اصول تولید سنگفرش بتنی یا کفپوش بتنی

خلاصه

امروزه کفپوشهای بتنی و جداول بتنی در ساخت فضاهاي شهري و خانگی مصارف گسترده اي دارند. با توجه به محدوده کاربرد این المانها یکی از بزرگترین مشکلاتی که در دوران بهره برداري کفپوشها و جداول بتنی باعث آسیب آنها میشود خورندگی عوامل جوي است که در اثر رطوبت، سرما ویخ زدگی سطح بتن بوجود میآید. این موضوع ضمن ایجاد آسیب در سطح بتن، در نهایت منجر به این میشود که این سازه بتنی زودتر از زمان پیش بینی شده از بین برود. بر این اساس، در این مطالعه سعی شده است تا راهکارهایی براي ساخت بتن با اثر خورندگی خیلی کم ارائه شود. در این راستا، با بررسی روشهاي مختلف ساخت کفپوشها و جداول بتنی، طرح بهینه براي تولید کفپوشهاي ضد خورنده و مقاوم در برابر یخبندان ارائه شده است. بدین منظور، در این نوشتار عوامل موثري که در تهیه این کفپوشها دخالت دارند به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته اند. این عوامل شامل طرح اختلاط بتن، روشها و دستگاه تولید کفپوش بتنی، مصالح تشکیل دهنده رویه بتنی، استفاده از نانو عایق به عنوان پوشش عایق رطوبت وعمل آوري بتن است که در نهایت منجر به ساخت کفپوشها و جداول مقاوم در برابر فرسایش و یخ زدگی شده است.

 

 

 

 

1- مقدمه

امروزه بتن به عنوان یکی از مهمترین و پر مصرف ترین مصالح ساختمانی جایگاه ویژه اي در ساخت و سازها دارد. در این رابطه مطالعات زیادي براي ارتقا کیفیت بتن توسط محققین صورت گرفته است. این مطالعات شامل استفاده از ترکیبهاي مختلف عناصر اصلی ساخت بتن، استفاده از مواد افزودنی، روش تولید و نحوه عمل آوري است. همچنین هدف محققین در این مطالعات در راستاي بالا بردن کیفیت بتن تولیدي با توجه به مشخصه- هاي آن نظیر افزایش مقاومت فشاري، افزایش دوام، کاهش خورندگی، کاهش وزن، کاهش یا افزایش مدت زمان گیرش و ... بوده است. در مورد المانهاي بتنی غیر سازه اي بعضی از مشخصات بتن شامل دوام و کاهش خورندگی اهمیت بیشتري پیدا میکند. کفپوشها و جداول بتنی که در پیاده روها و سطح شهر استفاده میشود، با توجه به اینکه همواره در معرض رطوبت، سرما، گرما و یخبندان قرار میگیرند، خطر فرسایش و قلوه کن شدن سطح بتنی آنها را تهدید میکند. عامل مهم تخریب کفپوشها و جداول بتنی وجود فضاهاي خالی و حفره هاي زیاد و در نتیجه جذب آب بالا و عدم مقاومت در برابر سیکل یخبندان و مقاومت پایین در برابر سایش است.

در این نوشتار، به معرفی روشهاي ساخت سنگفرش و جدول بتنی با ویژگی ضد خورندگی پرداخته شده است. با توجه به تحقیقات محققین و موارد ذکر شده، به نظر میرسد براي تولید این نوع المانها تنها طرح اختلاط کافی به نظر نمیرسد. براي ساخت بتن ضد خورنده کفپوشها و جداول بتنی در پنج قسمت روش تولید، طرح اختلاط، مصالح رویه، استفاده از نانو عایق و نحوه عمل آوري مطالعات تحقیقاتی، تجربی و آزمایشگاهی صورت گرفته است که در ادامه بیان میشود.

 

2- روش هاي تولید کفپوشهاي بتنی

به طور کلی کفپوشها و جداول بتنی در قالب بتن به سه روش پرس خشک، پرس خیس و قالب درجا تولید میشوند. در این قسمت به معرفی و بیان مزایا و معایب این روشها به صورت کلی پرداخته میشود.

 

2-1  روش پرس خشک: دستگاه تولید سنگفرش به روش پرس خشک عمدتاً به صورت دو لایه عمل میکنند. به عبارت دیگر یک لایه به عنوان زیره و یک لایه به عنوان رویه به کار میرود. لازم به ذکر است که میتوان کفپوش را به صورت یک لایه نیز با دستگاه تولید کفپوش بتنی تولید کرد ولی تولید به صورت دو لایه به دلیل افزایش قابلیت اعمال نظر در طرح اختلاط رویه و صرف هزینه کمتر (مصالح استفاده شده در رویه داراي هزینه بیشتري نسبت به زیره است) به صرفه تر است. در مورد نحوه عملکرد مکانیکی دستگاه بهتر است پس از ریخته شدن مصالح زیره درون قالب و اعمال ویبره یکبار پرس با فشار 10 تن با مدت زمان کوتاه به این لایه اعمال شود، سپس لایه رویه ریخته شده و پرس 10 تنی به اضافه ویبره با حداکثر زمان ممکن به کفپوش اعمال شود. در این روش به دلیل محدود بودن میزان آب طرح اختلاط و همچنین محدود بودن زمان ویبره و پرس، یکپارچگی سطح رویه کمتر بوده و به نسبت روشهاي دیگر مقاومت در برابر سیکل یخبندان کمتر می شود. با این حال از مزایاي این روش می توان به شکل گیري قطعه بتنی به صورت آنی و بدون وقفه و تیراژ تولید بالا اشاره کرد، همچنین در این روش براي تولید قطعات بتنی رنگی کافیست رنگ به مصالح رویه اضافه شود و نسبت به روش پرس خیس در مصرف رنگ صرفه جویی می شود.

 

2-2 روش پرس تَر (خیس): در این روش بتن با اسلامپ ریزشی درون قالب بتنی ریخته می شود و سپس پرس (بهتر است فشار 500 تن باشد) به آن وارد میشود، همزمان قسمت وکیوم دستگاه تا 70 درصد آب قطعه بتنی را می مکد. در مرحله بعد قطعه بتنی شکل گرفته توسط سیستم وکیوم از درون قالب خارج میشود. ریزشی بودن اسلامپ در این روش تولید باعث به وجود آمدن دوغاب سیمان شده و همین دوغاب سیمان به صورت یک لایه کاملاً یکنواخت همه سطوح قطعه بتنی را می پوشاند که این امر تا حد زیادي موجب پوشیده شدن خلل و فرج قطعه بتنی و در نتیجه مقاومت بالاي آن در برابر سیکل یخبندان میشود. به طور کلی می توان گفت تولید قطعات بتنی با استفاده از ماشین آلات پرس خیس بهترین و مقاوم ترین محصولات را بین انواع روشهاي تولید به ما ارائه میدهد.

 

2-3  روش قالب درجا (ویبرهاي): مکانیزم تولید قطعات بتنی به روش ویبرهاي (توسط میز ویبره انجام میگیرد) که عموماً به این صورت است که مصالح پس از اختلاط به صورت دستی درون قالب بتنی ریخته میشود، سپس این قالبها توسط نوار نقاله به قسمت میز ویبره منتقل شده و پس از اعمال ویبره به قسمت عمل آوري منتقل می شوند. باید توجه داشت که میزان زمان ویبره به حدي باشد که آب بتن روي آن را نپوشاند و یا به عبارت دیگر بتن دچار آب انداختگی نشود، زیرا این امر تاثیر بسزایی در عدم مقاومت بتن دارد. این روش از روشهای سنتی میباشد که تولیدات از استحکام پایین تری برخوردار میباشند.

 

 

3- طرح اختلاط

همانطور که در مقدمه گفته شد، عامل مهم تخریب کفپوشها و جداول بتنی وجود فضاهاي خالی و حفره هاي زیاد و در نتیجه جذب آب بالا و عدم مقاومت در برابر سیکل یخبندان و مقاومت پایین در برابر سایش است. لذا لازم است با توجه به شیوه هاي رایج تولید (پرس خشک ، پرس خیس، ویبره اي) نکاتی درباره طرح اختلاط مصالح مد نظر قرار گیرد که در ذیل به آنها اشاره میشود.

3-1 طرح اختلاط در پرس خشک: در روش تولید با پرس خشک مصالح عموماً در دو لایه درون قالب بتن ریخته میشوند، لذا با توجه به اینکه در محیطهاي کار شده لایه زیره کفپوشها در معرض شرایط مخرب محیطی و جوي قرار نمیگیرند (وجود حفرات در رویه باعث نفوذ آب، یخ زدگی و سپس تركهاي ناشی از انبساط قطرات آب یخ زده در هنگام ذوب میباشد)، به طور تجربی رعایت بعضی نکات در طرح اختلاط مصالح با روش پرس خشک موجب تأمین مقاومت بهتر میشود. در این طرح اختلاط در لایه زیره از ترکیب اختلاط 350 کیلوگرم سیمان تیپ 2 در هر متر مکعب همراه با سنگدانه با قطر بیشینه 6 میلی متر و رطوبت کل مصالح حداکثر 8 درصد استفاده میشود. در لایه رویه با توجه به جذب آب این لایه بهتر است در اختلاط مصالح به سمت پر کردن لایه رویه و کاهش حفرات موجود پیش برویم. از نتایج آزمایشات جذب آب و سیکل یخبندان روي 100 نمونه کفپوش میتوان به این نتیجه رسید که طرح اختلاط بهینه مصالح در لایه رویه به صورت 350 کیلوگرم سیمان تیپ 2 در هر متر مکعب از حجم مصالح به اضافه سنگدانه پایه آهکی با قطر بیشینه 1 میلی متر و پودر سنگ پایه آهکی و میکروسیلیس و آب آشامیدنی تا حدي که اسلامپ بتن ریزشی نشود استفاده شود. باید توجه داشت که مصالح خشک حداقل به مدت 90 ثانیه مخلوط شوند و سپس آب به آنها اضافه شود. نتایج آزمایشگاهی که در این نوشتار به آن اشاره شده است نشان داده است که وجود میکروسیلیس در طرح اختلاط باعث پیوستگی بیشتر بتن و مقاومت بیشتر در برابر خمش و سایش می شود.

3-2 طرح اختلاط در پرس خیس: طرح اختلاط بهینه مصالح در این روش تولید به طور تجربی بدین صورت می باشد که در هر متر مکعب 350 کیلوگرم سیمان تیپ 2 و بقیه حجم سنگدانه با قطر 10 تا 25 میلی متر و آب به میزانی که اسلامپ بالاي 16 سانتی متر شود تشکیل میشود. لازم به ذکر است می توان 7 تا 15 درصد از سیمان مصرفی را حذف نمود و به جاي آن از پودر سنگهاي پایه آهکی رایج بازار استفاده نمود.

3-3 طرح  اختلاط در تولید قالبی (ویبرهاي): به طور تجربی می توان گفت طرح اختلاط بهینه مصالح در این روش تولید بدین صورت باشد که در هر متر مکعب سیمان تیپ 2 به میزان 350 کیلوگرم به اضافه سنگدانه با قطر بیشینه 10 میلی متر همراه با 5 درصد وزنی سیمان فوق روان کننده، میکروسیلیس و آب به میزانی که اسلامپ بین 6 تا 10 سانتی متر باشد. نکته قابل توجه این است که وجود فوق روان کننده به دلیل استفاده از میکروسیلیس حیاتی می باشد، زیرا میکروسیلیس به علت جذب آب بالا باعث افزایش آب مورد نیاز بتن و در نتیجه کاهش مقاومت می شود و براي رفع این مشکل و عدم نیاز به آب بیشتر استفاده از فوق روان کننده بسیار موثر می باشد.

 

4- سطح رویه (مصالح رویه) در کفپوشهاي بتنی

همانطور که گفته شد در محیط کار شده سطح زیرین کفپوش با ملات به زمین اتصال پیدا میکند. سطوح جانبی نیز به کفپوشهاي کناري متصل می شوند در نتیجه تنها سطح رویه کفپوش در معرض شرایط جوي، سایش و آلودگی هاي محیطی است و دلیل اصلی خرابی هاي کفپوشهاي بتنی کار شده در معابر عدم مقاومت رویه در برابر عوامل محیطی است.

در کفپوشهاي دولایه پرس خشک عموماً مصالح لایه رویه با زیره متفاوت است. واضح است که هر چه سطح لایه رویه پرتر و یکپارچه تر و داراي سوراخ ها و کانال هاي کمتري باشد آب و مواد شیمیایی کمتري را از محیط جذب کرده و در نتیجه مقاوم تر می شود. همین امر اهمیت استفاده از فیلر یا پر کننده را در مصالح رویه کفپوش روشن مینماید. با این حال استفاده از مصالح پر کننده در کنار سایر مصالح رویه ملزم به رعایت نکاتی است که در ذیل به آن اشاره شده است.

4-1 قطر، شکل و نوع سنگدانه مورد استفاده: به طور تجربی می توان گفت استفاده از سنگدانه با قطر بیش از 3 میلی متر در رویه باعث زیاد شدن حفره هاي رویه و در نتیجه جذب آب بیشتر رویه و تخریب آن می شود. در مورد شکل سنگدانه، بهتر است از سنگدانه هاي شکسته استفاده شود، زیرا سنگدانه هاي شکسته نسبت به سنگدانه هاي طبیعی درگیري بهتري با مصالح پرکننده دارند و در نتیجه سطح یکپارچه تري را به ما می دهند. از لحاظ نوع سنگدانه نیز به طور تجربی می توان گفت استفاده از سنگدانه هاي تولیدي کارخانجات سنگ کوبی به دلیل یکسان تر بودن بافت سنگدانه ها و همچنین درگیري بهتر با مصالح پر کننده (فیلر) نسبت به ماسه نتایج بهتري را نشان می دهد. لازم به ذکر است که نوع سنگدانه می بایست به گونه­اي انتخاب شود که جذب آب در مراحل اولیه گیرش بتن را کم نکند (سنگدانه هاي سیلیسی جذب آب اولیه بتن را کم می کنند و مناسب نمی باشند) زیرا بتن در سیکل 28 روزه تولید تا گیرش و مقاومت نهایی نیاز به جذب آب دارد.

4-2 نوع و مقدار پر کننده (فیلر): مناسب ترین فیلرهاي قابل استفاده پودر سنگ هاي رایج بازار و خاك سنگهاي کارخانجات سنگ کوبی هستند. نکته مقابل این که فیلر مورد استفاده هم پایه سنگدانه مورد استفاده باشد زیرا این امر موجب درگیري و چسبندگی بیشتر بین سنگدانه و فیلر می باشد. براي مثال استفاده از پودر سنگهاي رایج بازار که از نوع مرمریت جوشقان می باشند در کنار سنگدانه هاي مرمریت جوشقان مناسب می باشد. از لحاظ مقدار نیز استفاده بیش از حد از فیلر به دلیل جذب آب دانه­هاي ریز موجب عدم یکنواختی و یکپارچگی سطح رویه و به وجود آمدن گلوله هاي خمیري شکل در رویه میشود. به صورت تجربی می توان گفت بهترین میزان استفاده از فیلر در رویه، یک سوم میزان سنگدانه هاي مورد استفاده است.

 

5- عمل آوري

عمل آوري فرآیندي است که طی آن از افت رطوبت بتن جلوگیري شده و دماي بتن در وضعیت رضایت بخشی حفظ می شود. عمل آوردن بتن تأثیر بسزایی روي ویژگی هاي بتن سخت شده از جمله کاهش نفوذپذیري و مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن (سیکل یخبندان) دارد. روشهاي رایج عمل آوري قطعات بتنی شامل 3 روش آب دهی مستقیم، عایق بندي و عمل آوري با بخار است که هر کدام به طور جداگانه در ادامه مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

  1-5آب دهی مستقیم: انجام این روش هنگامی مجاز است که احتمال یخ زدن وجود نداشته باشد، در این روش آب به طور مستمر به سطوح قطعات پاشیده می شود، و بهتر است آب به گونه اي پاشیده شود که سطح قطعه بتنی به علت آب پاشی مداوم دچار فرسایش نشود به عنوان مثال می­توان از اسپري آب استفاده کرد. نکته مهم در این روش این است که درجه حرارت آب از حدود 23 درجه سانتی گراد تجاوز نکند. همچنین باید توجه داشت که زمان شروع آب دهی براساس نوع قطعه بتنی متفاوت است و به طور کلی می توان گفت زمان مناسب هنگامی است که قطعه بتنی با پاشیدن آب از فُرم خود خارج نشود و سطح آن دچار گسیختگی نشود.

  2-5عایق بندي: در این روش سطوح قطعه بتنی کاملاً عایق بندي می شود تا بتن تحت رطوبت اولیه و حرارت ناشی از هیدراتاسیون خود عمل آوري شود و دما و آب مورد نیاز براي ادامه هیدراتاسیون از بین نرود.

 3-5عایق آوري با بخار: در مواردي که کسب مقاومت اولیه در مدت زمان کم از اهمیت زیادي برخوردار است و یا در هواي سرد که گرماي بیشتري براي تسریع عمل آبگیري سیمان مورد نیاز است از این روش استفاده می شود. دو روش براي عمل آوري با بخار وجود دارد.

روش اول عمل آوري با بخار در فشار اتمسفر انجام میشود. این روش شامل 4 مرحله به شرح زیر است:

مرحله اول : نگهداري قطعه بتنی بلافاصله پس از تولید به مدت 2 تا 5 ساعت در هواي آزاد

مرحله دوم : قرار دادن قطعه بتنی در اتاق بخار و افزایش دما تا رسیدن به دماي حداکثر طی مدت 5/2  ساعت

مرحله سوم : حفظ مجموعه در دماي ثابت به مدت 12 تا 72 ساعت

مرحله چهارم : کاهش تدریجی دما از دماي حداکثر به دماي مورد نظر در فاصله زمانی 2 ساعت.

بهتر است دماي مرحله سوم از 85 درجه سلیسیوس و سرعت ازدیاد یا کاهش دما در مراحل دوم و چهارم از 20 درجه سلیسیوس در ساعت تجاوز ننماید.

روش دوم عمل آوري با بخار تحت فشار زیاد (اتوکلاو) است که براي عمل آوردن سریع بتن و رسیدن به مقاومت هاي مورد نظر در این روش درجه حرارت عمل آوري بین 165 تا 190 درجه سلیسیوس و فشار کار در سیستم بخار دهی 5/5 تا 7/11 مگاپاسکال میباشد.

در روش عمل آوري با بخار آب، دما و زمان بهینه به صورت زیر است:

الف) عمل آوري تحت فشار جو: دماي 50 تا 80 درجه سلیسیوس و زمان 72 ساعت.

ب) عمل آوري با اعمال بخار و فشار: دماي 190 درجه سلیسیوس ، فشار 11 مگاپاسکال و زمان 36 ساعت.

قطعات تولیدي به روش ویبره اي بهتر است حداقل 5 ساعت در قالب بتنی بمانند و سپس از قالب یتنی خارج شده و عمل آوري آغاز شود. قطعات تولیدي به روش پرس خیس را می توان بعد از گذشت 2 ساعت از تولید شروع به عمل آوري نمود، قطعات تولیدي به روش پرس خشک نیز لازم است حداقل 4 ساعت در محیط معمولی بمانند و سپس عمل آوري آنها آغاز شود

 

6- مواد عایق کننده (نانو عایق) :

عایق هایی که براي ضد آب سازي کفپوشهاي بتنی میتوان بهکار برد شامل عایق کنندههاي پوششی(Silicones،Acrylic  ،Waxes Epoxy ،Urethane) و عایق کنندههاي نفوذي پایه حلالی ( (Siloxane ,Silane و همچنین عایق کننده هاي نفوذي پایه آبی   (Zycosil) میباشد.

از مشاهده آزمایشها و بررسی 100 نمونه کفپوش عایق شده این نتیجه حاصل شده است که رعایت نکات زیر در مورد استفاده از مواد عایق تولید شده با فناوري نانو تأثیر بسزایی در ضد آب سازي کفپوش و حصول ویژگی هاي مورد نظر ما خواهد داشت:

• استفاده از نانو عایق هاي نفوذي بهتر از نانو عایق هاي پوششی است زیرا عایق هاي پوششی به علت عدم نفوذ در مصالح در برابر سایش مقاوم نیستند.

• ماده استفاده شده داراي ذرات بیشتر از 6 نانومتر نباشد.

• از ماده عایق کننده نانویی پس از اتمام سیکل عمل آوري کفپوش بتنی استفاده شود.

جدول ( 1) نمایانگر اطلاعات بدست آمده در مورد جذب آب 100 نمونه قطعه بتنی (جدول و کفپوش) در دو حالت عایق بندي و عدم عایق بندي با مواد نانو است.

 

جدول( 1): نتایج جذب آب میانگین 100 نمونه مورد آزمایش

 

 

 

 

 

 

 

7- نتیجه ­گیري

در این تحقیق روش تولید کفپوش بتنی ضد خورنده مورد بررسی قرار گرفت. براي تولید بتن با اثر خورندگی خیلی کم، 5 عامل یعنی روش تولید، طرح اختلاط، مصالح رویه، عمل آوري بتن و استفاده از نانو عایق در تولید آن اهمیت دارند. در بین روشهاي تولید، روش پرس خیس به علت یکپارچگی و پوشیده شدن خلل و فرج بهترین مقاومت را در سیکل یخبندان نشان داده است. با این حال براي هرکدام از روشهاي تولید، طرح اختلاط جداگانه که در آن از میکروسیلیس جهت افزایش مقاومت سایشی استفاده شده است، پیشنهاد میشود. همچنین، از آنجا که سطح رویه کفپوشها بیشتر در معرض فرسایش و خورندگی قرار میگیرند، دانه بندي یکنواخت و استفاده از فیلر توصیه میشود.

تولید کفپوشها نیز مانند سایر قطعات بتنی نیازمند عمل آوري مناسب جهت رسیدن به مقاومت مطلوب است. البته ضمن معرفی انواع روش- هاي عمل آوري کفپوش بتنی، تاثیر انتخاب نوع روش عمل آوري در مقاومت نهایی کفپوش بتنی در این نوشتار دیده نشده است. با این حال، نکته حائز اهمیت در مرحله پایانی تولید کفپوش بتنی، استفاده از نانو عایقهاي نفوذي با ذرات کوچکتر از 6 نانومتر است که بعد از اتمام سیکل عمل آوري استفاده میشود.

 

 

مقالات مرتبط:

اصول تولید جداول بتنی

تولید بلوک سیمانی، جدول و سنگفرش بتنی

 

 

 

امین نوابی 1، فرهنگ بهرنگی 2

-1 دانشجوي کارشناسی عمران موسسه آموزش عالی غیاث الدین جمشید کاشانی.

-2 دانشجوي دکتري سازههاي هیدرولیکی دانشگاه تهران و مدرس موسسه آموزش عالی غیاث الدین جمشید کاشانی

شنبه ۱۹-۰۸-۱۳۹۷