تاثیر استفاده از زئولیت در بتن
در سال هاي اخير طرح هاي توسعه ي عظيمي در كشور براي افزايش توليد سيمان آغاز شده است. به طوي كه پيش بيني شده مي شود تا چند سال آينده ايران به يكي از بزرگترين كشورهاي توليد كننده سيمان تبديل مي شود. مسلما اين ميزان افزايش در توليد سيمان سبب رشد فزاينده ي مصرف انرژي در كشور خواهد شد و متعاقبا مسائل زيست محيطي جدي خصوصا ازنظر توليد گاز كربنيك،ايجاد خواهد شد. در نتيجه استفاده از مواد پوزولاني خصوصا پوزولا ن هاي طبيعي به عنوان جايگزين بخشي از سيمان مصرفي مي تواند گزينه اي بسيار درخور توجه براي كاهش مصرف سيمان باشد. همچنين با توجه به رشد صنعت ساختمان در بخش هاي گوناگون به ويژه سد سازي و لزوم ساخت سازهاي بتني با عمر مفيد بيشتر و كارآيي بهتر خصوصا در محيط هايي با شرايط نامناسب همچون حاشيه خليج فارس،اهميت استفاده از پوزولان ها به ويژه پوزولان هاي طبيعي كه در دسترس و ارزان قيمت باشند بيش از پيش مشخص مي شود. اين در حالي است كه وزولا نهاي كارآمد و رايج در دنيا همچون دوده سيليسي،خاكستر بادي،متاكائولين و روباره در ايران يا به طور محدودي توليد مي شوند يا از خارج از كشور وارد مي شوند و قيمت نسبتا زيادي دارند.
در اين سخنراني استفاده از زئوليت طبيعي سمنان (فراافزونه) به عنوان يك پوزولان طبيعي در بتن بررسي و اثر اين ماده با ديگر مواد پوزولاني مقايسه مي گردد.
به همین منظور بررسي هاي آزمايشگاهي در چهار مرحله انجام پذيرفت. در اولين مرحله خواص فيزيكي و شيميايي ماده زئوليت آزمايش شد. در مرحله دوم آزمايش هاي واكنش پذيري پوزولاني، خمير نرمال،زمان گيرش و انبساط اتوكلاو بر روي خميرهاي حاوي زئوليت انجام شد. با توجه به نتايج فعاليت پوزولاني زئوليت با دوده سيليسي و پوزولان طبيعي جاجرود مقايسه گرديد. نتايج اين آزمايش نشان داد كه اگرچه زئوليت به اندازه دوده سيليسي فعال نيست، در مقايسه با پوزولان جاجرود واكنش پذيري مناسبي دارد. در مرحله سوم به وسيله روش تسريع شده ملات، اثر زئوليت بر كنترل انبساط ناشي از واكنش سيليكاتي قليايي سنگدانه ها در مقايسه با خاكستر بادي بررسي گرديد. نتايج اين بخش مشخص كرد كه زئوليت در كنترل انبساط هاي مخرب ناشي از واكنش سيليسي قليايي سنگدانه ها همچون خاكستر بادي موثرمي باشد.در نهايت،در چهارمين و مهم ترين مرحله،زئوليت و دوده سيليسي بانسبت هاي جايگزيني مختلف در بتن استفاده شدند و آزمايش هاي مكانيكي و پايايي متعددي انجام شد. اين آزمايش ها شامل اسلامپ، درصد هواي بتن تازه، مقاومت فشاري، مقاومت كششي دو نيم شدن،نفوذپذيري در مقابل آب، جذب آب، نفوذپذيري در مقابل گاز اكسيژن، انتشارپذيري يون كلر و مقاومت الكتريكي بودند. بر اساس نتايج به دست آمده،عملكرد بتن هاي حاوي زئوليت با درصدهاي جايگزيني مختلف نسبت به عملكرد بتن شاهد بهبود پيدا كرد و حتي در برخي موارد قابل مقايسه با عملكرد بتن هاي حاوي دوده سيليسي بود. لازم به ذكر است با توجه به نتايج بتن تازه، استفاده از اين ماده بايد با مواد روانساز يا فوق روانساز همراه باشد. به منظور بررسي كاملتر و دراز مدت آزمونه هاي بتن مسلح حاوي زئوليت سمنان در سايت تحقيقاتي انستيتو مصالح ساختماني دانشگاه تهران واقع در جزيره قشم به همراه آزمونه هاي ديگر قرارگرفته است. پيش از اين در كشور تحقيق جامعي در مورد خواص پوزولاني اين ماده صورت نگرفته بود. در حالي كه در كشور چين سالانه بيش از 200 ميليون تن سيمان توليد مي شود و بيش از 20% وزن اين سيمان توليدي با زئوليت مخلوط مي شود و در حال حاضر بيشترين مصرف زئوليت در كشور چين در صنعت توليد مي شود و در حال حاضر بيشترين مصرف زئوليت در كشور چين در صنعت توليد سيمان آميخته مي باشد. همچنين با توجه به گزارش موسسه تحقيقاتي Roskil بزرگترين بازار آينده زئوليت در استفاده از آن به عنوان پوزولان به جاي قسمتي يا تمام سيمان پرتلند خواهد بود. با توجه به موارد فوق و نتايج اميدوار كننده فني به دست آمده پژوهش، به نظر مي رسد كه زئوليت سيمان (فراافزونه) مي تواند گزينه اي مناسب براي استفاده در بتن به عنوان پوزولاني كارآمد، در دسترس در كشور باشد.
3- جداگرهاي لرزه اي
جداگرهاي لرزه اي شامل كل ابعاد ساختمان مي شود و نمي توان در بخشي از سازه آن ها را استفاده نمود زيرا اين عمل باعث ايجاد تفاوت در جابجايي دو بخش ساختمان مي گردند و در كاهش پريوده هاي لرزه اي و خسارات لرزه اي منتقل شده از زمين به ساختمان تاثير گذارند. استفاده از آن ها در طراحي هاي ساختمان جديد بسيار معمول شده است اما در آمريكا از آن ها براي تعداد متعددي ساختمان موجود جهت افزايش شكل پذيري به عنوان راهبرد كليدي در طراحي پروژه هاي مقاوم سازي به كار مي رود.
انواع جداگرها شامل مفصل انعطاف پذير (لاستيكي) و مفصل لغزنده مي شود. مفصل انعطاف پذير خود به انواع مختلف شامل كاهنده لاستيكي بلند(high damped rubber) كاهنده لاستيكي كوتاه(damped rubber low ) تقسيم بندي مي گردد. كاهنده هاي نوساني غالبا جزئي از سيستم جداگرها هستند كه جابجايي را محدود مي كنند. در شكل(شماره3و4) تعدادي از كاهنده ها ديده مي شود. باز دوره نوساني در سازه هايي كه از جداگر استفاده شده است به دليل كاربرد اين جداگرها 2تا4ثانيه تخمين زده مي شود. همين طور در ساختمان هايي كه بر روي خاك هاي خيلي ضعيف يا ساختمان خيلي بلندمرتبه مي باشد و انعطاف پذيري ممكن است مقدور نباشد استفاده از جداگر مي تواند بسيار سودمند باشد. استفاده از جداگر لرزه اي معمولا راهكار مقاوم سازي بسيار گران قيمتي است. اين راه حل اصولا در آمريكا براي ساختمان هاي معروف و مهم استفاده مي شود. جابجايي جداگرها بيشتر در طبقات بالا مشخص مي شود، اما در ناحيه خطر پذيري زياد توانايي زلزله براي جابجايي گاهي اوقات تا 75 ميلي متر و يا بيشتر مي رسد به همين دليل حذف هر مانعي در نزديكي سازه كه در زمان پاسخ لرزه اي سازه مانع حركت رفت و برگشتي ( حركت پاندولي) شود ضروري است(شكل شماره5).
با توجه ببه نوع مفصل جداگرها و افزايش جابجايي ساختمان در هنگام وقوع زمين لرزه ايجاد درز انقطاع در اطراف سازه براي همسازي با جابجايي سازه است ضروري است. درز انقطاع بايد پايين تر از صفحه جداگر ايجاد گردد. قسمت هاي بالاي دررز انقطاع مي توان به منظور زيبايي و يا مسائل امنيتي با مصالح انعطاف پذير پوشاند.
در آسمان خراش ها كه در آنها از آسانسورهاي بسيار بزرگ استفاده مي گردد، نمي توان بدون در نظر گرفتن جزييات خاص آن ها را از صفحه تراز جداگر عبور داد. تاسيسات مكانيكي و برقي اين ساختمان ها نياز به توانايي تطبيق با جابجايي جداگر دارد و بايد از اتصالات انعطاف پذير در آن ها استفاده كرد؛ پي هائي كه كه در زير جداگر وجود دارد بايد توانايي گرفتن نيرو و رساندن آن به جداگر را داشته باشند،صفحه و اتصالاتي كه در بالاي جداگر وجود دارد بايد توانايي اين كه نيرو را به خوبي به جداگر برگرداند و در مقابل ممان ايجاد شده مقاومت كنند داشته باشد. تمامي اين اجزا هزينه ساختمان هاي داراي جداگر را افزايش مي دهد.
در طراحي و محاسبه بايد دقت كرد كه ساختمان هاي داراي جداگر جابجايي بسيار گسترده تري نسبت به سازه هاي با پايه هاي ثابت دارند. در تحليل تاريخچه زماني اين سازه ها بايد حتماً‌تمام جداگرها غير خطي مدل شود. در اين روش مشخصات مصالح بايد مطابق با جزييات كارخانه سازنده و گزارش آزمايشگاهي شامل موارد مختلف: آزمايش بارگذاري،حرارت،سرعت،خوردگي،كهنگي و ساير تاثيرات بايد در نظر گرفته شود. آزمايش براي اينكه مشخصاتي كه شركت سازنده بيان مي كند و حصول اطمينان پيدا كردن از اين كه مشخصات عضو كاملا صحيح است ضروري است. محل نصب جداگرها در طراحي بسيار تعيين كننده است آن ها معمولا نزديك به پي ساختمان هستند ولي نمونه هاي از جداگر وجود دارد كه در بالاي ستون و زير سقف هاي سنگين نصب مي شود تا نيرو وارده به ستون را كاهش دهد. پي و جداگر، هر دو در يك تراز اجرا مي گردد،اما بيشترين كاربرد آن ها در پي ساختمان و يا زير پي ساختمان استفاده مي شوند و بعضي ديگر پي اضافي در محل خود دارند. انواع مختلف جداگر داراي اجزاي با اندازه هاي مختلف هستند و لوازمي براي انتقال لنگر دارند. در جداگر مفصل لاستيكي، لنگرهاي p-delta را به خود گرفته و نصف آن را به پايين و نصف آن را به بالا انتقال مي دهد. در سيستم قديمي آونگ اصطكاكي، تمام لنگرهايp-delta به بال يا پايين انتقال پيدا مي كند كه اين امر بستگي به جهت تقعر دارد چگونگي مقاومت در برابر لنگرها مي تواند منجر به انتخاب نوع خاصي از جداگرها شود.
در جداگر های مفصل لاستیکی به علت این که لاستیک سختی پایین دارند مقاومت کمتری در مقابل نیروی کششی از خود نشان می دهد، همچنین جداگرهای دارای هسته سربی در کشش دارای محدودیت زیادی هستند. با وجود این که نوع جدید جداگرهای مفصل لغزشی که بتوانند مقداری در مقابل کشش مقاومت کنند به تازگی وارد بازار شده است ، اما تعدا زیادی از مهندسان درباره کشش زیر مفصل لغزشی نگران هستند. در نتیجه در طراحی ساختمان غالبا قصد دارند تا کشش در مفصل ها به کمترین میزان ممکن برسد. وقتی یک ساختمان دارای جداگر ساخته می شود ستون ها و دیگر اجزا ساختمان باید دقیقا در بالای جداگر نصب گردد و در ساختمان های موجود طبقات فوقانی کاملا در جای خود هستند یک راه کلیدی، انتقال بار مرده به وسیله شمع در ساختمان و بریدن زیر ستون های آزاد شده است، اجرای یک پی جدید و یک صفحه افقی جدید بر روی جداگر نصب شده تا انتقال بار سازه به جداگرها مقدور شود و سپس شمع ها برداشته می شود.
4- میراگرهای غیر فعال یا اتلاف کننده های انرژی
اضافه کردن میراگرها مانند جداگرهای لرزه ای راهبرد نسبتا غیر معمولی برای بهسازی لرزه ای تلقی می شود اضافه شدن میراگرها باعث کاهش جابجایی کلی سازه و شتاب پاسخ و تغییر مکان جانبی طبقات داخلی منجر می شود .
میراگرها شامل قسمت جامد و مایع ویسکوز می باشند. در آن ها تجهیزات دیگری شامل آلیاژ کره ای شکل، فنر اصطکاکی و تجهیزات مایع برگشت پذیر کاهنده نیرو نصب می شود در شکل(شماره6) نمونه ای از این میراگرها نشان داده شده است. تعداد زیادی از مهندسان بر این باورند که اضافه کردن میراگرها بیشتر مربوط به افزایش شکل پذیری ساختمان در قاب خمشی فولادی و بتنی می شود میراگرها باید برای جابجای زیاد تطبیق داده شده باشند.
پژوهش های گسترده و تکمیلی در نحوه طراحی این چنین ساختمان هایی با وسایل میراکننده انرژی انجام داده شده است که شامل طراحی مختلف و مثال های از بهسازی لرزه ای با استفاده از میراگرهای غیرفعال بود. اضافه کردن میراگر بسیار شبیه اضافه کردن بادبند است و در نتیجه بر معماری ساختمان تاثیرگذار است. بعضی از میراگرها به سازه اضافه می شود که این امر باعث تصحیح طراحی می شود میراگرهای سازه ای زیادی در بازار در دسترس است. مشخصات مصالح، آزمایشات انجام شده، محدودیت ها و جزییات اجرایی همانند اجزا جداگرهای لرزه ای به نوع محصول استناد می شود. تمامی میراگرهای معمولا در ابتدای طراحی انتخاب می شوند زیرا محاسبه و جزییات عمدتا با نوع دیگر میراگرها تفاوت دارد.
5- نتیجه گیری
هر یک از روش های ارائه شده دارای مزایا و محدودیت هائی می باشد که طراح با توجه به امکانات موجود این روش ها به تنهایی و یا تلفیقی از این چند روش برای ساختمان در نظر می گیرد. همچنین استفاده از میراگرها و جداگرها می تواند در هنگام زلزله کمک زیادی به سازه کند اما دقت در نحوه طراحی و مدل کردن آن ها به صورت رغیر خطی امری مهم است و با توجه به تنوع این ابزارها در بازار باید انواع آزمایش کشش و... برای بررسی صحت آن چه که در مشخصات فنی شرکت سازنده نوشته انجام گیرد.