اصول تولید جداول بتنی پرسی خشک

اصول تولید جداول بتنی پرسی خشک

چکیده

امروزه جداول بتنی به عنوان یکی از پرکاربردترین قطعات بتنی در شهرها مطرح میباشند و وظیفه محدودکننده فضاها، زیباسازي شهرها و هدایت آبهاي سطحی معابر را به عهده خواهند داشت. بدیهی است فرسودگی و خرابی این جداول نتیجه معکوس در ظاهر شهر داشته و در پی آن تعمیر و مرمت و یا تعویض آنها هزینههاي زیادي را در پی خواهد داشت.

از این رو توجه و دقت لازم و رعایت اصول فنی در ساخت این جداول میتواند عمر مفید آنها را تا حدود چند برابر کرده و از مشکلات بعدي تا حد زیادي بکاهد. در این تحقیق سعی شده است با بررسی عوامل مختلف موثر در کیفیت جداول بتنی از جمله انتخاب روش تولید، استفاده از مصالح سنگی با درصد شکستگی بالا، انتخاب حداکثر اندازه سنگدانه محدود و نسبتهاي آب به سیمان کم و استفاده از مواد حباب زا در طرح اختلاط بتن،

 

-1 مقدمه

استفاده از قطعات پیش ساخته بتنی، یکی از روشهاي استفاده از بتن میباشد و جداول بتنی یکی از پرکاربردترین این قطعات هستند. براي دستیابی به یک کیفیت بالا در تولید جداول بتنی، باید تمامی عوامل موثر بر آن مانند خصوصیات مصالح بتن شامل سنگدانه ها، سیمان، نسبت آب به سیمان، روش ساخت، رعایت اصول فنی حین ساخت، عمل آوري و شرایط محیطی مورد بررسی قرار گیرد. متوسط عمر جداول بتنی در اکثر کشورهاي جهان حدود 15 سال است ولی این عدد در کشور ما حدود 3 سال میباشد. لذا میتوان با صرف هزینه هاي جزیی در تولید و رعایت اصول فنی در ساخت، عمر این قطعات را چندین برابر نمود و از حیف و میل مصالح ملی و هزینه هاي عمومی جلوگیري نمود.

 جداول بتنی امروزه به روشهاي گوناگونی تولید میشوند: روش معمولی (ویبرهاي)، روش پرسی خشک و روش پرسی تر. روش پرسی به دلیل عدم نیاز به تعداد زیادي قالب جدول و بالتبع سرعت بالا در تولید، امروزه با استقبال بیشتري از سوي تولیدکنندگان روبرو شده است. نسبت آب به سیمان پایین در روش پرسی خشک باعث بهبود خصوصیات مکانیکی و بخصوص دوام بتن در این نوع جداول خواهد شد.

دماي اولیه بتن هنگام ریختن یکی از عوامل موثر بر کیفیت بتن میباشد. با افزایش دماي بتن در هنگام ریختن، روانی کاهش مییابد و طبق تحقیقات به عملآمده بیشترین مقاومت فشاري در بتن با دماي اولیه 25 درجه سانتیگراد و کمترین مقاومت فشاري در بتن با دماي اولیه 39 درجه سانتیگراد مشاهده میشود. بیشترین مقاومت خمشی مربوط به بتن با دماي اولیه 29 درجه سانتیگراد و کمترین مقاومت خمشی و بیشترین عمق نفوذ آب با فشار مربوط به دماي 39 درجه سانتیگراد مشاهده میگردد.

سنگدانه ها با توجه به اینکه تقریبا 60 تا 80 درصد وزن بتن را شامل میشوند، نقش بسزایی در خواص بتن داشته، حداکثر اندزه سنگدانه بطور مستقیم بر مشخصات مکانیکی بتن تاثیرگذار میباشد. مشاهده میشود که با کاهش حداکثر اندازه سنگدانه و افزایش مدول نرمی دانه بندي، به دلیل افزایش سطح جانبی سنگدانه ها در واحد حجم بتن که باعث افزایش سطح چسبندگی خمیر سیمان و سنگدانه ها و نیز کاهش تمرکز تنش و ترك خوردگی در ناحیه انتقال میشود، خواص مکانیکی بتن پرسی خشک بهبود مییابد. استفاده از سنگدانه هاي پرمقاومت مثل سنگدانه هاي گرانیتی نیز میتواند اثر بسیار مثبتی بر بهبود خواص مکانیکی جدوال بتنی داشته باشد. گرچه سنگدانه هاي گرانیتی قیمت بالایی نسبت به سنگدانه هاي معمولی دارند، لیکن بتن ساخته شده از آن داراي دوام بالا و طول عمر زیاد خواهد بود (فامیلی.هرمز، 1389 و فامیلی.هرمز، 1392 و یوسفی.سید امین، 1390 ).

 در تولید جداول بتنی، میتوان از سنگدانه هاي بازیافت شده از تخریب سازه هاي بتنی استفاده نمود. بسته به طرح اختلاط میتوان از درصدهاي مختلفی از این مواد در ساخت بتن استفاده کرد. به طور مثال میتوان نسبت آب به سیمان را 0,45 و نسبت سنگدانه به سیمان را 4 به 1 انتخاب نمود. اما باید قبل از استفاده از این نوع مصالح، هزینه و کارایی آن بدقت بررسی شود.

در مورد سنگدانه ها عوامل دیگري نیز در کیفیت و مشخصات مکانیکی بتن موثر است. سنگدانه ها باید تمیز و عاري از هرگونه مواد شیمیایی موثر بر هیدراسیون سیمان باشند. چرا که این مواد بر روي مقاومت سایشی بتن بسیار موثرند و این موضوع خصوصا در مورد سنگدانه هاي رودخانه اي باید به دقت مورد بررسی قرار گیرد.

 از شیشه نیز میتوان هم به عنوان ماده پوزولانی (جایگزین سیمان) و هم ماده جایگزین سنگدانه در قطعات پیش ساخته بتنی استفاده کرد. قبل از استفاده از شیشه در بتن باید موارد مهمی از جمله مقدار سیلیس، مقدار یون کلراید، مقدار تري اکسید سولفات، سطح مخصوص پودر شیشه، مقدار مواد سربی و نیز سایر مواد حاوي اکسید آهن، اکسید سدیم، اکسید آلومینیوم، اکسی کلسیم، اکسیدپتاسیم و اکسید منیزیم توسط آزمایشگاه مجهز مشخص گردد تا محدوده مجاز این مواد کنترل شود.

سیمان به عنوان ماده اصلی چسباننده اجزا بتن نقش عمدهاي در خواص مکانیکی بتن دارد. در مقاومت سایشی جداول بتنی، مقدار سیمان بطور مستقیم موثر است. با یک نسبت ثابت آب به سیمان، با افزایش مقدار سیمان مقاومت فشاري و سایشی افزایش مییابد. در واقع یک رابطه همبستگی بین مقاومت فشاري و سایشی وجود دارد بدین معنی که با افزایش مقاومت فشاري، اتلاف سایشی کم میشود.

 جهت بهبود خواص مکانیکی قطعات پیش ساخته بتنی مثل جداول بتنی میتوان از مواد افزودنی نیز مناسب بهره جست. این مواد میتواند باعث بهبود دوام و مقاومت نهایی بتن شود.

برخی از کشورها از استانداردهاي خاص خود در مورد جداول بتنی استفاده میکنند. به عنوان مثال در استاندارد نیوزیلند، براي جداول معابر اصلی، معابر فرعی و معابر ارتباطی که توسط ماشین و بصورت درجا تولید میشود، حداقل مقدار سیمان در هر متر مکعب بتن به ترتیب  280- 240 و  و 260 کیلوگرم بوده ، ، به جاي مقاومت فشاري بتن معمولا از تراکم بتن که با درصد مشخص میشود، استفاده می گردد که باید حداقل 92,5 درصد باشد. این عدد در استاندارد استرالیا 95 درصد است. در استاندارد استرالیا، در مورد جداول تولیدي درجا توسط ماشین، حداقل مقدار سیمان 280 کیلوگرم بر متر مکعب، حداکثر اندازه سنگدانه 12,5 میلیمتر و حداقل مقاومت فشاري لازم 20 مگاپاسکال میباشد. در استاندارد آمریکا با توجه به شرایط مختلف، حداقل مقدار سیمان از 340 تا 355 کیلوگرم در متر مکعب، درصد مواد حباب زا از 5 تا 8، اسلامپ 30 تا 80 میلیمتر، حداکثر نسبت آب به سیمان 0,4 تا 0,45 و حداقل مقاومت فشاري 28 روزه 32 ماگاپاسکال در نظر گرفته می شود. البته این مقادیر بسته به نظر کارفرما یا سازمان مربوطه قابل تغییر خواهد بود.

در بعضی کشورها نیز مخلوط هاي آماده توسط تولیدکنندگان به بازار عرضه میشود که در کارهاي با حجم اندك میتواند استفاده شود اسلامپ بتن در روش معمولی تولید جدول ویبره اي میتواند تا 80 میلیمتر براي حالت بتن ریزي با دست و 40 میلیمتر بتن ریزي با ماشین و براي تولید جدول پرسی خشک 0 تا 10 میلیمتر باشد. حداقل مقاومت پیشنهادي فشاري میتواند 20 تا 32 مگاپاسکال باشد

از معایب روش تولید پرسی جداول بتنی، میتوان به ضعف این جداول در ساعات اولیه تولید در برابر صدمات احتمالی و نیز ضعف در برابر شرایط نامناسب جوي پس از تولید در صورت عدم محافظت لازم اشاره کرد. بنابراین باید پس از تولید نسبت به محافظت آنها در برابر این موارد اقدام لازم به عمل آید(عمل آوری مناسب).  البته امروزه از مصالح مختلفی براي ساخت جداول استفاده میشود که هر کدام به نوبه خود محاسن و معایبی دارند. به عنوان مثال جداول سنگی داراي مقاومت فشاري و سایشی و دوام بالا و قیمت گران هستند. جداول پلاستیکی داراي سیستم تولید آسان بوده، لیکن دوام، ثبات رنگ و مقاومت ضربهاي کمی دارند. بنابراین میتوان هر کدام از این روشها را نیز در جاي خود بررسی نمود.

 

-2 عوامل موثر بر تولید جداول بتنی پرسی خشک

در این تحقیق ابتدا به عوامل موثر بر ساخت و تولید که باید رعایت شود، اشاره شده، در انتها طرح اختلاط جداول بتنی پرسی خشک به روش آبا مورد بررسی قرار داده شده است. در تمام این موارد، تعیین نسبتهاي مقدار سیمان، سنگدانه ریز، سنگدانه درشت، نسبت آب به سیمان، مقدار مواد حباب زا و درصد جذب آب بتن که معرف دوام بتن میباشد، مورد توجه خواهد بود. براي به دست آوردن یک طرح بهینه براي جداول بتنی، لازم است ابتدا مطالعاتی روي مصالح مصرفی و شرایط محیطی صورت گیرد.

الف: یکی از مسایلی که در تولید بتن کمتر مورد توجه قرار گرفته است، دماي بتن در هنگام ریختن است. معمولا آیین نامه ها دما و شرایط محیط بتن ریزي را در نظر میگیرند و علت این امر شاید این باشد که اندازه گیري دماي محیط معمولا به سادگی امکانپذیر میباشد. اما محاسبه دماي خود بتن در زمان ریختن معمولا دشوار و دور از شرایط کارگاهی است. طبق آزمایشات انجام شده، دماي بتن حین ریختن، کاملا بر خواص مکانیکی بتن تاثیرگذار است به نحوي که کاهش دماي بتن باعث کند شدن سرعت عمل هیدراسیون سیمان شده و مقاومت اولیه بتن پایین میآید. اما در نهایت به دلیل توزیع یکنواختتر خمیر سیمان مقاومت نهایی افزایش خواهد یافت. با افزایش دماي اولیه بتن، مقاومت اولیه بتن به دلیل تشکیل سریع بلورهاي هیدراته، افزایش مییابد. لیکن در درازمدت مقاومت نهایی بتن به دلیل عدم توزیع یکنواخت خمیر سیمان و عدم پر شدن فضاهاي خالی و ایجاد تخلخل، کاهش خواهد یافت. اثر دماي اولیه بتن بر مقاومت خمشی و فشاري بتن یکسان است.

همچنین جذب آب بتن با دماي اولیه بالاتر بیشتر از بتن با دماي اولیه پایین تر خواهد بود. بدیهی است به دلیل ایجاد فضاهاي خالی و تخلخل در بتن با دماي اولیه بالاتر نسبت به بتن با دماي پایین تر، دوام بتن با افزایش دماي اولیه کمتر خواهد شد. محمدرضا خوش سیما و همکاران طی آزمایشات متعدد براي بتن با دماهاي اولیه 17, 29, 39  ،25 ، به نتایج فوق دست یافته اند.

ب: مورد دیگري نیز که معمولا در تولید جداول بتنی مورد توجه قرار نمیگیرد، حداکثر اندازه سنگدانه است. از آن جهت که بین اندازه سنگدانه و مقاومت فشاري ارتباط مستقیمی برقرار است، نمیتوان نقش سنگدانه ها را در کیفیت بتن نادیده گرفت. با انجام آزمایشات مختلف میتوان دریافت که افزایش اندازه سنگدانه ها باعث ایجاد فضاهاي خالی بیشتر و در نتیجه کمتر شدن مقاومت بتن خواهد شد. برعکس با کاهش حداکثر اندازه سنگدانه و افزایش مدول نرمی، مخلوط یکنواخت تري به دست آمده و سطح چسبندگی خمیر سیمان و سنگدانه ها افزایش یافته در نتیجه خواص مکانیکی بتن بهبود خواهد یافت. نتایج آزمایشاتی که توسط سید امین یوسفی و همکاران براي بتن با حداکثر اندازه سنگدانه 6,35 و 12,5 میلیمتر انجام شده است، موید همین مطالب است.

ج: عامل دیگري که باید در نظر گرفت، انتخاب نسبت آب به سیمان پایین است که تا کنون توسط محققین قبلی در نظر گرفته نشده است. در این مطالعه روش پرسی خشک به دلیل استفاده از بتن با نسبت آب به سیمان پایین و نیز امکان استفاده از آن در فضاهاي باز مثل کارگاهها انتخاب میشود. جداولی که با این روش تولید میشوند، به دلیل نسبت آب به سیمان پایین، داراي دوام بالاتري خواهند بود. درست است که همواره سعی بر این است که هواي ناخواسته محبوس در بتن خارج شود، اما استفاده از مواد حبابزا در بتن باعث بالا رفتن خصوصیات دوامی بتن خواهد شد. بسته به اینکه جداول بتنی در کجا تولید و مورد استفاده قرار خواهد گرفت، میتوان در مورد استفاده از مواد حباب زا تصمیم گرفت. البته ذکر این نکته لازم است که استفاده از مواد حبابزا حداکثر تا 7 درصد مجاز بوده و به ازاي هر 1 درصد حباب هواي ایجاد شده، تقریبا 4 مگاپاسکال از مقاومت نهایی بتن کاسته خواهد شد. بنابراین براي رسیدن به یک مقاومت خاص در صورت استفاده از مواد حبابزا، محاسبات لازم در طرح اختلاط باید در نظر گرفته شود.

به نظر میرسد با توجه به اینکه در مورد جداول بتنی، نیروي فشاري و یا خمشی چندانی وجود ندارد (صرف نظر از موارد خاص)، عامل اصلی تعیین کننده در طراحی این قطعات، طول عمر و دوام آنها در برابر سیکلهاي یخ و ذوب میباشد و این مساله به خصوص در مورد مناطقی که اختلاف دماي شب و روز آنها زیاد است، حائز اهمیت میباشد که مشاهده میگردد، بعضی از این جداول داراي عدم یکنواختی در مخلوط و ظاهري نامناسب میباشند. شاید علت آن، خارج شدن دستگاه جدول زن از تنظیم و عدم پرس یکسان بوده باشد. قبل از تولید باید نسبت به نظافت باند تولید اقدام نمود تا سطح تکیه جداول صاف و عاري از پستی و بلندي باشد.

همانطور که در شکل دیده میشود ظاهرا در این کارگاه، براي تامین آب عمل- آوري قطعات، از روش آبپاشی با دست استفاده میشود. بنابراین باید دقت داشت که آبپاشی باید بطور مستمر و یکنواخت توسط کارگر آموزش دیده شده انجام شود و سطوح جداول با پوشش مناسب پوشانده شود. پس از تولید تعدادي جدول با دستگاه جدول زن، باید سطوح قالبهاي دستگاه جدول زنی تمیز و در صورت نیاز روغنکاري شود تا هم عملکرد و طول عمر دستگاه جدول زنی بیشتر شود و هم جداول تولیدي ظاهر مناسبی داشته باشند.

معمولا چنین دستگاههایی استهلاك بالایی دارند. بنابراین لزوم رسیدگی و کنترل فنی دستگاه جدول زن امري اجتنابناپذیر است. امروزه کارخانههاي مجهزي وجود دارند که معمولا در خط تولید جدول بتنی خود از دستگاههاي ثابت جدول بتنی با  تولید برروی پالت استفاده میکنند. بدیهی است که به دلیل امکانات بیشتر و کنترل و نظارت بهتر در تولید و عمل آوري، محصولات به مراتب با کیفیتتري به بازار عرضه میکنند.

شکل1: دستگاه تولید جدول پرسی خشک و نمونه جداول

 

-3 طرح اختلاط جداول بتنی پرسی خشک به روش آبا

با در نظر گرفتن حداقل مقاومت فشاري 30 مگاپاسکال و 7 درصد حباب هوا و بزرگترین بعد سنگدانه شکسته 9,5 میلیمتر:

 

1-3 نسبت آب به سیمان

با توجه به شکل 2، نسبت آب به سیمان 0,64 براي سیمان 525 و 0,59 براي سیمان 425 به دست میآید که با در نظر گرفتن 7 درصد حباب هوا، به ترتیب نسبتهاي 0,29 و 0,24 به دست می آید که از سیمان 525 استفاده میکنیم.

 

2-3 سنگدانه

با توجه به اینکه حداکثر اندازه دانه هاي سنگی استفاده شده در جداول پرسی خشک در این تحقیق 9,5 میلیمتر میباشد، از منحنی شکل 3 منطبق بر منحنیهاي دانه بندي آیین نامه آبا براي این اندازه استفاده میشود و با توجه به اینکه بهتر است نماي ظاهري جداول یکنواخت باشد، سعی میشود دانه بندي مصالح سنگی ریزتر انتخاب گردد. لذا دانه بندي مصالح بین محدوده - B و C انتخاب میشود. مدول نرمی که برابر مجموع درصدهاي مانده روي تمامی الکها میباشد، 4,57 به دست می آید.

3-3 تعیین آب آزاد بتن

با توجه به اینکه در این تحقیق، در ساخت جداول پرسی خشک از سنگدانه با شکستگی بیش از 90 درصد استفاده میشود و با توجه به نیاز مصالح شکسته به آب زیادتر و اینکه اسلامپ بتن در این جداول باید زیر 1 سانتیمتر باشد، از شکل 4 استفاده میشود. بنابراین مقدار آب آزاد 145 کیلوگرم بر متر مکعب به دست میآید.

به ازاي هر درصد حباب هوا 3,5 تا 4 درصد از میزان آب باید کاست. بنابراین در اینجا 25 درصد از میزان آب کاسته شده که در نهایت میزان آب 120 کیلوگرم به دست میآید. براي این مقدار آب و نسبت آب به سیمان 0,29 ، مقدار سیمان 415 کیلوگرم به دست میآید. در حالی که منحنیهاي تهیه شده براي تخمین میزان آب آزاد بر اساس عیار 350 میباشد و مطابق با این آییننامه، به ازاي هر 10 کیلوگرم تغییر در میزان سیمان باید 1,5 تا 2 کیلوگرم آب مخلوط در همان جهت تغییر نماید.

با این توضیح، باید 12 کیلوگرم آب به مقدار به دست آمده افزود. بنابراین میزان آب در نهایت 132 کیلوگرم به دست میآید.

4-3 تعیین مقدار سیمان

با توجه به نسبت آب به سیمان 0,29 و میزان آب آزاد 132 کیلوگرم، مقدار سیمان 455 کیلوگرم در متر مکعب به دست میآید.

5-3 تعیین مقدار سنگدانه

با استفاده از رابطه حجم مطلق که در آییننامه آبا ارایه شده، وزن سنگدانه در حالت اشباع با سطح خشک 1672 کیلوگرم بر متر مکعب میشود. با در نظر گرفتن سهم هر یک از سنگدانهها ( 60 درصد ماسه و 40 درصد شن) از این مقدار 1003 کیلوگرم ماسه و 669 کیلوگرم شن میباشد.

2,65 = وزن سنگدانه [1000-142-132-95] =1672

مقادیر وزنی بدست آمده با طرح اختلاط آبا در جدول 1 ارائه شده است.

-4 نتیجه گیري

با توجه به موضوعاتی که در این تحقیق مطرح شد، میتوان بطور خلاصه به موارد زیر اشاره کرد:

- روش پرسی خشک در تولید جداول بتنی، به دلیل عدم نیاز به تعداد قالب جدول بتنی زیاد و سرعت بالا در تولید روش ارجح خواهد بود.

- در روش پرسی خشک، براي رسیدن به یک مخلوط یکنواختتر، مصالح سنگی باید داراي درصد شکستگی بالاتر و در عین حال، داراي حداکثر اندازه کوچکتري باشند.

- با توجه به اینکه معمولا جداول متحمل نیروهاي فشاري و ... نمیشوند، عامل دوام و طول عمر در طراحی آنها  تعیین کننده خواهد بود.

- در روش پرسی خشک، جداول تولیدي به دلیل نسبت پایین آب به سیمان، داراي دوام بالاتري نسبت به جداولی که  با سایر روشها تولید میشوند، خواهند بود.

- با توجه به محل استفاده نهایی جداول، در صورتی که در مناطق سردسیر استفاده شوند، پیشنهاد میشود در ساخت آنها از مواد حبابزا استفاده گردد.

- در صورت استفاده از مواد حبابزا، مقدار مجاز آن حداکثر 7 درصد بوده و به ازاي هر درصد حباب هوا، باید از مقاومت فشاري نهایی تقریبا 4 مگاپاسکال کسر شود.

- نگهداري، مراقبت و عملآوري پس از تولید از نکات مهم و حیاتی در تضمین کیفیت نهایی جداول پرسی خشک می-باشد .

- در صورت رعایت اصول فنی و تولید جداول با کیفیت بالا، میتوان اطمینان داشت که در زمان بارگیري، حمل و تخلیه کمترین آسیب را متحمل میشوند.

بنابراین میتوان اطمینان داشت که با در نظر گرفتن نکات فوق و استفاده از جداول بتنی پرسی خشک در جمع آوري آبهاي سطحی معابر، از هزینه هاي سنگین آتی تعمیر و تعویض جداول تا حدود زیادي جلوگیري خواهد شد.

 

مقالات مرتبط:

تولید بلوک سیمانی، جدول و سنگفرش بتنی

روشهای کارآمد تولید کفپوش و جدول بتنی ضد خورنده

 

حمید اسکندري 1*، سعید مرشدي تربتی 2

1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه حکیم سبزواري، ایران

-2 دانشجوي کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، پردیس دانشگاه حکیم سبزواري، ایران

یکشنبه ۲۰-۰۸-۱۳۹۷
برچسب ها: , , ,