آب بندی سازه های بتنی زیر سطحی

ساخت و ساز سازه‌های زیرزمینی به واسطه افزایش جمعیت، توسعه تکنولوژی، اقتصاد بهتر و کاهش هزینه ها در مقایسه با سازه‌های دیگر روز به روز در حال افزایش است. امروزه ساخت سازه‌های زیرزمینی در صنعت و استخراج معادن توسعه یافته است.طراحی و ساخت سازه های زیر زمینی یکی از پیچیده ترین سازه های مهندسی می باشد که طراحی و اجرای آنها دامنه بسیار وسیعی دارد.  یکی از مهمترین و اساسی ترین اجزا جهت ساخت پروژه ها  و ساز های زیرزمینی بتن می باشد که با توجه به تاثیر قابل توجه آن بر روی دوام و هزینه های یک پروژه، مالکان، طراحان و پیمانکاران با پیروی از دستورالعمل ها و استانداردها سازه های زیرزمینی با کیفیت بالا و هزینه پایین طراحی و اجرا می کنند.

تأسیسات زیرزمینی بخشی جدایی ناپذیر از زیرساخت های جامعه مدرن هستند و برای طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شوند که می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

• تونل‌های حمل و نقل
• متروها و قطارهای شهری زیرزمینی
• کانال های شهری
• مخازن آب آشامیدنی
• مخازن ذخیره سازی نفت و گاز
• نیروگاه‌های برقی و آبی

تأسیسات زیرزمینی ساخته شده در مناطقی که در معرض فعالیت زلزله قرار دارند باید هم بار لرزه ای و هم بارگذاری ساکن را تحمل کنند

تأثیر ساخت و ساز های زیرزمینی در محیط های شهری:

زیرساخت‌های زیرزمینی بخشی جدایی‌ناپذیر از شهرهای مدرن هستند. و برای مقابله با مشکلات تراکم سطحی و تخریب محیط‌زیست خدمت می‌کنند. مشکلات ارتعاشات زمین، نویز ناشی از ارتعاش و حرکات زمین، نفوذ آب که در حین ساخت و بهره برداری از فعالیت های زیرزمینی ایجاد می شود، پارامترهایی هستند که باید در مرحله طراحی سازه های زیرزمینی دیده شوند.

سازه های زیرزمینی راهکارهایی برای سیستم های آب و فاضلاب و آب های زیر زمینی، حمل و نقل سریع و محافظت در برابر شرایط آب و هوایی نامطلوب و خطرات طبیعی را فراهم می کند. این فضا به طرق مختلف برای محیط های شهری مفید است زیرا فضای پارکینگ ماشین ها، امکانات تفریحی، موزه ها و آکواریوم ها، سازه های حفاظتی، سیستم های خط لوله، خطوط آب و غیره فراهم می کند. در تپه‌ها و کوه‌ها، تونل‌های زیرزمینی به عنوان گذرگاه عمل می‌کنند و از سازه ها در برابر رانش زمین و زلزله نیز محافظت می‌کنند.

سازه های زیر زمینی با توجه به نوع کاربری و محیط در برابر شرایط متفاوتی مانند حمله مواد شیمیایی سولفاتی و کلریدها، نفوذ آب از طریق خاک های مرطوب، تغیرات دمایی، نیروهای دینامیکی و استاتیکی قرار خواهند گرفت .

مشکلات رایج آب زیرزمینی در طول ساخت و ساز:

• زیرسازی ناپایدار
• حفاری ناپایدار و نشت آب
• تأخیر در ساخت و ساز و افزایش هزینه

مشکلات رایج آب زیرزمینی پس از ساخت:

• نشت آب، زیرزمین مرطوب و رشد کپک 
• کف های ترک خورده و ناهموار
• دیوارهای ترک خورده و ناهموار
• شیب های ناپایدار و دیوارهای حائل
• تاخیر در حرکات پایه ها

مشکلات موجود در سازه های بتنی زیر زمینی :

از مشکلات اصلی سازه های زیرزمینی نشت آب است. بسته به شدت و وسعت نشت آب، عمر سرویس سازه های زیرزمینی آسیب دیده ممکن است تحت تأثیر نامطلوب قرار گیرد و هزینه های تعمیر و نگهداری در طول عمر مفید بسیار بالاتر خواهد بود. دلایل احتمالی نشت آب سازه های زیرزمینی، عملکرد ضعیف اجرایی و ضعف ذاتی سیستم های عایق رطوبتی است. مهندسان مجربی که به بررسی نشت آب سازه های زیرزمینی می پردازند باید آکاهی کامل نسبت به موضوعات مختلفی مانند طراحی سازه و ساخت سازه های زیرزمینی، سیستم عایق رطوبتی، مواد و روش تعمیر، اصلاح لایه عایق رطوبتی را داشته باشند.

 ساخت و سازه های زیر زمینی در کلان شهرها چالش های بزرگی را به همراه دارد. اکثر سیستم های حمل و نقل، منابع انرژی و آب، امکانات خرید و سایر نیازهای روزانه نیاز به فضاهای زیرزمینی دارند. با این حال، ساخت و ساز زیرزمینی در زمین نرم بسیار سخت و دشوار است و باید با دقت و توجه زیادی طراحی آن صورت پذیرد.

تغییرات اخیر در روش کنترل آب های زیرزمینی چه در حین و چه پس از ساخت، به طور قابل توجهی بر نتایج به دست آمده در ساخت سازه های تونل ها، مترو و اداره حمل و نقل و.... تأثیر گذاشته است.

همچنین در مناطقی با سطح آب بالا، ساخت و ساز یک بتن نفوذناپذیر یک نیاز اولیه در استراتژی تعمیر و نگهداری است. یکی از بزرگترین مشکلات در ساخت و سازهای زیرزمینی، نفوذناپذیر  بودن و حفاظت از سازه ها می باشد .

به طور کلی، نفوذپذیری خاصیت ماده برای امکان عبور سیالات بدون تغییر ساختار آن است. برای نفوذپذیری، سطح باید دارای فضاهای خالی، منافذ و قابلیت جذب مایع باشند. منافذ همچنین به شبکه ای از شکاف ها متصل هستند که به مایع اجازه می دهد از ماده جامد عبور کند. برعکس، برای غیرقابل نفوذ بودن، سطح باید ساختاری متراکم و فشرده و عاری از شکاف های ارتباطی داشته باشند.

نفوذ ناپذیری بتن یکی از امتیازات ضروری برای دوام سازه ها در طول زمان است.

به دست آوردن بتن غیر قابل نفوذ

نفوذپذیری بتن ارتباط نزدیک با ریزساختارهای متخلخل سیمان سخت شده و نسبت آب به سیمان دارد. از نظر عملی، ابتدا باید نسبت آب به سیمان را به حداقل کاهش داده و همچنین از سنگدانه هایی با ماهیت و اندازه مناسب استفاده کرد. برای جلوگیری از ایجاد ترک های بیرونی و داخلی به دلیل انقباض، باید از خشک شدن سریع قالب ها و رسوب بتن جلوگیری کرد.

یکی از مشکلات عمده در سازه های زیر زمینی ورود آب و نشت آن به داخل سازه ها  و گود می باشد :

-آب و رطوبت به تدریج و به کندی به داخل سازه نفوذ می کند و بهره وری سازه را با مشکل مواجه می کند.

-آب و رطوبت وارد شده به داخل بتن به تدریج  باعث خوردگی آرماتور و بتن می گردد.

با توجه به موارد قید شده جلوگیری از نفوذ آب ، از الزامات طراحی سازه های بتنی می‌باشد از گذشته های دور روش‌های بسیاری  برای آب بندی سازه های زیرزمینی مانند استفاده از قیر و گونی و ایزوگام وجود داشته است. اما با توجه به اینکه این محصولات با گذشت زمان و نشیت های احتمالی و .... دچار آسیب شده اند محصولات نوین جایگزیتن آنها شده است .

روش های آب بندی سازه های بتنی زیر زمینی :

طراحی و اجرای سیستم زهکشی در سازه های بتنی زیر زمینی :

نفوذ  اّب در سازه ها می تواند باعث اختلالات عمده در کار ساخت و ساز سازه های زیرزمینی گردد و باعث کاهش طول عمر مفید آنها شود .

معمولا سازه های بتنی برای مقاومت در برابر فشار اب طراحی نمیشوند بنابراین طراحی سیستم های زهکشی باید ظرفیت تخلیه مناسب را تحت حداکثر فشار فراهم نماید و در برابر بارهای وارده مقاوم باشد.  

یک سیستم زهکشی موثر و قابل اعتماد از نفوذ آب و ایجاد فشار هیدرواستاتیک جلوگیری می کند .کانال های  زهکشی کانال های عمودی/ افقی موثر و سریعی را برای انتقال آب اضافی و دسترسی به سیستم دفع فاضلاب  تشکیل می دهند.

پر واضح است که این روش ، سیستمی غیر ایمن بوده واز این رو در اکثر پروژه ها به عنوان روشی موقت و یا  پوششی و تکمیلی در کنار سایر روش ها به کار میرود. چرا  احتمال گرفتی لوله های انتقال به مرور زمان و یا خراب شدن پمپ های پمپاژ می تواند منجر به مختل شدن فرآیند و نفوذآب به درون سازه گردد.

لذا سیستم زهکش می تواند روشی بهینه در کنار استفاده از واتراستاپ های پی وی سی و ژئوممبرین ها برای پایین آوردن و کنترل آب برای اجرای سازه ها و فراهم کردنشرایط اجرای خاکبرداری و بتن ریزی باشد.

نوارهای آب‌بند کننده واتراستاپ PVC باید با ابعاد و احجام سازه‌های بتنی و با پیچیده شدن نوع مقاطع و شرایط اجرا تغییر شکل یافته و متناسب با ابعاد و اندازه‌های سازه از نظر ضخامت، پهنا، نوع آج‌ها و تغییرات حفره و .... طراحی گردند. شرکت آبادگران برای پاسخگویی به نیاز‌های طراحان و مجریان سازه‌های بتنی طیف متنوعی از نوار‌های واتراستاپ پی ‌وی‌ سی را تحت کد  واتر استاپ پی وی سی WATERSTOP ABA طراحی و تولید نموده همچنین قابلیت بازطراحی و متناسب‌سازی این نوارها را با خواسته‌های مخاطبین فنی و مهندسی خود دارد.  این نوارها تماماً از جنس پی‌وی‌سی(PVC) و با بهره‌گیری از مواد افزودنی ارتقا دهنده خواص فیزیکی و شیمیایی در طرح‌ها و اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و طی فرآیند تولید بر اساس روش آزمون‌های متنوعی مورد تجزیه و تحلیل کیفیتی قرار می‌گیرند که از آن جمله می توان به روش‌های استانداردهای CRD-C572 یا ISIRI 13277-1&2     و BS 8102:2009... اشاره نمود.

در صورتیکه  سازه‌های زیرزمینی پایین تر از تراز آب های زیر زمینی اجرا شده باشند، آب و رطوبت به داخل بتن جریان  یافته و دچار نقصان و نشت زدگی خواهند شد

این موضوع برای سازه هایی که بالاتر از تراز آب‌های زیرزمینی قرار دارند نیز به صورت فصلی و زمان‌هایی که آب‌های جاری و سطحی به پشت سازه می‌رسند از حالت نم‌زدگی تا نشت کامل به چشم می‌خورد.

در برخی موارد پس از آبگیری سازه‌های آبی، نشت‌هایی رخ می‌دهد که معمولاً این نشت‌ها از محل درزهای اجرایی و درزهای سرد یا از مقاطع کرمو و محل حفره‌های میان بولت بروز می‌کند

در این صورت، بهترین راهکار و پیشنهاد شرکت صنایع شیمی ساختمان آبادگران جهت  جلوگیری از نفوذ آب و عملیات آب‌بندی استفاده از ماده آنی گیر ABAPLUG که یک ملات سیمانی توانمند با قابلیت سرعت گیرش بسیار زیاد است می باشد  که پس از اختلاط با آب به شدت سخت شده و مقاطع دچار نشت را مسدود می‌کند.

سازه های زیر زمینی بتنی که  از کیفیت پایینی برخوردار هستند ، پس از مسدود نمودن محل خروج آب با استفاده از ماده آنی‌گیر، احتمال نفوذ آب از مقاطع مجاور موضع آب بندی شده وجود خواهد داشت. بنابراین در چنین مواردی توصیه شرکت صنایع شیمی ساختمان آبادگران پیش از اجرای آنی‌گیر استفاده از پودر نفوذگر بلورساز ABACRYSTASEAL یا ملات آن ترمیم شده، سپس از ماده ABAPLUG برای رفع نشت استفاده گردد.

ماده ABACRYSTASEAL  یکی از پیشرفته‌ترین گونه از مواد آب‌بندکننده بلورساز با قدرت نفوذ بسیار زیاد به داخل لوله‌های موئین بتن می‌باشد که برای آب‌بندی و محافظت بتن در برابر نفوذ آب و مواد شیمیایی مخرب کاربرد دارد. ماده ABACRYSTASEAL از لحظه تماس با بتن طبق قانون لوله‌های موئین و با مکانیزم اسمزی به داخل بتن نفوذ نموده و پس از انجام واکنش با آهک آزاد موجود در بتن کریستال‌های سوزنی شکلی تولید می‌نماید. این کریستال‌‌ها در لوله‌های موئین ایجاد شده ناشی از تبخیر آب بتن، با حالت سوزني رشد

نموده و با انسداد تمامی منافذ، مانع نفوذ آب و سایر یون‌های مخرب شیمیایی به داخل بتن می‌گردند و در زمان کاربری سازه بتنی آن را نفوذناپذیر و آب ‌بند نگه می‌دارند.

طی مراحل اجرا و ساخت یک سازه بتنی، غالبا بخش یا تمامی آن طی عملیات خاکریزی، نیمه مدفون یا مدفون می­گردد. باید توجه داشت پس از بارندگی یا در برخی موارد، بالا آمدن سطح آب­های زیرزمینی در ماه­های پر باران سال، یون‌های مخرب موجود در خاک (پیرامون مقاطع بتنی) با انحلال در آب از خاصیت جذب موئینه بتن استفاده نموده و بتن و مقاطع آرمه داخل آن را مورد تهاجم قرار می‌دهند. در چنین شرایطی بسته به شدت نفوذپذیری بتن و نوع یون‌ها انواع تخریب بروز می‌کند. این تخریب­ها می­تواند از نوع خوردگی یا اندرکنش با اجرای سازنده بتن نظیر حمله­های سولفاتی و ... باشد

در این زمان پیشنهاد شرکت صنایع شیمی ساختمان آبادگران  بهره‌گيري از پوشش‌هاي حفاظتی نظير پوشش امولسيوني (E.M.COAT-90) می باشد.

این پوشش ضمن سهولت اجرا، با ریز تخلخل ­های سطحی بتن به خوبی درگیر شده، پایه آب بودن آن فرصت نفوذ محدود به لوله­ های مویینه زیرآیند بتنی را فراهم آورده که به چسبندگی بیشتر کمک خواهد کرد. نکته مهم اینجاست که این پوشش پس از خشک شدن کاملا آب گریز گشته، دیگر در آب حل نخواهد شد. یکپارچه و بدون درز بودن این پوشش بر مقاطع بتنی برجسته­ترین ویژگی نسبت به سایر ممبرین ­ها است چرا که خطر عبور آب و املاح مخرب همراه با آنرا از مقاطع درز و اورلپ ­ها بر طرف می­سازد.

تزریق فوم پلی یورتان :

نشت آب ممکن است اثرات مخربی بر سازه های ساختمانی داشته باشد. نشتی ممکن است به عوامل متعددی مانند استفاده از سیستم عایق رطوبتی نامناسب، طراحی نامناسب، کیفیت ضعیف بتن و عملکرد ضعیف نسبت داده شود.

طیف گسترده ای از تکنیک ها و محصولات برای کنترل نفوذ آب استفاده می شود، از جمله تزریق رزین، که یکی از روش های رایج برای رفع نشتی در سیستم های عایق رطوبتی است.

سیستم های پلی یورتان نتیجه واکنش بین دو جزء شیمیایی ایزوسیانات و پلیول است که به عنوان یک آب بند و درزگیر در ترک های موجود در بتن به کار می رود که پس از تزریق، فوم منبسط می شود و در نتیجه یک سیستم عایق سفت و سخت و بادوام ایجاد می شود .

منابع:

BS 8102:2009-ACI 515.2R-13-Guidelines for Waterproofing of Underground Structures