شرایط و الزامات استاندارد بتن ریزی در هوای سرد

شرایط بتن ریزی در هوای سرد

بتن ریزی در هوای سرد به عنوان یک فرآیند کلی شامل: ساخت، اختلاط، حمل، ریختن و عمل آوری، طبق تعریف ارائه شده توسط استاندارد ACI 306 R10 به زیر دمای محیطی 4 درجه سانتیگراد (40 درجه فارنهایت) در طول دوره حفاظت توصیه شده طبق مشخصات تعریف می شود.

دوره حفاظت به عنوان زمان مورد نیاز برای ایجاد مقاومت فشاری اولیه 3.5 مگاپاسکال در بتن یا تا رسیدن به مقاومت مطلوب بسته به شرایط سرویس خاص پروژه تعریف می شود.

به عنوان مثال، برای یک المان بتنی معمولی بدون هیچ گونه ماده افزودنی شیمیایی، در صورتی که سازه در معرض بارگزاری نباشد، مدت حفاظت 2 روز است. از سوی دیگر، برای شرایط نیمه بارگذاری شده و در معرض آن می تواند این دوره حفاظت تا 6 روز ادامه یابد. همواره باید این واقعیت را مدنظر قرار داد، که تنها در صورت رعایت درست طرح اختلاط بتن و محافظت صحیح و اصولی در مقابل هوای سرد پس از قرار گرفتن در قالب بندی، می توان از مقاومت کافی و دوام مطلوب بتن اطمینان داشت.

چرخه های ذوب و انجماد اولیه در شرایط دمای زیر صفر، به مقدار زیادی، مقاومت فشاری نهایی بتن را کاهش می دهد. برای غلبه بر این مسائل در طول بتن ریزی در هوای سرد، مواد افزودنی مختلفی مانند انواع ضد یخ و زودگیر کننده های بتن و ملات در طول اختلاط بتن برای افزایش خواص و عملکرد بتن تازه اضافه می شود. ترکیبات شیمیایی افزودنی های ضد یخ برای کاهش نقطه انجماد محلول آبی و تسریع شیمی هیدراتاسیون سیمان، برای بتن ریزی ضروری در هوای سرد، به آب اختلاط بتن اضافه می شوند.

الزامات استاندارد بتن ریزی در هوای سرد

استاندارد ACI 306 R10 در جدول زیر حداقل دماهایی را که باید در هنگام اختلاط، قرار دادن و عمل آوری بتن حفظ شود، تعریف و تعیین می کند. این الزامات درجه اول به مرحله بتن ریزی، دمای محیط و ضخامت عنصر بتن بستگی دارد. درجه کنترل بالاتری برای اعضای نازکتر مورد نیاز است زیرا تغییرات دما در عمق قابل توجهی نخواهد بود.

این استاندارد و آیین نامه های مشابه نظیر آبا و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران در ادامه دوره حفاظتی را تعریف می کند که در آن دمای توصیه شده بتن باید حفظ شود. و همانطور که پیش تر شرح آن رفت، مدت حفاظت بستگی به شرایط سرویس در طول بتن ریزی تا رسیدن بتن به مقاومت مطلوب دارد.

اطمینان از کنترل دما برای حذف قالب بسیار مهم است زیرا افزایش مقاومت برای بتن ریزی در هوای سرد در مقایسه با بتن ریزی معمولی متفاوت است.

مشکلات بتن ریزی در هوای سرد

دو چالش اساسی برای بتن ریزی در هوای سرد وجود دارد که در صورت عدم حل صحیح می تواند به مشکلات بعدی نظیر عدم کسب استحکام و دوام کافی، ورقه شدن و نفوذپذیری بیش از اندازه بتن و ملات های سیمانی گردد، این دو مسئله به صورت خیلی خلاصه عبارتند از:

1. از اینکه گیرش و استحکام اولیه (کافی) پیدا کند یخ می زند.

2. گیرش بتن به کندی اتفاق می افتد، و از آنجایی که گرما در نقش یک کاتالیزور برای واکنش هیدراتاسیون بتن است، هر چه حرارت کمتر باشد، گیرش کندتر می شود.

به طور معمول، بتن و ملات های ساختمانی نمی توانند مقاومت را با نرخ های قابل قبول در زمانی که دما کمتر از 5 درجه سانتیگراد است، ایجاد کند. هنگامی که بتن تازه در معرض چرخه یخ زدگی یا ذوب یخ قرار می گیرد، مشکلات متعددی ایجاد می شود. که مشهود ترین آن کاهش مقاومت بتن بین 20 تا 40 درصد می باشد.

اگر انجماد قبل از به دست آوردن مقاومت فشاری 35 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع (500 psi) برای بتن اتفاق بیافتد، می تواند مقاومت را تا 50٪ کاهش داده، پیوند بین بتن و آرماتور 70 درصد کاهش یافته و ضریب دوام نیز کاهش می یابد.

چرا که همان طور که در تصویر میکروسکوبی بالا دیده می شود، کریستال های یخ می توانند در خمیر سیمان سخت شده تخلخل ایجاد کنند. بنابراین برای اطمینان از عدم یخ زدگی بتن، در هوای سرد مواد افزودنی زودگیر کننده و ضد یخ اضافه می شوند. این محصولات به جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از حرارت کمک می کند و استحکام کافی برای حذف ایمن قالب را تضمین می کند.

روش های بتن ریزی در هوای سرد

برای بتن ریزی و مقابله با مشکلات ناشی از شرایط هوای سرد و یخبندان فرآیندهایی چند وجود دارد، که علاوه بر تکیه بر پشتوانه های تجربی از تایید استاندارد های ملی و بین المللی نیز برخوردار است می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

• با استفاده از آب گرم شده یا سنگدانه های گرم شده برای ساخت بتن، شروع و تکمیل واکنش هیدراتاسیون اقدام شود.
• با افزایش مقدار و عیار سیمان مصرفی، از آنجایی که گرمای هیدراتاسیون ناشی از واکنش گرمازا مخلوط بتن است، استفاده از سیمان بیشتر باعث تولید گرمای بیشتری شود.
• با تامین و استفاده از سیمان زوگیر (نوع III یک سیمان پرتلند) که حاوی مقدار زیادی C3S و C3A است که منجر به گیرش سریعتر می شود.
• با ارائه عایق کافی (مثلا با عایقکاری توسط پتو و تخته) به طوری که بتوان گرما تولید شده را در جهت عمل آوری بتن حفظ کرد.
• با استفاده از قالب گرم شده، از آنجایی که بتن تازه نمی تواند با بتن منجمد بچسبد، قالب گرم شده از یخ زدگی جلوگیری می کند.

چند روش پیشرفته بتن ریزی در هوای سرد:

• با استفاده از ضد یخ بتن بدون کلراید AG Antifreeze R بر پایه نیتریت و نیترات که نقطه انجماد مخلوط آب را کاهش می دهد.
• با استفاده از ضد یخ بتن مسلح بر مبنای اوره که کارایی را افزایش می دهد و از یخ زدگی جلوگیری می کند (این ضدیخ در دمای کمتر از 5 درجه سانتیگراد موثر نیست)
• با استفاده از زود گیر کننده های پودری و مایع که گیرش و سخت شدن بتن را تسریع می کنند.

انواع ضدیخ بتن

ترکیب افزودنی های شیمیایی زودگیر و انواع ضد یخ بتن و ملات که با دو هدف کاهش نقطه انجماد محلول آبی و تسریع گیرش و سخت شدن بتن در دمای پایین کابرد دارند را می توان به دو گروه دسته بندی کرد:

گروه اول: دارای خاصیت گیرش و سفت شدن تسریع کننده ضعیف هستند، و این شامل مواد شیمیایی، الکترولیت های ضعیف، نیتریت سدیم، کلرید سدیم و ترکیبات آلی غیر الکترولیتی است.

گروه دوم: خاصیت تسریع کنندگی موثر تری دارند و این شامل پتاس و مواد افزودنی مبتنی بر کلرید کلسیم، نیتریت سدیم، کلرید کلسیم با نیتریت سدیم، نیتریت کلسیم نیترات اوره و سایر مواد شیمیایی است.

نقطه انجماد و جوش از خواص جمعی هر مایع هستند، و دمایی که مایعات در آن به منجمد می شوند یا به جوش می آیند به غلظت املاح بستگی دارد، طی انجماد مایع به یک ساختار کریستالی سفت و سخت تبدیل می شود.

هنگامی که یکی از انواع مواد افزودنی ضد یخ اضافه می شود، کاهش سرعت مولکول ها در نقطه انجماد متوالی آن دشوار است. انواع مختلف مولکول ها نیروهای جذاب محلول را مسدود می کنند. بنابراین نقطه انجماد کاهش می یابد.

نحوه مصرف ضد یخ بتن

افزودنی های ضد یخ مورد استفاده در صنعت ساختمان می توانند پودر یا مایع باشند. انواع ضد یخ بدون کلراید (جهت استفاده در بتن مسلح) و ضدیخ با کلراید (جهت استفاده در بتن غیر مسلح و ملات) ابتدا در آب بتن یا ملات سیمان مخلوط شده و اضافه می شود. دوز مصرف به شیمی مواد اولیه برسازنده، حداقل قطر و ابعاد قطعه بتنی، دمای هوای محیط و مخلوط بستگی دارد. سپس به مدت حداقل 60 ثانیه به طور همگن مخلوط می شود. اگرچه زمان بستگی به دستگاه اختلاط دارد. و در نهایت پس از قرار گرفتن، بتن تازه و ملات باید به درستی عمل آوری شود.

لازم است قبل از استفاده از ضدیخ در ساخت، دوز بهینه استفاده از افزودنی را با ملات و بتن متناسب با شرایط حاکم در آزمایشگاه آزمایش کنید. و در عمل افزودنی ها را با نسبت مناسب استفاده نمایید. به عنوان مثال، 2 درصد کلرید کلسیم به عنوان شتاب دهنده عمل می کند، اما افزایش مقدار آن به 9 درصد می تواند به عنوان کندکننده عمل کند و زمان گیرش را افزایش دهد.

علاوه بر مواردی که ذکر آن رفت، در مواردی مانند ساخت ملات سیمانی و گچی بنایی، دوغاب سنگ کاری، ملات ماسه سیمان مورد استفاده در اجرای رندر نما و سیمانکاری دیوار های داخلی، نصب کفپوش، موزاییک و سرامیک کف، کاشی کاری، گروت ریزی، ساخت قطعات پیش ساخته بتنی غیر مسلح، بلوک، کول چاه، موزائیک، جدول و غیره که از فولاد، میلگرد و آرماتور بندی خبری نیست می توان از ضد یخ بتن غیر مسلح AG Antifreeze C با اطمینان کافی استفاده کرد.

موارد استفاده از ضد یخ بتن و ملات

انواع افزودنی های ضد یخ بتن و ملات اجازه می دهد تا بتن را در هوای سرد قرار داده و در عین حال از کند شدن واکنش شیمیایی در بتن پیشگیری و مقاومت های قابل قبولی ایجاد کرد. بنابراین در جایی که با چالش بتن ریزی فنداسیون، دال کف و دیوار را می توان بدون نیاز به سرپناه موقت و ساخت و ساز یک سازه عظیم سرد روبرو هستیم، در ساخت پر شتاب سازه بتنی پیش ساخته، تعمیر سدها، راه ها، تونل ها و دیگر سازه هایی که نیاز به تعمیرات سریع است، استفاده از انواع ماده های زودگیر کننده پودری ملات و مایع بتن این دشواری ها را برای ما آسان و امکان پذیر می کنند. همچنین می تواند در هزینه های ساخت و ساز زیادی نسبت به روش های معمولی بتن ریزی در هوای سرد صرفه جویی کند.