بتن ریزی در هوای گرم براساس نشریه 327 ( دستورالعمل ساخت بتن در کارگاه )

نشریه 327- دستور ساخت بتن در کارگاه ها

فصل چهاردهم- بتن ريزي در هواي گرم

هوايگرم سبب مشكلات در توليد، جايدهي و عمل‌آوري بتن شده و اثر نامطلوب در خواص و بهره‌برداري  بتن دارد. هواي گرم عبارت است از تركيبي از هر چهار عامل، دماي زياد هوا، رطوبت نسبي كم، سرعتباد و دماي بتن كه در كيفيت بتن تازه يا سخت شده اثر مي‌گذارد و سبب بروز خواص نامطلوبدر بتن مي‌شود.

به طوركلي اگر دماي بتن  بيشتر از C­º32  باشد، هواي گرم محسوب مي‌گردد و بايد از تمهيداتارائه شده در اين فصل استفاده شود. در  شرايطهواي گرم،  لازم است از بتن‌ريزي خودداري گردد.در چنين مواردي بهتر است به جاي ساخت بتن و بتن‌ريزي در اواسط روز، در اوايل صبح و يا در شب هنگام، بتن‌ريزي انجام گردد.

هوايگرم آثار نامطلوب در بتن تازه و سخت شده دارد و چنانچه تمهيدات خاص اعمال نگردد، كيفيتمورد نظر بتن حاصل نمي‌شود. آثار نامطلوب هواي گرم در بتن تازه (خميري) به شرح زيراست :

1- افزايش سرعت افت اسلامپ كه متعاقب آن، تمايل به افزودن آب به مخلوط در كارگاهنيز افزايش مي‌يابد.

2- افزايش سرعت گيرش بتن و درنتيجه، مشكلاتي مثل انتقال، پرداخت و عمل‌آوري بتنپيش مي‌آيد و امكان به وجود آمدن درز سرد افزايش مي‌يابد.

3- احتمال ترك خوردگي پلاستيك افزايش مي‌يابد.

4- كنترل حباب هواي ايجاد شده (توسط مواد حباب زا) در بتن تازه مشكل مي‌گردد.

آثار نامطلوب هواي گرم در بتندرحالت سخت شده، شامل موارد زير است:

1- افزايش مقدار آب مخلوط بتن سبب كاهش مقاومت بتن مي‌گردد.

2- افزايش دماي بتن باعث كاهش مقاومت  درازمدت بتن مي‌شود. به طور كلي هواي گرم سبب افزايشمقاومت فشاري زود هنگام بتن مي‌گردد، اما مقاومت نهايي كمتر از مقاوم بودن بتن در شرايطمعمولي خواهد بود.

3- احتمال ترك خوردگي ناشي از جمع شدگي (از نوع خشك شدگي) افزايش مي‌يابد.

4- به دليل افزايش نسبت آب به سيمان (به دليل تمايل افزودنآب مخلوط) دوام بتن كاهش مي‌يابد.   

5- نفوذپذيري بتن به دليل رشد سريع بلورهاي حاصل افزايش مي‌يابد.

6- كاهش پيوستگي بين بتن و ميلگرد به وجود مي‌آيد.

7- احتمال خوردگي ميلگردهاي بتن در شرايط خورنده (به ويژه سواحل جنوبي كشور) افزايش  مي‌يابد.

8- نماي بتن دچار تغيير رنگ شده و ظاهر آن به دلايل مختلف از جمله ايجاد درز سرد،نامطلوب مي‌گردد.  

عوامل مؤثر در تشديد خسارات ناشي از هواي گرم:

- استفاده از  سيمان‌هاي زودگير يا با سرعت هيدراسيون زياد

- استفاده از مواد افزودني شيمياييزودگيركننده و يا مواد افزودني معدني كه در افزايش سرعت هيدراسيون موثر است (نظير دودهسيليسي)

- به كارگيري نسبت‌هاي آب به سيمانكم  و بتن‌هاي پر مقاومت با عيار سيمان زياد

- ساخت قطعات بتن مسلح نازك و پرميلگرد

- استفاده از سيمان‌ها و يا موادافزودني انبساط زا

بنابراينمشاهده مي‌شود كه كار اجرايي با بتن‌هاي با دوام كه در آنها نسبت آب به سيمان تا حد   4/0 پايين مي‌آيد، و طبيعتاً عيار سيمان افزايشپيدا مي‌كند و در مناطق جنوبي كشور تبعاتي را به بار مي‌آورد كه نياز به رعايت شرايطبتن ريزي در هواي گرم را دو چندان مي‌كند. براي كاهش  عيار سيمان در اين شرايط نياز به استفاده از موادروان كننده به خوبي احساس مي‌شود.  

جمع شدگي خميري

يكياز مهمترين آثار نامطلوب هواي گرم، احتمال ترك خوردگي ناشي از جمع شدگي خميري است.اين نوع ترك‌ها به علت تبخير سريع آب بتن رخ مي‌دهد. به عبارت ديگر، چنانچه مقدار تبخيربيشتر از مقدار آب‌آوري باشد، سبب ترك خوردگي مي‌شود. چهار عامل: دماي هوا، رطوبت محيط،سرعت باد و دماي بتن، در مقدار تبخير آب از سطح بتن اثر دارند. چنانچه مقدار تبخيرآب از سطح بتن بيشتر از kg/m²1 در ساعت باشد، احتمال ترك خوردگي بسيار زياد مي‌‌باشد، لازم استتمهيدات اين فصل دقيقاً  اجرا گردد. اما بههر حال وقتي مقدار تبخير از حد kg/m²5/0 درساعت بيشتر مي‌شود، توصيه مي‌شود تمهيدات ارائه شده در اينفصل به كار گرفته شود.  

برايتخمين مقدار تبخير مي‌توان از نمودار شكل 1، استفاده كرد. همان طور كه از شكل مشاهدهمي‌شود نياز به دانستن رطوبت نسبي محيط، دماي هوا، سرعت باد و دماي بتن است. با استفادهاز رطوبت سنج ساده و دماسنج مي‌توان رطوبت و دماي محيط و هم چنين دماي بتن را انداز‌ه‌گيريكرد. براي تعيين سرعت وزش باد مي‌توان از بروز پديده‌هاي ساده‌اي همچون حركت برگها،شاخه‌ها و درختان و ساير پديده‌هايي كه دراطراف مشاهده مي‌شود كمك گرفت و سرعت بادرا تخمين زد. براي تقسيم‌بندي بر اساس مشاهدات ظاهري محيط مي‌توان موارد زير را ذكركرد :

سرعتباد تا km/h10 (كيلومتر در ساعت) باعث حركت برگها مي‌شود.

سرعتباد تا km/h20 (كيلومتر در ساعت) درختان كوچك را حركت مي‌دهد.

سرعتباد تا km/h30 (كيلومتر در ساعت) سبب حركت شاخه‌هاي بزرگ مي‌شود.

برايچگونگي استفاده از نمودار شكل 1، به مثال زير مراجعه شود :

 فرض مي‌گردد كه دماي محيط C­º35 باشد، يكخط عمودي ترسيم مي‌گردد تا رطوبت نسبي محيط را كه 50 درصد است ، قطع كند. سپس يك خطافقي ترسيم مي‌شود تا دماي بتن  را كه در اينمثال،   C­º30 است قطع كند. فرض مي‌گردد كه سرعت باد km/h 15 باشد، بنابراين يك خط عمودي كشيده مي‌شود تا اين مقدار سرعت باد را قطعكند. در آخرين مرحله از نقطه نهايي يك خط افقي كشيده مي‌شود تا مقدار شدت تبخير درمحور عمودي مشخص گردد. در اين مثال، مقدار شدت تبخير نزديك به kg/m²/h1،  است، بنابراين بايد حتماً از تمهيدات اين فصل برايكاهش مقدار تبخير استفاده گردد. در غير اين صورت احتمال ترك خوردگي سطح بتن ، زيادخواهد بود.

همانگونه كه مشاهده شد،  تبخير از سطح بتن و دمايبتن در بتن ريزي حايز اهميت  است. لذا كاهشدماي بتن در هنگام بتن‌ريزي تا مرحله گيرش و كاهش شدت تبخير مي‌تواند از ايجاد خساراتمختلف كه در فوق ذكر شد، جلوگيري نمايد.

مصالح مصرفي

تمهيداتيبه شرح زير در هواي گرم در مورد مصالح مصرفي بايد به كار گرفته شود :

1) بايد از گرم شدن سنگدانه‌ها جلوگيري گردد. بنابراين با انباشتن سنگدانه‌ها   در زير سايبان يا پوشاندن آنها با برزنتدر برابر تابش مستقيم آفتاب، از گرم شدن سنگدانه جلوگيري شود. به هر حال در صورتي كهسطح توده سنگدانه‌ گرم شده باشد، مي‌توان با كنار زدن لايه سطحي سنگدانه‌ها از قسمت‌هايزيرين استفاده نمود.

2) آب اختلاط بايد در مخزن‌هايي واقع در زيرزمين نگهداري شود، اگر امكانات، اجازهاستفاده از منابع زيرزميني را نمي‌دهد، بايد منابع با رنگ سفيد در مقابل نور خورشيدمحفاظت شوند. براي كاهش دماي آب در منابع زميني و يا هوايي، توصيه مي‌شود از عايق بندياستفاده گردد.

3) نبايد از سيمان داغ استفاده شود، زيرا سيمان داغ درهنگام ساخت مخلوط سبب گيرشسريع و كلوخه شدن مي‌گردد. توصيه مي‌شود دماي سيمان به 60 درجه محدود گردد. به كارگيريرنگ روشن و منعكس كننده نور خورشيد براي سيلوها توصيه مي‌شود. استفاده از سيلوهاي فلزيدو جدار و يا عايق بندي سيلوها راه حل مناسبي براي پيشگيري از داغ شدن سيمانها مي باشد.نگهداري پاكتهاي سيمان در انبارهاي سرپوشيده نيز توصيه مي‌شود.

4) چنانچه از فوق روان كننده استفاده مي‌‌شود، توصيه مي‌گردد اين ماده  خاصيت زودگير كننده نداشته باشد.

5) توصيه مي‌شود از مصرف سيمانبا خاصيت زودگيري خودداري شود. براي مثال، سيمان‌هاي  بسيار ريز (با سطح ويژه زياد) خاصيت زودگيري دارند.

ساخت بتن

در ساختبتن بايد تمهيدات خاص به كار گرفته شود، تا دماي بتن كاهش يابد. موارد زير به ساختبتن با دماي كم كمك مي‌كنند :

1) در هواي گرم و خشك و يا نيمهمرطوب، آب پاشي متناوب بر روي توده سنگدانه‌ها مؤثر است، زيرا تبخير آب از سطح  ذرات به خنك شدن سنگدانه‌ها كمك مي‌كند. به طور مسلماستفاده از آب خنك اثر بيشتري دارد. اما در هنگام استفاده از اين سنگدانه‌ها بايد دقتلازم را اعمال نمود چون تغييرات رطوبت سنگدانه‌ها درمقدار آب مخلوط اثر مهمي دارد وبايد رطوبت سنگدانه‌ها در طرح مخلوط در نظر گرفته شود. مسلماً در شرايطي كه هوا مرطوبباشد، آب پاشي بر روي سنگدانه منجر به تبخير زود هنگام و كاهش دماي سنگدانه نمي‌گرددو كنترل نسبت آب به سيمان بتن را دچار مشكلات جدي مي‌كند. همچنين دستيابي به دماي موردنظر بتن را با استفاده از آب خنك و يا يخ به دليل كم شدن آب مصرفي دشوارتر مي‌سازد.قرار دادن سنگدانه‌هاي مرطوب در مسير وزش باد براي افزايش تبخير وكاهش دماي آن بويژهبر روي تسمه نقاله در مناطق خشك يا نيمه خشك كاملاً مؤثر است. ريختن آب خنك يا دميدنهواي خنك بر سطح سنگدانه‌ها بويژه بر روي تسمه نقاله مي‌تواند در كاهش دماي سنگدانهموثر باشد.

2) آسانترين روش كاهش دماي بتن، استفاده از آب سرد در ساختبتن مي‌باشد. از طرف ديگر، دماي ويژه آب 5/4 تا 5 برابر سيمان و سنگدانه است. برايمثال، در هنگام ساخت مخلوط بتن با 336 كيلو سيمان، 1850 كيلو مصالح سنگي و 170 كيلوآب در متر مكعب، با تغيير دادن  2  درجه سيلسيوس در دماي آب، سبب تغيير دماي بتن بهمقدار 5/0  درجه سيلسيوس مي‌شود.

به طوركلي، براي كاهش دماي بتن به مقدار C º1 ، بايد از دماي مصالح سنگي در حدود   Cº 2 و  آب درحدود  Cº 4  كاستهشود.

3) استفاده از يخ به عنوان  جايگزين قسمتياز آب اختلاط (يا تمام آب اختلاط) دركاهش دماي بتن بسيار موثر است، زيرا وقتي يخ  صفر درجه تبديل به آب مي‌شود، نياز آن به انرژي حرارتي80 برابر حرارت مورد نياز براي تغيير دماي آب به ميزان C­º 1  مي‌باشد. به عبارت ديگر، در هنگامذوب شدن يخ، مقدار دمايي كه جذب يخ مي‌شود بسيار قابل توجه است. براي مثال، اگرنصفآب مخلوط با يخ صفر  درجه جايگزين گردد، دمايبتن در هنگام ذوب شدن يخ به مقدار C­º11 كاهش مي‌يابد و از طرف ديگر، به كمك آب صفر درجه از دماي بتن درحدود C­º4  كاسته مي‌شود. بنابراينمجموع كاهش دماي بتن به طور تقريبي  C­º 15  مي‌باشد. گاه در زماني كه تقاضايمصرف سيمان بيش از توليد آن مي‌باشد سيمان‌هاي داغ به خريدار تحويل مي‌گردد به نحويكه پس از حمل سيمان در هنگام تخليه درسيلو، بدنه بونكر آنقدر داغ است كه دست را مي‌سوزاند.تقارن اين ايام با فصول گرم سبب مي‌شود كه ساخت بتن با دماي مطلوب با مشكل بيشتري همراهگردد. لازم است از مصرف سيمان داغ تحويلي خودداري شود و با نگهداري سيمان در سيلو وافت دماي آن، ساخت بتن تداوم يابد.

تخمين دماي بتن

برايتخمين دماي بتن مي‌توان از رابطه ارائه شده در فصل  بتن ريزي در هواي سرد  استفاده نمود. همچنين رابطه ارائه شده در زير برايهر دو منظور، يعني  بتن‌ريزي در هواي گرم  و  بتن‌ريزيدر هواي سرد كاربرد دارد.

در اينرابطه W_t, W_s,W_g, W_m, S, G, C  به ترتيب، وزن سيمان، شن خشك، ماسه خشك، آب مصرفي،آب موجود در شن، آب موجود درماسه، و آب كل بتن بر حسب كيلوگرم است. همچنين  tw, ts, tg,و t_mبه تريتب، دماي بتن مخلوط شده، دماي سيمان، دماي شن، دماي ماسه ودماي آب مصرفي است. عدد 22/0 مقدار ظرفيت گرمايي سيمان و سنگدانه‌ها بر حسب Kcal/kg  است و ظرفيت گرمايي آب معادل Kcal/kg 1 منظور شده است.

آب كلبتن برابر مجموع آب مصرفي و آب موجود در شن وماسه مصرفي است.

Wt = Wm + Wg + Ws

در صورتاستفاده از يخ در مخلوط، به جاي عبارت Wm.tw  مجموع عبارت‌
 (80-t_i5/0)W_i+(W_m-W_i)t_w جايگزين مي‌گردد، كه در آنW_I وزن يخ بر حسب kg و t_i  دماي يخ مي‌باشد.

دراينبخش، چند مثال ارائه شده است كه روشهاي به كار بردن رابطه‌ها را نشان مي‌دهند :

مثال1- براي ساخت يك متر مكعب بتن،400 كيلو سيمان، 800 كيلو شن خشك، 1000 كيلو ماسه خشك و 220 كيلو آب كل كار مي‌رود.دماي سيمان Cº 35 ، دماي شن C º 40، دماي ماسه C º 30  و دماي آب C º 25  مي‌باشد.درصد رطوبت كارگاهي شن 6/0 درصد و براي ماسه 5/4 درصد به دست آمده است. مطلوب است دمايتعادل بتن مخلوط شده؟

                                                                              آب موجوددر شن = W_G

                                                                                     آبموجود در ماسه = W_S

kg 170 = 50-220 = W_m = آب مصرفی

     kg50 = آب موجود در سنگدانه‌ها

مثال2 : اگر بخواهيم دماي تعادل بتنمخلوط شده به ^oC 28 برسد، آب بايد تا چه حدخنك گردد.؟

قابل ذكر است كه رساندن آب ^oC 25  به ^oC 5/8  با مقدار زيادي يخ انجام مي‌شود.

Tw = 5/8 ^oC

 مثال 3- اگر بخواهيم با آب ^oC 25 و يخ ^oC 4- به دماي مخلوط ^oC 28 دست يابيم، چند كيلو  يخ لازم است ؟

   ‌kg5/26  Wi= 

مصرف مقدار كمي از يخ، ^oC 4  دماي بتن را كاهش داده است

مثال4 – اگر بخواهيم بدون خنك كردن آب يا مصرف يخ به دماي ^oC 28  برسيم، دماي شن بايد به چند درجه سانتيگراد كاهشيابد.؟

tc = 24.5 ^oC

حمل و نقل (انتقال) بتن

در هنگامحمل و نقل بتن بايد موارد زير رعايت شود :

1) در هواي گرم، حمل و انتقال بتنبايد سريعاً انجام پذيرد، زيرا تأخير باعث كاهش اسلامپ و افزايش دماي بتن مي‌گردد.

2) در هوايمعمولي حداكثر زمان تخليه براي كاميون حمل مخلوط (تراك ميكسر) 5/1 ساعت يا حداكثر تعدادچرخش ديگ آن 300 دور مي‌باشد. اما در هنگام حمل بتن در هواي گرم اين زمان بايد كاهشيابد و حداكثر 45 دقيقه تا 1 ساعت باشد. به هر حال چرخش زياد تراك ميكسر موجب تبادلزياد حرارتي با محيط خواهد شد و به هيچ وجه توصيه نمي‌شود.

3) تمامابزار و وسايل حمل بتن، مانند فرغون، قالبها و حتي ميلگردها بايد خنك شوند.

كنترل دماي بتن پس از بتن‌ريزي

كنترلدماي بتن پس از بتن‌ريزي از دو جنبه حايز اهميت است. همان طور كه در بخش جمع‌شدگي خميريذكر گرديد، كاهش دماي بتن در كاهش مقدار تبخير و جلوگيري از ترك‌خوردگي، بسيار نقشمهمي دارد.  از طرف ديگر، كنترل دماي بتن دركسب مقاومت مورد نظر اثر قابل توجه‌اي دارد. در مواردي كه بتن با نسبت كم آب به سيمان(كمتر از 45/0) مصرف مي‌شود و يا ازميكروسيليس در مخلوط استفاده مي‌شود، به كار بردنتمهيدات زير اهميت بيشتري دارد، زيرا اين نوع مخلوط‌ها مستعد ترك خوردگي بيشتري است.بنابراين تمهيدات زير بايد اعمال شود:  

1) روي سطح ميلگرد، قالبها و سطحزمين بايد آب پاشي شود(شکل 2) تا دماي سطوح كاهش يابد، اما نبايد بر روي سطوح مذكور،آب اضافي باقي بماند.  مسلماً در هواي مرطوببه جهت كاهش تبخير اين عمل اثر مثبت چنداني نخواهد داشت مگر براي آب‌پاشي از آب خنكاستفاده نماييم.  

2) در حدودنيم ساعت پس از پرداخت سطح بتن، بايد سطح بتن با پوشش نايلون پوشش داده شود. قرار دادنپوشش تا مدت 4 تا 5 ساعت ضروري است، اما بايد اطمينان حاصل گردد كه جريان هوا در زيرپوشش وجود دارد، در غير اين صورت دماي بتن افزايش مي‌يابد.

3) استفادهاز سايبان  در بالاي سطح بتن در كاهش دماي بتنبسيار مؤثر است. زيرا از تابش مستقيم آفتاب بر سطح بتن جلوگيري مي‌كند.

4) با ايجادبادشكن به كمك چتايي يا حصير مي‌توان سرعت باد را كاهش داد.  در هواي گرم و خشك چنانچه اين بادشكن مرطوب گردد،دماي محيط را كاهش و  رطوبت نسبي را افزايشمي‌دهد، بنابراين پارامترهاي مهم تبخير شامل دماي هوا، رطوبت نسبي و سرعت باد همزمانموجب كاهش تبخير شده، ضمن آنكه دماي بتن موجودافزايش نمي‌يابد.

5) بلافاصلهپس از سخت شدن بايد عمل‌آوري آغاز گردد. در صورت امكان نبايد از روشهاي عمل‌آوري عايقياستفاده شود (بويژه در مناطق خشك)، بلكه بايد با استفاده از آب، عمل‌آوري را انجامداد. استفاده از گوني خيس نيز روشي مناسب براي عمل‌آوري محسوب مي‌شود، اما گوني بهطور مداوم بايد خيس شود.

6) قالب‌ها(بويژه قالب چوبي) به صورت عايق عمل مي‌كنند و باعث عمل‌آوري بتن مي‌شوند.  در هوايگرم توصيه مي‌شود، قالب‌ها سريع باز شوند و  عمل‌آوري با آب انجام گيرد.  در صورتي كه  امكان باز كردن كامل قالب‌ها وجود نداشته باشد، مي‌توان آن را شل كرد و آب را به سطح بتن رساند. همچنيندر صورت استفاده از قالب چوبي، مي‌توان با آب پاشي بر روي قالب‌ها از تبخير آب بتنجلوگيري نمود.

7) در صورتيكه، بر سطح بتن پس از عمليات پرداخت، ترك بروز كند كه ناشي از جمع‌شدگي خميري ‌باشد،مي‌توان با تراكم مجدد سطح بتن، ترك‌ها را حذف كرد. اجراي عمليات تراكم پس ازمشاهده تركها نه تنها باعث حذف تركها مي‌شود، بلكه سبب افزايش مقاومت سايشي لايهسطحي بتن مي‌گردد. عمليات تراكم بايد قبل از گيرش بتن انجام شود. در غير اين صورت،ساختار بتن تغيير مي‌كند و كيفيت آن كاهش مي‌يابد.