بتن ریزی در هوای سرد

نکات ابتدایی برای بتن ریزی و استقرار بتن در هوای سرد

آیین نامه ACI 306  نکات زیادی در خصوص بتن ریزی در هوای سرد را پوشش می دهد. هوا دوباره سرد شده است. آیا شما آماده‌ی بتن ریزی در این هوا هستید تا که به بتن شما آسیبی وارد نشود و در زمان مناسب و منطقی بتن شما عمل آوری شود؟

بهترین روش برای این کار استفاده از آیین نامه جدید انجمن بین المللی بتن آمریکا (ACI) به شماره 306 – 105 می باشد.”راهنمایی برای بتن ریزی و استقرار بتن در هوای سرد.”

پس از 20 سال این نسخه جدید از آیین نامه مواردی ازجمله روش های جدید و نوین، افزودنی های ضدیخ بتن، بررسی روش های متداول قدیمی، عایق کاری، گرم کردن و حرارت دادن و سایر افزودنی های بتن را شامل می شود. یک تغییر اساسی در این میان تغییر تعریف هوای سرد می باشد. پس از بحث ها و جلسات متعدد کمیته فنی ACI یک تعریف ساده ای را انتخاب نمود. تعریف قبلی شامل روزهای پیاپی و پشت سرهم، دمای میانگین روزانه و نصف هر دوره 24 ساعته بود. در عوض کمیته این بار تمرکز بیشتری را روی هدف اصلی قرار داد. یعنی محافظت از بتن برای جلوگیری از رسیدن آسیب به آن توسط سرما و اجازه دادن به بتن برای کسب و بدست آوردن مقاومت کافی است.

و در آخر تعریف جدید بتن ریزی در هوای سرد به شرح زیر می‌باشد:

“زمانی گفته می‌شود هوای سرد که دمای هوا زیر حدود 5 درجه سانتیگراد (40 درجه فارنهایت) باشد و یا قرار باشد. بر اساس پیش بینی هواشناسی به زیر این دما برسد، زمان نگهداری و محافظت (بازه نگهداری) از بتن به این صورت تعریف شده است. زمان لازم و مورد نیاز تا بتن تحت تاثیر هوای سرد بیرون و اطراف قرار نگیرد.”

وقتی کمیته این تعریف ساده را تدوین و انتخاب کردند، بقیه آیین نامه نیز با توجه به این تعریف، تغییر پیدا خواهد کرد. باید توجه کرد که زمان نگهداری (بازه نگهداری) پایه بسیاری از توصیه ها داخل آیین نامه ACI 306  می باشد.

اصول و اهداف:

اجرای بتن و بتن ریزی در سردترین دماها هم دست یافتنی می باشد. تنها نیاز به رعایت یک سری از اصول را دارد. هدف، جلوگیری از وارد شدن آسیب در اثر یخ زدن درسنین اولیه (زمانی که هنوز بتن مرطوب و خیس است) می باشد. تا اطمینان حاصل شود که بتن مقاومت لازم را بدست آورده است. از ایجاد اختلافات دمایی زیاد که باعث ایجاد ترک در بتن می شود جلوگیری شود. دیدگاه اصلی بتن ریزی در هوای سرد از تحقیقات آقای پاورزا در سال1962 بدست آمده است.

تحقیقات ایشان نشان داد که درجه اشباع آب در بتن همزمان با رسیدن مقاومت فشاری بتن به 500psi به زیر حد نقطه بحرانی (زمانی که توسط یخ زدن آسیب می بیند) می رسد. اگر دمای بتن در محدوده 10 درجه سانتیگراد نگه داشته شود. این اتفاق در محدوده 48 ساعت رخ می دهد. در این زمان بتن به اندازه کافی قوی و خشک می باشد که بتواند از یک سیکل یخبندان عبور نماید. (مقاومت در برابر چرخه انبساط و انقباض، نیاز به بتن دارای افزودنی هوازا و مقاومت نزدیک به 3500 psi دارد).

  افزودنی های بتن وندشیمی 

بعد از آن، معمولا محافظتی نیاز نمی باشد. مگر آنکه و این یک مگر بسیار بزرگ و مهم است که برای شما زیاد اهمیت نداشته باشد که چه زمانی طول بکشد تا بتن به مقاومت نمایی خود برسد. در مواردی که یک مقاومت مشخص برای بتن نیاز می باشد. در یک برنامه زمان بندی تایین شده نیاز است که موارد دیگری که شامل گرم نگه داشتن یتن ( حدود10 درجه سنتیگراد) اضافه کردن سیمان بیشتر مخلوط، افزودنی زودگیر مانند ضد یخ بتن، ایزوله کردن عضو ویا تامین نمودن حرارت را رعایت نمود.

برای مثال اگر لازم است که قالب ها باز شود و نیاز است که بتن روی پای خودش بایستد و بار طبقات روی خود را تحمل نماید، آن زمان نیاز است که بیشتر از 48 ساعت محافظت شود. برای چنین مواردی آیین نامه ACI 306  جداولی را تهیه کرده است که در ان مواردی را که باید در مینیمم دمای محیطی پیش بینی شده برای ضخامت های مختلف دیوارها رعایت کرد آورده شده است.

این جداول نشان می دهد که بتن تا چه زمانی باید محافظت شود چه میزان عایق کاری لازم است و میزان سیمان داخل مخلوط بتن چه میزانی باید باشد.

دمای بتن تازه:

هیدراسیون سیمان یک واکنش حرارت زا می باشد. نرخی که هیدراسیون سیمان اتفاق می افتد بستگی به دما دارد، همچنین بدلیل اینکه واکنش حرارت‌زا می باشد. بتن در زمان هیدراسیون در 2 الی 3 روز سنین اولیه از خود حرارات تولید می نماید. بنابراین اگر بتن در کانی قرار گیرد که واکنش هیدراسیون اتفاق بی افتد.(چه شرایط محیطی طبیعی و چه با استفاده از عایق کاری و محافظتی) شرایط دمایی زیاد سرد نباشد بتن میتواند خود را گرم نگه دارد.

پروسه تولید بتن آماده روش های زیادی جهت تامین دمای مورد نیاز در زمان اختلاط دارد. ولی معمول ترین این روش ها تولید بتن با استفاده از آب گرم می باشد. در دماهای سردتر مصالح سنگی نیز گرم و حرارت داده می شوند.

آماده سازی:

فصل 6 آیین نامه 306 انجمن بین المللی بتن آمریکا (ACI) اقداماتی که پیمانکاران لازم است. قبل از بتن ریزی و استقرار بتن در هوای سرد انجام دهند را بیان می کند. دیدگاه اصلی، جلوگیری از شوک شدن بتن می باشد. بتن می باست گرم و با دمای مناسب داخل قالب قرار گیرد. قالب ها و همچنین آرماتورها را گرم کنید و برف و یخ و آب را از آنها بزدایید. اطمینان حاصل کنید که زمین دچار یخ زدگی نشده باشد. میتوان برای این کار از عایق سازی، پتوهای برقی حرارتی و بخاری های برقی و یا هیدرولیکی استفاده شود.

سطوح نباید بیش از (4/9-)درجه سانتیگراد سردتر از بتن باشند همچنین بیش از (2/12+) درجه سانتیگراد گرمتر از بتن باشند.

نگهداری و محافظت:

ACI 306  شرایط نگهداری را شفاف توضیح می دهد. نگهداری درست و تاثیرگذار اجازه می دهد که بتن با نرخ معمولی خود مقاومت کسب کند. و از یخ زدگی آب داخل مخلوط بتن و رسیدن آسیب به بتن در سنین اولیه آن جلوگیری شود.

در طول زمان نگهداری در هوا سرد میزان زمان دوره نگهداری بستگی دارد به اینکه آیا قرار است بتن در زمان ساخت و ساز بار تحمل نماید یا خیر. برای مثال، کف و سقف ها معمولا نیازی به تحمل بار ندارند ولی تیر و ستون ها باید به اندازه کافی مقاومت کسب کنند که بتوانند ساخت و ساز در حال اجرا را تحمل نمایند و برای همین احتیاج به دوره نگهداری بیشتری دارند.

شرایط بهره‌برداری(service Conditions)در این جدول اشاره دارد به این که آیا بتن در زمان استفاده و کار در مجاورت یخ زدگی قرار میگیرد. و اینکه آیا در زمان عمل آوری نیز بار تحمل می کند یا خیر. با استفاده از دوره نگهداری که در اینجا آورده شده است. ترکیب آن به همراه جدول 5.1 خیالتان می تواند راحت باشد که بتن شما آمادگی مقابله با هوای سرد را خواهد داشت. ولی زمانی که شما عایق ها و موارد نگه داری بتن را برمی دارید باید احتیاط نمایید که بتن به آهستگی سرد شود تا از ایجاد ترک به دلیل شوک های دمایی جلوگیری شود.

این دوره نگهداری، حداقل کارهایی است که با آن می توان از وارد شدن آسیب به بتن در اثر سرما جلوگیری کرد. این دوره ها به این معنا نمی باشد. که بتن مقاومت کافی خود را کسب کرده است که بتواند بارهای وارده به سازه را در زمان بهره برداری و کار تحمل نماید. برای بتن های سازه ای، دوره های نگهداری طولانی تری نیاز می باشد. روش های مختلفی وجود دارد که بتوان مقاومت بتن را تخمین زد که بتوان قالب ها را باز کرد.

 ابزارهای لازم برای بتن ریزی در هوای سرد:

سه نوع ابزار برای بتن ریزی در هوای سرد لازم است. شامل، عایق کاری، بخاری ها و نهایتا پوشش دادن محوطه بتن ریزی می باشد. ACI 306 یک سری جدول و نمودار ارائه می دهد که کمک می کند انتخاب کنیم چه میزان عایق کاری( برپایه ضریب مقاومت حرارتی R)استفاده شود. روی سطوح و قالب ها زمانی که گرم کننده های جایگزین موجود نمی باشد. توجه شود که هر چقدر دوره نگهداری طولانی‌تر باشد، عایق کاری بیشتری مورد نیاز می باشد. چونکه حرارت هیدراسیون کاهش پیدا می کند. پس از سه روز اولیه یک جدول دیگر ACI 306  کمک میکند که ضخامت عایق ها را تخمین بزنیم.

برای مثال: پوشش پلی یورتان به ضخامت یک اینچ ضریبی حدود R= 6.25 دارد. که برای نگهداری از یک دیوار به ضخامت 6 اینچ، ساخته شده با 500pcy سیمان به مدت سه روز در دمای مینیمم دمای -2/2 سانتیگراد کافی می باشد. یکی از ابزارهای اصلی پیمانکاران برای مقابله با هوای سرد بخاری ها می باشند.

ابزارهای اصلی برای مقابله با هوای سرد:

بخاری ها 3 نوع می باشند: حرارت مستقیم، حرارت غیرمستقیم و بخاری های آبی بخاری با حرارت مستقیم خیلی معمول هست ولی مشکلات زیادی دارد. در این روش مونواکسید کربن و دی اکسید کربن به همراه حرارت آزاد می شوند. دی اکسید کربن با بتن تازه سطوح بتنی ممکن است واکنش دهد و یک لایه پودر سفید گچی تشکیل می دهد. که بعد ها سبب ایجاد گرد و غبار می نماید. و همچنین مونواکسید کربن برای تنفس افراد در حال کار بسیار مضر می باشد. بخاری های آبی، که در آنها آب حرارت داده می شود. و داخل یک سیستم متشکل از لوله به چرخش در می آید، بسیار روش پرطرفداری است. که بیشتر در ارثه های بتنی استفاده می شود، در این روش سطوح زیادی را میتوان پوشش داد.

پوشش کل محوطه یکی از بهترین روش ها برای محافظت در برابر هوای سرد می باشد. ولی از همه روش ها نیز هزینه بیشتری دارد. در این روش باید تلاش شود تا محیط داخل تحت کنترل باشد. بخار آب برای بتن بسیار خوب است اما برای کارگران مفید نمی باشد. و منجر به یخ زدگی می شود. حرارت خشک نیز ممکن است سبب تبخیر آب سطوح بتنی و ایجاد ترک شود.

افزودنی های ضدیخ بتن برای بتن ریزی و استقرار بتن در آب و هوای سرد

تحمل و مقاومت بتن تازه اختلاط در برابر یخ زدگی و سیکل های ذوب و یخبندان توسط ضریب دوام تعیین می شود.که آن هم 40 تا 60 درصد است. حدود 70 درصد کاهش در چسبندگی میان میلگرد (آرماتور) و بتن نسبت به بتنی که در شرایط نرمال عمل آوری شده است.به وجود می آید. به همین دلیل بسیار ضروری است که در زمان بتن ریزی در آب و هوای سرد از یخ زدگی بتن در زمانی که بتن حالت پلاستیک خود را دارد جلوگیری به عمل آید.

دو روش برای بتن ریزی در شرایط آب و هوایی سرد وجود دارد:

1. تامین دمای مناسب برای بتن ریزی، به این منظور میتوان از گرم کردن محیط توسط گرم کن های حرارتی استفاده نمود و یا خود اجزائ تشکیل دهنده را گرم نمود.
2. استفاده از ضدیخ بتن

افزودنی های شیمیایی مرسوم بتن ریزی در شرایط آب و هوای سرد:

در روش های مرسوم از کلراید کلسیم (Calcium Chloride) به عنوان یک تسریع کننده و افزودنی زودگیر استفاده می شود. تا پروسه هیدراسیون سیمان را در دماهای پایین تسریع کند. این افزودنی در دماهای پایین یخبندان تاثیرگذار نمی‌باشد. این امر یک اشکال افزودنی‌های مرسوم می باشد. از این رو برای شرایط آب و هوایی سرد و قطبی، استفاده از افزودنی های ویژه‌ای لازم می باشد که یکی از این افزودنی ها ضد یخ بتن می باشد.

افزودنی ضدیخ بتن:

افزودنی ضدیخ بتن برروی شرایط فیزیکی آب داخل مخلوط بتن تاثیر می گذارد. این مواد می توانند نقطه ی انجماد آب را به میزان زیادی کاهش دهند. و می توان از آن در دماهای پایین تر از 30- درجه سلسیوس استفاده کرد. این باعث افزایش زمان کار در ساخت و سازهای بتنی می شود.

ترکیبات شیمیایی و عملکرد ضدیخ بتن:

دو گروه ضدیخ بتن وجود دارد که خواص ضدیخ و زودگیری ویژگی های بتن سخت شده را تامین می‌نماید:

گروه اول: دسته ضدیخ‌ ها شامل مواد شیمیایی، الکترولایت های ضعیف، نیترات سدیم، کلراید سدیم و ترکیب های آلی غیره الکترولایتی می‌باشند. که باعث کاهش نقطه انجماد استفاده شده در بتن می‌شود. ولی این گروه از مواد زودگیر زیاد قوی نمی‌باشند و به اندازه کافی پروسه هیدراسیون سیمان و سخت شدن آن را جلو نمی‌اندازند.

گروه دوم: این دسته شامل ترکیبی از افزودنی های دوتایی و سه تایی است. شامل پتاس (Potash) و افزودنی های پایه کلراید کلسیم، نیترات سدیم، کلراید کلسیم با نیترات سدیم، نیترات کلسیم – نیترات اوره و سایر مواد شیمیایی می‌باشد.

این مواد تاثیر موثری در خواص ضدیخ بودن و تسریع پروسه گیرش و سخت شدن را دارند. این ها با درصدهای مصرف بالاتری در بتن های متداول مصرف می شوند. برای مثال حدود 8 درصد نیترات سدیم استفاده میشود. تا مایع بتواند دما را تا 15- رجه سلسیوس حفظ کند. این افزودنی‌ها با کاهش نقطه انجماد فاز مایع و با تسریع پروسه هیدراسیون در دمای یخ زدگی عمل می‌کنند.

• نکته

با توجه به میزان مصرف در مخلوط ملات یا بتن، افزودنی ضدیخ فاقد کلراید امکان استقرار بتن در دما های زیر یخبندان را به پروژه می دهد. که این امر باعث کاهش مراحل مراقبتی از بتن برای بتن ریزی در شرایط آب و هوایی سرد می شود. این روش ها باعث ارتقاء کیفیت بتن می شود. همچنین به دلیل تسریع گیرش بتن و افزایش مقاومت فشاری بتن در سنین اولیه می توانیم در پروژه ها، قالب بندی های سازه را در زمان کوتاه تری باز کنیم. و آنها را مجدداء در پروژه استفاده نماییم.

جدول شماره 1 . تفاوت قابل توجهی در نرخ کسب مقاومت فشاری 3، 7 و 28 روزه در بتن های شاهد (بتنی که در آن هیچ افزودنی استفاده نشده است.) و بتن دارای ضدیخ بتن دیده می شود.

جدول 1: مقایسه مقاومت فشاری بتن با استفاده و بدون استفاده از ضدیخ بتن

استفاده از سایر افزودنی های بتن مانند: روان کننده و فوق روان کننده های بتن در کنار مصرف ضدیخ بتن امکان پذیر می باشد. مزیت اصلی استفاده از این ترکیبات کاهش میزان آب مصرفی در بتن می باشد. کاهش میزان آب مصرفی در بتن باعث کاهش یخ زدگی آب در مخلوط ساختار بتن می شود.

 انتخاب ضد یخ بتن:

فاکتورهایی که ضدیخ بتن با توجه به آن انتخاب می شوند:

1. نوع سازه.
2. شرایط موجود در پروژه.
3. روش های نگهداری بتن در شرایط آب و هوایی سرد.
4. نوع سیمان و سنگدانه های مصرفی.

همیشه لازم است که یک نمونه با استفاده از مصالح پروژه و ضدیخ بتن قبل از استفاده در پروژه ساخته شود. استفاده از افزودنی هایی مانند: دیرگیرها، فوق روان کننده ها در کنار ضدیخ بتن مجاز می باشد. میزان مصرف افزودنی ها باید به صورت تجربی در پروژه تعیین شود.

استفاده و مزایای مصرف ضدیخ بتن:

مخلوط های ضدیخ بتن تکنولوژی ساده ای دارند و برای بتن ریزی در شرایط آب و و هوایی سرد بسیار مفید می باشند. این افزودنی که باعث افزایش قوام و کاهش ایجاد درزهای اجرایی می شود. این روش از سایر روش ها مانند عایق کاری محیط و استفاده از عمل آوری توسط بخار از لحاظ اقتصادی به صرقه تر می باشد. ترکیب ضدیخ های بتن به همراه کاهنده های آب(فوق روان کننده ها) و یا افزودنی های هوازا، باعث افزایش مقاومت بتن در برابر سیکل های یخبندان و خوردگی می شوند.