<br /> طراحی مصالح بتن غلتکی بر اساس نشریه 731 (قسمت 2)

• سنگدانه‌ها:

درصورتی‌که درشت‌دانه و ریزدانه به‌صورت مخلوط باهم دپو شده باشد، مسئله جداشدگی ذرات ریزودرشت از یکدیگر، کنترل دانه‌بندی را مشکل خواهد ساخت و لذا دقت مضاعفی در نحوه ایجاد دپوها باید صورت پذیرد. یکی از روش‌های انبار (دپو) کردن درشت‌دانه به‌منظور جلوگیری از جداشدگی، دپو کردن آن‌ها به‌صورت لایه‌های افقی متوالی به ارتفاع کمتر از ۲ متر است. در این روش هر لایه بعد از تکمیل شدن لایه زیرین، در کل سطح دپو، ریخته می‌شود.
درصورتی‌که سطحی صاف و مسطح در روسازی راه مدنظر باشد، درشت‌دانه و ریزدانه باید به نحوی با یکدیگر مخلوط شوند که یک دانه‌بندی ترکیبی مناسب را ایجاد نماید. در شکل زیر محدوده‌های دانه‌بندی توصیه‌شده توسط یکی از مراجع برای تولید مخلوط‌های بتن غلتکی روسازی راه ارائه‌شده است. همچنین جدول زیر نیز مقادیر عددی این محدودیت‌ها را نشان می‌دهد. بتن‌های معمولی غالباً با ترکیب دو گروه سنگدانه ریزودرشت ساخته می‌شوند. لیکن در مورد بتن غلتکی دستیابی به دانه‌بندی مناسب نشان داده‌شده در شکل زیر، با استفاده از دو گروه اندازه‌ای سنگدانه به دلیل مسئله جداشدگی ممکن است مشکل باشد. استفاده بیش از دو گروه اندازه‌ای سنگدانه، قابلیت بیشتری برای کنترل دانه‌بندی و مسئله جداشدگی ایجاد می‌کند.

 
کاربرد سنگدانه‌های ریزتر از ۷۵ میکرومتر (الک No.200) درصورتی‌که غیر پلاستیک باشند، می‌توانند راهکار سودمندی برای کاهش فضای خالی بین ریزدانه‌ها باشد. البته اثر این ذرات بر خواص بتن غلتکی تازه و سخت شده در مطالعات طرح اختلاط باید مورد ارزیابی قرار گیرد. معمولاً حدود ۲ تا ۸ درصد سنگدانه ریزتر از ۷۵ میکرومتر در بتن غلتکی روسازی راه متداول است.

<br /> طراحی مصالح بتن غلتکی بر اساس نشریه 731 (قسمت 1)

• سنگدانه‌ها:

همچون سایر انواع بتن، انتخاب منبع مناسب سنگدانه یکی از مهم‌ترین فاکتورهای مؤثر در کیفیت و هزینه بتن غلتکی است. سنگدانه‌ها حدود ۷۵ تا ۸۵ درصد از حجم بتن غلتکی روسازی را تشکیل می‌دهند و لذا تأثیر قابل‌ملاحظه‌ای بر خواص بتن سخت شده و بتن تازه دارند. انتخاب سنگدانه مناسب باعث صرفه اقتصادی بیشتر و بهره‌برداری بهتر از روسازی راه خواهد شد.
خواص سنگدانه بر کارایی، پتانسیل جداشدگی و سهولت تراکم بتن غلتکی تازه تأثیرگذار است. مقاومت، مدول الاستیسیته، خواص حرارتی و دوام بتن سخت شده نیز متأثر از خواص سنگدانه‌ها ست. سنگدانه مورداستفاده در مخلوط‌های بتن غلتکی روسازی شامل ریزدانه (سنگدانه ریزتر از mm ۷۵/۴ (الک No.4) و درشت‌دانه (سنگدانه درشت‌تر از  mm۷۵/۴) است. درشت‌دانه معمولاً شامل شن شکسته یا طبیعی و یا ترکیبی از آن‌هاست. ریزدانه نیز ممکن است شامل ماسه طبیعی، ماسه شکسته و یا ترکیبی از آن دو باشد. وجود ذرات بسیار ریز غیر پلاستیک نظیر سیلت در ماسه به‌عنوان پرکننده سبب کاهش مقدار سیمان موردنیاز خواهد شد؛ اما همراه بودن مقدار رس بیش‌ازحد نیز، آب موردنیاز مخلوط را بیشتر کرده و درنتیجه مسائل جمع شدگی، ایجاد ترک و کاهش مقاومت را در پی خواهد داشت. تعیین چگالی ویژه و جذب آب ماسه‌های حاوی مقادیر زیاد پرکننده مطابق استاندارد ASTM C انجام می‌شود. همچنین با پیروی از توصیه‌های ACI R201-2  از واکنش‌های سیلیسی-قلیایی سنگدانه‌ها می‌توان جلوگیری نمود. شایان‌ذکر است که در مواردی طبق نظر طراح پروژه که بتن غلتکی باکیفیت پایین‌تر موردقبول است، سنگدانه‌هایی که برخی الزامات استانداردهای اخیرالذکر را ارضا نمی‌کنند نیز ممکن است برای پروژه قابل‌قبول باشند.
بتن غلتکی حاوی شن طبیعی عموماً مقدار آب کمتری نسبت به بتن غلتکی حاوی شن شکسته برای رسیدن به یک مقدار روانی مفروض، لازم دارد. بتن غلتکی ساخته‌شده با شن شکسته به انرژی بیشتری برای تراکم نیاز خواهد داشت ولیکن جداشدگی در آن کمتر اتفاق می‌افتد. همچنین بتن غلتکی حاوی شن شکسته معمولاً مقاومت خمشی بیشتری به دست می‌دهد. اساساً میزان انسجام و چسبندگی مخلوط‌های بتن غلتکی به‌اندازه بتن معمولی نیست؛ لذا مسئله جداشدگی سنگدانه در مورد آن‌ها، بیشتر حائز اهمیت است.
استفاده از سنگدانه با اندازه حداکثر اسمی (NMSA) بزرگ‌تر سبب اقتصادی‌تر شدن طرح می‌شود چراکه با افزایش NMSA میزان فضای خالی بین سنگدانه‌ها کاهش‌یافته و لذا مقدار خمیر سیمان کمتری موردنیاز خواهد بود. لیکن به‌منظور ایجاد یک سطح نسبتاً صاف در روسازی راه، مقدار NMSA نباید از ۱۹ میلی‌متر تجاوز نماید.

<br /> معایب رویه‌های بتنی در مقایسه با لایه‌های آسفالتی

• هزینه اولیه ساخت روسازی بتنی در مقایسه با روسازی آسفالتی بیشتر است.

• اجرای تعمیرات و عملیات‌ترمیم در روسازی بتنی مشکل‌تر است.

• وجود درزهای انبساط به‌عنوان یکی از نقاط ضعف رویه‌های بتنی محسوب می‌گردد که در تشدید خرابی‌ها و تخریب بتن نقش مهمی دارد؛ به‌نحوی‌که مشکل نگهداری و مرمت محل درزهای انبساط به لحاظ پکیدن بتن وجود دارد.

• بروز پدیده پامپینگ و خارج شدن مصالح ریزدانه از محل درزهای انبساط در صورت عدم استفاده از مصالح زهکش به‌عنوان یکی از ضعف‌های روسازی بتنی محسوب می‌گردد.

• دانش فنی و تجربه ساخت روسازی‌های آسفالتی در میان پیمانکاران در مقایسه با روسازی‌های بتنی بسیار بیشتر است، ازاین‌رو اجرای رویه‌های بتنی به دلیل نیاز به ماشین‌آلات پیشرفته و جدیدتر و عدم مهارت‌های فنی و تجربه‌های عملی مشکل‌تر است.

<br /> انواع روسازی‌های بتنی

• روسازی بتنی ساده درزدار  JPCP

     یک روسازی بتنی غیرمسلح درزدار بایستی با درزهای انقباض با فواصل نزدیک به هم ساخته شود. داول (میلگرد اتصال) یا قفل و بست سنگدانه‌ای ممکن است برای انتقال بار در عرض درزها مورداستفاده قرار گیرد. بر اساس تحقیقات به‌عمل‌آمده در سال 1978 توسط تعدادی از محققین حداکثر فاصله درزها 6 متر برای درزهای داول‌دار و 4/5 متر برای درزهای بدون داول توصیه‌شده است.

 

• روسازی بتنی مسلح درزدار JRCP

در این نوع روسازی آرماتورهای فولادی بکار رفته برخلاف شبکه‌های سیمی یا میلگردهای آجدار نه به‌منظور افزایش مقاومت سازه‌ای روسازی بلکه به جهت افزایش فاصله درزها تعبیه می‌شوند. فواصل درزها از 9 تا 30 متر متغیر است.

• روسازی بتنی پیوسته

اولین بار این نوع روسازی بتنی که در آن درزها حذف می‌گردد در سال 1921 در نزدیکی واشنگتن مورداستفاده قرار گرفت. به دلیل مزایای آن در بیش از 24 ایالت آمریکا در حدود 32000 کیلومتر راه دو خطه با این نوع روسازی مورداستفاده قرارگرفته است، یکی از دلایل استفاده ازاین‌روسازی حذف درزها به‌عنوان نقطه‌ضعف در روسازی است که حذف آن منجر به کاهش ضخامت موردنیاز می‌شود.
ضخامت CRCP به‌طور تجربی از 25 تا 50 میلی‌متر کمتر و تقریباً در حدود 70% تا 80% ضخامت روسازی معمولی می‌باشد.

• روسازی بتنی پیش‌تنیده

بتن در کشش ضعیف و در فشار قوی است. ضخامت لازم برای روسازی بتنی بر اساس مدول گسیختگی و مقاومت کششی بتن تعیین می‌شود. اعمال یک تنش فشاری قبلی به بتن، تنش کششی به وجود آمده در بتن به‌وسیله بارهای ترافیک را بسیار کاهش داده بنابراین باعث کاهش ضخامت بتن موردنیاز می‌شود.

<br /> دلایل استفاده از اساس در روسازی بتنی

کنترل پدیده پامپینگ: پامپینگ عبارت است از خروج آب‌وخاک بستر از میان درزها، ترک‌ها و در طول کناره‌های روسازی که در اثر حرکت دال بتنی به سمت پایین به‌موجب بارهای محوری سنگین رخ می‌دهد.
پدیده پامپینگ در زیر قسمت جلویی دال اتفاق میافتد و در هنگامی‌که قسمت عقبی دال به سمت بالا حرکت می‌کند باعث ایجاد مکش گردیده و مصالح ریزدانه از زیر دال جلویی مکیده می‌شوند.
کنترل یخ‌زدگی: اثر یخ‌زدگی بر روی عملکرد روسازی زیان‌آور است. این عمل منجر به تورم در اثر یخبندان می‌شود که باعث شکسته شدن دال بتنی و نرم شدن بستر در دوره ذوب - یخبندان می‌شود. در آب‌وهوای سرد، تورم در اثر یخبندان می‌تواند به بیش از 30 سانتیمتر برسد.
بهبود زهکشی: زمانی که سطح آب زیرزمینی بالا و نزدیک به سطح زمین است. یک‌لایه اساس می‌تواند روسازی را تا سطح موردنظر از بالای سطح آب زیرزمینی بالا آورد. وقتی‌که آب از میان ترک‌ها و درزهای روسازی نفوذ می‌کند یک‌لایه اساس با دانه‌بندی باز می‌تواند آب را از بدنه روسازی به اطراف جاده هدایت نماید.
کنترل انقباض و تورم: تغییرات رطوبت باعث انقباض و متورم شدن خاک بستر شده و لایه اساس می‌تواند به‌عنوان یک سربار برای کاهش مقدار انقباض و تورم عمل نماید.
یک‌لایه اساس تثبیت‌شده یا دانه‌بندی توپر می‌تواند به‌عنوان یک‌لایه ضد آب عمل نموده و یک‌لایه اساس با دانه‌بندی باز می‌تواند به‌عنوان یک‌لایه زهکشی عمل نماید؛ بنابراین کاهش آب واردشده به خاک بستر نهایتاً امکان بالقوه انقباض و تورم را پائین می‌آورد.
سهولت و تسریع در عملیات ساخت: یک‌لایه اساس می‌تواند به‌عنوان یک سکو برای وسایل سنگین مورداستفاده قرار گیرد. در هنگامی‌که شرایط هوا نامساعد است یک‌لایه اساس می‌تواند سطح را خشک و تمیز نموده و کار ساخت را تسهیل نماید.

<br /> مزایای روسازی بتنی در مقایسه با روسازی آسفالتی

• رویه‌های بتنی در نواحی با مقاومت بستر کم و ترافیک سنگین نسبت به روسازی آسفالتی ارجحیت دارد.
• هزینه‌های تعمیر و نگهداری روسازی بتنی در مقایسه با آسفالتی کمتر است.
• عمر مفید رویه‌های بتنی بیشتر از روسازی‌های آسفالتی است (40 تا 50 سال در مقایسه با 15 تا 20 سال). اکثر تحقیقات و طراحی‌ها بیانگر عمر دو برابری روسازی بتنی نسبت نمونه آسفالتی است. در بسیاری از مقالات و کارهای پژوهشی انجام‌گرفته در سطوح داخلی و خارجی، برتری فنی و اقتصادی رویه‌های بتنی با در نظر گرفتن هزینه‌های چرخه عمر نسبت به رویه‌های آسفالتی مشهود است.
• به دلیل فراهم ساختن دید بیشتر در شب برای استفاده‌کنندگان، روسازی بتنی از نظر ایمنی نسبت به آسفالتی ارجح‌تر است.
• ضخامت روسازی بتنی در مقایسه با روسازی آسفالتی کمتر است و درنتیجه در نواحی که محدودیت ضخامت وجود دارد ارجحیت داشته و درعین‌حال در مصرف مصالح نیز صرفه‌جویی می‌گردد.
• به دلیل صرفه‌جویی در به‌کارگیری مصالح در لایه‌های بتنی تخریب منابع طبیعی و محیط‌زیست کمتر صورت می‌گیرد.
• در مناطق شیب‌دار و کوهستانی با تعداد زیاد وسایل نقلیه سنگین که روسازی آسفالتی جوابگو نمی‌باشد، روسازی بتنی می‌تواند به‌عنوان گزینه خوبی مدنظر قرار گیرد.
• در شرایط محیطی با دمای زیاد عملکرد روسازی بتنی بهتر از آسفالتی است.
• با توجه به حجم تولید سیمان در کشور و کمبود قیر و همچنین قیمت‌های سیمان و قیر استفاده از جاده‌های بتنی نسبت به جاده‌های آسفالتی از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه است. یکی از ویژگی‌های مهم جاده‌سازی بتنی میزان مقاومت برشی و خمشی آن‌ها می‌باشد.
• به دلیـل مقـاومت بالای بتن غلتکی بسیاری از خرابی‌های معمول در روسازی‌های آسفالتی کاهش‌یافته و یا حتی حذف می‌شوند که یکی از این خرابی‌ها وقوع تغییر شکل ماندگار یا شیار شدگی در لایه‌های آسفالتی روسازی می‌باشد که برای شرایط آب‌وهوایی گرم به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش می‌یابند. به همین دلیل استفاده از بتن غلتکی به‌عنوان لایه رویه روسازی برای مسیرهای با ترافیک سنگین و شرایط آب‌وهوایی گرم مناسب ارزیابی‌شده است. همچنین ملاحظه شده است که روسازی‌های بتن غلتکی در مقایسه با روسازی‌های انعطاف‌پذیر ضخامت کمتری نیاز دارند.
• با عنایت به اینکه امروز در کشور تولید سیمان مازاد است، باید برای مصرف آن برنامه‌ریزی شود. بنابراین در بخش جاده‌سازی با اجرای این طرح می‌توانیم از مازاد تولید سیمان استفاده کنیم. همچنین این نوع روسازی در کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی نیز نقش اساسی دارد.

<br /> نحوه ی تولید و استفاده از فوم بتن

فوم بتن foamed concreteیا بتن سبک به عنوان مصالحی که چگالی آن بطور قابل ملاحظهای از بتن معمولی پایینتر است میتواند نقش موثری در کاهش وزن ساختمانها، به ویژه در قسمت غیره سازهای داشته
باشد.بتن همراه با ماده کف ساز با پایه پروتئین حیوانی را بتن فوم می نامند.
این نوع بتن علاوه بر داشتن مزایای بتن معمولی خواص دیگری مانند وزن مخصوص کم و مقاومت فشاری بالا را نیز دارا می باشد سبکی این بتن در سازه های ساختمانی باعث کاهش بار مرده ساختمان، صرفه جویی در
حجم خاک برداری و بتن مصرف شده در فونداسیونها و همچنین کاهش بارهای زلزله می گردد. برای افزایش کارایی این محصول در پروژه های مختلف مقدار اختلاط و افزودنیهای موردنیاز طبق تجربیات و استانداردهای
کشورهای آلمان، انگلیس و آمریکا تنظیم و تهیه می گردد و برای تولید نهایی و آزمایشهای مقاومت بر روی آنها صورت می گیرد. برای تولید این بتن از ملات ماسه، سیمان، ماسه بادی، ملات بتن فوم از نوع پروتئین حیوانی
و افزودنیهای مجاز استفاده می گردد.برای استفاده بهینه از این محصولابتدا وزن مخصوص و مقاومت فشاری آن برای کاربریهای موردنظر در پروژه تعریف شده و بر اساس آن بتن با اختلاط مناسب و افزودنیهای موردنیاز بر
اساس دستورالعملها و تجربیات قبلی تولید م یشود که در حین تولید توسط استانداردهای بین المللی کشورهای آلمان، انگلیس و آمریکا فرموله می گردد.
 
نحوه ی تولید و استفاده از فوم بتن
برای تولید فوم بتن ابتدا سیمان و آب با در نظر گرفتن مقدار مشخص شده جهت چگالی مورد نظر با هم در میکسر دستگاه مخلوط می شود سپس ماده فوم در فوم ژنراتور دستگاه با آب مخلوط شده و توسط پمپ هوا از لوله مخصوص که دارای ساچمه های ریز می باشد با فشار عبور داده می شود این عمل باعث بدست آمدن کف می شود و کف حاصل در میکسر با ملات سیمان و آب مخلوط می شود که در حین اختلاط حباب های بسیار ریز در سر تا سر ملات بوجود می آید و بعد از عمل آمدن، توسط پمپ به طبقات پمپاژ و روی سطح ریخته می شود.خاصیت فوم این است که حبابهای هوا را تا گیرایش بتن در ملات پایدار نگهدارد وزن بتن حاصله به پایداری این
حبابها بستگی دارد.

<br /> روش های بتن ریزی

به طور کلی دو روش برای اجرای بتن وجود دارد:
۱_مکانیزم سقوط آزاد
۲_ پمپ کردن با فشار
در روش اول با کاهش میزان هوا رو به رو هستیم، زیرا حباب های هوا بسیار شکننده و سبک هستند بنابراین زمانی که به بتن ضربه ناگهانی وارد شود یا از ارتفاع بیشتر از دو متر ریخته شود ممکن است که حباب ها به سطح بیایند و از بین بروند. در این فرآیند ببشتر، حباب های درشتر از بین می روند. اما در مورد روش دوم در فشار زیاد حباب ها ممکن است آنقدر فشرده شوند تا جایی که در آب حل شوند. هرچه حباب ها ریزتر باشند و کشش سطحی کمتر باشد برای انحلال در آب مساعدتر هستند بنابراین هرچه میزان فشار کمتر باشد میزان از دست رفتگی حباب های هوا کمتر خواهد بود.

<br /> حداقل عیار بتن

ارقام ذکر شده زیر برای تامین حفاظت کافی آرماتورها در برابر خوردگی توسط سازمان مدیریت اعلام شده است
برای بتن پاکیزگی و بتن درشت ، حداقل عیار 150کیلوگرم سیمان در متر مکعب بتن است .
برای شالوده های با بتن غیرمسلح در زیر دیوارهای باربر یا ستونها ، عیار کمینه 200کیلوگرم سیمان در مترمکعب بتن است .
برای شالوده های نواری که فقط آرماتور کلاف دارند ، باید عیار کمینه 250کیلوگرم سیمان در متر مکعب بتن باشد .
برای بتن شالوده های بتن آرمه ، عیار کمینه 300کیلوگرم سیمان در متر مکعب بتن است.

<br /> واتراستاپ های هیدروفیلی

واتراستاپ های هیدروفیلی جزء نوین ترین نسل از واتراستاپ ها می باشند. این نوع از واتراستاپ ها مجهز به نوعی عملکرد هوشمند هستند که همین مسئله کاربرد آنها را بسیار توسعه داده است. این واتراستاپ ها هنگامی که در محیط خشک درزهای اجرایی قرار بگیرند حجم ثابتی خواهند داشت اما به محض اینکه با آب تماس برقرار کنند بواسطه ی ساختار هوشمند خود شروع به افزایش حجم می کنند. این عملکرد آنها باعث می شود که فضاهای خالی احتمالی بین دو قشر بتن را ( بوسیله ی حجم افزایش یافته ی خود ) پر کنند و مانع از نفوذ و حرکت آب شوند. مزایای این نسل از واتر استاپ ها ساختار هوشمند و شیوه ی نصب بسیار ساده ی آنها ( نسبت به واتراستاپ های PVC ) است.