حداقل دمای مجاز در زمان ساخت ، اختلاط و بتن ریزی در سازه های بتنی | حداقل دمای مجاز بتن

با كاهش دماي بتن، از ميزان سخت شدن و كسب مقاومت بتن كاسته مي‌شود و در دماي زير نقطه انجماد روند شيميايي سخت شدن بتن متوقف مي‌گردد. وقتي كه دماي محيط به كمتر از o C 5 مي‌رسد، نبايد بتن ريزي بدون اعمال تمهيدات ذكر شده در اين فصل، انجام پذيرد.

بتن‌ريزي در هواي سرد

با كاهش دماي بتن، از ميزان سخت شدن و كسب مقاومت بتن كاسته مي‌شود و در دماي زير نقطه انجماد روند شيميايي سخت شدن بتن متوقف مي‌گردد. وقتي كه دماي محيط به كمتر از  ^o C 5 مي‌رسد، نبايد بتن ريزي بدون اعمال تمهيدات ذكر شده در اين فصل، انجام پذيرد.

به طور كلي، در دماي كم، آهنگ كسب مقاومت بتن كاهش مي‌يابد و در نتيجه بتن تازه بايد در مقابل آثار مخرب يخبندان محافظت گردد. در مواردي كه بتن در چند ساعت اول بعد از بتن‌ريزي و  يا قبل از آنكه مقاومت نمونه استوانه‌اي بتن به MPa 5/3 برسد، و در معرض يخبندان قرار ‌گيرد، مقاومت نهايي بتن ممكن است تا 50 درصد كاهش يابد و بتن دچار آسيب ديدگي جدي گردد. اگر بتن در دمايي كمتر از ^oC 5+  قرار گيرد، فرآيند هيدراتاسيون بسيار كند شده و روند كسب مقاومت بتن عملاً متوقف مي‌گردد.

آب خالص در  صفر درجه يخ مي‌زند، اما آب در داخل بتن به علت وجود املاح مختلف، داراي نقطه انجماد كمتري است و زماني كه آب در بتن يخ مي‌زند، حجم آن حدود 9 درصد بيشتر مي‌گردد. از آنجايي كه انجماد بتن فرآيند تدريجي است، مقداري آب در منافذ مويين باقي مي‌ماند كه به علت افزايش حجم يخ، تحت فشار هيدروليك قرار مي‌گيرد. اين فشار اگر آزاد نگردد، سبب تنش كشش داخلي شده و در نتيجه سبب ترك خوردگي و خرابي بتن مي‌شود. با افزايش تعداد چرخه‌هاي يخ زدن و آب شدن، بر شدت خرابي بتن نيز اضافه مي‌گردد.

در صورتي كه شرايط هواي سرد طبق تعريف آيين ‌نامه “ آبا “ در كارگاه حاكم گردد، عمليات ساخت و ريختن بتن، بايد متوقف گردد مگر اينكه تمهيدات لازم انجام گردد. مهمترين نكته براي بتن‌ريزي در هواي سرد، ريختن و عمل‌آوري بتن در دماي بيش از  ^oC 5  (معمولاً بيش از ^oC 10) به صورت كافي و عدم ايجاد شوك‌هاي حرارتي است.

دماي بتن در هواي سرد

نه تنها بتن دراوايل سن بايد درمقابل يخبندان محفاظت گردد، بلكه بتن بايد قادر باشد تا طول عمر مفيد خود در مقابل چرخه‌هاي يخبندان و آب شدگي، مقاومت نمايد. براي آنكه از يخ زدگي بتن تازه جلوگيري شود، دماي بتن د رهنگام ريختن آن در حد مناسب، و توصيه شده باشد. جدول 1  حداقل دماي بتن در هنگام ريختن، عمل‌آوري و نگهداري آن را نشان مي‌دهد. همانطور كه در جدول مشاهده مي‌شود، دماي مناسب بتن با افزايش ضخامت ، كاهش مي‌يابد. زيرا با افزايش سطح مقطع بتن، افت حرارت حاصل از هيدراتاسيون كمتر خواهد بود.

اجزاي مخلوط بتن و شرايط آن

شرايط اجزاي مخلوط بتن، نقش مهمي در دماي بتن دارند كه اين شرايط در اين بخش شرح داده
شده اند :

سيمان  : مقدار  و نوع سيمان در سرعت كسب مقاومت بتن اثر دارد. بنابراين افزايش مقدار سيمان و يا استفاده از سيمان پرتلند نوع 3  (با مقاومت اوليه زياد) ، مناسب است، اما الزامي نمي‌باشد، و درصورت امكان  لازم است از سرد شدن سيمان در حد مقدور جلوگيري شود. به هر حال حرارت دادن به سيمان توصيه نمي‌شود.

جدول 1 :  دماي توصيه شده * بتن در مراحل مختلف ساخت، بتن‌ريزي و نگهداري

حداقل ابعاد مقطع				دماي هوا C º
بالاي mm 1800	mm1800-900	900-300 mm	كمتر از mm 300
حداقل دماي بتن درهنگام ريختن و نگهداري C º (1)				كمتر از  5
5	7	10	13
حداقل دماي بتن در هنگام اختلاط (2و3)				بالاي  1- 1- تا 18- كمتر از  18-
7 10 13	10 13 16	13 16 18	16 18 21

*) حداقل دماي مجاز بتن در هنگام ريختن و عمل آوري نبايد از C º 5+ كمتر باشد.

1) حداكثر دماي بتن در هنگام ريختن نبايد بيش از C º 11 بالاتر از اعداد مندرج در جدول باشد.

2) حداكثر دماي بتن پس از اختلاط  نبايد بيش از C º 8  بالاتر از اعداد مندرج در جدول باشد.

3) اعداد ارائه شده در اين قسمت با فرض حمل بتن به مدت يكساعت در تراك ميكسر چرخان بوده و براي مدت زمان حمل كمتر يا بيشتر مي‌توان اعدا فوق را به تناسب تغيير داد، اما توصيه مي‌شود دماي اختلاط از مقادير حداقل دماي بتن در هنگام ريختن كمتر نباشد.

سنگدانه‌ها : وقتي كه دماي هوا بيشتر از صفر درجه  است و درسنگدانه‌ها، يخ‌زدگي مشاهده نمي‌گردد مي‌توان با حرارت دادن آب مخلوط، دماي مورد نظر بتن را به دست آورد. براي دماي هواي كمتر از صفر درجه وقتي كه د رسنگدانه‌ها، يخ‌زدگي مشاهده مي‌شود، ممكن است  حرارت دادن به سنگدانه‌ها لازم باشد.

انتخاب روش مناسب براي حرارت دادن مصالح سنگي بستگي به امكانات و شرايط اقتصادي دارد. معمولاً از هواي گرم، آب گرم و بخار استفاده مي‌‌شود. به هر حال توصيه مي‌گردد در شرايط  هواي سرد به خصوص در طول شب، سنگدانه‌ها با پوشش مناسب پوشانده شوند، تا ضمن عدم جذب رطوبت ، يخ نزنند.

آب مخلوط : به طور كلي، آسانترين و ارزانترين روش افزايش دماي مخلوط بتن، افزايش دماي آب است. دماي آب بايد  كمتر از  C º 60  باشد، زيرا سبب گيرش ناگهاني و كلوخه شدن سيمان مي‌گردد و كارايي، مقاومت و دوام بتن را كاهش مي‌دهد. اگر لازم گردد از آب با دماي بيشتر از C º 60  استفاده گردد. توصيه مي‌شود كه در ابتدا آب با مصالح سنگي مخلوط گردد و سپس سيمان به مخلوط افزوده شود.

گرم كردن  آب مخلوط به گرم كردن سنگدانه ترجيح داده مي‌شود، گرم كردن آب آسانتر از مصالح ديگر است و از طرف ديگر، آب داراي گرماي ويژه حدود 5/4 ، تا پنج برابر گرماي ويژه سيمان و سنگدانه است. زيرا گرماي ويژه  آب Kcal/kg 1 است، در حالي كه ميانگين دماي ويژه سيمان و سنگدانه 22/0 Kcal/kg است. در دماي زير يخ‌زدگي، ضروري است كه غير از گرم كردن آب، سنگدانه به خصوص ماسه گرم گردد. اما در دماي بالاي يخ زدگي، فقط گرم كردن آب كفايت مي‌كند.

تعيين دماي بتن

براي تعيين دماي مخلوط بتن مي‌توان مستقيماً از حرارت سنج جيوه‌اي يا هر وسيله مناسب ديگر استفاده كرد. همچنين مي‌توان با استفاده از رابطه زير مقدار  دماي بتن را (بدون يخ) محاسبه نمود. از فرمول ذكر شده مي‌توان به طريق ديگري استفاده كرد. به اين صورت كه مي‌توان مقادير مختلف دماي اجزاي مخلوط به خصوص آب را در فرمول تقريبي زير جايگزين نمود تا مقدار مورد نظر بتن به دست آيد. بر اساس نتيجه به دست آمده، مشخص مي‌گردد كه دماي هر كدام از اجزاي مخلوط چه مقدار باشد.

كه در آن ta, tc, Tc و tw  به ترتيب، دماي بتن، سيمان، سنگدانه‌ها و آب است. A ، نسبت سنگدانه به سيمان و W نسبت به سيمان است. براي مثال، مخلوط بتن با سيمان به سنگدانه 1 به 6 (وزني) و نسبت آب به سيمان 6/0  و دماي سيمان سنگدانه‌ها به مقدار C º 2  و دماي آب C º 50، دماي بتن برابر است با :

همان طور كه ذكر شد، آب قادر است پنج برابر سيمان و سنگدانه‌ها، گرما را نگهداري كند و بنابراين آسانترين روش براي افزايش دماي بتن، گرم كردن آب است. همان طور كه در مثال مشاهده مي‌شود، آب با دماي C º 50،  دماي بتن را به C º 16  مي‌رساند، حتي اگر دماي اوليه سيمان و سنگدانه‌ها C º 2  باشد.

ماده افزودني حباب ساز

يكي ديگر از روشهاي جلوگيري از صدمه خوردن بتن ناشي از يخبندان و آب شدگي، استفاده از ماده افزودني حباب‌ ساز است. اين ماده محفاظت از بتن را در سن اوليه و همچنين در دوران بهره‌برداري  انجام مي‌دهد. حباب هوا كه بر اثر استفاده از ماده افزودني در بتن ايجاد مي‌گردد با حباب هواي ناخواسته كه در نتيجه تراكم نامطلوب بتن به وجود مي‌آيد، تفاوت دارد. خصوصيت حبابهاي حاصل از ماده افزودني از دو جنبه با خصوصيات حبابهاي ناخواسته، متفاوت است :

• حبابهاي حاصل از ماده افزودني بين 10 تا 1000 ميكرومتر و قطر حبابهاي ناخواسته بيش از 1000 ميكرومتر است.
• حبابهاي ماده افزودني به يكديگر ارتباط ندارند، در صورتي كه حبابهاي ناخواسته ممكن است به يكديگر مربوط باشند.
• وجود حبابهاي هوا در بتن سبب مي‌گردد تا فضاي كافي براي انبساط يخ در بتن ايجاد گردد و درنتيجه از ترك خوردگي وخرابي بتن جلوگيري مي‌شود. ماده افزودني حباب ساز باعث افزايش كارايي بتن نيز مي‌شود. در نتيجه مي‌توان با ثابت نگه داشتن اسلامپ، مقدار آب مخلوط را كاهش داد.

ماده افزودني زودگير كننده

 مواد افزودني زود گير كننده كه به غلط در بازار به مواد ضد يخ بتن يا سيمان ناميده مي‌شود، مي‌تواند سرعت هيدراتاسيون در بتن را افزايش داده و در طول مدت كمتر، مقاومت بيشتري راكسب نمايد، به شرط آنكه دماي مناسب (بالاتر از  C º 5+) فراهم شده باشد. با مصرف اين مواد به ميزان توصيه شده عملاً تغيير چشمگيري در نقطه انجماد آب حاصل نمي‌گردد و بتن مصون از يخ زدن نمي‌باشد. بنابراين نبايد تصور كرد كه مصرف اين مواد جايگزين روش توصيه شده براي ساخت بتن و ريختن و عمل آوري آن مي‌گردد. همچنين بايد متذكر شد كه مصرف مواد افزودني زودگير كننده مانند مصرف سيمان پرتلند نوع 3 و مصرف سيمان بيشتر (kg/m³  50) كاملاً اختياري مي‌باشد و بدين ترتيب زمان عمل آوري براي جلوگيري از خسارت ناشي از يخبندان زود هنگام و دستيابي به مقاومت بيشتر در مدت كوتاه‌تر كاملاً مفيد است. مسلماً بايد از موادي استفاده نمود كه منطبق با استانداردهاي معتبر بوده، و در مقاومت‌هاي دراز مدت و دوام بتن اثر نامطلوب بيش از حد مجاز باقي نگذارد، بنابراين قبل از مصرف هر نوع ماده افزودني بايد از عملكرد مناسب آن (با  آزمايش) اطمينان حاصل نمود.

مخلوط كردن وانتقال بتن

پس از مخلوط كردن بتن، نبايد دماي آن كمتر از  اعداد جدول 1  باشد. مسلماً در هنگام اختلاط بتن با توجه به نوع وسيله حمل ، مدت حمل و ميزان محموله، اتلاف دما خواهيم داشت. بنابراين در جدول 1، توصيه شده است كه دماي پس از اختلاط تا حدودي بيش از حداقل دماي بتن ريزي باشد. بديهي است كه بايد سعي شود حمل  و ريختن بتن  تا حد امكان به سرعت انجام گيرد. همچنين در طول حمل بتن با تراك ميكسر از چرخشهاي بي مورد و زياد از حد خودداري گردد.

بتن‌ريزي

مخلوط بتن بايد در مدت كوتاه جايدهي گردد، در غير اين صورت افت دما زياد خواهد بود. دماي مورد نياز بتن پس از جايدهي بستگي به حجم آن دارد. توصيه مي‌گردد كه در صورت امكان در بتن‌ريزي هواي سرد از لايه‌هاي ضخيم تر در هنگام بتن ريزي استفاده شود.

وسايل كار

تمام وسايل كار، مانند جامها و فرغونها بايد در هنگام عمليات بتن‌ريزي، در مقابل يخ‌زدگي محفاظت شوند.

محفاظت پس از بتن ريزي

خطر جدي در زماني رخ مي‌دهد كه آب بتن تازه جايدهي شده يخ بزند. در چنين حالتي ممكن است بتن يخ زده با بتني كه گيرش معمولي دارد، اشتباه شده و عمل قالب برداري انجام گردد و در هنگام فرآيند آب شدن، امكان فروپاشي وجود دارد. براي  اجتناب از آن، در هيچ مورد نبايد دماي بتن در قالب كمتر از C º 5  باشد و تا زماني كه بتن سخت گردد، اين دما بايد حفظ شود. تحقيقات نشان مي‌دهد كه وقتي مقاومت نمونه استوانه‌اي به MPa 5  مي‌رسد، مقاومت لازم در مقابل آسيب ديدگي ناشي از يخ زدن را كسب كرده است. به طور كلي اگر براي 48 ساعت دماي بتن بيشتر از C º 5 حفظ شود، مقاومت مذكور را كسب مي‌كند. روشهاي مختلف محافظت بتن پس از جايدهي شامل پوشش مناسب يا حرارت دادن در فضاي مسدود است. اعضاي نازك بتن نياز به محفاظت طولاني مدت تري دارند، اما بتن‌هاي حجيم به خصوص در  سن اوليه نياز به محفاظت ندارند (به شرطي كه دماي هيدراتاسيون جبران كننده دماي بتن باشد). درهنگام هواي سرد بايد از عمل‌آوري با آب اجتناب و به روش عايقي (استفاده از پوشش براي جلوگيري از تبخير آب) اكتفا كرد. درعمل‌آوري حرارتي (پروراندن) نبايد خشك‌شدگي موضعي حاصل شود و گازهاي حاصل از سوزاندن مواد مختلف در تماس با بتن جوان و نارس قرار گيرد. استفاده از بخار آب در عمل‌آوري حرارتي امكان رطوبت رساني را فراهم مي‌آورد.