بخشی از مقاله
بتن متخلخل (اسفنجي )(pervious concrete)
چکیده:
در جوامع در حال توسعه براي جلوگيري و کاهش اثر زيان آور افزايش روز افزون مقدار سطح هاي نفوذ ناپذير نظير جاده ها ،آسفالت پياده روها و پارکينگ ها؛از بتن متخلخل استفاده مي شود.بتن متخلخل نوع خاصي از بتن با تخلخل بالاست که يکي از عمده ترين کاربردهاي آن اجراي رو سازي مي باشد. بطور معمول بتن متخلخل فاقد مصالح ريزدانه مي باشد و تنها با ملات سيماني، مصالح درشت دانه را به هم مي چسباند به طوري که فضاهاي خالي را ايجاد مي کند . بتن متخلخل به طور مرسوم در پارکينگ ها ، مناطقي با ترافيک کم ، پياده رو و گل خانه ها مورد استفاده قرار مي گيرد . اختلاط بتن متخلخل شامل سيمان پرتلند ،پوزولان ، دانه هاي يک شکل درشت دانه سنگي و آب مي باشد . در مقايسه با بتن معمولي که داراي ٣ تا ٥ درصد فضاي خالي مي باشد، فضاي خالي و تخلخل اين بتن بين ٢٢% تا ١٥% مي باشد.بتن متخلخل بصورت زهکش عمل نموده وبه عنوان پيش تصفيه ي رواناب قبل از ورود به آبهاي زير زميني مي باشد. با نگهداري صحيح ازجمله تميز کردن مرتب سطح براي جلوگيري از بسته شدن منافذ با رسوبات ، بتن متخلخل مي تواند حداقل ٢٠ سال عمر کند .در اين مقاله سعي شده که به طرح اختلاط ،کاربردها،ملاحظات طراحي و روش اجرا به تفصيل اشاره شود.اين بتن توانست تحولات زيادي در محوطه سازي شهرهاي اروپا وآمريکا ايجاد کند،البته اين نوع بتن هنوز در ايران اجرايي نشده است .اميد است با توجه به صرفه اقتصادي وبه منظور حفظ بيشتر محيط زيست استفاده از بتن متخلخل فراگير شود.
کلمات کليدي: بتن متخلخل ، طرح اختلاط ، اجرا،کاربرد
مقدمه
بتن متخلخل نوع خاصي از بتن با تخلخل بالاست که يکي از عمده ترين کاربردهاي آن اجراي رو سازي مي باشد. اين بتن روناب وآب باران را از خود عبور مي دهد و منجر به کاهش روناب جاري شده بر سطح زمين و همچنين افزايش سطح آبهاي زيرزميني مي شود . تخلخل بالا توسط فضاهاي خالي به هم چسبيده ايجاد مي شود . بطور معمول بتن متخلخل فاقد مصالح ريزدانه مي باشد و تنها با ملات سيماني،
شکل ١-آب گذري بتن متخلخل
مصالح درشت دانه را به هم مي چسباند به طوري که فضاهاي خالي را ايجاد مي کند . بتن متخلخل به طور مرسوم در پارکينگ ها ، مناطقي با ترافيک کم ، پياده رو و گل خانه ها مورد استفاده قرار مي گيرد . بتن متخلخل با کاهش رواناب موجب کاهش نياز به تاسيسات جداگانه اي براي کنترل روناب يا سيلاب مي شود.
هدف
بتن متخلخل در جايي که بتن متداول ، خروج رواناب از سايت را کاهش نمي دهد، استفاده مي شود و براي افزايش تراوش و نفوذ به زمين مي باشد.اين بتن به کاهش مقدار آلاينده هاي حمل شده به زهکش يا آبراه ها و به کاهش نقطه اوج سرعت وکاهش حجم رواناب کمک مي کند .
در جوامع در حال توسعه براي زمين هاي مسکوني ، تجاري و اقتصادي براي جلوگيري و کاهش اثر زيان آور افزايش روز افزون مقدار سطح هاي غير قابل نفوذ نظير جاده ها ،آسفالت پياده روها و پارکينگ ها؛از بتن نفوذپذير استفاده مي شود . در طي بارندگي جريان رواناب روي سطح نفوذناپذير آلودگي هايي نظير خاک ، گريس ، روغن را بلند مي کند و اين آلودگي ها را به نهر و سيستم جاري فاضلاب منتقل مي کند .
در پاسخ به اين پي آمد طراحان سيستم سنگفرش متخلخل را رشد دادند که اجازه عبور رواناب از ميان کف سنگفرش شده به سمت مخزن سنگي را قبل از تراوش از خاک و تغذيه ذخاير آبهاي زيرزميني را مي دهد . با اجرا و نگهداري صحيح از سنگفرش هاي متخلخل ،حجم تراوش ساليانه ي ، بيش از ٨٠ % روناب کل را ممکن مي سازد . مطالعات بيشتر نشان مي دهد که سيستم بتن متخلخل مي تواند تا ٦٥% مواد حل نشدني و تا ٩٥% رسوبات رواناب ها را برطرف کند .
در کاربرد بتن متخلخل طرح شامل حداقل سه لايه مي شود : پنج يا ده سانتيمترلايه اي از بتن متخلخل ، ٢,٥ يا٥ سانتيمتر فيلتر از مصالح خردشده ، حداقل cm٣٠ لايه مخزن (از مصالح سه تاهفت سانتيمتر) و يک لايه اختياري از فيلتر فابريک . اختلاط بتن متخلخل شامل سيمان پرتلند ، دانه هاي يک شکل درشت دانه سنگي و آب مي باشد . در مقايسه با بتن معمولي که داراي ٣ تا ٥ درصد فضاي خالي مي باشد، فضاي خالي و تخلخل اين بتن بين ٢٢% تا ١٥% مي باشد . اين بتن براي پيش تصفيه آب باران مي باشد . مصالح فيلتر خرد شده کمک به برداشتن برخي از آلودگي هامي کند ، رواناب در طبقه مخزن ذخيره مي شود . نفوذپذيري بالاي لايه با مصالح تميز شسته شده حداقل ٤٠% مي باشد .
مزيت هاي اقتصادي
١-جايگزيني با روش هاي پرهزينه مديريت آب باران :سنگفرش
کردن پارکينگ ها با بتن متخلخل نياز به آبرو (کانال ) هاي بزرگ را کاهش مي دهد ، زيرا بتن متخلخل خود به عنوان آبرو عمل مي کند . صاحبان پارکينگ هايي که از بتن متخلخل استفاده مي کنند، هزينه کمتري در نيروي انساني ، ساخت و نگهداري در کانال و کف آبرو ، لوله هاي زهکش ، پمپ ها و ديگر سيستم هاي Porous concrete conventional concrete
مديريت آب بارا ن صرف مي کنند و سيستم هاي آبياري پرهزينه ، کوچک مي شود يا کلاً حذف مي شود. بتن متخلخل نياز به کانال هاي مختلف آب باران را کاهش مي دهد و اجازه استفاده از مجاري جريان با ظرفيت کمتر را مي دهد .
٢-هزينه کم در دوره عمر : سطح بتن داراي هزينه عمر کمتري از سطح هاي آسفالتي مي باشد. اگرچه هزينه اجرا و اجراي بتن متخلخل ممکن است کمي بيشتر باشد، اما بتن در طول زمان با شکل ٢-نماي نزديک ومقايسه سطح بتن معمولي با بتن متخلخل مقاومت و دوام بيشتر باعث صرفه جويي در هزينه ها مي شود و نياز کمتري به مرمت نسبت به آسفالت دارد و در عين حال عمر بيشتري دارد .
عملکرد
براي اطمينان از اجرا بتن متخلخل اختصاص مهارت و فنون ساختماني لازم است . بعد از شمشه کشي معمولاً با غلتک چرخ فلزي متراکم مي شود . روشهاي ساخت مناسبي مورد نياز است تا اجرا بتن متخلخل تضمين شود . اين بتن داراي سختي مي باشد که نيازمند جابجايي و ريختن خاص خود مي باشد . سطح بتن متخلخل پرداخت مي شود و همينطور از سطح اش مواظبت مي شود . بعد از تحکيم بوسيله اره کردن سازه درزبوجود مي آيد . عمل آوردن بتن با کشيدن يک پلاستيک پس از ريختن بتن انجام مي شود و اين عمل حداقل بايد ٧ روز ادامه يابد . حجم ملات کم و مقدار کم ماسه ( يابدون ماسه ) منجر به اختلاطي با اسلامپ خيلي پايين مي شود . علي رغم فضاي خالي بالاي بتن متخلخل ، اگر به طور صحيح ريخته شود مي تواند مقاومت بيشتر از mpa٢٢ را ناشي شود و مقاومت خمشي mpa ٣ را نتيجه دهد. اين مقاومت براي سطح سنگفرش شده با ترافيک کم ، شامل بارهاي محوري براي ماشين هاي زباله ، ماشين هاي آتش نشاني کافي است .
کاربردها
نرخ بالايي از آب که از بتن متخلخل عبور ميکند اجازه مي دهد که آب باران به زمين تراوش شود ودر نتيجه سيلاب ناشي از بارندگي کاهش داده شود و باعث تقويت آبهاي زيرزميني شود. پايداري ساختمانها و ارائه يک راه حل براي ساختمانهايي که به عوامل محيطي حساس اند از بتن متخلخل نتيجه مي شود . اين توانايي منحصر به فرد بتن متخلخل باعث ايجاد مزيت هايي در محيط و براي مالکان ساختمانها، بوسيله کنترل آب باران در محل و دريافت مرتب رواناب ناشي از بارندگي مي شود . اين علاقه منحصربه فرد در محيط هاي شهري وجود دارد يا در مکان هايي که گران قيمت هستند . با توجه به قوانين محلي و محيطي، يک بتن متخلخل و زيراساس ممکن است شامل ظرفيت ذخيره آب براي حذف نياز کانال (آبراهه ) کنار پياده رو و ديگر اجزاي ذخيره آب باران شود . اين ويژگي ها که منجر به استفاده صحيح تر از زمين شود باعث اشتياق بيشتري در استفاده از بتن متخلخل مي شود . ديگر کاربردهايي که از نرخ بالاي جريان عبوري از بتن متخلخل حاصل مي شوند شامل محيط زهکشي شده براي سازه هاي هيدروليکي ، پارکينگ ها ،گلخانه ها ، زمين هاي تنيس و لايه هاي اساس متخلخل روسازي هاي سنگين مي شود . تخلخل بالاي آن باعث ايجاد ويژگي هاي مفيد جدايي حرارتي ( مانند ديوار ساختمان )، شرايط جدايي صوتي ( مانند ديوارهاي مانع صدا)شود.
شکل ٣-نمونه هاي اجرا شده در اروپا
کاربردهاي بتن متخلخل را مي توان بصورت فهرست زير بيان کرد :
- روسازي هاي با حجم کم
- خيابان محل هاي مسکوني ، کوچه ها، راه عبور وسايل نقليه
- پياده روها و گذرگاهها
- محل هاي پارکينگ
- زمين تنيس
- زيراساس براي سنگفرش بتن معمولي
- حياط منزل
- تپه هاي دريايي مصنوعي
- پايدارسازي شيب
- پي ها . کف رودخانه ها . باغ وحش ها . محل تخم ريزي ماهي ها
- سازه هاي هيدروليکي
- عرشه هاي استخر شنا
- سنگفرش هايي که لبه زهکش دارند .
- مانع صدا
- ديوار
طرح اختلاط و مصالح
در بتن متخلخل از مصالحي همانند بتن معمولي استفاده مي شود با اين تفاوت که مصالح ريزدانه حذف مي شود و توزيع درشت دانه نيز به طور يکنواخت و در يک اندازه نگه داشته مي شود . اين باعث سختي بتن مي شود . مشخصات مخلوط بتن کارگاه اغلب کمتر از آيين نامه و بتن در آزمايشگاه است بنابراين کنترل دقيق و محکم روي بچينگ و تمام اجزاء براي بدست آوردن نتيجه مطلوب لازم است .
١-مواد افزودني ( داراي خواص سيماني ) در بتن متخلخل سيمان پرتلند که در بتن معمولي استفاده مي شود و سيمانهاي مخلوط شده را مي توان در بتن متخلخل بکار برد . (C١١٥٧, ASTM C١٥٠) علاوه بر اين از مواد سيماني کاربردي (SCMs) نظير خاکستر بادي ، پوزولان ها ASTM) (C٦١٨ روباره (ASTM C٩٨٩) ميکرو سيليس (ASTM C١٢٤٠) ممکن است استفاده شود .
حال به برخي از آنها که نقش بسيار مهمي در ساختار بتن دارند و مي توانند به جاي سيمان مورد استفاده قرار بگيرند اشاره مي کنيم . در واقع اين مواد بر عملکرد زمان گيرش ، ميزان افزايش مقاومت ، تخلخل ، نفوذپذيري ،دوام ،کارايي و ... در بتن تاثير مي گذارند و در يک کلام کليد عملکرد بالاي بتن در استفاده از مواد افزودني (SCMs) است . از آن جمله مي خواهيم به ميکرو سيليس ، خاکستر بادي و روباره که همگي دوام بتن را به وسيله کم کردن نفوذپذيري و ترک خوردگي، افزايش مي دهند .
ميکرو(دوده ) سيليس (silica fume): يک محصول جانبي از توليد سيليکون است ، و از دانه هاي خيلي ريز و ذرات کروي شکلي تشکيل شده است و به طور موثري مقاومت و دوام بتن را افزايش مي دهد و اين ماده بيشتر در بتن مقاومت بالا و ساختمانهاي مرتفع استفاده مي شود . ( مقاومت بتن را تا Mpa١٣٠ افزايش مي دهند )
خاکستر بادي (Fly Ash) :خاکستر محصول فرعي انبار زغال سنگ سوزان در نيروگاه هاي برق است و سال ها قبل به عنوان ماده اي بي مصرف روي زمين انباشته مي شد و بدون استفاده بود و از آن مي توان %٦٥-٥ سيمان در بتن استفاده شود .
روباره (Blast furnace slag) : روباره محصول فرعي زباله در صنعت فولاد است و سهم آن در مقاومت و دوام بتن بيشتر است و مي توان از آن %٧٠-٢٠ سيمان استفاده کرد .
٢-مصالح سنگي : مقدار مصالح ريزدانه در بتن متخلخل محدود و کم مي باشد و مصالح درشت دانه در يک رنج ثابت و اندازه يکنواخت استفاده مي شود
. عموماً دانه بندي مصالح درشت دانه شامل ( .В in) ٨٩ .and No ,(١٦ .В in. to No) ٨ .No ,(٤ .in. to No ٤⁄٣) ٦٧ .No ٣٣ ASTM C (to No. 50) sieves [in metric units: No. 67 (19,0 to 4,75 mm), No. 8 (9,5 to 2,36 mm), and No. 89 (9,5 to 1,18 mm)مي باشد. دانه هاي مصالح سنگي تک سايز بيشتر از يک اينچ (mm٢٥ ) استفاده مي شود . ASTM D٤٤٨ اغلب براي دانه بندي استفاده مي شود .
دانه بندي تک سايز يک معيار و ويژگي مهم است . مصالح درشت دانه تر براي سطح هاي زمخت تر استفاده مي شود . اخيرًا استفاده بتن متخلخل متمرکز شده بر روي زمين هاي پارکينگ ، محل هاي عبور با ترافيک کم و پياده روها . مصالح سنگي ريزدانه استفاده براي زيبايي را ممکن مي سازد .
هر دو نوع مصالح سنگي گرد گوشه و تيز گوشه در بتن متخلخل استفاده مي شود . دانه هاي گردگوشه براي دست يافتن به مقاومت بالا استفاده مي شود و دانه هاي تيزگوشه هم براي استفاده مناسب هستند . مصالح سنگي براي پياده رو بايد مطابق ASTM D٤٤٨ باشد . هنگامي که مصالح سنگي مطابق ٣٣ ASTM C باشد در بتن معمولي مورد استفاده قرار مي گيرد . به عنوان يک بتن قراردادي ، بتن متخلخل نياز دارد به اينکه شرايط سطح خشک مصالح سنگي نزديک به اشباع باشد يا رطوبت مصالح سنگدانه اي مشاهده شود يا بايد اجازه داده شود که رطوبت آزاد براي سنگدانه ها محاسبه شود بايد توجه شود که کنترل آب در بتن متخلخل خيلي مهم است . در اختلاط اگر آب توسط دانه هاي خيلي خشک جذب شود منجر به اين شود که کارايي و تراکم خوبي نداشته باشيم . چون که آب جذب شده توسط دانه ها سهم و نسبت w. c را کاهش مي دهد .
٣-آب :بطور عادي از w. c ٠,٢٧ تا ٠,٣٠ استفاده مي شود . با نسبت گنجايش مواد افزودني شيميائي w. c تا حد بالاي ٠,٣٤ و ٠,٤ موفقيت آميز بوده است . رابطه ي نسبت آب به سيمان يا مقاومت در بتن متخلخل هنوز روشن نيست . زيرا به بتن معمولي بي شباهت است ، حجم خمير از حجم خلل و فرج بين سنگدانه ها کمتر است . بنابراين افزايش مقاومت خمير ممکن است منجر به افزايش مقاومت کلي نشود . حجم آب بايد با دقت کنترل شود .
در بتن متخلخل از آب نسبت به ديگر انواع بتن کمتر استفاده مي شود و اين مسئله باعث شده تا پس از ساختن مخلوط بتن آب ان به سرعت تبخير شده و مخلوط در مدت يک ساعت کاملاً از آب تخليه خواهد شد.
جدول ١-نسبت مواد مختلف در بتن متخلخل
