مبانی گروتینگ و تعمیرات در سازه های بتنی

مقدمه

در طول سال‌ها فعالیت در دفتر فنی، آزمایشگاه، امور طراحی بتن، نظارت بر اجرا و تولید مشاهده شده است که بسیاری از دانش‌آموختگان رشته عمران و پیمان‌کاران ساختمان به ویژه آنان که در پروژه‌های بزرگ عمرانی و صنعتی کار می‌کنند آگاهی اندکی در زمینه روان‌ملات‌ها و ملات‌های مخصوص نصب و تعمیرات دارند. این همکاران در بسیاری جاها مخلوطی از ماسه و سیمان و مواد افزودنی را در هر نوع سازه‌ای که به مخلوط‌هایی این چنین نیاز دارد به عنوان ملات پرکننده فضاهای خالی به کار می‌برند. اشکالی که پیش می‌آید آن است که این‌گونه مخلوط‌ها در روزهای اولیه پس از اجرا و تا مدتی می‌تواند جوابگو باشد و از لحاظ مشخصات مکانیکی نیز مقاومت‌های حداقلی مورد نیاز را تأمین کند اما در درازمدت و پس از حذف آب به علت فرار و هیدراسیون، انقباض‌های حاصل در طی ماه‌ها بعد باعث جداشدگی، ترک‌خوردگی و ضعف عملکرد ملات خواهد شد. در مورد مخلوط‌های غیر پایه سیمان نیز عدم دقت در انتخاب نوع صحیح پلیمر، ساخت و اجرای غلط، آن‌چه را که موردنظر طراح سازه بوده به دست نمی‌دهد. در حالی که کارشناسان این رده از کارها باید با استفاده از افزودنی‌ها و انواعی از پلیمرهای جدید که اکنون به بازار آمده فن‌آوری مصالح و مواد ساختمانی را روزآمد کنند و بدین ترتیب دوام و پایداری سازه‌های صنعتی و ساختمانی را بهبود بخشند. یکی از مصالح ناشناخته یا کمتر شناخته‌شده در ایران روان‌ملات‌ها‌یی هستند که در نصب ستون‌ها، تجهیزات و پایه‌های تأسیسات در خشکی و آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. دسته‌ی دیگر ملات‌هایی هستند که به منظور بازسازی و تعمیر سازه‌های آسیب‌دیده به‌کار می‌روند. این ملات‌ها مخلوطی بر پایه‌ی سیمان یا پلیمرهای محلول در آب و اپوکسی هستند که با توجه به شرایط کار و عملکرد موقت یا طولانی مدت سازه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در این کتاب ابتدا به روان‌ملات‌های بدون انقباض مخصوص نصب و تزریق پرداخته شده و سپس به دلیل تمایز این ملات‌ها با ملات‌های تعمیراتی، شرح مختصری در بخش دوم از این نوع‌ها داده شده است. گرچه بحث مربوط به مصالح مناسب تعمیرات و اجرا مفصل است و مجال دیگری می‌طلبد.

آگاهی کم بعضی مجریان نصب پایه ستون‌ها و تجهیزات در پی‌سازی و استفاده از روش‌های نامناسب نصب نیز از ضعف‌هایی است که باعث تعمیرات مکرر در این سازه‌ها می‌شود. بخصوص در نصب تجهیزات لنگردار، پمپ‌ها و ماشین‌های ضربه‌زن، که در این مورد توضیح مختصری داده شده است.

این کتاب مجموعه‌ای ویراسته از یادداشت‌هایی است که در طول بیش از 30 سال تجربه و مطالعه در زمینه‌ی طراحی مخلوط‌های سیمانی، ملات‌های خاص، نحوه‌ی اجرای انواع گروت‌ها و تعمیر و بازسازی سازه‌های بتنی فراهم آمده. امید است برای همکاران دست‌اندرکار در پروژه‌های صنعتی و ساختمانی مفید واقع شود. فن‌آوری ساختمان و پیشرفت علوم در شیمی ساختمان و مصالح، هر روز دست‌آوردهای جدیدی را عرضه می‌کند. بدیهی است آن‌چه در این کتاب آمده از اطلاعات و تجربیات دهه‌های اخیر کسب شده و ممکن است سرعت پیشرفت علوم جدید این داده‌ها را تغییر دهد. امید است بتوانیم در ویرایش‌های بعدی چنان‌چه مطالب جدید و تجدیدنظر شده‌ای اعلام شد مورد بحث قرار دهیم.

ویرایش این کتاب توسط برادر ارجمند آقای کمال شاکری صورت‌گرفته که با صرف وقت و دقت‌نظر اشتباهات اینجانب را در نگارش اصلاح نموده‌اند. مراحل تایپ، بازخوانی، جایگذاری اشکال و تنظیم متن را همکار محترم خانم آزاده صادقی انجام داده‌اند که سپاسگزار هر دو آنان هستم.

در پایان از مدیریت انتشارات ارکان دانش جناب آقای مهندس ترابیان، و پرسنل این مجموعه سرکار خانم مختاری به خاطر هماهنگی مراحل چاپ و بازبینی نهایی کتاب و سرکار خانم حمیده ختمی پناهی که زحمت صفحه­آرایی و ادیت و طراحی جلد کتاب را برعهده داشتند قدردانی می­نمایم.

به منظور جبران کاستی‌ها و رفع اشکالات احتمالی، آگاهی از نقد و نظر صاحب‌نظران و کارشناسان محترم این عرصه موجب نهایت امتنان و سپاسگزاری است.

آشنایی با چند اصطلاح قبل از مطالعه کتاب

گروت (GROUT): مخلوطی از مواد سیمانی، آب و مواد افزودنی با سنگ‌دانه یا بدون آن است که با غلظتی قابل اجرا در محدوده‌ی وسیع روان تا فوق‌روان‌ و بدون رسوب یا ته‌نشینی اجزاء مورد استفاده قرار می‌گیرد. هم‌چنین مخلوطی از دیگر جایگزین‌های سیمان مثل مواد پلیمری با مواد پرکننده و با غلظت مناسب اجرا، می‌تواند از انواع گروت باشد.

بیس‌پلیت (Base plate): صفحه‌ی فلزی زیرستون یا تجهیزات و ماشین‌آلات که نشستن‌گاه آن‌ها است. این صفحه یا مستقیماً روی سطح پدستال بتنی (پی بتنی) در زمان بتن‌ریزی به وسیله‌ی میله‌های جوش‌شده زیر آن کار گذاشته می‌شود یا بعد از سخت‌شدن بتن از طریق انکربولت‌ها و گروتینگ زیر آن به پی بتنی متصل می‌گردد.

خشک‌کوبی (Dry Pack): مخلوط‌ بتن یا ملات که با روش کوبیدن یا فشردن در محل موردنظر اجرا می‌گردد.

گروت پایه سیمانی(Cement base grout): مخلوطی از سیمان پرتلند، آب، سنگ‌دانه و مواد افزودنی معدنی و شیمیایی که با توجه به نوع کاربری و عملکرد مورد نیاز، طراحی می‌گردد.

گروت ‌خشک بسته‌بندی(Ready dry mix grout ): مخلوطی تجاری از سیمان هیدرولیکی، سنگ‌دانه‌ی کاملاً خشک و دیگر اجزاء که به‌صورت مخلوط خشک بسته‌بندی شده و در زمان اجرا تنها به آب نیاز دارد.

گروت پایه اپوکسی(Epoxy grout): مخلوطی تجاری متشکل از جزء اصلی اپوکسی و اجزاء پرکننده و عمل‌آورنده دیگر مثل سنگ‌دانه و ریزذراتی که به کمک فعال‌ساز یا هاردنر به هم پیوند خورده و تشکیل جسم سخت را می‌دهد.

تغییرات حجمی(Volume change): افزایش یا کاهش در حجم به هر علت در مخلوط خمیری یا در جسم سخت شده.

پایداری ابعاد(Dimensional stability): نداشتن هرگونه تغییری در حجم و حفظ ابعاد مخلوط در حالت خمیر قبل از گیرش و در حالت سخت شده بعد از اجرا.

تغییر حجم دمایی(Thermal Volum Change): افزایش یا کاهش حجم به علت تغییرات دمای محیط و یا دمای ناشی از هیدراسیون سیمان و همچنین دمای واکنش در مخلوط‌های پایه اپوکسی.

نشست اولیه ناشی از انقباض(Primary shrinkage): کاهش حجم بتن یا ملات قبل از گیرش نهایی مخلوط. که به دلیل انجام فعل و انفعال‌های اولیه‌ی شیمیایی آب و سیمان و هم‌چنین جذب آب توسط سنگدانه‌ها می‌باشد.

انقباض خشک(Drying shrinkage): انقباض به علت از دست رفتن آب در طول زمان. از دست رفتن آب می‌تواند ناشی از فرار رطوبت یا صرف‌شدن آن در طی هیدراسیون سیمان باشد.

آب انداختگی(Bleeding): کشیده‌شدن خودبه‌خودی آب از بتن یا گروت اجرا شده به سطح آن که از نشست و نزدیک به هم‌شدن اجزاء جامد مخلوط در نتیجه خروج آب از بین آن‌ها ناشی می‌شود.

جمع‌شدگی(creep): تغییر شکل ناشی از بار در طول زمان.

اترینگایت(Etringite): کانی کلسیم‌سولفوآلومینات (3CaO.Al₂O₃ CaSO₄.3O-32H₂O) است که هم در طبیعت تولید می‌شود و هم در نتیجه واکنش سولفات‌ها  از جمله گچ در بتن و ملات بوجود می‌آید. این ماده عامل اصلی در انبساطی است که از طریق سیمان منبسط‌شونده ایجاد می‌شود. تولید این ماده در ابتدا مفید و در ادامه مضر می‌باشد .

مواد جبران‌کننده انقباض(Shrinkage compensating material): مواد معدنی فرآوری یا تکلیس‌شده و یا مواد شیمیایی که با ایجاد انبساط در مراحل مختلف گیرش و سخت‌شدن گروت و بتن، انقباض‌های ناشی از عوامل متعدد را جبران کرده و انبساطی جزئی در محدوده‌ی مجاز استانداردها ایجاد می‌کند.

انبساط مهارشده یا مقید(Restrained Expansion): انبساط ثانوی مخلوط سیمانی سخت‌شده تحت تأثیر مواد جبران‌کننده‌ی انقباض یا سیمان انبساطی که در فضای محصور شده از اطراف و یا مقیدشده توسط شبکه‌ی میلگرد یا بولت، کنترل می‌گردد.

انبساط‌آزاد(Free Expansion): انبساط‌ ثانوی مخلوط سخت‌شده تحت تأثیر مواد جبران‌کننده‌ی انقباض یا سیمان انبساطی که در فضای غیر محصور یا فاقد شبکه‌ی میلگرد و بولت صورت می‌گیرد.

انبساط اولیه یا افزایش ارتفاع در حالت خمیری (Primary Expansion): انبساطی است که قبل از گیرش نهایی (سفت‌شدن) مخلوط سیمانی رخ می‌دهد و باعث عدم انقباض مرحله‌ی خمیری و مقداری انبساط در محدوده‌ی مجاز استاندارد می‌گردد.

جلال شاکری

مهر 1400