بتن ریزی زیر آب (Underwater Concrete)
بتن ریزی در زیر آب، در ساختمان های دریایی و آبی به کار می رود و لازمه آن استفاده از روشهای ویژه برای جلوگیری از خطر آب شستگی است. اقدام اول استفاده از فرمول مخصوص برای ترکیب بتن است، تا بتن همگنی خود را به هنگام فرو رفتن در آب حفظ کند. روشهای بتن ریزی در زیر آب بشرح زیر می باشند:
۱) بتن ریزی با جام های زیر آبی:
در این روش جام حاوی بتن به کف قالب برده شده و دریچه آن به آهستگی و به نحوی باز می شود که بتن به آرامی تخلیه شده و تلاطمی در آب ایجاد نکند وبتن با آب مخلوط نشود، جام بعدی در بتن از قبل ریخته شده فرو رفته ودریچه ْآن باز می شود وبتن جدید داخل بتن مرحله اول تخلیه می شود و به این ترتیب بتن سایر جام ها با آب در تماس قرار نمی گیرند. اگر باز شدن دریچه جام با لوله های هوای فشرده انجام می شود باید جام دارای وسایلی باشد که هوای خروجی درآب ایجاد تلاطم نکرده ودر بالای سطح آب بیرون بیاید. سطح فوقانی جامهای زیر آبی ، به نحوی ساخته می شوند که دارای سقفی مجهز به قیف باشند و به این ترتیب آب کمترین تماس را با سطح فوقانی بتن درون جام پیدا نماید. بتن مناسب بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب سیمان و ۱۵ سانتیمتر اسلامپ دارد. حداکثر اندازه دانه های آن بین ۴۰ تا ۵۰ میلیمتر و نسبت وزن ماسه به وزن کل سنگدانه ها در حدود ۴۰ در صد یا بیشتر است.
استفاده از جام مخصوص بتن ریزی در زیز آب برای شروع بتن ریزی باقیف و لوله نیز مناسب است وقتی ۶۰ تا ترجیحا ۹۰ سانتی متر از ضخامت عضو مورد نظر بتن ریزی شد، سر لوله قیف و لوله در بتن قرار گرفته و بقیه بتن ریزی با آن، با سرعت بیشتری انجام می پذیرد.
۲) قیف ولوله (ترمی):
بتن ریزی به روش قیف و لوله به این ترتیب انجام می شود که یک سر لوله در خارج از آب به یک قیف مخصوص متصل شده و بتن از درون یک قیف به داخل لوله رفته واز آنجا در قالب ریخته می شود. ترمی یا قیف و لوله متشکل است از یک لوله به قطر داخلی ۲۵ تا ۳۰ سانتی متر ( ۱۰ تا ۱۲ اینچ) و یک قیف در انتهای فوقانی لوله. این وسیله باید به نحوی روی برج ها سوار شود که بتوان آن را با بالا آمدن سطح بتن در قالب، بالا آورد.
لوله های ترمی ها نباید از یکدیگر بیش از ۳٫۵ تا ۵ متر و از دیواره های قالب بیش از ۲٫۵ متر فاصله داشته باشند. بتن توسط جام های حمل بتن، پمپ و یا تسمه نقاله به داخل قیف حمل می شود. حمل بتن باید بدون انقطاع صورت پذیرد زیرا در غیر این صورت ممکن است درز سرد بوجود آید و نیز حرکت مناسب بتن تازه به داخل بتن از قبل ریخته شده، مختل گردد. شروع بتن ریزی با ترمی بسیار مهم است. نخستین لایه های بتن باید بسیار کنترل شده و چسبنده و پر سیمان بوده و به آهستگی هر چه تمام تر وارد قالب شوند. دو روش اصلی شروع بتن ریزی عبارتند از روش لوله تر و روش لوله خشک.
روش لوله تر برای عمق آب کمتر از ۳۰ متر و حجم زیاد بتن ریزی قابل کاربرد است. در این روش در حالی که انتهای لوله در زیر آب به کف قالب چسبیده است، یک توپی از جنس پارچه کرباسی یا استوانه ازجنس پی وی سی و یا یک توپ کاملا جفت شده به لوله در داخل لوله در تراز آب قرار داده می شود. این توپ از قیف فاصله دارد و بنابراین بتن بالایی برای فرو بردن آن به سمت پایین کافی است. از روی حجم بتن داخل لوله می توان دریافت که در چه موقع توپی به انتهای لوله رسیده. پس از این زمان می توان با آهستگی لوله را به سمت بالا کشید تا توپی بتواند خارج شود. بمجرد خروج توپی مجددا لوله به سمت پایین فرستاده شده وبتن از داخل قیف به داخل لوله فرستاده می شود و بدون متلاطم کردن آب وارد قالب می شود. پس از اولین لایه بتن ریزی می توان سرعت ورود بتن به داخل لوله را افزایش داد.
روش لوله خشک برای عمق های بیشتر و قسمت های محدود مناسب می باشد. در این روش یک در به صورت آب بند به انتهای لوله متصل میشود. لوله باید نسبتاً سنگین باشد تا در اثر نیروی شناوری به سوی بالا نیاید، پایین فرستاده شده وبه قالب می چسبد. سپس یک مخلوط بسیار پر سیمان، خمیری و چسبنده بتن برای شروع بتن ریزی وارد لوله می شود و به مجرد رسیدن بتن به انتهای لوله ، لوله کمی به بالا کشیده می شود تا فشار بتن بندهای نگه دارنده در انتهایی را گسسته و بتن وارد قالب شود در این روش مقدار بالا کشیده شدن اولیه لوله بقدر روش لوله تر نبوده و بتن کمتر با آب مخلوط می شود. در صورتی که بتن به صورت دائم و بدون انقطاع وارد لوله نشود ولوله توسط بتن داخل قالب مسدود شود، معمولا با چند سانتیمتر
بالا آوردن سریع لوله می توان مانع را رفع نموده و بتن ریزی را ادامه داد. سریع پایین بردن (انداختن) لوله می تواند به انسداد بیشتر، منجر گردد. سرلوله بهتر است بین ۹۰ تا ۱۵۰ سانتیمتر داخل بتن قرار گیرد. لوله نباید هر بار بیش از ۱۵ تا ۲۰ سانتیمتر به سمت بالا کشیده شود. نمونه گیری از بتن در زمانهای مختلف و نیز کنترل ارتفاع بتن در قالب با علامت گذاری لوله ضروری است. جا دادن بتن برای حجم زیاد بتن باید از مرکز قالب به سمت خارج انجام گیرد. پمپ هایی که در لبه خارجی قالب قرار داده شده اند می توانند گلی را که کف قالب بوده و توسط بتن به سمت دیوار قالب رانده می شود به خارج از قالب تلمبه کنند. بتن ترمی باید کارایی زیادی داشته باشد. اسلامپ ۱۷ سانتیمتری و عیار سیمان ۴۰۰ کیلوگرم برمتر مکعب بتن، سنگدانه هایی با حداکثر اندازه ۴۰ تا ۵۰ میلیمتر ونسبت وزنی ماسه به کل سنگدانه حدود ۴۵ درصد مناسب هستند. استفاده کردن از عواملی از قبیل مواد حباب ساز و پوزولان ها ،سنگدانه های غلتیده بجای شکسته، افزایش مقدار ماسه که باعث افزایش کا رایی می شوند، مناسب است.
۳) روش بتن ریزی با سنگدانه پیش اکنده:
در بسیاری از پروژه های دریایی بتن ریزی زیر آب یک فناوری مورد تقاضا و دشوار بوده که عمدتاَ در برنامه زمان بندی پروژه یک مسیر بحرانی تلقی می شود، لذا مستلزم داشتن برنامه ریزی دقیق می باشد. بخش بتن ریزی زیر آب در یک پروژه در واقع جایی است که طراحی ماهرانه و برنامه ریزی دقیق و حساب شده در آن می تواند موجب کاهش احتمال بروز خطر و نیز قیمت تمام شده گردد. در کل در سدهای بتنی ، بتن ریزی با مشکلاتی نظیر بالا رفتن دمای هسته مرکزی و گرمازایی همراه می باشد که این دو عامل می توانند سبب ایجاد ترک و نفوذپذیری زیاد شوند. غالباً برای رفع مشکلات مذکور میتوان روش هایی نظیر افزایش حداکثر اندازه سنگدانه ها کاهش مصرف سیمان و آب مصرفی استفاده از پوزولان ها استفاده از افزودنی های روان ساز و کندگیرکننده بهره گیری از سیمان های کند گیر و استفاده از فنون پیش تبرید و پس تبرید را به خدمت گرفت. اما وجود مشکلاتی مانند کارآیی، متراکم ساختن بتن، جدایی سنگدانه ها و حمل و پخش و دیگر مسائل اجرایی سبب می گردند که روش های مشروحه در عمل با هزینه هایی سنگین همراه بوده و عدم دقت در هر یک از روش ها میتواند به کیفیت بتن نیز لطمه بزند. لذا روش نوینی در اجرای سد های بتنی که ضمن برطرف نمودن عیوب مشروحه سبب سرمایه گذاری کمتر درتجهیز کارگاه می شود معرفی می گردد که به روش بتن پیش آکنده معروف می باشد.
در این روش ابتدا سنگدانه درشت تک اندازه را در قالب ریخته و سپس از درون لوله هائی که درون سنگدانه قرار گرفته است ملات ریز دانه ای را به داخل سنگدانه های درشت پیش آکنده تزریق می نمائیم تا بتن مناسب حاصل گردد و جسم یکپارچه ای بوجود آید. ملات سیمانی که متشکل از ماسه ریز است به کمک روان کننده ها، روانی زیادی پیدا می کند و به راحتی می تواند بین سنگدانه ها رسوخ کند. در این نوع بتن جداشدگی اتفاق نمی افتد و در نتیجه یک بتن متراکم، آب بندی شده و با دوام تولید می شود. در ضمن هیچگونه ویبراتور داخلی به کار برده نمی شود ولی برای پرداخت سطح می توان از ویبراتورهای سطحی بهره برد.
بتن پیش آکنده از جمع شدگی ناچیزی برخوردار است و عیار سیمان مصرفی آن نیز کم می باشد. تأمین نسبت آب به سیمان کم، نفوذ ناپذیری مطلوب و مقاومت زیاد با این روش کاملا”میسر است. همگنی بتن و عدم جداشدگی از ویژگیهای این نوع بتن ریزی است. حداکثر اندازه سنگدانه به حداقل بعد قطعه محدود می شود و حداکثر اندازه ماسه ملات باید به حدود حداقل اندازه اسمی سنگدانه درشت محدود گردد. ملات مصرفی بسیار پر عیار بوده و همچنین شل و آبکی می باشد و معمولا” از مواد پوزولانی مناسب و روان کننده ها در ملات استفاده میشود ضمن اینکه به کندگیر کننده ها نیز احتیاج مبرمی داریم.
۴) بتن ریزی با پمپ:
برای بتن ریزی با پمپ، باید طرح اختلاط بتن چنان انتخاب شود که نسبت آب به سیمان کمترین مقدار ممکن را داشته و مقدار آن از ۰٫۶ تجاوز ننماید. مقدار سیمان باید نسبتا زباد باشد (در محدوده ۳۵۰ تا ۴۰۰ کیلو گرم در متر مکعب) تا چسبندگی کافی بتن تأمین شود و خطر شسته شدن سیمان از بین برود. به منظور افزایش کارائی بتن می توان از سنگدانه های گردگوشه استفاده نمود. استفاده از دانه بندی پیوسته با حداکثر اندازه ۳۸ میلیمتر و همچنین مقدار کافی ریزدانه ضروری است. چنانچه سنگدانه ها حاوی مقدار کافی ریزدانه نباشد، می توان با افزودن مواد ریز چسبندگی کافی را در بتن ایجاد نمود.
بتنی که پمپ می شود باید تا حدی روان تر باشد تا از مسدود شدن لوله ها جلوگیری شود. به منظور آنکه آب به سیمان از حد مجاز بالاتر نرود باید برای تأمین روانی از مواد افزودنی مناسب نظیر روان کننده ها و فوق روان کننده ها یا مواد افزودنی آب نگهدار استفاده شود. جز در مواردی که افزودنی های ویژه مصرف می شود، باید از سقوط آزاد بتن به داخل آب جلوگیری کرد تا پدیده جداشدگی ذرات رخ ندهد.
در این روش لوله پمپ، با یک توپی داخل قالب قرار داده میشود و فشار بتن پمپ شده توپی را خارج کرده (همانند روش لوله ی تر) و بتن داخل قالب ریخته میشود. با افزایش فشار بتن ریزی به دلیل افزایش عمقی که سر لوله در بتن قرار گرفته، لوله به آهستگی به بالا کشیده میشود. باید بتن، مقداری از بالای قالب سرریز کند تا لایه ی اولیه ی بتن که قدری با آب مخلوط شده است از قالب خارج شود. هنگام بتن ریزی باید اختلاف فشار هیدرولیکی داخل و خارج قالب از بین رفته و سطح آب در داخل و خارج قالب در یک تراز باشد.
۵) کار با کیسه (bag work):
کار با کیسه احتمالا یکی از قدیمی ترین و ساده ترین تکنیکهای قرار دادن بتن زیر آب است. این متد یک بسط طبیعی استفاده از مصالح بنایی است، اما دارای انعطاف پذیری است که بلوک های ساختمانی را قادر می سازد که به هم قالب بندی شوند، که در نتیجه قید خوبی پیدا می کنند. این روش ساخت متمرکز بر کار کارگر است اما توافق پذیری زیادی با نوع کار دارد. پروژه های قدیمی مهندسی از کیسه ها برای ساخت المان های بزرگ موقتی و کارهای دایم استفاده شده است. اگر چه پیشرفت های جدید در بتن ریزی زیر آب باعث شده این متد بی مصرف به نظر آید، اما نباید آن را تا این حد دست کم گرفت، بدلیل ۱) استفاده رایج از کیسه ها در ساخت دیوار های حایل برای عمل به عنوان کردن بتن پاشی. ۲) استفاده رایج آن در قراردهی سریع کیسه ها برای فرم دادن به حرکات غیر طبیعی و مکرر سیال. ۳) برای کار های ترمیمی کوچک کیسه ها به مهندسان راه حل ارزان، ساده و مورد استفاده در خیلی از موارد ارایه می دهند.
این تکنیک در مورد کارهای با دوام نباید با روش های مدرن مقایسه شود اما برای کارهای موقتی و یا کوتاه مدت این روش باید مد نظر قرارگیرد.
کیسه های مورد استفاده در این فرایند معمولا از پارچه مقاوم کنفی هستند و سایز آنها باید به صورتی باشد که برای انسان قابل حمل باشد. حداکثر اندازه دانه ها در حدود ۱۲ میلی متر است. نصف کیسه باید با یک بتن خیلی پلاستیک پر شود. کیسه ها قابل انعطاف خواهند بود، بنابراین آنها را قادر می سازد که در هم قفل شوند. خمیر سیمان از بین بافت های کنف تراوش می کند ووصل کردن کیسه ها به هم کمک می کند. زیاد پر کردن کیسه انعطاف پذیری مورد نیاز کیسه ها را برای قراردهی کاهش می دهد. کیسه ها با دست در جایشان گذاشته می شوند به همان نوع ارتباط دادنی که در کارهای آجری استفاده می شود. همان طور که کیسه قرار داده می شوند با کاری مانند میخ کوبی به وسیله طول کوتاهی از فولاد مسلح می شوند.
۶) (Placing non dispersible concrete (N.D.C:
این نوع بتن برای کمتر کردن جدایی به کار می رود، همچنین دارای خاصیت جاری شدن و خود تراز شدن را دارد. در نتیجه ، این ماده خیلی مرتجع ایت نسبت به تکنیکهای ضعیف قراردهی. چسپندگی بتن مرطوب به وسیله پلیمر از جدایی جلوگیری می کند حتی در شرایطی که بتن از بین آب ریخته می شود. خاصیت سیالیت آن باعث که بتن به صورت مناسبی قابل مسلح کردن باشد یا درشرایطی که بتن بتن باید متراکم شود به راحتی استفاده شود. بیشترین اثر این بتن در سهولت تولید بتن با کیفیت بالا در زیر آب است. خاصیت ذاتی چسبنده بتن اجازه می دهد از چند متر بالا تر، بتن از میان آب ریخته شود.
با استفاده از روشهای مرسوم و بتن های معمولی، سطح تماس بتن و آب در معرض فرسایش و مخلوط شدن قرار دارند، بنابراین ریختن بتن تازه در بالا بر روی بتن ریخته شده قبلی سبب به وجود آمدن لایه ضعیفی از مواد می شود. اما در مورد این نوع بتن خاصیت ویسکوزیته طبیعی مخلوط از این مشکل سطحی جلوگیری می کند، بنابراین قراردهی بر بتن قبلی را میسر می سازد.
پمپ کردن این نوع بتن احتمالا راحت ترین راه قراردهی است، کیفیت مواد یک سرعت حمل نسبتا سریع را اجازه خواهد داد به طوریکه نگهداری از پوشش بتن دیگر ضروری نیست. خاصیت ویسکوزیته طبیعی بتن در تولید افت های فشاری بالاتر در هنگام پمپ کردن موثر است. در کل افت فشار در هنگام استفاده از این بتن می تواند تا ۵۰ در صد بیشتر از افت فشار در بتن های معمولی باشد.
برای اندازه گیری توانایی خود ترازی این نوع بتن، بتن در یک لوله که ۲۰ متر طول دارد و از آب پر شده ریخته شد. بتن در قالب ریخته شد و اجازه داده شد در همان ترازی که به صورت راحت قرار می گیرد بایستد. در اتمام این آزمایش، مقاومت فشاری بتن به وسیله نمونه برداری اندازه کیری شد. بین آزمایش نشان می دهد که ابن نوع بتن کیفیت خود تراتزی بالایی دارد و مقدار از دست دادن مقاومت آن بر اثر جریان بتن خیلی کم است.
کنترل و نظارت:
کنترل کیفیت بتن دارای اهمیت بسیار زیادی است در فرایند بتن ریزی زیر آب می باشد. سد شدن در یک لوله و قیف سبب نتایج خیلی بدی خواهد شد. بنابراین تمام بتن هایی که وارد محل اجرا می شوند باید قبل از استفاده تست شوند. سرعت حمل و نقل نیز یک عامل بسیار مهم است. در فرایند قراردهی و حالت آماده نگهداشتن سطح ضروری است. در موارد استفاده از قیف و لوله در حجم بزرگ، یک برنامه دقیق باید برای مطمئن شدن از حمل و نقل صحیح و پیوسته بتن آماده شود.
دیده بانی فرایند قراردهی بتن در زیر آب اغلب غیر ممکن است. غواص ها می توانند برای دیده بانی فرایند پیشرفت بتن ریزی استفاده شوند ولی در اکثر موارد امکان دید زیر آب به حالتی است که غواصی به عنوان یک کنترل گر بی نتیجه خواهد بود. عموما، بر اساس بررسی انتهایی انجام می گیرد. بعد از ریختن بتن بازرسی های غواص باید انجام گیرد تا میزان حباب هایی که پس از بتن ریزی در سطح بتن ایجاد می گردند اندازه گیری شود و از بین بروند.
منابع:
۱- گرداوری و تالیف سایت civiltech.ir
۲- engineerstoday.blogspot.com
۳- www.diving-serv.co.uk
۴- mohammadrezamojabi.blogsky.com