بتن غلطکی

گرایش سازه های هیدرولیکی

چکیده:

دیر زمانی از شروع ساخت سد های بتن غلتکی نمی گذرد: ولی در همین مدت کوتاه به علت سرعت بالای ساخت، هزینه های اجرایی پایین و ایمنی برابر با سدهای بتنی کلاسیک ساخت این گونه سدها مقبولیتی عام یافت. در سال های اخیر ساخت سدهای بتن غلتکی در دستور کار متولیان صنعت آب کشور قرار گرفت که سد جگین به عنوان اولین سد بتن غلتکی در ایران مراحل پایانی ساخت خود را می گذراند بر آن شدیم تا با تهیه این مقاله به طراحی این نوع از سد را با مشخصات بتن غلتکی آشنا کنیم. نویسندگان این مقاله مطلب خود را عاری از اشتباه ندانسته و از انتقادهای سازنده خوانندگان استقبال می کنند.

1ـ کلیات

مشخصات بتن غلتکی سخت شده شبیه بتن های حجیم است. تفاوت این دو نوع بتن، عمدتا به علت میزان کم آب بتن غلتکی، حجم فضاهای خالی و میزان کم سنگدانه یا سایر مشخصات مواد افزودنی است. به دلایل ذکر شده در زیر محدوده مشخصات بتن غلتکی از بتن حجیم وسیع تر است:

1ـ کاربرد محدوده وسیعی از سنگدانه ها با کیفیت متفاوت در بتن غلتکی

2ـ وجود میزان پایین تری از مواد سیمانی در بتن غلتکی

3ـ مقدار قابل توجهی از مواد پر کننده معدنی (فیلر) در بتن غلتکی

اگر کیفیت مصالح یا تراکم تغییر قابل توجهی داشته باشد تنوع در مشخصات بتن غلتکی از بتن حجیم بسیار بیشتر خواهد بود. در این فصل توضیحات کاملی راجع به مشخصات بتن غلتکی سخت شده شامل: مقاومت، مشخصات الاستیک، ظرفیت کرنش کششی، خزش، تغییر حجم، مشخصات حرارتی، نفوذ پذیری، چگالی و دوام ارائه شده است.

1ـ1ـ آزمایش

بعضی از مشخصات بتن غلتکی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و برخی توسط تجربه های مهندسی تعیین می شوند. تعدادی از این مشخصات مانند مدول الاستیسیته خزش و ظرفیت کرنش کششی بدون انجام آزمایش به سختی قابل تخمین زدن هستند. زمانی که مکان انجام آزمایش به صورت کامل نیست، بهترین شیوه استفاده از نتایج آزمایش های ساده و معتبر سایر پروژه ها می باشد. مشخصاتی که از نتایج آزمایشگاهی به دست می آیند باید نشان دهنده مشخصات مصالح مخلوط بتنی باشند. در صورت امکان مشخصات مصالح باید از نمونه مغزه گیری شده تعیین شود.

اختلاف در مشخصات بتن غلتکی به علت پراکندگی اطلاعات حاصل از آزمایش تفاوت رفتار واقعی مصالح و آنچه توسط مدل های عددی پیش بینی می شود و اختلاف های مورد انتظار بین مخلوط های آزمایشگاهی و واقعی در حین ساخت است و می تواند توسط مطالعات پارامتریک که از ترکیب حد بالا و پایین مشخصات تعیین کننده در طراحی استفاده می کنند محاسبه شود. سرعت ساخت و تجربه عملی استفاده از مقاومت طراحی 1 ساله نشان می دهد که سازه های بتن غلتکی قبل از رسیدن به مقاومت طراحی بارگذاری می شوند بنابراین باید دقت بیشتری در انتخاب مصالح بتن غلتکی لحاظ شود.

2ـ1ـ مقاومت و مشخصات الاستیک

مقاومت و مشخصات الاستیک بتن غلتکی مانند بتن حجم با توجه به نوع و مصالح و نسبت آنها در مخلوط تغییر می کند. کیفیت مصالح سنگی و میزان مواد سیمانی فاکتورهای اصلی تاثیر گذار بر مقاومت و مشخصات الاستیک هستند. ولی این مشخصات بیشتر بستگی به کنترل مخلوط در محل و نظارت بر عملیات بتن ریزی دارد.

مشخصات مورد نیاز برای آنالیز لرزه ای بتن غلتکی شامل مقاومت کششی، مقاومت برشی، مدول الاستیسیته، نسبت پواسن و چگالی است. به جز چگالی، بقیه مشخصات به تغییرات کرنش وابسته هستند. نرخ تغییر کرنشی که در هنگام زلزله ای بزرگ رخ می دهد هزاران بار بزرگتر از کرنشی است که در آزمایشگاه روی نمونه اعمال می شود.

2ـ مقاومت

مقاومت فشاری کششی و برشی در این قسمت مورد بررسی قرار می گیرد. مقاومت کششی در این قسمت مورد بررسی قرار می گیرد مقاومت کششی در ادامه به بخش های:

1- مقاومت کششی مستقیم

2- مقاومت کششی مستقیم درزه ها

3- مقاومت کششی گسیختگی

4- مقاومت خمشی

5- مقاومت کششی دینامیکی

و مقاومت برشی به دو قسمت:

1- مقاومت برشی بتن غلتکی

2- مقاومت برشی درزه ها تقسیم می شود.

تعیین مقاومت بتن غلتکی همانند بتن حجیم است و تنها تفاوت در روش های تحکیم نمونه بتن غلتکی است. مقاومت بتن غلتکی بستگی زیادی به درجه تراکم نمونه کیفیت سنگدانه و میزان مواد سیمانی دارد. آزمایش مقاومت بتن غلتکی بر روی نمونه های متراکم شده یا نمونه های مغزه گیری شده از سازه اصلی یا سازه آزمایشی انجام می شود. تفاوت بتن غلتکی با بتن حجیم در سطوح افقی ضعیف بتن غلتکیاست که در هنگام ساخت به وجود می آیند. در این درزه ها مقاومت کششی و برشی عموما از بدنه اصلی کمتر می باشد.

تراکم کافی و مناسب برای تمام قسمت های بتن غلتکی لازم است. برای یک نسبت اختلاط مشخص تراکم مناسب زمانی اتفاق می افتد که بیشتر از 5/1% هوا در فضاهای خالی وجود نداشته باشد. 5% هواس محبوس به علت تراکم ناکافی باعث کاهش 30 درصدی مقاومت و 20% هوای محبوس در فضاهای خالی باعث کاهش 80درصدی مقاومت می شود. تراکم مخلوط بتن غلتکی مشکل بوده و در اکثر موارد تراکم ناکافی رخ میدهد که این امر باعث کم شدن مقاومت از حد مطلوب می شود. در برخی موارد اضافه کردن آب به مخلوط بسیار خشک افزایش مقاومت را در بر دارد.

سنگدانه هایی که باعث ایجاد مقاومت بالا می شوند همیشه بهترین مواد برای بتن غلتکی با بتن حجیم نیستند. در برخی از پروژه ها استفاده از سنگدانه هایی با مقاومت طبیعی پایین تر بتن غلتکی با میزان خزش مطلوب مدول الاستیسیته پایین و ظرفیت کرنش کششی مناسب تولید می کند. هر چند استفاده از چنین سنگدانه هایی باعث کاهش مقاومت کششی و مشخصات برشی می شود که فاکتورهای مهمی برای سازه های واقع در مناطق لرزه خیز می باشند. استفاده از سنگدانه های نامرغوب یا مصالح نا متعارف که حد مقاومت دراز مدت آن غیر قابل پیش بینی است یا به طور کلی استفاده از مقاومت بتن غلتکی در سنین پایین برای پیش بینی مقاومت دراز مدت آن باید با احتیاط صورت گیرد. استفاده از پوزولان در بتن غلتکی روند کسب مقاومت را کند می کند ولی مقاومت نهایی بالاتری را نتیجه می دهد. برخی از ترکیبات بتن غلتکی بسته به شکل دانه بندی درجه تراکم و میزان جدا شدگی ممکن است مشخصات غیر همسانگردی نسبت به بتن حجیم از خود نشان دهند. آزمایش های انجام گرفته بر روی بتن غلتکی بیان کننده این مطلب است که معمولا نمونه های مغزه گیری شده عمودی مقاومت بیشتری نسبت به نمونه های مغزه گیری شده افقی دارند. در موارد بسیار محدودی عکس این نتیجه مشاهده شده است.

در بتن معمولی رفتار غیر همسانگرد به جمع شدن شیره بتن زیر سنگدانه ها نسبت داده می شود در بتن غلتکی رفتار غیر همسانگرد به دلیل بخش شدن و جهت گیری سنگدانه ها در نتیجه پخش شدن و تراکم لایه های افقی می باشد.

تحقیق در مورد بتن غلطکی

بتن غلطکی (RCC) بعنوان مصالحی جدید در صنعت سدسازی در حال حاضر مورد توجه سدسازان بزرگ دنیا و مؤسسات تحقیقاتی می‌باشد. یکی از مسائل این نوع بتن در اجرا، بالابودن ضریب تراوایی آن می‌باشد که بعضا در سدهای بزرگ تزریق‌های دوغاب پس از انجام ساختمان را طلب می‌کند. در طرح اختلاط این بتن می‌توان از برخی مواد جایگزین سیمان (غیرچسبنده) به منظور کاهش فضاهای خالی موجود در جسم بتن غلطکی و واکنش‌های ثانویه بهره گرفت که تاثیر این مواد بر پارامترهایی چون مقاومت‌های فشاری و برشی در محل درزهای سد بایستی در نظر گرفته شد. در مقاله حاضر میزان نفوذپذیری در جسم بتن غلطکی و در محل درزها و چگونگی کنترل آنها مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است . این تحقیق با کار آزمایشگاهی بر روی نمونه‌های بتن غلطکی که با استفاده از طرح اختلاط های مختلف با و بدون ماده پوزولانی آماه شده بود صورت گرفته است . براساس نتایج بدست آمده روند تغییرات بدین تربیت است که با افزایش میزان وزن مخصوص و مقاومت فشاری میزان ضریب نفوذپذیری کاهش می‌یابد. همچنین نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که بتن غلطکی که دارای مواد جایگزین سیمان مانند پوزولان‌ها می‌باشد دارای ضریب نفوذپذیری کمتری نسبت به نمونه‌هایی که بدون پوزولان هستند، می‌باشد.
تعریف بتن غلطکی

بتن غلتکی بتنی است که در اجرای سازه های حجیم ( سدها ، شالوده های بزرگ و... ) کاربرد دارد و برای اجرای آن از ماشین آلات راهسازی و عملیات خاکی استفاده می شود .
چنین روش اجرایی نتایج و تبعات اولیه زیر را به دنبال خواهد داشت :

• انرژی لازم برای اجرا و جا دادن این گونه مصالح بیش از مقداری است که با لرزاننده های ( ویبراتور ) معمولی تامین می گردد . به همین دلیل در صورت استفاده از مصالح و مواد سیمانی مشابه آنچه در بتن لرزاننده سنتی (CVC) یا بتن متعارف به کار برده می شوند و با اجرای لایه های متوالی بتن ، می توان به کیفیتی بهتر از کیفیت بتن متعارف (CVC) دست یافت .