بخشی از مقاله
خلاصه
در ساخت جداول فشاری تر بر خلاف سایر روش های ساخت بتن، در فرایند تولید نسبت آب به سیمان بتن اولیه پس از اعمال فشار و خروج آب کاهش می یابد. از این رو بدست آوردن نسبت آب به سیمان نهایی نقش مهمی در پیش بینی مشخصات جداول ازجمله مقاومت فشاری، کیفیت و دوام دارد. در این تحقیق دو روش برای تعیین نسبت آب به سیمان نهایی جداول فشاری تر بیان شده است.
کلمات کلیدی: جداول بتنی پیش ساخته، روش فشاری تر، نسبت آب به سیمان نهایی
1. مقدمه
در جوامع امروزی بتن به عنوان پرمصرفترین مصالح ساختمانی شناخته شده و از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در پروژه های عمرانی استفاده از قطعات بتنی پیش ساخته به دلیل کاربرد آسان و صرفه جویی در وقت و هزینه گسترش یافته واین امر نیاز به شناخت خصوصیات و مشخصات این قطعات را بیشتر می کند. در میان قطعات پیش ساخته، جداول بتنی یکی از پر کاربرد ترین قطعات در بخش راه و ساختمان به شمار می روند. برای ساخت جداول بتنی روش های گوناگونی از جمله روش سنتی، روش فشاری خشک و روش فشاری تر وجود دارد. در این میان روش فشاری تر یکی از بهترین روش های تولید جداول پیش ساخته بتنی در جهان شناخته شده و در ایران نیزکاربرد پیدا کرده است. در این روش ابتدا بتنی آبکی با نسبت آب به سیمان بالا ساخته شده و در قالب ریخته می شود سپس با استفاده از فشار، بتن متراکم شده و آب اضافی آن خارج می شود، در نتیجه نسبت آب به سیمان کاهش می یابد.
" نسبت موثر آب به سیمان - - w/c به مفهوم نسبت مقدار آب آزاد به مقدار سیمان در بتن تازه است. ارتباط بین نسبت آب به سیمان و مقاومت بتن بر این اساس است که افزایش نسبت آب به سیمان سبب افزایش منافذ مویینه در بتن می شود. بنا بر این با کاهش نسبت آب به سیمان به مقاومت بتن افزوده می شود. نسبت آب به سیمان اثر قابل توجهی در مقاومت بتن دارد." [1] برای بدست آوردن مقدار آب و نسبت آب به سیمان در بتن تازه روش ها و استاندارد های مختلفی بیان شده است. ازجمله بدست آوردن مقدار آب در بتن تازه به روش خشک کردن با استفاده از ماکروویو که در آیین نامه آشتو - - [2] AASHTO T 318 به آن اشاره شده است. اما برای بدست آوردن نسبت آب به سیمان در جداول فشاری تر، روش خاصی بیان نشده است.
برای بدست آوردن نسبت آب به سیمان نهایی در یک جدول فشاری تر می توان با استفاده از روش ماکروویو و با نمونه گیری از جدول تولید شده مقدار آب کل تقریبی موجود در آن را محاسبه نموده و بادر نظر گرفتن مقدار سنگ دانه خشک در بتن و حدس مقدار آب جذب شده مصالح در هنگام ساخت بتن و کسر این مقدار از آب کل، نسبت آب به سیمان نهایی جدول را بدست آورد. اما با توجه به اینکه احتمال می رود مقدار آب موجود در جدول در تمام نقاط یکسان نباشد و همچنین بدلیل شروع واکنش آب و سیمان و تشدید آن در هنگام گرما دادن بتن برای خشک کردن آن، عملا دقت کافی در این روش وجود نداشته و احتمال خطا وجود دارد. در این تحقیق برای بدست آوردن نسبت آب به سیمان نهایی دو روش دیگر، "روش وزنی" و "روش حجمی" بیان می شوندکه به نظر می رسد ساده تر از روش فوق باشند.
2. تاریخچه
کف پوش ها و جداول پیش ساخته بتنی در حدود 130 سال پیش به صورت رایج مورد استفاده قرار گرفتند. تا آن زمان از کف پوش ها وجداول سنگی برای کفسازی پیاده روها و معابر استفاده می شد. با جایگزینی قطعات بتنی به جای قطعات سنگی، استفاده از قطعات بتنی به سرعت رایج شد. جداول و کف پوش های بتنی نسبت به نمونه های سنگی هم از نظر هزینه ساخت و هم از نظر اجرا ارزانتر بودند، همچنین قطعات بتنی از نظر ابعاد نیز دارای کیفیت و دقت بیشتری بودند. قدم اصلی به سمت پیشرفت در این زمینه اختراع روش" فشاری تر" در سال 1890 میلادی توسط شرکت فلدینگ و پلت - Fielding&Platt - بود. این روش در سال های بعد به عمده ترین روش تولید کف پوش و جداول بتنی تبدیل شد. کفپوش های بتنی در ابعاد مشابه کفپوش های سنگی تولید می شدند . در سالهای بعد مناطق مختلفی که کف سازی شده بودند مورد هجوم و آسیب خودرو های مختلف قرار گرفتند و این امر صنعت ساخت قطعات پیش ساخته بتنی را مجبور به تحقیق در این رابطه کرد. به واسطه این تحقیقات نه تنها مشکلات اولیه این قطعات حل شد بلکه کاربردهای بیشتری برای این قطعات مطرح شد، که این امر فروش و استفاده از این قطعات را بیشتر کرد. [3]
امروزه با پیشرفت صنعت ساخت قطعات پیش ساخته بتنی، ماشین آلات تولید جداول فشاری در جهان پیشرفته تر شده و در ایران نیز کارخانه های تولید قطعات پیش ساخت ه بتنی در سال های اخیر اقدام به تهیه و استفاده از این ماشین آلات نموده اند. این امر نیاز به تحقیق و آشنایی بیشتر با این روش را هر چه بیشرآشکار می کند.
3. روند تولید جداول بتنی پیش ساخته فشاری تر
برای تولید جداول ابتدا اپراتور دستگاه با توجه به طرح اختلاط و با در نظر گرفتن رطوبت مصالح، مقدار شن، ماسه،سیمان و آب را به دستگاه می دهد. مصالح به مخلوط کن انتقال یافته و پس از مخلوط شدن به مقدار مورد نیاز در قالب ریخته می شوند. سپس بتن درون قالب تحت فشار و مکش همزمان فشرده شده و آب اضافی آن خارج می شود. بعد ا ز این مرحله جدول از قالب خارج شده و بر روی پالت جهت انتقال به محوطه عمل آوری چیده می شود. تمامی این مراحل توسط دستگاه و به صورت اتوماتیک انجام می شود.
لازم به ذکر است در این روش جهت جلوگیری از خروج سیمان و مواد ریز در هنگام تراکم بتن، از دو فیلتر کاغذی استفاده می شود. این عمل به کمک نیروی انسانی با قرار دادن فیلتراول در کف قالب خالی و فیلتر دوم پس از ریخته شدن بتن در قالب، انجام می شود.
4. بدست آوردن نسبت آب به سیمان نهایی - روش پیشنهادی وزنی -
در این روش که برای کارهای تحقیقاتی مفید می باشد، جداول به صور ت نیمه اتوماتیک تولید می شوند به این صورت که پس از گرفتن رطوبت مصالح، طرح اختلاط اصلاح شده و مصالح در یک مخلوط کن آزمایشگاهی به صورت دستی مخلوط می شوند. سپس بتن تولید شده به اندازه مورد نیاز وزن شده و به صورت دستی در قالب ریخته می شود. بدین ترتیب با داشتن وزن جدول قبل از فشار و با توجه به طرح اختلاط مقدار سیمان و آب آزاد جدول مورد آزمایش در زمان قبل از فشار بدست می آید. سپس بقیه مراحل تولید - فشار ، خروج آب، چیدن جدول روی پالت - به صورت اتوماتیک انجام می شود. در این مرحله جدول تولید شده وزن می شود. بدین ترتیب وزن جدول قبل و بعد از فشار مشخص می شود.
باتوجه به اینکه در طول مرحله فشار فقط آب از جدول خارج شده و مقدار شن، ماسه و سیمان جدول ثابت بوده، اختلاف وزن جدول قبل و بعد از فشار بیانگر میزان آب خارج شده از جدول می باشد. بنابر این بعد از فشار مقدار سیمان موجود در جدول ثابت بوده و فقط مقدار آب آزاد کاهش یافته است. بدین ترتیب با داشتن آب آزاد نهایی و مقدار سیمان به راحتی می توان نسبت آب به سیمان بعد از فشار را بدست آورد. لازم به ذکر است که جداول بتنی پس از چیده شدن در قالب بسیار ترد و شکننده می باشند از این رو بهتر است جهت جابجایی و وزن کردن جداول از پوشش پلاستیکی و همچنین یک کفی فلزی استفاده شود. پوشش پلاستیکی از ریزش و جداشدگی لبه های جدول در هنگام جابجایی جلوگیری می کند و کفی فلزی جابجایی جدول و وزن کردن آن را آسان می کند. بنابر این می توان جداول را با پوشش و کفی وزن کرد و در محاسبات وزن پوشش و کفی را از وزن ثبت شده کم کرد. در این روش به دلیل ساخت بتن به صورت دستی و جابجایی جداول جهت وزن کردن، تولید هر جدول به طور میانگین 40 دقیقه به طول می انجامد. با توجه به اینکه اساس این روش اندازه گیری وزن با ترازو می باشد، به نظر می رسد با دقت در انجام مراحل آزمایش، می توان با تقریب خوبی نسبت آب به سیمان نهایی را در جداول فشاری تر بدست آورد . از این روش می توان در تحقیقات علمی استفاده نمود اما با توجه به ساخت دستی مخلوط، در خط تولید و همزمان با تولید انبوه جداول نمی توان در عمل از این روش استفاده کرد.
5. بدست آوردن نسبت آب به سیمان - روش پیشنهادی حجمی -
بر خلاف روش وزنی، تولید جداول در این روش به صورت تمام اتوماتیک بوده و تعیین نسبت آب به سیمان اختلالی در تولید اتوماتیک دستگاه ایجاد نمی کند. در این روش پس از قرار دادن فیلتر کاغذی کف - که قالب خالی است - ، ارتفاع کف تا سطح فوقانی قالب - یا هر مبدا مشخص بالاتر از آن - اندازه گیری می شود. سپس پس از ریختن اتوماتیک بتن در قالب توسط دستگاه و همزمان با قرار دادن فیلتر کاغذی فوقانی ارتفاع سطح بتن تا مبدا فوقانی اندازه گیری می شود. بدین ترتیب با داشتن ارتفاع کف تا مبدا فوقانی در قالب خالی و همچنین ارتفاع سطح بتن تا مبدا فوقانی پس از پر شدن قالب و با کسر دو مقدار بدست آمده، ضخامت جدول قبل از فشار - ضخامت بتن ریخته شده در قالب - بدست می آید - شکل. - 1 با توجه به اینکه در فرایند فشار طول و عرض قالب ثابت است، با داشتن ضخامت و اندازه گیری طول و عرض قالب می توان حجم جدول قبل از فشار را بدست آورد.
پس از طی اتوماتیک سایر مراحل و بعد از تولید جدول مورد نظر، ضخامت جدول پس از فشار اندازه گیری می شود. طول و عرض جدول تولید شده معمولا مطابق با طول و عرض قالب است و نیازی به اندازه گیری مجددآنها نیست. بنابراین با اندازه گیری ضخامت بعد از فشار، حجم جدول بعد از فشار به دست می آید. در این روش با فرض این که مقدار هوای موجود در بتن در فرایند فشار تغییری نمی کند و با فرض ثابت بودن چگالی مصالح موجود در جدول - شن، ماسه، سیمان و آب - قبل و بعد از فشار - که چندان دور از انتظار نیست - و با توجه به اینکه در فرایند فشار فقط آب از جدول خارج شده است، می توان نتیجه گرفت که اختلاف حجم جدول قبل و بعد از فشار همان حجم آب خارج شده از جدول است. بدین ترتیب با داشتن طرح اختلاط و با در نظر گرفتن حجم قبل و بعد از فشار برای هر جدول می توان به راحتی نسبت آب به سیمان بعد از فشار را بدست آورد.
لازم به ذکر است که بدلیل بزرگ بودن طول و عرض جدول نسبت به ضخامت آن، دقت اندازه گیری ضخامت در این روش باید حداقل در حد یک میلیمتر باشد. بنابر این استفاده از خط کش برای اندازه گیری مستقیم بتن ریخته شده در قالب و یا ضخامت جدول بعد از فشار و قرائت مقادیر با چشم توصیه نمی شود و بهتر است برای اندازه گیری ضخامت قبل از فشار از متر دیجیتالی لیزری و برای بعد از فشار از کولیس دیجیتالی استفاده شود. با توجه به اینکه در روش حجمی بتن به صورت اتوماتیک توسط دستگاه تولید می شود، اندازه گیری مقادیر مورد نیاز برای بدست آوردن نسبت آب به سیمان در هر جدول کمتر از 10 دقیقه به طول می انجامد. این روش نیازمند استفاده از وسایل اندازه گیری پیشرفته و دقیق و همچنین دقت
