Guide to Tremie Concrete for Deep Foundations

تکنولوژی بتن به سرعت به پیشرفت خود ادامه می دهد و مخلوط های جدید با پنج ماده تشکیل دهنده یعنی سیمان، افزودنی ها، سنگدانه ها، مواد افزودنی (شیمیایی) و آب اغلب دارای ویژگی هایی هستند که به طور قابل توجهی با سه مخلوط بتن قدیمی تر – سیمان، سنگدانه ها و آب متفاوت است. در تولیدات اخیر، بتن با استحکام بالاتر و نسبت آب به سیمان پایین تر ترجیح دارد و منجر به وابستگی بیشتر به مواد افزودنی برای جبران کاهش کارایی و پاسخگویی به نیازهای اغلب رقابتی برای کار پذیری در حالت تازه و زمان گیرش می شود. استفاده از آزمایش خواص رئولوژیکی واقعی بتن به همان سرعتی که خود مخلوط ‌های بتن ایجاد می‌کند توسعه نیافته است و هنوز هم غیر معمول نیست که کارایی (مثلاً با اسلامپ اندازه‌گیری شده) به عنوان تنها خاصیت برای پذیرش بتن تازه مورد استفاده قرار گیرد.
یک گروه کاری مشترک توسط EFFC و DFI در سال 2014 برای بررسی این مسائل ایجاد شد و کتاب راهنمای بتن ترمی برای پی های عمیق خروجی آن بررسی است. یک پروژه تحقیق و توسعه، توسط حامیان این راهنما، از سال 2015 تا 2018 توسط دانشگاه فنی مونیخ در ارتباط با دانشگاه علم و صنعت میسوری انجام شد. این پروژه شامل مطالعات دفتری، آزمایش آزمایشگاهی و آزمایش برجا در کارگاه های اروپا و ایالات متحده بود. علاوه بر این، این گروه روش‌های محاسباتی پیشرفته را برای شبیه‌ سازی عددی جریان بتن در گودبرداری های عمیق با شرکای آکادمیک از دانشگاه ‌ها بررسی و ارزیابی کرده است.

هدف و دامنه کتاب راهنمای بتن ترمی برای پی های عمیق

هدف اصلی کتاب راهنمای بتن ترمی برای پی های عمیق ارائه یک راهنما در مورد خصوصیات بتن تازه با توجه به عملکرد آن، فرآیند طراحی مخلوط بتن و روش های مورد استفاده برای آزمایش موجود در زمینه بتن تازه است. اصول این راهنما در مورد بتن ترمی برای پی های عمیق اعمال می شود، اما ممکن است برای سایر اشکال پی های عمیق (مانند شمع مارپیچ) نیز اعمال شود.

این راهنما به ملاحظات طراحی از جمله رئولوژی بتن، طراحی مخلوط بتن، جزئیات آرماتور، پوشش بتن و قوانین عمل آوری مناسب برای ریختن بتن می پردازد. مروری بر روش‌های آزمایش عناصر ساخته شده همراه با توصیه هایی در مورد شناسایی و تفسیر نتایج ارائه شده است.

کتاب راهنمای بتن ترمی برای پی های عمیق زمینه های مهمی را که به منظور به حداقل رساندن خطرات احتمالی نیاز به بررسی دقیق دارند، از جمله جزئیات سازه مناسب و استفاده از روش های اجرایی پیشرفته را برجسته می کند.

به بهترین وجه می‌توان از طریق رویکرد مشترک بین سازنده، طراح سازه و تامین‌کننده بتن، ترکیب درست را به دست آورد.

گروه وظیفه، ارزیابی دقیقی از بهترین تجربیات و تحقیقات فعلی انجام داده است. امید است که این راهنما اطلاعاتی را برای استفاده در استانداردهای آینده اروپا و آمریکا ارائه دهد.

این ویرایش، ویرایش دوم راهنمای بتن ترمی است و منحصراً محدوده های پذیرش بتن ترمی تازه را بر اساس روش های آزمایش پیشنهادی توصیه می کند. علاوه بر این، جزئیات انواع جریان بتن را بر اساس آزمایش ‌های سایت و مطالعات مدل‌سازی عددی ارائه می‌کند. این نسخه دوم جایگزین نسخه اول می شود.

نسخه اول راهنما شامل الزاماتی برای سیالات پشتیبانی (Fluid Support) بود. سیال پشتیبان تاثیر مستقیمی بر کیفیت و یکپارچگی محصول نهایی دارد. بنابراین بتن و سیال پشتیبان به طور جدایی ناپذیری به هم مرتبط هستند.

یک راهنمای سیال پشتیبان جدید که تمام جنبه ‌های مربوط به سیالات پشتیبانی را پوشش می‌دهد توسط یک گروه کاری مشترک EFFC/DFI که در سال 2017 تأسیس شد، آماده می‌شود و باید در سال 2019 منتشر شود. بنابراین الزامات سیالات پشتیبانی از این ویرایش دوم این راهنما حذف شده اند.

طراحی پی های عمیق یک موضوع تخصصی است که به ورودی های سازه ای و ژئوتکنیکی نیاز دارد، زیرا باید شرایط اجرای پی عمیق را نیز در نظر بگیرد. در بخش دیگری از کتاب راهنمای بتن ترمی برای پی های عمیق به جزئیات سازه و تأثیر قفس تقویت کننده بر جریان بتن از طریق میلگردهای تقویت کننده به منطقه پوششی توسط آنها محدود می شود. تأثیر قرارگیری بتن بر باربری انتهایی و اصطکاک شفت در این راهنما در نظر گرفته نشده است و باید به یوروکد 7 (EN 1997-1) یا استانداردهای مربوطه ایالات متحده به عنوان مثال FHWA GEC10 ارجاع داده شود.

با توجه به جزئیات میلگرد، وضعیت ایده آل برای جا نمایی بتن ترمی این است که هیچ مانعی برای جریان بتن وجود نداشته باشد. متأسفانه قفس تقویت‌کننده، از جمله مانع ‌های جداکننده و جعبه های خروجی (در صورت استفاده)، یک مانع بزرگ برای جریان است. بنابراین طراحی سازه، از جمله طراحی قفس تقویتی، تأثیر قابل توجهی بر کیفیت نهایی بتن تمام شده دارد.

بخش ‌هایی از این کتاب توصیه ‌های عملی خوبی برای فاصله میلگرد و پوشش بتن در محدوده میلگرد ارائه می‌کنند. طراح سازه قفس میلگرد باید الزامات بتن‌گذاری موفقیت آمیز مخصوص طراحی آنها و همچنین حداقل الزامات عمومی ارائه شده در استانداردها را در نظر بگیرد، یعنی طراحی سازه باید دقیقاً نیازهای طراح و سازنده را برآورده کند. طراحی مخلوط بتن ممکن است مستلزم آن باشد که طراح به دنبال مشاوره تخصصی باشد.

رئولوژی بتن برای رفتار آن در هنگام ریزش ضروری است. موفقیت رئولوژی بتن و کیفیت محصول نهایی را تعیین می کند، یعنی دوام تابع مستقیم رئولوژی است.

خصوصیات رئولوژیکی کلیدی برای بتن تازه عبارتند از:

● کار پذیری (اصطلاح کلی که توانایی بتن برای بتن ریزی، خود تراز شدن و خود متراکم شدن در اثر گرانش را تعریف می کند)

● حفظ کارایی (تعریف مدت زمان نگهداری خواص تازه مشخص شده)

● پایداری (مقاومت در برابر جدا سازی)

نکته این است که بحث در مورد اصول کلی طراحی اختلاط بتن و تناسب اجزای تشکیل دهنده برای برآورده کردن الزامات ذکر شده در بالا در محدوده این راهنما نیست. خواننده باید برای پوشش جامع مسائل مربوطه به یکی از متون استاندارد مراجعه کند. اما به طور کلی مراحل معمول در توسعه طرح مخلوط بتن به شرح زیر است:

1. با شروع از ویژگی مکانیکی مشخصه مورد نیاز، معمولاً مقاومت فشاری نامحدود (UCS)، تعیین میانگین UCS، بر اساس ملاحظات آماری (تجربه قبلی و انحراف استاندارد مورد انتظار).

2. انتخاب حداکثر اندازه سنگدانه، بر اساس فاصله آرماتور (و سایر مقررات موجود). با توجه به جزئیات (فاصله مشخص بین میلگرد ها، پوشش و غیره) بررسی تناسب با تمرکز ویژه بر کارایی مناسب.

3. تناسب اجزای پرکننده بتن بر اساس الزامات استحکام و دوام.

** در نظر گرفتن جایگزینی سیمان با افزودنی ها برای محدود کردن گرمای هیدراتاسیون و گرادیان های حرارتی در عناصر ساختاری بزرگ و یا به دلایل اقتصادی.

4. انتخاب نسبت آب به سیمان، بر اساس الزامات ساختاری و دوام.

5. انتخاب کارایی لازم، بر اساس روش بتن ریزی.

6. برآورد مقدار لازم آب برای اختلاط بر اساس کارایی، حداکثر دانه بندی و شکل سنگدانه، میزان هوا و استفاده از افزودنی کاهنده آب.

** توجه: برای بتن ترمی نباید از افزودنی های حباب هوا استفاده کرد زیرا هوا در پی های عمیق فشرده می شود و ممکن است خواص بتن را تغییر دهد.

7. محاسبه وزن لازم سیمان (یا پر کننده)، بر اساس نسبت آب به سیمان انتخاب شده و آب اختلاط لازم.

8. محاسبه مقدار کل سنگدانه ها، بر اساس حجم تفاضلی، و توزیع اندازه ذرات آنها، بر اساس اندازه دانه های ماسه.

9. ارزیابی نوع و مقدار افزودنی برای تنظیم زمان کار پذیری بتن، بسته به دما و کل زمان مورد نیاز برای تحویل و قرار دادن آن.

10. ارزیابی نوع و مقدار سایر مواد افزودنی ها برای تنظیم عملکرد بتن تازه و یا سایر خصوصیات.