بخشی از مقاله
روند کاهش عیار سیمان در بتن حجیم بدنه سد کارون چهار
چکیده
عموماً ارائه طرح اختلاط بتن، بسته به اهمیت سازه، شرایط محیطی، خصوصیات و حجم بتن اجرائی از نظر فنی و اقتصادي بسیار حائز اهمیت خواهد بود. در این کارگاه با توجه به مباحث فنی و حجم بالاي عملیات بتنی سعی بر آن بوده تا ضمن انجام آزمایشها و رعایت توصیه هاي مندرج در استانداردها و آیین نامه هاي معتبر و اعمال نقطه نظرات عوامل اجرایی در چارچوب مشخصات فنی و با لحاظ کردن مباحث اقتصادي پروژه به طرح اختلاط مورد نظر دست یافت. به همین جهت طرحهاي اختلاط متعددي بر مبناي آیین نامه ACI 211 و اعمال یافته هاي فنی سایر پروژهها ساخته و مورد ارزیابی قرار گرفت و در نهایت ضمن در نظر گرفتن خصوصیات بتن تازه و سخت شده، براي شروع کار طرح اختلاطی با عیار سیمان 180 کیلوگرم در متر مکعب که 40 کیلوگرم کمتر از حداقل مقدار تعیین شده در مشخصات فنی بوده انتخاب شد، که این کار ضمن صرفه اقتصادي تا حد قابل توجهی در کاستن از گرادیان حرارتی بتن و کاهش پتانسیل جمع شدگی و ایجاد ترك تاثیر داشته است. در ادامه عملیات اجرائی نیز عیار سیمان مصرفی تا حد 165 کیلوگرم در مترمکعب کاهش پیدا کرد که علاوه بر کاهش آلایندگیهاي زیست محیطی در تولید سیمان، کاهش هزینههاي حمل، کاهش مصرف یخ در تولید بتن و...جمعاً بیش از 42
میلیارد ریال صرفهجویی اقتصادي را نیز به همراه داشته است.
کلمات کلیدي: بتن حجیم، طرح اختلاط، حرارت زائی، کارایی، کاهش عیار سیمان.
مقدمه
با توجه به توسعه صنعت سدسازي طی چند سال اخیر در کشور و هزینههاي اجرایی بالا در چنـین پـروژههـایی، هـر
تلاشی که با لحاظ مشخصات فنی و کیفیت مطلوب به ساخت و اجراي سریعتر پروژه بیانجامـد، باعـث اسـتفاده بهینـهو
بازگشت سریعتر سرمایه می شود. در این راستا رسیدن به طرحی بهینه از نظر فنیو اقتصادي یکی از اهداف اصلی در امـر طراحی در طرح سد و نیروگاه کارون چهار مد نظر قرار گرفته است. لازم به ذکر است که این نگرش در نهایت منجـر بـه
کاهش قابل توجه در میزان مصرف سیمان در بتن حجیم بدنه سد شد که تاثیرات و میزان صـرفه جـویی اقتصـادي انجـام
شده در ادامه ارائه خواهد شد.
طرح سد و نیروگاهارتفاعکارون چهار با 230 متر از نوع بتنی دو قوسی با حجم تقریبی بتن بدنه و سرریز 1.000.680
متر مکعب، به عنوان بلندترین سد کشور، در فاصله حدود 180 کیلومتري جنوب غربی شهرکرد مرکز استان چهارمحـال و بختیاري، در محل تلاقی رودخانه هاي ارمند و بازفت اجرا شده است.
-1 بتن حجیم
-1-2 تعریف:
بتن حجیممعمولاً به بتنی اطلاق میشود که با توجه به بزرگی و ابعاد مقطع داراي نسبت سطح به حجم پایینی بوده و نیازمند به کارگیري تمهیدات خاصی جهت جلوگیري از وقوع تركهاي حرارتی به علت تغییرات حجم مقید شده ناشـی از حرارتزایی سیمان است. دماي بتن تازه یکی از معیارهاي مهم در کنترل گرادیان حرارتی بتن حجیمبایستبوده که می به طور ویژه مورد توجه قرار گیرد . با کاهش دماي بتن تازه ، میزان افت دما که باعث ایجاد تنش کششی می شود کـاهش
خواهد یافت به همین دلیل کاهش عیار سیمان نقش قابل توجهی در کنترل مباحث حرارتی خواهد داشت.
-2-2 مکانیزم بروز مشکل در بتنهاي حجیم:
- ترکیب آب و سیمان و ایجاد گرما متناسب با عیار سیمان و نوع آن
- بالا رفتن دماي مغز بتن به دلیل آدیاباتیک یا نیمه آدیاباتیک بودن
- ترك خوردگی به واسطه تنش حرارتی به ویژه در صورت مقید بودن بخشهاي خارجی
- بالا رفتن تنشهاي داخلی به واسطه شکفته شدن CaO و MgO با افزایش دماي مغز بتن در حالیکه در
قسمتهاي خارجی، انبساط ناشی از شکفته شدن بسیار کمتر است زیرا دماي آن پایینتر است.
-1 خصوصیات بتن حجیم
-1-3 خصوصیات بتن تازه Fresh concrete characteristics
-1-1-3کارایی Workability
کارایی و روانی (Consistency) از ویژگیهاي خوشکاري (Placibility) که در برگیرنده خاصیتپذیريپرداخت رضایت بخش بتن بوده، است. آن خاصیتی از بتن که به قابلیت ریختن آن در قالب، تراکم مناسب و پرداخت پذیري بدون
2
جداشدگی زیان آور مربوط می شود، کارایی اطلاقشود می و متـاثر از شـکل، بافـت و دانـهبنـدي مصـالح، عیـار سـیمان
مصرفی، میزان آب، درصد هوا، مواد افزودنی و حجم ملات بتن است. کارایی بتن با آزمایشات اسـلامپ، فـاکتور تـراکم، آزمایش وي بی، نفوذ توپی کلی و ... تعیین شده و باید به حدي باشد که ضـمن سـهولت کـارکرد ماشـین آلات پخـش و
تراکم بتن بر روي آن، از قابلیت جایگیري و تراکم مناسبی در قالب نیز برخوردار باشد. در شکل (1) بیل، بولدوزر پخـش
و ویبره کیس که به راحتی در حال فعالیت بر رويحجیمبتن تازه بدنه سد هستند، مشهود است.[1]
شکل : (1) فعالیت ماشین آلات پخش و تراکم بر روي بلوك بدنه سد
لازم به ذکر است که راندمان و کیفیت اجراي بتن و همچنین هزینه نیروي انسانی و ماشینآلات، تا حد زیـادي تحـت تاثیر کارایی قرار میگیرد، به عبارت دیگر کارایی نامناسب بتن سبب استهلاك ماشینآلات، هزینه زیاد نیروي انسانی و یـا تراکم نامناسب بتن میشود. مقدار ملات موجود در بتن تازه یکی از عوامل تاثیر گذار در تـامین کـارایی بـتن تـازه اسـت.
مخلوطهاي بتن با بزرگترین اندازه اسمی 75 و 150 میلیمتر، براي شرایط مناسب بتنریزي و کارایی لازم، به یک حداقل
مقدار حجم ملات نیاز دارند که با توجه به سایز و شکل دانهها مقدار آن تعیین مـی شـود. در جـدول (1) مقـادیر تقریبـی
ملات و هوا براي بزرگترین اندازههاي اسمی سنگدانهها نشان داده شده است. [1]
3
جدول : (1) مقادیر تقریبی ملات و هوا براي یزرگترین اندازه هاي اسمی مختلف سنگدانه ها
بزرگترین اندازه اسمی و مقدار ملات مقدار هوا بر حسب
نوع سنگدانه درشت درصد کل مخلوط
150 mm(6") ، شکسته 0.39 3-4
150 mm(6") ، گردگوشه 0.37 3-4
75 mm( 3") ، شکسته 0.44 3.5-4.5
75 mm( 3") ،گردگوشه 0.43 3.5-4.5
-2-1-3 جدا شدگی Segregation
جداشدگی در معناي کلی به جدا شدن مواد متشکله یک مخلوط غیر همگن از یکدیگر اطلاق میشود، بـه طـوريکـه
توزیع مواد در مخلوط دیگر یکنواخت نباشد. به طور کلی دو نوع جداشـدگی وجـود دارد، در نـوع اول سـنگدانـههـاي
درشتتر تمایل به جداشدن دارند، زیرا در امتداد سطح شیبدار فاصله بیشتري را طی میکنند. نوع دوم که به خصـوص در مخلوطهاي پرآب اتفاق میافتد با جدا شدن دوغاب سیمان از مخلوط بروز میکند. [1]
-3-1-3 آب انداختگی Bleeding
نوعی از جداشدگی است که در آن قسمتی از آب مخلوط به سطح بتن تازه درجا ریخته شده صعود می کند، این امـر به دلیل عدم توانایی مواد جامد در نگهداري کل آب موجود در بتن ( در هنگام ته نشین شدن ) صورت میگیرد.(شکل(2
آب اندازي را می توان به صورت کمی برحسب کل نشست در واحد ارتفاع یا به عنوان درصدي از آب مخلـوط بیـان
کرد .(ASTMC232) در کل آب اندازي جزء خصوصیات ذاتی بتن بوده و تابع عوامل مختلفی از جمله مقـادیر مصـالح ریزدانه، سیمان مصرفی، درصد هواي بتن تازه، شرایط جوي و .....است. آب اندازيالزاماً براي بـتن مضـر نیسـت امـا در صورتیکه مقاومت بتن در برابر سایش و یا اتصال مناسب لایـههـاي بـتنریـزي، نفـوذ پـذیري بـتن و ..... مطـرح باشـد،
میبایست تاثیرات آن به دقت بررسی و اصلاحات ضروري در طرح اختلاط بتن مد نظر قرار گیرد. البته در بتن حجیم کـه
بعد از اتمام زمان گیرش بتن، با فرایندي همچون Greencut و شستشوي سطح بتن، سطوح سسـت و ضـعیف برداشـته
میشود اصطلاحاًو سطح واریز مضرس شده و آماده بتن جدید میشود، هیچ نگرانی از این بابت وجود ندارد. [1]
شکل-2 صعود قسمتی از آب مخلوط به سطح بتن تازه درجا ریخته شده، به دلیل عدم توانایی مواد جامد در نگهداري کل آب موجود
در بتن
-4-1-3 دماي بتن تازه Temp fresh concrete
دماي بتن تازه یکی از معیارهاي مهم در کنترل گرادیان حرارتی بتن حجیم بوده که میبایست به طور ویژه مورد توجه قرار گیرد. با کاهش دماي بتن تازه، آهنگ گرمازایی و میزان افت دما که باعث ایجاد تنش حرارتی می شود کاهش خواهـد یافت. راههاي کاهش دماي بتن تازه:
با انجام پیش سرمایش بر روي مصالح (خنکسازي با آب، نصب شاب و سایه بان و..)
ذخیره سازي سیمان به حد کافی
مصرف یخ در ساخت بتن
و همچنین کاهش عیار سیمان و جایگزینی مواد شبه سیمانی کـه در ادامـه بـه بحـث کـاهش عیـار سـیمان خـواهیم پرداخت.
-5-1-3 حرارت زائی Heat of hydration
یکی از ملاحظات اصلی در طرح مخلوط بتن هاي حجیم ، اندازه و شکل سازه است. همانطور کهقبلاً اشاره شد، بتن
حجیممعمولاً به بتنی اطلاق میشود که نیازمند به کارگیري تمهیدات خاصی جهت جلوگیري از وقوع تركهاي حرارتـی
به علت تغییرات حجم مقید شده ناشی از حرارت زائی سیمان است. به صورت کلی حرارت زائی سیمان باعـث افـزایش
دمتا 14 9 درجه سانتیگراد به ازاي هر100 کیلو گرم سیمان در متر مکعب طی 18تا 72 ساعت مـیشـود . اگـر افـزایش دماي بتن کنترل نگشته و اجازه خارج شدن حرارت به میزان مناسب داده نشود و یا گرادیانهاي حرارتی بالا در بتن ایجاد
شود ، احتمال وقوع تركهاي حرارتینظروجود دارد. از این توجه و کنترل رفتار حرارتی بتن حجیم یکی از اساسی ترین
ویژگیهاي آن در مقایسه با سایر به تنها است. براي کاهش میزان افزایش دماي هیدراتاسیون ، روش هاي گوناگونی مـورد
