بتن آرمه و تاریخچه آن

• مصالح ساختمانی گوناگونی از دیرباز توسط انسان مورد استفاده قرار گرفته است. در این میان شاید بتوان از چوب، سنگ، فولاد و بتن به عنوان پرمصرف ترین مصالح ساختمانی نام برد. بتون که در حقیقت یک نوع سنگ ساخته دست بشر است، از مقاومت فشاری قابل قبول و مقاومت کششی بسیار پایین (در حدود 10% مقاومت فشاری) برخوردار است. از طرفی در بسیاری از قطعات سازه ای، کشش مستقیم ویا کشش ناشی از خمش ایجاد می شود. به همین جهت برای جبران ضعف مقاومت کششی بتن، ایده ی بتن مسلح ابداع شده است. در این روش، در هر قسمت که قطعه ی سازه ای تحت کشش (کشش مستقیم یا کشش ناشی از خمش) قرار گیرد، از فولاد به عنوان یک ماده ی مقاوم در مقابل کشش ایجاد شده، استفاده میگردد.

• اگرچه ایده ی اولیه در ابداع بتن مسلح، اگذاری نقش مقاومت در مقابل تنش های کششی به فولاد بوده است؛ با این وجود فولاد می تواند به عنوان یک عنصر کمکی در تحمل فشار نیز در کنار بتن قرار گیرد. به همین دلیل میلگردهای مسلح کننده در قطعات فشاری نظیر ستون ها و یا حتی در ناحیه فشاری تیرها به عنوان فولاد فشاری نیز به کار رود.

• توجه شود که در یک مقطع بتن آرمه، ممکن است ترک های کششی در ناحیه کششی بتن و در جهت متعامد نسبت به جهت تنش های کششی ایجاد شوند. این ترک ها ممکن است از میلگردهای کششی نیز عبور کرده و تا نزدیکی های تار خنثی بالا روند. با این وجود، معمولا عرض این ترک ها بسیار محدود بوده (کوچکتر از 3/0 میلی متر) و در عملکرد قطعه بتن مسلح دخالت نمی کنند.

• سازگاری بتن و فولاد

• بتن و فولاد سازگاری قابل توجهی برای تشکیل یک جسم مرکب دارند که در این میان می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• الف- ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد بسیار به هم نزدیک است؛ به همین دلیل تحت تاثیر تغییرات دمای متداول، تنش های قابل توجهی بین آنها ایجاد نمی شود.

• ب- بتن و فولاد چسبندگی بسیار خوبی با یکدیگر داشته و بین آن دو معمولا لغزش اتفاق نمی افتد؛ بنابراین می توانند عملکرد مرکبی با یکدیگر داشته باشند و همانند یک جسم واحد عمل کنند. چسبندگی بسار خوب بین بتن و فولاد، ناشی از چسبندگی شیمیایی بین دو ماده، و نیز ناصافی های سطحی و برآمدگی های آج میلگرد می باشد.

• ج-فولاد ماده ای است که به راحتی در معرض خوردگی شیمیایی قرار می گیرد؛ در حالی که بتن معمولا نفوذ ناپذیری قابل قبولی دارد و می تواند فولاد مسلح کننده را در مقابل خوردگی محافظت نماید.

• د- مقاومت فولاد در مقابل دمای آتش بسیار پایین است؛ در حالی که پوشش بتن که روی میلگرد ها قرار گرفته است، مقاومت بسیار خوبی در مقابل

• اتش سوزی ایجاد می کند.

• پیشینه تاریخی بتن آرمه

• اگر چه گفته می شود سیمان از دیرباز توسط ایرانیان و رومانیان به عنوان یک ماده ساختمانی به کار گرفته می شده است، اما سابقا ثبت سیمان پرتلند به جوزف آسپیدین انگلیسی در سال 1824 بر می گردد. از آن پس بتن غیر مسلح برای سالها به عنوان یک مصالح ساختمانی خوب، تولید شد.

• سابقه استفاده از بتن مسلح به سال 1850 بر می گردد که جوزف لامبوت فرانسوی یک قایق بتنی را که با شبکه ای از سیم های موازی مسلح شده بود، تولید کرد. با این حال اختراع بتن آرمه معمولا به جوزف مونیر فرانسوی نسبت داده می شود. وی در سال 1867، ابداع ساخت حوضچه ها و مخازن بتنی مسلح به شبکه ای از سیم آهنی را برای خود ثبت نمود. از آن به بعد مونیر تا سال 1881،موارد متعددی از کاربرد بتن مسلح را از جمله در ساخت لوله ها و تانک ها، صفحات و دال های مسطح، پل های عابر پیاده، قوس ها، ساختمان ها و اجزاء رابط خطوط آهن به نام خود به ثبت رساند. با این وجود گفته می شود که وی دانش مربوط به رفتار بتن آرمه و یا روش مناسب جهت محاسبات طراحی را نداشته است.

• در آمریکا ویلیام وارد نخستین ساختمان بتن آرمه را در سال 1875 در نیویورک بنا نمود. همچنین تادیوس هیات که در ابتدا یک وکیل بود، در دهه 1850 تجربیاتی را در مورد تیر بتن آرمه انجام داد. وی میله های آهنی را در ناحیه کششی تیر قرار داد و در نزدیکی تکیه گاه آن را به طرف بالا خم کرده و در ناحیه فشاری محار نمود. او همچنین میله های قائمی را در نزدیکی تکیه گاه ها برای تحمل برش به کار برد. هیات در سال 1877 یک کتاب 28 صفحه ای در ارتباط با موضوع تحقیقات خود منتشر کرد.

• همچنین رانسام در دهه 1870 در شهر سانفرانسیسکو مواردی از استفاده از بتن آرمه تجربه نمود. وی در سال 1884، استفاده از میله های آجدار را با پیچاندن میله هایی با سطح مقطع مربعی و به منظور فراهم نمودن چسبندگی بهتر بین فولاد و بتن، به نام خود ثبت کرد. همچنین وی در سال 1890، ساختمان یک موزه دو طبقه به طول 95 متر را به صورت بتن آرمه بنا نمود. این ساختمان در زلزله سال 1906 سانفرانسیسکو و نیز در آتش سوزی متعاقب این زلزله، آسیب جزئی دید که این عملکرد و نیز عملکرد مناسب سایر ساختمان های بتن آرمه در آن زلزله و آتش سوزی متعاقب، منجر به اقبال عمومی به این سیستم جدید ساختمان سازی گردید.

• در سال 1903، تشکیل یک کمیته مشترک از نمایندگان سازمان های علاقه مند در زمینه بتن آرمه در آمریکا، نقطه شروعی برای همگانی کردن دانش طراحی بتن آرمهبود. از آن به بعد در دهه اول قرن بیستم، آزماشات متعددی توسط دانشمندان در آمریکا و اروپا جهت تعیین مقاومت فشاری بتن، و مدول الاستیسیته بتن انجام گرفت. از سال 1916 تا 1935، بیشتر تحقیقات بر ستون های بتن آرمه با بار خارج از محور، شالوده بتن آرمه و نیز مقاومت نهایی تیرها بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفت.

• از آن به بعد و تاکنون تحقیقات بسیار زیادی در زمینه رفتار قطعات و سازه های بتن آرمه انجام گرفته است. هزاران رساله کارشناسی ارشد و دکترا در این زمینه در دهه های اخیر به رشته تحریر در آمده است. با این وجود به اعتقاد نگارنده، هنوز ناشناخته های فراوانی در زمینه رفتار اجزاء بتن آرمه وجود دارد. از همین رو در حال حاضر نیز بسیاری از تحقیقات زنده ی دانشگاه های معتبر و مراکز تحقیقاتی دنیا در زمینه اجزاء و قطعات بتن آرمه معطوف می کردد.

• مزایا و معایب بتن آرمه

• مصالح مختلفی مثل فولاد، چوب، مصالح بنایی و بتن ممکن است به عنوان گزینه هایی برای ساخت یک بنا مطرح باشند. این گزینه ها برای بسیاری از سازه های متداول وجود دارند؛ اگر چه در ساخت اسکلت سازه های بلند، ممکن است به فولاد و بتن محدود گردند. با این وجود امروزه بتن آرمه به عنوان یک گزینه قابل اعتماد برای ساخت بسیاری از سازه های کوچک و بزرگ محسوب می گردد؛ به طوری که شاید بتوان از آن به عنوان مهم ترین ماده ساختمانی موجود با کاربردی فراگیر در تمام دنیا نام برد.

• امروزه بسیاری از ساختمان های کوچک و بزرگ، پل ها، سد ها، تونل ها، کانال ها، مخازن و تانک ها، دیوارهای حائل، لوله ها و روسازی ها از بتن آرمه ساخته می شود. موفقیت قابل توجه بتن آرمه نسبت به سایر مصالح ساختمانی و به خصوص فولاد در کاربرد فراگیر آن را می توان مرهون موارد زیر دانست:

1-بتن مقاومت فشاری قابل قبولی در مقایسه با بسیاری از مصالح ساختمانی دیگر دارد.

2-تمامی اجزاء تشکیل دهنده بتن(به جز سیمان) به عنوان مصالح محلیو ارزان قیمت محسوب می شوند. تقریبا در همه جا می توان آب، ماسه و شن را از فواصل نزدیک به محل بتن ریزی حمل نمود که این مساله منجر به سهولت و رغبت بیشتر به بتن، و ارزانتر تمام شدن آن خواهد شد.

3-بتن را می توان به سهولت به هر شکل دلخواه در آورد. با ساختن قالب مناسب، تقریبا هر گونه مقطع سازه ای و شکل معماری را می توان از بتن آرمه تولید نمود. در مقابل، مقاطع فولادی در ابعاد مشخص و در کارخانه تولید می شوند و تولید مقطع خاص از مصالح فولادی گاه مشکل و یا غیر ممکن خواهد بود.

4-بتن مقاومت بسیار خوبی در مقابل آتش دارد.یک ساختمان بتن آرمه می تواند ساعت ها در مقابل آتش سوزی های مهیب مقاومت کند، بدون آنکه فرو ریزد. این مساله فرصت کافی برای مهار آتش و نیز تخلیه ساختمان از نفرات و اموال را فراهم میکند. در مقابل یک ساختمان فولادی در برابر آتش سوزی کاملا ضعیف خواهد بود. فروریزی برج های دوقلوی نیویورک که در واقعه 11 سپتامبر سال 2001 مورد حمله قرار گرفتند، به دلیل اسکلت فولادی آنها بود. چنانچه این برج ها از مصالح بتن آرمهساخته شده بودند، جان هزاران انسان و نیز میلیون ها دلار ثروت موجود در آنها حفظ می شد.

5-بتن همچنین مقاومت خوبی در مقابل رطوبت و آب دارد. اگر آب در تماس با بتن، حاوی بعضی از یون ها از قبیل یون سولفات و یا یون کلرور نباشد، برای بتن و حتی میلگرد های موجود در بتن، مشکلی ایجاد نمی کند ولی در غیر این صورت باعث تخریب می گردد که نیاز به ترمیم و همچنین مقاوم سازی دارد.

6-اجزاء بتن آرمه از صلبیت بالایی برخوردار هستند. به همین دلیل معمولا ساکنان یک ساختمان بتن آرمه در هنگام وزش شدید باد و یا تحرک زیاد همسایگان، لرزه ای را احساس نمی کنند و آرامش آنها حفظ می شود.

7-اجزاء بتنی در مقایسه با سازه فولادی به صورت ذاتی به محافظت و نگهداری کمتری نیاز دارند. به خصوص اگر بتن ریزی به صورت متراکم انجام گرفته باشد و در قسمت های در تماس با هوا از بتن هوادار استفاده شده باشد، پس از شروع بهره برداری از سازه ی بتن آرمه تقریبا نیاز به مراقبت جدی ندارد.

8-بتن در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی، عمر بهره دهی بسیار طولانی دارد اما به شرایطی که در محیطی مطلوب جهت انجام عملیات بتن ریزی باشد قرار گیرد که در صورت نیازها از مواد آب بندی و افزودنی های بتن در صورت نیاز از ترمیم کننده های بتن مورد مصرف قرار گیرد باید در نظر داشت که تحت شرایط مشخص، یک سازه بتن آرمه می تواند برای همیشه بدون کاهش در ظرفیت باربری مورد استفاده قرار گیرد.این مساله مبتنی بر این واقعیت است که بتن در طول زمان نه تنها کاهش مقاومت ندارد، بلکه با گذشت طولانی زمان با تحکیم بیشتر سیمان، افزایش مقاومت نیز داشت. با این وجود، تاثیر عوامل مخرب محیطی و یون های مهاجم ممکن است دوام بتن را در طول زمان به مخاطره بیندازد.

9-بتن در بعضی از اجزاء سازه ای نظیر پی ها، دیواره های زیر زمین و شمع ها، به عنوان تنها گزینه اقتصادی محسوب می شود.

10-اجرای بتن و سازه ی بتن آرمه در مقایسه با سایر مصالح نظیر فولاد و یا حتی چوب، نیاز به نیروهای اجرایی و کارگران با مهارت بالا ندارد.

نویسنده : کلینیک بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))

معرفی بتن الیافی

بتن الیافی نوعی بتن است که در ساخت آن از الیاف استفاده می‌کنند و سیمان، آب، سنگدانه و مواد افزودنی را همراه با الیاف مخلوط می‌کنند، الیاف باعث افزایش پیوستگی، مقاومت کششی، کاهش ترک های بتن و افزایش نرمی بتن میگردد. جنس الیاف و اندازه آنها به نوع مصرف بتون و مقاومت کششی مد نظر بستگی دارد. الیاف می‌تواند الیاف شیشه یا الیاف فلزی و یا الیاف پلیمری باشد و اندازهٔ آنها معمولاً 3 الی 20 میلیمتر است .

الیاف فولادی

الیاف فولادی در اندازه های مختلف تولید میشود که مشهور ترین آن الیافی است که از مقطع دایره ای تهیه میگردد .

کاربرد الیاف فولادی در مسلح ساختن بتن های غیر سازه ای و کف سازی ها باعث حذف مش و میلگرد شده و نیز میتوان از ضخامت لایه بتنی کاست درضمن ، در سقفهای کامپوزیتی اضافه کردن الیاف فولادی به بتن باعث حذف میلگرد گذاری میگردد . مقاومت این گونه سقف ها در برابر آتش سوزی تا 1500 درجه سانتیگراد میباشد .

در ساخت بنادر و یارد های ساحلی با توجه به شرایط خوردگی و بارهای سنگین و همچنین لرزش بر اثر حرکت ماشین آلات سنگین ، استفاده از الیاف فولادی در بتن بهترین راه حل جهت افزایش دوام و کارایی بتن میباشد

در ساخت اتوبان ها با روکش بتنی به جای آسفالت استفاده از الیاف فولادی باعث افزایش مقاومت کششی سطح جاده و همچنین مقاومت بالا در برابر نفوذ آب و مایعات (خصوصا نمک) می شود که با توجه به این خصوصیات میتوان از قطر پوشش بتن نیز کاست .

کاربرد در تونل سازی : در ساخت تونل ها با دستگاههای حفار تمام اتوماتیک ، قطعات پیش ساخته میبایستی از درون تونل به دستگاه هدایت شده و در مکان خود نصب گردند . فن اوری بالای ساخت این قطعات به لطف استفاده از الیاف فولادی باعث مقاومت بالا در برابر ضربه ناشی از جابجایی و همچنین مهار فشار های وارده از دیواره های تونل میگردد .

در بتن های پاششی ( شاتکریت) جهت تثبیت خاک در انواع حفاری ها ( تونل سازی ، راهسازی و...) استفاده از الیاف فولادی با طول کوتاه تر میتواند باعث حذف مش گذاری گردد . که علاوه بر کاستن از هزینه ها باعث بالا رفتن ایمنی و سرعت و مقاومت کار میگردد.

الیاف پروپیلن

بتن با مقاومت بالا دارای معایبی همچون شکنندگی و عدم مقاومت در برابر آتش سوزی می باشد. جهت رفع این نقیصه میتوان از الیاف پلی پروپیلن با توجه به خواص مطلوب و اقتصادی بودن آن استفاده کرد.استفاده از مقادیر معین از الیاف در مخلوط بتن بر خواص مکانیکی آن تاثیر نا مطلوب نخواهد داشت.الیاف پلی پروپیلن براستحکام فشاری و مقاومت حرارتی بتن تاثیر میگذارد.

از جمله محاسن بتن های مصلح(الیافی) ودارای مقاومت بالا، بهبود خواص مکانیکی و کاهش نفوذپذیری ،مقاومت شیمیایی بالا در برابر عوامل مخرب و مقاومت در برابر ضربه های مکانیکی شدید می باشد. در کنار محاسن یاد شده، شکنندگی و مقاومت کم در برابر حرارت و آتش از معایب بارز این گونه بتنها محسوب می شود.از آنجایی که مقاومت و نرمی، دارای نسبت عکس می باشند، بتنهای با استحکام بالا از بتن های معمولی شکننده ترند.

ویژگی ها

• در سنین اولیه بتن، از هنگام بتن ریزی تا 24 ساعت بعد، مقاومت کسب شده توسط بتن ناچیز است و کمترین تنشی می تواند منجر به ترک خوردگی شود. مقاومت کششی بسیار زیاد الیاف پلی پروپیلن در این زمان، باعث عدم ترک خوردگی بتن میشود.

• الیاف پلی پروپیلن باعث جلو گیری از آب انداختگی بتن شده و از انتقال آب به سطح بتن جلوگیری می کند که نتیجه آن همگن شدن بتن و یکسان بودن نسبت آب به سیمان در تمام بتن و تداوم عمل هیدراتاسیون می باشد.

• الیاف پلی پروپیلن باعث جلوگیری افزایش چشمگیر مقاومت بتن در برابر بارهای ضربه ای می شود که این امر در بارگذاری دینامیکی مانند تند بادها، زلزله ارتعاش ماشین آلات سنگین و انفجار ... اهمیت دارد.

• استفاده از الیاف پلی پروپیلن باعث افزایش مقاومت کششی، خمشی و برشی بتن می شود و بتن بعد از شکست یکپارچه باقی می ماند. افزایش مقاومت در برابر سیکل های ذوب و انجماد که ناشی از کاهش نفوذ پذیری بتن بوده و افزایش مقاومت در برابر خستگی، سایش و کاویتاسیون از دیگر مزایای استفاده از الیاف پلی پروپیلن می باشد.

مزایا و مقایسه فنی بتن حاوی ژل سیلیکافیوم الیاف دار بتن برای ساخت بتن الیافی کلاس AP2RB نسبت به بتن حاوی ژل میکروسیلیس P1RB :
مقاومتها - نفوذ پذیری آب و نفوذ پذیری عوامل مهاجم بیرونی در بتن الیافی حاوی ژل سیلیکافیوم دارای الیاف پلی پروپیلن - ضریب وارفتگی بتن الیافی حاوی ژل سیلیکافیوم دارای الیاف پلی پروپیلن - مقاومت سایشی بتن الیافی حاوی ژل سیلیکافیوم دارای الیاف PP - مسائل حرارتی در بتن الیافی حاوی ژل سیلیکافیوم دارای الیاف PP - واکنشهای شیمیایی در بتن الیافی حاوی ژل سیلیکافیوم AP2RB - افزایش روانی بتن بدون نیاز به فوق روان کننده ها

ژل سیلیکافیوم الیاف دار بتن برای ساخت بتن الیافی کلاس ژل AP2RB نه تنها با بالا بردن مقاومت بتن در برابر عوامل مخرب فیزیکی و شیمیایی محیطی و حتی عوامل مخرب داخلی بتن، عمر سرویس دهی سازه را به حداکثر می رساند،بلکه از آسیبهای احتمالی دراز مدت ناشی از عدم دقت در کیورینگ مناسب طی ساعات اولیه پس ازریختن بتن الیافی تا حدود زیادی میکاهد.

نویسنده : کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))

بتن حافظ حرارت ساختمان

اگرچه استفاده از بتن در ایران همچنان بر پایه روش های سنتی ادامه دارد اما اکنون در ساختمان‌هایی که از بلوک‌های بتنی ساخته می شوند به صورت‌ متنوع‌تری در آمده اند. از این رو به عنوان امکانات رفاهی برای تامین راحتی و آسایش گرمایشی به شمار می روند.جرم حرارتی، پتانسیل ماده‌ای که انرژی گرمایی را ذخیره و دوباره پخش کرده توصیف می‌کند. موادی مانند بلوک‌های بتنی و دیوارهای سنگین وزن، دارای جرم حرارتی بالا بوده و با پخش و جذب گرما و تاثیر گرمایشی و سرمایشی، در تنظیم آسایش داخلی ساختمان نقش مهمی دارند.

اجرام حرارتی در بیشتر اقلیم ها مفید بوده و اغلب در آب و هوای سرد و آب و هوای مناطقی که دمای متغیری در طول شبانه‌روز دارند، کارایی بهتری دارند.از بلوک‌های پیش ساخته برای جذب حرارت خورشید یا سایر منابع گرمایی در طول زمستان استفاده می‌شود. گرما در بلوک‌ها جذب و برای ساعت‌ها در آن ها ذخیره شده و طی ساعت‌های آینده توزیع می شود. در تابستان باید اجازه داد سطوح بتنی در معرض نسیم خنک شبانه قرار گرفته تا حرارتی را که در طول روز جذب کرده‌، از دست بدهد. بازوی اتصال زمین موقعی به وجود می‌آید که جرم حرارتی بلوک بتنی در تماس مستقیم با جرم حرارتی اضافه شده به کف باشد که در افزایش خاصیت گرمایی تاثیر بسزایی دارد. این خاصیت در سازه‌هایی که با استفاده از بلوک‌های بتونی زیرسازی شده‌اند حاصل شده و به بلوک‌های سطح زمین درخانه عایق‌بندی شده اجازه می‌دهد تا دمای طبقات تنظیم شده و هوا پایدارتر شود. (در تابستان سردتر و در زمستان گرم‌تر) در زمستان دریافت انرژی خورشیدی, گرمای سطح بلوک‌های بتونی را به مقدار مناسبی بالا می‌برد. از مزیت‌های دیگر بلوک‌های بتونی،‌ استحکام است. انرژی فراوانی که در بتون نهفته شده با ماندگاری آن برابری می‌کند. اگر بتن به درستی تقویت شده و در جایی مناسب ریخته و به نحوی فشرده شود که هیچ خلل و فرجی نداشته باشند، طول عمر زیادی خواهند داشت. از نکات مهمی که باید به آن توجه داشت ،کنترل ترک و شکاف است. از عوامل مهم در استفاده از بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: اندازه بلوک - اگر بلوک بتنی بزرگ بوده یا از دو قسمت مجزا تشکیل شده ، ممکن است به کنترل و یا تنظیم حرکت قسمت‌های متحرک نیاز باشد.آماده‌سازی صحیح زیربنا (زیرسازی درست) - از ایجاد شکاف و ترک جلوگیری می کند.خشک شدن -خشک شدن صحیح بتن، ترک‌ها را کاهش می‌دهد. به طور معمول بتن در مدت 28 روز به سختی مطلوب خود رسیده و این روند 3 تا 7 روز اول بسیار حیاتی است. شرایط شروع خشک شدن بتن به اندازه مراحل پایانی آن حائز اهمیت است. استفاده از مایعی مخصوص به همراه بتن ،از رایج‌ترین روش‌های تسریع عمل خشک کردن است.پوشاندن بتن با صفحه پلاستیکی از روش‌های دیگر در تسریع این امر بوده اما به راحتی قابل کنترل و مدیریت نیست. از بهترین روش‌های خشک کردن بتن، مرطوب نگهداشتن مداوم آن به مدت 28 روز است اما این روش برای مقادیر زیاد بتن که به آب زیاد نیازمند دارد، توصیه نمی‌شود و بهتر است از کیورینگ بتن استفاده شود.افزودن آب - افراط در افزودن آب به مخلوط از پیش فراهم شده بتن، خطر ایجاد ترک را افزایش داده و ممکن است باعث ایجاد غبار در سطح بتن شده و قدرت آن را کاهش ‌دهد،جهت تسریع در عملیات بتن ریزی و گیرش بتن از افزودنی های بتن مانند روان کننده بتن ها یا فوق روان کننده بتن ها که به مورد مصرف از زودگیر کننده بتن یا کندگیر کننده بتن استفاده شود .جاگذاری و فشرده‌سازی - ناهماهنگی در تعیین محل و منطبق کردن بلوک‌ها به عنوان عاملی در تضعیف ساختار بتن و متخلخل شدن آن محسوب شده و خطر شکاف پوسته بتن را افزایش می دهد که با این شرایط باید از ترمیم کننده بتن استفاده گردد.

مطالب : مهندس علیرضا مهتدی

نویسنده : کلینیک بتن ایران /دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))

بتن ریزی در زیر آب

بتن ریزی در زیر آب در ساختمانهای دریایی و آبی به کار می رود و لازمه آن :

کاربرد روشهای ویژه برای جلوگیری از خطر آب شستگی است ،

استفاده از فرمول مخصوص برای ترکیب بتن ، تا بتون همگنی خود را به هنگام فرو رفتن در آب حفظ کند .

1-روشهای مورد استفاده

برای بتن ریزی در زیر آب، چندین روش به کار برده می شود که تمام آنها حاصل یک اصل می باشند : به استثنای اولین بتنی که در زیر آب قرار داده می شود ، بقیه باید طوری ریخته شوند که در تماس با آب واقع نشوند ، بیشترین طرق مورد استفاده به شرح زیرند :

* روش پشته پیشرو

این روش در جاهایی به کار می رود که عمق آب کم بوده (حداکثر 8ر0متر9 و آب به حد کافی آرام باشد . روش این است که ابتدا مقداری بتن در آب ، روی شیب ساحل ، می ریزند، تا سطح بتن به بالای آب برسد ، سپس بتن ریزی را روی آن ادامه می دهند . بتن جدید مقداری را که اول ریخته شده به طرف آب می راند ، و این بتن است که در ادامه بتن ریزی ، در تماس با آب خواهد بود و بقیه محفوظ خواهد ماند .

* روش بتن ریزی با لوله در داخل آب

این روش به کار می رود و نتیجه بهتری دارد . طریقه عمل این است که لوله ای فلزی ، به قطر 25 تا 45 سانتی متر ، که به طور موقت پاین آن را بسته اند ، در آب فرو برده می شود و از داخل آن بتن را به پایین می فرستند ، و موقعی که وزن بتن ریخته شده از رانش آب روی دهانه بیشتر می شود ، بتن بیرون می ریزد و توده هایی به شکل حباب تشکیل می دهد که به تدریج که بتن اضافه می کنند ، بزرگتر می شود .

لازم است که انتهای لوله در داخل بتن ریخته شده باقی بماند تا اثر آب فقط بر رویه حباب محدود گردد . این روش ، به ویژه برای بتن ریزی در زیر آب پی پیاه های پلها (تحت حفاظت سیرهای فلزی یا سد موقتی) و برای بتن ریزی شمع ها و دیوارهای جدا کننده ، در زر گل بنتونیت ، به کار برده می شود .

2-مشخصات بتن ریخته شده در زیر آب

مشخصات بتن مورد استفاده در زیر آب را باید آزمایشگاه متخصص و با سابقه در این نوع کار تعیین کند ، و نکات زیر رعایت شود :

چون بتن را زیر آب نمی توان لرزش داد ، لذا باید سفتی بین 14 تا 16 سانتی متر داشته باشد که با اضافه کردن موادی که حالت خمیری به بتن بدهد و یا آن را روان تر نماید می توان تامین کرد .

مواد ریز کوچکتر از 80 میکرون (که ذرات سیمان هم جزو آن است) بیشتر از 400 کیلوگرم در متر مکعب بتن باشد ، تا در مقابل آب شستگی بهتر مقاومت کند .

غالباً افزودنی های بتن کاهنده مقدار آب و دیر گیرکننده بتن به کار گرفته می شوند .

موسساتی که بتن آماده به کار تهیه می کنند ، در این موارد موادی از نوع کولوییدها به صورت گرد به بتن در حال مخلوط شدن اضافه می نمایند . این مواد با اجزای ریز بتن پوششی را به وجود می آورند ، که در برابر شسته شدن مقاوم است .

برقراری پناهگاه حفاظتی

این عمل در تکمیل روش هایی که ذکر شد و برای کاهش اثرات تشعشع آفتاب یا باران بر روی بتن تازه انجام می شود. ضمنا نباید برقرار کردن پرده هایی را در دو طرف ساختمان که جریان هوا را از روی بتن محدود می کند (جریان هوایی که سبب تسریع تبخیر می شود) فراموش کرد.

3-شرایط اجرایی عمل آوری بتن (کیورینگ)

عمل آوری بتن پس از قالب برداری و بر حسب طول مدتی که قالب بر قرار بوده انجام می شود.

اگر روی بتن قالب بندی نداشته باشد مانند کف ها ، سطوح بالای تیرها ، و سطوح از سرگیری بتن ریزی ، عمل آوری بتن بلافاصله پس از اینکه آب زیادی را از دست داد (سطح بتن مات شد)، انجام می شود :

طول مدت ادامه عمل آوری تابع چندین عامل است:

سرعت سخت شدن بتن که تابع طبقه مقاومت بتن است،

رطوبت نسبی هوا،

گرمای هوا،

باد،

تابندگی آفتاب،

از سرگیری بتن ریزی

کمتر اتفاق می افتد که یک سازه بتنی در یک مرحله بتن ریزی شود . لذا باید در پایان بتن ریزی مرحله اول، و در ابتدای مرحله بعدی، ترتیباتی اتخاذ گردد که ظاهر بتن قابل پسند شود، و به پیوستگی مکانیکی هم خدشه ای وارد نگردد .

برای تامین زیبایی منظر ، به هنگام تهیه طرح ، مقاطع از سرگیری بتن ریزی را مشخص می نمایند و برای حسن انجام کار باید:

روی قالب ها ، در نقاط تعیین شده قطعه چوبهای تراشیده ای قرار داد تا در سطح بتن یک خط صاف به وجود آورد ، و یا در خط از سرگیری بتن ریزی "فرو رفتگی ایجاد شود که جزیی از منظره بنا به چشم آید . ضمناً ضخامت پوششی میله های فولادی در مقطع فرو رفته باید کافی باشد .

نقشه آهن بندی باید طوری تهیه شود که از سرگیری بتن ریزی در مقطع پیش بینی شده میسر باشد ، البته آهنهای انتظاری که احیاناً لازم باشند ، در نقشه منظور شده باشد .

در از سرگیری بتن ریزی باید دو گونه آماده سازی ، هر دو روی بتن مرحله اول رعایت شود : یکی بعد از بتن ریزی مرحله اول و دوم قبل از شروع بتن ریزی مرحله دوم .

1-آماده سازی بعد از بتن ریزی مرحله اول

از سرگیری بتن ریزی ممکن است در سطحی افقی یا سطحی قائم انجام شود ، ولی در هر حال باید سطح بتن قبلی زبر و عاری از شیره سیمان و گردوخاک و برآمدگی و تیزی قابل خورد شدن و ضایعات بتن و هر نوع ماده خارجی باشد .

اگر سطح بتن ریزی افقی باشد ، ولو اینکه در آن آهنهای انتظار وجود داشته باشد ، بتن ریزی به سهولت انجام و سطح افقی به آسانی به دست می آید . ولی برای سطوح قائم لازم است قالبی قبلاً قرار داد تا کار به نتیجه برسد .

قالب برای از سرگیری بتن در سطح قائم ممکن است :

مانند سایر سطوح قسمت مورد عمل بنا باشد،

به ترتیب فوق ولی با نصب شبکه فولادی یا قطعه فلز گسترده ،

یا با شبکه فلزی ریز بافت که به وسیله گیره هایی کشیده شده و در جا نگهداری شده باشد .

آماده کردن محل از سرگیری بت ممکن است در زمانهای مختلف پس از بتن ریزی مرحله قبلی انجام شود:

- حالت بتن نسبتاً تازه و یا در حال گیرش (حدود 2 تا 3 ساعت پس از بتن ریزی)

آماده سازی محل از سرگیری بتن ، در این حالت تنها در سطوح افقی میسر است ، و عبارت است از شستن سطح بتن با آب تحت فشار خفیف (5 بار) که شیره سیمان را پاک کرده و سنگدانه های داخل بتن را آشکار می سازد .

- حالت بعد از پایان گیرش بتن (3 تا 24 ساعت پس از بتن ریزی)

در این حالت ، آماده سازی ممکن است هم در سطوح افقی و هم در سطوح قائم ، بلافاصله پس از قالب برداری و کندن شبکه فلزی انجام شود . طرز عمل این است که سطح بتن با آب تحت فشار تا حدی که مورد نظر است پاک شود .

- حالت پس از سخت شدن بتن
این روش که در تمام موارد قابل اجراست ، از سایر موارد گرانتر است و در آن چکش هوایی یا کلنگ حجاری به کار برده می شود و در پی آن ، با هوای تحت فشار سطح بتن را پاک می کنند . این روش تنها در صورتی که نتوانسته باشند در شرایط قبلی اقدام کرده باشند ، اجرا می شود .

- به تاخیر انداختن سخت شدن بتن

یک ماده تاخیر کننده گیرش روی سطح بتن می پاشند ، تا بتوانند بدون مشکلات اضافی ، کار از سرگیری بتن را به تاخیر اندازند . در این مورد باید حداکثر توجه به سطح مورد نظر معطوف گردد ، زیرا هر تجاوزی که به سطح مورد نظر بشود ، در موقع به کار برد هوا فشرده یا آب تحت فشار ، منجر به خسارت دیدن آن خواهد شد .

برای سطوح قائم ، بهتر است یک کاغذ مخصوص آغشته به ماده تاخیر کننده روی سطح مورد نظر چسبانده شود . در مواردی که آب تحت فشار به کار برده می شود ، باید آب یا شی به حد وفور انجام شود تا تمام آبهای آلوده به شیره سیمان تخلیه گردد .

2- آماده کردن محل قبل مرحله دوم بتن ریزی

برای اینکه بتن مرحله دوم بتواند گیرش را در شرایط مناسب انجام دهد ، و با بتن مرحله اول یک پارچه گردد ، کاری که معمولاً انجام می دهند ، اشباع کردن سطح بتن مرحله اول از آب است تا سطح خشک بتن مرحله ، آب بتن مرحله دوم را نکشد .

بررسیهای زیادی جهت تهیه چسبهایی خاص برای بتن انجام شده ، که از سرگیری بتن ریزی آسان گردد . این مواد گاهی "مواد چسبان" نامیده می شود . هر چند آنها گران قیمت هستند ، ولی نتیجه کاربردشان رضایت بخش است . با این وجود در هر مورد حساسیت آنها به آب باید بررسی شود .

کاربرد بتن در شرایط جوی سخت

هنگامی که در کارگاه ، درجه گرمای هوا کمتر از 5 درجه سانتی گراد ، و یا بالاتر از 25 درجه باشد ، باید ترتیبات خاصی هم در مرحله بتن سازی و هم در مرحله کاربرد آن اتخاذ شود .

انواع محصولات بتنی

با قرار دادن اعضای کششی در قطعات بتنی توان کششی آنها را بالا می برند. این تکنیک محصولات بتنی را به دو دسته اصلی قطعات بتنی غیر مسلح و قطعات بتنی مسلح تقسیم می نماید.

با بالا رفتن مهاجرت به شهر و گسترش جمعیت در آنها ، نیاز به ابنیه روز به روز افزایش می یابد. این مساله متخصصان دانش ساختمانی را بر آن داشت که در شرایط مطلوبی که در کارخانه ها فراهم می آورند در تمام طول سال قطعات بتنی را در مدت زمان کوتاه ریخته و آماده مصرف نمایند.این پیشرفت قطعات بتنی را به دو سته کلیمحصولات بتنی در محل ریخته شده و محصولات بتنی پیش ساخته تقسیم می نماید.

بتن مسلح

بتن در برابر فشار مقاوم است ، مقاومت آن در برابر خورد شدگی بین N/mm2 20 – 40 است و این مقدار در بتن های محکم N/mm2 100 می باشد. با این حال مقاومت بتن در برابر کشش فقط 10 در صد مقاومت فشاری آن است. فولاد به عنوان یک ماده تقویت کننده در همه جا پذیرفته شده، چون مقاومت کششی بالایی دارد و ضریب انبساط حرارتی آن نزدیک به بتن است. قرار گیری فولاد در بتن مسلح بسیار مهم است. و باید اطمینان حاصل کرد که نیروه های کششی و برشی بر فولاد منتقل می شوند. میلگردهای طولی نیروهای کششی را تحمل می کنند در حالی که میلگرد های عرضی ( خاموت) نیروهای برشی را متحمل می شوند و همچنین فولا را در داخل بتن ثابت نگه می دارند . به همبن دلیل خاموت ها بیشتر در محل هایی که نیروی برشی زیاد است و جود دارند، هرجند می توان از خم کردن میلگرد نیز برای این منظور استفاده کرد.

فولاد مورد استفاده در بتن مسلح به صورت میلگرد ، میلگرد آجدار و یا میلگرد آجدار تاییده تولید می شود . فولاد با مقاومت بالا نیز با نورد گرم به میلگرد آج دار تبدیل می شود و همچنین با آهنکاری سرد به به میلگردهای تاییده آجدار تبدیل می شود.

حد اقل مقاومت متوسط فولاد با مقاومت بالا N/mm2 460 است ، تقریبا دو برابر فولاد معمولی . از فولاد ضد رنگ می توان در جاهایی که خطر خوردگی و جود دارد برای بتن مسلح استفاده کرد. شبکه های فولادی جوش کاری شده ( مش ) نیز برای تقویت دال های بتنی ، راه ها و بتن پاشیده شده به کار می رود.

پیوند بین بتن و فولاد

برای اینکه بتن مسلح بتواند به عنوان یک ماده مرکب عمل کند باید پیوند بین بتن و فولاد محکم باشد ، به این ترتیب همه نیروهای کششی به فولاد منتقل می شوند.

شکل و وضعیت سطح فولاد و کیفیت بتن همگی بر قدرت پیوند تاثیر می گذارند.

برای اینکه کارآتر ین پیوند ممکن به دست بیاید ، باید سطح فولاد پوسته به صورت زنگ نداشته و چرب نباشد ، ولی لایه نازک رنگی را که معمولا در نگه داری در کارگاه ایجاد می شود نباید برداشت. استفاده از انتهای قلاب شده در میلگرد معمولی خط بیرون آمدن میلگردها از بتن را تحت بار کاهش می دهد، ولی بهترین چسبندگی در میلگردها ی آجدار ، که در تمام طول خود با بتن با بتن درگیر می شوند ، به و جود می آید.گاهی تقویت بتن با استفاده از قفس های پیش ساخته ( که می توان آنها را به جای بست ها و با مفتول های آهنی با جوش کاری به هم متصل کرد) انجام می شود . البته باید دانست که جوش کاری خیلی به ندرت در کارگاه بر روی خاموت ها انجام می گیرد.

این اتصالات را می توان به راحتی با مفتول فولادی که با پیچاندن سفت می شود ، محکم کرد. از فاصله نگه دارها برای تامین فاصله مناسب بین تقویت کننده ها و سطح قالب بندی استفاده می شود.

بتن مرغوب چگال بهترین پیوند با فولاد را ایجاد می کند، باید بتن اطراف میلگردها را به خوبی متراکم کرد. بنا بر این اندازه دانه بندی سنگی در بتن نباید بیش از حد اقل فاصله قطعات فلز باشد.

خوردگی فولاد در بتن مسلح

فولاد در صورتی که بتن اطراف آن مرغوب باشد به خوبی متراکم شده و خود گیری آن کامل باشد ، خودگی ندارد محیط قوی قلیایی داخل بتن ( بر اثر سیمان هیدراته ) فولاد را حفظ می کند . اما ، اگر به دلیلی فضای خالی ایجاد شود یا پوشش کافی نباشد فولاد خراب می شود. ازدیاد حجمی که در اثر زنگ زدگی ایجاد می شود سطح فولاد را پوسته پوسته می کند و در نتیجه فولاد عریان می شود و زنگ زدگی پیشرفت می کند و در نهایت زنگ در به سطح بتن رسوب می کند. در بتن مسلح نباید از زود گیرهای کلرید کلسیم استفاده کرد.چون پس مانده آن باعث خوردگی سریع فولاد می شود.برای محافظت بیشتر در برابر خوردگی می توان از فولاد ضد زنگ یا فولاد گالوانیزه ، با پوشش اپوکسی استفاده کرد.

سطح بتن بر اثر عمل کربناسیون حالت قلیایی خود را از دست می دهد و این باعث عدم محافظت از فولاد می شود . عمق کربناسیون به نفوذ پذیری بتن ، مقدار رطوبت و ترک خوردگی در سطح آن بستگی دارد. به همین دلیل میزان اسمی پوشش محافظتی فولاد داخل بتن بر اساس میزان پیش بینی شده شرایط محیطی و درجه بندیمقاومت بتن محاسبه می شود.

میزان محافظت شده محاسبه شده برای همه نو مسلح کننده از جمله میلگرد ، مفتول و الیاف مسلح کننده ثابت اعتبار دارد . گاهی می توان میزان کربناسیون را با استفاده از پوشش های محافظتی کاهش داد.

در حالی که در مورد ضخامت بتن پوششی اطراف اجزای کششی شک داریم می توان با یک دستگاه پوشش سنج ضخامت بتن را اندازه گرفت. اگر فولاد در بتن در حال پوسیدگی باشد می توان از محافظت کاتدیک به

وسیله یک جریان پیوسته که به فولاد وارد می شود برای جلو گیری از پوسیدگی بعدی استفاده کرد، این کار بتن کربناته را دوباره قلیایی می کند.

بتن پیش فشرده

مقاومت بتن در برابر فشار بالا است ولی در مقابل کشش ضعیف است. ایجاد پیش فشردگی در بتن با کابل های فولادی باعث می شود بتن همواره در تنش فشاری باقی بماند و در نتیجه میزان بار بری آن افزایش خواهد یافت. چون کابل ها در حالت فشرده قرار دارند و هر نیرویی را به نیروی فشاری تبدیل می کند و هیچ ضعفی در مقطع بتنی ایجاد نمی کند و بتن فقط تحت بارهای بسیار زیاد به کشش می افتد و ترک می خورد.

برای پیش فشرده کردن بتن دو سیستم متفاوت وجود دارد . در پیش کشیدن ، کابل ها قبل از خود گیری بتن کشیده می شود و در پس کشیدن کابل ها پس از سخت شدن بتن کشیده می شوند.

پیش کشیدن

تعداد زیادی از قطعات بتن پیش فشرده ، از جمله دال ها ی کف با روش پیش کشیدن تولید می شوند. کابل ها را به صورت آزاد در داخل قالب قرار می دهند و با دستگاه مخصوص کشش لازم را وارد می کنند. بتن ریزی را انجام می دهند و به کمک لرزاندن ، هوای آن را تخلیه می کنند و شرایط لازم برای انجام خود گیری سریع تر را فراهم می کنند.طول اضافی کابل ها را که در دو انتها به کمک قطعات مخصوص صابت شده اند می برند و بتن را تحت فشار رها می کنند . مانند بتن مسلح پیش ساخته مقطع و محل قرار گیری کابل ها بر اساس بارها ی محاسبه شده مشخص و رعایت می شود .

پس کشیدن

در روش پس کشیدن ، کابل ها را در قالب کار، داخل غلاف هایی قرار می دهند ، بتن ریزی را انجام می دهند و وقتی به اندازه کافی خود را گرفت دو سر کابل ها را به طرف بیرون می کشند . این کار به وسیله گوه های مخصوصی که به دو سر سیم ها بسته می شوند و پس از قطع شدن کشش محکم می شوند انجام می گیرد.

معمولا بتن را به ویژه در نزدیکی گوه

ها ، مسلح می کنند . در یک روش پس از کشیدن فضاهای خالی داخل غلاف را با دوغاب مخصوص پر می کنند . این کار فشار بر قلاب ها را کاهش می دهد. البته در روش دیگر سیم ها رها می مانند تا در داخل بتن آزادانه حرکت کنند. غلاف ها از تسمه های گالوانیزه یا پلی تن سنگین ساخته می شوند. ضریب پس کشیدن بر پیش کشیدن این است که می توان آنها را خمیده کرد تا در مسیر تنش قرار گیرند. به این ترتیب می توا ن بتن را به شکلی ریخت که کمترین حجم ممکن را داشته باشد . در تخریب یا دوباره سازی بهتر است بتن های پیش فشرده نچسبیده را از فشار خلاص کرد. البته تجربه نشان داده است که در صورت آزاد نکردن قطعه از فشار خطری ایجاد نمی شود. در دوباره سازی و تعییرات، سیم های تحت فشار گاهی باید دوباره قلاب دار و فشرده شوند. البته استفاده از بتن پیش فشرده جلوی جا به جایی سازه ای را نمی گیرد

بتن در نما

در بتن نما ، چه پیش ساخته چه در کارگاه نه تنها به کنترل کیفیت بالایی نیاز است بلکه باید مشخصات و جزئیات مصالح را کاملا و با دقت در نظر گرفت . و یک سطح پایانی مرغوب که هوا زدگی شکل آن را به هم نریزد به دست آورد.

عوامل اصلی موثر در ظاهر بتن عبارتند از :

- ترکیب مخلوط اولیه ( نسبت ها ، نوع مواد )

بتن پیش ساخته

قطعات بتن پیش ساخته به صورت عمودی یا افقی هستند.البته نوع دوم فراوان است.به هر حال در قطعه نما دار و یا بدون نما رعایت مشخصات وکنترل کیفیت از اهمیت زیادی برخوردار است.قالب ها معمولا از تخته چند لا یا فولاد ساخته می شوند. هرچند قالب های فولادی با دوام ترند و برای استفاده مداوم منااسب می باشند، در کارهایی که فرم های پیچیده دارند از قالب های چوبی استفاده می شود. زیرا آنها را راحت تر می توان به شکل مورد نظر درآورد. قالب ها طوری طراحی می شوند که بتن به آنها نچسبد و اندازه های آنها دقیق باشد تا از کیفیت کاراطمینان حاصل شود.

از آنجایی که برای ساخت قالب ها قیمت بالایی پرداخت می شود ، در کارها ی اقتصادی باید تعداد طرح های مختلف را کاهش داد. این مضوع می تواند اثر محسوسی در زیبایی ساختمان بگذارد .اتصالات و نگاهدارنده ها باید در داخل بتن کارگزاشته شوند و معمولا به قطعات کششی داخل بتن وصل می شند.

بتن کارگاهی

کیفیت بتن کارگاهی بستگی زیادی به قالب کار دارد، چون هر نقصی در بتن منعکس می شود. قاب باید به اندازه کافی محکم باشد تا فشار بتن تازه را تحمل کند و اتصالات باید بتوانند جلوی نشت بتن یا دوغاب آن را بگیرند. که در غیر این صورت سطح بتن به هم می ریزد . برای ساخت قالب می توان از انواع چوب ، فلزات و پلاستیک ها بسته به سطح نهایی دلخواه استفاده کرد،بهتر است برای حفظ و نگهداری از قالب ها و مهمتر از همه سطح بتن مورد نظر بتن ریزی از روغن قالب استفاده گردد.

مطالب: مهندس علیرضا مهتدی

نویسنده : کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))

بتن ریزی در هوای سرد

به وضعیتی اطلاق می گردد که برای سه روز متوالی شرایط زیر برقرار باشد تعریف هوای سرد:

الف) دمای متوسط هوا در شبانه روز کمتر از 5 درجه سانتی گراد باشد (دمای متوسط روزانه میانگین حداکثر و حداقل دمای هوا در فاصله زمانی نیمه شب تا نیمه روز است)

ب) دمای هوا برای بیشتر از نصف روز از ١٠ درجه سانتی گراد بیشتر نباشد

تدابیر احتیاطی در بتن ریزی در هوای سرد:

در بتن ریزی در هوای سرد باید دقت لازم در انتخاب مصالح مصرفی، طرح اختلاط بتن، شرایط اختلاط، حمل، ریختن و عمل آوردن بتن صورت گیرد تا اطمینان حاصل شود که بتن تازه دچار یخ زدگی بتن نگردد و بتن سخت شده نیز دارای کیفیت لازم باشد .

دمای بتن در طول مدت بتن ریزی و عمل آوردن بتن باید ثبت گردد تا اطمینان حاصل شود که محدوده توصیه شده در آیین نامه حفظ شده باشد (آبا). دمای بتن باید حداقل دوبار در شبانه روز در نقاط مختلف سازه ثبت گردد.

گوشه ها و لبه های بتن در مقابل یخ زدن آسیب پذیرند، بنابراین دمای این نقاط باید با دقت کنترل شود.

کنترل دمای مخلوط بتن و بررسی مشکلات و راهکارهای بتن ریزی در هوای سرد:

دمای مخلوط بتن:

مصالح بتن اعم از سیمان،آب، سنگدانه و افزودنی های بتن، متناسب با دمای اولیه و جرمی که دارند در تعیین دمای مخلوط بتن تاثیر گذار می باشند.

تدابیر لازم:

راه حل‌های متفاوت ومختلفی را می توان برای حل مشکلات دمایی بتن پیشنهاد نمود اما تصمیم گیری نهایی در مورد استفاده از یک یا چند مورد از آنها منوط به بررسی‌های دقیقتر و آنالیز اقتصادی هر یک از موارد می باشد. یکی از اولین و بدیهی ترین راه‌هایی که جهت بالا بردن دمای بتن به نظر می رسد گرم کردن آب مورد استفاده می باشد. همچنین محفوظ نگه داشتن منبع آب از یخ زدن، با استفاده از عایق حرارتی نظیر پشم شیشه مفید می باشد. استفاده از آب گرم معمولا برای دماهای پائین تر از ٧ درجه سانتی گراد معمول و مرسوم می باشد. دمای سیمان به هنگام تخلیه از بونکر به سیلو، طبق اندازه گیری‌های انجام شده در کارگاه، به حدود ٨٣ درجه سانتی گراد می رسد و اگر برنامه بتن ریزی به صورتی تنظیم شود که بتن از سیمان تازه تخلیه شده که حرارت بالایی دارد استفاده گردد، بتن با دمای بالاتری حاصل خواهد شد.

یکی دیگر از راهکارهای مورد بررسی این است که با تدابیر و تمهیداتی مقاومت اولیه بتن را افزایش دهیم تا تأثیر نا مطلوب کاهش دما در روند کسب مقاومت بتن، جبران شده باشد استفاده از سیمان تیپ III که دارای درصد بالایی از S، C 3 A و C 3 S موجب می شود.

مقاومت‌های فشاری ٣ و ٧ روزه به ترتیب با مقاومت‌های ٧و ٢٨ روزه بتن ساخته با تیپ I و II معادل شود. همچنین می توان با پر مایه تر کردن مخلوط بتن و افزایش عیار سیمان، مقاومت اولیه آن را افزایش داد.

تدبیر دیگر استفاده از مواد زود گیر کننده است. رایج‌ترین و پرمصرف‌ترین زودگیر کننده،کلرید کلسیم است و جزء فعال اکثر تسریع کننده هایی است که تحت عناوین تجاری مختلف فروخته می شود. استفاده از مقادیر صحیح این ماده باعث افزایش مقاومت اولیه بتن در هوای سرد و حفاظت بهتر در مقابل آسیب ناشی از دمای یخ زدگی می گردد. مقدار مصرفی کلرید کلسیم باید به میزان لازم برای حصول نتایج مطلوب، محدود شده و توصیه می شود از ٢ درصد وزنی سیمان تجاوز نکند. غالباً میزان یک درصد جهت تامین خواسته‌ها کفایت می کند .نتیجه تحقیقات نشان می دهد که افزودن کلرید کلسیم به بتن می تواند مقاومت اولیه را تا ١٠ برابر افزایش دهد.

کلرید کلسیم مانند یک کاتالیزور در واکنش هیدراتاسیون C3S عمل می کند. البته باید توجه داشت وجود کلرید کلسیم در بتن فقط در مورد بتن غیر مسلح مناسب است و در بتن مسلح موجب خوردگی فولاد می شود. برخی دیگر از تسریع کننده های حاوی سیلیکات ها و کربنات های قلیائی، فلوئوسیلیکات ها و تری آتانولامین ها نیز جهت این منظور مفید هستند.

با توجه به وضعیت زمانی و آب و هوایی که در حال حاضر در آن قرار داریم، مشکلی که با آن مواجه هستیم، دمای اولیه بتن نیست چرا که با استفاده از مطالب ذکر شده، می توان دمای بتن را آن گونه که نیاز پروژه ایجاب کندتنظیم نمود. مسأله اصلی مطرح که باید بررسی شود، دمای عمل آوری پائین است که بر روند تولید آنتی فرها تاثیر می گذارد و اثر آن به این صورت است که کسب مقاومت را کند، می کند. بحث اساسی و مسأله اصلی که باید تحلیل شود کاهش دمای متوسط هوا و بررسی تاثیر آن بر خواص بتن است.

با تدابیری که در حال حاضر اتخاذ شده است، از عایق پشم شیشه به عنوان عایق حرارتی آنتی فرها استفاده می شود. بررسی‌های موجود بر روی آنتی فرهای تولید شده نشان می دهد دمای مغزه بتن به حدود ٦٣ درجه سانتیگراد می‌رسد. همچنین دمای سطح بتن حدود ٥٣ درجه سانتیگراد شده است. این در حالی است که در همین زمان دمای محیط ١٩ درجه بوده است. این مطلب بیانگر آن است که عایق حرارتی پشم شیشه به خوبی می تواند دمای بتن را حفظ کرده و از کاهش آن جلوگیری نماید. لذا عمل آوری همه آنتی فرها در روزهای نخست در شرایط یکسان قرار داشته و بالطبع کسب مقاومت آنها نیز مشابه است .بنابراین می توان نتیجه گرفت، در شرایط موجود حتی اگر دما افت کرده باشد و به حد یخبندان هم برسد عایق حرارتی قادر است حرارت بتن را حفظ کرده و عمل آوری بتن روال معمول خود را داشته باشد. در عین حال در صورتی که این وضعیت کافی تشخیص داده نشود می توان با افزایش ضخامت لحاف پشم شیشه و دو لایه کردن آن، ضریب اطمینان بیشتری را بدست آورد.

*به طور خلاصه می توان تمهیدات زیر را جهت کنترل دمای بتن مورد نظر قرار داد:

1-بتن ریزی در نیمه دوم شبانه روز (١٢ ظهر تا ١٢ شب) جهت رسیدن به بتن با دمای بالاتر

2-عایق پوش کردن منبع آب جهت حفظ دما و جلوگیری از یخ زدگی آن

3-گرم کردن آب

4-استفاده از افزودنی های بتن که از یخ زدن بتن جلوگیری کند

5-در صورت امکان استفاده از سیمان تیپIII در صورت وجود، جهت کسب مقاومت سریعتر برای بتن‌های غیر حجیم 

6-افزایش عیار سیمان و به تبع آن رسیدن به حرارت هیدراتاسیون بیشتر و دمای بالاتر و کسب مقاومت بیشتر (برای بتن‌های غیر حجیم) استفاده از مواد افزودنی تسریع کننده مقاومت بتن حاوی کلرید کلسیم (برای بتن های مسلح کمتر از ٢ درصد 

7-دو لایه کردن لحاف پشم شیشه‌ها جهت حفظ بهتر دمای آنتی فرها 8-

بتن در دماهای بسیار پایین مقاومت بسیار کمی کسب می کند تا وقتی میزان اشباع بودن بتن در اثر عمل آبگیری به اندازه کافی کاهش نیافته باشد، لازم است که بتن تازه در برابر آثار ویرانگر یخ زدگی محافظت شود بتنی که حتی یک بار در سنین اولیه یخ زده باشد در مقایسه با بتنی که یخ نزده باشد در برابر شرایط جوی از مقاومت کمتری برخوردار است و نیز آب بند نخواهد بود. استعداد آسیب پذیری بتنی که در برابر یخ زدن محافظت نشده است خیلی بیشتر از بتنی است که در برابر یخ زدن محافظت گشته و در ضمن از مقاومت فشاری کمتری هم برخوردار است.

حال هرگاه اقدامات احتیاطی لازم به کار بسته شود می توان بتن ریزی را در سرتاسر ماه های زمستان با اطمینان خاطر انجام داد و با بکار بستن این تمهیدات هیچ کارگاهی تعطیل نخواهد شد

بتن ریزی در شرایط دمای بالاتر از 5+ درجه سانتیگراد:

در این شرایط مهمترین مسأله آمادگی برای زمانی است که جبهه یخبندان محیط کارگاه را فرا می گیرد. در این حالت اگر گیرش خمیر سیمان صورت نگرفته باشد موجب یخ زدگی رطوبت داخلی بتن، افزایش حجم آب و نهایتاً انبساط حجمی بتن و ترک خوردگی آن ، که موجب عملیات ترمیم بتن که با استفاده از مواد ترمیم کننده بتن صورت می گیرد .در زمانی که این احتمال وجود داشته باشد که چندین ساعت پس از بتون ریزی جبهه یخبندان فرا رسد باید از مواد ضد یخ بتن که ترجیحاً دارای ترکیبات زود گیر کننده هستند، استفاده نمود.

استفاده از مواد زود گیر موجب تسریع در گیرش خمیر سیمان و مقاومت در برابر افزایش حجم یخ می گردد. نباید فراموش کرد که همواره دمای بتن ریخته شده با استفاده از امکانات متفاوت گرمایشی باید در نقطه‌ای بالای 5+ درجه سانتیگراد حفظ گردد تا واکنش شیمیایی سیمان و آب ادامه یابد و مقاومت لازمه حاصل گردد.

بتن ریزی در شرایط دمای زیر 5+ درجه سانتیگراد:

موکداً توصیه می گردد در دمای کمتر از 5+ درجه سانتیگراد نباید بتن ریزی کرد مگر اینکه در تمام شرایط درجه حرارت بتن همواره بالاتر از 5+ حفظ گردد.

توجه داشته باشید که با بتن ریزی در چنین شرایطی عمل هیدراتاسیون بسیار کند صورت می گیرد بطوری‌که پس از یخ زدن آب در صفر درجه، این واکنش متوقف می گردد بنابراین در زمان باز کردن قالب مشاهده می کنیم که بتن به راحتی خورد می شود به علت اینکه خمیر سیمان تشکیل نشده است.

باید کاملاً توجه داشت که استفاده از ضدیخ تنها از یخ زدن رطوبت درونی بتن جلوگیری می کند. اگر بتن ریخته شده پس از عملیات بتن ریزی به حال خود رها شود، رطوبت درون آن یخ نمی زند اما چون دمای آن کمتر از 5+ درجه سانتیگراد است واکنش شیمیایی سیمان و آب بسیار کند می شود و به همین خاطر بتن ضایع می گردد و دارای مقاومت خیلی کمی خواهد شد.

پس در زمستان در هر شرایطی باید پس از بتن ریزی نسبت به عمل آوری بتن مبادرت ورزید نکته مهم دیگر اینکه چون هوای سرد نسبت به هوای گرم دارای رطوبت کمتری است بتن های ریخته شده در شرایط محیطی سرد به، عمل آوری و مراقبت بیشتری نیازمند است.

ویژگی های یک ضد یخ مناسب برای بتن:

ضد یخی برای بتن مناسب می باشد که علاوه بر کاهش نقطه انجماد آب اضافی داخل بتن به عنوان یک تسریع کننده در گیرش و رشد مقاومت سنین اولیه بتن عمل نماید. حال باید توجه نمود در پروژه هایی که در زمان بهره‌برداری امکان خوردگی وجود دارد و یا بتن هایی که پیش تنیده هستند و یا در آنها از آلومینیوم و گالوانیزه استفاده شده است و یا بتن هایی که در تماس با آب یا خاک سولفاته هستند و یا بتن هایی که سنگدانه‌های آنها مستعد واکنش قلیایی هستند به هیچ وجه از ضد یخ های کلر دار استفاده نکنید. بلکه از ضد یخ هایی استفاده نمایید که بر پایه دیگر مواد(نیترات) ساخته شده باشد

توصیه‌های مهم:

حال برای اینکه بتوانیم در زمستان بتن ریزی مناسب و مطمئنی داشته باشیم بهتر است که نکات زیر را رعایت کنیم:

امید است با توجه و رعایت نکات ذکر شده هیچ گاه پروژه ای بر اثر سرما و یخ زدگی در زمستان تعطیل نگردد.

1-میانگین دمای هوای شبانه روز کمتر از 5+ درجه سانتیگراد باشد. (منظور از میانگین دمای هوای شبانه روز، میانگین حداقل و حداکثر دما در طول ٢4 ساعت می باشد)

2- در نیمی از ساعات شبانه روز دمای هوا از ١٠ + درجه سانتیگراد بالاتر نرود

3- استفاده از سیمان با مقاومت زودرس

4- استفاده از ضد یخ مناسب

5-سطوح قالب ها و آرماتورها را از یخ و برف بزدایید و در صورت لزوم آنها را گرم نمایید تا حداقل دمای ٢+ درجه سانتیگراد را داشته باشد

6-در درجه حرارت 5 + و بالاتر پس از استفاده از مواد ضد یخ، بتن را کاملاً با استفاده از پوشاننده‌های مناسب (برزنت، نایلن و غیره) بپوشانید و محیط را گرم نگه دارید تا در شب هنگامی که هوای گرم فرا می رسد بتن دچار ترک خوردگی نشود

7-در شرایط دمایی زیر 5+ با گرم کردن سنگدانه‌ها، قالب‌ها و آب (به ترتیب) دمای بتن را در حین کار بالای5+ درجه نگه داشته و سپس بتن را با پوشش مناسب گرم نگه دارید

8- مصالح مصرفی جهت ساخت بتن را در معرض وزش باد و هوای سرد قرار ندهید

9- استفاده از سیمان زود گیر (پرتلند نوع ٣) مناسب است

10- استفاده از سیمان های روباره ای وآمیخته توصیه نمی شود

11-استفاده از مواد حباب زا در بتن‌هایی که در معرض یخ و آب شدن های متوالی قرار می گیرند الزامی است

12- سنگدانه ها نباید آغشته به یخ و برف باشند (گرم کردن ماسه و استفاده از آب گرم )

W/C < 0.5- 13-

14- اگر از روان کننده بتن استفاده نشده است اسلامپ نباید بیشتر از 5٠ میلیمتر باشد

نکته: استفاده از کلرید کلسیم در بتن مسلح مجاز نیست ( در بتن غیر مسلح به عنوان تسریع کننده می توان حداکثر تا 2 درصد وزنی سیمان از آن استفاده نمود)

مطالب : مهندس علیرضا مهتدی

نویسنده : کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))