بایستی توجه داشت که به علت عدم آب انداختگی این بتن و واکنش های سریع و گرمای محیط خطر ایجاد ترک های پلاستیک در ساعات اولیه و سپس ترک های ناشی از خشک شدن و حرارتی در این بتن ها زیاد بوده و در صورت عدم کنترل و دقت و عمل آوری سریع و مناسب علیرغم مقاومت زیاد وجود ترک در این بتن ها سبب افزایش نفوذ پذیری آنها گشته و در نتیحه املاح و مواد خورنده به داخل بتن و خوردگی آرماتور خرابی بتن تشدید می گردد. در پاره ای از تونل های انتقال آب و نیز تونل سدها نیز از این ماده در طرح اختلاط بتن برای بتن پاشی پوشش استفاده شده است. پیوستگی خوب این بتن و کم شدن مصالح بازگشتی و مقاومت و دوام خوب از خصوصیات آن درپوشش تونل ها است. این ماده در لایه نهایی سرریز بعضی سدهای کشور نیز در حال استفاده و یا در آینده استفاده نخواهد شد. مصرف میکرو سیلیس در بتن سبب افزایش مقاومت سایشی و فرسایشی بتن می گردد.

بتن های با نرمی بالا

امزوزه کار برد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکل های زیاد را بدون شکست تحمل نماید، مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات در خصوص تأمین نرمی لازم در بتن با الیاف های مختلف و حتی حذف آرماتور در حال انجام می باشد. هدف از کاربرد الیاف در بتن افزایش مقاومت کششی، کنترل گسترش ترک ها و افزایش طاقت بتن می باشد تا قطعه بتنی بتواند در مقابل بارهای وارده در یک مقطع ترک خورده تغییر شکل های زیادی را پس از نقطه حداکثر تنش تحمل نماید.
بتن با الیاف مختلف در سال های اخیر در سازه های عمده ای چون رو سازی راهها و فرودگاه ها، پی های عظیم با تغییر شکل های زیاد و به ویژه در پوشش بتنی تونل ها به کار رفته است. در ساخت پوشش تونل ها بتن الیافی با پاشیدن بر جداره شکل می پذیرد. اخیراً برای حذف ترک ها در پوشش تونل هایی که به صورت چند تکه پیش ساخته اجرا می شود از بتن بدون آرماتور و تنها الیاف استفاده شده و این نوع بتن سبب حذف ترک ها در حین عمل آوری و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونل های مترو شده است.
در نوع بسیار جدید بتن الیافی که می توان با آن به حداکثر نرمی در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف استفاده می شود . در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر می شود. میزان الیاف در این بتن حدود 10 در صد می باشد که حدود 10 برابر میزان الیاف در بتن های الیافی متداول است. با این مصالح لایه های محافظی بدون ترک و تقریبا غیر قابل نفوذ می توان ایجاد نمود. به علت نرمی زیاد این قطعات ظرفیت تغییر شکل پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دال های فولادی می رسد. مقاومت فشاری این نوع بتن حدود 110-85 مگا پاسکال و مقاومت خمشی حدود N/m 45-35 می باشد. از این قطعات می توان نه تنها به عنوان لایه های محافظ کوچک استفاده نمود بلکه در باندهای فرودگاه در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان می دهند. در کارهای تعمیراتی دال ها می توان از آنها به عنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز و در زمان کوتاهی استفاده نمود.

آرماتورهای غیر فولادی در بتن

در سال های اخیر استفاده محدودی از آرماتورهای غیر فلزی آغاز گشته است هر چند تحقیقات بر روی کاربرد وسیعتر آنها و عملکرد دراز مدت این نوع آرماتورها ادامه دارد این آرماتورها که معروف به آرماتورهای با الیاف پلاستیکی (FRP) هستند از الیاف مختلفی چون الیاف شیشه ای (GFRP) الیاف آرامیدی (Afrp) والیاف کربنی (CFRP) در یک رزین چسباننده تشکیل شده اند.

خاصیت عمده این آرماتورها که سبب کار برد آنها شده است مقاومت در برابر خوردگی آنهاست که می تواند در محیط های بسیار خورنده دوام دراز مدتی داشته باشند. علاوه بر این مقاومت بالا، مقاومت به خستگی بالا، ظرفیت بالای تغییر شکل ارتجاعی، مقاومت الکتریکی زیاد و هدایت مغناطیسی پایین و کم این مواد از مزایای آنها شمرده می شود. البته این مواد معایبی چون کرنش گسیختگی کم و شکننده بودن و خزش زیاد و تفاوت قابل ملاحظه ضریب انبساط حرارتی آنها در مقایسه با بتن را به همراه دارند.
اخیراً از الیاف مختلف شبکه هایی بافته شده و به صورت یک شبکه آرماتور در سطح بتن برای کنترل ترک و کم کردن عرض آن و همچنین در دیوارهای نمای بتنی ازآن استفاده می کنند. تحقیقات روی کاربرد صفحات الیافی به جای صفحات فولادی برای تقویت قطعات خمشی و تیرها و دال ها به ویژه در پل ها ادامه دارد. این صفحات با رزین های اپوکسی به نواحی کششی از خارج اتصال داده می شود. کاربرد صفحات با الیاف کربنی برای این تقویت بیشتر رایج گشته و در چندین پل در ژاپن و در بعضی کشورهای اروپایی از آن استفاده شده است.

مقابله با خوردگی بتن

مسأله خوردگی فولاد در بتن از معضلات عمده کشورهای مختلف جهان است. این مسأله حتی در کشورهای پیشرفته همچون آمریکا، کانادا، ژاپن و بعضی کشورهای اروپایی هزینه های زیادی را برای تعمیر آنها به دنبال داشته است. به عنوان مثال درگزارش های اخیر بررسی پل ها در امریکا حدود 140،000 پل مسأله داشته اند. این مسأله در کشورهای در حال توسعه و در کشورهای حاشیه خلیج فارس بسیار شدیدتر بوده و سازه های بتنی زیادی در زمانی نه چندان طولانی دچار خوردگی و خرابی گشته اند. بررسی ها در این مناطق نشان می دهد که اگر مصالح مناسب انتخاب گردد، بتن با مشخصات فنی ویژه این مناطق طرح گردد، در اجرای بتن از افراد کاردان استفاده شود و سرانجام اگر عمل آوری کافی ومناسب اعمال شود، بسیاری از مسائل بتن بر طرف خواهد گشت. به هرحال برای پیشگیری در سال های اخیر روش ها و موادی توصیه و به کار گرفته شده است که تا حدی جوابگوی مسأله بوده است.
استفاده از آرماتورهای ضدزنگ و نیز آرماتورهای با الیاف پلاستیکیfrp یکی از این روش ها است که به علت گرانی آن هنوز کاملا توسعه نیافته است. به علاوه عملکرد دراز مدت این مواد باید پس از تحقیقات روشن گردد.
از روش های دیگر کاربرد حفاظت کاتدیک در بتن می باشد با استفاده از جریان معکوس با آند قربانی شونده می توان محافظت خوبی برای آرماتورها ایجاد نمود. این روش نیاز به مراقبت دائم دارد ونسبتا پرخرج است ولی روش مطمئنی می باشد.
برای محافظت آمارتور در مقابل خوردگی، چند سالی است که از آرماتور با پوشش اپوکسی استفاده می شود. تاریخچه مصرف این آرماتورها بویژه در محیط های خورنده نشان می دهد که در بعضی موارد این روش موفق و در پاره ای نا موفق بوده است. به هرحال اگر پوشش سالم بکار گرفته شود با این روش می توان حدود 10 تا 15 سال خوردگی را عقب انداخت.
استفاده از ممانعت کننده ها و بازدارنده های خوردگی بتن نیز به دو دهه اخیر برمی گردد. مصرف بعضی از این مواد همچون نیترات کلسیم و نیترات سدیم جنبه تجارتی یافته است. به هر حال عملکرد این مواد در تاخیر انداختن خوردگی در تحقیقات آزمایشگاهی و نیز در محیط های واقعی مناسب بوده است. بازدارنده های دیگری از نوع آندی و کاتدی مورد آزمایش قرار گرفته اند ولی دلیل گرانی زیاد هنوز کاربرد صنعتی پیدا نکرده اند.
برای محافظت بیشتر آرماتور و کم کردن نفوذپذیری پوشش های مختلف سطحی نیز روی بتن آزمایش و به کار گرفته شده است. این پوشش ها که اغلب پایه سیمانی و یا رزینی دارند با دقت روی سطح بتن اعمال می گردند. عملکرد دوام این پوشش به شرایط محیطی وابسته بوده و در بعضی محیط ها عمر کوتاهی داشته و نیاز به تجدید پوشش بوده است. روی هم رفته پوشش های با پایه سیمانی هم ارزانتر بوده و هم به علت سازگاری با بتن پایه پیوستگی و دوام بهتری در محیط های خورنده و گرم نشان می دهند.
با پیشرفت روزافرون انقلاب تکنولوژیک به ویژه در تولید بتن های خاص برای مناطق و شرایط خاص می توان از این بتن ها در ساخت وسازهای آینده استفاده نمود. دانش استفاده صحیح از مصالح، اجرای مناسب و عمل آوری کافی می تواند به دوام بتن ها در مناطق خاص بیفزاید. تحقیفات گسترده و دامنه داری برای بررسی دوام بتن های خاص در شرایط ویژه و در دراز مدت بایستی برنامه ریزی و به صورت جهانی به اجرا گذاشته شود.

تواتر نمونه برداری برای آزمایش مقاومت فشاری بتن

دراکثرقراردادهای طرحهای عمرانی کشور ، ضوابط و مقررات ، آئین نامه های رایج بخصوص آئین نامه بتن ایران جزء مشخصات فنی پیمان بوده و رعایت آنها ضروری است .

پذیرش بتن در کارگاه براساس نتایج آزمایش فشاری نمونه های برادشته شده از بتن مصرفی صورت می پذیرد .
دراکثر طرحها عمرانی کشور و آزمایشگاه ها روش B.S.1881 با قالب مکعبی نمونه گیری انجام و نسبت به حجم بتن مطابق بند 6-5-1-2 آئین نامه بتن ایران می‌باشد:
الف ) برای دالها و دیوارها ، یک نمونه برداری از 30 مترمکعب بتن یا 150 مترمربع سطح
ب ) برای تیرها و کلافها درصورتی که جدا از قطعات دیگر بتن ریزی میشوند ، یک نمونه برداری از هریکصد مترطول
ج ) برای ستونها ، یک نمونه برداری از هر50 مترطول
براین اساس و روش فوق حداقل شش نمونه مکعبی از حجم بتن به ترتیب:
یک نمونه (یک آزمونه ) ـــــــــــــــــــــــــ 7 یا 11 روزه
سه نمونه (سه آزمونه )‌ ـــــــــــــــــــــــ 28 یا 42 روزه
یک نمونه (یک آزمونه )‌ ـــــــــــــــــــــــ 90 یا 125 روزه
یک نمونه (یک آزمونه ) ــــــــــــــــــــــــ کنترل یا آگاهی
به عبارت دیگر حداقل شش نمونه (آزمونه )‌از هربتونیر در مدت تخلیه اش بصورت تصادفی ، با رعایت بند 6-5-1-2 حجم بتن برداشته شود.
با نمونه های فوق طبق ردیف ب بند 6-5-2-1 و بند 6-5-2-2 می توان از نمونه ها ( آزمونه ها ) نسبت به ارزیابی پذیرش بتن اعلام نظر شود ولی مغایر با ردیف الف بند 6-5-2-1 و بند 6-5-1-1 و بند 6-5-1-5 است .

نمونه برداری از بتن

روش آئین نامه بتن ایران
:‌
در بند 6-5-1-1 - مقصود از هر نمونه برداری از بتن ، تهیه دوآزمونه از آن است که آزمایش فشاری آنها در سن 28 روزه یا هر سن مقرر شده دیگر انجام می پذیرد و متوسط مقاومتهای فشاری بدست آمده بعنوان نتیجه نهایی آزمایش منظور میشود .

در هرنمونه برداری از بتن ، تهیه آزمونه های زیر انجام می گیرد:

آزمونه اول ـــــــــــــــــ 7 یا 11 روزه
آزمونه دوم ــــــــــــــــ 28 یا 42روزه
آزمونه سوم ـــــــــــــــ 28 یا 42 روزه
آزمونه چهارم ـــــــــــ 90 یا 125 روزه یا آگاهی

لازم به توضیح است که برابر بند 6-5-1-2 و رعایت عملی ردیف الف بند 6-5-2-1 وبا درنظر گرفتن دو آزمونه دوم و سوم بجای کلمه مقاومت نمونه در احجام مختلف می توان طبق بند 6-5-2 نسبت به مقاومت فشاری اظهار نظر کرد .
مقدارنمونه برداری مورد نیاز برای دالها و دیوارها:
تعداد نمونه برداری ـــــــــــــــــــــــــ حجم بتن ( مترمکعب بتن )
سه نمونه برداری ـــــــــــــــــــــــــ 1 الی 90
شش نمونه برداری ـــــــــــــــــــــــــ 91 الی 180
نه نمونه برداری ـــــــــــــــــــــــــ ـــ 181 الی 270
و ....................
حداقل چهار نمونه (آزمونه )‌از هربتونیر در مدت تخلیه اش بصورت تصادفی برداشته شود و اگر حجم بتن کم باشد ، نمونه ها ی متوالی میبایستی همزمان با تخلیه 4/1 و 4/2 و 4/3 فواصل مخلوط بتن داخل مخلوط کن برداشته شود و اگر بیشتر شود ، مابین فواصل مقادیر تخلیه شده به همان نسبت بطور مساوی فاصله می گذاریم.
نمونه های متوالی به نمونه هایی گفته میشود که فاصله زمانی هر نمونه برداری با نمونه برداری بعد از آن بیشتر از سه شبانه روز نباشد.
لازم به توضیح است که نمونه برداری ، واحد آئین نامه بتن ایران به ترتیب نمونه استوانه ایی ، مگا پاسگال مبیاشد که برای تبدیل نمونه مکعبی 15*15 به نمونه استوانه ای به شرح زیر اقدام میشود.
25=(25/1*2/10): 306
20=(20/1*2/10) : 26080 سال گذشته در بسياري از رشته هاي ساختماني كاربرد داشته و با عمر مفيد طولاني خود، مصالح با دوامي را به اثبات رسانده است. به هر حال بتن در پروژه هاي صنعتي بكار برده شده و در معرض شرايط بسيار سخت محيطي قرار گرفته و صدمات ساختاري و كاربردي را در طول عمر خود نشان داده است، كه این صدمات از 3 منبع اصلي سرچشمه گرفته اند شامل : پروژه هاي صنعتي كه عموماً توسط طراحان بومي، پيمانكاران بين المللي و كساني كه متخصص در اين رشته مي باشند، انجام مي شود. طراحان اين پروژه ها از شرايط سختي كه بتن در معرض آن قرار مي گيرد اطلاع كافي ندارند. در اكثر مواقع، افراد بهره بردار، نگهدارنده و محافظ اين سازه هاي بتني بيشتر از متخصصين داراي تجارب كاري در رشته هاي مكانيك، برق و يا شيمي بوده اند و بنابراين صدمات وارده بر اجزاء بتني را تشخيص نداده اند. نهايتاً اين صدمات عميق تر و پيشرفته تر مي شدند.

ارزیابی و پذیرش بتن درکارگاه

وجود استاندارد ها و آیین نامه های ملی در هرکشور نشانه رشد و توسعه آن کشور است و هدف از ارائه آئین نامه ، حداقل ضوابط و مقرراتی است که با رعایت آن میزان مناسبی از ایمنی ، قابلیت بهره برداری ، پایایی سازه ها تامین میشود.
درطرحهای عمرانی و کارگاه های کشور رعایت استانداردها و آئین نامه ها الزامی است ، اما باتوجه به شرایط اقلیمی ، تنوع مصالح ، نیروی انسانی و ..... وگستردگی کشور ، طرحهای عمرانی و کارگاه ها نیازمند آئین نامه و دستورالعمل خاص بوده و منابع آنها بایستی در دسترس شاغلین دربخش مورد نظر قرارگیرد .
در آئین نامه بتن ایران بند ( 6-5 ) ارزیابی و پذیرش بتن قید گردیده است ، اما باتوجه به اینکه درتهیه آئین نامه بتن ایران از‌ آئین نامه های متفاوت کشورها استفاده شده است ، با شرایط کارگاه های ایران ، ضوابط آزمایشگاه ها در نحوه نمونه گیری ،‌ بررسی بتنهای با مقاومت کم منطبق نیست.
چنانچه میدانیم در کارگاه های عمرانی ، بنا به خطای انسانی ، ماشین آلات ، مصالح متفاوت مصرفی ، شرایط اقلیمی و ... احتمال استفاده از بتنهای با مقاومت کم وجود دارد که در محدوده غیر قابل قبول (بند 6-5-2-2) قرارمیگیرد .
با توجه به هزینه مالی طرح و مدت زمان اجراء آن ، استفاده از بند ( 6-6 ) و بررسی بتن ها اقدامی علمی خوبی است اما عملی نیست . بدین منظور ما باید منطقه تخفیف ، منطقه مشمول جریمه ، منطقه تخریب و بازسازی مجدد را دقیقا" بسته به سازه مورد نظر مشخص کنیم.
الف – منطقه تخفیف
با بررسی فرمولهای ارائه شده در بند 6-5-2-1 و 6-5-2-2 آئین نامه بتن و بند 6-5-2-3 مشخص میشود که به تشخیص طراح بدون بررسی بیشتر به مقدار 5 الی 6 درصد مقاومت فشاری بتن از نظر سازه قابل قبول تلقی میشود .
ب- منطقه مشمول جریمه
درمحاسبات هرسازه حداقل مقاومت فشاری بتن مورد نظر برای طراح بایستی مشخص بوده و در محاسبات منظور شود . با توجه به رده بندی بتن ، طراح میتواند برای جبران مشکلات اجرایی ، ضریب اطمینان یک رده بیشتر از رده محاسباتی درنقشه اجرایی قید نماید و استفاده از رده بیشتر توجیه اقتصادی ندارد . در جدول زیر ( 1- 1 ) محدوده ارزیابی نتایج آزمایش مقاومت فشاری بتن به عیار 350 کیلوگرم برمترمکعب بتن در شرایط آزمایشگاهی و ضریب جریمه تنظیم شده است.
مقاومت فشاری بتن 28 یا 42 روزه (کیلوگرم برسانتی مترمربع ) ـــــــــــــ ضریب جریمه
306 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ــــــــــ 0
296 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــ 56/4
287 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــ 23/7
278 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــ 90/9
269 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــ 57/12
260 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــ 25/15
251 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــ 59/17
242 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــ 56/20
233 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــ 26/23
224 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــ 93/25
215 ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــ 60/28
ضریب جریمه یا بهای عملیات خارج از مشخصات ، شامل کلیه اقلامی است که منجر به تهیه بتن میگردد . اعم از بتن ( شن ، ماسه ، سیمان و .... ) و هزینه های مربوط به بهاء میلگرد ، قالب بندی و غیره .
لازم به توضیح است که نمونه برداری ، واحد آئین نامه بتن ایران به ترتیب نمونه استوانه ایی ، مگا پاسگال مبیاشد که برای تبدیل نمونه مکعبی 15*15 به نمونه استوانه ای به شرح زیر اقدام میشود .
25=(25/1*2/10): 306
20=(20/1*2/10) : 260
ج- منطقه تخریب
درمحاسبات سازه بصورت دستی یا کامپیوتری ، حداقل رده بتن توسط طراح اعمال ، ولی محاسبات نتیجه قابل قبول ارائه نمیگردد . این رده بتن مرز تخریب بوده و مقاومت فشاری کمتر از آن برای سازه قابل قبول نیست .

نفوذپذيري و دوام

بتن در سال گذشته در بسياري از رشته هاي ساختماني كاربرد داشته و با عمر مفيد طولاني خود، مصالح با دوامي را به اثبات رسانده است. به هر حال بتن در پروژه هاي صنعتي بكار برده شده و در معرض شرايط بسيار سخت محيطي قرار گرفته و صدمات ساختاري و كاربردي را در طول عمر خود نشان داده است، كه این صدمات از 3 منبع اصلي سرچشمه گرفته اند شامل : پروژه هاي صنعتي كه عموماً توسط طراحان بومي، پيمانكاران بين المللي و كساني كه متخصص در اين رشته مي باشند، انجام مي شود. طراحان اين پروژه ها از شرايط سختي كه بتن در معرض آن قرار مي گيرد اطلاع كافي ندارند. در اكثر مواقع، افراد بهره بردار، نگهدارنده و محافظ اين سازه هاي بتني بيشتر از متخصصين داراي تجارب كاري در رشته هاي مكانيك، برق و يا شيمي بوده اند و بنابراين صدمات وارده بر اجزاء بتني را تشخيص نداده اند. نهايتاً اين صدمات عميق تر و پيشرفته تر مي شدند.

پالايشگاههاي كشورهاي منطقه خليج فارس بيان كننده يك منبع اساسي درآمد مالي براي اين كشورها بوده اند، و اين تأسيسات بزرگ از سالهاي
1950 توسط شركتهاي پيمانكار بين المللي از آمريكا و اروپا ساخته شده اند. بسياري از اين سازه هاي بتني ساخته شده، هنوز در دست بهره برداري هستند و بسيـاري نيـز تعمير و ترميم يافته اند تا عمر مفيد طولاني تري را به آنها بيفزايند. اغلب بخاطر سرمايه گذاري هاي كلان در اين نوع تأسيسات، عمر مفيد طراحي شده آنها عموماً بسيار طولاني تر بوده و تعدادي از آنها نيز از رده خارج شده اند.

آقاي اکانر
( Oconner ) در مطالعات اخير خود اطلاعات جديدي را درباره پالايشگاه ها ارائه داده، كه قبل از اين اطلاعات كافي درباره صدمات وارده توسط آب شور دريا بر سازه هاي بتني پالايشگاه ها در اين منطقه وجود نداشت.

مطالعات ديگري نيز اخيراً توسط ایمن ابراهیم
( Iman A Ibrahim ) و همكاران او درباره عملكرد بتن بكار گرفته شده در پالايشگاه در اين منطقه انجام يافته و تغييرات خاص بتني را كه در معرض شرايط محيط قرار گرفته، ارائه داده اند.

بتن كه در شرايط سخت آب و هوايي خليج فارس و نيز در پالايشگاهها و در معرض شرايط آب و هوايي ميكروني محيط ديگر مناطق دنيا قرار گرفته است، مي تواند بخاطر شرايط ذيل تخريب شود : درجه حرارت بسيار بالا در كوره هاي بلند در پالايشگاه ها و ترك خوردگي در اثر آن. حمله سولفات در نتيجه گازهاي سولفوريك همچون SO2 و H2S كه در زمان كار توليدي پالايشگاه، بعنوان مواد جانبي توليد صنعت نفت ايجاد مي شوند و همچنين رطوبت زياد محيط خليج فارس. اسيد سولفوريك وباران اسيدي و حملات آنها بر سطح بتن و واكنش شيميايي SO2 كه با رطوبت موجود توليد سولفات كلسيم نموده كه به سادگي بخاطر محلول بودن آن توسط آب شسته مي شود، بنـابراين، تـوليد سفيدك زدگي ( Leaching ) انجام مي شود و در نتيجه مقاومت بتن كاهش مي يابد، بخصوص تحت فعاليت مداوم SO2 و سولفات كلسيم توليد شده، در صورت شستشو جهت تميز كاري با آب دريا، كريستـال گچ بوجود مي آيـد كه بـا سيـمان واكـنش نـشان داده و تاماسايت (Thaumasite) توليد مي شود كه باعث توليد خمير بسيار نرمي مي شود. نرخ و پيشرفت خرابي توسط حمله سولفاتها بستگي به غلظت سولفات، نوع نمك سولفات، نفوذپذيري، و تخلخل بتن دارد. خرابي، در زماني اتفاق مي افتد كه بتن از يك طرف تحت شرايط فشار آب و از طرف ديگر هوا باشد. تر و خشك شدن در اثر نشت آب و يا شستشوي سازه بتني با آب شور دريا، هيـدروكربورهاي ريختـه شده روي سطح بتن، بـاعث نفوذ آب در خلل و فرج خمير سيمان و سنگدانه ها و در نتيجه افزايش نفوذپذيري مي شود. نفوذ يون كلر و حملات سولفاتها باعث خوردگي آرماتورها و در نتيجه ترك خوردگي مي شوند. حركات ماشين آلات، باعث توليد تركها در بتن مي شود. نشت بخار و گازها از لوله هاي موجود در پالايشگاهها باعث خرابي سطوح بتني و در نتيجه اجزاء تشكيل دهنده بتـن مي شود. علاوه بـر شرايـط مضر بر بتن، شرايط نگهداري و حفاظت سازه هاي بتني نيز مهم مي باشند.

اهميت مطالعات اخير بر اين است كه در چندين سال گذشته بيشتر مطالعات در لابراتور
انجام يافته ولي عمليات تحقيقاتي اخير در محل كارگاه و در شرايط واقعي و عملكرد 40 ساله بتن در شرايط سخت پالايشگاه مي باشد.

ساختار بتن :

در حال حاضر بتن ديگر همان مصالح ساختماني قديمي نيست

Cement + Agregates + Water + Admixture or Adetives = Concrete
. بسياري از مواد معدني و آلي جهت اصلاح خواص آن براي ساخت بتن دوره جديد به سيمان پرتلند اضافه مي شوند. برخلاف بتن ساخته شده فقط با سيمان پرتلند، خواص بتن دوره جديد به خاطر پيچيدگي خاص خود كاملاَ روشن و مدون نيست، ولي آناليز بسياري از مواد مصرفي فعال روي دوام بتن شفاف تر از قبل مي باشند.

سيستم سخت شدن سيمان با آب :

تـركيـب سيـمان بـا آب منـجـر بـه تـشكيـل يـك كـنـگلـو مـراي سخت شده بـا سـاختـار پـيـچيـده و تركيبات شيميايي جديدي مي شود كه خمير سيمان سخت شده يا
Paste ناميده مي شود.

ساختار تخلخل موئينه :

سطح داخلي ذرات سيمان سخت شده در بتن تا حدود زيادي تعيين كننده ميزان يا شدت تداخل متقابل بتن با آب و هواي ميكروني محيط اطرافش مي باشد

فـرآيند مخرب :

فعاليت مخربي در سطوح بين حدفاصل آب و هواي ميكروني محيط و بتن شروع مي شود و به طرف عمق و توده بتن
(جسم بتن) از طريق خلل و فرجهاي موئينه منتشر شده و پيشروي مي كند. مساحت سطح داخلي خمير سيمان سخت شده چندين برابر مساحت سطح خارجي ساختار بتن است.

اين مطلب بيانگر ميل بيشتر به آسيب ديدگي
(شدت بيشتر آسيب ديدگي) حتي در زماني است كه لايه مواد عملاً درگير در تداخل شيميايي بسيار نازك باشد كه در مقايسه با نسبت سرعت نفوذ مواد آسيب رسان (مضر) به واكنش آنها سنجيده مي شود.

درجه تخريب ناشي از شكل هاي مختلف آسيب ديدگي اساساً با صور
(Features) آسيب ديده ساختار بتن و بخصوص بوسيله ساختمان ظريف سيمان سخت شده تعيين يا تعريف مي شود.

از آنجائيكه آسيب ديدگي در سطح تماس خمیر سیمان وفلز، بوجود مي آيد بنابراين نفوذپذيري بتن تعيين كننده ميزان خرابي آن مي باشد.

نفوذپذيري بتن تابعي از ساختار آن است و بنابراين داشتن درك مناسب از تماميت ساختار بتن و پارامترهايي كه آن را تعريف مي كند، رابطه آن با تكنولوژي و بالاخره رابطه بين نفوذپذيري، دوام، ساختار بتن و ايستايي بتن در مقابل عوامل آسيب رسان
(مضر) با اهميت مي باشند.

رابطه بين نفوذپذيري و دوام بتن

ساختار متخلخل بتن قابليت ايستادگي آن را در مقابل عبور سيالات يا گازها، تحت گراديانهاي مختلف تعيين مي كند، يك سيال مي تواند تا عمق كامل بتن تحت يك گراديان بوجود آمده بطور مثال ديواره بتني سازه آبي از جمله سد، مخزن آب و فاضلاب و غيره حركت كند.

مواد مضر
(تركيبات) در محيط گازي يا مايع مي توانند به درون بتن بواسطه وجود فشار و غلظت، نفوذ كنند، انتقال از طـريق نفـوذ (انتـشار) بـا پديده تماس (Connection ) مي تواند تشديد شود. گازها و مايعات مي توانند همچنين دراثر بوجود آمدن يك گراديان حرارتي كه بين دو سطح مخالف يك عضو بتني در يك سازه با گراديان رطوبتي پديدار شده در جاي جاي بتن (كه داراي يك جسم متخلخل و لوله هاي موئينه است)، حركت كنند. گراديانهاي رطوبتي و حرارتي، انتقال آب (بصورت بخار يا مايع) را به درون بتن تعيين مي كنند و در نتيجه تنظيم كننده ميزان رطوبت در اعضاء سازة بتني هستند. مايعات ضمن حركت، مواد محلول در خود را نيز به همراه خود به ميان بتن منتقل مي سازند.

نفوذپذيري چيست؟

سرعت انتقال مواد از ميان بتن بستگي به ساختار آن دارد
. براي مشخص كردن نفوذپذيري يك ساختار، بايد ضريب نفوذپذيري آن تأيين گردد كه عبارت است از ميزان جريان مايع يا گاز عبوري (معمولاَ بر حسب ليتر) در واحد زمان از ميان واحد سطح مقطع، تحت يك گراديان هيدروليكي واحد (نسبت هد، يك متر آب، به مسير عبور، واحد ضخامت بتن بر حسب متر) كه معمولاً بطور كمي نفوذپذيري بتن با ضريب نشت مايع (سيال) مشخص مي شود كه با عوامل نفوذ گاز يا آب با يك شاخص قراردادي تعيين شده و محاسبه مي گردد.

ضريب نفوذپذيري با واحد ذيل بيان مي شود



سانتيمتر مربع

نفوذپذيري بتن : سانتيمتر مكعب × سانتيمتر (يا) سانتيمتر مكعب × سانتيمتر × ثانيه ×‌ سانتيمتر سانتيمتر مربع × ثانيه × 1 اتمسفر (Concrete Permeability) :

نفوذپذيري بتن يكي از خواص مهم بتن در رابطه با دوام آن است، كه اين خاصيت، تسهيلاتي را فراهم مي كند كه آب يا سيالات ديگر بتوانند از ميان بتن جريان پيدا کرده و مواد مضر و آسيب رسان را با خود به درون بتن حمل نمايند، به طور مثال :

حمله سولفاتها :

عبارت است از حركت يونهاي سولفات
SO3+ به داخل بتن و تركيب آنها با آلوميناتها و در نتيجه تورم و تركيدگي بتن در جايي كه واكنش هاي شيميايي مضر اتفاق مي افتد.

کوکاکا
( Webster) , ( Kukacka ) بيان مي كنند كه گازهاي خشك براي اجزاء ساختمان مضر نمي باشند، ولي همراه با رطوبت به داخل خمير سيمان نفوذ كرده باعث خرابي بتن مي شوند. هرچند SO2 (Sulfur Dioxide) خشك براي بتن مضر نمي باشد، ولي به هر حال يك واحد حجم آب، 45 واحد حجم گاز را حل مي كند كه محلول اسيد سولفوريك حاصل باعث خرابي بتن مي شود.

در تـأسيسات صنعتـي، در جائيـكه سولفـور دي اكسيـد از دوده آزاد شده و با رطوبت اتمسفر تركيب مي شود، باعث توليد اسيد سولفيدريك

Caco3 + H2SO4 + H2O Caso4 + 2H2O + CO2
(H2SO3) شده كه به تدريج با وجود اكسيژن، اسيد سولفوريك توليد مي شود، و باعث ايجاد باران هاي اسيدي می شود كه براي بتن و فولاد مضر مي باشد. اين واكنشها، عامل اصلي كاهش وزن مخصوص، مقاومت و دوام بتن مي شوند.

كه با اجزاء آلوميناتي سيمان تركيب شده توليد اترينگايت
( Itrringite ) مي نمايد كه به آلومينات – سولفو، كلسيم معروف است. اتـرينگايت در محلول كلـرور حل شده و در زمان شستشوي سطح بتن از روي آن پاك مي شود و به دلیل تخلخل زياد خلل و فـرجهاي موئينـه موجود در بتن سخت شده بخاطر نسبت آب به سيمان بالا W/C در زمان ساخت بتن و اثر حمله سولفاتها باعث خرابي بتن مي گردد. همچنين مي تواند در اثر سفيدك زدن (Leaching) مداوم، سولفات كلسيم و گچ بوجود آيد.


مكانيزم فيزيكي داشته كه در اثر از دست دادن رطوبت در منافذ موئينه، نمكها غليظ و كريستاله گردند، كه همانند مكانيزم عمل انجماد و ذوب شدن مكانيزم فيزيكي آن سبب ترك خوردگي مي شود. واكنش شيميايي سولفات ها با هيدرواكسيد كلسيم آزاد 2(OH)Ca، محصول هيدراسيون تركيب شده ساختار منافذ بتن را تخريب مي نمايد. واكنش يـون سولفـات با فـاز C3A سيمان توليـد اترينگايت حجيم مي نمايد و سبب ترك خوردگي مي شود.

مقاومت در مقابل يخ زدگي :

نفوذ آب به داخل خلل و فرج موئينه، باعث ايجاد تنش در اثر تشكيل كريستالهاي يخ زدگي مي شود.

حمله قليايي ها با مصالح سنگي :

حركت يونهاي قليايي و واكنش با مصالح سنگي در حضور آب منجر به ايجاد ژل متورم مي شود.

ايستادگي در مقابل آتش سوزي :

بيرون زدن بخار آب ژلي
(فرار بخار آب) از لايه هاي گرم شده بالاي 105OC باعث قلوه كن شدن بتن و تخريب پوشش روي آرماتورها مي شود.

خوردگي آرماتورهاي فولادي :

نفوذ يون هاي كلر به سطح فولاد و باعث ايجاد خوردگي و ترك خوردگي بتن مي شود
. يون كلر با آلومينات تركيب شده توليد كلرور آلومينوم مي نمايد كه مقدار آنرا براي تركيب شدن با گچ يا سولفات ها كاهش مي دهد، در واقع كمك به كاهش تركيبات سولفاته مي شود.

واكنش شيميايي :

تركيب مواد شيميايي با هيدرواكسيد كلسيم
2(OH)Ca و سيليكات كلسيم CSH در مجاورت رطوبت توليد ژل متورم مي نمايد كه سبب ترك خوردگي پوشش بتني مي گردد.

ساختمان خلل و فرج :

از آنجائيكه جريان سيالات از طريق سيستم خلل و فرج موئينه صورت مي گيرد، بررسي آزمايش ساختار خلل و فرج داخل بتن ضروري است

Pore Classification

Powers
خلل و فرجهاي درون بتن معمولي (Normal Weight Concrete) بخشي از خمير سيمان را تشكيل مي دهند و به لحاظ اندازه حجمي داراي ابعاد بزرگي هستند.

Pore Size Classification for Cement Paste

دسته بندي خلل و فرج خمير سيمان

در دسته بندي كلاسيك، پيش بيني شده است توسط
Power, Brown yard، خلل و فرج ها به دو دسته زير تقسيم مي شوند :

خلل و فرج هاي ژلي (Gel Pores) :

 

 كه به همراه تشكيل محصولات هيدراسيون (ژل سيمان) تشكيل مي شوند كه خلل و فرج ساختاري محسوب مي شوند، در حاليكه خلل و فرج لوله هاي موئينه Capillary Pores به عنوان فضاهائي است كه با پر شدن آب بوجود آمده و باقي مي مانند.

خلل و فرج ميكروني (Micro Pores) :

تخلخل ساختاري را تشكيل مي دهند، در حاليكه، دلايل كافي وجود دارد كه شامل خلل و فرج
Mesu نيز مي بـاشند. خلل و فـرج هاي Mesu و Macro همگي سيستم خلل و فرج لوله هاي موئينه را تشكيل مي دهند.

سيستـم خلل و فـرج در خميـر سيـمان، يك سيــستم ادامـه دار
(Continuation) را تشكيل مي دهد كه مي توان آن را با سيستم (MIP) Basic Mercury Inmison Porosity اندازه گيري كرد.

با ادامه و پيشروي هيدراسيون و يا كاهش نسبت آب به سيمان، حجم و اندازه خلل و فرج موئينه بطور محسوسي كاهش مي يابند
.

اثر درجه حرارت عمل آوري روي خلل و فرج    :    Effect of Curing Temprature

توزيع خلل و فرج قوياً تحت تأثير درجه حرارت عمل آوري مي باشد و درجه حرارت بالا، حجم خلل و فرج
(مزو Mesu) بزرگ را افزايش مي دهد. Increase the Volume of Large Mesu Pores

جريان در خلل و فرج موئينهCapillary Flow  :

جـريـان در داخل خلل و فرج موئينه از قانون دارسي

dq/dt = KA (Dh / L)
D’ ARCY LAW براي جريان Laminar پيروي مي كند.

كه در آن

K

K/ = Kh

rg
dq/dt سرعت جريان و A مساحت سطح مقطع نمونه و (Dh / L) گراديان هيدروليكي در آن مقطع است. ضريب ثابت اندازه گيري (Proportionality) است كه سهولت جريان آب را از ميان نمونه بيان مي كند. ريب نفوذپذيري يك ماده، ثابت و مستقل از سيال بكار برده شده است.

كه در آن
h گرانروي (ويسكوزيته) سيال، r دانسيته و g شتاب ثقل است. در عمل غالباً مقدار اندازه گيري شده K به جاي K/ به عنوان ضريب نفوذپذيري گزارش نمي شود.

اولين مطالعه توجيهي جامع عوامل مؤثر در نفوذپذيري خمير سيمان با استفاده از اين ديدگاه
Approach توسط پاور ( Power ) و همكارانش انجام شده است. آنها بطور كمي اثر نسبت آب به سيمان (W/C) و زمان عمل آوري مرطوب (Micro Curing) را نشان دادند.

در اين تحقيق نشان داده شده است كه خميرهاي نمونه عمل آمده مي توانند نفوذپذيري بسيار پائين، معادل ويژگي صخره متراكم
(Dense) را داشته باشند. حتي اگر مجموعه احجام خلل و فرج اين خميرها بالا باشند. اين مطلب از اين واقعيت ناشي مي شود كه سيستم خلل و فرج موئينه كه از ميان آنها به آساني آب جريـان پيـدا مي كنـد از طريق رسوب محصولات هيدراسيون مسدود مي شوند. تشکیل چنين پديده اي، قوياً به نسبت آب به سيمان در خمير سيمان بستگي دارد. در چنين سيستم خلل و فرج غير پيوسته ای جريان از طريق حركت از ميان خلل و فرج هاي بسيار ريز (Gel Pores) ژل سيمان (Micro Pores) محدود مي شود، بطوريكه جريان دارسي به مقدار زيادي با جذب سطحي فيزيكي آب (Adsorption) در روي سلولهاي سطح خلل و فرج بسيار تعديل و ملايم مي گردد.

 

 خاکستر پوسته برنج(RHA)، یک جایگزین ایده ال و شایسته برای سیمان ( تازه ها )

هرکدام از انواع ساخت و سازهای فوق، در عصر حاضر در بسیاری از کشورها خصوصاً در کشور ایران، روندی رو به رشد داشته و خواهد داشت و این یعنی افزایش مصرف مصالح ساختمانی در جهان و در راس آنها مصالحی پرمصرف مثل بتن و فولادو سیمان. بنابراین افزایش سرمایه گذاری و افزایش مصرف سوخت در کارخانه های تولیدی مصالح را پیش رو خواهیم داشت. که در این میان فراين توليد بتن بدلیل اینکه دارای بالاترین حجم تولید در بین تمام مصالح ساختمانی در جهان است، اهمیت بسیار بالایی دارد. پس باید شرایط تولید، مواد اولیه، مواد ثانویه و مواد مضاف بتن و مهمتر از همه سیمان و جایگزین های مناسب برای آن در تولید بتن مورد مطالعه کاملاً علمی، فنی و مهندسی قرار گیرند، تا هم از نظر بهبود مشخصات بتن و افزایش مقاومت آن پیشرفت هایی حاصل شود و هم از نظر اقتصادی در هزینه ها صرفه جویی گردد. یکی از بهترین راهکارهای موجود، یافتن جایگزینهای مناسب برای سیمان مصرفی در بتن است و در این زمینه استفاده از منابع و مصالح طبیعی و در راس آنها ضایعات ومواد اضافی کشاورزی می تواند ایده بسیار کارآمد و پرثمری باشد.
در ایران و نیز در بعضی کشورها عمده استفاده ای که از مواد زاید کشاورزی می شود، یکی بعنوان خوراک دام و دیگری بعنوان سوخت مصرفی در کارخانه هایی مثل کارخانه تولید آجر یا برنج کشی و... است و این بخاطر ارزانی و راحتی دسترسی به این مواد است. در بسیاری موارد حتی دیده می شود که کشاورزان اقدام به سوزاندن این مواد به ظاهر اضافی می کنند. که این امر هم آلودگی های زیست محیطی را در پی دارد وهم در مواقع بارندگی موجب اسیدی شدن آب و خاک کشاورزی و درنتيجه كاهش ميزان توليدات زراعي می گردد.
اما در سالهای اخیر با پیشرفت سریع بشر در حوزه مسایل فنی و اجرایی در بخش ساختمان سازی و با تحقیقات صورت گرفته در زمینه مصالح ساختمانی و بکار گیری مواد طبیعی و تقویت و بهسازی مصالح ساختمانی مصنوعی، نوآوری ها و ابتکارات تازه و بسیار سودمندی صورت گرفته است. یکی از بهترین رهیافتها، سوزاندن و خاکستر کردن مواد زاید محصولات کشاورزی مثل پوسته و ساقه برنج(تولید سالیانه 40000 تن در جهان)، پوسته و غلاف برگ ارزن هندی(Sorghum ) یا همان نیشکر چینی، غلاف برگ گندم، تیغه برگ ذرت، برگ و ساقه گیاه شاه پسند، ساقه درخت نان (Breadfruit )که بیشتر در مناطق استوایی آسیا می روید، باگاس( تفاله ساقه نیشکر)، برگ و ساقه آفتابگردان، قسمت داخلی گیاه بامبو (Bamboo) که در مناطق با دسترسی آب بالا مثل حاشیه دریا ها و دریاچه ها و رودخانه ها و باتلاقها و ... رشد می کند، ودر نهایت جایگزینی خاکستر حاصل از سوزاندن مواد فوق، البته در حدود سی تا چهل درصد، بجای سیمان مصرفی در تولید بتن و در نتیجه افزایش میزان سیمان تولیدی و کاهش قیمت آن است. همانطور که بسیاری از شما، خصوصاً عزیزان دست اندرکار امر ساخت و ساز مطلعند، نوسان قیمت سیمان که در اکثر موارد روند افزایشی داشته است، در مقطع های زمانی مختلف همواره مشکلات عدیده ای را برای انجام صحیح و به موقع پروژه های خرد و کلان سازه ایِ کشور بوجود آورده است. از طرف دیگر تولید و عرضه کافی و بموقع سیمان به بازار، در حدی که پاسخگوی نیازهای ساخت و ساز کشور باشد، باعث می شود که مناطق شهری و روستایی دور افتاده کشور خصوصاً در مناطق با امکانات پایین(فاقد کارخانه های تولید سیمان) که در حال ساخت یا بازسازی هستند، براحتی و در اسرع وقت به مصالح مورد نظر خود از جمله سیمان دسترسی پیدا کنند.
از سوختن موادزاید کشاورزی که متشکل از فیبر، مواد معدنی مثل اکسید آهن(Fe2O3)، اکسید آلومینیوم(Al2O3) و مواد دیگری مثل سلولز، سیلیس، پروتئین و چربی و ... هستند، خاکستری تولید می شود که حاوی سیلیس است که بسته به درجه حرارت سوختن، به صورت کوارتز، کرسیتو بالیت(Crystobalite) و تردیمیت(Tridymite) تولید می شود. که در واکنش با آهک یک ترکیب چسبنده بنام سیلیکات کلسیم تولید می کند که این محصول در بهبود مشخصات و مقاومت بتن ساخته شده تاثیر عمده ای دارد. در بین محصولات کشاورزی نامبرده بالا، پوسته برنج و باگاس یا همان تفاله ساقه نیشکر و ساقه برنج، با سوزاندن مقدار یکسان از آنهادر شرایط یکسان به ترتیب بیشترین مقدار خاکستر را تولید می کنند که برای پوسته برنج حدود 22 درصد، باگاس حدود 15درصد و ساقه آن5/14 درصد وزن اولیه خاکستر تولید می کنند. با سوزاندن هر تن پوسته برنج حدود 220 کیلو خاکستر تولید می شود که حدود 94 کیلو از این مقدار خاکستر، سیلیس است. البته ناگفته نماند که مقدار سیلیس تولید شده به دمای سوختن و طول مدت سوزاندن پوسته برنج بستگی دارد.
از طرف دیگر پوسته برنج بر خلاف ساقه برنج و باگاس برای خوراک دام آنچنان مناسب نيست. این در حالی است که ساقه و پوسته برنج و باگاس از نظر تولید حرارت بعنوان سوخت در کارخانه های تولید شکر، تولید آجر و حتی پوسته برنج در پخت وپز خانگی و در کارخانجات برنج کوبی کاربرد زیادی دارند. گرمای حاصل از سوختن هر تن پوسته برنج معادل گرمای آزاد شده از سوختن حدود 360 کیلو نفت سیاه یا 480 کیلو گرم زغال است.
عمده کاربرد علمی و مهندسی خاکستر پوسته برنج در صنعت ساخت وساز این است که، بصورت ماده پوزولانی در سیمان های ترکیبی و هیدرولیکی حداکثرتا حدود 40 درصد وزنی جایگزین سیمان می شود و با هیدراتاسیون آرام و حرارت هیدراته پایین، خصوصاً در بتن ریزی های حجیم که نیاز به کنترل درجه حرارت هیدراتاسیون می باشد، کاربرد داشته و از همه مهمترکارایی و مقاومت بتن یا ملات سیمانی را افزایش داده و هزینه تولید واجرای بتن ریزی را کاهش می دهد. از طرف دیگر وزن مخصوص کمتر پوزولانها، در نهایت موجب افزایش حجم ماتریس سیمانی می شود. در سیمانهای پوزولانی ابتدا سیمان و پوزولان را با هم ترکیب کرده و آسیاب می کنند ولی در مورد بتنهای حاوی RHA بهتر است ابتدا خاکستر آسیاب شده و بعد با سیمان ترکیب گرددو در بتن بکار رود.
رفتار پوزولانی خاکستر پوسته برنج و واکنش شیمیایی آن به ویژه در ترکیب باآهک بستگی به شکل سیلیس و کربن موجود در آن و نیز درجه حرارت سوختن و زمان نگهداری در آن دما دارد. با افزایش دمای سوزاندن و زمان نگهداری بیش از حد استاندارد ( حدود 700 درجه سانتی گراد) نتیجه افزایش دما بر عکس می شود. یعنی افزایش دما باعث تاثیرات منفی در عملکرد RHA می شود. نباید فراموش کرد که خاصیت پوزولانی ماده ذاتی است و در درجه اول بستگی به ترکیبات شیمیایی و ساختمان کریستالی آنها دارد و عوامل فوق در مراتب بعدی از نظر تاثیر گذاری در خواص پوزولانی مواد قرار دارند.
پیشینه استفاده از پوسته برنج در بتن به سال 1924 م در آلمان بر می گردد. در سالهای 1955 و 1956 آقایان MC DANIEL و Hough و Barr در زمینه کاربرد این مواد تحقیقات بیشتری انجام دادند و علی الخصوص عملکرد بلوکهای ساخته شده با ترکیب سیمان و RHA را مورد بررسی قرار دادند. که نتایج آزمایشات انجام شده حاکی از افزایش تاب فشاری نمونه نسبت به حالت بدون استفاده از RHA بود. البته مقاومت نمونه در برابر سایش و قدرت رسانایی حرارتی آنها نیز مورد بررسی قرار گرفت که نتایج بدست آمده بسیار مثبت و امیدوارکننده بود. شایان ذکر است که از آن زمان به بعد همواره در کشورهای مختلف جهان، در زمینه بکار گیری این گونه مواد در تولید ترکیبات سیمانی تحقیقات زیادی صورت گرفته و همایشها وگردهمايي هاي مختلفي در سراسر دنيا هم برگزار شده است. و نتیجه این گونه فعالیتها و تحقیقات، یعنی حرکت بسوی تولید بتن و ماتریس های سیمانی ارزان و در عین حال مقاوم.
شرایط سوزاندن پوسته برنج برای تولید خاکستر ایده ال:
تعیین دمای بهینه سوزاندن پوسته برنج، با استفاده از نتایج آزمایش پراش سنجی اشعه ایکس و نیز آزمایش سنجش فعالیت دربرابر آهک صورت می گیرد. بهترین و درعین حال اقتصادی ترین حالت برای تولید خاکستر مناسب، همگن،دارای حداکثر فعالیت پوزولانی و با کیفیت بالا از پوسته برنج، حالتی است که عمل سوزاندن آن در دمای بین 500 تا 650 درجه سانتی گراد و در مدت زمان حدود دو ساعت صورت گیرد. بر اساس آزمایشها و تحقیقات صورت گرفته مشخص شده است که اگر دمای سوختن زیر 500 یا بالای 650 درجه سانتی گراد باشد، باعث بوجود آمدن سیلیسهای بیشکل و غیر بلوری می شود. و از طرفی در دماهای بالاتر هوا(اکسیژن) کافی برای سوختن کامل پوسته و تولید خاکستر با کارایی مناسب در محیط وجود نخواهد داشت. ونیز تخلیه گازهای مزاحم تولید شده در شرایط سخت تری انجام می شود. بلوری یا غیر بلوری بودن خاکستر تولید شده نیز به کمک اشعه ایکس و شیوه پراش سنجی مشخص می شود. نکته دیگر اینکه متناسب با افزایش دمای سوختن رنگِ خاکسترِ تولید شده سفید تر و روشنتر خواهد بود. البته اگر در زمان سوختن هوای کافی در محل وجود نداشته باشد، رنگ خاکستر تیره تر می شود. تا جاییکه در دمای 900 درجه اگر سرعت سوختن بالا باشد و پوسته به درستی نسوزد، خاکستر حاصل، سیاهرنگ است.
در سوزاندن پوسته برنج، لازم است که هوای تازه حاوی اکسیژن بجای دی اکسید کربن تولید شده از سوختنِ RH وارد کوره شود، تا ته نشینی سیلیس و بلوری شدن آنرا تنظیم نماید. کوره های باریک که دارای مجاری تهویه(ورود اکسیژن و خروج دی اکسید کربن و سایر گازهای اضافی) باشند، که سرد شدن آرام و اصولی خاکستر را در پی داشته باشند، برای تولید خاکستر از پوسته برنج مناسبند. استفاده از کوره های غیر استاندارد، بدلیل عدم کنترل دمای سوختن و سرد شدن غیر نرمال خاکستر تولیدی و در نتیجه تشکیل بلورهای با کارایی پایین، کاری غیر فنی و غیر اصولی است. خارج کردن دی اکسید کربن و دسترسی به هوای اکسیژن دار، باعث جدایی بهتر مواد معدنی پوسته از مواد سلولزی و لیگنین می شود. و همین مساله کربن زدایی خاکستر را کنترل می کند.
خاکستر تولیدی از پوسته برنج را قبل از بکار گیری آن آسیاب می کنند. این کار باید قبل از مخلوط کردن خاکستر با سیمان صورت گیرد. زیرا اگر سیمان نیز آسیاب شود، نرمتر می شود و در نتیجه مصرف آب بیشتر شده و نهایتاً ترکیب سیمانی یا بتن حاصل کیفیت مطلوب و مورد نظر را نخواهد داشت. ولی در مورد RHA برعکسِ سیمان، هر چه نرمتر باشد، آب مصرفی کمتر خواهد بود و چسبندگی ملات بیشتر خواهد بود. هر چه نسبت آب به مخلوط سیمان و خاکستر در محدوده استاندارد کمتر باشد( نزدیک به حداقل مقدار مجاز) تاب فشاری ترکیب سیمانی حاصل، بیشتر خواهد بود.
از مهم ترین محاسن بکار گیری خاکسترِ پوسته برنج در تولید بتن، افزایش دوام بتن و مقاومت آن در برابر حملات مواد مخربِ شیمیایی است. مزیت دیگر اینکه ملات یا بتن ساخته شده با RHA نسبت به انواع ساخته شده با سیمان پرتلند تنها(بدون خاکستر) دارای مقاومت بالاتری در برابر شرایط محیطی اسیدی است. بر اساس آزمایشات صورت گرفته، افت وزنی بتن ساخته شده با RHA در محلول اسید سولفوریک و اسید کلریدریک به ترتیب 13 و 8 درصد است در حالی که بتن ساخته شده با سیمان پرتلند، در برابر اسیدهای فوق به ترتیب در حدود 27 و 35 درصد کاهش وزن دارد. شایان ذکر است که اسید کلریدریک باعث حفره ای شدن و خوردگی بتن معمولی( بدون خاکستر) می شود در حالی بر روی بتن حاوی خاکستر پس از رسیدن به مقاومت 72 روزه بی تاثیر است.
بتنی را که در تولید آن از خاکستر پوسته برنج استفاده شده، به روشهای مختلف عمل آوری می کنند._ عمل آوری به روش کاریبین(Carbbean): که در اتاق با دمای بین 29 تا 31 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی بین 77 تا 83 درصد انجام می شود. _ عمل آوری به روش استاندارد: در اتاق با دمای 20 تا 21 درجه و رطوبت نسبی 92 تا 98 درصد._ روش تسریع شده که بیشتر برای قطعات پیش ساخته بکار می رود. _ عمل آوری در محیط خارجی حفاظت شده( اتاق داغ): با دما و درصد رطوبت متفاوت و افزایش تدریجی دما و رطوبت نسبی محل محافظت شده. _ عمل آوری داخلی در شرایط نسبتاً ثابت با دمای حدود 19 درجه و رطوبت نسبی 55 تا 65 درصد. که از میان روشهای یاد شده، روش کاریبین، مناسبتر است و موجب افزایش دوام بتن شده و مصرف انرژی پایینی داردو نیز تاب فشاری را تا حدود 30درصد افزایش می دهد. در واقع روشهایی که رطوبت نسبی بالاتری داشته باشند مناسبترند.
استفاده از RHA در تولید بتنهای عایق: بتنی می تواند عایق باشد که وزن مخصوص آن کمتر از 800 کیلوگرم بر مترمکعب و تاب فشاری بین 10 تا 70 کیلوگرم بر سانتی متر مربع داشته باشد. برای ساخت این گروه بتن، از خاکستر عمل آوری شده با آهک یا خاکستر عمل آوری نشده استفاده می شود. البته پایداری و تاب فشاری گروه اول بیشتر است.و نیز استفاده از خاکستر عمل آوری شده مانع از شوره زدگی بتن می شود. مهمتر از همه باعث سبکی و کاهش وزن مخصوص بتن شده و خواص عایق بودن آنرا افزایش می دهد.
در پایان لازم به ذکر است که، علاوه بر تولید بتن، از خاکستر پوسته برنج(RHA) در تولید آجرهای سبک و نسوز و بلوکهای بتنی نیز بهره برداری می شود. این آجرها دارای خواص ویژه بسیار ارزشمندی هستند. از جمله: - تحمل گرمای حدود 1250 درجه بدون ترک خوردگی یا حداکثر با ترک خوردگی ها بسیار ریز و مویی - مقاومت فشاری 30 کیلو گرم بر سانتی متر مربع – دوام طولانی مدت – چسبندگی کافی و موثر با ملاتهای بنایی و اندودهای گچی و سیمانی – وزن کم در حدود یک تن بر متر مکعب – رنگ خاکستری روشن. در آجرهایی که با خاک لاتریتی(Lateritic )، خاک رس و خاکستر ساخته می شوند، با افزایش مقدار خاکستر، تاب فشاری و حدود اتربرگ شامل حد حالت روانی(LL )، حد حالت خمیری(PL )، میزان آب لازم نیز افزایش می یابد ولی نشانه حالتِ خمیری(PI ) کاهش پیدا می کند.

 

---

استادیوم ویمبلی

این استادیوم که در سال 1924 در شهر لندن ساخته شده بود هم اکنون باز سازی شده است و با گنجایش 90000 صندلی بزرگترین استادیوم فوتبال جهان خواهد بود. نماد قبلی استادیوم دو برج حدودا 30 متری بودند که اکنون با یک قوس به ارتفاع 132 متر جایگزین شده است. این قوس 5000 تن از مجموع وزن 7000 تنی سقف متحرک ورزشگاه را تحمل می کند. این ایده نیاز به ستون در ورزشگاه را مرتفع ساخته است و بنا بر این دید تماشاچیان صد در صد خواهد بود. قوس استادیوم از همه جای شهر لندن قابل دیدن است.

---

ساختمان ایالتی سانفرانسیسکو

 

این ساختمان اولین برج در آمریکا است که در 70 درصد آن، سیستم تهویه مطبوع حذف شده است. نمای خارجی ساختمان که به صورت کامپیوتری کنترل می شود به تغییرات جوی حساس است و ساختمان را با شرایط محیط هماهنگ می کند. در همه جای این سازهسیستم تهویه طبیعی وجود دارد.

---

فروشگاه اپل

ساخت خانه های متحرک یکی از متدهای پیشرفته در امر مقاوم سازی در برابر زلزله است از این روش در ساخت ساختمان ها، آپارتمان ها، کارخانه ها و ساختمانهای مراکز تجاری استفاده می شود. این روش بسیار کم خرج است و در مناطقی که از نظر مقاومت در مقابل زلزله از سطح پایینی برخوردارند و در نواحی زلزله خیز سراسر جهان واقع شده اند بسیار مناسب و مقرون به صرفه می باشد بدین ترتیب تمامی اصول ساختمان سازی به سمت ساختمان سازی مکانیکی متحول می شود. این ساختمان ها در برابر تمامی بلایای طبیعی از قبیل سیل، آتشفشان، رانش زمین و همچنین در مقابل زلزله های خطرناک و مهیب و حملات تروریستی هم مقاوم می باشد.

این طریقه مقاوم سازی که شیوه مهندسی ساختمانی "هاپکن" نام دارد نوعی مهندسی مکانیکی است که مدیریت و ابداع و سنجش تکنیکی آن را فردی به نام هاپکن به انجام رسانیده است. وی تا کنون چندین مورد از ماشین آلات مکانیکی را طراحی کرده و در این زمینه چند ابداع نوین داشته است.

وی طی مطالعاتش در دانشگاه فنی و همندسی هلند انیشه ساخت سیستم ساختمان ساری خانه های متحرک به فکرش خطور کرد. چندین سال بعد وی ایده اش را در این خصوص تکمیل کرد.

دیوار های این خانه از بتون درست شده است و بوسیله میله های فلزی کششی عمودی کاملا فشرده می شوند. بدین ترتیب بدلیل استفاده از مواد جامد فشرده و سنگین نیرو وارده به اجزای پایینی ساختمان بسیار افزایش می یابد. الببه باید گفت که دیوارهای هر طبقه بصورت کنترل شده ایی به آن فشار وارد می شود و میزان فشار وارده در تمامی طبقات یکسان است. علاوه بر یک میله عمود در هر طبقه از 3 میله افقی هم استفاده می شود.

در این ساختمان ها از مصالحی استفاده می شود که کار گذاردن آنها به آسانی صورت می گیرد که به موجب آن دیوار های ساختمان با بکار بردن میله های کششی محکم و مقاوم می شوند.

 از دو گونه مصالح در ساختن ساختمان ها استفاده کرد:

_بلوک های سیمانی که در بسیاری از ساختمان ها در سراسر دنیا از آن استفاده می شود. با اندازه های lxwxh=400x200x200 mm, که در هر یک از آنها دو سوراخ وجود دارد.

_این نوع بسیار ارزان قیمت است و در آن فقط از میزان کمی ملاط(گل و آهک) استفاده می شود.

پس از اینکه مصالح ساختمانی تهیه شد، کار ساخت آن شروع می شود. این ساختمان می تواند طوری ساخته شود که در آن اصلا از ملاط استفاده نشود. دیوار ها فقط از طریق همان میله های کششی به اندازه کافی محکم و مقاوم می شوند. بدین ترتیب سوار کردن دیوارها بر روی ساختمان، تغییر شکل ظاهری آنها و جابجا کردن آنها بسیار آسان می شود.

آزمایش

در هفتم ماه ژوئن سال 2001 آزمایشی را بر روی یکی از این ساختمان ها بمنظور اثبات ضد زلزله بودن آن ترتیب داده شد، این آزمایش با حضور تعداد کثیری از مردم صورت گرفت که در میان آنها روزنامه نگاران و خبرنگاران بسیاری از رسانه های رادیو و تلویزیون هم حضور داشتند.

برای این کار ما ابتدا ساختمانی را بر طبق قوانین ساختمان سازی مکانیکی بنا کردیم این ساختمان از تعدادی میله های فشرده عمودی و افقی، استوانه های آهنی در دور میله های عمودی را می پوشاند، صفحه های مسطح و یک سری قاب های ارتجاعی استفاده شد. در فونداسیون این ساختمان چارچوب های لولا دار استعمال شد.

این خانه توسط جرثقیل در زاویه 30 درجه از سطح زمین بالا برده شد سپس این خانه که 220 متر مربع مساحت داشت را از همان ارتفاع رها کردند این کار را دو بار دیگر هم تکرار کردند اما هیچ اتفاقی نیافتاد و ضد زلزله بودن خانه بدین ترتیب اثبات شد.

اگر ما عامل تکانه را Cs = 2,5 در نظر بگیریم آنگاه شتاب هم راستا در این اسکلت برابر با 2/5*g*sin30=2/5*0/5*9/81=12/26[m/s2] خواهد بود که این رقم با اندازه یک زلزله شدید برابری می کند. بنابراین فشاری که در طی این زلزله به ساختمان وارد شده برابر با یک زلزله بسیار عظیم است.

مقاوم سازی خانه ها به روش هاپکن و از طریق ساخت خانه های متحرک امکان پذیر شد. روش ساختاری خانه های متحرک تکمیل شد و نه تنها خانه های مسکونی بلکه ساختمان های اماکن تجاری نیز از آن بهره مند شدند. این ساختمان ها علاوه بر اینکه در مقابل وقایع طبیعی همچون زمین لرزه، رانش زمین مقاومت می کنند، در مقابل حمله های تروریستی هم همچنان پابرجا باقی می مانند.

این ساختمان های ضد زلزله از اجزای خاصی ساخته شده اند که این اجزا همان مصالحی هستند که ساختمان را در مقابل زمین لرزه های مهیب و عظیم مقاوم می سازد. این شیوه مقاوم سازی بسیار کم هزینه است و در عین حال برای سرزمین های آباد در معرض زلزله در سراسر جهان مفید واقع خواهد شد. این شیوه ساختمان سازی اصول اساسی اش را از ساختمان سازی مکانیزه عاریت گرفته است.

---

بررسی صحرایی خاکها منجر به تهیه نمونه هایی می شود که ممکن است مستقیماً و به طور برجا ( در محل ) آزمایش شده یا برای بررسی به آزمایشگاه ارسال شوند . اندازه گیری ویژگیهای خاکها ، آنگونه که در مورد سنگ نیز گفته شد ، جهت « شناسایی » ، « طبقه بندی » و « تعیین روابطی » که بین ویژگیهای مختلف خاک وجود دارد و بالاخره تجزیه و تحلیلها و « ارزیابیهای مهندسی » استفاده می شود .
ویژگیهای قابل اندازه گیری خاکها را نیز به چهار گروه « ویژگیهای اساسی » ، « ویژگیهای شاخص » ، « ویژگیهای هیدرولیکی » و « ویژگیهای مکانیکی » تقسیم می کنیم . مجموعه ویژگیهای هیدرولیکی و مکانیکی ، که به نام « ویژگیهای مهندسی » نیز می شناسیم ، پایه ای برای تمام تجزیه و تحلیلهای مهندسی هستند . این بررسیها معمولاً دقیق ، پر خرج و وقت گیر هستند . ویژگیهای مهندسی خاکها معمولاً با آزمونهای برجا تعیین می شود . در مقابل ، بررسی آزمایشگاهی خاکها بیشتر به منظور تعیین ویژگیهای اساسی و شاخص آنها صورت می گیرد . در مواردی که بتوان به نمونه دست نخورده ای از خاک دست یافت ، امکان اندازه گیری ویژگیهای مهندسی در آزمایشگاه نیز میسر می شود .
اندازه گیری ویژگیهای اساسی و شاخص خاک :
ویژگیهای اساسی و شاخص خاک عمدتاًعبارت اند از : روابط وزنی – حجمی ، چگالی – رطوبت ، چگالی نسبی ، دانه بندی ، درجه خمیری بودن و مقدار مواد آلی .
روابط بین رطوبت و چگالی ( تراکم خاک ) :
مفاهیم « رطوبت بهینه » و « چگالی خشک حداکثر » معمولاً به منظور مشخص نمودن میزان استانداردی از تراکم لازم در خلال احداث یک خاکریز باربر ، یک راه یا یک سد ، به کار گرفته می شود . در اغلب موارد درصد چگالی خشک حداکثر و دامنه مجاز رطوبت نیز ذکر می گردد .
چگالی نسبی DR :
« چگالی نسبی » در ارتباط با تراکم برجای خاک مطرح می شود و رابطه چگالی طبیعی یک خاک دانه ای بدون چسبندگی را با چگالی حداکثر ( متراکم ترین حالت خاک DR = 100% ) و چگالی حداقل ( سست ترین حالتی که ذرات خاک خشک می توانند داشته باشند DR = 0% ) بیان می کند .
دانه بندی :
« دانه بندی » به نحوه توزیع دانه های با اندازه مختلف در نمونه خاک اطلاق می شود . برای تعیین دانه بندی معمولاً از یک سری الک استاندارد که به روی هم قرار داده شده و به سمت پایین ریزتر می شوند ، استفاده می شود . در صورتی که درصد وزنی ذرات گذشته از هر الک را بر حسب اندازه ( قطر دانه ها ) رسم نماییم ، « منحنی دانه بندی » حاصل می شود .
« دانه بندی خوب » به حالتی اطلاق می شود که همه اندازه ذرات ، در خاک وجود داشته باشد ( و این مخالف مفهوم « جورشدگی خوب » در زمین شناسی است ) . در صورتی که همه ذرات کم و بیش یک اندازه باشند نمونه خاک از « دانه بندی بد » برخوردار خواهد بود . در مواردی نیز ممکن است نمونه ای از خاک دامنه ای از اندازه دانه ها را نداشته باشد .
خمیرسانی :
ویژگیهای « خمیرسانی » رسها و دیگر مواد چسبنده توسط « حدود اتربرگ » که شامل حد روانی حد خمیری و حد انقباض است ، تعیین می شود .
اندازه گیری ویژگیهای هیدرولیکی خاک :
نفوذ پذیری یا قابلیت مواد برای عبور دادن مایعات متأثر از عواملی چون دانه بندی ، تراکم ، تخلخل ، پوکی ، میزان اشباع و لایه بندی است . علاوه بر اینها چگالی نسبی در خاکهای دانه ای و کانی شناسی و ساختهای ثانوی در خاکهای رسی بر نفوذ پذیری تأثیر می گذارند .
اندازه گیری ویژگیهای مربوط به مقاومت گسیختگی خاک :
مقاومت خاکها در برابر گسیختگی عمدتاً ناشی از « اصطکاک » بین ذرات تشکیل دهنده آن است که تابع مستقیمی از نیروهای عمودی است . عامل دیگر که تنها در برخی از خاکهای سیمان شده یا رسها دیده می شود « چسبندگی » ( C ) نام دارد . چسبندگی از پیوند بین ذرات بر اثر نیروهای الکتروشیمیایی به وجود آمده و مستقل از نیروی عمودی وارد به خاک است . مفهوم « مقاومت » ویژگی ثابتی برای یک ماده از جمله خاک نیست و مقدار آن به عوامل مختلف ، مثل ویژگیهای خاک ، بزرگی ، جهت و سرعت اعمال نیرو ، وضعیت زهکشی خاک و بالاخره اندازه نیروهای جانبی ( محصور کننده ) بستگی دارد .
مفاهیم مهم در بررسی مقاومت خاک
عامل مهم در مقاومت شرایط طبیعی تنش حکمفرما در زمین است . زیرا تنشهای عمودی که بر سطوح بالقوه گسیختگی عمل می کنند ناشی از فشار مواد روباره هستند . به طور کلی تنشهای قائم و جانبی موجود در روی یک واحد کوچک از خاک ، که ناشی از وزن مواد قرار گرفته در روی آن است ، « تنشهای ژئواستاتیک » گفته می شود . بدیهی است که وضعیت تنش در زمینهای ناهموار و شیبدار حالتی پیچیده تر به خود می گیرد . تغییر در وضعیت تنشهای ژئواستاتیک بر اثر عوامل مختلفی ممکن است ایجاد شود که از آن جمله است : بارهای وارده از پی سازه ها ، حفاریهای سطحی یا زیرزمینی ، پایین رفتن آب زیرزمینی و پدیده های طبیعی مثل فرسایش و رسوبگذاری .

صفحات ساندويچي ( 3D ) از يک لايه پلي استايرن به ضخامت حداقل 4 سانتيمتر و دو شبکه ميلگرد جوش شده در دوطرف اين لايه تشکيل شده است . براي انتخاب عرض و ارتفاع پانلها استفاده از مدل 30 سانتيمتر توصيه مي شود ( عرض هاي 90 – 120 – 150 سانتيمتر و ارتفاع 270 و 300 سانتيمتر ) ، وزن متوسط هر صفحه با اندازه 300 * 150 سانتيمتر و بدون بتن سبک بوده و به سادگي توسط يک کارگر قابل حمل و نصب مي باشد و سرعت عمل در نصب نيز قابل ملاحظه است .
مقاومت صفحات در برابر آتش سوزي مناسب بوده و در جهت بهبود آن بکارگيري لايه مقاوم در برابر آتش سوزي توصيه مي شود .
با توجه به وجود لايه عايق بتن ، بکارگيري اين صفحات علاوه بر بهبود خاصيت عايق حرارتي و صوتي بودن ديوارها باعث سبک سازي بنا خواهد شد که جدا از کاهش حجم مصالح مصرفي باعث کاهش جرم ساختمان خواهد شد .
استفاده از اين صفحات در پارکينگ ساختمانها ايجاد محدوديت نموده و لذا در شرايط لزوم تأمين پارکينگ در طبقات زيرين ساختمانها ، بکارگيري سيستم ترکيبي متشکل از اسکلت فلزي با بتن آرمه و صفحات ساندويچي به عنوان عامل جداکننده مورد توجه مي باشد .
با توجه به اطلاعات بدست آمده از کشورهاي اروپايي ، غالب ساختمانهاي اجرا شده به اين روش در حد يک يا دو طبقه بوده است . لذا طرح و اجراي ساختمانها با تعداد طبقات بيشتر نياز به مطالعات ويژه داشته و در اينصورت مطالعات مهندس طراح بايد پاسخگوي شرايط آئين نامه هاي معتبر باشد .

مزایای استفاده از این پنل ها
 · سبکي ديوارهاي ساخته شده از پانلهاي ساندويچي در مقايسه با ديگر مصالح
· سرعت حمل و نقل و سهولت پانلهاي ساندويچي در ارتفاع
· مقاومت زياد در برابر نيروهاي برشي ناشي از زلزله
· عايق در مقابل حرارت ، برودت ، رطوبت و صدا
· مقاوم در برابر آتش سوزي بعلت وجود قشرهاي بتوني طرفين پانل ساندويچي
· نفوذناپذيري ساختمان در مقابل حشرات
· امکان حمل و بکارگيري پانلهاي ساندويچي در مناطق صعب العبور جهت احداث ساختمان بدون نياز به کارگران متخصص
· دستيابي به فضاي مفيد بيشتر بعلت ضخامت ناچيز ديوارهاي پانل ساندويچي
· آزادي عمل در اجراي طرحهاي متنوع به علت انعطاف پذيري قطعات پيش ساخته پانلهاي ساندويچي
· صرفه جويي در هزينه پي سازي و اسکلت ساختمانهاي بلندمرتبه بدليل وزن اندک قطعات سقف و ديوار پانلهاي ساندويچي
· صرفه جويي در هزينه تهويه مطبوع ساختمان در تابستان و يا زمستان بدليل جلوگيري از تبادل حرارت و يا برودت و در نتيجه صرف انرژي کمتر
· افزايش عمر مفيد ساختمان و دستگاههاي تأسيساتي آن
· عدم نفوذ نسبي آلودگي صوتي و ايجاد آرامش براي ساکنين ساختمان در شهرهاي بزرگ
· بازگشت سرمايه گذاري در امور ساختمان سازي در کوتاهترين زمان
· عبور دادن لوله هاي آب و فاضلاب و برق و تلفن به سادگي از زير شبکه پانل و نصب چهارچوب دربها و کلاف فلزي پنجره ها قبل از بتن پاشي و کلاً اجراي تأسيسات ساختمان با کمترين هزينه
· عدم نياز به کنده کاري و تخريب تأسيساتي ديوارها و سقف و در نتيجه عدم ايجاد نخاله هاي انباشته که صرفه جويي در هزينه و وقت را بدنبال دارد . پس از بتن پاشي طرفين پانلها با ضخامت حداقل 4 سانتيمتر ، پانلها بي نياز از ملات گچ و خاک ميباشد و با اجراي پلاستر گچ ( سفيدکاري ) ، ديوارها و سقف آماده براي نقاشي خواهد بود .
· حذف نعل درگاه در سيستم پيشرفته پانلهاي ساندويچي .
· حمل و نقل پانلهاي ساندويچي با هزينه اندک صورت مي گيرد . بطور مثال يکدستگاه تريلر قادر است حدود 1000 متر مربع پانل سانويچي را حمل کند .
· استفاده از ديوار و سقف پانلهاي ساندويچي در ساختمان سازي ، بهره وري مناسب آهن آلات مصرفي را موجب ميگردد . بطور مثال باصرف 17 کيلوگرم در متر مربع فولاد بصورت مفتول و ميلگرد مي توان يک واحد مسکوني يک طبقه را بنا کرد

استفاده از این یونیلیت ها از نظر هزینه نزدیک 20 درصد گرانتر از مصالح روتین مثل آجر و بلوک های بتنی است ولی از نظر زمان اجرا قریب به سه برابر تندتر از مصالح متداول است که این خود یکی از مزیت های این بلوک های سقفی میباشد.

مقاومت این بلوک ها بحدی بالا است که در بم از مصالح ساختمان سازی مورد قبول مهندسان بین المللی است چنین بلوک ها در برابر زلزله مقاومتی بسیار خوبی دارند زیرا از چهار طرف به وسیله ی میلگرد به اسکلت ساختمان جوش داده میشوند. بعد از این نیز توسط پلاستر ماسه و سیمان پوشانده میشوند.

کشورمان ایران نیز ازدو سال پیش به فناوری تولید این بلوک ها دست یافته است. در ایران نخستین بار شرکت پوما این بلوک ها را تولید کرد.

این یونیلیت ها ازمقاومت در برابر آتش سوزی به سه نوع تقسیم میشوند که نوع برتر آنها به هیچ وجه شعله ور نمی شوند . گفتنی است که بلوک های سقفی نیز از همین جنس میباشند که از مقاومت بیشتری در برابر فشار نسبت به نوع دیواری دارند ولی از نظر مقاومت در برابر آتش سوزی ضعیف تر اند.

 

سد های خاکی

سد های خاکی

سد های خاکی از توده غیر قابل نفوذی تشکیل شده اند که در جهت عمد بر جریان رودخانه در محل مناسبی به منظور (یا منظور های) معینی احداث می شوند توده فوق باید:
1- تعادل خود را در حالات مختلف (خشکی و پر آبی رود خانه ) و فصول مختلف (از نظر اقلیمی ) حفظ نماید.
2- به عنوان مخزن و منبع آب ، غیر قابل نفوذ (نشت) باشد.
با تعاریف فوق می توان به این نتیجه رسید که در سد های خاکی هرگز نباید آب در یاچه از آن سرریز شود چه سرریزی آب دریاچه از روی سد با ضایعات بزرگ و جبران ناپذیر همراه خواهد بود.لذا طغیانگیر این سدها باید قادر به تخلیه طغیان های استثنایی (10000 ساله در مورد سد های مخزنی بزرگ و پروژه های مهم) باشد.
مواد خاکی مقطع این سدها صددرصد خاک بر داری و یا خاک قرضه نیست و باید به منظور حصول مشخصات مورد لزوم با مواد خاکی و سنگی سایر قرضه ها (یا معادن)به نسبت های معینی اختلاط یابد.



الف)بستر سدهای خاکی
در بستر های سنگی سالم ، سد خاکی را می توان بدون هیچ مشکلی بر روی آن پیادا نمود ولی در صورتی که بستر فوق دارای شکاف و یا ترک هایی ( گسل) باشد در این صورت باید مطالعات زمین شناسی کافی برای آن انجام گیرد تا وضعیت و عمق شکاف ها مشخص شود. در این نوع زمین ها معمولا با تزریق سیمان (تحت فشار) قابلیت نفوذ آب در زیر سد را تا حد قابل قبولی کم می کنند. در زمین های غیر قابل نفوذ (رسی و یا عمدتا رسی) مسلما حرکت آب در زیر سد نباید مشکل عمده ای باشد ولی مشکل عمده دیگر وجود دارد و آن مشکل عدم امکان بارگزاری سریع در این نوع زمین ها است که مدت زمان ساختمان سد را طولانی تر از سایر زمین ها می کنند.دلیل این مطلب ذیلا بیان خواهد شد.(Pore water-pressure)

ب)مسئله فشار آب در داخل فضای بین ذراتی رس Pore water-pressure
خاک رس اصولا با ذراتی به درشتی بسیار ریز تشکیل یافته که فضای آن را معمولا آب پر می کند و به مرور که تحت فشار نیرو های وارده (سربار) فشرده می شود،آب فضای بین ذراتی فشرده تر شده و به مرور (در صورت داشتن زمان کافی) از آن بیرون کشیده می شود.به عبارت دیگر مقاومت فشاری یک مقطع عمودی در مصالح فوق ترکیبی از مقاومت سطح آب (فضای بین ذراتی) و مقاومت ذرات رس است.

ج)انواع سد های خاکی
سد های خاکی را بر حسب فرم و مصالح مقطع عرضی سد به سه دسته تقسیم می کنند.
1.سدهای خاکی با توده همگن Homogeneous embankment
2.سدهای خاکی با لایه های (مایل) مختلفZoned embankment
3.سدهای خاکی با پرده غیر قابل نفوذCored embankment

1. سد های خاکی با توده همگن:
این نوع سد ها از یک توده همگن که قسمت عمده آن رس و سیلیت (به تناسبی که نتایج آزمایشات مکانیک خاک آنرا برای غیر قابل نفوذ بودن تاید می کنند) می باشد،تشکیل شده است.
2.سدهای خاکی با لایه های مختلف:
اگر چه مصالح مختلف (به وفور)در محل کارگاه وجود داشته باشد در این صورت سد خاکی با لایه های مختلف مطرح شده و ممکن است اقتصادی تر از سایر انواع آن نیز جلوه کند.در این سدها قشر غیر قابل نفوذ در وسط مقطع و یا متمایل به طرف بالا دست قرار می گیرد.
3.سدهای خاکی با پرده قابل نفوذ:
در این نوع سدها جلوگیری از حرکت آب در داخل توده خاکی توسط یک پرده غیر قابل نفوذ تقریبا عمودی انجام می گیرد که در داخل بستر سنگی (بستر غیر قابل نفوذ) جای گرفته است.دو طرف این قشر را یک لایه از مصالح دانه ریز می گذارند که به صورت زه کش کار می کند و لایه های بیرونی را مخلوط (تقریبا مخلوط رودخانه) پوشانده است.طبق نتایج حاصله از تجربیات عملی در مورد این نوع سدها،ضخامت پرده فوق باید دست کم ⅓ ارتفاع آب در دریاچه سد باشد.از این نوع سدها به تعداد زیاد در کشورهای انگلیسی زبان دنیای غرب ساخته شده است.

د)مزیت عمده رس و سیلیت چیست؟
مزیت عمده رس و سیلیت به سایر مواد مصنوعی همان قابلیت تراکم وامکان هم آهنگی آن با بستر طبیعی رودخانه (زمین طبیعی) است که در مورد دیواره های مصنوعی ممکن است با ترک هایی همراه باشد.درصورتی که دیواره از بتن و به ضخامت بیش از حد فوق ساخته شود به آن سد مختاظ نیز می گویند که به ندرت ساخته میشود.

ه)طرق کم کردن میزان آب در داخل وزیر سد:
طرق کم کردن میزان آب در داخل وزیر سد عمدتاً یاد آور میشود:
1- طرق کم کردن جریان آب در داخل حجم سد:
الف) تعریض سد (ملایم نمودن شیب های دو طرف).
ب) احداث یک قشر غیر قابل نفوذ در ضلع بالا دست.
ج)احداث پرده غیر قابل نفوذ (از چوب،بتن،رس،بنتونیت و یا هر مصالح دیگر)
در داخل حجم سد.

2- طرق کم کردن جریان آب در زیر سد:
الف) احداث بستر غیر قابل نفوذ در بالا دست سد (در تراز کف مخزن).
ب) احداث سپرهای آب بند در زیر شالوده.
ج) احداث سپرهای آب بند تا بستر غیر قابل نفوذ.

و) آمار سدهای خاکی که تا به حال خراب شده اند
تعداد درصد
1-کم بودن ظرفیت طغیانگیر (سرریزی از روی سد خاکی: 34 38
2-پدیده PIPING 18 20
3-نفوذ آب از حوالی آبگیر سد 16 18
4-سایر علل 22 24
90 100

مطالبی درباره عملیات خاکی و مصالح آن (تقسم بندی هدیک)
به طور کلی عملیات خاکی (خاک ریزی) در کار های آبی در سه نوع مختلف وجود دارد:
الف) خاکریزی Embankment
ب) پوشش و لایه سازیLining blanket
ج) پر کردن فضای کنده شدهBack fill

در حقیقت از تقسیم بندی دو مطلب مهم است:
1- مشخص نمودن اصل فنی و موارد استعمال آن ها است.
2- پرداخت صحیح و به حق هر یک از عملیات در رابطه با کار مزد آن عملیات است.مثلا خاکریزی که با هل دادن انجام گرفته با خاکریزی مصالح منتخب بسیار متفاوت است.دو هدف در اینجا صدق می کند.یکی اینکه باید از مصالح هل داده شده (از مقطع مجاور) استفاده نمود دیگری اینکه پیمانکار مربوطه چه قیمتی را بابت این نوع عملیات دریافت دارد که با خاکریزی دیگر بسیار متفاوت است.

الف)خاکریزی مقطع پروژه (سد):
خاکریزی در پروژه های سدسازی بسته به اهمیت آن از صورت های زیر انجام می گیرد:
الف) هل دادن مصالح مجاورDumped fill
ب) مصالح منتخبSelected fill
ج) مصالح کوبیده شده با ماشین آلاتEquipment compacted
د) مصالح کوبیده شده در قشرهای معینRolled embankment
ه) مصالح شن ماسه کوبیده شده Tractor compacted embank
و) مخلوط کردن دو یا چند مصالح مختلف با همBlended earth fill

ب)پوشش و لایه سازی:
لایه ها را میتوان بر حسب مصالح و مصرف آن ها به 4 دسته عمده تقسیم کرد:
1. سنگ لاشه
2. شن ماسه یا سنگ شکسته
3. سیلیت و رس
4. خاک نباتی

ج)پرکردن فضاهای کنده شده:
اگر مقصود پر کردن فضای خالی و مجاور ساختمان های بتنی باشد در این صورت به آن Special compaction (خاک کوبیده شده مخصوص) می نامند چه خاک ریخته شده باید از نوع مشخص بوده و به طور معینی کوبیده شده باشد که عکس العمل خطرناکی برای ساختمان مجاور (دیوار ضامن و یا غیره) به وجود نیاورد.به طور کلی پر کردن فضای خالی و کنده شده خود یک نوع خاک ریزی است منتهی بر حسب حالات مختلف ممکن است شرایط مختلف را ایجاب کند.
پر کردن فضای خالی را ممکن است شبیه خاکریزی ها و همانطوری که قبلا مشاهده شد به سه طبقه (مصالح منتخب،در قشرهای معین و کوبیده شده با ماشین آلات،تقسیم بندی نمود که عنوان هر یک از عملیات فوق به ترتیب زیر خواهد بود:
1- پر کردن فضاهای خالی با خاک معمولی
2- پر کردن فضا های خالی با رس و سیلیت کوبیده شده
3- پر کردن فضاهای خالی با ماسه کوبیده شده

 

محافظت از پي : منشاء ، پيشرفت و توسعه آن...

 

دانشگاه كاليفورنيا ، بركلي

  

James M. Kelly

 

استاد اميريتوس ، مهندسي شهرسازي و محيط زيست

 

دانشگاه كاليفورنيا ، بركلي

در سال هاي اخير ، محافظت از پي به شكل فزاينده اي ، تبديل به يك تكنيك طراحي كاربردي در سازه ساختمان ها و پل ها در مناطقي كه در معرض زلزله قرار دارند ، گشته است.انواع گوناگوني از سازه ها با استفاده از اين شيوه ساخته شده اند و بسياري ديگر نيز در فاز طراحي قرار داشته و يا در حال ساخت هستند.اغلب ساختمان هاي تكميل شده و آنهايي كه در حال ساخت هستند ، به شكلي از اسباب حفاظتي لاستيكي در سيستم هاي خود بهره مي برند.

 

تفكر نهفته در پي مفهوم محافظت از پي ، بسيار ساده است.دو دسته سيستم حفاظتي وجود دارند.سيستمي كه در سال هاي اخير به شكل گسترده اي مورد استفاده قرار گرفته است داراي اين مشخصه است كه در آن از اسباب الاستومري استفاده شده است ، الاستومري كه از لاستيك طبيعي و يا نئوپرن ساخته شده است.در اين شيوه ، ساختمان و يا سازه از مولفه هاي افقي زمين لرزه با استفاده از يك لايه واسط ، كه داراي سختي افقي پاييني است و در بين سازه و پي قرار دارد ، جدا مي گردد.اين لايه براي سازه يك بسامد بنيادي ايجاد مي كند كه از بسامد پي پايين تر است و همچنين به مراتب از بسامد حاكم بر حركت زمين نيز كمتر است.نخستين لرزه هاي ايستاي اعمال شده به سازه جداسازي شده ، تنها باعث دگرديسي سيستم جداسازي مي گردند و سازه اي كه بر روي پي بنا گرديده است ، از هر حيث محكم و استوار خواهد ماند.لرزه هاي داراي قدرت بيشتر كه باعث دگرديسي سازه مي گردند ، بر زاويه هاي موجود در وضعيت قبل و در نتيجه بر حركت زمين ، عمود هستند.اين لرزه هاي قوي تر بر حركت كلي ساختمان تاثير گذار نيستند ، چرا كه اگر انرژي بالايي در اين بسامد هاي بالا در حركت زمين وجود دارد ، اين انرژي به سازه منتقل نمي گردد.سيستم محافظت از پي ، انرژي موجود در زمين لرزه را جذب نمي كند ؛ بلكه آن را با استفاده از مكانيك حركتي سيستم ، منحرف مي نمايد.اين نوع محافظت از پي ، تنها زماني كه سيستم خطي است موثر واقع مي گردد ؛ با اين وجود ، كاهش ميزان لرزه به كاهش تشديدهاي احتمالي بوجود آمده در بسامد حفاظتي كمك خواهد كرد.

 

شكل دوم سيستم هاي حفاظتي ، داراي اين مشخصه هستند كه در آن از سيستم لغزش بهره برده شده است.اين امر با استفاده از محدود كردن انتقال لرزه هايي كه در امتداد سيستم حفاظتي قرار دارند ، محقق مي گردد.تعداد بسياري سيستم لغزشي تا كنون پيشنهاد گرديده اند و برخي از آنها نيز مورد استفاده قرار گرفته اند.در چين ، حداقل سه بنا وجود دارند كه در آنها از سيستم لغزشي اي استفاده مي گردد كه در آن ، از يك شن ويژه در داخل سيستم استفاده مي گردد.يك سيستم حفاظتي كه مبتني بر يك صفحه از جنس سرب-برنز است كه بر روي فولاد ضد زنگ در مجاورت يك لايه الاستومتريك مي لغزد ، براي ساخت يك نيروگاه هسته اي در آفريقاي جنوبي مورد استفاده قرار گرفته است.سيستم آونگ اصطكاك ، يك سيستم لغزشي است كه در آن از مواد واسط ويژه اي استفاده گشته است كه بر روي فولاد ضد زنگ مي لغزند و براي ساخت پروژه هاي متعددي در آمريكا ، هم پروژه هاي جديد و هم پروژه هاي بازسازي ، مورد استفاده قرار گرفته اند.

 

تحقيقات در EERC

 

تحقيقات بر روي توسعه اسباب مبتني بر لاستيك طبيعي براي سيستم هاي حفاظتي مورد استفاده در ساختمان ها براي مقابله با زمين لرزه ، در سال  1976  در مركز تحقيقات مهندسي زلزله ( EERC  ) ، كه اكنون به PEER  يعني مركز تحقيقات مهندسي پاسيفيك مشهور است ، در دانشگاه كاليفورنيا در بركلي آغاز گرديد.برنامه تحقيقاتي اوليه ، ثمره تلاش مشتركي از EERC  و اتحاديه تحقيقاتي توليد كنندگان لاستيك مالزي ( MRPRA  ) بود.اين برنامه توسط MRPRA  و از طريق اعطا تعدادي كمك هزينه در خلال چندين سال تحقيق ، پشتيباني مالي گرديد كه بعدها توسط بنياد ملي علوم و موسسه تحقيقات برق قدرت نيز ، حمايت مالي شد.استاد James M. Kelly  اين تحقيقات را كه با كمك هاي عملي و نظري فراوان دانشجويان كارشناسي ارشد و دكترا همراه بود ، در EERC  رهبري نمود.

 

اگر چه اين ايده در دوران خودش ايده كاملا بديعي نبود – چرا كه پيش از آن ، شيوه هاي مبتني بر نورد و يا لغزنده ها پيشنهاد شده بودند – وليكن مفهوم محافظت از پي ، توسط بسياري از صاحبنظران مهندسي سازه ، غير عملي ارزيابي شده بود.اين پروژه تحقيقاتي ، با استفاده از مقداري اسباب آلات دست ساز از جنس لاستيك كه در يك مدل  20  تني ، تك منظوره و سه طبقه مورد استفاده قرار گرفته بود ، آغاز گرديد.آزمايش هاي لرزه نگاري حاكي از آن بودند كه اسباب آلات حفاظتي ، در مقايسه با طراحي هاي مرسوم ، با ضريبي در حدود ده برابر منجر به كاهش لرزه مي گشتند و همانگونه كه انتظار مي رفت ، مدل داراي ثبات بالايي بود و تمام دگرديسي صورت پذيرفته در مدل ، در سيستم حفاظتي آن متمركز مي گشت.آشكار بود كه سيستم تا حدودي ، نياز به كاهش ميزان لرزه داشت و مقياس مدل هم براي اين كه امكان استفاده عملي از تركيبات لاستيك فراهم شود ، بسيار كوچك مي نمود.

 

در سال  1978  ، نمود متقاعد كننده اي از مفهوم حفاظت با استفاده از يك مدل واقع گرايانه چند منظوره و پنج طبقه كه داراي وزني بالغ بر  40  تن بود و با استفاده از اسباب كاهنده اي كه بر اساس تكنيك هاي تجاري ساخته شده بود ، ارائه گرديد.توجه اصلي در خلال اين تحقيقات كه در EERC  انجام پذيرفت ، بر روي تاثير اين تكنيك بر روي واكنش تجهيزات و سازه بود كه اغلب زماني كه از شيوه هاي مرسوم در طراحي هاي مقاوم در برابر زمين لرزه استفاده مي شود ، متحمل بيشترين ميزان تخريب مي گردند و در اكثر غريب به اتفاق ساختمان ها ، داراي ارزش بيشتري حتي در مقايسه با خود سازه هم هستند.يك سري آزمايش هاي جامع بر روي اسكلت  5  طبقه ، نشانگر اين بود كه حفاظت با استفاده از اسباب لاستيكي مي تواند منجر به كاهش قابل توجه لرزه هايي گردد كه بر روي تجهيزات داخلي تاثير گذار است و ميزان اين كاهش حاصله ، از كاهشي كه سازه موجب آن مي گردد نيز ، بيشتر است.با اين وجود ، همين آزمايش ها حاكي از اين بودند كه زماني كه عوامل اضافي ( از قبيل ابزار جاذب انرژي از جنس فولاد ، سيستم هاي اصطكاكي و يا اتصالات سربي ) به منظور كاهش ميزان لرزه به سيستم حفاظتي اضافه گرديدند ، كاهشي در لرزه منتقل شده به تجهيزات مشاهده نگرديد ؛ چراكه عوامل اضافه شده در لرزه هاي شديد ، واكنشي را به سازه القاء مي كردند كه بر روي تجهيزات تاثيرگذار بود.آشكار گرديد كه شيوه بهينه كاهش لرزه اين است كه تغييرات لازم ، در تركيب لاستيك ايجاد گردد.اين شيوه ، بعدها به تركيبي كه توسط MRPRA  توليد گشت ، اعمال گرديد و پس از آن از اين تركيب در نخستين ساختماني در آمريكا كه در آن از سيستم محافظت از پي استفاده شده بود و در زير بدان اشاره شده است ، مورد استفاده واقع گشت.

 

توليد اسباب لاستيكي نسبتا آسان است ؛ اين اسباب آلات قسمت هاي متحرك ندارند ، گذر زمان بر روي آنها تاثير گذار نيست و نسبت به تغييرات محيطي بسيار مقاومند.

 

آزمايش هاي صورت گرفته بر روي اسباب آلات مورد استفاده در ساختمان نمايشگاه مالزي.

 

اين اسباب با استفاده از جوش برقي صفحات لاستيك به صفحات تقويت كننده نازكي از جنس فولاد ، ايجاد مي گردند.از آنجا كه اين اسباب در جهت عمودي داراي پايداري و استحكام بالا و در جهت افقي داراي انعطاف پذيري بالا هستند ، در شرايط زمين لرزه اين لايه ساختمان را از مولفه هاي افقي حركت زمين جدا مي سازد ، در حالي كه مولفه هاي عمودي تقريبا به شكل دست نخورده اي به سازه منتقل مي شوند.اگرچه حركات عمودي بر اغلب ساختمان ها تاثيري نمي گذارند ، اين اسباب حتي مانع از وارد شدن لرزه هاي عمودي ناخواسته ناشي از فركانس هاي بالا ، كه توسط مترو و رفت و آمد خودروها ايجاد مي گردد ، به ساختمان مي شود.اين اسباب لاستيكي براي ساختمان هاي مستحكمي كه داراي هفت طبقه و يا كمتر هستند ، مناسب است.براي اين نوع از ساختمان ها ، جابجا شدن اين اسباب لاستيكي رخ نخواهد داد و وزش باد نيز بي اثر خواهد بود.

كاربرد هاي اين شيوه در ايالات متحده            

 

نخستين ساختماني در ايالات متحده كه در آن از اين شيوه استفاده گرديد ، مركز حقوقي و قضايي انجمن هاي فوتهيل است كه مركزي است كه در بخش سن برناردينو و در شهر رانچو كوكامونگا واقع شده است و يك مركز ارائه خدمات حقوقي است كه داراي ارزشي بالغ بر  30  ميليون دلار است و در  97  كيلومتري  ( 60  مايلي ) شرق مركز لوس آنجلس قرار دارد.اين ساختمان كه در سال  1985  كامل گشت ، داراي چهار طبقه ، يك زيرزمين سراسري و يك شبه-زيرزمين براي سيستم حفاظتي است كه مشتمل بر  98  جداساز چندين لايه از جنس لاستيك طبيعي است كه با صفحات فولادي تقويت شده اند.ابر-سازه اين ساختمان ، داراي اسكلتي فولادي است كه در آن ، اغلب اتصالات با بست تحكيم شده اند.

 

مركز حقوقي و قضايي انجمن هاي فوتهيل

 

اين ساختمان در  20  كيلومتري  ( 12  مايلي ) گسل سن آندرياس واقع گرديده است.بخش سن برناردينو ، كه نخستين بخشي از ايالات متحده است كه داراي يك برنامه جامع آمادگي در برابر زمين لرزه است ، تقاضا نموده است كه اين ساختمان طوري طراحي گردد كه توانايي تحمل  3  . 8  ريشتر زلزله را داشته باشد ، كه اين ميزان بيشترين ميزان لرزه محتمل براي آن منطقه است.طرح برگزيده براي سيستم حفاظتي ، كه در آن بيشترين ميزان پيچش نيز لحاظ شده بود ، بيشترين تغيير مكان افقي را براي جداساز هاي نصب شده در چهار گوشه ساختمان  380  ميلي متر  ( 15  اينچ ) در نظر گرفته بود.آزمايش انجام گرفته بر روي ابزارآلات نمونه كه داراي مقياس هاي واقعي بودند مويد اين ظرفيت بودند.

 

لاستيك هاي طبيعي فشرده كه از آنها در ساخت جداساز ها استفاده شده است و در برنامه تحقيقاتي EERC  بر روي آنها بررسي هاي جامعي صورت گرفته است ، داراي خصوصيات مكانيكي هستند كه آنها را براي سيستم محافظت از پي ، ايده آل ساخته است.بيشترين ميزان سختي اين لاستيك تحت فشار هاي پايين ، بالا است ولي اين متغير با افزايش ميزان فشار ، با ضريبي در حدود چهار و يا پنج برابر كاهش مي يابد تا در نهايت در فشاري در حدود  50  درصد ، به حداقل مقدار مي رسد.تحت فشارهاي بيشتر از  100  درصد ، ميزان سختي مجددا رو به كاهش مي گذارد تا در نهايت تحت فشار بسيار بالا ، از لحاظ كاركرد با شكست مواجه مي گردد.ميزان كاهش لرزه نيز از همين الگو پيروي مي كند ؛ ولي ميزان كاهش كارآيي آن داراي روند بطيع تري است ، يعني در ابتدا از مقدار اوليه  20  درصد شروع شده و روندي نزولي را طي مي نمايد تا به كمترين مقدار خود يعني  10  درصد مي رسد و پس از آن رو به افزايش مي گذارد.در طراحي اين سيستم چنين فرض مي شود كه كمينه مقداري براي سختي و كاهش لرزه وجود دارند و فرايند واكنش سيستم داراي رفتاري خطي است.بيشينه ميزان اوليه سختي ، تنها براي طراحي اي كه در آن فشار باد در نظر گرفته شده است و واكنش بيشينه فشار ، تنها براي زماني كه كه كاركرد با شكست مواجه شده است لحاظ مي شوند.

 

سيستم لاستيكي كاهنده لرزه ، همچنين در ساختمان كنترل و فرماندهي اداره آتش نشاني بخش لس آنجلس كه در سال  1990  تكميل گرديد ، مورد استفاده قرار گرفته است.( شكل يكساني از اسباب لاستيكي كاهش دهنده لرزه براي شركت تلفن ايتاليا ، S.I.P  در آنكونا در كشور ايتاليا مورد استفاده قرار گرفته است ، كه نخستين بنايي در اروپا است كه در آن از سيستم محافظت از پي استفاده شده است. ).ساختمان FCCF  جايگاه سيستم هاي رايانه اي است كه براي خدمات اضطراري بخش بكار مي روند و از اين رو ، بايد حتي پس از يك رخداد غيرمنتظره نيز قادر به برآورده كردن توقعاتي كه از آنها مي رود ، باشند.

 

ساختمان كنترل و فرماندهي اداره آتش نشاني

 

تصميم به استفاده از سيستم محافظت از پي از آنجا آغاز گرديد كه ، مقايسه اي مابين طرح هاي مرسوم براي حفاظت از ساختمان و سيستم محافظت از پي انجام گرفت.در برخي پروژه ها ، طرح سيستم هاي حفاظتي پنج درصد هزينه برتر بود.نتنها در اين مورد طرح محافظت از پي شش درصد ارزان تر تخمين زده شد ، بلكه براي تمام بناهاي ديگري كه نيازمند همين مقدار حفاظت در برابر لرزه هستند نيز ، هزينه ها پايين تر هستند.علاوه بر اين ؛ اين هزينه ها ، هزينه هاي اوليه هستند.هزينه هاي نگهداري اين سيستم ، آنرا مطلوب تر نيز مي نمايند.شايان توجه است كه ،  طراحي هاي مرسوم تنها دربرگيرنده كمينه ميزان حفاظت هستند ، يعني تا آن ميزان كه سازه ويران نگردد ؛ در حالي كه طرح سيستم محافظت از پي ميزان حفاظت بيشتري را براي سازه در نظر مي گيرد.

 

بيمارستان آموزشي دانشگاه كاليفورنياي جنوبي در شرق لس آنجلس ، داراي يك اسكلت فولادي هشت طبقه است كه با بست نيز تقويت شده و توسط  68  جداساز لاستيك-سرب و  81  جداساز الاستومري تحكيم گشته است.اين بنا به محض تكميل شدن در سال  1991  ، توسط برنامه ابزار دقيق كاليفورنيا براي بررسي حركات شديد ، مورد كنكاش قرار گرفت.سيستم پي ، متشكل از پايه هاي گسترده و تيرهايي است كه در عمق سنگ ها جاي گرفته اند.براي برآورده كردن انتظارات كاركردي ، ارزيابي هاي بعمل آمده از بنا مقيد به روال خاصي نبود و طرح ساختمان نيز ، در ارتفاع داراي قدري عقب نشيني بود.دو جناح واقع در دو سمت بنا ، با چيزي كه از آن به گردن بنا تعبير مي شود ، به يكديگر متصل مي گردند و در طراحي اوليه ساختمان كه در آن از سيستم حفاظتي استفاده نشده بود ، پيكره بندي نامنظم بنا منجر به بهم پيوستن لرزه هاي جانبي و پيچشي مي گشت و نيروي بسيار شديدي به ناحيه ظريف مابين اين دو جناح وارد مي شد.( حتي در سيستم محافظت از پي ، نياز به چوب بست هاي فولادي داريم تا متحمل فشار وارده به منطقه گردن بنا باشند. ).مسائل مطروحه ، دلايل عمده اي بودند كه منتهي به انتخاب سيستم محافظت از پي براي مقاوم سازي بنا در برابر لرزه ، براي اين سازه گرديدند.

 

بيمارستان آموزشي دانشگاه كاليفورنياي جنوبي

 

بيمارستان آموزشي دانشگاه كاليفورنياي جنوبي ( USC  ) در  36  كيلومتري  ( 23  مايلي ) مركز زمين لرزه نرث ريج كه در تاريخ  6  / 8  / 1994  به وقوع پيوست ، قرار دارد.بيشترين ميزان لرزه در خارج بنا  49  . 0  g  بود و اين ميزان در داخل بنا در حدود  10  . 0  الي  13  . 0  g  بود.در اين زمين لرزه ، اين سازه به شكل موثري از حركات زمين كه داراي قدرت كافي براي تخريب شديد ساير ساختمان ها در اين مركز پزشكي بود ، در امان بود.مدارك بدست آمده از بيمارستان USC  از آنرو كه بيانگر نتايج شديدترين آزمايشي هستند كه تا به امروز بر روي بناهاي داراي سيستم محافظت از پي انجام گرفته اند ، بسيار اميدوار كننده هستند.

 

كاربردهاي هسته اي

 

در سيستم حفاظتي مرسوم بكار رفته در نيروگاه هاي هسته اي ، با مسائل طراحي هاي زمانبر و پرهزينه ، ارزيابي تجهيزات و لوله كشي ها و تمهيدات در برگيرنده ميزان لرزه اي كه بنا با آن روبروست ، برخورد ساده انگارانه اي مي گردد.علاوه بر اين ، زماني كه براي مثال بعلت كشف يك گسل ، حساسيت ها بر روي شاخص هاي دربرگيرنده تحمل بنا در برابر لرزه افزايش مي يابند ، نيازي به طراحي مجدد بنا وجود ندارد ؛ بهبود بخشيدن سيستم حفاظتي كفايت خواهد كرد. 

 

در برنامه تجربي صورت پذيرفته در EERC  ، اسباب بكار رفته در سيستم حفاظتي دو نوع از رآكتورهاي فلز مايع طراحي ، توليد و آزمايش شدند.در نخستين رآكتور كه به PRISM  مشهور است ، از ابزارآلات حفاظتي داراي اشكال خاص استفاده مي گردد كه تنها براي ايجاد استحكام در راستاي افقي ، كاربرد دارند.در رآكتور ديگر كه به SAFR  معروف است ، رآكتور با ابزارآلاتي حفاظت مي گردد كه در هر دو راستاي افقي و عمودي ، استحكام بنا را افزايش مي دهند.نتايج اين مجموعه از آزمايش ها ، باعث توسعه محدوده انواع جداساز ها گرديد و درك بهتري از خصوصيات آنها را نيز فراهم آورد.

 

سيستم محفاظت از پي در ژاپن 

 

پس از يك آغاز آهسته ، تحقيق و توسعه صورت گرفته در ژاپن بر روي اين مساله ، روند فزاينده اي داشت.نخستين بنايي كه در آن از اين سيستم استفاده شده بود ، در سال  1986  تكميل گرديد.با وجود اينكه بنا به قانون مصوب  30  ژوئن  1998  ، ساخت چنين بناهايي در ژاپن نياز به مجوز از سوي وزارت ساخت دارد ، تا كنون  550  ساختمان اين مجوز را دريافت نموده اند.

 

اين سيستم در ژاپن به دلايل متعددي رشد فزاينده اي داشته است.هزينه تحقيق و توسعه دربخش مهندسي بسيار بالا است و حجم زيادي از اين هزينه ها به حفاظت پي اختصاص مي يابد ؛ شركت هاي ساختماني بزرگ به شكل جدي اين فناوري را مورد بررسي قرار داده اند و بازاريابي اين سيستم را نيز انجام داده اند ؛ فرايند دريافت مجوز براي ساخت يك بناي مبتني بر اين سيستم ، يك فرايند استاندارد و سرراست است ؛ طبيعت لرزه خيز اين كشور ، ژاپني ها را بر آن داشته است كه در تصميم گيري هاي خود براي طراحي سيستم هاي حفاظتي در برابر لرزه ، منافع بلندمدت طرح ها را در نظر بگيرند و در اين راستا به امنيت بلندمدت اين سيستم و هزينه هاي پايين نگهداري آن ، توجه خاصي معطوف نمايند.

 

سيستمي كه در گذشته از آن استفاده فراواني مي شد ، شامل اسبابي از جنس لاستيك طبيعي بود كه داراي كاهش دهنده هاي مكانيكي و يا ابزاري از جنس لاستيك-سرب بود.اخيرا ، از جداساز هايي استفاده مي گردد كه از جنس لاستيك طبيعي هستند و قابليت كاهش بالاي لرزه را دارند.ساختمان هاي بسيار ديگري وجود دارند كه در آنها از اين اسباب كاهش دهنده لرزه استفاده شده است : يك نمونه برجسته ، مركز رايانه شركت برق قدرت توهوكو است كه در شهر سنداي از استان مياكو واقع گرديده است.

 

شركت برق قدرت توهوكو ، ژاپن

 

بزرگترين ساختماني در جهان كه در آن از اين سيستم استفاده شده است ، مركز رايانه اداره پست غرب ژاپن است كه در شهر ساندا و در بخش كوبه پريفكچر واقع گشته است.اين سازه شش طبقه ، كه داراي  47000  متر مربع  ( 500000  فوت مربع ) است ، با استفاده از  120  جداساز الاستومتري و تعدادي كاهنده اضافي از جنس سرب و فولاد ، مستحكم سازي شده است.اين بنا ، كه داراي نرخ حفاظتي  9  . 3  ثانيه است ، حدودا در فاصله  30  كيلومتري  ( 19  مايلي ) مركز زمين لرزه به تاريخ   1995  در هيوگوكن نانبو ( كوبه ) قرار دارد و لرزه هاي بسيار شديدي را شاهد بوده است.بيشينه ميزان لرزه در زير جداساز ها  400  cm / sec   square ( 0.41 g )  بود ؛ ولي سيستم حفاظتي اين ميزان را به  127  cm / sec   square  در طبقه ششم ، كاهش داد.تخمين بعمل آمده در مورد جابجايي جداساز ها در حدود  12  سانتي متر  ( 8  . 4  اينچ ) بوده است.ساختمان مجاور همين بنا كه در آن از اين سيستم استفاده نشده بود ، دچار تخريب گرديد ؛ ولي اين ساختمان از گزند هرگونه تخريبي در امان ماند.

 

استفاده از اين سيستم در ژاپن ، خصوصا پس از زمين لرزه كوبه ، روند رو به افزايشي دارد.در پس كارآيي فوق العاده مركز رايانه اداره پست غرب ژاپن ، شمار مجوزهاي صادره براي ساختمان هايي كه در آنها از اين سيستم استفاده مي گردد ، براي نمونه آپارتمان ها و مجتمع هاي مسكوني ، افزايش چشمگيري داشته است.

 

خلاصه      

 

آزمايش هاي مداوم ، كارآيي جداساز ها را در كاهش مشكلات پايداري بنا ، تخريب ، خرابي جداساز ها و يا واكنش هاي غير منتظره بنا در برابر لرزه و انحراف كاهنده هاي مكانيكي ، بهبود بخشيده است.علاوه بر اين ، مشكلات موجود در برابر توليد جداساز هاي بزرگ نيز ، مرتفع گشته است.امروزه اين امكان وجود دارد كه ابزاري با قطري به بزرگي  60  اينچ  ( 5  . 1  متر ) ، ساخته شود.70   عدد از ابزارآلات توليد شده از جنس لاستيك طبيعي كه براي مركز آسيب شناسي M.L. King / C.R.  در ويلوبروك از بخش هاي كاليفورنيا ساخته شدند ، در زمان توليدشان بزرگترين آبزارآلات حفاظتي اي بودند كه در ايالات متحده ساخته شدند.اين جداساز ها داراي قطري برابر  0  . 1  متر  ( 40  اينچ ) هستند.تركيب اندازه بزرگ اين ابزار با خواص لاستيك ، منتهي به ساخت سيستم هاي حفاظتي بسيار قابل اطميناني مي گردد.

 

سيستم هاي حفاظتي در برابر زمين لرزه ، داراي كاربردهاي داخلي متعددي هستند.شهرداري اكلند در پي زمين لرزه لوما پريتا در سال  1989  در كاليفورنيا ، با  110  جداساز بزرگ بازسازي گرديد.يك پناهگاه عمومي در بركلي در حال ساخت است و در آن از اين جداساز ها استفاده خواهد گرديد.ساختمان مركز اجتماعي مارتين لوتر كينگ در بركلي ، مانند بناي يادبود هرست در دانشگاه كاليفورنيا در بركلي ، با استفاده از اين سيستم حفاظتي بازسازي خواهد گرديد.معماري و اسباب داخلي بناي Classic Beaux Arts  در فرايند بازسازي ، بدون تغيير باقي خواهند ماند ؛ در حالي كه ميزان مقاومت اين بنا در برابر زمين لرزه به شكل قابل توجهي بهبود مي يابد.

 

تا امروز  ، 45  بنا در ايالات متحده ، براي ساخت و يا بازسازي ، بر اساس اين سيستم حفاظتي طراحي شده اند ، در حال ساخت هستند و يا ساخت آنها پايان يافته است.استفاده از اين سيستم در ايالات متحده ، در حال حاظر در سازه هايي است كه دربرگيرنده محتويات پرارزش و يا گران قيمتي هستند ؛ وليكن تمايل شديدي به استفاده از اين فناوري در ساخت و سازهاي مسكوني ، مدارس و بيمارستان ها ، خصوصا در كشور هاي در حال توسعه كه در معرض تخريب هاي فراواني بر اثر زمين لرزه قرار دارند و اين تخريب ها مي توانند داراي خساراتي در حدود كسري از توليد ناخالص ملي باشند ، وجود دارد.تشريك مساعي صورت پذيرفته مابين EERC  و MRPRA  منتهي به تلاش مشتركي گرديد كه از طرف سازمان توسعه صنعتي سازمان ملل متحد ( UNIDO  ) پشتيباني مي شد و باعث ايجاد سيستم هاي حفاظتي ارزان قيمتي گرديد.در اين راستا ، پروژه هاي متعددي در اندونزي ، جمهوري خلق چين و ارمنستان در حال انجام هستند.برنامه تحقيقاتي EERC  ، كه در بدو امر توسط MRPRA  حمايت مي گرديد ، وسيله اي گرديد تا شيوه حفاظت پي در طراحي هاي مقاوم در برابر زمين لرزه ، به واقعيت تبديل شود.

 

اين مقاله ، نسخه بروز رساني شده " محفاظت از پي : منشاء ، پيشرفت و توسعه آن "  است كه در EERC News  ، نسخه  12  ، شماره  1  و به تاريخ ژانويه  1991  به چاپ رسيده است. 

 

روشهای اجرای شالوده های عمیق

مقدمه

 طراحی شمع ها هم جنبه های هنری دارد و هم جنبه های علمی. هنر طراحی در انتخاب مناسب ترین نوع شمع و روش نصب آن با توجه به شرایط بار گذاری و ساختگاهی است. جنبه های علمی طراحی شمع به پیش بینی و تخمین درست عملکرد شمع مستقر در خاک در حین نصب و بار گذاری دوران بهره برداری کمک می کند. این عملکرد بطور مؤثر بستگی به روش نصب شمع بستگی داشته و به تنهایی نمی تواند توسط خصوصیات فیزیکی شمع و مشخصات خاک دست نخورده پیش بینی شود. دانستن انواع شمع ها و روش های ساخت و نصب شالوده های شمعی مستلزم فهم علمی رفتار آنهاست.

 

2-2-  راهکارهای عملی طراحی شمع ها

 

1-        اطلاعات لازم و مکفی از شرایط ژئوتکنیکی محل

 

2-        شناخت دقیق نیروها و لنگرهای وارده از روسازه از نظر نوع، مقدار و جهت و اولویت بندی آنها

 

3-        شناخت عوامل محیطی از نظر آثار کوتاه مدت و دراز مدت بر مصالح شمع

 

4-        شناخت وضعیت پیرامون پروژه برای تصمیم گیری در مورد شیوه اجرای شمع

 

5-        انتخاب نوع شمع

 

6-        بررسی امکان پذیری ساخت وتولید شمع برای پروژه و محدودیت های ابعادی

 

7-        برگزیدن روش نصب شامل کوبشی، چکش زدن، در جا ریختن و ...

 

8-        تعیین عمق مدفون شمع با توجه به شرایط خاک، بارهای موجود و امکانات اجرایی

 

9-        آرایش شمع های گروهی و تعیین نحوه عملکرد گروه و توجه به نکات مؤثر در طراحی از جمله  تداخل شمع، ضریب کارایی، ...

 

10-         تعیین توان کاربری شمع(تکی یا گروهی) با استفاده از تحلیل های معتبر استاتیکی

 

11-         تعیین توان باربری شمع با استفاده از آزمایشات درجا یا آزمایشات دینامیکی و تدقیق توان باربری

 

12-         دخالت دادن عوامل مؤثر پیرامونی برتوان باربری بدست آمده

 

13-         کنترل و ارزیابی نشست سیستم شالوده

 

14-         طراحی سازه ای شمع و کلاهک سه شمع

 

15-     انجام آزمایشات عملی بار گذاری استاتیکی یا دینامیکی(در صورت لزوم و صلاحدید) به منظور اطمینان از صحت اجرا و عدم آسیب دیدگی شمع ها در حین اجرا

 

16-         تعیین ضریب اطمینان

 

3-2-  انواع پی های عمیق از نظر اجرایی

 

چنانکه گفته شد بر اساس استاندارد  BS 8004  بریتانیا شمع ها به سه دسته طبقه می شوند:

 

الف- «شمع های با تغییر مکان بزرگ» که هنگام نصب و رانش درون زمین، تغییر مکان زیادی در خاک ایجاد می کنند. این شمع ها معمولاً دارای مقاطع توپر و یا تو خالی ته بسته می باشند که با شیوه کوبشی یا جک زدن به درون خاک رانده می شوند. شمع های کوبیدنی با تغییر مکان های بزرگ شامل موارد زیر هستند:

 

-           چوبی با مقاطع دایره ای یا مربعی، یکسره یا با اتصالات وصل شده

 

-           بتنی پیش ساخته شده با مقاطع تو پر یا توخالی

 

-           پیش تنیده با مقاطع تو پر یا توخالی

 

-           لوله فولادی ته بسته

 

-           جعبه ای فولادی ته بسته

 

-           لوله ای باریک شونده

 

-           لوله ای فولادی ته بسته و رانده شده با جک

 

-           استوانه ای بتنی توپر، پیش ساخته و قطور رانده شده با جک

 

ب- شمع های«کوبیدنی- ریختنی با تغییر مکان های بزرگ» نیز موارد زیر را شامل می شوند:

 

-          لوله های فولادی کوبیده شده و بعد از بتن ریزی یا بتدریج بیرون کشیده می شوند.

 

-          پوسته های بتنی پیش ساخته که با بتن پر می شوند.

 

-          پوسته های فولادی جدار نازک که داخل خاک کوبیده شده سپس با بتن پر می شوند.

 

پ- «شمع های با جابجایی کم»

 

اینگونه شمع ها نیز بصورت کوبشی یا با جک درون زمین نصب می شوند و لیکن دارای سطح مقطع نسبتاً کوچکی هستند. مثالهایی از این نوع عبارتند از مقاطع فولادی H  یا  I  شکل، لوله ها یا جعبه های فولادی ته باز که در حین نصب، خاک وارد قسمت های حفره ای مقطع می شود. اگر در حین کوبش این شمع ها درون زمین، توده خاک در حوالی نوک شمع تشکیل و قفل شود بطوریکه مانع نفوذ ستون خاک به درون حفرات مقطع شود شمع از نوع با جابجایی زیاد محسوب می شود.

 

«شمع های با جابجایی کم» شامل انواع زیر هستند:

 

-          بتنی پیش ساخته با مقاطع لوله ای ته باز کوبشی با ضربه

 

-          بتنی پیش تنیده با مقاطع لوله ای ته باز کوبشی با ضربه

 

-                 مقاطع فولادی H  شکل

 

-        مقاطع فلزی لوله ای ته باز کوبشی که در صورت ضرورت خاک وارد شده درون لوله تخلیه می  شوند.

 

ت- «شمع های بدون جابجایی» یا «شمع های جایگزینی»

 

برای نصب این نوع شمع ها نخست حفره محل شمع با روش های حفاری مناسب حفاری شده و درون آن بتن ریزی می شود. بتن ممکن است درون غلاف ریخته شود و یا بدون غلاف بتن ریزی انجام شود. غلاف ممکن ست با پیشرفت بتن ریزی بیرون کشیده شود. در بعضی موارد ممکن است شمع های آماده چوبی، بتنی یا فولادی درون حفره قرار داده شود.

 

«شمع های بدون جابجایی» یا «شمع های جایگزینی» شامل انواع زیر می شوند:

 

-        حفر چاهک توسط روشهای متد دورانی، چنگک، بالابر هوایی و پر کردن آن بتن(در جاریز)

 

-        حفر چاهک با روشهای فوق و قرار دادن لوله و پر کردن آن با بتن در صورت لزوم

 

-        حفر چاهک و قرار دادن قطعات پیش ساخته بتنی درون آن

 

-        تزریق ملات سیمان یا بتن درون چاهک

 

-        مقاطع فولادی قرار داده شده درون چاهک

 

-        حفر چاهک و قرار دادن لوله فولادی بطور همزمان

 

2-3-  سیستم های مورد استفاده در نصب شمع

 

2-3-1-در شیوه استفاده از سقوط چکش برای نصب، شمع در حین فرو رفتن درون زمین در اثر ضربات چکش، به کمک دستگاه در حالت قائم نگه داشته می شود. اپراتور می تواند به کمک سیستم هیدرولیکی یا کابلی ابزار هدایت کننده را در راستای مورد نظر حرکت دهد. در این شیوه نصب، انتخاب مناسب چکش شمع کوب در عملیات نقش تعیین کننده ای دارد. تعداد ضربات چکش های معمولی که از ارتفاع رها شده و به سر شمع ضربه می زنند، تقریباً  3  تا  12  ضربه در دقیقه است. امروز غالباًاین چکش ها برای نصب سپرها و نیز برای نصب شمع در خاک های رسی خیلی نرم استفاده می شوند.

 

چکش های هیدرولیکی نوعی دیگر هستند که همراه سایر ملحقات کوبش بصورت گروهی عمل می کنند.

 

این چکش ها از چکش های پرتابی کمی سنگین ترند ولی ارتفاع پرتاب بسیار کمتری دارند و انرژی کمتری به سر شمع وارد می کنند. چکش های پنوماتیک بعداً استفاده شده و امروزه چکش های هیدرولیکی به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. چکش های عمل کننده با سیستم بخار، فشار هوا(پنوماتیک) و یا چکش های هیدرولیکی بصورت یک طرفه عمل کنند(single acting) یا دو طرفه عمل کننده(double acting) وجود دارند. چکش های عمل کننده با سیستم بخار و پنوماتیک در شرایط ساختگاهی نرم آهسته تر کار می کنند و با افزایش مقاومت زمین سرعتشان بیشتر می شود. چکش های هیدرولیکی بر عکس عمل می کنند. چکش های دیزلی بیشترین راندمان را در شرایط ساختگاهی سخت دارند و در خاک های نرم به سختی کار می کنند. معمولاًدر اوایل شمع کوبی این شرایط پیش می آید. اگر ساختگاه مناسب باشد ضربات این چکش ها زیاد است. این چکش ها باعث آلودگی هوا می شوند.

 

چکش های ارتعاشی به کمک جرم های دوار با خروج از مرکزیت کار می کنند و ضربات قائم بر سر شمع وارد می کنند. فرکانس این چکش ها تا  150  هرتز هم می رسد و می توان فرکانس کارکرد آن را با فرکانس طبیعی شمع ها همسان کرد. این چکش ها برای نصب شمع در خاک های ماسه ای بسیار مناسب بوده و ارتعاشات و سر و صدای کمتری نسبت به چکش های معمولی ایجاد می کنند. در خاک های رسی و یا محتوی قطعات سنگ مؤثر نیست.

 

2-3-2-شمع های نصب شونده درون حفره خود(Drilled shaft=DS)

 

تفاوت اساسی بین شمع ها و شافت های نصب شونده درون حفره ایجاد شده آنست که شمع ها عناصر پیش ساخته ای هستند که درون زمین کوبیده می شوند در حالیکه این شافت ها با شیوه نصب در محل اجرا می شوند مراحل اجرای این شافت ها عبارتند از:

 

-     حفاری محل نصب و ایجاد حفره درون زمین تا عمق مورد نظر برای قرار گیری شافت

 

-     پر کردن انتهای حفره با بتن

 

-     قرار دادن قفسه میلگرد درون حفره

 

-     بتن ریزی حفره

 

مهندسین و پیمانکاران ممکن است برای این نوع شالوده های عمیق اصطلاحات دیگری استفاده کنند از جمله:

 

-            پایه(Pier)

 

-            پایه با حفره از قبل ایجاد شده(Bored Pile)

 

-            شمع در جا ریخته شده(Cast-in-Place Pile)

 

-            صندوقه(Caisson)

 

-            صندوقه با حفره از قبل حفاری شده(Drilled Caisson)

 

-            شالوده در جاریز درون حفره از قبل حفاری شده (Cast-in-drilled-hole foundation)

 

سایر نکات لازم در خصوص شالوده های DS  عبارتند از:

 

-     استفاده از غلاف گذاری یا گل حفاری برای جلوگیری از ریزش ماسه های تمیز زیرتر از آب زیر زمینی که باعث گسترش حفرات در جهات جانبی می شود.

 

-     استفاده از غلاف گذاری یا گل حفاری برای رس های نرم، سیلت ها یا خاک های آلی به منظور جلوگیری از حرکت اینگونه خاکهابه درون چاهک در هنگام حفاری

 

-     استفاده از کف پهن تر از تند شالوده برای افزایش باربری فشاری نوک به ویژه در خاک های مقاوم یا سنگ و همچنین افزایش توان باربری شالوده در کشش، لیکن باید به خطرات احتمالی برای عوامل اجرایی توجه داشت.

 

-         اسلامپ بتن برای جلوگیری مناسب درون حفره  100  تا  200  میلیمتر بسته به قطر شافت و استفاده از گل حفاری

 

-         امکان استفاده از سیمان متورم شونده به منظور افزایش اصطکاک جداری شالوده در تماس با خاک

 

3-3-2-کیسون ها(Caissons)

 

این شالوده ها از جعبه تو خالی تشکیل شده که به تراز دلخواه در عمق رسانده و با بتن پر می کنند. این نوع پی ها در پایه های پل زیر تر از آب رودخانه ها و دریاها قرار می گیرند. این شالوده ها می توانند با شناور شدن به محل نصب انتقال داده شده و نصب شوند. کیسون های درب باز از سمت فوقانی خود باز هستند و در انتها نوک تیز هستند تا به سهولت به درون خاک نفوذ پیدا کنند. گاهی اوقات قبل از ورود شالوده به محل لایروبی صورت می گیرد که این شیوه اقتصادی تر از حفاری از درون کیسون است. با اتکای شالوده بر روی بستر، خاک درون آن حفاری و آب نیز پمپ می شود. این عملیات تا نفوذ کیسون به عمق مطلوب ادامه می یابد.

 

4-3-2-شالوده های پوسته ای کوبشی و پر شده با بتن

 

با ترکیب خصوصیات و عملکرد شمع های کوبشی و شافت های حفاری شده(DS) می توان شالوده های پوسته را معرفی کرد که نخست پوسته با چکش به عمق مورد نظر رانده می شود و قفسه میلگرد درون آن گذاشته شده و متعاقباً با بتن پر می شود. مزایای این روش:

 

-       ایجاد سطح صاف برای بتن شالوده توسط لوله

 

-       جابجایی ایجاد شده توسط سطح کنگره ای پوسته باعث افزایش اصطکاک جداری شالوده می شود.

 

-       ابزار نصب به سهولت باز و بسته می شوند و دارای قابلیت نقل و انتقال خوبی است.

 

لیکن باید توجه داشت که:

 

-            هزینه ها مانند شمع کوبی زیاد است

 

-            قطعات شالوده قابل اتصال نیستند لذا محدودیت طول با ارتفاع شمع کوب متناسب است.

 

2-4-آسیب پذیری شمع ها در حین نصب

 

همه شمع ها هنگام نصب در معرض خطر هستند به ویژه در زمینهای خیلی سخت یا زمینهایی که سنگلاخی باشند. یک روش برای کاهش خطرات و افزایش بازده پی سازی، استفاده از پیش حفاری، استفاده از جت آب و سوراخکاری یا ابزار سخت است.

 

در روش پیش حفاری، حفره ای قائم با قطر کوچکتر از قطر شمع درون خاک ایجاد می گردد. با این شیوه اتصال شمع-خاک تأمین می شود و بالا زدگی خاک در سطح زمین و جابجایی خاک در جهات افقی کاهش می یابد. در روش جت آبی فشار آب از طریق روزنه انتهای لوله که در حوالی ته شمع قرار گرفته است باعث سست شدن خاک می گردد و باعث نفوذ بیشتر شمع می گردد. این شیوه در خاکهای ماسه ای و شنی مناسب و در خاکهای رسی غیر مؤثر است. غالباً از این شیوه برای رد کردن شمع از درون لایه ماسه ای و رساندن به لایه مقاوم و باربر زیرین استفاده می شود. در شیوه ای دیگر با رانش ابزارهای آهنی و حفاری خاک، شمع به درون حفره ایجاد شده رانده می شود. این شیوه زیاد معمول نیست و فقط در لایه های نازک سنگ های مستحکم استفاده می شود.

 

2-5-مطالعات موردی مشکلات ایجاد شده در بعضی ساختگاه های مسئله ساز در حین اجرا

 

در بعضی ساختگاه ها اجرای شمع با مشکلاتی مواجه بوده است. در اینگونه موارد ممکن است اخذ نمونه های خاک و داده های ژئوتکنیکی نیز دچار همان مشکلات می شود. لذا مهندس طراح و پیمانکار در این شرایط باید نهایت دقت را در برخورد صحیح با مسئله داشته باشد. تجارت موجود نشان می دهد در بعضی ساختگاه ها اجرای شمع با مشکلاتی مواجه شده است. بعضی از این ساختگاه ها عبارتند از: خاک های کربنی، ماسه های میکادار، سنگ های ضعیف، تخته سنگ های مجزا و منفرد، سنگ های ریخته شده در کف دریا، سنگ های درشت، حضور خاک های ضعیف در عمق.

 

به عنوان یک استراتژی و راهکار کلی می توان موارد زیر را مد نظر داشت:

 

-         وجود تجهیزات متنوع برای استفاده در موارد پیش بینی نشده

 

-         استفاده از چکش  یک سایز بزرگتر از آنچه در طراحی بدست آمده است.

 

-         وجود جت آب و پمپ قوی

 

-         توجه بیشتر به طراحی رأس و انتهای شمع برای کاهش صدمات احتمالی

 

-     استفاده از چوب نرم و ضخیم که برای جلوگیری از آسیب شمع های پیش تنیده بتنی در حین کوبش به کار می رود(حداقل یک قطعه جدید برای کوبش هر شمع)

 

و آخرین سخن اینکه:

 

-            کوبش شمع همچنان هم مهندسی است و هم هنر.

 

-            دانش امروزی توان ما را در نصب شمع های بسیار مقاوم تقریباً در هر ساختگاهی بارور ساخته است.

 

-            فقط باید بخوبی شراط زمین شناسی و ژئوتکنیکی را درک کنیم.

 

-            از مطالعات موردی و تجربیات ارزنده دیگران استفاده کنیم تادر زمینه فنی و اقتصادی کسب توفیق نمائیم.

 

و در یک جمله«افزایش  راندمان و بهینه سازی اقتصادی وقتی میسر است که اطلاعات ژئوتکنیکی دقیق و کامل باشد، در اینصورت در انتخاب نوع شمع، تجهیزات نصب و روند اجرا تصمیمات دقیق تری اتخاذ خواهد شد».