ساختار حفره در بتن و پیدایش حفرات مویینه

در زمان گیرش بتن، محلول اختلاط به صورت یکپارچه و آب بند جابجا می شود تا به محلول حفره ای موجود در خمیر سخت شده سیمان در بتن، تبدیل شود. شکل گیری و مشخصات حفرات که محلول حفره ای به داخل آنها انتقال می یابد، یک مشخصه مهم و پیچیده ساختار داخلی چسباننده های بتن می باشد. با وجود سال ها تحقیق فعال و هزاران مجموعه تحقیقاتی به چاپ رسیده، هنوز یک درک کاملا واقعی از چگونگی ایجاد ساختار حفره در بتن، موجود نمی باشد. دسته بندی معمول حفرات در چسباننده سیمان پرتلند ارائه شده در کتاب ها و حتی بسیاری از مقالات تحقیقاتی، بسیار ساده می باشد. پس از ارائه طرح کلاسیک پیشنهادی توسط پاورز و برون یارد، حفرات، به طور کلی به صورت «حفرات مویینه» یا «حفرات ژلی» در نظر گرفته می شوند. چنانکه بعدا ملاحظه خواهد شد، چنین دسته بندی چندان کافی به نظر نمی رسد. تصویری واقعی تر و دقیق تر از انواع مختلف حفرات موجود در بتن های شبه اصلی همراه با بینشی محدود درباره چگونگی تکامل ساختارهای حفره ای با زمان، در این بخش ارائه می گردد.
در این بررسی، ساختار حفره ای سنگدانه ها در بتن به طور کلی نادیده گرفته می شود، چنانکه معمولا نیز اینگونه می باشد. با این وجود، اغلب سنگدانه ها دارای مقداری حفرات بوده و برخی سنگدانه ها دارای حفرات بسیاری می باشند و به ویژه سنگدانه های سبک، ساختارهای حفره ای بسیار زیادی را شامل می شوند. بنابراین، حداقل در برخی موارد، حفرات سنگدانه ها می توانند نقش قابل ملاحظه ای را در انتقال سیمان یا یون ها ایفا نمایند و در چنین مواردی، این اثرات باید مورد بررسی قرار گیرند.

تاثیر میکروسیلیس بر بتن

همچنین بررسی مشارکت احتمالی حفرات هوا در ظرفیت نفوذ، خصوصا در بتن های حاوی مواد هوازا ضروری می باشد. حفرات هوا دارای وضعیت مبهمی در مراجع می باشند یعنی گاهی به عنوان حفرات مربوط به خمیرها در بتن ها شناخته می شوند و گاهی تنها به عنوان عامل ثانویه مورد بررسی قرار می گیرند و نیز در بسیاری از بررسی ها در زمینه ساختارهای حفره ای در بتن، وجود آنها کاملا نادیده گرفته می شود. حفرات هوا همواره در بتن های شبه اصلی وجود دارند (و نیز در خمیرهای سیمانی مخلوط شده در آزمایشگاه) و این مطلب در صورت وجود و یا عدم وجود مواد هوازا صحیح می باشد. تنها استثنای ممکن، برای بتن ها یا خمیر سیمان هایی است که معمولا در شرایط خلا مخلوط می شوند.

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از کلینیک بتن ایران دنبال نمایید
چگونگی شکل گیری و ساختار شیمیایی محلول های حفره ای در بتن
انواع درزها و درزبندهای بتن

پیدایش «حفرات مویینه» در بتن ها

الگوی معلول هیدراسیون سیمان شامل واکنش های سریع اجزاء سیمان قرار گرفته در معرض سطوح شکسته دانه های مجزای کلینکر می باشد. این مطلب به طور عام پذیرفته شده است که این واکنش های سریع، محصولات هیدراسیون سطحی تولید می کنند (عمدتا اترینگایت یا مشابه اترینگایت) و نیز اینکه این محصولات موجب جداسازی موقت دانه های زیرین سیمان از تماس موثر با محلول اختلاط می شوند که به اصطلاح دوره آرام از هیدراسیون محدود شده ایجاد ی شود. چند ساعت پس از رفع مانع موجود برای هیدراسیون بیشتر، فرایند هیدراسیون سریع خودکاتالیزوری ادامه می یابد. توضیحات دیگر مربوط به دوره آرام شامل مباحث پیشرفته می باشد.
در هر صورت، چند ساعت پس از آغاز هیدراسیون سریع، محصولات کافی هیدراسیون جهت ایجاد گیرش تولید می شود که نشانگر تبدیل بتن تازه (یک مخلوط غلیظ) به بتن تازه سخت شده (یک جامد متخلخل ویسکوالاستیک) می باشد. به غیر از حفرات هوا، حفرات موجود در بتن تازه سخت شده عموما پر یا تقریبا پر از محلول هستند، بجز در مورد بتن های با w:c پایین که دارای ویژگی خود خشک شدگی می باشند. از شکل 2-2 که توسط ک.اُ.کیلسن تهیه شده است، می توان نگرشی راجع به آرایش مکانی ذرات سیمان در بتن تازه به دست آورد.
شکل 2-2 یک تصویر میکروسکوپ الکترونی SEM با حالت پس پراکنش است که از سطح نازکی از یک مخلوط تازه ملات با w:c برابر 4/0 و حاوی خاکستر بادی تهیه شده است که اندکی پس از اختلاط، در هیدروژن مایع به سرعت منجمد شده است. پس از حذف آب منجمد از نمونه سریع منجمد شده، نمونه با رزین اپوکسی اشباع گردید تا فضاهای مربوط به آب حذف شده پر شوند. سپس محصول به دست آمده از تثبیت با رزین اپوکسی به دقت صیقل داده شد  با کربن پوشش داده شد تا برای آزمایش در SEM پس پراکنش آماده گردد.

شکل 2-2- تصویر میکروسکوپ الکترونی رویشی (SEM) پس پراکنش از یک ملات تازه مخلوط شده، تهیه شده از طریق انجماد سریع در نیتروژن مایع، تصعید آب منجمد، و اشباع سازی با رزین اپوکسی. نواحی خاکتری ماسه، نواحی سفید دانه های سیمان، و نواحی سیاه فضاهای پر شده با اپوکسی هستند که قبلا در ملات تازه توسط آب پر شده بودند.

نواحی خاکستری رنگ صاف در شکل 2-2، دانه های ماسه می باشند. فضاهای میان آنها شامل دانه های سیمان هیدراته نشده به رنگ سفید روشن، برخی ذرات خاکستر بادی به رنگ های خاکستری مختلف و رزین اپوکسی به رنگ سیاه می باشد که این رزین اپوکسی اشغال کننده فضاهایی است که ابتدا توسط آب پر شده است. تا جایی که آرایش و ساختار قبلی دانه ها به هم نخورده باشد، نواحی سیاه رنگ «اجداد» اولیه اغلب حفرات بزرگی محسوب می شوند که در زمان گیرش ملات در آن وجود نخواهند داشت. چنانکه بعدا بحث خواهد شد، واژه «اغلب» از قصد به کار برده شده است. چنانکه برای پاورز و براون یارد نیز شناخته شده نبود، بخش عمده ای از حفرات بزرگ در بسیاری از بتن ها بجای آنکه ناشی از فضای اولیه پر شده توسط آب باشد، از فضای اولیه موجود در میان برخی دانه های سیمان ناشی می شود.
سیمان معمولا به صورت ذراتی با اندازه حدود mµ80 و کمتر تا حدود 1 تا mµ2 آسیاب می شود. اندزه ذرات برای دانه های سفید سیمان که در شکل 2-2 مشاهده می شوند، با این محدوده مورد انتظار تطبیق می نماید. ضخامت فضاهای سیاه رنگ جداکننده آنها -که ممکن است در بررسی پاورز- براون یارد به صورت «حفرات مویینه» مورد توجه قرار گرفته باشد حدود mµ30-20 و کمتر می باشد. در داخل بتن، هنگامی که گیرش موجب ثابت شدن ذرات سیمان در جای خودشان می شود، حفرات جدید ایجاد شده و دارای پیوستگی بالا نیز در جای خود ثابت می شوند. ادامه هیدراسیون و ته نشینی محصولات هیدراسیون به تدریج اندازه حفرات را کاهش داده و ارتباط موجود میان حفرات بزرگ را تغییر می دهد. این فرایندها از نظر هندسی و نیز شیمیایی پیچیده به نظر می رسند و برخلاف فرض قدیمی، مستقیما منجر به تقسیمات کوچکتر فضاهای حفره ای نمی شوند.

نویسنده : کلینیک بتن ایران

چگونگی شکل گیری و ساختار شیمیایی محلول های حفره ای در بتن

ساختار شیمیایی محلول حفره ای موجود در حفرات یک بتن، ممکن است دوام بالقوه آن را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. پتانسیل ایجاد واکنش قلیایی سیلیسی ASR، خوردگی فولاد، حمله سولفات، «حمله آب دریایی» و تورق بتن همگی مستقیما تاثیر ساختار شیمیایی محلول حفره ای و تغییراتی که ممکن است در آن اتفاق بیفتد را منعکس می نمایند. متاسفانه، محلول های حفره ای بتن و تغییرات احتمالی آنها در شرایط محیطی مختلف موجود در محل، به خوبی توسط افرادی که به بحث دوام بتن اشتغال دارند شناخته نشده است.
در این بخش، امید آنمی رود که راهکاری واقع بینانه در ارتباط با منشا پیدایش و گسترش محلول های حفره ای در بتن ها و برخی تغییراتی که ممکن است بر اثر قرار گیری در معرض محیط های خارجی متفاوت ایجاد گردند، ارائه می شود.

منشا پیدایش و گسترش اولیه ی محلول های حفره ای

هنگامی که بتن مخلوط می شود، واکنش های شیمیایی بلافاصله پس از اضافه نمودن آب به مخلوط، آغاز می شوند.
آب مورد استفاده معمولا آب «آشامیدنی» می باشد. این واکنش ها به سرعت منجر به تغییر شدید ساختار شیمیایی آب می گردد. تنها در مدت چند دقیقه، این آب آشامیدنی تبدیل به یک محلول یونی قوی با خواص شیمیایی بسیار تغییر یافته می گردد. ساختار شیمیایی این محلول تا حد زیادی به ساختار شیمیایی سیمان بخصوص مورد استفاده، بستگی دارد.
پیش از آنکه گیرش اتفاق بیفتد، این «محلول اختلاط» غلیظ، فاز پیوسته ای را که ذرات سیمان و سنگدانه ها در آن معلق هستند، تشکیل می دهد. در طی گیرش، محلول اختلاط به صورت یکپارچه انتقال می یابد تا تبدیل به «محلول حفره ای» موجود در حفرات بتن گردد.
ترکیب این محلول اختلاط/محلول حفره ای همراه با وقوع تغییرات اساسی خصوصا در روز اول، به مرور زمان کامل می شود. این روند تکامل را می توان به طور همزمان در آزمایشگاه دنبال نمود. می توان محلول اختلاط را برای تحلیل شیمیایی، از خمیر مخلوط تازه سیمان (یا بتن) از طریق فیلتراسیون به کمک فشار، جداسازی نمود. نمونه گیری مکرر را می توان در فواصل زمانی انجام داد تا اینکه روند گیرش انجام نمونه گیری را ناممکن سازد.
پس از گیرش و ایجاد مقداری مقاومت، محلول های حفره ای را می توان مجددا برای تحلیل جدا نمود، مثلا توسط تجهیزات حداسازی محلول حفره ای که توسط بارنی بک و دیاموند، توصیف شده اند.
جدول 2-1 مجموعه ای گویا از نتایج تحلیل های مربوط به یک سری از چنین محلول های اختلاط/حفره ای را که در خمیر سیمان پرتلند ایجاد شده اند و ممکن است در یک بتن شبه اصلی نیز یافت شوند، ارائه می نماید. این خمیر از یک سیمان پرتلند با خاصیت قلیایی نسبتا پایین تهیه گردید (45% Na2Oequiv) و با یک نسبت w:c برابر 5/0 مخلوط شده است. این داده ها از پایان نامه پنکو گرفته شده است. انواع یون های فهرست شده در جدول 2-1 عموما با غلظت های بالا در محلول های اختلاط/ حفره ای تشکیل شده در مدت زمان هیدراسیون اولیه سیمان های پرتلند، یافت می شوند. این یون ها عبارتند از k+، Na+، Ca2+، 〖SO〗_4^(2-) و OH-. یون های آلومینیم، آهن و سیلیکات تنها در غلظت هایی با مرتبه بزرگی کمتر از غلظت های پنج یون فهرست شده، موجود می باشند.

جدول 2-1- تغییرات غلظت محلول حفره ای اندازه گیری شده در طول اولین روز هیدراسیون برای خمیر سیمان پرتلند با نسبت آب به سیمان 5/0

غلظت یون برحسب میلی اکیوالان بر لیتر
زمان (ساعت)	K+	NA+	Ca2+	SO42-	OH-
1 2 3 4 6 12 15 18	0/27 0/27 0/27 0/27 0/28 0/30 0/31 0/31	0/03 0/03 0/03 0/03 0/04 0/04 0/04 0/04	0/07 0/072 0/06 0/06 0/06 0/06 0/006 0/006	0/17 0/17 0/17 0/18 0/20 0/15 0/09 0/05	0/15 0/15 0/16 0/15 0/14 0/24 0/29 0/32

غلظت های بالای یون های فلز قلیایی و یون های سولفات که در جدول 2-1 مشاهده می شوند، از «ناخالصی های» سولفات قلیایی حمل شده توسط سیمان، به وجود می آیند. حتی با میزان قلیایی نسبتا پایین یک سیمان بخصوص، غلظت اولیه یون سولفات در محلول به میزان قابل ملاحظه ای نسبت به یک محلول اشباع سنگ گچ بیشتر می باشد. مهم تر آنکه این مقدار نسبت به مقدار موجود برای اترینگایت نیز بیشتر می باشد، و اترینگایت به محض ایجاد یون های آلومینات پس از دوره آرام، به سرعت عمل می کند.
برای خمیر مربوط به جدول 2-1، دوره آرام در یک مدت کمتر از سه ساعت پس از اختلاط، پایان یافته است. گیرش اولیه پس از حدود 5/3 ساعت و گیرش نهایی در کمی بیشتر از 5 ساعت اتفاق افتاده است. دمای حداکثر نشانگر حداکثر سرعت هیدراسیون پس از مدت 5/8 ساعت به دست آمد.
ملاحظه می شودکه غلظت های تقریبا مشابهی از یون های هیدروکسید از زمان اولین تحلیل، مشخص می سازد که اولین واکنش به انحلال سولفات های قلیایی محدود نشده، بلکه واکنش با C3S نیز وجود داشته است. در مورد کاتیون های فلز قلیایی، مشاهده می شود که غلظت K+ در کلیه مراحل تا حد زیادی از غلظت Na+ بیشتر می باشد. این یک ویژگی مشترک در سیمان های جدید می باشد که البته کلیت ندارد.

حفره در بتن

در جدول 2-1 مشاهده می شود که برخلاف آنکه در مدت حداقل شش ساعت اول، دوره آرام پایان یافته و هر دو گیرش اولیه و نهایی روی داده است، تغییر غلظت های هر یک از یون ها در طول این مدت اندک می باشد. این یک الگوی مشترک است یعنی آغاز هیدراسیون فعال پس از دوره آرام و وقوع گیرش، هیچکدام تغییرات عمده ای را در غلظت یونی محلول اختلاط/ حفره ای به وجود نمی آورند.
چند سال پیش مشخص شد که تشکیل سریع اترینگایت پس از پایان دوره آرام، موجب حذف سریع سولفات از محلول حفره ای می شود اما سولفات حذف شده از محلول به طور پیوسته توسط حل شدن پیوسته سنگ گچ، جایگزین می گردد. بنابراین، غلظت یون سولفات حل شده، لااقل تا زمانی که مقداری سنگ گچ جامد باقی مانده باشد، تقریبا ثابت می ماند و این پاسخ به تعادلی است که شامل حضور همزمان سینگانایت، سنگ گچ و اترینگایت می باشد. حل آخرین ذرات سنگ گچ جامد، نقطه عطفی محسوب می شود که درآن ته نشینی اترینگایت به صورت پیوسته منجر به کاهش غلظت سولفات محلول حفره ای می گردد که البته این روند برای سیمان های پرتلند ب فرمول بندی مناسب به صورت کاهش غلظت تا سطوح بسیار پایین تا انتهای روز اول می باشد. برای خمیر بخصوص مربوط به جدول 2-1، نقطه عطف مشخص شده توسط تقلیل سنگ گچ جامد، مشخصا اندکی پس از 6 ساعت اتفاق افتاده است.

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از کلینیک بتن ایران دنبال نمایید
دلایل ترک خوردگی بتن بعد از بتن ریزی

یک مشخصه بسیار مهم از تغییرات پس از نقطه عطف در ترکیب محلول حفره ای آن است که به موازات کاهش غلظت سولفات، خنثی بودن الکتریکی با افزایش تدریجی یون OH- به جای کاهش غلظت کاتیون های قلیایی، ایجاد می شود. بنابراین، با تقلیل سولفات در محلول، pH به شدت بالا می رود. با بالا رفتن pH، غلظت یون کلسیم که قبلا نسبتا در حد متوسط بوده است (متوسط به مفهوم مطلق و نه برحسب درجه فوق اشباع)، به میزان بسیار اندکی کاهش می یابد. نتیجه این تغییرات آن است که محلول اختلاط/ حفره ای موجود اولیه به تدریج به یک محلول غلیظ هیدروکسید سدیم پتاسیم تبدیل می شود. این تبدیل از نظر ایجاد احتمالی  ASR و حفظ و نگهداری و منفعل ساختن فولاد در انواع بتن، اثرات قابل ملاحظه ای دارد.
به نظر می رسد که این افزایش pH که در سیمان های پرتلند با فرمول بندی مناسب کلیت دارد، اجتناب ناپذیر می باشد. نشان داده شده است که در صورت اضافه نمودن سنگ گچ اضافی به میزان کافی در سیمان، خروج آلومینات موجود می تواند به ته نشینی اترینگایت پیش از تمام شدن کامل سنگ گچ جامد، پایان دهد. تحت این شرایط، تغییر معمول pH می تواند به طور نامحدودی به تاخیر اافتاده و یا از آن جلوگیری شود. برعکس در غیاب سنگ گچ، مثلا در آزمایش های آزمایشگاهی، هنگامی که کلینکر آسیاب شده بدون هرچونه سنگ گچ آسیاب شده میانی هدراته شود، کاهش غلظت یون سولفات و افزایش pH به همراه آن تقریبا بلافاصله پس از اختلاط آغاز شده و به سرعت کامل می شود.

نویسنده : کلینیک بتن ایران

تاثیر قرار گیری حفره ها در بتن

در خمیرهای سیمانی آزمایشگاهی آب بند (با در بتن های حفاظت شده در برابر اثرات شسته شدن یا خشک شدن)، خروج سولفات از محلول حفره ای باز هم نشانگر حداکثر میزان غلظت هیدروکسید قلیایی نمی باشد. در عوض، با ادامه یافتن هیدراسیون، مقدار محدودی از آب حلال به تدریج تقلیل یافته و غلظت هیدروکسید قلیایی از حجم باقیمانده محلول حفره ای، افزایش می یابد.

غلظت نهایی یون های هیدروکسید موجود در محلول حفره ای در ملات ها و خمیرهای آب بند با یک نسبت w:c مشخص، دارای رابطه تنگاتنگی با محتوای قلیایی سیمان مورد استفاده می باشد. چند سال پیش، کلینیک بتن ایران مجموعه ای از تحلیل ها را از منابع مختلف برای محلول های به دست آمده از ملات ها و خمیرهای با نسبت w:c برابر 50/0 جمع آوری نموده و به چاپ رساند. کلیه این مواد در دمای اتاق برای دوره معمول 28 روز، هیدراته شدند و ترکیبات شیمیایی کلیه سیمان ها مورد استفاده در چاپ های اصلی گزارش گردید. نمودار غلظت یون OH- گزارش شده در برابر مقدار مواد قلیایی سیمان مورد استفاده، رسم گردیده و یک رابطه خطی بسیار خوب خصوصا با در نظر گرفتن اختلاف منابع داده ای، به دست آمد. مشخص شد که غلظت 28 روزه یون OH- (برحسب mol/l) در هر مورد، 7/0 برابر درصد Na2O معادل سیمان می باشد. بنابراین در بتن های شبه اصلی، خصوصا در سیمان های با خاصیت قلیایی بالا، ایجاد غلظت های هیدروکسید قلیایی نزدیک یا حتی بیشتر از mol/l 1 انتظار می رود، یعنی مقادیر pH در حد 14 می باشد.

محاسبه و مشخص گردید که به طور کلی حدود %80 مواد قلیایی موجود در سیمان های مختلف، در محلول های حفره ای نمونه های آب بند 28 روزه یافت می شوند. احتمالا بخشی از مواد قلیایی در مواد معدنی کلینکر که هنوز هیدراته نشده اند باقی مانده و مقداری از هیدروکسید قلیایی که در محلول بوده است، توسط اجزاء جامد خمیر سیمان، در درجه اول C-S-H، جذب شده است.

قرار گیری حفره ها در بتن

بررسی های دقیق تر این پدیده ها توسط کلینیک بتن ایران در بخش مقالات در وب سایت رسمی مهندسین مشاور مهرازان پایدار ارائه شده است. ایجاد غلظت های قلیایی در محلول های حفره ای سیمان های در حال هیدراته شدن به صورت محاسبه سرعت های آزاد سازی اجزاء قلیایی از سیمان ها و محاسبه ضرایب چسبندگی یون ها به محصولات هیدراسیون، توسط بروورز و وان مدلسازی شده است. روتستین و همکاران، ایجاد محلول های حفره را برحسب شاخص های اشباع یعنی درجه زیر اشباع یا فوق اشباع بودن از لحاظ ذرات جامد محاسبه شده موجود در هر مرحله براساس معادلات تعادل هیدراسیون، بررسی نموده اند که این معادلات اولین بار توسط تیلور به دست آمده است.

محلول های حفره ای غلیظ هیدروکسید قلیایی دارای هدایت الکتریکی بالایی می باشند. چنانکه بعدا بحث خواهد شد، روش های الکتریکی ارزیابی نفوذپذیری در خمیر سیمان، تحت تاثیر این مقادیر هدایت الکتریکی محلول حفره ای قرار دارند. سنیدر و همکاران، روشی را برای محاسبه هدایت الکتریکی این محلول های حفره ای از روی غلظت های مشخص هیدروکسید سدیم و پتاسیم پیشنهاد کرده اند. این روش مفید است چرا که عموما می توان محلول حفره ای کافی را از نمونه های آب بند برای انجام تحلیل شیمیایی به دست آورد، در حالی که الزاما مقدار کافی برای اندازه گیری هدایت الکتریکی قابل حصول نمی باشد.

چنانکه قبلا ذکر شد، بسیاری از بتن های جدید علاوه بر سیمان پرتلند مورد استفاده، اجزاء جامد مضاعف مختلفی را در بر دارند. اثر این مواد افزودنی عموما و نه همیشه کاهش غلظت های هیدروکسید قلیایی می باشد.

اغلب خاکسترهای بادی با کلسیم پایین تمایل به کاهش غلظت های هیدروکسید قلیایی محلول حفره ای دارند؛ با این وجود، روند معکوسی در مورد اغلب خاکسترهای بادی با کلسیم بسیار بالا یا خاکسترهای بادی حامل مقادیر قابل ملاحظه ای از قلیای موجود، مشاهده می شود. خلاصه ای از این اثرات توسط شهاتا و همکاران ارائه شده است.

اثر میکروسیلیس بر غلظت هیدروکسید قلیایی محلول های حفره ای نیز پیچیده می باشد. وجود میکروسیلیس منجر به افزایش جزئی غلظت های هیدروکسید سدیم در سنین اولیه می شود، اما پس از چند ساعت، اجام واکنش های بیشتر موجب کاهش غلظت های هیدروکسید قلیایی تا سطوح بسیار پایین تری می گردد. مشابه این سطوح کاهش یافته هیدروکسید قلیایی، توسط بسیاری از نویسندگان مثلا کاوامورا و همکاران مشاهده شده است. با این وجود، این اثر ممکن است پایدار نباشد. دوشسن و بروبه و نیز شهاتا و توماس دریافتند که پس از چند هفته نگهداری آب بند (بسته و نفوذناپذیر)، غلظت های هیدروکسید قلیایی مجددا شروع به افزایش می نمایند و افزایش های ثانویه مشاهده شده، اساسی می باشند. این افزایش ثانویه در غلظت هیدروکسید قلیایی از نظر دوام بلند مدت ممکن است نتایج غیرمنتظره ای به دنبال داشته باشد. این اثر هنگامی که هر دو ماده میکروسیلیس و خاکستر به طور همزمان استفاده شدند، مشخص نشد.

وجود سرباره، مقدار هیدروکسید قلیایی را به شدت کاهش می دهد که این اثر به ویژه مهم می باشد، چرا که نسبت سرباره ای که معمولا اضافه می شود، اساسی می باشد. وجود سنگ آهک آسیاب شده احتمالا بجز اثرات ناشی از رقیق شدگی سیمان، تاثیر چندانی نخواهد داشت.

مطالب مرتبط با این مقاله را در این بخش از کلینیک بتن ایران دنبال نمایید
تفاوت شن و ماسه

تا حدی شگفت آور آن است که وجود مواد افزودنی ویژه حاوی فلز قلیایی سولفونات نفتالین خنثی شده با سدیم ممکن است به میزان قابل ملاحظه ای بر مقدار هیدروکسید قلیایی موجود در محلول حفره ای بیفزاید.

غلظت های هیدروکسید قلیایی و تغییرات آنها به صورت فوق، نشان دهنده محیط های نگهداری آب بند می باشند، یعنی محیط هایی که دارای تبادل آب و مواد محلول با محیط خارجی نمی باشند. در محیط های دنیای واقعی، محلول های حفره ای بتن می توانند متحمل تغییرات عمده ای در میزان آب، میزان اجزاء محلول و یا هر دو گردند.

بتن ها ممکن است در اثر قرارگیری در زیر آب یا بارش های مداوم، دچار آب شستگی گردند. حفرات موجود در چنین بتن هایی اگر قبلا کاملا اشباع نشده باشند، بر اثر آب اشباع می شوند و قرارگیری بلند مدت در محیط های مرطوب می تواند به کاهش عمده هیدروکسید قلیایی بر اثر شسته شدن از محلول حفره ای، منجر گردد.

یک اثر مشابه آب شستگی افلب در اثر مراقبت غیردقیق نمونه های کوچک در معرض شرایط اتاق مه در آزمایشگاه قابل مشاهده می باشد؛ بر اثر تماس پوست با هیدروکسید قلیایی تراوش یافته، احساس نامطلوب لزج و صابونی ایجاد می شود.

برخلاف انتظار، مشخص شده است که خشک شدن جزئی بلندمدت در مقادیر نسبتا پایین رطوبت نسبی RH، خصوصا هنگامی که با کمی کربناسیون همراه شود، عمده هیدروکسید قلیایی محلول حفره ای در سیمان هیدراته را تثبیت نموده و غلظت موثر موجود در محلول های حفره ای را کاهش می دهد. پس از این تثبیت در اثر شرایط محیطی، حل مجدد هیدروکسید قلیایی و بازگرداندن غلظت محلول حفره ای به مقدار اولیه آن در یک فرآیند اشباع مجدد بعدی، بسیار دشوار می باشد. این پدیده ممکن است لااقل تا حدی اثرات بسیار مفید خشک شدن در کاهش اثرات جاری ASR را توضیح دهد.

برخی بتن ها در محل، در معرض نمک (NaCl) قرار دارند که این شرایط ناشی از کاربرد نمک ها جهت یخ زدایی یا تماس با آب دریا یا پاشیدن نمک می باشد. مقداری از کلرید سدیم موجود در چنین محلول های نمک ممکن است به داخل محلول های حفره ای لایه های خارجی بتن نفوذ کرده و به صورت هیدروکسید سدیم اضافی در آنها ظاهر شود. تبدیل کلرید سدیم به هیدروکسید سدیم معمولا بر اثر به هم پیوستن یون های کلرید به صورت نمک فریدل اتفاق می افتد. در عین حال که افزایش غلظت یون هیدروکسید در جهت حفاظت از فولاد مفید می باشد، هرگونه ورود یون های آزاد کلریدی دارای اثر نامطلوب می باشد. این امر ممکن است چنانکه در مرجع 23 بیان شده است، منجر به خوردگی حفره ای گردد.

اثر دیگری که کمتر به آن توجه می شود ولی از اهمیت یکسانی برخوردار است، اثر کلرید حل شده در افزایش اثرات مخرب ASR می باشد.

نویسنده : کلینیک بتن ایران

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

بررسی بتن حجیم، تعاریف و دستور العمل ها

سازه های بتنی حجیم

هر حجمی از بتن (معمولا با ابعاد بزرگ) که نیازمند تدابیری ویژه برای کاهش ترک خوردگی ناشی از گرمای آبگیری (هیدراتاسیون) سیمان باشد، بتن حجیم نامیده می شود.

واکنش میان سیمان و آب، توام با تولید گرما می باشد و سبب افزایش قابل ملاحظه دمای درون قطعات بزرگ بتنی می شود. اگر این گرما نتواند به سرعت تخلیه شود، تغییر حجم ناشی از افزایش و کاهش دمای سازه، ممکن است تنش ها و کنش های قابل ملاحظه ای ایجاد نماید که ترک خوردگی بتن را به دنبال خواهد داشت.

تدابیر لازم برای کنترل دمای بتن ممکن است قبل، همراه و یا بعد از بتن ریزی اعمال شوند. اندازه بزرگترین دانه سنگی بتن های حجیم معمولا بزرگتر از بتن های متداول است و دانه بندی سنگدانه ها باید با دقت بیشتری کنترل شود تا با حداقل سیمان ممکن (یا به کمک پوزولانی ها)، طرح اختلاط مناسب تهیه گردد. هدف از طراحی بتن حجیم برآوردن الزامات مورد نیاز همراه با تولید کمترین گرمای ممکن و در نظر داشتن صرفه اقتصادی است. معمولا پایایی، مسائل حرارت و اقتصاد مهمترین عوامل در طراحی سازه های بتنی حجیم هستند و عامل مقاومت اغلب در درجه دوم اهمیت قرار دارد. در طراحی مخلوط های بتنی حجیم با کیفیت (مقاومت و پایایی) مطلوب، باید کمترین مقدار سیمان به مصرف برسد، تا ترک خوردگی حرارتی کاهش یابد.

مصالح بتن حجیم

1- سنگدانه

سنگدانه های مصرفی در بتن حجیم باید از نزدیک ترین و مناسب ترین منابع قرضه موجود در اطراف ساختمان تامین شوند. منابع قرضه مورد تایید می توانند شامل سنگدانه های طبیعی موجود در آبرفت های کنار رودخانه ها، تراس های آبرفتی مرتفع تر، معادل سنگ کوهی یا مخلوطی از آنها باشند.

در بتن هی حجیم به منظور کاهش مشکلات ناشی از گرمای آبگیری باید با توجه به سایر الزامات طرح از بزرگترین اندازه ممکن سنگدانه استفاده شود، ولی استفاده از سنگدانه های درشت سبب افزایش پدیده جداشدگی در بتن می گردد، که این پدیده باید به کمک طراحی مخلوط هایی با دانه بندی مناسب و با اعمال الزامات اجرایی آیین نامه کنترل شود. طبقه بندی سنگدانه های مصرفی در بتن حجیم با بزرگترین اندازه اسمی ۱۵۰ میلی متر براساس پنج محدوده زیر توصیه می شود:

ماسه ۰ تا ۵ میلیمتر

شن ۵ تا ۲۰ میلیمتر

شن ۲۰ تا ۴۰ میلیمتر

شن ۴۰ تا ۷۵ میلیمتر

شن ۷۵ تا ۱۵۰ میلیمتر

هر یک از محدوده های فوق می تواند براساس نیاز طرح به دو محدوده کوچکتر تقسیم شود. استفاده از سنگدانه های بزرگتر از ۱۵۰ میلی متر در بتن های حجیم با این شرط امکان پذیر است که بتوان نشان داد در کیفیت بتن، استهلاک دستگاه ها و روش اجرا اثر منفی نداشته و موجب کاهش هزینه ها خواهد شد. بزرگترین اندازه دانه سنگی مورد استفاده در بتن حجیم با توجه به محدودیت های طرح و صرفه اقتصادی تعیین می شود.

بتن ریزی حجیم در هوای گرم

دانه بندی

شن و ماسه باید بطور جداگانه انباشته شده و توزیع دانه بندی هر یک باید با حدود مندرج در جداول (۱) و (۲) منطبق باشد. از آنجا که تغییر دانه بندی ماسه (هرچند در محدوده مجاز) پی آمدهای منفی در کارآیی مخلوط بتن خواهد داشت، بنابراین سازندگان باید تدابیری اتخاذ نماید تا دانه بندی ماسه مصرفی و میزان رطوبت آن تا حد امکان در طول زنگ اجرا یکنواخت باقی بماند.

دانه بندی ماسه باید طوری کنترل گردد که مدول نرمی ۹ نمونه از ۱۰ نمونه متوالی اخذ شده بیش از ۰/۲ با میانگین مدول نرمی ۱۰ نمونه اختلاف نداشته باشد و بهتر است رطوبت ماسه به کمتر از ۵% تقلیل یابد.

در بتن های حجیم که قطر بزرگترین سنگدانه مصرفی در آن ها بیش از ۴۰ میلیمتر است و به ویژه بتن هایی که با استفاده از سنگدانه های شکسته حاصل از معدن سنگ تهیه می شوند، چون میزان سنگدانه های درشت نسبت به بتن های معمولی زیادتر و میزان سیمان و ماسه مصرفی کمتر است، بتن ظاهری خشن داشته و چسبندگی و قوام آن کم می شود. در این حالت توصیه می شود از طریق ساخت طرح های اختلاط آزمایشی، این کمبود با مصرف میزان مناسبی پودر سنگ، حاصل از فرآیند تولید سنگدانه، یا دیگر مواد افزودنی های معدنی مجاز جبران شود.

جدول (۱) حدود دانه بندی محدوده های سنگدانه های درشت (شن)

*براساس نیاز کارگاه و با نظر دستگاه نظارت می توان محدوده ۵-۲۰ را به دو بخش ۵-۱۰ و ۱۰-۲۰ تقسیم نمود.

قبل از سفارش تجهیزات و سیستم تولید شن و ماسه، اطلاعات زیر باید برای بررسی شود.

1- نمودار مسیر تولید سنگدانه ها.

2- نقشه موقعیت دستگاه ها (سرندها، نقاله ها، سنگ شکن، ماسه شوی و...) و مشخص نمودن محل انباشت سنگدانه ها.

3- شرح و مشخصات تجهیزات مختلف سیستم بطور جداگانه مانند: نوع، اندازه، ظرفیت و قدرت.

4- نحوه کنترل و جمع آوری گرد و غبار و هرز آب های حاصل از شستشوی مصالح.

سیمان

عامل چسباننده سنگدانه ها در بتن (خمیر سیمان) نقش مهمی در عملکرد سازه بتنی حجیم ایفا می کند. واکنش های آبگیری در بتن های حجیم باید آهسته تر از بتن های معمولی صورت گیرد تا گرمای حاصل از این واکنش ها سبب افزایش بیش از حدود مجاز دمای سازه نشود.

در بتن های حجیم یکی از چند گونه سیمان پرتلند نوع ۴،۲ یا ۵ و یا انواع بخصوصی از سیمان های آمیخته پرتلند پوزولانی و روباره ای استفاده می شود.

سیمان نوع دو: با گرمای آبگیری متوسط، در صورتی برای استفاده در بتن ریزی های حجیم مناسب است که مجموع سه کلسیم سیلیکات و سه کلسیم آلومینات (C3S+C3A) آن کمتر از 58% یا گرمای آبگیری 7 روزه آن کمتر از 70 کالری بر گرم باشد.

سیمان نوع چهار: با گرمای آبگیری کم برای سازه های بتنی حجیم که در آنها الزامات حرارتی تعیین کننده می باشد، مناسب است. گرمای آبگیری ۷ روزه این سیمان به ۶۰ کالی بر گرم محدود شده است.

سیمان نوع پنج (مقاوم در برابر سولفات ها): به دلیل روند حرارت زایی متوسط در بتن ریزی های حجیم نیز کاربرد دارد. میزان سه کلسیم آلومینات در این سیمان به ۵ درصد محدود شده است. به همین دلیل زمانی که میزان سولفات در آب یا خاک مجاور سازه از حدود مجاز جدول (۲) تجاوز نماید، باید از سیمان نوع پنج استفاده شود. در سازه های بتن آرمه حجیم که در معرض خطر حمله توام یون های کلرید و سولفات (مانند ماطق حاشیه خلیج فارس و دریای عمان) قرار دارد، نباد از سیمان نوع پنج استفاده شود.

جدول (۲) سیمان های قابل مصرف در بتن برای مقابله با درجات مختلف حمله سولفات ها

شدت حمله سولفات ها

سولفات های محلول در آب برحسب So4 در خاک (%)

مقدار سولفات موجود در آب برحسب So4 (ppm) 

نوع مواد سیمانی لازم 

حداکثر نسبت وزنی آب به سیمان 

ملایم

صفر تا 1/0 

صفر تا 150

-

-

متوسط

1/0 تا 2/0

150 تا 1500

پرتلند نوع 2 یا هم ارز آن

50/0

شدید 

2/0 تا 2 

1500 تا 10000

پرتلند نوع 5 یا هم ارز آن 

45/0

خیلی شدید

بالاتر از 2 

بالاتر از 10000

پرتلند نوع 5+ پوزولان یا سرباره

40/0

زمانی که کلریدها یا یون های مخربی نظیر آن علاوه بر یون سولفات وجود داشته باشد، برای جلوگیری از خوردگی آرماتورها، باید نسبت آب به سیمان را کاهش داده و سیمان نوع دو مصرف نمود. سیمان پرتلند نوع یک نباید به تنهایی در بتن های حجیم مصرف شوند، مگر آنکه نشان داده شود به همراه پوزولان ها، روباره ها یا دیگر مواد افزودنی معدنی کلیه شرایط موجود برای بتن های حجیم را برآورده می کند. مصرف سیمان نوع ۳ در بتن های حجیم مجاز نیست.

کنترل کیفیت کارگاهی سیمان های پرتلند

الف: در صورتی که ابعاد یا حساسیت پروژه ایاب نماید، کنترل کیفیت ویژه سیمان می تواند در محل کارخانه و همزمان با فرآیند تولید صورت گیرد. در این صورت سیلوهای ویژه از طرف کارخانه برای پروژه تخصیص داده می شود و فط سیمان های مورد تایید، اجازه انباشت در این سیلوها دارند. سیمانی که از سیلوهای تایید شده به کارگاه ارسال می شود، بدون نیاز به کنترل دوباره در کار مصرف خواهند شد ولی 

می توان به صورت اتفاقی نمونه هایی از سیمان مصرفی در کارگاه را به آزمایشگاه مرکزی طرف قرارداد کارفرما ارسال نمود تا ضمن ثبت مستندات، از کیفیت سیمان ارسال شده به کارگاه اطمینان حاصل شود.

ب: در صورتی که استقرار عوامل کنترل کیفی کارگاه در کارخانه تولید سیمان مقدور نباشد، قبل از آغاز عملیات بتن ریزی، باید آزمایشگاه مجهز به وسایل انجام آزمایش های فیزیکی سیمان مطابق جدول (۳) در کارگاه مستقر گردد.

جدول (۳) آزمایش های کارگاهی سیمان های پرتلند

آزمایش های فیزیکی سیمان 

شناسه استاندارد 

گیرش اولیه و ثانویه سیمان (روش ویکات) 

دت 113 یا ASTM C191 

سلامت سیمان در دستگاه اتوکلاو 

دت 123 یا ASTM C151 

مقاومت فشاری قالب های مکعبی 5 × 5 × 5 سانتیمتری 

دت 119 یا ASTM C109 

سطح ویژه (بلین)

دت 109 یا ASTM C204 

پ: قبل از استفاده از سیمان در عملیات اجرایی باید مطابق آزمایش نمونه گیری از سیمان، دت ۱۰۶، از هر۵۰۰ تن سیمان ورودی به کارگاه نمونه برداری شده و به کمک آزمایش های فوق کیفیت آن مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج آزمایش های فوق، ملاک قبول یا رد محموله های سیمان خواهد بود.

ت: قبل از استقرار آزمایشگاه محلی در کارگاه، کنترل کیفیت سیمان های مصرفی در کارگاه براساس ارزیابی نتایج آزمایش های فیزیکی و شیمیایی که توسط کارخانه تولید کننده یا آزمایشگاه مورد تایید، انجام 

می شود، صورت می گیرد.

همچنین بعد از استقرار آزمایشگاه محلی در کارگاه، به علت محدودیت امکانات و تخصصی بودن ماهیت آزمایش های شیمیایی و بعضی آزمایش های فیزیکی هر ۳ ماه یکبار یا به صورت ادواری یا موردی از سیمان نمونه گیری شده و به آزمایشگاه بتن مرکزی ظرف قرارداد ارسال می شود.

سیمان های آمیخته

الف: سیمان های پرتلند آمیخته مخلوطی از سیمان پرتلند و درصدی مواد مضاف معدنی هستند که از آسیاب کردن همزمان و یا مخلوط کردن پودر این دو تولید می شوند. مواد مضاف که در تولید این 

سیمان ها به کار گرفته می شوند شامل پوزولانی های طبیعی، پوزولانی های مصنوعی شامل خاکسترهای صنعتی، خاکستر بادی، روباره های کوره آهن گدازی و غیره می باشند.

انواع سیمان های آمیخته ای 

انواع سیمان های آمیخته ای که در اجرای سازه های بتنی حجیم کاربرد دارند، مطابق استاندارد ASTM C 595 به قرار زیر می باشند:

سیمان پرتلند دوباره ای نوع IS (۲۵ الی ۷۰ درصد روباره)

سیمان پرتلند-پوزولانی نوع IP (۱۵الی ۴۰ درصد پوزولان)

آب

آبی که برای اختلاط، عمل آوری بتن و شستن مصلح سنگی بتن بکار می رود باید تازه، تمیز و عاری از فضولات ناشی از فاضلاب های شهری و صنعتی، روغن، اسید، نمک، مواد قلیایی و آلی و دیگر مواد زیان آور باشد. در مواقع سیلابی و گل آلود بودن آب رودخانه ها باید با اعمال تدابیری مانند استفاده از حوضچه های ته نشینی، مواد معلق در آب تا میزان قابل قبول کاهش یابد.

مواد افزودنی

علت مصرف مواد افزودنی در بتن های حجیم می تواند یک یا ترکیبی از موارد زیر باشد:

برای کاهش مصرف سیمان و در نتیجه کاهش حرارت آبگیری.

برای کاهش نرخ گیرش سیمان و در نتیجه امکان اجرای بلوکهای بزرگتر در یک نوبت بتن ریزی.

برای کمک به اجرای کار در شرایط جوی نامطلوب و بهبود کارآیی بتن.

برای افزایش کیفیت و کاهش هزینه اجرای کار.

برای افزایش پایایی در برابر دوره های مکرر یخ زدن و آب شدن و نیز بهبود کارآیی

3- کیفیت و طرح اختلاط بتن؛ پایایی بتن

پایایی عبارتست از کارآیی و قابلیت مقاومت بتن در برابر هوازدگی، حمله عوامل شیمیایی، سایش و فرسایش، یا فرآیندهای مخرب دیگر. برای ایجاد و حفظ پایایی مطلوب در بتن حجیم، روش ها و راه حل های متفاوتی وجود دارد.

در سازه های بتن حجیم مخلوط بتن باید به گونه ای طراحی و اجرا شود که ضمن کسب مقاومت فشاری لازم در سن مورد نظر، کیفیت اولیه سازه در خلال دوره بهره برداری مفید به گونه ای تنزل نیابد که عملیات ترمیم و بازسازی پر هزینه ای را به دنبال داشته باشد. با این حال با توجه به هزینه بر بودن ساخت سازه های بتنی حجیم نظیر سدها و ابنیه وابسته به آنها در مقایسه با دیگر سازه های بتنی متعارف باید در نظر داشت برای افزایش عمر مفید سازه های بتنی ممکن است اعمال تمامی ملاحظات پایایی برای تمام سازه ها مورد نیاز نباشد. به همین دلیل در تعیین و اعمال الزامات پایایی برای سازه های مختلف بتنی حجیم باید اهمیت، دوره، تواتر بهره برداری و شرایط اقلیمی منطقه طرح مدنظر قرار گیرد. به طور کلی برای اقتصادی تر نمودن اجرای این گونه سازه ها ابتدا باید طبقه بندی آنها از حیث اهمیت در کل پروژه صورت گیرد.

عواملی کاهش پایایی بتن

این عوامل عبارتند از:

1- یخ زدن و آب شدن

وجود رطوبت و آب از عوامل تعیین کننده در تخریب بتن در اثر یخبندان های متناوب محسوب می شوند. به همین دلیل تا حد امکان باید از طریق بکشی و انتخاب جزئیات اجرای مناسب یا دیگر تدابیر لازم، آب و رطوبت را از سازه بتنی در معرض یخبندان دور نموده و یا مقدار آن را به حداقل ممکن کاهش دهد. بتن مرطوب که در معرض دوره های متناوب یخ زدن و آب شدن قرار دارد، در صورت دارا بودن کیفیت نامطلوب دچار آسیب خواهد شد. برای اینکه بتوان با آثار یخبندان های متناوب مقابله نمود ضروری است نکات زیر رعایت شود:

الف: ایجاد حباب های هوا به میزان لازم در بتن

ب: استفاده از مصالح مرغوب در ساخت بتن

پ: پایین آوردن نسبت آب به سیمان تا زمانی که موجب اختلال در عملیات پیش سرایش بتن نگردد.

ت: استفاده از روش های مناسب و صحیح در تهیه، انتقال، اجرا، عمل آوری و محافظت بتن

2- عوامل شیمیایی خورنده

یکی از عوامل مهمی که تاثیر بسزایی در افزایش پایایی بتن در برابر عوامل شیمیایی خورنده اسیدی دارد، افزایش میزان سیمان و کاهش نسبت آب به سیمان می باشد. اما با توجه به ابعاد قابل ملاحظه سازه های بتنی حجیم نظیر سدها، افزایش میزان سیمان مصرفی به دلیل خطر بروز ترک های حرارتی توصیه نمی شود. از عوامل شیمیایی مهم خورنده در سازه های بتنی حجیم می توان به املاح کلریدها، سولفات ها، سولفیت ها و کربنات ها اشاره نمود.

جدول (۴) عوامل موثر در حمله شیمیایی زیان آور بر بتن

عوامل بازدارنده یا کند کننده حمله

عوامل تسریع کننده یا تشدید کننده حمله 

1- بتن متراکم بر اثر:

- طرح اختلاط مناسب

- کاهش میزان آب اختلاط

- افزایش میزان مواد سیمانی

- هوازایی

- تراکم کافی

- عمل آوری مناسب

1- تخلخل زیاد به علت:

- جذب آب زیاد

- نفوذپذیری

- وجود حفره ها 

2- گاهش تنش کششی در بتن از طریق:

- آرماتورگذاری با قطر کافی و استقرار آن در محل صحیح

- کاربرد پوزولان ها (برای کنترل افزایش دما)

- در نظر گرفتن درزهای انقباض کافی

2- ترک ها و گسستگی ها به علت:

- تمرکز تنش ها

- شوک حرارتی (ناشی از تماس با سرمای ناگهانی 

3- در طراحی سازه اهداف زیر مد نظر قرار گیرد:

- برای به حداقل رسانیدن مناطق اغتشاش (Turbulance)

- در نظر گرفتن لایه محافظ برای کاهش نفوذ آب حاوی املاح زیان آور

3- نفوذ مایعات به علت:

- جریان مایع

- ذخیره سازی

- فشار هیدرواستاتیک

3- سایش و فرسایش

در بعضی موارد سطوح بت های حجیم سازه های هیدرولیکی مانند سرریزها و حوضچه های آرامش در سدها تحت فرآیند سایش، فرسایش و خلاء زایی قرار می گیرند که باید با تدابیر مناسب از آن جلوگیری نمود. در سازه های آبی دانه های شن و ماسه موجود در آب جاری ممکن است موجب فرسایش سطوح شود. استفاده از بتن مرغوب و با کیفیت می تواند پایایی مناسب را برای مقابله با این عوامل بوجود آورد.

4- خوردگی فولاد و سایر اقلام مدفون در بتن

بطور معمول بتن می تواند انواع فولاد و سایر اقلام مدفون در خود را به علت ایجاد محیط قلیایی با pH بالا در خمیر سیمان در برابر خوردگی محافظت نماید. کارآیی این حفاظ به میزان پوشش بتنی روی فولادها، کیفیت بتن جزئیات اجرایی و میزان ستون های کلرید مجاور سطح فولاد در مواد متشکله بتن یا شرایط محیطی اطراف بتن بستگی دارد.

در بتن آرمه حجیم، به منظور حفاظت آرماتورهای در برابر خوردگی، حداکثر یون کلرید قابل حل در آب در بتن سخت شده ۲۸ روزه، (ناشی از مواد تشکیل دهنده بتن یعنی آب، سنگدانه ها و مواد افزودنی) نباید از مقادیر حداکثر مجاز قید شده در جدول (۵) تجاوز نماید.

همچنین مقدار کلرید موجود در بتن آرمه در هر صورت نباید از ۰/۶ کیلوگرم در هر مترمکعب بتن بیشتر شود.

جدول (۵) حداکثر مجاز یون کلرید از نظر خوردگی

نوع قطعه بتنی 

حداکثر کلرید قابل حل در آب در بتن، درصد نسبت به وزن سیمان 

بتن پیش تنیده 

06/0 

بتن آرمه ای که در زمان بهره برداری در معرض رطوبت و کلریدها قرار گیرد 

15/0 

بتن آرمه ای که در زمان بهره برداری در حالت خشک باشد یا از رطوبت محافظت شود

00/1 

سایر سازه های بتن آرمه

30/0 

در اثر خوردگی آرماتور ممکن است پکیدن و قلوه کن شدن سطوح بتنی روی دهد. این موضوع بخصوص در عرشه پل ها در مناطق سردسیر، در صورت استفاده از مواد شیمیایی یخ زدا، و در سازه های بتنی در مناطق گرمسیر و مرطوب می تواند مشکلاتی را به بار آورد.

5- واکنش قلیایی سنگدانه ها

واکنش قلیایی در بتن عبارت است از واکنش کانی های مستعد موجود در سنگدانه های مصرفی با املاح قلیایی آزاد موجود در بتن در محیط با رطوبت کافی. منابع تامین مواد قلیایی شمل دو منبع درونی و بیرونی می باشند. منبع درونی می تواند شامل کلیه مصالح تشکیل دهنده بتن از جمله سنگدانه ها، سیمان، آب و مواد افزودنی معدنی و شیمیایی باشد. آب یا مایعات حاوی املاح قلیایی در صورتی که زمینه نفوذ آنها به داخل بتن فراهم گردد، خود می توانند منبع بیرونی تامین قلیایی ها در بتن تلقی شوند. این واکنش ها می توانند سب انبساط مخرب، ترک خوردگی و خرابی بتن گردند. واکنش های قلیایی شناخته شده در بتن شامل نوع سیلیسی و کربنات می باشند.

برای شروع و ادامه پدیده واکنش قلیایی باید سه شرط زیر برقرار باشد:

الف: وجود سنگدانه ها به میزان قلیای کافی (منبع اصلی تامین قلیایی ها در بتن اکسیدهای سدیم و پتاسیم موجود در سیمان است.)

ج: دسترسی به رطوبت کافی

عواملی که موجب افزایش پایایی بتن در شرایط مختلف می شوند عبارتند از:

1- استفاده از مواد حباب ساز

مواد حباب ساز بطور معمول در بتن حجیم به منظور افزایش مقاومت در برابر یخبندان، افزایش کارآیی بتن تازه، افزایش حجم خمیره بتن، کاهش آب مخلوط بتن و در نهایت کاهش نسبت آب به سیمان مورد استفاده قرار می گیرد. میزان مجاز هوا در بتن حجیم بشرح جدول (۶) می باشد.

جدول (۶) مقدار کل حباب هوا برای بتن مقاوم در برابر یخبندان

حداکثر قطر سنگدانه (میلیمتر) 

شرایط محیطی ملایم 

شرایط محیطی شدید 

10

7-5 

8-7 

10

6-4 

7-5 

40

5-4 

6-5 

75

(4-3)* 

(5-4)* 

150

(4-2)* 

(5-3)* 

*برای تعیین درصد هوای این بتن ها، ابتدا باید سنگدانه های بزرگتر از ۴۰ میلی متر توسط سرند از بتن جدا شده و پس از اندازه گیری هوای مخلوط باقی مانده، درصد هوای کل را با توجه به حجم سنگدانه های درشت جدا شده محاسبه نمود.

برای افزایش پایایی بتن در برابر دوره های یخ زدن و آب شدن در زمان اجرا باید نکات زیر در نظر گرفته شوند:

بهره گیری از مصالح مرغوب، اعمال نسبت آب به سیمان مناسب و مصرف مواد حباب ساز.

تراکم کافی بتن ضمن پرهیز از جداشدگی سنگدانه ها و آب انداختن سطحی بتن.

پرداخت کافی و بهینه سطوح بتنی.

انتخاب و اجرای روش مناسب عمل آوری به منظور کامل شدن فرآیند آبگیری سیمان و در نهایت کاهش نفوذ پذیری بتن.

به کار بستن تدابیر لازم در بتن ریزی های حجیم به منظور رها سازی تدریجی گرمای آبگیری سیمان.

2- محدودیت نسبت آب به سیمان

نسبت آب به سیمان بتن های حجمی که در تماس با عوامل محیطی قرار دارند نباید از مقادیر درج شده در جدول (۷) بیشتر شود.

نسبتهای آب به سیمان تمامی بتن های حجمی که بصورت متناوب یا دائم در تماس با آب دریا قرار 

می گیرند باید به میزان ۰/۰۵ از مقادیری که در جدول (۷) نشان داده شده کمتر در نظر گرفته شوند. در هر حال نسبت آب به سیمان نباید از ۰/۴۵ شود.

نسبت های اختلال بتن باید با توجه به کارایی مناسب و میزان هوای تعیین شده طراحی شوند. برای اینکه اثر نوسانات ناشی از پیمانه گیری مصالح در دستگاه بتن ساز در مقاومت فشاری بتن حجیم در نظر گرفته شود، لازم است به میزان ۰/۰۲ از نسبت آب به سیمان قید شده در جدول (۷) کاسته شود.

جدول (۷) حداکثر نست آب به سیمان مجاز برای بتن های حجیم

محل سازه و شرایط استقرار 

شرایط آب و هوایی شدید تا متوسط 

شرایط آب و هوایی ملایم 

در محل تراز آب سازه های هیدرولیکی یا بندری (نظیر اسکله ها) که بروز وضعیت اشباع به صورت متناوب میسر باشد. 

50/0 

55/0 

بتن هسته یا بدنه سدها یا سایر سازه های وزنی که در آن بهره گیری از دو رده بتن جداگانه مورد نظر باشد.

70/0 

70/0 

سازه های روباز معمولی 

50/0 

55/0 

غرقاب شدن دائم در آب 

58/0 

58/0 

بتن ریزی در آب 

45/0 

45/0 

تماس مستقیم با آبها زیرزمینی حاوی مقادیر زیاد املاح سولفات یا مایعات خورنده دیگر نظیر آب شور و یا آب دریا 

45/0 

45/0 

بتن در معرض تماس با جریان سریع آب (بیش از 12 متر در ثانیه) در سازه هایی نظیر سرریزها و حوضچه های آرامش 

45/0 

45/0 

4- محیط های سولفاتی 

زمانی که سازه بتنی حجیم در معرض آب زیرزمینی یا خاک دارای سولفات های سدیم، پتاسیم یا منیزیم باشد، بتن تحت تاثیر قرار گرفته و به تدریج خرابی در آن گسترش می یابد.

برای حفاظت بتن حجم در برابر حمله و لفت ها رعایت موارد زیر توصیه می شوند:

استفاده از سیمان مناسب (سیمان نوع ۵، د صورتی که یون کلرید به طور هم زمان وجود نداشته باشد، یا معادل آن از نوع سیمان های آمیخته)

کاهش نسبت آب به سیمان

استفاده از پوزولان مناسب به میزان موثر (حداقل ۲۰ درصد وزن سیمان)

طرح اختلاط مناسب و تراکم کافی بتن در حین بتن ریزی

ایجاد حباب های هوا در بتن برای کاهش نسبت آب به سیمان (کاهش نفوذپذیری)

عمل آوری مناسب و کافی

در جدول (۲) نوع سیمان و نسبت آب به سیمان مناسب برای بتن های در معرض حمله سولفات ها نشان داده شده است. بعَی پوزولان ها و روباره هایی که کیفیت فیزیکی و شیمیایی آن با انجام آزمایش های آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفته اند می توانند پایایی بتن های ساخته شده با سیمان پرتلند نوع ۱ و ۲ را در برابر حمله سولفات ها بهبود بخشند.

5- تدابیر ویژه برای محیط های خورنده

برای جلوگیری از خوردگی آرماتورها و سایر اقلام مدفون در بتن باید نکات زیر رعایت شوند:

الف: ساخت بتن با نفوذپذیری کم

بتن با نفوذ پذیری کم از نفوذ آب و سایر یون های مهاجم جلوگیری نموده و به همین دلیل دارای خاصیت هدایت الکتریکی کمتری است. بتی با ای ویژگی در مقابل جذب املاح و اثر آنها بر اقلام مدفون در بتن مقاومت کافی داشته و مانع نفوذ اکسیژن می شود. استفاده از دوده سیلیسی یا پوزولانهای مناسب دیگر، رعایت نسبتهای اختلاط مناسب، اجرا و عمل آوری صحح، نفوذ پذیری بتن را تا حد زیادی کاهش می دهد.

در این شرایط عمل آوری بتن باید به صورت شبانه روزی و بلافاصله پس از پایان عملیات بتن ریزی و پرداخت سطوح آغاز شده و حداقل تا ۷ روز ادامه یابد. در مورد بتن های حاوی دوده سیلیسی و سایر پوزولان ها مدت عمل آوری باید تا ۱۴ روز تداوم یابد.

ب: پوشش مناسب روی فولاد

در سازه های بتن آرمه حجیم که در معرض محیط های خورنده یا شرایط محیطی شدید، بسیار شدید و فوق‌العاده شدید، مطابق تعریف آیین نامه بتن ایران، قرار می گیرند حداقل پوشش روی آرماتور به ترتیب ۶۰، ۷۵ و ۹۰ میلیمتر در نظر گرفته می شود.

پ: زهکشی مناسب

در مناطقی که سازه در تماس با عوامل خورنده می باشد، به ویژه در مناطق سردسیر، جزئیات زهکشی باید به دقت طراحی و اجرا شود.

ت: محدود کردن مقدار یون های کلرید در هر یک از مواد تشکیل دهنده بتن

ث: دقت در مورد اقلامی که از بتن بیرون می زنند.

در محیط های خورنده در صورتی که اقلام مدفون در بتن، نظیر میل مهارها، بید از بتن بیرون بزنند، لازم است دقت ویژه ای نسبت به انتخاب مصالح مصرفی، نوع محیط خورنده، اجتناب از تماس این نوع اقلام با فلزات غیرمشابه در درون بتن، اجرای دقیق بتن در اطراف قطعه مورد بی و اجتناب از ایجاد روزانه برای نفوذ عوامل خورنده به بخش های داخلی بتن، مبذول شود.

ج: استفاده از سیستم های محافظ 

به علت هزینه قابل ملاحظه تعمیر رالی های ناشی از خوردگی در سازه های بتنی حجیم استفاده از 

سیستم های محافظ می تواند مورد نظر قرار گیرد. این سیستم ها می تواند شامل پوشش متراکم بتن، پوشش اپوکسی و غشاهای ویژه مقاوم در برابر نفوذ آب شوند.

6- تدابیر ویژه برای کاهش سایش و فرسایش در بتن

مقاومت فشاری مهمترین عامل کنترل کننده مقاومت سایشی بتن است، بنابراین اولین گام، انتخاب مقاومت فشاری مناسب است. بهبود روشهای تراکم، پرداخت سطوح و عمل آوری بتن نیز در افزایش مقاومت سایشی بتن موثرند. برای دستیابی به این ویژگی باید توصیه های زیر را مدنظر قرار داد:

پرهیز از جداشدگی دانه ها حین بتن ریزی

اجتناب از آب انداختن سطوح بتن

انتخاب زمان صحیح برای پرداخت سطوح بتن

افزایش نسبت سنگدانه به سیمان در مخلوط بتن

به حداقل رساندن نسبت آب به سیمان بتن های مجاور سطوح

پرهیز از افزودن آب به سطوح بتنی برای سهولت پرداخت

انجام ماله کشی سطوح پس از حذف آبهای اضافی سطوح

اجرای روش های صحیح تراکم و عمل آوری بتن

کاربرد سنگدانه های با سختی زیاد، مصرف سیمان به میزان کافی و استفاده از پوزولان هایی مانند دوده سیلیسی می تواند باعث افزایش مقاومت بتن در برابر سایش و فرسایش گرد در بعضی از سازه های انتقال آب سدها نظیر سرریزها، بتن به دو بخش مغازه و رویه تفکیک می گردد. الزامات فیزیکی و مقاومت زیاد در برابر عوامل سایش تنها در خصوص بتن رویه که در زمان تخلیه سیلاب در تماس مستقیم با اینگونه عوامل می باشند، اعمال خواهد شد.

کنترل دما و ملاحظات حرارت بتن حجیم

قبل از آنکه ملاحظات حرارتی بتن هنگام اجرا مد نظر قرار گیرد، طراحی سازه های بتن حجیم باید 

بگونه ای صورت گرفته باشد که احتمال بروز ترک های حرارتی به حداقل ممکن برسد.

برای جلوگیری از ترک خوردگی حرارتی که یکپارچگی سازه های بتن حجیم را با خطر مواجه خواهند ساخت، لازم است اقداماتی صورت گیرد. روش های متعارف برای کنترل دمای بتن حجیم عبارتند از روش پیش سرمایش و روش پس سرمایش.

1- پیش سرمایش

پیش سرمایش به روشی اطلاق می شود که در آن با کاستن دمای اجزای متشکله بتن شامل آب و سنگدانه مصرفی دمای بتن تازه کاهش می یابد.

روش مورد استفاده برای کاهش دمای بتن ریزی برحسب میزان سرمایش مورد نیاز به شرایط محیطی و تجهیزات و ماشین آلات اجرایی پیمانکار بستگی دارد. روش های متداول پیش سرمایش بتن به ترتیب افزایش هزینه به شرح جدول (۸) می باشد.

بطور کل ترک خوردگی در سازه های حجیم مطلوب نمی باشد زیرا به آب بندی، تنش های داخلی، دوام و نمای ظاهری بتن تاثیر می گذارد. ترک ها زمانی بروز نمایند که تنش های کششی از مقاومت کششی بتن فراتر رود. تنش های کششی می تواند در اثر اعمال بارهای خارجی باشد ولی در اغلب اوقات این تنش ها بدلیل محدودیت و قیدهای موجود در مقابل تغییرات حجم بتن حاصل می گردد. بزرگترین مقدار تغییرات حجم در بتن حجیم، بدلیل تغییر در دمای بتن حاصل می گردد. با بهره گیری از روش های اجرایی مناسب و تمهیدات لازم در زمان اجرا می توان تمایل به ترک خوردگی بتن را در اثر تغییرات موجود در دمای بتن و اختلاف دمای بین بتن و محیط را، تا حدود قابل قبولی کاهش داد.

همانطوری که ذکر شد ترک های حرارتی زمانی رخ می دهند که تنش های کششی ناشی از افت دمای بتن و وجود قیدها و محدودیت های مقابل تغییر حجم ناشی از این افت دما، از مقاومت کششی بتن بیشتر شود. قیدها و محدودیت های موجود در مقابل تتغییر حجم می توانند داخلی یا خارجی باشند. در شرایط آب و هوای گرم رعایت کردن نکات زیر در جلوگیری از بروز ترک در بتن ضروری است:

سایه انداختن روی سنگدانه ها

خنک کردن سنگدانه ها با اسپری کردن آب روی آنها

سنگدانه های خنک شده نباید از مسیر انتقال به واحد بتن ساز در خود واحد بتن ساز در معرض هوای گرمتر از ۲۰ درجه سانتیگراد قرار گیرد.

جایگزین نمودن قسمتی یا تمامی آب اختلاط با قطعات خرد شده یخ

تزریق نیتروژن مایع

خنک کردن آب اختلاط به روش تبرید

سایه انداختن بر تجهیزات پیمانه کردن، اختلاط و حمل و نقل و رنگ کردن لوله ها، مخزن های ذخیره و تانکهای آب با رنگ سفید

به حداقل رساندن زمان اختلاط و زمان انتقال بتن به محل بتن ریزی

محافظت بتن تازه اجرا شه از معرض شرایط هوای گرم و یا خشک

بکارگیری عمل آوری مرطوب پیوسته بجای عمل آوری غشایی

استفاده از قالب های فلزی

اسپری نمودن آب سرد ب روی قالبها آرماتورها

انجام عملیات بتن ریزی در شب

در سازه های بتنی حجیم احتمال ترک خوردن بتن، ناشی از تنش های حرارتی همواره وجود دارد. یکی از بهترین روش های جلوگیری از بروز چنین ترک هایی، کنترل دمای بتن تازه و کاهش آن تا حد ممکن 

می باشد. هر چه قدر دمای بتن نازه کم باشد، حداکثر دمای بتن طی دوره گیرش و طی روزهای نخستین عمر بتن، که تحت اثر فعل و انفعالات شیمیایی حاصل می گردد کمتر شده و در نتیجه مرادیان حرارتی نیز کاهش یافته و خطر ترک خوردن بتن (بدلیل تنش های حرارتی موجود) کاهش می یابد. بعبارت دیگر دمای بتن تازه باید بنحوی تعیین شود که تغییر شکل های کششی ناشی از تغییرات دمای بتن (از دمای اولیه تا دمای نهایی) از حد تحمل بتن بیشتر نشود. پیش خنک سازی اثری مطلوب بر روی کارایی بتن دارد.

یکی از روش های موثر در کنترل دمای بتن تازه، پیش سیمایش بوده که مقدار و میزان آن بسته به شرایط آب و هوایی و نیز مشخصات فنی طرح متغیر می باشد. روش های مورد استفاده از پیش سرمایش، بسته به دمای بتن تازه مورد نیاز در طرح، ممکن است از چند فعالیت ساده یا ترکیبی از چند فعالیت پیچیده شکل گیرد.

جدول (۸) روش های پیش سرمایش

روش های پیش سرمایش بتن

میزان تقریبی کاهش دما (درجه سانتیگراد) 

آب پاشی دپوهای بتن 

3

سرد کردن آب مصرفی در بتن 

2

جایگزینی 80 درصد از آب مخلوط بتن با یخ 

7

سرد کردن شن به وسیله مکش تا دمای 2 یا 3 درجه سانتیگراد 

17

سرد کردن شن تا دمای 4 درجه سانتیگراد به وسیله هوای خنک 

14

سرد کردن شن از طریق غرقاب کردن تا دمای 4 درجه سانتیگراد 

17

خنک کردن ماسه به وسیله مکش تا دمای 1 درجه سانتیگراد 

7

خنک کردن مستقیم سیمان تا دمای 27 درجه سانتیگراد 

2

پیش سرمایش یکی از موثرترین روش ها برای کاهش دمای بتن ریزی و در نهایت جلوگیری یا به حداقل رساندن خطر بروز ترک های حرارتی محسوب می شود. به طور کلی هر چه دمای بتن به هنگام تبدیل از حالت خمیری به حالت سخت شده کمتر باشد، گرایش بتن نسبت به ترک خوردن کمتر خواهد بود. میزان سرمایش مورد نیاز برای هر سازه حجیم باید با توجه به شرایط محیطی، نوع مخلوط بتن و مصالح تشکیل دهنده آن محاسبه و اجرا گردد.

مصالح

برای پیش سرمایش بتن تازه باید مواد تشکیل دهنده آن را سرد نمود. آب مصرفی در بتن بسته به طرح اختلاط مورد نظر و شرایط اقلیمی منطقه طرح می تواند به سه صورت آب سرد، یخ و یا مخلوطی از این دو تامین و پیمانه ود. آب موجود در شن و ماسه نه تنها در محاسبات طرح اختلاط بلکه برای کنترل دمای بتن حجیم نیز باید در نظر گرفته شود.

برای جلوگیری از افزایش دمای سنگدانه های مصرفی، باید در محل های انباشت آها سایبان نصب نمود. ماسه را می توان در ماسه شورها و یا جا کننده هایی شست یا جدا کرد که آب آنها سرد شده است. 

روش های سرد کردن شن شامل پاشیدن آب سرد بر روی محل های انباشت شن، افشاندن آب سرد بر روی تسمه های کم سرعت انتقال شن، غرقاب کردن شن در مخازن حاوی آب سرد، دمیدن هوای سرد به درون مخازن سنگدانه های دستگاه بتن ساز و یا ایجاد سرمایش تبخیر شن از طریق ایجاد خلاء می باشد. سرمایش سیمان تا پایین تر از نقطه شبنم مجاز نمی باشد.

2- پس سرمایش

پس سرمایش بتن حجیم در سدهای قوسی در وهله اول جهت کاهش دمای بتن تا دمای مورد نیاز جهت تزریقات درزهای انقراضی انجام می گیرد. در ضمن این رویه، سبب کاهش دمای حداکثر بتن

(Peak Temperature) می شود. در تعریف، خنک سازی بتن، بلافاصله پس از شروع عملیات بتن ریزی، را با استفاده از گردش آب در لوله های فلزی قرار داده شده در کف هر لیف (در سدهای بتنی)، پس سرمایش یا سرمایش مصنوعی گویند. گرمای هیدراتاسیون (ناشی از فعل و انفعالات گیرش سیمان در بتن) بوسیله آب در حال گردش جذب و دفع می گردد. این عمل ضمن کاهش دمای بتن سبب کاهش گرادیان حرارتی بین هسته بتن و محیط شده و در عمل مهمترین عامل ترک خوردگی بتن را خنثی می نماید. به عنان نمونه در مشخصات فنی بتن ریزی طرح سد کارون ۳ موارد زیر برای سیستم پس سرمایش تعریف شده بود:

حرارت هیدراتاسیون بتن سد قوسی و تراست بلوک ها باید با پس خنک سازی در حد قابل قبول نگه داشته شود.

پیمانکار موظف است تجهیزات خنک سازی را با ظرفیتی بیش از میزان تئوریک پیش بینی شده فراهم نماید.

پیمانکار موظف است حداقل ۴ ماه قبل از اولین بتن ریزی سد قوسی، توصیف جامعی از طراحی سیستم پس خنک سازی، نصب و فعالیت های لازم شامل رفتارسنجی دما، ظرفیت پیش بینی شده و مدت خنک سازی، جزئیات مصالح و جانمایی لوله های پخش و لوله های قائم شبکه خنکسازی را به دستگاه نظارت ارائه نماید.

در طراحی ظرفیت سیستم خنک سازی باید دمای بتن در زمان بتن ریزی، گرمای هیدراتاسیون بتن، دمای متوسط بتن، دمای متوسط روزانه، تشعشع خورشیدی، دمای مخزن، دمای آب خنک سازی و تغییرات فصلی عوامل فوق در نظر گرفته شود.

اختلاف دمای بین بتن و آب خنکسازی نباید بیشتر از ۴۰ درجه سانتیگراد باشد.

شبکه های خنک سازی می تواند فولادی، آلومینیومی یا پلاستیکی (P.V.C) باشد و باید تحمل کلیه بارهایی را که ممکن است در مدت زمان بتن ریزی بر آنها وارد شود داشته باشد. در صورتی که از لوله های آلومینیومی استفاده شود، برای جلوگیری از واکنش های گالوانیک باید محل برخورد لوله ها با فولاد موجود در بتن یا با مواد غیر مشابه دیگر کاملاً عایق بندی شود.

هر یک از شبکه های خنکسازی باید به لوله های عمودی ورودی و بازگشتی متصل باشد. لوله های عمودی باید در بالای سطح هر لیفت بتن به اندازه کافی امتداد داشته باشند که بتوان لوله های بعدی را به آنها متصل نمود. لوله های عمودی باید در محل گالری های سد به گونه ای به کلاهک های پخش متصل شوند که بتوان هر یک از آنها را به طور مجزا مسدود نمود. کلاهک های اصلی باید از عایق بندی حرارتی کافی برخوردار باشند. کلیه کلاهک ها و شیرها باید به وضوح برچسب گذاری شوند.

کلیه اتصالات مدفون در بتن باید آب بند باشند. قبل از بتن ریزی، نشت هر بخش از سیستم خنک سازی باید تحت حداکثر فشار پیش بینی شده آزمایش شود.

سیستم خنک سازی باید بگونه ای طراحی شود که آب درون شبکه ها قابل بازیابی باشد.

آب خنک کننده باید فیلتر شده و ذرات معلق آن گرفته شود تا احتمال گرفتگی در زانویی ها، قسمت های تنگ مجاری، یا شیرها کاهش یابد.

خنک سازی باید پیش از بتن ریزی، شروع شده و تا دستیابی به درجه حرارت خواسته شده ادامه یابد. برای اینکه قسمت های مختلف لایه بتن به طور یکنواخت خنک شوند، باید جت جریان آب در شبکه هی خنک کننده، بین شبکه ها به طور یک در میان متفاوت باشد.

پیمانکار موظف است جزئیات خنک سازی هر یک از لایه های بتن را رفتارسنجی و ثبت نماید و این سوابق را به طور هفتگی به دستگاه نظارت ارائه نماید.

پس سرمایش برای کاهش دمای اوج بتن (که در روزهای اولیه پس از بتن ریزی حادث می شود) و همچنین فراهم آوردن زمینه کاهش تدریجی و یکنواخت دما در توده بتن سدهای بتنی - قوسی تا حدی که درزها را بتوان تزریق نمود، استفاده می شود.

پس سرمایش با گذراندن مایعی نظیر آب از داخل لوله هایی که در هر نوبت بتن ریزی تشبیه می شوند، صورت می گیرد. تا زمانی که دمای اوج بتن در محدوده‌های های خنک کننده حادث نشده است، لزومی به محدود ساختن نرخسرمایش نمی باشد.

پس از آنکه نقط اوج دمای بتن حادث گردید، پس سرمایش باید تا زمان وقوع یکی از سه حالت زیر ادامه یابد:

نرخ سرمایش بتن به حداکثر میزانی که بتواند بدون ترک خوردن قابل تحمل باشد، برسد.

دمای بتن به میزان ۱۷ درجه سانتیگراد از دمای نقطه اوج اولیه کاهش یابد.

بتن تا دمای پایدار نهایی یا دمای تعیین شده توسط طراح خنک شده باشد.

نرخ سرمایش بتن (برحسب درجه سانتیگراد در روز) باید بتدریج با افزایش سن کاهش یابد چون مدول الاستیسیته بتن با گذشت زمان افزایش خواهد یافت.

الف: لوله گذاری ها و وسایل سرد سازی و پمپ آب

جنس، اندازه، شکل و فاصله لوله ها از یکدیگر، آرایش و چیدمان کلی لوله گذاری ها، نوع و ظرفیت وسایل سرمایش و پمپ آب مورد نیاز در عملیات پس سرمایش بتن حجیم باید الزامات مشخصات فنی را برآورده نماید.

ب: نرخ سردسازی 

در مدت حرارت زایی و افزایش دمای سریع اولیه، سرمایش باید با حداکثر ظرفیت ادامه یابد. پس از اینکه بتن ب نقطه اوج دمای خود رسید، سرمایش باید تا حداکثر دو هفته با نرخ مقرر ادامه یابد. در این شرایط افت دمای بتن نباید از ۰/۶ درجه سانتیگراد در رز تجاوز نماید. اگر میزان افت دما از میزان یاد شده تجاوز نماید، آنگاه عملیات پس سرمایش باید تا زمانیکه دمای بتن بار دیگر افزایش یابد، متوقف شود. در شرایطی که دمای بتن از میزان اوج اولیه خود فراتر رفته و پیش بینی شود که این افزایش به حدود غیر قابل قبولی برسد، عملیات پس سرمایش باید دوباره آغاز شود.

ب: کنترل حرارت

با نصب دماسنج مناسب در نقاط معینی در داخل بتن حجیم نظیر محل های نزدیک به لوله های پس سرمایش باید تاریخچه ای از آمار سرمایش بتن تهیه و نگهداری شد. با نصب اینگونه دماسنج ها در نقاطی از بتن که بتوانند دمای میانگین بتن را نشان دهند، باید کلیه تغییرات حرارتی در بتن ثبت شود. با اندازه گیری دمای آب در آغاز و پایان دوره پس سرمایش وضعیت تبرید بتن باید بطور مستمر تحت کنترل قرار گیرد.

ت: سرد سازی سطوح

نرخ تبرید سطحی بتن نباید به اندازه ای باشد که زمینه ی ترک خوردگی بتن را فراهم آورده و در نهایت باعث گسترش آن بداخل بتن حجیم گردد.

ث: پوشش سطح

میزان محافظت سطوح از تبادل حرارتی ا محیط، متناسب با ابعاد سازه، نوع و مقدار سیمان، پوزولان ها و مواد افزودنی، نسبت آب به سیمان، نسبت سنگدانه به سیمان، سرعت کاهش یا افزایش دمای محیط، میانگین دمای محیط، وضعیت بارندگی و غیره تغییر می کند. میزان این محافظت باید توسط پیمانکار بصورت راهکار پیشنهادی ارائه و به تصویب دستگاه آنرا برس. با این حال افت دمای کلی در خلال ۳ ماه اولیه سرمایش بتن نباید از ۱۲ درجه سانتیگراد فراتر رود.

4- اجرای بتن حجیم

تجهیزات و وسایل مورد نیاز در زمینه تجهیزات مورد نیاز جهت انتقال، بتن ریزی، پخش و تراکم بتن حجیم باید موارد زیر مورد توجه قرار گیرد:

الف: در انتخابات تجهیزات انتقال، ریختن، پخش و تراکم بتن باید به برنامه زمان بندی پروژه و کمترین و بیشترین احجام هر نوبت بتن ریزی توجه شود.

ب: نوع تجهیزات با توجه به قطر بزرگترین دانه سنگی مورد مصرف انتخاب می شوند. به عنوان مثال 

کامیون های مخلوط کن برای حمل بتن های دارای سنگدانه های بزرگتر از ۴۰ میلیمتر مناسب نیستند. 

پ: به دلیل کارایی کم و استفاده از سنگدانه های بزرگ در بتن های حجیم، سنگدانه ها تمایل زیادی به جذابش دارند. به همین منظور برای جلوگیری از این امر باید تدابیر لازم در هنگام انتقال، ریختن، پخش و تراکم بتن در نظر گرفته شود، مانند تنظیم ارتفاعی که بتن از آن تخلیه می شود و همچنین تخلیه بتن در محل نهایی آن.

ت: در صورتی که از وسایل انتقال روباز (مانند کامیون) استفاده می شود باید شرایط لازم برای جلوگیری از تابش مستقیم آفتاب و یا ریزش باران روی بتن تازه ایجاد شود.

ث: در صورتی که نرخ بتن ریزی زیاد باشد استفاده از ماشین آلات مناسب پخش و تراکم منظم بتن الزامی است. استفاده از بولدوزر، لودر برای پخش و با نصب چند لرزاننده روی بازوی بیل مکانیکی برای تراکم بتن از جمله این راهکارهاست. 

ح: معمولاً کنترل دمای سازه های بتنی بزرگ مانند سدهای بتنی نیازمند پس سرمایش بتن می باشد.

آماده سازی مل اقلام مدفون

قبل از ریختن بتن باید دقت شود که تمامی اقلام مدفون (مانند لوله های پس سرمایش و وسایل تزریقات احتمالی) بصورت ایمن در حل های خود تثبیت شده اند. اقلام مدفون باید عاری از هرگونه آلاینده مانند روغن، گرد و غبار و غیره باشند. همچنین لازم است در مورد آب بندی سیستم های مدفون دقت شود.

بتن ریزی روی بستر خاکی

بستر خاکی باید تمیز، عاری از کلوخه، یخ و سایر آلاینده ها، آب جاری و ساکن باشد. قبل از بتن ریزی بستر خاکی باید بصورت رضایت بخشی طبق مشخصات فنی متراکم گردد.

بتن ریزی روی بستر سنگی

سطوح سنگی، بتنی و غیره که بتن ریزی روی آنها صورت می گیرد باید قبل از انجام بتن ریزی عاری از هرگونه مواد خارجی مانند روغن، آب ساکن یا جاری، گل، اندود زاید، نخاله ها و ذرات ریز دیگر باشد. قبل از انجام عملیات بتن ریزی تمامی سطوح مورد نظر باید از طریق شستن با جت آب با فشار زیاد و یا با روش رضایت بخش دیگر کاملاً تمیز گردد.

تمام بستر سنگی باید بطور پیوسته و به مدت ۲۴ ساعت قبل از بتن ریزی مرطوب نگه داشته شود. سطح کار باید قبل از بتن ریزی با ملات ماسه سیمانی به ضخامت ۳۰ میلیمتر و از مصالحی که بتن اصلی از آن ساخته می شود پوشانده شود. نسبت آسه به سیمان و آب به سیمان باید تقریباً مشابه با بتن اصلی باشد. بتن ریزی باید قبل از گیرش اولیه ملات شروع شود.

آماده سازی درزهای اجرایی

بطور کلی بهتر است سطوح دارای شیب ملایم باشند تا امکان زهکشی آب وجود داشته باشد. این عمل همچنین تمیز گردن سطوح را ساده تر می نماید. عملیات تمیز کاری نهایی سطوح باید در نزدیکترین زمان قبل از شروع بتن ریزی نوبت بعد صورت گیرد. دوغاب زدایی سطوح بتنی به نحوی که موجب کنده شدن سنگدانه ها شود عملی غیر ضروری است. عمق زدودن دوغاب سیمان از سطوح بتن ریزی قبلی به ۳ میلیمتر محدود می شود. به این منظور می توان از روش های مشروح زیر استفاده نمود.

جت آب و هوا

جت آب و هوا باید در زمان مناسب (معمولاً بین ۴ تا ۱۲ ساعت بعد از بتن ریزی) انجام پذیرد. این زمان با توجه به زمان گیرش سیمان و استفاده از مواد افزودنی دیرگیر کننده تعدیل می گردد. این روش فقط در درزهای افقی قابل انجام است. فشار هوا باید بین ۶۲۰ تا ۷۶۰ کیلو پاسکال و فشار آب باید فقط به اندازه ای باشد که آب را تا نازل حمل کند.

جت آب با فشار زیاد

آب با فشار زیاد (حداقل ۲۱ مگا پاسکال) می تواند برای تمیز کردن سطوح استفاده شود. اعمال فشار آب باید تا زمانی به تاخیر افتد که بتن به اندازه کافی سخت شده باشد و فقط ملات و دوغاب خشک شده و نه سنگدانه های درشت کنده شوند.

درزهای اجرایی در بتن غلتکی

اگر در زمان پخش بتن غلتکی، بتن نوبت قبل هنوز به گیرش اولیه نرسیده باشد، پس از تمیز کاری سطوح با جاروب یا هوای فشرده و بدون انجام تدابیر اضافی دیگر عملیات بتن ریزی با سرعت ادامه می یابد. ولی زمانی که بتن ریزی در نوبت های متوالی با فواصل زمانی بیش از زمان های جدول زیر انجام شود، تمیز کاری با جت آب و اجرای لایه ملات پر سیمان بین دو نوبت بتن ریزی لازم می گردد. مقادیر جدول زیر بر حسب شرایط کار می تواند تغییر یابد.

دمای متوسط محیط (سانتیگراد) 

زمان بین دو نوبت بتن ریزی متوالی (ساعت) 

کمتر از 15

بین 15 تا 20

بین 20 تا 25

بین 25 تا 30

بیش از 30

10

8

6

5

4

در هر حال سطوح نوبت های بتن ریزی باید تا اجرای نوبت بعدی مرطوب نگه داشته شوند تا چسبندگی مطلوبی میان نوبت های بتن ریزی ایجاد شود. در صورت سخت شدن بتن، برای آنکه بتن نوبت بعدی به نوتقبلی به خوبی متصل گردد، اجرای لایه نازک ملات ماسه - سیمان یا بتن نرمه با عیار حداقل 

۳۵۰ کیلوگرم سیمان در هر متر مکعب ملات و به ضخامت ۲۰ الی ۳۰ میلیمتر روی سطح بتن سخت شده ضروری است در موقع پخش بتن غلتکی بر روی ملات بستر نباید بیش از ۳۰ دقیقه از پخش ملات مذکور گذشته باشد.

سطوح واریز

وقتی به دلایل اجرایی بتن ریزی نمی تواند بطور پیوسته انجام شود و بناچار عملیات مدتی قطع می گردد، بین قسمت قدیم و جدید سطحی پدید می آید که آن را سطح واریز می نامند. باید سعی نمود که این سطوح در محل هایی قرار گیرند که تحت تنشهای پایین تری بوده و تا حد امکان بر روزهایی که به دلایل دیگر تعبیه می شوند منطبق گردد در سازه هایی که در آب غوطه ور می باشند این سطوح باید تا حد امکان در خارج از منطقه تغییرات سطح آب قرار گیرد. در صورتی که قرار باشد روی بتن حجیم با سطح شیب دار بتن مرحله دوم ریخته شود، باید دقت گردد که بتن در محل سطوح واریز بصورت پلکانی اجرا شود. ایجاد سطوح واریز قائم به وسیله قالب موقت عملی می شود.

باید دقت نمود بتن در محل سطوح واریز به اندازه کافی آب بند شود تا میلگردهاست فولادی در معرض خطر زنگ زدگی قرار نگیرند. برای ایجاد چسبندگی بهتر بتن قدیم به بتن جدید باید شیره خشک شده روی بتن قدیم بطور کامل زدوده شود و سطوح بتن قدیم کاملا مرطوب و در صورت لزوم از یک لایه بتن نرمه با عیار حداقل ۳۵۰ کیلوگرم در متر مکعب بتن به ضخامت ۲۰ الی ۳۰ میلیمتر استفاده شود.

وزن مخصوص بتن سبک سازه ای

 

شما می توانید برای دریافت اطلاعات بیشتر از دیگر مقالات ما بازدید نمایید:

درز انقباض (جمع شدگی) بتن چیست؟

منظور از پخش و تراکم بتن چیست؟

آشنایی با روش های پیمانه کردن اجزای بتن