آشنایی با بتن ریزی در هوای گرم و سرد

بتن ریزی در هوای گرم و سرد

در این مقاله سعی داریم شما را با بتن ریزی در هوای گرم و سرد آشنا کنیم. با ما همراه باشید.

بتن ریزی در هوای گرما

هوای گرم موجب بروز مشکلاتی در ساخت، انتقال، پخش و عمل آوری بتن می شود و اثر نامطلوبی بر خواص و بهره برداری بتن خواهد داشت. هوای گرم از چهار عامل دمای زیاد هوا، رطوبت نسبی کم، سرعت باد و دمای بتن تشکیل می شود که در کیفیت بتن تازه یا ساخت شده موثر بوده و مشکلاتی را در خواص بتن بوجود می آورد. عواملی نظیر هوای گرم، وزش باد و رطوبت، روی ساختن، ریختن و عمل آوردن بتن اثر می گذارند. هر گاه دمای بتن از ۳۲ درجه سانتیگراد بیشتر باشد هوای گرم محسوب شده و باید برای اجرای کار تمهیدات خاصی اندیشیده شود. برای بتن ریزی در هوای گرم باید دمای محیط، دمای مصالح و بتن، اوضاع جوی، سرعت و جهش وزش باد، رطوبت نسبی محیط و سایر اطلاعات به طور روزانه، ثبت و در کارگاه جمع آوری گردد. بطور کلی بهتر است حتی الامکان از بتن ریزی در شرایط گرم، خودداری گردد. در چنین مواردی بهتر است به جای ساخت بتن و بتن ریزی در اواسط روز، در اوایل صبح و یا شب هنگام، بتن ریزی صورت پذیرد. هوای گرم آثار نامطلوبی را هم در بتن تازه و هم در بتن سخت شده ایجاد می نماید.

آثار نامطلوب هوای گرم در بتن تازه 

آثار نامطلوب هوای گرم در بتن تازه (خمیری) عبارتست از:

1. افزایش سرعت افت اسلامپ

2. تمایل به افزودن آب به مخلوط در کارگاه

3. افزایش سرعت گیرش بتن

4. احتمال افزایش ترک خوردگی پلاستیک

آثار نامطلوب هوای گرم در بتن در حالت سخت شده
 

آثار نامطلوب هوای گرم در بتن در حالت سخت شده عبارتست از:

1. در اثر افزایش مقدار آب مخلوط بتن مقاومت بتن کاهش می یابد.

2. احتمال ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی (از نوع خشک شدگی) افزایش می یابد.

3. به دلیل افزایش نسبت آب به سیمان دوام بتن کاهش می یابد.

4. نفوذپذیری بتن افزایش می یابد.

5. افزایش دمای بتن باعث کاهش مقاومت دراز مدت بتن می شود.

6. کاهش پیوستگی بین بتن و میلگرد به وجود می آید.

7. احتمال خوردگی میلگردها بتن در شرایط خورنده (به ویژه در سواحل جنوب کشور) افزایش می یابد.

8. نمای بتن دچار تغییر رنگ شده و ظاهر آن به دلایل مختلف از جمله ایجاد درز سرد، نامطلوب می گردد.

عوامل مهم در تسریع خسارات ناشی از هوای گرم

چه عواملی باعث تسریع خسارات ناشی از هوای گرم می گردند:

1. استفاده از سیمان های زودگیر یا با سرعت هیدراسیون زیاد

2. استفاده از مواد افزودنی شیمیایی زودگیر کننده و یا مواد افزودنی معدنی که در افزایش سرعت هیدراسیون موثر است (نظیر دوده سیلیسی)

3. به کارگیری نسبت های آب به سیمان کم و بتن های پر مقاومت با عیار سیمان زود

4. ساخت قطعات بتن مسلح نازک و پر میلگرد

5. استفاده از سیمان ها و یا مواد افزودنی انبساط زا

 
آشنایی با بتن ریزی در هوای سرد 

جمع شدگی خمیری

یکی از مهمترین آثار نامطلوب هوای گرم، احتمال ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری است. این نوع ترک ها به علت تبخیر سریع آب بتن رخ می دهد. به عبارت دیگر، چنانچه مقدار تبخیر بیشتر از مقدار آب آوری باشد، سبب ترک خوردگی می شود.

عواملی نظیر دمای هوا، رطوبت محیط، سرعت باد و دمای بتن، در مقدار تبخیر آب از سطح بتن اثر گذار هستند. چنانچه مقدار تبخیر آب از سطح بتن بیشتر از ۱ کیلوگرم بر مار مربع در ساعت باشد، احتمال ترک خوردگی بسیار زیاد خواهد بود به هر حال، وقتی مقدار تبخیر از حد ۰/۵ کیلوگرم بر متر مربع بیشتر می شود امکان پدیدار شدن ترک وجود دارد.

برای تخمین مقدار تبخیر زیاد به دانستن رطوبت نسبی محیط، دمای هوا، سرعت باد و دمای بتن است. با استفاده از رطوبت سنج ساده و دماسنج می توان رطوبت و دمای محیط و هم چنین دمای بتن را اندازه گیری کرد. برای تعیین سرعت وزش باد می توان از بروز پدیده های ساده ای همچون حرکت برگها، شاخه ها آن و سایر پدیده هایی که در اطراف مشاهده می شود کمک گرفت و سرعت باد را تختخمین زد.

برای تقسیم بندی براساس مشاهدات ظاهری محیط می توان موارد زیر را ذکر کرد:

سرعت باد تا ۱۰ کیلومتر در ساعت باعث حرکت برگها می شود.

سرعت باد تا ۲۰ کیلومتر در ساعت درختان کوچک را حرکت می دهد.

سرعت باد تا ۳۰ کیلومتر در ساعت سبب حرکت شاخه های بزرگ می شود.

مصالح تشکیل دهنده

1- سنگدانه

باید از گرم شدن سنگدانه ها جلوگیری گردد. بنابراین با انباشتن سنگدانه ها در زیر سایبان یا پوشاندن آنها با برزنت در برابر تابش مستقیم آفتاب، از گرم شدن سنگدانه جلوگیری شود. به هر حال در صورتی که سطح توده سنگدانه گرم شده باشد، می توان با کنار زدن لایه سطحی سنگدانه ها از قسمت های زیرین استفاده نمود.

2- سیمان

یکی از نکات بسیار مهم در هوای گرم، دمای سیمان به هنگام اختلاط است. بالا بودن دمای سیمان، دمای بتن را افزایش می دهد که این امر موجب تسریع عمل آبگیری، سخت شدن فوری، بالا رفتن نیاز به آب و نهایتاً آثار نامطلوب بر روی مقاومت و جمع شدگی خمیری بتن خواهد شد.

بنابراین تحت هیچ شرایطی نباید درجه حرارت سیمان هنگام اختلاط از ۷۷ درجه سانتیگراد تجاوز نماید. در هوای گرم باید از مصرف سیمان های گرم، نوع ۳ و مشابه آن خودداری شود.

سیمان نوع ۲ یا سیمان اصلاح شده در برابر حمله سولفات ها در بتن ریزی های حجیم (جسیم) و بتن ریزی در هوای گرم نیز به مصرف می رسد. توصیه می شود از مصرف سیمان با خاصیت زودگیری خودداری شود. برای مثال، سیمان های بسیار ریز (با سطح ویژه زیاد) خاصیت زودگیری دارند.

نباید از سیمان داغ استفاده شود، زیرا سیمان داغ در هنگام ساخت مخلوط سبب گیرش سریع و کلوخه شدن می گردد. بهتر است دمای سیمان به ۶۰ درجه محدود گردد. به کارگیری رنگ روشن و منعکس کننده نور خورشید برای سیلوها توصیه می شود. استفاده از سیلوهای فلزی دو جدار و یا عایق بندی سیلوها راه حل مناسبی برای پیشگیری از داغ شدن سیمان ها می باشد. نگهداری پاکت های سیمان در انبارهای سرپوشیده نیز توصیه می شود.

3- آب

آب مصرفی بتن نباید گرم باشد. گرم بودن آب علاوه بر بالا بردن درجه حرارت مخلوط بتن، باعث بالا رفتن مصرف آب می شود که این امر نهایتاً موجب کاهش مقاومت خواهد شد. با اضافه شدن هر ۱۰ درجه به حرارت آب، میزان اسلامپ ۲۰ تا ۲۵ میلیمتر کاهش می یابد و از این رو آب مصرفی باید کاملاً خنک بوده و در صورت لزوم توسط یخ خنک شود.

آب اختلاط باید در مخزن هایی واقع در زیرزمین نگهداری شود، اگر امکانات اجازه استفاده از منابع زیرزمینی را نمی دهد، باید منابع با رنگ سفید در مقابل نور خورشید محافظت شوند که برای کاهش دمای آب در منابع زمینی و یا هوایی، توصیه می شود از عایق بندی استفاده گردد.

4- مواد افزودنی

مواد افزودنی کندگیر کننده برای کاهش تاثیر هوای گرم بر گیرش بتن، گاهی اوقات برای طولانی کردن زمان گیرش در کارهای حجیم مانند سدهای بزرگ بتنی یا پمپ کردن بتن در فواصل زیاد یا حمل بتن آماده در مسافت های دور به کار می روند. چنانچه از فوق روان کننده استفاده می شود، بهتر است این ماده خاصیت زودگیر کننده نداشته باشد.

رعایت نکات زیر هنگام بتن ریزی در هوای گرم 

رعایت نکات زیر هنگام بتن ریزی در هوای گرم الزامیست:

1. هنگام بتن ریزی دمای هیچ قسمت از بتن نباید از ۳۰ درجه سلسیوس تجاوز نماید.

2. دمای محیط هنگام بتن ریزی نباید از ۳۸ درجه سلسیوس بیشتر باشد.

برای دست یافتن به بتنی خوب و پایا، عملیات بتن ریزی در دمای بتن بین ۲۴ تا ۳۸ درجه سیلسیوس انجام شود.

3. مصالح بتن خصوصاً مصالح سنگی نباید زیر تابش مستقیم آفتاب قرار گیرد.

4. وسایل، لوازم و تجهیزات تهیه، حمل و ساختن بتن نظیر مخلوط کنها، پمپها، تراک میکسرها، باید حتی الامکان سفید رنگ بوده و در جای خنک، نگهداری و نصب شوند و در صورت امکان با پوشش مناسب از تابش مستقیم آفتاب مصون باشند.

5. فاصله زمانی بین ساختن و ریختن بتن در قالب به حداقل ممکن کاهش یابد.

6. آبپاشی قالبها، آرماتورهای و بستر محل بتن ریزی، با آب خنک، همزمان و قبل از بتن ریزی صورت پذیرد.

7. محل بتن ریزی در حین اجرا از تابش مستقیم آفتاب مصون نگه داشته شود.

8. در فصل تابستان و روزهای گرم خصوصاً در مناطق جنوبی ایران توصیه می شود بتن ریزی در اواسط روز قطع و برنامه ریزی برای اوایل صبح و عصر، تنظیم و اجرا شود.

ساخت بتن

در ساخت بتن باید تمهیدات خاص به کار گرفته شود، تا دمای بتن کاهش یابد. موارد زیر به ساخت بتن با دمای کم موثر هستند:

در هوای گرم و خشک و یا نیمه مرطوب، آب پاشی متناوب بر روی توده سنگدانه ها موثر است، زیرا تبخیر آب از سطح ذرات به خنک شدن سنگدانه ها کمک می کند. به طور مسلم استفاده از آب خنک اثر بیشتری دارد. اما در هنگام استفاده از این سنگدانه ها باید دقت لازم را اعمال نمود چون تغییرات رطوبت سنگدانه ها در مقدار آب مخلوط اثر مهمی دارد و باید رطوبت سنگدانه ها در طرح مخلوط در نظر گرفته شود. مسلماً در شرایطی که هوا مرطوب باشد، آب پاشی بر روی سنگدانه منجر به تبخیر زود هنگام و کاهش دمای سنگدانه نمی گردد و کنترل نسبت آب به سیمان، بتن را دچار مشکلات جدی می کند. همچنین دستیابی به دمای مورد نظر، بتن را با استفاده از آب خنک و یا یخ به دلیل کم شدن آب مصرفی دشوارتر می سازد. قرار دادن سنگدانه های مرطوب در مسیر وزش باد برای افزایش تبخیر و کاهش دمای آن بویژه بر روی تسمه نقاله در مناطق خشک یا نیمه خشک کاملاً موثر است. ریختن آب خنک یا دمیدن هوای خنک بر سطح سنگدانه ها بویژه بر روی تسمه نقاله می تواند در کاهش دمای سنگدانه موثر باشد.

آسانترین روش کاهش دمای بتن، استفاده از آب سرد در ساخت بتن است. از طرف دیگر، دمای ویژه آب ۴/۵ تا ۵ برابر سیمان و سنگدانه است. برای مثال، در هنگام ساخت مخلوط بتن با ۳۳۶ کیلو سیمان، ۱۸۵۰ کیلو مصالح سنگی و ۱۷۰ کیلو آب در متر مکعب، با تغییر دادن ۲ درجه سیلسیوس در دمای آب، سبب تغییر دمای بتن به مقدار ۰/۵ درجه سیلسیوس می شود. به طور کلی برای کاهش دمای بتن، به مقدار C°1 باید از دمای مصالح سنگی در حدود C°2 و آب در حدود C°4 کاسته شود.

استفاده از یخ به عنوان جایگزین قسمتی از آب اختلاط (یا تمام آب اختلاط) در کاهش دمای بتن بسیار موثر است، زیرا وقتی یخ صفر درجه تبدیل به آب می شود، نیاز آن به انرژی حرارتی ۸۰ برابر حرارت مورد نیاز برای تغییر دمای آب به میزان C°1 می باشد. به عبارت دیگر، در هنگام ذوب شدن یخ، مقدار دمایی که جذب یخ می شود بسیار قابل توجه است. برای مثال، اگر نصف آب مخلوط با یخ صفر درجه جایگزین گردد، دمای بتن در هنگام ذوب شدن یخ به مقدار C°11 کاهش می یابد و از طرف دیگر، به کمک آب صفر درجه از دمای بتن در حدود C°4 کاسته می شود. بنابراین مجموع کاهش دمای بتن به طور تقریبی C°15 

می باشد. گاه در زمانی که تقاضای مصرف سیمان بیش از تولید آن می باشد سیمان های داغ به خریدار تحویل می گردد به نحوی که پس از حمل سیمان در هنگام تخلیه در سیلو، بدنه بونکر آنقدر داغ است که دست را می سوزاند. تقارن این ایام با فصول گرم سبب می شود که ساخت بتن با دمای مطلوب با مشکل بیشتری همراه گردد. لازم است از مصرف سیمان داغ تحویلی خودداری شود و با نگهداری سیمان در سیلو و افت دمای آن، ساخت بتن تداوم یابد.

تخمین دمای بتن

رابطه ارائه شده در زیر برای هر دو منظور، یعنی بتن ریزی در هوای گرم و بتن ریزی در هوای سرد کاربرد دارد.

نمادهای بکار رفته در این فرمول عبارتند از:

عدد ۰/۲۲ مقدار ظرفیت گرمایی سیمان و سنگدانه ها بر حسب Kcal/kg است و ظرفیت گرمایی آب معادل Kcal/kg1 منظور شده است.

T: دمای نهایی مخلوط بتن تازه بر حسب درجه سیلسیوس 

Tw , Ta , Ts , Tc : به ترتیب، دمای سیمان، ماسه، شن و آب

Ww , Wa , Ws , Wc: به ترتیب وزن سیمان، ماسه، شن خشک و آب برحسب کیلوگرم و Wws و Wwa وزن ماسه و شن مرطوب بر حسب کیلوگرم است.

چنانچه دمای سن یا ماسخ، زیر صفر باشد، رطوبت مصالح به صورت یخ ظاهر می شود. بنابراین گرمای نهان ذوب یخ برای آب کردن یخ باید به میزان فوق اضافه شود، در این صورت پارامترهای TaWwa و TsWws به ترتیب به فاکتورهای مصالح (80-Ts5/0) Wws ، (80-Ta5/0) Wwa بدل می شوند.

حمل و نقل (انتقال) بتن

در هنگام حمل و نقل بتن باید موارد زیر رعایت شود:

1- در هوای گرم، حمل و انتقال بتن باید سریعاً انجام پذیرد، زیرا تاخیر باعث کاهش اسلامپ و افزایش دمای بتن می گردد.

2- در هوای معمولی حداکثر زمان تخلیه برای کامیون حمل مخلوط (تراک میکسر) ۱/۵ ساعت یا حداکثر تعداد چرخش دیگ آن ۳۰۰ دور می باشد. اما در هنگام حمل بتن در هوای گرم این زمان باید کاهش یابد و حداکثر ۴۵ دقیقه تا ۱ ساعت باشد. به هر حال، چرخش زیاد تراک میکسر موجب تبادل زیاد حرارتی با محیط خواهد شد و به هیچ وجه توصیه نمی شود.

3- تمام ابزار و وسایل حمل بتن، مانند فرغون، قالبها و حتی میلگردها باید خنک شوند.

4- ماله کشی و پرداخت بتن باید بلافاصله پس از بتن ریزی انجام پذیرد.

کنترل دمای بتن پس از بتن ریزی

کنترل دمای بتن پس از بتن ریزی از دو جنبه حائز اهمیت است. همان طور که در بخش جمع شدگی خمیری ذکر گردید، کاهش دمای بتن در کاهش مقدار تبخیر و جلوگیری از ترک خوردگی، بسیار نقش مهمی دارد. از طرف دیگر، کنترل دمای بتن در کسب مقاومت مورد نظر اثر قابل توجهی دارد. در مواردی که بتن با نسبت کم آب به سیمان (کمتر از ۰/۴۵) مصرف می شود و یا از میکروسیلیس مخلوط استفاده می شود، به کار بردن تمهیدات زیر اهمیت بیشتری دارد، زیرا این نوع مخلوط ها مستعد ترک خوردگی بیشتری است.

1- روی سطح میلگرد، قالبها و سطح زمین باید آب پاشی شود (شکل ۲) تا دمای سطوح کاهش یابد، اما نباید بر روی سطوح مذکور، آب اضافی باقی بماند. مسلماً در هوای مرطوب به جهت کاهش تبخیر این عمل اثر مثبت چندانی نخواهد داشت مگر برای آب پاشی از آب خنک استفاده نماییم.

2- در حدود نیم ساعت پس از پرداخت سطح بتن، باید سطح بتن با پوشش نایلون پوشش داده شود. قرار دادن پوشش تا مدت ۴ تا ۵ ساعت ضروری است، اما باید اطمینان حاصل گردد که جریان هوا در زیر پوشش وجود دارد، در غیر این صورت، دمای بتن افزایش می یابد.

3- استفاده از سایبان در بالای سطح بتن در کاهش دمای بتن بسیار موثر است. زیرا از تابش مستقیم آفتاب بر سطح بتن جلوگیری می کند.

4- با ایجاد بادشکن به کمک چتایی یا حصیر می توان سرعت باد را کاهش داد. در هوای گرم و خشک چنانچه این بادشکن مرطوب گردد، دمای محیط را کاهش و رطوبت نسبی را افزایش می دهد، بنابراین پارامترهای مهم تبخیر شامل دمای هوا، رطوبت نسبی و سرعت باد همزمان موجب کاهش تبخیر شده، ضمن آنکه دمای بتن موجود افزایش نمی یابد.

5- بلافاصله پس از سخت شدن باید عمل آوری بتن آغاز گردد. در صورت امکان نباید از روش های عمل آوری عایقی استفاده شود (بویژه در مناطق خشک)، بلکه باید با استفاده از آب، عمل آوری را انجام داد. استفاده از گونی خیس نیز روشی مناسب برای عمل آوری محسوب می سود، اما گونی به طور مداوم باید خیس شود.

6- قال ها (بویژه قالب چوبی) به صورت عایق عمل می کنند و باعث عمل آوری بتن می شوند. در هوای گرم توصیه می شود، قالب ها سریع باز شوند و عمل آوری با آب انجام گیرد. در صورتی که امکان باز کردن کامل قالب ها وجود نداشته باشد، می توان آن را شل کرد و آب را به سطح بتن رساند. همچنین در صورت استفاده از قالب چوبی، می توان با آب پاشی بر روی قالب ها از تبخیر آب بتن جلوگیری نمود.

7- در صورتی که، بر سطح بتن پس از عملیات پرداخت، ترک ناشی از جمع شدگی خمیری بروز کند، 

می توان با تراکم مجدد سطح بتن، ترک ها را حذف کرد. اجرای عملیات تراکم پس از مشاهده ترکها نه تنها باعث حذف ترکها می شود، بلکه سبب افزایش سایشی لایه سطحی بتن می گردد. عملیات تراکم باید قبل از گیرش بتن انجام شود. در غیر این صورت، ساختار بتن تغییر می کند و کیفیت آن کاهش می یابد.

اختلاط مجدد بتن

در هوای گرم، بتن تازه ضمن حمل و قبل از آبگیری و گیرش اولیه، تمایل به سفت شدن دارد. بدین لحاظ تحت کنترل شدید می توان آب مورد نیاز بتن برای افزایش اسلامپ حداکثر به میزان ۲۵ میلیمتر را پس از رسیدن تراک میکسر به محل تخلیه، اضافه نمود. انجام این کار در صورتی مجاز است که نکات زیر مورد توجه قرار گیرند:

1- مقدار نسبت آب به سیمان از حداکثر مجاز تجاوز ننماید.

2- میزان اسلامپ از میزان تعیین شده به هیچ وجه تجاوز ننماید.

3- میزان گردش جام با سرعت هم زدن از مقادیر مجاز تعیین شده، تجاوز ننماید.

4- عمل اختلاط مجدد، حداقل به مدت نصف زمان یا نصف میزان دوره ای با سرعت اختلاط ادامه یابد.

بتن ریزی در هوای سرد

در کارهای بتنی، هوای سرد به شرایطی اطلاق می شود که بیش از سه روز متوالی، متوسط درجه حرارت روزانه از ۵ درجه سیلسیوس کمتر باشد. چنانچه بیش از نیمی از روز دمای محیط بالای ۱۰ درجه سیلسیوس باشد، هوا سرد تلقی نمی شود.

رعایت نکات زیر برای بتن ریزی در هوای سرد الزامی است.

به طور کی، در دمای کم، آهنگ کسب مقاومت بتن کاهش می یابد و در نتیجه بتن تازه باید در مقابل آثار مخرب یخبندان محافظت گردد. در مواردی که بتن در چند ساعت اول، بعد از بتن ریزی و یا قبل از آنکه مقاومت نمونه استوانه ای بتن به ۳/۵ MPaبرسد، در معرض یخبندان قرار گیرد، مقاومت نهایی بتن ممکن است تا ۵۰ درصد کاهش یابد و بتن دچار آسیب دیدگی جدی گردد. اگر بتن در دمپایی کمتر از C°5+ قرار گیرد، فرآیند هیدراتاسیون بسیار کند شده و روند کسب مقاومت بتن عملاً متوقف می گردد.

آب خالص در صفر درجه یخ میزند، اما آب در داخل بتن به علت وجود املاح مختلف، دارای نقطه انجماد کمتری است و زمانی که آب در بتن یخ می زند، حجم آن حدود ۹ درصد بیشتر می گردد. از آنجا که انجماد بتن فرآیند تدریجی است، مقداری آب در منافذ کویین باقی می ماند که به علت افزایش حجم یخ، تحت فشار هیدرولیک قرار می گیرد. این فشار اگر آزاد نگردد، سبب تنش کشش داخلی شده و در نتیجه سبب ترک خوردگی و خرابی بتن می شود. با افزایش تعداد چرخه های یخ زدن و آب شدن، بر شدت خرابی بتن نیز اضافه می گردد.

بتن در اوایل سن خود، نه تنها باید در مقابل یخبندان محافظت گردد، بلکه باید قادر باشد تا در طول عمر مفید خود در مقابل چرخه های یخ زدن و آب شدگی، مقاومت نماید. برای آنکه از یخ زدگی بتن تازه جلوگیری شود، دمای بتن در هنگام ریختن آن باید در حد مناسب و توصیه شده باشد. جدول (۱)، حداقل دمای بتن در هنگام ریختن، عمل آوری و نگهداری آن را نشان می دهد. همان طور که در جدول مشاهده می شود، دمای مناسب بتن با افزایش ضخامت، کاهش می یابد. زیرا با افزایش سطح مقطع بتن، افت حرارت حاصل از هیدراتاسیون کمتر خواهد بود.

جدول (۱) دمای توصیه شده بتن در مراحل مختلف ساخت، بتن ریزی و نگهداری

مصالح تشکیل دهنده

شرایط اجزای مخلوط بتن، نقش مهمی در دمای آن دارد که این شرایط در این بخش شرح داده است:

1- سنگدانه ها

وقتی که دمای هوا بیشتر از صفر درجه است و در سنگدانه ها، یخ زدگی مشاهده نمی گردد می توان با حرارت دادن آب مخلوط، دمای مورد نظر بتن را به دست آورد. برای دمای هوای کمتر از صفر درجه وقتی که در سنگدانه ها، یخ زدگی مشاهده می شود، ممکن است حرارت دادن به سنگدانه ها لازم باشد.

انتخاب روش مناسب برای حرارت دادن مصالح سنگی، بستگی به امکانات و شرایط اقتصادی دارد. معمولاً از هوای گرم، آب گرم و بخار استفاده می شود. به هر حال، توصیه می گردد که در شرایط هوای سرد به خصوص در طول شب، سنگدانه ها با پوشش مناسب پوشانده شوند، تا ضمن عدم جذب رطوبت، یخ نزنند.

2- سیمان

مقدار و نوع سیمان در سرعت کسب مقاومت بتن اثر دارد. بنابراین، افزایش مقدار سیمان و یا استفاده از سیمان پرتلند نوع ۳ (با مقاومت اولیه زیاد)، مناسب است، اما الزامی نمی باشد، و در صورت امکان لازم است از سرد شدن سیمان در حد مقدور جلوگیری شود.

3- آب مخلوط

به طور کلی، آسانترین و ارزانترین روش افزایش دمای مخلوط بتن، افزایش دمای آب است. دمای آب باید کمتر از C°۶۰ باشد، زیرا سبب گیرش ناگهانی و کلوخه شدن سیمان می گردد و کارایی، مقاومت و دوام بتن را کاهش می دهد. اگر لازم گردد می توان از آب با دمای بیشتر از C°۶۰ استفاده کرد. توصیه می شود که ابتدا با مصالح سنگی مخلوط گردد و سپس سیمان به مخلوط افزوده شود.

4- مواد افزودنی

الف: ماده افزودنی حباب ساز

یکی دیگر از روش های جلوگیری از صدمه خوردن بتن، ناشی از یخ زدن و آب شدگی، استفاده از ماده افزودنی حباب ساز است. این ماده محافظت از بتن را در سن اولیه و همچنین در دوران بهره برداری انجام می دهد. حباب هوا که بر اثر استفاده از ماده افزودنی در بتن ایجاد می گردد با حباب هوای ناخواسته که در نتیجه تراکم نامطلوب بتن به وجود می آید، تفاوت دارد. خصوصیت حبابهای حاصل از ماده افزودنی از دو جنبه با خصوصیات حبابهای ناخواسته، متفاوت است:

حبابهای حاصل از ماده افزودنی بین ۱۰ تا ۱۰۰۰ میکرومتر و قطر حبابهای ناخواسته بیش از ۱۰۰۰ میکرومتر است.

حبابهای ماده افزودنی با یکدیگر ارتباط دارند، در صورتی که حبابهای ناخواسته ممکن است با یکدیگر مربوط باشند.

وجود حبابهای هوا در بتن سبب می گردد تا فضای کافی برای انبساط یخ در بتن ایجاد گردد و در نتیجه از ترک خوردگی و خرابی بتن جلوگیری می شود. ماده افزودنی حباب ساز باعث افزایش کارایی بتن نیز می شود. در نتیجه می توان با ثابت نگه داشتن اسلامپ، مقدار آب مخلوط را کاهش داد.

ب: ماده افزودنی زودگیر کننده

مواد افزودنی زودگیر کننده که به غلط در بازار به مواد ضد یخ بتن یا سیمان نامیده می شود، می تواند سرعت هیدراتاسیون در بتن را افزایش داده و در طول مدت کمتر، مقاومت بیشتری را کسب نماید، به شرط آنکه دمای مناسب (بالاتر از C°5+) فراهم شده باشد. با مصرف این مواد به میزان توصیه شده عملاً تغییر چشمگیری در نقطه انجماد آب حاصل نمی گردد و بتن مصون از یخ زدن نمی باشد. بنابراین نباید تصور کد که مصرف این مواد جایگزین روش توصیه شده برای ساخت بتن و ریختن و عمل آوری آن می گردد.

مخلوط کردن و انتقال بتن

مخلوط کردن بتن، نباید دمای آن کمتر از اعداد جدول ۱ باشد. مسلماً در هنگام اختلاط بتن باتوجه به نوع وسیله حمل، مدت حمل و میزان محموله، اتلاف دما خواهیم داشت. بنابراین در جدول (۱) توصیه شده است که دمای پس از اختلاط تا حدودی بیش از حداقل دمای بتن ریزی باشد. بدیهی است که باید سعی کرد حمل و ریختن بتن تا حد امکان به سرعت انجام گیرد. همچنین در طول حمل بتن با تراک میکسر از چرخشهای بی مورد و زیاد از حد خودداری گردد.

ریختن بتن

مخلوط بتن باید در مدت کوتاه جای دهی گردد، در غیر این صورت، افت دما زیاد خواهد بود. دمای مورد نیاز بتن پس از جای دهی بستگی به حجم آن دارد. توصیه می گردد که در صورت امکان و هنگام بتن ریزی در هوای سرد از لایه های ضخیم تر استفاده شود. تمام وسایل کار، مانند جام ها و فرغونها باید در هنگام عملیات بتن ریزی، در مقابل یخ زدگی محافظت شوند.

حفاظت پس از بتن ریزی

خطر جدی در زمانی رخ می دهد که آب بتن تازه جای دهی شده یخ بزند. در چنین حالتی ممکن است بتن یخ زده با بتنی که گیرش معمولی دارد، اشتباه شده و عمل قالب برداری انجام گردد و در هنگام فرآیند آب شدن، امکان فروپاشی وجود دارد. برای اجتناب از آن، در هیچ مورد نباید دمای بتن در قالب کمتر از C°۵ باشد و تا زمانی که بتن سخت گردد، این دما باید حفظ شود. به طور کلی اگر برای ۴۸ ساعت دمای بتن بیشتر از C°۵ حفظ شود، مقاومت مذکور را کسب می کند. روشهای مختلف محافظت بتن، پس از جای دهی شامل پوشش مناسب یا حرارت دادن در فضای مسدود است. 

اعضای نازک بتن، نیاز به محافظت طولانی تری دارند، اما بتن های حجیم به خصوص در سن اولیه نیاز به محافظت ندارند (به شرطی که دمای هیدراتاسیون جبران کننده دمای بتن باشد). در هنگام هوای سرد باید از عمل آوری با آب اجتناب و به روش عایقی (استفاده از پوشش برای جلوگیری از تبخیر آب) اکتفا کرد. در عمل آوری حرارتی (پروراندن) نباید خشک شدگی موضعی حاصل شود و گازهای حاصل از سوزاندن مواد مختلف در تماس با بتن جوان و نارس قرار گیرد. استفاده از بخار آب در عمل آوری حرارتی امکان رطوبت رسانی را فراهم می آورد.

دمای بتن
کلینیک

1- توصیه می شود هنگام بتن ریزی، دمای هیچ قسمت از بتن تازه از ۱۰ درجه سیلسیوس کمتر نباشد، ولی به هر حال این دما نباید از ۵ درجه سیلسیوس به عنوان حداقل مجاز، کمتر شود.

2- در هوای سرد باید با گرم کردن مواد متشکله بتن، دمای مخلوط را به حد قابل قبول رسانید.

3- برای تهیه بتن در درجه حرارت زیر صفر، ابتدا باید قطعات یخ و مصالح یخ زده را از مصالح سنگی جدا و مصالح سنگی را تا بالای درجه و در صورت لزوم آب را تا ۶۰ درجه سیلسیوس گرم نمود.

4- در صورتی که مصالح سنگی خشک باشد، می توان ماسه را تا ۴۰ درجه سانتیگراد گرم کرد، در این حالت نیز آب نباید از ۶۰ درجه بیشتر گرم شود.

5- هنگامی که گرم کردن مصالح سنگی مشکل بوده و یا عملی نباشد، می توان با استفاده از آب گرم دمای مخلوط بتن را بالا برد.

6- تغییر سریع دمای سطح بتن پس از اتمام دوران حفاظت، باعث ایجاد ترک در سطوح خارجی خواهد شد. لذا باید در طول حداقل ۲۴ ساعت اولیه پس از اتمام دوران نگهداری بتن، تدابیر لازم را اتخاذ گردد.

7- دمای آب مصرفی باید یکنواخت و ثابت باشد تا تغییری در اسلامپ ساخت های مختلف بتن حادث نشود.

8- دمای نهایی مخلوط بتن از رابطه زیر محاسبه می شود: 

نمادهای بکار رفته در این فرمول عبارتند از:

T: دمای نهایی مخلوط بتن تازه بر حسب درجه سیلسیوس

Tw , Ta , Ts , Tc: به ترتیب، دمای سیمان، ماسه، شن و آب

Ww , Wa , Ws , Wc: به ترتیب، وزن سیمان، ماسه، شن خشک و آب بر حسب کیلوگرم و Wws و Wwa وزن ماسه و شن مرطوب بر حسب کیلوگرم است.

چنانچه دمای شن یا ماسه، زیر صفر باشد، رطوبت مصالح به صورت یخ ظاهر می شود. بنابراین گرمای نهان ذوب یخ برای آب کردن یخ باید به میزان فوق اضافه شود، در این صورت پارامترهای TaWwو TsWwsبه ترتیب به فاکتورهای مصالح (80-Ts5/0) Wws ، (80-Ta5/0) Wwa بدل می شوند.

9- پیش بینی های لازم، قبل و حین اجرای بتن ریزی، در هوای سرد به شرح زیر است:

شن، ماسه و آب مصرفی باید عاری از برف، یخ و مصالح یخ زده باشند.

قبل از اجرای بتن ریزی تمامی سطوح در تماس با بتن نظیر سطح قالب، آرماتورهای و کابلهای پیش تنیدگی باید عاری از برف و یخ زدگی بوده و حتی الامکان دارای دمای مخلوط بتن مورد نظر باشند.

از سیمانهای مخصوص زودگیر نظیر سیمان تیپ ۳ استفاده شود.

از پوشینه و قایقهای مناسب استفاده شود.

از طریق بالا بردن دمای محیط بتن ریزی و ایجاد بادشکن، مراقبت های لازم به عمل آید.

فاصله حمل بتن حتی الامکان کوتاه اختیار شود.

 
آشنایی با بتن ریزی در هوای گرم

برای دریافت اطلاعات بیشتر از مقالات زیر بازدید نمایید:

مراحل طرح اختلاط

شناخت افزودنی های شیمیایی بتن

کاهنده های آب و روان کننده های بتن

افزودنی های پر کاربرد و ویژه بتن

چه موادی می توان به بتن افزود؟

در بسیاری از موارد به راحتی می توان خواص سیمان های متداول را با یک ماده افزودنی و یا همان ماده اضافه ترکیب کرده و به جای سیمان خاص از آن استفاده کرد. در برخی از موارد، چنین ترکیبی تنها راه رسیدن تاثیر مطلوب است. شمار زیادی از این محصولات اختصاصی در بازار موجود هستند. تاثیر مطلوب این محصولات توسط سازنده آنها مشخص شده است، اما این امکان وجود دارد که برخی از این تاثیرات شناخته نشده باشد و از این رو اتخاذ یک روش احتیاطی از جمله آزمایش های عملکردی عاقلانه است. باید به این نکته توجه داشت که، اصطلاح ماده "مضاف" و "افزودنی" که اغلب به طور مترادف به کار می روند، در اصل با یکدیگر تفاوت دارند، اصطلاح مضاف به ماده ای اشاره می کند که در مرحله ساخت سیمان به سیمان اضافه شده است. در حالی که اصطلاح افزودنی به ماده ای اطلاق می شود که در مرحله اختلاط به بتن اضافه می شود.

علاوه بر این، عوامل حباب زا و هوازایی وجود دارند که هدف اصلی از استفاده آنها محافظت بتن در مقابل خرابی ناشی از تاثیرات مخرب یخ زدن و ذوب شدن است. مواد افزودنی شیمیایی اساساً شامل کاهنده های آب (روان کننده ها)، کندگیر کننده ها و زودگیر کننده های گیرش هستند که مطابق مشخصات فنی ASTMC494-05a، به ترتیب در انواع B, A و C رده بندی شده اند. رده بندی مواد شیمیایی در مشخصات فنی BS 5075-1: 1982، نیز اساساً مشابه مورد فوق است، اما مشخصات فنی BS EN 934-2: 2001، انواع بیشتری از مواد افزودنی را پوشش می دهد.

1- زودگیر کننده های بتن

زودگیر کننده ها مواد افزودنی هستند که روند سخت شدن یا توسعه مقاومت اولیه بتن را تسریع می کنند. این نوع ماده افزودنی الزاماً تاثیر مشخصی بر زمان گیرش یا (سفت شدن) ندارد. به هر حال، در عمل، مواد افزودنی که طبق مشخصات فنی ASTM C 494-05a و BS 5075-1:1982 در رده نوع A قرار گرفته اند، زمان گیرش را کاهش می دهند. به این نکته باید توجه شود که مواد افزودنی تسریع کننده گیرش (یا تندگیر کننده) نیز وجود دارند که مخصوصاً زمان گیرش را کاهش می دهند. سدیم کربنات (سودای شستشو)، نمونه ای از ماده افزودنی تندگیر کننده است که برای ایجاد گیرش آنی در شاتکریت استفاده می شود. اگر چه این ماده تاثیر نامطلوبی برمقاومت بتن دارد، اما کارهای تعمیرات فوری را امکان پذیر می سازد. سایر نمونه های مواد افزودنی تسریع کننده گیرش عبارت از آلومینیم کلرید، پتاسیم کربنات، سدیم فلوئورید، سدیم آلومینات و نمک های آهن هستند. از هیچ یک از این مواد نباید بدون مطالعه کامل در مورد تمامی پیامدهای آنها استفاده کرد.

اکنون به بررسی تسریع کننده ها باز می گردیم. متداول ترین این مواد، کلسیم کلرید (CaCl2) است که در اصل افزایش مقاومت اولیه بتن را تسریع می کند. در برخی مواقع از این ماده افزودنی در مواردی که بتن ریزی در دماهای پایین {2 تا 4 درجه سلسیوس (35 تا 40 درجه فارنهایت)} انجام می شود یا هنگامی که به کارهای تعمیراتی فوری نیاز است، استفاده می شود. دلیل این امر، افزایش نرخ توسعه حرارت هیدراسیون در ساعت های اولیه پس از اختلاط بتن است. احتمالاً کلسیم کلرید به عنوان یک کاتالیزور در هیدراسیون C3S و C2S عمل می کند یا درجه قلیایی محلول تولید شده از هیدراسیون سیلیکات ها را کاهش می دهد. این ماده، هیدراسیون C3A را تا حدی کاهش داده، اما فرآیند عادی هیدراسیون سیمان را تغییر نمی دهد.

کلسیم کلرید را می توان به سیمان یا پودر زودگیر بتن (نوع III) و همین طور به سیمان پرتلند معمولی (نوع I) اضافه کرد. هرچه نرخ طبیعی سخت شدن سیمان سریعتر باشد، اثر تسریع کننده بیشتر خواهد بود. به هر حال، کلسیم کلرید نباید همراه با سیمان پرآلومین استفاده شود. شکل 1 تاثیر کلسیم کلرید برمقاومت اولیه بتن های ساخته شده از انواع مختلف سیمان را نشان می دهد. باور عمومی بر این است که مقاومت بلند مدت تحت تاثیر این ماده افزودنی قرار نمی گیرد.

مقدار کلسیم اضافه شده به مخلوط باید به دقت کنترل شده باشد. برای محاسبه مقدار کلسیم کلرید مورد نیاز می توان فرض کرد که تاثیر اضافه کردن یک درصد کلسیم کلرید هیدراته نشده، CaCl2، (به عنوان بخشی از جرم سیمان) بر نرخ سخت شدن به اندازه 6 درجه سلسیوس (11 درجه فارنهایت) افزایش درجه حرارت است. در حالت کلی، 1 تا 2 درصد کلسیم کلرید کافی است.

شکل 1 تاثیر CaCl2 برمقاومت بتن های ساخته شده از انواع مختلف سیمان. سیمان پرتلند معمولی (نوع I)، سیمان اصلاح شده (نوع II)، سیمان پرتلند زودگیر (نوع III)، سیمان با حرارت زایی کم (نوع IV) و سیمان ضد سولفات (نوع V).

در صورتی می توان از مقدار بیشتر کلسیم کلرید استفاده کرد که مقدار مصرفی با یک سیمان واقعی آزمایش شود. باید توجه داشت که تاثیر کلسیم کلرید به یک درجه خاص از ترکیبات سیمان بستگی دارد. معمولاً کلسیم کلرید گیرش را تسریع کرده و میزان مصرف زیاد آن می تواند سبب گیرش آنی شود.

توزیع کلسیم کلرید به طور یکنواخت در کل مخلوط حائز اهمیت است. بهتر است، این ماده افزودنی در آّب اختلاط حل شود. تهیه محلول آبی غلیظ با استفاده از پولک های کلسیم کلرید برکلسیم کلرید دانه ای که به آهستگی حل می شود، ارجحیت دارد. پولک ها حاوی H2O2.CaCl2 هستند و 37/1 گرم پولک معادل با یک گرم CaCl2 می باشد.

مصرف کلسیم کلرید، پایداری سیمان در برابر حمله سولفاتی را خصوصاً در مخلوط های کم عیار کاهش می دهد. در حالی که احتمال واکنش قلیایی در مصالح سنگی افزایش می یابد. سایر تاثیرات نامطلوب اضافه کردن کلسیم کلرید عبارت از افزایش جمع شدگی و خزش و کاهش پایداری بتن حباب هوازایی شده در برابر یخ زدن و ذوب شدن در سنین بعدی است. اثر سودمند مصرف کلسیم کلرید، افزایش پایداری بتن در برابر فرسایش و سایش می باشد.

احتمال خطر خوردگی آرماتورها در اثر کلسیم کلرید مدت هاست که مورد بحث است. مطالعات نشان داده اند، زمانی که کلسیم کلرید به مقدار صحیح استفاده شود، در برخی از حالت های خاص سبب خوردگی می شود، در حالی که در موارد دیگر خوردگی اتفاق نمی افتد. احتمالاً این موضوع را می توان با توزیع غیر یکنواخت یون های کلرید و با مهاجرت یون های کلرید در بتن نفوذناپذیر و ورود رطوبت و اکسیژن به خصوص در شرایط آب و هوایی گرم توجیه کرد.

البته ما در اینجا در مورد کلسیم کلرید بحث می کنیم، در حالی آنچه به خوردگی مربوط است، یون کلرید Cl- می باشد. تمامی منابع یون از جمله سطح مصالح سنگی دریایی باید در نظر گرفته شوند. ممکن است، در یک گرم CaCl2، حدود 56/1 گرم یون کلرید وجود داشته باشد.

زمانی که بتن دائماً خشک است، به طوری که دارای هیچگونه رطوبتی نباشد، خوردگی نمی تواند اتفاق بیفتد، اما تحت سایر شرایط احتمال خوردگی آرماتورها وجود دارد و یک تهدید جدی برای سازه محسوب می شود. از این رو، استاندارد BS 8110-1: 1997، مقدار کل کلرید در بتن سازه ای را محدود کرده است. در ایالات متحده نیز، آیین نامه ACI 318R-05 محدودیت های مشابهی را برای مقدار مطلق کلرید توصیه کرده است. این حدود کم نیز شدیداً مصرف مواد افزودنی با پایه کلریدی را در بتن حاوی فلز تعبیه شده قدغن می کنند. استاندارد BS EN 934-2: 2001، تمامی مواد افزودنی را به داشتن حداکثر کلرید کل 1/0 درصد جرمسیمان ملزم کرده است.

اثر تسریع بدون خطر خوردگی را می توان با استفاده از سیمان های بسیار زودگیر یا مواد افزودنی عاری از کلرید به دست آورد. اغلب مواد افزودنی عاری از کلرید برپایه کلسیم فرمات هستند که اندکی اسیدی بوده و هیدراسیون سیمان را تسریع می کند. در برخی از مواقع کلسیم فرمات را با بازدارنده های خوردگی از قبیل کرومات ها، بنزوات ها و نیترات های محلول مخلوط می کنند. ماده افزودنی حاصل دارای تاثیر تسریع کننده بیشتری در دماهای کمتر از دمای اتاق هستند، اما قابلیت تسریع آن در هر دمایی از کلسیم کلرید کمتر است. تاثیر بلند مدت مواد افزودنی نوع کلسیم فرمات بر سایر خواص بتن هنوز کاملاً ارزیابی نشده است.

2-کندگیر کننده ها

کندگیر کننده ها مواد افزودنی هستند که زمان گیرش بتن که با روش آزمایش نفوذ سوزن ویکات اندازه گیری می شود، را به تاخیر می اندازند. چنین موادی در مشخصات فنی BS EN 934-2: 2001، و ASTM C 494-05a شرح داده شده اند

کندگیرکننده ها در بتن ریزی در هوای گرم که زمان گیرش عادی بتن در اثر دمای بالا کاهش می یابد، مفید هستند و از تشکیل درزهای سرد بین بتن ریزی های متوالی جلوگیری می کنند. به طور کلی، کندگیرکننده ها روند سخت شدن بتن را به تاخیر می اندازند. این خاصیت در ایجاد سطوح پرداخت کاری با سنگدانه های نمایان که جنبه معماری دارد، مفید می باشد.

عمل کندگیر شدن بتن با اضافه کردن شکر، مشتقات کربوهیدرات ها، نمک های روی محلول، جوهر بوره محلول و سایر مواد از این دست حاصل می شود. در عمل، بیشتر از کندگیرکننده هایی استفاده می شود که کاهنده آب نیز هستند. کاهنده های آب در بخش بعد توضیح داده می شوند. زمانی که مصرف کندگیرکننده ها به دقت کنترل می شود، اضافه کردن شکر به اندازه حدود 05/0 درصد جرم سیمان باعث تاخیر زمان گیرش به اندازه حدود 4 ساعت می شود. به هر حال، تاثیر واقعی شکر به ترکیبات شیمیایی سیمان بستگی دارد. عملکرد شکر و در واقع عملکرد هر نوع کندگیرکننده دیگری باید با مخلوط های آزمایشی که با مقدار واقعی سیمان مصرفی در اجرا ساخته شده اند، تعیین می شود. مقادیر زیاد شکر به طور مثال 2/0 تا 1 درصد جرم سیمان از گیرش سیمان جلوگیری می کند. این خاصیت شکر در هنگام درست کار نکردن مخلوط کن مفید است.

در صورتی که ماده افزودنی کندگیرکننده با تاخیر به مخلوط اضافه شود، زمان گیرش بتن افزایش می یابد. این تاثیر به خصوص در سیمان هایی با مقدار C3A هیدراته شده و ماده افزودنی را جذب نمی کند و در نتیجه ماده افزودنی برای واکنش با سیلیکات های کلسیم در دسترس قرار می گیرد.

مکانیزم عامل کندگیر کننده هنوز با قطعیت کامل شناخته نشده است. مواد افزودنی رشد بلورها یا نحوه شکل گیری آنها را به نحوی بهبود می دهند که مانع موثرتری برای جلوگیری از هیدراسیون نسبت به زمانی که از ماده افزودنی استفاده نمی شود، ایجاد می کنند. در برخی از موارد، به دلیل واکنش با ماده هیدراته شده از غلظت محلول کاسته می شود، اما در این موارد نیز ترکیب با هویت محصولات هیدراسیون تغییر نمی کنند. همچنین این حالت در مواد افزودنی که هم کندگیرکننده و هم کاهنده آب هستند، نیز وجود دارد.در مقایسه با بتن بدون ماده افزودنی، استفاده از مواد افزودنی کندگیرکننده مقاومت اولیه را کاهش می دهد، اما نرخ کسب مقاومت های بعدی را افزایش می دهد، به طوری که مقاومت های بلند مدت تفاوت زیادی با یکدیگر نخواهند داشت. همچنین کندگیرکننده ها به دلیل افزایش مرحله پلاستیک، تمایل به افزایش جمع شدگی دارند، اما جمع شدگی ناشی از خشک شدن بدون تاثیر باقی خواهد ماند.

3-فوق روان کننده ها

در ایالات متحده، مواد افزوذنی کاهنده آب جدیدتر و موثرتری نیز تحت عنوان کاهنده آب با محدوده بالا وجود دارد که در استاندارد ASTM به عنوان نوع F نام گذاری شده اند. همچنین مواد افزودنی کاهنده آب با محدوده بالا و کندگیرکننده نیز وجود دارند که در نوع G رده بندی شده اند.

مصرف این نوع مواد افزودنی معمولاً بیشتر از مصرف مواد افزودنی متداول کاهنده آب است و احتمال اثرات نامطلوب جانبی آنها به طور قابل ملاحظه ای کمتر می باشد. به عنوان مثال، به دلیل اینکه فوق روان کننده بتن نمی توانند کشش سطحی آب را تا حد قابل ملاحظه ای کاهش دهند، مقدار قابل توجهی حباب هوا را وارد بتن نمی کنند.

از فوق روان کننده ها برای تولید بتن روان در محل های بتن ریزی غیرقابل دسترس، دال های کف یا روسازی یا محل هایی که به بتن ریزی بسیار سریع نیاز است، استفاده می شود. استفاده دیگر این مواد، در تولید بتن با مقاومت بسیار بالا و با استفاده از کارایی معمول، اما نسبت آب به سیمان بسیار کم است. این مورد مصرف فوق روان کننده ها در شکل2 نشان داده شده است.

شکل 2 رابطه متداول بین میزان پخش شدگی آزمایش میز سیلان و مقدار آب بتن ساخته شده با و بدون فوق روان کننده.

فوق روان کننده ها، سولفونات ملامین فرمالدئید تغلیظ شده یا سولفونات نفتالین فرمالدئید تغلیظ شده هستند که مورد دوم، خصوصاً هنگامی که با استفاده از یک کوپلیمر اصلاح شده باشد، بسیار موثر خواهد بود. فوق روان کننده ها از طریق عمل سولفونیک اسید جذب شده بر روی سطح ذرات سیمان که به آنها بار منفی داده و در نتیجه متقابلاً آنها را از یکدیگر دور می کند، سبب پراکنده شدن سیمان می شوند. این مواد کارایی مخلوط های بتنی را در یک نسبت آب به سیمان معین افزایش می دهند. این نوع مواد به طور معمول مقدار اسلامپ مخلوط های بتنی را در یک نسبت آب به سیمان معین افزایش می دهند. این نوع مواد به طور معمول مقدار اسلامپ را از 75 میلیمتر (3 اینچ) به 200 میلیمتر (8 اینچ) افزایش می دهند. این نوع مواد به طور معمول مقدار اسلامپ را از 75 میلیمتر (3 اینچ) به 200 میلیمتر (8 اینچ) افزایش می دهند.

در انگلستان، کارایی بالا را با آزمایش پخش میز سیلان اندازه گیری می کنند و مقدار بین 500 تا 600 میلیمتر برای سیلان متداول است. بتن روان حاصل، چسبنده بوده و به خصوص در صورتی که از مصالح سنگی درشت دانه بسیار تیزگوشه، پولکی یا سوزنی اجتناب شده و مقدار مصالح سنگی ریزدانه 4 تا 5 درصد افزایش یافته باشد، دچار آب انداختگی یا جداشدگی بیش از حد نمی شود. در هنگام طراحی قالب بندی بتن های روان باید به یاد داشت که این نوع بتن ها می توانند فشار هیدرواستاتیکی کامل به قالب ها اعمال کنند.

زمانی که هدف حصول یک بتن با مقاومت بالا در یک کارایی معین است، استفاده از فوق روان کننده می تواند منجر به کاهش آب از 25 تا 35 درصد شود (میزان کاهش آب به وسیله روان کننده های متداول تقریباً نصف این مقدار است). در نتیجه، امکان استفاده از نسبت های آب به سیمان پایین وجود دارد، به طوری که مقاومت های بسیار بالای بتن حاصل شود (شکل 3). مقاومت های 28 روزه تا اندازه MPa100 (psi 15000) را با نسبت آب به سیمان 28/0 می توان به دست آورد. حتی حصول مقاومت های بالاتر نیز با استفاده از عمل آوری با بخار یا اتوکلاو امکان پذیر است. به منظور افزایش مقاومت در سنین بالاتر می توان از فوق روان کننده ها همراه با جایگزینی بخشی از سیمان با خاکستر بادی استفاده کرد.

اثر کارایی بهتر ایجاد شده با فوق روان کننده ها کوتاه مدت است و در تیجه نرخ افت اسلامپ بالایی وجود خواهد داشت. پس از حدود 30 تا 90 دقیقه کارایی به وضعیت عادی خود باز می گردد. به این دلیل، فوق روان کننده باید بلافاصله پیش از بتن ریزی به مخلوط اضافه شود. معمولاً، در شیوه مرسوم، روان کننده حین اختلاط اضافه شده و عمل اختلاط تا مدت کوتاهی پس از آن ادامه پیدا می کند. در مورد بتن آماده، یک مدت 2 دقیقه ای اختلاط مجدد حیاتی می باشد. در حالی که اختلاط مجدد در هنگام افزایش مقدار فوق روان کننده توصیه نمی شود، زیرا احتمال جداشدگی وجود دارد. افزایش مقدار فوق روان کننده کارایی را تا 160 دقیقه بعد از اختلاط حفظ می کند و با خیال راحت می توان از این بتن استفاده کرد.

فوق روان کننده ها تاثیر به سزایی برگیرش بتن ندارند، مگر در مواردی که از سیمان هایی با مقدار بسیار کم C3A استفاده شده باشد، در این صورت ممکن است، تاخیر زیادی درگیرش بتن به وجود آید. سایر خصوصیات بلند مدت بتن نیز به طور محسوسی تحت تاثیر مصرف فوق روان کننده ها وجود ندارند. به هر حال در برخی از مواقع، مصرف فوق روان کننده ها با مواد افزودنی حباب هوازا می تواند مقدار حباب هوای ایجاد شده را کاهش داده و سیستم حفره را تغییر دهد، اما فوق روان کننده های اصلاح شده خاصی وجود دارند که با مواد افزودنی حباب هوازای متداول سازگار هستند. تنها عیب حقیقی فوق روان کننده ها قیمت نسبتاً بالای آنهاست که ناشی از هزینه بالای تولید یک محصول با جرم مولکولی بالا می باشد.

شکل 3 تاثیر اضافه کردن فوق روان کننده برمقاومت اولیه بتن ساخته شده از مقدار سیمان kg/m3370 (lb/yd3 630) و قالب گیری شده در دمای اتاق. تمامی بتن ها دارای کارایی مشابه هستند و از سیمان زودگیر (نوع III) ساخته شده اند.

4-کاهنده های آب (روان کننده ها)

این مواد افزودنی به سه منظور مورد استفاده قرار می گیرند:

الف) کسب مقاومت بیشتر با کاهش نسبت آب به سیمان در کارایی یکسان با بتن بدون حباب هوا.

ب) کسب کارایی مشابه با کاهش مقدار سیمان به نحوی که حرارت هیدراسیون در بتن ریزی های حجیم کاهش یابد.

ج) افزایش کارایی به نحوی که بتن ریزی در محل های غیرقابل دسترسی به راحتی انجام شود.

مشخصات فنی ASTM C 494-05a، مواد افزودنی را که تنها کاهنده آب هستند، در نوع A رده بندی می کند. اما در صورتی که خواص کاهنده آّب همراه با به تاخیر انداختن گیرش باشد، آنگاه، این ماده افزودنی به عنوان نوع D رده بندی می شود. همچنین مواد افزودنی کاهنده آب و تسریع کننده (نوع E) نیز وجود دارند. ملزومات مشخصات فنی BS EN 934-2: 2001 برای انواع متداول مواد افزودنی در جدول 1 ارائه شده است.

اجزای فعال اصلی مواد افزودنی کاهنده آب، عواملی با سطح فعال هستند که در فصل مشترک دو فاز غیرقابل اختلاط متمرکز می شوند و نیروهای فیزیو – شیمیایی را در این فصل مشترک تغییر می دهند. عوامل فعال سطحی توسط ذرات سیمان جذب می شوند و به آنها بار منفی می دهند. این امر سبب ایجاد نیروی دافعه بین ذرات و در نتیجه ثبات پراکندگی ذرات سیمان می شود. همچنین حباب های هوا نیز دفع شده و نمی توانند به ذرات سیمان متصل شوند. علاوه بر این، بار منفی سبب ایجاد یک غشای جهت دار از مولکول های آب در اطراف هر ذره شده و در نتیجه ذرات را از هم جدا می کند. از این رو ذرات دارای تحرک بیشتری بوده و آب آزاد شده ناشی از اثر مهارکننده سیستم، لخته شده و برای روان سازی مخلوط در دسترس قرار می گیرد، به طوری که کارایی افزایش پیدا می کند.

کاهش آب اختلاط که در اثر مصرف مواد افزودنی محتمل است، بین 5 تا 15 درصد تغییر می کند. در بسیاری از مواقع، بخشی از این کاهش آب مربوط به حباب هوای ایجاد شده در اثر مصرف ماده افزودنی است. کاهش واقعی در میزان آب اختلاط به مقدار سیمان، نوع مصالح سنگی، پوزولان ها و عامل حباب هوازا در صورت وجود، بستگی دارد. بنابراین، ساخت مخلوط های آزمایشی به منظور حصول خواص بهینه و همین طور تشخیص هر نوع اثر جانبی نامطلوب احتمالی از قبیل جداشدگی، آب انداختگی و افت کارایی با زمان (یا افت اسلامپ) ضروری می باشد.

مواد افزودنی کاهنده آب، برخلاف عامل های حباب هوازا، همواره چسبندگی بتن را بهبود نمی دهند. مواد افزودنی از نوع هیدروکسیلیت کربوکسیلیک می توانند آب انداختگی بتن هایی با کارایی بالا را افزایش دهند، اما از طرف دیگر، معمولاً مواد افزودنی از نوع لیگنوسولفونیک اسید چسبندگی بتن را به دلیل حباب هوای تعمدی بهبود می دهند. به هر حال، در برخی از مواقع، استفاده از یک عامل حباب زدا برای اجتناب از ایجاد حباب هوای بیش از حد ضروری است. همچنین باید به این نکته توجه شود که اگرچه گیرش سیمان با مصرف اینگونه مواد افزودنی به تاخیر می افتد، اما نرخ افت کارایی همواره با گذشت زمان کاهش نمی یابد. به طور کلی، کارایی اولیه بالاتر موجب نرخ سریعتر افت کارایی می شود. در صورت مواجهه با این مسئله می توان مقدار مواد افزودنی مصرفی را افزایش داد، به شرطی که بر کندگیری سیمان تاثیر نامطلوبی نداشته باشد.

قابلیت پخش کنندگی مواد افزودنی کاهنده آب منجر به سطح جانبی بزرگ تر سیمان در معرض هیدراسیون می شود و به این دلیل مقاومت اولیه این نوع بتن ها در مقایسه با بتن بدون مواد افزودنی با نسبت آب به سیمان یکسان افزایش می یابد. همچنین ممکن است، مقاومت بلند مدت به دلیل توزیع یکنواخت تر ذرات پراکنده شده سیمان در کل بتن بهبود یابد. در بیان کلی، اینگونه مواد افزودنی در تمامی انواع سیمان موثر هستند، در حالی که تاثیر آنها برمقاومت سیمان های دارای C3A کمتر یا با مقدار قلیایی پایین، بیشتر است. این مواد تاثیر نامطلوبی برسایر خواص بتن ندارند، و زمانی که مواد افزودنی به نحو صحیح مصرف شوند، این امکان وجود دارد که دوام بهبود یابد. همانند سایر مواد افزودنی، استفاده از تجهیزات دقیق توزین ضروری است، زیرا میزان مصرف ماده افزودنی تنها معرف یک بخش از یک درصد جرم سیمان است.

5-میکروسیلیس ها و پرکننده ها

استفاده از پوزولان و سرباره کوره آهن را از آنجا که عمدتاً با کلسیم هیدروکسید، که از هیدراسیون سیلیکات ها در سیمان آزاد می شود، واکنش می دهند؛ می توان به عنوان مواد مضاف یا مواد افزودنی با خواص سیمان شدن نیز در نظر گرفت.

در رده بندی سیمان های پرتلند، به این نکته توجه شده است که پرکننده ها تا یک حداکثر مقدار مشخصی ممکن است در سیمان وجود داشته باشند. یک پرکننده یا ماده مضاف یک مصالح دانه ای ریز آسیاب شده در حد ریزی سیمان پرتلند است که خواص فیزیکی اش به خودی خود تاثیری بر برخی از خواص بتن از قبیل کارایی، چگالی، نفوذپذیری و آب انداختگی مویینه که سبب ترک خوردگی می شود، ندارد. پرکننده ها معمولاض از نظر شیمیایی بی اثر هستند، اما در صورت خواص هیدرولیکی یا مشارکت در واکنش های مضر با محصولات حاصله از واکنش خمیر سیمان هیدراته شده، نیز اثر مضری ندارند.

پرکننده ها می توانند با ایفای نقش به عنوان محل های تبلور، هیدراسیون سیمان پرتلند را افزایش دهند. این تاثیر در بتن حاوی خاکستر بادی و تیتانیم دی اکسید به صورت ذرات کوچک تر از یک میکرون مشاهده شده است. علاوه بر نقش تبلور، CaCO3 در فاز C-S-H نیز مشارکت می کنند که اثر مفیدی بر ساختار خمیر سیمان هیدراته شده دارند.

پرکننده ها می توانند مصالح تولید شده با فرآیندهای طبیعی یا غیرآلی باشند. آنچه در مورد پرکننده ها حیاتی است، یکنواختی خواص و خصوصاً ریزی آنهاست. این مواد نباید مقدار آب مورد نیاز برای اختلاط را افزایش دهند، مگر اینکه همواره با یک ماده افزودنی کاهنده آب مصرف شوند. همچنین نباید تاثیر نامطلوبی برپایداری بتن در برابر هوازدگی یا محافظت در مقابل خوردگی در بتن های مسلح داشته باشند. بدیهی است که این مواد نباید منجر به پسرفت بلند مدت مقاومت بتن شوند، هر چند که چنین مشکلی کمتر به وجود می آید.

باتوجه به اینکه عمل پرکننده ها و  غالباً فیزیکی است، از نظر فیزیکی با سیمانی که در آن مصرف می شوند، قابل مقایسه هستند. از آنجا که پرکننده نرمتر از کلینکر است، آسیاب کردن بیشتر مواد مرکب الزامی است، به طوری که از حصول ذرات بسیار ریز سیمان که برای مقاومت اولیه ضروری هستند، اطمینان حاصل شود.

مواد ریزدانه بی اثر دیگری نیز وجود دارند که به مخلوط اضافه می شوند. از جمله این مواد می توان آهک هیدراته شده یا گرد مصالح سنگی با وزن معمولی را نام برد. بدیهی است که مواد خنثی در کسب مقاومت بتن مشارکت نمی کنند و معمولاً برای افزایش کارایی دوغاب ها یا ملات های بنایی به کار می روند. همچنین رنگدانه ها را نیز می توان در گروه مواد افزودنی یا مواد مضاف رده بندی کرد.

از طرف دیگر، پودر یا آلومینیم در حضور قلیایی ها یا کلسیم هیدروکسید هیدروژن آزاد می کنند. از این فرآیند در ساخت بتن گازی یا بتن هوادهی شده که خصوصاً برای مواردی که به عایق بندی حرارتی نیاز است، استفاده می شود. چنین موادی تحت عنوان مواد افزودنی کف ساز نامیده می شوند. از جمله این مواد هیدروژن پروکسید است که حباب های اکسیژن را تولید می کند. این حباب ها در مخلوط ماسه سیمان جای گرفته و بتن اسفنجی را تولید می کنند.

6-مواد افزودنی آب بندی بتن

بتن به دلیل کشش سطحی موجود در منافذ مویینه خمیر سیمان سخت شده آب جذب می کند. جذب آب را می توان با مکش مویینه متوقف کرد. همچنین می توان با کمک از این نفوذپذیری جلوگیری کرد. عملکرد این نوع مواد افزودنی تا حد زیادی به اینکه فشار اعمال آب پایین باشد، مانند حالت باران (بدون وزش باد) یا بالا آمدن آب در منافذ مویینه و یا فشار هیدرو استاتیکی که در سازه های نگهداری آب اعمال می شود، وابسته است.

مواد افزودنی ضدآب کننده می توانند به چندین روش عمل کنند، اما تاثیر آنها عمدتاً آب گریز ساختن بتن می باشد. در این صورت آب در اثر افزایش زاویه تماس بین جداره های مویینه و آب، دفع می شود. نمونه هایی از این مواد افزودنی سیتریک اسید و برخی از روغن های گیاهی و حیوانی هستند.

7-چسب های بتن

این نوع مواد افزودنی امولسیون های پلیمری (لاتکس ها) هستند که چسبندگی بتن تازه به بتن سخت شده را بهبود می دهند و بنابراین به خصوص در کارهای تعمیراتی مناسب هستند. امولسیون یک سوسپانسیون کلوئیدی پلیمر در آب می باشد. هنگامی که این امولسیون همراه با بتن به کار می رود، یک بتن اصلاح شده با لاتکس (LMC) بتن سیمان پرتلندی پلیمری به دست می آید. اگرچه لاتکس های پلیمری یا چسب بتن گران هستند، اما مقاومت کششی و خمشی و همچنین دوام و خواص پیوستگی را بهبود می دهند.

باید بین مواد افزودنی ضدآب کننده با مواد افزودنی دفع کننده آب با پایه رزین های سلیسی که در سطح بتن به کار می روند، تفاوت قائل شد. غشاهای ضدآب کننده عبارت از روکش های قیری با پایه امولسیونی هستند که یک لایه بسیار نازک محکم با خواص الاستیک را ایجاد می کنند.

برخی از ارگانیسم ها از قبیل باکتری ها، قارچ ها یا حشرات می توانند با خوردگی فولاد یا لکه دار کردن سطح، تاثیر نامطلوبی بر بتن به جای بگذارند. باتوجه به اینکه ماهیت زبر بتن پناهگاه خوبی برای باکتری هاست، تمیز کردن سطح غیرموثر بوده و ضروری است که از برخی از مواد افزودنی که سم چنین ارگانیسمی هایی هستند، در مخلوط استفاده شود. این مواد افزودنی شامل ضدباکتری ها، ضدقارچ ها، و حشره کش ها هستند.