پایان نامه اجرای اسکلت بتنی

سیمان[1]

تاریخچه سیمان:

سال 1975 میلادی، درساحل جنوب غربی انگلستان بنایی به نام «جان اسمیتون» برای اولین بار خواص شیمیایی آهک[2] پی برد.

سال 1824، میلادی در شهر لیدز انگلستان، یک معمار انگلیسی به نام «ژوزف آسپرین) سیمان پرتلند را به ثبت رساند.

قبل از کشف سیمان، از مالتی به نام «ساروج»[3] استفاده می شده و طرز کار این نوع ملات، شبیه سیمان امروزی بوده است.

سیمان، درسراسر جهان، بدلیل آن که پس از ریختن در بتن، به رنگ خاکستری سنگهای صخره های جزیره پرتلند در می آید، به نام پرتلند، معروف گردیده است.

تعریف: ماده ای که در اثر تماس با آب، دانه های شن و ماسه موجود در بتن را در هم می چسباند و آنها را به صورت یکپارچه درمی آورد، سیمان می‎نامند. بیشترین مواد تشکیل دهنده سیمان، آهک بوده و پس از آن سیلیس (SiO2) درصد بیشتری نسبت به سایر موارد را دارا می‎باشد.

تولید سیمان

مصالح خام[4] مورد نیاز در تولید سیمان را تهیه نموده و بصورت پور در آورده، سپس آنها را به نسبت های معینی با یکدیگر مخلوط می کنند.

مصالح خام پودرشده، به دو روش، مخلوط می گردند:

الف) روش خشک: در این روش،  مصالح خام پودر شده، بصورت خشک مخلوط می‎شوند.

ب) روش تر: دراین روش، مصالح خام پودر شده، بصورت خیس مخلوط می گردند.

پس از اینکه  مصالح بصورت «خشک» و یا «تر» مخلوط گردید، وارد کوره می‎شود، (حرارت داخل کوره 1400 تا 1650 درجه سانتی گراد است) در این درجه حرارت فعل و انفعالات خاصی صورت می‎گیرد و در نتیجه آن کلوخ های سیمان تولید می‎شود. پس ازسرد شن، کلوخ های سیمان، آسیاب می گردند و سپس مقدار کمی گچ به آن اضافه می کنند تا مدت زمان لازم برای گرفتن بتن، تنظیم گردد، مخلوط حاصله را حرارت داده و سپس آسیاب می کنند. در نهایت پودر حاصل را «سیمان» می‎نامند.

انواع سیمان پرتلند فرعی

الف) سیمان پرتلند هواتپان= حباب زا

ب) سیمان پرتلند سفید= سیمان سفید

ج) سیمان پرتلند رنگی= سیمانهای رنگی

                                                            1) سیمان چاههای نفت

د) سیمان های پرتلند مخصوص   2) سیمان پلاستیک= سیمان خمیری

                                                3) سیمان ضد آب= سیمان آب بند=سیمان آب دور کننده

الف) سیمان پرتلند هواتپان= حباب زا

سیمان پرتلند حباب زا نوع IA= آسیاب+ درصد کمی از مواد اضافی مناسب[5] + کلینکر سیمان پرتلند تیپ I

سیمان پرتلند حباب زا نوع IIA= آسیاب+ درصد کمی از مواد اضافی مناسب+ کلینکرسیمان پرتلند تیپ II

سیمان پرتلند حباب زا نوع IIA= آسیاب + درصد کمی از مواد اضافی مناسب+ کلینکر سیمان پرتلند تیپ III

خصوصیات و ویژگیهای سیمان پرتلند هواتپان در بتن

پایین آوردن اصطکاک داخلی بتن

نفوذ ناپذیری

مقاومت در مقابل یخ زدگی، تورق، تغییر حجم

نیاز به آب کمتر

مقاومت خمشی و سایشی

ب) سیمان پرتلند سفید= سیمان سفید

سیمان سفید= مواد متشکله سیمان پرتلند نوع I+ خاک رس چینی (کائولن+ گچ نوع بسیار اعلا

کاربرد: 1- اندود نمایی روی دیوارهای خارج ساختمان (سطح بیرونی دیوارخارجی ساختمان)

2- کارهای تزئینی دیوارهای داخلی و سطح داخلی سقف

نکته 1: «گچ» و «خاک رس» مورد نظر، عاری از ناخالصی های رنگی از قبیل اکسید منیزیم و اکسید آهن باشند.

نکته 2: بدلیل اینکه وجود خاکستر در زغال ، رنگ سیمان را تیره می کند، سوخت کوره، از مواد روغنی انتخاب میشود.

ج) سیمان های پرتلند رنگی= سیمانهای رنگی

سیمان رنگی= 5/2 تا 10 درصد از مواد رنگی مناسب + سیمان سفید

کاربرد: 1- خشت های موزائیک رنگی

          2- اندودهای خارجی ساختمان

          3- کارهای تزئینی

          4- پاسیوسازی و …

د) سیمان پرتلند مخصوص

سیمان چاههای نفت

سیمان پلاستیک

سیمان ضد آب

سیمان چاه های نفت:

خاصیت ویژه این نوع سیمان، خودگیری مطلوب، در درجه حرارت زیاد می‎باشد.

توجه: در فضای داخل چاه نفت. حرارت زیادی وجود دارد.

2) سیمان پلاستیک= سیمان خمیری

سیمان پلاستیک = آسیاب + مواد روان کننده مناسب (حداکثرتا 12% حجم کل) + سیمان پرتلند I و یا II

کاربرد: جهت تهویه ملات  واندود خارج و داخل ساختمان استفاده می‎شود.

3) سیمان ضد آب= آب بند= آب دور کننده

سیمان ضد آب= آسیاب + مواد مناسب[6] آب بند و یا آب دور کننده + کلینکر سیمان

نکات مربوط به سیمان

چنانه در سیمان، «آهک» بصورت «آزاد»  وجود داشته باشد، سیمان سالم نیست.

«آهک» بصورت «آزاد» درسیمان، در هنگام تماس با آب منبسط می‎شود.

«آهک» بصورت «آزاد» در سیمان، باعث تجزیه سیمان می‎شود.

سیمان به کاررفته در بتن، 28 روز پس ازمصرف، 90 درصد مقاومت خود را بدست می‎آورد و 10 درصد باقی مانده، پس از گذشت 20 تا 25 سال بدست می‎آید.

تا 28 روز پس از مصرف، به سیمان آب بیشتری برسد، مقاومت آن نیز بیشتر خواهد شد (آب به سیمان مصرف شده به گرفتن سیمان بطریق شیمیایی (تبلور) کمک میکند)

مدت زمان تغییر وضعیت سیمان، از حالت خمیر تا حالت جامد را زمان گیرش (زمان سفت شدن) سیمان می‎نامند.

زمان گیرش سیمان، توسط دستگاه «ویکات» با سوزنهای نفوذی در دفعات متعدد، اندازه گیری می‎شود.

مقاومت سیمان در مقابل نیروهای «فشاری»‌ ، «کششی» و «زمان خودگیری» و همچنین «سلامت سیمان» ، مورد آزمایش قرار می‎گیرد.

نمونه های مختلف سیمان، در شرایط یکسان، از نظر دانه بندی نیز مورد آزمایش قرار می‎گیرد.

نیم ساعت، پس از مخلوط سیمان با آب، گیرش آن شروع شده و پس از یک ساعت ، خودگیری آن کامل می شود، بدین علت، آزمایش زمان گیرش خمیر سیمان را تا یک ساعت تعیین کرده اند.

آزمایش سیمان

سلامت سیمان

زمان گیرش سیمان

1) سلامت سیمان

برای آزمایش سلامت سیمان، مقداری از سیمان را روی شیشه تمیز به شکل مخروط ناقص به بلندی 75 میلیمتر و به قطر 12 میلیمتر درست کرده، آنرا به مدت 24 ساعت در معرض هوای مرطوب قرارداده، بتدریج حرارت را بیشتر می کنیم و به همین حالت به مدت 5 ساعت نگه می داریم.

نتیجه آزمایش: اگر سیمان مورد نظر به شیشه چسبیده و کوچکترین اثر تجزیه (انبساط و ترک) در آن مشاهده نگردد سیمان سالم است.

2) زمان گیرش خمیرسیمان

همانگونکه در نکات مربوط به سیمان نیز اشاره شد، زمان  گیرش سیمان، توسط دستگاه «ویکات» با سوزنهای نفوذی در دفعات متعدد، اندازه گیری میشود.

مقدمات آزمایش: جهت آزمایش، ابتدا با استفاده از ترازو، 300 گرم سیمان را وزن کرده سپس با 90 گرم (90 سانتی متر مکعب) آب مخلوط نموده و برای ایجاد حالت خمیری، آنرا ورز می‎دهیم. روی شیشه، ظرفی با حجم مخروط ناقص لاستیکی را قرار داده سپس خمیر سیمان ساخته شده را درون ظرف مورد نظر، (با استفاده از کاردک) قرار داده و به حالت کاملاً فشرده جاسازی می نماییم.

مراحل آزمایش

ظرف محتوی خمیر سیمان را زیر سوزن[7] دستگاه قرار می‎دهیم (مطابق شکل).

25 دقیقه پس از شروع مخلوط سیمان با آب، سوزن ویکات را به حرکت در آورده و میزان نشست سوزن در خمیر سیمان را از صفحه مدرج دستگاه قرائت کرده، اندازه آنرا یادداشت می کنیم.

مرحله دوم آزمایش را 7 مرتبه، تا مدت 35 دقیقه (از هر 5 دقیقه، یکبار) تکرار و ثبت می کنیم، بطوری که محل نشست سوزن ویکات را در هر مرحله تغییر می‎دهیم (فاصله نشست سوزان را در هر مرحله با مرحله قبلی، یک سانتی در نظر میگیریم).

توجه: مجموعا از شروع مخلوط سیمان با آب تا پایان آزمایش، 60 [8] دقیقه به طول می‎انجامد.

ماشین آلات بتن سازی

تعریف: دستگاههایی که اجزا تشکیل دهنده بتن را مخلوط کرده و جسم همگن و یکنواختی تحت عنوان بتن را تولید می نمایند، ماشین آلات بتن سازی می‎نامند.

بیل

بتونیر

بتن ساز مرکزی= سانترال بتن= بچینگ

بیل: قدیمی ترین و ساده ترین وسیله بتن سازی، بیل نام دارد.

توجه: جهت حمل بتن ساخته شده با استفاده از بیل، ازفرقون استفاده می‎شود.

2) بتونیر: بتونیرها دستگاههای کوچکی هستند که در کارگاه جهت ساخت بتن مورد استفاده واقع می‎شوند. با نیروی موتور کوچکی که روی بتونیر نصب است، مخزن آن حول محور خود (که با افق زاویه کوچکی می سازد) ، به چرخش در می آید، و محتویات داخل مخزن که همان مصالح ساخت بتن (یعنی ماسه، شن، سیمان و آب) می باشد، مخلوط شده و بتن ساخته می‎شود.

ترتیب ریختن مصالح در داخل دیگ (مخزن):

در مرحله اول «نصف اول» مورد نظر را در درون خود می ریزیم (بدلیل اینکه سیمان و مواد ترکیبی به پره های مخزن نچسبد)

ماسه و شن را در داخل مخزن بتونیر می ریزیم تا خاک سطح شن و ماسه شسته شود.

درمرحله سوم،  سیمان مورد نیاز را داخل مخزن بتونیر می ریزیم.

در این مرحله،  کل آب مورد نیاز (آب باقی مانده) را در درون مخزن می ریزیم.

حدود 60 تا 90 ثانیه، مخزن (دیگ) در حال دوران قرار می‎گیرد. پس ازمراحل پنج گانه فوق، بتن آماده حمل جهت بتن ریزی است.

توجه: بتونیرها با ظرفیتهای مختلف 100 لیتر تا 800 لیتر و حتی تا 1000 لیتر نیز در بازار یافت می‎شوند.

توجه: جهت عمل بتن ساخته شده با استفاده از بتونیر، از دستگاهی بنام دامپر استفاده می‎شود.

3- دستگاه بتن ساز مرکزی = بتن ساز ثابت= سانترال بتن= بچینگ (Batching)

از این دستگاه جهت مصرف زیاد بتن استفاده می‎شود. ظرفیت این دستگاه در هر بار بتن سازی، در حدود  می‎باشد.

جهت جادادن بتن، در مخزن ماشین حمل بتن (تراک میکسر)، ماشین مورد نظر، زیرقیف این دستگاه قرار می‎گیرد (این دستگاه روی پایه های بلند قرار می‎گیرد).

آئین نامه BS انگلستان تحویل گرفنت بتن بوسیله کامیون (تراک میکسر)، تا محل مصرف را 120 دقیقه مجاز دانسته و مطابق آئین نامه ASTM ، این زمان به 90 دقیقه تقلیل می یابد. زمان های تعیین شده جهت پیش گیری از تبخیر آب بتن و پایین آمدن کارایی بتن می‎باشد.

توجه: خمیر کردن مجدد و یا به بیان دیگر اضافه کردن دوباره به بتن مجاز نمی باشد.

توجه: بتن ساز مرکزی کوچک، در ظرفیت بیشتر از بتونیر وجود دارد که در کارگاههای بزرگ استفاده می‎شود که انتقال بتن ساخته شده توسط جام بتن با دستگاه «تاور کردن» در ارتفاعات ساختمان جابجا می‎شود.

نکات مربوط به زمان بارگیری تا زمان تخلیه بتن، توسط تراک میکسر

همانگونه که در بخش «بتن ساز مرکزی» نیز اشاره شد، زمان تولید تا حمل نهایی توسط این دستگاه مطابق آئین نامه BS انگلستان 2 ساعت و مطابق آئین نامه ASTM آمریکا، 5/1 ساعت، تعیین شده است.

ماشین بتن کش گردان قادر است 10 تا 20 تن بتن را از محل تولید تا محل مصرف، جابجا نماید.

پره های درون مخزن بتن، باعث بهتر مخلوط شدن بتن می‎شود.

مخزن بتن، از زمان بارگیری تا هنگام تخلیه کامل بتن، دارای حرکت دورانی[9] می‎باشد.

سرعت گردش مخزن بتن، حداکثر 7 دور در دقیقه است.

توصیه آئین نامه ها بر این است که بتن، بصورت نیمه مخلوط از بچینگ[10] ، درون مخزن تراک میکسر تخلیه شود و اختلاط تکمیلی بتن در مخزن تراک میکسر و در هنگام انتقال، صورت گیرد.

پس ازتخلیه بتن، درون مخزن را با فشار آب تمیز، پره های داخل مخزن، کاملاً تمیز و عاری از دانه های بتن می گردند. تا با بارگیری مجدد، باعث افت مرغوبیت بتن جدید نگردد.

5- پمپ هدایت بتن:

تعریف: دستگاهی که بتن را از «تراک میکسر» گرفته و در طبقات مختلف ساختمان (حداکثر ارتفاع 40 متری) و یا بطور افقی به مسافت نسبتا زیادی (حداکثر به طول 400 متری) انتقال می دهد، پمپ هدایت بتن می‎نامند.

توجه 1: در نزدیکی محل مصرف بتن، قیف خروجی تراک میکسر، مقابله دهانه پمپ قرار می‎گیرد و بتن را از ترک میکسر به داخل پمپ ریخته می‎شود و توسط پمپ، بتن به محل مصرف هدایت می‎شود.

توجه 2: هر چه ارتفاع محل مصرف بتن، بیشتر باشد، بایستی از بتن روانتری استفاده شود.

توجه 3: لوله هدایت بتن، از اتصال لوله های به طول حداکثر 4 متر تشکیل می‎شود که این قطعه لوله ها بوسیله گیره های مخصوص به یکدیگر وصل می گردند.

توجه 4: قطر لوله پمپ هدایت بتن، 4 تا 5 اینچ[11] است.

توجه 5: آخرین لوله، از جنس لاستیک نرم که قابلیت مانور فوری می باشد، انتخاب می‎شود.

انواع پمپ: 1) پمپ زمینی: دارای 2 یا 4 چرخ لاستیکی بوده و توسط یک وانت کشیده و به محل بتن ریزی انتقال می یابد.

2) پمپ هوایی: این پمپ روی یک کامیون قرار دارد و لوله ها در موقع استفاده با فشار جک روغنی از یکدیگر باز شده و تا محل مناسب به سمت بالا هدایت می‎شود.

ویبراتور = لرزاننده= دستگاه هواگیری بنت

برای هواگیری[12] بتن از دستگاهی بنام ویبراتور استفاده می‎شود.

هواگیری بتن: لرزاندن و خارج کردن آب اضافی بتن را هواگیری (ویبراسیون) بتن می‎نامند.

توجه 1: با لرزانیدن بتن توسط دستگاه مخصوص (ویبراتور) فضاهای خالی بین دانه های درشت بتن با ریزدانه ها پر می شود، در نتیجه انسجام و وزن مخصوص بتن افزایش می یابد.

توجه 2 : اگر بتن ویبره نشود، آب اضافی درون بتن ، پس از سخت شدن بتن، بخار شده، در نتیجه درون بتن فضاهای خالی بوجود می‎آید یا در اصطلاح بتن «کرمو» شده و در این حالت مقاومت لازم درمقابل نیروهای وارده را نخواهد داشت.

انواع ویبراتور

الف) ویبراتور بنزینی: سوخت این دستگاه بنزین بوده و توسط کشش طناب و یا استارت روشن می‎شود.

ب) ویبراتور گازوئیلی: این دستگاه همان ویبراتور بنزینی بوده و با این تفاوت که سوخت آن گازوئیل می‎باشد.

ج) ویبراتور برقی: این دستگاه با نیروی برق کار میکند. حمل این نوع ویبراتور به دلیل سبکی وزن آن بسیار راحت می‎باشد.

د) ویبراتور بادی

یک ویبراتور از سه قسمت تشکیل شده است:

الف) بخش تولید نیرو

ب) شیلنگ 6 متری

ج) قسمت انتهایی به طول 5/0 متر از جنس فلز، این قسمت وارد بتن شده و لرزش ایجاد می‎کند تا هواگیری صورت گیرد.

توجه 1: فاصله دو محلی که قسمت فلزی ویبراتور داخل بتن می‎شود 25 تا 50 سانتی متری متغیر است.

توجه 2: چنانچه لرزاندن بتن، بیش از حد لازم صورت گیرد، دانه های درشت و ریز از هم جدا شده و بتن یکنواختی خود را از دست می‎دهد (دانه های درشت تر ته نشین می گردند)

توجه 3: قسمت فلزی شیلنگ ویبراتور هنگام لرزاندن نباید به بدنه قالب و به میلگردها برخورد کند.

توجه 4: چنانچه بتن شل باشد، نباید از دستگاه ویبراتور استفاده کرد.

معمولاً عمل تراکم در این حالت، با استفاده از لوله ای به قطر 3 تا 5 سانتی متر که انتهای آن به تیغه به ابعاد 10 سانتی متر عرض و 45 سانتی متر ارتفاع میباشد، ختم می‎شود مجموعا کل ارتفاع تیغه و میله روی آن 180 سانتی متر است. (می‎توان بجای استفاده از تیغه، سرلوله را با ضربه تخت نمود)

نکات مهم بتن ریزی

حداکثر 25 دقیقه پس از آماده کردن بتن و توقف هم زدن بتن، در محل مورد نظر بتن را مصرف می نمایند به بیان دیگر، سعی شود بتن را پس از آماده شدن ، بلافاصله و بدون فوق وقت مصرف گردد.

25 دقیقه پس از ساخت بتن و توقف هم زدن بتن، گیرش  و سخت شدن بتن شروع می‎شود.

بلافاصله پس از ریختن بتن، با ویبراتور و یا با وسایل دستی متراکم شود.

بتن را به آرامی و با احتیاط، ویبره نمایید.

خارج کردن ویبراتور از بتن، قبل از ظاهر شدن شیره بتن (دوغاب سیمان) صورت گیرد.

جهت پر کردن بتن در تمام فضا دور آرماتورها و فضای داخل قالب، بتن بایستی به اندازه کافی روان باشد.

قبل از شروع بتن ریزی، کف و جداره قالب از مواد زائد کاملاً تمیز شود.

برای جلوگیری از چسبیدن بتن به سطح قالب (هنگام باز کردن قالب)،سطح داخلی قالب، به روغن سوخته آغشته شود.

هنگام بتن ریزی سطح میلگردها کاملاً تمیز باشدو از زنگ زدگی، روغن، گل ، غبار و هر موردی که باعث کاهش پیوستگی بتن و میلگرد می شود، عاری باشد.

10- دلیل استفاده از قیف در ستونهای با ارتفاع بیش از 2 متر، جلوگیری از جدا شدن مواد متشکله بتن از یکدیگر می‎باشد.

11- بتن ریزی ستون، درصورتی که ارتفاع ستونها خیلی بلند باشد، مرحله به مرحله صورت می‎گیرد. در این حالت محفظه هایی در جداره خارجی قالب تعبیه می شود، تا بتن ریزی در تمامی قسمت های ستون به  راحتی انجام شود.