رفتار و کاربردهای بتن الیافی

چکیده

استفاده از الیاف در بتن از چهل سال قبل آغاز شد و طی این سال ها استفاده و موارد کاربرد آن افزایش زیادی یافته است .

الیاف در بتن سبب می شود تا شکنندگی به نحو قابل توجهی کاهش یافته و بتن الیافی رفتار شکل پذیری تحت بار های مختلف از جمله فشار ، کشش و ضربه از خود نشان دهد . الیاف از جنس مختلف شامل گیاهی ، مصنوعی و فلزی در بتن مورد استفاده قرار می گیرند . الیاف خواص مکانیکی بتن را تحت بار های فشاری ، کششی ، خمشی ، برشی ، دینامیکی و ضربه ای ، آبگرفتگی و خزش ، مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن ، سایش ، کاویتاسیون و فرسایش بهبود بخشیده و ماده ای یکپارچه فراهم می آورد . الیاف با زدن پل بین ترک ها یکپارچگی بتن را تا تغییر شکل های زیاد حفظ می کنند . هم اکنون از بتن الیافی در کاربرد های مختلف از قبیل روسازیهای جاده ها ، پیاده رو ها و پل ها ، کف سالن های صنعتی ، پی ماشین الات معمولی و ارتعاشی ، روسازیهای مورد نیاز برای بار های بسیار سنگین و وزنه های افتان ، تقویت روکش کف های موجود ، صنایع نظامی ، سر ریز سد ها ، حوضچه های آرامش و همچنین بتن الیافی پاشیدنی در محافظت از پایداری شیب های صخره ها و سنگ ها ، لاینینگ تونل ها ، شافت معادن ، سازه های پوسته ای ، تعمیرات و مواد دیگر استفاده وسیع به عمل می آید . برای مقایسه هزینه ساخت بتن الیافی با بتن غیر مسلح یا بتن مسلح به میل گرد در اعضای سازه ای مختلف ، می باید مزایای بتن الیافی از جمله مقاومت ضربه ای بسیار بالا تر ، جمع دگی و عرض ترک کمتر ، دوام بیشتر و کاهش هزینه های مربوط به تعمیر ، حفظ و نگهداری ، کنترل شکست های موضعی ، ایجاد ترک و گسترش ترک ، عمر مفید بیشتر ، کنترل نفوذ پذیری ، شکل پذیری بیشتر و به ویژه زمان اجرای بسار کمتر را ( در مقایسه با بتن مسلح به میل گرد ) در نظر داشت . در این مقاله دلیل ضرورت استفاده از الیاف ، انواع مختلف الیاف ، نحوه ساخت ، خواص مکانیکی و کاربرد های بتن الیافی با توجه به نتایج کاربرد ها و پژوهش های انجام شده تا کنون و همچنین ملاحظات فنی – اقتصادی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است .

مقدمه و ضرورت استفاده از الیاف در بتن

بتن در درجه نخست از لحاظ مصالح سازه ای با تولید سالانه بیش از دو هزار و پانصد میلیون متر مکعب در سطح جهانی قرار دارد . به دلائل مختلف ، مقدار قابل توجهی از این بتن ترک می خورد . دلیل ترک خوردگی می تواند سازه ای یا غیر سازه ای باشد ، لیکن عمده ترک ها ناشی از ضعف ذاتی این ماده در کشش است . برای مثال ، جمع شدگی در بتن دارای قید ، ترک ایجاد می کند . بور کلی الیاف از گسترش ترک در بتن ، با فراهم آوری کپارچگی و نرمی بیشتر جلوگیری بعمل می آورد .

بکارگیری بتن غیر مسلح به جهت تردی آن ، عمدتاً در سازه های وزنی کاربرد دارد . این عیب اساسی بتن ، در عمل با مسلح کردن آن با استقرار آرموتور های فولادی در جهت نیرو های کششی برطرف می گردد . شایان ذکر است که در موارد متعددی جهت این نیروهای کششی بطور دقیق معلوم نیست . همچنین با توجه به اینکه آرماتور بخش کوچکی از مقطع را تشکیل می دهد . تصویر اینکه مقطع بتن یک مقطع هموژن و ایزوتروپ باشد ، هیچ نخواهد بود . به منظور ایجاد شریط ایزوتروپی و کاهش ضعف شکنندگی و تردی بتن تا حد ممکن ، در چند دهه اخیر استفاده از الیاف نازک و نسبتاً طویل در تمام حجم بتن پراکنده می شود ، متداول شده است . تکنیک مسلح به الیاف یا بتن الیافی عموماً بر مبنای پخش تصادفی الیاف در بتن می باشد . الیاف مقاومت کششی و شکل پذیری ملات و بتن را به نحو قابل توجهی افزایش داده و رفتار بتن را از حالت ترد به حالت نرم و شکل پذیر در می آورد . کاربرد الیاف به طور فراگیر از اوایل 1960 در کشور های صنعتی پیشرفته آغاز شد و در طی این چهار دهه جنس و شکل الیاف و نحو ساخت بتن الیافی بهبود یافته و کاربرد های آن نیز فزونی یافته است . هم اکنون الیاف به عنوان یکی از مواد ساختمانی همراه بتن در اکثر کشور ها به نحو چشمگیری مورد استفاده قرار می گیرد .

با توجه به موارد اشاره شده در بالا و کاربرد ها و مزایای قابل ملاحظه بتن الیافی ( که در متن مقاله به آنها اشاره خواهد شد ) جای آن دارد تا ضمن شناسایی این صنعت ، در سازه های مختلف بتنی کشور به کار گرفته شود . در این مقاله به انواع مختلف الیاف ، نحوه اخت ، خواص مکانیکی و کار برد های بتن الیافی ، به همراه ذکر مزایای بتن الیافی و چهار چوب ارزیابی اقتصادی آن پرداخته شده است .

انواع مختلف الیاف

استفاده از الیاف در بعضی کشور ها به چند هزار سال پیش بر می گردد . در آن زمان قطعات کوتاه ساقه های گیاهان خشک را به همراه آب و خاک به صورت مخلوطی از گل با لیف های خشک گاهی در ساخت دیوار و خشت استفاده می نمودند . ( به عنوان مثال کاه گل در ایران که هنوز هم به همین سبک عمل می شود . ) الیاف برای کنترل ترک در اثر تغییرات حجمی ناشی از انقباض و انبساط و تنش های حرارتی و نیز جهت افزایش مقاومت کششی ، نرمی و قابلیت جذب انرژی و فراهم آوری یک سیستم یک پارچه استفاده می شود . در حال حاظر صد ها نوع الیاف تولید می شود که فقط تعدادی از آنها برای استفاده در بتن مناسب می باشند .

الیاف گیاهی

به الیاف گیاهی و در بعضی موارد موی اسب و بز اصطلاحاً الیاف طبیعی اطلاق می شود . از الیاف گیاهی ( به غیر از پنبه و کتان و امثال آن ) در کشور های آسیایی دور و بویژه هند و برزیل در بتن استفاده می شود . از جمله این الیاف می توان به الیاف چتایی ( Jute ) سیسال ( Sisal) پوسته نارگیل (Coir  ) تفاله نیشکر (Bagasse ) کتان ( Flax ) و ... اشاره کرد . قابلیت بهبود رفتار بتن توسط این الیاف به طول ، شکل ظاهری و مقاومت کششی الیاف بستگی دارد . اگر چه از این گونه الیاف به ویژه در مناطق روستایی استفاده عمده به عمل می آید ، لیکن مقاومت کششی انها در مقایسه با دیگر انواع الیاف ( مصنوعی و فلزی ) پائین است . قالباً پلی که الیاف گیاهی در دو طرف ترک جهت جلوگیری از شکست کششی بتن می زنند مستحکم نبوده و با پارگی لیف یا بیرون کشیده شدن آن از درون ملات بتن شکست در سازه بتن ایجاد می گردد . از الیاف برگ نخل نیز می توان برای بهبود رفتار ملات سود جست . به طور کلی با توجه به اینکه الیاف گیاهی در تماس با رطوبت پایداری حجمی ندارند ، لذا لازم است تا قبل از استفاده از هر گونه الیاف گیاهی در ملات و بتن ، قابلیت جذب آن الیاف با اندود موادی از جمله سیمان روی سطح آنها محدود گردد. خصوصیات مربوط به برخی از الیاف در جدول 1 آورده شده است .

الیاف مصنوعی

در اوایل قرن بیستم با شکوفایی صنعت پتروشیمی ، ساخت انواع مختلف الیاف مصنوعی آغاز شد . برخی از این الیاف در صنایع مختلف از جمله پارچه بافی ( شامل ترویرا ، نایلن و کولار در ساخت جلیقه ضد گلوله ) و نیز جهت مسلح کردن و مقاوم نمودن برخی قطعات در صنایع اتومبیل و هواپیما سازی استفاده می شود . همچنین در مقاوم نمودن کاغذ های کافت از این گونه الیاف استفاده می شود . از دیگر محصولات صنعت پتروشیمی الیاف کربن و پلی پروپیلین می باشد که از الیاف کربن عمدتاً در کشور کانادا ، ژاپن و آمریکا و از الیاف پلی پروپیلین در کشور های مختلف استفاده می شود . از الیاف مصنوعی با مقاومت بالا نیز به همراه .یک رزین به هم چسبیده برای ساخت ارماتور های پلاستیکی با الیاف ( FRP ) استفاده به عمل می آید . در ساخت بتن از الیاف شیشه که به طور دسته ای ( هر دسته از چند صد رشته تشکیل شده است ) می باشد . استفاده زیادی می شود . استفاده از الیاف شیشه در ژاپن بیش از هر کشور دیگری است . تردی شیشه ، روش خاص و دقیقی را جهت ساخت و تراکم مخلوط بتن می طلبد .

از الیاف آزبست ، بتن سیمان از بست با نرمی مناسب تهیه می شود که در ساخت لوله ها و سقف با دهانه کم و غیره استفاده می شود . اگر چه از تولیدات سیمان – آزبست به طور گذشته ای در گذشته استفاده می شده است ، لیکن به علت خطرات ناشی از استنشاق الیاف آزبست ، به طور سریعی با دیگر کامپوزیت های پایه سیمان جایگزین شده اند .

الیاف فلزی

الیاف فلزی مورد استفاده در بتن عمدتاً از جنس فولاد و در برخی موارد از جنس مس می باشند . الیاف فولادی برای اولین بار در کشور آمریکا و در سال 1362 توسط رومالدی به ثبت رسید . اگر چه الیاف شیشه ، کربن ، پلی پروپیلین کاربرد های فراوانی دارندلیکن بیشترین کاربرد را الیاف فولادی نسبت به سایر الیاف دارند . این به سه دلیل است . اول اینکه الیاف فولادی بالا ترین افزایش را در مقاومت و شکل پذیری بتن را ایجاد می کنند . دوم اینکه به شکل ظاهری گوناگون جهت بهبود رفتار بتن قابل ساخت هستند و سوم اینکه اختلاط آنها با دیگر مواد بتن به سهولت انجام پذیر است و این الیاف به اشکال مختلف جهت ایجاد پیوند بهینه بین لیف و ملات بتن ساخته می شوند . ( شکل 1 ) این الیاف با مقاومت کششی نسبتاً بالا در شکل های مختلف به صورت های مستقیم و مستقیم قلابدار ، مستقیم دم پهن ، دندانه ای ، با انتهای برآمده ، پیچیده قلابدار ، و یا مقطع متغیر تولید می شود . سطح مقطع آنها معمولاً گرد ، مستطیل ، نیم گرد ، بی قائده و یا متغیر می باشد .

 برای بیان هندسه آنها از یک مقدار عددی به نام نسبت طول به قطر Aspect Ratio   که عبارت است از نسبت طول الیاف به قطر معادل مقطع استفاده می شود . این نسبت لازم است دارای مقدار معینی باشد تا اینکه نرمی بهینه ای با حفظ مقاومت کششی در بتن به وجود آورد . محدودیت های مربوط به نسبت طول به قطر در مورد کلیه الیاف باید در نظر گرفته شود . نسبت طول به قطر بهینه در اکثر الیاف حدود 50 الی 100 است .

خصوصیات مربوط به انواع الیاف مصنوعی و فولادی در جدول 2 ارائه شده است.  از جدول مشاهده می گردد که بالا ترین مقاومت کششی مربوط به الیاف کولار است . لیکه نبه علت قیمت بسیار بالا ، از ان در بتن استفاده نشده است . پس از آن الیاف شیشه ، کربن و فولاد آزبست دارای مقاومت کششی بالایی هستند . در انتخاب نوع الیاف ، مدول الاستیسیته و کرنش شکست نیز حائز اهمیت می باشند . به عنوان مثال اگر چه کرنش شکست الیاف کربن بسیار پائین است ( حدود 5/1 تا 5/0 درصد ) لیکن به جهت مدول الاستیسیته  بالا استفاده از آن در بتن مناسب است . همچنین از الیاف پلی پروپلین با مدول الاستیسیته بسیار پائین ، با توجه به کرنش شکست بسیار بالا ( 18-8 درصد ) از آن در بتن استفاده زیاد می شود . الیاف فولادی با مدول الاستیسیته و کرنش شکست بالا و بویژه با توجه به قابلیت شکل گیری مناسب و مقاومت کششی بالا از جمله مناسب ترین و اقتصادی ترین نوع الیاف به حساب می آید . در حال حاضر ، در درجه اول از الیاف فولادی و سپس از الیاف پلی پروپلین ، شیشه و کربن به نحو قابل توجهی در بتن استفاده بعمل  می آید . الیاف کربن نسبت به الیاف پلی پروپلین و شیشه گران قیمت تر است .

طرح اختلاط و ساخت بتن الیافی

معمولاً بتن مسلح به الیاف فولادی همانند بتن ساده ریخته و تحکیم می شود . درصد بهینه الیاف به صورت حجمی بین 5/0 تا 0/2 ، با توجه به مقاومت و کارآیی بتن می باشد . روش بتن پاشی با الیاف به ویژه برای لایه های نازک کاربرد های فراوانی دارد . بتن پاشی با الیاف به دو صورت خشک یا تر انجام می شود . در روش خشک مخلوط خشک بتن ، الیاف و آب درست قبل از بیرون آمدن از نازل پاشیدن مخلوط می شوند . در روش تر باید توجه کافی جهت پخش یکنواخت الیاف به عمل آید . همچنین باید به طرح اختلاط در این روش توجه بیشتری داشت تا مخلوط بتن الیافی قابل پاشیدن باشد . الیاف فولادی تا 2 درصد حجمی را در دو روش خشک یا تر می توان در بتن پاشی به کار برد .

روش طراحی مخلوط های بتن مسلح به الیاف فولادی ( SFRC ) اساساً شبیه به طراحی بتن ساده است . با این وجود باید برخی ملاحضات برای پخش یکنواخت الیاف و جلوگیری از جدا شدگی یا پدیده گلوله ای شدن و ایجاد یک مخلوط کارا جهت ریختن ، تحکیم و پرداخت بتن به عمل آید . در فرآیند ساخت بتن الیافی باید از ایجاد پدیده گلوله ای شدن جلوگیری به عمل آید . در این پدیده الیاف نزدیک به هم جدا شده ، سبب کاهش کارآیی مخلوط بتن و در نتیجه کاهش مقاومت و نرمی بتن و سخت شده می شود . شایان ذکر است که احتمال ایجاد این پدیده در بتن ساخته شده با الیاف مصنوعی ( از قبیل پلی پروپلین ، شیشه یا کربن ) بیشتر است . برای دست یابی به خمیر کافی برای اندود نمودن سطح الیاف و ایجاد کارآیی مناسب ، مقدار سیمان مصرفی باید بین 56-330 و با نسبت آب به سیمان 4/0 تا 6/0 باشد . اندازه بزرگترین درشت دانه می تواند حد اکثر mm 25 باشد و نسبت ریز دانه به درشت دانه 75/0 – 55/0 است . استفاده از افزودنی های هوا ساز و کاهنده آب برای ساخت مخلوط های SFRC   توصیه می شوند .

برای دست یابی به بتن مسلح به الیاف با ظرفیت کرنشی ، مقاوم در برابر ضربه ، با قابلیت جذب انرژی و مقاومت کششی بیشتر لازم است مخلوط بتن با توجه به نوع و میزان الیاف و مواد یاد شده ساخته شود . بتن مسلح به الیاف شیشه به دو طریق پاشیدنی و مخلوط شده از قبل ساخته می شوند . در روش پاشیدنی ملات ماسه ، سیمان و الیاف شیشه به طور همزمان از تفنگ پاش روی سطح قالب ریخته می شوند . این روش می تواند با توجه به پیش ساخته بودن قطعه و یا در جا بودن آن به صورت اتوماتیک یا دستی انجام گیرد .

لایه ها با ضخامت mm 6- 3 پاشیده می شوند . در روش مخلوط شده از قبل ، سیمان ، ماسه ، الیاف شیشه و آب با هم مخلوط شده به صورت ملات در می آید . و سپس ریختن ، قالب ریزی با فشار ، اکسترود کردن ، یا با قالب لرزان محصول نهایی ساخته می شود . معمولاً تا 5 درصد حجمی الیاف شیشه را می توان ، بدون ایجاد پدیده گلوله ای شدن با سیمان و ماسه به صورت خمیر ملات در آورد . مخلوط کردن باید به طور دقیق کنترل شود تا جلو آسیب گرفته شود . از روان ساز ها و روان ساز های اعلاء معمولاً به همراه الیاف شیشه یا حفظ نسبت آب به سیمان پائین استفاده می شود .

نحوه ساخت بتن مسلح به الیاف پلی پروپلین بستگی به شکل اتصال الیاف با هم دارد . نحوه ساخت به صورت پاشیدنی و یا ریختن دستی است . تا 6 درصد الیاف به صورت پاشیدنی و تا 11 درصد با مخلوط کردن الیاف بریده شده در ماتریس یا نسبت آب به سیمان بالا و سپس خارج کردن آب اضافی با مکش و فشار مورد استفاده قرار گرفته است . معمواً الیاف پلی پروپلین پس از مخلوط کردن کلیه اجزاء اضافه می شوند . الیاف کربن به ماتریس سیمانی به صورت دسته یا الیاف بریده شده تکی اضافه می شوند . الیاف دسته ای معمولاً در جهت های خاص برای ایجاد رفتار بهینه قرار داده می شوند . الیاف بریده شده تکی به صورت کلی هنگام مخلوط کردن اضافه شده و بنابراین به صورت تصادفی جهت داده می شوند . برای ایجاد مخلوط یکنواخت از مخلوط کردن های ویژه باید استفاده شود تا بتن مسلح به الیاف کربن CFRC بنحو مطلوبی ساخته شود .

برای ساختن بتن مسلح به الیاف گیاهی ، نسبت آب به سیمان باید به مقدار پائینی محدود شده و الیاف به ور یکنواخت پخش گردد . بهترین روش ساخت ، مخلوط کردن الیاف با ماتریس با آب نسبتاً بالا در ابتدا و سپس خارج کردن آب اضافی است . که بسیار معمول و موثر است و

پی سازی چند مرحله دارد :

1.  آزمایش زمین از لحاظ مقاومت

2.  پی کنی

3.   پی سازی

پی وسیله ای است که بار و فشار وارد از نقاط مختلف ساختمان و همچنین بارهای اضافی را به زمین منتقل می کند .

آزمایش زمین :

طبقه بندی زمین چند نوع است :

زمین هایی که با خاک ریزی دستی پر شده است :

این نوع زمین ها که عمق بیشتری دارند و با خاکهای دستی محل گودال ها را پر کرده اند اگر سالهای متمادی هم بگذرد باز نمی توان جای زمین طبیعی را بگیرد و این نوع زمین برای ساختمان مناسب نیست و باید پی کنی در آنها به طریقی انجام گیرد که پی ها به زمین طبیعی یا زمین سفت برسد .

زمینهای ماسه ای :

زمینهای ماسه ای بیشتر در کنار دریا وجود دارد . اگر زمین از ماسه خشک تشکیل شده باشد ، تا یک طبقه ساختمان را تحمل می کند و 1.5 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می توان فشار وارد آورد . ولی در صورتی که ماسه آبدار باشد قابل ساختمان نیست ، چون ماسه آبدار حالت لغزندگی دارد و قادر نیست که بار وارد را تحمل کند بنابراین ماسه از زیر پی می لغزد و جای خالی خود را به پی می دهد و پایه را خراب می کند .

زمینهای دجی :  

زمین دجی زمینی است که از شنهای درشت و ریز و خاک به هم فشرده تشکیل شده است و به رنگهای مختلف دیده می شود :دج زرد ، دج سیاه ، دج سرخ ، این نوع زمین ها برای ساختمان مرغوب و مناسب است .

زمینهای رسی :

اگر رس خشک و بی آب و فشرده باشد ، برای ساختمان زمین خوبی محسوب می شود ، و تحمل فشار لازم را دارد . ولی اگر رس آبدار و مرطوب باشد قابل استفاده نیست و تحمل فشار ندارد ، خصوصاً اگر ساختمان در زمین شیب دار روی رس آبدار ساخته شود فوری نشست می کند و جاهای مختلف آن ترک بر می دارد و خراب می شود . و اگر ساختمان در زمین آبدار با سطح افقی ساخته شود به علت وجود آب فشار را به همه نقاط اطراف خود منتقل می کند و دیوارهای کم ضخامت آن ترک بر می دارد .

زمینهای سنگی :

زمینهای سنگی بیشتر در دامنه کوهها وجود دارد و از تخته سنگها ی بزرگ تشکیل شده و برای ساختمان بسیار مناسب است .

زمینهای مخلوط :

این نوع زمینها از سنگ درشت و شن و خاک رس تشکیل شده اگر این مواد کاملا به هم فشرده باشند برای ساختمان بسیار مناسب است و اگر به هم فشرده نباشد و باید از ایجاد ساختمان به روی این نوع زمینها احتراز کرد .

زمینهای بی فایده :

زمینهای بی فایده مانند باتلاق ها و زمینهای جنگل که از خاک و برگ درختان تشکیل شده است . در این نوع زمین ها باید زمین آنقدر کنده شود تا به زمین سفت و طبیعی برسد .

آزمایش زمین :

گاهی پس از پی کنی به طبقه ای از زمین محکم و سفت می رسند و پی سازی را شروع می کنند ولی پس از چندی ساختمان ترک بر می دارد . علت آن این است که زمین سفتی که به آن رسیده اند از طبقهُ نازکی بوده است و متوجه آن نشده اند ولی برای اطمینان در جاهای مختلف زمین می زنند تا از طبقات مختلف زمین آگاهی پیدا کنند و بعد شفته ریزی را شروع می کنند این عمل را در ساختمان گمانه زنی (سنداژ) می گویند .

امتحان مقاومت زمین :

یک صفحه بتنی 20*20*20 یا 20*50*50 از بتن آرمه گرفته و روی آن به وسیلهُ گذاشتن تیرآهنها فشار وارد می آورند . وزن آهنها مشخص و سطح صفحه بتن هم مشخص است فقط یک خط کش به صفحه بتنی وصل می کنند و به وسیله میلیمترهای روی آن میزان فرورفتگی زمین را از سطح آزاد مشخص و اندازه گیری می کنند ولی اگر بخواهند ساختمانهای بسیار بزرگ بسازند باید زمین را بهتر آزمایش کنند . برای ای منظور با دستگاه فشار سنج زمین را اندازه گیری می کنند و آزمایش فوق برای ساختمانهای معمولی در کارگاه است .

پس از عملیات فوق پی کنی را آغاز میکنند و پس از پی کنی شفته ریزی شروع می شود .

توجه شود این عمل همان آزمایش بارگذاری صفحه است که در درس مهندسی پی جزء آزمایش های محلی و مهم محسوب میشود البته از آنجا که انجام عملیات مکانیک خاک برای ساختمانهای معمولی صرفه اقتصادی ندارد ، انجام این آزمایش در سازمانهای و اداره های دولتی و یا ساختمانهای بلند انجام می شود .

افقی کردن پی ها (تراز کردن) :

برای تراز کردن کف پی ساختمانها از تراز های آبی استفاده می کنند در دیوارهای طویل چون کار شمشه و تراز کردن وقت بیشتری لازم دارد ، برای صرفه جویی در وقت از سه T می توان استفاده کرد بدین معنی که T اول را با T دوم تراز می کنند و T سوم را در مسافت مسیر به طوری که سه T در یک ردیف قرار بگیرد قرار می دهند از روی T اول و دوم که با هم برابر هستند T سوم را میزان و برابر می کنند و پس از آنکه T سوم برابر شد T اول را بر می دارند و به فاصله بیشتری بعد از T سوم قرار می دهند ، دوباره T دوم و سوم را با T چهارم که همان T اول می باشد برابر می کنند و دنباله این ترازها را تا خاتمه محل کار ادامه می دهند .

البته این طریق تراز کردن بیشتر در جاده سازی و زمین های پهناور به کار می رود .

شفته ریزی :

کف پی ها باید کاملا افقی و زاویهُ کف پی نسبت به دیوار پی باید 90 درجه باشد . اول کف پی را باید آب پاشید ، تا مرطوب شود و واسطهای بین زمین و شفته وجود نداشته باشد ، و سپس شفته را داخل آن ریخت .

شفته عبارت است از خاک و شن و آهک که به نسبت 200 تا 250 کیلوگرم گرد آهک را در متر مکعب خاک مخلوط می کنند و گاهی هم در محلهایی که احتیاج باشد پاره سنگ به آن می افزایند . شفته را در پی می ریزند و پس از اینکه ارتفاع شفته به 30 سانتیمتر رسید آن را در یک سطح افقی هموار می کنند و یک روز آن را به حالت خود می گذارند تا دو شود یعنی آب آن یا در زمین فرو  رود و یا تبخیر گردد .

پس از اینکه شفته دو نم شد آن را با وزنهُ سنگینی می کوبند که به آن تخماق میگویند و پس از اینکه خوب کوبیده شد دوباره شفته را به ارتفاع 30 سانتیمتر شروع می کنند و عمل اول را انجام می دهند . تکرار این عمل تا پر شدن پی ادامه دارد .

در ساختمان ها که معمولاً در گود یا پی کنی عمل تراز کردن انجام میگیرد محل کار در پی که پیچ و خم زیادی دارد و تراز کردن با شمشه و تراز مشکل می باشد از تراز شلنگی استفاده می کنند . بدین ترتیب یک شلنگ چندین متری را پر از آب می کنند به طوری که هیچ گونه حباب هوایی در آن نباشد و آن را در پی محل هایی که باید تراز گردد به گردش در می آورند و نقاط معین شده را با هم تراز می کنند . آب چون در لوله هایی که به هم ارتباط دارند در یک سطح می ماند بنابراین چون شلنگ پر از آب می باشد در هر کجا که شلنگ را به حرکت در آورند آب دو لوله استوانه ای در یک سطح می باشد بنابراین دو نقطه مزبور با هم تراز می باشند بشرط آنکه مواظبت کنیم که شلنگ در وسط بهم گره خوردگی یا پیچش پیدا نکرده باشد تا باعث قطع ارتباط سیال شود که دیگر نمی توان در تراز بودن آنها مطمئن بود .

تراز کردن گاهی بوسیله دوربین نقشه بر داری (نیو) انجام می گیرد یعنی محلی را در ساختمان تعیین نموده دوربین را در محل تعیین شده نصب می کنند و با میر ( تخته های اندازه گیری ارتفاع در نقشه برداری )  یا ژالون ( چوب های نیزه ای یا آهنی که هر 50 سانتیمتر آنرا به رنگهای سفید و قرمز رنگ کرده اند که از پشت دوربین بخوبی دیده بشود ) اندازه گرفته و تراز یابی می کنند . تراز کردن با دوربین بهترین نوع تراز یابی می باشد .

در زمین هایی مانند زمین های شهر کرمان از آنجایی که از زمانهای قبل قنواتی وجود داشته و بتدریج آب آنها خشک شده در زیر زمین وجود داشته و بعد از مدتی بدون رعایت مسائل زیر سازی درون آنها خاک ریخته اند و برای شهر سازی و خیابان کشی که سطح خیابان ها را بالا می آورده اند و به ظاهر در سطح زمین و حتی در عمق های 3 تا 4 متری اثری از آنها نیست اگر سازه ای روی این زمین بنا شود پس از مدتی و بسته به عمق قنات و شرایط جوی مثلاً بعد از آمدن یک باران سازه نشست می کند و در بسیاری از مواقع حتی تا 100 درصد خسارت می بیند و دیگر قابل استفاده نیست اگر در چنین ساختمان هایی از شفته آهک استفاده شود باعث تثبیت خاک می شود و بروز نشست در ساختمان جلوگیری می کند .

پی سازی :

بعد از اینکه عمل پی کنی به پایان رسید را باید با مصالح مناسب بسازند تا به سطح زمین رسیده و قابل قبول برای هر گونه بنا باشد مصالحی که در پی بکار میرود باید قابلیت تحمل فشار مصالح بعدی را داشته باشد و ضمناً چسبندگی مصالح نسبت به یکدیگر به اندازه ای باشد که بتوانند در مقابل بارهای بعدی تحمل کند و فشار را یکنواخت به تمام پی ها انتقال دهد چون هرچه ساختمان بزرگتر باشد فشارهای وارده زیادتر بوده و مصالحی که در پی بکار می رود باید متناسب با مصالح بعدی باشد .

پی سازی را با چند نوع مصالح انجام می دهند مصالحی که در پی بکار می رود عبارتند از شفته آهکی ، پی سازی با سنگ ، پی سازی با بتن ، پی سازی با بتن مسلح .

پی سازی با سنگ :

پس از اینکه عمل پی کنی به پایان رسید پی سازی با سنگ باید از دیوارهایی که روی آن بنا میگردد وسیع تر بوده و از هر طرف دیوار حداقل 15 سانتیمتر گسترش داشته باشد یعنی از دو طرف دیوار 30 سانتیمتر پهن تر می باشد که دیواری را رد وسط آن بنا می کنند ، پی سازی با سنگ با دو نوع ملات انجام می شود چنانچه بار و فشار بعدی زیاد نباشد ملات سنگها را از ملات گل و آهک چنانچه فشار و بار زیاد باشد ملات سنگ را از ملات ماسه و سیمان استفاده می کنند اول کف پی را ملات ریزی نموده و سنگها را پهلوی یکدیگر قرار میدهند و لابِلای سنگ را با ملات ماسه و سیمان پر میکنند (غوطه ای) به طوری که هیچ منفذ و سوراخی در داخل پی وجود نداشته باشد و عمل پهن کردن ملات و سنگ چینی تا خاتمه دیوار سازی ادامه پیدا می کند .

پی سازی با بتن :

پس از اینکه کار پی کنی به پایان رسید کف پی را به اندازه تقریبی 10 سانتیمتر بتن کم سیمان بنام بتن مِگر می ریزند که سطح خاک و بتن اصلی را از هم جدا کند روی بتن مگر قالب بندی داخل پی را با تخته انجام میدهند همانطور که در بالا گفته شد عمل قالب بندی وسیع تر از سطح زیر دیوار نقشه انجام میگیرد تمام قالب ها که آماده شد بتن ساخته شده را داخل قالب نموده و خوب می کوبند و یا با ویبراتور به آن لرزش وارد آورده تا خلل و فرج آن پر شود و چنانچه بتن مسلح باشد ، داخل قالب را با میله های گرد آرماتور بندی و بعد از آهن بندی داخل قالب را با بتن پر میکنند .

بتن ریزی در پی و آرماتور داخل آن به نسبت وسعت پی برای ساختمان های بزرگ قابلیت تحمل فشار هر گونه را میتواند داشته باشد و بصورت کلافی بهم پیوسته فشار ساختمان را به تمام نقاط زمین منتقل می کند و از شکست و ترک های احتمالی جلو گیری بعمل می آورد .

پی سازی و پی کنی با هم :

در بعضی مواقع ممکن است زمین سست بوده و پی کنی بطور یکدفعه نتواند انجام پذیرد و اگر بخواهیم داخل تمام پی ها را قالب بندی کنیم مقرون به صرفه نباشد در این موقع قسمتی از پی را کنده و با تخته و چوب قالب بندی نموده شفته ریزی می کنیم پس از اینکه شفته کمی خود را گرفت یعنی آب آن تبخیر و یا در زمین فرو رفت و دونم شد پی کنی قسمت بعدی را شروع نموده و با همان تخته ها ، قالب بندی می کنیم بطوریکه شفته اول خشک نشده باشد و بتواند با شفته اول خشک نشده باشد و بتواند با شفته بعد خودگیری خود را انجام داده و بچسبد  این نوع پی سازی معمولاً در زمین های نرم و باتلاقی ، خاک دستی و ماسه آبدار عمل میگردد .

پی کنی در زمین های سست :

در زمین های سست و خاک دستی اگر بخواهیم ساختمانی بنا کنیم باید اول محل پی ها را به زمین سفت رسانیده و پس از اطمینان کامل ساختمان را بنا نماییم زیرا ساختمان که روی این زمین ها مطابق معمول و یا در زمین سست بنا گردد . پس از چندی یا در همان موقع ساخته شدن باعث ترک ها و خرابی ساختمان میگردد . بنابراین شفته ریزی از روی زمین سفت باید انجام گیرد و برای اینکار بشرح زیر عمل می نمائیم :

پی کنی در زمین های خاک دستی و سست :

پس از پیاده کردن اصل نقشه روی زمین محل پی های اصلی و یا در تقاطع پی ها که فشار پایه ها روی آن می باشد چاه هائی حفر میشود ، عمق این چاهها به قدری می باشد تا به زمین سفت و سخت برسد بعداً محل چاه ها را با شفته آهکی پر کرده و پس از پر کردن چاه ها و خودگیری شفته ، پی ها را به طریقه معمول روی شفته چاه ها شفته ریزی میکنند ، شفته ها به صورت کلافی می باشند که زیر آنها را تعدادی از ستون های شفته ای نگهداری میکند و از فرو ریختن آن جلوگیری می نمایند البته باید سعی کرد که فاصله ستون های شفته ای نباید بیش از سه متر طول باشد .

خاصیت چاه ها بدین طریق می باشد که شفته پس از خودگیری مانند ستونهایی است که زیر زمین بنا شده است و شفته روی آن مانند کلافی پایه را به یکدیگر متصل می کنند برای مقاومت بیشتر در ساختمان پس از اینکه آجر کاری پایه ها را شروع نمودیم ما بین پایه ها را مطابق شکل  با قوسهایی به یکدیگر متصل میکنند تا پایه ها عمل فشار به اطراف خود را خنثی نموده و فشار خود را در محل اصلی خود یعنی در محلی که شفته ریزی آن به زمین بِکر رسیده متصل میکند .

گاهی اتفاق می افتد که در ساختمان در محل بنای یکی از پایه ها چاه های قدیمی وجود دارد و بقیه زمین سخت بوده و مقاومت به حد کافی برای ساختن ساختمان روی آنرا دارد برای اینکه براحتی بتوان پایه را در محل خود ساخت و محل آن را تغییر نداد چاه را پس از لای روبی (پاک کردن ) با شفته آهک پر مینماییم موقعیکه شفته خودگیری خود را انجام داد روی آنرا یک قوس آجری ساخته و در محل انتهای کمان پایه را بنا میکنیم که فشار دیوار با اطراف چاه منتقل گردد .

در بعضی مواقع چاه کنی در این گونه زمین ها خطرناک می باشد . زیرا زمین ریزش دارد و به کارگر صدمه وارد میاورد و در موقع کار ممکن است او را خفه کند برای جلوگیری از ریزش زمین باید از پلاکهای بتنی یا سفالی که در اصطلاح به آنها گَوَل (در شهرستانها گوم و غیره ) مینامند استفاده شود گَوَل های بتنی یک تکه و دو تکه ای و گول های سفالی یک تکه میباشد . گول های بتنی را بوسیله قالب می سازند و گول های سفالی بوسیله دست و گل رس ساخته شده و در کوره های آجری آن را می پزند تا بشکل سفالی در آید از این گول ها در قنات ها نیز استفاده میشود .

طریقه عمل :

مقداری از زمین که بصورت چاه کنده شده گول را بشکل استوانه ای ساخته میباشد داخل محل کنده شده نصب و عمل کندن را ادامه میدهند در این موقع دو حالت وجود دارد یا اینکه گول اولی که زیر آن در اثر کندن خالی شده براحتی پایین رفته گول دوم را نصب میکنیم یا اینکه گول اول در محل خود با فشار خاک که به اطراف آن آمده تنگ می افتد و نمی تواند محل خود را تغییر و یا پایین تر برود در این موقع از گول های دو تکه ای استفاده مینماییم نیمی را در محل خود نصب و جای آنرا محکم نموده و نصفه دوم را پس از کندن محل آن نصب می نماییم و عمل پی کنی را بدین طریق ادامه میدهیم .

پی کنی در زمین های سست مانند خندق هائی که خاک دستی در آنها ریخته شده است و مرور زمان هم اثری برای محکم شدن آن ندارد و یا زمین های باتلاقی و غیره ضروری می باشد .

زمین هائی که قسمت خاک ریزی شده در آنها به ارتفاع کم می باشد و یا باتلاقی بودن آن به عمق زیادی نرسد میتوان در این قبیل زمین ها پی کنی عمقی انجام داد و برای جلوگیری از ریزش خاک آنرا با تخته و چوب قالب بندی نموده تا به زمین سخت برسد .

البته قالب بندی در اینگونه زمین ها خالی از اشکال نمی باشد باید با منتهای دقت انجام گیرد پس از انجام کار قالب بندی شفته ریزی شروع میشود و چون تخته های قالب در طول قرار دارد میتوان پس از شفته ریزی تخته دوم را شروع کرد به همین منوال تمام پی ها را میتوان شفته ریزی کرد بدون اینکه تکه ای و یا تخته ای از قالب زیر شفته بماند .