طراحی بهترین روشهای مقاوم سازی و تقویت فوق العاده سازه های بتنی

همانطور که قبلا اشاره شد ، هنگامی که مقاومت سازه ی بتنی زیر مقدار تعیین شده در طراحی باشد ( دقیق تر اینکه با حذف ضریب های اطمینان، رده ی مقاومتی بتن باربر از عدد طراحی شده 15 درصد - یا بیشتر- پایینتر باشد) و این اعداد از طریق آزمون های مخرب یا غیر مخرب از بتن سخت به دست آمده و مورد اطمینان باشند. همینطور به دلایلی چون تغییر کاربری یک سازه ی بتنی و افزایش بارهای لرزه ای و دینامیکی یا قرار گرفتن در طرح توسعه بخشی از کارخانه، نیروگاه یا پالایشگاه، یا پایین آمدن مقاومت بتن به دلیل اجرای نامناسب بتن ریزی، یخ زدگی، فرسایش و خوردگی و هزینه بر بودن ساخت مجدد باعث می شود سازه نیازمند تعمیراتی پیشرفته تر و دقیق تر از ترمیم بتن باشد.

هرچند عدد مقاومت بتن موجود و صعوبت کار، هزینه و زمان اجرا در تعیین روش مقاوم سازی سازه های بتنی موثر است ، اما به طور کلی بازگرداندن مقاوم سازی سازه های بتنی به نحوی که منظور و خواسته کارفرما را تامین نماید ، به روشهای زیر صورت می گیرد:

• انجام عملیات مقاوم سازی با استفاده از الیاف FRP (fiber reinforced polymer)
• انجام عملیات مقاوم سازی به روش ژاکت بتنی ( غلاف بتنی)
• انجام عملیات مقاوم سازی به روش تسمه یا ژاکت فلزی ( غلاف فلزی)
• تقویت بتن با الیاف FRP

بهترین و سریعترین روش برای تقویت سازه ای با کاهش مقاومتی در بازه 65 تا 85 درصد طراحی روبروست، استفاده از الیاف و لمینت FRP است. الیاف پلیمر ( یا پلاستیکی) FRP، هنگامی که با رزین ( ژل) چسباننده اپوکسی ترکیب می شود، به عنوان یک ماده کامپوزیت ( ماده مرکب که از ترکیب فیبر یا الیاف و ماتریس - ژل- تشکیل شده است) می تواند با افزایش لختی سازه، انتقال نیرو در راستای موثر، جلوگیری از واپاشی بتن و عضو ضعیف سازه بتنی عمل کند. برخی از این الیاف توانایی تحمل 8 تن کشش در هر سانتیمتر مربع را دارند. این خواص در کنار اقتصادی بودن این روش با سرعت یافتن روشهای ارزانتر تولید، سبکی، انعطاف و سرعت عمل اجرا ، توانایی مکانیکی و شیمیایی بالا در برابر خوردگی باعث شده تا بسیاری از کارفرمایان و دستگاههای نظارت پروژه های عمرانی به عنوان اولین راه حل در فرآیند مقاوم سازی به آن توجه نمایند.

از لحاظ شکل و ساختار FRP به دو گروه G-FRP ( الیاف پلیمری تقویت شده از نوع شیشه ) و C-FRP ( الیاف تقویت شده از نوع کربن) تقسیم شوند. همچنین بر اساس عملکرد نیز 1) یک محوره ( تحمل کشش را در یک جهت دارند) و 2) دو محوره ( در 2 جهت کشش را تحمل می کنند) هستند. وزن و مشخصات FRP بر حسب گرم بر متر مربع محاسبه شده و در رول های 50 متر مربعی ( عرض 50 سانتیمتر در طول 100 متر ) عرضه می شوند . این محصول وارداتی است و کشورهای آلمان ، سوییس و انگلستان برندهای مطرح تولید کننده ی آن هستند. برای مطالعه ی بیشتر به صفحه 7 و 15 کاتالوگ محصولات و جهت اطلاع از نحوه خرید و قیمت انواع محصولات بتن با مشاوران فنی کلینیک بتن ایران در تماس باشید.

روش طراحی مقاومتی با الیاف FRP

• در انتخاب روش پیشنهادی فرضیات زیر موثرند:

1. مقطع بتن تغییری نمی کند.
2. لغزش نسبی بین الیاف FRP و سطح بتنی - بر اساس تمهیدات اجرایی- وجود نخواهد داشت.
3. تغییر شکل پلاستیک رزین محاسبه نمی شود.
4. به دلیل نوع سازه از مقاومت کششی بتن صرفنظر می شود.
5. رابطه تنش و کرنش الیاف خطی فرض می شود.

• روش اجرای مقاوم سازی و تقویت سازه بتنی (سیستم چسباندن تر):

لازم است قبل از آن سطح زیر کار از چند منظر آماده گردد، ابتدا سطح بتن اسکراب می شود و یا به وسیله وایر براش شیرآبه های اضافی بتن ، عناصر سست برداشته شده و در نقاط شن نما با ملات های ترمیم کننده های بتن الیاف دار که در ضخامت های پایین دچار شکستگی نشده و چسبندگی مناسبی به بتن دارند تعمیر می گردد.با توجه به سهم بزرگ اتصال الیاف به بتن در سیستم مقاوم سازی سازه بتنی مذکور می بایست تراز زیر کار دارای تلورانسی کمتر از 1 میلیمتر مطابق استاندارد ASTM D4541 باشد. در صورت ضرورت شستشو به جهت زدودن داست و غبار موجود از روی سطح لازم است مطابق دستورالعمل ACI 503-4 پس از شستشو جسم بتن کاملا خشک شده و آزمایش تست رطوبت اعمال شده تا خظر جدایش رزین و به تبع الیاف FRP در اثر دراگ بخار آب و نتیجتا تاول زدن و دیلمینیت شدن رزین کاهش یابد.

در این روش لمینت FRP به رزین اپوکسی آغشته شده و پس از آغشته سازی سطح توسط رزین اپوکسی چسبانده می شوند.استاندارد های اجرا مطابق با ICR 03730 و ACI 546R خواهد بود.

تبصره: از آنجایی که گسترش ترک هایی با عرض 3/0 میلیمتر می تواند بر عملکرد سیستم پوشش خارجی FRP اثر بگذارد به نحوی که منجر به جدایش لایه ای یا گسیختگی الیاف گردد. لازم است مطابق با الزامات ACI 224IRاین ترک ها با تزریق رزین اپوکسی پر گردند.

پس از اجرا نیز ناحیه تقویت شده به جهت عمل آوری رزین می بایست به مدت 72 ساعت بوسیله پوشش محافظتی چادر کشی گردد.

• مقاوم سازی و تقویت سازه بتنی با ژاکت بتنی

به این روش افزایش مقطع بتن یا extend نیز می گویند. هنگامی که مقاومت موثر بتن کاهش می یابد به این معنی است که مقطع بتن مسلح عضو سازه ای تاب مقاومت در برابر مجموعه نیروهای استاتیکی و دینامیکی را ندارد . بنابراین می توان با افزایش مقطع توان از دست رفته را جبران کرد. افزایش مقطع به معنی کاشت آرماتور دوخت ، ریشه یا شبکه های فولادی به منظور افزایش کشش و قالب بندی و اجرای بتن مجدد است. این روش به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است اما معایبی چون افزایش حجم فضای اشغال شده توسط اسکلت سازه و نیازمند بودن به دانستن و اجرای بسیاری از استاندارد ها و الزامات مهندسی است. به صورت ساده تقویت شبکه ی فولادی عضو یا سازه با استفاده از کلاف میلگرد و اجرای بتن ریزی پس از قالب بندی بوسیله پمپ یا شاتکریت را تقویت سازه با ژاکت یا غلاف بتنی گویند.

• کاشت میلگرد
• کاشت میلگرد در بتن سخت به چند منظور صورت می گیرد:
• میلگرد ریشه ستون و دیوار برشی بر روی فونداسیون (ضعف طراحی یا عدم اجرای میلگرد های انتظار )
• میلگرد دوخت برای اتصال بتن قدیم و جدید در کفسازی ها و سقف های باربر یا اتصال شبکه فولادی به عضو
• میلگرد کششی شناژ در فونداسیون
• میلگرد برای جوش و اتصال براکت یا قطعه فلزی به جسم بتن

در تمامی موارد بالا الزاماتی چون طول مهاری برای اورلب دو میلگرد ، عمق کاشت و قطر سوراخکاری که در فصل 2 نشریه بهسازی لرزه ای ساختمان - نشریه 345- به آن اشاره شده است الزامیست. حفره ها پیش از کاشت آرماتور باید از گرد و غبار با کمپرسور باد ، بلوور یا کهنه خشک پاک شوند.

انکراژ شیمیایی یا چسب تزریقی کاشت آرماتور و خمیر کاشت آرماتور بر اساس قطر و نوع کاشت ( عمودی یا افقی) اثر تعیین کننده ای بر دوام کاشت میلگرد دارد. MTO FIX 10 خمیر 3 جزئی کاشت میلگرد بر پایه اپوکسی و دارای ترکیباتی مشابه گروت اپوکسی است. تقریبا برای میلگرد هایی با سایز متوسط (12 تا22) 250 گرم در هر حفره کافیست. البته باید توجه داشت از خمیر کاشت بیشتر در کاشت میلگرد های عمودی ( ریشه ستون و دیوار برشی و در هنگام افزایش ارتفاع دیوارها و مخازن یا آرماتور دوخت در کفسازی ها ) به دلیل ثقلی بودن و حرکت چسب به انتهای حفره استفاده کرد. MTO FIX ME چسب تزریق 2 جزئی آماده در کارتریج های 345 میلی لیتری است که در بالای خود نازل و میکسری پلاستیکی جهت ترکیب کپسولهای رزین و هادنر اپوکسی دارد . برای ترکیب و تزریق چسب کاشت در داخل حفره «گان تزریق» ( injection gun ) لازم است تا با فشار مخلوط چسب را به درون حفره هدایت کند. این چسب برای کاشت افقی مفید است. و برای میلگرد های سایز متوسط در هر حفره 85 میلی لیتر کافی خواهد بود

• مقاوم سازی با ژاکت فلزی

هنگامی که روش ژاکت بتنی به دلیل نبود فضای مناسب برای تقویت اعضا غیر ممکن باشد ، یا زمان مناسب برای خشک شدن و کیورینگ و بارگذاری بتن در برنامه تعمیراتی دیده نشده باشد، و یا اعضای کششی مانند تیر و پوتر بتنی نیاز به تقویت داشته باشد ، می توان از غلاف ، تسمه یا ژاکت فلزی استفاده کرد.

وجود ترک های خمشی یا برشی خالص و خمشی - برشی، تعیین انرژی شکست سازه توسط محاسب، مقاومت پایین بتن در سازه و کاهش موثر لختی سازه از دیگر عوامل استفاده از مقاوم سازی به روش ژاکت بتنی است.

در واقع افزایش مقطع فولاد در بتن مسلح و تکیه بر خواص مکانیکی فلز، می تواند ارتقا سازه را در ضخامت محدود، تا حد قابل قبولی بالا ببرد.

فیکس شدن و پایداری فلز در اتصال با بتن بوسیله کاشت بولت صورت گرفته و باد خور ها و فضاهای خالی میان فلز و بتن پس از جک گذاری و جوشکاری ، توسط گروت اپوکسی MTOFLOW 650 پر می شود.

جزئیات اجرایی بر اساس هر پروژه متنوع و متفاوت است لذا پیش از انجام عملیات اجرایی بهتر است با کارشناسان فن مشورت گردد.

جهت استحکام سازه های بتنی از چه موادی می توان استفاده کرد!

سازه های بتنی به خودی خود دارای استحکام بالایی هستند ولیکن در این بین ممکن است اتفاقاتی رخ دهد که قدرت آن را کاهش دهد و سازه های بتنی تحلیل روند. به منظور جلوگیری از این اتفاقات اینگونه، مهندسین سازه از موادی استفاده می کنند که استحکام سازه های بتنی را افزایش می دهند و باعث جلوگیری از رخ دادن هرگونه اتفاق می شوند.

به این منظور می خواهیم چند مورد از موادی که به قدرت بتن کمک می کند را نام ببریم.

فوق روان کننده های بتن

روان کننده های بتن مواد آلی یا ترکیبی از مواد آلی و معدنی هستند. در استانداردها و آیین‌نامه‌های بتن، از دو نوع روان‌کننده نام برده شده است: نوع 1: روان کننده و نوع آن 2: روان‌کننده و ایجاد کننده‌ی تاخیر در گیرش. روان‌ کننده‌های بتن معمولاً تاثیر بیشتری در تولید بتن روان نسبت به کاهش دهنده های آب در بتن معمولی یا با رنج معمولی دارند. تاثیر روان‌کننده‌ها در افزایش کارایی و اسلامپ حدود 30 تا 60 دقیقه دوام دارد و پس از آن کارایی و اسلامپ بتن به سرعت کاهش می‌یابد. بالا بودن دما نیز می‌تواند به سرعت کاهش اسلامپ قوت ببخشد. این افزودنی‌ها معمولاً در محل اجرای پروژه به بتن اضافه می‌شوند و به شکل‌های مختلفی موجود هستند. انواع افزودنی های بتن مایع و پودر فوق روان کننده های بتن موجود هستند. زمان گیرش بتن ممکن است بر پایه ویژگی‌های مختلف این افزودنی از جمله ترکیب شیمیایی، مقدار مورد استفاده و واکنش آن با دیگر مواد مورد استفاده در بتن، به تاخیر بیفتد یا به آن سرعت بخشیده شود. برخی روان‌کننده‌ها قادرند تا گیرش نهایی بتن را بین یک تا چهار ساعت به تاخیر بیندازند. نوعی از روان کننده های با کیفیت و بسیار مناسب با نام فوق روان کننده بتن شناخته می شوند.

گروت

گروت مخلوطی از مواد سیمانی و آب، همراه با یا بدون سنگدانه می‌باشد که آب موجود در آن به حدی زیاد است که این ماده کاملاً جاری می‌شود. معمولاً میان گروت و مورتار (ملات) به اشتباه تفاوتی قائل نمی‌شوند و از اسامی آن‌ها به جای یکدیگر استفاده می‌کنند. در حالی گروت و مورتار تفاوت‌های زیادی با هم دارند. گروت نیازی به وجود سنگدانه ندارد، در حالی مورتار بایستی دارای سنگدانه‌ی مناسب باشد. گروت کاملاً می‌تواند جاری شود و روانی زیادی دارد، در حالی که مورتار این گونه نیست. از گروت برای پر کردن فضاهای خالی استفاده می‌شود، در حالی که مورتار برای چسباندن به کار می‌رود.

گروت‌ها انواع مختلفی دارند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به گروت اپوکسی ، گروت سیمانی یا پایه سیمانی، گروت‌های پلیمری و گروت‌های منبسط‌ کننده اشاره کرد. انتخاب نوع گروت مورد استفاده در هر موقعیت، بستگی به مطابقت و همزیستی گروت مورد نظر با دیگر مواد موجود دارد. با در نظر گرفتن این شرایط و ویژگی‌های مختلف هر نوع، گروت مورد نظر انتخاب می‌شود.

ماستیک

ماستیک محصولی است که از آن برای آب بندی استفاده می‌شود. یکی از ویژگی‌های مهم و مثبت ماستیک‌ها این است که پس از کیورینگ نیز حالت انعطاف پذیر خود را حفظ می‌کند. هم چنین ماستیک بر روی سطوحی از جنس دیگر نیز قابل استفاده است. بر روی سطوحی از چوب، آلومینیوم، شیشه و سنگ مرمر نیز می‌توان از ماستیک استفاده کرد. برخی پیمان‌ کاران از ماستیک به عنوان نوعی اتصال دهنده استفاده می‌کنند. به طور مثال از آن برای اتصال پنجره‌ها به سازه‌ی اصلی ساختمان استفاده می‌شودماستیک محصولی شیمیایی است که از آن برای آب بندی سطوح بتنی استفاده می شود. ماستیک پلی یورتان نوعی از ماستیک هاست که بر پایه ماده‌ی شیمیایی پلی یورتان تولید می شود. ماستیک پلی یورتان مزایای فراوانی دارد و یکی از آن ها انعطاف پذیری بالای آن ها می باشد. همچنین یکی از ویژگی های مهم و خوب در ماستیک پلی یورتان این است که حتی پس از کیورینگ نیز این حالت انعطاف پذیر در ماستیک حفظ می شود. استفاده از ماستیک پلی یورتان مختص به سطوح بتنی نیست و از آن می توان بر روی سطوحی نظیر چوب، آلومینیوم، شیشه و سنگ مرمر نیز استفاده کرد. در برخی مواقع نیز از ماستیک به عنوان نوعی اتصال دهنده یا چسب استفاده می شود. مثلاً از آن برای اتصال پنجره ها به سازه‌ی اصلی ساختمان استفاده می شود. از استفاده های دیگر از ماستیک پلی یورتان می توان به پر کردن ترک های موجود در حمام و دستشویی اشاره کرد که به این وسیله می توان از نفوذ آب و رطوبت جلوگیری کرد. در کفپوش ها، کف بام ها و پوشش دیوارها نیز ماستیک پلی یورتان یا از انواع دیگر ماستیک برای درزگیری و آب بندی استفاده می شود. ماستیک ها معمولا عمر نسبتاً کوتاهی دارند و پس از مدت معینی (مثلا ۵ سال) باید جایگزین شوند تا کارایی مطلوب آن ها حفظ شود. پیش از قرار دادن ماستیک پلی یورتان در سطح مورد نظر، باید اطمینان حاصل کنیم که آن سطح کاملا خشک و عاری از هر گونه رطوبتی است، هم چنین سطح مورد نظر باید کاملاً تمیز باشد.