ارزيابي مدلهاي تخمين عمر مفيد خدمت رساني براي سازه هاي بتن مسلح در محيط دريايي خليجفارس

علياكبر رمضانيانپور1* ، احسان جهانگيري2 ، فرامرز مودي3، بابك احمدي4

استاد دانشگاه صنعتي اميركبير و رئيس مركز تحقيقات تكنولوژي و دوام بتن
كارشناسي ارشد مهندسي و مديريت ساخت، دانشگاه صنعتي اميركبير
استاديار دانشكده مهندسي عمران و محيط زيست دانشگاه صنعتي اميركبير
محقق، مركز تحقيقات تكنولوژي و دوام بتن، دانشگاه صنعتي اميركبير

چكيده
يكي از مهمترين علل موثر بر دوام سازه هاي بتن مسلح، كلريد نفوذ يافته به درون بتن بوده و از اين رو در دهههاي اخير طراحي بر اساس دوام سازههاي بتني در محيط دريايي اهميت ويژهاي پيدا نموده و مدلهاي مختلفي براي تخمين عمر مفيد توسط مراكز تحقيقاتي ارائه شده است. عليرغم تحقيقات گسترده صورت گرفته كماكان مفاهيم مبهم و بحث برانگيز در اين زمينه وجود دارد. يكي از مهمترين مسائل تاثيرگذار بر دوام بتن، شرايط محيطي قرارگيري بتن ميباشد. لذا تحقيقات در شرايط محيطي مختلف براي ارزيابي ملاحظات طراحي بر اساس دوام و تخمين عمر مفيد مي تواند بسيار مفيد واقع شود. خليج فارس به علت دماي محيطي بالا و رطوبت زياد و همچنين ميزان يون كلريد موجود در آب، يكي از مخربترين محيطهاي طبيعي براي بتن مسلح از نقطه نظر دوام ميباشد.
هدف اين مقاله بررسي چهار مدل تخمين عمر مفيد خدمترساني بتن مسلح به كمك آزمايشهاي صورت گرفته بر روي سازه بتني در شرايط واقعي ميباشد. كه دو مدل توسط مراكز تحقيقاتي خارجي و دو مدل ديگر توسط مراكز تحقيقاتي داخلي ارائه شده است. نتايج گويايي عدم قطعيتهاي فراوان در تخمينهاي مدلها و عدم تطابق مدلهاي خارجي با شرايط محيطي خليج فارس ميباشد.
كلمات كليدي: بتن، طراحي بر اساس دوام، مدلهاي تخمين عمر مفيد، انتشار يون كلريد، خليجفارس

Evaluation of Models for Service-Life Prediction of
Reinforced Concrete Structures in Persian Gulf Marine
Environment

A. A. Ramezanianpour1, E. Jahangiri2, F. Moodi3, B. Ahmadi4

1-Professor, Dept. of Civil Eng., Concrete technology and durability research center, Amirkabir University of Technology
2-MSc, Dept. of Civil Eng., Concrete technology and durability research center, Amirkabir University of Technology
3-Assistance Professor, Dept. of Civil Eng., Concrete technology and durability
research center, Amirkabir University of Technology 4-Research Assistance, Dept. of Civil Eng., Concrete technology and durability research
center, Amirkabir University of Technology

[email protected] نويسنده مسئول*
Abstract
Chloride ion ingress is one of the major problems that affect the durability of reinforced concrete structures such as bridge decks, concrete pavements, and other structures exposed to harsh saline environments. Therefore, durability based design of concrete structures in marine areas has gained great significance in recent decades and various mathematical models for estimating the service life of reinforced concrete have been proposed. In spite of comprehensive researches on the corrosion of reinforced concrete, there are still various controversial concepts. Effect of environmental conditions on durability of concrete structures is one of the most important issues. Hence, regional investigations are necessary for durability-based design and evaluation of the models proposed for service-life prediction. The Persian Gulf is one of the most aggressive regions of the world because of elevated temperature and humidity as well as high content of chloride ions in seawater.
In this work, two probabilistic service-life prediction models and two other service-life models proposed by local research centers are studied and compared using chloride profiles obtained from marine RC structures located in the Persian Gulf region. The results show the various uncertainties in model predictions and incompatibility of non-local models with Persian Gulf region. Keywords: Concrete, Service-Life Prediction Models, Durability-Based Design, Chloride Diffusion,
Corrosion, Persian Gulf

1- معرفي
بتن به عنوان يك مادة ساختماني بسيار مهم، سالهاست كه در صنعت ساختمان بكار ميرود. غالباً در دهههاي گذشته، طراحي اجزاء مخلوط بتن براساس مقاومت صورت مي گرفت، ولي اخيراً علاوه بر مقاومت، طراحي براساس دوام بتن نيز در اغلب آييننامهها مشاهده ميشود كه علت اين امر را ميتوان مشكلات جدي بتن مسلح در شرايط محيطي خورنده دانست [1]. يكي از خورندهترين شرايط محيطي براي بتن مسلح از نقطه نظر دوام، شرايط دريايي ميباشد.
ضايعات و خسارات ناشي از اثرات خوردگي روي سازه- هايي كه در سواحل دريا احداث مي گردند، سالانه رقم قابل توجهي از هزينههاي صنعت ساختمان را به خود اختصاص ميدهد [2].
عوامل متعددي در شرايط محيطي دريايي بر دوام بتن مسلح موثر ميباشند، ولي تحقيقات، گوياي نقش غالب خوردگي فولاد مدفون در بتن به علت يون كلريد موجود در سطح ميلگرد ميباشد. در صورتي كه ميزان يون كلريد در سطح ميلگرد از حد آستانه 1بيشتر شود، لايه محافظ2 از بين رفته و خوردگي فولاد مدفون آغاز ميگردد و با پيشرفت فرآيند خوردگي و توليد محصولات آن كه حجمي بيش از 5 الي 6 برابر فولاددارد، پوشش بتني روي ميلگرد ترك خورده و شرايطبراي خوردگي فولاد مهياتر گشته و سازه بتني رو به زوال مينهد. تحقيقات گذشته نشان ميدهد كه بيش از 90% خرابيهاي سازههاي حاشية خليجفارس و درياي عمان، خوردگي فولاد مدفون ناشي از يون كلريد موجود در بتن ميباشد [3].
ساخت بنادر عظيم در حاشيه خليجفارس و هزينههاي كلان اختصاص داده شده در اين بخش و همچنين شرايط محيطي بسيار مخرب اين منطقه براي سازههاي بتني به علت دما و رطوبت زياد و يونهاي محلول در آب آن، اين الزام را بوجود ميآورد كه در راستاي طراحي سازههايي بادوام و همچنين مديريت و نگهداري پس از ساخت، ابزاري براي بررسي كمي دوام بتن مسلح در اين منطقه در دست باشد. مدلهاي تخمين عمر مفيد خدمت رساني يكي از اين قبيل ابزارها بوده و در صورت برخورداري از دقت و صحت مناسب مي-توانند نقش بسيار مهمي در كاهش هزينههاي طراحي، تعميرات و نگهداري ايفا نمايد [2].
با بررسي آييننامهها، مشهود است كه غالباً مبحث دوام به صورت توصيهاي و ارائه دستورالعمل براي افزايش كيفي آن ميباشد. ولي مدلهاي تخمين عمر مفيد قادر به بررسي دوام بتن با توجه به مشخصات مصالح و محيط، به صورت كمي ميباشند. امروزه آييننامههاي معتبر جهاني توجه ويژهاي به امر مدلسازي رفتار بتن در محيطهاي مخرب دارند و مدلهاي مختلف توسطمحققين و مراكز تحقيقاتي ارائه ميشود.
امر مدلسازي رفتار بتن در برابر انتقال يون كلريد به درون بتن با روابط رياضي از ديرباز مورد توجه محققين بوده و از ارائه اولين مدل در اين زمينه توسط كوله -پاردي حدود 40 سال ميگذرد و در طي اين مدت، مدلها از لحاظ ساختار، فرضيات و روش حل، تغييرات بسياري نمودهاند [4]. عليرغم تحقيقات گسترده در اين زمينه كماكان نادانستههاي بسيار زيادي در اين زمينه وجود داشته و تنها با سادهسازيهاي بسيار ميتوان در مورد فرآيند انتقال يون كلريد به درون بتن اظهار نظر نمود، بدين سبب ميتوان ادعا نمود، هنوز هيج رابطه رياضي كه بتواند اين فرآيند را به صورت كامل و دقيق شبيهسازي نمايد، وجود نداشته و كليه مدلها با فرضيات سادهساز همراه ميباشند. در راستاي كاربردي بودن مدلها و مدلسازي بهتر و دقيقتر انتقال يون كلريد به درون بتن، عموماً سعي ميشود كه مدلها با آزمونههاي قرار گرفته در شرايط محيطي واقعي دريايي كاليبره شوند و هرچه فرضيات سادهساز در مدلسازي بيشتر باشد، وابستگي مدلها به شرايط محيطي كه در آن كاليبره شده است، بيشتر شده و امكان ناتواني مدلها در ارائه نتايج قابل قبول در شرايط محيطي ديگر بيشتر ميگردد [4]. بنابراين براي استفاده از مدلها در راستاي اهداف طراحي، مديريت و نگهداري پس از ساخت، بايد ابتدا از صحت نتايج مدلها در شرايط محيطي مدنظر اطمينان حاصل گردد. هدف اين تحقيق بررسي و ارزيابي چهار مدل تخمين عمر مفيد بتن مسلح به كمك آزمايشهاي صورت گرفته بر روي سازه بتني در شرايط واقعي ميباشد. بدين منظور سازههاي بتن مسلحي در جنوب كشور انتخاب شده و آزمايشهايي در اين خصوص بر روي آنها صورت گرفته است و آزمونههايي مشابه طرح اختلاط بتن سازه در آزمايشگاه ساخته و آزمايش شده است. مدلها عبارتند از مدل fib يك مدل احتمالاتي معروف اروپايي،2006 [5]، مدل Life-365 يك مدل احتمالاتي معروف آمريكايي،2009 [6] و 2 مدل داخلي كه توسط مركزتحقيقات تكنولوژي و دوام بتن دانشگاه صنعتياميركبير [7] و انستيتوي مصالح ساختماني دانشگاهتهران [8] ارائه شده است. سازههاي بتني مورد نظر درمجتمع بندري امام خميني (ره) واقع شده است و دردورههاي مختلف زماني ساخته شدهاند. آزمايشها روي سازه در دو شرايط قرارگيري جزر و مدي و اتمسفري انجام شده است.

تحقيقات پيشين
عليرغم آنكه از ارائه اولين مدلهاي تخمين عمرمفيد بتن حدوداً 40 سال ميگذرد ولي در عين حال تحقيقات در اين زمينه تا اوايل قرن 21 گستردگي چشمگيري نداشته است و حدود يك دهه است كه با گسترش توان رايانهها، مدلسازي هاي رفتار بتن از ديدگاه تخمين عمر مفيد گسترش پيدا نمود. شايد اگر ادعا نمود كه هنوز هيچ تحقيق مدون و جامعي در زمينه بررسي و ارزيابي مدلها در كنار يكديگر صورت نگرفته است، سخني گزاف نباشد. عموماً مدلها بر حسب شرايط منطقهاي ارائه ميگردد و براي شرايط محيطي كه در آن كاليبره شده اند قابل اعتماد مي- باشند، علت اين امر نيز ناشناخته ماندن رفتار واقعي بتن و تركيب مكانيزمهاي خورنده و … ميباشد كه با تمام تلاشهاي صورت گرفته، اگر مدلي با نمونههاي آزمايشگاهي قرارگرفته در محيط واقعي كاليبره نگردد عملاً نتايج غيرواقعگرايانه ارائه مينمايد. از اين رو تا كنون مدلي ارائه نشده است كه براي شرايط محيطي مختلف نتايج قابل قبول ارائه نمايد. بدين سبب تحقيقي با مشخصات تحقيق حاضر در سطح ايران و جهان منحصر به فرد بوده و هيچ محققي تاكنون اين چهار مدل را با يكديگر در شرايط محيطي خاصي ارزيابي و مقايسه ننموده است ولي چندين تحقيق در سطح جهان بر روي بررسي و مقايسه مدلها صورت گرفته است كه به علت تفاوت شرايط محيطي خليج فارس و شرايط مصالح ايران و همچنين تفاوت مدل-هاي بررسي شده، عملاً اين تحقيقات هيچ نتيجه مثبتي براي پيشبرد اهداف اين تحقيق نداشته است، از اين رو از ذكر اين تحقيقات صرفه نظر شده است.
مولفين اين مقاله با بررسي بيش از 90% مدلهاي ارائه شده از سال 1970 تا به كنون بر اين عقيدهاند كه بهترين مدلهاي پاسخگو براي شرايط محيطي خاصخليج فارس كه امكان اصلاح آن نيز وجود داشته باشد،چهار مدل بررسي شده در اين تحقيق ميباشند هر چند اين چهار مدل نيز نتايج كاملاً مناسب ارائه نمي-نمايند ولي در عين حال بسيار بهتر از مدلهاي ديگر براي شرايط محيطي خليج فارس ميباشند.

مدلهاي تخمين عمر مفيد خدمت رساني
اساساً مدلهاي تخمين عمر مفيد خدمترساني توابع رياضي ميباشند كه بر پايه رفتارها و مكانيزمهاي فيزيكي و شيميايي خرابي و ميزان پيشرفت آنها در طول زمان تدوين ميگردند و با دادههاي تجربي و آزمايشگاهي ارزيابي و كاليبره ميگردند [4]. بنابر پيچيدگي رفتار بتن، هرچه مدل با دادههاي بيشتر تجربي و آزمايشي تهيه شده باشد، قابل اعتمادتر است. امروزه رويكرد احتمالاتي در تحليل مدلها به علت عدمقطعيتهاي فراوان موجود، جايگاه ويژهاي پيدا نموده است. در اين مقاله در نظر است چهار مدل مورد ارزيابي قرارگيرد كه همگي اصول يكساني را در مكانيزم خرابي در نظر گرفته ولي از روشهاي مختلف براي مدلسازي پيروي مينمايند. در ادامه مدلها به اختصار معرفي ميگردند.

(2005) BHRC مدل -1-3
اين مدل توسط مركز تحقيقات تكنولوژي و دوام بتن دانشگاه صنعتي اميركبير و مركز تحقيقات ساختمان و مسكن طي آزمايشهاي گستردهاي در شرايط محيطي خليجفارس (بندر عباس) به صورت غير احتمالاتي تهيه شده است. اين مدل بر پايه خوردگي كلريدي استوار ميباشد. تخمين ضريب انتشار ظاهري وابسته با زمان، طرح اختلاط و شرايط قرارگيري، و زمان آغازخوردگي، خروجيهاي مدل ميباشند. معادله (1) مدل تخمين ضريب انتشار و معادله (2) مدل تخمين زمان آغاز خوردگي فولاد مدفون در بتن را نمايش ميدهد. پارامترهاي ، B1 ،a و 1C پارامترهاي اين مدل ميباشند كه توسط ارائه دهندگانمدل پيشنهاد شده و بيبعد است. اين پارامترها براساس طرح اختلاط، شرايط قرارگيري و زمان به كمكمعادله (3) بدست ميآيد با اين تفاوت كه براي هر يكاز پارامترها، ضرايب (A,B,C,D,E,F,G,H,I) متفاوتميباشد [7].

(1)
0.75 (2)

(3)
(Dt) ,  , D1 , C1  A(w/c)2  B(w/c) C(SF)2
 D(SF)  E(w/c)2(SF)2  F(w/c)(SF)
G(w/c)2(SF)  H(w/c)(SF)2  I
1t : زمان مبنا، 75/0 سال [سال] t: زمان [سال]
(1D (t: ضريب انتشار ظاهري در زمان 1t
[mm2/years] D (t): ضريب انتشار ظاهري در زمان [mm2/years] t a: ضريب توان عمر [بي بعد] tcr: زمان آغاز خوردگي [سال] c: پوشش بتني روي ميلگرد [mm]
1B1, C: ضرايب تجربي معادله كه به كمك معادله 3 تعيين ميگردد [بي بعد] w/c : نسبت آب به مواد سيماني [بي بعد] SF: ميزان جايگزيني دوده سيليسي [درصد]
[ضرايب معادله 3 [بي بعد :A, B, C, D, E, F, G, H, I

(2006) DuraPGulf مدل -2-3
اين مدل در انستيتو مصالح ساختماني دانشگاه تهران بر اساس نتايج بدست آمده از آزمايش در سايت پايايي بندرعباس تهيه و ارائه شده است. اين مدل شرايط مصالح و شرايط محيطي را در نظر ميگيرد و بر پايه معادلات ديفرانسيل انتشار فيك بنا شده و با اطلاعات بدست آمده از آزمايشها كاليبره شده است.
اين مدل كه غير احتمالاتي ميباشد به صورت نرم افزار ارائه شده است و شرايط مختلف محيطي خليجفارس به صورت پيشفرض در آن موجود ميباشد. اين مدل انتشار يك بعدي يون كلريد را به كمك حل معادلهديفرانسيل قانون دوم فيك به روش تفاضل محدود بادر نظر گرفتن ضريب انتشار متغير با زمان را محاسبهنموده و پروفيل يون كلريد در دورههاي مختلف زماني ومحاسبه عمرمفيد از خروجيهاي اين مدل ميباشد.
لازم به ذكر است كه زمان پايان عمر مفيد، زمان آغازخوردگي فولاد مدفون در نظر گرفته شده است [8]. از ديگر نكات مهمي كه در اين مدل وجود دارد كه نميتوان آن را به عنوان نقطه ضعف و يا قوت عنوان كرد، نگرش اين مدل براي تعيين ميزان ضريب انتشار است. اين مدل ميزان ضريب انتشار لحظهاي را ملاك عمل قرار داده است كه كاليبره نمودن آن ممكن نمي باشد. اين امر در ابتدا به نظر تخمينها دقيقتر را در برابر ضريب انتشار ظاهري تداعي مينمايد ولي امكان تعيين ضريب انتشار لحظهاي بتن به كمك آزمايش ميسر نميباشد و عموماً تخمينهاي ضريب انتشار لحظهاي به كمك تخمين ضريب انتشار لحظهاي اوليه و توان عمر با روابطي بر اساس مشخصات بتن و در نهايت آزمون و خطا براي تعيين فرض اوليه (ضريب انتشار لحظهاي اوليه و ضريب توان عمر) با كمك ضريب انتشار ظاهري كه قابل تعيين به كمك آزمايش ميباشد، صورت ميپذيرد. لذا با توجه به دانش فعلي بتن به نظر ميرسد كه همان ضريب انتشار ظاهري نتايج بهتري را براي تخمين هاي يكبعدي (مانند دال، ديوار و ..) به دنبال خواهد داشت ولي در عين حال براي تخمينهاي دوبعدي (ستون ها و شمع ها و …) ضريب انتشار لحظهاي كاربرد داشته و اگر آينده اين مدل بخواهد به آن سمت حركت نمايد، نميتوان ضريب انتشار ظاهري كارايي چنداني داشته باشد، لذا نميتوان تغيير تئوري مدل از پيشنهادات اصلاحي باشد.

(2006) fib مدل -3-3
اين مدل توسط فدراسيون بين المللي بتن (fib) در بولتن 34 در سال 2006 ارائه شده است. اين مدل بر پايه معادلات ديفرانسيل قانون انتشار فيك بوده و با در نظر گرفتن ضريب انتشار ظاهري متغير با زمان به تخمين انتشار يون كلريد به درون بتن به صورت يك بعدي در بتن بدون ترك مي پردازد. پارامترهاي دخيل اعم از مشخصات بتن، پوزولانها، شرايط آب و هوايي،شرايط بهرهبرداري در تخمين ضريب انتشار و همچنينتخمين ميزان نفوذ يون كلريد به درون بتن بر حسبزمان بصورت احتمالاتي، بر اساس آزمايش در شرايطمحيطي اروپا تعيين و كاليبره شده است. مدلfib ازسه بخش عمده تشكيل شده است. بخش اول، معادله تعيين كننده ضريب انتشار ظاهري ميباشد كه بر اساس آزمايش تسريع شده مهاجرت يون كلريد3، شرايط آب و هوايي، مشخصات مخلوط بتن و زمان تخمين زده ميشود. بخش دوم، معادله تعيين كننده ميزان يون كلريد در عمق مشخص بر حسب زمان مي-باشد كه بر اساس معادله انتشار فيك و ضريب انتشار ظاهري ميباشد كه پايه تخمين زمان آغاز خوردگي نيز ميباشد (معادله4). بخش سوم اين مدل تعيين كننده احتمال وقوع خوردگي در زمانهاي مختلف ميباشد كه بر اساس شاخص قابليت اعتماد 3/1، زمان آغاز خوردگي تعيين ميگردد [5].
اكثر پارامترهاي ورودي به صورت احتمالاتي مقداردهي ميشود، بدين معني كه تعيين پارامترهاي ورودي به صورت تابع توزيع بوده و بر اساس احتمالات مختلف، پارامترهاي ورودي بر اساس مقدار ميانگين، انحراف معيار و تابع توزيع، مقداردهي ميشوند.

Ccrit Cxa,tC0 

1ax 
100050525457

CS,x C0erf 2 Dt (4)
app.c 

Ccrit: مقدار يون كلريد آستانه [درصد وزني نسبت به سيمان] C(x,t): مقدار يون كلريد در عمق x از سطح بتن در زمان t [درصد وزني نسبت به سيمان]
0C: مقدار يون كلريد اوليه بتن [درصد وزني نسبت به سيمان] CS,x: مقدار يون كلريد در عمق x در زمان t [درصد وزني نسبت به سيمان]
x: عمق متناظر با مقدار يون كلريد mm] C(x,t)] a: پوشش بتن [mm]
x: عمق ناحيه همرفتي4 [mm] Dapp,c: ضريب انتشار ظاهري [mm2/year] erf: تابع خطا [-]
Life ­ 365 مدل -4-3
اين مدل در كنسرسيوم صنعتي امريكا با حمايتكميته ACI 365 تهيه و به صورت نرم افزار در نسخههاي مختلف ارائه شده است و هر ساله به روز رساني ميگردد. مدل مورد بررسي در اين تحقيق آخرين نسخه اين مدل بوده كه محصول سال 2009 ميباشد.
اين مدل بر پايه تحقيقات گسترده در سواحل و بنادر ايالات متحده امريكا ميباشد و اطلاعات آب و هوايي مناطق مختلف ايالات متحده به صورت پيشفرض در اين نرمافزار موجود است. اساس مدلسازي، معادلات ديفرانسيل انتشار فيك ميباشد و بر اساس تحقيقات آزمايشگاهي ارزيابي و كاليبره شده است. اين مدل قادر به تعيين پروفيل يون كلريد به صورت غير احتمالاتي و همچنين عمر مفيد به صورت احتمالاتي ميباشد. اين مدل معادله ديفرانسيل انتشار فيك را به صورت دو بعدي با در نظر گرفتن ضريب انتشار متغير با زمان حل مينمايد [6]. از ديگر نكات مهم در اين مدل همان مسئلهاي است كه براي مدل DuraPGulf براي تخمين ضريب انتشار عنوان گرديد ولي در عين حال نميتوان به توانايي هاي اين مدل در بررسي دوبعدي المان هاي بتني اشاره ننمود.

معرفي سازه و شرايط آب و هوايي
شرايط آب و هوايي بندر امام خميني
بندر امام خميني در منتهي اليه شمال غربي خليج فارس واقع گرديده است. در واقع اين بندر در انتهاي آبراه طبيعي خور موسي واقع شده است. اين بندر در استان خوزستان و در 160 كيلومتري جنوب شرقي اهواز قرار دارد. بندر امام خميني، در ميان بنادر تجاري ايران با 11 ميليون مترمربع مساحت، يكي از بزرگترين و مهمترين بنادر تجاري كشور محسوب ميگردد. به طور عمومي شرايط آب و هوايي بندر امام خميني به دليل مجاورت با خليج فارس، از خصوصيات اين منطقه تبعيت ميكند. در نواحي حاشيه خليج فارس، به علت نزديكي اين منطقه به خط استوا، ميزان تابش نور خورشيد و درنتيجه ميزان تبخير زياد است. افزون بر اين، منطقه مورد بحث از نظر شرايط آب و هوايي جزء مناطق گرم و خشك به حساب ميآيد. ميانگين درجه حرارت ساليانه اين منطقه حدود 38 درجه سانتيگراداست. به علت بالابودن درجه حرارت و قرار گرفتن درمجاورت دريا، رطوبت نسبي هوا نيز بالا است، بديهياست كه در درجه حرارتهاي بالا، ظرفيت هوا در جذب مقادير آب بيشتر شده و در نتيجه ميزان تبخير افزايش مييابد و نهايتاً اين پديده توسط وزش باد نيز تشديد ميگردد. ميزان بارندگي در اين منطقه محدود بوده و اكثر بارندگيها در ماههاي آذر و دي ميباشد و در فصل تابستان تقريباً بارشي وجود ندارد.
بندر امام خميني داراي اقليم گرم و خشك بوده و به همين دليل اغلب داراي هوايي خشك است. اما در صورت وزيدن بادهاي شرجي كه معمولاً همراه با رطوبت دريا ميباشد رطوبت منطقه را به شدت بالا برده و آن را به بالاتر از90 درصد ميرساند. معدل نسبي رطوبت در زمستان 80 درصد و در تابستان زير 40 درصد است.

سازههاي مورد ارزيابي
سازههاي مورد نظر در جنوبيترين قسمت مجتمع بندري امام خميني واقع شده است كه از سه سازه مجزا با يك طرح اختلاط تشكيل شده است. سازههاي مورد نظر در سنين مختلف ساخته شده و اين امكان را مي-دهد كه مدلها براي بتن سازه در سه سن مختلف (2، 4 و 6 سال) مورد ارزيابي قرار گيرند. شكل 1 نمايي از سازههاي بررسي شده و جدول 1 مشخصات بتن سازه- هاي مورد نظر را نمايش ميدهد.

جدول 1- مشخصات طرح اختلاط
0.35 نسبت آب به مواد سيماني
450 ميزان سيمان تيپ 2 [3Kg/m]
%٧ درصد دوده سيليس
864 ميزان ماسه [kg]
260 ميزان نخودي [kg]
606 ميزان بادامي [kg]

5 – آزمايشها
به منظور تحليل و ارزيابي مدلها براي سازههايمدنظر، دو سري آزمايش صورت گرفته است. سري اولبر روي آزمونههاي بتني با طرح اختلاط مشابه با سازه
ارزيابي مدلهاي تخمين خدمت رسانيبراي بتنمسلح… دريــا
و سري دوم آزمايشها بر روي سازههاي مورد نظرصورت گرفته است.

شكل 1 – نمايي از سازههاي مورد بررسي
2401062883920

شكل 2 – پروفيل يون كلريد (الف – شرايط قرارگيري اتمسفري، ب- شرايط قرارگيري جزر و مدي)

جدول 2- نتايج آزمايش بر روي سازهها
مقاومت الكتريكي سطحي
كد نمونه سن ضريب 2انتشار ميزان يون كلريدبه روش ونر ميزان پوشش بتني
* ميانگين wt%/con سطحيcrete mm /Years CoV% ميانگين CoV% mm K.W.cm
1108710160622

% 5 34% 0.062

A-ATM
% 16 18.5% 0.219938.93 4 B-ATM
% 30 60.7

% 341 10.25 29%%0.550.4023

237.9 2 C-ATA-TIDM
%
11087104055

12
4
7
4
.91

12

4

7

4

.91

% 10 14.7% 0.68 B-TID
n/a** 29% 1.70820.68 6 C-TID
* ضريب تغييرات از تقسيم انحراف معيار بر مقدار ميانگين محاسبه ميگردد.s/m*100))
** تعداد اعداد بدست آمده براي تعيين ضريب تغييرات كافي نميباشد.
هشتمتابستان91
5 -1- آزمايشهاي در محل
انتخاب محلهاي نمونهبرداري بنا بر مستنداتپروژه انتخاب شده است بنحوي كه امكان بررسي بتن سازه در سنين مختلف مهيا گردد. آزمايشهاي انجام شده بر روي بتن سازه عبارتند از: مقاومت الكتريكي به روش ونر5، سنجش پوشش بتني6 و پودرگيري از بتن در اعماق مختلف جهت تهيه پروفيل يون كلريد. آزمايشها در هر محل براي دو شرايط جزر و مدي و اتمسفري صورت گرفته است. پروفيلهاي يون كلريد بدست آمده در شكل 2 نمايش داده شده و نتايج حاصل از آزمايشها و تحليل پروفيل يون كلريد و برازش معادله قانون فيك به شرح جدول 2 ميباشد.
نقاط مختلف نمونهگيري با كد B ، A و C شناخته ميگردد كه A، كد نمونه اخذ شده از سازه با سن دو سال و B، چهار سال و C، شش سال ميباشد و شرايط قرارگيري اتمسفري با ATM و شرايط
قرارگيري جزر و مدي با TID نمايش داده شده است.

5 -2- مطالعات آزمايشگاهي
همانگونه كه ذكر شد، طرح اختلاط منطبق با بتن سازه ساخته شده و بر روي آزمونههاي ساخته شده در سن 28 روز آزمايشهاي مهاجرت كلريد تسريع شده7 [9]، آزمايش تسريع شده نفوذ كلريد8 [10]، مقاومت الكتريكي به روش ونر [11] و مقاومت فشاري انجام شده و نتايج آن به شرح جدول 3 ميباشد.

جدول 3- نتايج آزمايش بر روي آزمونههاي ساخته شده
نتايج آزمايشها
169 ( mm2/years) RCMT
1365 RCPT (كولمب)
كم 36 مقاومت الكتريكي ويژه
(KW.cm)
كم 75.8 مقاومت فشاري (MPa)

تحليل و ارزيابي مدلها
با توجه به نتايج آزمايشها، همچنين شرايط آب و هوايي بندر امام خميني و طرح مخلوط بتن سازه، مدلها مورد تحليل و ارزيابي قرار گرفتهاند. مدلهاي Life-365 و DuraPGulf به صورت نرمافزار بوده و با مدلسازي سازه مورد نظر به كمك نرمافزار مربوطه تحليل صورت گرفته است ولي براي تحليل مدلهاي fib و BHRC از نرمافزارهاي رياضيات و آمار استفاده شده (MathWave ،Matlab9 ،Excel2007 و SPSS18) و تحليل احتمالاتي مدل fib به روش شبيهسازي مونتكارلو9 ميباشد.

BHRC مدل -1-6
مدل براي بتن سازه مورد نظر تحليل شده و ضريب انتشار ظاهري در سه سن محاسبه شده و در جدول 4 با مقادير واقعي مقايسه شده است.

جدول 4- نتايج ضريب انتشار ظاهري تخميي مدل BHRC در مقايسه با مقدار واقعي بدست آمده از پروفيل يون كلريد
ضريب انتشار
ظاهري واقعي
mm2/years ضريب انتشار
ظاهري تخميني
mm2/years سن
سال كد
82.7 23.6 2 A-ATM
38.9 17.2 4 B-ATM
.513 .413 6 C-ATM
237.9 102.4 2 A-TID
12.9 74.7 4 B-TID
20.7 62.1 6 C-TID

نتايج گوياي عدم تطابق نتايج تخمين با مقادير واقعي در سنين كم بوده ولي به نظر ميرسد با افزايش سن، تخمينها به مقادير واقعي نزديك ميگردد. از آنجايي كه ضريب انتشار در سنين كمتر از زمان آغاز خوردگي تاثيري در تخمين نداشته و تنها مقدار ضريب انتشار ظاهري در لحظهي آغازخوردگي ملاك ميباشد، احتمال ميرود كه تخمين زمان آغاز خوردگي به اندازه تخمين ضريب انتشار دور از واقعيت نباشد ولي به نظر ميرسد كه زمان تخميني براي آغاز خوردگي كمتر از مقدار واقعي تخمين زده شود و تخمينهاي مدل در جهت اطمينان باشد. از طرفي با توجه به مقادير واقعي ضريب انتشار به نظر ميرسد كه اينمقادير نيز با عدم قطعيت روبرو بوده و نميتوان اينمقادير را مقادير مطلق ضريب انتشار بتن سازه دانست.زمان آغاز خوردگي براي شرايط قرارگيري جزر و مدي7/14 سال تخمين زده شده و مدل بتن را در شرايطاتمسفري براي هميشه پايا ارزيابي مينمايد. بر اساسنتايج بدست آمده به نظر ميرسد كه مدل در شرايطجزر و مدي نتايج نسبتاً قابل قبولتري ارائه ميدهد واستفاده از آن براي طراحي و برنامهريزيهاي نگهداريمحافظهكارانه ميباشد ولي كاربرد مدل براي شرايطاتمسفري در حال حاضر پيشنهاد نميگردد.

DuraPGulf مدل -2-6

شكل 3



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید