تحقیق مقاله اختلاط بتن - از انتخاب مصالح اولیه برای تا سازه نهایی - مشکلات سه راه

توضیحاتی درباره نویسنده مقاله:

آدام نویل یکی از نویسندگان معتبر در رابطه با فن آوری بتن در سطح بین المللی است. وی دارای مدارک.MSC.PHD و DSC  از  دانشگاه لندن و همچنین مدرک DSC از دانشگاه لیدز است. در دوران کار حرفه ای بلند و بر جسته اش، او مهندس هیدرو الکتریک و ایستگاههای نیروی هسته ای بوده، و در دانشکده های زیادی به عنوان ریاست گروه مهندس عمران دانشگاه لیدز، عضو هیئت مؤسس مهندسی و تحقیقات فارغ التحصیلی دانشگاه کالگری ( کانادا) و ریاست دانشگاه داندی در اسکاتلند خدمت کرده است. از سال 1987 دکتر نویل مشاور در امور بتن و سازه بوده و تجربیات قابل توجهی نیز به عنوان یک متخصص در ایالات متحده کپ کرده است. وی نویسنده بیش از 250 مقاله فنی و همچنین نه کتاب درباره بتن، تحلیل سازه و مترهای استاتیک بوده است، معروف ترین کتاب او به نام ویژگی های بتن، به سیزده زبان ترجمه شده و بیش از نیم میلیون نسخه از آن در جهان فروخته شده است. آخرین کتاب او ( 2003 ) به نام نویل و بتن- آزمون انواع رفتارهای بتن است.

سوتیتد:

اکثر مقالات درباره بتن روی یکی از خصوصیات آن توجه دارند، بنابر این تصویر مبهمی از اهمیت پارامترهای گوناگون برای رسیدن به یک سازه بتنی خوب، ارائه می دهند. موضوع این مقاله این است که این هدف با بکارگیری رشته ای عملیات یکپارچه قابل دسترس است و هر کدام از این  عملیات ها بطور خلاصه بررسی شده اند. موارد ذکر شده عبارتند از سیمان در عصر حاضر، انتخاب مواد اولیه برای مخطوط کردن  بتون، استفاده از بیندرها ( ملات) مانند خاکستر بادی و دوده سیلیسی، بتن خود سفت شد و سازه پایدار مقاله حاضر همچنین نگاه هایی به جنبه های خاص بتن پیش ساخته دارد.

متن:

تمام مقالات بتن تنها یک هدف دارند:‌  دستیابی به یک سازه رضایت بخش،‌ یعنی سازه ای که سالم و پایدار باشد. متأسفانه با وجود انتشار هزاران مقالات پژوهشی در سال، در بسیاری از سازه ها،‌ به خوبی که باید باشد نیست. این مقاله قصد دارد تا به توضیح این وضعیت بپردازد.

مقاله حاضر امیدوار است با نشان دادن کم کاری در زمینه ساخت و ساز با بتن بتواند خوانندگان را در  پیشبرد راهکارهای مختلف یا حداقل در نگرش دوباره به قصور در بتن کمک کند.

بنابراین از صمیم قلب از هر گونه کلمات و الفاظ تندی که بکار برده ام، پوزش می طلبم. این مقاله یک جنبه خاص دارد که آن را از دیگر مقالات متمایز می کند و به یک موضوع می پردازد و اهمیت آن را نشان می دهد، این مقاله تمام زوایای ساخت بتن را نشان می دهد.

ماهیت مساله

چرا بتن در بسیاری از سازه ها به خوبی که باید باشد نیست؟ اول اینکه یک سری تحقیقات دانشگاهی نامتجانس در شرایط مفید واقعی و روی نمونه های مصنوعی برای پژوهش در آزمایشگاه انجام می شوند و از طرفی این آزمایش ها توسط افرادی بعمل می آیند که هیچ تجربه ای از شرایط واقعی در زندگی ندارند. در تجربیات آنها، رشته متغیرها بسیار محدود است شرایط آسیب رسان بطور غیر واقعانه ای مبانعه می شوند تا رسیدن نتیجه سرعت داشته باشند، از تغییر شکل در بتن بر اثر انقباض یا دم هم با استفاده از نمونه های کوچک و دیگر محدویت های ساختگی جلوگیری می شود.  بیشتر دانشگاهیان علاقه ای به تحقیق و بررسی  در یک پروژه واقعی ندارند و ترجیح می دهند در یک آزمایشگاه با تهویه هوای عالی بمانند و چکمه و کلاه ایمنی بپوشند.

دوم اینکه دانشجویان دوره لیسانس مهندسی عمران کمتر چیزی در باره بتن به عنوان یکی از مصالح یاد گرفته اند. بنابر این وقتی پس از فارغ التحصیلی و شروع به کار با مهاسبات طراحی بخصوص محاسبه به حالت کامپیوتری درگیر می شوند. کمیت های  ثابتی برای خصوصیات بتن در نظر می گیرند. کمیت هایی چون ضریب ارتجاعی، جمع شدگی بتن در اثر از دست دادن آب، ضریب خزش، انبساط حرارتی و دیگر کمیت ها، آنها به ندرت از خود درباره اینکه آیا یک مخلوط واقعی با کمیت های در نظر گرفته شده با محاسبات طراحی مطابقت دارند یا خیر، سئوال می کنند. در واقع کمتر کسی به اینطور سازگاری ها توجه دارد.

سوم اینکه رویهمرفته، نیروی کار در تولید بتن که شامل پیمانه کردن، مخلوط کردن، حمل و نقل، بتن ریزی، متراکم کردن، پرداخت و پروراندن بتن است، از نیروهای کار در دیگر زمینه ها از قبیل چوبکاری، نجاری، کارهای الکتریکی، لوله کشی یا حتی آجر چینی، تحصیلات و دوره های آموزش کمتری دارند.

منظورم این نیست که همه بتن کارها بی کفایت هستند. هر قدم در تولید بتن می تواند در محصول نهایی تأ ثیر مستقیم بگذارد. بنابر این بسیاری از سازه های بتنی کامل نیستند و به همین خاطر مدت اندکی پس از تکمیل سازه  احتیاج به تعمیر و باز سازی  پیدا می کنند.

شاید استباه کوچکی در کار باشد. کیفیت کار نه تنها به شایستگی  نیروی کار، بلکه به کیفیت و وقت در نظارت نیز بستگی دارد. وقتی جوان بودم، مهندس ناظری سراغ داشتم که اغلب تمام وقت کار می کرد و با چشمان تیز بین که داشت جلوی هرگونه شلختگی و ناهماهنگی در کار را می گرفت. چنین نظارتی گران بود. اما قیمت هایی کارفرما به قدری بود که هزینه ها را پوشش دهد. رقابت شدید در پروژه های طراحی  به همراه نسخ قیمت های مصوب، باعث کاهش قیمت ها شد و اولین قدم در صرفه جویی مالی، صرفه جویی در نظارت بود.

پروسه بی عیب ونقص

موضوع تمام گله و شکایت من این است که دستیابی به یک بتن خوب باید یک پروسه بی عیب و نقص باشد. گاهی اوقات ایراد در کار دیده می شود، گاهی هم مخفی است و کسی از آن چیزی نمی داند تا اینکه اتفاقی بیافتد و تحقیقات پس از آن شروع شود.

در زمینه بتن های تقویت شده و پیش تنیده، معلوم کردن اینکه درون هر قطعه چطور است مشکل  می باشد بخصوص پس از گذشت زمان، درساده ترین نوع یک بزرگراه یا یک پیاده رو، به ندرت ضخامت بتن کنترل می شود، یا اینکه اخیراً‌ روشهای الکترونیکی نوینی برای این کار در دست است. سیستم های قدیمی مغزه هی مخرب هستند.

باز بینی  درجه تراکم و میزان کمبود بافت کندویی یا حفره های ریز هوا رایج نیستند، فقط  بخاطر اینکه آسان نبوده و وقت گیر هستند. با اطمینان از اندازه صحیح میلگردها، می توان پی به وضعیت میلگردهای تقویتی برد. اما پس از آن هم الزاماً مطمئن نیستیم که فولاد مناسب استفاده شده است یا خیر. موقعیتی را سراغ داشتم که در آن کد گذاری فولاد بوسیله رنگ ها اشتباه شده بود و در نتیجه از شماره فولاد اشتباه استفاده شده بود.

بتن با تکنیک ضعیف

بتن یکی از آن مصالح عجیب و غریب است که هم تکنیک بالای آن هست و هم تکنیک پائین آن، این مثل یک تضاد است چون بتن از ساده ترین مصالح است و یک فرد خیابانی هم بدون داشتن کمترین دانش فنی می تواند آن را درست کند. بتن مصالحی است که انتظار می رود خصوصیات منحصر بفرد خود را داشته باشد. این یک پیشرفت است که در زمان زندگی من اتفاق افتاده است و چنین پیشرفتی الزاماً نمی تواند نتیجه معکوس داشته باشد مثلاً با تغییر ماشین آلات کمتر از یک قرن پیش این ماشین ها هستند اما به اندازه وزنشان به قیمت طلا می ارزند. همه ساله صدها میلیون ماشین وارد بازار می شوند که بصورت خارق العاده ای توسط ابزار الکترونیکی کنترل شده و با روباتهای کوچک و بزرگ اجرای کار می کنند.

البته ما هنوز در موقعیت مدرنی نیستیم که سیستم فقط شامل یک انسان و یک سگ باشد. چرا سگ؟ چونکه به انسان اجازه دخالت در کار ماشین را ندهد. و چرا یک انسان؟ چون به سگ غذا دهد.

اجازه دهید تا تغییرات در بتن را با دقت شرح دهم. روزهایی را به یاد دارم که بتن با قوطی های 1 فوتی پیمانه می شدند و این قوطی ها با شن یا قلوه سنگ یا سیمان پر می شدند. در واقع یک کیسه 5/42 کیلویی حدود 028/0 متر مکعب سیمان داشت. در یک کار کوچک، پیمانه کردن با یک بیل انجام می شد: کمی سیمان، کمی شن و کمی قلوه سنگ. اصل و مبدإ مخلوطهای 1:2:4 یا 3: 5/1 :1 همین روش است.

این مصالح احتیاج به شن تمیز وگرد، و قلوه سنگ های ریز که از نزدیک ترین رودخانه تهیه می شوند، داشتند. در صورت امکان جدا سازی قلوه سنگ های بزرگ از کوچک بسیار خوب بود. آب نیز برای تولید مخلوطی که تراکم را ساده کند اضافه می شد.

نکته قابل توجه این است که این نسبت 5/0 آب - سیمان نسبت خوب  و مناسبی بود و بطور قابل ملاحظه ای بتن خوبی  از آب در می آمد. بعضی قطعات مانند دیوارها، کف ها وحتی تیرهای پل ها تا امروز باقی مانده اند.

به نسبت آب - سیمان (w/c ) اشاره کردم. این موضوع در دهه دوم قرن بیستم توسط آبراند در ایلات متحده و فرت در فرانسه گسترش یافت، اما این نسبت یک پارامتر کار بردی نبود. در واقع به نظر من امروز نسبت w/c نمی تواند یک پارامتر ابتدایی به شمار آید. این حرفها شاید من را مورد لعنت و استهزاء همه قرار دهد ولی در قسمتهای بعدی دلایلم را ارائه خواهم داد.

تمام اینها در باره سیمان با تکنیک پایین بود. با اینکه امروزه بتن را بصورت فله پیمانه نمی کنیم اما برای مقاصد زیادی از این طریق بتن رضایت بخش تولید می شود. من این بتن را بتن با تکنیک پایین نام گذاری کرده ام.