همه چیزدر مورد بتن غلتکی

بتن غلتکی یا RCC یک روش جدید جهت اجرای بتن در کارهای عمرانی می‌باشد.

ایده استفاده از آن به دهه‌های 1930 و 1940 در انگلستان و به عنوان لایه زیر اساس جاده‌ها و روسازی محوطه فرودگاه‌ها باز می‌گردد.

این مصالح در مصارف اولیه بنام بتن کم‌عیار یا خشک شناخته شده و در زیر قشر آسفالت بکار می‌رفت.

بتن غلتکی هر چند که در کلیه فعالیت‌های عمرانی و عمدتاً به عنوان یک مصالح جنبی مطرح شده و مورد استفاده قرار گرفت.

از اوائل دهه 1960 میلادی، از سوی کارشناسان و محققان به عنوان مصالح و تکنیک اجرای قابل استفاده در سدسازی مطرح گردیده و دیری نپائید که مورد توجه و توسعه روز افزون قرار گرفت.

رواج استفاده از بتن غلتکی به عوامل متعددی بستگی داشت که مهم‌ترین آنها سادگی در تولید و به کارگیری و عدم نیاز به تجهیزات و تأسیسات اجرایی ویژه می‌باشد.

بتن غلتکی به اختصار، متشکل از مصالح سنگدانه‌ای و سیمانی و درصد کمی آب می‌باشد.

که به صورت مخلوط نسبتا خشک و بدون اسلامپ، در لایه‌های نازک و وسیع پخش شده و با بهره گرفتن از غلتک‌های ساده و ارتعاشی متراکم می‌گردد.

در مقایسه با بتن معمولی، هزینه‌های اجرایی این بتن بواسطه پیوستگی در اختلاط، حمل و نقل و پخش کردن بتن و همچنین به خاطر ساده‌سازی طراحی‌ها و همچنین از نظر صرفه‌جویی در پرداخت سود سرمایه‌گذاری در دوره اجرایی، بسیار کمتر می‌باشد.

این روش دارای مزایای فنی سدهای بتنی و روش اجرای سریع و ارزن سدهای خاکی می‌باشد.

تاکنون روش‌های متفاوتی توسط افراد مختلف با هدف بهینه کردن منابع ذکر شده ارائه گردیده است.

که مضمون همه آنها عبارت از استفاده از غلتک و سایر ماشین‌آلات عملیات خاکی در اجرای سدهای بتنی می‌باشد.

بتن غلتکی بتنی است که در اجرای سازه‌های حجیم سدها، شالوده‌های بزرگ و… کاربرد دارد.

برای اجرای آن از ماشین‌آلات راه‌سازی و عملیات خاکی استفاده می‌شود.

انرژی لازم برای اجرا و جا دادن این گونه مصالح بیش از مقداری است که با ویبراتور معمولی تامین می‌گردد.

به همین دلیل در صورت استفاده از مصالح و مواد سیمانی مشابه آنچه در بتن لرزاننده سنتی (CVC) یا بتن متعارف به کار برده می‌شوند.

با اجرای لایه‌های متوالی بتن، می‌توان به کیفیتی بهتر از کیفیت بتن متعارف (CVC) دست یافت.

از سوی دیگر، مانند سدهای خاکی، ناحیه بین دو لایه متوالی و ناحیه واقع در درون لایه‌ها با یکدیگر متفاوتند.

روش اجرای بتن غلتکی در مقایسه با بتن متعارف، امکان دستیابی به سرعت زیادتری را فراهم می‌سازد.

که مزایای اقتصادی چون صرفه‌جویی در قیمت واحد حجم بتن و کاهشی قابل ملاحظه در زمان ساخت و همچنین در قالب‌بندی و … را در پی خواهد داشت.

بتن غلتکی همچون تمامی انواع موجود بتن، مخلوطی از مصالح سنگی خنثی، مواد سیمانی و آب است.

بتن غلتکی مصالح و روشی نوین برای ساخت اقتصادی سازه‌های حجیم از جمله سدهای وزنی می‌باشد.

در این نوع بتن ترکیبی از ویژگی‌های تکنولوژی بتن و خاک به کار گرفته شده و با استفاده از ماشین‌آلات ساخت سدهای خاکی حمل، پخش و متراکم می‌شود.

امروزه سدهای بتن غلتکی در بسیاری از کشورهای در حال توسعه ساخته می‌شوند.

زیرا این سدها مزایای اقتصادی و سرعت زیاد اجرای سدهای خاکی و ایمنی سدهای بتنی را تواماً در بردارند.

پیشرفت حاصل در تکنولوژی بتن حجیم به منظور کاهش درصد سیمان منجر به پیدایش روش بتن غلتکی گردیده است.

در این روش با منظور نمودن عوامل زیر درصد سیمان مصرفی کاهش یافته و بتن‌ریزی سریع‌تر و با هزینه‌ای کمتر انجام می‌شود:

• استفاده از سنگدانه‌های با حداکثر ابعاد بیشتر و دانه‌بندی خاص
• استفاده از پوزولان
• استفاده از مواد افزودنی حباب‌ساز و روان‌کننده
• استفاده از ماشین‌آلات حمل، پخش و تراکم در عملیات خاکی و استفاده از ویبره سنگین در بتن‌ریزی

ملاحظات اساسی در انتخاب نسبت اختلاط مناسب بتن غلطکی عبارتند از:

۱. روانی مناسب (توجه به دانه‌بندی و درصد آب مناسب برای تراکم)

۲. مقاومت کافی (تامین خواص مکانیکی و چسبندگی درزها)

۳. آب‌بندی (کنترل تراوش)

۴. حرارت هیدراتاسیون کم (محدود نمودن پتانسیل ترک‌های حرارتی)

مسلم است فقط در صورت طراحی مناسب می‌توان انتظار دوام و پایایی از عملیات اجرا شده داشت.

روسازی بتن غلتکی در گروه روسازی‌های بتنی ساده غیر مسلح درزدار (JPCP) دسته‌بندی می‌گردد.

روش‌های طراحی آن به صورت کلی مشابه روش طراحی روسازی‌های بتنی ساده درزدار و به صورت بدون داول می‌باشد.

البته تفاوت‌های قابل توجه RCCP و روسازی بتنی معمولی (JPCP) بدون داول که عمدتا مربوط به فواصل درزها و عملکرد آنها از نظر انتقال بار می‌باشد نباید از نظر دور نگه داشته شوند.

رده‌های مقاومتی بتن غلتکی عمدتا 30/C25 می‌باشد که معادل مقاومت خمشی در حدود 3.8 مگاپاسکال می‌باشد.

رده مقاومتی RCCP برای مناطق نرمال معمولا MPa ۲۵ و برای مناطق سردسیر دارای یخبندان عموما در حدود MPa ۴۰ در نظر گرفته می‌شود.

روسازی‌ها همواره تحت تاثیر انواع تنش‌های فشاری، خمشی، خستگی و کششی قرار دارند.

اما در طراحی بتن غلتکی تمرکز بر تنش خمشی است.

دلیل آنست که احتمالا شروع اغلب خرابی‌های مهم در این رویه‌ها ناشی از ضعف در تحمل نیروهای خمشی می‌باشد.

مقاومت خمشی و مقاومت در برابر خستگی از جمله مهم‌ترین پارامترهای موثر بر ضخامت طراحی محسوب می‌گردند.

مقادیر تنش‌ها و خستگی بستگی به محل قرار گرفتن بار چرخ دارد.

به طوری که هر چه به لبه نزدیک می‌شویم این مقادیر افزایش می‌یابند.

با تغییر اندک ضخامت بتن غلتکی تاثیر بسیار زیادی در کاهش خرابی‌ها مشاهده شده است.

در حال حاضر دو روش مهم برای طراحی ضخامت RCCP وجود دارد.

روش انجمن سیمان پرتلند (PCA) و روش گروه مهندسین ارتش آمریکا.

از روش PCA عموما در طراحی روسازی‌های صنعتی استفاده می‌گردد.

برای استفاده از روش PCA داشتن اطلاعاتی نظیر الزامی است.

• مقاومت بستر یا زیر اساس و اساس
• مقاومت خمشی RCC
• مدول الاستیسیته RCC
• کارآیی درز
• مشخصات وسایل نقلیه شامل بار چرخ‌ها، فاصله چرخ‌ها و مشخصات تایر
• تعداد تکرار بار در دوره عمر روسازی
• درصد انتقال

اخیرا نیز نرم افزار RCCPave به کمک طراحان بتن غلتکی آمده تا با توجه به مشخصات فنی موردنظر طراحی مناسب و با دوام به سهولت قابل انجام باشد.

معیارهای طراحی مخلوط در روش طرح مخلوط با خمیر زیاد روش انگلیسی:

روش طراحی مخلوط با خمیر زیاد اولین بار توسط مهندسی به نام دانستان (Dunstan) ابداع گردید.

اداره عمران ایالات متحده بعداً تغییراتی در آن اعمال نمود که در سد آپراستیل واتر (Upper Still Water) بکار برد.

این روش با مفاهیم طراحی سد بتن غلتکی با خمیر زیاد منطبق بوده و در آن کل سازه غیرقابل نفوذ منظور می‌شود و چسبندگی بین لایه‌ها با توجه به ویژگی مخلوط فراهم می‌گردد.

به منظور دستیابی به چنین معیارهایی مواد شیمیایی بیشتر در مخلوط مصرف می‌شود تا بتن غلتکی با خمیر زیاد حاصل شود.

معیارهای طراحی مخلوط در روش سد بتنی متراکم شده با غلطک RCD روش ژاپنی:

مقدار سیمان بایستی حتی الامکان کم در نظر گرفته شود در حالی که با مشخصه‌های مقاومت در نظر گرفته شده سازگار باشد.

مقداری خاکستر بادی به عنوان ماده افزودنی مصرف شده تا بدین وسیله گرمای هیدراتاسیون و نیازهای آب مخلوط کاهش یابد.

لازم است نسبتی از ماسه به مصالح سنگدانه‌ای درشت دانه بیش از نسبت در نظر گرفته شده برای بتن حجیم معمولی منظور شود تا جدا شدن دانه‌ها کاهش یافته و تسهیلاتی در عمل تراکم با غلتک‌های ارتعاشی فراهم آورد.

روش کم سیمان (گروه مهندسین ارتش آمریکا) :

این روش مبتنی بر تجارب حاصله در هفت پروژه بتن غلتکی می‌باشد.

روش مذکور از دستورالعمل ACI شماره ۳/۲۱۱ تحت عنوان روش استاندارد برای انتخاب نسبت‌های اختلاط در بتن بدون اسلامپ پیروی می‌کند.

دستورالعمل فوق شامل چند جدول است که از روی تجربیات مذکور در ارتباط با بتن غلتکی تهیه شده است.

این روش تعیین نسبت‌های اختلاط می‌تواند برای دامنه وسیعی از مصالح و مشخصات پروژه مورد استفاده قرار گیرد.

هیچ وسیله و دستگاه خاصی برای ساخت آن لازم نیست و با ماشین متداول برای روسازی آسفالتی قابل اجرا است.

باعث افزایش سرعت اجرا و در نتیجه باعث صرفه‌جویی اقتصادی در مقایسه با سایر روسازی‌ها می‌شود.

معمولاً نیازی به استفاده از داول در درزها و تقویت سازه‌ای با فولاد ندارد.

به خاطر استحکام سازه‌ای بعد از تراکم، در آن زودتر از سایر روسازی‌های بتنی، می‌توان به ترافیک اجازه عبور داد.

دلیل دیگر استفاده از بتن غلتکی مصرف کم سیمان در این نوع روسازی نسبت به سایر روسازی‌های بتنی است.

استفاده ازخاکستر بادی، کارآیی بتن را بهبود می‌بخشد و باعث بهبود رفتار RCCP در مقابل ترک می‌شود.

دامنه کاربرد بسیار وسیع را می‌توان نام برد:

• جاده‌ها و خیابان‌های اصلی و فرعی و آزاد راه‌ها
• باند پرواز و آشیانه هواپیما
• کف سالن‌ها و محوطه‌های صنعتی و انبارها
• باراندازها
• جاده معادن
• پیاده‌روها
• ورزشگاه‌ها و پیست اتومبیل‌رانی
• کف نمایشگاه‌های صنعتی و تجاری
• محوطه‌های تجاری
• بنادر اسکله‌ها
• دامداری‌ها
• سردخانه‌ها
• جاده‌های شیب‌دار
• لوپ‌ها
• میادین
• دورها
• پل‌ها
• سدها
• کف ترمینال‌ها ایستگاه‌های اتوبوس‌ و کامیون (گاراژ)‌

• فنی و کاربردی:

1. تامین نیازهای مقاومتی
2. دوام و امکان بارگذاری بیشتر روسازی
3. همچنین حساسیت کمتر بتن نسبت به مواد شیمیایی مانند: بنزین، گازوئیل و نیز مواد خورنده
4. عملکرد بهتر در شرایط محیطی با دمای بالا
5. نداشتن مشکلات ناشی از نشست

• اقتصادی:

1. در صورت استفاده از رویه‌های بتنی بطور متوسط هزینه‌های ساخت، بهره‌برداری و نگهداری ۲۵ تا ٪۵۰ نسبت به رویه‌های آسفالتی کاهش می‌یابد.
2. کاهش هزینه‌ها به صورت کلی به علت کاهش هزینه ساخت ناشی از قیمت کمتر مصالح مصرفی می‌باشد.
3. کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و ترمیم در دوره بهره‌برداری
4. کاهش هزینه‌های بهره‌برداری نظیر استهلاک وسایل نقلیه و تایرها
5. زمان صرف شده برای سفر
6. هزینه تصادفات به دلیل عملکرد ناقص رویه
7. هزینه مصرف سوخت
8. افزایش طول عمر
9. کاهش هزینه تجدید رویه

• سرعت اجرا و کاهش هزینه زمان:

روش اجرای سریع RCCP در مقایسه با بتن معمولی باعث کاهش قابل ملاحظه هزینه‌ها می‌گردد.

کاهش زمان اجرا علاوه بر مسائل فنی سبب ایجاد یک مزیت اصلی بنام اقتصادی شدن طرح در تعامل با زمان می‌گردد.

• زیست محیطی:

یکی از اصول اساسی در ساخت بتن غلتکی بهره‌وری کامل از مصالح طبیعی در دسترس و منابع قرضه محلی است.

به دلیل صرفه‌جویی در بکارگیری مصالح در لایه‌های بتنی آسیب کمتری به منابع طبیعی و محیط زیست وارد می‌گردد.

استفاده از رویه‌های بتنی سبب کاهش برداشت از منابع نفتی و نیز جلوگیری از ورود این مواد به عنوان ضایعات به محیط زیست می‌گردد.

با در نظر گرفتن مشکلات و خرابی‌های رویه‌های آسفالتی و تجارب عمومی در این خصوص باید سعی نمود تا در شروع استفاده از رویه‌های بتنی، ذهنیت عمومی نسبت به کارایی و مزایای این نوع رویه‌ها تضییع نگردد.

• با توجه به افزایش قیمت قیر طی سال‌های اخیر و احتمال افزایش قیمت آن در آینده روسازی بتنی بسیار مقرون به صرفه‌تر از آسفالت هستند.
• در صورتی که‌ زیرسازی در لایه‌های سابگرید و ساب بیس از تراکم خوبی برخوردار باشد روسازی بتنی را می‌توان بر روی هر کدام از این لایه‌ها اجرا کرد‌.
• استفاده از مشتقات نفتی از جمله قیر باعث آلودگی محیط زیست می‌شود.
• نصب و جابجایی دستگاه بچینگ (بتن ساز) در مقایسه با کارخانه آسفالت آسان‌‌‌تر و کم هزینه‌تر است.
• حساسیت کم به روغن‌های ریخته شده مثل گازوییل و مواد خورنده در محوطه‌های صنعتی.
• بزرگترین حسن این روسازی هزینه پایین آن در نگهداری و راه‌داری بعد از اجرا است، که این هزینه تقریباً ده برابر کمتر از آسفالت است.
• در معابر عمومی شهری که احتمال ایجاد برش‌های متفاوت توسط سازمان‌های مختلف از جمله آب‌، برق‌، گاز‌، مخابرات‌، فاضلاب و … وجود دارد.

در صورت استفاده از این روسازی بعد از اتمام عملیات اجرایی و حفاری آنان به سادگی قابل مرمت و بازسازی است.

احتمال نشست کردن و خرابی آن بسیار پایین است.

• عمر مفید بتن حداقل ۲ تا ۳ برابر آسفالت است.
• ‌‌هزینه‌های اجرای این روسازی نسبت به آسفالت به خصوص در مورد نگهداری و مراقبت بعد از اجرا بسیار پایین‌تر و مقرون به صرفه‌تر است.

استفاده از RCC در روسازی مشکلات و معایبی نیز دارد که می‌توان آنها را چنین برشمرد:

1. در راه‌های با ترافیک سنگین

• بدست آوردن بافت سطحی مناسب برای جلوگیری از لغزش، خیلی دشوار است.
• صاف کردن سطح RCCP دشوار است.

2. با توجه به اینکه عملکرد مطلوب RCC به تغییرات رطوبت لازم برای حصول به تراکم کافی، حساس است.

لذا به اجرای دقیق و کنترل نمودن بهنگام ساخت نیاز دارد.

3. کمبود اطلاعات مربوط به عملکرد طولانی مدت، عامل موثر دیگری در استفاده نکردن آن در بعضی کشورها است.

RCCP با توجه به آنکه روی زمین متراکم می‌شود، زمین زیرین در انسجام (قوام) بتن تازه و اندرکنش آن بر درجه تراکم RCCP می‌تواند موثر باشد.

لذا رفتار آن در طی فرآیند تراکم می‌تواند متفاوت با تراکم خاک باشد.

مقاومت فشاری با نسبت آب به سیمان پایین و صفر بودن اسلامپ از ۱۵۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع که در شرایط عمل آوری و با مرغوبترین مصالح به دست آمده است.

وزن بارهای سنگین ترافیکی به ویژه در محل شیب‌ها، دورها، بارهای ترافیکی و ایستگاه‌های سنگین را به راحتی تحمل می‌کند.

صلبیت‌:

صلب بودن و عدم تغییر شکل در برابر بارهای وارده و ضربات ناشی از سقوط اجسام سخت.

سازگاری RCC با شرایط آب و هوایی‌:

دوام بلندمدت نسبت به آسفالت قیری در مناطق گرمسیر و معتدل با توجه به اینکه در برابر افزایش دما مقاوم بوده و هیچگونه تغییر شکلی در آنها ایجاد نمی‌شود.

در مناطق سردسیر رویه بتنی به خاطر جذب آب پایین و مقاوم بودن در برابر سیکل‌های یخبندان در مواجه با آسیب‌های احتمالی ایمن و مقاوم است.

اجرا و بهره‌برداری زود هنگام RCC‌:

سرعت بالای اجرا و سهولت نگهداری و قابلیت بهره‌برداری زود هنگام حتی در مواقع اضطراری

سازگاری RCC با محیط زیست‌:

رویه بتنی‌‌ به خاطر نفوذناپذیری مواد متشکله آن به بافت مصالح و طبیعت، به عنوان رویه سازگار هیچگونه مشکل زیست محیطی در محدوده کاربردی خود ندارند.

تا پایان دوره دوام مواد و مصالح متشکله آن به عنوان بخشی از طبیعت تعریف می‌شود.

رنگ خاکستری و خنثی‌، ضریب جذب دمای مناسبی دارد و این به خاصیت پایین آوردن دمای محیط کمک می‌کند.

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

اجرای تعمیرات و عملیات ترمیم در روسازی بتنی مشکل‌تر است.

وجود درز انبساط بعنوان یکی از نقاط ضعف رویه‌های بتنی محسوب می‌گردد.

کـه در تشـدید خرابی‌ها و تخریب بتن نقـش مهمی دارد به نحوی که مشکل نگهداری و مرمت محل درز 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 بعنوان یکی ازضعف‌های روسازی بتنی محسوب می‌گردد.  

دانش فنی و تجربه ساخت روسازهای آسفالتی درمیان پیمانکاران در مقایسه با روسازی‌های بتنی بسیار بیشتر اسـت.

از ایـن رو اجرای رویه‌های بتنی بدلیل نیاز به ماشین‌آلات پیشرفته و جدیدتر و عدم مهارت‌های فنی و تجربه‌های عملی مشکل‌تر است.

پس از ذکر معایب آسفالت قیری و مزایای بتن غلتکی لازم است بدانیم که اولین گام‌ها برای جایگزینی برداشته شده و نمونه‌ای برای ارزیابی و استناد اتفاق افتاده است.

بیش از ۴۰ سال است که شیوه تولید، استفاده و مزایای بتن غلتکی در دانشگاه‌های ما تدریس می‌شود.

نیروی متخصص و آگاه در این باره در کشور تربیت شده است و همه شرایط و امکانات فراهم است.

اما هم چنان از آسفالت قیری استفاده می‌شود.

امیدوارم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد

نویسنده : سیدعلی منتظری

منبع : بخش مقالات تخصصی سایت استوارسازان

امیدوارم این مقاله مورد توجه شما قرار گرفته باشد