طرح اختلاط بتن پروژه تصفیه خانه فاضلاب شرق اهواز

بتن سیمانی از سال های بسیار دور ابداع شده و امروزه از آن به عنوان یک ماده ساختمانی مهم با قابلیت تحمل فشارهای بالا برای ساخت و ساز انواع سازه ها استفاده می شود. در سال های اخیر، با بررسی دوام سازه های بتن مسلح به ویژه در مناطق خورنده، نظر اکثر کارشناسان بتن به این مسئله جلب شده است که مقاومت به تنهایی نمی تواند جواب گوی کلیه خواص مربوط به بتن به خصوص دوام آن باشد و لازم است در طراحی بتن، علاوه بر مقاومت و تحمل بارها در طول مدت بهرهبرداری، پایایی و دوام آن نیز مد نظر قرار گیرد.
این امر در محیط های فاضلابی اهمیت بسزایی دارد، چرا که خرابی بتن در این شرایط ممکن است موجب بروز مشکلات عدیده ای مانند کاهش قابلیت انتقال فاضلاب، نشت فاضلاب در محیط های اطراف و آلودگی زمین و آب های زیرزمینی، نشست بیش از حد زمین، افزایش گاز H2S به خاطر عملکرد ضعیف انتقال و ایجاد هوای آلوده و سمی شود.

فرآیند خرابی بتن در محیط فاضلابی
به طور کلی محیط سیمانی یک محیط قلیایی است و به این دلیل مواد ساخته شده با پایه سیمانی مانند بتن، در محیط اسیدی پتانسیل خوردگی زیادی دارند. فعالیت باکتریایی و شیمیایی در فاضلاب تولید یک سیکل سولفور میکند، که می تواند منجر به تولید اسیدسولفوریک شود .
وقتی که شرایط بی هوازی ناشی از زمان ماند طولانی یا سرعت پایین فاضلاب اتفاق می افتد، باکتری های احیاکننده سولفات، نظیر دی سولفوویبریو، ترکیبات سولفور موجود در فاضلاب را به H2S احیا می کنند. بر اثر آشفتگی جریان و کاهشPH ه، H2Sبه فضای بالای تراز فاضلاب وارد می شود و ممکن است با اکسیژنی که روی دیواره رسوب کرده است، واکنش داده و سولفور خالص تشکیل دهد .سولفور ماده غذایی برای بسیاری از باکتری های گونه تیوباسیلی است. این باکتری ها سولفور را به اسیدسولفوریک تبدیل می کنند که می تواند عامل مهاجمی برای تجزیه بتن باشد. اسیدسولفوریک ابتدا با هیدروکسیدکلسیم موجود در بتن واکنش داده و گچ را به وجود می آورد. پس از آن واکنش بین گچ و تری کلسیم آلومینات هیدراته منجر به تشکیل اترینگایت (سولفو آلومینات کلسیم)
می شود.
این ترکیبات در مقایسه با ترکیبات اولیه حجم بیش تری دارند که منجر به ترک خوردن بتن می شود. پس از آن، مواد تجزیه شده توسط جریان فاضلاب شسته می شود و روند خورندگی را شتاب می بخشد .
افزایش حجم اترینگایت ها درحدود دو برابر است (در بعضی موارد تاهفت برابر هم گزارش شده است). پس از این رویداد، در بتن ترک ایجاد می شود و این امر علاوه بر ضعف سازه ای، زمینه را برای نفوذ بیش تر و در نتیجه خوردگی و تخریب بیش تر مستعد می سازد. در مناطقی که بتن مسلح در معرض یون کلر قرار دارد، این ترک ها مکانیسم خوردگی آرماتور ناشی از نفوذ یون کلر به داخل بتن را تسریع میکند .
راهکارهای افزایش دوام بتن
الف - استفاده از بتن مقاوم در محیط فاضلابی: برای این منظور باید الزامات خاصی را در زمینه نوع سیمان، دانه بندی مصالح سنگی و نسبت آب به سیمان رعایت کرد و در صورت لزوم از افزودنی های معدنی و شیمیایی به منظور افزایش مقاومت، دوام و کارآیی بتن استفاده کرد.
ب – استفاده از واکنش های شیمیایی برای بهبود خواص: از جمله
این روش ها می توان به قرار دادن بتن در خلاء در معرض گازتترا فلوئور سیلیس (بتن اکریت)، استفاده از آب شیشه (سیلیکات سدیم) و کاربرد فلوئور سیلیکات منیزیم اشاره کرد.
- استفاده از پوشش های مقاوم: مانند پوشش هایی با جنس الیاف شیشه ای، پوشش های اپوکسی و پوشش های پلی اورتان.
- اتخاذ تدبیری جهت کاهش هر یک از عوامل تولید سولفید هیدروژن: از جمله این تدابیر می توان به جلوگیری از سکون جریان فاضلاب )کاهش تولید گاز H2S(، جلوگیری از جریان متلاطم فاضلاب و ایجاد جریان آرام، مرطوب کردن بتن و شستن لایه گچ محافظ اشاره کرد.
مشخصات بتن مورد استفاده در سازه های فرایندی پروژه تصفیه خانه فاضلاب شرق اهواز
از میان راه کارهای ارائه شده برای جلوگیری از خوردگی بتن در محیط فاضلابی، استفاده از طرح اختلاط مناسب از لحاظ اجرایی و اقتصادی بسیار به صرفه است. در ادامه ضمن بررسی عوامل موثر بر ارائه طرح اختلاط مطلوب، مشخصات بتن سازه های فرایندی پروژه تصفیه خانه فاضلاب شرق اهواز نیز شرح داده می شود.
نوع سیمان
در محیط های فاضلابیا نتخاب نوع سیمان به لحاظ مقدار هیدروکسید کلسیم و آلومینات تری کلسیم جهت واکنش کم تر با اسید سولفوریک از اهمیت بسزایی برخوردار است. برای ساخت بتن مقاوم در برابر سولفات و اسید سولفوریک، بهترین نوع سیمان تیپ V است؛ ولی در مناطقی که سازه علاوه بر عامل مخرب سولفات در معرض یون کلر نیز قرار دارد، بهترین گزینه استفاده ازسیمان تیپ II به همراه یک ماده پوزولانی است که در این پروژه نیز از سیمان تیپ II به همراه میکروسیلیس استفاده شد.
نسبت آب به سیمان
مهم ترین مسئله در تعیین کیفیت بتن، نسبت آب به سیمان است. با کاهش آن می توان به بتنی مقاوم در مقابل عوامل مهاجم از جمله اسیدها دست یافت. بهتر است از نسبت آب سیمان کم تر از۰٫۳۵ در ساخت بتن مقاوم استفاده کرد .
چگالی مواد سیمانی
چگالی مواد سیمانی مانند چگالی مصالح سنگی از اهمیت بالایی برخوردار است. با انتخاب مصالح سیمانی ریز دانه می توان فاز ملات و فاز ناحیه انتقال را قوی تر کرد و در این راستا از سیمان های با بلین بالا استفاده کرد.
مشخصات مصالح سنگی
برای ساخت بتن با دوام بالا به سنگ دانه های همگن و تمیز نیاز است .
بدین منظور استانداردها از جمله استاندارد ASTM C 33دانه بندی مناسب و حد مجاز ناخالصی های سنگدانه را مشخص می کنند. یکی از علل اصلی افزایش نفوذپذیری بتن ایجاد ترک های ریز در سطح تماس سنگدانه ها و سیمان است. به طور کلی در صورت استفاده از ذرات با قطر بیش تر از ۲۰میلی متر و با شکل پولکی وسوزنی، احتمال وقوع این پدیده افزایش می یابد. هرچند که اغلب استانداردها رابطه مشخصی بین بزرگ ترین اندازه ذرات سنگدانه و نفوذپذیری ارائه نکرده اند، در حال حاضر بر اساس تجربیات اجرایی این مقدار به ۲۰ میلی متر محدود می شود. هم چنین به منظور دست یابی به چگالی بالا و تخلخل مینیمم در بتن می توان از منحنی های دانه بندی موجود در آیین نامه های طرح اختلاط بتن ایران و آیین نامه آلمان جهت تعیین دانه بندی مصالح سنگی استفاده کرد.
برای انتخاب مصالح مناسب طرح اختلاط بتن پروژه تصفیه خانه فاضلاب شرق اهواز، آزمایش های مقدماتی روی حدود ۳۰ معدن استان انجام شد. در استان خوزستان به علت وجود پایه سیلیسی سنگدانه مهم ترین مشکل وجود معادنی با قابلیت واکنش زایی قلیایی سنگدانه است. این مشکل باعث شد که گزینه های انتخاب معادن تهیه شن و ماسه بسیار محدود شود.
مشکل دیگر بالابودن مدول نرمی ماسه است که در برخی معادن به ۴/۴ نیز می رسد. بتنی که با این ماسه تهیه شود مشکلات زیادی از قبیل خشن بودن، عدم پمپ پذیری، تخلخل زیاد و عدم رسیدن به چگالی بالا خواهد داشت. در نهایت معدنی با توان تولید ماسه با حداکثر اندازه ذرات پنج میلی متر و مدول نرمی ۱/۲ انتخاب شد. در کنار آن از مخلوط ماسه ۸-۰با نسبت دو به سه و حداکثر اندازه هشت میلی متر استفاده شد. در شکل۱ منحنی دانه بندی مصالح سنگی مورد استفاده مشاهده می شود.
ƒ استفاده از مواد افزودنی
استفاده از پوزولان های طبیعی و مصنوعی به جای مواد سیمانی از مقدار سیمان می کاهد و در نتیجه با کم شدن مقدار هیدروکسید کلسیم وآلومینات تری کلسیم مقاومت بتن در مقابل عوامل مهاجم بیش تر می شود. هم چنین استفاده از پوزولان علاوه بر افزایش مقاومت باعث کاهش نفوذپذیری بتن و افزایش طول عمر آن می شود. یکی از افزودنی های معدنی که بازدهی مطلوبی در کاهش نفوذپذیری بتن دارد میکروسیلیس است. میکروسیلیس ها مواد بسیار نرمی با قطر ۰۱/۰ تا ۳/۰ میکرون و جرم مخصوص ۲/۲ گرم بر سانتی متر مکعب و سطح مخصوص تقریبی ۲۰ متر مربع در گرم است. این مواد به صورت دوده همراه با گازهای کوره الکتریکی کارخانجات سیلیس و آلیاژهای آن ایجاد می شوند. ذرات فوق ۵۰ تا ۱۰۰ مرتبه از ذرات سیمان کوچک ترند و به عنوان پرکننده اجزای بتن و ماده چسباننده مؤثر عمل می کنند .

منبع:+