کیورینگ یا عمل‌آوری بتن، به پروسه‌ی نگهداری از بتن تازه گفته می‌شود که هدف از آن ارتقا سطح کیفی بتن و جلوگیری از افت ویژگی‌های آن می‌باشد. احتیاج بتن به یک کیورینگِ مناسب بسیاری ضروری است. کیورینگ تاثیر بسیاری زیادی در ویژگی‌های بتن سخت شده دارد؛ کیورینگِ مناسب باعث افزایش دوام، مقاومت، مقاومت در برابر فرسایش، ثبات حجم و مقاومت در برابر چرخه‌ی انجماد آب می‌شود. سطوح خارجی بتن، به طور خاص به کیورینگ بیشتر نیاز دارند، چرا که بیشتر در مواجهه با عوامل خارجی هم چون چرخه‌ی انجماد آب هستند.
زمانی که سیمان پرتلند با آب ترکیب می‌شود، واکنشی رخ می‌دهد که به آن هیدراسیون گفته می‌شود. دوام و مقاومت بتن، به کیفیت و محدوده‌ی این واکنش بستگی دارد. بتن تازه، معمولاً حاوی آب بیشتری نسبت به نیازش برای انجامواکنش هیدراسیون را داراست. با این حال، تبخیر آب می‌تواند هیدارسیون مناسب را به تاخیر بیندازد یا حتی جلوی آن را بگیرد. خصوصاً سطوح خارجی که به دلیل تبخیر بیش از حد، معمولاً هیدراسیون در آن‌ها به صورت کامل صورت نمی‌پذیرد. اگر دمای بتن مناسب باشد، هیدراسیون در چند روز نخست پس از بتن‌ریزی به سرعت پیش می‌رود. نکته‌ای که در این حین مهم و حیاتی است، این است که همواره آب بتن باید به مقدار کافی باشد که به خاطر تبخیر معمولاً این طور نمی‌شود. در واقع هدف از کیورینگ، ایجاد شرایطی برای بتن تازه است که هیدراسیون در آن به بهترین نحو صورت بگیرد.
انتخابِ روش کیورینگ بتن به عواملی چون مواد مورد استفاده، متد ساخت و ساز و مقاومت نهایی مورد نظر بتن بستگی دارد. در بیشتر پروژه‌ها، کیورینگ به معنای اضافه کردن مواد، پوشاندن بتن با روکش‌های مخصوص و یا پتوهای خیس می‌باشد. در برخی موارد خاص در مناطقی که آب و هوای سرد یا گرم دارند، کیورینگ به اقدامات دیگری نیز احتیاج دارد.
بتن‌هایی با نسبت آب به سیمان کم (کمتر از 0٫40) ممکن است به کیورینگ ویژه احتیاج داشته باشند. هنگامی کهسیمان در این نوع بتن‌ها هیدارته می‌شود، رطوبت نسبی داخل بتن کاهش می‌یابد و باعث خشک شدن چسب سیمانمی‌شود. در این هنگام بایستی آب اضافی برای جلوگیری از این اتفاق برای بتن فراهم شود. اگر رطوبت نسبی داخلیبتن در هفت روز نخست به کمتر از 80 درصد کاهش یابد، می‌توان تاثیر بدی بر روی ویژگی‌های مورد نظر بتن بگذارد. در این شرایط ایجاد رطوبت محیطی و کیورینگ مرطوب برای به حداکثر رساندن هیدراسیون ضروری می‌باشد.
زمانی که دمای بتن کم باشد، هیدراسیون با سرعت بسیاری کم‌تری پیش‌روی می‌کند. دمای زیر 10 درجه سانتی گراد برای پیشرفت گیرش و سخت شدن بتن نامناسب می‌باشد. اگر دما به زیر 4 درجه سانتی گراد برسد، سخت شدن بتنتا حد زیادی به تاخیر می‌افتد. در دمای منفی 10 درجه و کمتر، هیدراسیون متوقف شده و بتن هیچ مقاومتی کسب نمی‌کند. از این جهت است که دمای بتن تاثیر قابل توجهی بر روی ویژگی‌های بتن و هیدراسیون دارد. در کیورینگ بتن‌هایی که در مناطق بسیار سرد و یا گرم صورت می‌گیرد، بایستی تدابیر ویژه‌ای برای تنظیم دمای بتن تازه اعمال شود.
آزمایش‌های زیادی برای تشخیص کیفیت آب مورد استفاده در بتن در پروژه‌های ساختمانی وجود دارد. در این نوشتار به آزمایش‌های اصلی پرداخته‌ایم.
در پروژه‌های عمرانی، حجم زیادی از مواد مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند که ضروری است پیش از استفاده، کیفیت آن‌ها بررسی شود و مطابق با استانداردهای موجود باشد. بدین شکل کیفیت و دوام نهایی پروژه تضمین می‌شود. کیفیت آب مورد استفاده در آزمایشگاه مورد بررسی قرار می‌گیرد. آزمایش‌هایی که روی آب انجام می‌گیرد به شرح زیر است:
آزمایش مقدار pH
آزمایش حدود اسیدی بودن آب
آزمایش حدود قلیایی بودن آب
آزمایش تخمین درصد جامدات
i. کلریدها
ii. مواد معلق
iii. سولفات‌ها
iv. مواد معدنی
v. مواد آلی
آب مورد استفاده در پروژه‌های عمرانی، از هر منبعی که باشد بایستی پیش از استفاده از آن مورد آزمایش قرار بگیرد. در طول پروژه و هر سه ماه یک بار آزمایش‌ها بایستی تکرار شوند. آب مورد استفاده از لوله‌کشی شهری، بایستی هر 6 ماه یکبار آزمایش شود. نمونه‌گیری از هر منبع بایستی سه مورد باشد تا نتایج دقیق به دست بیاید.
حدود توصیه شده:
آب مورد استفاده در مخلوط و عمل‌آوری بتن بایستی پاک و فاقد مقدار زیادی از هر گونه مواد زیان‌آور مانند قلیایی‌ها، اسیدها، روغن‌ها، نمک‌ها، قند، مواد معدنی، جلبک و دیگر میکروارگانیزم‌ها و هر گونه مواد اضافی دیگر باشد. آب آشامیدنی (آب لوله‌کشی) اغلب برای استفاده در مخلوط بتن مناسب است.
میزان اسیدی بودن آب: با استفاده از فنول‌فتالین به عنوان تشخیص‌دهنده، نبایستی بیشتر از 5 میلی‌لیتر NaOH برای خنثی ساختن 100 میلی‌لیتر آب مورد نیاز باشد.
میزان قلیایی بودن آب: نبایستی بیشتر از 25 میلی‌لیتر H2SO4 برای خنثی سازی 100 میلی‌لیتر آب مورد نیاز باشد.
میزان مواد جامد: حدود مجاز مواد جامد در آب در جدول زیر آمده است:
نوع ماده جامد
حد مجاز
جامدات آلی
200 میلی‌گرم بر لیتر
جامدات معدنی
3000 میلی‌گرم بر لیتر
سولفات‌ها
400 میلی‌گرم بر لیتر
کلریدها
2000 میلی‌گرم بر لیتر (اگر بتن میلگرد نداشته باشد)
500 میلی‌گرم بر لیتر (برای بتنی که میلگرد دارد)
جامدات معلق
2000 میلی‌گرم بر لیتر
ویژگی‌های فیزیکی و شیمایی آب‌های زیرزمینی موجود در محل پروژه نیز بایستی در کنار خاک آن مورد بررسی قرار بگیرد و اگر شرایطی مطابق با استانداردهای موجود نداشت، پیمانکار موظف است تا آب مناسب و با کیفیت برای پروژه را تامین کند.
آبی که در آزمایش‌ها با کیفیت و مناسب برای مخلوط بتن تشخیص داده شود، برای عمل‌آوری بتن نیز مناسب است. با این حال آبی که برای عمل‌آوری استفاده می‌شود، نباید رنگ سطح بتن را تغییر دهد و یا باعث ایجاد لکه بر روی آن شود. استفاده از آب دریا برای مخلوط بتن و هم چنین عمل‌آوری بتن ممنوع است. آب از هر منبعی که باشد بایستی پیش از شروع استفاده مورد آزمایش قرار گیرد و آزمایش هر سه ماه یک بار تا پایان پروژه تکرار شود. اگر از آب زیرزمینی استفاده می‌شود، از تمامی نقاط و جریان‌های موجود زیرزمینی بایستی نمونه‌گیری انجام شود و آزمایش بر رویشان صورت گیرد. اگر آب جاری در فصل تابستان مورد آزمایش قرار گرفت، بعد از پایان این فصل و شروع بارش نیز بایستی آزمایش مجددا تکرار شود.
میزان یون ورودی به بتن مستقیماً با میزان شوریِ آب دریا رابطه دارد. همچنین به صورت کلی به میزان آب مورد استفاده نیز بستگی دارد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که از لحاظ ایجاد مشکل و مخرب بودن، سولفات‌ها در رتبه‌ی اول قرار دارند و بیشترین مشکل را ایجاد می‌کنند. همین موضوع باعث شد تا سیمان‌های مقاوم در برابر حملات سولفاتیتولید شوند. بتن‌هایی که نسبت آب به سیمان در آن‌ها به نسبت کمتر است، دارای مقاومت بیشتری در برابر سولفات‌ها می‌باشند.
نمک موجود در آب دریا، مقاومت بتن را بین 10 تا 20 درصد کاهش می‌دهد. بیشتر از کاهش مقاومت، خوردگی فولاد تقویت شده در بتن است که دردسر ساز می‌شود. کلریدها عامل اصلی خوردگی در بتن هستند.
بتنی که در معرض هوا قرار دارد، شانس خوردگی‌اش بیشتر از بتنی است که در آب است. یکی دیگر از تاثیرهای کلریدبر روی بتن فرسایش یا شوره زدن بتن است.
برای مقابله با یون کلرید، توصیه می‌شود تا از سیمانی با مقدار C3A بالا استفاده شود. آلومینیوم جلوی فعالیت کلرید در بتن را می‌گیرد. که در نهایت باعث افزایش عمر فولاد و دوام سازه می‌شود.
دو دلیل اصلی وجود یون کلرید در بتن به شرح زیر می‌باشد:
1. اضافه کردن کلسیم کلرید به بتن به عنوان افزودنی
2. استفاده از آب دریا در مخلوط بتن
اگر در سیمان‌هایی که در برابر سولفات مقاوم نیستند، از CaCl2 استفاده شود؛ این ماده مخرب بودن سولفات‌ها را افزایش می‌دهد. اگر سیمان حاوی مواد ضد سولفاتی و مقاوم در برابر سولفات باشد، چنین مشکلی پیش نمی‌آید. البته آیین‌نامه‌ها استفاده از کلسیم کلرید را در زمانی که از سیمان‌های ضد سولفاتی استفاده شده را توصیه نمی‌کنند.
تاثیر اسیدها و مواد قلیایی در آب بر روی ویژگی‌های بتن
آبی که حاوی پساب صنعتی باشد، برای استفاده در مخلوط بتن مناسب نیست. پساب صنعتی حاوی اسیدها و مواد قلیایی مضر است که بسته به کارخانه، نوعش می‌تواند متفاوت باشد. گفته می‌شود که آب مورد استفاده در بتن، نباید pH کمتر از 6 داشته باشد. با این حال استفاده از عدد pH، روش دقیقی برای کنترل کیفیت آب از نظر اسیدی نیست.
تاثیر جلبک‌های موجود در آب بر روی ویژگی‌های بتن
ممکن است داخل آب مورد استفاده یا سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن جلبک وجود داشته باشد. این جلبک‌ها باسیمان ترکیب می‌شوند و باعث کاهش چسبندگی بین چسب سیمان و سنگدانه‌ها می شوند.
همچنین ورود جلبک به مخلوط بتن، باعث افزایش قابل توجه هوای داخل آن می‌شود که نهایتاً موجب کاهش مقاومت بتن می‌گردد.
تاثیر قند بر روی ویژگی‌های بتن
اگر قند موجود در آب، کمتر از 0٫5 درصد وزن کل آب باشد، هیچ گونه تاثیر منفی‌ای بر روی سازه‌ی بتنی ندارد. مقدار قند اگر بیشتر شود، باعث ایجاد تاخیر در گیرش بتن و کسب مقاومت اولیه‌ی آن می‌شود. اما مشاهده شده که در روز بیست و هشتم، مقاومت بتن افزایش پیدا می‌کند.
تاثیر آلودگی نفتی بر ویژگی‌های بتن
وجود نفت در آب، معمولاً باعث هیچ گونه تغییری در ویژگی‌های مختلف بتن نمی‌شود. با این حال گفته می‌شود اگر میزان نفت موجود، در حدود 2 درصد وزن کل آب باشد، مقاومت بتن افزایش پیدا می‌کند؛ اگر مقدار از 8 درصد تجاوز کند، اثر سو خواهد داشت.
وجود ناخالصی در آب مخلوط بتن باعث تغییراتی در ویژگی‌های سازه‌ای بتن نظیر مقاومت و دوام می‌شود. به طور کلی، تاثیر ناخالصی‌ها بر روی ویژگی‌های بتن را می‌توان به دو صورت بررسی کرد. نخست: تغییرات زمان گیرش سیمان پرتلند در زمان استفاده از آب حاوی ناخالصی و آب مقطر. دوم: تغییرات مقاومت بتن در زمان استفاده از آب حاوی ناخالصی و آب مقطر.
تاثیر ناخالصی‌های آب بر روی مقاومت و دوام بتن
آزمایش‌های مختلف نشان داده که استفاده از آب‌هایی که حاوی انواع مختلف نمک‌ها به صورت محلول هستند، باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می‌شود. نرخ کاهش مقاومت بتن بر اثر وجود نمک محلول در آب، بین 10 تا 30 درصد می‌باشد. این کاهش مقاومت، در مقایسه با بتنی که در آن از آب مقطر استفاده شده، محاسبه شده است.
میزان بالای کلرید در آب باعث فرسایش سطوح بتن می‌شود و شانس خوردگی فولاد تقویت شده که در بتن قرار دارد را افزایش می‌دهد. این مشکل در مناطق استوایی بسیار شایع است. در جدول زیر، میزان تاثیر مواد مختلف بر رویمقاومت فشاری بتن آمده است :
درصد نمک در آب
درصد کاهش مقاومت فشاری
نیم درصد SO4
4
یک درصد SO4
10
5 درصد NaCl
30
1 درصد CO2
20
تاثیر ذرات معلق در آب بر روی ویژگی‌های آب
اگر آب استفاده شده در مخلوط بتن، حاوی ذرات معلق کم تر از 0٫02 درصد وزن کل آب باشد، بر روی ویژگی‌های بتنتاثیر گذار نخواهد بود. میزان زیاد درات معلق بر روی مقاومت فشاری بتن تاثیری نخواهد داشت، اما بر روی دیگر ویژگی‌های بتن اثرگذار است. به طور مثال، آب حاوی ذرات معلق بیش از حد مجاز، دوام بتن را کاهش می‌دهد. توصیه‌ی تمامی آیین‌نامه‌ها و استانداردهای بین‌المللی این است که از آب‌های گل‌آلود در مخلوط بتن استفاده نشود.
تاثیر نمک‌های معدنی غیر متفرقه در آب بر ویژگی‌های بتن
وجود نمک در آب بتن، تاثیر منفی در ویژگی‌های آن دارد. نمک‌های عناصرِ منگنز، قلع، سرب، مس و روی اگر چه به صورت گسترده در آب وجود ندارند، اما بعضاً دیده شده و اثراتی بر روی ویژگی‌های بتن دارند.
مثلا وجود کلرید روی در آب باعث تاخیر در کسب مقاومت بتن می‌شود. این تاخیر با مقایسه و آزمایش بتن در روز دوم یا سوم عمل‌آوری به دست آمده است. نیترات سرب دیگر نمکی است که اثر مخرب بر روی بتن می‌گذارد. دیگر نمک‌ها مانند سدیم فسفات، سدیم آرسنات، سدیم یدات و سدیم برات باعث کاهش مقاومت اولیه‌ی بتن می‌شوند. سدیم و پتاسیم کربنات باعث افزایش سرعت گیرش در بتن‌ریزی‌های بزرگ می‌شود. که این موضوع نهایتاً باعث کاهش مقاومت نهایی بتن می‌شود.
وجود کلسیم کلرید سرعت گیرش و سخت شدن بتن را افزایش می‌دهد. اما از طرف دیگر وزن کلسیم کلرید موجود، نباید از 1٫5 درصدِ وزن کل سیما بیشتر شود.
تاثیر نمک‌های آب دریا بر روی ویژگی‌های بتن
3٫5 درصد از آب دریا، نمکِ محلول است. ترکیب شیمیایی آب دریا در تمامی دنیا یکسان است. بیشتر نمک موجود در آب، سدیم کلراید یا همان نمک خوراکی است؛ هر چند مقداری پتاسیم کلرید و منیزیم سولفات نیز یافت می‌شود.
در محاسبه ترکیب شیمیایی آب و مقدار یون موجود در آن، از کل میزان یون موجود، 51٫3 درصد کلرید، 3٫6 درصد منیزیم، 7٫2 درصد سولفات، 28٫5 درصد سدیم، 1٫ درصد کلسیم و 1 درصد پتاسیم می‌باشد. مجموع میزان نمک‌ها ممکن است متفاوت باشد.
آزمایش نمونه معکبی بتن در واقع یک ایده‌ی کلی از تمامی مشخصات بتن به ما ارائه می‌دهد. با همین آزمایش می‌توان تشخیص داد که بتن به حد کافی مناسب کار ما هست یا خیر. مقاومت فشاری بتن بر عوامل مختلفی هم چون نسبت آب به سیمان، مقاومت سیمان، کیفیت مواد بتن، کنترل کیفیت در طول تولید بتن و غیره بستگی دارد.
آزمایش مقاومت فشاری بتن بر روی قطعه‌های مکعب شکل از بتن انجام می‌شود. به همین دلیل آزمایش نمونه معکبی نامیده می‌شود. این آزمایش بر روی قطعه‌های استوانه‌ای بتن نیز مرسوم است. بسته به اندازه‌ی سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن از معکب‌های 10 × 10 × 10 سانتی‌متر یا 15 × 15 × 15 سانتی‌متر استفاده می‌شود.
بتن را در قالب‌هایی که تصویرش را در بالا مشاهده می‌کنید قرار می‌دهند و حرارت می‌دهند تا حباب و فضای خالی دیگر در آن باقی نماند. بعد از بیست و چهار ساعت، عمل‌آوری بتن را آغاز می‌کنند. عمل‌آوری بتن باید به نحوی باشد که سطح خارجی بتن کاملاً صاف بشود. برای این کار معمولاً از چسب سیمان استفاده می‌کنند و آن را بر روی سطح خارجیبتن طوری پخش می‌کنند که کاملاً صاف باشد.
برای عمل‌آوری، قطعات بتن را بیست و چهار ساعت در هوای مرطوب قرار می‌دهند. سپس آن‌ها را علامت‌گذاری کرده و در هوای تازه قرار می‌دهند تا زمان انجام آزمایش اصلی بر روی آن‌ها فرا برسد. آب مورد استفاده در عمل‌آوری بتن باید هر هفت روز یک بار چک شود. هم چنین دمای این آب باید حدود 27 درجه سانتی‌گراد (دو درجه بیشتر یا کمتر) باشد.
نمونه‌های بتن را پس از هفت یا بیست و هشت روز عمل‌آوری در ماشین‌های آزمایش مقاومت فشاری قرار می‌دهند. در این ماشین‌ها، بارگذاری به صورت دقیقه‌ای 140 کیلوگرم برا سانتی‌متر مربع افزایش می‌یابد تا نمونه شکسته شود. مقدار بارگذاری در لحظه‌ی شکست بتن، میزان مقاومت فشاری بتن را به ما می‌گوید.
حداقل از هر نمونه و در هر سن، بایستی 3 نمونه‌ی بتن آزمایش شود. اگر در نتیجه مشاهده شود که مقاومت آن‌ها بیش از 15 درصد با یکدیگر اختلاف دارد، نتایج آزمایش رد می‌شود و بایستی آزمایش دوباره انجام شود. در غیر این صورت، میانگین مقاومت فشاری آن سه نمونه، مقاومت فشاری بتن مورد محسوب خواهد شد.
مقاومت بتن با افزایش عمر، بیشتر می‌شود. در جدولی که در ادامه آمده است، نشان داده شده که در هر مقطع زمانی از عمل‌آوری، بتن چه مقدار از مقاومت اصلی‌اش را کسب می‌کند :
سن
درصد مقاومت کسب شده
1 روز
16 درصد
3 روز
40 درصد
7 روز
65 درصد
14 روز
90 درصد
28 روز
99 درصد
همانطور که مشاهده می‌کنید، بتن بیشتر مقاومت خود را در سنین اولیه به دست می‌آورد. بدین ترتیب که 90 درصد مقاومتش در 14 روز (دو هفته) کسب می‌شود. در 28 روز بتن به 99 درصدِ مقاومتش می‌رسد و در ادامه روند کسبمقاومت بتن بسیار کند تر دنبال می‌شود. به همین دلیل است که در آزمایش‌ها معمولاً نتایج 28 روزه‌ی نمونه‌های بتنیمورد نظر و مهم هستند. بتن در 28 روزگی مقاومتی تقریباً مساوی با مقاومت نهایی‌اش دارد.