ارزيابي فركانس ويبراتور بتن به منظور بهينه سازي مقاومت, دانسيته و دوام بتن

ارزيابي فركانس ويبراتور بتن به منظور بهينه سازي مقاومت, دانسيته و دوام بتن

ارزيابي فركانس ويبراتور بتن به منظور بهينه سازي مقاومت, دانسيته و دوام بتن
نويسنده: Kenneth C.Hover
فركانس ويبراتور، كليدي است كه ما را قادر مي نمايد بتن تازه را به بتني يكپارچه تبديل نمائيم. در صورتيكه فركانس ويبراتور خيلي كم باشد، ويبراتور به درستي نمي تواند بتن را يكدست و يكپارچه نمايد و چنانچه فركانس ويبراتور خيلي زياد باشد، به علت ازدياد هواي داخل بتن، مقاومت آن در برابر خرابيهاي ناشي از سيكلهاي انجماد و ذوب شدن قابل ملاحظه اي پيدا مي كند. اپراتورها و كارگران نيز تحت تأثير فركانس ويبراتور قرار مي گيرند، فركانس
چرا كه كاهش فركانس، مدت زماني كه اپراتور بايستي ويبراتور را در بتن تازه به منظور دست يابي به بتني يكپارچه و يكدست قرار دهد، افزايش پيدا
مي يابد. به دلايل فوق الذكر، تصميم بر آن شد كه يك بازنگري دقيق در ارزيابي فركانس ويبراتور در عملكرد قالبهاي خود ويبره، ويبراتورهاي دستي و ويبراتورهاي نصب شده بر روي قالبهاي رونده مخصوص ساخت پياده روها و كف خيابانهاي بتني (Slip Form Pavers) صورت پذيرد.
چرا ما به دنبال فركانسهاي بالاتر هستيم؟
مقـدار انـرژي مورد نيـازي كه بايستي بـه منظـور يكپـارچه سازي بتن بـه كار گرفته شود. بـرأي كسي كه بـه صورت دستي اقدام بـه متـراكم سازي بتن تـازه نموده، معلوم و مشخص مي باشد. نيرو و عملكرد ويبراتورها به مراتب از سايـر وسايل دستي متراكم سازي بتن، مؤثـر مي باشد. زيـرا در مدت زمان كوتـاهتري بـه كمك ويبراتورها، انرژي بيشتري به بتن منتقل مي شود. مقدار انرژي منتقل شده به وسيله ويبراتور، با توان سوم فركانس ويبراتور (f3) نسبت مستقيم دارد. در صورتي كه تمام پارامترهاي مربوط به ويبراتور و بتن را ثابت نگه داريم، با افزايش فركانس ويبراتور از 6000 لرزه در دقيقه (vpm ) به vpm 7500، مقدار انرژي انتقالي به بتن در مدت زمان معين، دو برابر خواهد شد. مقدار انرژي خروجي از vpm 7500 به vpm 9500 نيز دو برابر مي گردد (شكل 1).
يك انتخاب صحيح در فركانس بالاتر ويبراتور، مي تواند به يكپارچه سازي هرچه مؤثرتر بتن و كاهش مدت زمان ويبره بيانجامد و البته انتخاب نادرست نيز، نتايج معكوس را به دنبال خواهد داشت؛ به تعبير ديگري، انتخاب نادرست فركانس پايين ويبراتور، منجر به يكپارچه سازي ناقص و معين بتن شده و يا مدت زمان بيشتري را برأي ويبره نمودن طلب مي كند. در صورتي كه ولتاژ وروردي كم باشد، نيروي خروجي نيز كم خواهد بود و اين به معناي تراكم ناقص و نامناسب بتن
مي باشد. همانگونه كه در شكل 1 ملاحظه مي گردد كاهش فركانس از vpm 8000 به vpm 6500 (حدود 20 درصد كاهش) انرژي خروجي را نصف مي نمايد. اين كاهش انرژي خروجي ويبراتور را مي توان با افزايش مدت زمان ويبره به دو برابر مدت زمان اوليه و كم كردن فواصل جاگذاري شلنگ ويبره در بتن جبران نمود. در حال حاضر ويبراتورهايي كه با فركانس حدود vpm 17000 در دسترس مي باشند كه امكان يكپارچه سازي هرچه سريعتر و بهتر بتن را در مدت زمان معين فراهم مي آورند. فركانس ويبراتور بر اساس لرزش آن در هوا تعيين مي گردد؛ اما فركانس كه هنگام ادخال ويبره در بتن و در تماس با بتن اندازه گيري مي گردد، معيار سنجش مي باشد و اين فركانس به طور قابل ملاحظه اي از فركانس اندازه گيري شده در هوا كمتر بوده و مقدار اين افت به مشخصات مخلوط بتني و حجم آن بستگي دارد. كاهش 20 درصدي فركانس ويبره از هوا به داخل بتن دور از انتظار و غير معمول نبوده و به روشني افت فركانس ويبراتور در هنگام ادخال ويبره به بتن به وسيله اپراتور ملموس و شنيدني است.
آيا مرز و محدوديتي برأي ويبره هاي با فركانس زياد وجود دارد؟
ويبراتورهاي فركانس بالا، به طور مؤثري مي توانند هوا را از بتن خارج نمايند و اين موضوع به تراكم هرچه بهتر بتن
مي انجامد، ليكن ممكن است به كاهش مقاومت بتن در برابر خرابيهاي ناشي از سيكلهاي متوالي انجماد و ذوب نيز بيانجامد. ويبراتورها به دو طريق هوا را از بتن خارج مي نمايند؛ و اندازه حبابهاي هوا و حجم هواي خارج شونده از بتن تازه به پارامترهايي از جمله فركانس ويبراتور وابسته مي باشد. در وهله اول، ويبره با فركانس مناسب، منجر به رواني بتن پلاستيك شده اجازه حركت حبابهاي هوا در كليه اندازه ها را به سمت سطح بتن فراهم مي سازد. از آنجائيكه حبابهاي بزرگتر سريعتر از حبابهاي كوچكتر خود را به سطح بتن مي رسانند، لذا حجم بزرگتري از هواي محبوس در همان مدت كوتاه اوليه ويبره، از بتن خارج مي گردد. در مرحله دوم، ويبراتور در بتن تازه، متناوباً بتن محصور را فشرده و غيرفشرده (Compress & Decompress) نموده و كليه حبابهاي هوا نيز بر اثر فركانس و لرزش ويبراتور منقبض و منبسط
مي شوند. لازم به ذكر است بر اثر پديده هاي فوق الذكر ساختارهاي ترد و لاستيك مانند حبابهاي هوا دچار گسيختگي و انفجار مي شوند. اين گسيختگي در صورتي اتفاق مي افتد كه فركانس نيروهاي انقباضي و انبساطي وارده بر حبابها، با فركانس طبيعي آنها (حبابها) برابر شده و پديده رزونانسي (تشديد) به وقوع بپيوندد. جاي توجه دارد كه حبابهاي بزرگتر، فركانس طبيعي پايين تري داشته، از اين حبابهاي مذكور تردتر و شكننده تر بوده و در طي فرآيند ويبراسيون دچار از هم پاشيدگي مي شوند. شكل شماره 2، نشان مي دهد كه
روزنانسي حبابها در آب با اندازه آنها نسبت معكوس دارد. بر اساس تجربيات ساليان متمادي با ويبراتورهاي به فركانس vpm 3000 تا vpm 6000، انتظار مي رود در اين محدوده فركانسي تنها حبابهاي بزرگتر و مبحوس (Entrapped) از بتن خارج شده و حبابهاي كوچكتر بدون تحريك شديد، سالم در بتن باقي بماند. با بالا رفتن فركانس ويبراتورها، عملكرد آنها در خارج كردن حبابهاي كوچكتر از بتن نيز به مراتب بهتر و مؤثرتر مي گردد. “استارك” (Stark) اين موضوع را در شكل 3 و 4 نشان داده است. فركانس بالاتر در ويبراتورها، منجر به كاهش مقدار هواي موجود در بتن و همچنين كاهش مقاومت بتن در برابر خرابيهاي ناشي از سيكلهاي انجماد و ذوب
مي گردد. اندازه حبابهاي هوا در ارتباط با مقاومت بتن در برابر سيكلهاي انجماد و ذوب به همان اندازه از اهميت برخوردار است كه مقدار هواي موجود در بتن مهم مي باشد. بنابراين در صورت ابقاء حبابهاي كوچك در بتن، كاهش در حجم هواي موجود در بتن لزوماً منجر به كاهش دوام بتن نمي گردد.
چنانچه تراكم بتن بدون هوا مدنظر بوده و حفاظت در برابر سيكلهاي انجماد و ذوب حائز اهميت نباشد، خارج نمودن كليه حبابهاي هوا در تمام اندازه ها از بتن منجر به افزايش مقاومت بتن سخت شده و بالا رفتن دانسيته آن مي گردد، اما در صورتي كه تراكم بتن هوادار مد نظر باشد، فقدان حباب هوا، خصوصاً حبابهاي كوچكتر در بتن، مقاومت در برابر سيكلهاي انجماد و ذوب را شديداً كاهش مي دهد.
فركانس بهينه ويبراتورها
پس از بحث هاي صورت گرفته در قسمتهاي قبل، حال جاي اين سؤال است كه فركانس بهينه ويبراتور به منظور تراكم سازي حداكثر بتن و رسيدن به بيشترين مقاومت در برابر خرابيهاي ناشي از سيكلهاي انجماد و ذوب چه مقدار است؟ پاسخ سؤال مذكور منوط به موارد مندرج در ذيل مي باشد: نخست، اين سؤال از جانب چه كسي مطرح گريده است؟ دوم، تجهيزات ويبره بتن داراي چه مشخصاتي است و تركيب مخلوط بتني چگونه است؟ سوم، مشخصات فني بتن را چه كسي تهيه نموده است؟
برخي، در جدول مشخصات فني، فركانس را به vpm 5000 تا vpm 8000 محدود نموده اند، برخي ديگر نيز فركانس را به vpm 8000 تا vpm 10000 منحصر كرده اند. اما آنچه كه بايستي در صورت عدم وجود فركانس معين در مشخصات فني در نظر داشت اين است كه انرژي خروجي در فركانس vpm 10000 دو برابر انرژي خروجي در vpm 8000 بوده و نيروي خروجي در vpm 8000 چهار برابر نيروي خروجي در vpm 5000 مي باشد. مقادير فوق الذكر مشروط به ثابت بودن كليه پارامترها و فاكتورها به غير از فركانس (متغير مستقل) ويبراتور است.
پر واضح است كه مخلوط هاي مختلف بتني، عكس العملها و بازتابهاي متفاوتي در برابر ويبراسيون از خود نشان مي دهند، نسبتهاي اختلاط و دانه بندي سنگدانه هاي مصرفي در بتن، بيشترين تأثير را در مقايسه با خمير سيمان و يا مقدار آب بر روي ويبراسيون بتن و فركانس مورد نياز دارند. پايداري حبابهاي هوا نيز خودشان به فاكتورهايي از قبيل شيمي سيمان و آب، نوع مخلوط و ميزان آب و سيمان مصرفي در ساختار بتن، دانه بندي سنگدانه ها و دماي بتن وابسته هستند؛ مخلوط هاي بتني با حبايهاي ريز (Fine 0 air – void) در مقايسه با مخلوط هاي بتني با حبابهاي درشت (Coarse – air – void) به فركانسهاي بالاتري جهت ويبراسيون احتياج دارند. نوع، اندازه، وزن دامنه نوسان و مدت زمان ويبره يك دستگاه ويبراتور همگي در تعيين فركانس بهينه برأي مخلوط بتني در يك سايت خاص به همراه ماشين آلات ويژه مصرفي در آن سايت، تأثيرگذار مي باشند. اما آنچه كه حائز اهميت است، اين است كه نتيجه بحث يك پاسخ عمومي و يا يك فركانس معين نمي باشد، بلكه احتياج واقعي اين است كه يك مخلوط معين بتني در مقابل تجهيزات خاص به كار گرفته شده در ارتباط با آن، چه عكس العملي نشان داده و يا به عبارت ديگر با چگونه تركيبي از تجهيزات و مواد مي توان به مقاومت، دانسيته و دوام مورد نياز بتن دست يافت.
در حال حاضر، اطلاعات مربوط به تأثيرات فركانس ويبراتور بر روي عملكرد بتن تا حدودي پراكنده مي باشد. بيشترين اين آمارها و داده ها، نتيجه حل مسائل و مشكلات كارگاههاي مختلف بوده است؛ ليكن از هم اكنون، توجه خاصي به ثبت و درج مشخصات آماري فركانس ويبراتورها و جمع آوري اطلاعات مربوط به اينگونه تجهيزات معطوف گرديده است. در ضمن همه ما مي توانيم با گوش دادن به صداي ويبراتور در پروژه هاي كوچك و بزرگ، احساسي از عملكرد آنرا تجربه كرده و با بكارگيري مجدد اين تجربيات اطلاعات مورد نياز درباره ويبراتورها و بتنها را ارزيابي و تجزيه و تحليل نمائيم.

گوشهاي خود را به كار اندازيد!
محدود فركانسي vpm 6000 تا vpm 15000 كه در مورد ويبراتورها مورد بحث قرار مي گيرد، در حوزه شنوايي انسان
مي باشد؛ بنابراين به راحتي مي توان از حس شنوايي آدمي به عنوان ابزاري برأي تشخيص فركانس ويبراتور و همچنين افت فركانس دستگاه ورود شلنگ ويبراتور به درون بتن و نيز آميز دادن افزايش فركانس ويبراتور در مواقع روان شدن بتن پلاستيك بهره جهت قالبهاي مخصوص بتن اغلب صدای (Tone) ويبراتور را تشديد مي نمايند، لذا با داشتن تجربه كارگاهي كسي مي توان صداي صحيح ناشي از عملكرد درست ويبراتور را تشخيص دادن بخصوص هنگاميكه در كارگاه صدايي غير از صداي ويبراتور شنيده نشده و آهنگ ويبراتور با صداي ماشين آلات ديگر مخدوش نگردد.
دستگاه كاليبره و كوك گيتار، و ميله اي ساده و ارزان قيمت به منظور تخمين فركانس ويبراتور پيشنهاد مي گردد. اين وسيله به قيمت 6 دلار، از شش سيم با محدوده فركانس vpm 4900 تا vpm 19000 تشكيل شده است كه اتفاقاً محدوده فركانس مورد نياز در مورد ويبراتورها را نيز پوشش مي دهد. سيم A با فركانسي برابر vpm 6600، فركانس معمول ادخال شلنگ ويبراتور در بتن بوده و در چنين فركانس پائيني، مشكلات بسيار محدودي گزارش گرديده است. با سيمهاي D و G مي توان از vpm 8800 تا vpm 11800 را تجربه نمود. اين محدوده، منطقه انتقالي از ويبراتورهاي فركانس پائين به ويبراتورهاي فركانس بالاست، و با سيم B نيز مي توان به فركانس vpm 14800 دست يافت. چنين فركانسي (vpm 14800) مربوط به عملكرد ويبراتورهاي فركانس بالا در هوا مي باشد. (يك مثال كاملاً آشكار مربوط به انتقال فركانسي از B به G مربوط است به فروبردن شلنگ ويبراتور با فركانس هوايي vpm 14800 به فركانس درون بتني vpm 11800 كه عملاً 20% افت فركانسي را نشان مي دهد). سيم E نيز فركانس vpm 20000/1 تداعي مي سازد كه شبيه صداي آژير حمله هوايي است. چنانچه در كارگاه ويبراتوري اين صدا شنيده شد، بهتر است شلوغ كاري را كنار گذاشته و با خاموش كردن ويبراتور، به فكر پوشاندن سطح بتن باشيد.
شكل 1- انرژي انتقالي به بتن بر اساس تابعي از فركانس ويبراتور.
شكل 2- فركانسي رزوناسي حباب ها در آب.
شكل 3- اثرات فركانس ويبراتور و نسبت آب به سيمان بر روي مقدار هواي بتن.
شكل 4- اثرات فركانس ويبراتور و نسبت آب به سيمان بر روي تعداد سيكلهاي انجماد و ذوب به منظور دست يابي به 20% افت وزني بتن.


راهنمای کاربردی مخلوط گروت آماده

آنچه باید درباره گروت و ملات بدانیم
1- مقدمه
مخلوطهای گروت آماده جهت مصارف مختلفی چون، زیر صفحه ستونها، آنکربلتها، نصب ریل ماشین آلات، برینگ پلها، بلتها، ریلها، حایل ها و ... کاربردی دارند.
این گروتها به گونه ای طراحی شده اند که توان جذب نیروهای وارده و انتقال آنها به بخش زیرکار را داشته باشند.
برای مثال در هنگام نصب انواع ماشین آلات نیروهای وراده از آنها توسط گروت یا ملات به فنداسیون بتنی منتقل می گردند. ملاتها و گروتها موجب حصول مقاومتهای مطلوب و مطمئن و همچنین اتصال پایدار بین ملات و سازه ای که قرار است بر روی آن گروت یا ملات قرارگیرد از یکطرف و سطح زیرکار از طرف دیگ می گردند.
بطور کلی دو روش ملات ریزی در داخل حفرات در محل اتصال آنکرو وجود دارد که عبارتند از :
الف – گروت یا ملات خشک (Dry-pack Mortar) : در این روش ملات با استفاده از نیروی تراکمی Tamping جایگذاری می شود.
ب – گروت یا ملات سیال (Flow Mortar) : بعلت روانی در هنگام ریختن، گروت یا ملات خود به خود جایگذاری می شود.
هرچند مصرف گروت یا ملاتهای نوع خشک بطور کاملاً رضایت بخشی در عمل در کارهای ساختمانی بکار برده می شود ولی این روش جایگذاری همیشه روش مناسبی نیست، به همین خاطر است که در عمل تمایل به استفاده از روش ملات سیال رو به افزونی دارد. روش ملات سیال در محلهایی که حفرات تقریباً بسته و مسدود و غیر قابل دسترسی بوده بیرون از آن، گروت کاری براحتی امکان پذیر نیست کاربرد فراوان دارد.

2- چرا ملاتهای مخلوط گروت آماده ترجیح داده می شوند؟
ملاتهای گروت طراحی شده برای گروت کاری می بایست پاسخگوی کاربردها، عملکردها و نیازهای مشخصی همچون موارد زیر باشند.

• قوام یافته و سیال باشد و در حالت معمولی جاری شود.
• دچار جداشدگی آب و سنگدانه از هم نشده و ته نشین نشود.
• دچار جمع شدگی قابل ملاحظه نگردد.
• توان نگهداری آب ملات بتنی و سیمان را داشته باشد.
• در حداقل زمان به مقاومت مطلوب دست یابد.

مجموعه موارد ذکر شده در بالا نیازمند همگونی مخلوط، مواد چسباننده و مصالح سنگی (دانه بندی) و مواد افزودنی هستند. چنانچه مخلوط گروت در کارگاه ساختمانی ساخته شود و از مصالح سنگی موجود استفاده بعمل آید، دانه بندی مناسب بدست نخواهد آمد و ضمانت لازم نیز امکان پذیر نخواهد بود.
برای بدست آوردن درصد بهینه مواد چسباننده و افزودنی (اگر نیاز باشد) و مصالح سنگی در چنین شرایطی از نظر تکنیکی تقریباً غیر ممکن خواهد بود و از نظر اقتصادی نیز کاملاً غیر اقتصادی است. به همین دلیل است که از ملات مخلوط آماده بطور ایده آل برای ملات ریزی و گروت کاری استفاده بعمل می آید. این نوع ملاتهای مخلوط آماده تحت شرایط کنترل شده و فرموله شده و از پیش مخلوط شده در کارخانه بسته بندی می شوند. از آنجاییکه خصوصیات عملکرد این مواد بطور دقیق مشخص و معلوم است، چنانچه طبق راهنمای سازنده بکار برده شوند و همچنین بطور مناسب مخلوط، تحکیم و عمل آوری شوند، نتایج مثبت و رضایت بخشی را بدنیال خواهد داشت.

3- ملاتهای گروت آماده
شرکت وندشیمی تولید کننده و عرضه کننده گروتها و ملاتهای مخلوط آماده بر پایه سیمان، رزین اپوکسی و پلیمری (بسپار) می باشد.
مهمترین عامل در انتخاب ملات برای یک کاربرد مشخص بستگی به شرایط و خواسته های مورد نیازسرویس، ملات ریزی و یا گروت کاری دارد. هریک از این نوع ملاتها دارای خصوصیات عملکردی مشخص و منحصر بفردی می باشند که پاسخگوی نیازهای موجود خواهند بود.

• گروت منبسط شونده بر پایه سیمان
• گروت سیمانی اصلاح شده با مواد پلیمری (بسپار)
• گروت اپوکسی دوجزیی و یا سه جزیی

گروت آماده منبسط شونده
ملات، گروت سیمانی منبسط شونده با مقاومت اولیه و نهایی بالا و زود رس که به دمای آب و هوایی محیط و زمان مصرفی بستگی دارد.
این ملات بصورت پودر خشک بسته بندی شده، آماده مصرف می باشد و در هنگام ترکیب با آب، دارای خصوصیت و یژه انبساط حجمی دو مرحله است.
انبساط اولیه آن حاصل تصعید گازها بوده و هنگامی بوقوع می پیوندد که پودر آن با آب ترکیب می شودو به مدت 15 تا 30 دقیقه بطول می انجامد. فاز دوم انبساط نیز در اثر واکنش شیمیایی گیرش ملات است که یک یا دو روز بعد از اختلاط ملات آغاز می شود.
به منظور حصول انبساط اولیه بهینه بایستی ملات را پس از اختلاط با آب سریعاً مورد استفاده قرارداد. گروت مخلوط آماده از نوع گروت ضد سولفات بوده و دارای سیمان پرتلند ضد سولفات بر طبق ASTM C 150 نوع V و پودر میکروسیلیکا می باشد. این ملات مخصوص دمای بالای c°40 - c°10 بوده و چنانچه ملات ریزی در زیر دمای یاد شده صورت گیر و نرخ کسب مقاومت کندتر خواهد شد.

گروت اصلاح شده پلیمری
ملات سیمانی اصلاح شده با مواد پلیمری دارای دو جزء می باشد.
-جزء مایع A : رزین پلیمری
-جزء مایع B : مخلوط سیمان با مقاومت بالا و دانه بندی ویژه با ماسه سیلیسی شکری، با بهترین خواص روان کنندگی.
در هنگام ملات ریزی تنها کافیست دو جزء B و A با هم مخلوط شوند. این ملات دارای خصوصیات زیر
می باشد :
1-مقاومت کششی و خمشی بالا
2-خاصیت آببند کنندگی مطلوب
3-مقاومت سایشی بالا
4-پیوند قوی با زیرسازی (معدنی)
5-مقاومت بالا در برابر اثر آب شور دریا
توجه :
برای کسب اطلاعات بیشتر به راهنمای ملات تعمیراتی و محافظتی وندشیمی مراجعه شود.

گروت اپوکسی
این گروت اپوکسی شکل پذیر و بدون حلال شامل 3 جزء می باشد.
رزین اپوکسی، سخت کننده، عمل آورنده آمین و دانه بندی ویژه سیلیسی
در هنگام مصرف کافیست سه جزء آن با هم مخلوط شوند.
این ملات دارای خصوصیات زیر است :
1-سخت شدن سریع که دمای محیط بستگی دارد
2-قابلیت بالای چسبندگی به زیر کارهای معدنی و فولادی
3-مقاومت در برابر ارتعاشات شدید
4-سخت شدن بدون جمع شدگی
5-مقاومت بالا در برابر حملات مواد شیمیایی
6-مقاومت مکانیکی بسیار زیاد

موارد مصرف :
-گروت کاری و ملات ریزی برای پیوند محکم سازه ای در شرایط باربری دینامیکی
-در صنایع، شامل :
کارخانه و ماشین آلات موتوری
ژنراتورها
پمپها
ریل جرثقالها
سیستمهای انبارهای بلند

- در کارهای ساختمانی، شامل :
برینگ پلها
پایه گاردهای محافظ
دست اندازها
تیرهای راهنمایی لامپهای استاندارد
انکربلتها
- در صنایع ساختمانی، شامل :
ستونهای پیش ساخته بتنی و یا فولادی
اجزاء ساختمان
پی ها، تصفیه ستونها، اتصالات، روزنه های لوله کشی
- تعمیرات بتن، شامل :
روسازی حفرات سنگها و فواصل آنهاپر کردن حفرات

4- مورد کاربردی
آماده سازی زیرکار
موفقیت در انتقال نیروهای وارده توسط مواد پیوند دهنده کاملاً به زیر کار بستگی دارد.
این موفقیت ذکر شده را می توان در 3 واژه خلاصه کرد.
1- سلامت (Sound) 2- تمیزی (Clean) 3- ثبات (Stable)
زیرکار سیمانی می بایست :
-عاری از هر گونه چربی یا گرد و غبار، روغن و مواد آلوده باشد.
-عاری از هرگونه روغن قالب و مواد عمل آورنده باشد.
-عاری از هرگونه پوسته و بخشهای سست و لق باشد.
-عاری از پوسته سیمانی و دوغاب سیمان باشد.
زیرکارهای فلزی می بایست :
-عاری از هرگونه روغن، چربی، گرد و غبار و مواد آلوده باشند.
-عاری از لایه های پوسته ورقه شده باشند.

روشهای آماده سازی سطوح زیرکار
انتخاب نوع روش آماده سازی سطوح زیرکار به عواملی چون :
شرایط زیرکار، امکانات محلی و نوع ملات مصرفی بستگی دارد. سطح قدیمی را می توان با استفاده از روشهای زیر آماده کرد.
-سند بلاست نمودن، واتربلاست شدید، قلم و چکش کاری، مضرس کردن و خراش دادن سطوح، خراشیدن و زبر کردن سطوح عامل اصلی پیوند و چسبندگی ملات با سطح زیر کار است.
-باید به این نکته توجه داشت که زیرکردن بیش از اندازه سطوح موجب جلوگیری از روان شدن ملات بر روی سطح می گردد.
رطوبت در بتن زیرکار
هنگامیکه زیرکار از نوع بتنی، ملات سیمایی و یا ملات سیمانی اصلاح شده با مواد پلیمری باشد، مرطوب بودن زیرکار الزمی است. اشباع کردن زیرکار از آب موجب جلوگیری ازخشک شدن ملات مصرفی (در اثر جذب آب ملات توسط زیرکار) شده و باعث افزایش چسبندگی می گردد.
سطح زیرکار خشک موجب از دست رفتن آب ملات و مایع پلیمری آن می گردد که نتیجه آن، ضعیف شدن چسبندگی در محل اتصال است. مدت زمان مرطوب نگه داشتن زیرکار به درجه جذب آب زیرکاربستگی داشته و بایستی مقدار آب مازاد را قبل از ملات ریزی با استفاده از پمپ، اسفنج، فشارباد، دستگاه و کیوم و ... جمله آوری کرد. ملاتهای اپوکسی برخلاف ملاتهای سیمانی برای بوجود آوردن پیوندی قوی نیازمند زیرکاری خشک هستند ولی گروتهای چسباننده و ندشیمی حتی در محلهای کم رطوبت نیز بخوبی می چسبند.
قالب گذاری
طراحی قالبها باید به گو.نه ای باشد که در حین گروت و ملات ریزی هیچگونه تغییر و جابجایی در آنها بوجود نیاید. قالبها راباید بالاتر از سطح گروت کاری در نظر گرفت. این مقدار اضافی راباید برای اطراف نیز در نظر گرفت. در گروت و ملات ریزی بایستی اطمینان حاصل نمود که هوای محبوس درون ملات از آن خارج شود.
پس باید روزنه های باز را در سمت مخالف محل گروت و یا ملات ریزی و یا در گوشه ها و زاویه ها تعبیه نمود. این روزنه ها محلی برای بررسی گروت و ملات ریزی در حین کار خواهند بود.
ژوئنهای موجود در قالبها و یا هر نوع وسیله فاصله دهنده در محل اتصال قالبها، زیرکار با محلهای نصب و سوار کردن باید برای جلوگیری از نشت شیره ملات مسدود شوند. برای اینکه این قالبها براحتی باز شوند می توان از مواد رها کننده قالب همچون روغن قالب با کیفیت بالا استفاده به عمل آورد و از مواد پارافینی نیز برای ملاتهای اپوکسی استفاده کرد.

آماده سازی مخلوط ملات
هر جا که امکان مصرف ملات مخلوط آماده وجود دارد می توان از تمامی محتوی بسته استفاده نمود.در صورت چند جزیی بودن مواد، می توان آنها را با هم مخلوط نمود و در صورت یک جزیی بودن ملات می توان از دستورالعمل استفاده نمود. باید توجه داشت که حتماً یک نمونه کوچک از ملات تهیه شود و همچنین در هنگام اختلاط اپوکسی، به علت قیمت بالای آن بهتر است راهنمای سازنده را بطور دقیق اجرا نمود.
رعایت نکات زیرالزامی است :
-مواد تشکیل دهنده ملات از قبل آماده شده سیمانی خشک و یا مصالح سنگی بخش اپوکسی را باید تماماً در یک ظرف خالی کرد و کاملاً مخلوط نمود تا در اثر جابجایی در حمل و نقل ته نشینی در آن بوجود نیاید.
-اصلاح نمودن مخلوط نسبت بندی شده توسط مواد افزودنی دیرگیر یا زودگیر مجاز نمی باشد.
-ملاتهای مایع را باید با سرعت کم مخلوط نمود تا از هوادهی به درون مخلوط ملات جلوگیری به عمل آید. در چنین حالاتی حبابهای هوای وراد شده به درون ملات بر روی سطح ملات مایع آمده و در هنگام نصب صفحه ستونها و ماشین آلات موجب کاهش اتصالات بین ملات آنها می گردد. در صورتیکه امکان داشته باشد بهتر است تا عمل هواگیری (Ventilater) از مخلوط ملات بصورت محدود انجام شود.

کارگذاری مخلوط (ملات ریزی)
هنگام گروت ریزی در زیر صفحه ستونها و ... باید محل ریختن کاملاً از ملات پر شود. ملات سیمانی باید بطور پیوسته ریخته شود. چنانچه از فشار ملات ریزی کاسته شود، به حالت شل (Sluggish) در آمده و نهایتاً روانی آن از بین رفته و روان کردن مجدد آن مشکل خواهد بود.
در این رابطه ملات رزینهای مصنوعی دارای مصرف راحتری هستند. این ملاتها در هنگام ریخته شدن به شکل آهسته و مطمئن در جریان خواهند بود تا اینکه به بخش مقابل قالب برسند. حتی در صورتیکه عمل ریختن ملات به دلیلی متوقف شود به محض اینکه ملات جدید ریخنه شدف ملات قبلی شروع به حرکت می کند.
برای اینکه مابین سطح ملات زیخته شده و زیر صفحه ستون فاصله ای بوجود نیاید سطح ملات ریخته شده از سطح زیرین صفحه ستون پایین تر بیاید.
برای اینکه جریان روان ملات در زیرصفحه ستون به سادگی امکان پذیر باشد باید اعمال زیر را به انجام رسانید :

• کوبیدن ملات با استفاده از میله اسلامپ و یا یک قطعه چوب از محل ریختن ملات (روزنه)
• کشیدن حلقه هایی از سیم یا زنجیر از طرف مقابل روزنه
• کوبیدن آرام بر روی پهلوهای قالب بوسیله چکش

عمل آوری
تمامی ملاتهای سیمانی و اپوکسی برای اینکه از تبخیر سریع رطوبت در امان باشند باید عمل آوری شوند. عمل آوردن ملات با استفاده از مواد پوشش دهنده (کیورینگ) و یا با استفاده از گونی خیس پس از ریختن ملات به انجام می رسد و با توجه به شرایط آب و هوایی سه روز ادامه می یابد. در این میان ملاتهای اپوکسی احتیاج به عمل آوری خاصی ندارند.

5- نمونه کاربردی ملات گروت مایع
نصب زیر سری ماشین آلات
ملات و گروت مایع به انکر بولت نمودن زیر صفحه ماشین آلات، باید توان جذب نیروهای اساتیکی و دینامیکی و انتقال آنها از ملات به زیرکار بتنی را داشته باشد. انواع تنشهای کششی، برشی، فشاری و بار دینامیکی ممکن است بیش از اندازه بار استاتیکی باشند. برای اطمینان از اینکه بار وارده تماماً به زیر کار انتقال می یابد باید چسبندگی بین صفحه زیرسری و ملات مناسب باشد. به همین خاطر است که باید از تمرکز تنشهای منطقه ای جلوگیری کرد پس در نتیجه ملات باید عاری از هر نوع حباب هوا بوده و دارای قوام و روانی مطلوب باشد. ملات نیز باید بصورت پیوسته و بدون توقف به انجام برسد.
باید توجه داشت که قبل از گروت ریزی اطراف انکربلتها، گروت کاری شوند و پس از آن ملات زیر صفحه در یک مرحله ریخته شود.

پی (فوتینگ) ستونها و دیوارهای حایل
در این نوع زیرکار، ملات و گروت تنها نقش جذب نیرو و انتقال بارهای استاتیکی را ایفا می کنند
صفحه ستونهای فولادی
در مکانهائیکه اندازه های فوتینگ مناسب باشند پیشنهاد می شود از روش جای دادن مواد خشک (Dry pack) برای اجرای گروت و یا ملات کاری استفاده شود. اگر قرار بر این باشد که زیر صفحه ستونها از ملات مایع پر شود باید حتی الامکان از آب آوری و ایجاد حباب هوا در ملات جلوگیری بعمل آید.
ستونها پیش ساخته بتنی با آرماتورهای اتصال آماده
در این حالت باید اطمینان حاصل نمود که حفره های طراحی شده به شکل مناسبی گروت کاری شده اند. این نوع انکرها می توانند به دو صورت به انجام رسند.
-شکل شماره 1 : این طرح از نظر تکنیکی ترجیح داده می شود. زیرا اتصال فولاد به بتن بهتر کنترل شده و مطمئن تر است.
-اثر توقف در حین ملات ریزی در کل ملات ریزی دارای کمترین حساسیت می باشد.
انکربلتها
برای گروت کاری انکربلتها و پن ها، مخلوط ملات باید به حد کافی قوام و روانی داشته باشد تا سطح اتصال بلتها و جداره حفره ها را بخوبی آغشته از مواد چسبنده نماید. حفرات تعبیه شده باید به اندازه ای باشند تا فاصله کافی برای جریان یافتن ملات در اطراف بلت را مهیا نمایند. حداقل فاصله بین شفقت بلت با جداره حفره باید تقریباً سه برابر بزرگترین اندازه دانه بندی موجود در مخلوط ملات باشد.

پر کردن حفرات بزرگ
در هنگام پر کردن حفرات بزرگ باید تمایل جمع شدگی ملات سیمانی را در نظر گرفت. همین مساله را در مورد ملات رزین اپوکسی نیز باید در نظر داشت (زیرا با واکنش حرارت زا همراه است.) با افزودن مصالح سنگی درشت دانه به مخلوط آماده تمامی این تاثیرات جبران می گردند.

الف) افزودن مخلوط سنگی درشت دانه به ملات مخلوط شده
با توجه به اندازه حفرات می توان از مصالح سنگی با اندازه های متفاوت استفاده کرد(اندازه های ... ، 32-16 ، 16-8 ، 8-4 میلیمتر). مقدار مصالح سنگی درشت دانه بسته به درجه کارایی مورد نظر تعیین می شود و معمولاً بین 10% تا 50% (وزنی) مخلوط آماده می باشد. سنگدانه های گرد گوشه و صاف، کارایی بهتری را بوجود می آورند.

ب) پر کردن حفرات از قبل
بجای افزودن مصالح سنگی درشت دانه به ملات مخلوط آماده می توان از روش دیگری نیز استفاده کرد. در این روش حفره با مصالح سنگی درشت تا یک ارتفاع مشخص پر شده و بر روی آن ملات ریخته می شود. این عمل در چند مرحله صورت می گیرد تا حفره پر شود.
برای استفاده از این روش که در اجرای Epoxy Grout گروت سیمان اصلاح شده با پلیمر توصیه می شود.
ابتدا ملات مخلوط آماده را داخل حفره ریخته و پس از آن مصالح سنگی بر روی ملات ریخته شده و در نهایت نیز عمل اختلاط ملات و سنگدانه به انجام می رسد.
عملیات فوق را باید مرحله به مرحله تا پر شدن حفره به انجام رساند.

6- کاربرد موارد مشابه
رزین اپوکسی دو جزیی
آنکر کردن افقی و روی تاجی
در مکانهاییکه امکان گروت ریزی در جا برای آنکر بلتها بعلت افقی بودن و یا واقع شدن بر روی تاج وجود ندارد، حفرات را طوری طراحی می کنند تا (Fastener) (حفره و یا سوراخ دریل شده و ...) را توسط ملات مخلوط آماده پر کرده، آنکر بلت را در وسط آن قرارداده و با فشار بداخل آن فرو می کنند. در این روش ملات مخلوط به گونه ای سخت خواهد بود که حفره دریل شده واقع بر روی تاج را با آن پر می کنند اما چیزی از این ملات بیرون نمی ریزند و همچنین به گونه ای نیز پلاستیکی است که می توان بلت را بدون اعمال فشار زیاد بداخل ملات فرو کرد.
پس این ملات باید دو خاصیت را دارا باشد :
1-در هنگام سکون سخت ودر هنگام بهم خوردن روان شود (Thixotrop)
2-خاصیت مربوط کنندگی مطلوبی از خود بروز دهد و توان چسبندگی مناسبی را از خود نشان دهد و به بتن و فولاد بخوبی بچسبد.

چسباندن صفحه های فلزی کوچک
صفحه های کوچک فلزی را می توان بدون بروز هیچگونه مشکلی بر روی سطوح تاج و سطوح عمودی با مصرف گروت رزین اپوکسی متصل نمود.

تزریق در حفراتی که نمی توان آنها را گروت ریزی نمود
در مکانهایی مانند مابین حایلها و تیر ریزیها که به مقاومت بالا و چسبندگی مطمئن نیازمند می باشد (مثلاً زمانیکه تعمیرات سازه ای انجام می شود). در محلهائیکه فضای کافی برای روان شدن ملات بین اجزاء سازه وجود، در چنین شرایطی می توان از تزریق ملات رزین اپوکسی دو جزیی برای پر کردن فضا و حفرات موجود با استفاده از دستگاه تزریق استفاده نمود. برای این منظور عملیات با پر کردن ته حفره آغاز می شود و در حین تزریق آرام و آرام دستگاه به بیرون کشیده می شود.

ملات رزین اپوکسی سه جزیی (Dry pack)
ملات رزین اپوکسی که دارای فیلر سیلیسی است حاوی مواد زیر می باشد :
1- رزین اپوکسی 2- عمل آور هاردتر آرمین 3- مصالح سنگی با مقاومت بالا
برای آماده کردن ملات 3 جزیی باید 3 جزء را طبق راهنما با هم مخلوط کرد.
ملات اپوکسی 3 جزیی برای پر کردن حفرات فرموله ویژه با روش بسته – خشک است که از طریق ریختن و ضربه کوبی انجام می گردد.
به این دلیل که مقدار مواد چسباننده با بخش بسیار زیادی از ماسه کوارتز افزایش می یابد (10 : 1) ملات ریخته شده دارای تخلخل زیادی می باشد. برای استفاده در فضای آزاد پیشنهاد می شود که سطحی که در مجاورت محیط می باشد توسط یک درزگیر و مسدود کننده اپوکسی پوشش داده می شود. (مخلوطی از بخشهای A و B )

ملات پلیمری آماده دو جزیی
ملات پلیمری سخت شونده بر پایه متیل متکریلیت شامل دو بخش می باشد :
1-بخش مایع منومر متیل متکریلیت
2-بخش پودری پراکسید
برای آماده سازی مخلوط برای مصرف دو جزء آنرا بخوبی مخلوط نموده و تکان داده و بر روی سطوح خشک اجرا می کنند. چنانچه حفرات بزرگ باشند می توان از مصالح سنگی تمیز و خشک mm 7-2 با نسبت وزنی 1 : 1 استفاده نمود. قابل ذکر است که ملاتهای پلیمری را در سطوح با حداکثر شیب 45 درجه می توان بکار برد.
از موارد کاربرد ملاتهای پلیمری می توان به محلهای زیر اشاره نمود:
-جاده های بتنی
-کف سازیهای صنعتی
-باند فرودگاهها
-محلهای پارک ماشین
-جای گذاری زیر پلها و غیره

انتخاب صحیح مواد برای کاربرد
تهیه یک دستورالعمل کلی و یا قانون برای یک انتخاب صحیح تقریباً ممکن است.
در یک انتخاب قبل از هر چیز باید مشخصات مواد و موارد کاربرد آن و همچنین مشخصات فنی کار مورد نظر باید مورد توجه قرار گیرند. بدنیال این توجه خاص است که می توان به انتخاب صحیح نزدیک شد. برای انتخاب سریع مواد می توان به جدول زیر مراجعه نمود. در صورت بروز هرگونه تردید
می توان به سازنده جهت اطلاعات بیشتر از مواد مراجعه کرد.

انتخاب بهترین و مناسب ترین ملات
برای انتخاب مناسب ترین ملات برای هدف مورد نظر به سوالات جدول زیر پاسخ دهید. هر ستونی که
" بله " بیشتر و یا " خیر " بیشتری داشت در پایین، ملات مناسب مصرف را معرفی می کند.

ملات رزین اپوکسی
شکل پذیری
ملات سیمانی
گروت سیمانی - پلیمری
بله
آیا ملات در معرض حملات شیمیایی قرار می گیرد ؟
خیر
بله
آیا ملات درست بعد از ریختن بارگذاری می شود ؟
خیر
بله
آیا ملات در معرض ارتعاشات شدید قرار می گیرد ؟
خیر
بله
آیا دمایی که ملات بطور دائم در آن قرار می گیرد بالای
c°70 است ؟
خیر
بله
آیا نیاز به چسبندگی زیاد و مقاومت بالا بین ملات و فولاد است ؟
خیر

درجه حرارت محیط در طی 12 ساعت = c°20

ملات رزین اپوکسی شکل پذیر
ملات سیمانی گروت سیمانی - پلیمری



نفوذپذيري و دوام
مقدمه :
بتن در 80 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 :
1- پروژه هاي صنعتي كه عموماً توسط طراحان بومي، پيمانكاران بين المللي و كساني كه متخصص در اين رشته مي باشند، انجام مي شود.
2- طراحان اين پروژه ها از شرايط سختي كه بتن در معرض آن قرار مي گيرد اطلاع كافي ندارند.
3- 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 :
1) درجه حرارت بسيار بالا در كوره هاي بلند در پالايشگاه ها و ترك خوردگي در اثر آن.
2) 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.
3) 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.
4) 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.
5) نفوذ يون كلر و حملات سولفاتها باعث خوردگي آرماتورها و در نتيجه ترك خوردگي مي شوند.
6) حركات ماشين آلات، باعث توليد تركها در بتن مي شود.
7) 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. 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.
Cement + Agregates + Water + Admixture or Adetives = Concrete
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 مكعب × سانتيمتر (يا) سانتيمتر مكعب × سانتيمتر
سانتيمتر مربع × ثانيه ×‌ سانتيمتر سانتيمتر مربع × ثانيه × 1 اتمسفر

نفوذپذيري بتن (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 (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.
Caco3 + H2SO4 + H2OCaso4 + 2H2O + CO2
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.
تهاجم سولفاتها مي تواند؛
1) 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.
2) واكنش شيميايي سولفات ها با هيدرواكسيد كلسيم آزاد 2(OH)Ca، محصول هيدراسيون تركيب شده ساختار منافذ بتن را تخريب مي نمايد.
3) 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. 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 Classification
Powers
Air Voids
Capillary
Gel
10.000 Pore Diameter (nm)
50
25

Iupac
Air Voids
Macro
Mesu
Micro


Pore SizeClassification 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 موئينه Capillary Flow :
جـريـان در داخل خلل و فرج موئينه از قانون دارسي D’ ARCY LAW براي جريان Laminar پيروي مي كند.
dq/dt = KA (Dh / L)
كه در آن dq/dt سرعت جريان و A مساحت سطح مقطع نمونه و (Dh / L) گراديان هيدروليكي در آن مقطع است.
K 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.
K/ = Kh
rg
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.
پاور (Power ) و همكارانش، يك ديدگاه تئوري براي ساختن مدل اين پديده با استفاده از قانون Stores روي يك سوسپانسيون غليظ بوجود آورده اند. معادله زير با استفاده از تعدادي از فرضيات ساده شده بدست امده است كه مطابقت خوبي بين مشاهدات ومقادير محاسبه شده بين درجه حرارت صفر تا 30 درجه سانتيگراد نشان می دهد.
( C ) 0.7 + 124 2 ) - ) p × e2( 1-C ) 10 –12 × 1.36K1 =
h(q) C T 1-C
كـه در آن h(q) ويـسكـوزيـتـه (گرانروي) سيـال كه تابـعي از حــرارت T است و C كه (Volume Fraction) نسبت حجمي مواد جامد است. (تخلخل خمير برابر است با –0.26 (1-C)، با وجود اين در عمل بطور غالب قابليت نفوذدهي (Permeation) بتن شامل جريان موئينه است (Capillary Flow) كه ما به جزئيات اين فرمول در اينجا نمي پردازيم.
آزمايشات بعمل آمده طبق استانداردهاي ASTM مقدار سيمان، مقدار يون كلر، سولفات SO4، كربنات كلسيم CaCO3 ارزش PH توسط روش شيميايي مطالعه شده.
آزمايـشات مقاومـت ASTM C39 مـادول الاستيسيته ASTM C469 وزن مخصوص خشك، شتاب پالس ها ASTM C597 نفوذپذيري آب، نسبت خلل و فرج، و وزن مخصوص ASTM C642.
اطلاعات بدست آمده نشان دهنده آن است كه بتن بكار برده شده در شرايط سخت پالايشگاهي عملكرد بسيار خوبي را از خود ارائه داده اند.
نفوذ گاز كربنيك :
گاز كربنيـك CO2 محلول در آب ابتـدا بـاعث توليـد يـك لايـه CaCO3 در سطح بتن مي شود و سپس دي اكسيد كربن باعث حل شدن هيدرواكسيد كلسيم آزاد در فرآيند توليد خمير سيمان و بتن سخت شده مي گردد، كه توسط آب از داخل بتن شسته و خارج مي شود.
خلاصه و جمع بندي :
تغييرات خواص فيزيكي و مكانيكي بتن بخاطر قرار گرفتن در معرض شرايط سخت پالايشگاه مي باشند. Knofe Rothge بيان مي كنند كه ملات متخلخل با نسبت آب به سيمان W/C = 0.58 در زمانيكه SO2 در شرايط پديده خشك و تر شدن قرار مي گيرد، باعث كاهش مقاومت بتن حدود 15 درصد مي گردد، Kayyali گزارش مي دهد، وقتـي بتـن در معرض حمله كلـرور قرار مي گيرد باعث كاهش مقاومت آن مي شود و بيشتر اوقات بخاطر اين است كه بتن در زمـان سخت شـدن بـا عمـل آوري مناسب انجام نگرديده و لايه ژل SiO2 شكل گرفته از روي بتن شسته شده و لايه محافظ سطح بتن از بين مي رود.
در زمانهاي قديم، هميشه فكر مي شد كه كاهش مقاومت مربوط به حملات SO2 قابل چشم پوشي است ولي در حقيقت در پالايشگاهها، شرايط خورنده داراي درصد تغييرات بسيار زياد بوده و بر خواص بتن اثر مي گذارند.
يكي ديگر از خرابي هاي خواص بتن در معرض شرايط سخت پالايشگاهي، بخاطر مصرف سنگدانه هاي سيـليسي مي بـاشند كه در برابر حملات اسيـدي و سفيـدك زدن ضعيف مي بـاشند و مي بايد از سنگدانه هايي كه داراي كربنات (Calcite) بيشتري بوده و در برابر گازهاي اسيدي مقاوم تر مي باشند استفاده شود؛ زيرا نمك حاصل در آب كمتر محلول است.
كاهش وزن مخصوص و مقاومت بتن در معرض شرايط سخت پالايشگاه بخاطر از دست دادن مواد چسبنده و كاهش جرم آن مي باشد.
پيشنهاد مي شود كه بتن هاي مصرفي درشرايط سخت پالايشگاهها از نوع بتن با مقاومت بالا و با عملكـرد بـالا و يا بتن SCC با نفوذپذيري كم و طراحي آن بر مبناي طراحي براي دوام بتن انجام شود كه در درازمدت هزينه هاي نگهداري و تعطيل نمودن تأسيسات جهت تعميرات را كاهش دهند. طراحان، مي بايست دوام بتن را مورد ملاحظه قرار داده و مقدار سيمان بيش از 400 kg/m3 و نسبت آب به سيمان كمتر از W/C = 0.45 و عمل آوري مناسب جهت توليد بتن خوب را مطرح نمايند.

JUPITER/E/MOHANDES/NOFOZPAZIRI VA DAVam

www.aciiranchapter.org