فرودگاه بین المللی Pearson در تورنتو کانادا
نمونه جهانی پروژه بتن خود تراکم پروژه ی گسترش فرودگاه بین المللی Pearson در شهر تورنتو یکی از بزرگترین پروژه های انجام شده در کشور کانادا می باشد که در آن از بتن خود تراکم استفاده شده است. هزینه ی این پروژه برابر با 4.5 میلیارد دلار کانادا عنوان شده است که شامل احداث یک پایانه ی جدید احداث یک پارکینگ طبقاتی و اجرا و تعمیر روسازی می باشد.
در فرایند ساخت پایانه ۳۰۰۰ متر مکعب بتن خود تراکم آماده برای ایجاد ۱۸۰ ستون با ما استفاده شده است، هریک از این ستونها دارای ارتفاع ۳۱ متر و قطر ۷۰ سانتی متر بود شامل ۱۲ الی ۳۰ میلگرد فولادی و یک مجرای عبور کابل های برق تعبیه شده در وسط س می باشد. یک صفحه ی فولادی استخوانی شکل نیز در بالای ستون به منظور اتصال به خریا سقف مورد استفاده قرار گرفته است. به دلیل شرایط ویژه پروژه و عدم وجود فضای کافی برای جای دهی بتن به روش های متعارف، مهندسان این پروژه تصمیم به پمپ کردن بتن از قسمت تحتانی ستون گرفتند.
برای عملی کردن این تصمیم مهندسان باید بر چالش های فراوانی غلبه می کردند که یافتن نسیت های اختلاط متناسب برای مخلوط بتنی، انتخاب پمپ متناسب با این عملیات، کاربرد و اجرای اتصالات مناسب برای قسمت تحتانی ستون و در نهایت زمان بندی مناسب تحویل بشن در محل پروژه به منظور پر کردن یکپارچه ی هر ستون از جمله ی این چالش ها هستند. بعد از بررسی های انجام شده مهندسان پروژه بتن خود تراکم را به عنوان بهترین گزینه برای این فرایند در نظر گرفتند. بر این اساس گروه بتن، گروه طراحی سازه ای و گروه کنترل کیفیت پروژه پر روی طراحی مخلوط بتن خود تراکم دارای قطر پخش شدگی (آزمایش جریان اسلامپ) ۶۵۰ تا ۷۵۰ میلی متر و مقاومت فشاری ۳۰ مگاپاسکال در سن ۲۸ روز توافق کردند.
علاوه بر این زمان گیرش بتن باید به اندازه ای می بود که زمان کافی برای پمپ کردن ۱۲ مترمکعب بتن درون هر ستون را در اختیار سازندگان پروژه قرار می داد به منظور تضمین موفقیت پروژه، گروه بتن تصمیم به انجام عملیات “شبیه سازی تولید و بتن ریزی آزمایشی پیش از شروع بتن ریزی اصلی گرفت. به این منظور از ماشین 900 BPL (محصول شرکت Schwing) به منظور پمپ کردن بتن از طریق یک اتصال به قطر ۱۲۵ میلی متر استفاده شد. در حالی که دو ماشین مخصوص حمل بتن (هر یک دارای ۶ مترمکعب بتن خودتراکم) وظیفهی تأمین بتن را بر عهده داشت. عملیات بتن ریزی به صورت پیوسته و با موفقیت انجام شد.
در حالی که حداکثر فشار پمپ برابر با ۷ مگاپاسکال اندازه گیری شد. در نهایت زمان بندی اجرای ستون های پروژه تعیین شد و به طور میانگین بتن ریزی چهار ستون در هر روز انجام گرفت. در مواردی که مسائل پیش بینی نشده باعث تأخیر عملیات بتن ریزی در محل پروژه می شده است، سازندگان از افزودنی فوق روان کننده برای نگه داشتن قطر پخش شدگی مخلوط بتنی در محدوده ی مورد نظر استفاده می کرده اند. این در حالی است که برای تولید مخلوط بتنی از افزودنی فوق روان کننده (نوع F)، افزودنی روان کننده (نوع A)، افزودنی روان کننده و دیرگیر کننده (نوع D) و نهایتا افزودنی اصلاح کننده ی لزجت استفاده شده است. حداکثر اندازه سنگدانه در مخلوط بتنی نیز ۱۰ میلی متر بوده است.
پل Ritto – ژاپن
پل Ritto در مسیر آزادراه Meishin در نزدیکی شهر توکیو در کشور ژاپن ساخته شده است (شکل ۱-۱۳). در ساخت پل Ritto که در سال ۲۰۰۷ به اتمام رسیده از بتن خود تراکم برای ساخت پایه ها استفاده شده است. در واقع وجود انبوه آرماتورهای فولادی در طراحی پایه های پل، انگیزه ی اصلی سازندگان برای کاربرد این بتن خاص بوده است. ارتفاع مرتفع ترین پایهی پل ۶۵ متر می باشد. همچنین برای استحکام کافی سازه در برابر زلزله، مقاومت فشاری ۵۰ مگاپاسکال برای بتن خود تراکم مورد استفاده در این پروژه انتخاب شده است. علاوه بر این میزان پخش شدگی در آزمایش جریان اسلامپ برای این بتن بازهی ۶۰۰ تا ۶۵۰ میلی متر تعیین شده است. طرح مخلوط و نتایج آزمایش های مختلف بر روی مخلوط بتن خودتراکم مورد استفاده در این پروژه در جدول ۱-۳ ارائه شده است.
بزرگراه طبقاتی شهید صدر در تهران
ایران بزرگراه طبقاتی شهید صدر را می توان جزو بزرگترین پروژه های شهری در کشور ایران دانست ساخت این پل که در شمال تهران واقع شده است. در سال ۱۳۹۲ به اتمام رسید. در فرایند ساخت این سازهی عظیم در مجموع ۱۰۰ هزار مترمکعب بتن خود تراکم تولید شد که از این منظر می توان این پروژه را شاخص ترین نمونه کاربرد بتن خود تراکم در کشور دانست. بزرگراه طبقاتی شهید صدر در تهران – ایران این پل دارای دو مسیر رفت و برگشت (مجموعا به طول ۱۹ کیلومتر) و عرض۲۲۶۷ متر و حجم کل بتن مصرفی برای ساخت آن حدود ۲۸۳ هزار متر مکعب بوده است. هدف اصلی از اجرای این پروژه ی عظیم، افزایش ظرفیت ترافیکی بزرگراه صدر از طریق انتقال بخشی از ترافیک به طبقه فوقانی بوده است. پل طبقاتی شهید صدر در مجموع دارای ۳۲۳۴ پایه ی بتنی می باشد و در بعضی قسمت ها از پایه های دروازه ای شکل برای انتقال بارهای وارد بر سر ستون ها استفاده شده است، در حالی در سایر قسمت ها پل به صورت تک پایه طراحی شده است.
در فرایند ساخت سازهای این پل، اجزایی از قبیل ستونها، شمع ها و پیها به صورت درجا و با کمک بتن معمولی اجرا شده در حالی که قطعات سرستون و قطعات اصلی بدنه ی پل به کمک بتن خودتراکم و به صورت پیش ساخته در کارخانه ای خارج از محل پروژه تولید می باشند، از شرایط مناسبی برخوردار گردد. با توجه به قرار گرفتن این پل در یک منطقهی پرتردد شهری، مسئله ی زیبایی ظاهری به عنوان یکی از دغدغه های سازندگان از ابتدای پروژه مورد توجه بوده است.
در ارتباط با طرح مخلوط بتن خود تراکم، پس از انجام کار تحقیقاتی گسترده (به مدت ۶ ماه پیش از آغاز پروژه) و در نظر گرفتن پارامترهای تأثیرگذار متعدد و تعریف اهداف عملکردی مشخص، دو مخلوط به عنوان مخلوطهای نهایی مورد استفاده ی سازندگان قرار گرفت. نسبت های اختلاط برای این دو مخلوط بتنی در جدول ۱-۴ ارائه شده است. قابل ذکر آن که در این پروژه کاربرد مواد افزودنی معدنی مکمل سیمان پرتلند، على رغم مزایای فراوانی که در ارتباط با خواص بتن سخت شده می تواند داشته باشد.
در نظر گرفته نشد. مهم ترین دلیل این تصمیم تغییرات ناخواسته در خواص این مواد معدنی می باشد که این مسئله در بتن خودتراکم با توجه به حساسیت های زیادی که در مورد بتن تازه وجود دارد، مشکلاتی را می تواند ایجاد کند. این مسئله و به طور کلی تغییرات در ویژگیهای مصالح مصرفی، یکی از چالش های اساسی پیش روی مهندسین طی فرایند تولید بتن خودتراکم در مقیاس صنعتی است و در فصل بعدی تحت عنوان “ثبات بتن خود تراکم” مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
در ارتباط با مخلوط های بتنی، قابل توجه است که مخلوط ۱ با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۹ میلی متر برای ساخت قطعات دارای تراکم کمتر آرماتور و مخلوط ۲ با حداکثر اندازه سنگدانه ۱۲ میلی متر برای ساخت قطعات با تراکم زیاد آرمانور، همانند تیرهای دروازه ای شکل واقع در بزرگراه، مورد استفاده قرار گرفته است. در هر دو مخلوط بتنی برای افزایش میزان ریزدانهی مخلوط و بهبود خواص بتن خودتراکم در حالت تازه از پودر سنگ آهک استفاده شده است. برای تولید قطعات بتنی سرستون که هر کدام از ۷ قطعه تشکیل شده اند، نیز از مخلوط ۲ استفاده شده است. این قطعات در کارخانه تولید و سپس بر روی ستون های بزرگراه شهید صدر نصب شدند، حجم بتن مصرفی برای تولید هر سرستون حدود ۱۵۰ مترمکعب میباشد.
از میان مسائل و چالش های اجرایی فراوانی که سازندگان در طی این پروژه با آنها روبرو شده اند، می توان به نحوهی اختلاط پودر سنگ آهک اشاره کرد. در ابتدای پروژه، ساخت مخلوطهای آزمایشی بتن خود تراکم با کمک تجهیزات کارگاهی نشانگر ناهمگنی مخلوط حاصل، على رغم افزایش زمان اختلاط بود. دلیل اصلی این مسئله به هم پیوستن ذرات پودر سنگ آهک و اختلاط ناکافی این پودر با سایر اجزای بتن تشخیص داده شد. برای رفع این مشکل ساخت مخلوطی متشکل از پودر سنگ آهک، آب و فوق روان کننده و افزودن این مخلوط مایع به سایر اجزای بتن مورد توجه قرار گرفت، حاصل کار راه اندازی یک دستگاه مخلوط کن خودکار (شکل ۱-۱۸) در نزدیکی واحد تولید بتن بود که مخلوط مورد نظر را با نسبتهای تعیین شده به صورت خودکار توزین و مخلوط می نمود. سپس مخلوط حاصل به کمک پمپ به مخزن اختلاط بتن فرستاده می شد.
همان گونه که عنوان شد، به دلیل وجود حجم زیاد آرماتور در تیرهای دروازه ای شکل بزرگراه بتن ریزی این اعضا به کمک بتن خودتراکم توانمند دارای حداکثر اندازه ی سنگدانه ی ۱۲ میلی متر انجام شد. نمونه ای از وضعیت تراکم آرماتورها در این تیرها مشاهده میشود.
انبوه آرماتور بکار رفته در مقاطع تیرهای دروازه ای شکل – بزرگراه شهید صدر نمونه ای از پایه های دروازه ای شکل ساخته شده به کمک بتن خودتراکم واقع در بزرگراه شهید صدر را نشان می دهد که حجم تقریبی بتن به کار رفته در آن برابر ۱۷۰ مترمکعب می باشد. آزمایش ها و بررسی تیرهای ساخته شده نشانگر کاربرد و اجرای موفقیت آمیز بتن خودتراکم در این پایه ها می باشد. شرایط ظاهری برتر و سطح مناسب اعضای بتنی ساخته شده در مقایسه با موارد اجرا شده به کمک بتن معمولی نیز حاکی از همین مسئله است.
نمونه ای از پایه های دروازه ای شکل
نمونه ای از پایه های دروازه ای شکل ساخته شده به کمک بتن خودتراکم توانمند – بزرگراه شهید صدر رویکرد جدی به مسئله ی دوام بتن را می توان به عنوان دیگر مشخصه ی ممتاز پروژه ی بزرگراه طبقاتی شهید صدر برشمرد. با همکاری مرکز تحقیقات تکنولوژی و دوام بتن دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در این پروژه برنامه ی کنترل کیفی سخت گیرانه ای به منظور ارزیابی دوام بتن خودتراکم مورداستفاده برای ساخت قطعات بتنی پل طراحی و اجرا شد، به این منظور در طول فرایند تولید بتن خود تراکم و ساخت قطعات بتنی، آزمایش های مختلفی از قبیل جذب آپ حجمی، جذب آب مویینگی، مقاومت الکتریکی سطحی، نفوذپذیری در برابر آب، مقاومت سطح در برابر پوسته شدن در اثر کاربرد نمکهای یخ زدا) و مهاجرت تسریع شدهی یون های کلراید به صورت مداوم بر روی آزمونه های تهیه شده از بتن تولیدی کارخانه ی قطعات پیش ساخته انجام می شد و نتایج مورد بررسی و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی قرار می گرفت.
پس از بررسی و تائید مخلوطهای بتنی مورد نظر از منظر مقاومت فشاری و مشخصه های دوام توسط آزمایشگاه بتن، حمل قطعات بتنی به محل پروژه و عملیات نصب آنها صورت می گرفت. در نهایت با توجه به موارد ذکر شده در خصوص کاربرد بتن خودتراکم در پروژه های عظیم در کشورهای مختلف و نتایج موفقیت آمیز به دست آمده، می توان اقبال بیشتر مهندسین عمران به این نوع بتن خاص را در آینده متصور بود، در ایران نیز پروژه ی ساخت بزرگراه طبقاتی شهید صدر را می توان آغاز به کار گیری وسیع بتن خود تراکم و شروع تحولی در صنعت بتن دانست، با آشنایی سازندگان ایرانی با روش های اجرا و مزایا و معایب بتن خود تراکم در چنین پروژه های عظیمی، می توان در آینده شاهد کاربرد صحیح و اصولی این محصول نوین، اجتناب از به کار گیری مصالح و روش های سنتی و هزینه بر و در نهایت ارتقای کیفیت سازه های بتنی بود.