بتن پیش آکنده چیست

هر آنچه که باید درباره بتن پیش آکنده بدانید

جهت سیر ایمن خطوط ریلی، بایستی طی عملیات تعمیر و نگهداری خطوط ریلی، همواره این خطوط مورد بررسی قرار گیرند و از سالم بودن اجزای روسازی و زیرسازی خطوط ریلی اطمینان حاصل شود. این امر بوسیله بازدید های روزانه مامورین خط صورت گرفته و در صورت بروز مشکل در اجزای خط بایستی عملیات تعمیر صورت گیرد.  بطور معمول عملیات تعمیر و نگهداری در خطوط ریلی بالاستی از اهمیت بیشتری نسبت خطوط بدون بالاست برخوردار است، چرا که این خطوط به دلیل انعطاف پذیری ناشی از شکل پذیری بالاست، مستعد خرابی های هندسی خط همچون نشست های نامتقارن، پیچش و اعوجاج می باشند. از سوی دیگر آلودگی بالاست در این خطوط باعث کاهش انعطاف پذیری خط گردیده و ضمن کاهش قدرت زهکشی خط، مقاومت جانبی و قائم خط را در شرایط مرطوب کاهش می دهد که این موضوع می تواند سبب کاهش پایداری خط و قطار و در برخی موارد خروج از خط وسیله نقلیه گردد. و لذا بطور معمول بخش مهمی از هزینه های چرخه عمر خطوط ریلی بالاستی صرف تعمیر و نگهداری بالاست می شود. از طرفی افزایش ترافیک عبوری و زمان سیر قطارها در بعضی خطوط باعث بوجود آمدن مشکلاتی مثل نبود زمان کافی برای تعمیرات جزیی و عدم امکان مسدودی خط برای زمان طولانی جهت بهسازی و نوسازی خطوط بالاستی میشود. به دلیل حجم بالای ترافیک عبوری، مسدودی خط حتی در یک روز باعث خسارات قابل توجه مادی و نارضایتی مسافران این مسیرها خواهد شد. تمام این عوامل باعث شده که طی سالهای اخیر ساخت خطوط ریلی بدون بالاست مورد توجه بیشتری قرار گرفته و در خطوطی که دارای ترافیک دایمی می باشند استفاده از این نوع خط دارای مزیت های ویژه ای باشد. در سالهای اخیر تبدیل خطوط بالاستی به بدون بالاست با بکارگیری تکنولوژی ساخت بتن پیش آکنده در برخی کشور های دنیا مورد توجه قرار گرفته است. اجرای بتن پیش آکنده بتدا در سال 1937 برای تعمیر یک تونل در کالیفرنیا انجام شد. طی سالهای متمادی بکارگیری این نوع بتن فقط در صحنه تعمیر پل و تونل خودنمایی میکرد اما پس از آزمایشهای مختلف، اداره احیاء اراضی ایالات متحده از این روش در بازسازی سرریز سد استفاده نمود و سپس در سال 1946 در تعمیرهای بالادست سدی در کلرادو این شیوه بکار رفت بطوریکه در سد مذکور درحالیکه دریاچه سد از آب پر بود، سریعاً طی 10 روز تزریق ملات انجام شد. گروه مهندسین ارتش آمریکا  در سال 1951 نیز آن را بکار گرفتند و در سال 1954 و 1955 تقریباً بیش از 380000 مترمکعب از این بتن در ساخت 34 پایه پل بکار رفت. از سال 1950 در ژاپن و سپس در استرالیا و کشورهای دیگر این شیوه بتن ریزی و تعمیر به وفور بکار رفته است. 
در حوزه مهندسی راه آهن، از این روش اجرای بتن برای تبدیل خط بالاستی به دالخط استفاده گردیده است. در حدود 40 سال پیش برای اولین بار در کشور ژاپن، یک تعداد محدودی از خطوط بالاستی با این روش به دالخط تبدیل شدند. در سال
1970 ، تیپ های A ، B و D بتن پیش آکنده معرفی شدند که جزییات دقیق آنها در دسترس نیست. در سال 1983 ، تیپ E بتن پیش آکنده به عنوان تیپ پیشرفته شده ی B معرفی شد. در این تیپ، بجای آسفالت داغ از دوغاب سیمان به عنوان پر کننده بین دانه ها استفاده شد. در سال 1997 ، تیپ TC بتن پیش آکنده در راه آهن ژاپن معرفی و در سال 1988 در تاباتا- شینجوکو-تاماچی که بخشی از خط یا مانوته است، اجرا گردید. در سال 2002 نیز چندین بخش دیگر از خطوط راه آهن ژاپن به این نوع از دال خط تجهیز گردید و در نهایت تا سال 2008 ، 182 کیلومتر از خطوط متروی ژاپن به بتن پیش آکنده مجهز شد.
در کشور کره ، از سال 2003 بطور جدی بحث بتن پیش آکنده کانون توجه قرار گرفته است. از سال 2007 در قسمت هایی از تونل های متروی سئول، از این بتن استفاده شده است. در سال 2009 نیز در یکی از پل های خط 2 متروی یانگ سان، این بتن اجرا شد.

✔ مشخصات و ویژگی های بتن پیش آکنده

بتن پیش آکنده به بتنی اطلاق می شود که سنگدانه آن در محل وجود داشته و با روغن قالب بندی بتن اطراف آن و تزریق ملات ماسه و سیمان با طرح اختلاط از پیش تعیین شده به داخل سنگدانه ها، آن را به بتنی تحت عنوان بتن پیش آکنده تبدیل
می کنند. استفاده ی این بتن در پروژه های بزرگ توجیه پیدا می کند بنابراین در پروژه های با بتن ریزی های حجیم مثل سد، پایه پل، فونداسیون های بزرگ و اجرای درجای دال خط راه آهن به عنوان رویکردی جدید در مهندسی راه آهن، استفاده از
متد اجرایی بتن پیش آکنده کانون توجه جامعه مهندسی قرار گرفته است. جهت افزودن ملات داخل سنگدانه، از کمپرسور فشار هوا استفاده می شود تا تمامی تخلخل بین سنگدانه ها توسط ملات پر شود. بدیهی است اگر ملات به صورت ثقلی وارد
سنگدانه ها شود، نمی تواند تمامی فضاهای بین سنگدانه ها را پر نماید (علی الخصوص اگر نسبت آب به سیمان ملات مورد نظر پایین باشد).

✔ مزایای بتن پیش آکنده

استفاده از بتن پیش آکنده دارای مزایایی نسبت به بتن معمولی میباشد که میتوان این مزیت ها را، دلیل استفاده از این بتن نیز قلمداد کرد. از مهمترین ویژگی های این بتن می توان به موارد زیر اشاره کرد: عدم جدایی اجزاء تشکیل دهنده بتن و
همگنی بسیار خوب آن به ویژه در بتنهای سنگین با داشتن سنگدانه های سنگین وزن با چگالی 5.3 تا 8.7 ، جمع شدگی خمیری کم و همچنین جمع شدگی کم ناشی از خشک شدگی که معمولاً در این بتنها نصف تا ثلث بتنهای معمولی مشابه هست. 
پتانسیل ترک خوردگی نیز بدین علت کاهش مییابد و این امر برای منابع آب و تعمیر و غیره بسیار مهم است، امکان مصرف سیمان کمتر که به نوبه خود گرمازایی و سرعت گرمازایی کمتر را در بتنهای حجیم باعث میگردد و تضاد ایجاد مقاومت و دوام با سیمان کم را با کارآیی بتن مرتفع میسازد، آببندی و دوام بهتر این بتنها در محیطهای خورنده به دلیل همگنی و ترک کمتر و نسبت آب به سیمان کم، امکان خنک سازی و گرم سازی ساده تر مصالح سنگی و ملات تزریقی در هوای
گرم و سرد و بتن ریزی حجیم، امکان ایجاد نماهای خاص و بکارگیری مصالح سفید و رنگی در مجاورت سطح، امکان استفاده از دانه بندی گسسته در این بتن، عدم نیاز به تراکم (مگر در موارد لزوم) که خود یک امتیاز بزرگ برای بتن ریزی است، امکان ریختن بتن در زیر آب اعم از ساکن و جاری به ویژه در آبهای کم عمق و کمک در تثبیت و فروبردن قالبها در آب، امکان دستیابی به مقاومتهای نسبتا زیاد با به کارگیری نسبت آب به سیمان کمتر و مصرف روان کننده و ژل میکروسیلیس در ملات تزریقی. مقاومت 40 ، 60 و 90 مگا پاسکال برای سنین 28 و 90 روزه و یکساله بدون روانساز و میکروسیلیس گزارش شده است که با توجه به عیار سیمان آنها جالب توجه میباشد، کم کردن هزینه های تجهیز کارگاه به ویژه در بتن ریزیهای حجیم و سدها، داشتن مدول ارتجاعی بیشتر، ضریب پواسون کمتر و خزش کمتر از بتنهای معمولی مشابه، امکان مصرف افزودنیهای حباب زا، روانساز، پوزولان ها، پلیمرها، حباب زداها، ضد قارچ، زودگیر کننده ها، کندگیر کننده ها، انبساط زاها و اتصال زاها.

✔ طرح مخلوط مصالح در بتن پیش آکنده

الف) مشخصات سنگدانه درشت
در این بخش مشخصات مصالح مصرفی اعم از سنگدانه ها و ملات ماسه سیمان مورد استفاده در اجرای بتن پیش آکنده مورد بررسی قرار داده می شود. 
- شنها باید از نوع شکسته کوهی یا نیمه شکسته رودخانه ها باشند تا پوکی لازم تأمین گردد. پوکی شن انباشته در قالب باید در حدود 0.35 تا 0.5 باشد.
- حتی الامکان باید از شن تقریباً یکدست ( تک اندازه ) استفاده نمود. دانه بندی بر روی پوکی تأثیر میگذارد.
دانه بندیهای یکنواخت پوکی را بیشتر میکند.
- حداکثر اندازه شن بسته به ابعاد قطعه و نوع کار بین 25 تا 150 میلیمتر تغییر میکند. با افزایش حداکثر اندازه پوکی شن بیشتر میشود. حداکثر اندازه شن معمولاً کمتر از یک چهارم فاصله قالبها میباشد.
- شنها باید تمیز و عاری از گل و لای بوده و مسلماً باید از مقاومت و دوام کافی طبق استانداردهای معتبر برای
سنگدانه های درشت برخوردار باشند.
- هر چه شن درشتتر، شکسته تر، یکدست تر و دارای چگالی ذرات کمتر باشد وزن مخصوص توده ای کمتری را خواهد داشت و به عدد 1.25 نزدیکتر خواهد شد.
- در بتنهای سنگین چگالی ظاهری ذرات شن بین 3.5 تا 7.8 می باشدکه مسلماً وزن مخصوص توده ای آنها به مراتب بیشتر از شنهای معمول خواهد شد. باریت، لیمونیت، هماتیت، ماگنتیت و حتی قطعات چدنی و فولادی از این جمله اند.

ب) مشخصات سنگدانه ریز
- اگر حداکثر اندازه شن کوچک شود ماسه هایی با مدول ریزی کمتر و حداکثر اندازه کوچکتر بکار میرود. به هرحال ملات ساخته شده با این ماسه باید بتواند به راحتی در لابه لای فضای خالی شنها حرکت نماید و آنها را پر کند. برای شن
150 میلیمتری با حداقل اندازه 40 میلیمتر، حداکثر اندازه ماسه 5 میلیمتر و مدول ریزی آن 2.1 تا 2.6 میباشد. برای شن با حداکثر اندازه 75 میلیمتر و حداقل اندازه 20 میلیمتر، حداکثر اندازه ما سه 3 میلیمتر و مدول ریزی آن 1.8 تا 2.3
میباشد. همچنین برای حداکثر اندازه 50 میلیمتر و حداقل اندازه 15 میلیمتر، حداکثر اندازه ماسه 2 میلیمتر و مدول ریزی آن 1.5 تا 2 میباشد. برای شن با حداکثر اندازه 38 میلیمتر و حداقل اندازه 12 میلیمتر، حداکثر اندازه ماسه 1.5
میلیمتر و مدول ریزی آن 1.3 تا 1.7 میباشد. اگر حداکثر اندازه شن به 25 میلیمتر برسد حداکثر اندازه ماسه به 1 میلیمتر محدود میشود.
- مصرف ماسه کاملاً گرد گوشه در همه موارد ارجحیت دارد.
- ماسه باید سخت، تو پر، بادوام و عاری از گل ولای ( به ویژه در سطح) باشد.
- در بتنهای سنگین ممکن است از ماسه با چگالی زیاد استفاده شود که به دلیل عیار بالای سیمان و پوزولان امکان جدایی مواد در ملات کم است. بتنهای حاصله در این حالت دارای وزن مخصوص 3.5 تا بیش از 5.5 تن بر مترمکعب
خواهند بود.
ج ) مشخصات سیمان
مواد چسباننده شامل انواع سیمان های پرتلند یا آمیخته می باشد كه می توان به همراه سیمان مقداری پوزولان بكار برد. سیمان پرتلند با انواع پنجگانه می تواند بكار رود. در صورت عدم تامین سیمان پرتلند نوع 3 و 4  می توانیم از افزودنی ها برای زودگیر یا دیرگیر کننده بتن استفاده نماییم. سیمان های مخلوط یا آمیخته نیز کاربرد وسیعی را برای این بتن ها دارند. سیمان های پرتلند پوزولانی و روباره ای، سیمان های پرتلند اصلاح شده با پوزولان و روباره اكثرا بكار می روند و باید مطابق استانداردهای معتبر تولید گردند تا نتیجه مناسبی عاید شود. پوزولان های طبیعی و مصنوعی، فعال و نیمه فعال می توانند در این بتن ها به عنوان یک افزودنی یا جایگزین و یاری كننده سیمان بكار روند. پوزولان های طبیعی شامل خاكستر ها و توف های آتشفشانی، شیل ها و رس های خاص و دیاتومه ها می باشند. پوزولان های مصنوعی شامل شیل ها و رس های تکلیس شده، دیاتومه های تکلیس شده، روباره های آهن گدازی، خاكستر صنعتی، میكروسیلیس و خاکستر پوسته غلات و چوب (به ویژه خاكستر پوسته برنج) است پوزولان مناسب علاوه بر داشتن فعالیت پوزولانی (ترکیب با آهك در محیط آبدار و تشكیل ژل چسباننده ) بایستی ملات را روان و خمیری سازد و مصرف آب را كم كند یا اقلاً آن را در ملات چندان بالا نبرد وگرنه نیاز به روان كننده ها ممكن است الزامی شود. به هر حال ویژگی های پوزولان ها باید مطابق با استاندارد های معتبر جهانی باشد.

✔ اجرا و ساخت بتن پیش آکنده

1-قالب بندی و درزبندی
2- کارگذاری لوله های تزریق ملات و سایر لوله های مورد نیاز
3-ریختن سنگدانه های درشت شکسته و نسبتا یک دست در قالب
4- تزریق ملات ریزدانه و شل ماسه سیمان در فضای خالی درشت دانه ها
5-لرزاندن قالب ها (در صورت نیاز) و تشکیل بتن مورد نظر
6-بالا کشیدن تدریجی لوله های تزریق ضمن ادامه دادن عمل تزریق و پر کردن قالب از بتن
7- نگهداری از بتن و باز کردن قالب ها