روسازی راه با استفاده از بتن

روسازی بتنی برای اتوبان ها، فرودگاه ها، خیابان، جاده ها، پارکینگ های بزرگ، کارخانجات و مراکز صنعتی و دیگر نوع زیرساخت ها استفاده می شود. زمانی که روسازی بتنی بدرستی طراحی شده و از مواد با دوام در آن استفاده شود، می تواند در دهه های متوالی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، خدمات رسانی نماید. بطور کلی روسازی بتن در مقایسه با روسازی آسفالت، گرانتر است ولی طول عمر و عمر مفید آن بیشتر بوده و هزینه تعمیر و نگهداری آن کمتر می باشد.

روسازی بتنی اولین مرتبه در ایالت اوهایو در سال 1981 میلادی توسط George Bartholomew طراحی و ساخته شد. او در خصوص تکنولوژی تولید سیمان در آلمان و تگزاس آموخته بود و منابع ضعیفی از مواد اولیه مورد نیاز و سنگ آهک و خاک رس در مرکز اهایو پیدا کرده بود. از آنجایی که این اولین مرتبه ساخت روسازی بتنی بود شهرداری از ایشان ضمانت 5000 دلاری مبنی بر حداقل طول عمر 5 ساله روسازی بتنی دریافت کرد در حالیکه بیش از 100 سال دوام پیدا نمود.

با توجه به توسعه روز به روز صنعت حمل و نقل کشور و نیاز به توسعه مستمر و پایدار، روسازی بتنی در الویت فرآیند راه سازی قرار می گیرد. بطور کلی روسازی بتنی به دو دسته انعطاف پذیر و صلب تقسیم می شود که روسازی بتنی در زمره روسازی صلب قرار میگیرد.       

انواع روسازی بتنی

انواع مختلفی از روسازی بتنی در صنعت راه سازی مورد استفاده قرار می گیرد اما اغلب آنها دو ویژگی را میبایست داشته باشند: اول مقاومت آنها در برابر بارهای ترافیکی که با استفاده از خاصیت مقاومت خمشی بتن تامین می شود. این در شرایطی است که بتن مقاوم سازی شده با هدف کنترل ترک در بتن طراحی شده باشد نه تحمل فشار. ویژگی دوم انقباض روسازی بتنی بدلیل جمع شدگی در زمان خشک شدن بتن و انقباض و انبساط های ناشی از اثرات حرارتی است که این موارد با استفاده از درزهای بتن، فولادهای تقویت کننده و یا هر دو برطرف می شود.  

انواع دیگری از روسازی بتنی نظیر بتن روسازی از پیش ساخته شده یا از پیش بارگذاری شده نیز به عنوان روسازی های بتنی مرسوم وجود دارد اما به ندرت استفاده می شوند. بتن غلطکی و بتن متخلخل نیز نوع دیگری از روسازی بتنی است که در صنایع خاص یا پارکینگ ها استفاده می شوند.

روسازی بتنی ساده

روسازی بتنی ساده با کد اختصاصی JPCP، از اسلب های بتنی با طول 3.6 الی 6 متر (12 تا 20 فوت) با درزهای انقباضی عرضی بین اسلب ها تشکیل شده است. این درزها به اندازه ای نزدیک بهم بوده که در طول عمر بتن روسازی شده ترکی در بتن ایجاد نشده و تمامی انقباض و انبساط ها به درزها منتقل می شود.  

نکته بسیار مهم در روسازی بتنی ساده، بار حمل و نقل وارده در مواجهه با درزهاست که چنانچه درزها اشتباها کارگذاری شده باشند، راننده با برجستگی هایی مواجه شده و رانندگی خشنی را تجربه می کند. دو روش برای مقابله با این مشکل وجود دارد یکی قفل بندی سنگدانه ها [1] (INTERLOCK AGGREGATE) و دیگری داول بار [2] (Dowel Bar).

روسازی بتنی مسلح شده

روسازی بتنی مسلح شده با کد اختصاصی JRCP، با استفاده از اسلب های با طول بلندتر و آرماتوربندی سبک تر از روسازی بتنی ساده JPCP متمایز می شود. این میلگردها اغلب میلگردهای حرارتی بتن نامیده می شود. طول اسلب های بتنی JRCP معمولا بین 7.5 الی 9 متر (25 تا 30 فوت) می باشد هرچند اسلب های بتنی با طول تا 30 متر نیز استفاده می گردند. در چنین اسلب هایی با این طول میباست درزها داول بار شده و درصد فلز مورد استفاده در اسلب ها میبایست بین 0.1 الی 0.25 درصد در مقطع طولی و میزان کمتر در مقطع عرضی باشد. همچنین ممکن است از میله های تقویت کننده و یا پارچه و مش های فولادی نیز استفاده شود و این بدلیل این است که فولادی که در جهت محور خنثی یا مرکز اسلب ها قرار می گیرد تاثیری بر مقاومت خمشی بتن نداشته و فقط ترک ها را در کنار یکدیگر نگه می دارد. بطور کلی استفاده از JRCP در گذشته بیشتر متداول بود. تنها مزیت JRCP نسبت به JPCP استفاده از درزهای کمتر بدلیل طول بیشتر آن است.

روسازی بتنی مسلح شده مداوم (مستمر)

روسازی بتنی مسلح شده مداوم با کد اختصاصی CRCP با استفاده از آرماتوربندی سنگین و عدم وجود درز به جز درزهای اجرایی شناخته میشود. مقدار بیشتر فولاد/میلگرد استفاده شده در CRCP نسبت به JRCP حدود 0.4 الی 0.8 درصد در جهت طولی است.

یک بتن CRCP با طراحی و ساخت عالی با درنظر گرفتن دو شاخص زیر انجام میشود:

• مشخص نمودن هزینه نگهداری درزها در طول عمر بتن روسازی شده، کمک به برآورده کردن انتظارات عمومی برای کاهش مناطق کاری و تاخیر مسافران مربوطه. 
• برآورده کردن مداوم انتقال تنش برشی ناشی از بار سنگین چرخ ها که تاثیر آنرا در رانندگی با صدای کمتر و عدم توسعه ترک ها شاهد خواهیم بود.

انواع درزهای مرسوم در بتن روسازی شده:

• درز انقباض عرضی
• درز طولی
• درز اجرایی
• درز انبساطی

بتن روسازی از پیش ساخته و بارگذاری شده

بتن های روسازی شده به مقاومت خمشی و مقاومت آنها در برابر بارهای ترافیکی تکیه دارد. در کنار استفاده از تاندون های از پیش بارگذاری شده که بتواند یک مقاومت فشاری خالص را در مقطع روسازی وارد نماید، افزایش ضخامت مقاطع روسازی نیز امکان پذیر می باشد زیرا بارهای ترافیکی می بایست بر مقاومت فشاری پیش از القای بارهای کششی خستگی خمشی بر روسازی وارد آید.

دوام روسازی بتنی

افزایش دوام معادل با افزایش صرفه اقتصادی است که توسط American Society of Civil Engineers Code of Ethics (ASCE) در سال 1996 نوشته شده است. گفته آنها در این آیتم خلاصه می شود: "مهندسین می بایست در پی فرصتی برای ارائه خدماتی راهگشا در امور عمرانی بوده که بتواند ایمنی، سلامتی و مفید بودن انجمن آنها را بهمراه داشته و حمایت از محیط زیست در عملکرد آنها مستتر باشد. "

ASCE دوام را به اینصورت تعریف می نماید که بتوان مجموعه ای از شرایط محیطی، اقتصادی و اجتماعی را فراهم نمود که کل جامعه ظرفیت و فرصت نگهداری و بهبود زندگی را دارا باشند.

چند مورد از فواید دوام روسازی بتنی بشرح زیر میباشد:

• کاهش 2.4 الی 30 درصدی انرژی مورد نیاز برای نگهداری و ساخت روسازی های انجام شده با ذخیره بیشتر برای ترافیک های سنگین تر اتوبان ها
• کاهش مصرف مصالح و اجزای دانه ای در ساختار روسازی بدلیل عدم نیاز به لایه های پایه

آنالیز چرخه طول عمر (LCCA)

بصورت مرسوم، موارد جایگرین حمل و نقل با هزینه های ساخت مقایسه می شوند. این مورد به اینصورت تشخیص داده میشد که آنالیز های اقتصادی پیچیده، ارزش هزینه های فعالیتی برای نگهداری و نوسازی را خاطر نشان می کرد؛ لذا موارد جایگزین مانند روسازی بتنی که هزینه بیشتری به نسبت ساخت دارد، هزینه های نگهداری و نوسازی آتی را کاهش می دهد. 

طراحی یک روسازی بتنی با دوام

برای روسازی اتوبان ها روشی پیشنهاد می شود که مستقیما ویژگی های طراحی های بر پایه دوام را تامین می نماید. به عنوان مثال برای بافت سطح بتن نمی بایست فقط به مقاومت لغزشی و ایمنی توجه نمود بلکه تولید صدا علی الخصوص در مناطق شهری بسیار حائز اهمیت می باشد.

یکی دیگر از مهمترین آیتم هایی که می بایست در زمان طراحی روسازی بتنی در نظر گرفته شود بحث طول عمر بالای آن در کنار به تعویق انداختن فرآیند نگهداری و نوسازی است. از ویژگی های عمومی روسازی های با دوام می توان به ضخامت کافی آن، مقاومت فرسایشی پایه ها و درزهای عرضی داول بار شده اشاره نمود.

مواد مورد استفاده برای ساخت روسازی بتنی با دوام

ساخت جاده و فرودگاه و تولید بتن مورد نیاز آنها اثرات محیط زیستی بسیاری بهمراه خواهد داشت. روسازی بتنی و آسفالت هر دو نیازمند استفاده از مقادیر زیادی مصالح هستند. تولید سیمان پرتلند بدلیل میزان انرژی زیاد مورد نیاز و خارج کردن CO2 در اتمسفر تاثیر شدیدی بر روی محیط زیست می گذارد. بعنوان یکی از عوامل اصلی دنیای اقتصاد، صنعت تولید بتن مبیاست نقش بسیار اثرگذاری را در توسعه دوام سازه ها بازی کند. تکنولوژی های محدودی برای تولید سیمان پرتلند وجود دارد که میتواند انتشار CO₂ را کاهش دهد. یکی دیگر از عوامل مهم کاهش میزان تولید CO₂ ، کاهش خروجی کلینکر سیمان است. چهار استراتژی کاهش انتشار CO₂ عبارتند از: کاهش میزان انرژی مورد نیاز برای تولید کلینکر سیمان پرتلند، کاهش کلینکر سیمان، کاهش مصرف سیمان در طرح اختلاط بتن ها، استفاده از بتن با طرح اختلاط های خاص جهت افزایش دوام بتن. 

کاهش میزان انرژی مورد نیاز برای تولید کلینکر سیمان پرتلند بستگی مستقیم به تجهیزات آسیاب و استفاده از کوره های کارآمد و استفاده از سوخت های جایگزین از قبیل لاستیک، BIOFUELS و مواد خطرناک در کوره هاست. مقدار مصرف کلینکر نیز به وسیله کاهش مصرف سنگ آهک یا سیمان مخلوط بجای سیمان پرتلند متداول میتواند کاسته شود. مقدار مصرف سیمان نیز به واسطه طراحی طرح اختلاط های اقتصادی با رعایت موارد کیفی مورد نظر در کنار استفاده از کاهنده های متناسب که منجر به کاهش آب مصرفی بتن نیز می شوند ، کاسته می شود. در نتیجه طراحی بتن های با شرایط فوق، دوام بیشتری داشته و طول عمر بالاتری حاصل می گردد.

نهایتا این موارد میتواند به پرداختن به طرح اختلاط، شرایط مورد نیاز برای اجرای این نوع روسازی بتن و ... نیز منجر شده که در مقالات آتی به آن پرداخته می شود.  

بطور کلی در سبد کالای آبادگران محصولات مرتبط با روسازی بتنی شامل انواع افزودنی های بتن، بعنوان کاهنده قوی آب، کیورینگ جهت عمل آوری بتن و همچنین ماستیک پلی یورتان در درزهای انبساطی مورد استفاده قرار می گیرند.