Table of Contents
تمهيدات بتن ریزي در هوای سرد
منبع: خبرنامه انجمن علمی بتن ایران
دکتر محسن تدین دارای مدرک کارشناسی ارشد سازه از دانشکده فنی دانشگاه تهران در سال ۱۳۵۷ و دکترای عمران (سازه) از دانشکده عمران دانشگاه علم و صنعت در سال ۱۳۸۱ هستند. همچنین ایشان عضو هیات علمی دانشکده مهندسی دانشگاه بوعلی سینا، مدرس دانشگاه علم و صنعت از ۷۶ تاکنون، رئیس هیات مدیره انجمن بتن ایران سه دوره، بازرس هیات مدیره انجمن بتن ایران برای ۲ دوره و مشاور و مدرس مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی از سال ۸۲ تاکنون بوده اند.
شرایط بتن ریزی در وضعیت هوای سرد
در ابتدا باید گفت، بتن ریزی در هوای سرد تفاوت جدی با بتن سخت شده در شرایط یخ زدن و آب شدن پی در پی در دوره بهره برداری دارد و نباید این اشتباه را مرتکب شد و آنها را یکی دانست. شاید گفته شود واضح است که اینها متفاوت هستند اما لازم است بدانیم خلط این دو موضوع قبلا در مبحث نهم مقررات ملی و آئین نامه بتن ایران وجود داشت .
وقتی دمای بتن در هنگام ریختن بتن کمتر از ۳ درجه سانتی گراد باشد و انتظار رود تا رسیدن به مقاومت ۳ مگاپاسکال در حالت غیر اشباع و ۲۵ مگاپاسکال در حالت اشباع (در دوره حفاظت) در دمای کمتر از ۳ درجه سانتی گراد قرار گیرد، شرایط هوای سرد برقرار است.
این تعریف به مراتب بهتر از تعریف قبلی ACI و آئین نامه بتن و مبحث نهم مقررات ملی می باشد و شاید مفهوم تر و عملی تر از تعریف آئین نامه بتن اروپا و تعریف اسبق آئین نامه بتن و مقررات ملی است.
در تعریف موجود و تعریف قبلی به هیچ وجه کاهش دمای هوا به زیر صفر مطرح نشده است اما پیش بینی ضوابط و دستورالعمل ها آنست که ممکن است یخ زدن آب بتن اتفاق بیفتد و این یخ زدن در پایان مدت حفاظت رخ دهد.
مواد ضدیخ، چالش ها و توصیه ها
موادی بنام ضد یخ در استاندارد ملی مواد افزودنی بتن ایران ( ۵-۵۸۱۱) وجود ندارد. در استاندارد ASTMC1622 افزودنی خاصی برای هوای سرد دیده می شود که در چند سال گذشته قرار بود طبق آنچه در ACI212.3R دیده می شود به عنوان افزودنی ضد یخ بتن وجود داشته باشد اما در نهایت نام دیگری برای آن برگزیده شد. بهرحال در ایران نیز ظاهرا” هیچگونه پروانه استانداردی بنام ماده ضدیخ صادر نشده است و استاندارد ملی نیز براساس ASTMC1622 تدوین نگشته است. بنابراین باید گفت مواد مصرفی برای این منظور از استاندارد مواد زود ساخت کننده در ۵-۵۸۱۱ تبعیت می کنند و با این نام، پروانه استاندارد اخذ می نمایند و ممکن است با ASTMC494 همخوانی داشته باشد.
این مواد اغلب در ایران متشکل از نیترات ها هستند و گهگاه از برخی مواد دیگر مانند فرمات ها توسط شرکت های خارجی افزودنی در ایاران استفاده شده است. اصولاً طبق همه آئین نامه های معتبر دنیا، بتن ریزی در شرایط هوای سرد، دارای ضوابطی است که الزامی به مصرف افزودنی خاص در بتن وجود ندارد. مصرف این مواد در بتن، تحت شرایط هوای سرد کاملاً اختیاری است. ساخت بتن با دمای حداقل مناسب و ریختن آن با حداقل دمای خاص در قالب و نگهداری بتن ریخته شده در حداقل دمای بتن ریزی تا مدت معین و دستیابی به مقاومت خاص در همه آئین نامه های دنیا ضرورت دارد و صرفاً دارای معیارها متفاوتی است. مواد افزودنی مورد نظر (زود سخت کننده)، صارفا ” می تواند این مدت حفاظت تا دستیابی به حداقل مقاومت خاص را کاهش دهد و هزینه های حفاظت را پائین آورد. در استاندارد ۵- ۵۸۱۱ ایران و ASTMC494 ضوابطی برای مواد زود سخت کننده یا زودگیرکننده (تسریع کننده یا شتاب دهنده) وجود دارد که چنانچه مواد مذکور با آن انطباق داشته باشد، برای این منظور یعنی بتن ریزی در هوای سرد می تواند بکار رود .
به هرحال این مواد نمی تواند به نادیده گرفتن ضوابط و معیارهای ساخت، ریختن، حفاظت و نگهداری بتن در هوای سرد منجر شود، اما متاسفانه در ایران، اغلب کاربران تصور می کنند که مصرف این مواد در بتن ریزی در هوای سرد اجباری و جایگرین تمام دستورالعمل های آیین نامه ها است.
این مواد مانند هر ماده زودگیرکننده و زود سخت کننده ای، علیرغم بهبود روند کسب مقاومت در سنین پائین، ممکن است به کااهش مقاومت در سنین بالا (در مقایسه با بتن فاقد این مواد) منجر شود. به هرحال موادی باید بکار رود که منطبق بر استاندارد باشد و در این حالات کاهش احتمالی مقاومت نیز کاملاً محدود می باشد و چندان نگران کننده نیست. هر چند بنظر می رسد اثر جنبی نامناساب تاری در ارتباط با دوام داشته باشد که در استاندارد ۵-۵۸۱۱ ضابطه مند نیست و احتیاج به مطالعه بیشتر دارد. در ASTMC 494 به موضوع دوام توجه بیشتری معطوف شده است .
توصیه می شود که تا حد امکان دستورهای مندرج در آئین نامه بتن ایران رعایت گردد و در صورت حاد بودن شرایط و بالا بودن هزینه های دوره حفاظت در هوای سرد به عنوان یک ماده کمکی از مواد زود سخت کننده استفاده شود. چنانچه استاندارد ملی براساس ASTM C1622 تدوین شود می توان با استفاده از موادی شبیه به این مواد زودسخت کننده و یا اصلاح ترکیبات مزبور، سعی نمود تا انطباق بر این استاندارد را برقرار نمود و آنها را در بتن ریزی در هوای سرد بکار برد.
قبل از وقوع اولین چرخه یخبندان، لازم است بتن چه مشخصات مکانیکی داشته باشد؟ و تا چه حد استفاده از مواد حبابزا میتواند به بهبود رفتار بتن کمک نماید؟
در بتن ریزی در هوای سرد و قبل از اینکه اولین یخبندان به سراغ بتن بیاید، بتن باید به چنان مقاومتی رسیده بشاد که بتواند تنش های ناشی از انبساط آب درون حفرات را به خوبی تحمل نماید. چنانچه به بتن، رطوبت رسانی نشود و آب درون حفرات آن تا حدودی مصرف شده باشد مسلما” با دستیابی به مقاومت ۳ مگاپاسکال، خسارت خاصی متوجه بتن نمی شود. بنابراین امید می رود پس از آب شدن یخ درون حفرات و تا یخ زدن مجدد در آینده، رشد اندک مقاومت بتن، زمینه ساز عبور از خطر انبساط یخ زدن بعدی باشیم که در آن حالات درجه اشباع حفرات نیز کمتر شده است .
در صورتی که بنا به دلایلی مجبور به رطوبت رسانی به بتن باشیم و حفرات آن به حالت اشباع نزدیک باشد باید دستیابی به مقاومت حدود ۲۵ مگاپاسکال را در دستور کار خود قرار دهیم، تا از اولین یخ زدن به سلامت عبور کنیم و در یخ زدن بعدی نیاز با گذشتن از مقاومات ۲۵ مگاپاسکال، مشکلی پیش نخواهد آمد. بکارگیری مواد حبابزا در بتن و ایجاد حباب های ریز و پخش در خمیر سیمان می تواند موجب شود تا خسارت ناشی از یخ زدن بتن در دوره اجرا به حداقل برسد و شاید نیازی به دستیابی به مقاومت ۲۵ مگاپاسکال در شرایط اشباع نداشته باشیم و به سلامت از خطر رهایی یابیم.
در بتن ریزی در هوای سرد، تفاوت دمای بتن با دمای قالب و آرماتور تا چه حدی مجاز است؟ برای گرمایش قالب و آرماتورها در این شرایط، چه روش هایی را می توان بکار گرفت؟
آنچه مسلم است دمای قالب و آرماتور یا بتن قبلی و یا بتن مگر نباید از صفر درجه سانتی گراد کمتر باشد، زیرا در غیر اینصورت به کاهش شدید دمای بتن ریخته شده منجر می شود. هم چنین نباید قالب و آرماتور و بتن زیرین یا مجاور بتن جدید، یخ زده باشد.
در مورد اختلاف دمای مجاز بتن جدید با دمای قالب و آرماتور، در بیشتر آئین نامه ها مطلبی دیده نمی شود و بنظر می رسد نداشتن دمای زیر صفر برای آنها کافی است. در این حالت معمولاً اختلاف دما کمتر از ۲۰ درجه خواهد بود. استفاده از دمیدن بخار آب گرم به قالب و آرماتور یا سطح بتن قدیمی، همواره راه حل مناسبی است. استفاده از شعله افکن به مدت کوتاه برای گرم کردن قالب و آرماتور نیز راه حل دیگری است که در ایران کاربرد بیشتری دارد. دمنده هوای گرم نیز وسیله مناسبی برای اینکار می باشد. در برخی از کشورهای خیلی سرد، با استفاده از جریان برق کم ولتاژ، قالب فلزی و آرماتور سرد یا یخ زده را گرم می کنند و حتی در این روش، اینکار را پس از ریختن بتن نیز ادامه می دهند تا دمای مناسبی را برای بتن ریخته شده نیز تامین کند و عامل حفاظتی و عمل آوری کننده مناسبی از نظر دما باشد.
تمهیدات و اقدامات از نظر اجرایی برای بتن ریزی و حفاظت و عمل آوری بتن قطعات سازه ای در روزهای سرد
از جمله اولین کارهایی که باید از قبل به آن توجه شود جلوگیری از سرد شدن آب است. بکارگیری منبع آب مدفون در زمین و یا بشدت عایق بندی شده درون اتاق روی زمین می تواند کاملاً مفید باشد. نگهداری سنگدانه در زیر یک پوشش (سایه بان) برای جلوگیری از ورود باران و برف به آنها و هم چنین جلوگیری از یخ زدن سنگدانه ها به طرق مختلف از جمله اقدامات مهم و جدی برای ایجاد سهولت در دستیابی به دمای مناسب بتن مخلوط شده خواهد بود. هر چه سنگدانه ها مرطوب تر باشند در ساخت بتن نیاز به آب کمتر وجود دارد و از آنجا که ابزارمهم در ساخت بتن با دمای مناسب، آب گرم می باشد بنابراین چنین ابزاری تا حدود زیادی از دست خواهد رفت. در صورت یخ زدن سانگدانه های خیس عملاً دستیابی به دمای مناسب برای بتن ساخته شده، غیر ممکن می گردد مگر اینکه یخ آنها را با گرم کردن، آب کنیم.
همانگونه که اشاره شد گام بعدی، گرم کردن آب به میزان حداکثر ۸۰ درجه سانتی گراد است. دمای مورد نیاز آب مصرفی را می توان از روابطی که در کتب مختلف بویژه آئین نامه جدید بتن ایران آمده است با توجه به دمای مورد نیاز مخلوط بتن، تخمین زد. چنانچه دمای آب بیش از ۴۰ درجه باشد لازم است ابتدا آب را با یکی از سنگدانه ها یا همه سنگدانه ها مخلوط کرد و سپس سیمان را به آنها اضافه نمود.
در صورتی که بنظر رسد که حتی آب ۸۰ درجه نیز کفایت نمی کند باید سنگدانه ها را گرم نمود. دمای مناسب مخلوط بتن پس از اختلاط باید حداقل ۲ تا ۳ درجه بیشتر از حداقل دمای مورد نیاز برای ریختن بتن در قالب باشد. این اختلاف تابع مدت حمل، نوع وسیله حمل و دمای هوا می باشد. در آئین نامه بتن قدیم و جدید و مبحث ۸ مقررات ملی، حداقل دمای بتن در هنگام ریختن با توجه به حداقل ضاخامت قطعه بتنی داده شده است.
سرعت بخشی به حمل و ریختن و تراکم بتن برای از دست ندادن دمای بتن توصیه می شود. در مرحله بعد توصیه می شود تا بتن ریخته شده با حفاظت لازم در دمای حداقل مزبور نگهداری گردد تا بتن به حداقل مقاومت ذکر شده در پاسخ های قبلی برسد. بدیهی است آماده سازی قالب ها و آرماتورهای قطعه بتنی قبل از بتن ریزی شامل یخ زدائی و گرم کردن نیز از جمله اقدامات اولیه خواهد بود که قبلا” به آن پرداخته شد.
مقاومت فشاری بتن با توجه به دمای کم هوا در داخل قطعه دارای روند کسب مقاومت کمتر از آزمایشگاه خواهد بود. برای تخمین مقاومت فشاری بتن در قطعه برای مشخص کردن نیاز به خاتمه حفاظت چه روش هایی وجود دارد تا بویژه ناظرین محترم بتوانند کنترل مناسبی را بر روی عملیات بتن ریزی در هوای سرد داشته باشند؟
برای تخمین مقاومت فشاری بتن، یکی از راهکارهای اصلی در گذشته، تهیه آزمونه های آگاهی و قرار دادن آنها در شرایط نگه داری از قطعه بتنی بود و در زمان مورد نظر مثلاً ۳ یا ۵ یا ۱ روزه، تعیین مقاومت این آزمونه ها می توانست مقاومت تقریبی بتن درون قطعه را به نمایش گذارد.
در ACI306 جدید این راهکار را مناسب ندانسته اند زیرا ابعاد آزمونه ممکن است در روند کسب مقاومت آن و قطعه تفاوت زیادی بوجود آورد.
بنابراین توصیه شده است از روش های دیگری مانند تعیین بلوغ بتن و تخمین مقاومت آن که در استانداردASTMC1074 آماده است، استفاده شود. استاندارد ملی آن هنوز در ایران منتشر نشده است هر چند کار تدوین آن در کمیته مربوطه به اتمام رسیده اما شارایط موجود مانع از تصویب نهایی آن شده است. روش های غیر مخرب دیگری برای تخمین مقاومت با توجه به استفاده از چکش اشمیت یا دستگاه فراصوتی و غیره نیز پیش بینی شده است که البته قبلاً باید به کمک همین بتن، چنین وسایلی از نظر مقاومتی، کالیبره (واسنجی) شده باشد. بهرحال استفاده از روش بلوغ و تخمین مقاومت فشاری از جمله روش های ساده است که به وسایل خاصی بجز بکارگیری یک دماسنج در عمق ۳ سانتی متری سطح بتن نیاز ندارد اما مقدماتی دارد که باید در آزمایشگاه بر روی همین مخلوط قبلاً طی شده و رابطه بلوغ مقاومت بدست آماده باشد.
و سخن آخر....
سعی شد تا حد امکان همه مطالب مورد نیاز در پاسخ پرسش های قبلی مطرح گردد. بهرحال باید دانست که بتن ریزی در هوای سرد نیاز به دانش کافی در مورد بتن و بتن ریزی دارد که متاسفانه پیمانکاران و ناظرین محترم در مورد آن غفلت می کنند. هم چنین در بتن ریزی در هوای سرد نیاز به وسایل و تجهیزات خاصی وجود دارد که از جمله وسایل گرمایشی آب، وسایل گرمایشی سنگدانه، پیش بینی محال مناساب برای ذخیره سازی آب و سنگدانه، دماسنج های مختلف برای کنترل دمای مصالح و بتن تازه و تعبیه دماسنج برای بتن درون قطعا در نقاط مختلف آن (بویژه گوشه ها) می باشد. محاسبات لازم برای مشخص کردن دمای آب مورد نیاز، دمای مورد نیاز سنگدانه و غیره نیاز از جمله مواردی است که به دانش و دقت کافی نیازمند است.
مجدداً متذکر می شوم که استفاده از مواد زود سخت کننده کاملاً اختیاری است و صرفاً به کاهش مدت دوره حفاظت از بتن در قالب کمک می کند و به تبلیغات گمراه کننده برخی از شرکت های فروشنده افزودنی در این مورد نباید توجه کرد که می گویند اول فالان افزودنی و سپس بتن ریزی در هوای سرد.
