پروژه کارآموزی معماری ساختمان های بتنی و فلزی

مقدمه

ضرورت تحقیق در خصوص مصالح ساختمانی  خصوصا بتن به عنوان عنصر شاخص در ساخت و ساز، از چند دهه گذشته در مرکز توجه موسسات تحقیقاتی در کشورهای مختلف بوده است. در کشور ما با توجه به حجم انبوه ساخت و سازها در بخش عمومی و در بخش خصوصی و همچنین سرمایه گذاری های عظیم برای ساخت فرا سازه ها، که بخش اعظم آنها را سازه های بتنی تشکیل می دهند، پرداختن به موضوع تحقیقات در زمینه مصالح ساختمانی و خصوصا بتن از اهمیت زیادی برخوردار است. در کشورهای پیشرفته، امروزه بخشی قابل ملاحظه ای از بتن های مصرفی را بتن های  خاص تشکیل می دهد و با توجه به قابلیت های شگرف این مصالح ساختمانی ، تحولهای اساسی در تکنیک ها و روشهای ساخت سازه ها ایجاد شده است.

آزمایشگاه مصالح ساختمانی دانشکده فنی دانشگاه تهران از بدو تاسیس به عنوان یکی از مراکز معتبر آزمایشگاهی مصالح ساختمانی در کشور محسوب می شده و هم اکنون به عنوان آزمایشگاه مرجع مورد قبول سازمانها و ارگانهای رسمی است . انستیتو مصالح ساختمانی دانشکده فنی دانشگاه تهران در همکاری با آزمایشگاه مصالح ساختمانی با هدف ارتباط با صنعت ساختمان و انجام پروژه های علمی، تحقیقاتی، مشاوره ای، مدیریتی و اجرایی به منظورارتقای کیفی و کمی دانش مربوط به مصالح و فراورده های ساختمانی و نیز کاربرد آنها شامل : مطالعات رفتاری، فن آوری تولید، کاربرد مصالح و فرآورده های بتنی، ترمیم و نگهداری سازه ها وطراحی سازه های بتنی محافظ شروع به کار کرده است. این مرکز تاکنون توانسته است بیش از20 نفر از نخبگان ( دانشجویان افتخار آفرین در مسابقات بین المللی انجمن بتن آمریکا در سه سال اخیر) و فارغ التحصیلان دانشکده فنی را جذب کند.

انستیتو مصالح ساختمانی با بهره گیری از تجهیزات کامل آزمایشگاه مصالح ساختمانی ، مسوولان مجرب، نخبگان و فارغ التحصیلان دانشکده فنی آماده ارائه خدمات وسیعی به صنعت ساختمان کشور می باشد و هم اکنون مورد توجه صاحبان صنایع ساختمانی در زمینه های مختلف قرار گرفته و قراردادهای پژوهشی و تحقیقاتی متعددی را منعقد نموده است.

انستیتو مصالح ساختمانی دانشکده فنی با همکاری آزمایشگاه مصالح ساختمانی با توجه به ظرفیت قابل ملاحظه خود توانایی ارائه خدمات مشاوره ای -  پژوهشی و آزمایشگاهی وسیعی در زمینه های مختلف صنایع ساختمانی را دارد.

حفاظت کاتدیک فولاد در سازه‌ های فولادی و نیز میلگردهای فولادی در سازه‌های بتنی

  اگرچه حفاظت کاتدیک فولاد از دیرباز در دنیا مطرح بوده است؛ در ایران و به خصوص در سازه‌های دریایی و ساحلی خلیج‌فارس این مسئله کمتر مورد توجه قرار گرفته است. عمده‌ترین حفاظت به کار گرفته شده در ایران معمولاً‌ استفاده از رنگ‌های مخصوص بوده که این مسئله در مورد میلگردهای به کار رفته در سازه‌های بتن‌آرمه قابل استفاده نیست. به همین جهت در سازه‌های بتن‌آرمه ساحلی و دریایی خلیج‌فارس، بزرگترین مسأله، خوردگی میلگردها و مترادف با آن زوال و خردشدگی بتن بوده است؛ به طوری که گاه عمر سازه بتن‌آرمه را به کمتر از 5 سال نیز تقلیل داده است. تحقیقات مناسب در این ارتباط و تنظیم توصیه‌نامه و دستورالعمل مناسب در جهت حفاظت کاتدیک فولاد به خصوص در سازه‌های بتن‌آرمه، می‌تواند در این راستا بسیار راهگشا باشد. اجباری کردن رعایت چنین دستورالعمل‌هایی در سازه‌های بتن‌آرمه ساحلی و دریایی جنوب توسط مقامات ذیصلاح، به صرفه‌جویی کلانی در سرمایه‌های کشور منجر خواهد شد.

تعمیر بتن در مناطق دریایی

   در مناطق گرمسیری و دریایی، به سبب وجود شرایط محیطی حاد و خورنده، سازه‌های بتن‌آرمه در معرض ابتلا به انواع خرابی‌ها قرار دارند. در حال حاضر سالانه برای ترمیم خرابی‌های آرماتور و خسارت ناشی از آن، میلیاردها دلار در سراسر دنیا هزینه می‌شود. تعمیر بتن در مناطق دریایی شامل تعمیر بتن در خارج از آب و تعمیر آن در داخل آب می‌گردد. در خارج از آب عمده‌ترین خرابی‌ها ناشی از خوردگی میلگرد در بتن، خرابی سولفاتی، واکنش قلیایی سنگدانه‌ها و کربناتی‌ شدن بتن می‌باشد که سبب خوردگی فولاد می‌گردد. تعمیر سازه‌های بتنی در زیر آب مسائل پیچیده و مشکلی را در بردارد. هر چند که روش‌های تعمیر و نوع مصالحی که به کار می‌رود شبیه به حالت‌های تعمیر بتن در خارج از آب است، ولی شرایط سخت محیطی و مشکلاتی که کار در زیر آب و یا در ناحیه پاشش آب به همراه دارد، تفاوت‌های عمده‌ای را ایجاد می‌کند. فرسایش و تخریب بتن در نواحی جزر و مد و یا در ناحیه پاشش آب نیز یک مسئله جدی از نقطه‌نظر اقتصادی می‌باشد. موج آب که حاوی اکسیژن و املاح متعددی می‌باشد، اثر تخریبی مؤثری بر سنگدانه‌های بتن دارد.

ساختمانهای بتنی:

یک مد خرابی معمول در سازه های بتنی بهنگام زلزله، فروافتادن دال کف، تقریبا بدون شکست، بر روی کف زیرین خود میباشد. در این نوع خرابی که تحت عنوان "پن کیک" از آن یاد میشود، دالهای کف فروافتاده از دسترسی و رهایی مصدومان جلوگیری می کند و لذا مشکلات زیادی را بخصوص درصورتی که موقعیت و وضعیت قربانی نامعلوم باشد ایجاد می نماید. دال بتنی هر طبقه به ابعاد 30 متر در 30 متر و به ضخامت 10 سانتیمتر وزنی بالغ بر 250 تن دارد که از ظرفیت جرثقیلهای معمول فراتر است. لذا باید این دالهای بتنی به قطعات کوچکتر بریده شوند تا قابل حمل و جابجائی بوسیله جرثقیلهای عادی شوند.

پیش بینی تغییرات خصوصیات فیزیکی بتن

واضح است که جداسازی بخشهایی مانند کاهش میزان تخلخل و تضعیف قدرت در هنگامیکه بتن در تماس با آب قرار می گیرد به این دلیل اتفاق می افتند که مواد تحت این شرایط در اثر جدا شدن از هم و یا ترکیب شدن با هم مبادله می شوند. هر چند که تا کنون روش خاصی برای اندازه گیری مقدار تغییرات خواص یافت نشده است . نویسنده در این مقاله سعی دارد تا کارایی آزمایشات سیمان در شرایط مایع ودقت سازه های بتنی 34 تا 104 ساله را مورد مطالعه قرار دهد و مدلی برای تضعیف خصوصیات فیزیکی به دلیل نشت مواد هیدراته و بر اساس نتایج این مطالعات طراحی کند.

سازه های بتنی مانند مخازن ، تانکرها ، سدها ، لوله های ذخیره آب در طولانی مدت در تماس با آب می باشند و به همین خاطر ممکن است بخشی از مواد آن جدا شده و شسته شود همانند مشکلات محیطی بنابراین نشت مواد هیدراته دلیل اصلی افزایش تحقیقات در این زمینه بوده است. بخشی از اطلاعاتی که اکنون درباره افزایش غلظت مایع به خاطر نشت موادی مانند کلسیم از هیدراتهای سیمانی بدست آمده نتیجه تحقیقات گذشته می باشد ، همچنین تحقیقات بسیاری برای مدل سازی و اندازه گیری تغییرات شیمیا یی حاصل از نشت مواد صورت گرفته است. هرچند که تاکنون روش و راه حل خاصی برای اندازه گیری کاهش غلظت مواد شیمیایی و تحلیل این تغییرات بدست نیامده است که این مسئله حاصل روند بسیار کند واکنشهای تجزیه حاصل از نشت مواد می باشد. به همین ترتیب نتایج بدست آمده از آزمایش خمیر در آب و رزین عایق و تغییرات خصوصیات فیزیکی حاصل از نشت مواد هیدراته سیمان مورد مطالعه قرار گرفتند و به طورهم زمان این نتایج با داده های سازه های حقیقی در بازه سنی 34 تا 104 سال مقایسه شدند. حاصل این تحقیقات شایان توجه می باشد زیرا کارآمدی و وسعت روشهای مطرح شده را در تخمین و اندازه گیری تغییرات خواص فیزیکی در اثر نشت مواد نشان می دهد ، افزون بر آنکه مدلی برای پیش بینی کمی این تغییرات وبر اساس نتایج این اکتشافات ابداع شد.

نمونه های خمیر مورد آزمایش در 4 نوع که از نظر میزان آب سیمان با یکدیگر متفاوتند آماده شده و همانطور که مشاهده می شود نتایج آزمایشات کیفیت سیمان به کار برده شده در نمونه آورده شده است.

سیمان معمولی پورتلند (Portland) که برای این تحقیق در نظر گرفته شده است دارای 100 % OPC می باشد و هیچ ماده زائدی مانند کربنات کلسیم همراه خود ندارد ، از این سیمان برای تهیه نمونه استفاده شده است وآب یونیزه شده برای مخلوط کردن آن به کار برده شده است. برای تهیه این مخلوط از مخلوط کن چرخشی استفاده شد و دمای حفره و رطوبت فضای مخلوط کن برابر با 30 ºC و 60 %RH می باشد. بعد از یک روز که خمیر مورد نظر در شرایط آزمایش قرار داده شد مدت 56 روز زیر آب و در دمای 40 ºC قرار می گیرد این کار به جهت افزایش میزان هیدراتاسیون آن در شروع آزمایش و در طول انجام ان می باشد و پس از این مدت آزمایشات انجام شده جهت تثبیت خواص نمونه تکمیل شده است. سرانجام شش نمونه یک اندازه ازقسمت هسته قطعه اصلی جدا شده و برای آزمایش کنار گزارده می شوند.

در آزمایشهای اولیه سعی در تثبیت خواص فیزیکی است و این آزمایشها بر اساس JIS R5210 انجام شده اند. در تمامی این آزمایشها سختی آب به صورت تصادفی در نقاط مختلف اندازه گیری شده و برای هر نمونه ایت کار 30 بار انجام گرفته است . همچنین آزمایشهای خمیر در مایع و در دمای 20ºC انجام شده است و آب حاصل از تبادل یونها و کاتیونها با میزان غلظت اسیدی بالا در واکنش با سولفات کلسیم با کمترین خسارت در مقایسه با یونهای سیلیس قرار داده شده و بر این اساس تمام کلسیم موجود در خمیر نمونه دارای یونهای تغییر یافته بود برای آماده سازی آب در تهیه خمیر نمونه و سرانجام پس از مدت زیاد وبا ادامه این آزمایشات میزان سختی و خوردگی را می توان در کنار هم بدست آورد. از نتایخ این آزمایشات مشاهده شد که درجه هیدارات F را می توان 9.77 در نظر گرفت ودر اینصورت نتایج آزمایش فرقی نخواهد کرد. همچنین مشاهده شد که به طور تجربی تغییرات خطی در میان درصد آب سیمان است.

همانگونه که از نتایج بر می آمد ، نیروی قوی در این آزمایشها وجود دارد و واکنشی که سبب تضیف بود به جهت نشت مواد بسیار کند پیش رفته و به همین خاطر تعیین نیروی پس از تضعیف دشوار است.