سدهای مخزنی پروژه‌های عظیم ملی هستند که نقش مهمی در جوامع مدرن و صنعتی داشـته و پروژه‌های حیـاتی هـر مملکتی محسوب می‌شود، نگهداری و تعمیرات مناسب این سازه‌ها از اهمیت ویژه‌ای در حفاظت از منابع و منافع ملـی و افزایش عمرمفیداین تأسیسات دارد. تعداد زیادی از سدهایی که در20 سال اخیردرایران ساخته‌شده‌اند، سدهای خاکی می‌باشند لاکن اجزاء وتاسیسات وابسته سدها همچون سرریزها و گالری ها عمدتا از جنس بتن ساخته می‌شوند. گرچه در مرحله طراحـی سـدها و تاسیسات وابسته، دقت مضاعف و ضریب اطمینان کافی درنظرگرفته می‌شود، لاکن به علت مشکلات اجرایـی و فرهنگ خـاص اجرایی کشور، همواره ضعف‌هایی در بخش‌هایی از سازه‌های بتنی مشاهده می‌شود. و یا ممکن است شرایط خشن بهره‌برداری آسیب‌هایی را برسازه‌های بتنی وارد آورد. ترمیم اجزای بتنی و اب بندی نمودن آن با مواد شیمیایی پلی اورتان، تکنولوژی نسـبتا جدیدی است که این مقاله به آن پرداخته و با تشریح روند عملیاتی، کلیات مزایا و معایب استفاده از موا پلی اوردتان درترمیم بـتن و اصول استفاده از روش تزریق و تجهیزات ویژه و مناسب برای آن ذکرشده است به عنوان نمونه موفقی از ایـن روش، عملیات ترمیم بتن سرریز و آب‌بندی گالری سد علویان تشریح شده است.
1-ماهیت مشکلات سازهای بتنی سر ریز و گالری سد علویان:
بتن یکی از مقاوم‌ترین و پردوام‌ترین مصالح ساختمانی است که معمولا برای سالیان طولانی عملکرد قابل قبولی از خود نشان خواهد داد اگرچه کیفیت محصولات به‌طور وسیعی به شرایط حاکم برکار بستگی داشته و توسط عواملی شامل آب، هوا و اقلیم، رفتار متنوع مصالح و قابلیت سازگاری آن‌ها در بتن کنترل می‌گردد اما بهره‌دهی سازه‌های بتنی ممکن است توسط عوامل مخرب مانند آب‌وهوا عمل مکانیکی بارهای سیکلی، فرسودگی و سایش کاهش پیدا کند.
سازه بتنی سرریز و گالری تزریق سد علویان بعد از دوازده سال بهره‌برداری براثر شرایط آب‌وهوایی منطقه، کیفیت اجرایی و شرایط بهره‌برداری دچار آسیب‌دیدگی شده است. این آسیب‌ها عموماً به‌صورت سـایش و فرسـایش بـتن تـاج سـرریز و بیرون‌زدگی میلگردها و نشت آب در گالری تزریق و گالری سرریز سد مشاهده‌شده است. نمونه‌هایی از آسیب‌های وارده در شکل های زیر نشان داده‌شده است. با توجه به اینکه اشکالات بتن، مخصوصاً در سازه تاج سرریزازنوع پیش‌رونده می‌باشد، عدم توجـه بـه آن می‌تواند عمرمفیدسازه رابه نحوموثری کاهش دهد. بررسی و شناخت علل خرابی بتن، اولین گام در خصوص انتخاب روش تعمیرات می‌باشد.
2-ارزیابی اشکالات بتن سازه گالری تزریق:
تعیین علت خرابی برسازه‌های بتنی یکی از مهم‌ترین مراحل فرآیند تعمیر بوده و ارزیابی آن، لزوم تعمیریاانتخاب روش تعمیری مناسبی را که به نتایج رضایت‌بخش منجر شود، تعیین خواهد نمود. لذا قبل از انجام هرگونه تعمیری غالباً یـک ارزیـابی از وضعیت موجود ضروری است که بتوان اطلاعاتی در مورد وسعت خرابی و تعیین علت و اهمیت آن خرابی به دست آورد.
نقص معیوب مختلفی که عموماً در بتن سازهای مشاهده می‌شود به‌صورت زیردستِ بندی می‌شود:
- عیوب ناشی از بتن معماری به علت شرایط عمومی کار- مخلوط بتن- روش بتن‌ریزی نحوه تراکم
- عیوب ناشی از قالب‌بندی بتن منجر به کرموش دن- شوره زدن- رنگ‌رفتگی – درزهای سرد-شن زدگی- انحراف قالب- پوسته شدگی
- عیوب ناشی از واکنش‌های شیمیایی بتن نظیر حمله سولفات‌ها – قلیایی – کربناتی – خوردگی فولاد
- عیوب ناشی از وقوع بهارخواب‌های فعال و غیرفعال نظیر تغییر شکل های نسـبی درزهـای مـابین بلوک‌های بتنـی- ترک‌های پلاسـتیکی انقباضی
- مشکل عدم آب‌بندی واتراستاپ بین درزهای انقطاع دراثرتغییرشکل و جابجایی بلوک‌های بتنی
شکل های زیر وضعیت و نوع معایب و گالری تزریق را بعد از اصلاح و ترمیم معایب نشان می‌دهد.
عیوب نشتی ناشی از واکنش های شیمیایی بتن نظیر حمله سولفات ها قلیایی کربناتی خوردگی فولاد
عیوب نشتی ناشی از درزهای اجرایی مابین بلوک های بتنی گالری تزریق عدم اب بندی واتراستاپ
تصویر بعد از اصلاح وترمیم معایب سازه بتنی گالری تزریق
3-ارزیابی اشکالات بتن سرریز سد
به‌طورکلی توانایی خدمت‌رسانی و قابلیت سازه برای یک مدت‌زمانی معین تعریف می‌شود لذا سازه باید توانایی ایستادگی و مقاومت در مقابل بارهای وارده و همچنین عمر خدمت‌رسانی خود و شرایط محیطی و بهره‌برداری را داشته باشـد علـل خرابـی بـتن سـازه سرریز بیشتر در اثر شرایط اجرایی و شرایط بهره‌برداری سرریز بوده و به‌صورت فرسایش و بیرون‌زدگی میلگردها مشاهده‌شده است. نقص و عیوب مختلفی که در بتن سرریز سد مشاهده می‌شود به‌صورت زیر دسته‌بندی می‌گردد:
- عیوب ناشی از بتن معماری به علت شرایط عمومی کار- مخلوط بتن- روش بتن‌ریزی نحوه تراکم-قالب ها
- عیوب ناشی از تنش حرارتی بتن نظیرتغیرات دما در سطوح سرریز
- عیوب ناشی از سایش و فرسایشی بتن اصطکاک (ساییدگی) سبب فرسودگی سطح بتن
- عیوب ناشی ازفشارهیدرواستاتیک سبب نفوذ جریان هیدرولیکی به بدنه سرریز
- عیوب ناشی از وقوع ترک‌های فعال و غیرفعال نظیر تغییر شکل های نسبی درزهـای مـابین بلوک‌های بتنـی ترک‌های پلاسـتیکی انقباضی
- عیوب ناشی ازاثردوره های یخ زدن واب شدن
شکل های زیر وضعیت و نوع معایب و اصلاح وترمیم معایب بتن سازه سرریز سد را نشان می‌دهد.
عیوب ناشی ازسایش وفرسایشی بتن اصطکاک (ساییدگی)ستب فرسودگی سطح بتن سرریز
عیوب ناشی ازتنش حرارتی بتن نظیرتغیرات دما درسطوح پوشش و بیرون زدگی میلگرد سرریز
تصاویر بعد از اصلاح و ترمیم معایب سازه بتنی سر ریز سدعلویان
4-معیارهای انتخاب مواد شیمیایی پلی اورتان
داشتن روشی منطقی برای انتخاب مصالح تعمیر سازه‌های بتنی نقش اساسی در تحقق اهداف مورد نظردرتعمیر و اصلاح سازه‌ها خواهد داشت. اما انتخاب نهایی مصالح تعمیری با در نظرگرفتن پارامترهای گوناگونی از قبیل سـهولت کـاربرد- هزینـه مهارت کاری موجود و تجهیزات موردنیاز صورت خواهد گرفت.
انتخاب ماده مناسب برای تعمیرات بتنی اهمیت زیادی در اثربخشی و پایداری تـرمیم خواهـد داشـت. برخـی از فاکتورهایی کـه در انتخاب مواد تعمیری بایددرنظر داشت عبارتند از پایداری ابعادی- ضریب انبساط حرارتی مدول الاستیسـیته نفوذپـذیری سازگاری شیمیایی ویژگی‌های الکتریکی- رنگ پذیری و شفاف بودن، شرایط بهره‌برداری و محدودیت‌های اجرایی ابـزار و وسـایل موردنیاز، همچنین ماهیت و نوع عیوب سازه‌های بتنی.
5-ساختار شیمیایی پلی اورتان ها
ساختار شیمیایی محصولات پلی اورتان از ترکیبات یکپارچه مصـنوعی درنتیجه واکـنش بین گروه‌های ایزوسیانات رزین مایع گروه‌های ئیدروکسیل وجود در ماده عمل‌آور هستند. پیونـدهای شیمیایی در پلی اورتـان پیوندهایی پایدارند و ازآنجاکه توانایی انجام واکنش شیمیایی بین رزین و انواع بسیاری عمل‌آورها وجود دارد محصولات بسیاری با ویژگی های گوناگون تولید می‌شود این نوع مواد مقاومت خوبی در مقابل حمله مواد شیمیایی، ضربه، سایش داشـته و از چسـبندگی و انعطاف‌پذیری خوبی برخوردارند پلی اورتان ها می‌توانند به‌صورت مخلوط‌های یک یا دوجزئی تولید و استفاده شوند. سیستم یک جزئی می‌تواند عمل‌آوری مرطوب شود، برای جلوگیری از طبله کردن لایه‌های پلی اورتان در زمان کاربرد، باید در سطح خشـک اجرا شوند پلی اورتان های دوجزئی که مقاوم‌ترین نوع پلی اورتان ها می‌باشند، با ترکیب دو جزء از پلیمر سـاخته می‌شوند و خود بر دونوع اند، نوع کاتالیزشده و نوع عمل‌آوری شده با پلیول. خواص فیزیکی و شیمیایی نمونه‌ای از مواد پلی اورتان کـه در ترمیم و پوشش سطحی سرریز و آب‌بندی گالری سد علویان استفاده‌شده است به شرح ذیل می‌باشد.
مشخصات خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ماده پلی اورتان
| خاصیت | دوغاب های آلی پلی اورتان | روش آزمایش |
| مقاومت کششی | 8 الی 10 MPa | ASTM 37- 61 |
| مقاومت فشاری | 96.6 MPa | ASTM 79- 75 |
| مقاومت خمشی | 29 MPa | ASTM C- 550 |
| مقاومت الکتریکی | 10000 volts/mm | ASTM D- 149 |
| مدول الاستیسیته خمشی | 12.4 GPa | |
| مدول کششی | 3.1 MPa | |
| مقاومت چسبندگی به فولاد | 16.5 MPa | |
| چگالی یا وزن مخصوص | 2.12 g/cm3 | ASTM D- 792 |
| جمع شدگی مقیدنشده خطی | 0.04 in/in | ASTM D- 2566 |
| ضریب انبساط حرارتی | 27.5E-6 | ASTM C- 531- 68 |
| چسبندگی بتن | قوی تر از بتن | ASTM C- 321- 83 |
| مقاومت ضربه ای | بهتر از بتن | |
| مقاومت سایشی | بهتر از بتن | ASTM C- 779 |
| ازدیاد طول | 5.5 درصد |
6-سایر مزایا
از مزایای مهم مواد پلی اورتان قابلیت استفاده درزیرآب است. این ماده با آب فعال‌شده و دامنه تغییرات نسـبت آب بـه پلیمـر آن برای تشکیل ژل بسیار وسیع است. بطوریکه نوع خاصی ازپلی اورتان ها می‌تواند با آب ترکیب و حل شده و مخلوط خیلـی رقیقی ایجاد نماید. ازآنجاکه اندازه ذرات آن‌ها کمترازیک سوم اندازه حفره‌های موجود در بتن می‌باشد از نظر نفوذ در بتن ازویژه گی خاصی برخوداراست. این مخلوط می‌تواند در خلل و حفره‌های بتن نفوذ کرده و مانع گسستگی در حفره‌ها شود به همین علـت درآ ببنـدی کاربرد بهتری نسبت به سایر مواد آب‌بندی دارد.
7-خصوصیات پلی اورتان:
- قدرت چسبندگی زیاد و ایجاد پیوند قوی
- انقباض محسوس در حین عمل‌آوری
- جذب اندک مایعات
- ضریب انبساط گرمایی زیاد در برابر تغییرات محیطی
- طولانی بودن عمر بهره‌برداری
- انعطاف‌پذیری کافی برای جلوگیری از ترک خوردن دراثرتنشهای حرارتی یا مکانیکی
- قابلیت کاربرد این مواد متناسب باضخامت‌های مختلف برای مقاومت بالا وتوام بیشتر در سطوح رویه بتن. ضریب انبساط حرارتی این مواد نسبت به جذب تابش خورشید کمترازبتن و آسفالت است
- نفوذپذیری کم نسبت به آب و مواد شیمیایی
- داشتن خاصیت پرکننده درزهای روی بتن در ترکیب با سنکدانه‌های پرکننده
- برتری مقاومت شیمیایی در مقابل انواع اسیدها- محلول ها- قلیایی ها-نمک ها-و…نسبت به سایر مواد مصـنوعی شـ شیمیایی تـرم یم بتن
- داشتن زمان گیرش کوتاه
- به علت نفوذ ناپذیربودن نسبت به یخ زدن واب شدن ازمقاومت خوبی برخورداراست جلوگیری از سولفاته شدن میلگردهای داخل بتن به علت پر شدن با مواد
- داشتن سطح صاف و کاهش اصطکاک سایشی دراثرعبور آب از روی آن
از معایب مهم استفاده مواد پلی اورتان، لزوم دقت زیاد در آماده کردن سطح بـرای اطمینان از چسبندگی و مشکل بـودن تجدید اندودکاری می‌باشد. در صورت نیاز به تجدید اندودکاری با پاشیدن سنگ‌دانه‌های سیلیسی و سمباده کاری دریک یا دو مرحله می‌توان اندود موجود را برداشت و نسبت به تجدید اندود اقدام نمود. درصورتی‌که حفره‌های هوادار درروی بتن وجود داشته باشد چندین باراندود کشی باید انجام شود زیرا اندود نمی‌تواند به‌راحتی در حفره‌های هوادار منتشر شود.
8-معیارهای انتخاب روش اجرایی تعمیر
روش‌های مختلفی برای تعمیر ترک سازه‌های بتنی وجود دارد نوع ترمیم اغلب به نوع ترک ازنظر فعال و غیرفعال بـودن در سازه‌های بتنی بستگی دارد. برای انسجام بخشیدن به بتن آسیب‌دیده، می‌توان از روش‌های تزریق ثقلی یا تحت‌فشار، دوغـاب ریزی پاششی، شیار زدن و درزگیری استفاده نمود.
روش به‌کاررفته درترمیم و آب‌بندی درزهـای انقطـاع بلوک‌های بتنی گالری ترزیق، از روش تزریق تحت‌فشار بوده ودرسـطح سرریز، از روش پاششی استفاده‌شده است. عوامل موثردرانتخاب روش‌های ترمیم درگالری تزریق وسرریز به‌صورت فهرست‌وار بـه شرح ذیل می‌باشند:
- اندازه ترک و سطح فرسایش
- عمق نفوذ مواد
- لزجت مواد مصرفی
- سهولت اجرایی وسایل کار با تجهیزات پیشرفته تزریق
- داشتن قابلیت اندازه‌گیری حجم مواد تزریقی
9-انتخاب تجهیزات و ادوات دستگاه‌های مناسب برای کاربرد مواد پلی اورتان
تمام اندودهای پلی اورتان را می‌توان به‌وسیله قلم مو- پاشش و غلتک به‌راحتی به کاربرد سرعت عمل‌آوری مناسب برای این نـوع اندوددردمای 10- 38 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسـبی 30-تـ ا-80 درصد حاصل می‌شود دمـای کمترازحـد ذکرشـده باعـث تاخیردرزمان عمل‌آوری خواهد شد لذا توجه به شرایط آب‌وهوایی درکاربرداین مواد اهمیت زیادی دارد.
مواد پلی اورتان با تجهیزات تزریق نیز قابل‌استفاده می‌باشد بطوریکه با ابتدایی‌ترین تجهیزات تزریق شامل یک مخزن کوچـک یا قیفی که به یک لوله انعطاف‌پذیر وصل شده است تا هد ثقلی راتامین کند و یک تفنگ دستی می‌توان عمل تزریق را انجـام داد، تفنگ‌های دستی به‌صورت دستی یا بادی کارمی کنند، این تفنگ‌ها درفشان‌های کم تزریق معمولاً اقتصادی‌ترین وسیله اسـت. در شکل ذیل نمونه‌ای از تفنگ‌های دستی ویژه تزریق نشان داده‌شده است.
درکارهای بزرگ مثل سدها برای تزریق از مخازن فشار استفاده می‌شود انـدود پلـی اورتـان در مخزنی تحت‌فشار هوای متـراکم قرارگرفته ومقدارجریان اندود پلی اورتان درلوله انتقال با مقدار اندود خروجی در انتهای لوله نازل کنترل می‌شود به این وسیله می‌توان فشاررادرحدثابتی نگاه داشت.
پمپ‌های رفت و برگشت (دوسویه) که برای کارهای تزریق مورداستفاده قرارمـی گیرنـد دارای فشـار و راندمان ز یادی مـی باشند و اغلب برای تزریق‌های با حجم و فشار بالا مورداستفاده واقع می‌شوند عیب اساسـی این پمپ‌ها آن اسـت کـه هنگامی‌که امتداد حرکت پیستون تغییر می‌کند فشار انتقال‌یافته نوسان کاملاً محسوسی دارد که ممکن است موجب گسترش ترک گردد، لذا درروش تزریق باید دقت زیادی به این موضوع مبذول داشت و از افراد باتجربه در مراحل اجرایی استفاده نمود. در شکل زیر نوع تجهیزات از قبیل پمپ و دستگاه تزریق استفاده‌شده درترمیم بتن سازه‌های گالری وسرریز سـد علویان نشـان داده‌شده است.
نوع تجهیزات استفاده شده در ترمیم معایب بتن سازه بتنی و گالری تزریق و سرریز سدعلویان
10-روش‌های آماده‌سازی نقاط آسیب‌دیده بتن های سازه سرریز وگالری تزریق
برای رضایت‌بخش بودن نتیجه ترمیم سازه‌های بتنی لازم است مراحل تعمیر به نحـو شایسته‌ای برنامه‌ریزی گـردد. در ایـن مراحل باید فعالیت‌های تشخیص و ارزیابی خرابی، انتخاب نوع مصالح، روش و تکنیک‌های مناسـب تعمیر، آماده‌سازی منطقـه معیوب مدنظر قرار گیرد.
برای آماده‌سازی سازه‌های بتنی سرریز و گالری تزریق سد علویان با توجه بـه عوامـل موثر و شـرایط سازهای اقـداماتی به شرح زیرانجام یافته است.
- برداشتن بتن تخریب‌شده یا آسیب‌دیده
- دراولین گام آماده‌سازی نقاط آسیب‌دیده بتنهای سازه سرریزوگالری تزریق لایه هـای آسیب‌دیده بـتن با استفاده خراشیدن و چکش‌های بادی و سنگ فرزتقریبا به عمق نیم تا یک سانتی‌متر برداشته و سپس دانه‌های سست و قسمت‌های شل و ولق برداشته می‌شوند.
- رفع آلودگی‌ها
- برای از بین بردن آلودگی‌ها روغنی، چربی، گردوخاک و… ایجاد سطوح صاف برای چسبیدن محکم تر مواد پلی اورتان و نفوذ عمیق‌تر به داخل بتن از تجهیزات تخریب آبی استفاده می‌شود. در سطح سرریز سد علویان از جت آب بـرای ایـن منظور استفاده‌شده است.
- محافظت آماده‌سازی آرماتورها
- پس از برداشتن بتنهای معیوب و آسیب‌دیده، برای پوشش سطح آرماتورهای بیرون زده و مسطح نمودن بخش‌های گود افتاده سطح بتن، نوع خاصی از پلیمرها (بتن پلیمری) استفاده‌شده است
- آماده‌سازی بستر کار درزهای آب‌بندی جهت تزریق
- روش کلی آماده‌سازی بستر کار درزهای آب‌بندی جهت تزریق مواد پلی اورتان به این ترتیب است که سوارخ‌هایی با زاویه حدود 45-درجه نسبت به امتداد آبدهی در بتن حفر می‌شوند سپس سوراخ‌ها با استفاده ازواترجت شسته وتمیز می‌شوند پس‌ازآن پکرهای مخصوص یکبارمصرف باشیر یک طرفه درسوراخ ها جایگذاری ونصب می‌شوند سپس مواد پلی اورتان به داخل سوراخ تزریق می‌گردد.
- چیدمان انجام یافته برای حفر سوراخ‌ها در اطراف درزها گالری تزریق در شکل زیر نشان داده‌شده اسـت عملیات تزریق به‌صورت متناوب درپکرهای ظرفیت درز ادامه خواهد یافت، زاویه سوراخ‌کاری و نحوه قرارگیری پکرهـا در سوراخ‌ها در شکل های زیر نشان داده‌شده است.
روش آماده سازی ونحوه انجام عملیات تزریق نقاط آسیب دیده بتن های سازه سر ریز و گالری
تزریق سدعلویان
نتیجه‌گیری
- مواد پلی اورتان را با سطح رضایت مطلوبی می‌توان در ترمیم سازه‌های بتنی و بازسازی سطوح سست و فرسایش یافتـه، ازجمله سرریز سدها استفاده نمود.
- مواد پلی اورتان را می‌توان در آب‌بندی سازه‌های بتنی ازجمله در گالری سدها به کاربرد. بررسـی سال‌های 1383 تـا 1385 نشان از عملکرد مطلوب این ماده در کاهش و قطع نشتی‌های گالری دارد.
- اقتصادی بودن مصرف مواد پلی اورتان در بازسازی سازه‌های بتنی بزرگ نسبت به سایر مواد ترمیمی بتن.
- طولانی بودن عمر بهره‌برداری مواد پلی اورتان نسبت به سایر مواد و اهمیت استفاده از آن برسازه های حیاتی مانند سدها
