آرشیو آبان ماه 1401

بتن ریزی درهوای سرد

بتن در ساختمان هایی که دائماً در معرض دما و رطوبت هستند کاربرد فراوانی دارد. روش ساخت و حمل، دمای هوای زمان بتن ریزی و شرایط عمل آوری به طور قابل توجهی بر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن سخت شده تأثیر می گذارد. سیمان پرتلند نمی تواند در نقطه انجماد آب اختلاط، بدون حفاظت حرارتی و یا استفاده از انواع مواد افزودنی ضد یخ و زودگیر کننده سخت شود.

به منظور محافظت از بتن تازه در زیر نقطه انجماد، باید از روش هایی مانند افزایش حرارت محیط کارگاه ساختمانی و عایق سازی یا با افزایش دمای داخلی بتن به واسطه افزایش سرعت واکنش شیمیایی آب و سیمان (هیدراتاسیون) به بیش از 5 درجه سانتی گراد انجام داد. در شرایط اضطراری و عدم حفظ دما، بتن یخ می زند و ممکن است فاجعه ای جبران ناپذیر ایجاد کند.

تاثیر سرما بر بتن

اکثر مطالعات نشان دادند که حفره های سنگدانه و انتقال رطوبت بین سطح مشترک منافذ مصالح سنگی و خمیر سیمان بر انجماد بتن تأثیر می گذارد. از این تحقیقات چنین برمی آید که میزان تأثیر یخبندان بر بتن با توجه به جم منافذ موجود در کلیت مواد تشکیل دهنده است، یا به بیان دیگر این مصالح تشکیل دهنده هستند که میزان نفوذپذیری بتن را تحت تاثیر قرار می دهند.

در هوای سرد، آب داخل این منافذ یخ می زند و در نتیجه منبسط می شود. همانطور که مشخص است، زمانی که آب به یخ تبدیل می شود، تقریباً 9 درصد افزایش حجم رخ می دهد. بر این اساس، اگر انجماد زمانی اتفاق بیفتد که 91 درصد یا بیشتر از حجم منافذ داخل بتن با آب پر شود، حجم آب هنگام تبدیل شدن به یخ با حجم موجود در منافذ منطبق نیست، و از این رو به محیط اطراف فشار وارد می‌کند.

از آنجایی که مقداری از آب تبدیل به یخ می شود و باعث افزایش حجم می شود، آبی را که هنوز به یخ تبدیل نشده است را به سمت بیرون می راند و فشار هیدرولیکی بالایی ایجاد می کند. این فشار هیدرولیکی ممکن است باعث ایجاد خمیر سیمان سخت شده شود، که سنگدانه را احاطه کرده و دانه های سنگدانه در داخل بتن باعث ترک خوردن آن می شود.

عوامل موثر بر نفوذپذیری بتن

در هوای سرد، آب داخل این منافذ یخ می زند و در نتیجه منبسط می شود. همانطور که مشخص است، زمانی که آب به یخ تبدیل می شود، تقریباً 9 درصد افزایش حجم رخ می دهد. بر این اساس، اگر انجماد زمانی اتفاق بیفتد که 91 درصد یا بیشتر از حجم منافذ داخل بتن با آب پر شود، حجم آب هنگام تبدیل شدن به یخ با حجم موجود در منافذ منطبق نیست، و از این رو به محیط اطراف فشار وارد می‌کند.

از آنجایی که مقداری از آب تبدیل به یخ می شود و باعث افزایش حجم می شود، آبی را که هنوز به یخ تبدیل نشده است را به سمت بیرون می راند و فشار هیدرولیکی بالایی ایجاد می کند. این فشار هیدرولیکی ممکن است باعث ایجاد خمیر سیمان سخت شده شود، که سنگدانه را احاطه کرده و دانه های سنگدانه در داخل بتن باعث ترک خوردن آن می شود.

گیرش اولیه بتن در هوای سرد

هنگامی که آب داخل بتن کاملاً بدون اینکه صرف گیرش خمیر سیمان شود به یخ تبدیل گردد، آب کافی برای هیدراتاسیون وجود نخواهد داشت، روند گیرش اولیه و هیدراتاسیون سیمان به طور کامل متوقف می شود و حجم بتن افزایش می یابد. پس از مدت زمان معین، اگر یخ داخل بتن در اثر افزایش دما حل شده و به آب تبدیل شود، بتن می تواند گیرش را ادامه داده و سخت شود.

اما در چنین مواردی از آنجایی که حجم فضای خالی ناشی از ذوب یخ بسیار زیاد است و ژل هایی که محصول هیدراتاسیون هستند، این فضاها را به اندازه کافی پر نمی کند و باعث کاهش مقاومت بتن می شود و در نتیجه باعث کاهش مقاومت بتن و افزایش نفوذ ناپذیری می گردد. در این حال، اگر گیرش بتن تکمیل نشود و هنگام یخ زدن مقاومت کافی به دست نیاورد، با یخ زدن و انبساط آب در لوله های مویینه، یک بتن ترک خورده و کم مقاومت به دست می آید. محققان مختلف 5 تا 14 مگاپاسکال را به عنوان یک مقاومت فشاری کافی پیشنهاد می کنند.

این امر با این واقعیت توضیح داده می شود که از آب داخل بتن با درجه مقاومت کافی برای هیدراتاسیون استفاده می شود و در نتیجه مقدار آب کاهش می یابد. طبق استاندارد ACI 306R 88 (بتن ریزی در هوای سرد)، برای جلوگیری از آسیب دیدن بتنی که یک بار در معرض یخ زدگی قرار گرفته است، مقاومت آن باید به حداقل 3.5 مگاپاسکال برسد. بتن با نسبت مخلوط خوب در +10 درجه سانتی گراد می تواند 2 روز پس از قرار دادن به مقاومت 3.5 مگاپاسکال برسد، با این حال، در مواردی که بتن شروع به گیرش به سطح مقاومت کافی نرسید، از دست دادن مقاومت در بتن انتظار می رود.

تاثیر ضد یخ در بتن

از آنجایی که اجزای تشکیل دهنده بتن در هوای سرد دمای پایینی خواهند داشت، دمای بتن تولیدی نیز پایین می‌آید. دمای ایده‌آل برای بتن ریزی 15 تا 16 درجه سانتی‌گراد است. برای ساده سازی شرایط کار دمایی که بین 5 تا 32 درجه سانتی‌گراد باشد، نرمال در نظر گرفته می‌شود. در دماهای کمتر از 5+ درجه سانتی گراد واکنش های شیمیایی بین سیمان و آب به طور قابل توجهی کاهش می یابد، تا جایی که می تواند به متوقف کردن واکنش هیداراتاسیون و در نتیجه روند کسب مقاومت بتن بیانجامد.

به دلیل کند شدن هیدراتاسیون سیمان در دماهای پایین، زمان گیرش طولانی تر می شود. از آنجایی که سرعت هیدراتاسیون پایین تشکیل ژل های کلسیم-سیلیکات-هیدرات (C-S-H) را که مهم ترین جزء هیدراتاسیون است و خاصیت پیوند دارند، کند می کند، منجر به ایجاد مقاومت تاخیری می شود. به دست آوردن مقاومت مطلوب در زمان تأخیر بر خواص بتن تأثیر منفی می گذارد و زمان برداشتن قالب را به تأخیر می اندازد.

پیشرفت های قابل توجهی در تولید، بتن ریزی، عمل آوری و حفاظت از بتن در شرایط هوای سرد حاصل شده است. در نتیجه، شرکت های ساختمانی و پروژه های عمرانی برای بتن ریزی در هوای سرد نیازی به تعطیلی ندارند. انواع ضد یخ و زودگیر کننده های بتن و ملات به عنوان یک جایگزین کارا،قیمت و ، افزودنی های ضد یخ را می توان در هوای سرد استفاده کرد. این افزودنی های شیمیایی نقطه انجماد آب را زیر صفر درجه سانتیگراد سرکوب کرده و هیدراتاسیون سیمان را تسریع می کنند. مواد افزودنی ضد یخ بتن جزء ضروری بتن، به ویژه در فصل زمستان و در مناطق سردسیر است.
به موازات این پیشرفت ها، مطالعه حاضر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن را با افزودنی های ضد یخ که در معرض یخ زدگی قرار گرفته بودند، مورد بررسی قرار داد. برای دستیابی به این هدف، حجم فضای منافذ نفوذپذیر، نسبت جذب آب، چگالی، نسبت موئینگی، نفوذ ناپذیری، مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته استاتیکی، نسبت پواسون و مقادیر مقاومت کششی اندازه‌گیری شد.

عمل آوری بتن در هوای سرد

هنگامی که بتن در هوای سرد به درستی تولید، اجرا و عمل آوری شود، استحکام و دوام کافی برای برآوردن نیازهای خدمات مورد نظر در طراحی را ایجاد می شود (مطابق با الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران و استاندارد های بین المللی و از جمله ACI). مراحل زیر به تولید کنندگان بتن و پیمانکاران در برآوردن مشخصات پروژه کمک می کند:

1. حذف یخ و برف: پاک کردن یخ یا برف از سطح قالب ها و میلگردها بسیار مهم است. این امر به ویژه در ساخت اسلب ها (با سطح وسیع در معرض برودت هوا) اهمیت دارد.
2. گرمایش آب و یا مصالح: ساخت بتن با دمای بین 10 تا 25 درجه سانتی گراد مهم است. تولید کنندگان بتن می توانند با گرم کردن آب یا سنگدانه به این امر دست یابند. با این حال، سیمان حرارتی موثر در نظر گرفته نمی شود.
3. تامین دمای قالب: قرار دادن بتن گرم روی سطح سرد قالب می تواند منجر به مشکلات یکپارچگی بتن و مقاومت کم شود. توصیه می شود قبل از بتن ریزی قالب ها را گرم کنید.
4. حفاظت از بتن: استاندارد CSA A23.1 تصریح می کند که حفاظت باید از طریق این موارد ارائه شود: محفظه های گرم شده، پوشش ها و عایق.

همچنی توجه به نکات زیر در عمل آوری ( کیورینگ ) بتن در هوای سرد می تواند راه گشا باشد:

• در صورت استفاده از پتوهای عایق مناسب از ورق های پلی اتیلن، گرمای تولید شده از فرآیند هیدراتاسیون خصوصا در صورت استفاده از ضد یخ بتن بدون کلراید AG Antifreeze R برای بتن های مسلح و ضد یخ با کلراید AG Antifreeze C برای ملات های سیمان و و سازه های غیر مسلح (فاقد آرماتور بندی و میلگرد) در اکثر موارد باید کافی باشد. منبع گرمای اضافی ممکن است بر اساس منطقه و دما مورد نیاز باشد.
• از عمل آوری مرطوب خودداری کنید، هنگامی که انتظار می رود دما به نقطه انجماد کاهش یابد، مهم است که از پخت مرطوب اجتناب شود.
• گرادیان دما را کنترل کنید، گرادیان دمای سطح بتن و محیط محیط نباید از آنچه در استانداردها مشخص شده است، مانند CSA A23.1 تجاوز کند.

انواع ضد یخ بتن

به عنوان یک جایگزین برای الزامات فوق الذکر رد راستای انجام گیرش و عمل آوری بتن و ملات های ساختمانی، افزودنی های زودگیر کننده و ضد یخ را می توان در هوای سرد استفاده کرد. این افزودنی های شیمیایی نقطه انجماد آب را زیر صفر درجه سانتیگراد سرکوب کرده و هیدراتاسیون سیمان را تسریع می کنند. امروزه مواد افزودنی ضد یخ بتن جزء ضروری بتن، به ویژه در فصل زمستان و در مناطق سردسیر است.

به موازات پیشرفت هایی که در صنعت شیمی ساختمان روی داده است، مطالعات متعددی در خصوص خواص فیزیکی و مکانیکی بتن را با افزودنی های ضد یخ که در معرض یخ زدگی قرار گرفته بودند، مورد بررسی قرار داده شده است. برای دستیابی به این هدف، حجم فضای منافذ نفوذپذیر، نسبت جذب آب، چگالی، نسبت موئینگی، نفوذ ناپذیری، مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته استاتیکی، نسبت پواسون و مقادیر مقاومت کششی اندازه‌گیری شده است.

ضد یخ برای بتن مسلح

دمای سرد (کمتر از 5 درجه سانتیگراد) می تواند به طور قابل توجهی بر افزایش مقاومت بتن تأثیر بگذارد. همچنین می تواند در جنبه های خاصی مانند عملکرد و دوام بتن را در بلند مدت تحت تاثیر قرار دهد. برای برتری یافتن بر این چالش‌ها در بتن های مسلح و پیشگیری از خوردگی توسط کلرید ضد یخ بتن بدون کلراید AG Antifreeze R توسط مهندسان گروه مهندسی بتن آزما ارائه شده است.
این محصول به مقدار زیادی از مقاومت کم بتن، کیفیت و دوام پایین، نفوذپذیری بالا به واسطه توقف توسعه ریزساختار های بتن در نتیجه هوای سرد و ایجاد مفاصل سرد و عدم یکپارچگی در مقاطع بتن مسلح ناشی از تأخیرهای خاص در فرآیند گیرش و تحت تأثیر دماهای سرد منفی جلوگیری می کند.

ضد یخ بتن غیر مسلح

ضد یخ بتن غیر مسلح و ملات ترکیبی از مواد افزودنی شیمیایی است که به سیمان پرتلند مصرفی در بتن غیر مسلح و ملات های سیمانی اجازه می دهد که حتی در زمانی که دمای داخلی آن زیر صفر است، عمل آوری شود. بنابراین، می توان فصل ساخت و ساز و تعمیر بتن را با افزودن ضد یخ با کلراید AG Antifreeze C مایع و پودری در ترکیب، دمای نقطه انجماد اولیه مخلوط بتن را افزایش داد.

ضدیخ ملات اجازه می دهد تا محدوده دمایی پایین تری داشته باشید که در آن بتن می توان بدون نیاز به گرمایش مصنوعی بتن ریزی، اجرای عملیت بنایی با استفاده از ملات و دوغاب، اجرای اندود، کاشی کاری، سنگ کاری، سیمانکاری، نصب کفپوش سیمانی و سرامیک و ... را انجام  و در زمان، هزینه و انرژی صرفه جویی می شود.

ضد یخ بتن غیر مسلح AG Antifreeze C دمای نقطه انجماد اولیه را کاهش می‌دهند و همزمان با خشک شدن بتن، استحکام اولیه را افزایش می‌دهند. از اینرو می توان از این محصول برای ساخت سریعتر قطعات سیمانی نظیر انواع بلوک سبک، کفپوش بتنی، جدول بتنی، کول چاه، موزاییک، واش بتن، سنگ تزیینی و دست ساخته های هنری استفاده کرد.

تست های آزمایشگاهی و میدانی بهبود دوام ذوب یخ را با مخلوط بتن ضد یخ AG Antifreeze C نشان می دهد. سیستم های افزودنی زودگیر کننده آب و هوای سرد، به کاربران اجازه می دهد بتن را که در معرض دمای هوای نزدیک و زیر انجماد قرار گرفته است مخلوط، اجرا، تکمیل و عمل آوری کنند.