بتن مقاوم در برابر سایش

سازه های مهندسی هیدرولیک مانند سرریز سدها و همچنین در مناطق پر ترافیک با آمد و شد زیاد سطوح بتنی تحت سایش قرار دارند. سایش بتن در نتیجه قدرت غیر قابل انکار آب جاری است. مکانیسم خرابی بتن به نوع بارگذاری و شدت آن بستگی دارد. سطح بتنی که در معرض غلتش یا سایش قرار دارد در معرض الگوهای مختلف آسیب قرار داشته، اقدامات پیشگیرانه در مورد آن ضروری است. در اینگونه موارد باید از بتن ضد سایش یا بتن سخت صنعتی استفاده کرد.

قطعات تراورس بتنی در زیر ریل ها نیز الگوهای خرابی سایشی دارند. همانطوریکه گفته شد بار چرخ ها در جاده بویژه در ترافیک سنگین و گاهی چرخ های زنجیری و فولادی و یا از طرف دیگر قرار گرفتن در معرض جریان آب عوامل اصلی سایش بتن هستند. در روسازی های بتنی جاده ها و پارکینگ ها، وزن و نوع چرخ مهم بوده و در مورد سایش با آب سرعت جریان، مقدار و نوع رسوبات داخل آن بسیار مهم می باشد.

کاربرد بتن ضد سایش

به منظور افزایش مقاومت در برابر سایش بتن در اکثر موارد استفاده از سطوح بتنی با رویه سخت مناسب است. با این حال اگر بارگذاری دارای سطوح تیز و یا بارهای ضربه ای باشد، ظرفیت جذب ضربات در بتن نقش مهمی خواهد داشت که می تواند در تضاد با سختی سطح بتن باشد. اصل مهم در ساخت بتن ضد سایشی روش ریختن بتن است. بطوریکه از افزایش ریز دانه ها در سطح بتن در اثر ویبره و لرزش بیش از حد آن جلوگیری شود. همچنین پروراندن بسیار عالی، بطوری که خواص بتن مورد نظر را در مناطق بویژه نزدیک به سطح آن بالا ببرد.

علاوه بر این سطح بتن باید کمترین مقاومت را در برابر حرکت و حمله ساینده ها داشته باشد، سطوحی که تا حد امکان کوچکترین ممانعت در برابر حرکت مواد مهاجم را فراهم می کند. تعیین الگوهای آسیب سایشی بتن از طريق ارزیابی سایش سطح، وضعیت پوسته سیمانی و سنگدانه های نزدیک به سطح بتن انجام میشود. در سایش بتن ابتدا خمیر سیمان هیدراته از بین می رود سپس سنگدانه ها نمایان می شود پس از آن سنگدانه ها نیز سائیده شده و در نتیجه ضخامت کاور روی میلگرد کم می شود که مستعد برای خوردگی خواهد بود.

بتن سنگین

یکی از بتن های مقاوم در برابر سایش، بتن سنگین است. در آن از سنگدانه های سنگین و خرده های فلز استفاده می شود و دارای وزن مخصوص زیاد است. اصولاً هر اندازه که چگالی بتن بیشتر شود مقاومت سایشی آن نیز بیشتر خواهد شد.

بتن مقاوم در برابر سایش، بتنی با مقاومت بالا است و باید حداقل مقاومت فشاری حدود ۵۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع را داشته باشد. سطح بتن را میتوان بطور قابل توجهی در برابر سایش با استفاده از میکروسیلیس در طرح اختلاط و یا پودر سخت کننده سطح مانند اکسید لیتیوم که روی سطح بتن ماله کشی می شود مقاوم تر کرد. به منظور افزایش مقاومت بتن در برابر ضربه باید طاقت و مقاومت خمشی بتن بهبود یابد. این ویژگی را میتوان با استفاده از الیاف های فولادی و پلی پرولین با خواص اصلاح شده HPP در مخلوط بدست آورد.

برای بهبود ظرفیت باربری بتن چه کاری میتوان انجام داد؟

برای بهبود ظرفیت باربری بتن میتوان با مخلوط کردن پلیمرهای شیمیایی ماتریس، خمیر سیمان را مقاوم تر کرد که باعث افزایش چسبندگی به سنگدانه ها هم می شود. این بتن، گاهی بتن سخت صنعتی Hard Concrete هم نامیده می شود.

در روسازی های بتنی با ترافیک سنگین و یا سرریز سدها استفاده از فیبر فولادی و یا HPP بتن با مقاومت فشاری بالا تا حدود ۸۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و مقاومت خمشی زیاد توصیه می شود. در ساخت و طراحی لبه های بتن باید توجه خاص شود، درزهای انبساط در روسازی بتنی جاده ها و یا لبه های سازه های هیدرولیک از این موارد هستند. البته در درزها بتن ضد سایش به تنهایی کافی نبوده باید از پروفیلهای فولادی هم استفاده شود. نکته دیگری که باید در بتن ضد سایش مد نظر قرار گیرد آن است که مقاومت سایش جسم سیمان هیدراته از مقاومت سایشی سنگدانه ها به مراتب کمتر است بویژه وقتی که نسبت W/C بالا باشد. بنابراین در بتن ضد سایش نسبت آب به سیمان نباید از ۰/۳۵ بیشتر باشد.

ساخت بتن مقاوم در برابر سایش (بتن سخت صنعتی)

سنگدانه

سنگدانه ها باید از نوع سخت با مقاومت سایشی زیاد باشند. تمام اندازه های سنگدانه ها تا ۲/۵ سانتی متر مجاز است.

سیمان

کلیه سیمانهای پرتلند سازگار با محیط محل احداث سازه قابل استفاده هستند.

میلگرد

مطابق نیاز های طراحی سازه ای و با رعایت میلگرد گذاری افت و حرارت

پودر افزودنی

پودر دوده سیلیسی به میزان (۸ – ۵) درصد وزن سیمان توصیه می شود. بعلاوه افزودن ۱۵ درصد خاکستر بادی خاصیت ضد سایشی بتن را زیاد تر می کند.

افزودنی شیمیایی

پلیمر متیل متا اکریلات MMA به مقدار (۶ – ۵) درصد وزن سیمان

مقدار آب

نسبت آب به سیمان W/C حداکثر ۰/۳۵ با توجه به وضعیت پروژه

روان کننده

فوق روان کننده بر پایه پلی کربوکسیلات (۱/۶ – ۰/۸) درصد وزن سیمان بر اساس روش بتن ریزی و همچنین نیاز به مقاومت زودرس

ژل افزودنی

میتوان پودر دوده سیلیسی را در روان کننده ریخت و بصورت ژل میکروسیلیس به میزان (۱۰ – ۵) کیلوگرم در متر مکعب بتن استفاده کرد

الياف

الیاف فولادی (۳۰ – ۱۰) کیلوگرم در متر مکعب و یا الیاف HPP

پروراندن

باید از ساعت دوم پس از بتن ریزی، بتن بلافاصله با پاشیدن آب پودری مرطوب نگهداشته شود. این عمل باید تا حداقل یک هفته ادامه یابد.

سخت کردن سطح

در ساعت سوم پس از بتن ریزی ۲۵۰ گرم در متر مربع پودر ضد سایش اکسید لیتیوم در متر مربع سطح بتن پاشیده شده. روی آن در ساعت چهارم ماله پروانه ای Scattering زده شود.

خرابی تراورس بتنی

در اثر حرکت قطار، محل استقرار ریل روی تراورس های بتنی در اثر وجود ذرات ساینده مانند خرده های سنگ و پلیسه در سطح بین ریل و محل نشیمن آن، تراورس دچار سایش شده که به (RSD) معروف است و حتی بالشتک پلاستیکی زیر ریل نمی تواند جلوی وقوع این سایش و تخریب را بگیرد. بتن ضد سایش در اینگونه موارد بسیار کاربرد دارد. عوامل اصلی خرابی محل نشیمن ریل روی تراوری های بتنی عبارتند از:

1. سایش
2. فرسایش در اثر اختلاط مواد ساینده
3. خرابی ناشی از یخ زدگی – ذوب شدگی
4. ترک خوردگی ناشی از فشار هیدرولیکی
5. خردشدگی و لهیدگی بتن

برای جلوگیری از وقوع RSD باید در ساخت تراورس های بتنی از بتن ضد سایش استفاده شود. افزودن ۵/۵٪ پلیمر متیل متاکریلات MMA به بتن میتواند به میزان (۸۰ – ۵۰) درصد جلوی این خرابی را بگیرد.

همچنین استفاده از خاکستر بادی به میزان %۱۵ و میکروسیلیس %۵ مفید است. این تراورس‌های بتنی را باید به مدت (۱۰ – ۷) روز مرطوب و حتی غوطه‌ور نگه داشت. حمام بخار برای بتن ضد سایش مناسب نیست. زیرا با وجودی که مقاومت فشاری بتن را بالا می برد. ولی مقاومت ضد سایشی آن را کم می کند.

آزمایش بتن مقاوم در برابر سایش

آزمایش بتن ضد سایش طبق ASTM C779 روی نمونه‌های بتن ۹۰ روزه و ۵۶ روزه به شکل دال مسطح کوچک به ابعاد ۳۰*۳۰ سانتی متر مربع و ضخامت ۷/۵ سانتی متر انجام می شود. روی این بتن سه دیسک دوار قرار گرفته است. این دیسکها به سرعت می‌چرخند و از سطح بتن براده برداری می‌کنند.

سطح تماس ساینده دیسک ها از ماده کاربید تنگستن است. این ماده سختی بالا و در مقیاس مو MOH اندکی کمتر از الماس بوده و ضد سایش است. هر بخش این تست به مدت ۳۰ دقیقه انجام شده. سپس با میکرومتر مقدار کاهش ضخامت نقاط مختلف سطح بتن اندازه گیری می شود. میانگین آنها ملاک قرار میگیرد که باید در هر مرحله از ۰/۰۲۵ سانتی متر کمتر باشد.