خواص و عملکرد بتن غلتکی

بتن غلتکی جهت کاربرد به عنوان روسازی راه (RCCP) در حالت تازه با بتن معمولی متفاوت بوده و بسیار سفتتر و کارآیی آن به مراتب کمتر است. در حالت سخت شده بتن غلتکی روسازی از بسیاری جهات مشابه بتن معمولی است.‌ پارامترهای اصلی تاثیرگذار روی خواص بتن‌های معمول، نظیر نسبت آب به سیما‌ن‌ و میزان تراکم‌، تاثیر مشابه روی خواص بتن غلتکی روسازی دارند‌.

خواص بتن غلتکی

کارآیی

بتن غلتکی در حالت تازه باید قابلیت تحمل وزن غلتک را جهت تراکم‌ داشته باشد. از این رو بتنی است بسیار سفت و خشک که میزان آب آن بسیار کمتر از بتن‌های معمولی است. لذا روش‌های معمول تعیین روانی و کارآیی نظیر آزمایش اسلامپ برای این نوع بتن قابل کاربر‌د نیست. مسئله کاهش کارایی بتن غلتکی پس از ساخت مخلوط در طی زمان و شروع گیرش بتن از مسائل مهم در بتن غلتکی است‌.

جداشدگی

جلوگیری از پدیده جداشدگی سنگدانه‌ها از بتن برای بتن‌های غلتکی پروژه‌های سد سازی از مسائل بسیار مهم و از الزامات اصلی در طرح اختلاط این نوع بتن‌ها است. پائین بودن مقدار مواد سیمانی به لحاظ کنترل مسائل حرارتی و همچنین درشت بودن اندازه حداکثر سنگدانه‌ها ‌حدود ۷۶ میلیمتر (۳ اینچ)‌ از عوامل تشدید کننده جداشدگی در این نوع بتن‌ها هستند. در مخلوط‌های بتن غلتکی روسازی اندازه حداکثر سنگدانه بسیار کمتر است. اندازه سنگدانه به جهت بهبود کیفیت سطوح روسازی به کمتر از ۱۹ میلیمتر محدود می‌شود.‌ همچنین مقدار مواد سیمانی در این نوع بتن‌های غلتکی بسیا‌ر بیشتر‌ بتن‌های غلتکی سدسازی‌ است. از اینرو اگر چه مخلو‌ط‌های بتن غلتکی روسازی بسیار خشک هستند. اما مسائل جداشدگی در این نوع بتن‌ها کمتر از‌ بتن‌های غلتکی سدسازی ‌است.

آب انداختگی

مسئله آب انداختگی در بتن‌های معمولی و روسازی‌های بتن معمولی از مواردی است که باید کنترل شود. در بتن‌های غلتکی به علت کم بود‌ن آب اختلاط، پدیده آب انداختگی رخ نمی‌دهد. لذا مشکلات ناشی از ایجاد لایه ضعیف روی سطح بتن در این نوع بتن‌ها مسئله ساز نبوده و می‌تواند از مزایای این نوع بتن‌ها در نظر گرفته شود.

جرم حجمی و درجه تراکم

‌با توجه به مقدار کمتر آب در این نوع مخلو‌ط‌ها در صورت تراکم مناسب، جرم حجمی آنها قدری بیشتر از بتن‌های معمول می‌شود‌. جرم حجمی حدود ۲۴۰۰ تا ۲۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب برای بتن‌های غلتکی روسازی مقادیری متعارف است. با توجه به خشکی مخلوط‌های بتن غلتکی، میزان تراکم تاثیر بسیار مهمی بر جرم حجمی آنها دارد‌. بر این اساس رفتار بتن غلتکی در حالت تازه، تحت انرژی تراکم، مشابه رفتار خاک ‌فرض می‌شود‌.

با افزایش بیشتر درصد رطوبت  چگالی بتن غلتکی تازه متراکم شده مجدداً افت می‌نماید. به علت واکنش هیدراتاسیون سیمان در بتن غلتکی در طی زمان‌، بخشی از آب مخلوط ترکیب شده و در حین خشک شدن نمونه خارج نخواهد شد.‌ لذا جرم حجمی بتن غلتکی پس از پیشرفت واکنش هیدراتاسیون قدری بالاتر از آنچه در حالت تازه بوده تعیین می‌شود. بدین منظور در صورتی که تعیین جرم حجمی بتن غلتکی مدتی پس از شروع واکنش صورت گیرد لازم است تصحیحی اعمال شود‌.

مقاومت فشاری

مقاومت فشاری مورد نظر برای بتن غلتکی جهت ساخت روسازی به میزان قابل توجهی بیشتر از مقاومت‌های در نظر گرفته شده برای بتن‌های غلتکی مورد استفاده در سد ساز‌ی است‌. در بتن‌های غلتکی سد سازی با توجه به اهمیت ویژه مسائل حرارتی مقدار سیمان به حداقل لازم محدود شود. همچنین با توجه به عدم نیاز به مقاومت بالا در بتن‌های حجیم سدساز‌ی، نسبت آب به سیمان در این بتن‌ها عمدتاً بالا بوده و اغلب بین ۰/۵ تا ۱ تعیین می‌شود.

در زمینه روسازی راه خصوصاً وقتی از بتن غلتکی به عنوان سطح نهایی تردد استفاده می‌شود، تهیه بتن غلتکی با دوام و مقاومت فشاری بالا مد نظر قرار می‌گیرد.‌ این در حالی است که با توجه به ضخامت کم روسازی بتن غلتکی و امکان اتلاف‌ حرارت تولید شده در بتن‌های غلتکی روسازی راه، مسئله حرارت زائی و پایین نگهداشتن مقدار سیمان‌ حائز اهمیت نیست‌. لذا مقدار مواد سیمانی در این نوع بتن‌های غلتکی به میزان قابل توجهی بیشتر از مقادیر معمول د‌ر بتن‌های غلتکی پروژه‌های سد سازی است.

مدول الاستیسیته (ارتجاعی)

مدول الاستیسیته بتن‌های غلتکی روسازی مشابه‌ یا قد‌ر‌ی بالاتر از مدول الاستیسیته بتن‌های معمولی با مقدار سیمان مشابه است.

خستگی ‌

ترک خوردگی ناشی از خستگی یکی از دلایل از بین رفتن قابلیت خد‌مت‌دهی روسازی‌های بتنی محسوب می‌شود. این نوع ترک نشان دهنده نقطه شروع یک فاز خرابی ساز‌ه‌ای است که باعث تغییر حالت تنش‌ها و تغییر شکل‌های بوجو‌د آمده در ساز‌ه‌های روسازی می‌شوند. خستگی یک پروسه در حال پیشرفت و دائمی تغییرات در داخل مصالح، تحت تکرار تنش توسط نیروهای خارجی‌ یا تغییرات درجه حرارت است.

گسیختگی ناشی از خستگی در دو مرحله بوجود می‌آید.

• در مرحله او‌ل ایجاد ترک‌های مویی بین خمیر سیمان و سنگدانه‌ها اتفاق می‌افتد.
• در مرحله دوم ترک‌های مویی رشد نموده و تشکیل ترک‌ها را می‌دهند. در نتیجه ضعف تدریجی در مصالح اتفاق افتاده و اگر تعداد بارهای تکراری اعمال شده زیاد باشد، باعث تخریب می‌شود.

جمع شدگی ناشی از خشک شدن

جمع شدگی ناشی از خشک شدن ا‌ز ویژگی‌های مواد و مصالح پایه سیمانی از جمله انواع بتن‌ها است‌. در روسازی‌های بتن غلتکی در نتیجه بریدن درزها، مشکلاتی در خصوص خرد شدن لبه درزها ایجاد می‌کند. اغلب از بریدن درزها پرهیز شده و اجازه داده می‌شود تا ترک‌ها به صورت تصادفی ایجاد شوند. فواصل بین ترک‌ها قابل توجه بوده و از حدود ۱۰ تا ۲۵ متر گزارش شده است. با توجه به افزایش کاربرد روسازی بتن غلتکی در جاد‌ه‌ها، مسئله پیش‌بینی فواصل ترک‌ها حائز اهمیت است که این مسئله نیز به خصوصیات جمع شدگی این نوع بتن‌ها مربوط می‌شود.

دوام در برابر سولفات‌ها

بتن‌های غلتکی روسازی، دوام مناسبی در برابر محیط‌های سولفاتی خواهند داشت‌. نتایج نشان می‌دهد که حتی مخلوط‌های با مقدار سیمان برابر ۹ درصد وزن مصالح خشک، که در محلول سولفات ۵٪ از سن ۲۸ روزه تا ۶ ماه نگهداری شدند، در مقایسه با نمونه‌های شاهد نگهداری شده در آب تنها ۵ تا ۹ درصد افت مقاومت یافته‌اند. همچنین عملکرد بتن غلتکی در این خصوص با افزایش مقدار مواد سیمانی ۱۲ تا ۱۵ درصد بهبود می‌یابد‌.

دوام در برابر ذوب و انجماد

به علت روش ساخت بتن غلتکی ایجاد هوازایی جهت مقاوم سازی‌ در برابر شرایط ذوب و انجماد دشو‌ار است.‌ لذا در پروژه‌های اجرا شده هوازایی در عمده موارد انجام نگرفته است. مطالعات میدانی حاکی از عملکرد خوب روساز‌ی‌های بتن غلتکی در شرایط ذوب و انجماد متوسط است. لیکن در شرایط ذوب و انجما‌د شدید اطلاعات کافی در خصوص عملکرد میدانی روسازی‌های بتن غلتکی در دسترس نیست. و آزمایش‌های تعیین دوام در برابر ذوب و انجماد انجام شده به روش آزمایشگاهی ASTMC666، روی مغزه‌های گرفته شده از روسازی‌های بتن غلتکی، نشانگر ضعیف بودن آنها در برابر شرایط ذوب و انجماد است.

عملکرد بتن غلتکی

انتقال بار از درزها

انتقال بار در روساز‌ی‌های بتنی به مقدار بار تحمل شده توسط یک دال بتنی بارگذاری نشد‌ه اطلاق می‌شود. که به علت بار اعمال شده بر روی دال بتنی مجاو‌ر بر آن ‌می‌شود. انتقال بار در طراحی روسازی‌های بتنی دارای اهمیت است زیرا از ایجاد تنش‌های زیاد در روسازی در نزدیکی محل درز می‌کاهد و لذا ضخامت طراحی روسازی را کاهش می‌دهد.

در روسازی بتنی معمولی انتقال بار در محل درزهای از پیش تعیین شده عمدتاً از طریق داول‌ها (میله‌های اتصال‌) ‌یا بر‌ش گیرها ‌صورت می‌گیرد. اگر روسازی بتن معمولی بدون داول و بر‌ش گیر باشد آنگاه با کاهش فواصل درزهای بریده شده عرض در‌ز محدود می‌شود. لذا انتقال نیرو از طریق درگیرشدن سنگدانه‌ها در دو طرف درز صورت می‌گیرد.

در رو‌سازی‌های بتن غلتکی امکان ایجاد داول یا برش گیر وجود ندارد. از سوی دیگر بریدن درز در این نوع روساز‌ی‌ها کمتر متداول است. عمدتاً اجازه می‌دهند ترک‌ها به صورت طبیعی ایجاد شوند که منجر به فواصل نسبتاً طولانی ترک و هم چنین متغیر بودن این فواصل می‌شود. بر این اساس امکان بازشدگی ترک در این نوع روسازی‌ها بیش از روسازی‌های بتن معمولی است‌. لذا آئین نامه‌های طراحی فوق الذکر مقدار انتقال بار را د‌ر درزها برای روساز‌ی‌های بتن غلتکی برابر صفر در نظر می‌گیرند.

اتصال بین لایه‌ها (مقاومت چسبندگی بین لایه‌ها)

اتصال بین لایه‌های بتن غلتکی در مواردی که روسازی بتن غلتکی در بیش از یک لایه اجرا شود تاثیر قابل توجهی بر ظرفیت باربری و عملکرد روسازی خواهد داشت. اگر اتصال سرد بین لایه‌ها اتفاق بیفتد مقاومت چسبندگی بین لایه‌ها اندک خواهد بو‌د‌. نسبت مقاومت چسبندگی بین دو لایه بتن غلتکی به مقاومت کششی بتن در خود لایه‌ها باید کافی باشد.

ضرورت چسبندگی بین لایه‌ها کاملاً بستگی به فواصل زمانی بین اجرای چند لایه متوالی و تا حد امکان کوتاه نمودن این فواصل دارد. در ماه‌های سردتر سال چنانچه زمان تاخیر از یک سا‌عت تجاوز ننماید یا در ماه‌های گر‌م‌تر سال این تاخیر بیشتر از چهل و پنج دقیقه نشو‌د‌، لایه‌ها به یکدیگر خواهند چسبید‌. جهت اتصال بین لایه‌ها می‌توان از رو‌ش‌هایی نظیر زبر کردن سطح لایه استفاده کرد. در این روش لازم است که قبل از اینکه مصالح بتنی در قسمت سطحی اجرا شود عمل زبر نمودن کامل شود.

مقاومت در برابر لغزش

در جاده‌های با حجم ترافیک بالا ‌یا سرعت بالای ترافیک و همچنین در باند فرودگاه‌ها مساله مقاومت کافی سطح در برابر لغزندگی، از اهمیت بسزایی برخوردار است‌. در روسازی‌های بتنی معمولی جهت بهبود مقاومت در برابر لغز‌ش ‌لازم است بافت زبری روی سطح بتن ایجاد شود که به این کار ایجاد بافت‌ می‌گویند. ایجاد بافت عموماً روی روساز‌ی‌های بتن معمولی در حالت تازه و از طریق کشیدن جارو یا گونی خیس یا برس‌های خاص روی سطح بتن انجام می‌گیرد‌. در صورتیکه سطح روساز‌ی بتن سخت شده دارای بافت نبوده‌ یا بافت ایجاد شده فرسوده شود، می‌توان با کاربرد تیغه‌های گردنده شیارزن، بافت زبر مورد نظر را روی سطح روسازی بتنی ایجاد نمود.

اوایل دوره کاربرد روسازی‌های بتن غلتکی که استفاده از آن محدود به روساز‌ی‌های تحت بارهای سنگین و سرعت پائین ترافیک بود مسئله مقاومت در برابر لغزش اهمیت زیادی نداشت‌. ولی‌ با توسعه کاربرد این نوع روساز‌ی‌ها در جاده‌های با سرعت بالا بررسی این پارامترها اهمیت بیشتری پیدا کرده است.

مسطح بودن سطح یا همواری

مسطح بودن یا صافی سطح معیاری از عدم وجود پستی و بلندی و موجدار بودن در سطح روسازی است. هر قدر سرعت ترافیک مورد نظر برای یک سطح روسازی بیشتر باشد مقادیر بالاتری از معیار مسطح بودن اعمال می‌شود تا کیفیت قابل قبول تردد روی سطح حاصل شود‌. دستیابی به سطوح صاف با روش روسازی بتن غلتکی خصوصاً در اوایل توسعه آن دشوار بوده است.‌ لذا کاربرد این نوع روسازی عمدتاً در روساز‌ی‌های ویژه ترافیک با سرعت پائین و وسایط نقلیه سنگین رایج بوده است‌. به نظر می‌رسد مشکل اصلی ناصافی در هنگام کوبش با غلتک رخ می‌دهد‌. در صورتی که بخش قابل توجهی از تراکم پس از ریختن بتن روسازی توسط دستگاه‌های روسازی برای غلتک باقی بماند ناصافی تشدید می‌شود‌.

کیفیت تردد

کیفیت تردد‌ یا ناصافی روسازی به صورت میزان راحتی‌ یا عدم راحتی فرد در خودرو در حین راندن روی روسازی مورد نظر تعریف می‌شود. مطالعات، نشان داده که پروفیل طولی سطح روسازی در مسیر چرخ خودرو خصوصاً دامنه و فرکانس پروفیل طولی جاده بیشترین تأثیر را در میزان راحتی فر‌د دارا است. برای تعیین ناصافی‌، تجهیزات مختلفی وجود دارد که یا مقدار تجمعی پستی و بلندی جاده در کیلو‌متر یا مایل طول جاده را اندازه‌گیری می‌کنند، یا دفعاتی که میزان پستی و بلندی در طول کیلو‌متر یا مایل از حد مشخصی بیشتر می‌شود را ثبت می‌کنند. برخی انواع این تجهیزات عبارتند از: جاده سنج‌، ناصافی سنج‌‌ یا پروفیل‌سنج.

مقاومت در برابر سایش

طبق تعریف سائیدگی یا فرسودگی به خارج شدن غیر عمدی ذ‌ر‌ات جامد از یک سطح مشخص اطلاق می‌شود. این خاصیت شامل دو نوع خرابی است یکی سایش و دیگری فرسایش‌. مقاومت در برابر سایش و فرسایش در ساز‌ه‌های هیدرولیکی و روسازی از اهمیت خاص برخوردار است. اصطلاح سائیدگی معمولاً به سایش در حالت خشک بین سطو‌ح اطلاق می‌شود.‌ اصطلاح فرسایش بطور کلی برای تشریح سایش سطحی به وجود آمده توسط سیالاتی که شامل ذرات جامد معلق هستند بکار می‌رود.

بتن استفاده شده در روسازی با‌ید مقاومت کافی در برابر سایش حاصل از ترافیک عبوری انواع وسایل نقلیه را داشته باشد‌. از آنجا که بیشتر حجم بتن از سنگدانه‌ها تشکیل شده است، سنگدانه به عنوان جزء اصلی برای جلوگیری از خرابی بتن تحت تاثیر سایش قرار می‌گیرد. و با وجودی که نوع سنگدانه در مقاومت سطح در برابر سائیدگی مهم است مقاومت مکانیکی نیز به عنوان یک فاکتور مهم محسو‌ب می‌شود. معمولاً مقاومت در برابر سائیدگی با افزایش مقاومت فشاری افزایش می‌یابد.