بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
استفاده از قالب پیش ساخته از مصالح با ماتریس گچ جهت اجرای دالهای سقف کامپوزیت
خلاصه
با مطرح شدن صنعتیسازی ساخت و ساز به عنوان راهکار پاسخگویی به نیاز مسکن کشور از نظر کیفیت و کمیت ساخت، نیاز به تحقیق بیشتر در ارتباط با مصالح و روشهای اجرای انواع سقف از جمله سقفهای کامپوزیت در چارچوب اصول توسعه پایدار الزامی است. لزوم رعایت حداقل ضخامت بتن و نیز میلگرد حرارتی مرتبط در اجرای سقفهای کامپوزیت ایجاب میکند که فاصله تیرچههای فلزی در طراحی در حد بهینه لحاظ شود. در این رابطه فاصله تیرچهها میتواند متناسب با بار و دهانه سقف تا حد 150 سانتیمتر افزایش یابد. این امر با روشهای موجود قالببندی سقفهای کامپوزیت، موجب افزایش هزینههای اجرایی شده و در عین حال استفاده از سقف کاذب را بی نیاز نمیکند. همچنین به علت محدودیتهای مطرح در مورد ابعاد و وزن بلوکهای متعارف در اجرای سقفها عملاً افزایش فاصله تیرچهها با مشکلات اجرایی متعددی مواجه میباشد. در این مقاله با بررسی و مقایسه روشهای ساخت و اجرای سقفهای ساختمانی، پیشنهاد استفاده از بلوکهای سبک با ماتریس گچ جهت اجرای دالهای سقف کامپوزیت با توجه به افزایش فاصله تیرچههای کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفته است. در راستای تکمیل این ساختار و فناوری، نیروهای وارده بر قالب گچی برآورد شده و در پی آن مطالعات گسترده آزمایشگاهی بر روی مصالح تشکیل دهنده صورت پذیرفته و با توجه به ظرفیت مورد انتظار در مقاومت مصالح، طرح اختلاطهای مختلف با مواد افزودنی به ماتریسگچ مورد بررسی قرار گرفت و جزییات استفاده از قالبهای گچی با توجه به مشکلات تولید، حمل و نقل محصول و همچنین اجرا در مقاله بررسی و ارائه خواهد شد.
کلمات کلیدی: ساختمان، سقف کامپوزیت، قالب پیش ساخته با ماتریس گچ، طرح اختلاط، مقاومت مصالح گچ
1. مقدمه
به موازات افزایش روز افزون جمعیت نیاز به مسکن و ساخت و ساز نیز افزایش پیدا کرده است. تجربه های جهانی نشان داده است هنگامی که نیاز به ساخت و ساز حجم قابل ملاحظهای ساختمان و تأمین مسکن وجود دارد، تنها انبوهسازی به شیوه صنعتی با هدفگذاری، برنامهریزی، ارزیابی و مدیریت تولید صنعتی ساختمان، مناسب میباشد.[1]
ساخت مسکن صنعتی به دلیل بهره وری بالای عوامل تولید و تکرار فرآیند تولید، امکان احداث مسکن ارزان و اقتصادی را فراهم میسازد که در گام اول، صرفه جویهای اقتصادی بسیاری را به دنبال داشته و در دراز مدت نیز با تأثیر بر فرهنگ ساخت و ساز کشور و ورود دانش فنی جدید در باب طراحی و احداث ساختمانها، به بهبود وضعیت حاضر منجر خواهد شد.[2]
بنابراین سازندگان در راستای صنعتی سازی به دنبال استفاده از روشهای نوین دراجرای قسمتهای مختلف یک ساختمان میباشند . یکی از اجزای اصلی تشکیل دهنده انواع ساختمانها، سقفها میباشند که نقش اساسی آنها انتقال نیروهای قائم و افقی ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای جانبی شامل بارهای باد و زلزله به سایر اعضای باربر است.[3] نحوه اجرای سقف میتواند تاثیر زیادی در هزینه و زمان اجرای کل ساختمان داشته باشد. با توجه به وجود سیستمهای متفاوت و متنوع در اجرای سقف در سالهای اخیر، نیاز به بکارگیری روشهای نوین در اجرای سقف احساس میشود.
یکی از پرطرفدارترین سقفهای موجود که طراحان سازه و مجریان تمایل زیادی به طرح و اجرای آن دارند سقفهای کامپوزیت می باشند. سقف های کمپوزیت سقفهایی هستند که ترکیبی از فولاد و بتن برای اینکه یکپارچگی این سقف رعایت شوند شود از برشگیر (نبشی)استفاده میشود که این نبشی با بتن درگیری ایجاد کرده و یکپارچگی درست میکند.[4]
بخش مهمی از هزینه اجرا در این سقفها هزینه قالببندی و همچنین اجرای سقف کاذب میباشد. اگر بتوان با بکارگیری روشهایی نوین هزینه و زمان مربوط به قالببندی و اجرای سقف کاذب را کاهش داد. هزینه و زمان کل پروژه به طرز چشمگیری کاهش مییابد. همچنین میتوان با رعایت حداقل ضخامت بتن و نیز میلگرد حرارتی مرتبط در اجرای سقفهای کامپوزیت، فاصله تیرچههای فلزی در طراحی را در حد بهینه لحاظ کرد و هزینههای ناشی از فولاد مورد استفاده در سقف را کاهش داد. این در حالی است که وزن واحد سقف نیز به علت کاهش مصرف فولاد کاهش خواهد یافت.[5]
در این رابطه نیاز به تحقیق بیشتر در ارتباط با مصالح و روشهای اجرای انواع سقف از جمله سقف های کامپوزیت و همچنین نحوه اجرای آن در راستای صنعتی سازی ساخت و ساز احساس میگردد. پیرو مطالعات انجام شده بر روی مصالح گچی و کاربرد آنها در صنعت ساخت و ساز در دانشگاه صنعتی امیرکبیر، استفاده از قالب پیش ساخته از مصالح با ماتریس گچ جهت اجرای دالهای سقف کامپوزیت به عنوان راهکاری صنعتی مورد مطالعه قرار گرفت. در این مقاله معرفی چگونگی تولید و اجرا این قالبها پرداخته و مقایسهای با روشهای متداول انجام می شود.
2. ضوابط طراحی سقفهای کامپوزیت
در سقفهای کامپوزیت مرسوم در کشور، فاصله تیرچههای فولادی با در نظر گرفتن دال 8 سانتیمتری و بسته به دهانه بارگذاری، در حدود 90 سانتی-متر میباشد(شکل.(1 افزایش فاصله این تیرچهها با ثابت نگه داشتن ضخامت دال، میتواند منجر به کاهش هزینهها و همچنین کاهش وزن تمام شده سقف گرددجهت. افزایش این فاصله ناچاراً میبایست از دیگر روشهای اجرایی و قالببندی استفاده کرد و با توجه به اینکه افزایش فاصله تیرچهها منجر به افزایش نیروهای وارده به آنها خواهد شد، نیاز به استفاده از پروفیلهایی با ممان اینرسی و سطح مقطع بالاتری میباشد که این مسئله به منزله افزایش ارتفاع جان تیرچهها میباشد.
شکل :1 سقفهای کامپوزیت مرسوم
افزایش فاصله تیرچهها در سقف کامپوزیت منجر به افزایش نیروهای خمشی وارده شده و برای تحمل این نیروها نیاز به استفاده از پروفیلهایی با مقاومت خمشی بیشتر میباشیم. جهت مقایسه حالتهای مختلف فاصله تیرچهها و پروفیلهای مورد نیاز جدول (1) تهیه شده است. در این جدول با فرض تیرچههایی برای پوشش دهانه 6 متری، به بررسی پروفیل مورد نیاز سقف در 3 حالت فاصله 90، 120 و 150 سانتیمتری بین تیرچهها و همچنین مقایسه وزن تمام شده سقف در این حالتها میپردازد.
همانطور که در جدول فوق مشاهده میشود، با افزایش فاصله تیرچهها علیرغم نیاز به پروفیلهایی با مشخصات مقاومتی بالاتر، وزن واحد سقف ناشی از تیرچهها کمتر شده است که این به معنای کاهش وزن واحد سقف میباشد. کلیه حالتهای بررسی شده با فرض ضخامت ثابت دال می-باشد. بنابراین وزن ناشی از بتنریزی دال تغییری ندارد. بنابراین میتوان در راستای طراحی بهینه گامی برداشت و فاصله تیرچههای فولادی در سقف کامپوزیت را بدون افزایش هزینه ناشی از افزایش ضخامت دال و فولاد مصرفی در سقف، تا حد 150 سانتیمتر برسانیم.
3. نیروهای وارده به بلوکهای گچی
پس از مشخص شدن فاصله مناسب بین تیرچههای فولادی، میبایست به مقایسه پروفیلهای مورد نیاز در طراحی سقف کامپوزیت با توجه به دهانههای باربری متفاوت پرداخته شود. بر اساس محاسبات انجام شده با توجه به نیروهای وارده به سقف، پروفیل مورد نیاز جهت تحمل نیروهای وارده با فرض فاصله 150 سانتیمتری تیرچهها در دهانه باربری 4.5 متر IPE180 میباشد. نیروهای وارده بر بلوکهای گچی سقف با توجه به نحوه قرار گرفتن در سقف شکل (2) شامل بار مرده و زنده میباشد.
مجموع نیروی وارده بر بلوک گچی بر اساس محاسبات برابر 880 kg/m2 میباشد که با فرض عرض 20 سانتیمتر بلوک نیروی گسترده، 176 کیلوگرم بر متر به بلوک وارد میشود و نیروی برشی و خمشی ایجاد شده به شرح زیر میباشد:.
که در آن Qt متغیری برای بار گسترده خطی، Ay و By متغیرهای برای نیروی برشی تکیهگاهی، M نیروی ممان، q بارگسترده خطی و l متغیر نشان دهنده طول میباشد.
4. گچ به عنوان ماتریس تشکیل دهنده
تحقیقات نشان میدهد که گچ نسبت به دیگر مصالح سنتی مانند آجر، بتن ، پانل های پیشساخته بتنی و... از انرژی فرایند تولید پایینتر همچنین نشر co2 کمتری برخوردار است.[6]
از دیدگاه مبحث منابع طبیعی گچ، ملاحظه می شود در سال 2005 ایران پس از امریکا و در سال 2009 پس از چین رتبه دوم تولید گچ در جهان را به خود اختصاص داده است.[7] بر اساس همین آمار ایران بخش عمده گچ مورد نیاز صنعت ساخت و ساز در خاورمیانه را تامین میکند. بیش از 470 ذخیره و پتانسیل گچ در ایران وجود دارد. که هم اکنون متجاوز از 270 ذخیره آن بهره برداری می شود. بسیاری از این معادن، دارای سنگ گچ با خلوصی در حدود 99درصد می باشند.[8]
5. آزمایشات
طرح اختلاط ملات مورد استفاده جهت ساخت مدل اصلی شامل گچ، آب، ماده افزودنی و پرلیت میباشد که با نسبتهای بهینه مخلوط شده و می-بایست قادر به تحمل نیروهای وارده ناشی از بار مرده و زنده باشد. بهینه سازی طرح اختلاط و استفاده از نسبتهای مناسب آب به گچ، مواد مضاعف و همچنین پرلیت، مستلزم توجه به حداکثر نیروهای فشاری، خمشی و برشی وارد بر بلوک گچی سقف و محدوده عددی مقاومت مورد نیاز میباشد. از این رو برای دست یابی به مقاومت مورد نیاز، همچنین روانی و زمان گیرش مناسب برای تولید بلوکهای گچی آزمایشاتی به منظور دستیابی به طرح اختلاطی مناسب انجام شد. پارامترهایی که مورد آزمایش قرار گرفنت شامل بررسی خواص پلاستر گچ در نسبت های مختلف آب به گچ، تاثیر ماده افزودنی و در نهایت استفاده از پرلیت جهت سبکسازی ملات بلوکهای گچی بوده است. قابل ذکر است با توجه به تماس مستقیم بتن دال با بلوک-های گچی، نیاز به استفاده از موادی جهت کاهش جذب آب و افزایش دوام بلوکهای گچی میباشد. در این راستا میبایست جذب آب را طبق استاندارهای مرکز تحقیقات ساختمان مسکن تا حد 2.5 درصد کاهش داد. از این رو بخشی از آزمایشات به اندازهگیری و کنترل درصد جذب آب طرح اختلاطهای تولید شده اختصاص یافته است.
کلیه آزمایشهای انجام شده بر اساس استاندارد ملی ایران به شماره 5482 با عنوان "گچهای ساختمانی – روشهای آزمون فیزیکی"، استاندارد ملی شماره 12015-2 با عنوان " گچ- گچ های ساختمانی و اندود های گچی آماده – قسمت اول : روش آزمون" و نیز استاندارد ASTM-C472 انجام شده است.مصالح مصرفی برای انجام آزمایشات گچ ساختمانی سمنان، پرلیت ، افزودنی پودری گچ و آب آشامیدنی تهران بوده است.
آزمایشات انجام شده شامل بررسی تاثیر استفاده همزمان از افزودنی و پرلیت در خواص پلاستر گچ از جمله مقاومت فشاری، زمان گیرش و جرم واحد حجم بوده است که نتایج آن در جدول (2) آورده شده است. طرح اختلاط نهایی برای تولید بلوک از بین یکی از طرح اختلاطهای تولید شده، انتخاب شده است.
آزمایش تعیین مقاومت فشاری توسط جک فشاری و بر روی نمونههای با ابعاد 50x50x50 میلیمتری و آزمایش طاقت خمشی پلاستر گچ بر روی نمونههای منشوری 16×4×4 سانتیمتر توسط دستگاه (Universal) که مکانیزم آن (Strain Control) بوده و با سرعت 1 mm min انجام شد.و فاصله بین دو تکیه گاه 10 سانتیمتر میباشد. همچنین اندازهگیری زمان گیرش توسط دستگاه ویکات انجام شده است. نتایج آزمون مقاوت خمشی و فشاری و همچنین تغییرات جرم حجمی آزمایشات که منجر به انتخاب طرح منتخب شده است، در اشکال (3) و (4) قابل مشاهده است.
بررسی نتایج آزمایشهای انجام شده در حضور صرف ماده مضاعف، نشان میدهد که استفاده از افزودنی روان کننده در یک نسبت آب به گچ ثابت منجر به کاهش مقاومت فشاری و خمشی پلاستر شده است، اما با توجه به عدم امکان تولید پلاستر گچ در نسبت های پایینتر از 50 درصد به دلیل کوتاه شدن زمان گیرش و از بین رفتن کارایی پلاستر، امکان تولید آن بدون روان کننده به روشهای متداول وجود نخواهد داشت. لذا استفاده از روان کننده با وجود افت مقاومت، انتخاب مناسبی به نظر رسیده است. همچنین همانطور که در جدول (2) مشاهده میشود، در یک نسبت آب به گچ و ماده مضاعف به گچ ثابت، افزایش درصد پرلیت به کار رفته در طرح اختلاط سبب کاهش مقاومت فشاری و خمشی میشود (شکل 3و .(4 اما در عین حال سبب کاهش جرم حجمی ملات شده که تاثیر زیادی در سبک سازی بلوکها خواهد داشت.
بنابراین جهت دستیابی به طرح اختلاط برتر میبایست به انتخاب مناسبترین نسبت آب به گچ،
