بررسی فنی و اقتصادی کاربرد بتن خود تراکم در قطعات منهول های شبکه فاضلاب شیراز
محمد واقفی ، سینا سعادت ، محمد رضا شکاري مهرآبادي
1- استاديار گروه مهندسي عمران، دانشكده فني مهندسي ، دانشگاه خليج فارس، بوشهر
2- دانشجوي کارشناس ارشد مهندسی زلزله، دانشگاه آزاد اسلامي واحد بوشهر
3- مربي و عضوهيات علمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد ابرکوه
چكيده
بتن خود تراکم(Self-Compacting Concrete)نوعی بتن است که می تواند تحت وزن خود و بی نیاز از هیچگونه وسیله لرزاننده درون قالب حتی با ارماتور بندی با تراکم بالا با حفظ همگنی و یکنواختی به جریان در آید. این نوع بتن برای اولین بار در اواسط دهه 80 میلادی در کشور ژاپن ساخته شد و در حال حاضر استفاده از آن در کشور های مختلف رو به کسترش است. مقاله حاضر مطالعه موردی است در مورد بررسی فنی و اقتصادی بتن خود تراکم در قطعات آدم رو(منهول) های شبکه فاضلاب شهری شیراز.
سوالات تحقيق:
آیا استفاده از بتن خود تراکم در قطعات آدم رو فاضلاب به لحاظ فنی و اقتصادی قابل توجیه است؟
روش تحقیق:
در تحقیق حاضر ابتدا به معرفی بتن خود تراکم و نیز شاخص های آن پرداخته شده، سپس به شرح طرح اختلاط (معیار های فنی) در خاتمه مقایسه اقتصادی در مورد ساخت قطعات با بتن معمولی و بتن خود تراکم ارائه می گردد.
نتیجه گیری:
بتن خود تراکم از لحاظ اقتصادی و فنی گزینه منا سبی برای ساخت قطعات پیش ساخته بتنی آدم رو هاست
كلمات كليدي: بتن خود تراکم، آدم رو، شبکه فاضلاب،بررسی فنی و اقتصادی
1.مقدمه
بتن خود تراکم (Self-Compacting Concrete)یا بتن خود تحکیم(Self-Consolidating Concrete) یا بتن خود تراز(Self-Leveling Concrete) نوعی بتن است که می تواند تحت وزن خود و بی نیاز از هیچگونه وسیله لرزاننده درون قالب حتی با آارماتور بندی با تراکم بالا با حفظ همگنی و یکنواختی به جریان در آید.بتن خود تراکم اولین بار در سال 1986 به وسیله محقق ژاپنیH.Okamura پیشنهاد گردید و دو سال بعد یعنی در سال1988 این نوع بتن در کارگاه ساخته شد.در حال حاضر با توجه به خصوصیات بسیار مطلوب بتن خود تراکم استفاده از آن در جهان رو به گسترش است. از دلایل عمده گسترش این نوع بتن می توان به حذف ویبره کردن بتن و نیز صرفه جویی اقتصادی با توجه به کاهش نیروی انسانی لازم و زمان ساخت و به دست آمدن سطوح صاف وزیبا و اجرای نقشهای پیچیده پس از قالب برداری اشاره کرد. در ایران نیز چند سالی است که مطالعه بر روی بتن های خود تراکم آغاز گردیده و در چند پروژه نیز به خاطر وضعیت خاص پروژه از بتن خود تراکم به جای بتن معمولی استفاده شده است. در سازه های دارای تراکم آرماتور زیاد و در قطعات با ضخامت کم استفاده از بتن خود تراکم می تواند بهترین گزینه باشد.از نمونه پروژه های شاخص اجرا شده با بتن خود تراکم در ایران می توان از اجرای کتیبه های طرح توسعه حرم حضرت معصومه(ع) ، تونل رسالت و نیز ساختمان تجاری اداری امید نام برد. اصولاً بتن خود تراکم به لحاظ هزینه ساخت گران تر از بتن معمولی است اما به قطع و یقین نمی توان گفت هزینه های اجرایی و در نتیجه هزینه تمام شده با استفاده از این نوع بتن بیشتر یا کمتر از بتن معمولی است . با توجه به اینکه زمان،کیفیت و اقتصاد سه عامل مهم در انجام و راهبری یک پروژه دارد باید کلیه عوامل ذکر شده را در کنار هم دید و قضاوت کرد. با توجه به موارد گفته شده در خصوص استفاده از بتن خود تراکم مطالعه ای موردی در زمینه کاربرد این نوع بتن در قطعات پیش ساخته بتنی منهولهای فاضلاب و نیز بررسی اقتصادی این نوع بتن در این گونه قطعات در کارگاه شرکت سازنده قطعات منهول انجام گرفت. در مقاله حاضر ابتدا به معرفی این نوع بتن و شاخص های آن پرداخته، سپس طرح اختلاط انجام شده و برگزیده در تولید قطعات آورده شده و تحلیل های اقتصادی بر روی طرح اختلاط برگزیده آورده شده است.
- مشخصات کلی بتن خود تراکم
با توجه به تفاوتهای مورفولوژیکی و بعضاً مقاومتی بتن معمولی و بتن خود تراکم برای اینکه بتوان بتنی را خود تراکم نامید باید کارایی و خصوصیات مکانیکی ایت نوع بتن در محدوده مشخصی بوده و نیز به لحاظ دوام و پایایی ضوابط خاص خود را ارضاء نماید.
معمولاً برای بتن خود تراکم سه مشخصه به قرار زیر پیشنهاد می گردد.
1-کارایی(Workability):کارایی بتن خود تراکم باید به قرار زیر باشد:
الف- در حالت معمولی دارای حداقل جریان اسلامپی برابر 60 سانتی متر و بدون جداشدگی باشد.
ب-حفظ روانی به مدت حداقل90دقیقه (در صورتی که حفظ روانی مورد نیاز باشد)
ج-توانایی مقاومت در شیب 3%در سطح افقی آزاد(در صورت نیاز)
د-قابلیت پمپاژ در لوله ها به طول حد اقال 100 متر و به مدت حداقل 90دقیقه(در صورت نیاز)
2-مشخصات مکانیکیMechanical Characteristics): بتن خود تراکم باید به لحاظ مقاومت فشاری به قرار زیر باشد:
الف- مقاومت فشاری 28 روزه در حدود 600-250 کیلو گرم بر سانتی متر مربع
ب-مقاومت فشاری اولیه برای بتن های مصرفی در خانه سازی حدود200-50کیلو گرم بر سانتی متر مربع در 15-12 ساعت اولیه و دمای 20 درجه سانتی گراد
3_دوام(Durability): به لحاظ دوام بتن خود تراکم باید مشخصات زیر را داشته باشد:
الف –مقاومت در برابر خوردگی –تهاجم سولفاتها-کلریدها و دیگر عوامل شیمیایی
ب-مقاومت در برابر دوره های انجماد-ذوب مطابق استاندارد های موجود
ج-کاهش خطر ترکهای حرارتی در مقایسه با بتن معمولی لرزانده شده
3.مشخصات مواد و مصالح مصرفی و شرح تحقیق
در این تحقیق از سیمان تیپ دو شرکت سیمان فارس نو مطابق با استاندارد ملی 389 استفاده شده .در جدول 1 مشخصات فیزیکی تیپ 2 سیمان فارس نو در مقایسه با مشخصات فیزیکی الزامی استاندارد 389 آورده شده است.
|
ردیف
|
ویژگیها
|
نوع سیمان پرتلند
|
|
2
|
فارس نو 2
|
|
1
|
سطح مخصوص سانتی متر مربع بر گرم (حداقل)
|
2800
|
3080
|
|
2
|
انبساط آزمایش اتوکلاو درصد (حداکثر)
|
|
|
|
3
|
زمان گیرش با سوزن ویکات
|
3-1- اولیه به دقیقه (حداقل)
|
45
|
150
|
|
3-2- نهایی دو دقیقه (حداکثر)
|
360
|
190
|
|
4
|
مقاومت فشاری کیلوگرم بر سانتی متر مربع
|
4-1 یکروزه حداقل – کیلوگرم
|
-
|
-
|
|
4-2 دوروزه حداقل
|
-
|
-
|
|
4-3 سه روزه (حداقل)
|
100
|
190
|
|
4-4- هفت روزه حداقل
|
175
|
370
|
|
4-5- 28 روزه (حداقل) حداکثر
|
315
-
|
470
|
|
5
|
حرارت هیدراتاسیون کالری بر گرم
|
5-1 هفت روزه (حداکثر)
|
70
|
-
|
|
5-2 بیست و هشت روزه (حداکثر)
|
-
|
-
|
|
6
|
انبساط سولفات چهارده روز حداکثر درصد
|
-
|
-
|
جدول 1 -مشخصات فیزیکی سیمان تیپ 2 فارس نو مطابق استاندارد ملی 389
مشخصات مصالح سنگی مصرفی در ساخت بتن مطابق استاندارد ملی شماره302 به شرح زیر مطابق جدول 1 و جدول 2می باشد .جنس سنگدانه مصرفی چه شن و چه ماسه از نوع سیلیسی می باشد. برای ماسه مصرفی عدد هم ارز ماسه ای 78درصد و ضریب نرمی برابر67/3 می باشد. شایان ذکر است که ضریب نرمی پائین و عدد هم ارز ماسه ای مناسب تاثیر زیادی در کارایی بتن خود تراکم دارد.همانطور که ملاحظه می شود به خاطر روانی بهتر بتن ساخته شده دانه های شن مورد استفاده در این طرح بتنی همگی از 25 میلیمتر کوچکترند.
|
اندازه الکها
|
درصد رد شده
|
حد بالا
|
حد پایین
|
|
9.5
|
100
|
100
|
100
|
|
4.75
|
91.5
|
100
|
89
|
|
2.36
|
69.5
|
100
|
60
|
|
1.18
|
41
|
90
|
30
|
|
0.6
|
21
|
54
|
15
|
|
0.3
|
7.6
|
40
|
5
|
|
0.15
|
1.6
|
15
|
5
|
جدول 2-دانه بندی ماسه مورد استفاده در طرح اختلاط
|
اندازه الکها
|
درصد رد شده
|
حد بالا
|
حد پایین
|
|
25
|
100
|
100
|
100
|
|
19
|
96.92
|
100
|
90
|
|
12.5
|
34.32
|
55
|
20
|
|
9.5
|
7.14
|
15
|
0
|
|
4.75
|
0.4
|
5
|
0
|
جدول3-دانه بندی شن مورد استفاده در طرح اختلاط
میکرو سیلیس مصرفی در این تحقیق محصول شرکت صنایع فرو آلیاژ ایران با مشخصات فیزیکی و شیمیایی جداول3 و می باشد
|
S
|
CaO
|
MnO
|
P2O5
|
LOI
|
Moisture
|
PH
|
|
08/0-04/0
|
2-5/0
|
02/0-07/0
|
04/0
|
04/0
|
4/0-01/0
|
8/8-6/6
|
جدول4-ترکیب شیمیایی (درصد وزنی عناصر) میکروسیلیس
|
MgO
|
K2O
|
Na2O
|
C
|
Fe2O3
|
Al2O3
|
SiO2
|
|
2-5/0
|
5/0-3/0
|
5/0-3/0
|
4/0-2/0
|
3/1-3/0
|
2/1-6/0
|
95-90
|
ادامه جدول4-ترکیب شیمیایی (درصد وزنی عناصر) میکروسیلیس
|
نقطه ذوب
|
دانسیته فله ای
|
وزن مخصوص
|
ساختار
|
شکل ذرات
|
اتدازه ذرات
|
سطح ویژه
|
|
1230
|
300-280
|
1/2-9/1
|
آمورف
|
کروی
|
229
|
25000-20000
|
جدول5-خواص فیزیکی میکروسیلیس
جهت حصول روانی و کارایی مناسب در ساخت بتن خود تراکم از فوق روان کننده نسل چهارم بر پایه پلی کربوکسیلات به رنگ قهوهای روشن ساخت شرکت Mapei ایتالیا استفاده گردید.میکرو سیلیس نیز برای دو منظور به کار رفت یکی افزایش لزجت مخلوط بتنی و دیگری کمک به کسب مقاومت بیشتر در سنین پائین تر بتن.
4.طرح اختلاط بتن خود تراکم
با توجه به مصالح موجود و به ازای سیمان kg/m3400 ونسبت آب به موادسیمانی 4/0 ومیکرو سیلیس از 2تا 6 درصد و فوق روان کننده از 2/0 تا 1 درصد وزنی مواد سیمانی جهت یافتن مقدار فوق روان کننده و میکروسیلیس بهینه به قرار جدول6 انجام شد.
|
ردیف
|
شن
|
ماسه
|
سیمان
|
آب
|
w/cm
|
میکرو سیلیس(کیلو گرم)
|
فوق روان کننده(کیلو گرم)
|
|
1
|
790
|
1000
|
392
|
160
|
4/0
|
8(2%)
|
8/0(2/0%)
|
|
2
|
790
|
1000
|
388
|
160
|
4/0
|
12(3%)
|
6/1(4/0%)
|
|
3
|
790
|
1000
|
384
|
160
|
4/0
|
16(4%)
|
4/2(6/0%)
|
|
4
|
790
|
1000
|
380
|
160
|
4/0
|
20(5%)
|
2/3(8/0%)
|
|
5
|
790
|
1000
|
376
|
160
|
4/0
|
24(6%)
|
4(1%)
|
جدول 6-طرح اختلاط انجام گرفته
در طرح اختلاطهای فوق افزودن میکرو سیلیس به صورت جایگزین با سیمان انجام شده است.
- اندازه گیری جریان اسلامپ بتن خود تراکم
آزمون اندازه گیری جریان اسلامپ بیان کننده میزان پخش کنندگی و پر کنندگی بتن خود تراکم بوده و شباهت زیادی با آزمون اسلامپ معمولی داشته با این تفاوت که نمونه در دستگاه اسلامپ به یکباره پر شده و نیز در این آزمون بر خلاف اسلامپ معمولی عملیات تراکم و ضربه زدن وجود ندارد. بیشترین میزان قطر پخش شدگی و ونیز قطر عمود بر آن اندازه گیری شده میانگین دو عدد جریان اسلامپ نامیده می شود.در این آزمون می توان سرعت جریان که معیاری از لزجت نسبی بتن است را اندازه گیری نمود. سرعت رسیدن جریان اسلامپ به قطر mm500 را سرعت جریان نامیده با T50نشان داده می شود. شکل1 نشان دهنده جریان اسلامپ در بتن خود تراکم است.
شکل1-جریان اسلامپ در بتن خود تراکم
آزمون اندازه گیری جریان اسلامپ باتوجه به استاندارد ملی شماره 11270 انجام گردید.با توجه به معیار محققان ژاپنی مبنی بر اعلام جریان اسلامپ حد اقل mm650 برای بتن خود تراکم در این تحقیق نیز حد اقل جریان اسلامپ مورد قبول mm650در نظر گرفته شد . نتایج حاصل ازآزمون های اندازه وسرعت جریان اسلامپ به قرار جدول7 است
|
ردیف
|
اندازه جریان
|
سرعت جریان(ثانیه)
|
حد اقل جریان اسلامپ مناسب
|
|
1
|
37
|
------
|
65
|
|
2
|
44
|
------
|
65
|
|
3
|
53
|
8
|
65
|
|
4
|
67
|
5
|
65
|
|
5
|
75
|
3
|
65
|
جدول 7- نتایج حاصل از آزمون جریان اسلامپ
باتوجه به جدول فوق طرح اختلاط 4و 5 انتخاب گردید اما با توجه به بازرسی چشمی آب انداختگی روی سطح بتن و نیزاندکی جداشدگی دانه در طرح اختلاط 5 مشاهده گردید. به این ترتیب نمونه 4 به لحاظ کارایی و لزجت، مناسب تشخیص داده شد.
- اندازه گیری قابلیت عبور بتن خود تراکم به وسیله دستگاه حلقه J
این آزمون قابلیت عبور بتن خود تراکم را از میان شبکه آرماتور بندی نشان می دهد. در این آزمون یک بار جریان اسلامپ انجام می شود.برای بار دوم یک حلقه به قطر 300 میلیمتر که دارای 16 میله 16 میلیمتری قائم است پیرامون مخروط اسلامپ قرار داده می شود و آزمون به این شکل تکرار می گردد اعداد حاصل از وجود حلقهJ خوانده شده میانگین گیری می شود اختلاف بین عدد آزمایش اول ودوم یعنی جریان اسلامپ و جریان حلقهJ بیانگر شاخص انسداد در بتن خود تراکم است. این آزمون برای طرح اختلاط شماره4 انجام گردید نتایج حاصل از این آزمایش در جدول 8 آورده شده است.جدول 9 نیز بیانگر ارزیابی انسداد در آزمون حلقه J است.
|
شماره طرح اختلاط
|
عدد جریان اسلامپa)
|
عدد حلقهJ-b)
|
عدد انسداد(a-b
|
ارزیابی انسداد با توجه به جدول 9
|
|
4
|
67
|
63
|
4
|
حد اقل انسداد
|
جدول8-نتایج آزمون حلقه J
|
تفاوت بین آزمون جریان اسلامپ و حلقهJ(برحسب میلی متر)
|
ارزیابی انسداد
|
|
0-25
|
بدون انسداد
|
|
25-50
|
حداقل انسداد
|
|
بزرگتر از 50
|
حداکثر انسداد
|
جدول9- ارزیابی انسداد بتن خود تراکم
با توجه به جدول8 بتن حاصل از این طرح اختلاط دارای حداقل انسداد است با توجه به تراکم پائین شبکه آرماتور بندی(شبکه 20در 20 از میلگرد 8) این طرح اختلاط مناسب به نظر می آید.
- آزمون مقاومت فشاری
از طرح اختلاط شماره 4 نمونه گیری مکعبی به عمل آمد .نمونه ها به مدت 28 روز در شرایط آزمایشگاه در حوضچه نگه داری شدند. پس از شکستن نمونه ها در سن 28 روز میانگین kg/cm2487 حاصل شد.
8.بررسی اقتصادی بتن خود تراکم
پس از تعیین طرح اختلاط برگزیده(طرح4)، تفاوت هزینه بین بتن معمولی و بتن خود تراکم با مقاومت فشاریkg/cm2480 مطابق جدول10محاسبه گردید.
|
مصالح
|
بتن معمولی
|
بتن خود تراکم
|
قیمت/کیلوگرم
|
تفاوت هزینه
|
|
سیمان
|
450
|
380
|
600
|
42000-
|
|
شن بادامی
|
700
|
790
|
55
|
4950+
|
|
ماسه شسته
|
1070
|
1000
|
75
|
5250-
|
|
میکرو سیلیس
|
--------
|
20
|
4200
|
84000+
|
|
فوق روان کننده
|
1
|
2/3
|
27000
|
54400+
|
|
کل تفاوت قیمت
|
|
96100+
|
|
درصد افزایش/کاهش هزینه
|
افزایش هزینه
|
1/23%+
|
جدول10 -تفاوت قیمت بتن خود تراکم و بتن معمولی به ازای مقاومت فشاری یکسان
جهت تعیین هزینه های اجرایی، هزینه ها به شرح جدول 11آمده است باید این نکته را متذکر شد که به علت ثابت بودن تعداد کارگران افزایش/کاهش تولید مبنای کار قرار گرفت.با استفاده از بتن خود تراکم در روز بتن ریزی 62 متر مکعب بتن ریزی شدکه این رقم برای بتن معمولی 45 متر مکعب بود.
|
اقلام هزینه ای
|
حجم کار(متر مکعب)بتن معمولی
|
هزینه هر متر مکعب بتن معمولی
|
حجم کار(متر مکعب)بتن خود تراکم
|
بتن خود تراکم هزینه هر متر مکعب بتن خود تراکم
|
|
بتن
|
45
|
415750
|
45
|
516850
|
|
کارگران
|
45
|
150000
|
45
|
108870
|
|
ویبره کردن
|
45
|
2220
|
45
|
0
|
|
استهلاک ماشین آلات
|
45
|
1550
|
45
|
1129
|
|
قیمت کل
|
25628400
|
28208205
|
|
درصد کاهش/افزایش هزینه
|
افزایش هزینه
|
10%
|
جدول11-مقایسه بین هزینه های ساخت منهول با بتن معمولی و بتن خود تراکم
همانطور که از جدول 11 نتیجه گیری می شود در ساخت قطعات منهول به بیشترین کاهش هزینه در مورد مزد کارگران بوده که اگر قطعات ساخته شده نیازمند پرداخت و ماله کشی باشند این مقدار کاهش بیشتری می یابد. اما در کل هزینه ساخت در این قطعه 10 درصد افزایش یافته است.اما در زمان ساخت 37 درصد صرفه جویی شده است. قطعات ساخته شده با این نوع بتن فاقد هیچ گونه کرمو شدگی بود.
- جمع بندی و نتیجه گیری
در این پروژه خاص هزینه های اجرایی با استفاده از بتن خود تراکم 10 درصد افزایش داشت اما این افزایش ده درصدی هزینه ها در کنار کاهش 37درصدی زمان ساخت قابل تامل است. اصولاً هزینه های استفاده از بتن خود تراکم شدیداً تابع نوع پروژه بوده و هنگامی که استفاده از بتن معمولی بنا به دلایل اجرایی مانند تراکم بالای آرماتور و نیز عدم امکان ویبره کردن امکان پذیر نیست کاربرد بتن خود تراکم بهترین گزینه ممکن است.در این تحقیق صرفه جویی قابل توجه در زمان ساخت بوده و نه هزینه ها.
- قدرداني
با تشکر از مدیریت شرکت حصار پوشش فارس، شرکت شیراز قالب پرس به خاطر تقبل هزینه های تحقیق و نیز شرکت رزین سازان فارس به پاس همراهی هایشان
12. مراجع
- شکرچی زاده،محمد،"بررسی مزایا و محدودیت های بتن خود تراکم"، نشریه داخلی انجمن بتن ایران بهار 1389
- فروغی اصل،علی،مقاله ارائه شده در اولین کارگاه آموزشی بتن خود تراکم" بررسی ویژگی های عمومی بتن خود تراکم و دلایل گسترش آن درز دنیا "، 10 اسفند 1385
- فروغی اصل،علی،مقاله ارائه شده در اولین کارگاه آموزشی بتن خود تراکم" بررسی ویژگی های عمومی بتن خود تراکم و دلایل گسترش آن درز دنیا "، 10 اسفند 1385
- استاندارد ملی 389،"ویژگی های الزامی سیمان پرتلند "ویرایش اول
- ویژگی های فنی میکرو سیلیس،" شرکت صنایع فرو آلیاژ ایران"، 1389
- استاندارد ملی 302،" ویژگی های سنگدانه مصرفی در بتن"، ویرایش اول
7.استاندارد ملی11270 "اندازه گیری جریان اسلامپ بتن خود تراکم" ویرایش اول
8.استاندارد ملی11271 "اندازه گیری قابلیت عبور بتن خود تراکم با استفاده از دستگاه حلقهJ" ویرایش اول
- خانزادی،مصطفی،"بتن های فوق روان" مجله راه و ساختمان،شماره 14،مرداد 83
ABSTRACT
The self-compacting concrete is the type of concrete wich can flow in the mold under its weight and doed not requaire any vibrators, even by using high reiforcing. Under these conditions the concrete was first developed im the mid -1980s in Japan. This concret is being utitilyzed increasingly in various countries. This paper deals with a case study of the technical and economical self-compacting concrete apllication in the sewage system manholes segments.
RESEARCH INQUERIES
Is the use of the self-compacting concrete in the sewage system manhole segments technically aneconomically beneficial?
RESEARCH METHOD
The current research commences by introducing the self-compacting concrete and its indices and then continiues with the explanation of the mix design( the technical criteria), and cluminates with the economical comparison regarding the ordinary concrete and the self-compacting concrete.
CONCLUSION
The self-compacting concrete is an economically and technically appropriate option to produce the precast segments.
KEY WORDS:
Self-compacting concrete,manholes,sewage system,technical and ecomomical investigation
