مقدمه

امروزه بتن پرمصرف ترین ماده مصرفی بشر بعد از آب شناخته میشود و با توجه به روند رو به رشد ساخت و ساز در ایران، صنعت بتن از جمله صنایع مهم کشور به شمار می رود. این مسئله اهمیت زیاد این مصالح ساختمانی و ضرورت شناخت دقیق و عالمانه ی آن را به منظور ساخت سازه های بتنی با کیفیت نشان میدهد. پژوهشگران عرصه ی مصالح ساختمانی طی سال ها در تلاش بوده اند تا با ایجاد تغییراتی در اجزای مختلف این ماده، اصلاحاتی را مطابق با نیازهای موجود اعمال کرده و به خواص جدید یا برتری از بتن دست پیدا کنند. این تلاش ها در طی سال ها منجر به پیدایش بتن های توانمند، فوق توانمند، سبک، الیافی و غیره شده است. یکی از این انواع بتن که ظهور آن به چندین دهه قبل بازمی گردد، بتن خودتراکم است که با ویژگی های خاص خود، امکانات جدیدی را در اختیار مهندسین قرار داده است. با بهره گیری از این ویژگی ها می توان بر مشکلات ناشی از عدم تراکم مناسب در سازه های بتنی، از جمله کاهش عمر مفید و دوام سازه ها فائق آمد. با اینکه در ابتدا بتن خود تراکم در زمره ی بتن های خاص و پیچیده محسوب می شد، توانایی ها و مشخصات فوق العاده، این نوع بتن را به سرعت به یکی از انواع پرکاربرد در کشورهای پیشرفته ی دنیا تبدیل کرد. با این حال، در کشورهایی مانند ایران، این بتن هنوز یک فناوری جدید در

عرصه ی ساخت و ساز به شمار می آید و می توان گفت استفاده از آن هنوز محدود بوده و آشنایی دانش کافی درباره ی آن نزد اغلب مهندسین وجود ندارد. طبق تعریف انجمن بتن ایالات متحده (۰۷-ACI 237R ) بتن خودتراکم عبارت است از “بتنی با کارایی زیاد و عدم جداشدگی که می تواند پس از ریخته شدن در محل موردنظر، فضای قالب را پر کند و اطراف آرماتورها را بدون نیاز به تراکم مکانیکی فرابگیرد”. De Schutter و همکارانش (۲۰۰۸) موارد زیر را به عنوان پارامترهای ضروری برای یک مخلوط بتن خودتراکم در حالت تازه عنوان کرده اند:

الف – توانایی جریان یافتن تحت وزن خود را داشته باشد.

ب- توانایی پر کردن تمامی فضای خالی موجود (فضای قالب را داشته باشد.

ج- توانایی ایجاد یک مصالح متراکم و به اندازه ی کافی همگن را بدون نیاز به انجام عملیات تراکم داشته باشد.

به طور کلی بتن خود تراکم با مصالحی مشابه بتن معمولی ساخته میشود و در برخی موارد برای ساخت آن علاوه بر مقادیر نسبتا زیاد فوق روان کننده، از افزودنی اصلاح کننده ی لزجت نیز برای بهبود خواص بتن تازه استفاده می شود. باید توجه داشت که شناخت صحیح رفتار، مزایا، معایب و نهایتا ارائه ی طرح اختلاط مناسب برای بتن خودتراکم “هنر”ی است که با استفاده از آن می توان از مزایای این نوع بتن بیشترین بهره را جست و به موارد طرح شده در تعریف این بتن، یعنی کارایی زیاد و عدم جداشدگی دست یافت. قطعا پیش نیاز این امر، کسب آگاهی و دانش کافی پیرامون مشخصات و ویژگیهای این بتن خاص می باشد.

ویژگی های بتن خود تراکم

خواص بتن تازه در بتن های خودتراکم از حساسیت بیشتری نسبت به انواع دیگر برخوردار است زیرا مزایای این بتن غالبا از خواص آن در حالت تازه ناشی می گردد و به همین دلیل نیز آزمایش های خاصی برای ارزیابی رفتار بتن خودتراکم تازه بکار گرفته می شود. بتن خودتراکم در حالت تازه عموما با سه ویژگی زیر شناخته میشود

  • قابلیت پر کردن
  • قابلیت عبور
  • مقاومت در برابر جداشدگی (پایداری)

یک مخلوط بتن فقط هنگامی می تواند در طبقه بندی بتن خود تراکم قرار گیرد که الزامات مربوط به هر سه ویژگی را دارا باشد.

کارایی که نشانگر سهولت اختلاط، جای دهی، تراکم و پرداخت سطح بتن است در بتن خودتراکم، همان گونه که اشاره شد، توسط سه ویژگی بررسی می شود و توسط آزمایش هایی مورد ارزیابی قرار می گیرد که در  به تفصیل در مورد آنها بحث شده است (بتن خودتراکم تازه).

قابلیت پر کردن (جریان در حالت آزاد) توانایی بتن خودتراکم برای جریان و پر کردن همه ی فضاهای داخل قالب، تحت وزن خود را نشان میدهد. این ویژگی هنگام انتخاب روش بتن ریزی و نیز تعیین فاصله ی مجاز بین نقاط بتن ریزی اهمیت خاصی می یابد.

قابلیت عبور (جریان در حالت محبوس) به توانایی بتن برای عبور از موانع مختلف و فضاهای باریک در قالب، بدون وقوع انسداد جریان اصطلاحا بلوکه شدن) اشاره دارد. بلوکه شدن در نتیجه ی جداشدگی موضعی سنگدانه ها در مجاورت موانع رخ می دهد و منجر به توقف جریان می گردد. بتن خودتراکم هنگامی می تواند ظرفیت پرکنندگی زیادی داشته باشد که حد مناسبی از قابلیت عبور و قابلیت پرکنندگی را به صورت توأم داشته باشد تا بتواند یک مقطع خاص را فقط تحت نیروی ثقل پر کند.

پایداری بتن تازه به توانایی آن برای حفظ توزیع همگن اجزای مختلف در حین جریان و گیرش گفته می شود. برای بتن خودتراکم تازه دو نوع پایداری حائز اهمیت هستند: پایداری دینامیکی و استاتیکی. پایداری دینامیکی، مقاومت بتن در برابر جداشدگی اجزا حین جای دهی در قالب می باشد. هنگامی که شرایط آرماتوربندی به گونه ای باشد که نیازمند عبور بتن از فضاهای کوچک باشد، بتن خودتراکم مذکور باید پایداری دینامیکی کافی داشته باشد. پایداری استاتیکی نشانگر مقاومت بتن در برابر آب انداختگی، جداشدگی و نشست سطحی بعد از بتن – ریزی و در حالی که بتن هنوز در حالت خمیری است، می باشد.

در اغلب موارد، افزودنی اصلاح کنندهی لزجت و یا مقدار مواد پودری زیاد برای بهبود پایداری بتن تازه استفاده میشود. افزودنی اصلاح کنندهی لزجت برای بهبود رئولوژی مصالح سیمانی در حالت خمیری و کاهش خطر جداشدگی مورد استفاده قرار می گیرد. برخلاف بتن معمولی، در مورد بتن خودتراکم حادترین نوع جداشدگی پس از انجام عملیات بتن ریزی رخ میدهد. در واقع در صورتی که مخلوط بتن از پایداری کافی برخوردار نباشد، سنگدانه های درشت تمایل به ته نشینی در ملات پیدا می کنند و حاصل کار بتن ناهمگن با خواص نامطلوب خواهد بود.

تاریخچه و مزایای بتن خود تراکم

از آغاز گسترش کاربرد بتن مسلح، مشکلات اجرایی ناشی از کاربرد مخلوط های خشک موجب گرایش به مخلوط های مرطوب تر و با روانی بیشتر مخصوصا در میان متولیان اجرای سازه های بتنی شده بود. با این حال از آنجایی که افزایش روانی در گرو استفاده از آب به بتن بود و از طرفی تأثیر افزایش نسبت آب به سیمان بر کاهش مقاومت و دوام بتن با شده بود، این سؤال برای متخصصان بتن ایجاد شده بود که چگونه می توان بدون تأثیر من خواص بتن، روانی مخلوط را در جهت سهولت اجرای سازه های بتنی افزایش داد. البته علاوه بر این، راهکار “افزایش حجم خمیر سیمان” در مخلوط بتنی نیز به منظور بهبود کارایی مورد استفاده قرار می گرفت که این راهکار نیز معایبی از قبیل افزایش میزان حرارت تولید شده توسط بتن (در مرحله ی سخت شدن) و نیز افزایش هزینه ی تولید بتن را در پی داشت. با گذشت زمان و پیدایش روان کننده ها و فوق روان کننده ها به عنوان نوع جدیدی از افزودنیهای شیمیایی، بسیاری از مشکلات اجرایی که ناشی از کاربرد بتن های با کیفیت خوب ولی کارایی کم بود، از میان برداشته شد. با این حال دست یابی به بتنی با قابلیت خودتراکمی بدون افت در مقاومت و دوام و نیز عدم ایجاد انسداد و جداشدگی در حالت تازه، سالها به عنوان یک هدف دست نیافتنی برای صنعت بتن در کشورهای مختلف قلمداد می شده است. در آن زمان مشخص شده بود که دستیابی به خواص بالقوه ی هر مخلوط بتنی در گرو اطمینان از انجام عملیات تراکم به طور کامل می باشد. در واقع تجربیات بی شماری از تراکم ناکافی بتن در حالت تازه و عواقب آن در حالت سخت شده این مسئله را تأیید کرده بود. اثر تراکم ناقص بتن تازه در برخی موارد بر روی سطوح بتن سخت شده مشخص می باشد (شکل زیر) ولی در موارد دیگر این مسئله قابل رؤیت نبوده و عملکرد ضعیف بتن (از منظر مقاومت و یا دوام) این مسئله را شاید بعد از گذشت سالها، آشکار می سازد.

 

(الف) تراکم ناقص در قسمت تحتانی یک تیر بتن مسلح به طوری که سطح آن دچار پدیدهی در شدن" شده است. (ب) "کرمو شدن سطح و وجود تعداد زیادی درز سرد در بتن در اثر تراکم ناقص (بر کره از De Schutter و همکارانش (۲۰۰۸)
(الف) تراکم ناقص در قسمت تحتانی یک تیر بتن مسلح به طوری که سطح آن دچار پدیدهی در شدن” شده است. (ب) “کرمو شدن سطح و وجود تعداد زیادی درز سرد در بتن در اثر تراکم ناقص (بر کره از De Schutter و همکارانش (۲۰۰۸)

این مسائل باعث توجه محققین به خواص کارایی و رئولوژی بتن تازه شد. نهایتا در اوایل دهه ی هشتاد میلادی به دنبال کاهش نیروی کار ماهر در صنعت ساخت وساز ژاپن و نیز تراکم نامناسب بتن ناشی از افزایش حجم آرماتورهای مصرفی که باعث کاهش کیفیت کارهای اجرایی انجام گرفته شده بود، این موضوع برای چندین سال مورد بحث و بررسی قرار گرفت تا اینکه نظریه ی بتن خودتراکم، بتنی که بتواند تحت وزن خود و بدون نیاز به لرزاندن متراکم شده و تمام زوایای قالب را پر کند، به عنوان راه حلی توسط Okamura در سال ۱۹۸۶ مطرح شد. لازمه ی تحقیق بر روی بتن خودتراکم مطالعه ی عمیق کارایی بتن بود که توسط Ozawa و Maekawa در دانشگاه توکیو صورت گرفت. مدل اولیهی بتن خودتراکم در سال ۱۹۸۸ تکمیل شد و در همین سال این نوع بتن برای اولین بار در کارگاه ساخته شد و نتایج قابل قبولی را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی ارائه داد. بر این اساس اولین پروژه با مقیاس واقعی نیز در سال ۱۹۹۰ با کمک این بتن اجرا شد. می توان گفت همکاری گستردهی چندین گروه تحقیقاتی در دانشگاه در کنار مشارکت تعدادی شرکت فعال در زمینه ی ساخت وساز و نیز مواد شیمیایی در کشور ژاپن منجر به ابداع و گسترش این مصالح نوین ساختمانی شد. تحقیقات در زمینه ی بتن خود تراکم در اروپا و آمریکا در مقایسه با ژاپن دیرتر آغاز گردید. با این حال امروزه بتن خودتراکم همزمان با کشور ژاپن در مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی کشورهای اروپایی، کانادا، آمریکا و نیز آسیا موضوع بحث، بررسی و اجرای سازه های بتنی است. در پی استفادهی گسترده از بتن خودتراکم در ژاپن، مراکز علمی و پژوهشی در دنیا بر آن شدند تا این تجربیات را به صورت مدون و استاندارد در آورند. منسجم ترین تلاش در این زمینه توسط موسسه اروپایی EFNARC در سال ۲۰۰۲ با انتشار راهنمای بتن خودتراکم به ثمر نشست. در سال ۲۰۰۵ میلادی نیز این موسسه به همراه چهار موسسه ی دیگر تجربیات موجود در خصوص بتن خودتراکم را تحت عنوان “راهنمای اروپایی بتن خود تراکم، ویژگی ها، تولید و کاربرد” گردآوری و منتشر نمودند. در ایران نیز آشنایی با این بتن از اوایل دهه ی ۷۰ آغاز شد و با گذشت زمان و پس از انجام مطالعاتی در دانشگاهها و مراکز تحقیقاتی کشور، این نوع بتن در چندین پروژه ی خاص بکار گرفته شد.

همان گونه که عنوان شد، این خواص بتن خودتراکم تازه است که آن را از سایر انواع متعارف بتن متمایز می کند. برای مطالعه ی خواص بتن تازه، دو نگرش را می توان دنبال کرد. نگرش نخست، ارزیابی خواص اساسی و بنیادی مرتبط با جریان پذیری مخلوط بتن خودتراکم است. روش دیگر برای توصیف این ویژگیها، ارزیابی آنها بر پایه ی نیازهای عملی و کارگاهی است. این مشخصه های کارگاهی عبارت اند از پایداری، قابلیت پر کردن و قابلیت عبور. روشهای آزمایش گوناگونی برای ارزیابی این پارامترهای کارگاهی توسط مراجع مختلف پیشنهاد شده است و بر همین اساس معیارهای واحدی برای پذیرش بتن خودتراکم تازه موجود نیست.

با این حال برخی از متداول ترین آزمایش ها برای ارزیابی بتن خودتراکم تازه در مطلب مشخصه های جریان بتن خودتراکم تشریح شده اند.

کاربرد صحیح بتن خودتراکم می تواند تأثیرات مثبت فراوانی بر روند ساخت سازه های بتنی داشته باشد. افزایش بهره وری” یکی از موارد مهمی است که با استفاده از بتن خودتراکم می – توان به آن دست پیدا کرد. باید توجه داشت که در کنار تلاش برای کاهش هزینه ها، افزایش بهره وری در فرایند بتن ریزی نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این مسئله برای تمام رده های کاربرد، از پروژه های معمولی تا پیچیده ترین سازهها، صادق است. مسئلهی بتن ریزی و تراکم در قسمتهایی از سازه که در آنها بتن با مقاومت متوسط و مخصوصا بتن پرمقاومت استفاده می شود، دارای اهمیت بیشتری است. به عنوان نمونه در اجزایی مانند دیوار برشی و ستون که معمولا دارای تراکم زیاد آرماتور و ابعاد کوچک مقطع بتن ریزی می باشند، تراکم ناکافی ناشی از فاصله ی کم آرماتورها می تواند منجر به پیدایش نقاط ضعف در عضو بتنی شود. حذف کامل عملیات تراکم با به کارگیری بتن خودتراکم، باعث افزایش سرعت کار و کاهش هزینه ها می شود که نتیجه ی آن افزایش بهره وری است. افزایش سرعت بتن ریزی نه تنها از منظر کاهش هزینه ها، بلکه از بعد کاهش کل زمان ساخت حائز اهمیت است. بر این اساس، به کارگیری بتن خودتراکم می تواند از طریق کاهش هزینه ها و افزایش بهره وری نقش کلیدی در ارتقای جایگاه صنعت بتن در عرصه ی ساخت و ساز داشته باشد.

بیشتر بخوانید  بتن پرمقاومت | طرح اختلاط، روش ساخت و کاربرد های بتن با مقاومت بالا

استفاده از بتن خودتراکم افزایش بهره وری را در حمل ونقل و بتن ریزی، علاوه بر فرایند تراکم، ممکن می سازد. رفتار شبه مایع بتن خودتراکم تازه سبب می شود بتوان روش های جدیدی را برای پمپ کردن بتن و هدایت آن به درون قالب بکار گرفت؛ مسئله ای که باعث پیدایش روش های نوین بتن ریزی شده است که نمونه های موفقی از به کار گیری آنها در کشور ژاپن موجود است.

با حذف نیاز به تراکم خارجی و وجود قابلیت جریان، درجه ی بالاتری از اتوماسیون و صنعتی سازی در ساخت سازه های بتنی دست یافتنی است. این مسئله منجر به تحول سامانه های تولید (مخصوصأ در صنعت پیش ساختگی) و در نهایت افزایش بیش از پیش بهره وری در روند ساخت وساز می گردد.

“افزایش همگنی” یکی دیگر از مزایای مهم استفاده از بتن خود تراکم می باشد. در واقع یکی از نگرانی های اصلی که موجب پیدایش بتن خودتراکم شد، کاهش دوام بتن به دلیل ناهمگنی اعضای بتنی بود. در بسیاری از سازه ها نیاز به بهبود عملکرد سازه ای و متعاقبا افزایش حجم آرماتور مصرفی در بتن، باعث ایجاد مشکلاتی در روند عملیات بتن ریزی و تراکم می شود که نتیجه ی امر، تراکم ناکافی و ناهمگنی بتن خواهد بود. حتی در سازه های معمولی و در حجم ۴ آرماتور نیز استفاده از نیروی انسانی آموزش ندیده و عدم اعمال نظارت دقیق بر روند تراکم بتن باعث بروز این مشکلات می شود؛ بنابراین بهبود کیفیت عضو بتنی با تراکم زیاد آرماتور از طریق به کار گیری بتنی که خود انجام عملیات تراکم را تضمین نماید و با برخورداری از خصوصیت “پایداری” همگنی را در قسمتهای مختلف فراهم کند، یک هدف مهم از تولید و به کارگیری بتن خودتراکم می باشد.

علاوه بر موارد مطرح شده، بتن خودتراکم مزایای دیگری را نیز در اختیار سازندگان قرار میدهد. به طور خلاصه موارد زیر را می توان به عنوان مزایای اصلی بتن خودتراکم استفاده از این نوع بتن ذکر نمود:

  1.  افزایش سرعت اجرای سازه های بتنی و تسریع پیشرفت کار.
  2. بهبود کیفیت ساخت: به دلیل اطمینان از تراکم کافی در مناطق با تراکم زیاد آرماتور.
  3.  کاهش آلودگی صوتی و توجه بیشتر به مسائل ایمنی و زیست محیطی در محیط کار – با توجه به حجم زیاد صدا ناشی از عملیات تراکم حین بتن ریزی و نیز در نظر گرفتن خطر ابتلای کارگران به سندروم انگشت سفید..
  4.  صرفه جویی اقتصادی: علی رغم هزینه ی بیشتر مواد و مصالح مورد استفاده برای ساخت بتن خودتراکم، در بسیاری موارد در نتیجهی کاهش زمان ساخت پروژه و نیز کاهش هزینه های تجهیزات و نیروی انسانی از قبیل عوامل تراکم، تسطیح، نظارت و غیره، استفاده از بتن خودتراکم در مجموع سبب کاهش مجموع هزینه ها می شود.
  5. کمک به معماری سازه با توجه به شکل پذیری بیشتر: با توجه به روانی فوق العاده ی بتن خودتراکم انواع قالب متنوع تری را می توان برای بتن ریزی استفاده و اجزای معماری گسترده تری را با توجه به مسائل زیباشناختی اجرا نمود.
  6.  بهبود دوام بتن در نتیجه ی تراکم بهتر بتن تازه.
  7. آزادی بیشتر در طراحی سازه: به دلیل میسر شدن اجرای سازه های بتنی ظریف و سنگین و انتخاب مقاطع کوچک با آرماتورهای انبوه.
  8.  سطح تمام شده ی بهتر و ارتقای کیفیت محصول نهایی.
  9. کمک به توسعه ی صنعت پیش ساختگی قطعات بتنی
  10. افزایش ایمنی در کارگاه: استفاده از بتن خودتراکم به میزان زیادی خستگی و تنش های فیزیکی کارگران را کاهش میدهد و با پایین آوردن احتمال خطرات و صدمات فیزیکی، ایمنی کارگاه را افزایش میدهد.

 قابل ذکر است که همانند هر پدیده ی دیگر، استفاده از بتن خودتراکم نیز می تواند دشوام هایی داشته باشد. افزایش هزینه ی مصالح، حساسیت زیاد در برابر تغییرات ویژگی های مواد و مصالح، نیاز به کنترل دقیق بتن در حالت تازه، افزایش هزینه ی قالب بندی به دلیل فشار به وارده بر قالب و نیاز به مهارت زیاد برای تهیه، کنترل و آزمون مخلوطهای بتنی از مواردی هستند که باعث میشود کاربرد بتن خودتراکم در هر پروژهای توصیه نشود. تجزیه و تحلیل مسائل اجرایی و اقتصادی، درک درست شرایط خاص هر پروژه و در نهایت قضاوت مهندسی صحیح می تواند منجر به استفادهی بجا از این نوع بتن و بهره مندی از مزایای آن گردد.

نمونه هایی از کاربرد بتن خود تراکم

طی سال های گذشته پروژه های متعددی اعم از ساختمان، پل، تونل و غیره در کشورهای مختلف با کمک بتن خودتراکم ساخته شده و از مزایای فراوان این نوع بتن در فرایند ساخت آنها بهره گرفته شده است. در ایران نیز در چندین پروژه این اتفاق رخ داده است که به آنها نیز در کنار بعضی از پروژه های شاخص دنیا، در ادامه اشاره می شود.

موزه ی ملی سرخ پوستان در واشنگتن – ایالات متحده

موزه ی ملی سرخ پوستان ایالات متحده در منطقهى Washington Mall احداث شده و در ساخت آن تلاش شده است که ظاهر سازه شبیه به تکه سنگی باشد که طی گذشت زمان توسط آب و باد شکل گرفته است (شکل زیر). این ساختمان ۵ طبقه دارای مساحت ۲۴۰۰۰ مترمربع می باشد. در این سازهی منحصر به فرد هیچ زاویه ی قائمی دیده نمی شود و قالب های بکار رفته برای ساخت آن همگی به صورت خاص برای این ساختمان تهیه شده اند.

موزه ی ملی سرخ پوستان در واشنگتن (برگرفته از 07-ACI237R) 
موزه ی ملی سرخ پوستان در واشنگتن (برگرفته از ۰۷-ACI237R)

 

 دلیل اصلی استفاده از بتن خودتراکم تجمع زیاد آرماتور در اعضا و نیز شکل پیچیده ی سازه بوده است. این موضوع باعث ایجاد فضای کمی برای استفاده از لرزاننده می گردد. علاوه بر این، در این سازه سطح زیادی از بتن نمایان است و استفاده از بتن خودتراکم سبب گردیده بتن۔ ریزی بعضی از اجزا در یک لایه میسر شده و از نظر زیبایی سطح نیز کیفیت کار به مقدار زیادی افزایش یابد. در هنگام ساخت، به دلیل عدم نیاز به اعمال تراکم و لرزش، تنش اعمال شده به قالب ها کاهش زیادی پیدا کرده است. حجم کل بتن خودتراکم بکار رفته در این سازه فراتر از ۲۳۰۰۰ مترمکعب است.

نسبت آب به سیمان مخلوط بکار رفته برای ساخت این سازه ۰ / ۴۷ و عیار سیمان آن ۲۳۰ کیلوگرم بر مترمکعب می باشد. مقاومت ۲۸ روزهی بتن مصرفی ۴۱ / ۴ مگاپاسکال و میزان پخش شدگی آن در آزمایش جریان اسلامپ آن نیز برابر ۶۱۰ میلی متر گزارش شده است.

ساخت پایه های ضربدری برج میلاد تهران

برج میلاد یکی از مرتفع ترین برج های مخابراتی جهان (شکل ۱-۳)، در شمال غربی تهران قرار دارد و از آن به عنوان نماد پایتخت ایران یاد می شود. ساخت این سازهی عظیم که وزن تقریبی آن ۱۵۰ هزار تن می باشد، در سال ۱۳۷۶ آغاز و در سال ۱۳۸۷ به پایان رسید. در فرایند ساخت برج از ۶۳ هزار مترمکعب بتن و ۱۷ هزار مترمربع شیشه استفاده شده است. این برج علاوه بر بدنه ی بتنی دارای یک سازه ی فلزی رأس به وزن ۲۱۰ تن میباشد که اصلی ترین بخش بهره برداری برج است. سازهای رأس برج دارای ۱۲ طبقه و سطح زیربنای تقریبی ۱۲ هزار مترمربع است.

 

برج میلاد تهران
برج میلاد تهران

 

از بتن خودتراکم برای ساخت سازه ی لابی این برج مخابراتی چندمنظوره استفاده شده است. سازه ی لابی برج، پیرامون بدنه اصلی و در شش طبقه ساخته شده است. نمای اصلی لابی ضربدری شکل است که لبه ی پیرامونی سقف نهایی لابی بر روی این ستونها قرار گرفته است. علاوه بر این از بتن خودتراکم غیر سازهای سفیدرنگ در نمای لابی برج استفاده شده است. نمای لابی تلفیقی از بتن سفید، شیشه و بتن نقش دار است که جلوه گر ترکیبی از معماری مدرن و ایرانی است.

ساخت پایه های ضربدری شکل با استفاده از قالب پیش ساخته و بتن خود تراکم مورد مطالعه اجرا قرار گرفته است. به این ترتیب این امکان فراهم شده که نقش چوب به وضوح روی سطح قطعات پیش ساخته نمایان گردد. جهت یکپارچه شدن اجرای نمای پایه ها و اجتناب از ایجاد درز بر روی نما، این قطعات به صورت یک دال سه بعدی (به ضخامت ۷ سانتیمتر) با مقطع U شکل به همراه یک درپوش اجرا و سپس از قطعات پیش ساخته به عنوان قالب استفاده شده و بتن خودتراکم سازهای داخل قطعات ریخته شده است. برای ساخت پایه های ضربدری شکل برج، مجموع بیش از ۲۰۰۰ مترمکعب بتن خودتراکم تولید شده است (شکل زیر).

تراکم زیاد آرماتور و زاویه دار بودن پایهی ضربدری شکل برگرفته از رمضانیان پور و همکارانش (۱۳۸۸)
تراکم زیاد آرماتور و زاویه دار بودن پایهی ضربدری شکل برگرفته از رمضانیان پور و همکارانش (۱۳۸۸)

 

دیوار عکس العمل در آزمایشگاه سازه دانشگاه شربروک – کانادا

طراحی و ساخت یک دیوار عکس العمل قوی برای آزمایش دینامیکی مقاطع سازهای بزرگ در آزمایشگاه سازهی دانشگاه شربروک با کمک بتن خود تراکم صورت گرفته است (شکل ۱-) عملیات اجرای این پروژه در اواخر سال ۱۹۹۷ آغاز و هدف آن ارزیابی کاربرد بتن خودتراکم برای مقاصد سازه ای بوده است. عرض دیوار مذکور ۹ / ۳ متر، ارتفاع آن ۷ متر و ضخامت آن ” متر می باشد. دیوار بر روی یک سیستم پی با عمق ۳ متر قرار دارد که از تعدادی تیرهای با آرماتور زیاد متصل به بستر سنگی تشکیل شده است. دیوار ساخته شده نیز مسلح بوده و از سیستم پس کشیدگی برای آن استفاده شده است.

دیوار عکس العمل در آزمایشگاه دانشگاه شربروک کانادا (برگرفته از 07-ACI237R)
دیوار عکس العمل در آزمایشگاه دانشگاه شربروک کانادا (برگرفته از ۰۷-ACI237R)

بتن مصرفی در یک کارخانه ی بتن محلی ساخته شده و در حجم های ۶ مترمکعبی به محل پروژه حمل شده است. در مجموع ۴۰ محمولهی بتن در هنگام تحویل در محل آزمایش و مصرف شده اند. بتن خودتراکم به محل مصرف پمپ شده و تحت وزن خود میان آرماتورها جای گرفته است. استفاده از این نوع بتن این امکان را به سازندگان داده است که بتن ریزی را فقط از دو نقطه ی دیوار انجام دهند. حجم کل بتن خودتراکم مصرفی ۲۴۰ مترمکعب بوده است. برخی از ویژگی های بتن مصرفی در این پروژه در جدول زیر آورده شده است.

ویژگی های بتن خودتراکم مصرفی در آزمایشگاه دانشگاه شربروک کانادا (برگرفته از 07-ACI237R)
ویژگی های بتن خودتراکم مصرفی در آزمایشگاه دانشگاه شربروک کانادا (برگرفته از ۰۷-ACI237R)

 

بازار بزرگ Midsummer Place در لندن – انگلستان

این مرکز تجاری به مساحت ۴۰۰۰۰ مترمربع و با بودجه ای برابر ۶۵ میلیون پوند در سال ۲۰۰۰ میلادی در لندن اجرا شد (شکل زیر). ستون های این مرکز تجاری به صورت بیضوی با تراکم آرماتور زیاد و به ارتفاع ۸ / ۵ تا ۱۰ متر می باشد. اجرای این پروژه با استفاده از بتن خودتراکم منجر به ۴۰ درصد صرفه جویی در مدت زمان ساخت در مقایسه با بتن معمولی شده است. این مسئله همچنین حدود ۱۰٪ صرفه جویی در هزینه ها را در مقایسه با بتن معمولی و در نتیجه ی کاهش نیروی انسانی و افزایش سرعت اجرا در پی داشته است.

مرکز خرید Midsummer Place در Buckinghamshire- انگلستان
مرکز خرید Midsummer Place در Buckinghamshire- انگلستان

 

تونل رسالت در تهران – ایران

پروژه ی تونل شهری رسالت دارای دو تونل بلند از میدان آفریقا تا شرق دره ی نظامی گنجوی هر یک به طول ۸۲۷ متر و در تونل کوتاه به هم پیوسته از غرب دره نظامی گنجوی تا قبل از بزرگراه کردستان هر یک به طول تقریبی ۱۷۵ متر با دهانه های بزرگ ۱۳ / ۵ متری می باشد. با احداث این تونل امکان اتصال شرق به غرب تهران با کوتاه شدن مسیرها فراهم شده است. در این پروژه و در اجرای قسمتی از پوشش بتنی جداره تونل به دلیل عدم وجود دسترسی مناسب به فضای پشت قالبها به منظور تراکم بتن، بتن خودتراکم به عنوان یک راه حل مناسب بررسی و بکار گرفته شده است (شکل زیر). با توجه به بررسی های انجام شده و در نظر گرفتن شرایط پروژه، میزان سیمان پرتلند در طرح مخلوط بتن خودتراکم به ۴۰۰ کیلوگرم در متر مکعب و نسبت آب به سیمان به ۰ / ۴۲ محدود شده است. همچنین به منظور بهبود خواص بتن تازه از افزودنی اصلاح کننده ی لزجت و نیز پودر سنگ آهک استفاده شده است. در مجموع در این پروژه تقریبا از ۲۸۰۰ مترمکعب بتن خودتراکم استفاده شده است.

بیشتر بخوانید  میکروسیلیس : از سیر تا پیاز پودر میکروسیلیس و کاربرد و تاثیر آن در بتن
تونل رسالت- تهران
تونل رسالت- تهران

 

طرح توسعه ی حرم حضرت معصومه (سلام الله علیها) در قم – ایران

طرح توسعه ی حرم حضرت معصومه (سلام الله علیها) اوایل سال ۱۳۸۱ در شهر قم و با زیربنایی معادل ۵۵ هزار مترمربع آغاز شد و در تیرماه ۱۳۸۴ به بهره برداری رسید. این بنا که در ضلع جنوبی حرم مطهر احداث شده است، شامل صحن اصلی و چندین شبستان می باشد. حداکثر طول دهانه در این سازه اسکلت بتنی برابر با ۲۲ متر و حداکثر ارتفاع ستونها ۱۹۷۶ متر میباشد. در کتیبه نویسی آیات قرآن در دیواره های اطراف حرم از بتن خودتراکم استفاده شده است (شکل زیر). بتن خودتراکم تزیینی به رنگ سفید که در ساختار بتن نمایان سطوح نمای ساختمان ادامه یافته و مزین به آیاتی از قرآن با خط زیبا و برجسته ی ریحان است، یکی از کاربردهای منحصر به فرد این بتن را نشان میدهد. آسیب پذیری لبه ی تیز خط برجسته ی بتنی که در بخش های انتهایی حروف بسیار نازک می گردند، عدم امکان لرزاندن بتن و نیاز به پایداری در مقابل شرایط جوی، یخ زدگی و ضربه از دلایل استفاده از این نوع بتن در پروژه بوده است. نکته ی دیگر آن که در بتن مذکور از سیمان سفید و ریزدانه های ماسه سفیدرنگ استفاده شده و به منظور کنترل جمع شدگی نیز الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده قرار گرفته است.

 

نمونه کتیبه های اجرا شده به وسیله بتن خودتراکم (برگرفته از میردامادی و همکارانش (۱۳۸۵)
نمونه کتیبه های اجرا شده به وسیله بتن خودتراکم (برگرفته از میردامادی و همکارانش (۱۳۸۵)

 

طرح مخلوط بتن خودتراکم استفاده شده در این پروژه در جدول زیر ارائه شده ای یا همچنین مقاومت فشاری ۲۸ روزه نمونه های کارگاهی به طور متوسط حدود ۹۰ مگابایکال مقاومت خمشی ۲۸ روزه نمونه ها حدودا ۱۲ مگاپاسکال گزارش شده است.

طرح مخلوط بتن خود تراکم مورد استفاده در طرح توسعه حرم حضرت معصومه در قم برگرفته از میردامادی و همکارانش (۱۳۸۵)
طرح مخلوط بتن خود تراکم مورد استفاده در طرح توسعه حرم حضرت معصومه در قم برگرفته از میردامادی و همکارانش (۱۳۸۵)

 

پل معلق Akashi – Kaiky6 در Awaji – shima و Kobe- ژاپن

یکی از برجسته ترین کاربردهای بتن خودتراکم در ژاپن را می توان ساخت پایه های پل عظیم Akashi – Kaiko دانست (شکل ۱-۹). این سازهی عظیم که مجموعا ۱۹۳۲۰۰ تن وزن دارد، با در نظر گرفتن سرعت زیاد باد و احتمال وقوع زلزله های شدید در محل پروژه، طراحی شده است و عملیات ساخت آن در سال ۱۹۹۸ به پایان رسید. طول این پل در ابتدا به میزان ۳۹۱۰ متر طراحی شده بود اما زلزله ی بزرگ Hanshin در ۱۷ ژانویه ۱۹۹۵ موجب افزایش یک متری طول پل شد.

طی عملیات اجرایی این پروژه روش بتن ریزی به گونه ای انتخاب شد که بتن خودتراکم پس از تولید، مسافتی حدود ۲۰۰ متر را در لوله هایی طی مینمود تا به محل بتن ریزی منتقل گردد. برخی مشخصات مربوط به پل و فرایند اجرای آن به اختصار در ادامه آورده شده است:

طول دهانه ی میانی طولانی ترین دهانه در دنیا): ۱۹۹۱ متر

طول دهانه های کناری: ۹۶۰ متر

حجم بتن خودتراکم مصرفی: ۲۹۰۰۰۰ مترمکعب

مسافت حمل بتن خود تراکم از طریق لوله ها و پمپاژ: حدود ۲۰۰ متر

طول کابل های بکار رفته در پل معلق: ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر

هزینه ی احداث پل: ۴ / ۳ میلیارد دلار

صرفه جویی در مدت زمان ساخت پایه ها به دلیل کاربرد بتن خودتراکم در مقایسه با بس معمولی: حدود ۲۰ درصد کاهش زمان از ۲ / ۵ سال به ۲ سال)

پل معلق Akashi - Kaiky6 در ژاپن - از بتن خودتراکم غالبا برای ساخت پیها و نیز پایه های عظیم مهاری در این پل استفاده شده است (برگرفته از De Schutter و همکارانش (۲۰۰۸)
پل معلق Akashi – Kaiky6 در ژاپن – از بتن خودتراکم غالبا برای ساخت پیها و نیز پایه های عظیم مهاری در این پل استفاده شده است (برگرفته از De Schutter و همکارانش (۲۰۰۸)

 

هتل و برج Trump در شیکاگو – ایالات متحده

هتل و برج Trump در حال حاضر چهارمین سازه ی مرتفع در کشور ایالات متحده می باشد و در مجاورت شاخه ی اصلی رودخانه ی شیکاگو واقع شده است (شکل ۱-۱۰). این سازه دارای ۹۸ طبقه، ارتفاع کلی ۴۲۳ متر و فضای داخلی به مساحت ۲۴۰۰۰۰ مترمربع می باشد. ابعاد این سازه در تراز معادل طبقات ۱۶، ۲۹ و ۵۱ کاهش یافته است که این ترازها متناظر با ارتفاع سه سازه ی مشهور در مجاورت برج میباشند. هدف از این انتخاب برقراری هماهنگی بصری بین نمای این برج و محیط پیرامون آن بوده است. عملیات ساخت این برج عظیم در سال ۲۰۰۹ به پایان رسید.

هتل و برج Trump در شیکاگو - ایالات متحده
هتل و برج Trump در شیکاگو – ایالات متحده

 

به دلیل ابعاد بزرگ اعضای سازه ی پیرامونی برج و شدت بارهای وارده، طراحی سازهای این د با چالش های فراوانی روبرو بوده است. تا ارتفاع معادل طبقه ی ۵۱، مقامی قدر برای همه ی ستونها و دیوارها برابر ۸۳ مگاپاسکال (در سن ۹۰ روز) تعیین شده است در حالی که مقاومت موردنیاز برای برخی قسمت های سازه ی پیرامونی برابر ۱۱۰ مگاپاسکال بوده است. در فرایند طراحی سازه ای، علاوه بر مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته ی بتن نیز از اهمیت زیادی برخوردار بوده است و محدودیت هایی برای میانگین مدول الاستیسیته ی بتن توسط طراحان سازهای تعیین شده بود. سازندگان برای تأمین این خواسته ها از سنگدانه های آهکی متراکم با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۲ میلی متر استفاده کرده اند. تراکم زیاد آرماتور در برخی اعضای سازه ای، سازندگان را به کاربرد بتن خودتراکم در این پروژه ترغیب کرده است. همچنین به منظور کاهش حرارت ناشی از واکنش های هیدراسیون در اعضای سازهای حجیم، در مخلوط بتن خودتراکم از مواد مکمل سیمان مانند روبارهی کوره ی آهن گدازی و خاکستر بادی استفاده شده است.

ساخت دال یکپارچه ی بتنی به عمق ۳ متر در زیر دیوارهای مرکزی یکی از رخدادهای مهم در روند ساخت برج Trump بوده است (شکل زیر). این دال بتنی عظیم در سال ۲۰۰۵ و بر اساس الزامات زیر ساخته شده است:

  •  کاربرد مخلوط بتنی خودتراکم
  • حداقل مقاومت فشاری ۶۹ مگاپاسکال در سن ۵۶ روز
  • میانگین مدول الاستیسیته ی استاتیک ۴۱ گیگاپاسکال در سن ۵۶ روز
  • حداکثر دمای بتن برابر ۲۷ درجه سانتی گراد (زمان بتن ریزی)
  • حداکثر دمای بتن پس از بتن ریزی برابر ۷۷ درجه سانتی گراد (محدود کردن افزایش
  • حداکثر تفاوت دما بین هر دو نقطه از دال برابر ۴ / ۵ درجه سانتی گراد – نسبت آب به مواد سیمانی ۰ / ۲۶ تا ۰ / ۲۸برای ساخت این دال یکپارچه ۳۸۰۰ مترمکعب بتن خودتراکم در طی یک مرحله (۲۲ ساعت) بتن ریزی شده است که تصویری از این عملیات در شکل زیر نشان داده شده است. برخی از ویژگیهای مخلوط بتنی مورد استفاده برای ساخت این دال بتنی عبارت اند از:
  • کاربرد سنگدانه درشت شکسته (دولومیت) با حداکثر اندازه ی ۲۰ میلی متر
  • کاربرد سیمان آمیخته شامل سیمان پرتلند نوع ۲، روباره کوره آهن گدازی و همچنین خاکستر بادی رده ی C
  • کاربرد افزودنی شیمیایی دیرگیر کننده، افزودنی فوق روان کننده (پایه ی پلی کربوکسیلات) و افزودنی اصلاح کننده ی لزجت

بعد از گذشت ۵۶ روز از ساخت این دال، انجام آزمون بر روی استوانه های بتنی نشانگر مقاومت فشاری حدود ۱۰۰ مگاپاسکال و مدول الاستیسیتهی ۴۷ گیگاپاسکال بوده است. همچنین مغزه های تهیه شده از دال بتنی نشانگر توزیع یکنواخت سنگدانه های درشت در عمق دال بتنی بوده است. عملیات بتن ریزی این دال در عرض ۲۲ ساعت و با به کار گیری ۳۰ ماشین حمل بتن انجام شده است که یکی از بزرگترین عملیات (یک مرحله ای) بتن ریزی در آمریکای شمالی و با کمک بتن خودتراکم بوده است.

 

عملیات ساخت دال یکپارچه ی بتنی به کمک بتن خود تراکم برگرفته از Baker و همکارانش (۲۰۰۷)
عملیات ساخت دال یکپارچه ی بتنی به کمک بتن خود تراکم برگرفته از Baker و همکارانش (۲۰۰۷)

 

فرودگاه بین المللی Pearson در تورنتو کانادا

پروژه ی گسترش فرودگاه بین المللی Pearson در شهر تورنتو یکی از بزرگترین پروژه های انجام شده در کشور کانادا میباشد که در آن از بتن خودتراکم استفاده شده است. هزینه ی این پروژه برابر با ۴ / ۵ میلیارد دلار کانادا عنوان شده است که شامل احداث یک پایانه ی جدید (شکل زیر)، احداث یک پارکینگ طبقاتی و اجرا و تعمیر روسازی می باشد.

 

فرودگاه بین المللی Pearson در تورنتو کانادا (پایانه ی ۱)
فرودگاه بین المللی Pearson در تورنتو کانادا (پایانه ی ۱)

 

در فرایند ساخت پایانه ۳۰۰۰ مترمکعب بتن خودتراکم آماده برای ایجاد ۱۸۰ سی با استفاده شده است. هریک از این ستونها دارای ارتفاع ۳۱ متر و قطر ۷۰ سانتی متر بود شامل ۱۲ الی ۳۰ میلگرد فولادی و یک مجرای عبور کابل های برق تعبیه شده در وسط ستون می باشد. یک صفحه ی فولادی استخوانی شکل نیز در بالای ستون به منظور اتصال به خریای سقف مورد استفاده قرار گرفته است.

به دلیل شرایط ویژه ی پروژه و عدم وجود فضای کافی برای جای دهی بتن به روشهای متعارف، مهندسان این پروژه تصمیم به پمپ کردن بتن از قسمت تحتانی ستون گرفتند. برای عملی کردن این تصمیم مهندسان باید بر چالش های فراوانی غلبه می کردند که یافتن نسبت های اختلاط متناسب برای مخلوط بتنی، انتخاب پمپ متناسب با این عملیات، کاربرد و اجرای اتصالات مناسب برای قسمت تحتانی ستون و در نهایت زمان بندی مناسب تحویل بتن در محل پروژه به منظور پر کردن یکپارچه ی هر ستون از جمله ی این چالش ها هستند. بعد از بررسی های انجام شده مهندسان پروژه بتن خودتراکم را به عنوان بهترین گزینه برای این فرایند در نظر گرفتند. بر این اساس گروه بتن، گروه طراحی سازه ای و گروه کنترل کیفیت پروژه بر روی طراحی مخلوط بتن خودتراکم دارای قطر پخش شدگی (آزمایش جریان اسلامپ) ۶۵۰ تا ۷۵۰ میلی متر و مقاومت فشاری ۳۰ مگاپاسکال در سن ۲۸ روز توافق کردند. علاوه بر این زمان گیرش بتن باید به اندازه ای می بود که زمان کافی برای پمپ کردن ۱۲ مترمکعب بتن درون هر ستون را در اختیار سازندگان پروژه قرار میداد.

به منظور تضمین موفقیت پروژه، گروه بتن تصمیم به انجام عملیات “شبیه سازی تولید” و بتن ریزی آزمایشی پیش از شروع بتن ریزی اصلی گرفت. به این منظور از ماشین ۹۰۰ BPL محصول شرکت Schwing) به منظور پمپ کردن بتن از طریق یک اتصال به قطر ۱۲۵ میلی متر استفاده شد، در حالی که در ماشین مخصوص حمل بتن (هر یک دارای ۶ مترمکعب بتن خودتراکم) وظیفه ی تأمین بتن را بر عهده داشت. عملیات بتن ریزی به صورت پیوسته و با موفقیت انجام شد، در حالی که حداکثر فشار پمپ برابر با ۷ مگاپاسکال اندازه گیری شد. در نهایت زمان بندی اجرای ستونهای پروژه تعیین شد و به طور میانگین بتن ریزی چهارستون در هر روز انجام گرفت. در مواردی که مسائل پیش بینی نشده باعث تأخیر عملیات بتن ریزی در محل پروژه می شده است، سازندگان از افزودنی فوق روان کننده برای نگه داشتن قطر پخش شدگی مخلوط بتنی در محدوده ی موردنظر استفاده می کرده اند. این در حالی است که برای تولید مخلوط بتنی از افزودنی فوق روان کننده (نوع F)، افزودنی روان کننده (نوع A)، افزودنی روان کننده و دیرگیر کننده (نوع D) و نهایتا افزودنی اصلاح کننده ی لزجت استفاده شده است. حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتنی نیز ۱۰ میلی متر بوده است.

پل Ritto – ژاپن

پل Ritto در مسیر آزادراه Meishin در نزدیکی شهر توکیو در کشور ژاپن ساخته شده است (شکل زیر). در ساخت پل Ritto که در سال ۲۰۰۷ به اتمام رسید، از بتن خودتراکم برای ساخت پایه ها استفاده شده است. در واقع وجود انبوه آرماتورهای فولادی در طراحی پایه های پل، انگیزه ی اصلی سازندگان برای کاربرد این بتن خاص بوده است. ارتفاع مرتفع ترین پایه ی پل ۶۵ متر می باشد. همچنین برای استحکام کافی سازه در برابر زلزله، مقاومت فشاری ۵۰ مگاپاسکال برای بتن خود تراکم مورد استفاده در این پروژه انتخاب شده است. علاوه بر این میزان پخش شدگی در آزمایش جریان اسلامپ برای این بتن بازه ی ۶۰۰ تا ۶۵۰ میلی متر تعیین شده است. طرح مخلوط و نتایج آزمایش های مختلف بر روی مخلوط بتن خودتراکم مورداستفاده در این پروژه در جدول زیر ارائه شده است.

بیشتر بخوانید  بتن خودتراکم | قسمت 5: بتن خودتراکم تازه (مشخصه های جریان بتن و آزمایش ها)

 

پل Ritto در نزدیکی شهر توکیو - ژاپن
پل Ritto در نزدیکی شهر توکیو – ژاپن

 

طرح مخلوط بتن خودتراکم مورداستفاده برای ساخت قطعات پیش ساخته پل Ritto برگرفته از Ouchi و Nakamura (۲۰۰۳)
طرح مخلوط بتن خودتراکم مورداستفاده برای ساخت قطعات پیش ساخته پل Ritto برگرفته از Ouchi و Nakamura (۲۰۰۳)

 

 بزرگراه طبقاتی شهید صدر در تهران – ایران

بزرگراه طبقاتی شهید صدر را می توان جزو بزرگترین پروژه های شهری در کشور ایران دانست ساخت این پل که در شمال تهران واقع شده است، در سال ۱۳۹۲ به اتمام رسید. در فرایند ساخت این سازه ی عظیم در مجموع ۱۰۰ هزار متر مکعب بتن خودتراکم تولید شد که از این منظر می توان این پروژه را شاخص ترین نمونه ی کاربرد بتن خودتراکم در کشور دانست

بزرگراه طبقاتی شهید صدر در تهران - ایران
بزرگراه طبقاتی شهید صدر در تهران – ایران

 

این پل دارای دو مسیر رفت و برگشت (مجموعا به طول ۱۹ کیلومتر) و عرض ۲۲ / ۷ متر و حجم کل بتن مصرفی برای ساخت آن حدود ۲۸۳ هزار مترمکعب بوده است. هدف اصلی از اجرای این پروژه ی عظیم، افزایش ظرفیت ترافیکی بزرگراه صدر از طریق انتقال بخشی از ترافیک به طبقه فوقانی بوده است (شکل ۱-۱۵). پل طبقاتی شهید صدر در مجموع دارای ۲۳۴ پایهی بتنی میباشد و در بعضی قسمت ها از پایه های دروازه ای شکل برای انتقال بارهای وارد بر سرستونها استفاده شده است، در حالی در سایر قسمت ها پل به صورت تک پایه طراحی شده است.

 

شمایی از مقطع عرضی (تک پایه) پل بزرگراه شهید صدر
شمایی از مقطع عرضی (تک پایه) پل بزرگراه شهید صدر

 

در فرایند ساخت سازهای این پل، اجزایی از قبیل ستونها، شمعها و پیها به صورت درجا و با کمک بتن معمولی اجرا شده؛ در حالی که قطعات سرستون و قطعات اصلی بدنه ی پل به کمک بتن خودتراکم و به صورت پیش ساخته در کارخانه ای خارج از محل پروژه (شکل ۱-۱۶) تولید شده اند. کاربرد بتن خودتراکم برای ساخت این قطعات، ضمن تسریع فرایند ساخت و دستیابی به سایر مزایای بتن خودتراکم، سبب شده است که ظاهر این قطعات که در معرض دید می باشند، از شرایط مناسبی برخوردار گردد. با توجه به قرار گرفتن این پل در یک منطقه ی پرتردد شهری، مسئله ی زیبایی ظاهری به عنوان یکی از دغدغه های سازندگان از ابتدای پروژه مورد توجه بوده است.

 

نمایی از کارخانه ی ساخت قطعات پیش ساخته بزرگراه طبقاتی شهید صدر
نمایی از کارخانه ی ساخت قطعات پیش ساخته بزرگراه طبقاتی شهید صدر

 

در ارتباط با طرح مخلوط بتن خودتراکم، پس از انجام کار تحقیقاتی گسترده (به مدت ۶ ماه پیش از آغاز پروژه) و در نظر گرفتن پارامترهای تأثیرگذار متعدد و تعریف اهداف عملکردی مشخص، دو مخلوط به عنوان مخلوط های نهایی مورد استفاده ی سازندگان قرار گرفت. نسبت های اختلاط برای این دو مخلوط بتنی در جدول ۱-۴ ارائه شده است. قابل ذکر آن که در این پروژه کاربرد مواد افزودنی معدنی مکمل سیمان پرتلند، علی رغم مزایای فراوانی که در ارتباط با خواص بتن سخت شده میتواند داشته باشد، در نظر گرفته نشد. مهم ترین دلیل این تصمیم تغییرات ناخواسته در خواص این مواد معدنی می باشد که این مسئله در بتن خود تراکم با توجه به حساسیت های زیادی که در مورد بتن تازه وجود دارد، مشکلاتی را می تواند ایجاد کند. این مسئله و به طور کلی تغییرات در ویژگیهای مصالح مصرفی، یکی از چالش های اساسی پیش روی مهندسین طی فرایند تولید بتن خودتراکم در مقیاس صنعتی است و در مطلب بعدی تحت عنوان “ثبات بتن خودتراکم” مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

مخلوطهای بتن خودتراکم مورد استفاده در پروژه بزرگراه طبقاتی شهید صدر مقادیر بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب بتن)
مخلوطهای بتن خودتراکم مورد استفاده در پروژه بزرگراه طبقاتی شهید صدر مقادیر بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب بتن)

 

در ارتباط با مخلوط های بتنی، قابل توجه است که مخلوط ۱ با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۹ میلی متر برای ساخت قطعات دارای تراکم کمتر آرماتور و مخلوط ۲ با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۲ میلی متر برای ساخت قطعات با تراکم زیاد آرماتور، همانند تیرهای دروازه ای شکل واقع در بزرگراه، مورد استفاده قرار گرفته است. در هر دو مخلوط بتنی برای افزایش میزان ریزدانهی مخلوط و بهبود خواص بتن خود تراکم در حالت تازه از پودر سنگ آهک استفاده شده است. برای تولید قطعات بتنی سرستون (شکل زیر) که هرکدام از ۷ قطعه تشکیل شده اند، نیز از مخلوط ۲ استفاده شده است. این قطعات در کارخانه تولید و سپس بر روی ستون های بزرگراه شهید صدر نصب شدند. حجم بتن مصرفی برای تولید هر سرستون حدود ۱۵۰ مترمکعب می باشد.

 

قطعات بتنی سرستون نصب شده در بزرگراه طبقاتی شهید صدر
قطعات بتنی سرستون نصب شده در بزرگراه طبقاتی شهید صدر

 

از میان مسائل و چالش های اجرایی فراوانی که سازندگان در طی این پروژه با آنها روبرو شده اند، می توان به نحوه ی اختلاط پودر سنگ آهک اشاره کرد. در ابتدای پروژه، ساخت مخلوطهای آزمایشی بتن خودتراکم با کمک تجهیزات کارگاهی نشانگر ناهمگنی مخلوط حاصل، على رغم افزایش زمان اختلاط بود. دلیل اصلی این مسئله به هم پیوستن ذرات پودر سنگ آهک و اختلاط ناکافی این پودر با سایر اجزای بتن تشخیص داده شد. برای رفع این مشکل ساخت مخلوطی متشکل از پودر سنگ آهک، آب و فوق روان کننده و افزودن این مخلوط

_ مایع به سایر اجزای بتن مورد توجه قرار گرفت. حاصل کار راه اندازی یک دستگاه مخلوط کن خودکار (شکل زیر در نزدیکی واحد تولید بتن بود که مخلوط مورد نظر را با نسبت های تعیین شده به صورت خودکار توزین و مخلوط مینمود. سپس مخلوط حاصل به کمک پمپ به مخزن اختلاط بتن فرستاده می شد.

 

دستگاه مخلوط کن خودکار برای اختلاط دقیق پودر سنگ آهک، آب و فوق روان کننده
دستگاه مخلوط کن خودکار برای اختلاط دقیق پودر سنگ آهک، آب و فوق روان کننده

 

همان گونه که عنوان شد، به دلیل وجود حجم زیاد آرماتور در تیرهای دروازه ای شکل بزرگراه، بتن ریزی این اعضا به کمک بتن خودتراکم توانمند(بتن خودتراکم پرمقاومت و دارای نفوذپذیری کم) دارای حداکثر اندازه ی سنگدانه ی ۱۲ میلی متر انجام شد. نمونه ای از وضعیت تراکم آرماتورها در این تیرها در شکل زیر مشاهده می شود.

انبوه آرماتور بکار رفته در مقاطع تیرهای دروازه ای شکل - بزرگراه شهید صدر
انبوه آرماتور بکار رفته در مقاطع تیرهای دروازه ای شکل – بزرگراه شهید صدر

 

 

شکل زیر نمونه ای از پایه های دروازه ای شکل ساخته شده به کمک بتن خودتراکم واقع در بزرگراه شهید صدر را نشان میدهد که حجم تقریبی بتن به کار رفته در آن برابر ۱۷۰ مترمکعب می باشد. آزمایش ها و بررسی تیرهای ساخته شده نشانگر کاربرد و اجرای موفقیت آمیز بتن اعضای بتنی ساخته شده در مقایسه با موارد اجرا شده به کمک بتن معمولی نیز حاکی از همین مسئله است.

 

نمونه ای از پایه های دروازه ای شکل ساخته شده به کمک بتن خودتراکم توانمند- بزرگراه شهید صدر
نمونه ای از پایه های دروازه ای شکل ساخته شده به کمک بتن خودتراکم توانمند- بزرگراه شهید صدر

 

رویکرد جدی به مسئله ی دوام بتن را می توان به عنوان دیگر مشخصه ی ممتاز پروژه ی بزرگراه طبقاتی شهید صدر برشمرد. با همکاری مرکز تحقیقات تکنولوژی و دوام بتن دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در این پروژه برنامه ی کنترل کیفی سخت گیرانه ای به منظور ارزیابی دوام بتن خودتراکم مور داستفاده برای ساخت قطعات بتنی پل طراحی و اجرا شد. به این منظور در طول فرایند تولید بتن خود تراکم و ساخت قطعات بتنی، آزمایش های مختلفی از قبیل جذب آب حجمی، جذب آب مویینگی، مقاومت الکتریکی سطحی، نفوذپذیری در برابر آب (شکل زیر)، مقاومت سطح در برابر پوسته شدن در اثر کاربرد نمکهای یخ زدا) و مهاجرت تسریع شده ی یونهای کلراید به صورت مداوم بر روی آزمونه های تهیه شده از بتن تولیدی کارخانه ی قطعات پیش ساخته انجام می شد و نتایج مورد بررسی و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی قرار می گرفت. پس از بررسی و تائید مخلوط های بتنی موردنظر از منظر مقاومت فشاری و مشخصه های دوام توسط آزمایشگاه بتن، حمل قطعات بتنی به محل پروژه و عملیات نصب آنها صورت می گرفت.

در نهایت با توجه به موارد ذکر شده در خصوص کاربرد بتن خودتراکم در پروژه های عظیم در کشورهای مختلف و نتایج موفقیت آمیز به دست آمده، می توان اقبال بیشتر مهندسین عمران به این نوع بتن خاص را در آینده متصور بود. در ایران نیز پروژه ی ساخت بزرگراه طبقاتی شهید صدر را می توان آغاز به کارگیری وسیع بتن خود تراکم و شروع تحولی در صنعت بتن دانست. با آشنایی سازندگان ایرانی با روش های اجرا و مزایا و معایب بتن خودتراکم در چنین پروژه های عظیمی، می توان در آینده شاهد کاربرد صحیح و اصولی این محصول نوین، اجتناب از به کارگیری مصالح و روش های سنتی و هزینه بر و در نهایت ارتقای کیفیت سازه های بتنی بود.

انجام آزمایش نفوذپذیری در برابر آب بر روی آزمونه های تهیه شده از بتن تولیدی کارخانه ساخت قطعات پیش ساخته حمل و نصب قطعات ساخته شده با بتن خودتراکم - بزرگراه شهید صدر
انجام آزمایش نفوذپذیری در برابر آب بر روی آزمونه های تهیه شده از بتن تولیدی کارخانه ساخت قطعات پیش ساخته
حمل و نصب قطعات ساخته شده با بتن خودتراکم – بزرگراه شهید صدر

 

 

مراجع این فصل:

– رمضانیان پور، ع.، کاظمیان، ع.، خزعلی، م. “مقایسه عملکرد افزودنی های فوق روان کننده ی مختلف بر کارایی بتن خود تراکم برای کاربرد در پروژه بزرگراه طبقاتی شهید صدر”، چهارمین کنفرانس ملی بتن ایران، انجمن بتن ایران، ۱۳۹۱ – رمضانیان پور، ع.، فراز، س.، رئیس الواعظین، م.، وفا، ج. “کاربرد بتن خودمتراکم در برج نمادین میلاد”، دومین کارگاه تخصصی بتن خودمتراکم، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران، ۱۳۸۸. – رمضانیان پور، ع.، خزعلی، م.، کاظمیان، ع.، تاج الدینی، ع.، انصاری، ا.، خوش طبخ، م. “چالشها و تجربیات اجرایی در بتن خودتراکم در پروژه بزرگراه طبقاتی شهید صدر”

_ چهارمین سمینار ملی بتن خودتراکم ایران، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسانا . ۱۳۹۱ – شاهیدخت، غ، جبروتی، م. “طرح اختلاط بتن خودتراکم در تونل رسالت”، اولین کارگاه تخصصی بتن خودتراکم، دانشگاه تهران، تهران، ایران، ۱۳۸۵. – صمدیان، م. “اثر مواد پوزولانی در خواص مکانیکی و دوام در مقابل نفوذ یون کلراید بتن های خودتراز “، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران، ۱۳۸۷ – فروغی اصل، ع.، فامیلی، ه. “بررسی ویژگی های عمومی بتن خودتراکم و دلایل گسترش آن در دنیا”، اولین کارگاه تخصصی بتن خودتراکم، دانشگاه تهران، تهران، ایران، ۱۳۸۵. – فلاح، ج.، نجفی اناری، م.، اللهیاری، م.، کرمی مقدم، م.، خزعلی، م. “کاربرد بتن خودتراکم در پروژه بزرگراه طبقاتی شهید صدر و بررسی روش های کنترل کیفیت و دوام”، پنجمین کنفرانس ملی سالیانه بتن ایران، انجمن بتن ایران، ۱۳۹۲ – “کاربرد بتن خودتراکم (SCC) در پروژه های عمرانی شهری”، مرکز مطالعات و برنامه ریزی شهر تهران، شهرداری تهران، گزارش شماره ۲۹۷، ۱۳۹۴ – مهتا، ک.، مونتهئیرو، پ. “ریزساختار، خواص و اجزای بتن “، ترجمه ی دکتر علی اکبر رمضانیان پور، دکتر پرویز قدوسی و دکتر اسماعیل گنجیان، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، .۱۳۸۸ – میردامادی، ع.، یادگاران، ا.، بنکدار، ا، شکرچی زاده، م. “خصوصیات بتن خودتراکم مورد استفاده در پروژه توسعه حرم حضرت معصومه (س)”، اولین کارگاه تخصصی بتن خودتراکم، دانشگاه تهران، تهران، ایران، ۱۳۸۵. ACI 237R-07, “Self-Consolidating Concrete”, American Concrete – Institute, 2007. Baker, W. F., Houson, M. R., Korista, D. S., Rankin, D. S., Sinn, R. C. – “High performance self-consolidating concrete for north America’s tallest reinforced concrete building: Trump international hotel and tower, Chicago”, ” international RILEM symposium on self-compacting concrete, Belgium, 2007. Day, K. “Concrete Mix Design, Quality Control and Specification”, – Taylor & Francis, Third Edition, 2006. EFNARC, “Specification and guidelines for Self Compacting Concrete”, http://efnarc.org, 2002. – De Schutter, G., Bartos, P. J. M., Domone, P. L., Gibbs, J. SelfCompacting Concrete, Whittles Publishing, Dunbeath, Scotland, UK, 2008. Pafunda, M., “Self-Consolidating Concrete”, Kiewit, USA, 2015. – . Lessard, M., Talbot, C., Phelan, W. S., Baker, D. “Self-Consolidating Concrete Solves Challenging Placement Problems at the Pearson Internation

 

_ Airport in Toronto, Canada”, Proceedings of the First North American Conference on the Design and Use of Self-Consolidating Concrete, Chicago, Illinois, pp. 367-370, 2002. – Ramezanianpour, A. A., Kazemian, A., Sarvari, M., Ahmadi, B. “Use of natural zeolite to produce Self-consolidating concrete with low portland cement content and high durability”, Journal of Materials in Civil Engineering (ASCE Press), Volume 25, Issue 5, pp. 589-596, 2013. – Skarendahl A, Petersson 0 (eds) Self-compacting concrete. State-of-theart report of RILEM Technical Committee 174-SCC. RILEM Publications, 2000. – Ramezanianpour, A. A., Khazali, M. H., Vosoughi, P. “Effect of steam curing cycles on strength and durability of SCC: A case study in precast concrete”, Construction and Building Materials, Volume 49, pp. 807-813, 2013.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap