نکات مرتبط با مواد افزودنی و طرح اختلاط بتن ریزی، عمل آوری و اجرای ملات در هوای سرد

با ورود به فصل سرما بمنظور پیشگیری از مشکلات بتن در شرایط هوای سرد و یخبندان باید دقت لازم در انتخاب مصالح مصرفی، طرح اختلاط بتن و ملات، شرایط اختلاط، حمل، بتن ریزی و عمل آوری (کیورینگ) بتن صورت گیرد تا اطمینان حاصل شود که بتن تازه ریخته شده دچار یخ زدگی نگردد و بتن سخت شده نیز دارای کیفیت و دوام لازم باشد، در ادامه مواردی جهت مرور دانسته های قبلی مهندسین گرامی ارائه می‌شود.

تعریف هوای سرد در بتن ریزی

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران هوای سرد به وضعیتی اطلاق می‌گردد که برای ۳ روز متوالی شرایط زیر بر قرار باشد؛

1. دمای متوسط روزانه هوا در شبانه روز کمتر از ۵ درجه سلسیوس (سانتیگراد) باشد؛ منظور از دمای متوسط روزانه میانگین حداکثر و حداقل دمای هوا در فاصله زمانی نیمه شب تا نیمه روز است.
2. دمای هوای برای بیش‌تر از نصف روز از ۱۰ درجه سلسیوس (سانتیگراد) زیاد‌تر نباشد.

آیین نامه ها برای کنترل شرایط فوق توصیه می کنند که دمای بتن در طول مدت بتن ریزی و حداقل دو مرتبه در طول شبانه روز طی مدت عمل آوری باید کنترل و ثبت شود تا اطمینان حاصل شود که محدوده توصیه شده در بند فوق حفظ شده و وضعیت نگهداری بتن مطلوب است؛ ضمنا به توجه به آسیب پذیری گوشه‌ها و لبه‌های بتن در مقابل یخزدگی در کنترل‌ها به دمای این نقاط توجه بیشتری شود.

تاثیر هوای سرد بر بتن تازه و سخت شده

تاثیرات هوای سرد بر بتن تازه ریخته شده به طور خلاصه عبارت است از: افزایش زمان گیرش و روند کسب مقاومت اولیه بتن به واسطه تاخیر در واکنش شیمیایی بین سیمان و آب (هیدراتاسیون) و در صورت برتری یافتن سرما، توقف کامل هیدراتاسیون سیمان و یخ زدگی بتن. همچنین تاثیر هوای سرد بربتن سخت شده می گذارند در حقیقت ادامه عوارضی است که شروع آن برای بتن و ملات در حالت تازه اتفاق افتاده است، مسائلی مانند: افزایش نفوذپذیری، کاهش مقاومت فشاری و دوام، ترک خوردگی و در نهایت عدم دستیابی به الزامات اولیه طراح است.

در ادامه به برخی از نکات اجرایی در راستای محافظت از بتن و ملات در تقابل با هوای سرد و یخبندان و  مراحل مختلف از جمله: طرح، تولید، حمل، اجرا، جانمایی، عمل آوری و باز گشایی قالب بندی می پردازیم:

طرح اختلاط بتن و ملات در هوای سرد

سیمان مناسب برای بتن ریزی در هوای سرد

می توان از سیمان زودگیر (پرتلند تیپ سه) با عیار معمول یا کمی افزایش در میزان (50 کیلوگرم در هر مترمکعب) سیمان بنایی معمول (نوع یک و دو) برای اطمینان از افزایش سرعت گیرش و کسب مقاومت بتن استفاده نمود. همچنین استفاده از سیمان‌های آمیخته، به ویژه سیمان‌ های پزولانی و سرباره‌ای در بتن ریزی در هوای سرد توصیه نمی‌شود. و در صورتی که از روش حرارت دهی اولیه به مصالح مصرفی جهت افزایش دمای مخلوط بتن تازه، نباید به طور مستقیم به سیمان حرارت داده شود.

سنگدانه ها

سنگدانه‌ های مصرفی نباید آغشته به یخ و برف باشند. از اینرو باید با ایجاد پوشش مناسب، در شرایط نگهداری امکان مناسبی ایجاد می شود که امکان بارش برف و باران روی دپوی مصالح و ایجاد یخ در منافذ شن و ماسه نباشد. چرا که توده های یخ بزرگتر از ۷۵ میلیمتر، اغلب در زمان اختلاط و حمل بتن، ذوب نمی‌شود و در بتن باقی می‌مانند.

معمولا ماسه از شن رطوبت بیشتری جذب می نماید و از این جهت احتمال وجود یخ در آن بیشتر است. بنابراین اغلب گرم کردن ماسه ضرورت پیدا می‌کند و سنگدانه های ریزدانه باید به صورت یکنواخت، به گونه‌ای گرم شود که این فرآیند باعث خشک شدن آن‌ها نشود.
حداکثر جذب آب سنگ دانه‌های مصرفی در بتن، می بایست بر اساس دت ۲۱۰ و دت ۲۱۱ برای سنگدانه‌های درشت دانه به ۲.۵ درصد و برای سنگدانه‌های ریز دانه به ۳ درصد محدود شود.
به عنوان یک معیار جهت تعیین میزان حرارت دهی به سنگدانه های مصرفی، اگر دمای هوا زیر ۴ درجه سانتیگراد باشد و دمای آب تا ۶۰ درجه سانتی گراد گرم شود، معمولا لازم است که مصالح سنگی تا دمای ۱۵ درجه سانتی گراد گرم شوند.

آب

می توان از آب گرم برای رساندن بتن به دمای مطلوب استفاده نمود. بهتر است جهت پیشگیری از زودگیر شدن سیمان بتن و ملات، از تماس مستقیم آب گرم با دمای بیش از ۴۰ درجه سانتی گراد و سیمان جلوگیری شود. برای این منظور در ابتدا آب گرم مصرفی و سنگدانه مخلوط شوند بطوری که دمای مخلوط آنها برابر یا کمتر از ۴۰ درجه سانتی گراد شود. 

مواد افزودنی بتن و ملات در هوای سرد

افزودنی حباب ساز بتن

ساخت بتن با استفاده از افزودنی حباب ساز با افزودن حباب های هوای اجباری به بتن‌هایی که در معرض رطوبت و یخ زدن و آب شدن‌های متوالی (چرخه های ذوب و انجماد) قرار میگیرند الزامی است.

انواع ضد یخ بتن و ملات

در شکل های مایع و پودری و مواد زودگیر کننده فاقد کلراید (برای استفاده در بتن مسلح) و حاوی کلراید (جهت کاربرد در انواع ملات های سیمانی و بتن غیر مسلح) در برابر سرما که مشخصات آن‌ها در استاندارد های ملی و بین المللی موجود است، برای استفاده و تعیین دوز مصرف لازم است که با توجه به برگه های اطلاعات فنی تولید کنندگان و آزمایشات کارگاهی به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته باشد.

انواع مواد کاهنده آب و فوق روان کننده؛ برای کاهش نسبت آب به سیمان، حفظ کارایی و در عین حال کسب مقاومت مورد نظر در مرحله طراحی مفید است، البته محصولات این گروه شامل انواع روان کننده، فوق روان کننده و ابر روان کننده در سه حالت دیرگیر، نرمال و زودگیر تولید می شوند که نوع زودگیر آن برای فصول سرد سال توصیه می شود.

افزودنی زودگیر کننده بتن

را می توان به دو گروه کلی زودگیرهای حاوی کلراید (که بخشی از آن کلرید کلسیم است) و زودگیر فاقد کلراید (کلراید کمتر از ۰.۰۵ درصد) تقسیم کرد. زودگیر غیر کلرایدی برای ساخت بتن مسلح در دمای زیر صفر (تا منفی 15 درجه سانتی گراد) بر پایه نیترات کلسیم، تیوسیونات سدیم، کربنات پتاسیم، فرمات کلسیم تولید می گردد، زودگیر های با کلراید بر پایه کلرید کلسیم و سدیم نیز در تولید بتن غیر مسلح، ملات و دوغاب های ساختمانی مورد مصرف در آجر چینی، بند کشی سنگ کاری، کاشی کاری، اجرای کف سازی با ملات خود تراز شونده و نصب و بندکشی کفپوش های سیمانی، سرامیک و موزاییک، گروت ریزی، نرمه کشی زیر عایق های رطوبتی نظیر ایزوگام، ساخت ملات ماسه سیمان سیمانکاری دیوار های داخلی و نمای خارجی و ...

نکات استفاده از مواد افزودنی بتن در هوای سرد

• در صورتی که استفاده از چند ماده افزودنی شیمیایی مختلف جهت ساخت بتن و ملات مطرح است، باید از سازگاری این افزودنی ها با یکدیگر اطمینان حاصل شود و هر یک از مواد به صورت جداگانه استفاده شوند.
• در استفاده از حباب زای بتن با ید توجه داشت که تماس مواد حباب ساز با آب گرم موجب کاهش عملکرد آن می شود.
• برای جلوگیری از آسیب های ناشی از یخ زدن اولیه و همچنین کاهش میزان آب انداختن، نسبت آب به سیمان بتن (w/c) بتن باید تا حد امکان (به کمتر از ۵۰ درصد) کاهش یابد. بنابراین برای تامین کارایی لازم می‌توان از مواد افزودنی کاهنده آب و روان کننده استفاده نمود. 
• در صورت عدم استفاده از مواد افزودنی روان کننده اسلامپ بتن نباید بیش از ۵۰ میلی متر انتخاب گردد. 
• درصد حباب هوای مورد نیاز در طرح اختلاط باید مطابق مقادیر موجود در آیین نامه آبا انتخاب شود.

تولید بتن و ملات در هوای سرد

حداقل دمای مجاز بتن هنگام اختلاط، ریختن و نگهداری و نیز حداکثر مجاز افت تدریجی دما در ۲۴ ساعت اولیه پس از خاتمه دوره عمل اوری بتن مطابق جدول ذیل باشد.

دمای بتن هنگام اختلاط نباید بیش از ۸ درجه سانتی گراد زیادتر از مقادیر جدول زیر باشد زیرا موجب اتلاف انرژی بیشتر، افت شدید اسلامپ و در نهایت کاهش کیفیت بتن میگردد؛ در صورت تامین کارایی لازم رعایت این بند الزامی نیست.
دمای بتن هنگام ریختن نباید بیش از ۱۱ درجه سلسیوس زیادتر از مقادیر جدول باشد، در غیر اینصورت موجب کاهش کیفیت بتن میگردد؛ در صورت تامین کارایی لازم در محل کار و در لحظه بتن ریزی رعایت این بند الزامی نیست.
چنانچه تدابیر ویژه‌ای برای اختلاط و بتن ریزی فراهم نگردد، ریختن بتن در دمای منفی ۲۰ درجه سلسیوس و کمتر از آن ممنوع است.
دمای مصالح گرم شده باید به اندازه‌ای باشد که باعث گیرش سریع سیمان نشود، برای این منظور میتوان ترتیب اضافه کردن مصالح شامل اول سه چهارم آب گرم، سپس سنگدانه درشت، سنگدانه ریز، سیمان و در آخر یک چهارم مابقی آب گرم باشد.
دمای بتن در زمان اختلاط باید طوری کنترل شود که تغییرات دما از هر بچ به بچ دیگر به حداقل برسد.

حمل بتن در هوای سرد

حمل و ریختن بتن باید به نحوی باشد که بتن تازه دمای خود را از دست ندهد و افت دمای آن به حداقل برسد. و همچنین بتن باید در وسایل سربسته و عایق‌بندی شده حمل گردد و زمان حمل و ریختن آن تا حد امکان کاهش یابد.

نکات اجرای بتن ریزی در هوای سرد

• قبل از بتن ریزی باید میلگرد، شبکه های آرماتور بندی، سطوح قالب بندی، سطح بتن سخت شده قبلی و زمین از هر نوع یخ زدگی و برف زدوده شود، چون یخ زدگی باعث کاهش دمای مخلوط بتن تازه و افت سرعت گیرش شود.
• دمای سطح بتن در تماس با زمین یا قالب، نباید از ۵ درجه سانتی گراد بیشتر یا ۸ درجه سانتی گراد کمتر از توده بتن باشد. 
• با توجه به این که دمای پایین بتن به دلیل تاخیری که در گیرش روی می دهد، باعث افزایش فشار جانبی قالب میشود، لازم است توجه کافی در سرعت بتن ریزی و ارتفاع بتن صورت پذیرد.
• در طی زمان ساخت، دمای بتن و محیط اتمسفر باید بطور دوره‌ای (۲ بار در شبانه روز) اندازه گیری شود و برنامه ساخت با توجه به آن‌ها تنظیم شود.
• در انتخاب نوع ضدیخ مصرفی دقت کافی را مبذول دارید، چرا که استفاده از افزودنی های ضد یخ ملات که حاوی یون کلر هستند (عموماً بر پایه کلرید کلسیم) با توجه به پدیده خوردگی که در فولاد مصرفی ایجاد می کنند برای استفاده در بتن های مسلح مناسب نمی باشد، برای این موارد کاربرد ضد یخ بتن بدون کلراید AG Antifreeze R توصیه می شود.

عمل آوری بتن در هوای سرد

اصولاً طول دوره حفاظت باید به وسیله آزمایش های کارگاهی تعیین شود، زیرا نوع سیمان، طرح اختلاط و دمای شرایط حفاظت؛  دوره حفاظت مورد نیاز برای کسب مقاومت فشاری اولیه را تحت تاثیر قرار میدهد. لیکن برای در دست داشتن یک معیار، دوره عمل اوری (کیورینگ) بتن تازه باید حداقل تا ۲۴ ساعت و یا رسیدن بتن به مقاومت ۵ مگا پاسکال ادامه یابد.

در طول این دوره بتن تازه باید در مقابل وزش باد، بویژه پس از برداشتن پوشش‌ها محافظت گردد. و همچنین باید توجه داشت که از تبخیر زیاد آب و کربناتی شدن سطوح بتن در اثر احتراق مواد سوختنی که برای گرم کردن آن استفاده می گردد جلوگیری شود.

زمانی که بتن تازه ریخته شده در هوای سرد بعد از عمل آوری در معرض هوای سرد قرار می گیرد، دستیابی به مقاومت مورد نیاز کند می شود؛ بنابراین به جز مواردی که زمان بارگذاری به طور قابل ملاحظه‌ای با تاخیر است، توصیه می شود که عمل آوری تا بعد از کسب مقاومتی که بتن را برابر یخ زدن اولیه محافظت می کند ادامه یابد تا سازه بتنی بتواند بار مد نظر را تحمل کند. اگر زمان مشخص و یا ویژگی مشخصی برای بتن ذکر نگردد، مطابق با آیین نامه های موجود زمان رسیدن به ۷۰ درصد مقاومت فشاری ۲۸ روزه زمانی است که باید عمل آوری تا رسیدن به آن انجام شود.
برای تعیین مقاومت بتن و به دنبال آن تشخیص اصولی زمان اتمام عمل آوری باید از روش‌های استاندارد و با تهیه نمونه‌های کارگاهی برای تشخیص رسیدن بتن به مقاومت کافی استفاده نمود؛ همچنین می توان با روش‌های غیر مخرب استاندارد شده نیز مقاومت فشاری بتن را تخمین زد.
در مواردی که بتن نسبت به یخ زدگی تحت شرایط هوای سرد بعد از عمل آوری آسیب‌پذیر است، آب دادن به بتن درست قبل از اتمام عمل آوری نباید انجام شود؛ این مدت توسط استاندارد ۱۲ ساعت اعلام شده است.

برای عمل آوردن بتن تازه و محافظت آن از یخ زدن می توان از روش‌هایی چند استفاده نمود، که به برخی از آنها در ادامه اشاره خواهد شد. روش و مدت محفاظت باید با توجه به عوامل مختلف مانند دمای هوای محیط، طرح اختلاط بتن، نوع و اندازه سازه تعیین شود:

• محافظت با روش عایق‌ سازی بتن برای جلوگیری از اتلاف حرارت و افت دما.
• محافظت با روش پوشاندن روی سطح بتن برای جلوگیری از وزش باد، بارش برف و حفظ حرارت هیدراتاسیون.
• تولید حرارت اطراف محیط بتن برای افزایش و حفظ دمای محیط مجاور بتن یا افزایش دمای بتن و نزدیک شدن به وضع طبیعی.
• سایر روش‌هایی که به تایید دستگاه نظارت رسده باشد.

نکات اجرایی عمل آوری بتن و ملات در هوای سرد

1. برای تاثیر گذاری بهینه توصیه می شود از ترکیب عمل آوری حرارتی با حفظ عایق به وسیله پوشش‌های مناسب استفاده شود.
2. در دوره محافظت سطح بتن نباید در معرض هوای گرم با دمای بیش‌تر از ۱۱ درجه سانتی گراد بالاتر از حداقل دمای بتن ریزی قرار گیرد.
3. عمل آوری باید به گونه‌ای باشد که دمای سطح بتن از ۲۰ درجه سانتی گراد بیشتر نشود.
4. در روش حفاظت حرارتی، مهم است تا از حرارت دهی موضعی اجتناب شود زیرا ممکن است احتمال ترک خوردگی ناشی از گرادیان حرارتی افزایش یابد.
5. زمانیکه از حفاظت حرارتی استفاده می شود، لازم است از خشک شدن سریع بتن اجتناب شود و حرارت دادن باید بطور یکنواخت در سر تا سر بتن صورت پذیرد.
6. اگر دمای سطح بتن بعد از ۶ ساعت از قطع محافظت، به اندازه مقادیر بیان شده برای حداکثر افت حرارتی در طی ۲۴ ساعت منفی ۸ درجه سانتی گراد بود دوره محافظت باید ۴۸ ساعت دیگر ادامه یابد.
7. گرم کردن حرارتی با بخار گرم، می تواند از خشک شدن سطح بتن جلوگیری نماید؛ درصد رطوبت نسبی هوای گرم باید بالاتر از ۴۰ درصد باشد.
8. در صورت استفاده از گرم کردن محیط به روش خشک، لازم است روی بتن پوششی برای جلوگیری از افت رطوبت سطح بتن انداخته شود.
9. برای کاهش دوره ساخت و تسهیل عمل آوری بتن های غیر مسلح و ملات های بنایی می توان از ضد یخ با کلراید AG Antifreeze C استفاده کرد. در باره تفاوت ضد یخ ملات و بتن ذکر این نکته لازم است که ضد یخ بتن غیر مسلح دارای قیمت پایین تر و سرعت عملکرد بیشتری نسبت به ضدیخ فاقد کلراید است، لیکن استفاده از آن در بتن هایی که در مجاورت فولاد است با توجه به ایجاد پدیده خوردگی منع شده است.

زمان قالب برداری بتن در هوای سرد

بدیهی است که در اثر طولانی‌تر شدن زمان گیرش، قالب برداری و بارگذاری معمولا با تاخیر انجام می شود. با مقایسه با قالب‌های فلزی و چوبی در شرایط هوای سرد و یخبندان با توجه به اینکه قالب بندی باید بتواند حرارت درون بتن را به نحو مناسبی حفظ نماید. به این نتیجه می رسیم که، قالب‌های چوبی هدایت حرارتی کمتری دارند و بنابراین حرارت را بهترحفظ می‌نمایند.

قالب برداری باید به روشی انجام شود که دمای بتن به سرعت افت نکند. و بعد از قالب برداری بتن باید به آرامی سرد شود تا خطر ترک خوردگی در اثر گرادیان تنش بین قسمت داخلی و خارجی بتن کاهش یابد. و برای زمان توصیه شده با پوشش‌های عایق حرارتی نظیر ورقه‌های پلی اتیلن پوشانده شود یا در معرض هوای گرم قرار گیرد.

مقاومت بتن قبل از قالب برداری باید با روش‌های: با استفاده از نمونه‌های نگهداری شده در شرایط محیطی پروژه، آزمایش مقاومت نفوذ، تست PULL OUT، اندازه گیری سرعت پالس، آزمایش چکش اشمیت و یا روش بلوغ‌ سنجی تعیین شود. پس از کسب نتایج مقاومت فشاری می توان حداقل مقاومت را با یکی از معیار های ذیل مورد سنجش قرار گیرد:

• طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان بتن ایران باید تا کسب مقاومت ۱۴ مگاپاسکال از یخ زدگی محافظت شود.
• طبق آبا بتن باید تا کسب مقاومت ۲۴ مگا پاسکال از یخ زدگی محافظت شود.
• طبق استاندارد انجمن بتن آمریکا (ACI) بتن باید تا کسب مقاومت ۲۴ مگا پاسکال از یخ زدگی محافظت شود.

برای خرید، دریافت اطلاعات بیشتر، لیست قیمت و مشاوره با کارشناسان فنی و فروش محصولات شیمی ساختمان گروه مهندسی بتن آزما در اصفهان، ارومیه، تبریز، تهران، کرمان، کرج، شیراز، قزوین، گرگان، مشهد، همدان تماس بگیرید.