بتن ریزی زیر آب
یکی از پیچیده‌ترین و مهم ترین بخش‌ها در اجرای سازه‌های دریایی اجرای قسمت‌های زیر آب است. اجرای فونداسیون پل‌های معلق، ساخت پایه‌های خطوط انتقال انرژی در دریاها، اجرای بخش‌های تحتانی بسیاری از انواع سکوها و پلت فرم‌های دریایی بدون طراحی و اجرای عملیات پیچیده قالب بندی و بتن ریزی زیر آب امکان پذیر نیست. جنس بستر دریاها و اقیانوس‌ها اغلب از نوع ماسه‌ای است، اجرای فونداسیون در این بسترها روشهای شناخته شده‌ای دارد. استفاده از کیسون‌های دو طرف باز فلزی یا استفاده از شیت پایل‌هایی که در بستر دریا کوبیده می‌شود از جمله این روش‌هاست. در این روش‌ها بعد از کوبیدن کیسون‌ها یا شیت پایل‌ها در بستر ماسه‌ای و نفوذ قالب تا عمق مناسب در بستر دریاها، با استفاده از پمپاژ آب درون قالب، محیط مناسب برای اجرای عملیات فلزی و بتنی در داخل قالب و در موقعیت طرح آغاز می‌شود.
بستر محیط‌های آبی همواره ماسه‌ای یا نفوذپذیر نیست. در برخی از موارد این بستر، سنگی (غیر قابل نفوذ) و ناهموار است. اجرای عملیات قالب بندی و محافظت از آبشستگی بتن در این موقعیت‌ها، بسیار دشوار و غیر ممكن خواهد بود. چرا كه كوبیدن كیسون فلزی یا شیت پایل فلزی در این گونه بسترها در عمل امکان پذیر نیست. بتن ریزی زیر آب در این گونه بسترهای سخت و ناهموار می تواند با استفاده از قالب آكاردئونی به خوبی عملی شود. این قالب ابتكاری، در یك پروژه واقعی مورد ارزیابی و تجربه قرار گرفته است كه نتیجه آن اجرای موفقیت آمیز فونداسیون یك پل در بستر سنگی ناهموار و ۷ متر زیر تراز آب بوده است.
مشخصات کلی بتنی که در محیط های آبی ریخته می‌شود
لازمه بتن ریزی زیر آب ، استفاده از روشهای ویژه برای جلوگیری از خطر آب شستگی است. اقدام اول استفاده از فرمول مخصوص برای ترکیب بتن است، تا بتن همگنی خود را به هنگام فرو رفتن در آب حفظ کند. در عمران سافت مشخصات بتن برای دو روش بسیار معمول ذکر می‌شود. در دیگر روشهای بتن ریزی نیز می‌توان از حد وسط این مشخصات استفاده نمود.
برای بتن ریزی با لوله ترمی باید دقت شود تا در اثر جریان آب، مواد سیمانی شسته نشوند. لازم است برای بتن با كار ایی زیاد، بتن ریخته شده در آب حداقل ۳۵۰ كیلوگرم در متر مكعب مواد سیمانی داشته باشد. در این روش نسبت آب به سیمان در طرح اختلاط نباید از ۰/۴۵ تجاوز كند. سیستم قیف و لوله باید كاملاً آب بند بوده و بتن به راحتی در آن حركت نماید. در طول مدت بتن ریزی باید این سیستم از بتن پر باشد. به علاوه قطر لوله ترمی باید حداقل ۸ برابر قطر بزرگترین اندازه سنگدانه مصرفی باشد. اسلامپ بتن باید بین ۱۷۰ تا ۲۵۰ میلیمتر انتخاب شود.
برای بتن ریزی با پمپ نیز باید طرح اختلاط بتن چنان انتخاب شود كه نسبت آب به سیمان، كمترین مقدار ممكن را داشته و مقدار آن از ۰/۶ تجاوز ننماید. مقدار سیمان باید نسبتا زیاد باشد (در محدوده ۳۵۰ تا ۴۰۰ كیلو گرم در مترمكعب) تا چسبندگی كافی بتن تأمین شود و خطر شسته شدن سیمان از بین برود. به منظور افزایش كارایی بتن می‌توان از سنگدانه های گردگوشه استفاده نمود. استفاده از دانه بندی پیوسته با حداكثر اندازه ۳۸ میلیمتر و همچنین مقدار كافی ریزدانه در این روش ضروری است. چنانچه سنگدانه ها حاوی مقدار كافی ریزدانه نباشد، می‌توان با افزودن مواد ریز، چسبندگی كافی را در بتن ایجاد نمود.
بتنی كه پمپ می شود باید تا حدی روان تر باشد تا از مسدود شدن لوله‌ها جلوگیری شود. به منظور آنكه نسبت آب به سیمان از حد مجاز بالاتر نرود باید برای تأمین روانی از مواد افزودنی مناسب نظیر روان كننده‌ها و فوق روان كننده‌ها یا مواد افزودنی آب نگهدار استفاده شود.
در این روش، جز در مواردی كه افزودنی های ویژه مصرف می شود، باید از سقوط آزاد بتن به داخل آب جلوگیری كرد تا پدیده جداشدگی ذرات رخ ندهد.
تولید و حمل بتن برای بتن ریزی زیر آب
ساخت بتن زیر آب اغلب مستلزم حمل و نقل مقادیر زیادی مواد بر روی آب خواهد بود. بنابراین استقرار یك واحد ساخت از موارد مهمی است كه باید در برنامه ریزی این گونه پروژه‌ها گنجانده شود. این امر تأثیر به سزایی در كنترل مناسب و كاهش هزینه، کاهش احتمال بروز خطر در پی خواهد داشت. از مزایای یك واحد ساخت ساحلی، كنترل مطمئن تر كارایی بتن در محل بتن ریزی است. در این حالت فاصله زمانی بین تولید و ریختن بتن نسبتاً كوتاه است. ولی باید در نظر داشت ایجاد چنین واحدی نیازمند سرمایه گذاری عظیم خواهد بود.
تسهیلات عمده تولید بتن در سایت های ساحلی عموماً شامل یك واحد ساخت شناور، وسیله حمل بتن و امكانات لازم جهت انبار كردن مواد است. خرید یا اجاره چنین تسهیلاتی فقط در مورد پروژه های عظیم قابل توجیه است. از موارد دیگری كه باید در این سایت‌ها در نظر داشت، برنامه ریزی جهت تهیه مواد و نگهداری و تعمیرات تجهیزات آن است. روند بالای تولید بتن، مستلزم تهیه و انبارش مقادیر زیادی از مواد است. به عنوان مثال جهت تولید ۷۶ مترمكعب بتن در ساعت حدوداً ۱۵۰ تن سنگدانه و ۳۰ تن مواد سیمانی مورد نیاز است. عموماً نگهداری و انبارش این مواد بر روی قایق های مسطح (بارج) صورت میگیرد. این نوع انبارش و نگهداری از لحاظ كنترل رطوبت و دما دشوار و هزینه بر است. به علاوه تخریب تجهیزات در واحدهای ساخت بتن ساحلی بسیار محتمل بوده و تعمیر آنها به راحتی امكان پذیر نیست.
برای بتن ریزی مداوم زیر آب، باید توجه خاصی به تأمین و فراهم آوردن تجهیزات داشت، این تجهیزات شامل لوازم جانبی (مانند قایقهای مسطح، قایقهای یدك كش و نور پردازی مناسب) و لوازم یدك كش شامل پمپ‌ها و قیف و لوله ها است. همچنین باید یك واحد ساخت در ساحل دریا مستقر گردد و جایی كه لازم است بتن توسط میكسرهای متحرك یا قیف ها روی قایق های مسطح به محل منتقل و سپس ریخته شوند. در غیر این صورت اغلب، مشكلاتی از قبیل فاصله زمانی طولانی بین ساخت بتن مخلوط نشده و ریختن آن به وجود خواهد آمد. بتن در هر شرایطی باید بتواند خواص مورد نیاز خود را از قبیل روانی، انسجام و خصوصیات فشردگی ذاتی، در طول مدت حمل و بتن ریزی حفظ نماید.
برای اینكه بتوان بتن را روان نگه داشت، افزودنی های دیرگیر كننده به مخلوط افزوده می گردد و در محل بتن ریزی اختلاط مجدد صورت می گیرد، هر چند كه آزمایشات نشان دادند كه نیازی به این اختلاط مجدد هم نیست.
روش دیگر در تولید و حمل بتن برای بتن ریزی زیر آب ، استفاده از یك ساخت كنترل از راه دور است، بدین ترتیب كه بتن توسط كامیون ها به سمت ساحل حمل شده و سپس انتقال از طریق خطوط لوله‌ای حفاظت شده روی آب صورت میگیرد. اولین چیزی كه در یك واحد ساخت اهمیت دارد یافتن حداقل زمان اختلاط مورد نیاز و آهنگ مناسب بتن ریزی جهت تعیین بیشترین ظرفیت تولید محصولات بتنی است. تعیین زمان اختلاط، در یك مدل آزمایشی و تحت شرایط گوناگون صورت می‌پذیرد، این زمان باید طوری باشد كه تمام اجزا متشكله بتن كاملاً مخلوط شده و توزیع یكنواختی پیدا كنند تا بتن به كارایی مورد نظر برسد.
روشهای بتن ریزی زیر آب
بتن زیر آب با كیفیت بالا از طریق بتن ریزی مداوم با آهنگ یكنواخت بدست می‌آید. اگر وقفه در عملیات بتن ریزی بیشتر از زمان گیرش بتن باشد سبب بوجود آمدن اتصال ضعیف می‌شود. این لایه ضعیف سطحی سبب دشواری پیوند با لایه های دیگر خواهد شد. باید توجه داشت كه این اتصالات سست به سختی قابل تعمیر بوده و سبب كاهش كیفیت بتن زیر آب می‌شوند.
برای بتن ریزی در زیر آب، چندین روش به کار برده می‌شود که تمام آنها حاصل یک اصل هستند، به استثنای اولین بتنی که در زیر آب قرار داده می‌شود، بقیه باید طوری ریخته شوند که در تماس با آب واقع نشوند. بیشترین روشهای مورد استفاده به شرح زیر هستند.
روش پشته پیشرو در بتن ریزی زیر آب
این روش در جاهایی به کار می‌رود که عمق آب کم بوده و آب به حد کافی آرام باشد. ابتدا مقداری بتن در آب، روی شیب ساحل، می‌ریزند، تا سطح بتن به بالای آب برسد، سپس بتن ریزی را روی آن ادامه می‌دهند. بتن جدید، مقداری را که اول ریخته شده به طرف آب می‌راند و بقیه محفوظ خواهد ماند.
بتن ریزی با جام‌های زیر آبی
در این روش جام حاوی بتن به کف قالب برده شده و دریچه آن به آهستگی و به نحوی باز می‌شود که بتن به آرامی تخلیه شده و تلاطمی در آب ایجاد نکند و بتن با آب مخلوط نشود، جام بعدی در بتن از قبل ریخته شده فرو رفته و دریچه آن باز می‌شود و بتن جدید داخل بتن مرحله اول تخلیه می‌شود و به این ترتیب بتن سایر جام‌ها با آب در تماس قرار نمی‌گیرند. اگر باز شدن دریچه جام با لوله‌های هوای فشرده انجام می‌شود باید جام دارای وسایلی باشد که هوای خروجی در آب ایجاد تلاطم نکرده و در بالای سطح آب بیرون بیاید. سطح فوقانی جام‌های زیر آبی، به نحوی ساخته می‌شوند که دارای سقفی مجهز به قیف باشند و به این ترتیب آب کمترین تماس را با سطح فوقانی بتن درون جام پیدا نماید. بتن مناسب بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب سیمان و ۱۵ سانتیمتر اسلامپ دارد. حداکثر اندازه دانه‌های آن بین ۴۰ تا ۵۰ میلیمتر و نسبت وزن ماسه به وزن کل سنگدانه‌ها در حدود ۴۰ در صد یا بیشتر است.
استفاده از جام مخصوص بتن ریزی در زیر آب برای شروع بتن ریزی با قیف و لوله نیز مناسب است. هنگامی که ۶۰ تا ۹۰ سانتی متر از ضخامت عضو مورد نظر بتن ریزی شد، سر لوله قیف و لوله در بتن قرار گرفته و بقیه بتن ریزی با آن، با سرعت بیشتری انجام می‌پذیرد.
روش بتن ریزی با سنگدانه پیش آکنده
در سدهای بتنی، بتن ریزی با مشکلاتی نظیر بالا رفتن دمای هسته مرکزی و گرمازایی همراه است که این دو عامل می‌توانند سبب ایجاد ترک و نفوذپذیری زیاد شوند. غالباً برای رفع مشکلات مذکور می‌توان روش‌هایی نظیر افزایش حداکثر اندازه سنگدانه‌ها کاهش مصرف سیمان و آب مصرفی استفاده از پوزولان‌ها استفاده از افزودنی‌های روان ساز و کندگیرکننده، بهره‌گیری از سیمان‌های کندگیر و استفاده از فنون پیش تبرید و پس تبرید را به خدمت گرفت. اما وجود مشکلاتی مانند کارآیی، متراکم ساختن بتن، جدایی سنگدانه‌ها و حمل و پخش و دیگر مسائل اجرایی سبب می‌شوند که این روش‌ها در عمل با هزینه‌هایی سنگین همراه بوده و عدم دقت در هر یک از روش‌ها می‌تواند به کیفیت بتن نیز لطمه بزند.
در این روش ابتدا سنگدانه درشت تک اندازه را در قالب ریخته و سپس از درون لوله‌هائی که درون سنگدانه قرار گرفته، ملات ریز دانه‌ای را به داخل سنگدانه‌های درشت پیش آکنده تزریق می‌کنند تا بتن مناسب حاصل شود و جسم یکپارچه‌ای به وجود آید. ملات سیمانی که متشکل از ماسه ریز است به کمک روان کننده‌ها، روانی زیادی پیدا می‌کند و به راحتی می‌تواند بین سنگدانه‌ها رسوخ کند. در این نوع بتن جداشدگی اتفاق نمی‌افتد و در نتیجه یک بتن متراکم، آب بندی شده و با دوام تولید می‌شود. در ضمن هیچگونه ویبراتور داخلی به کار برده نمی‌شود ولی برای پرداخت سطح می‌توان از ویبراتورهای سطحی بهره برد.
بتن پیش آکنده از جمع شدگی ناچیزی برخوردار است و عیار سیمان مصرفی آن نیز کم است. تأمین نسبت آب به سیمان کم، نفوذ ناپذیری مطلوب و مقاومت زیاد با این روش کاملاً میسر است. همگنی بتن و عدم جداشدگی از ویژگی‌های این نوع بتن ریزی است. حداکثر اندازه سنگدانه به حداقل بعد قطعه محدود می‌شود و حداکثر اندازه ماسه ملات باید به حدود حداقل اندازه اسمی سنگدانه درشت محدود شود. ملات مصرفی بسیار پر عیار بوده و همچنین شل و آبکی است و معمولاً از مواد پوزولانی مناسب و روان کننده‌ها در ملات استفاده می‌شود.
کار با کیسه (bag work)
كار با كیسه احتمالاً یكی از قدیمی ترین و ساده ترین تكنیك های قرار دادن بتن زیر آب است. این متد یك بسط طبیعی استفاده از مصالح بنایی است، اما دارای انعطاف پذیری است كه بلوك های ساختمانی را قادر می‌سازد كه به هم قالب بندی شوند و در نتیجه قید خوبی پیدا می‌كنند. این روش ساخت، متمركز بر كار كارگر است اما انعطاف پذیری زیادی با نوع كار دارد. در پروژه های قدیمی مهندسی، از كیسه ها برای ساخت المان های بزرگ موقتی و كارهای دایم استفاده شده است. اگر چه پیشرفت های جدید در بتن ریزی زیر آب باعث شده این متد بی مصرف به نظر آید، اما نباید آن را تا این حد دست كم گرفت.
یكی از موارد استفاده رایج از این روش در قراردهی سریع كیسه ها برای فرم دادن به حركات غیرطبیعی و مكرر سیال برای كارهای ترمیمی كوچك است. این كیسه ها به مهندسان راه حل ارزان، ساده و مورد استفاده در خیلی از موارد ارایه می‌دهند. این تكنیك در مورد كارهای حجیم و با دوام نباید با روش های مدرن مقایسه شود اما برای كارهای موقتی و یا كوتاه مدت این روش باید مد نظر قرار گیرد.
كیسه های مورد استفاده در این فرایند معمولاً از پارچه مقاوم كنفی هستند و سایز آنها باید به صورتی باشد كه برای انسان قابل حمل باشد. حداكثر اندازه دانه ها در این بتن حدود ۱۲ میلیمتر است. نصف كیسه باید با یك بتن خیلی پلاستیك پر شود. كیسه ها قابل انعطاف خواهند بود، بنابراین آنها را قادر می‌سازد كه در هم قفل شوند. خمیر سیمان از بین بافت های كنف تراوش می كند و به وصل كردن كیسه ها به هم كمك می‌كند. زیاد پر كردن كیسه انعطاف پذیری مورد نیاز كیسه ها را برای قراردهی كاهش می‌دهد.
كیسه ها به همان نوع ارتباط دادنی كه در كارهای آجری استفاده می شود با دست در جایشان گذاشته می شوند و همان طور كه كیسه قرار داده می‌شوند با كاری مانند میخ كوبی به وسیله طول كوتاهی از فولاد مسلح می‌شوند.
Placing non dispersible concrete
این نوع بتن برای کمتر کردن جدایی به کار می‌رود، همچنین خاصیت جاری شدن و خود تراز شدن را دارد. چسپندگی بتن مرطوب به وسیله پلیمر از جدایی جلوگیری می‌کند حتی در شرایطی که بتن از بین آب ریخته می‌شود. بیشترین اثر این بتن در سهولت تولید بتن با کیفیت بالا در زیر آب است. خاصیت ذاتی چسبنده بتن اجازه می‌دهد از چند متر بالاتر، بتن از میان آب ریخته شود.
پمپ کردن این نوع بتن احتمالاً راحت‌ترین راه قراردهی است، کیفیت مواد یک سرعت حمل نسبتاً سریع را اجازه خواهد داد به طوری که نگهداری از پوشش بتن دیگر ضروری نیست. خاصیت ویسکوزیته طبیعی بتن در تولید افت‌های فشاری بالاتر در هنگام پمپ کردن موثر است. در کل افت فشار در هنگام استفاده از این بتن می‌تواند تا ۵۰ در‌صد بیشتر از افت فشار در بتن‌های معمولی باشد.
بتن ريزی زیر آب با لوله ترمی
بتن ريزی كه با لوله ناودان مانند به نام ترمی تحت شرايط خاص صورت می‌گيرد، بتن ريزی ترمی يا بتن ترمی ناميده می‌شود. لوله ترمی به صورت قائم و انتهای پايينی آن در بتن شل قبلاً ريخته شده قرار می‌گيرد و در حالی كه لوله تا بالا از يك بتن شل و آبكی پر است، بتن ريزی به تدريج انجام می‌شود و بتنی كه از انتها و در پايين خارج می‌شود بتن‌های قبلاً ريخته شده را پس زده و جانشين آنها می‌شود.
در این روش، بتن ریزی زیر آب در نتیجه سیال بودن بتن در اثر وزن خود صورت میگیرد. یك ترمی از یك لوله به قطر ۲۵ تا ۳۰ سانتیمتر و یك قیف در سر آن تشكیل شده است. این وسیله باید طوری تنظیم و حائل شود كه بتوان به آسانی آن را بالا آورده و لوله هایی را از آن جدا نمود. این كار با بالا آمدن سطح بتن بایستی صورت پذیرد. فاصله ترمی ها نباید بیش از ۳/۶۰ یا ۴/۸۰ متر ازهم و ۲/۴۰ متر از كناره‌ها و انتهای كار باشد.
بتن از طریق جام، میکسر، پمپ و یا نوار نقاله به قیف ترمی منتقل می‌شود. تحویل بتن باید با میزان كافی و بدون وقفه صورت پذیرد. به هر دلیلی كه در تحویل بتن وقفه حاصل شود، یكنواخت ریختن بتن از بین رفته و خطر ریختن بتن نامناسب زیاد می‌شود. از نتایج دیگر تأخیر در بتن، بسته شدن لوله با بتن قبلی و تشكیل درزهای سرد است.
در این روش، در نقطه تعادل هیدرواستاتیكی نیروی ثقل داخلی لوله، تعادل مقاومت جریان ایجاد شده توسط فشار هیدرولیك آب، اصطكاك بین بتن و جداره قیف لوله و مقاومت بتن از قبل ریخته شده، است. این نقطه تعادلی هیدرولیكی سبب جریان یافتن بتنی می‌گردد كه از بالا به داخل قیف لوله ریخته می‌شود. سرعت جریان بتن در لوله با میزان فشار شارژ بتن از بالا متناسب است. بدین ترتیب آهنگ جریان بتن را می‌توان به این وسیله كنترل کرد.
شروع بتن ریزی با روش قیف و لوله بسیار مهم است. اگر روش مناسبی برای شروع بتن ریزی اتخاذ نشود، اكثر بتن اولیه ریخته شده با آب مخلوط شده ویا توسط آب شسته می‌شود. بتن اولیه را باید با دقت و به آهستگی به داخل آب ریخت و یا بتن بهتر است بتن اولیه با داشتن سیمان بیشتر (و احتمالاً پوزولان) چسبندگی بیشتری داشته باشد.
بیشترین مشكلات بتن ریزی با لوله ترمی در هنگام شروع و شروع مجدد بتن ریزی و یا در اثر حركت و جابجایی افقی لوله های ترمی رخ می‌دهد. حركت و جابجایی های عمودی این لوله ها نیز باید حتی الامكان محدود گردد (مثل جدا سازی لوله در انتهای بتن ریزی). سابقاً پیمانكاران، برای تنظیم آهنگ بتن ریزی متناوباً قیف لوله‌ها را بالا و پایین می‌بردند و یا توپی این لوله‌ها را بر می‌داشتند، به این ترتیب موجب از بین رفتن آب بندی سیستم شده و به دلیل به وجود آوردن اختلالات بیش از حد آب زدگی (Wash Out) سبب كاهش كیفیت بتن زیر آب می‌شدند. لذا ضزوزی است آهنگ بتن ریزی توسط میزان شارژ بتن در قیف لوله تنظیم شود.
دو روش اساسی برای شروع بتن ریزی با قیف و لوله به نام های لوله خیس و لوله خشك وجود دارد. روش لوله خیس برای آب های با عمق بیش از ۳۰ متر و سطح بزرگ بتن ریزی عملی است. روش لوله خشك برای كارهای عمیق تر و مكان‌های محدودتر كه آزادی عمل برای اولین بتن ریزی مهم است، بكار می‌رود.
در همه اوقات لوله باید در بتن قبلی به اندازه حدود ۹۰ سانتیمترتا ۱/۵ متر قرار بگیرد. لوله را نباید در هیچ زمانی بیش از ۱۵ تا ۳۰ سانتیمتر بالا آورد. در هنگام بتن ریزی عمق ها را باید مرتباً كنترل كرد و تراز سطح بتن و محل انتهای لوله در سطح را مرتباً یاداشت و علامت گذاری کرده و با ترازهای قبلی مقایسه نمود.
بتن ریزی باید از مركز قسمت بزرگ كار شروع شود و همچنین ترمی نیز از مركز با فاصله مناسب آغاز شوند. با پمپ های کفکش می‌توان گل و لای نزدیك انتهای لوله كار را پاك و خارج نمود.
محدودیت‌های بتن ترمی در بتن ریزی زیر آب
در موارد زیر نمی‌توان از بتن ریزی ترمی استفاده کرد.
- اگر در بتن ریزی زیر آب، جریان آب وجود داشته باشد نمی‌توان این روش را بكار گرفت مگر این كه با تمهیداتی از جریان آب در سطح بتن تازه ریخته شده جلوگیری شود.
- اگر به هر دلیل نتوان از بتن خیلی شل و آبكی مانند بتن ترمی استفاده شود.
- اگر حداكثر اندازه دانه‌ها بزرگتر از ۴۰ میلیمتر باشد یا بتن با وزن مخصوص زیاد استفاده شود.
- اگر دانه بندی مخلوط سنگدانه پیوستگی نداشته باشد.
بتن ریزی با پمپ
در این روش لوله پمپ، با یک توپی داخل قالب قرار داده می‌شود و فشار بتن پمپ شده توپی را خارج کرده (همانند روش لوله‌ی تر) و بتن داخل قالب ریخته می‌شود. با افزایش فشار بتن ریزی به دلیل افزایش عمقی که سر لوله در بتن قرار گرفته، لوله به آهستگی به بالا کشیده می‌شود. باید بتن، مقداری از بالای قالب سرریز کند تا لایه‌ی اولیه‌ی بتن که قدری با آب مخلوط شده از قالب خارج شود. هنگام بتن ریزی باید اختلاف فشار هیدرولیکی داخل و خارج قالب از بین رفته و سطح آب در داخل و خارج قالب در یک تراز باشد.
مقایسه بتن ریزی با لوله ترمی و پمپ
اگر چه در هر دو روش قیف لوله و پمپ كردن می توان بتن با كیفیت مطلوب بدست آورد، ولی تجربیات گذشته و مطالعات بیشتر در این زمینه بیانگر این مطلب بوده است كه كیفیت بتن در روش ترمی نسبت به همان بتن كه به روش پمپ ریخته شده، بهتر است كه این مطلب به خصوص در آب های عمیق مشهود تر است.
دو دلیل برای این امر وجود دارد: دلیل اول مربوط به آهنگ جریان بتن است، وقتی كه بتن در زیر آب به سمت پایین پمپ می‌شود، فشار پمپ افزایش یافته و وزن بتن در این محدوده از فشار هیدرو استاتیكی خارج لوله بیشتر می‌شود، در اینجاست كه بتن با سرعت بالا و غیر قابل كنترلی در لوله جریان دارد كه باعث بروز اختلالات مهمی در بتنی كه همان لحظه در حال ریختن است، می‌گردد.
دلیل دوم این است كه سیستم پمپ در محدودیت اتمسفر واقع شده است. اگر بتن در آب های عمیق پمپ شود، پایین می‌رود و این مسئله در لوله پمپ، خلأ ایجاد می‌كند كه باعث مكش خمیر سیمان در سنگدانه ها و در نهایت سبب ایجاد جدایش در بتن می‌گردد. بنابراین روش پمپ برای بتن ریزی گروت و كلاً بتن هایی كه فقط دارای سنگدانه های نخودی هستند، مناسب است. در این موارد خط پمپ دارای قطر كمتر بوده و میزان اصطكاك جداره و بتن بالاتر است. اصطكاك جداره باعث كاهش سرعت ریختن بتن می‌گردد بنابراین بهتر است كه یك دریچه هوا در بالای خمیدگی خط پمپ نصب گردد تا سیستم پمپ به اتمسفر باز شده و جریان گروت با تعادل هیدرواستاتیكی كنترل گردد.
قالب بندی بتن ریزی زیر آب
طرح و محاسبه قالب برای بتن ریزی زیر آب نیز با توجه به ملاحظاتی كه در مورد دیگر انواع قالب آمده است، انجام می‌شود. تنها تفاوت در طراحی این نوع قالب‌ها این است كه وزن بتن در زیر آب، در اثر نیروی ارشمیدس به اندازه وزن آب جابجا شده كاهش می‌یابد.
در ناحیه جزر و مد، قالب‌ها باید برای پایین ترین تراز آب طرح و محاسبه شوند. تغییرات در برنامه‌های اجرایی ممكن است بتن ریزی زیر آب را كه برای حالت غوطه وری برنامه ریزی شده با تغییر شرایط مواجه سازد و به این ترتیب فشار آب را از دایره عمل خارج نماید. قالبهای زیر آبی را باید تا حد امكان در قطعات بزرگ و در بالای سطح آب ساخت و سپس در محل خود در زیر آب مستقر كرد. در این قالب بندی، به كار بردن كش‌های درونی می‌تواند در كار بتن ریزی اختلال ایجاد كند. قالب‌ها باید بدقت به یكدیگر متصل شده و به ترتیبی در كنار مصالح و یا قسمت‌های ساخته شده قبلی قرار گیرند كه دوغاب و ملات تحت تأثیر فشار، از درزها خارج نشود. اگر قالب در معرض عبور جریان آب قرار میگیرد، باید در نظر داشت که منافذ كوچك در قالب امكان شسته شدن ذرات بتن تازه را فراهم می‌سازد.
با توجه به نوع بتن ریزی زیر آب و نوع بتن، قالب‌ها باید از ویژگی‌های زیر برخوردار باشند.
- قالب‌ها باید به ویژه در زیر آب از آب بندی خوبی برخوردار باشند تا شیره بتن ریخته شده خارج نشود. این مسئله در محیط خشك نیز حائز اهمیت است. از قالبهای چوبی یا فلزی و غیره می‌توان استفاده نمود. از كیسه‌های ماسه برای قالب بندی و آب بندی قالب استفاده می‌شود.
- به خاطر روانی بتن، كندگیری بتن به واسطه مصرف كندگیركننده‌ها و دمای كم توصیه شده است.
- مسلماً در طراحی قالب باید فشار هیدروستاتیكی را تعیین كننده تلقی نمود و سایر روابط كاربردی ندارند. فشار وارد بر قالب وقتی بیشتر می‌شود كه سرعت بتن ریزی بالاتر رود.
- در داخل آب، قالبهای بزرگ را با شناوری حمل و با سوراخ كردن ته آنها غرق می‌كنند (به صورت كنترل شده با وینچ مستقر در روی بارج).
- قالبهای كوچك را به طور معمولی حمل و چون كف ندارند به راحتی در آب غرق می‌كنند.
فشار شكل گیری در بتن ریزی زیر آب
فشار موضعی بتن جریان یافته در لوله ترمی كه به درون قالبهای با عرض كم ریخته می‌شود، سبب به وجود آمدن تنش می‌گردد. این تجربه، اهمیت طراحی قالب در بتن ریزی های حجیم در زیر آب نمایان می‌سازد. با افزایش بتن ریزی زیر آب در سازه های دریایی گوناگون، پیش بینی دقیق فشار شكل گیری یكی از موضوعات مهم طراحی‌ها محسوب می‌گردد.
محققین تصور می‌كردند پس از خروج بتن از لوله ترمی فشارهای جانبی آن كاهش یافته و این امر منجر به سفت شدن بتن حتی در حین بتن ریزی می‌شود. با این وجود تجربه نشان داده است که حداكثر فشار بتن بر روی قالب، حدود ۵۶ ساعت پس از اتمام بتن ریزی اتفاق می‌افتاد كه منجر به انبساط حرارتی و فشارهای جانبی بتن می‌شد. با افزایش مصرف افزودنی‌های شیمیایی و پوزولان ها، بتن های زیر آب قابلیت روانی بیشتری یافته، در عین حال كارآیی و تأخیر در زمان گیرش آنها نیز بیشتر می‌شود. در نتیجه فشار شكل گیری از چنین بتن هایی احتمالاً از نوع قبلی بیشتر خواهد بود. با این وجود تجربیات قبلی و تست های آزمایشگاهی مؤید این مطلب هستند كه فشار شكل گیری بتن های ریخته شده با ترمی، می‌تواند به روند بتن ریزی و زمان گیرش بتن مربوط باشد. برخی از مطالب مهم در مورد فشار شكل گیری در بتن ریزی زیر آب به صورت زیر است.
- به دلیل اینكه بتن كاملاً در زیر آب فرو می‌رود، فقط وزن سبك شده آن در فشار شكل گیری دخالت دارد.
- فشار ایجاد شده توسط بتن زیر آب در آغاز، تا زمانی كه بتن تدریجاً سفت شود، برابر با نقطه تعادل هیدرواستاتیكی است.
- همان طور كه بتن از حالت روانی به شكل خمیری در می‌آید، فشار شكل گیری شدیداً افت می‌كند، به عبارت دیگر كاهش فشار شكل گیری مرتبط با كاهش یا افزایش اسلامپ بتن است.
- فشار شكل گیری در ابتدا بستگی به آهنگ بتن ریزی و روند كاهش اسلامپ بتن دارد، اگر چه عوامل دیگری نیز می‌توانند در این امر مؤثر باشند.
- به دلیل روانی زیاد بتن، حركات جنبشی بتن حجیم موجب می‌شود که فشارهای موضعی بیشتر از فشار هیدرواستاتیكی شود.
- افزودنی هایی كه كارایی بتن را افزایش می‌دهند، معمولاً زمان گیرش را طولانی تر كرده كه باعث افزایش فشار شكل گیری می‌شود.
- با توجه به اینكه فشار شكل گیری با گذشت زمان كاهش می‌یابد، اگر طراحی كاملاً با بتن ریزی زیر آب مطابقت داشته باشد، بتن ریزی كاملاً كنترل شده بوده و خواص بتن كاملاً شناخته شده است.
مؤلفین دیاگرام طراحی فشار شكل گیری را یك تابع دو سویی می‌دانند. میزان فشار شكل گیری از رابطه زیر محاسبه می‌گردد. این محاسبه در عمل بسیار ساده است، زیرا آزمایش اسلامپ انجام گرفته و زمان رسیدن به اسلامپ صفر نیز ثبت می‌شود.
P = W × R × T
P = Pmax = W × R × To
Pmax = بیشترین فشار شكل گیری
W = وزن سبك شده بتن
R = آهنگ بتن ریزی زیر آب
T = زمان سپری شده از آغاز متراكم شدن بتن در نقطه مورد نظر
To = زمان رسیدن بتن به اسلامپ صفر
باید دانست كه فشار محاسبه شده در فرمول مذكور بیانگر فشار در هر زمان نیست، بلكه نمایانگر بیشترین مقدارِ فشار شكل گیری شبه استاتیكی، در حین عملیات بتن ریزی زیر آب است.
بهتر است یك ضریب ایمنی مناسب در طراحی نیروهای دینامیكی در حین بتن ریزی زیر آب در مقایسه با بتن ریزی در شرایط خشك ACI در نظر گرفته شود. با در نظر گرفتن دیگر جنبه‌های درگیر در بتن زیر آب، برای داشتن یك بتن مرغوب و با كیفیت بالا، دانستن رفتار بتن در شرایط بتن ریزی ضروری است.
