بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
(RCC)تاثير حضور افزودني ها در عملکرد بتن غلتکي
چکيده :
با توجه به رشد سريع جمعيت جهان و بحران کم آبي قابل پيشبيني در آينده نزديک داشتن يک روش سد سـازي سريع و کم هزينه بسيار مهم است . تلفيق تکنيک ساخت دو نوع سد بتني و خاکي ـ سـنگريزه اي موجـب ايجـاد روش بـتن غلتکي ي RCC گرديده است . حدود ۲۵ سال از تولد اولين سد بتن غلتکي مي گذرد و اين نوع سد در کشور ما نيـز مـورد توجه قرار گرفته است که همين امر موجب پيدايش زمينه هاي مختلف تحقيقاتي در زمينه RCC گرديده است . اين تحقيق با هدف آگاهي از تاثير حضور افزودني ها بر عملکرد بتن غلتکي انجام شده است . ٢٨ نمونه بتن غلتکي ساخته شـده و تـاثير افزودني هاي مختلف با درصدهاي متفاوت روي پارامتر هاي مقاومت فشاري ،زمان Vebe و وزن مخصوص بررسـي شـده است .در نهايت نيز يک مدل عددي به کمک روابط تنش -کرنش Sargin براي پيشبيني رفتار بتن غلتکي با توجه به نـوع و درصد افزودني بدست آورده شده است .
کليد واژه : بتن غلتکي ، افزودني هاي بتن ، مقاومت فشاري ،کارآيي بتن ، وزن مخصوص .
۱-مقدمه :
در ده سال آينده يک ميليارد نفر به جمعيت جهان افزوده خواهد شد و ايـن در حاليـست کـه در حال حاضر بسياري از کشورهاي در حال توسعه مشکل کـم آبـي دارنـد. لـذا بحـران کـم آبـي در آينـده نزديک قابل پيشبيني است . به همين دليل داشتن يک روش سد سازي سريع و کم هزينه بسيار مهم است . تلفيق تکنيک ساخت دو نوع سد بتني و خاکي ـ سنگريزه اي موجب ايجاد روش بـتن غلتکـي يـا RCCگرديده است . اولين سد بتن غلتکي در سال ١٩٨١ در ژاپن به بهره برداري رسـيد و از آن تـا تـاريخ سـال ٢٠٠٤ حدود ٤٧٥ سد از اين نوع در ٣٢ کشور ساخته شده است .اين پروژه تحقيقاتي با هـدف آگـاهي از تاثير حضور افزودني ها در عملکرد بتن غلتکي انجام شـده اسـت . در ايـن پـروژه مجموعـا ٢٨ نمونـه بـتن غلتکي ساخته شده و تاثير افزودني هاي مختلف با درصدهاي متفاوت روي آنها بررسي شده است .
۲- توصيف بتن غلتکي
بتن متراکم شده با غلتک (Roller compacted concrete)که با نام بتن غلتکي شناخته مي شود بتني با ميزان آب و سيمان کم و درنتيجه بسيار خشک و با اسلامپ صفر است . سد ساخته شده با اين بتن ، از نظر تکنيک ساخت همانند سدهاي خاکي است يعنـي توسـط ماشـين آلات عمليـات خـاکي ، حمل ، پخش و متراکم مي گردد و از نظر خواص مکانيکي همچون مقاومت ، دوام و نيز طراحي سـازه اي مانند سد بتني معمولي مي باشد.در واقع تلفيق تکنيک ساخت دو نوع سـد بتنـي و خـاکي - سـنگريزه اي موجب ايجاد روش بتن غلتکي يا RCC گرديده است .
۲-۱- تاريخچه سدهاي بتني غلتکي تا سال ١٩٥٠، حدود ٣٨ درصد از سدهايي که به ارتفاع ١٥ متر يا بيشتر در کل جهان ( به جز کشور چين ) ساخته شده بود، بتني بودند. از سال ١٩٥١ تا ١٩٧٧ اين نسبت به ٢٥ درصد و طي ١٩٨٢ به ١٦.٥ درصد رسيد. البته هر چند که هزينه هاي مربوط به ساخت سدهاي خاکي کمتر مي باشد ولي تجربه نشان داد که سدهاي بتني نسبت به سدهاي خاکي ايمني بيشتري دارند. در مقايسه بايد گفت که برخلاف سدهاي بتني وزني که به ندرت دچار خرابي شده اند، در ٧٠ سال گذشته صدها سد خاکي با ارتفاعات مختلف دچار شکست شده اند[٣].با توجه به عدم ايمني کافي سدهاي خاکي ، محققين به دنبال نوع جديدي از سد بودند که ايمني سدهاي بتني و سرعت اجراي سدهاي خاکي را به طور توأم دارا باشد.
بنابراين در سال هاي ١٩٦٠ تا ١٩٧٠ ابتکار جديد احداث سد بتن غلتکي مطرح گرديد. از ايدة فوق براي اولين بار در سد ١٧٢ متري Alpe Gera در ايتاليا استفاده شد که عمليات ساختماني آن در سال ١٩٦٤ به اتمام رسيد. تنها تفاوت اساسي اين سد با سدهاي بتن غلتکي کنوني عدم استفاده از غلتک براي متراکم کردن بتن بود [٣]. بدون شک بکار گيري بتن غلتکي در بازسـازي سـد Tarbela در پاکـستان نقـش بـسزايي در توسعه سدهاي بتن غلتکي داشته است . سرعت بالاي توليد مصالح در اين پروژه ( اواخر کار ١٨٠٠٠ متـر مکعب در روز ) که تاکنون در جهان بيشترين مقدار مي باشد و رکوردي در امر بتن ريزي محـسوب مـي شود و نيز برطرف شدن مشکلات فرسايش در اثر عبور سيلاب ، مواردي بودند که در پيشرفت اسـتفاده از مصالح بتن غلتکي و نشان دادن قابليت هاي اجرايي اين مـصالح بـسيار موثربودنـد [٣].سـرانجام در سـال ١٩٨١ نخـستين سـد از نـوع بـتن غلتکـي بـا نـام شـيماجي گـاوا (Shimajigawa) در ژاپـن احـداث گرديد[۱].
۲-۲- مزاياي سدهاي بتن غلتکي
١- سرعت ساخت : سرعت ساخت مهمترين عاملي است که باعث صرفه جـويي در هزينـه سـاخت سـد
RCC مي گردد.
٢- سادگي اجرا: هر کدام از لايه هايي که روزانه به صورت افقي ريخته مي شـوند شـبيه بـه هـم بـوده ، بنابراين روش ساخت تکراري و ساده مي گردد [۷].
٣- امکان ساخت سرريز پلکاني داخل پيکرة سد: ضمن اينکه امکان ساخت سرريز جدا از بدنة سد و جود دارد، مي توان از سرريز پله اي در داخل پيکرة سد استفاده نمود.
٤- مزاياي اقتصادي : کاهش در هزينه هاي قالب بندي , مصرف کمتـر سـيمان ,حـذف لولـه هـاي خنک کنندة بتن در بدنه سد , حذف درزهاي طولي ,کاهش ابعاد سيستم انحراف آب .
۲-۳- ديدگاه هاي طراحي بتن غلتکي
مهندسين ژئوتکنيک و مهندسين بتن هر کدام به صورت مستقل در خصوص ايـدة سـدهاي بـتن غلتکي فعاليت کرده اند. اين امر منجر به ايجاد دو ديدگاه متفاوت نسبت به بـتن غلتکـي گرديـد کـه مـي توان از آنها به عنوان ديدگاه مهندسين ژئوتکنيک و ديدگاه مهندسين بتن نام بـرد. بـر اسـاس ايـن تقـسيم بندي ، بتن غلتکي با شيرة سيمان کم حاصل ديدگاه مهندسين ژئوتکنيک بوده و بتن غلتکي با شيرة سيمان زياد و RCD در ديدگاه مهندسين بتن جاي مي گيرد. بهترين روش جهت تمايز مخلوط هاي تهيـه شـده با اين دو ديدگاه ، معيار زمان Vebe مي باشد. [٣].
۳- آزمايش هاي استاندارد بتن غلتکي
۳ -۱- آزمايش تعيين کارآيي :
چون بتن غلتکي بتني بدون اسلامپ است ، جهت تعيـين کـارآيي و روانـي آن از ايـن آزمـايش
استفاده ميشود.
۳-۲- آزمايش تعيين وزن مخصوص :
پس از انجام آزمايش تعيين کارآيي ، اين آزمايش طبق استاندارد انجام مي شود.
۴- علل استفاده از افزودني ها :
غالبا به جاي استفاده از نوع خاصي سيمان اين انتخاب وجود دارد که به کمک افزودني ها بعضي از خصوصيات سيمان هاي مرسوم را به نحو مطلوب تغيير داد حتي در بعضي موارد استفاده از افزودني ها تنها راه رسيدن به هدف مورد نظر مي باشد : بسياري از خصوصيات يک افزودني توسط شرکت سازنده آن دراختيار مصرف کننده قرار ميگيرد اما بعضي از اثرات آن ممکن است نا مشخص و ناشناخته بمانند بنابراين براي استفاده از افزودني ها در جهت رسيدن به اثرات مطلوب بايد روندي هوشيارانه طي شود و تست هايي روي عملکرد بتن انجام گيرد[۴].
۵- مصالح و افزودنيهاي استفاده شده در طرح :
در اين پروژه تحقيقاتي از يک طرح اختلاط ثابت استفاده شده است تا بتوان تاثير افزودني هـاي مختلف بر روي آنرا با هم مقايسه کرد.شن و ماسه مصرفي در طرح اختلاط بتن غلتکي از سـنگدانه هـاي شکسته نشسته تامين شده است . سـيمان اسـتفاده شـده سـيمان تيـپ دوتهـران مـي باشـد.آب لازم جهـت ساختن بتن غلتکي از آب لوله کشي آزمايشگاه بتن دانشکده مهندسي عمران دانشگاه صنعتي شريف کـه متصل به شبکه آب شرب شهر تهران است تامين شده است . همچنين از سه نوع ماده افزودني استفاده شده
است تا تاثير هر يک بر روي عملکرد بتن غلتکي بررسي شود. افزودني هاي مورد استفاده عبارتند از :
١- فوق روان کننده با قدرت کاهندگي شديد آب بتن .
Superplasticizer with strong water reduction ability
٢-روان کننده معمولي با راندمان بالا . High performance plasticizer
٣- فوق روان کننده و ديرگير کننده . Superplasticizer and Retarder (R52)
هر کدام از افزودني هاي ذکر شده با دو درصـد مختلـف بـه ميـزان ٥.. و ١ درصـد وزن سـيمان بـه طـرح اختلاط بتن غلتکي افزوده شده اند.دانه بندي انتخاب شـده بـراي سـنگدانه هـا در ايـن پـروژ بـر اسـاس
استاندارد U.S Army به صورت زير انتخاب گرديده است . ( به ترتيب جداول شن و ماسه )[۵]
طرح اخـتلاط انتخـاب شـده در هـر متـر مکعـب بـتن داراي ٢٥٠ کيلـوگرم سـيمان و ١١٠ کيلـوگرم آب ميباشد.
۶- دستگاه بارگذاري يونيور سال و نحوه استفاده از آن در انجام آزمايش ها :
در اين تحقيق براي اندازه گيري مقاومت فشاري بتن غلتکي از دستگاه بارگذاري يونيورسال استفاده شده است .مزيت آن نسبت به دستگاه معمولي تست مقاومت فشاري ، استخراج منحني کامل بارگذاري ـ تغيير مکان مي باشد. دراينجا منحني هاي بارگذاري - تغيير مکان نمونه ها به روش strain control با نرخ به دست آمده اند.
۷- تشريح نتايج آزمايشگاهي :
پارامترهايي که تاثير افزودني ها به روي آنها تشريح خواهد شد عبارتند از : زمان وي بي ,
وزن مخصوص و مقاومت فشاري بتن غلتکي .
۷-۱- زمان وي بي (Vebe time ) : معيار کارآيي در بتن غلتکي زمان وي بي مي باشد. يادآوري مي شود که زمان وي بي عبارتست از : مدت زماني که طول مي کشد تا شيره بتن از اطراف سربار، حين ارتعاش ميز وي بي بالا بزند.نمودارزير نشان دهنده مقادير زمان وي بي نمونه ها مي باشد
شکل ۱ :نمودار زمان وي بي نمونه ها
