کنترل ترک در سدها با استفاده از دوغاب تزریق سیمانی
مقدمه:
عملیات تزریق درزهاي سازه ای جهت آب بند نمودن ترک ها و درز ها در سدهاي بتنی اهمیت بالایی دارد چراکه باعث هماهنگی عملکرد و انتقال مناسب نیروهای وارد شده به سازه سد میگردد و در نتیجه پایداري سد را تضمین می نماید.
دوغاب تزریق ، مخلوطی از سیمان و آب ، و یا مخلوطی از سیمان و آب و ماسه می باشدکه ممکن است به آن افزودنی های شیمیایی نیز اضافه گردد.
انواع درزها در سدهای بتنی:
اساسا دو نوع درز در بتن های حجیم وجود داردکه باید مورد تزریق قرار گیرند:
1)درز های قائم عرضی در سدهای وزنی و درزهای قائم شعاعی در سدهای قوسی.
2)درزهای قائم طولی در سدهای قوسی و وزنی.
سدهای وزنی توسط درزهای قائم عرضی به نوارهای طره ای تقسیم می شوند که هر نوار به طور مستقل پایدار میباشد.علت تزریق این درزها فقط به منظور آب بندی است و هیچگونه انتقال نیرو در محل درز صورت نمی گیرد. از آنجایی که اغلب در محل این درزها نوار آب بند (واتر استاپ) قرار می گیرند، دسته ای از طراحان تزریق این گونه درزها را لازم نمی بینند. بعضی سازمان نیز در محل این درزها تعدادی کام و زبانه در نظر میگیرند تا طول مسیر نشت زیاد شده و در نتیجه با ترسیب ریزدانه های معلق در آب ، آب بندی درز انجام گردد.
در صورتی که در سدهای وزنی درزهای قائم طولی (درزهایی به موازات وجه بالادست سد یا محور سد) وجود داشته باشد، انتقال برش در آنها الزامی است و در اینگونه درزها، هدف از تزریق ایجاد یکپارچگی در قطعات سد می باشد. در تکنولوژی جدید سد سازی با کنترل دما در هنگام گیرش بتن، سعی بر حذف درزهای طولی و بتن ریزی یکپارچه سدهای وزنی در حد فاصل درزهای عرضی است.
در سدهای قوسی، درزها شعاعی عرضی با اعمال فشار هیدرواستاتیک بر پشت سد و در نتیجه با تولید نیروی فشاری در قوس، خود به خود بسته میشوند و نیروی برشی ناچیزی باید در سطح درز انتقال یابد. با این حال به منظور یکنواختی در انتقال فشار، این درزها اغلب تزریق میشوند.
معمولا عمل تزریق تا خنک شدن کامل بتن به تعویق انداخته می شود. در صورتی که از تدابیر خاصی برای خنک کردن بتن استفاده شده باشد، زمان تزریق را میتوان جلو انداخت و گاهی مواقع آن را به 2 ماه رساند، در غیر اینصورت تاخیری طولانی لازم است. به تعوبق انداختن تزریق این حسن را دارد که بتن انقباض کامل خود را انجام داده و بعد از تزریق انقباضی رخ نخواهد داد. هرگونه انقباضی می تواندبه بازشدگی مجدد درز منجر شود.
در صورتی که برای خنک کردن بتن حجیم از لوله کشی داخلی استفاده کرده باشیم، بهتر است دمای بتن را به دمای پایین تر از دمای بهره برداری کاهش دهیم تا پس از قطع سرد کردن، بتن افزایش حجم و در نتیجه انبساط یابد و سبب فشرده شدن درزها گردد.
طرح اختلاط:
در ابتدا، جهت شروع عملیات تزریق برای بدست آوردن طرح اختلاط بهینه دوغاب باید آزمایشهای زیر انجام شود:
- وزن مخصوص (Pensity)
- گیرش ( (Setting مطابق استاندارد ASTM C191-82
- مقاومت دوغاب مطابق استانداردASTM C109
- غلظت(Viscosity) مطابق استانداردASTM C939-81 4
- آب اندازی (Bleeding) مطابق استانداردASTM C940
طرح ریزی تزریق:
هدف یک برنامه تزریق، پر کردن کامل درزها بدون آسیب رساندن به سازه می باشد. صدمه زدن به سازه امر محتملی در یک تزریق میباشد که باید از آن اجتناب نمود. در تزریق سنگ بستر به منظور پر کردن درزها و شکاف ها شاید فشار تزریق تا چند ده کیلوگرم بر سانتی متر مربع به کار گرفته شود،لیکن کاربرد چنین فشاری در سازه می تواند به تخریب درز منجر شود. تزریق پر فشار به درزها ی سازه ها میتواند باعث باز شدن و جابه جایی آنها گردد. شکست برش در درزهای افقی از دیگر عوامل تزریق پر فشار در درزهاست.به هر حال در نهایت انجام تزریق نه تنها باعث آب بندی سازه نمیگردد، بلکه باعث جابه جایی قطعات و در نتیجه عدم آب بندی آنها میشود. در تزریق درز سازه ها، فشار تزریق غالبا به 3.5 کیلوگرم بر سانتی متر مربع(3.5اتمسفر) محدود میگردد. مساحت درزی که در هر نوبت مورد تزریق قرار میگیرد، باید طوری محدود گردد تا با فشار 3.5 کیلوگرم بر سانتی متر مربع پر شود. این شرط ارتفاع هر نوبت تزریق را به 15 متر محدود میکند. تجهیزاتی باید فراهم گردد تا از عدم صدمه به سازه مطمئن گردیم. این تجهیزات شامل فشار سنج، دوربین تئودولیت (جهت کنترل حرکات درز) و ریز سنج جهت اندازه گیری شکاف درز میباشد.
ناحیه مورد تزریق باید از سایر نواحی توسط نوارهای آب بند فلزی که در محاورات فنی به گروت استاپ معروف است، جدا گردد. نوارهای آب بند فلزی معمولا از جنس مس و یا فولاد ضدزنگ (20gage=1mm) میباشد. نوارها در مرکز دارای یک برآمدگی می باشند تا با تغیرات موجود در عرض شکاف مطابقت نمایند. نوارها در محل وصله باید به طور کامل لحیم کاری یا جوش شوند تا از فرار دوغاب جلوگیری نمایند.
تجربه نشان میدهد که تزریق بیش از10000متر مربع در روز عاقلانه نیست. این محدودیت میتواند بر روش تزریق تاثیرگذار باشد. در سدهای قوسی و وزنی کوچک که درزهای انقباضی آنها باید تزریق گردد،توصیه میشود که در یک عملیات پیوسته کلیه درزها واقع در حد فاصل دو تکیه گاه جانبی با هم تزریق گردد تا از هرگونه خمش و یا بازشدگی در درزها ممانعت به عمل آید. در سدهای بزرگ، روش معمول این است که پیشروی عملیات از دو تکیه گاه جانبی به سمت وسط دهانه باشد. همانطور که در شکل 1 نشان میدهد، حتی وقتی که کلیه درزهای واقع در حد فاصل دو تکیه گاه در یک عملیات پیوسته تزریق گردد، فشار تزریق میتواند مشکلاتی به بار آورد. در این حالت برایند فشارهای موجود در دو وجه جانبی یک بلوک ذوزنقه شکل نیرویی به سمت خارج تولید میکند که عملکرد طره قائم در سد به وجود می آورد.راه حل توصیه شده برای مقابله با این حالت، پر کردن مخزن سد همراه با پیشروی عملیات است.
عملییات تزریق میتواند از داخل گالری داخلی و یا محیط خارج انجام شود.
در سد های بزرگ غالبا در هر متر ارتفاع، یک گالری تزریق تعبیه میگردد. سدهای قوسی لاغر غالبا از راهروهای موقت واقع در وجه پایین دست مورد تزریق قرار میگیرند. در شکل 2 جزئیات لوله کشی عملیات تزریق برای درزی از یک سد قوسی و در شکل3، گالری تزریق یک سد وزنی بززگ نشان داده شده است. دوغاب تزریق از طریق نقطه ی ورودی واقع در پایین قطعه که هدر(Header) نامیده می شود وارد رایزرها میگردد. روی رایزر ها در فواصل منظم افشانک های خروج دوغاب که دوغاب را به طور یکنواخت در سطح درز توزیع مینماید ، قرار دارد.
لوله های تزریق ، مدار بسته ای را تشکیل میدهند که مجددا به مجاورت هدر ورودی برمیگردد.در حین تزریق اگر هدر ورودی دچار گرفتگی شده باشد، میتوان عملیات تزریق را از نقطه خروجی انجام داد. در بالای هر مرحله تزریق، یک شیار افقی وجود دارد که نقش هواکش را داشته و هرگونه هوا و آب موجود در درز،در حین تزریق از این شیار خارج میشوند. لوله هواکش نیز همانند لوله ورودی به صورت رفت و برگشت است و اگر نتوان تزریق را به صورت کامل از طریق لوله وردی انجام داد،عملیات تکمیلی را میتوان به کمک لوله هواکش به انجام رساند.انتهای لوله هواکش مجهز به یک مانومتر است که از طریق آن میتوان فشار تزریق را اندازه گرفت.
تمام لوله های تزریق در حین بتن ریزی در داخل بتن دفن میشوند. در سدهای بزرگ که امکان انجام تزریق یک مرحله ای از تکیه گاه تا تکیه گاه(کوله تا کوله) نیست، علاوه بر سیستم لوله کشی تزریق، یک سیستم لوله کشی آب مورد نیاز است. در هنگام تزریق یک درز ، در درز مجاور که امکان تزریق آن نیست، آب تحت فشار به داخل لوله ها رانده میشود تا فشار دو طرف بلوک متعادل شده و بلوک جابه جا نشود.درز واقع در بالای درز مورد تزریق نیز پر از آب تحت فشار نگه داشته میشود. این فشار آب درز را برای انجام عملیات تزریق باز می نماید و از فرار دوغاب تحتانی جلوگیری می نماید.
نصب لوله های مدفون:
لوله های تزریق قبل از بتن ریزی در مجاورت قالب ها کار گذاشته میشوند. لوله ها و به خصوص نقاط خروجی باید طوری حفاظت شوند تا در حین بتن ریزی دچار آسیب نشوند. افشانک های خروجی باید روی پایه های فلزی نصب شوند. سیستم لوله کشی باید قبل از تزریق با آب پر فشار آزمایش شود. نوارهای آب بند فلزی نیز باید در محل وصله به یکدیگر کاملا جوش شوند و کیفیت جوش نیز باید مورد کنترل قرار گیرد. در حین بتن ریزی نیز باید مراقب لوله کشی تزریق بود. در حین بتن ریزی بلوک مجاور نیز باید همین مراقبت ها انجام شود، به خصوص باید مراقب نوارهای آب بند بود، چون نصف این نوارها وارد بلوک مجاور میشوند. اغلب صدمات وارده به سیستم لوله کشی تزریق، در حین بتن ریزی رخ می دهد.
عملیات تزریق:
روز قبل از تزریق، لازم است عملیات آماده سازی عمده ای صورت گیرد.تمام اتصالی های لوله های تزریق و لوله های آب درزهای مجاور باید در محل خود قرار گرفته باشند. باید سیستم تماس تلفنی یا بیسیم بین مهندسین ناظر و عملیاتی مستقر در محل مخلوط کن، پمپ، لوله های هواکش و نشت دوغاب برقرار گردد. برای اندازه گیری شکاف درز باید از میکرومترهای مناسب و برای اندازه گیری فشار تزریق، باید مانومترهای مناسب در محل هواکش ها تعبیه شود. قبل از شروع تزریق، باید سیستم لوله کشی به طور کامل با آب تمیز شسته شود، به طوری که از محل هواکش ها آب تمیز جاری شود. سپس درپوش هواکش ها بسته میشود و سیستم تحت فشار قرار میگیرد. اگر فشار سیستم پایدار نبوده و نقصان یابد، به معنای وجود نشت در سیستم بوده که قبل از بتن ریزی باید تعمیر گردد. مرطوب نگه داشتن درز در حین تزریق، کمک بسیار خوبی برای حرکت دوغاب در حد فاصل درز است.
اجزای تشکیل دهنده دوغاب یا ملات تزریق:
با اینکه استفاده از دو نوع دوغاب سیمانی خالص و ماسه دار در تزریق درزها متداول است، لیکن امروزه استفاده از دوغاب سیمانی خالص مقبولیت بیشتری دارد.
در صورت استفاده از دوغاب ماسه دار عرض حداقل درز باید افزایش یابد. همچنین معلق نگه داشتن ذرات درشت ماسه قبل از پمپاژ، خود مسئله ای است. هرچند که عرض مناسب برای درز در حدود 1.5 میلیمتر است، ولی با استفاده از دوغاب سیمانی خالص تا عرض 0.5 میلیمتر هم با موفقیت تزریق شده است.سیمان نیز نباید دارای کلوخه باشد.طبق بعضی از استانداردها، صد در صد سیمان باید از الک نمره 100و 98 درصد سیمان باید از الک نمره 200 عبور نماید.تولید کارخانه جات معتبر معمولا در این بازه قرار دارد.در نگهداری سیمان در کارگاه هم باید مراقب بود تا سیمان جذب رطوبت نکرده و به صورت کلوخه در نیاید.
برای تزریق معمولا از سیمان تیپ II استفاده میشود. سیمان تزریق چاه نفت و یا سیمان ها با دمای هیدراسیون پایین معمولا استفاده نمیشود. نسبت آب به سیمان در حین تزریق متغیر است و در یک عملیات تزریق نسبت آب به سیمان از مقدار اولیه1.5به مقدار نهایی 0.5 کاهش می یابد.
مکمل دوغاب تزریق:
افزودني مکمل دوغاب تزریق ABABUILD 1100 یکی از محصولات افزودنی بتن آبادگران بر پایه پليمرهاي مصنوعي بوده كه قادر اســت ضمن كاهش قابل ملاحظه آب اختلاط، با اصلاح شــکل ظاهري دوغاب از بــروز پدیده آب انداختگي تا حد چشمگيري جلوگيري نماید و با کاهش نسبت آب به سیمان، مقاومت مکانیکی دوغاب را نیز افزایش دهد. همچنین این افزودنی برای استفاده در دوغاب بتن‌های پیش آکنده و یا دوغاب‌های تزریق سیمانی که در عملیات‌های ترمیم سدهای بتنی و درزبندی ترک ها خاکی و ژئوتکنیکی جهت مقاوم سازی خاک مورد استفاده قرار میگیرند نیز کاربرد دارد.
تجهیزات تزریق:
برای تزریق 10000متر مربع در یک شیفت 8ساعته، مخزن اختلاطی به حجم 0.55 مترمکعب و کمپرسور هوای 10*10*3 کافی خواهد بود.در مقایسه با ظرفیت پمپ، حجم مخزن دوغاب باید مناسب باشد طوری که جریان یکنواختی از دوغاب در حین عملیات تزریق حفظ گردد.همزن باید دارای دوران یکنواختی باشد، به طوری که از ته نشینی سیمان جلوگیری کند.پمپ باید قادر به کنترل دقیق فشار بوده و جریان یکنواخت و پایداری به وجود آورد.به منظور ایمنی عملیات تزریق،باید تجهیزات یدکی کافی در دسترس باشد.
روش پمپاژ:
شروع کار با تزریق چند پیمانه (بچ) دوغاب رقیق با نسبت آب به سیمان 1.5 به منظور لیز کردن (روان سازی) قسمت تحتانی درز شروع میشود. این کار با دوغاب غلیظ تری با نسبت آب به سیمان0.7 ادامه می یابد. دوغاب باید تمام درزها را دور برند و با توجه به قانون ظروف مرتبطه، سطح دوغاب همواره باید در تمام درزها در یک تراز باشد. در نتیجه میتوان ارتباطی بین حجم دوغاب تزریق شده و سطح آزاد دوغاب در درزها تعیین نمود و جدول زمانبندی پیشرفت دوغاب را تدوین کرد. زمان تزریق نباید طولانی باشد به طوری که باعث گیرش آن و در نتیجه مسدود شدن راه تزریق شود، بعد ازینکه سه چهارم درز پر شد، نسبت آب به سیمان را میتوان به حدود 0.5 تا 0.55 کاهش داد. مواد خارج شده از سوراخ هواکش باید مورد بررسی قرار گیرد. در صورتی که غلظت دوغاب خروجی در حدود غلظت دوغاب ورودی باشد، میتوان تزریق را کافی تلقی نمود. در این لحظه درپوش سوراخ هواکش بسته میشود. عملیات تزریق تا آنجا ادامه میابد تا فشار مانومتر در محل هواکش ویا افزایش فاصله درز در قسمت فوقانی درز به مقدار پیشبینی شده برسد. برای درزی با ارتفاع 15متر افزایش فاصله درز به 0.5 میلیمتر محدود میشود. در صورت نشت دوغاب به درزهای فوقانی و یا مجاور که در برنامه ی تزریق قرار ندارند، باید اقدام به شست و شوی درزها نمود. ورود آب تحت فشار به درزهای مجاور از نشت دوغاب به داخل آنها جلوگیری میکند. معمولا به مدت 0.5 ساعت سعی میشود تا فشار تزریق ثابت بماندکه در این مدت پمپ تزریق ممکن است چندبار قطع و وصل گردد. بعد از گذشت این مدت،عمل تزریق پایان می یابد.
