گروت ها و نحوه استفاده آنها

مخلوطهای گروت آماده جهت مصارف مختلفی چون، زیر صفحه ستونها، آنکربلت ها (انکربولت، انکربلت)،نصب ریل ماشین آلات، برینگ پلها، پلت ها، ریلها، حایل ها و... کاربردی دارند. این گروتها به گونه ای طراحی شده اند که توان جذب نیروهای وارده و انتقال آنها به بخش زیرکار را داشته باشند.

برای مثال در هنگام نصب انواع ماشین آلات نیروهای وراده از آنها توسط گروت یا ملات به فنداسیون بتنی منتقل می گردند. ملاتها و گروتها موجب حصول مقاومتهای مطلوب و مطمین و همچنین اتصال پایدار بین ملات و سازه ای که قرار است بر روی آن گروت یا ملات قرارگیرد از یکطرف و سطح زیرکار از طرف دیگ می گردند.

بطور کلی دو روش ملات ریزی در داخل حفرات در محل اتصال آنکربلت وجود دارد که عبارتند از :

الف – گروت یا ملات خشک (Dry-pack Mortar) : در این روش ملات با استفاده از نیروی تراکمیTamping جایگذاری می شود.

ب – گروت یا ملات سیال (Flow Mortar) : بعلت روانی در هنگام ریختن، گروت یا ملات خود به خود جایگذاری می شود.

هرچند مصرف گروت یا ملاتهای نوع خشک بطور کاملاً رضایت بخشی در عمل در کارهای ساختمانی بکار برده می شود ولی این روش جایگذاری همیشه روش مناسبی نیست، به همین خاطر است که در عمل تمایل به استفاده از روش ملات سیال رو به افزونی دارد. روش ملات سیال در محلهایی که حفرات تقریباً بسته و مسدود و غیر قابل دسترسی بوده بیرون از آن، گروت کاری براحتی امکان پذیر نیست کاربرد فراوان دارد.

چرا ملاتهای مخلوط گروت آماده ترجیح داده می شوند؟

ملاتهای گروت طراحی شده برای گروت کاری می بایست پاسخگوی کاربردها، عملکردها و نیازهای مشخصی همچون موارد زیر باشند.

- قوام یافته و سیال باشد و در حالت معمولی جاری شود.

- دچار جداشدگی آب و سنگدانه از هم نشده و ته نشین نشود.

- دچار جمع شدگی قابل ملاحظه نگردد.

- توان نگهداری آب ملات بتنی و سیمان را داشته باشد.

- در حداقل زمان به مقاومت مطلوب دست یابد.

مجموعه موارد ذکر شده در بالا نیازمند همگونی مخلوط، مواد چسباننده و مصالح سنگی (دانه بندی) و مواد افزودنی بتن هستند. چنانچه مخلوط گروت در کارگاه ساختمانی ساخته شود و از مصالح سنگی موجود استفاده بعمل آید، دانه بندی مناسب بدست نخواهد آمد و ضمانت لازم نیز امکان پذیر نخواهد بود.

برای بدست آوردن درصد بهینه مواد چسباننده و افزودنی (اگر نیاز باشد) و مصالح سنگی در چنین شرایطی از نظر تکنیکی تقریباً غیر ممکن خواهد بود و از نظر اقتصادی نیز کاملاً غیر اقتصادی است. به همین دلیل است که از ملات مخلوط آماده گروت بطور ایده آل برای ملات ریزی گروت و گروت کاریاستفاده بعمل می آید. این نوع ملاتهای مخلوط آماده گروت تحت شرایط کنترل شده و فرموله شده و از پیش مخلوط شده در کارخانه بسته بندی می شوند. از آنجاییکه خصوصیات عملکرد این مواد بطور دقیق مشخص و معلوم است، چنانچه طبق راهنمای سازنده بکار برده شوند و همچنین بطور مناسب مخلوط، تحکیم و عمل آوری شوند، نتایج مثبت و رضایت بخشی را بدنیال خواهد داشت.

ملاتهای گروت آماده

شرکت کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران تولید کننده و عرضه کننده گروتها و ملاتهای مخلوط آماده گروتبر پایه سیمان، رزین اپوکسی و پلیمری (بسپار) می باشد.

مهمترین عامل در انتخاب ملات گروت برای یک کاربرد مشخص بستگی به شرایط و خواسته های مورد نیازسرویس، گروت ریزی و یا گروت کاری دارد. هریک از این نوع ملاتها دارای خصوصیات عملکردی مشخص و منحصر بفردی می باشند که پاسخگوی نیازهای موجود خواهند بود.

- گروت منبسط شونده بر پایه سیمان

- گروت سیمانی اصلاح شده با مواد پلیمری

- گروت اپوکسی دوجزیی و یا سه جزیی

- گروت آماده منبسط شونده

ملات، گروت سیمانی منبسط شونده با مقاومت اولیه و نهایی بالا و زود رس که به دمای آب و هوایی محیط و زمان مصرفی بستگی دارد.

این ملات بصورت پودر خشک بسته بندی شده، گروت آماده مصرف می باشد و در هنگام ترکیب با آب، دارای خصوصیت و یژه انبساط حجمی دو مرحله است.

انبساط اولیه آن حاصل تصعید گازها بوده و هنگامی بوقوع می پیوندد که پودر آن با آب ترکیب می شودو به مدت 15 تا 30 دقیقه بطول می انجامد. فاز دوم انبساط نیز در اثر واکنش شیمیایی گیرش ملات است که یک یا دو روز بعد از اختلاط ملات آغاز می شود.

به منظور حصول انبساط اولیه بهینه بایستی ملات را پس از اختلاط با آب سریعاً مورد استفاده قرارداد. گروت مخلوط آماده از نوع گروت ضد سولفات بوده و دارای سیمان پرتلند ضد سولفات بر طبق ASTM C 150 نوع V و پودر میکروسیلیکا می باشد. این ملات مخصوص دمای بالای c °40 - c °10 بوده و چنانچه ملات ریزی در زیر دمای یاد شده صورت گیر و نرخ کسب مقاومت کندتر خواهد شد.

گروت اصلاح شده پلیمری

ملات سیمانی اصلاح شده با مواد پلیمری دارای دو جزء می باشد.

- جزء مایع A : رزین پلیمری

- جزء مایع B : مخلوط سیمان با مقاومت بالا و دانه بندی ویژه با ماسه سیلیسی شکری، با بهترین خواص روان کنندگی.

در هنگام ملات ریزی تنها کافیست دو جزء B و A با هم مخلوط شوند. این ملات دارای خصوصیات زیر

می باشد :

1- مقاومت کششی و خمشی بالا

2- خاصیت آببند کنندگی مطلوب

3- مقاومت سایشی بالا

4- پیوند قوی با زیرسازی (معدنی)

5- مقاومت بالا در برابر اثر آب شور دریا

توجه :

برای کسب اطلاعات بیشتر به راهنمای ملات تعمیراتی و محافظتی کلینیک بتن مراجعه شود.

گروت اپوکسی

این گروت اپوکسی شکل پذیر و بدون حلال شامل 3 جزء می باشد.

رزین اپوکسی، سخت کننده، عمل آورنده آمین و دانه بندی ویژه سیلیسی

در هنگام مصرف کافیست سه جزء آن با هم مخلوط شوند.

این ملات دارای خصوصیات زیر است :

1- سخت شدن سریع که دمای محیط بستگی دارد

2- قابلیت بالای چسبندگی به زیر کارهای معدنی و فولادی

3- مقاومت در برابر ارتعاشات شدید

4- سخت شدن بدون جمع شدگی

5- مقاومت بالا در برابر حملات مواد شیمیایی

6- مقاومت مکانیکی بسیار زیاد

موارد مصرف :

- گروت کاری و ملات ریزی برای پیوند محکم سازه ای در شرایط باربری دینامیکی

- در صنایع، شامل : کارخانه و ماشین آلات موتوری، ژنراتورها، پمپها، ریل جرثقالها، سیستمهای انبارهای بلند

- در کارهای ساختمانی، شامل : برینگ پلها، پایه گاردهای محافظ دست اندازها، تیرهای راهنمایی لامپهای استاندارد انکربلتها.

- در صنایع ساختمانی، شامل : ستونهای پیش ساخته بتونی و یا فولادی، اجزاء ساختمان پی ها، تصفیه ستونها، اتصالات، روزنه های لوله کشی.

- تعمیرات بتن، شامل : روسازی حفرات سنگها و فواصل آنهاپر کردن حفرات

مورد کاربردی

آماده سازی زیرکار

موفقیت در انتقال نیروهای وارده توسط مواد پیوند دهنده کاملاً به زیر کار بستگی دارد.

این موفقیت ذکر شده را می توان در 3 واژه خلاصه کرد.

1- سلامت (Sound)2- تمیزی (Clean)3- ثبات (Stable)

زیرکار سیمانی می بایست :

- عاری از هر گونه چربی یا گرد و غبار، روغن و مواد آلوده باشد.

- عاری از هرگونه روغن قالب و مواد عمل آورنده باشد.

- عاری از هرگونه پوسته و بخشهای سست و لق باشد.

- عاری از پوسته سیمانی و دوغاب سیمان باشد.

زیرکارهای فلزی می بایست :

- عاری از هرگونه روغن، چربی، گرد و غبار و مواد آلوده باشند.

- عاری از لایه های پوسته ورقه شده باشند.

روشهای آماده سازی سطوح زیرکار

انتخاب نوع روش آماده سازی سطوح زیرکار به عواملی چون :

شرایط زیرکار، امکانات محلی و نوع ملات مصرفی بستگی دارد. سطح قدیمی را می توان با استفاده از روشهای زیر آماده کرد.

- سند بلاست نمودن، واتربلاست شدید، قلم و چکش کاری، مضرس کردن و خراش دادن سطوح، خراشیدن و زبر کردن سطوح عامل اصلی پیوند و چسبندگی ملات با سطح زیر کار است.

- باید به این نکته توجه داشت که زیرکردن بیش از اندازه سطوح موجب جلوگیری از روان شدن ملات بر روی سطح می گردد.

رطوبت در بتن زیرکار

هنگامیکه زیرکار از نوع بتنی، ملات سیمایی و یا ملات سیمانی اصلاح شده با مواد پلیمری باشد، مرطوب بودن زیرکار الزمی است. اشباع کردن زیرکار از آب موجب جلوگیری ازخشک شدن ملات مصرفی (در اثر جذب آب ملات توسط زیرکار) شده و باعث افزایش چسبندگی می گردد.

سطح زیرکار خشک موجب از دست رفتن آب ملات و مایع پلیمری آن می گردد که نتیجه آن، ضعیف شدن چسبندگی در محل اتصال است. مدت زمان مرطوب نگه داشتن زیرکار به درجه جذب آب زیرکاربستگی داشته و بایستی مقدار آب مازاد را قبل از ملات ریزی با استفاده از پمپ، اسفنج، فشارباد، دستگاه و کیوم و... جمله آوری کرد. ملاتهای اپوکسی برخلاف ملاتهای سیمانی برای بوجود آوردن پیوندی قوی نیازمند زیرکاری خشک هستند ولی گروتهای چسباننده کلینیک بتن حتی در محلهای کم رطوبت نیز بخوبی می چسبند.

قالب گذاری

طراحی قالبها باید به گو. نه ای باشد که در حین گروت و ملات ریزی هیچگونه تغییر و جابجایی در آنها بوجود نیاید. قالبها راباید بالاتر از سطح گروت کاری در نظر گرفت. این مقدار اضافی راباید برای اطراف نیز در نظر گرفت. در گروت و ملات ریزی بایستی اطمینان حاصل نمود که هوای محبوس درون ملات از آن خارج شود.

پس باید روزنه های باز را در سمت مخالف محل گروت و یا ملات ریزی و یا در گوشه ها و زاویه ها تعبیه نمود. این روزنه ها محلی برای بررسی گروت و ملات ریزی در حین کار خواهند بود.

ژوینهای موجود در قالبها و یا هر نوع وسیله فاصله دهنده در محل اتصال قالبها، زیرکار با محلهای نصب و سوار کردن باید برای جلوگیری از نشت شیره ملات مسدود شوند. برای اینکه این قالبها براحتی باز شوند می توان از مواد رها کننده قالب همچون روغن قالب با کیفیت بالا استفاده به عمل آورد و از مواد پارافینی نیز برای ملاتهای اپوکسی استفاده کرد.

آماده سازی مخلوط ملات

هر جا که امکان مصرف ملات مخلوط آماده وجود دارد می توان از تمامی محتوی بسته استفاده نمود. در صورت چند جزیی بودن مواد، می توان آنها را با هم مخلوط نمود و در صورت یک جزیی بودن ملات می توان از دستورالعمل استفاده نمود. باید توجه داشت که حتماً یک نمونه کوچک از ملات تهیه شود و همچنین در هنگام اختلاط اپوکسی، به علت قیمت بالای آن بهتر است راهنمای سازنده را بطور دقیق اجرا نمود.

رعایت نکات زیر الزامی است :

- مواد تشکیل دهنده ملات از قبل آماده شده سیمانی خشک و یا مصالح سنگی بخش اپوکسی را باید تماماً در یک ظرف خالی کرد و کاملاً مخلوط نمود تا در اثر جابجایی در حمل و نقل ته نشینی در آن بوجود نیاید.

- اصلاح نمودن مخلوط نسبت بندی شده توسط مواد افزودنی دیرگیر یا افزودنی زودگیر مجاز نمی باشد.

- ملاتهای مایع را باید با سرعت کم مخلوط نمود تا از هوادهی به درون مخلوط ملات جلوگیری به عمل آید. در چنین حالاتی حبابهای هوای وراد شده به درون ملات بر روی سطح ملات مایع آمده و در هنگام نصب صفحه ستونها و ماشین آلات موجب کاهش اتصالات بین ملات آنها می گردد. در صورتیکه امکان داشته باشد بهتر است تا عمل هواگیری (Ventilater) از مخلوط ملات بصورت محدود انجام شود.

کارگذاری مخلوط (ملات ریزی)

هنگام گروت ریزی در زیر صفحه ستونها و... باید محل ریختن کاملاً از ملات پر شود. ملات سیمانی باید بطور پیوسته ریخته شود. چنانچه از فشار ملات ریزی کاسته شود، به حالت شل (Sluggish) در آمده و نهایتاً روانی آن از بین رفته و روان کردن مجدد آن مشکل خواهد بود.

در این رابطه ملات رزینهای مصنوعی دارای مصرف راحتری هستند. این ملاتها در هنگام ریخته شدن به شکل آهسته و مطمین در جریان خواهند بود تا اینکه به بخش مقابل قالب برسند. حتی در صورتیکه عمل ریختن ملات به دلیلی متوقف شود به محض اینکه ملات جدید ریخنه شدف ملات قبلی شروع به حرکت می کند.

برای اینکه مابین سطح ملات زیخته شده و زیر صفحه ستون فاصله ای بوجود نیاید سطح ملات ریخته شده از سطح زیرین صفحه ستون پایین تر بیاید.

برای اینکه جریان روان ملات در زیرصفحه ستون به سادگی امکان پذیر باشد باید اعمال زیر را به انجام رسانید :

کوبیدن ملات با استفاده از میله اسلامپ و یا یک قطعه چوب از محل ریختن ملات (روزنه)

کشیدن حلقه هایی از سیم یا زنجیر از طرف مقابل روزنه

کوبیدن آرام بر روی پهلوهای قالب بوسیله چکش

عمل آوری

تمامی ملاتهای سیمانی و اپوکسی برای اینکه از تبخیر سریع رطوبت در امان باشند باید عمل آوریشوند. عمل آوردن ملات با استفاده از مواد پوشش دهنده (کیورینگ) و یا با استفاده از گونی خیس پس از ریختن ملات به انجام می رسد و با توجه به شرایط آب و هوایی سه روز ادامه می یابد. در این میان ملاتهای اپوکسی احتیاج به عمل آوری خاصی ندارند.

نمونه کاربردی ملات گروت مایع

نصب زیر سری ماشین آلات

ملات و گروت مایع به انکر بولت نمودن زیر صفحه ماشین آلات، باید توان جذب نیروهای اساتیکی و دینامیکی و انتقال آنها از ملات به زیرکار بتنی را داشته باشد. انواع تنشهای کششی، برشی، فشاری و بار دینامیکی ممکن است بیش از اندازه بار استاتیکی باشند. برای اطمینان از اینکه بار وارده تماماً به زیر کار انتقال می یابد باید چسبندگی بین صفحه زیرسری و ملات مناسب باشد. به همین خاطر است که باید از تمرکز تنشهای منطقه ای جلوگیری کرد پس در نتیجه ملات باید عاری از هر نوع حباب هوا بوده و دارای قوام و روانی مطلوب باشد. ملات نیز باید بصورت پیوسته و بدون توقف به انجام برسد.

باید توجه داشت که قبل از گروت ریزی اطراف انکربلتها، گروت کاری شوند و پس از آن ملات زیر صفحه در یک مرحله ریخته شود.

پی (فوتینگ) ستونها و دیوارهای حایل

در این نوع زیرکار، ملات و گروت تنها نقش جذب نیرو و انتقال بارهای استاتیکی را ایفا می کنند

صفحه ستونهای فولادی

در مکانهاییکه اندازه های فوتینگ مناسب باشند پیشنهاد می شود از روش جای دادن مواد خشک (Dry pack) برای اجرای گروت و یا ملات کاری استفاده شود. اگر قرار بر این باشد که زیر صفحه ستونها از ملات مایع پر شود باید حتی الامکان از آب آوری و ایجاد حباب هوا در ملات جلوگیری بعمل آید.

ستونها پیش ساخته بتنی با آرماتورهای اتصال آماده

در این حالت باید اطمینان حاصل نمود که حفره های طراحی شده به شکل مناسبی گروت کاری شده اند. این نوع انکرها می توانند به دو صورت به انجام رسند.

- این طرح از نظر تکنیکی ترجیح داده می شود. زیرا اتصال فولاد به بتن بهتر کنترل شده و مطمئن تر است.

- اثر توقف در حین ملات ریزی در کل ملات ریزی دارای کمترین حساسیت می باشد.

انکربلتها

برای گروت کاری انکربلتها و پن ها، مخلوط ملات باید به حد کافی قوام و روانی داشته باشد تا سطحاتصال بلتها و جداره حفره ها را بخوبی آغشته از مواد چسبنده نماید. حفرات تعبیه شده باید به اندازه ای باشند تا فاصله کافی برای جریان یافتن ملات در اطراف بلت را مهیا نمایند. حداقل فاصله بین شفقت بلت با جداره حفره باید تقریباً سه برابر بزرگترین اندازه دانه بندی موجود در مخلوط ملات باشد.

پر کردن حفرات بزرگ

در هنگام پر کردن حفرات بزرگ باید تمایل جمع شدگی ملات سیمانی را در نظر گرفت. همین مساله را در مورد ملات رزین اپوکسی نیز باید در نظر داشت (زیرا با واکنش حرارت زا همراه است. ) با افزودن مصالح سنگی درشت دانه به مخلوط آماده گروت تمامی این تأثیرات جبران می گردند.

الف) افزودن مخلوط سنگی درشت دانه به ملات مخلوط شده

با توجه به اندازه حفرات می توان از مصالح سنگی با اندازه های متفاوت استفاده کرد(اندازه های...، 32-16، 16-8، 8-4 میلیمتر). مقدار مصالح سنگی درشت دانه بسته به درجه کارایی مورد نظر تعیین می شود و معمولاً بین 10% تا 50% (وزنی) مخلوط آماده می باشد. سنگدانه های گرد گوشه و صاف، کارایی بهتری را بوجود می آورند.

ب) پر کردن حفرات از قبل

بجای افزودن مصالح سنگی درشت دانه به ملات مخلوط آماده می توان از روش دیگری نیز استفاده کرد. در این روش حفره با مصالح سنگی درشت تا یک ارتفاع مشخص پر شده و بر روی آن ملات ریخته می شود. این عمل در چند مرحله صورت می گیرد تا حفره پر شود.

برای استفاده از این روش که در اجرای Epoxy Grout گروت سیمان اصلاح شده با پلیمر توصیه می شود.

ابتدا ملات مخلوط آماده را داخل حفره ریخته و پس از آن مصالح سنگی بر روی ملات ریخته شده و در نهایت نیز عمل اختلاط ملات و سنگدانه به انجام می رسد.

عملیات فوق را باید مرحله به مرحله تا پر شدن حفره به انجام رساند.

کاربرد موارد مشابه

رزین اپوکسی دو جزیی

آنکر کردن افقی و روی تاجی

در مکانهایی که امکان گروت ریزی در جا برای آنکربلتها بعلت افقی بودن و یا واقع شدن بر روی تاج وجود ندارد، حفرات را طوری طراحی می کنند تا (Fastener) (حفره و یا سوراخ دریل شده و... ) را توسط ملات مخلوط آماده گروت پر کرده، آنکر بلت را در وسط آن قرارداده و با فشار بداخل آن فرو می کنند. در این روش ملات مخلوط به گونه ای سخت خواهد بود که حفره دریل شده واقع بر روی تاج را با آن پر می کنند اما چیزی از این ملات بیرون نمی ریزند و همچنین به گونه ای نیز پلاستیکی است که می توان بلت را بدون اعمال فشار زیاد بداخل ملات فرو کرد.

پس این ملات باید دو خاصیت را دارا باشد :

1- در هنگام سکون سخت و در هنگام بهم خوردن روان شود (Thixotrop)

2- خاصیت مربوط کنندگی مطلوبی از خود بروز دهد و توان چسبندگی مناسبی را از خود نشان دهد و بهبتن و فولاد بخوبی بچسبد.

چسباندن صفحه های فلزی کوچک

صفحه های کوچک فلزی را می توان بدون بروز هیچگونه مشکلی بر روی سطوح تاج و سطوح عمودی با مصرف گروت رزین اپوکسی متصل نمود.

تزریق در حفراتی که نمی توان آنها را گروت ریزی نمود .

در مکانهایی مانند مابین حایلها و تیر ریزیها که به مقاومت بالا و چسبندگی مطمین نیازمند می باشد (مثلاً زمانیکه تعمیرات سازه ای انجام می شود). در محلهایی که فضای کافی برای روان شدن ملات بین اجزاء سازه وجود، در چنین شرایطی می توان از تزریق ملات رزین اپوکسی دو جزیی برای پر کردن فضا و حفرات موجود با استفاده از دستگاه تزریق استفاده نمود. برای این منظور عملیات با پر کردن ته حفره آغاز می شود و در حین تزریق آرام و آرام دستگاه به بیرون کشیده می شود.

ملات رزین اپوکسی سه جزیی

ملات رزین اپوکسی که دارای فیلر سیلیسی است حاوی مواد زیر می باشد :

1- رزین اپوکسی 2- عمل آور هاردتر آرمین 3- مصالح سنگی با مقاومت بالا

برای آماده کردن ملات 3 جزیی باید 3 جزء را طبق راهنما با هم مخلوط کرد.

ملات اپوکسی 3 جزیی برای پر کردن حفرات فرموله ویژه با روش بسته – خشک است که از طریق ریختن و ضربه کوبی انجام می گردد.

به این دلیل که مقدار مواد چسباننده با بخش بسیار زیادی از ماسه کوارتز افزایش می یابد (10 : 1) ملات ریخته شده دارای تخلخل زیادی می باشد. برای استفاده در فضای آزاد پیشنهاد می شود که سطحی که در مجاورت محیط می باشد توسط یک درزگیر و مسدود کننده اپوکسی پوشش داده می شود. (مخلوطی از بخشهای A و B )

ملات پلیمری آماده دو جزیی

ملات پلیمری سخت شونده بر پایه متیل متکریلیت شامل دو بخش می باشد :

1- بخش مایع منومر متیل متکریلیت

2- بخش پودری پراکسید

برای آماده سازی مخلوط برای مصرف دو جزء آنرا بخوبی مخلوط نموده و تکان داده و بر روی سطوح خشک اجرا می کنند. چنانچه حفرات بزرگ باشند می توان از مصالح سنگی تمیز و خشک mm 7-2 با نسبت وزنی 1 : 1 استفاده نمود. قابل ذکر است که ملاتهای پلیمری را در سطوح با حداکثر شیب 45 درجه می توان بکار برد.

از موارد کاربرد ملاتهای پلیمری می توان به محلهای زیر اشاره نمود:

- جاده های بتنی

- کف سازیهای صنعتی

- باند فرودگاهها

- محلهای پارک ماشین

- جای گذاری زیر پلها و غیره

نویسنده : کلینیک بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))

مدیریت کیفیت آب در مخزن سد طرق از طریق آبگیری انتخابی از محل خروجی های سد

چکیده :

آب دریاچه ها و مخازن سدها در مناطق معتدله، در برخی از فصول سال مانند تابستان و زمستان، در اثر تغییرات شرایط اقلیمی، دچار لایه بندی حرارتی می شود. حال آنکه در فصول پاییز و بهار آب این منابع دستخوش اختلاط می گردد. پدیده لایه بندی و اختلاط می تواند پارامترهای کیفی آب را در طول سال در ترازهای مختلف آبگیری شدیداً تحت الشعاع قرار دهند. لذا آگاهی از چگونگی تغییرات کیفیت آب در دوره های مختلف سال، می تواند کمک موثری را در انتخاب بهترین تراز آبگیری و در نتیجه مدیریت کیفی آب بنماید. در این مطالعه با استفاده از مدل هیدرودینامیکی یک بعدی DYRESM، لایه بندی کیفی آب سد طرق واقع در استان خراسان رضوی به لحاظ حرارتی و شوری در طی یک دوره 2 ساله شبیه سازی شده و مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت . نتایج حاصله نشان دادند که لایه بندی حرارتی در مخزن مذکور از اواسط فصل بهار تدریجاً شروع شده و در اواسط فصل تابستان کامل می گردد. در اثر این لایه بندی حرارتی که تا آخر تابستان ادامه می یابد، حداکثر اختلاف دما بین پایین ترین تراز و بالاترین تراز 12درجه سانتیگراد می باشد که این امر از نظر تغییر در خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب بسیار حائز اهمیت است. در مورد شوری(TDS)، اگر چه میزان آن در لایه های مختلف آب مخزن تفاوتی را نشان دادند ولی این تفاوت قابل توجه نبوده و معادل 40 میلیگرم در لیتر می باشد. بر اساس نتایج حاصله از مدل، بهترین لایه آبگیری در دوره های گرم سال، در تراز 29 متری از کف و بدترین لایه ها از نظر کیفی، تراز سطحی و پایین ترین تراز است. در فصلهای پاییز و زمستان لایه بندی حرارتی تشکیل نشده و اختلاط کامل در مخزن انجام می گیرد. در این فصول میانگین دمای آب مخزن به ترتیب 12 تا 16 درجه ساتیگراد می باشد. در این دوره ها بدلیل اینکه کیفیت آب مخزن در تمام عمق یکنواخت است، انتخاب تراز آبگیری اهمیت چندانی نداشته و آبگیری از مخزن سد می تواند از هر ترازی انجام پذیرد.

واژه های کلیدی : کیفیت آب، لایه بندی حرارتی آب در مخازن، مدل DYRESM ، آبگیری از مخازن سد.
مقدمه :

تغییرات دما و توسعه لایه بندی دمایی در دریاچه های مناطق معتدله و مخازن سدهای بزرگ معمولاً در فصول زمستان و تابستان اتفاق می افتد و در این امر باعث از بین رفتن و خوردگی مخازن آب بتنی می شود که باعث از بین رفتن کاور رویه یا لایه نهایی در مخزن شده که نیاز به ترمیم و همچنین آب بندی مجدد دیده می شود لیکن باید در بتن ریزی های این مخازن دقت های لازم صورت گیرد که از افزودنی های بتن و همچنین واتر استاپ ها از نوع های مختلف پی وی سی یا واتر استاپ بنتونیتی جهت اجرای تقاطع لوله ها در مخازن استفاده گردد اما در ادامه بحث در طی این دوره ستون آب معمولاً به سه لایه عمودی مجزا شامل 1- اپیلیمنیون 2- متالیمنیون (ترموکلاین)و 3-هیپولیمنیون تقسیم می شود. این لایه بندی به علت تفاوت در چگالی آب (ناشی از اختلاف دما) در ترازهای مختلف حاصل می شود[1] . همچنین تغییر در چگالی آبهای ورودی و تنشهای ناشی از سرعت باد می تواند در ایجاد لایه بندی و عمق لایه اختلاط موثر باشد[2] . بدیهی است در فصولی که لایه بندی اتفاق می افتد، تغییر در درجه حرارت لایه ها، کیفیت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب مخزن را در ترازهای مختلف، تغییر می دهد[4] . دمای آب بر روی نوع و میزان فعالیت گونه های بیولوژیکی، انحلال گازها، سرعت واکنشهای شیمیایی و سرعت رسوب گذاری تاثیر می گذارد به طوری که به ازای افزایش 10 درجه سانتیگراد، کلیه سرعت واکنشهای شیمیایی و بیوشیمیایی دو برابر می شود. در فصل تابستان به علت بالا بودن درجه حرارت و شدت تابش نور خورشید، رشد جلبکها در لایه های سطحی به شدت افزایش می یابد که این امر می تواند کیفیت آب را از نظر رنگ ، بو و طعم دچار تغییرات زیادی نماید. از طرفی دیگر به دلیل کاهش انحلال اکسیژن در آب و زیاد شدن سرعت تجزیه مواد تجمع یافته در رسوبات، شرایط در ترازهای عمقی آب می تواند کاملاً بی هوازی شده و منجر به تشکیل ترکیبات مولد بوها و یا طعم نامطبوع گردد[9]. آبگیری از لایه های مذکور و انتقال این گونه آبها به تصفیه خانه های آب آشامیدنی نه تنها میزان مصرف مواد شیمیایی و هزینه های تصفیه را افزایش می دهد بلکه در برخی مواقع شکایت مردم را نیز به دنبال دارد. لذا با آگاهی از شرایط کیفی آب در لایه های مختلف مخزن، می توان بهترین لایه را از لحاظ کیفی تشخیص داده و اقدام به آبگیری از آن تراز نمود.

تاریخچه :

با توجه به لایه بندی آب در دریاچه ها و مخازن سدها و تاثیر این لایه بندی بر خصوصیات آب استحصالی از این منابع، مطالعات گوناگونی تا به حال در جهت بررسی و پیش بینی تغییرات پارامترهای کیفی آب این گونه منابع در فصول مختلف سال انجام گرفته است. در طی دو دهه اخیر مدلهای هیدرودینامیکی مختلفی جهت بررسی شرایط کیفی آب مخازن سد ها توسعه یافته است. در برخی از این مدلها مانند مدلهای Minilake و AQUASIM، تنوع داده های ورودی بسیار محدود و در نتیجه، خروجی های حاصله از دقت و درجه اطمینان کافی برخوردار نیست[3]. ولی در برخی دیگر از مدلها به دلیل در نظر گرفتن شرایط هیدرودینامیکی آب در مخازن، خصوصیات مورفومتری مخازن، عوامل متعدد آب و هوایی، خصوصیات کمی و کیفی آبهای ورودی و همچنین توانایی محاسباتی بالا، تجزیه و تحلیل ها با دقت بیشتری انجام پذیرفته و نتایج بسیار مطلوب تر و دارای درجه اطمینان بیشتری است. از جمله مدلها می توان از مدل هیدرودینامیکی DYRESM (1981Imberger and Patterson )، مدل جدید AQUASIM(2001Ristow and Hansford) و مدلهای Stefan (1982)، Orlab (1983)، Franch (1985)، Anonymous (1986)، Ptic (1986)، Martin (1988)، Vertanen (1994)، Herman (1996) نام برد[3]. مدلهای اخیر هر یک دارای مزایا و معایب خاصی هستند که کاربرد بهینه آنها را برای شرایط و موقعیت خاصی رقم می زند . در این میان مدل یک بعدی DYRESM (1981Imberger and Patterson ) با توجه به در نظر گرفتن تغییرات پارامترهای مختلف آب و هوایی و تاثیر آنها در شرایط حرارتی و شوری آب و بدلیل دارا بودن خصوصیاتی از قبیل دقت محاسباتی بالا، انجام شبیه سازی برای دوره های زمانی کوتاه مدت (روزانه) تا بلند مدت (چندین ساله)، امکان استفاده در هر شرایط آب و هوایی و اقلیمی و عدم احتیاج به کالیبراسیون، کاربرد وسیعی را در بررسی و پیش بینی خصوصیات کیفی آب دریاچه ها و مخازن سدها دارد[3] .

Han و همکاران (2000) با استفاده از مدل DYRESM اقدام به شبیه سازی دمایی مخزن سد Sau در اسپانیا نمودند. ایشان با استفاده از داده های دمایی موجود از مخزن سد، اقدام به تست مدل کرده و تأثیر ورودی و خروجی ها را در شرایط لایه بندی دمایی مخزن مورد برسی قرار دادند [3]. T. ASaeda و همکاران (2001) به منظور بررسی و کنترل جلبکها در مخزن سد Terachi در غرب کشور ژاپن، ازمدل DYRESM به همراه مدلCAEDYM استفاده نمودند [8]. Gideon Gal و همکاران (2003) نیز با استفاده از این مدل خصوصیات حرارتی دریاچه Kineret در اسرائیل را شبیه سازی نموده و نتایج حاصل از مدل را با داده های دمایی موجود از دریاچه مقایسه کردند. آنها شرایط حرارتی حاصل از شبیه سازی توسط مدل را با استفاده از تغییر پارامترهای تابش طول موج کوتاه ، سرعت باد و ضریب روشنایی مورد بررسی قرار دادند و متوجه شدند که حساسیت مدل نسبت به پارامتر ضریب روشنایی بیش از سایر پارامترها بوده است [7].

همچنین Lousie و همکاران (2006) جهت بررسی نقش گردش کربن ، نیتروژن و فسفر بر روی پارامترهای مختلف کیفی آب و چگونگی لایه بندی آنها در دریاچه Kineret از مدلهای DYRESM و CAEDYM استفاده نمودند[6].

Balistrieri و همکاران (2006) در تحقیقات خود در ارتباط با تغییرات دما و شوری دریاچه Pexter Pit در ایالت Nevada آمریکا، مدل DYRESM را به کار گرفتند. نتایج کار آنها که بر مبنای مقایسه خروجی های حاصل از شبیه سازی مدل با داده های دما و شوری اندازه گیری شده از دریاچه بود، نشان داد که مدل مذکور در انجام شبیه سازی دمایی و شوری آب از دقت بسیار بالایی برخوردار است [5].

روش تحقیق :

در این تحقیق تغییرات شرایط دمایی و شوری آب مخزن سد طرق در یک بازه زمانی 2ساله (1999- 1998) مورد ارزیابی قرار گرفت. سد طرق در 25 کیلومتری جنوب شرقی شهر مشهد و در طول جغرافیایی '43 59 و عرض جغرافیایی '13 36 واقع شده و در سال 1367 و با هدف بهره برداری از آب آن جهت مصارف شرب و کشاورزی و کنترل سیلابهای سالانه بر روی رودخانه طرق ساخته شد. خروجی های این سد شامل یک دریچه تخلیه در پایین ترین تراز مخزن و سه دریچه آبگیر در ترازهای 29 ، 38 و 51 متری از کف مخزن و یک سرریز نیلوفری در ارتفاع 58 متری از کف مخزن می باشد .

جهت بررسی شرایط کیفی آب از نظر حرارتی و شوری و چگونگی روند تغییرات آنها از مدل هیدرودینامیکی DYRESM استفاده شد. اطلاعات لازم هواشناسی شامل آمار روزانه دمای هوا ، تشعشع طول موج کوتاه ، درجه ابرناکی ، سرعت باد و میزان بارندگی از ایستگاه سینوپتیک مشهد (وابسته به سازمان هواشناسی) بدست آمد. همچنین داده های مربوط به ورودی های به مخزن، با توجه به اینکه مخزن سد طرق تنها از یک جریان ورودی سطحی (رودخانه طرق) تغذیه می گردد، از داده های ایستگاه هیدرومتری کرتیان (وابسته به وزارت نیرو) واقع بر رودخانه طرق که در 3 کیلومتری بالادست مخزن سد قرار دارد استفاده شد.

نتایج و بحث:

بررسی لایه بندی حرارتی در داخل مخزن :

نتیجه مدل در ارتباط با چگونگی لایه بندی حرارتی آب مخزن سد طرق در طی دوره 2 ساله 1998 تا 1999 در شکل 1 نشان داده شده است. با توجه به نتایج مدل، در ابتدای سال 1998 (شروع زمستان)، بدلیل اختلاط کامل آب مخزن، لایه بندی حرارتی تشکیل نشده و شرایط دمایی آب در تمامی ترازهای مخزن یکسان و بین 12 تا 14 درجه سانتیگراد متغیر بوده است. لایه بندی حرارتی در فصل زمستان زمانی تشکیل می شود که آب لایه سطحی به علت سرد بودن هوا به صفر درجه برسد و در اثر یخ زدگی سبک تر از لایه های عمقی گردد. اما چنان که در شکل 2 نمودار توزیع فصلی درجه حرارت هوا را در منطقه نشان می دهد، مشاهده می گردد، میانگین دمای هوا در زمستان 1998 حدود 2/4 سانتیگراد بوده است و لذا وجود شرایط دمایی بالای صفر درجه، از تشکیل لایه بندی زمستانه جلوگیری کرده است. با فرا رسیدن فصل بهار و افزایش دمای آب در لایه های سطحی، به تدریج فرآیند لایه بندی مخزن شروع شده و تا اواسط تابستان کامل می شود، این لایه بندی تا اواخر تابستان ادامه دارد. در دوره تکمیل شدن لایه بندی، حداقل دمای آب در لایه پایینی 12 درجه و حداکثر دما در بالاترین لایه 24 درجه سانتیگراد بوده است. میانگین اختلاف دما بین لایه های سطحی و لایه های پایینی در طی دوره لایه بندی 11 درجه سانتیگراد را نمایش می دهد. وجود اختلاف دما بین لایه های مختلف، برخصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آنها اثر گذاشته و کیفیت آب را در لایه های مختلف متفاوت می سازد. به عنوان مثال در طی دوره تابستان، رشد جلبکها در تراز بالایی آب به میزان زیادی افزایش می یابد که این امر می تواند، رنگ ، بو و طعم آب استحصالی از این لایه ها را شدیدا تحت تاثیر قرار دهد. تدریجاً با فرا رسیدن پاییز و آغاز دوره سرما و کاهش دمای هوا و دمای آب ورودی به مخزن، مجدداً فرایند اختلاط بوقوع پیوسته و باعث یکنواخت شدن شرایط دمایی آب با میانگین 15 درجه سانتیگراد می شود.

فرایند لایه بندی حرارتی آب در سال 1999 نیز شبیه سال قبل تکرار شده، به صورتی که در فصل زمستان شرایط دمایی در تمامی ترازهای مخزن مشابه بوده و دامنه تغییرات آن بین 14 تا 16 درجه سانتیگراد تغییر کرده است. در این دوره نیز به دلیل وجود میانگین دمای فصلی بالای صفر درجه (7 درجه سانتیگراد)، لایه بندی زمستانه تشکیل نشده است. لایه بندی حرارتی در این سال از اواسط بهار تدریجاً آغاز شده و تا انتهای فصل تابستان ادامه پیدا نموده است. متوسط اختلاف دمای آب بین لایه های سطحی و لایه های پایینی در سال 1999 معادل 7 درجه سانتیگراد بوده که نسبت به سال قبل 4 درجه سانتیگراد کاهش را نشان می دهد. با توجه به شکل 1، در طی دوره لایه بندی حرارتی در این سال، حداقل درجه حرارت آب مخزن 14 درجه سانتیگراد در پایین ترین لایه، و حداکثر درجه حرارت 22 درجه سانتیگراد در بالاترین لایه اتفاق افتاده است.

انعکاس لایه بندی حرارتی آب مخزن به خوبی در تغییرات دمای آب در خروجیهای مختلف سد نمایان است. همان گونه که اشاره شد سد طرق دارای 4 خروجی در ترازهای صفر، 29 ، 38 و 51 متری از کف می باشد. در جدول 2 میانگین دمای ماهانه و فصلی آب در محل هر یک از خروجی های سد در طی دوره دو ساله مورد مطالعه خلاصه شده است. نتایج میانگین دمای آب در فصول زمستان را به ترتیب از پایین ترین آبگیر برابر 4/13 ، 7/13 ،2/14 و 9/14درجه سانتیگراد و در فصول پاییز برابر 3/15، 4/15 ، 7/15 و 8/15 درجه سانتیگراد نشان می دهند. در بررسی میانگین دمای تراز های آبگیری در هر یک از ماههای پائیز و زمستان نیز اختلاف قابل توجهی بین ترازها مشاهده نگردید. مقایسه دمای آب در ترازهای مختلف آبگیری در فصلهای پاییز و زمستان، بیان گر این واقعیت است که در این دوره ها به دلیل اختلاط کافی، آب مخزن شرایط دمایی و کیفیتی مشابه ای را در اعماق دارا می باشد و لذا می توان آبگیری را از هر ترازی انجام داد.

اما در فصول گرم سال (بهار و تابستان) با توجه به اختلاف زیاد دمای آب در ترازهای آبگیری، انتخاب لایه آبگیر از اهمیت ویژه ای برخوردار می شود. با توجه به جدول 2 میانگین دما در ترازهای آبگیر در فصول بهار ، از پایین ترین تا بالاترین لایه به ترتیب برابر 9/13 ،7/15 ، 9/17 و 4/21 درجه سانتیگراد و در فصول تابستان به ترتیب برابر 3/15 ، 3/19 ، 1/20 و 3/20 درجه سانتیگراد بوده است . با توجه به نتایج ارائه شده، بیشترین اختلاف دمای آب که همواره بین پائینترین و بالا ترین ترازهای آبگیری مشاهده می گردد، در ماه می سال 1998 و ماه ژولای سال 1999 اتفاق افتاده و به ترتیب برابر با 11 و 6 درجه سانتیگراد بوده است. اختلاف دمایی نسبتاً زیاد بین ترازهای آبگیری دال بر اینست که شرایط کیفی آب اعماق مختلف مخزن یکنواخت نبوده و برخی از ترازها نسبت به سایر ترازها از کیفیت بهتری برخوردارند. از نظر پارامتر حرارتی، در فصول بهار و تابستان، آب پائینترین لایه بهترین شرایط را بین ترازهای آبگیر دارا است اما به دلیل وجود رسوبات در کف مخزن و نیز احتمال تجزیه مواد آلی در شرایط بیهوازی، کیفیت آب در پائینترین تراز ممکن است از نظر رنگ، طعم و بو نامناسب باشد. لذا گزینه مناسب جهت آبگیری، خروجی تراز 29 متری است. در این تراز متوسط دمای آب در بهار 7/15 سانتیگراد و در تابستان 3/19 سانتیگراد می باشد و همچنین مشکلی به لحاظ تجمع رسوبات و ایجاد شرایط بی هوازی وجود ندارد.

بررسی لایه بندی شوری در داخل مخزن :

نقشه لایه بندی شوری آب مخزن سد طرق طی دوره 2 ساله مورد مطالعه در شکل 3 نشان داده شده است. با توجه به نتایج حاصله از مدل، در سال آبی 1998، شوری آب (TDS) در فصل زمستان به دلیل اختلاط کامل مخزن، در تمامی ترازها یکسان بوده و مقدار آن بین 310 تا 320 میلیگرم در لیتر تغییر کرده است. تدریجاً با شروع فصل بهار و آغاز دوره گرما، به دلیل لایه بندی حرارتی و نیز تغییر در شوری آب ورودی به مخزن، لایه بندی شوری نیز در داخل مخزن ایجاد گردیده است. به طوری که میزان غلظت املاح در لایه سطحی 260 میلیگرم در لیتر و در لایه پایینی مخزن320 میلیگرم در لیتر بوده است. میانگین اختلاف شوری آب در طی دوره لایه بندی بین لایه حداقل و لایه حداکثر حدود 35 میلیگرم در لیتر مشاهده شده است. در انتهای سال 1998 به علت کاهش دمای آب ورودی به مخزن و دمای هوا، فرایند اختلاط آب در مخزن اتفاق افتاده که نهایتا باعث یکنواخت شدن شوری آب در کل مخزن با میانگین غلظت املاح 310 میلیگرم در لیتر شده است. روند تشکیل لایه بندی شوری آب در سال 1999 مشابه سال 1998 مشاهده گردید. یعنی در آغاز فصل زمستان شرایط شوری در تمامی تراز های آب یکسان بوده و تدریجاً با حرکت به سمت فصول گرم سال (بهار و تابستان) لایه بندی شوری ایجاد گردید. همان گونه که در شکل 3 ملاحظه می شود شوری آب مخزن طی دوره دو ساله 1998 تا 1999 روندی افزایشی را داشته است. در آغاز سال 1998 مقدار املاح آب حدود 310 میلیگرم در لیتر بوده در حالی که در انتهای سال 1999 مقدار املاح به 360 میلیگرم در لیتر رسیده است که احتمالا ناشی از کاهش حجم آب ورودی و افزایش تبخیر در سال 1999 بوده است.

جدول 1 استانداردهای ارائه شده توسط سازمان جهانی بهداشت برای شوری آب (TDS) در مصارف آشامیدنی و زراعی آمده است. با توجه به استانداردها، مقدار مطلوب TDS برای مصارف آشامیدنی و زراعی ، 500 میلیگرم در لیتر و حداکثر مقدار مجاز آن1500 میلیگرم در لیتر می باشد. در حال حاضر، مقایسه نتایج طرح با استانداردها این حقیقت را نشان می دهد که علیرغم ایجاد لایه بندی های آب در فصول گرم، مقدار TDS مخزن همواره کمتر از 500 میلیگرم در لیتر بوده و برای مصارف آشامیدنی و زراعی مطلوب است. ولی چنانچه روند افزایش شوری مخزن در سالهای آتی نیز به دلیل کاهش بارندگی و افزایش تبخیر از سطح مخزن ادامه یابد، می تواند مشکلاتی را در امر مصارف فوق به همراه داشته باشد.

حداکثر اختلاف میانگین فصلی شوری در بین ترازهای آبگیری، مربوط به شوری آبگیرهای بالایی و پایینی است که در فصل بهار اتفاق افتاده و برابر با 27 میلیگرم در لیتر بوده است. بر اساس نتایج، بازه تغییرات ماهانه شوری آب در اعماق مختلف مخزن سد بین 275 تا 358 میلیگرم در لیتر بوده که بر اساس استانداردهای سازمان جهانی بهداشت برای مصارف زراعی و آشامیدنی، در محدوده مناسب واقع شده است و لذا مکان آبگیری از این مخزن، از نظرشوری آب خروجی اهمیتی را دارا نمی باشد.

نتیجه گیری:

نتایج حاصله از پیش بینی شرایط حرارتی و شوری توسط مدل DYRESMمی تواند راهنمای مناسبی در جهت آگاهی از شرایط کیفی آب مخزن سد طی دوره های مختلف باشد و در برنامه ریزیهای مدیریت بهره برداری مورد استفاده قرار گیرد. نتایج حاصل از شبیه سازی حرارتی مخزن سد طرق، توسط مدل مذکور نشان داد که در طول سال، تنها یک بار فرایند لایه بندی حرارتی آب، آن هم در فصول گرم سال به وقوع می پیوندد. لایه بندی حرارتی در مخزن سد طرق تدریجاً از اواسط بهار شروع و در اواسط تابستان به اوج رسیده و تا انتهای تابستان نیز ادامه دارد. در طول این دوره، حداکثر تفاوت در میانگین درحه حرارت لایه های اپیلیمنیون و هیپولیمنیون، 12 درجه سانتیگراد مشاهده گردید. وجود لایه بندی حرارتی نسبتاً پایدار باعث می گردد که خصوصیات کیفی آب (مانند رنگ، بو، طعم و ....) در لایه های مختلف مخزن بسیار متفاوت باشد. بر اساس نتایج، با شروع دوره سردی هوا و وقوع اختلاط در مخزن، تدریجا لایه بندی حرارتی از بین رفته و از اواسط فصل پاییز تا انتهای زمستان تفاوت قابل ملاحظه ای در دمای آب در اعماق مختلف مخزن مشاهده نگردید. روند تشکیل لایه بندی شوری آب نیز از نظر زمانی مشابه لایه بندی حرارتی بود. ولی میزان شوری در لایه های تشکیل شده تفاوت چشمگیری را نشان نداد و حداکثر به 35 میلیگرم در لیتر رسید. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که اعمال مدیریت کیفی آب مخزن سد طرق در فصول بهار و تابستان از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این فصول آبگیری از دریچه مستقر در تراز 29 متری بهترین کیفیت آب را در اختیار قرار می دهد. در این دوره آبگیری از بالاترین تراز به دلیل رشد جلبکی زیاد و از پایین ترین تراز به دلیل تجمع رسوبات و ایجاد شرایط بی هوازی توصیه نمی گردد. در فصول پاییز و زمستان به دلیل اختلاط کامل آب مخزن، کیفیت آب استحصالی از تمامی آبگیرها شرایط یکسانی را دارد.

منابع :

1-Reynolds,C.S.1992. Daynamics, selection and composition of phytoplankton in relation to vertical structure in lakes. Arch Hidrobiol. Beih Ergbn. Limnol. 35,13-31.

2-Armengol. J., Crespo. M., Morgui. J. A., and Vidal. A. 1986. Phosphorus budget and forms of phosphoros in the Sau Reservoir sediment: an interpretion of the limnological record. Hydrobiologia. Vol. 143, pp 331-336.

3- Han. P., Armengol. J., Garcia. C. J., Comerma. M., Roura. M., Dolz. J., and Straskraba. M. 2000. The thermal structure of Sau Reservoir (NE: Spain): a simulation approach Ecological Modelling. Vol. 125, Iss. 2-3, pp109-122.

4-Ford. D. E., and Thornton, K.W. 1979. Time and length scales for the one-dimensional assumption and its relation to ecological models.Water Resources Res.,Vol. 15, pp113-120.

5-Balistrieri. L., Tempel. R. N., Stillings. L., and Shevenell. L. 2006. Modeling spatial and temporal variations in temperature and salinity during stratification and overturn in Dexter Pit Lake, Tuscarora, Nevada, USA. Applied Geochemistry, Vol.21, Iss. 7, pp.1184-1203

6- Louise. C. B., Hamilton. D., Imberger. J., Gal. G., Gophen. M., Zohary. T., and Hambright K. D. 2006. A numerical simulation of the role of zooplankton in C, N and P cycling in Lake Kinneret, Israel. Ecological Modelling, Vol.93, Iss. 3-4, pp. 412-436.

7- Gal. G., Imberger. J., Zohary. T., Antenucci. J., Anis. A., and Rosenberg. T. 2003. Simulating the thermal dynamics of Lake Kinneret. Ecological Modelling, Vol.162, Iss. 1-2, pp. 69-86.

8- Asaeda. T., Pham. H. S., Nimal Priyantha. D. G., Manatunge. J., and Hocking. G. C., 2001. Control of algal blooms in reservoirs with a curtain: a numerical analysis. Ecological Eng., Vol.16, Iss. 3, pp. 395-404.

-گارندگان :شهناز دانش ، سعیدرضا خداشناس، مصطفی خیّامی

9- حمیدرضا توحیدی. 1377 . تحقیق در رابطه با عوامل موثر در تغییرات کیفی آب مخزن سد طرق و ارائه روشهای بهینه کردن آب دریاچه . کمیته تحقیقات کاربردی شرکت آب منطقه ای خراسان رضوی (وزارت نیرو ) .

نویسنده : کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران|دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))

معرفی ژئوتکستایل

1- ژئوتکستایل‌ها (Geotextiles)

ژئوتکستایل‌ها غالباً از پلیمرها یا پلی پروپیلن‌ها ساخته شده‌اند. پلی‌پروپیلن‌ها دارای وزن مخصوص کمتر از واحد بوده ( 9/0 و محکم و بادوام هستند. از الیاف و فیبرهای رشته‌ای پلی‌پروپیلن‌ها در ساختژئوتکستایل‌های بافته شده (Woven) و بافته نشده (Nonwoven) استفاده می‌‌شود.

همچنین از فیبرهای پلی‌استر با مقاومت بالا نیز در ساخت ژئوتکستایل‌ها استفاده می‌‌شود. پلی‌استرها دارای وزن مخصوص بزرگتر از واحد (1) و مقاومت بسیار عالی هستند و با اغلب خاکهای موجود در محیط سازگار می‌‌باشند.

به‌طور کلی ژئوتکستایل‌ها به دو نوع اصلی تقسیم می‌‌شوند:

بافته شده یا منسوج (woven)

2- بافته نشده یا غیرمنسوج (Nonwoven = y 1)

2- ژئوگریدها (Geogrides)

از انواع محصولات ژئوگریدها، نوع مشبک است که به‌صورت تار و پود، یا فواصل معین، در دو جهت و با مقاومت بالا تولید می‌‌شود.

از این شبکه‌ها به اشکال تک لایه و چند لایه، می‌‌توان، برای مسلح و مقاوم نمودن سطوح خاکریزی، با مساحت کم استفاده نمود. ژئوگریدها ضمن بالا بردن پایداری خاک از تغییر مکان‌های افقی آن جلوگیری می‌‌کند.

ژئوکامپوزیت (ترکیب ژئوگرید با ژئوتکستایل) (Geocomposite 3-)

ژئوگریدها با توجه به ساختار و خواص پلیمرها دارای مقاومت نهایی محدود شده‌ای هستند. در یک سیستم مرکب، یک ژئوگرید به همراه ژئوتکستایل برای سهولت، در توسعه سطح خاکریز می‌‌تواند بکار گرفته شود و سپس خاکریز برروی آن اجرا گردد.

ژئوکامپوزیت‌ها همچون کولباندرین (زهکشی عمیق) و یا انکادرین (زهکشی افقی و قائم) در تحکیم اراضی سست، از طریق تسهیل در خروج آب موجود در خاک و جمع‌آوری و هدایت آبهای نشتی و در تماس با سازه‌ها با استفاده از زهکشی‌های قائم و افقی، مورد استفاده قرار گیرد.

1-3- ژئودرین‌ (Geodrain)

یک نوع از ژئوکامپوزیت‌ها به نام آنکادرین به سه لایه کامپوزیتی عایق رطوبتی، زهکشی و جمع‌کنندگی و هدایت و انتقال آب‌گذری، با کاربری بسیار بالایی عمل زهکشی و عایق رطوبتی را در دیواره‌های در ارتباط با خاک انجام می‌‌دهد.

همچنین از نوع دیگری از کامپوزیت‌های آنکادرین با خاصیت زهکشی افقی، جهت ایجاد فضاهای سبز روی پشت بام‌ها و باغ‌های پشت بامی استفاده می‌‌شود. این محصولات با توجه به سبکی وزن، انعطاف‌پذیری، سرعت عمل در نصب و راحتی حمل و نقل، استفاده وسیعی در صنعت ساختمان، در کشورهای اروپایی و آمریکایی، پیدا کرده است. به علاوه نوع دیگری از این محصولات جهت زهکشی و در قالب‌بندی (کفراژ) فونداسیون‌ها و در دیوارهای حائل و یا در زهکشی و تحکیم پارکینگ‌ها و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرد.

کارکرد عمومی محصولات انکادرین به‌طور عمده به‌عنوان زهکش در پشت دیوارهای قائم و حائل لبه جاده، خاکریزها و تونل‌ها و به‌طور افقی به‌عنوان زهکش در زیر محوطه‌های پارکینگ زیر فضای سبز (اماکن ورزشی و استادیوم‌ها) و بام‌ها، سیستم‌های فاضلاب و Landfill است.

4-ژئوممبران (Geomembrane)

ژئوممبران‌ها به‌عنوان یک عایق بسیار مقاوم و کم هزینه و دارای طول عمر زیاد، در بسیاری از صنایع کاربرد دارد که از آن جمله می‌‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

آب و فاضلاب: از ژئوممبران‌ها جهت ساخت لاگون‌ها، کانال‌های آبرسانی، حوضچه‌ها و استخرها و دریاچه‌های مصنوعی استفاده می‌‌شود. با توجه به اینکه ژئوممبران در تماس با خاک هستند، برحسب لزوم امکان ترکیب آنها با ژئوتکستایل و یا ژئوگریدها میسر است.

ایزولاسیون سازه‌های زیرزمینی در برابر نفوذ آبهای سطحی و زیرزمینی: در این خصوص می‌‌توان به ایزوله دیوارهای متروهای شهری و سازه‌های هیدرولیکی و غیره اشاره نمود.

سایت دفن زباله شهری و صنعتی و خطرناک: با استفاده از ژئوممبران می‌‌توان مخازن کاملاً ایزوله از محیط اطراف، جهت دفن زباله‌های شهری و صنعتی ایجاد نمود. ژئوممبران‌ها دارای انواع فراوانی، به لحاظ مقاومت در برابر مواد شیمیایی و مخرب هستند.

ایجاد و توسعه زمین‌های کشاورزی در محیط‌های نامساعد.

5- ژئوسل‌ها (Geocells)

یک شبکه لانه زنبوری از نوارهای پلی استر نبافته، متصل به یکدیگر، ساخته شده که با دوخته شدن این شبکه‌ها به یکدیگر، فضاهایی مانند لانه زنبور (6 ضلعی) ایجاد شده که با پر شدن از خاک، شن، بتن یا مصالح دیگر، استحکام و صلبیت کافی جهت شیب‌ها، ترانشه‌ها، دیوارها در برابر فرسایش و ریزش ایجاد می‌‌کند.

امروزه پیشرفت صنعت استفاده از ژئوسنتتیک‌ها آنچنان وسیع و گسترده شده است که تقریباً غیرممکن را امکان‌پذیر نموده است، (حتی اسکی نمودن در فضاهای سربسته برروی یخ با استفاده از لایه‌های صفحه‌ای انکادرین).

امروزه نه تنها از مواد ژئوکامپوزیتی جهت سالن‌های اسکیت یخ و برف و استادیوم‌های ورزشی و زمین‌های چمن مصنوعی و درخت‌کاری و فضای سبز بام‌ها استفاده‌های فراوان می‌‌شود، بلکه حتی می‌‌توان با استفاده از تکنولوژی از صنعت ژئوسنتتیک و تلفیق با تکنولوژی‌های دیگر در کشاورزی، همچون آبیاری قطره‌ای، کویرها را نیز آباد نموده مورد بهره‌برداری قرار داد و در نتیجه کمک شایانی به اقتصاد و آبادانی کشورها نمود.

ژئوتکستایل‌های منسوج (Woven Geotextiles)

این ژئوتکستایل‌ها از تک رشته‌های به هم بافته شده (Monofilament) یا چند رشته‌ای‌های به هم بافته شده (Multi Filament) و یا نوارهای منسوج بریده شده (Slim Film Fabric) ساخته می‌‌شود. تهیه این دسته از ژئوتکستایل‌ها، در دو مرحله انجام می‌‌گیرد که عبارتست از:

تولید و عمل آوردن الیاف

افت الیاف

ژئوتکستایل‌های تک رشته‌ای نسبت به انواع دیگر نفوذپذیری بهتری دارند و برای استفاده به‌عنوان زهکش و یا جهت کنترل فرسایش خاک مناسب هستند.

ژئوتکستایل‌های چند رشته‌ای دارای مقاومت بالایی هستند و اصولاً به‌عنوان مسلح‌کننده کاربرد دارند.ژئوتکستایل‌های تشکیل شده از نوارهای منسوج جهت کنترل رسوبات و محصور کردن لای و لجن، و پایداری جاده‌ها و مسیرها مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

2-1-ژئوتکستایل‌های غیر منسوج (NonWoven Geotextile)

این نوع ژئوتکستایل‌ها از الیاف کوتاه معمولاً 2.5-10cm 1-4inch و یا الیاف بلند که به‌صورت رندم در لایه‌هایی برروی یکدیگر، همانند یک شبکه نمدی توزیع شده‌اند، ساخته می‌‌شود. سپس این شبکه‌های نمدی از دستگاههایی، جهت به هم متصل کردن لایه‌ها به یکدیگر، عبور داده می‌‌شوند.

ژئوتکستایل‌های غیرمنسوج در زهکش‌ها، کنترل فرسایش خاک و همچنین جهت پایدارسازی جاده‌ها و مسیرها بر روی خاک‌های حساس به رطوبت کاربرد دارند.

امروزه در اکثر کشورهای پیشرفته ژئوتکستایل‌ها را جهت تسلیح، تقویت و پایدارسازی بستر و ساحل‌های سست و یا احداث راه و راه‌آهن روی بستر باتلاقی، حتی در مواقع دشوار، بدون نیاز به هرگونه لجن‌برداری و یا قلوه‌ریزی و یا احیاء اراضی ساحلی و توسعه بندرگاه‌ها و یا احداث موج‌شکن و دیگر سازه‌های دریایی، روی بسترهای فوق‌العاده سست بکار می‌‌برند.

همچنین از کیسه‌های شنی ژئوتکستایل‌ جهت راه حلی مطمئن برای ترمیم سریع و اقتصادی موقت سازه‌های ساحلی صدمه دیده، استفاده می‌‌شود.

ژئوتکستایل‌ها در تسلیح، فیلتراسیون و حفاظت از کانال‌ها و لوله‌ها نیز کاربرد دارند:

در این مورد ژئوتکستایل‌ها دور لوله قرار می‌‌گیرد و آن را در مقابل آسیب‌های فیزیکی و شیمیایی حفاظت می‌‌کند. به این ترتیب نیاز به ریختن خاک سرندی در اطراف لوله بر طرف می‌‌شود و یا ژئوتکستایل‌ روی کف و بدنه کانال پهن می‌‌شود تا از ورود خاک ریزدانه به داخل کانال در اثر بالا آمدن سطح آب زیرزمینی جلوگیری کرده و در سیستم زهکشی شرکت می‌‌کند. ژئوتکستایل‌ها در اطراف لوله‌های زهکشی زیر خاک به‌عنوان فیلتر بکار می‌‌روند.

مزایای کاربرد این نوع مصالح به‌عنوان فیلتر در ساخت و نصب سریع، صرفه‌جویی اقتصادی، مقاومت شیمیایی بالا، دوام عالی، عدم جدایی بین دانه‌ها به‌عنوان فیلتر در ساخت و نصب سریع، صرفه‌جویی اقتصادی، مقاومت شیمیایی بالا، دوام عالی، عدم جدایی بین دانه‌ها که در فیلترهای خاکی در حین ساخت ایجاد می‌‌شود و کاهش عملیات خاکی می‌‌باشد.

ژئوتکستایل‌ها همچنین روی بدنه لوله و جداره کانال به‌صورت زین اسبی پهن شده و روی آن با خاک پر می‌‌شود و با این عمل نیروی Uplift زیر لوله‌ها توسط ژئوتکستایل‌ از طریق به کشش افتادن (تسلیح)، جذب می‌‌شود.
 

نویسنده : |دپارتمان تحقیق و توسعه.کلینیک بتن ایران((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))

مقابله با خوردگی فولاد در بتن

مسأله خوردگی فولاد در بتن از معضلات عمده کشورهای مختلف جهان است. این مسأله حتی در کشورهای پیشرفته همچون آمریکا، کانادا، ژاپن و بعضی کشورهای اروپایی هزینه های زیادی را برای تعمیر آنها به دنبال داشته است. به عنوان مثال درگزارش های بررسی پل ها در امریکا حدود 140،000 پل مسأله داشته اند. این مسأله در کشورهای در حال توسعه و در کشورهای حاشیه خلیج فارس بسیار شدیدتر بوده و سازه های بتنی زیادی در زمانی نه چندان طولانی دچار خوردگی و خرابی گشته اند. بررسی ها در این مناطق نشان می دهد که اگر مصالح مناسب انتخاب گردد، بتن با مشخصات فنی ویژه این مناطق طرح گردد، در اجرای بتن از افراد کاردان استفاده شود و سرانجام اگر عمل آوری کافی ومناسب اعمال شود، بسیاری از مسائل بتن بر طرف خواهد گشت. به هرحال برای پیشگیری در سال های اخیر روش ها و موادی توصیه و به کار گرفته شده است که تا حدی جوابگوی مسأله بوده است.

استفاده از آرماتورهای ضدزنگ و نیز آرماتورهای با الیاف پلاستیکی FRP یکی از این روش ها است که به علت گرانی آن هنوز کاملا توسعه نیافته است. به علاوه عملکرد دراز مدت این مواد باید پس از تحقیقات روشن گردد.

از روش های دیگر کاربرد حفاظت کاتدیک در بتن می باشد با استفاده از جریان معکوس با آند قربانی شونده می توان محافظت خوبی برای آرماتورها ایجاد نمود. این روش نیاز به مراقبت دائم دارد و نسبتا پرخرج است ولی روش مطمئنی می باشد.

برای محافظت آمارتور در مقابل خوردگی، چند سالی است که از آرماتور با پوشش اپوکسی استفاده می شود. تاریخچه مصرف این آرماتورها بویژه در محیط های خورنده نشان می دهد که در بعضی موارد این روش موفق و در پاره ای نا موفق بوده است. به هرحال اگر پوشش سالم بکار گرفته شود با این روش می توان حدود 10 تا 15 سال خوردگی را عقب انداخت.

استفاده از ممانعت کننده ها و بازدارنده های خوردگی بتون نیز به دو دهه اخیر برمی گردد. مصرف بعضی از این مواد همچون نیترات کلسیم و نیترات سدیم جنبه تجارتی یافته است. به هر حال عملکرد این مواد در تاخیر انداختن خوردگی در تحقیقات آزمایشگاهی و نیز در محیط های واقعی مناسب بوده است. بازدارنده های دیگری از نوع آندی و کاتدی مورد آزمایش قرار گرفته اند ولی دلیل گرانی زیاد هنوز کاربرد صنعتی پیدا نکرده اند.

برای محافظت بیشتر آرماتور و کم کردن نفوذپذیری پوشش های مختلف سطحی نیز روی بتن آزمایش و به کار گرفته شده است. این پوشش ها که اغلب پایه سیمانی و یا رزینی دارند با دقت روی سطح بتن اعمال می گردند. عملکرد دوام این پوشش به شرایط محیطی وابسته بوده و در بعضی محیط ها عمر کوتاهی داشته و نیاز به تجدید پوشش بوده است. روی هم رفته پوشش های با پایه سیمانی هم ارزانتر بوده و هم به علت سازگاری با بتن پایه پیوستگی و دوام بهتری در محیط های خورنده و گرم نشان می دهند.

با پیشرفت روزافزون انقلاب تکنولوژیک به ویژه در تولید بتن های خاص و همچنین با وجود افزودنی های بتن در مناطق و شرایط خاص می توان از این بتن ها در ساخت وسازهای آینده استفاده نمود. دانش استفاده صحیح از مصالح، اجرای مناسب و عمل آوری کافی می تواند به دوام بتن ها در مناطق خاص بیفزاید. تحقیفات گسترده و دامنه داری برای بررسی دوام بتن های خاص در شرایط ویژه و در دراز مدت بایستی برنامه ریزی و به صورت جهانی به اجرا گذاشته شود.

نویسنده : کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران|دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))

مواد افزودنی بتن الیافی(بتن الیافی)

بتن الیافی نوعی کامپوزیت است که با استفاده از الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری بتن الیافی، به صورت چشم گیری افزایش می یابد. این کامپوزیت (بتن الیافی)، یکپارچگی و پیوستگی خوبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد برای ساخت بتن الیافی از افزودنی بتن یا ژل میکروسیلیس که حاوی الیاف می باشد میتوان استفاده کرد یا میتوان گفت که برای اضافه کردن الیاف به بتن و تولید بتن الیافی ژل میکروسیلیس که شامل الیاف پلی پروپیلن می باشد بسیار مناسب می باشد. بتن الیافی تولید شده با ژل میکروسیلیس از قابلیت جذب انرژی زیادی برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از هم گسسته نمی شود

نمونه تاریخی بتن الیافی، استفاده از کاهگل در بنای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع جدید این تکنولوژی می‌باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شده‌اند.

بتن الیافی تولید شده با ژل تخصصی، کلینیک فنی و تخصصی بتن خواص مناسبی همچون شکل‌پذیری بالا، مقاومت فوق‌العاده، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن بتن را دارا می باشد که متناسب با آن ها می توان موارد کاربرد فراوانی برای آن بتن الیافی یافت. به طور مثال در ساخت کف سالن‌های صنعتی، می توان از بتن الیافی به جای بتون آرماتوری متداول استفاده کرد. بتن الیافی از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم‌ به‌ ضربه همچون سازه پناهگاه ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می رود و بنای شکل گرفته از بتن الیافی، قابلیت فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارد. همچنین در ساخت باند فرودگاه ها به خوبی می توان از بتن الیافی کمک گرفت. موارد دیگری از به کارگیری بتن الیافی، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی مانند پانل های سایبان و یا پاشش بتن روی سطوح انحنا‌دار همچون تونل ها می باشد. به‌ کارگیری بتن الیافی در بنای یک سازه علاوه بر موارد یاد شده از مزایایی همچون عایق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالای اجرا نیز برخوردار است. استفاده از بتن سبک ( مثل بتن الیافی ) به طور روز افزونی در حال افزایش است.

از دیگر کاربردهای بتن الیافی می توان به استفاده از آن در ساخت و سازهای بلند مرتبه، پل های بادهانه های بزرگ، سازه های دریایی، مصالح زیراساس برای روسازی راه و نیز به عنوان جاذب انرژی در سازه های نظامی مدفون اشاره کرد. امروزه با به کار بستن انواع الیاف شیشه، پلی‌پروپیلن، فولاد و دربرخی موارد کربن، تولید انواع بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و به‌کارگیری آنها درکشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است. اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف در بتن کاملاً تصادفی می باشد، از این بتن معمولاً نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستون‌ها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی به‌صرفه تر و مناسب تر می باشد. لازم است به این نکته توجه شود که ناکارآمدی یک تکنولوژی جدید در نقاط ضعف خود نباید مانع نادیده گرفتن کاربردهای مناسب آن در نقاط قوت آن و عدم توجه به آن گردد. انواع الیافی که در بتن الیافی استفاده می شود در اشکال و اندازه های مختلفی تولید می شود شامل الیاف شیشه ای ، الیاف پلاستیکی و الیاف فولادی . پارامتر مناسب که یک رشته از الیاف را تعریف می کند نسبت ظاهری می باشد که نسبت طول الیاف به قطر معادل الیاف است. مقدار نسبت های ظاهری (l/d) معمولاٌ بین 30 تا 100 است .

میزان مصرف این محصول برای ساخت بتن الیافی

ژل الیاف دار بتن که برای ساخت بتن الیافی استفاده می شود را به میزان 5% الی 8% وزن سیمان مصرفی به بتن اضافه فرمایید. میتوان در زمان ساخت بتن الیافی در بچینگ و یا بعد از تولید بتن الیافی در تراک میکسر این ژل میکروسیلیس را اضافه کرد.

مزایا ژل میکروسیلیس الیاف دار:

با استفاده از این ژل برای ساخت بتن الیافی تمامی مقاومت های کششی و خمشی و همچننین مقاومت فشاری بتن الیافی افزایش میابد. هم چنین با استفاده از ژل میکروسیلیس برای ساخت بتن الیافی نفوذ پذیری آب و نفوذ پذیری عوامل مهاجم بیرونی کاهش میابد. لازم به ذکر است که بتن الیافی تولید شده با ژل میکروسیلیس مقاومت سایشی بالایی نیز دارد که میتوان از این بتن الیافی برای ساخت بتن ضد سایش نیز استفاده کرد

نویسنده : کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.(مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی وارائه دهنده خدمات فنی و مهندسی بتن)