استفاده از آب گرم در بتنریزی (ویژه هوای سرد)
بر اساس یافتههای این پژوهش، استفاده از آب گرم یا سیستمهای حرارتی (عملآوری تسریعشده) نه تنها یک روش آزمایشگاهی، بلکه راهکاری کلیدی برای جلوگیری از توقف پروژهها در فصول سرد است. در ادامه، نکات ساده و اجرایی برای بهرهبرداری از این روش آورده شده است:
۱. چرا در هوای سرد به آب گرم نیاز داریم؟
در هوای سرد، واکنش شیمیایی سیمان (هیدراتاسیون) بسیار کند میشود. استفاده از آب با دمای کنترلشده (حدود ۳۵ درجه سانتیگراد) باعث میشود بتن سریعتر سخت شده و در همان ۲۴ ساعت اول به مقاومتی برسد که در حالت عادی ممکن است چندین روز طول بکشد.
۲. نکات طلایی برای اجرا:
- رعایت دوره تأخیر: هرگز بلافاصله پس از بتنریزی، حرارت شدید به آن ندهید. اجازه دهید بتن به “گیرش اولیه” برسد (زمانی که بتن کمی خود را گرفته است). این کار مانع از ایجاد ترکهای ناشی از تنش حرارتی میشود.
- دمای بهینه: بهترین بازه دمایی برای نتیجهگیری مطمئن بین ۳۵ تا ۴۰ درجه سانتیگراد است. دمای خیلی بالا (بالای ۸۰ درجه) شاید سرعت را زیاد کند، اما در درازمدت باعث کاهش مقاومت نهایی بتن میشود.
- جلوگیری از تبخیر: هنگام استفاده از آب گرم یا محیط گرم، حتماً روی بتن را بپوشانید تا رطوبت آن تبخیر نشود. از دست رفتن آب بتن مساوی است با ایجاد ترک و پوک شدن سطح کار.
۳. پیشبینی نتیجه نهایی
مهمترین دستاورد این تحقیق این است که اگر بتن شما در دمای ۳۵ درجه به مدت یک روز عملآوری شود، میتوانید با فرمولهای ریاضی ارائه شده، مقاومت ۲۸ روزه آن را تخمین بزنید. این یعنی در همان روز اول متوجه میشوید که آیا طرح اختلاط شما مناسب بوده یا نیاز به اصلاح دارد.
نتیجهگیری برای پیمانکاران: استفاده از آب گرم ۳۵ درجه سانتیگراد، سرعت کسب مقاومت را بالا میبرد و خطر یخزدگی بتن جوان را حذف میکند؛ به شرطی که اجازه دهید بتن ابتدا گیرش اولیه خود را طی کند و سپس تحت حرارت مداوم قرار بگیرد.
چکیده: این پژوهش بر استفاده از عملآوری تسریعشده (فوری) بتن با استفاده از آب گرم در دمای ۳۵ درجه سانتیگراد تمرکز دارد. در طول فرآیند، آزمایشها بهطور منظم پایش شدند تا دمای ثابت در تمام مدت زمان حرارتدهی حفظ شود. ویژگیهای کارایی و مقاومت فشاری بتن حاصل از نسبت اختلاط ۱:۲:۴ مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین، آزمایش مقاومت فشاری بر روی بتن سختشده در سنین ۷، ۱۴، ۲۱ و ۲۸ روز انجام شد.
بر اساس نتایج بهدستآمده، مقدار آزمایش اسلامپ در محدوده طراحی ۲۵ تا ۱۰۰ میلیمتر قرار گرفت. مقدار اسلامپ از ۶۰ میلیمتر در نمونه A به ۶۵ میلیمتر در نمونههای B و C افزایش و سپس در نمونههای D و E به ۵۰ میلیمتر کاهش یافت؛ این پدیده را میتوان به تغییرات دما و فرآیند هیدراتاسیون نسبت داد. افزون بر این، مشاهده شد که بتن سختشده پس از عملآوری مقداری از وزن خود را از دست داده است، زیرا کاهش وزن با افزایش مقاومت همراه است.
رابطهای میان مکعبهای بتنی عملآوریشده در شرایط تسریعشدهی یکروزه و بتن معمولی ۲۸ روزه برقرار شد تا بتوان مقاومت ۲۸ روزه را بر اساس مقاومت تسریعشده پیشبینی کرد. این رابطه ریاضی به صورت زیر بهدست آمده است:
که در آن R۲۸ نشاندهنده مقاومت ۲۸ روزه و Ra نشاندهنده مقاومت تسریعشده است. دمای بهینه مورد استفاده در این تحقیق ۳۵ ± ۲ درجه سانتیگراد میباشد. دمای ۳۵ درجه سانتیگراد انتخابی، دمایی بهینه است که به تهنشینی مناسب محصولات هیدراتاسیون (سیلیکات کلسیم هیدراته) کمک میکند. مشکل احتمال کاهش مقاومت فشاری ناشی از تنشهای حرارتی القایی، با در نظر گرفتن یک دوره تأخیر معادل با زمان گیرش اولیه برطرف شد، تا بتن پیش از آغاز فرآیند عملآوری، به مقاومت کششی لازم دست یابد.
واژگان کلیدی: بتن، دما، تسریعشده، عملآوری، فشاری، مقاومت.
۱.۱ پیشزمینه پژوهش
حداقل مقاومت قابلقبول بتن در پروژههای ساختمانی بر اساس مقاومت فشاری ۲۸ روزه آن تعیین میشود. برای دستیابی به این مقاومت فشاری، معمولاً به ۲۸ روز عملآوری مرطوب نیاز است. این دوره انتظار ۲۸ روزه برای پروژههای در حال اجرا که نیازمند تعیین مقاومت پیش از ادامه کار هستند، بسیار طولانی است. همچنین در سن ۲۸ روزگی، بتن به حداقل مقاومت مورد نیاز رسیده است و در صورتی که مقاومت لازم حاصل نشده باشد، تخریب و حذف آن مستلزم صرف هزینه و انرژی بسیار زیادی خواهد بود. در مقابل، اگر مقاومت بتن بسیار فراتر از حد نیاز باشد، نشاندهنده یک طرح اختلاط غیراقتصادی و هدررفت مصالح گرانقیمت است.
این مسائل ضرورت یافتن معادل مقاومت ۲۸ روزه در ۲۴ ساعت را ایجاب کرد که با مبحث عملآوری تسریعشده بتن مرتبط است و پژوهش حاضر به آن اختصاص دارد. از این رو، برای کنترل کیفیت بهتر، یک روش عملآوری تسریعشده نیاز است تا شناسایی مقاومت ۲۸ روزه را در حدود یک روز تسهیل کند؛ زمانی که بتن اصلی همچنان در دسترس و به اندازه کافی برای اصلاح نرم است. به همین دلیل، تکنیکهای عملآوری تسریعشده اهمیت فزایندهای یافتهاند (نیلاکانتان و همکاران، ۲۰۱۴).
عملآوری تسریعشده فرآیندی است که در آن بتن در معرض سختشدگی زودهنگام قرار میگیرد تا به مقاومت اولیه بالایی دست یابد. این تکنیکها بهویژه در صنعت پیشساخته مفید هستند، جایی که مقاومت بالای سنین اولیه امکان جداسازی قالبها را ظرف ۲۴ ساعت فراهم کرده، زمان چرخه تولید را کاهش داده و منجر به مزایای اقتصادی میشود (اردوم، ۲۰۰۳). رایجترین تکنیکهای مورد استفاده شامل عملآوری با بخار در فشار اتمسفر، عملآوری با آب گرم، عملآوری با آب جوش و اتوکلاو است؛ هرچند این پژوهش از روش عملآوری با آب جوش استفاده خواهد کرد.
بتن حدود ۲۸ روز زمان نیاز دارد تا به ۹۰٪ مقاومت خود برسد. زمانی که بتن هنوز به مقاومت کافی نرسیده است، از دست دادن آب ناشی از خشک شدن بتن باعث ایجاد تنشهای کششی و در نتیجه بروز ترک میشود. بنابراین، در این دوره بتن باید در شرایط مرطوب نگه داشته شود. فرآیند هیدراتاسیون در دماهای بالاتر سریعتر رخ میدهد و در نتیجه مقاومت سریعتر حاصل میشود (هاچینسون و همکاران، ۱۹۹۱). با این حال، اگر دمای بالا منجر به تبخیر آب از توده بتن شود و مقاومت را کاهش دهد، دمای بهینه که کمتر از دمای تبخیر آب باشد ترجیح داده میشود (فیرافان و همکاران، ۲۰۰۲؛ ماکول و آگراوال، ۲۰۱۲). تکنیکهای عملآوری تسریعشده از این مفهوم بهره گرفته و در صنعت پیشساخته برای جداسازی سریعتر قالبهای چندبار مصرف استفاده میشوند که کسبوکار را اقتصادیتر میکند. در شرایط خاص مانند تعمیر پلهای پرتردد، عملآوری تسریعشده در کاهش زمان انحراف ترافیک بسیار مفید است.
طبق گفته فالاک و همکاران (۲۰۱۵)، نیاز است که نتایج نمونههای کنترل کیفیت زمانی حاصل شود که بتن اصلی هنوز در دسترس و به اندازه کافی «جوان» (Green) باشد تا حذف آن در صورت نیاز عملی باشد، یعنی حدود ۲۴ ساعت پس از بتنریزی. با کمک روشهای آزمایش قابلاعتماد که از تکنیکهای عملآوری تسریعشده بهره میبرند، اکنون امکان آزمایش مقاومت فشاری بتن در مدت زمان کوتاه و تخمین دستیابی یا عدم دستیابی به مقاومت مشخصه ۲۸ روزه فراهم شده است. روشهای ارائه شده در این استاندارد میتواند برای اهداف کنترل کیفیت یا پیشبینی مقاومت نرمال بتن در سنین بالاتر، با استفاده از منحنی همبستگی مناسب (حاصل از آزمایش نمونههای بتنی با نسبت اختلاط یکسان در دو حالت عملآوری معمولی و تسریعشده) مورد استفاده قرار گیرد.
۲. تحلیل نظری
بهطور سنتی، کیفیت بتن در پروژههای ساختمانی بر اساس مقاومت فشاری ۲۸ روزه آن سنجیده میشود. این فرآیند مستلزم ۲۸ روز عملآوری مرطوب پیش از انجام آزمایش است؛ دورهای که برای کنترل عملیات بتنریزی یا اعمال اقدامات اصلاحی بهموقع، بیش از حد طولانی است. اگر پس از ۲۸ روز مشخص شود که کیفیت بتن مشکوک یا نامطلوب است، بتن تا آن زمان به میزان قابلتوجهی سخت شده و احتمالاً زیر مراحل بعدی ساختوساز مدفون شده است. از این رو، جایگزینی توده بتنی که ویژگیهای کیفی آن زیر سؤال است، بسیار دشوار و اغلب غیرممکن میشود. از سوی دیگر، اگر مشخص شود که بتن دارای مقاومتی بسیار فراتر از حد نیاز است، برای جلوگیری از مصرف بیهوده سیمان در طرح اختلاطهای غیراقتصادی بسیار دیر شده است. بنابراین، آزمایش استاندارد ۲۸ روزه مکعبهای بتنی برای اهداف کنترل کیفیت چندان کاربردی نیست.
هدف اصلی در اینجا، ارزیابی و ایجاد رابطهای میان مقاومت بتن در حالت عملآوری تسریعشده و مقاومت ۲۸ روزه نمونه استاندارد است تا بتوان مقاومت ۲۸ روزه را از روی مقاومت تسریعشده پیشبینی کرد. این پژوهش همبستگی میان مقاومت تسریعشده یک طرح اختلاط مشخص (تعیین شده بر اساس روشهای عملآوری فوری) را با مقاومت ۲۸ روزه نمونههای استاندارد برقرار میکند. این رابطه میان دو مقاومت مذکور، پیش از بتنریزی در سازه ایجاد میشود تا آزمایش تسریعشده بتواند بهعنوان یک آزمون کنترل کیفیت سریع برای شناسایی تغییرات در نسبتهای اختلاط مورد استفاده قرار گیرد. یافتههای این مطالعه میتواند منجر به مزایای اقتصادی قابلتوجهی برای کارفرما شده و روشی نوین و بهبودیافته برای طراحی مخلوطهای بتنی ارائه دهد. در نتیجه، این امر به مهندسان عمران و پژوهشگران دیدگاه بهتری درباره خواص مهندسی مکعبهای بتنی عملآوریشده به روش تسریعشده در رابطه با مقاومت ۲۸ روزه نمونههای استاندارد خواهد داد.
۳. مواد و روشها
۳.۱ مواد مورد استفاده
مواد استفاده شده در این پژوهش عبارتند از: سنگدانه درشت (گرانیت با اندازه ۲۲ میلیمتر)، سنگدانه ریز (ماسه بادی/تیز)، سیمان (سیمان دانگوته) و آب (مناسب برای شرب).
۳.۲ روشهای بهکار رفته
۳.۲.۱ آزمایش مکعب بتنی معمولی
تجهیزات: دستگاه آزمایش فشار، صفحات کمکی (Platens) و ترازویی با حداقل ظرفیت ۱۰ کیلوگرم.
دستورالعمل:
- هر نمونه را در حالت دریافتی یا اشباع وزن کنید.
- ابعاد اسمی را چک کرده و ابعاد واقعی هر نمونه را اندازه بگیرید.
- چگالی هر نمونه را تعیین کنید.
- مکعبهایی که در آب عملآوری نشدهاند یا سطح آنها خشک شده است را حداقل به مدت ۵ دقیقه در آب غوطهور کنید. نمونهها را از مخزن عملآوری خارج کرده و در حالی که هنوز مرطوب هستند آزمایش کنید.
- مکعب را با دقت در مرکز صفحه پایینی قرار دهید و اطمینان حاصل کنید که بار به دو وجه مقابلِ زمان قالبگیری وارد میشود.
- بدون وارد کردن شوک، بار را بهطور پیوسته با نرخ اسمی در محدوده ۱۲ تا ۲۴ مگاپاسکال بر دقیقه افزایش دهید تا زمانی که دیگر باری تحمل نشود. حداکثر بار وارد شده به مکعب را ثبت کنید.
۳.۲.۲ آزمایش مکعب بتنی تسریعشده
دستگاهها: صفحه پوشش، مخزن عملآوری و دماسنج.
دستورالعمل:
صفحه پوشش را با لایه نازکی از ماده رهاساز (روغن قالب) بپوشانید تا از چسبندگی بتن جلوگیری شود و آن را در جای خود قرار دهید تا یک آببندی کامل ایجاد شود؛ سپس بلافاصله نمونهها را به آرامی درون مخزن پر از آب قرار دهید و از فاصلهگذاری مناسب آنها اطمینان حاصل کنید. نمونهها را به مدت ۲۴ ساعت (با تلرانس ۱۵ دقیقه) بهطور کامل غوطهور کنید و دمای آب را بهطور مداوم ثبت نمایید. دما باید همواره در محدوده ۲ ± ۳۵ درجه سانتیگراد حفظ شود (به جز دورهای حداکثر ۱۵ دقیقهای بلافاصله پس از غوطهوری). نمونهها را از مخزن خارج کرده، از قالب جدا کنید و هر کدام را با یک شماره شناسایی یا کد علامتگذاری کنید. مکعبها را در کوتاهترین زمان ممکن پس از خروج از مخزن (مطابق با استاندارد BS 1881: Part 116) آزمایش کنید..
۴. نتایج و بحث
۴.۱ نتایج
۴.۱.۱ نتایج آزمایش اسلامپ مخلوط بتن تازه:
نتایج زیر از مخروط اسلامپ به ارتفاع ۳۰۰ میلیمتر حاصل شده است؛ این آزمایش ظرف مدت ۲ دقیقه پس از پیمانهزنی و اختلاط انجام گرفت.
جدول ۴.۱: مقدار اسلامپ نمونههای مختلف بتن تازه، ۲ دقیقه پس از پیمانهزنی
| نمونه | ارتفاع بتن (میلیمتر) | مقدار اسلامپ بتن (میلیمتر) |
|---|---|---|
| A | ۲۳۵ | ۶۰ |
| B | ۲۳۵ | ۶۵ |
| C | ۲۳۵ | ۶۵ |
| D | ۲۵۰ | ۵۰ |
| E | ۲۵۰ | ۵۰ |
| F | ۲۵۰ | ۵۰ |
۴.۱.۲ بررسی اسلامپ مخلوط بتن تازه
مطابق با جدول ۴.۱، مقادیر بهدستآمده از آزمایش اسلامپ با محدوده طراحی ۲۵ تا ۱۰۰ میلیمتر مطابقت دارد. مقدار اسلامپ که بهطور فزایندهای از ۶۰ میلیمتر در نمونه A به ۶۵ میلیمتر در نمونههای B و C رسیده بود، سپس با روند کاهشی به ۵۰ میلیمتر برای نمونههای D و E تقلیل یافت. میتوان استنباط کرد که تغییرات مقدار اسلامپ در بین نمونهها به دلیل تفاوت زمانی در قرائت اعداد است که احتمالاً از فرآیند هیدراتاسیون سیمان ناشی میشود. با این حال، این تفاوت ناچیز است؛ زیرا تمامی نمونههای برداشته شده از یک محموله بتن (که همگی نماینده کل مخلوط هستند) در محدوده طراحی اسلامپ قرار دارند و به عنوان «اسلامپ حقیقی» (True Slump) شناخته میشوند. اسلامپ حقیقی نشاندهنده کارایی مناسب و بهینه مخلوط بتن است.
۴.۲ مقاومت فشاری بتن
نتایج مختلف بهدستآمده از بتن پس از ۲۴ ساعت از زمان گیرش، مطابق جدول زیر به صورت جداگانه مورد تحلیل قرار میگیرند.
جدول ۴.۲: مقاومت فشاری بتن (N/mm۲)
| مدت زمان / سن بتن | نمونه A | نمونه B | نمونه C |
|---|---|---|---|
| ۲۴ ساعت (عملآوری تسریعشده) | ۸.۸۴ | ۹.۳۳ | ۷.۵۶ |
| ۷ روز | ۶.۸۹ | ۷.۱۶ | ۷.۳۳ |
| ۱۴ روز | ۷.۳۷ | ۷.۶۰ | ۸.۲۲ |
| ۲۱ روز | ۹.۱۱ | ۹.۵۱ | ۹.۸۴ |
| ۲۸ روز | ۱۰.۳۴ | ۱۰.۷۵ | ۱۱.۰۰ |
بر اساس جدول ۴.۲ و نمودار ۴.۱، مقادیر مختلف مقاومت فشاری دارای یک رشد ثابت و فزاینده از ۷ روز تا ۲۸ روز هستند. مشاهده شد که مقاومت بتن ۲۴ ساعته در حالت تسریعشده، با مقاومت عملآوری معمولی ۲۸ روزه به میزان قابلتوجهی تفاوت دارد. بنابراین، نیاز است تا همبستگی مشخصی ایجاد شود که از طریق آن بتوان مقاومت ۲۴ ساعته را به مقاومت ۲۸ روزه مرتبط ساخت؛ بهگونهای که با قرار دادن بتن در حمام آب گرم به مدت ۲۴ ساعت، مقاومت ۲۸ روزه آن قابل استنتاج باشد.
میانگین مقاومت فشاری برای مقادیر زیر عبارت است از:
۲۸ روزه: Fcu = (۱۰.۳۴ + ۱۰.۷۵ + ۱۱.۰۰) / ۳ = 10.۶۹۷ N/mm۲ (رابطه ۱)
۲۴ ساعته (عملآوری تسریعشده): Fcu = (۸.۸۴ + ۹.۳۳ + ۷.۵۶) / ۳ = 8.۵۷۷ N/mm۲ (رابطه ۲)
که در آن:
R۲۸ = مقاومت فشاری ۲۸ روزه بتن عملآوری شده در شرایط معمولی
Ra = مقاومت فشاری ۲۴ ساعته بتن عملآوری شده با استفاده از آب گرم
از نمودار ۴.۱ مشخص است که بتن بخش بزرگی از مقاومت ۲۸ روزه خود را بهدست آورده است. درصد تفاوت بین میانگین مقاومت نمونههای عملآوری شده در شرایط تسریعشده و نمونههای عملآوری شده در شرایط معمولی با معادله زیر با هم مرتبط میشوند:
۵. نتیجهگیری و پیشنهادات
۵.۱ نتیجهگیری
این پژوهش موارد زیر را به اثبات رسانده است:
- برای بتن با نسبت اختلاط ۱:۲:۴ که در شرایط تسریعشده (با استفاده از آب گرم ۳۵ درجه سانتیگراد) عملآوری شده است، مقاومت یکروزه از طریق معادله (۳) با مقاومت ۲۸ روزه در ارتباط است.
- بتن حداقل به ۲۸ روز زمان پس از قالبگیری نیاز دارد تا به حداقل مقاومتی دست یابد که بتوان از آن برای سنجش مناسب بودن بتن در یک پروژه خاص استفاده کرد. به عبارت دیگر، مقاومت ۱ تا ۷ روزه یک مخلوط بتن که در شرایط معمولی عملآوری شده، برای پیشبینی مقاومت ۲۸ روزه مناسب نیست.
- احتمال کاهش مقاومت فشاری به دلیل تنشهای حرارتی ناشی از دمای بالا وجود دارد؛ این دما باعث میشود آب موجود در منافذ بتن فشار اعمال کند.
- افزایش مقاومت بتن مستقیماً با فرآیند هیدراتاسیون متناسب است؛ از آنجایی که بخش بزرگی از مقاومت ۲۸ روزه در دمای بالا و طی عملآوری تسریعشده حاصل شده، نتیجه میشود که هیدراتاسیون در دمای بالا سریعتر رخ میدهد.
۵.۲ پیشنهادات
با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش، پیشنهادات زیر ارائه میشود:
- آزمایشها باید با کمترین میزان خطا انجام شوند؛ انحراف در نتایج آزمایش نباید از ۰.۰۵ مقدار استاندارد فراتر رود. در انجام آزمایشها باید دقت لازم به عمل آید و از سلامت دستگاهها اطمینان حاصل شود.
- روشهای آزمایش مرتبط با عملآوری تسریعشده باید برای اقدامات کنترل کیفیت سریع در محل پروژه (In-situ) به کار گرفته شوند، زیرا این روشها قادرند اطلاعاتی از ویژگیهای مخلوط بتن ارائه دهند و در صورت مشکوک بودن کیفیت، به بهبود آن کمک کنند.
- به منظور به حداقل رساندن اثرات کاهش مقاومت فشاری ناشی از دمای بالا و فشار منافذ، لازم است پیش از شروع فرآیند عملآوری، یک دوره تأخیر در نظر گرفته شود تا بتن به حداقل مقاومت کششی معینی دست یابد. بر اساس نتایج رضایتبخش بهدستآمده، این دوره تأخیر باید معادل با زمان گیرش اولیه بتن در نظر گرفته شود.
- اگرچه روشهای آزمایش متعددی در این زمینه وجود دارد، اما روشهایی که شامل دماهای بهینه بین ۳۵ تا ۸۲ درجه سانتیگراد هستند، قابلاعتمادتر میباشند؛ زیرا در دماهای بالاتر از این محدوده، افت مقاومت بتن در سنین بالاتر به میزان قابلتوجهی بیشتر مشاهده شده است.
- با توجه به نیاز به حفظ دمای دقیق ۳۵ درجه سانتیگراد در یک دوره ۲۴ ساعته، اکیداً توصیه میشود که از نتایج عملآوری تسریعشده برای تعیین مقاومت فشاری ۲۸ روزه تنها در صورتی استفاده شود که دقت معقولی در طول فرآیند آزمایش تضمین شده باشد.
با تکیه بر بزرگترین ناوگان منطقه، اجازه نمیدهیم حتی یک ثانیه پمپ پروژه شما خشک بماند. همین حالا برای رزرو نوبت و استعلام قیمت اقدام کنید.
بدون دیدگاه