فرآیند تولید تیرهای بتنی پیش تنیده

توسعه مناطق مختلف کشور مستلزم توسعه شبکه برق رسانی در همه مناطق کشور می باشد، لذا نیاز به تجهیزات لازم برای انتقال برق از نیروگاهها به مناطق مختلف روز به روز در حال افزایش است. با توجه به صرفه نبودن واردات تیرهای بتنی برق بدلیل هزینه زیاد و نبود جایگزین مناسب برای این تیرها ناگزیر به تولید داخل استانی این محصول متناسب با نیاز منطقه و استانهای همجوار هستیم.

بیش از چند دهه از ورود اولین سازه های پیش تنیده به صنعت ساخت و ساز در دنیا می گذرد و در این مدت در بسیاری از حوزه ها سازه های « پیش ساخته ی پیش تنیده » جای بتن مسلح را گرفته اند. در واقع از گذشته بتن مسلح به دلیل استحکام کافی ، هزینه کم ، استهلاک کمتر و وزن پایین تر نسبت به سازه های فلزی جایگزین سازه های فلزی شده بود. اختراع بتن پیش تنیده توانست همان مزایا را نسبت به بتن آرمه ایجاد کند یعنی بتن پیشتنیده استحکام کافی ، هزینه کم ، استهلاک کمتر ، وزن پایین تر و همچنین مصالح کمتر نسبت به بتن مسلح را دارا است.

تفاوت بتن پیش تنیده با بتن مسلح فقط در جنس و اجرای آرماتور های اصلی سازه است. آرماتورهای اصلی در سازه پیش تنیده از میلگردهایی ساخته می شود که با انجام عملیات حرارتی خاص توانایی تحمل تنش کششی بسیار بیشتر بدون گسیختگی و یا ایجاد تنش پایدار را بدست آورده اند. یعنی در صورتی که میلگرد نامبرده را چندین سانتی متر بکشیم و آنرا رها کنیم باز میلگرد به حالت اولیه خود بر می گردد. فعلا تنها یک کارخانه برای تولید این میلگردها در ایران وجود دارد. این میلگردها پی سی بار یا پی سی وایر نامیده می شوند.سایر اجزای آرماتور فلزی در بتن پیش تنیده مثل خاموت ها و یا میلگردهای کمکی از میلگرد های معمولی موجود در بازار تامین می شوند.در سازه پیش تنیده ، ابتدا تنش کششی اولیه ای در آرماتور ها ایجاد می شود. آرماتور اصلی توسط جک های هیدرولیک، به اندازه ی معین شده در استانداردها کشیده می شوند و در همین حالت نگه داشته می شوند. سپس بتن به سازه تزریق می شود. با اتمام فرآیند گیرایش بتن می توان نگهدارنده های آرماتور را آزاد نمود چرا که بتن میلگرد ها را در حالت کشیده نگه می دارد.

حالا سازه ای داریم که ترکیبی از فولاد و بتن است، با تنشی پایدار در داخل سازه، بتن همیشه در حالت فشار است و میلگردها همیشه در کشش.می دانیم که بتن تحمل کمی در برابر تنش کششی و برشی دارد و از طرفی تحمل تنش فشاری زیادی دارد. در سازه پیش تنیده ، با ایجاد تنش کششی ، ابتدا تنش اولیه فشاری موجود خنثی می شود و سپس بتن باید تنش کششی را تحمل کند. از آنجایی که سازه های بتنی معمولا با تنش های کششی و برشی آسیب می بینند با ساخت سازه به صورت پیش تنیده می توان استحکام آن را تا حد قابل توجهی بالا برد. در واقع در یک سازه با مصالح یکسان قدرت تحمل بار بالا می رود و یا به عبارتی دیگر برای تحمل بار ثابت سازه کوچکتری نیاز خواهد بود.

سازه های پیش تنیده به خصوص در سقف ها و پل ها بسیار کارآ بوده و به میزان قابل توجهی هزینه ها را کاهش و استحکام را افزایش می دهند. اما از آنجا که نیاز به زیرساخت هایی در کشور و زیر ساخت هایی در شرکت های ساخت و ساز می باشد هنوز جایگاه مناسب خود را در ایران و در میان شرکت های کوچک بدست نیاورده اند . البته امروزه در ایران بسیاری از انبوه سازان و شرکت های بزرگ راه و ساختمان از این تکنولوژی استفاده می کنند.در این میان در صنعت تیر برق هم جایگزینی تیر های چهار گوش یا همان تیر برق اچ با تیر های پیش تنیده شروع شده است. تاکنون فقط ۳ شرکت سازنده تیر برق در کشور ، تیر برق پیش تنیده داشته اند و چند کارخانه هم در شرف راه اندازی است.

مفهوم پیش تنیدگی

بتن ها در برابر تنش فشاری استحکام قابل قبولی دارند اما در برابر تنش کششی مقاومت زیادی ندارند به همین جهت درون تیرهای بتنی را با آرماتورهای فولادی پر می کنند. فولاد در برابر کشش مقاوم است ضمن اینکه وجود چند میلگرد فولادی تاثیر چندانی بر افزایش بار سازه ها نخواهد گذاشت. سازه های بتنی که با این فرمول ساخته می شوند را بتن مسلح می نامند.

در راستای تکمیل عملکرد بتن مسلح چند دهه است که بتن پیش تنیده پا به عرصه ساخت سازه های بتنی گذاشته است. ساخت تیر بتنی مسلح چند مرحله دارد بدین صورت که ابتدا آرماتور فولادی مناسب آماده می شود، سپس درون قالبی فلزی قرار می گیرد، آن گاه بتن به درون قالب تزریق می شود، و در نهایت بعد از گذشت مدت زمانی مشخص سازه بتنی آماده می شود. اما در تیر پیش تنیده عملیات ساخت، اندکی متفاوت صورت می گیرد، یعنی بعد از آماده شدن آرماتور، آرماتور با کمک ابزار خاصی کشیده می شود و سایر مراحل ساخت تیر بتنی در شرایطی انجام می شود که تیر آرماتورها تحت کشش هستند. در مرحله آخر و بعد از آماده شدن سازه بتنی، کشش از روی آرماتور برداشته می شود و بتن به جای این ابزارها ایفای نقش می کند.

اما چگونه کشش آرماتور در تیر بتنی موجب بهبود عملکرد آن می گردد؟ همانطور که گفته شد بتن در برابر تنش کششی مقاومت کمی از خود نشان می دهد و بر عکس در بربر تنش فشاری عکس العمل خوبی از خود نشان می دهد، حال اگر ما در آرماتورها کشش داشته باشیم، آرماتورها نیز نیروی متقابلی به سازه بتنی وارد می کنند و آنرا تحت فشار قرار می دهند. بدین ترتیب اگر نیرویی کششی به سازه بتنی وارد شود ابتدا باید بر تنش فشاری اولیه موجود در سازه غلبه کند و لذا در کل تحمل سازه بتنی در برابر تنش کششی بیشتر خواهد شد.

بررسی اجمالی فرآیند تولید

با اینکه فقط چند دهه از ساخت اولین قطعه پیش تنیده در دنیا می گذرد سازه های بتنی پیش تنیده مخصوصا انواع پیش ساخته آن، به دلیل مزایای فوق العاده، به سرعت در صنعت ساخت و ساز جای خود را پیدا کرد و به عنوان راه حلی موثر در افزایش استحکام سازه و کاهش وزن آن شناخته شد اما هنوزهم سازه های بتنی پیش تنیده در ایران به جایگاه اصلیشان نرسیده اند.

در سازه های پیش تنیده میلگردها یا کابل ها تحت نیروی کششی مشخصی درون سازه بتنی هستند و این کشش باعث ایجاد یک نیروی فشاری عکس العمل در سازه ی بتنی می شود. از آنجایی که بتن در کشش مقاومت کمی دارد این فشار باعث می شود تا در صورت وجود بار عرضی، نیروی کششی تا حد زیادی توسط تنش اولیه موجود در تیر پیش تنیده خنثی شود و بدین ترتیب تیر عمر و مقاومت بیشتری داشته باشد.

پیش تنیدگی در سازه های بتنی مسلح قابل اجرا می باشد که می توان از انواع پرکاربرد تر آنها سقف پیش تنیده و تیر و تیرچه پیش تنیده را نام برد.

در یک خط تولید قطعه بتنی پیش ساخته ی پیش تنیده قسمت های زیر موجود است:

واحد تولید بتن شامل میکسر مخزن های سیمان و دستگاه سرند و …

واحد ساخت آرماتور مناسب برای مسلح سازی بتن

واحد تخلیه و انبار قطعات بتنی

دستگاه کشش میلگرد

قالب های فلزی متناسب با نوع قطعه تولیدی

دستگاه تزریق بتن

اتاق بخار

در خط تولید تیر پیش تنیده چند دستگاه سانتریفیوز هم وجود دارد.

در یکی از روش های ساخت تیر های پیش تنیده ساختمانی و توزیع برق، ابتدا نوعی کابل به نام استرند (strand) از قالب عبور داده می شود، کابل توسط جک های هیدرولیکی کشیده می شود و با کمک گوه هایی مخصوص در دو انتها، کابل های استرند در حالت کشیده شده ثابت می شوند. سپس بتن به درون قالب تزریق می شود، و در آخر قالب در دستگاه سانتریفیوژ قرار داده می شود. در نهایت برای گیرایش سریعتر بتن، قالب ها درون اتاق بخار قرار داده می شوند و پس از چند ساعت، تیر بتنی آماده جداسازی از قالب ها خواهد شد.

به طور خلاصه مراحل تولید تیر گرد پیش تنیده به صورت زیر است:

استقرار آرماتور درون قالب

خوراک دهی بتن به قالب

کشش آرماتور توسط دستگاه کشش

چرخش قالب توسط دستگاه گریز از مرکز

استقرار قالب درون اتاقک(و یا چاله) بخار و عملیات بخاردهی

بازکردن قالب و تخلیه تیر

دپو

تست تیر