مشخصات فنی و اجرای استاندارد گروت ریزی بین فونداسیون و صفحات پایه
برابر شرایط مورد انتظار در طراحی صفحات پایه و اتصالات آن به فونداسیون، گروت تنها عامل موثر در انتقال نیروهای فشاری و همچنین عامل مکمل انتقال نیروهای برشی توسط عملکرد اصطکاکی بولت ها، بین صفحات فولادی پایه و فونداسیون محسوب می گردد. مهمترین ویژگی مورد نیاز گروت جهت انتقال بار از صفحات فلزی پایه به فونداسیون، مشخصه افزایش حجم و در نتیجه اطمینان از پرنمودن دایمی تمامی فضای گروت ریزی می باشد. علاوه بر این، کارایی، مقاومت و دوام از جمله دیگر ویژگی های مورد نیاز گروت محسوب می گردد. از سوی دیگر حصول عملکرد مورد نیاز گروت در انتقال نیروها بین صفحات فولادی پایه و فونداسیون، مستلزم اجرای صحیح گروت ریزی، اطمینان از پرشدن تمامی حفرات و فضاهای بین فونداسیون و صفحات پایه و همچنین نگهداری از آن در یک دوره مشخص می باشد. گزارش حاضر ضمن توصیف مختصر از مشخصات فنی مصالح گروت و الزامات و ضوابط مرتبط با آن، به بررسی و ارایه روش های اجرای استاندارد گروت ریزی بین فونداسیون و صفحات پایه می پردازد.
1- مقدمه
در یک رفتار استاندارد و تعریف شده، گروت تنها عامل موثر در انتقال نیروهای فشاری و همچنین عامل مکمل انتقال نیروهای برشی توسط عملکرد اصطکاکی بولت ها، بین صفحات فولادی پایه و فونداسیون محسوب می گردد. از این رو توجه و اهتمام کافی به منظور انتخاب مصالح مناسب و اجرای صحیح گروت-ریزی بین صفحات فولادی پایه و فونداسیون الزامی است.
مهمترین ویژگی مورد نیاز گروت جهت انتقال بار از صفحات فلزی پایه به فونداسیون، مشخصه افزایش حجم و در نتیجه اطمینان از پرنمودن دایمی تمامی فضای گروت ریزی می باشد و این ویژگی است که در ملات های ماسه سیمان معمولی محقق نمی گردد. علاوه بر این، کارایی، مقاومت و دوام از جمله دیگر ویژگی های مورد نیاز گروت محسوب می گردد. تحقق ویژگی های مورد نیاز گروت در گرو انتخاب مصالح و رعایت نسبت های استاندارد و همچنین استفاده از افزودنی های مناسب می باشد. از سال 1950 میلادی، به منظور کاهش خطا در فرآیند استاندارد تولید گروت و جهت سهولت اجرای گروت ریزی، گروت ها به صورت بسته های خشک از پیش مخلوط شده، که تنها با اضافه نمودن میزان مشخصی آب آماده مصرف می گردند، در دسترس می باشند. لذا درستی آزمایی مشخصات فنی محصولات (مشخصات فنی ارایه شده توسط سازنده) مستلزم حضور اطلاعات فنی کافی و البته نمونه گیری و انجام آزمایش های تعریف شده در استانداردهاست.
علاوه بر تاثیر مستقیم کیفیت مصالح مصرفی، حصول عملکرد موردنیاز گروت در انتقال نیروها بین صفحات فولادی پایه و فونداسیون، مستلزم اجرای صحیح گروت ریزی و نگهداری از آن در یک دوره مشخص می باشد. بدین منظور رعایت الزامات فنی سازنده گروت در خصوص شرایط محیط حین اجرا، میزان آب، روش اختلاط مصالح و شرایط نگهداری و همچنین فراهم نمودن شرایط لازم جهت اجرای صحیح گروت ریزی شامل قالب بندی مناسب، گروت ریزی با آهنگ ثابت، ممتد و تحت فشار یکنواخت و جلوگیری از ایجاد حفره های هوا در فضای گروت الزامی است.
در ادامه گزارش به طور خلاصه به بررسی انواع و ویژگی های موردنیاز مصالح گروت، جزییات اجرایی و روش های استاندارد گروت ریزی برابر ضوابط استاندارد ACI 351.1R پرداخته شده است.
2- انواع گروت
2-1- گروت پایه سیمانی
گروت های پایه سیمانی از پیش مخلوط شده محصولات تک جزیی پودری شکلی می باشند که با اضافه کردن میزان مشخصی آب آماده مصرف می گردند. این محصولات از ترکیب سیمان هیدراته، سنگدانه با دانه بندی مشخص و مواد افزودنی ساخته می شوند. از روش ها و انواع گوناگون افزودنی ها، جهت جبران انقباض در گروت های پایه سیمانی، استفاده می شود که در ادامه به اختصار به بررسی این رو ش ها و ترکیبات پرداخته خواهد شد.
مشخصات گروت های پایه سیمانی در حالت خمیری و سفت شده، استفاده از این محصولات را در بسیاری از کاربردها قابل قبول می سازد. به گونه ای که می توان از گروت های پایه سیمانی جهت انتقال بارهای فشاری استاتیکی بزرگ و همچنین، در بسیاری موارد، به منظور انتقال بارهای ضربه ای و دینامیکی استفاده نمود. استثنا آنکه استفاده از این محصولات در پایه فولادی ماشین آلات دینامیکی که تواما نیروهای ارتعاشی افقی و قائم منتقل می نمایند (مانند کمپرسورهای گاز رفت و برگشتی) مجاز نمی باشد.
2-2- گروت های پایه اپوکسی
گروت های پایه اپوکسی معمولا از ترکیب دو جز آماده مصرف الف- اپوکسی و ب- سنگدانه خشک ساخته می شوند. مقاومت و چسبندگی بالا از جمله ویژگی های گروت های پایه اپوکسی است. همچنین این محصولات در برابر حملات شیمیایی مقاوم بوده و از مقاومت قابل توجهی در برابر بارهای دینامیکی و ضربه برخوردارند. تغییرات حجمی در گروت های پایه اپوکسی به صورت انقباض خطی بوده و تولیدکنندگان از روش های گوناگون جهت جبران این آثار استفاده می نمایند که در ادامه به اختصار به بررسی این روش ها و ترکیبات پرداخته خواهد شد.
نکته حائزاهمیت آنکه: تغییرات در مشخصات مکانیکی گروت های پایه اپوکسی تحت دمای بالا قابل توجه است.
معمولا از گروت های پایه اپوکسی، در گروت ریزی زیر صفحات فولادی پایه تجهیزات و ماشین آلات مکانیکی که بارهای ارتعاشی و ضربه ای وارد می نمایند، استفاده می گردد.
3- ویژگی های مورد نیاز گروت
3-1- ویژگی های مورد نیاز گروت پایه سیمانی
3-1-1- کارایی گروت پایه سیمانی
کارایی گروت در حالت خمیری، به منظور گروت ریزی در ریز صفحات پایه بسیار حائزاهمیت می باشد. این ویژگی به پارامترهایی مانند غلظت گروت و قابلیت جریان و در عین حال حفظ این قابلیت در بازه زمانی گروت ریزی وابسته است. عدم جداشدگی سنگدانه ها در خمیر گروت یک مشخصه بسیار مهم در این خصوص محسوب می گردد.
3-1-2- تغییر حجم گروت
کاهش حجم یا انقباض گروت در اثر عوامل
(1) آب انداختگی Bleeding))
(2) نشست سنگدانه ها (Settlement)
(3) از دست دادن رطوبت
استفاده از افزودنی ها در ترکیبات گروت که انقباض ناشی از عوامل فوق را جبران نماید الزامی است. جبران انقباض گروت بااستفاده از یک یا چند روش زیر محقق می گردد.
الف- تولید گاز: در این روش تولید گاز سبب افزایش حجم گروت در حالت خمیری می گردد و این انبساط با اتمام پتاسیل آزادسازی گاز و یا سفت شدن گروت به پایان می رسد. بدین منظور، به طور معمول از پودر آلومینیوم، جهت واکنش با حلال های قلیایی سیمان هیدراته و در نتیجه تولید گاز هیدروژن، در ترکیبات گروت استفاده می شود. میزان تولید گاز در این روش، تاثیرپذیری محسوسی از دما و میزان حلال های قلیایی در گروت دارد.
ب- آزاد کردن هوا: در این روش از افزودنی هایی که با آب واکنش می دهد و با تولید بخار، گروت در حالت خمیری را منبسط می کند استفاده می گردد. این انبساط با اتمام پتاسیل آزادسازی هوا و یا سفت شدن گروت به پایان می رسد. بدین منظور، به طور معمول ترکیبات حاوی کربن به عنوان افزودنی به گروت اضافه می شود. در صورت رعایت نسبت ها و دوز افزودنی، این روش به طور موثری انقباض ناشی از نشست سنگدانه ها را خنثی می نماید.
پ- اکسیداسیون فلزات: در این روش اکسیداسیون افزودنی های حاوی فلزات، سبب انبساط گروت می-شود. اکسیداسیون فلزات مانع انقباض ناشی از نشست سنگدانه ها نمی شود ولی انبساط گروت در حالت سفت شده عامل جبران انقباض گروت می گردد. بدین سبب محصورشدگی گروت چه در قسمت های قالب و چه در پایه های فلزی الزامی است. زیرا در غیر این صورت انبساط گروت سبب تغییر حجم فضای گروت-ریزی و به طبع آن ایجاد ترک در گروت می شود. توجه به این نکته ضروری است که به سبب خورندگی اکسیداسیون، استفاده از این گروت در مجاورت فلزات مناسب نمی باشد.
ت- تشکیل اترینگایت (Ettringite): استفاده از سیمان منبسط شونده در گروت، انبساط در اثر تشکیل اترینگایت در حالت خمیری و سفت شده گروت را نتیجه خواهد داد. در صورت ترکیب نسبت های درست مواد، انبساط ایجاد شده، انقباض در اثر از دست دادن رطوبت گروت را جبران می نماید. لذا در این مورد استفاده از افزودنی هایی که عامل کاهش نشست سنگدانه ها گردد و در نتیجه انبساط مورد نیاز در حالت پلاستیک را تضمین نماید، الزامی است.
ث- دیگر فرآیندها: در بسیاری از انواع گروت های از پیش مخلوط شده، از عوامل مختلف مانند افزودنی های کاهش دهنده آب مورد نیاز و یا عوامل منبسط کننده در ترکیبات محصول استفاده می نمایند.
3-1-3- مقاومت گروت
جهت انتقال بارها به فونداسیون، کفایت گروت به لحاظ مقاومت الزامی است. بارهایی نظیر بارهای استاتیکی، پیش کشیدگی بولت های مهار، بارهای دینامیکی و … توسط گروت به فونداسیون منتقل می-شوند. به طور معمول مقاومت 28 روزه گروت برای مقاصد مورد بحث بین 35 تا 55 مگاپاسکال می باشد. مدول الاستیسیته گروت معمولا بالاتر از بتن بوده و در حدود 20 تا 35 مگاپاسکال می باشد.
3-1-4- پایایی (دوام) گروت
به سبب مقاومت بالا و نفوذپذیری کم، گروت های پایه سیمانی در مقابل پدیده یخ زدن و آب شدن مقاوم می باشند. لذا در برابر عوامل شیمیایی خورنده، شرایط مشابه بتن دارند و در صورت وجود شرایط خورنده، اندیشیدن تمهیدات لازم جهت محافظت از گروت، همانند بتن فونداسیون، الزامی است.
3-2- گروت های پایه اپوکسی
3-2-1- کارایی گروت پایه سیمانی
کارایی گروت در حالت خمیری، به منظور گروت ریزی در ریز صفحات پایه بسیار حائزاهمیت می باشد. این ویژگی به پارامترهایی مانند غلظت گروت و قابلیت جریان و در عین حال حفظ این قابلیت در بازه زمانی گروت ریزی وابسته است. عدم جداشدگی سنگدانه ها در خمیر گروت یک مشخصه بسیار مهم در این خصوص محسوب می گردد.
3-2-2- تغییر حجم گروت
انقباض در گروت های پایه اپوکسی خالص، که تنها ترکیبی از رزین اپوکسی و هاردنر باشد، قابل توجه است. بخش عمده این انقباض در حالت روانی گروت رخ می دهد و این عامل تنش پس ماند نخواهد شد. لذا انقباض حرارتی در گروت های پایه اپوکسی خالص محتمل است. پلیمریزیسیون اپوکسی یک واکنش حرارت زاست. از این رو افت دما پس از اتمام واکنش عامل انقباض حرارتی شده و احتمال ایجاد تنش پس ماند و البته ایجاد ترک را نتیجه خواهد داد.
گروت پایه اپوکسی مورد استفاده در صفحات پایه ماشین آلات، معمولا از ترکیب مقدار مشخصی سنگدانه و اپوکسی تولید می گردد. وجود سنگدانه سبب کاهش یا حذف انقباض گروت پایه اپوکسی در حالت خمیری می شود. علاوه بر این، در صورت استفاده از سنگدانه، بدلیل کاهش حجم رزین اپوکسی در واحد حجم گروت، حرارت تولید شده حین واکنش اپوکسی کاهش یافته و این سبب کاهش انقباض گروت پایه اپوکسی خواهد شد.
در هر صورت جهت حصول شرایط مدنظر در طراحی، رعایت ضوابط پیشنهاد شده توسط سازنده الزامی است.
3-2-3- مقاومت گروت
معمولا مقاومت فشاری گروت پایه اپوکسی در حدود 50 تا 100 در صد بیشتر از گروت پایه سیمانی است. همچنین زمان حصول مقاومت نهایی در گروت پایه اپوکسی بسیار کوتاه تر است. به گونه ای که در شرایط دمایی نرمال، گروت پایه اپوکسی در کمتر از 24 ساعت به مقاومت نهایی خود می رسد. مقاومت بالا و مدول الاستیسیته پایین تر گروت پایه اپوکسی در قیاس با گروت پایه سیمانی، امکان جذب انرژی بیشتر تحت بارهای ضربه ای را نتیجه می دهد.
3-2-4- پایایی (دوام) گروت
در قیاس با گروت های پایه سیمانی، گروت های پایه اپوکسی از مقاومت بیشتری در برابر حملات شیمیایی و بارهای ضربه ای برخوردار است. علاوه بر این رطوبت بر گروت پایه اپوکسی سخت شده تاثیری نخواهد داشت.
نکته آنکه سختی و پایایی گروت پایه اپوکسی در دماهای بالاتر از 50 درجه سانتیگراد کاهش می یابد.
4- آزمایش ها و مشخصات فنی گروت
4-1- گروت پایه سیمانی
کنترل کیفیت مورد نیاز برای گروت های پایه سیمانی از طریق مقایسه نتایج آزمایش ها در خصوص (1) تغییر حجم، (2) غلظت، (3) آب انداختن، (4) مقاومت فشاری و (5) زمان کارایی یا گیرش، با شرایط مدنظر در طراحی به انجام می رسد. بدین منظور آزمایش ها برابر ضوابط استانداردهای زیر پیشنهاد می-گردد.
جدول 1- آزمایش ها جهت کنترل مشخصات فنی گروت های پایه سیمانی
ردیف ویژگی مورد آزمایش روش آزمایش
1 تغییر حجم گروت ASTM C1090
ASTM C827
2 غلظت گروت الف- غلظت حالت خمیری یا روانی:
ASTM C143
ASTM C230
ب- غلظت حالت سیال:
ASTM C939
3 آب انداختن گروت ASTM C940
4 مقاومت فشاری گروت ASTM C109
5 زمان کارایی یا گیرش گروت ASTM C191
ASTM C807
ASTM C266
ASTM C953
ASTM C403
4-2- گروت پایه اپوکسی
ارزیابی گروت های پایه اپوکسی با انجام آزمایش هایی در خصوص (1) تغییرحجم، (2) مقاومت فشاری، (3) زمان کارایی یا گیرش، (4) غلظت و (5) افت، محقق می گردد. بدین منظور آزمایش ها برابر ضوابط استانداردهای زیر پیشنهاد می گردد.
جدول2- آزمایش ها جهت کنترل مشخصات فنی گروت های پایه اپوکسی
ردیف ویژگی مورد آزمایش روش آزمایش
1 تغییر حجم گروت –
2 غلظت گروت –
3 مقاومت فشاری گروت ASTM C579
4 زمان کارایی یا گیرش گروت –
5 افت گروت ASTM C1181
5- ملاحظات ضخامت گروت در طراحی
ضخامت استاندارد گروت همواره حاصل توازن بین دو عامل اقتصادی-عملکردی و سهولت گروت ریزی و اجرا می باشد. به طور کل گروت ریزی به دو روش (1) ثقلی و (2) پمپی (تزریق گروت) قابل انجام می باشد. حداقل ضخامت مورد نیاز گروت (فاصله بین صفحات فولادی پایه و فونداسیون) در طراحی تابع روش اجرایی مدنظر بوده و برابر ضوابط که در ادامه ارایه شده است تعیین می گردد.
حداقل ضخامت گروت متناظر با غلظت گروت و طول جریان گروت و البته روش اجرای گروت ریزی برابر جدول زیر تعیین می گردد.
جدول3- حداقل ضخامت گروت
ردیف روش گروت¬ریزی غلظت گروت بزرگترین بعد صفحات پایه
(طول جریان گروت)
میلی¬متر حداقل ضخامت گروت
میلی¬متر
1 گروت¬ریزی به روش ثقلی غلظت روانی گروت 300 25
2 600 38
3 900 51
4 1200 64
5 غلظت خمیری گروت 300 38 تا 50
6 600 51 تا 63
7 900 64 تا 76
8 1200 77 تا 89
9 غلظت سیال گروت 300 25
10 600 25 تا 32
11 900 38 تا 45
12 1200 51 تا 58
گروت¬ریزی با پمپ
(تزریق گروت) غلظت روانی، خمیری و سیال — 25
نکته: ضخامت گروت نباید کمتر از 25 میلی متر در نظر گرفته شود و حداکثر ضخامت گروت مطابق توصیه های سازنده تعیین می گردد.
6- روش گروت ریزی
6-1- غلظت گروت
غلظت متناظر با روش گروت ریزی و ضخامت گروت، مطابق بخش 5، تعیین می گردد.
6-2- اختلاط گروت
اختلاط گروت مطابق توصیه های سازنده انجام می شود.
6-3- گروت ریزی
6-3-1- گروت ریزی به روش ثقلی
معمولا از روش گروت ریزی ثقلی برای صفحات پایه کوچک استفاده می گردد و استفاده از این روش برای صفحات پایه بزرگتر از 20/1 مجاز نمی باشد. معمولا بدلیل مشکلات اجرایی و محدودیت های این روش اعم از ضخامت گروت مورد نیاز و مسایل مرتبط با اجرای گروت ریزی، استفاده از آن برای صفحات فلزی پایه ستون های ساختمان ها و تجهیزات یا ماشین آلات مناسب ارزیابی نمی گردد. (در مورد ضوابط طراحی و تعیین ضخامت گروت ریزی به بخش 5 مراجعه شود).
هنگامی که گروت به روش ثقلی و از محیط پیرامونی صفحه ریخته می شود، ایجاد یک هد فشار ثقلی در یک سمت صفحه که گروت ریزی از آن سو انجام می شود الزامی است. بدین منظور تعبیه قالب در یک وجه خارجی صفحه با زاویه 45 درجه و با ارتفاعی بیشتر از یک پنجم طولی که گروت باید جریان یابد، تا به سمت دیگر صفحه برسد، الزامی است. (این قالب ها به دو صورت ثابت و متحرک ساخته می شود و در اصطلاح Head Box نامیده می شوند). در این روش قالب ها باید حداقل 25 میلی متر بلندتر از ضخامت گروت باشند.
رعایت نکات زیر در روش گروت ثقلی الزامی است.
الف- گروت تنها از یک سمت صفحات پایه ریخته می شود و تا بالا آمدن گروت از سمت مقابل صفحه به صورت یکنواخت و بدون تغییر در آهنگ گروت ریزی ادامه می یابد. هر گونه تغییر در آهنگ گروت ریزی و عدم یکنواختی یا فرو ریزش ناگهانی، احتمال محبوس شدن هوا در گروت را افزایش می دهد.
ب- گروت ریزی از یک سمت Head Box شروع شده و تا آنجا ادامه می یابد که گروت از سمت مقابل صفحه بالا آید. سپس محل گروت ریزی به آرامی و به صورت یکنواخت در طول Head Box جابجا می شود تا تمام سطح زیرین صفحه پر شود.
6-3-2- گروت ریزی با پمپ (تزریق گروت)
در روش گروت ریزی با پمپ، گروت با یک فشار یکنواخت و به صورت متداوم از یک سوراخ در نزدیکی انتهای صفحه به داخل فضای بین صفحات پایه و فونداسیون تزریق می شود. در صفحات پایه با ابعاد بزرگتر از 20/1 متر، تزریق گروت از سوراخ نزدیک انتهای صفحه شروع شده و تا خروج گروت از سوراخ مجاور (با حداکثر طول جریان 20/1) ادامه می یابد و سپس گروت از محل سوراخ مجاور تزریق شده و این روند تا رسیدن به سوراخ خروجی انتهای صفحه تکرار می گردد.
مزایای گروت ریزی با پمپ، بکارگیری این روش در کاربردهای مختلف ساختمانی و صنعتی را بسیار مناسب می سازد. در ادامه به برخی از این مزایا پرداخته شده است.
الف- بدلیل فرآیند اجرای گروت ریزی با پمپ و امکان گروت ریزی با یک آهنگ یکنواخت و تحت فشار ثابت، نگرانی از محبوس شدن هوا در گروت وجود نخواهد داشت. این درحالی است که این مورد در گروت ریزی به روش ثقلی بسیار نگران کننده است.
ب- همانطور که در بخش 5 مشاهده می گردد، بدلیل جریان عادی گروت در روش گروت ریزی به روش ثقلی، درنظر گرفتن ضخامت گروت بیشتر، بسته به ابعاد صفحات پایه، جهت امکان ایجاد این جریان اجتناب ناپذیر خواهد بود. این در حالی است که در روش گروت ریزی با پمپ نیازی به افزایش ضخامت 25 میلی متر گروت وجود نخواهد داشت.
پ- در روش گروت ریزی با پمپ حصول بیشترین مقاومت گروت در حالت خمیری و در حداقل ضخامت گروت ریزی (25 میلی متر) ممکن است. به عبارت دیگر در این روش می توان با حداقل ضخامت گروت بیشترین مقاومت را حاصل نمود. این در حالی است که در روش گروت ریزی ثقلی، متناظر با حالات خمیری، روانی و سیال گروت، امکان حصول مقاومت مورد نیاز در گرو رعایت محدودیت ها در ارتباط با حداقل ضخامت گروت خواهد بود. (بخش 5).
8- نگهداری از گروت
پس از گروت ریزی، نگهداری و محافظت گروت های پایه سیمانی در برابر از دست دادن رطوبت قابل ملاحظه و قرار گرفتن در معرض حرارت شدید الزامی است. حفظ رطوبت روی سطح گروت باید تا 7 روز استمرار داشته باشد. علاوه بر این، حین و پس از گروت ریزی سطح فونداسیون و صفحات فولادی پایه باید دمای متعادل و مناسب برابر پیشنهاد سازنده داشته و حفظ این شرایط تا زمان گیرش نهایی گروت الزامی است.
در هوای سرد، گرم نگهداشتن گروت جهت تکمیل واکنش هیدراسیون الزامی است و دمای گروت باید برای حداقل 3 روز برابر حداقل 10 درجه سانتیگراد باشد.
در هوای گرم نیز نگهداری در مقابل افزایش دمای اطراف گروت و صفحات فولادی پایه و سطح فونداسیون الزامی است. در این شرایط دمای اطراف گروت و صفحات فولادی پایه و سطح فونداسیون باید برای حداقل 3 روز کمتر از 38 درجه سانتیگراد باشد.
تهیه شده توسط ام.اس.دی کو – طراحی و مجری سیستم های مهار در بتن و تزریق تحت فشار گروت
