چكيده

صنعت بتن به علل بسيار صنعت پايداري نيست. مصرف حجم بسياري از مواد خام كرة زمين، توليد گازهاي گلخانه اي به علت استفاده از سيمان پرتلند بعنوان چسبانندة اصلي بتن و نتيجتاً افزايش دماي كرة زمين و نيز دوام كم سازه هاي بتني از جمله دلايلي هستند كه بر توليد حاصل از منابع طبيعي اثر منفي دارند.

در اين مقاله، مقصد تشريح موفقيتهاي حاصل از پروژه هاي مهم بتن در ايران، خسارتهاي ناشي از كاربرد بتن كم دوام و دلايل آن، اثرات منفي آن در توسعه، نظراتي چند در جهت افزايش دوام بتن، همچنين جانشينان احتمالي آن در اين صنعت بوده، نيز نقش پژوهش و آموزش در اين صنعت در راستاي نيل به توسعه پايدار، مورد اشاره و بررسي قرار خواهد گرفت.

واژه هاي كليدي:

بتن، توسعه پايدار، دوام بتن، محيط زيست، بتن خرده لاستيكي، بتن كفي و سبك، مصالح سنگي بتن، صفحات (3D)، پانلهاي پيش ساخته.

مقدمه:

مصالح بتني بارزترين سازه ساختماني رايج در ساخت و سازهاي ساختماني فعلي در ايران است و مهندسين ايراني موفقيتهاي بسياري در استفاده از بتن در پروژه هاي بزرگ (ساختمان بيمارستان قلب تهران، ايستگاه N2 متروي تهران، تقاطع غير همسطح قائم مشهد و ... ) بدست آورده اند. ليكن مشكلاتي نيز در رابطه با دوام بسياري از سازه هاي بتني وجود داشته است. دوام ضعيف و غير قابل كنترل و نياز به تعمير و نگهداري سازه هاي بتني، انرژي و منابع اقتصادي فراواني طلبيده و طبيعت و محيط زيست را زايل مي نمايد. همچنين مواد زايد باقيمانده، بار سنگيني براي ادامه زندگي و محل زيست مي باشد. يارانه هاي آشكار و نهان دولتي در بخش انرژي نيز مسئولان را از توجه بيشتر در جايگزيني هر نوع انرژي از جمله بتن باز داشته است.

در جهان امروز بتن به سوي جايگزيني محصولي مناسب، در دسترس و تا حد امكان مصنوعي جهت مصالح سنگي مورد استفاده در بتن سوق داده مي شود. بتن خرده لاستيكي با مزيت ارزاني عايق بودن در برابر صدا و حرارت، همچنين مواد بازيافتي اوليه و كاهش افت و ترك بتن بسيار مورد توجه است. صفحات ساندويچي (3D) نيز از ديگر گزينه هاي جانشين است كه در انسجام و تامين يكپارچگي بنا مناسب به نظر مي رسد. بتن كفي نيز با مختصات كاهش وزن و مقاومت در برابر زلزله و عايق بودن ملحوظ نظر قرار دارد.

بيان مشكل:

«بحران در چرخة حيات و افزايش جمعيت كرة زمين از اثرات پيشرفت تكنولوژي است. آلودگي بسيار در محيط زيست بر اثر روند فزاينده مصرف مواد خام موجود در طبيعت و تبديل آن به مواد مصرفي از جمله مشكلاتي است كه اغلب صنايع از جمله صعنت ساختمان داراست و اين صنعت به عنوان مصرف كننده 40% از مواد طبيعي زمين مقام اول راد ارد و بتن در نقش برترين مصالح ساختماني شاگرد اول اين كلاس است.

اين مشكل مسئله نوظهوري نيست، لاكن در كشورهاي در حال توسعه نظير ايران بجهت رشد بي رويه جمعيت و سرعت در روند صنعتي شدن، وخامت اوضاع را افزوده و چنانچه تدابير اساسي انديشيده نشود، چرخه زندگي دچار مخاطره مي شود.» (سخراني دكتر هرمز فاميلي - ارديبهشت ماه 1384 ص 9)

تعريف  توسعه پايدار:

«كميسون جهاني محيط زيست و توسعه WCED در سال 1978 توسعه پايدار را چنين تعريف نمود:

(توسعه اي كه پاسخگوي نيازهاي حاضر باشد بدون اينكه بر توانايي نسل هاي آينده براي تامين نيازهاي خود تاثير منفي داشته باشد.)

سمنيار «كره زمين» در سال 1992 در ريودوژانيرو مفهوم توسعه را بصورت زير بيان نمود:

(فعاليتهاي اقتصادي كه با چرخة حيات جهاني هم آهنگ باشد.)

تعريف Mehta در سمينار Concrete Technology for Sustainable Development (فناوري بتن در توسعه پايدار) نيز چنين است:

(تا حد امكان از نعمت هاي خوب و مواد اوليه كرة زمين بهره برداري شود و كمترين مقدار مواد زيان آور به آن بازگردانده شود.)

وي همچنين توسعه پايدار را برقراري تعادل ميان دو نياز هم ارز اجتماعي يعني تامين ساختمانهاي مورد نياز و حفظ منابع طبيعي و محيط زيست مي دانند

توسعه پايدار و فن آوري بتن:

در ايران در دو دهه اخير رشد فزاينده اي در ايجاد ساختمانهاي زيربنايي بوجود آمده است. بتن اصلي ترين مصالح بكار رفته در اين ساختار بوده است. افزايش ميزان توليد و مصرف ساليانه سيمان پرتلند (32 ميليون تن) حاكي از گسترش صعنت بتن و نقش برجسته آن در توسعه پايدار كشور مي باشد. بر اساس نظريه P.K. Mehta ايجاد توسعه پايدار در زمينه تكنولوژي بتن سه اصل اساسي را در بر مي گيرد:

1 – حفظ مواد خام توليد كنندة بتن.

2 – ارتقاء دوام سازه هاي بتني.

3 – ديد منابع جامع در پژوهش و آموزش در زمينه فناوري بتن.» (دكتر فاميلي- دانشگاه علم وصعنت تهران- بهار 84 ص 11)

حفظ منابع طبيعي براي توليد بتن:

«مواد اصلي تشكيل دهندة بتن، سنگدانه ها، سيمان و آب است. با استفاده از فناوري سازگار با محيط زيست ميتوان مقادير قابل توجهي در مصرف اين مواد طبيعي صرفه جويي نمود. در تايوان، از مواد حاصل از خرد نمودن بتن ساختمانهاي تخريبي براي ساخت بتن هاي خود تراكم با مقاومت فشاري 210 تا 350 kg/cm² استفاده شد. گزارش شده است كه سنگدانه هاي حاصل از خرد نمودن بتن داراي ويژگيهاي مشخص شده در آئين نامه (33ASTM c) مي باشد، و تفاوت بتن حاصله از اين سنگدانه ها با سنگدانه طبيعي بسيار كم است. آب بازيافت شده از كارگاههاي بتن آماده نيز به نحو مطلوب و رضايت بخش جايگزين آب تازه براي مخلوط بتن بكار رفته است. در ايران نيز بعد از جنگ تحميلي از بازيافت مصالح ساختمانهاي ويران شده براي ساخت بتن استفاده شده است، ولي رويهمرفته چندان موفقيت آميز نبود. ظاهراً فراواني و در دسترس بودن سنگدانه طبيعي در ايران اين روش را چندان مطلوب نمي نمايد، گر چه در بازيافت ديگر زباله هاي صعنتي همچون شيشه، كاغذ؛ فولاد و پلاستيك به موفقيتهايي دست يافته ايم.

در بسياري از صنايع، مواد زايدي ايجاد مي شوند كه غير قابل برگشت به توليد اصلي و صعنت مادر است، اما برخي مواد مانند پوزولانها كه در كشور بصورت انبوه وجود دارند را مي توان با هزنيه اندك بعنوان بخشي از سيمان جايگزين كرد كه اگر اين مواد بعنوان مواد خام در صنعت بتن استفاده شود، بدون شك در جهت قانون طلايي توسعه پايدار گام مهمي برداشته مي شود. در حال حاضر اين مواد بصورت بازيافت در توليد سيمانهاي آميخته در صنايع بتن و سيمان كشور متداول است. در بسياري از كشورها تا 60% اين پوزولانها در چرخة صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد، لاكن مقدار درصد مصرفي آن در صنايع كشور ما متاسفانه پائين است، (10% درصد) كه نمي توان آنرا در جهت توسعه پايدار تلقي نمود. P.K Mehta در يك پژوهش موفقيت آميز بتني را براي عمر 1000 ساله در فنداسيون يك معبد در هاوايي طراحي نمود. در پژوهش طرح سد جگين در استان هرمزگان از سيمان آميخته با پوزولان طبيعي خاش بتن غلطكلي توليد و  استفاده مي شود كه كمك قابل توجهي به حفظ محيط زيست و منابع طبيعي كشور مي باشد. سيمان هاي جديدي مانند ژئوپليمرها و فسفات منيزيم نيز توسعه يافته اند كه از لحاظ مصرف انرژي بازده بهتري داشته و با محيط زيست سازگارند و كاربرد وسيع آنها مي تواند با اهداف توسعه پايدار همسو باشد. بر اساس تحقيقات، اين سيمانها نسبت به سيمان پرتلند خواص بهتري داشته و مقاومت اوليه بيشتري دارند. ثبات حجمي آنان عالي و دوام آن بالاتر، همچنين مقاومت بيشتر در برابر آتش دارند. روش توليد آنها نيز آسان است.

بجاست بخشي از سرمايه گذاري در صنعت سيمان به توسعه اين مهم كه از اميتاز قابل توجهي بويژه از نقطه نظر حفظ محيط زيست برخوردار است، اختصاص يابد.» (دكتر فاميلي، پائيز 1384 ص 10) 

بهبود دوام بتن در سازه هاي بتني:

«از بدو ابداع سيمان پرتلند درسال 1756 توسط Smeaton تا اواخر قرن بيستم عمده تحقيقات در بخش بتن معطوف به افزايش مقاومت و كاهش مصرف انرژي لازمه بوده، و دوام بتن كمتر مورد توجه قرار داشته است. فرض اوليه بر اين بوده استكه مخلوط سنگدانه و سيمان و آب بعنوان بتن، هر گونه شرايط محيطي و جغرافيايي را بدون نياز به تعمير و نگهداري تحمل مي نمايد، اما هزينه سنگين تعمير و بازسازي سازه هاي بتني خلاف اين امر را مسجل نمود، مثلاً در سال 1990 در بررسي پلهاي برزگراه هاي امريكا خسارت وارده بيش از 20 ميليارد دلار بوده است. اين معنا مسئله تدوام بتن را به طور جدي مورد توجه قرار داد.

خوردگي ميلگردهاي فولادي، چرخه هاي يخ زدن و آب شدن، واكنشهاي قليايي سنگدانه ها و حمله سولفاتها از عمده دلايل از هم پاشيدن سازه هاي بتني مسلح مي باشند.

Mehta در بررسي تجارب كارگاهي نشان داد كه در كليه موارد فوق نفوذپذيري و اشباع شدن با آب از پيش نيازهاي عمده براي مكانيزم مسئول در انبساط و ترك خوردن بتن مي باشد، بنابراين آب بند نمودن بتن، خط مقاوم دفاع در برابر محيط هاي مهاجم خواهد بود.

Burrows نيز دو عامل عمده ترك خوردگي بتن يعني انقباض حرارتي و جمع شدگي ناشي از خشك شدن را كه سبب ايجاد خسارات مي گردند عنوان نمود كه كمتر مورد توجه قرار مي گيرند.

امروزه سرعت ساخت و ساز موجب شده كه مخلوط هاي بتني اغلب حاوي مقادير زيادي سيمان پرتلند معمولي يا سيمان با مقاومت اوليه زياد باشند. مقاومت در برابر ترك خوردن اين بتن ها بدليل افزايش ناشي از جمع شدگي و خشك شدن، جمع شدگي حرارتي و مدول الاستيسيته از يك طرف و كاهش ضريب خزش آنها از طرف ديگر كم مي شود. معمولاً ترك خوردگي سازه اي بوسيله مصرف مقادير كافي ميلگرد فولادي كنترل مي شود اما تجربه نشان داده است كه جايگزين نمودن تعداد كمي ترك با عرض زياد با تعداد زيادي ريز ترك هاي نامريي و غير قابل سنجش راه حل مناسبي براي دوام بتن نمي باشد. تجربه ديگر نشان داده است وقتي كه ترك خوردگي و دوام از ملاحظات اساسي سازه در نظر گرفته شوند، ضمن رعايت الزامات گيرش و مقاومت در هر كار بتني مورد نظر، اقتصادي ترين راه حل جايگزيني بخشي از سيمان پرتلند در مخلوط بتن، با سرباره كوره آهن گدازي، خاكستر بادي يا ساير مواد پوزولاني، مانند پوزولانهاي طبيعي مي باشند. بتن هاي حاوي اين مواد، فصل مشترك قوي تري در منطقة تماس بين خمير سيمان و سنگدانه هاي درشت دارند. نيز استعداد كمتري براي ايجاد ريزتركها داشته و بدليل آنكه در مرحلة بهره برداري مدت طولاني آب بند باقي مي مانند دوام آنها بهبود مي يابد.» (دكتر فاميلي، ارديبهشت 1384 ص 12)

دلايل كمي دوام بتن در ايران:

«مطالعات در برآورد و تخمين خسارات ناشي از كم دوامي بتن در ايران نامحسوس، لاكن كم دوامي بتن در بخشهاي مختلف محسوس است. در بخش مسكن كه سيمان و بتن مصالح اصلي آن را تشكيل مي دهند عمر ساختمانها كمتر از 40 سال برآورد شده است. در حاشيه جنوبي كشور و سازه هاي فراساحلي در خليج فارس و درياي عمان بعضاً خسارت شديد ايجاد شده در سازه هاي بتني به حدي است كه قبل از شروع بهره برداري نياز به تعمير و گاهي نياز به تخريب و بازسازي وجود دارد كه همگي نشانگر عدم هماهنگي در جهت توسعه پايدار است. عمده دلايل كم دوامي بتن و خرابيهاي ايجاد شده، ناشي از عوامل زير است:

1 – عدم سازگاري مصالح انتخاب شده براي بتن با شرايط محيطي نقاط مختلف كشور: مثلاً سيمان پرتلند نوع 5 كه براي مناطق جنوبي كشور مورد استفاده قرار مي گرفت بدليل حمله توام سولفات و كلريدها در بتن مناسب نمي باشد.

2 – عوامل اجرايي ضعيف و كم تجربه: در سطوح مختلف توليد و كاربرد بتن در كارگاهها، نياز به آموزش و بازآموزي كاملاً محسوس است.

3 – مشخصات فني ناقص: در استانداردها و آئين نامه هاي موجود در ايران، پذيرش بتن بر اساس مقاومت 28 روزه قرار داشته و به دوام بتن توجه نشده است.

4 – كنترل كيفيت ضعيف: در حال حاضر به نقش برجسته تضمين و كنترل كيفيت در صنعت توجه كافي نمي شود.» (دكتر فاميلي، شماره 26 ص 12)

بتن و زلزله:

«حجم بسياري از بتن مصرف شده در ساخت و ساز كشور ايران هر ساله بخاطر زلزله هاي شديد دچار خسارتهايي زياد مي شود و بتن مصرفي در اين ساختمانها از بين مي رود و اين مطلب مغاير با قانون طلايي توسعه پايدار است.

تدوين آئين نامة جامعي كه بتواند ساختمانها را در مقابل نيروهاي زلزله مقاوم نمايد از اقداماتي است كه براي جلوگيري از اين خسارتها الزامي است. در اين ميان آئين نامة 2800 از طرف مركز تحقيقات ساختمان و مسكن گامي مهم در اين زمينه به شمار مي رود. در بررسيهاي زلزله بم ساختمانهايي كه بر اساس ضوابط اين آئين نامه ساخته شده بودند، با خسارت كمتر و يا اينكه بدون خسارت گزارش شده اند. حداقل اينكه در اين ساختمانها هيچگونه خسارت جاني ديده نشد.

نمونه جالب اينكه در يكي از روستاهاي بم، فردي كه ساختمان مسكوني خود را بدون داشتن تحصيلات دانشگاهي يا مشاوره با مهندسين، تنها به تكيه بر استعداد خداداي و تجربه عيني خود از ديگر ساختمانهاي مهندس ساز طراحي و ساخته بود، با رعايت شناژهاي افقي و قائم و فاصله بين ستونها، كيفيت بتن، فاصله مجاز خاموتها و استفاده از بتن سبك توانست اين ساختمان را از هرگونه آسيب ناشي از زلزله بم مصون بدارد در حاليكه ساختمانهاي اطراف آن به ويرانه اي تبديل شده بودند.» (دكتر فاميلي شماره 26 ص 12)

ديد جامع در پژوهش و آموزش تكنولوژي بتن:

«تحقيقات متداول امروزي در كشور عمدتاً بصو رت برخورد جزئي با مسائل بتن بوده است. تصور مي شود كه مي توان كليه جوانب يك سيستم پيچيده را با تجزيه نمودن آن به اجزاء كوچك و هر بار در نظر گرفتن يكي از اجزاء، كاملاً درك و كنترل نمود. نتيجه آنكه، مشخصات و آزمايشهاي دوام بتن (روشهاي آزمايش) مشخص نمي كنند كه دوام بتن به تنهايي يك خاصيت وابسته به مواد تشكيل دهندة بتن و مخلوط آن نباشند. يعني اينكه لازم است عوامل ديگري همچون شرايط محيطي، طراحي سازه و غيره نيز در نظر گرفته شوند. در برخورد جامع تر ضابطة عملكرد توسط عوامل ديگري مانند رويارويي با محيط، طراحي سازه و تكنولوژي فرآيند توليد بتن را نيز بايد در نظر داشت. براي مثال برخورد جزئي، مسئله واكنش قليايي سيليسي سنگدانه ها در آمريكا موجب رد سيمانهاي با قليايي زياد و بسياري از منابع سنگدانه هايي كه در آزمايشگاه واكنش زا تشخيص داده شدند گرديد، در حاليكه در دانمارك و ايسلند كه سيمان با قليايي كم توليد مي كنند و سنگدانه هاي واكنش زا در آنجا بوفور يافت مي شوند با يك برخورد جامع با اين مسئله توانسته اند كه با مصرف اين مواد همراه با يك ماده پوزولاني در شرايط محيطي خاص به نحو موفقيت آميزي از بتن بهره ببرند. بدين ترتيب در برخورد جامع از هدر رفتن مواد جلوگيري شده و از محصولات جانبي صنايع ديگر مانند خاكستر بادي، دودة سيليسي و سرباره كوره آهن گدازي به منظور بهبود بخشيدن دوام بتن استفاده شده است كه اين شيوه برخورد همسو با نيازهاي توسعه پايدار است.

(الف: مقدار قليايي كافي در بتن، ب: مقادير بحراني سنگدانه واكنش زا، ج: رطوبت كافي) سه عامل مهمي هستند كه بايد جهت رخداد واكنش قليايي سيليسي بصورت همزمان در بتن وجود داشته باشند تا ايجاد خسارت كنند. همچنين مشخص شد كه در شرايط مرطوب فشار ناشي از انبساط، ژل واكنش قليايي سيليسي نمي تواند در يك قطعه بتن آرمه كه به نحو صحيح طراحي شده باشد تنش هاي سازه اي مخرب ايجاد كند.

نتيجه آنكه، اگر يك سازه بتني در جريان عمر بهره برداري خود خشك باقي بماند و بنحو مناسبي طراحي و مسلح شده باشد، نيازي به مردود شناختن مواد خام با قليايي زياد براي توليد سيمان يا رد سنگدانه هاي  واكنش زا براي مصرف در بتن نمي باشد. اين نمونه اي مناسب از برخورد خوب و جامع با موضوع دوام بتن است كه در آن علاوه بر مصالح ساخت بتن، نسبت اختلاط و روشهاي اجرايي، شرايط محيطي و طراحي سازه نيز مد نظر قرار گرفته است.

حال سوال اين است كه چگونه مي توان از روش هاي جزئي نگر به نگاه جامع در صنعت بتن تغيير روش داد؟ براي اين گرايش لازم است ابتدا تحقيقات فناوري بتن به صورت جامع در آيد. در مخلوط بتن معمولاً امكان ندارد كه بتوان يك جزء را بدون تغيير دادن ساير خواص مخلوط تغيير داد و اين چيزي است كه بعضاً فراموش مي شود. بررسي كردن و تحقيقات بصورت محدود، در بهترين حالت مشكل و در بدترين حالت خطرناك است. تحقيقات فناوري بتن را نمي توان بصورت جامع تدوين نمود مگر آنكه، دگرگوني عمده اي در برنامه هاي آموزشي دانشكده هاي مهندسي عمران بوجود آيد. بحث تحول در دانشكده ها در برخورد جامع تكنولوژي بتن از عمده اقدامات ضروري است. مهندسين و تكنولوژيست ها دانشكده هاي مهندسي حال حاضر كشور به منظور چيرگي بر مسائل دوام بتن و مصرف انبوه مواد زايد صنايع براي حفظ منابع طبيعي و محيط زيست آموزش لازم را نمي بينند و به اندازه كافي با مباحث سيمان و بتن آشنا نمي شوند.

Mehta مدل ساده شده اي را در ايجاد تكنولوژي در جهت توسعه پايدار ارائه نموده است كه در زمينه تكنولوژي بتن نيز مورد توجه است و در آن رشد مساحت مربوط به توسعه پايدار در صورتي ممكن خواهد شد كه انطباق قابل ملاحظه اي بين سه دايره اي كه فقط در بخش كوچكي بر هم منطبقند،رخ دهد، كه اگر تكنولوژي با ارزش انساني و محيطي آميخته نشوند، نسل بشر به نتايج فاجعه باري دچار خواهد شد.» (دكتر هرمز فاميلي شماره 26 ص 13)

بتن خرده لاستيكي Crwmb Rubber Concrete

«چندي است تحقيق پيرامون ساخت بتن با خرده لاستيك در آمريكا و اروپا آغاز شده است و بزودي استفاده از آن بصورت پانل هاي پيش ساخته و حفاظ در كناره هاي بزرگراهها و كنار پياده روها و پوشش بامها اجرايي شده است. وزن كمتر، عايق بودن در برابر صدا و الكتريسيته، كاهش جمع شدگي و ترك بتن (shrinkage) و نيز عايق بودن در برابر حرارت از مزيات آن است كه مي تواند توجيهي بر مقاومت و باربري كمتر همچنين هزينه توليد بالاتر آن باشد. با توجه به فزوني تايرهاي مستعمل و نيز وسعت موارد استفاده از اين نوع بتن آماده در آينده، انتظار مي رود كاربري اين نوع بتن بزودي در صنعت ساختمان آغاز شود.

با انجام مطالعات در حال حاضر قابليت استفاده از بتن لاستيكي به صورت پيش ساخته ايجاد گرديده است. بدليل قيمت كمتر مواد اوليه امكان كاربرد گسترده آن فراهم شده، در حاليكه در ابتدا استفاده از آن غير معقول مي نمود.» (مهندس كربلائي كريمي، پائيز 1384 ص 40)

«با اطلاع بيشتر از تاريخچه كوتاه توليد آن، مزاياي آن نيز بيشتر نمايان خواهد شد. در اواخر سال 1990 دكتر هان زو مهندس دانشگاه آريفزونا از خرد شدن تعدادي لاستيك مستعمل كه به ناحيه فونيكس ارسال شده بود به فكر افتاد كه راهي جهت تبديل و استفاده آنها در بتن ارائه دهد. با تهيه امكانات آزمايشگاهي و شرايط آزمايش عملي كردن اين ايده آغاز شد. دو يار ديگر يعني جرج وي – و دوك كارسون نيز به او پيوستند و به تدريج تبديل به مهندسين مشاور شدند جرج وي سرپرست طراحي رو سازي بخش حمل و نقل آريزونا و دوك كارسون عضو هيئت امنا مهندسي و پژوهشي چرخ هاي لاستيكي مستعمل بود. بعدها مارك بلسر كه مديرسازه FNF بود به جمع گروه اضافه شد.

ابتدا پروژه بصورت اجراء به روش (بتن درجا) مطرح شد، اما بعداً بصورت كاربردهاي پيش ساخته قبول گرديد، چون در روش بتن درجا به خصوصيات بسياري جهت تهيه خرده لاستيك نياز است. ضمن اينكه در بتن پانلي يا پيش ساخته مقاومت در برابر تغييرات درجه حرارت مناسب تر است و نسبت به بتن معمولي ميزان انقباض و انبساط آن به نصف كاهش مي يابد. ديگر مزيت آن كاهش جمع شدگي بتن و در نتيجه كاهش ترك خوردگي ناشي از آن تا حدود محو كامل تركها ادامه دارد. اين مزايا عالي هستند، اما خصوصيات منفي مانند كاهش محسوس مقاومت نيز وجود دارد و با افزايش مقاومت به سيمان بيشتري در نسبت تركيب نياز است. كاربري فراوان و گسترده بتن خرده لاستيكي مقررات رسمي ADOT را در پي دارد و اولين كاربري آن استفاده از قطعات پيش ساخته مانند جداول كنار خيابانها است كه مي توان آنها را سبك تر، سريع تر و قابل حمل تر ساخت. پانلهاي كنار بزرگراها نيز مقاومت بسيار مناسبي در برخورد اتومبيل ها نشان داده است. ساخت لوله فاضلابها- برق- تلفن و كابل هاي زير پانلهاي پيش ساخته از روياهاي قابل دسترس انسان در آينده است. ساختمانهايي كه كف بام آنها از مصالحي با خاك رس اجرا شده در برابر يخ زدگي مقاومتي ندارند، اما چنانچه بتوان در بام ساختمانها از پانلهاي پيش ساخته استفاده كرد علاوه بر رفع مشكل فوق، به كاهش وزن و كنترل صدا نيز كمك مي شود. آزمايشها و تصاوير دوربين مادون قرمز نشان مي دهد كه بتن خرده لاستيكي داراي عملكرد بهتر از ساير پوششهاي مشابه است. خصوصاً عدم هدايت گرما در اين نوع بتن قطعه پازل گم شده اي است كه كاهش گرماي اماكن مسكوني در جزايرگرمسيري را تامين مي نمايد. شبهاتي نيز موجود است، ليكن متخصصين معتقدند بدليل مزايايي فراوان اين نوع بتن، هزينه هاي ظاهري بالا در توليد آن توجيه پذير و استفاده از آن سريعاً عمومي خواهد شد.» (مهندس كربلائي كريمي، پائيز 1384 ص 40 و 41)  

بتن سبك:  

«بتن سبك در اثر تداخل حبابهاي فراوان و بسيار ريز هوا يا گازهاي ديگر در درون آنها با استفاده از دانه هاي سبك تهيه و توليد مي شوند. بتن سبك يكي از مصالح ساختماني از جنس بتن است كه وزن مخصوص آن با اعمال روش هايي خاص كاهش يافته است. مزايايي همچون انعطاف پذيري در برابر اثرات زلزله، سهولت در حمل و نقل، نصب، همچنين عايق بودن در برابر صدا، سرما و گرما است.

وزن مخصوص بتن سبك از 400 تا 1300 KG/M³ متغير است. اين ويژگي مخارج ساختمان و ابنيه را به ميزان قابل توجهي كاهش مي دهد، زيرا:

الف: وزن ديوارها و سقفها كاهش مي يابد. ب: وزن اسكلت فلزي كم مي شود. ج: مخارج پي سازي در ساختمان تقليل مي يابد.

با توجه به موارد فوق هر چه ساختمان سبكتر باشد، نيروي وارده ناشي از زلزله بر آن كمتر خواهد بود. همچنين هزينه كمتري را براي ساخت در بر خواهد داشت. وزن مخصوص بتن سبك به روش ساخت، مقدار و انواع اجزاء متشكله آن بستگي دارد. وزن مخصوص كم بتن سبك، حاصل وجود ريز دانه هاي سبك اعم از هوا يا مواد متخلخل در ساختمان داخلي آنها است كه به روش هاي مختلف زير ساخته مي شوند:

الف: جانشين كردن دانه هاي سنگين در بتن معمولي، مواد متخلخل مانند سنگ پا، رس منبسط نشده، فوم پلي استايرن، پوكه صنعتي و ... . اين روش براي توليد بتن سبك با وزن مخصوص بيش از 1200 kg/m³ به كار مي رود. (L, W , A , C)

ب: ايجاد حبابهاي گاز طي فرايند شيميايي در درون ملات سيمان، از متداولترين مواد گاززا مي توان پودر آلومينيوم را نام برد كه در فاز سيمان همراه، با آهك توليد گاز هيدروژن مي كند. در اين روش بتن سبك با وزن مخصوص 650 kg/m³ توليد مي شود. (Gas Forming Cocrerte)

ج: ايجاد حبابهاي هوا طي يك فرآيند فيزيكي در درون ملات سيمان (Cellular- Concrete)

بتن كفي با وزن مخصوص 300-1600 kg/m³ توليد مي شود. در اين روش ابتدا در ماشين بتن ساز، ملات سيمان (آب و سيمان يا آب، ماسه دانة ريز و سيمان با نستبهاي وزني مختلف) ساخته مي شود. سپس توسط يك مادة شيميايي كف زا، كف پايداري در ماشين مخصوص كف ساز، آب و هوا توليد و به ملات افزوده مي شود و پس از اختلاط در مدت زمان كافي، بتن كفي در قالبها ريخته مي شود تا پس از سخت شدن مورد استفاده قرار گيرد. اين روش را (Per Formed foam) مي گويند كه رايج تر است، اما در يك مخلوط كننده، تمام اجزاء از جمله محلول ماده كف زا را مي توان با يك همزن دور بالا مخلوط كرد تا بتن كفي حاصل شود. اين روش را (In Situ Foam) مي گويند كه كاربرد كمتري دارد. بتن كفي در مواردي مانند ساخت تيغه، ديوار سبك، شيب بندي بامها، اجزاء ساختماني با بار كم، پركننده و عايق كاربري دارد. بعلت سبكي وزن بتن هزينه كمتري دارد و در حمل و نقل با دست قابل حمل است و بعلت وجود خلل و فرج فراوان و كاهش وزن مخصوص، عايق مناسبي در برابر صدا، گرما و سرما است. با ازدياد وزن مخصوص مقاومت آن افزايش مي يابد. مثلاً وقتي مقاومت فشاري 17 تا 35 kg/cm³باشد، مقاومت خمشي كمي بيش از 3/1 مقاومت فشاري است. و زمانيكه مقاومت فشاري 140 kg/cm³ باشد، اين نسبت حدود 7/1 خواهد بود. افت ناشي از خشك شدن و نفوذ سطحي در بتن كفي بتن غير قابل نفوذ بوده و ايجاد ترك نمي نمايد. مقاومت آن در برابر آتش و حرارت بجهت غلاف شدن فلز غير مقاوم در برابر حرارت در داخل بتن سبك با ضخامت مناسب بيشتر مي شود. همچنين در چرخة يخ زدن و ذوب شدن بعلت وجود مقادير فراوان جبابهاي هوا در درون سيمان مقاومت اين سازه هاي سبك بيشتر از بتن معمولي است.» (مهندس مسعود منصوري سال 1383 ص 588)

صفحات ساندويچي (3D):

«اين صفحات از يك لاية پلي استايرن به ضخامت حداقل 4 سانتي متر و دو شبكه ميلگرد جوش شده در دو طرف اين لايه تشكيل مي شود كه از دو طرف با دو لايه بتن پاشيدني (از نوع تر) با ضخامت حداقل 4 سانتي متر همراه شده است.

با توجه به وجود لايه هاي بتن در دو طرف لايه عايق، بكارگيري اين صفحات علاوه بر خاصيت عايق حرارتي و صوتي بودن ديوارها، باعث سبك سازي بنا نيز بوده و جدا از كاهش حجم مصالح  مصرفي، باعث كاهش جرم ساختماني نيز خواهد شد. كه نتيجتاً با ايجاد هزينه كمتر و زايده هاي كم مقدار در جهت ايجاد توسعه پايدار مفيد خواهد بود.

از مزيات غير قابل انكار در كاربرد صفحات (3D) انسجام و يكپارچكي بنا مي باشد، ليكن ساخت و ساز بناهاي مرتفع تا كنون تجربه نداشته و در صورت ساخت و ساز بيش از دو طبقه بايد با مطالعات مهندس طراح با شرايط آئين نامه معتبر باشد. انسجام و يكپارچگي در اين صفحات با اجراي اتصالات مناسب بين صفحات تامين مي گردد. توجه كافي به ضخامت محدود دو لايه بتن طرفين، اعمال دقت كافي بر لانه بندي مصالح و تامين رواني مناسب بدون كاهش مقاومت بتني و بتن پاشي يكنواخت با كمترين فضاي خالي و پوشش كافي براي شبكه ميلگرد مصرفي از ديگر ضروريات در تامين يكپارچگي بنا و انسجام آن خواهد بود.

سازه متشكل از صفحات (3D) به سازه اي اطلاق مي شود كه كليه بارهاي ثقلي و جانبي وارد بر آن توسط صفحات تحمل مي شود. از اين صفحات مي توان به عنوان تغيه هاي غير باربر الحاقي به ساير اجزاي باربر نيز طبق ضوابط مربوط به ديوارهاي جداكننده استفاده نمود.» (مهندس محمد رضواني سال 1382 ص 3)

نتيجه گيري:

ü      نبايد تامل نمود كه سوانح طبيعي بما بياموزند كه چگونه توسعه پايدار را بدست آوريم پس لازم است زندگي خود را در سطح كره زمين طوري شكل دهيم كه ضمن تامين نيازهاي فعلي خود از به خظر انداختن موجوديت نسل هاي آينده جلوگيري شود.

ü      براي رسيدن به توسعه پايدار در تمام اشكال آن منجمله در صنعت بتن كشور لازم است اقدامات جدي در زمينه هاي مختلف ذيل صورت پذيرد:

ü      در توليد سيمان پرتلند، با استفاده از مواد زايد صنايع ديگر مثل ذوب آهن و همچنين استفاده از منابع سرشار پوزولان طبيعي موجود در كشور توليد سيمانهاي آميخته و كم هزينه افزايش يابد تا نيازهاي كشور به سيمان از اين طريق تامين گردد.

ü      با توجه به استفاده گسترده بتن در صنعت ساختمان در كشور و نياز فراوان اين سازه به شن و ماسه، نيز گسترة عظيم ساخت و ساز در كشور در حال توسعه اي مثل ايران، ايجاد و توليد جايگزينهاي مناسب در اين صنعت همچون بتن هاي آميخته اي مثل خرده لاستيكي و بتن ساندويچي (3D) و ... مد نظر قرار گرفته ، تا در بازيافت مستعملات ديگر نيز كمك شاياني به حفظ منابع طبيعي و محيط زيست حاصل گردد.

ü      با توجه به عدم توازن ميان عرصه و تقاضاي مسكن و نياز مبرم به توليد انبوه مسكن در مدت زمان كمتر كاهش هزينه ساخت و جلوگيري از خسارتهاي ناشي از زلزله در بتن معمولي، توسط سبك سازي ساختمانها و كاهش مصرف سوخت به دليل عايق بودن و نيز مزيات برتر، امكان پژوهش و آموزش در سازه هاي جانبي بتن فراهم گردد تا در جهت توسعه پايدار گامي ديگر باشد.

ü      در آئين نامه نامه ها و استانداردهاي بتن كشور تجديد نظر شود و به جاي ديد مقاومت بتن كه در حال حاضر مطرح است ديد عملكرد و دوام بتن مد نظر گرفته شود.

ü      در برنامه هاي آموزشي دانشكده عمران براي مهندسين اجرايي تجديد نظر كلي به عمل آيد و آموزش دروس مصالح و تكنولوژي بتن به صورت دروس الزامي در حد آشنايي كافي با خواص و كاربرد سيمان و بتن قرار گيرد.

ü      آموزش در سطوح مختلف براي دست اندركاران صنعت بتن از كارگر ساختماني تا بازآموزي مديران ارشد كارگاهي بنحو شايسته اي از تضييع و هدر رفتن مصالح و انرژي جلوگيري مي نمايد.

ü      بازباقت مصالح حاصل از بتن هاي تخريب شده و آب پسماند در صنعت بتن مي تواند به حفظ منابع طبيعي و محيط زيست كمك نمايد.

ü      تجديد نظر كلي در برنامه پژوهشي در دانشكده هاي عمران و مراكز تحقيقاتي در جايگزيني ديد جامع به جاي ديد جزءنگر به دوام بتن و توسعه پايدار كمك خواهد كرد.

ü      آموزش در زمينة استفاده و كاربرد آئين نامه هاي ساختماني و بويژه آئين نامه 2800 در جلوگيري از خسارتهاي سوانح طبيعي مانند زلزله و از بين رفتن جان و مال  ساكنين شهرها و روستاها و بهره گيري بيشتر از منابع موجود كمك خواهد كرد.

منابع:

1 – فصنامه هاي انجمن بتن در ايران به نقل از انتشارات انجمن بتن ايران- دكتر هرمز فاميلي- بهار و پائيز 84

1 – P. K . Mehta, (concrete technology for Sustianable Development)

2 – J . Davidorits , (Jurnal of Materials Education)

3 – Swamy . R. N , "Alkali- Aggregate Reaction"

4 – J. Davidorits, "High Alkali Cement for 21 st Century Concretes"

5 – Qin Weizu , "What Role Could Conctete technology play for sustainability in China"

6 – Mehta . P . K . "Advanced cements in Conerete Technology"

2 – مجموعه مقالات در اولين همايش ملي نظام مهندس ساختمان و ضرورتها سازمان بسيحج مهندسين- انتشارات بلندآسمان- چاپ اول بهار 1383

3 – مقالات و مهندس محمد كربلائي كريمي- فصلنامه انجمن بتن ايران – خردا 84

4 – مجموعه معيارهاي فني براي نظام صفحات (3D) به قلم مهندس رضواني از انتشارات دبيرخانه نظام مهندسي مهندسان ايران- سال 82

5 – ماهنامه عمران و معماري، شماره هفتم سال دوم ارديبهشت و خرداد 84- از انتشارات عمران و معماري ايران.

تحقیق درباره بتن

1-تراورسهای بتنی

تراورسهای بتنی یکی دیگر از انواع تراورسهای مصنوعی است که بیشتر مرورد آزمایش و پذیرش راه آهن قرار گرفته است.

تاریخچه تراورس بتنی

تراورسهای بتنی، در حدود سال 1893 بطور آزمایش در ایالات متحده آمریکا در شهر ریدینگ به تعداد دویست عدد نصب گردید.

بزرگترین رقم نصب آن در طی 35 سال، در حدود 25 هزار تراورس بتنی بود که در ایالات پنسلوانیا نصب گردید.

اکثر این تراورسها به دلیل زنگ زدن اتصالات، ترک خوردگی بتن و همچنین فرسودگی ونشست در محدوده اتصالات، کنار گذاشته شدند. در اروپا، راه آهن ایتالیا بین سالهای 1906 تا 1908 دویست هزار تراورس بتنی نصب کرد. در سال 1920 شرکت گریت نوردن انگلیسی بطور آزمایش از تراورسهای بتنی استفاده کرد. در همان هنگام تراورسهای بلوکی بتنی که در زیر ریل به وسیله تسمه فلزی به هم وصل می شوند و یا بر روی تیر آهن  Tشكل ریخته می شوند، خدامات ارزنده بیشتری را درخطوط پاریس- لیون مارسل، ارائه کردند.

استفاده از تراورسهای تیری شکل اولیه، چه در آمریکا و چه خارج از آمریکا به دلایل شل شدن چفت و بست، خرد شدن در اثر ضربه و خرد شدن در زیر ریل، ناکام ماند. همچنین به دلیل سنگینی وزن (که حدود 7/90 تا 4/181 کیلو گرم بودند)، با هزینه های بالای حمل و نقل، نصب و نگهداری مواجه بود.

چندی بس از جنگ جهانی دوم چوب کمیاب شد و تراورس پیش تنیده بتنی، در اروپا و بریتانیا، مورد استفاده گسترده ای قرار گرفت اکنون چندین میلیون تراورس بتنی در آلمان غربی، بریتانیا، روسیه و مکزیک مورد استفاده قرار می گيرند، اما استفاده از طرح پیشرفته تراورس بلوکی و تراورس مرکب (RS) در راه آهن فرانسه و کشورهایی که از تکنولوژی فرانسوی استفاده می نمایند، استاندارد می باشد. (SNCF)

در اواخر دهه پنجاه AAR تحت نظارت و راهنمایی آقای روبل، مهندس تحقیقات و آقای مگی، دستیار تحقیق و به همراهي شرکتهای پیش تنیده فلوریدا و سیمان پرتلند اقدام به طراحی و توسعه تراورس مناسب برای بار سنگین چرخها و شرایط جوی آمریکا شمالی، نمود اولین نصب آزمایشی آن در سال 1960 در سی بردایرلاین و آنتلانتیک کت لاین (که اکنون به نام (سی برد کتلاین) معروف می باشد) انجام شد.

مقدمه:

مقدمه: برای محاسبه تراورسهای بتنی فرضيات اساسی زیر بعمل می آید.

1-1-                      در تراورس بتنی مقاطع قبل و بعد از خمش بصورت صفحه باقی می مانند این مطلب برای اثبات تئوری الاستیسیته در مورد تراورسها لازم می باشد. زیرا ضخامت تراورس در مقایسه با طول آن کوچک می باشد.

1-2-                      مدول الاستیسیته فولاد و بتن تا حد تنش الاستیک ثابت می باشد. این فرض برای فولاد نرمه (StL.III) تا نقطه ارتجاعی (تسلیم) درست می باشد. در تراورس تغییرات تنش در فولاد بعلت بارهای دینامیکی زیاد بوده و این امر باعث تغییراتی در مدول الاستیسیته می شود. تحت اثر تنشهای زیاد تغییرات مدول الاستیسیته در بتن نیز زیاد می باشد. چون بتن با مرغوبیت بالا ماده ای کاملا الاستیک نیست دیاگرام تنش- تغییر طول نسبی  آن غیر خطی می باشد. در مورد تراورسها علیرغم دارا بودن بتن با مرغوبیت بالا، مع الوصف تنش ها در حد الاستیک درنظر گرفته می شوند.

1-3-                      چسبندگی کامل بین فولاد و بتن اطراف آن وجود دارد. و بهمین جهت در هر فاصله ای از محور خنثی (Neutral Axis) تغییر طول نسبتی دو ماده یکی می باشد.

1-4-                      بر روی سطح مقطع آرماتورها یا میله های بیش تنیدگی توزیع تنش یکنواخت در نظر گرفته می شود این مطلب کاملا هم صحیح نمی باشد چون مقدار تنش با فاصله از محور خنثی تغییر می کند قطر میلگردها در مقایسه با فاصله آنها ازمحورخنثی کم می باشد توزیع تنش یکنواخت بوده و فقط  در موردیکه میله ها دارای قطر زیاد هستند و از محور خنثی نیز فاصله زیادی ندارند این مساله نمی تواند صحیح باشد.

1-5-                      در محاسبات بتن آرمه تنش کششی بتن در نظر گرفته نمی شود ولی در بتن پیش تنیده نقش بتن در کشش تحت بارهای وارده منظور می گردد. نتیجه اینکه منحنی تنش- تغییر طول نسبی  برای بتن در برابر فشار و کشش یکسان می باشد. بعبارت دیگر مقدار مدول الاستیسیته در هر دو حالت یکی است. اگر چه آزمایشات نشان داده اند که مدول الاستیسیته در کشش معمولا 10/1- 85/0 برابر مدول الاستیسیته در فشار می باشد.

2- تراورس بتن آرمه:

مقدمه: در صورتیکه فولاد تحت تنش الاستیک باشد و قبل از اینکه به تنش مجاز خود برسد می بایست بتن ترک بخورد گر چه با توزیع مناسب  میلگردها می توان از افزایش ترکها

2-2- جلوگیری نمود تجزیه تنشها در اثر پیچش در بتن آرمه پیچیده بوده و لذا طراحی به فرمولها و دستور العملهائی که بر اساس آزمایشات عملی مشخص شده اند محدود می گردد.

معایب بتن آرمه:

2-2-1 از آنجایئکه بتن قادر نیست خود را با تغییر طول نسبی (strain) عادی فولاد تطبیق دهد، تحت بارهای وارده در قسمتی که تنش کششی وجود دارد ترک می خورد.

2-2-2- ابعاد تراورس بتن آرمه توسط برش تعیین می گردند. اگر نیروی برشی زیاد گردد سطح مقطع بزرگ می شود که در نتیجه بار مرده آن زیاد می گردد.

2-2-3 بتن مکمل است در اثر انقباض (Shrinkage) ترک بخورد.

2-2-4 در تراورس بتنی از بتن با مقاومت بالا استفاده کامل نمی شود یعنی اگر اندازه عضو از حد معینی کمتر گردد مقدار میلگردهای لازم، عضو را غیر اقتصادی خواهد ساخت. می توان با استفاده از فولاد سخت با مقاومت ارتجاعی بالاتر مقدار فولاد مصرفی را تا  کاهش داد. این راه حل صحیح نمی باشد، زیرا تغییر طول نسبی فولاد با مقاومت بالا حدود 6 برابر تغییر طول نسبی فولاد نرم می باشد این امر باعث ترکهای پهني تحت بارهای وارده در بتن می شود.

2-2-5 در بتن آرمه فولاد نقش مفعولی (Passive) را دارد و بتن را در مقابل اثرات مخرب بار گذاری حفاظت نمی کند.

2-2-6 تحت اثر نیروی برشی، در بتن آرمه تنشهای کششی که از نیروی برشی منتج می گردند بیشتر می باشند.

2-2-7 وزن فولاد مصرفی در بتن آرمه زیاد می باشد.

2-2-8 درمساله خستگی (Fatique) بتن و فولاد مصرفی در بتن آرمه در مقابل شکستهای تدریجی یا پیش رونده رفتار خوبی را از خود نشان نمی دهند که این مساله با تکرار بارگذاری نیز بیشتر می شود.

2-3- رفتار بتن آرمه تحت اثر خستگی (Fatique):

2-3-1 اغضاء بتن آرمه بیشتر بعلت پاره شدن میلگردها از بین می روند بنظر می رسد که پاره شدن با ترک خوردن مرتبط می باشد و تمرکز تنش و سایش (سائیگی) نیز با این ترکها مربوط هستند. آرماتورهای طولی در تیرها مقاومتی حدود 70-60 درصد مقاومت نهائی استاتیکی برای یک میلیون سیکل را دارند.

2-3-2 وقتیکه ترکهای عرضی در تیری در اثر بار استاتیکی نسبت به ظرفیت تحمل خمشی بیشینه استاتیکی زیاد باشند عموما تیر بعلت خستگی (Fatrique) آرماتورها گسیخته می شود. تکرار شدن بار بیشینه باعث ترکهای عرضی در مدت بار گذاری نمی شود.

2-3-3 قبل از اینکه آرماتورها گسیخته شوند، تکرار بارهای بیشینه باعث شکست فشاری- بری نمی شود و این مساله در تیری است که بعلت خمشی ممکن است گسیخته شود (خستگی آرماتورها) و در آن- ترکهای عرضی افزایش یافته اند.

2-3-4 اگر در ابتدا، در اثر ابر گذاری یک ترک عرضی بزرگ در تیر بوجود آید و اگر عمر خستگی در حالت فشاری- برشی از عمر خستگی آرماتور ها تحت این درصد بخصوص از تکرار بار کمتر باشد، یک تیر در حالت فشاری- برشی گسیخته می شود.

2-3-5 قبل از اینکه آرماتورها گسیخته شوند، اگر تکررار بار گذاری بطور همزمان باعث تراز عرضی و شکست فشاری- برشی شود، گسیخته شدن تیر بصورت ترک خوردگی عرضی خواهد بود.

2-3-6 تحت اثر بار گذاری خستگی، یک  تیر عموما "فقط در نقاطی که ترکها و شکستها وجود دارند خسارت می بیند و در قسمتهای باقیمانده دیگر صدمه نمی بیند.

2-3-7 در حدود تغییرات بارهای عادی وارده، تکرار بار منجر به ترک می شود و فقط افزایش کمی در فلش (Deflection) کل تیر بوجود می آید افزایش در اندازه ترکها مهم نیست.

2-3-8 بتن در تراورس بتن آرمه مقاومت فشاری و کششی کمتری نسبت به تراورس بتنی پیش تنیده دارد. مزایایی پیش تنیدگی در مورد تراورس بتن آرمه وجود ندارد بواسطه مدول الاستیک کمتر بتن.

2-3-9 ترکی که در اثر ضربه خروج چرخ از خط در بتن تراورس بتن آرمه بوجود آمده احتمالا باقی می ماند، مگر اینکه ترک ریز باشد که توسط خاصیت جوش خوردگی در سالهای اولیه عمر تراوس خود بخود ترمیم یابد.

2-3-10 امکان خسارت در اثر از خط خارج شدگی عامل مهمی در استفاده از تراورسهای بتنی است. هیچ تراورس بتنی به هر صورت که طراحی شده باشد، در مقابل ضربات خروج چرخ از خط نمی تواند مقاومت کند. تراورسهای بتنی به شرطی می توانند در برابر این ضربه مقابله کننده که بهبود سریعی در وضعیت ترافیک و استفاده از تراورسهای اصلاح شده و یا تعویض اعضاء صدمه دیده، صورت گیرد.

2-4 تئوری پیش تنیدگی

پیش تنیدن باعث کاهش وزن و افزايش مقاومت در برابر گسیختگی حاصل از گشتاور خمشی می گردد. گشتاور های خمشی باعث می شوند زمانی که لایه های تحتانی یک عضو خمشی تحت تاثیر كشش واقع می گیرد، در آن ایجاد گسیختگی شود. در یک تراورس پیش تنیده میلگردهای فلزی زیادی به فاصله کمی از سطح تحتانی و در نقطه میانی تراورس یعنی محلی که بیشترین تنش و یا کش را دارا است قرار می گیرند، پس از سخت شدن بتن، میله ها در قسمت انتهایی تراورس محکم شده و تمایل به انقباض پیدا می کنند. این عمل باعث جلوگیری از میل به ترک خوردن می شود در صورت تشکیل این ترکها پیش تنیده شدن میله ها آنها را بطور محکم نگه می دارد. شکل (1) موفقیت در پیش تنیدگی بستگی به اتصال بین بتن و اعضای پیش تنیده دارد.

شكل

2-5 طراحی اولیه AAR

جهت ارزيابي ایده اصلاح شده، دانستن ایده های طراحی اولین تراورسها در  آمریکا مفید است. در اواخر دهه شصت افزایش بهای چوب، احتمال کمبود آن و موفقیت در تراورسهای پیش تنیده در اروپا باعث شده که AAR، طراحي ساخت واستفاده از آنها را به تثبیت برساند. بعدها شرکت سیمان پرتلند، انجمن آمریکایی بتن، ناسیونال کانادایی و کمیته متخصص تراورسهای بتنی AREA در این کوشش، شرکت نموده اند.

از چندین طرح اولیه، نوع E جهت آزمایش درخط آهن انتخاب شد. این طرح به لنگر خمشی در محور بار، بستگی داشت. سطح مقطع از یک منشور ناقص که در بالا 32/20 سانتیمتر و در پایین 5/30 سانتیمتر بود، تشکیل شده است. فشار بالاست در فواصل 2/76 سانتیمتر برابر kg/cm² 6/4 می باشد که با فشار وارده بر تراورس چوبی به فواصل 8/50 سانتیمتر برابر است.

قسمتهای تحتانی که در زیر ریل قرار داد، تا اندازه ای مقعر می باشد و وسط آن حالت خمیدگی دارد که برای مقاومت در برابر خمش بوده و مساوی با قدرت خمش ریل است. این تصور که این عمل باعث کاهش چسبندگی در مرکز تراورس می شود، نادرست است چهار رشته سیم به قطر 11/1 سانتیمتر تحت تاثیر kg 29056 نیروی تنش قرار گرفته اند.

ریل مستقیما به سطح یا بالشتک دارای یک شانه و زاویه خارجی 1:40 که در بتن تثبیت شده، متصل می گردد. (در اتصالات غیر مستقیم صفحه تراورس و بالشتک به تراورس پیچ و مهره می شوند، تیرکها یا گیره ها به صفحه متصل شده و ریل را نگه می دارند). پیچهایی که گیره های فلزی را نگه می دارند. در روی پلاک مخصوص مدور که درتراورس قرار دارند پیچانده می شود. واشرهای فنری برای جلوگیری از شل شدن پیچها که در اثر فشرده شدن بالشتکهای تراروس زیر ریلها ایجاد می شود استفاده می گردند.

سیستم طراحی E آن به علل وجود بتن مشبک، خرد شدن در زیر ریل، جدا شدن انتهای تراورسها به دلیل استفاده غلط از پیچ و اینسرت [1] آن، شکستن بیرون آمدن پیچ و اینسرت آن از تراورس و برخی از عوامل دیگر با شکست روبرو شده است. ناکامی در بستن ترکهای حاصل از نیروی وارد شده از چرخها نشانگر ناکافی بودن قدرت چسبندگی بین بتن و عضو پیش تنیده می باشد.

تراورس ها تکرار باری معادل دو میلیون سیکل را که کنگره 2300 کیلو گرم متری ایجاد می کند تحمل می کند در حالی که وزن هر تراورس  حدود kg 5/281 است.

2-6 انجام اصلاحات در خصوصیات

همانطور که نیاز به دقت کافی در ساخت، نشان داده شده، دانستن برخی خصوصیات جهت مقابله با عوامل شکست لازم است، موسسات مختلف تدریجا مجموعه ای از خصوصیات بازبینی شده را که اکنون در دستور العمل AREA موجود است گرد آوری کرده اند.

جهت کسب اطمینان از اینکه چسبندگی بهتری بین بتن و تارهای مسلح کننده برقرار است رها کردن تدریجی و آرام کشش، پیشنهاد می شود. پیش تنیدن نیز به اندازه 25% از 29056 کیلوگرم به 37046 كيلوگرم افزایش می یابد.در رشته های مسلح کننده، متوسط طول لازمه جهت انتقال چسبندگی حدود 6/40 تا 47 سانتیمتر می باشد. در رشته های تغییر شکل یافته و یا آنهاییکه تحت تاثیر مواد شیمیایی قرار گرفته اند هنگامی که بارهای آرام وجود داشته باشند، طول مهاری لازم جهت چسبندگی بین 32/20 تا 7/45 سانتیمتر می باشد. به هنگام کمبود مواد قابل ارتجاع، سیم زنگ زده می تواند مفید باشد. در این حالت عامل موثر از 50 تا 150 درصد افزوده می شوند. توزیع بار یک چرخ بر روی ریل، با فرض اینکه چرخ صاف باشد شصت درصد است.با کارگذاشتن ادوات تثبیت در عمق بیشتر، مقاومت در برابر کشش خاری از 4540 کیلوگرم به 5448 کیلوگرم افزایش می یابد. همچنین در مرکز تراوترس ممان منفی به 3459 کیلوگرم –متر می رسد.

2-7 چفت و بندها (ادوات تثبیت )

چفت و بندها همیشه نقطه ضعف در تراورسهای بتنی می باشد. در گذشته کشش تارها به سمت خارج و شکستگی و آسیب پذیری تراورس، باعث عدم موفقیت در کار بوده اند. طراحی اولیه تراورس با استفاده از بلوکهای چوبی که دز بتن زیر ریل فرو رفته و صفحه و ریل به وسیله به آنها پرچ متصل می شدند. در روش امروزی از عنصری در فونداسیون و یا از وسیله اینسرت (اینسرت وسیله ایی است که در بتن دفن می گردد و بیشتر برای بلند کردن قطعه استفاده می گردد (قلاب) در بتن استفاده می شود. گیره ها، پیچها و طرحهای مختلف گیره های فنری در بتن نگهداری شده و یا به وسیله اینسرت به داخل بتن وصل می شود و از طرف دیگر به کف ریل متصل می گردد. بدین ترتیب ریل در محل مربوط مهار می شود. قابل توجه است که خصوصیات AREA ملزم می کند که حداقل طولی که اینسرت باید در بتن باشند 7 سانتیمتر و نیروی مقاوم 5448 کیلوگرم در برابر کشش خارجی  است.

این روش متداول بین ریل وتراورس اتصالی صلب برقرار می سازد. بطوری که آنها یکپارچه عمل می کنند. استفاده از چفت و بست ثابت ایده جدیدی است که در طراحی ریل در آمریکا معرفی شده، و در آن اتصال تراورس به ریل به طور ثابت می باشد. در صورتی که در سیستم چوبی که از شکاف و بر آمدگی استفاده می گردد ریل آزادانه از روی تراورس بلند شده و در جهت مخالف تراورس اتصالی، خم می شود. در زیر بار محوري سنگین در تراورسهای بتنی این امکان وجود دارد که ریل تحت اثر امواج کافی پیش از چرخ و پشت سر از چرخ بلند شوند. که به این عمل

پمپاژ گویند. این موضوع که وزن تراورس بتنی جهت  جلوگیری از پمپاژ کافی است یاخیر مورد بحث قرار دارد.  برای جلوگیری از پمپاژ احتمالی و تضمین آزادی حرکت عمومی ریل می توان از چفت و بندهای آزاد ریل استفاده نمود. این چفت و بندها پیچ هایی هستند که فاصله بین بالای ریل و سطح زیرین پیچ 32/0 تا 48/0 سانتیمتر می باشد.

گیره های قابل ارتجاع که دارای واشرهای پلاستیکی هستند قادرند کمی آزادی به ریل در جهت حرکت عمومی دهند. چفت و بندهای آزاد ریل نیز احتیاج به مهار دارد. عایق بندی در محل اتصالات به وسیله قرار دادن ریل بر روی یک صفحه سخت پلاستیکی و یا لاستیکی و پوشاندن چفت و بند به بوسیله ماده ای از فایبر گلاس صورت می گیرد. چفت و بند ایده آل برای نگهداری ریلها، چفت و بند ساده می باشد.

چفت و بندهای مستقیم به ندرت دارای این سادگی هستند. معمولا از دو سه قطعه مختلف تشکیل یافته اند، یک چفت و بند خوب، باید علاوه بر سادگی، ریل را در  مقابل حرکت افقی و نیز واژگون آن محافظت نماید. در صورت عدم وجود مهار کنندگان، یک چفت و بند باید بتواند در هر تراورس و در هر ریل در مقابل نیروی 10896 کیلوگرم در امتداد طولی مقاومت نماید.

همچنین باید تناسبی بین جهش ریل و بالشتک تراورس وجود داشته باشند.

به نظر می رسد که رابطه ای بین سختی مهار کننده و سختی بالشتک تراورس وجود داشته باشد یک بالشتک نرم در ترکیب با یک چفت و بند ثابت،  در اثر بار، فشرده شده و باعث ایجاد نیروی مهار کننده در چفت وبند می گردد. در اینجا استفاه از بالشتک ثابت مطلوب می باشد. بالشتکهای نرم و گیرههای قابل ارتجاع در تحمل بارهای متوسط موفق بوده اند ولی در برابر بارهای سنگین، حرکت جانبی و نیز فرسایش بیش از حد از خود نشان می دهند. بالشتکهای سخت به همراه گیره های ارتجاعی تحت تاثیر بارهای سنگین ترافیک، بیشترین فشار را به تراورسها و زیر سازی وارد کرده و نیز از حرکات و واژگونی ریلها جلوگیری می نماید. شکستگی و یا بیرون آمدن اینسرتهای فرو رفته در بتن، یکی دیگر از اشکالات مهار کنندگان می باشد که باعث صدمه دیدن تراورسها شده و اگر با چرخها تماس حاصل نمایند باعث کاهش قابلیت ارتجاعی اینسرتها، در بتن مي شود. اين اينسوتها اگر ظاهرا آسیب ندیده باشند، باید مرمت شده ویا حداقل مورد بازرسی دقیق قرار گیرند. در محل اتصال اینسرت و بتن ممکن است ترکهایی مشاهده شود، نمونه هایی از چفت و بندها در شکل (2) نشان داده شده اند.

2-8تجربیات اخیر

مدلهای مختلف تراورس بتنی  که خصوصیات AREA را دارا می باشند، در محلهای مختلف مورد آزمایش قرار می گیرند. این امر هم در مورد طرحهای داخلی وهم در مورد طرحهای خارجی صدق می کند. مدلهای

شکل 2

جزو یک TR-7 ساخت امریکا، کاستین CC244 C کانادایی و دیگر مدلها در خط آهن آلاسکا سانتافی، چسی و نورفلک و ستون و همچنین در دات فاست و پوئبلووکلرادو، آزمایش می شود. بنابراین، این تراورسها در شرایط جوی و ترافیکی مورد استفاده و آزمایش قرار می گیرند. چندین شرکت راه آهن مانند فلوریدا ایست کوست، بلک مسا، لیک پاول، و کاتراس سیتی ساترن، صد در صد و یا اندکی کمتر، از تراورس بتونی استفاده می کنند. آمتراک اخیرا تصمیم به نصب 6/643 کیلومتر تراورس بتنی در کریدور شمال شرقی بین نیویورک و بستون گرفت و این تصمیم قابل بحث و تبادل نظر می باشد.

تجربیات، در آزمايش طرحهای اخیر نشان داده که در اکثر موارد هنگامی که بار کمی وارد می شود، آزمایش با موفقیت روبرو بوده است در این کار با ایجاد تجمع وزنهای چند تنی در قسمتهای مورد آزمایش، طرح جدید رضایت بخش بوده است در این آزمایش مشاهده شد که حتی اگر بالشتکها خرد شده و حرکت کننده سطح ریل همچنان سالم وقابل استفاده باقی می ماند.

شرکت CM دریافته است که استفاده از تراورسهای بتنی در کاهش چین خوردگی سطح ریل و در نتیجه افزایش عمر آن، در زیر بارها قطار در کوهستان موثر است. ریل را می توان بدون هیچگونه مزاحمتی تعویض نمود. در تمام قسهای بالاتر از چهار درجه از تراورسهای بتنی استفاده می شود طول عمر ریل نیز دو تا چهار سال افزایش می یابد. از آنجایی که ریل بر روی تراورسهای چوبی باید غالبا تعویض گردد، تعویض میخها در هر 2 یا 3 سال باعث از بین رفتن چسبندگی بین میخها و تراورس شده و باعث از بین رفتن تراورسها و صفحات می شود. تجربه و تئوری هر دو نشان می دهند که برای مقاومت در برابر حرکت تراورسها و جذب کشش، به یک سطح زیرین قوی، برای زیر سازی نیاز است.

علی الخصوص زمانی که در تراورس از بالشتک سخت استفاده شده باشد. فواصل تراورسها معمولا بین 96/60 تا 6/68 سانتی متر می باشد که در مسیر قوسی شکل،  از فواصل 96/60 استفاده می شود فاصله گذاری تابعی است از طول تراورس، و مقاومت تراورس و مقاومت خمشی تراورس بستگی دارد.

تجربه نشان داده است که برای تراورسهایی که نیاز به فواصل 2/76 استفاده می شود، فاصله گذاری 96/60 سانتیمتری لازم الاجراء باشد. این موضوع تحت بررسی و بازدید قرار دارد

تراورسهای بتنی که تا 363 کیلوگرم وزن دارند در تعادل موثر می باشند اما غالبا از یک شانه 48/30 سانتیمتری بالاست، علی الخصوص در قوسها و سیستم CWR استفاده می گردد تراورسهاي بتنی نیز ظرفیت سختی آنرا افزایش می دهند.

در یک خط آهن که از تراورسهای چوبی استفاده شده است ظرفیتش 1135 کیلو گرم متر بر متر می باشد که در حالت استفاده از تراورسهای بتنی می تواند ضرب سختی 3175 کیلوگرم تا 6810 متر بر متر داشته باشد.

2-9نصب و مرمت

در خطوط جدید اشکالات اندک در نصب تراروسها و یا در بازسازی ریلها بوجود می آید این اشکالات فنی ممکن است تنها در قسمتی از ریل بروز کنند. شرکت (سی برد کاست)[2] از ترکیبی از تراورسهای بتنی و چوبی استفاده نموده که موفقیت آمیز هم بوده است قبلا شرکت (کان زاس سیتی سادرن) [3] دو تراورس بتنی را جایگزین سه تراورس چوبی نموده و سپس در تاریخ دیگری، فواصل را تنظیم می کرد تنها مسئله این بود که تراورسهای بتنی در ریل، سختی بیشتری نسبت به تراورسهای چوبی ایجاد می کردند، قابلیت ارتجاعی تراورسهای چوبی می تواند باعث ایجاد شتابهای عمودی در تراورسهای بتنی مجاور شود که مقدار زیادی از بار را متحمل شده و بیش از اندازه کشش پیدا می کنند، برای حل این مشکل می توان تراورس بتنی را در یک بخش و تراورس چوبی سالم را به قسمت دیگر منتقل کرده در بخش مجزا استفاده نماییم.

2-10استفاده در خطوط سریع السیر

تراورسهای بتني پیش تنیده عملکرد خوبی در خطوط سریع السیر داشته اند و به مراقبت کمی نیاز دارند، بار چرخها معمولا کمتر از 6/453 کیلو گرم است. بنابراین تراورس از تراورسهای خطوط باری سبکتر باشد. انجمن APTA [4] گروهی از خصوصیات را جمع آوری کرده است. از 15 سیستم در حال عمل 9 تای آنها، ایده استاندارد کردن عبور و مرور سریع را تایید نموده اند.

تراورسهایی که با خصوصیات ابتدایی طراحی شده اند، مورد استفاده و آزمایش قرار گرفته اند خطوط CTA [5] شیکاگو و سیستم (بارت) در سانفرانسیسک و خطوط MBTA [6] در بستون تراورسهای بتنی را با موفقیت مورد استفاده قرار دادند سیستم MARTA [7] در آتلانتا با استفاده از تراورسهای بتنی در حال ساخت می باشد. تراورسهای MARTA که 259 سانتیمتر طول دارند، به فواصل 2/76 سانتیمتر قرار گرفته و ريلها توسط مهار كنندگان پاندرال، مهار مي شوند. پايه هايي كه به اينسرتهاي تراورس در فواصل پنج در میان پیچ شده اند، مهار کنندگان را در قبال 18/68 کیلو گرم وزن ریل مقاوم می سازنند. تخمین زده می شود که در ده سال آینده در عبور سریع السیر، 155000 واحد از این تراورسها نیاز باشد.

2-11توجه اقتصادی تراورسهای بتنی

حال می توان مقایسه ای بین تراورسهای بتنی و دیگر انواع تراورسها نموده، قیمت تراورس با نوع ساخت، روش نصب و تورم اقتصادی متغییر است، در کلیه ارزیابیها باید نمای هزینه ها در نظر گرفته شود اخیرا قیمت خرید یک تراورس بتنی 35000 ریال ذکر شده است. هزینه نصب ممکن است در محدوده 3000 تا 10000 ریال باشد. هزینه حمله و نگهداری و عوامل فروش به آنها افزوده خواهد شد اثر اقتصادی کامل یک تراورس بستگی به عمر مفید آن داشته و نیاز به مرور زمان برای اثبات این موضوع دارد بر خلاف روش متداول آمریکایی که شامل نوسازی قطعات و یا نوسازی نقطه ای می باشد. امتراک از روش مرمت کلی استفاده می کند.

روش بازسازی نقطه ای نیاز به کار بدنی و سرمایه کمتری دارد، افزایش بهای تراورسهای چوبی و اختلالات مداوم ریل به دلیل تعویض اجزاء عمر، کوتاهتر تراورسهای چوبی همچنین استفاده از قطارهای ریل گذاری در حالت مرمتهای کلی، می تواند استفاده گسترده از تراورسهای بتنی را توجیه نماید.

3-1نقاط ضعف ذاتی تراورسهای بتنی

تراورسهای بتن مسلح تک بلوکی پس از پیدایش اولیه آن بعد از سال 1920، نقاط ضعف جدی زیر را از خود نشان داده اند.

تمایل به شکسته شدن تحت تاثیر بارهای دینامیکی قطار و ترک خوردگی وسیع که باعث تخریب می شود.

مقاومت خستگی بسیار کم ناشی از تنشهای کششی زیاد در قسمت مرکزی تراورس، که اگر تنشها از حد مقاومت کششی بیشتر شوند. به در رفتن میلگردها منجر خواهد شد.

بمنظور بر طرف شدن این نقاط ضغف لازم است.

ریل گذاری طوری انجام شود که تماس مستقیم با تراورس وجود نداشته باشد، یعنی از یک ماده جذب کننده انرژی برای خنثی نمودن ضربه بار وارده استفاده شود. این نوع مواد شامل بالستکهای لاستیکی است که به نوبه خود استفاده از پابندهای ارتجای را لازم می گرداند.

استفاد از میلگرد های مسلح کننده ارزان با طول عمر برابر با بتن.

3-2 دو نوع تراورس بتنی

همراه با فن آوریهای بتن مسلح و بتن پیش فشرده، دو نوع تراورس بتنی بوجود آمد:

-تراورس بتن مسلح دو بلوکی [8] شامل دو قسمت بتن مسلح ذوزنقه ای که با یک میله به یکدیگر متصل شده اند.

- تراورس تک بلوکی [9]بتن پیش تنیده که می تواند بصورت پیش کشیده یا پس کشیده باشد بدلیل اینکه توزیع نیروها در زیر تراورس تنشهای بسیار کمی را در قسمت وسط نشان می دهد، می توان مصالح کمتری را با اطمینان در این قسمت از تراورس مورد استفاده قرار داد. به همین دلیل بتن قسمت وسط تراورسهای دو بلوکی با یک میله جایگزین شده است(که اساسا به منظور حفظ عرض خط می باشد)، در حالیکه در تراورسهای پیش تنیده (چون نمی توان راه حل فوق را مورد استفاده قرار داد) سطح مقطع تراورس را در قسمت وسط کوچک تر در نظر می گیرند.

تراورس دو بلوکی در كشور فرانسه ابداع گرديد و استفاده کنندگان اصلی آن عبارتند از: الجزایر، بلژیک، برزیل، دانمارک، یونان، مکزیک، هلند، پرتغال، اسپانیا، تونس و غیره.

تراورسهای تک بلوکی پیش کشیده در کشور انگلستان تولید شد و استفاده کنندگان اصلی آن عبارتند از: استرالیا، کانادا، مجارستان، عراق، ژاپن، نروژ، لهستان، آفریقای جنوبی، ایالات متحده، روسیه.

تراورسهای تک بلوکی پس کشیده در کشور آلمان تولید شد و استفاده کنندگان اصلی آن عبارتند از: اتریش، فنلاند، هند، ایتالیا، مکزیک، و ترکیه.

از تمام تراورسهای بتنی نصب شده جدید، 20 درصد آن دو بلوکی و 80 درصد تک بلوکی است کل تعداد تراورسهای بتنی که در سال در دنیا ساخته می شود در حدود 20 میلیون عدد می باشد.

استفاده از تراورسهای بتنی در مسیرهای منحنی شکل یک موضوع بحث انگیز است درخطوط راه آهن آفریقای جنوبی برای عرض خط متر یک و شعاع قوس کمتر از 300 متر از تراورس بتنی استفاده نمی شود از طرف دیگر راه آهن کانادا که حدود درجه حرارت زیاد (40 - تا 30 + درجه سانیگراد) را تجربه می کند در تمام قوسهای با شعاع کمتر از 870 متر که بسیاری از موارد زیر 200 متر است. تراورسهای بتنی نصب کرده و از ریلهای جوشکاری پیوسته و بدون تعریض در قوس استفاده می کند. تا اندازه ی می توان گفت که رویکردهای متفاوت ممکن است بدلیل وجد اشکالهایی در بعضی پابندها باشد.

3-3 تراورس بتن مسلح دوبلوکی

3-3-1ابعاد هندسی و مقاومت مکانیکی

شکل (3) خصوصیات هندسی تراورسهای بتن مسلح دو بلوکی 31 u-راه آهن فرانسه را که 180 کیلوگرم وزن دارد نشان می دهد میله اتصالی دارای مقطع Y یا L شکل است این نوع تراورس را می توان بطور کامل در هر کشوری تولید نمود. بجز میله اتصالی که وارد می شود. در خطوط بار متوسط و گروه های UIC 3,4, 5 مورد استفاده قرار می گیرد و سرعتهای تا 200 کیلو متر در ساعت برای بار محوری 19 تا 21 تن و سرعتهای تا 220 کیلومتر در ساعت برای بار محوری تا 17 تن روی آن قابل اجرا است.

شكل

تراورسهای دو بلوکی به ضخامت و مقاومت بالاست بیشتری نسبت به تراورسهای چوبی نیاز دارند. هر گاه این نیاز برآورده شود، از تراوسهای دو بلوکی نتایج رضایت بخشی حاصل خواهد شد. در حالیکه تراورسهای دوبلوکی روی بستر با کیفیت ضعیف قرار می گیرند دقت خاصی باید اعمال شود در این حالت ضخامت بالاست باید افزایش بیشتری داشته باشد.

در خطوطی که بارهای سنگین تر را حمل می کنند. (گروهای UIC 1,2) و سرعتهای بزرگتر از 200 کیلومتر در ساعت، نوع متفاوت و بزرگتر تراورس دو بلوکی مورد استفاده قرار می گیرد شکل (4) خصوصیات هندسی چنين تراورس را مربوط به راه آهن فرانسه به نام U-41 نشان می دهد این تراورس 260 کیلو گرم وزن داشته و در خط TGV که با سرعت 300 کیلومتر در ساعت حرکت می کند، بکار رفته است.

به خاطر میله اتصالی انعطاپذیر، تراورسهای دو بلوکی به نگهداری بیشتری در مدت استفاده نیاز دارند، طوریكه به عدم نشست ناهمگن دو بلوک و از بین رفتن عرض خط اطمینان حاصل شود.

شکل (4)

3-3-2 مزایا و معایب

تراورسهای دو بلوکی بدلیل وزن زیاد مقاومت جانبی رضایت بخشی را برای خط بوجود آورده و سرعتهای زیاد را مجاز می سازند. عرض خط را در محدوده مجاز تغییرات نگه داشته وعمر زیادی دارند. در هر کشوری می توان آنها را تولید و معمولا ارازن تر از تراورسهای چوبی هستند.

رفتار تراورسهای دو بلوکی، در صورتیکه بالاست دارای ضخامت و خصوصیات مکانیکی مناسب نباشد، کمتررضایت بخش خواهد بود. توزیع نیروها و انعطاف پذیري تراورسهای دو بلوکی نسبت به تراورسهای چوبی نیز کمتر رضایت بخش است  بعلاوه تراورسهای دو بلوکی نياز به اتصالات ارتجاعي دارند و بخاطر وزن زياد، حمل ونقل آنها مشكل است تراورس دو بلوكي) ( بر خلاف تراورس چوبی) جهت تامین عایقی لازم در ارسال علائم و کشش الکتریکی نیاز به لوازم مخصوصی دارد. توجه خاصی به رفتار میله اتصالی باید مبذول داشت. در صورتیکه این میله بطور مناسبی در محل خود قرار نگرفته باشد، ممکن است خطرات نگهداری را برای گروه کاری روی خط بوجود آورد، که در حالت تراورس تک بلوکی مرتفع گردیده است.

3-3-3عمر مفید

تراورس دو بلوکی عمر مفیدی حدود 50 سال را دارد.

3-3-4 تغییر شکل تراورس دو بلوکی

شکل (5) تغییر شکل تراورس دو بلوکی U-31 را برای کیفیتهای مختلف بستر((R, S₁, S₂,S₃ و ضخامت تکیه گاه خط نشان می دهد. مشاهده می گردد که تغییر شکل بسیار کمتر از تراورسهای چوبی است بنابراین درحالت بستر ضعیف، استفاده از تراورس در بلوکی باید با افزایش ضخامت بالاست دارای مقاومت مکانیکی کافی همراه باشد.

شكل

3-4 تراورس تک بلوکی بتن پیش تنیده

3-4-1ابعاد هندسی و مقاومت مکانیکی

خصوصیات هندسی تراورس

تک بلوکی بتن پیش تنیده

مشابه تراورس چوبی و مقاومت مکانیکی آن مشابه تراورس دو بلوکی است.

تراورس تک بلوکی

·          تنشهای متناوب را بهتر تحمل می کند، زیرا تنش وارد بر بتن همیشه بصورت فشاری است.

·          ارتفاع تراورس در قسمت وسط کمتر است، زیرا لازم نیست که مانند بتن مسلح معمولی میلگردها در فاصله حداکثر ممکن تا  تار خنثی قرار بگیرند.

·          در مقایسه با تراورس دو بلوکی، استفاده از میلگرد کاهش می یابد.

·          از نظر وزنی سبک تر از تراورس دو بلوکی است، حقیقتی که بهره حال مقاومت جانبی خط را  نیز کاهش می دهد.

تراورسهای تک بلوکی با خصوصیات هندسی بسیار متنوع یافت می شوند. ولی، تمام آنها دارای یک کاهش سطح مقطع در وسط هستند.

شکل (6) تراورسهای تک بلوکی راه آهن انگلیس و آلمان

جدول (1) خصوصیات هندسی تراورسهای تک بلوکی بتن پيش تنیده مورد استفاده در شبکه های مختلف راه آهن

جدول (2) خواص مکانیکی انواع مختلفی تراورسهای تک بلوکی بتنی پیش تنیده

شکل(6) خصوصیات هندسی تراورسهای تک بلوکی راه آهن انگلیس( با نیروی پیش تنیدگی اولیه برابر با 91/38 تن و نیروی پیش تنیدگی باقیمانده 1/32 تن) و راه آهن آلمان( با وزن 280 کیلوگرم نیروی پیش تنیدگی اولیه 5/32 تن و نیروی پیش تنیدگی باقیمانده 5/27 تن) را نشان می دهد. جدول (1) خصوصیات هندسی تراوسهای تک بلوکی مورد استفاده در شبکه های اصلی راه آهن دنیا و جدول (2) خصوصیات مکانیکی تراورسهای تک بلوکی شبکه های مختلف راه آهن را نشان می دهد.

یکی از مسائل اساسی در طراحی تراورسهای تک بلوکی ، نسبت حداکثر لنگر خمشی M_cr که تراورس می تواند تحمل کند به حداکثر لنگر خمشی M_max است که در تراورس ایجاد می شود این نسبت مقادیری بین 3/1 تا 8/1 را بخود اختصاص می دهد.

3-4-2مزایا و معایب

تراورسهای تک بلوکی رفتاری مشابه تراورسهای دو بلوکی دارند. این تراورسها عرض خط را به نحو رضایت بخشي ثابت نگه داشته و عمرطولانی دارند. در ضمن به اتصالات ارتجاعی و لوازم مخصوص جهت ارسال علائم نیاز دارند.

بهره حال، تراورسهای تک بلوکی نیروها را بهتر از تراورسهای دو بلوکی توزیع می کنند، ولی نه به خوبی تراورسهای چوبی، مقاومت جانبی آنها کمتر از تراورسهای دو بلوکی ولی بیشتر از تراورسهای چوبی است، همچنین تراورسهای تک بلوکی یک سطح همواری را برای بازرسی گروه نگهداری فراهم می کنند.

3-4-3 عمر مفید

تراورسهای تک بلوکی عمر مفیدی حدود 50 سال دارند.

جدول مقایسه مقدار مصالح وهزینه تمام شده تراورس بتن یکپارچه پیش تنیده و دو تکه

 تحقیق درباره ميكروسيليكا چيست؟ سيمان يا ماده‌اي افزودني؟

جواب: ميكروسيليكا، نام ديگر بخار سيليكاست. در زمينه صنعت بتون گروهي معتقدند كه ميكروسيليكا جامع‌تر از بخار سيليكاست. محصول توليد شده، از كوره‌هاي الكتريكي توليد كننده فروسيليكون و يا فلز سيليكون بدست مي‌آيد. به همين دليل است كه ميكروسيليكا ناميده مي‌شود. ميكروسيليكا جهت فروش به بازار عرضه مي‌شود و به صورت پودري خيلي نرم مي‌باشد ميكروسيليكا داراي خواص زير مي‌باشد:

- كاهش جداسازي و هواگيري در بتون تازه

- افزايش جامع، كششي و قدرت خمشي در دوره مراقبت

- جايگزيني بيش از 35 درصد opc در يك مخلوط

- كاهش ورود آب زيان آور شيميايي

- كاهش نفوذ گازها و بنابراين كاهش كربناسيون

- بهبود مقاومت در سيكلهاي يخ زدن و آب شدن يخ

- افزايش مقاومت سايشي

- كاهش خطر قليائي شدن و يا سيليكاتي شدن

- افزايش كارايي، اسلامپ هم تراز

- كاهش تشكيل باندهاي شيشه‌اي در هنگام كار بروشات كربني

 مقاوم حرارت

دماي بالا: ميكروسيليكا در واكنش با آلومينا تشكيل فولايت مي‌دهد كه كارايي آن تا ° c 1700 افزايش مي‌يابد.

گرما: افزايش قدرت بدون ايجاد آلودگي

جريان: كاهش نياز به آب در هنگام كار در محل

چگالي( تراكم) قالب‌ريزي: پركردن خلل و فرج براي نفوذ‌پذيري كمتر قدرت بالا و انتقال حرارت

 ميكروسيليكا چیست

ميكروسيليكا( پودر سيليكا) از دودة كوره بازيافت مي‌شود فيلترهاي سيستم تميز كننده دوده، گرد و غبار را از كوره مي‌گيرد و هواي تميز را عبور مي‌دهد. از ميكروسيليكا عمدتاَ جهت اضافه كردن به بتون استفاده مي‌شود مانع نفوذ كلريد به بتون مي‌شود بنابراين ميل گردها را از خوردگي زودرس حفظ مي‌كند. افزودن ميكروسيليكا به سيمان جهت افزايش مقاومت در برابر سائيدگي مي‌شود و تراكم خمش و كشش را افزايش ميدهد ميكروسليكا مواد ما كاربردهاي جديدي در صنايع مختلف پيدا مي‌كند.

خواص ميكروسيليكا چیست:

ميكروسيليكا مانع نفوذ كلريد به بتون مي‌شود و بنابراين ميل‌گردها را در برابر سايش زودرس حفظ مي‌كند. مخلوط ميكروسيليكا و بتون براي ساختمان‌هاي زير آبي و پلها مناسب‌اند معمولاَ سيمان پرتلند در اثر تركيب با ميكروسيليكا درمقابل سولفاتها مقاومت مي‌كند( مشابه سيمانهاي ضد سولفات) ميكروسيليكا نفوذ‌پذيري بتون را كاهش داده و باعث افزايش استحكام آن مي‌شود. افزايش ميكروسيليكا به سيمان سبب مقاومت در برابر سائيدگي مي‌شود. و سبب افزايش تراكم، مقاومت خمش و كشش مي‌شود.

افزايش مقاومت سيمان با ميكروسيليكا

ميكروسليكا ماده افزودني به بتون است كه سبب استحكام بتون و افزايش مقاومت بتون در برابر گرما و رطوبت مي‌شود.

مقايسه خوردگي بتون ايپانكس با بتون ميكروسيليكا

موضوع آزمايش: اين برنامه تحقيق خوردگي بتون ايپانكس و ميكروسيليكا توسط ديپا براي ارزيابي و مقايسه هر دو افزودني در مخلوطهاي بتوني مشابه به عنوان سيستم‌هاي محافظت كننده از خوردگي بود.

مراحل آزمايش: شامل خوردگي، آزمايش خوردگي، روي نمونه‌اي بود كه توسط انجمن فدرال شاهراهاي آمريكا براي ارزيابي خوردگي ميل‌‌‌‌‌‌گرد معمولي سياه در بتون استفاده شده بود.

توضيح آزمايش: قطعات بتون با طرحهاي مشابه و استفاده خرده سنگهاي مشابه سيمان و آب تحت شرايط كنترل شده ساخته مي‌شوند.

قطعات در سايزهاي مختلفهستند و نمودار (1) محلول نمك‌ طعام به مدت چهار روز پي‌درپي درون قطعات ريخته مي‌شود و بعد از چهار روز محلول را خالي كرده و قطعات را شسته و براي سه روز در دماي˚F 100 نگهداري مي‌شوند اين سيكل پركردن با آب نمك و خشك كردن در دماي ˚F 100 طي 48 هفته ادامه مي‌يابد.

مراحل آزمايش: دالهاي بتوني توسط طرحهاي مختلف كه در زير بيان شده قالب‌ريزي شده‌اند بلافاصله بعد از قالب‌ريزي دالهاي بتوني در بسته‌هاي پلاستيكي به مدت سه روز نگهداري شده و مدت 25 روز در دماي ˚F 80- 60 در معرض هوا قرار مي‌گيرند. روي كناره‌هاي دالها و انتهاي ميل‌‌‌‌‌گردها دو لايه پوششي اپوكسي زده مي‌شود و سرهاي ساخته‌شده در دور تا دور دالهاي بتوني آب نمك را نگهداري مي‌كند. سطح بالايي دالهاي بتوني سندپلاست مي‌شوند ميل‌گردهاي بالايي به يك سر مقاومت 10اهمي با سيم مسي وصل شده و ميل‌گردهاي پائيني به سر ديگر آن وصل مي‌شوند. خوردگي بين ميل‌گردهاي بالايي( آندها) و ميل‌گردههاي پائيني( كاتدها) قابل اندازه‌گيري است. اختلاف پتانسيل ميل‌گردهاي بالايي براي تعيين ميزان خوردگي ميل‌گردها اندازه‌گيري مي‌شود. همه اندازه‌گيريهاي الكتريكي هفته‌اي يكبار طي 48 هفته انجام مي‌شود.

نتيجه آزمايش: جريانات خوردگي( نمودار2) سولفات مس، قدرت باطري( نمودار 3) محتويات يون‌‌كلرايد ( نمودار 4) در نمودارهاي زير نشان داده شده است. نمودارهاي ميله‌اي عمودي در شكل(2) ميزان خوردگي را بر حسب ميكروآمپر در بازه‌هاي زماني 4هفته‌اي در مدت 48 هفته آزمايش نشان مي‌دهد. جريانات ضعيف برق مشاهده شده حاكي از عدم وجود خوردگي ميل‌گردها و بتون ايپانسكي و ميكروسيليكات مي‌باشد.

نمودارهاي ميله‌اي عمودي شكل 3 جريان ورودي برق را در بازه زماني 4 هفته‌اي در هفته‌هاي 24تا 48 يعني نصف زمان مقدر نشان مي‌دهد. اطلاعات اوليه به دليل اينكه باطريهاي سولفات مس دردسترس نبودند نشان داده نشد. ولتاژ الكتريكي براي مشخص كردن ميزان خوردگي ميل‌گردها انجام شد.

مشخصات بارز عددي ولتاژ:

- اگر ولتاژ بزرگتراز 2/0- باشد، 90 درصد احتمال اينكه ميل‌گردها در زمان اندازه‌گيري خرده نشوند وجود دارد.

- اگر ولتاژ بين 35/0- و2/0- باشد فعاليت خوردگي غير قطعي است.

- اگر ولتاژ كمتر از 35/0- باشد بيش از 90 درصد احتمال خوردگي ميل‌گردها در طول اندازه‌گيري وجود دارد.

نمودارهاي ميله‌اي عمودي شكل 4 ميزان يون كلرايد را به صورت درصدي بعد از 48 هفته آب دادن و خشك كردن نشان مي‌دهد. نمونه‌هاي بتوني به صورت افقي( همانند ميل‌گردها) در عمق مشخص شده قرار داده مي‌شوند. اطلاعات مشخص شده ميانگين از حداقل سه بررسي را نشان مي‌هد.

ميزان كلرايد يون پائين‌‌‌تر از حد مورد قبول از آغاز خوردگي است. در انتهاي آزمايش ميل‌گردها از والهاي بتوني برداشته شده تحت بازرسي قرار گرفته‌اند. هيچ خوردگي برروي ميل‌گردها قابل مشاهده نبوده.

خلاصه: بتونهاي ايپانسكي و ميكروسيليكات به مدت 48 هفته مورد مقايسه قرار گرفتند. ميكروسيليكات، تراكم گاز( دود) سيليكا و يا گاز سيليكا از طريق صنعت فلز سيليكون و يا آلياژ فروسيليكون توليد مي‌شود.

ميكروسيليكا متشكل از ذرات كروي شكلي از دي‌اكسيدسيليكون و حدوداَ بين 100-50 بار كوچكتر از ذرات سيمان مي‌باشد و از تركيب با سيمان پرتلند بسيار پوزولونيك مي‌باشد در طي مراحل هيدراسيون سيمان مازاد هيدروكسيدكلسيم وجود دارد. ميكروسيليكايي اضافه شده

(Sio2) با مازاد هيدروكسيدكلسيم واكنش نشان مي‌دهد و اين سبب توليد مقدار زيادي از سيليكات كلسيم شده كه قوي‌تر و متراكمتر از هيدروكسيد كلسيم مي‌باشد. همچنين ميكروسيليكا پركننده خوبي براي خلل و فرج مي‌باشد. ذرات بسيار ريز قادر به پر كردن فضاهاي خالي در بتون مي‌باشد و باعث تراكم بتون مي‌شوند.

بعبارتي ساده‌‌تر اثرات پوزولونيك و پركنندگي ميكروسيليكا در تركيب با سيمان پرتلند امكان توليد بتون با قدرت و مقاومت شيميايي بالا هواگيري كمتر وكاهش نفوذ‌پذيري را مي‌دهد. اولين آزمايش‌هاي ميكروسيليكايي در سال 1952 انجام شده و ميكروسيليكا از اواخر دهه 70 در صنعت بتون‌سازي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.