عمل آوری بتن با بخار یک روش معمول برای عمل آوری سریع بتن در تولید قطعات پیش بتنی اعم از دیوار های پیش ساخته، لوله های بتن مسلح، نیوجرسی، سگمنت های پل و تونل وغیره می باشد.
به نظر میرسد هیدراتاسیون سریع اولیه ، محصولاتی با ساختمان فیزیکی ضعیفتر و احتمالا با تخلخل بیشتر تشکیل دهند ، بطوری که همیشه درصدی از منافذ ، خالی باقی میماند . به عبارت دیگر روند سریع هیدراتاسیون اولیه در دمای زیادتر باعث کند شدن هیدراتاسیون بعدی میشود و محصولات هیدراتاسیون در داخل خمیر سیمان بطور غیر یکنواخت توزیع میشوند.
زیرا روند سریع هیدراتاسیون اولیه زمان کافی جهت نفوذ محصولات هیدراتاسیون دورتر از ذرات سیمان و رسوب نمودن آنها بصورت یکنواخت در فضای بین ذرات وجود نخواهد داشت ، در نتیجه تمرکز زیادی از محصولات هیدراتاسیون در حوالی ذراتی که هیدراته میشوند بوجود میآید وباعث کند شدن هیدراتاسیون بعدی می شوند و بر مقاومت دراز مدت بتن اثر نامطلوبی خواهند داشت. ذکر این نکته در همین جا مفید است که کسب مقاومت اولیه کم دارای اثر مفیدی بر مقاومت دراز مدت خواهد داشت.
مقاومت فشاری بتن عمل آوری شده در دماهای مختلف
از طرف دیگر توجیه کاهش در مقاومت دراز مدت بتن عمل آوری شده در دمای بالا تا حدی در اثر وجود ترک های خیلی ریز ناشی از انبساط حبابهای هوا در خمیر سیمان نهفته است. انبساط حرارتی هوا حداقل دوبرابر بیشتر از انبساط مواد جامد محیط اطراف آن میباشد.
انبساط حباب های هوا که در داخل بتن مهار شده باعث میشوند که هوا در داخل بتن تحت فشار قرار گیرد و برای متعادل نمودن این فشار تنش های کششی در خمیر سیمان اطراف آن ایجاد میگردد.
این تنش ها میتواند ترک های خیلی ریزی را در خمیر سیمان بوجود آورد. اثر مخرب انبساط حباب های هوا را میتوان با زمان تاخیر طولانی قبل از عمل آوری در بخار یا با روند کمتر افزایش دما کاهش داد. حداقل زمان تاخیر برای دماهای تا حدود 40 درجه سلسیوس تاخیر 2 ساعته و برای دمای تا 55 درجه 3 ساعت و برای دمای 75 درجه 5 ساعت و برای دمای 85 درجه 6 ساعت تاخیر در عمل آوری باعث کاهش شدید اثرات نامطلوب حرارت دادن میگردد.
البته ذکر این نکته در همین جا لازم است که طول زمان تاخیر به اندازه و شکل قطعات بتنی و به میزان نسبت آب به سیمان و نوع سیمان و غیره بستگی دارد. با این حال، موارد فوق با توجه به ملاحظات منابع مالی و زمانی می بایست انجام گردند.
دلیل دیگری که از لزوم دوره تاخیر حمایت میکند ، وجود سنگ گچ در سیمان پرتلند می باشد. در دمای زیادتر قابلیت واکنش شیمیایی سنگ گچ کاهش می یابد. بطوریکه بخشی از آن با C3A وارد واکنش نمیشود و این واکنش بعدا صورت میپذیرد.
در عمل آوری بتن با بخار همواره در عمر اولیه بتن ، یک دمای بهینه وجود دارد که منتهی به بالاترین مقاومت در عمر معینی میگردد. مواقعی که قرار است بتن در زمانی کوتاه مقاومت اولیه خود را کسب کند و یا در مواقعی که لازم است بتوان مقاومت 28 روزه بتن را طی چند ساعت پس از بتن ریزی کسب نمود، برای این منظور از عمل آوردن بتن در بخار آب استفاده میشود.
پروراندن – عمل آوردن – بتن با بخار در فشار متعارف (فشار اتمسفر)
این روش برای سازه های بتنی در محیط های بسته یا قطعات پیش ساخته بتنی به کار میرود و با توجه به مشخصات سازه و شرایط محیط، عمل آوردن را با رعایت نکات ذیل انجام داد. هدف اصلی از عمل آوری کسب مقاومت اولیه ایست که به اندازه کافی زیاد باشد ، بطوریکه بتوان محصول بتنی را در زمان کوتاهی پس از در جا ریختن ، جابجا کرد ، از قالب خارج کرده و انبار نمود.
مرحله افزایش درجه حرارت ، افزایش دمای محیط اطراف بتن تا رسیدن به دمای حداکثر این مرحله حداقل باید 5/2 ساعت طول بکشد بطوریکه از شیب های حرارتی تند در بتن جلوگیری شود. آیین نامه ACI 517.2R–78 (تجدید نظر شده در سال 92) 33 درجه بر ساعت را برای نمونه با ابعاد کوچک و 11 درجه بر ساعت را برای نمونه های بزرگ توصیه نموده است.
برای نمونه هایی که در معرض شرایط محیطی مهاجم قرار گرفته اند استاندارد اروپایی ENV 206: 1992 محدودیت های سختی را برای حداکثر دما و روند افزایش دما در نظر گرفته است.
روند افزایش دما اثر نامطلوب کمی بر مقاومت دراز مدت بتن دارد ولی حداکثر دما و زمان نگهداری بتن در دمای حداکثر یک عامل اصلی در کاهش مقاومت بتن در 28 روزگی و بعد دارد .
عمل آوری بتن با بخار
مرحله ثابت نگه داشتن درجه حرارت حداکثر ، مرحله دوم ثابت نگه داشتن درجه حرارت حداکثر است .مدت زمان این مرحله بین 3 الی 12 ساعت متفاوت است هر چه دما بالاتر باشد زمان کوتاه تر و هر چه دما پایین باشد زمان بلندتر میگردد .
مرحله سرد کردن، سومین مرحله کاهش تدریجی دما از دمای حداکثر به دمای مورد نظر در مدت حداقل 5/ 2 ساعت شیب کاهش حرارت با شیب آهنگ افزایش حرارت باید یکسان باشد.
عمل آوری بتن با بخار در رطوبت تکمیلی امکان پذیر است. این عمل برای جلوگیری از خشک شدن سریع و افزایش مقاومت بعد تر موثر میباشد .
نکته مهم اینکه مخلوط های بتن با نسبت آب به سیمان پایین خیلی بهتر از مخلوط هایی با نسبت آب به سیمان زیاد به عمل آوری در بخار جواب میده ند وعوارض نامطلوب کمتری را دارند.
بطور خلاصه یک چرخه رضایت بخش برای اعضای سازه ای معمولی از مراحل زیر تشکیل میگردد: زمان تاخیری به مدت 2 الی 5 ساعت ، حرارت دادن با روند 22 الی 24 درجه در ساعت تا حداکثر دمای 50 الی 75 درجه سلسیوس سپس نگهداری در دمای حداکثر و بالاخره فاصله زمانی سرد شدن مانند روند حرارت دادن ، کل چرخه بدون در نظر گرفتن زمان تاخیر بیش از 18 ساعت طول نمیکشد.[1]
موسسۀ بتن پیش تنیده (PCI) بیان میکند که عمل آوری تسریع شده باید پس از حصول گیرش اوّلیه و مطابق با آنچه که در ASTM C 403 تعیین شده، اجرا شود. اعمال حرارت پیش از موعد ممکن است اثرات مخربی بر مقاومت و دوام بلند مدت داشته باشد. در مقابل، اعمال حرارت با وقفه ممکن است اثرگذاری کمتری داشته باشد و از سرعت تولید بکاهد.
در عمل آوری بتن، گیرش نقش بسیار مهمی ایفا میکند. به طور کلی بتن دارای سه نوع گیرش است که میبایست بین آنها فرق قائل شد:
1- گیرش کاذب
2- گیرش اولیه
3- گیرش نهایی
در عمل آوری تسریع یافته با بخار، رسیدن به گیرش اولیه الزامی میباشد. آیین نامههای مختلف، زمانهای مختلفی را برای مدت گیرش اولیه توصیه میکنند. با این حال، بهتر است که زمان گیرش با آزمایش ویکات تعیین گردد.
آیین نامه ASTM C 191 حداقل مدت گیرش اولیه را 60 دقیقه توصیه میکند. بنابراین به طور ابتدایی، مدت زمان 60 دقیقه تعیین میگردد.
نرخ افزایش دما
به‌منظور کنترل افزایش تفاضل های دمایی در عمل آورری بتن با بخار باید توجه ویژهای در عمل آوری تسریع صورت گیرد. در صورت عدم کنترل، این تفاضل ها میتوانند به ترک خوردگی منجر شوند. افزایش حرارت بتن نباید از C°20 (F°36) در هر ساعت تجاوز نماید (راهنمای PCI)[1].
[1] . موسسه بتن پیش ساخته آمریکا.
حداکثر دما
راهنمای PCI اظهار میکند که حداکثر دما نباید دمای اندازگیری شدۀ در طی عملآوری از C°82 (F°180) در آن قسمت از واحد که به احتمال زیاد حداکثر دما را تجربه میکند، تجاوز نماید.
همچنین این بیانیه تصریح مینماید که اگر پتانسیل شناخت های برای واکنش قلیایی سیلیس و یا شکل گیری اترینگایت به تاخیر افتاده وجود دارد، حداکثر دمای عملآوری باید به C°70 (F°158) کاهش یابد. به دلایل کاربردی و اقتصادی، حداکثر دما نباید از آنچه که برای رسیدن به حداقل مقاومت آزادسازی لازم در مقدار زمان مورد نیاز است، افزایش یابد.
بهطور کلی این پارامترها در عمل آوری تسریع یافته از اهمیت ویژهای برخوردار هستند:
1- دورۀ تأخیر برای حصول گیرش اولیه؛
2- نرخ افزایش دما؛
3- حداکثر دما؛
4- مدت زمان حداکثر؛
5- نرخ کاهش دما.
رابطۀ مقاومت و دما
میدانیم که هر چه دمای عمل آوری زیاد باشد، مقاومت اولیۀ آن نیز توسعه مییابد. از طرف دیگر، با افزایش مقاومت اولیۀ بتن (3 تا 7 روزه)، مقاومت ثانویۀ آن کاهش مییابد (سن 28 تا 90 روزه). بنابراین، داد و ستد دمایی در عمل آوری یک امر مناسب است. در شکل پارامترهای ذکر شده بهشکل نمودار رسم گردیدهاست.
جمع بندی (PCI) عمل آوری بتن با بخار در فصل تابستان:
1- مدت زمان تأخیر در عمل آوری (1 الی 2 ساعت)؛
2- نرخ افزایش دما: 20 درجه در هر ساعت؛
3- مدت زمان ماندگاری حداکثر دما: 4 ساعت در دمای حدکثر 80 درجه؛
4- نرخ کاهش دما: 20 درجه در هر ساعت.
E مدت زمان کل برای هر سیکل: 11 ساعت
