بتن
بتن ماده ای تشکیل شده از شن (سنگ دانه های درشت دانه از ۰٫۵تا ۲٫۵ سانتیمتر است)، ماسه (سنگ دانه های کوچک تر از ۲٫۵ سانتیمتر است)، سیمان که در بتن نقش اتصال سنگ دانه ها را دارد و در ارتباط مستقیم با مقاومت بتن است و آب در بتن نقش روان کردن بتن برای کارایی بهتر و انجام عملیات هیدراتاسیون را داراست.
در اثر واکنش شیمیایی سیمان و آب روند سخت شدن ادامه یافته و در نتیجه دانه ها (ماسه و شن) را بصورت تودﮤ سنگ مانندی به یکدیگر می چسباند.
دانه ها به دو گروه ریزدانه که تا ¼ اینچ (۶میلیمتر) و درشت دانه که روی الک شماره ۱۶ (۱٫۱۸ میلیمتر) تقسیم می شوند.
برای داشتن اندازه مناسب و نسبت اختلاط شن و سیمان محاسباتی خاص انجام می شود و این نسبت را به عنوان طرح اختلاط می نامند. برای محاسبه مقدارمناسب آب به سیمان w/c تعریف می شود که عموماً بهترین مقدار آن ۰٫۵ است. ۰٫۲۵ مقدار آب به سیمان صرف روان کنندگی بتن و ۰٫۲۵ دیگر آن صرف انجام عمل هیدراتاسیون می شود هرچه مقدار آب به سیمان کمتر شود کمتر شود بتن قویتری خواهیم داشت . اما با کاهش آب از مقدار روانی و کارائی بتن هم کاسته خواهد شد . برای حل مشکل از روان کننده ها استفاده می شود و همچنین بهترین حالت افزایش مقاومت بتن را با افزودن میکروسیلیس یا مکمل بتن خواهیم داشت.
خمیر سیمان عموما حدود ۲۵ تا ۴۰% کل حجم بتن را تشکیل می دهد که حجم مطلق سیمان بین ۷ تا ۱۵% و حجم آب از ۱۴ تا ۲۱% است. مقدار هوای در بتن تا حدود ۸% حجم بتن را تشکیل می دهد این اندازه به درشت ترین دانه بستگی دارد.
برای مصالح و شرایط عمل آوردن (Curing) معین، کیفیت بتن سخت شده به مقدار آب در مقابل با مقدار سیمان بستگی دارد.
تعریف هوای گرم :
هوای گرم با ترکیبی از دمای زیاد هوا ، رطوبت نسبی کم ، دمای بالای بتن و سرعت وزش باد حاصل می گردد . وجود دمای زیاد بتن و عواملی که باعث تبخیر شدید آب از سطح آن می شود می تواند خسارت بار باشد . حتی می توان گفت دمای زیاد بتن به تنهایی نیز می تواند به بروز این شرایط کمک زیادی نماید .
معمولا” وقتی دمای بتن از ۰c 32 در هنگام بتن ریزی و یا تا زمان گیرش تجاوز نماید شرایط هوای گرم حاصل می شود .
بروز شرایط ایجاد تبخیر با شدتی بیش از kg/m2 1 در هر ساعت از سطح بتن قطعا” مشکل زا
می باشد . حتی توصیه می گردد شدت تبخیر از سطح بتن کمتر از kg/m2 5/0 در هر ساعت باشد تا خسارت هائی به بتن وارد نشود و کار بتن ریزی بهتر انجام گردد .
• اثر خسارت بار شرایط هوای گرم :
این اثرات را می توان به دو بخش بتن تازه و سخت شده تقسیم نمود . مسلما” برای داشتن بتن سخت شده مناسب باید از مرحله بتن تازه به سلامت عبور کنیم لذا از این نظر کیفیت بتن تازه از اهمیت زیادی برخوردار می باشد .
اثرات نا مطلوب هوای گرم بر بتن تازه خمیری عبارتست از :
الف ) افزایش آب مورد نیاز در طرح مخلوط
ب ) افزایش آهنگ افت اسلامپ و تمایل دست اندرکاران به افزودن آب به بتن در کارگاه بدلیل افزایش تبخیر و افزایش سرعت آبگیری سیمان و از دست دادن خواص خمیری در زمان کوتاه تر
ج ) افزایش زمان آهنگ سفت شدن بتن و کاهش زمان گیرش به نحوی که بر عملیات ریختن ، تراکم ، پرداخت سطح و نگهداری و عمل آوری بتن اثر منفی می گذارد و امکان ایجاد درز سرد را افزایش می دهد . این امر پیوستگی را در بتن ریزی مختل می کند که نیاز به آن جزو اصول بتن ریزی صحیح است .
د ) افزایش امکان ترک خوردگی خمیری بتن تازه بدلیل تبخیر زیاد و جمع شدگی بیش از حد در اثر تبخیر
هـ ) افزایش بروز مشکل در کنترل مقدار حباب هوای بتن حبابدار در بتن تازه به نحوی که عملا” حباب های هوا بزرگ شده و با می ترکند و تأثیر ثبت آنها در بتن سخت شده از بین می رود .
• اثرات نامطلوب شرایط هوای گرم بر بتن سخت شده عبارتند از :
الف ) کاهش مقاومت بتن بدلیل مصرف بیشتر آب در میان مدت و دراز مدت
ب ) کاهش مقاومت بتن بدلیل دمای بالای آن در هنگام بتن ریزی و پس از آن در میان مدت و دراز مدت علیرغم افزایش مقاومت زود هنگام بتن ( بویژه در روزهای اول – ۱ تا ۷ روز )
ج ) افزایش تمایل به جمع شدگی ناشی از خشک شدن و ایجاد ترکهای حرارتی
د ) کاهش دوام بتن در برابر شرایط محیطی نامناسب در حین بهره برداری مانند یخ زدن و
آب شدگی مکرر ، سایش و فرسایش تری و خشکی مکرر بتن ، حمله سولفاتها و حمله یون کلر محیط بدلیل افزایش نفوذپذیری بتن در اثر ایجاد کریستالهای درشت و کاهش مقاومت الکتریکی بتن که نقش مهمی در افزایش نفوذپذیری در برابر یون کلر و سایر عوامل مزاحم شیمیائی دارد . هم چنین کاهش دوام به دلیل ترک خوردگی
هـ ) ایجاد خوردگی سریعتر میلگردها بدلیل افزایش نفوذپذیری بتن و یا ایجاد درزهای سرد
و ) کاهش یکنواختی سطح بتن و نا زیبائی سطح بتن نمایان بویژه در مجاورت قالب ، تغییر رنگ بتن بدلیل تفاوت در آهنگ آبگیری ، منظره بدلیل درز سرد .
• عوامل تشدید کننده خسارات در هوای گرم :
برخی عوامل می توانند در هوای گرم خسارتها را تشدید نمایند . هرچند این عوامل مستقیما” در ایجاد شرایط هوای گرم بی تأثیر است اما در این شرایط می تواند باعث بحرانی تر شدن اثرات زیانبار گردد . این عوامل عبارتند از :
الف ) مصرف سیمانهائی با ریزی زیاد که موجب افزایش سرعت آبگیری سیمان و ایجاد گرمازائی بیشتر در زمان کوتاه می گردد .
ب ) مصرف سیمانهای زودگیر ( مقاومت اولیه زیاد ) مانند نوع ۳ و حتی استفاده از سیمانهای
نوع ۱ بویژه با وجود افزودنیهای تسریع کننده ( زودگیر کننده ) که میتواند زمان گرایش را کوتاه نماید و سرعت آبگیری و گرمازائی را بیشتر کند .
ج ) مصرف بتن های پر سیمان در رابطه با بتن های پر مقاومت و با نسبت آب به سیمان کم که سرعت آبگیری را بیشتر می کند و زمان گرایش را کوتاه و گرمازائی و سرعت آنرا افزایش می دهد . بدیهی است اغلب در شرایط محیطی نا مناسب از نسبت آب به سیمان کم استفاده نمائیم لذا باید سعی شود بتن پر سیمان مصرف ننمائیم .
د ) استفاده از مقاطع بتنی نازک با درصد میلگرد زیاد .
هـ ) بکارگیری وسایل حمل با حجم زیاد که می تواند به ایجاد درز سرد و عدم پیوستگی
منجر شود .
و ) حرکت دادن بتن در مسیر افقی یا قائم بصورت طولانی مدت ویژه ای برای بتن های کم اسلامپ ( شوت ، شوت سقوطی یا ترمی )
ز ) استفاده از پمپاژ بتن در مسیرهای طولانی ، زیرا اصطکاک بتن با لوله باعث ایجاد گرما
می شود و در شرایط هوای گرم نیز این مسیر طولانی و گرمای لوله می تواند مشکل زا باشد .
ح ) استفاده از تسمه نقاله برای حمل بتن بدلیل ایجاد سطح هواخور خیلی زیاد و تبخیر شدید و تبادل گرمائی زیاد با محیط .
ط ) ضرورت انجام و تداوم کار در شرایط هوایی خیلی گرم بدلائل اقتصادی
ی ) استفاده از سیمانهای انبساطی و یا بدون جمع شدگی که می تواند مشکل زا باشد . در این رابطه برخی مواد انبساط زا یا برخی ملات ها یا بتن ها مانند گروت میتواند عامل ایجاد خسارت بیشتر باشد .
مسلما” باید گفت اگر شرایطی بر خلاف شرایط فوق ایجاد شود مسلما” در کاهش خسارات نقش خواهد داشت . اما بر ایجاد شرایط هوای گرم تأثیری ندارد .
• عوامل ایجاد کننده شرایط نامناسب محیطی و هوای گرم :
همانگونه که گفته شد مصرف اجزاء بتن با دمای زیاد می تواند بتن با دمای بالاتر از حد مجاز را بوجود آورد .
همچنین بروز شرایط خاصی در محیط اطراف بتن ریزی می تواند به تبخیر شدید منجر گردد که خسارت زا می باشد .
در زیر به هر کدام از این موارد می پردازیم و نحوه پیش بینی چنین شرایطی را مطرح می نمائیم :
الف )شدت تبخیر از واحد سطح :
میزان تبخیر از سطح بتن تابع عوامل مختلفی است که از جمله می توان به دمای هوا ، دمای بتن ، رطوبت نسبی هوا ، سرعت وزش باد ، تابش آفتاب و حتی رنگ بتن و فشار هوا ( ارتفاع از سطح دریا ) اشاره نمود . در چارت ( شکل ۱ ) فقط از چهار عامل اول بدلیل اهمیت و سهولت بکارگیری آنها بصورت کمی بهره برده شده است و میتوان شدت تبخیر از واحد سطح بتن را بدست آورد .
ب ) دمای تعادل بتن ساخته شده :
قبل از خسارت بتن میتوان دمای آنرا با محاسبه حدس زد . مسلما” در مراحل انتقال و ریختن بتن بعلت تبادل با محیط مجاور ، دمای بتن ممکن است تغییر نماید . بدین منظور باید برای ساخت بتن دمای کمتر از ۰c 30 را در نظر گرفت تا در یک حمل معقول و منطقی با زمان کمتر از
نیم ساعت ، دمای بتن از ۰c 32 تجاوز ننماید . مسلما” اگر وسیله حمل پمپ و لوله یا تسمه نقاله و یا تراک میکسر در حال چرخش
باشد باید دمای ساخت را بمراتب کمتر از ۰c 28 و تا حدود کمتر از در نظر گرفت . دمای تعادل ساخت بتن بلافاصله پس از اختلاط را می توان از رابطه زیر بدست آورد .
در رابطه tc ، tg ، ts ، tp ، tw به ترتیب دمای سیمان ، سنگدانه درشت ، سنگدانه ریز ، پوزولان و دمای آب مصرفی در اختلاط بتن می باشد . ( بر حسب درجه سیلیسوس )
هم چنین wwt ,wws,wwg,ww, wp , ws , wg , wc به ترتیب جرم سیمان ، شن ، ماسه ، پوزولان ، آب مصرفی در ساخت بتن ، آب موجود در شن ، آب موجود در ماسه و آب کل موجود در بتن می باشد ( بر حسب کیلوگرم ) بدیهی است آب کل بتن برابر با مجموع آب مصرفی در ساخت بتن و آب موجود در سنگدانه می باشد و یخ احتمالی مصرفی را نیز شامل می شود . اگر از یخ نیز برای کاهش دما استفاده شود در صورت کسر رابطه فوق جمله w i (0.5ti-80) اضافه خواهد شد .
لازم به ذکر است ضرائب ۰٫۲۲ در رابطه فوق ظرفیت گرمائی سیمان ، سنگدانه و پوزولان بر حسب kcal/kg می باشد و یکسان در نظر گرفته شده است در حالیکه واقعا” این ظرفیت های گرمائی در سیمانهای
مختلف و سنگدانه های موجود و پوزولانهای مصرفی یکسان و مساوی ۰٫۲۲ نمی باشد . بویژه در سنگدانه ها و پوزولانها ممکنست ابن ظرفیت گرمائی از ۰٫۱۹ تا ۰٫۲۴ تغییر نماید و حتی از این محدوده نیز بیرون باشد . ظرفیت گرمائی آب و رطوبت موجود در سنگدانه kcal/kg 1 فرض شده است . i w جرم یخ مصرفی ، i t دمای یخ مصرفی ، ۰٫۵ ظرفیت گرمائی یخ و ۸۰ برابر گرمای نهان ذوب یخ بر حسب kcal/kg می باشد .
مثال ۱ : طرح اختلاط زیر برای بتن سازی به میزان m3 1 داده شده است . با توجه به اطلاعات موجود دمای تعادل ساخت بتن را محاسبه کنید . سیمان ۴۰۰ کیلو ، شن خشک ۱۰۰۰ کیلو ،
آب کل ۲۲۰ کیلو ، دمای سیمان ۰c 35 ، دمای شن ۰c 40 و رطوبت آن ۶/۰ درصد ، دمای ماسه ۰c 30 و رطوبت آن ۵/۴ درصد ، دمای آب ۰c 25 می باشد .
مثال ۲ : اگر بخواهیم دمای بتن به ۲۸ برسد آب باید تا چند درجه خنک شود .
مثال ۳ : اگر بخواهیم با آب ۰c 25 و یخ ۰c 4- به این دما دست یابیم ، چند کیلو یخ لازم است ؟
مثال ۴ : اگر بدون خنک کردن آب یا مصرف یخ بخواهیم به این دما برسیم دمای شن باید به چند درجه سیلیوس برسد ؟
• اثرات هوای گرم بر خواص بتن :
همانطور که قبلا” اشاره شد هوای گرم بر روی بتن تازه سخت شده اثراتی را بر جای می گذارد که نامطلوب است . در این قسمت بطور مشروح به برخی از این اثرات و خواص بتن در هوای گرم اشاره می شود .
الف ) افزایش آب مورد نیاز در طرح مخلوط :
بسته به شرایط هوا و میزان تبخیر ممکنست تا ۲۵ کیلو ( لیتر ) آب اختلاط مورد نیاز افزایش یابد ( نسبت به حالت بدون تبخیر ) – تقریبا” هر افزایش ۵ درجه سانتی گراد به حدود ۳ لیتر آب نیاز دارد . وجود آب بیشتر ، جمع شدگی را افزایش می دهد و میل به ترک خوردگی بیشتر می شود .
ب ) آهنگ افت اسلامپ :
مسلما” در شرایط هوای گرم ، گرمای بدون تبخیر و یا با تبخیر می توان تأثیر مهمی بر افت اسلامپ و آهنگ آن داشته باشد . میتوان گفت تقریبا” به ازاء ۰c 40 افزایش دما ( ۱۰ تا ۰c 50 ) افت اسلامپ حدود ۸ سانت را شاهد خواهیم بود ( هر ۰c 10 حدود ۲ سانت ) . مسلما” آهنگ افت اسلامپ نیز در هوای گرم بسیار زیاد می شود تا حدی که مزاحم کار اجرائی خواهد شد و غالبا” برای مقابله با آن به افزایش آب متوسل می شوند که کار صحیحی نیست.
ج ) افزایش آهنگ سفت شدن بتن و کاهش زمان گیرش :
در یک هوای معتدل و مناسب ممکن است زمان گیرش اولیه بتن بسته به نوع سیمان و نسبت های اختلاط بین ؟ تا ۳ ساعت تغییر کند . با افزایش دما این زمان کاهش می یابد و ممکنست در دمای بتن بالاتر از ۰c 30 و دمای محیط بیش از ۰c 35 این زمان حتی به کمتر از نصف یا ثلث کاهش یابد . مسلما” این امر مشکلات اجرائی را افزایش می دهد . در حمل محدودیت زمانی بوجود
می آورد و در ریختن و تراکم باید سرعت قابل توجهی داشته باشیم تا قبل از گیرش لایه زیرین بتوانیم لایه روئی را ریخته و متراکم کنیم . پرداخت سطح مشکل می گردد و بتن زود سفت
می شود . در اکثر موارد در چنین شرایطی درز سرد ایجاد می گردد . درز سرد در آینده می تواند محل عبور آب و سایر مواد مزاحم شیمیائی باشد .
د ) ترک خوردگی خمیر بتن تازه :
این نوع ترک خوردگی معمولا” در محیط های گرم و خشک حاصل می گردد . بدیهی است اگر بتن در محیط گرم و مرطوب قرار گیرد بعلت تبخیر کم از سطح بتن ، جمع شدگی چندانی ایجاد نخواهد شد . در رطوبت های بیش از ۸۰ درصد عملا” مشکل ترک خوردگی بتن تازه را نخواهیم اشت . وقتی تبخیر از kg/m2/hr 1 تجاوز نماید ، وضعیت حاد و بحرانی است و عملا” باید بتن ریزی متوقف گردد و یا تمهیدات خاصی تدارک دیده شود . وقتی ترک خوردگی بیشتری اتفاق می افتد که تأخیر در گیرش و سفت شدن بتن ، مصرف سیمانهای دیرگیر ، مصرف بیش از حد کندگیر کننده ، خاکستر بادی بعنوان جایگزین سیمان و یا بتن خنک داشته باشیم . مصرف موادی که آب انداختن را کم می کند میتواند به خشکی سطح و ترک خوردگی منجر شود . از جمله این مواد
می توان از میکروسیلیس نام برد .
از بین بردن ترکهای خمیری مشکل است ولی می توان با ماله کشی مجدد توأم با فشار ترکها را تا حدودی از بین برد .
ـ ) اثرات نامطلوب بر مقاومت :
مسلما” بتنی که گرم ریخته و نگهداری شود در سنین اولیه مقاومت قابل توجهی کسب می کند اما بطور کلی در سن ۲۸ روز به بعد مقاومت کمتری نسبت به بتن ریخته شده با دمای کم
خواهد داشت . در شکل ۲ و ۳ میتوانید تأثیر دمای ریختن را بر مقاومت های اولیه و دراز مدت ببینید . بویژه اگر بتن حاوی مواد پوزولانی و کندگیر نباشند ، آسیب بیشتری می بینند . اگر ترک بتن را نیز در نظر بگیریم از نظر سازه ای آسیب جدی خواهد بود .
گاه دیده می شود که در روزهای گرم نسبت مقاومت ۲۸ روزه به ۷ روزه به مقادیری کمتر از ۳/۱ و حتی تا ۱/۱ می رسد . در شرایط خاص برخی آزمونه های ۲۸ روزه مقاومتی کمتر از آزمونه های ۷ روزه را نشان می دهند که بسیار تعجب برانگیز است . دلیل این امر استفاده از بتن گرم در
قالب های گرم و داغ می باشد که گاه در زیر تابش آفتاب نیز چند ساعتی نگهداری می شوند . با استفاده از سیمانهای ریز و زودگیر کننده ، سیمان زیاد یا w/c کم این مشکل بیشتر می گردد.
برای اختصار و با توجه به ذکر اثرات نامطلوب در ابتدای این نوشتار از بیان مشروح سایر اثرات خودداری می شود .
نحوه تولید بتن به زبان ساده:
اجزاء بتن
( Concrete Constituents )
اجزاء تشکیل دهنده بتن عبارتند از : سیمان، آب، دانه های سنگ و در مواردی مواد افزودنی. اکنون ذکر
مطالبی چند در مورد اجزاء تشکیل دهنده آن بی معنا نیست.
سیمان
مقدار سیمان و نوع سیمان مصرفی در بتن بستگی به کاربرد بتن دارد. طراحی بتن، تعیین و محاسبه نسبت اختلاط سیمان، آب، دانه های سنگ ( شن و ماسه ) برای موارد کاربرد مختلف، از جمله تخصص های بارز و پیچیده مهند سین راه و ساختمان می باشد.
مواد افزودنی
هر نوع موادی، جدا از آب، دانه های سنگ و سیمان ( منجمله سیمان های مخلوط دارای مواد افزاینده ) که به هر یک از اجزاء تشکیل دهنده بتن یا به مخلوط آنها اضافه می گردد، به نام مواد افزودنی موسوم است.
دلیل افزودن اینگونه مواد به سیمان یا بتن، ایجاد برخی خواص ویژه در بتن به منظور پاسخگویی به برخی نیازهای کاربردی بتن می باشد. از جمله عمده ترین این مواد افزودنی عبارتنداز، مواد سرعت زا ( تسریع کننده ) گیرش، کند کننده گیرش بتن، ترکیبات ضد یخ، مواد هوازا، مواد مولد گاز، مواد مقابله کننده با واکنش قلیایی ها با دانه های سنگ، مواد واتر پروف و مواد رنگی.
آب
نقش آب در بتن عبارتست از :
۱- آب با سیمان ترکیب شیمیایی می شود، در اثر این ترکیب خمیر سیمان حاصل می گردد. ذرات و دانه های خنثی شن و ماسه در این خمیر معلق می مانند تا اینکه خمیر سیمان سخت شود.
۲- همچنین آب به عنوان یک عامل روانساز در بین ذرات ریز و زبر دانه های سنگ قرار می گیرد تا بدین وسیله بتن خاصیت کارپذیری و بکار گرفتن را پیدا نماید و جای دادن آن ( بتن ریزی ) به سهولت انجام شود.
آب مصرفی در بتن می بایستی دارای شرایط زیر باشد:
– تمیز، روشن و قابل آشامیدن باشد، یا اینکه از منبع مطمئنی باشد.
– آری از مقادیر زیان آور موادی نظیر : روغنها، اسیدها، قلیاییها و یا سایر مواد آلوده کننده باشد.
به دلیل خاصیت حل کنندگی آب، آبهای طبیعی همگی نا خالص هستند. به هنگام استفاده از آب رودخانه که به همراه مقادیر زیادی اجسام جامد معلق است، این آب را می توان در استخرهای مخصوص و به کمک مواد صاف کننده تصفیه کرد.
منابع آب واقع در مناطق آب و هوایی خشک، حاوی مقادیر زیادتری املاح حل شده در آب می باشند. تا جایی که طعم آب در حد قابل توجهی شور مزه یا نمکی نباشد، می توان بدون انجام آزمایش آن را مورد استفاده قرار داد.
در صورت استفاده از آبهای صنعتی، به دلیل تغییرات شدید ترکیبات، بایستی اینگونه آبها را مرتباً آزمایش کرد.
یکی از بهترین محک های سنجش قابلیت کاربرد آب اینست که با آب مورد نظر و با آب مقطر قالبهای مکعبی بتنی تهیه شود و سپس ارقام حاصله از آزمایش تا به فشاری این دو با یکدگر مقایسه شوند.
هنگامی که به ناچار،آب دریا عمده ترین منبع آب موجود در دسترس جهت ساخت بتن است، تحت شرایط ویژه ای می توان از آن استفاده کرد. آزمایشات نشان می دهند که از مقایسه بتن های ساخته شده با آب دریا، با بتنهای ساخته شده با آب تازه، افت مقاومت فشاری بین ۱۰ تا ۳۰ درصد خواهد بود. اصولاً آب دریا تاثیر چندان مطلوبی در کیفیت یا مقاومت فشاری بتن نخواهد داشت.ولی استفاده از بتن ساخته شده با آب دریا در بتن مسلح یا بتن پیش تنیده توصیه نمی گردد. زیرا هم امکان زنگ زدگی آرماتور هست و هم اینکه اثر بدی روی شکل ظاهری بتن دارد. ارقام زیر اثر ترکیبات مختلف موجود در آب روی مقاومت فشاری را نشان می دهد:
درصد نمک محلول در آب ۰.۵ SO۴ ۱ SO۴ ۵ Nac۱ ۱ CO۲
درصد افت مقاومت فشار ۴ ۱۰ ۳۰ ۲۰
آب باران و آبهای طبیعی و کوهستانی ضمن طی مسیر خود مقداری CO۲موجود هوا را در خود حل می نماید. همچنین آب قادر به حل کردن حدود ۱ر۳ گرم در لیتر آهک است.
وجود این دو در کنار یکدیگر باعث تشکیل بی کربنات و سپس کربنات کلسیم می شود. از آنجایی که در حین هیدراته شدن سیمان ، هیدروکسید آهک آزاد می گردد، لذا امکان ترکیب CO۲ موجود در آب با آهک موجود در سیمان وجود دارد و در نتیجه ایجاد خلل و فرج و سوراخهای ریزی در بتن می شود که نهایتاًً باعث افت مقاومت فشاری آن می گردد.
املاح منیزیم موجود در آب، اغلب به صورت سولفات هستند. از جمله اثرات بارز وجود سولفاتها ایجاد انبساط حجمی و تورم در ملات یا بتن می باشد.
سنگ دانه های طبیعی
سنگ دانه هایی که در بتن به کار می روند مواد معدنی ای هستند که کم و بیش خنثی ( بدون میل ترکیبی )، و دان دان می باشند و معمولاً از گروه سنگ ها و یا شبه سنگ ها هستند.نمونه هایی از آنها ماسه، شن، سنگ شکسته و روباره خرد شده می باشند. مصرف سنگ دانه در بتن از دو جنبه حایز اهمیت است. یکی از نقطه نظر فنی و دیگری از جنبه اقتصادی، در هر دو جنبه مصرف کمتر سیمان مد نظر است.
سنگ دانه ها را می توان به طرق مختلف گروه بندی نمود: از نظر طبیعی و یا مصنوعی بودن، از نقطه نظر سنگ شناسی، از نقطه نظر وزن مخصوص، از نظر اینکه آیا طبیعتاً خرد می باشند یا مصنوعاً خرد شده اند، آیا خنثی هستند و یا دارای میل ترکیبی می باشند و بالاخره از نقطه نظر اندازه و ابعاد ذرات متشکله. دسته بندی از جنبه اندازه و ابعاد دارای بیشترین کاربرد می باشد و از این نقطه نظر سنگ دانه ها به دانه های ریز و دانه های درشت تقسیم می شوند. در کشورهای مختلف مرز بین ریز و درشت متفاوت است و در کشورهای نیم کره غربی الک نمره ۴ ( معادل ۷۵ر۴ میلیمتر یا سه شانزدهم اینچ ) مشخص کننده مزر بین این دو گروه سنگ دانه می باشد.
خواص سنگ دانه ها با انجام آزمایشات مناسب تعیین می گردد. اهمیت نمونه گیری صحیح همتراز انجام آزمایش صحیح و مناسب می باشد. نمونه گیری از سنگ دانه ممکن است در مقاطع مختلف تهیه و کاربرد آنها صورت گیرد. معمولاً دانه بندی سنگ دانه درشت دارای بیشترین تاثیر روی خواص عمومی سنگ دانه می باشد. به عنوان یک قائده، برآورد دقیق دانه بندی واقعی سنگ دانه از طریق تعدد نمونه گیری با مقادیر کم مثلاً با خاک انداز ( کمچه ) بهتر است، تا با نمونه گیری مقادیر زیاد بوسیله بیل و امثالهم. تعداد نمونه های مورد نیاز بستگی به نامشخص بودن و نوسان دانه بندی و تنوع خواص مورد آزمایش دارد. عملاً مقدار نمونه کارگاهی باید مقدار بیشتری باشد .در بتن فشرده فضای خالی بین سنگ دانه ها بوسیله ملات سیمان پر می شود و توسط این خمیر به یکدیگر می چسبند. بدینوسیله تار و پودی متشکل از ملات سخت شده سیمان و دانه های سنگ پدید می آید .سنگ دانه ها حدود سه چهارم حجم بتن را شامل می شوند و از نقطه نظر کیفی بیشترین تاثیر را روی کیفیت بتن دارند. کاربرد سنگ دانه در بتن به این خاطر است که به مقدار قابل توجهی نیاز به ملات سیمان در مخلوط بتن را کاهش می دهد و در نتیجه خزش و چروک شدن بتن را کم نموده و از جنبه اقتصادی بهای تمام شده را پایین می آورد.
گروه بندی سنگ دانه ها:
سنگ دانه ها به طرق مختلفه زیر گروه بندی می شوند. باید توجه داشت که برخی گروه بندی ها دارای وجه اشتراک می باشند.
ممکن است تفاوت در طبیعی بودن یا مصنوعی ( ساخته شده ) بودن سنگ دانه باشد. در حین تولید سنگ دانه طبیعی و انجام اعمالی نظیر خرد کردن، شستن، سرند کردن و امثالهم، اینگونه ذرات تغییر ماهیت نمی دهند. غالباً سنگ دانه های مصنوعی، محصول فرعی یا ضایعات برخی فرایندهای حرارتی روی مواد معدنی طبیعی می باشند . از جمله این نوع سنگ دانه ها می توان از روباره خرد شده نام برد.
غالباً، در ساخت بتن از شن و ماسه طبیعی به دلیل در دسترس بودن و اقتصادی بودنش استفاده می شود. معذالک باید توجه داشت که ذخایر شن و ماسه غالباً دارای نوسان شدید در کیفیت، خصوصاً از نقطه نظر دانه بندی می باشند. بنابر این برای بدست آوردن سنگ دانه های دارای کیفیت یکنواخت از ذخایر طبیعی، انجام کارهای شستشو، سرند کردن و دانه بندی آنها قبل از مصرف توصیه می گردد.
نوع دیگری از سنگ دانه های طبیعی که به مقیاس وسیعی مورد مصرف دارد، سنگ شکسته است که از خرد کردن سنگ های استخراج شده از معادن سنگ حاصل می شود. سنگ شکسته به دنبال انجام یک سری اعمال در معدن سنگ نظیر چال زدن، آتشکاری و سپس خرد کردن تخته سنگها در سنگ شکن تا ابعاد مورد نیاز، دانه بندی سنگهای خرد شده بوسیله دستگاه دانه بندی بدست می آید.
شاید معروفترین نوع سنگ دانه مصنوعی روباره خرد شده است. از اواخر قرن گذشته روباره خرد شده به عنوان سنگ دانه مصرفی در ساختن بتن مورد استفاده قرار گرفت. البته به دلیل خواص انبساطی و معیوب بودن برخی انواع روباره ها، از هر نوع روباره ای برای ساخت بتن نمی توان استفاده کرد. در ضمن ذوب کردن سنگ آهن در کوره ذوب آهن کف روی مذاب پس از سرد شدن به صورت سنگ نسبتاً یکپارچه و یا دانه های ریزی در می آید که بدان روباره می گویند.
گروه دیگر از سنگ دانه های ساخته شده یا مصنوعی شامل سنگ دانه های سبک می باشد. این سنگ دانه ها، بدلیل رشد مصرف بتن سبک محبوبیت خاصی پیدا کرده اند. از جمله این سنگ دانه های سبک می توان از روباره و ترکیبات منبسط شده نظیر پرلیت ها ، اسلیت ها، رس ها و شیل ها نام برد. نمونه ای از سنگ دانه های مصنوعی که از جمله ضایعات می باشند می توان خرده آجر و بتن خرد شده را ذکر کرد. بعنوان یک قاعده سنگ دانه های مصنوعی در مقایسه با سنگ دانه های طبیعی دارای کیفیت یکنواختی می باشند.
نوع دیگر گروه بندی سنگ دانه ها، از نقطه نظر سنگ شناسی ذرات متشکله آنها می باشد. بیشتر انواع مهم و عادی سنگ دانه های معدنی متشکل از مینرالهای سیلیس، فلداسپار، مینرالهای فرومنیزیم، مینرالهای میکا، کانی های رسی، زئولیتها، کانی های کربنات، کانی های سولفات، کانی های سولفیدآهن و کانی های اکسیدآهن می باشند در ASTM-C۲۹۴-۶۹ این کانی ها همراه با انواع سنگ ها شرح داده شده اند. سنگ دانه های ویژه، نظیر سنگ دانه های سنگین وزن ممکن است حاوی ترکیبات دیگری نیز باشند (ASTM-C۶۳۸-۷۳) .
با توجه به مبدا پیدایش سنگها، سه گروه اصلی وجود دارد: آذرین، رسوبی و دگرگونی.
سنگهای آذرین در اثر سرد شدن مواد مذاب خروجی از دهانه آتشفشان بوجود می آیند ( گرانیت، بازالت، دیابیس، گابرو، آندزیت، پومیس، و غیره ). سنگ های رسوبی شامل سنگهای آهکی که از رسوب کردن محلول کربنات کلسیم ( سنگ آهک ) حاصل می شود و یا با یکپارچه شدن اجزاء و قطعات سنگهای قدیمی که بوسیله آب، یخ ویا سنگینی جابجا شده اند و سپس ته نشین گردیده اند ( نظیر ماسه سنگ، شیل، کنگلومرا و غیره ) می باشند. سنگهای دگرگونی ممکن است از سنگهای آذرین یا رسوبی باشند که در اثر فشار یا حرارت یا هر دو دگرگون شده اند ( نظیر اسلیت، مرمر، کوارتزیت و غیره ) . معمولاً سنگهای آذرین متشکل از دانه های ریزی هستند که بخوبی درهم رفته اند و یکپارچه شده اند و حاوی درصد کمی فلداسپار می باشند و دارای بهترین خواص جهت ساخت بتن هستند. در میان سنگهای رسوبی، سنگ آهکهای قطور و سخت بهترین نوع هستند. سنگهای دگرگونی حاصله در اعماق زیاد نیز دارای خواص عالی از نقطه نظر ساخت بتن می باشند.
بهر صورت، درجه تغییرات در خواص و ترکیب گروه ها و زیر گروه های مختلف سنگها نا محدود است. یک نوع سنگ خاص ممکن است فشرده یا متخلخل، قوی یا ضعیف، سخت یا نرم، تخریب شده یا تغییر نیافته، ماندگار یا معیوب، دانه ریز یا دانه درشت باشد. این بدان معنا است که نوع سنگ به تنهایی نمی تواند تعیین کننده این باشد که از جنبه کیفی مناسب برای تهیه سنگ دانه هست یا نه.
معمولاً ترکیب مینرالوژی و پتروگرافی ماسه ها و شن های ته نشست شده بوسیله جریان آب، بدلیل اینکه سر منشاء و سنگهای ما در آنها متفاوت و گوناگون بوده است، بسیار متغیر می باشند. موادی که بوسیله باد جابجا شده اند عموماً متشکل از ذرات ماسه با دانه بندی محدود هستند و غالباً از جنس کوارتز می باشند.
روباره کوره بلند اساساً متشکل از سیلیکت ها و آلومینوسیلیکات های آهک هستند و ترکیب آنها برای کوره های مختلف متفاوت می باشد.این بدان معنی است که ترکیب روباره ها با سنگ ها متفاوت است ولی از جنبه خواص فیزیکی با برخی سنگ های آذرین مشابه هستند. روباره های شیشه ای شده شکننده تر و سخت تر از روباره های کریستاله می باشند. در اغلب موارد تعیین هویت سنگ ها و مینرال ها بوسیله یک بلور شناس و سنگ شناس ماهر امکان پذیر است. آزمایشات لازم برای این کار در کتب مربوطه و ASTM C۲۹۵ ذکر شده است.
همچنین می توان سنگ دانه ها را بر اساس وزن مخصوص حجمی دسته بندی کرد. وزن نرمال سنگ دانه های مصرفی در تهیه بتن در حدود ۶ر۲ است. سنگ دانه های دارای وزن مخصوص کمتر از ۴ر۲ را سبک و بالاتر از ۸ر۲ را سنگین می گویند. وزن واحد حجم بتن و کنترل آن متاثر از وزن مخصوص سنگ دانه است.
یک راه تشخیص اینکه سنگ دانه موجود از طریق خرد کردن بوجود آمده یا حاصل فرآیندهای طبیعی نظیر هوازدگی و فرسایش است، اینست که سنگ دانه های حاصل از خرد شدن سنگ های مادر بوسیله دستگاه، خشن و دارای لبه های زاویه دار می باشند.
اکثریت سنگ دانه ها در داخل بتن خنثی (Inert) و غیر فعال (Inactive)هستند، بدین معنی که با خمیر سخت شده ایجاد اتصال می نمایند ولی نقشی در فرآیند و نحوه گیرش و سخت شدن و یا انبساط بتن ندارند. البته سنگ دانه های فعال (Reactive) هم وجود دارند که با خمیر سیمان ایجاد واکنش های قابل توجهی می کنند. اینگونه واکنش ها می توانند همانند واکنش کوارتز در تولید قطعات بتنی در اتوکلاو، مفید باشند و یا همانند واکنش های قلیائی – سنگ دانه مضر باشند.
شاید رایج ترین دسته بندی سنگ دانه ها، مبتنی بر دانه بندی آنها باشد: سنگ دانه متشکل از دانه های درشت موسوم به درشت دانه (Coarse Aggregate) و سنگ دانه های متشکل از ذرات ریز موسوم به ریزدانه
(Fine Aggregate) هستند. مرز بین این دو در کشورهای مختلف متفاوت است. بر اساس ASTM۱۲۵-۶۸ این مرز الک شماره ۴ (۷۵ ر ۴ میلیمتر ) است. سنگ دانه هائی که از این الک عبور می کنند ریزدانه و سنگ دانه های باقیمانده روی الک درشت دانه هستند. سنگ دانه هائی که از الک شماره ۱۶ ( ۱۸ ر ۱ میلیمتر ) عبور می نمایند موسوم به ماسه نرم (fine sand) هستند. ذراتی که از الک شماره ۲۰۰ ( ۰۷۵ ر ۰ میلیمتر ) عبور می کنند، سیلت (Silt) و آنهائیکه کوچکتر از ۲ میکرون هستند رس (Clay) نامیده می شوند. سنگ دانه هائی که متشکل از ذرات ریز و درشت هستند، مخلوط (Combined) نام دارند.
اندازه و دانه بندی، دانه های سنگ بستگی به کیفیت بتن مورد نیاز و کاربرد بتن دارد. اصولاً دانه های زبر برای ساختن استخوان بندی بتن بکار می روند و معمولاً برای بالاتر بردن وزن مخصوص مخلوط حاصله، مخلوطی از دانه های زبر با ابعاد مختلف ( دو نوع یا بیشتر ) بکار برده می شوند. مهمترین خاصیت کاربردی دانه های ریز ( نرم )، کمک به یکنواخت تر شدن مخلوط بتن و کارپذیری بیشتر آنست. همچنین دانه های نرم به معلق بودن دانه های زبر کمک میکنند. این خاصیت، باعث افزایش خاصیت شکل پذیری بتن و همچنین مانع جدا شدن ذرات درشت از خمیر سیمان می گردد. این خاصیت وقتی مهمتر است که ضرورت جابجائی و حمل بتن به نقاط دورتر مطرح باشد.
ماسه، به مقدار زیادی تعیین کننده کارائی ( کارپذیری ) بتن است. همچنین مقدار و دانه بندی ریزدانه ها باعث میگردند که بتن بسادگی در قالبها ریخته شود. از عوامل موثر دیگر روی سهولت کار بتن ریزی، اندازه، شکل و همچنین مشخصات سطوح دانه های نرم است. عموماً ذرات لبه تیز و تخت، بتن زبرتری بوجود می آورند. در این نوع بتن ها مقدار بیشتری آب لازم است تا بتوان آنرا در قالبها ریخت و پرداخت نهائی نمود. بعکس، در ساختن بتن با سنگ گرد گوشه به کار کمتر، آب کمتر و ماسه کمتر نیاز است.
تاب بتن با سنگ شکسته بیشتر است، زیرا که دوغاب سیمان به سطوح و لبه های تیزدانه ها بهتر می چسبد. بمنظور متراکم تر شدن استخوان بندی بتن از چند گروه دانه های سنگ ( شن و ماسه ) استفاده می شود سنگهای دانه ریزی که در ساخت بتن مصرف می شوند، نمی بایستی آنقدر ریز باشند که جای ذرات سیمان را بگیرند. معمولاً نباید ماسه ریزتر از ۲ ر ۰ میلیمتر، مصرف شود و مقدار آن در بتن نباید از ۱ درصد وزن سنگ دانه بیشتر باشد.
از آنجائیکه بیش از ۷۵ درصد وزن بتن را سنگ دانه تشکیل می دهد، لذا سنگ دانه مصرفی باید تا حد امکان خواص مورد انتظار از بتن را دارا باشد. از جمله این خواص: وزن مخصوص، مقاومت، نسبت برجهندگی، خزش، ضریب انبساط حرارتی، ثبات حجم، مقاومت در مقابل آتش، مقاومت در مقابل سایش و پاره شدن هستند.
همچنین، بایستی سنگ دانه تمیز باشد و عاری از ترکیبات آلوده کننده ای نظیر: خاک رس، لجن، ذغال سنگ، ذرات میکا، موادآلی، املاح شیمیائی و پوشش سطحی باشد. وجود اینگونه مواد آلوده کننده در سنگ دانه باعث عدم ثبات حجم و معیوب بودن بتن می گردند. مضافاً اینکه باعث افزایش نسبت آب، بمنظور رسیدن به کارپذیری مطلوب می شوند. وجود نمک های شیمیائی و پوششهای سطحی ممکن است اثرات سوء دیگری را، بخاطر ترکیب آنها با سیمان و جلوگیری از هیدراته شدن سیمان، نیز بوجود آورند. لجن، خاک رس، گرد و غبار و مواد آلی را می توان با شستن، از دانه های سنگ جدا کرد.
برخی سنگها و کانیها، با قلیائیهای آزاد شده به هنگام گیرش سیمان، ترکیب می شوند. متعاقب این ترکیب شدن، انبساط و گسیختگی دربندها پدیدار می گردد. بررسیهای انجام شده روی سنگهای مختلف نشان داده است که تمام مینرالهای سیلیکاتی و سیلیسی با قلیائی سیمان ترکیب میشوند. ولی در مورد اغلب آنها میزان تاثیر روی خواص بتن قابل اهمیت نیست.
مبانی بتن:
بتن اساسا از دو قسمت دانه های سنگی (Aggregates) و خمیر سیمان (Concrete) تشکیل شده است. خمیر سیمان که در واقع مخلوطی ازسیمان پرتلند و آب میباشد.
– در اثر واکنش شیمیایی سیمان و آب روند سخت شدن ادامه یافته و در نتیجه دانه ها (ماسه و شن) را بصورت تودﮤ سنگ مانندی به یکدیگر میچسباند.
– دانه ها به دو گروه ریزدانه که تا ¼ اینچ (۶میلیمتر) و درشت دانه که روی الک شماره ۱۶ (۱٫۱۸ میلیمتر) تقسیم میشوند.
– خمیر سیمان عموما حدود ۲۵ تا ۴۰% کل حجم بتن را تشکیل میدهد که حجم مطلق سیمان بین ۷ تا ۱۵% و حجم آب از ۱۴ تا ۲۱% است. مقدار هوای در بتن تا حدود ۸% حجم بتن را تشکیل میدهد این اندازه به درشت ترین دانه بستگی دارد.
– برای مصالح و شرایط عمل آوردن (Curing) معین، کیفیت بتن سخت شده به مقدار آب در مقابل با مقدار سیمان بستگی دارد.
مزایای کاهش مقدار آب
۱٫ افزایش مقاومت فشاری و مقاومت خمشی
۲٫ افزایش قابلیت آب بندی (Water Tightness)
۳٫ کاهش جذب آب (Absorption)
۴٫ افزایش مقاومت نسبت به عوامل جوی
۵٫ پیوستگی بهتر بین لایه های متوالی
۶٫ چسبندگی بهتر میان میلگرد و بتن
۷٫ کاهش تغییرات حجمی در اثر تر و خشک شدن
انواع سیمان پرتلند
– نوع ۱ : برای استفاده عمومی ومناسب برای همه کارها.
– نوع ۲ : زمانی که احتیاطات علیه حمله سولفات ها مهم باشد.
– نوع ۳ : با مقاومت زودرس که مقاومت های بالا را در مدت کوتاهی می دهد.
– نوع ۴ : با حرارت هیدراسیون کم در جائی که میزان و حرارت تولید شده باید حداقل باشد.
– نوع ۵ : در بتن هائی که در معرض شدید سولفاتها قرار دارند. (ضد سولفات)
– سیمان حباب زا (نوع A1، A2، A3) در برابر یخ زدن و آب شدن و همچنین پیوسته شدگی حاصل از اثرات مواد شیمیائی برای از بین بردن یخ جاده ها مقاومت بهبود یافته ای دارند.
سیمان پرتلند سفید تفاوت بنیادی آن در رنگ می باشد.
اختلاط
ترتیب ۵ مادﮤ متشکله بتن در مخلوط کن نقش مهمی را در یکنواختی بتن خواهد داشت.
کنترل ترک
دو عامل اصلی برای ترک در بتن عبارتند از :
۱٫ تنش بر اثر بارهای وارده (Control joints)
۲٫ تنش بر اثر آب رفتگی در حین خشک شدن یا تغییرات دما (Restraint)
شیوه جلوگیری
۱٫ درزهای کنترل مؤثرترین شیوه جلوگیری از ترک های غیر قابل رؤیت به شمار می آیند (Isolation Joints)
۲٫ درزهای جداکننده دال را از قسمتهای دیگر سازه جدا می کنند و اجازه حرکت افقی و عمودی را در دال می دهد (Footings)
۳٫ درزهای اجرائی جائی که کار بتن ریزی روزانه پایان می یابد، ایجاد می شوند; و مناطقی را که در دفعات مختلف بتن ریزی می شوند از یکدیگر جدا می سازند.
مواد افزودنی بتن (Admixtures)
۱٫ مواد افزودنی حباب زا (Air-entraining )
۲٫ مواد افزودنی کاهنده آب (Water Reducing)
۳٫ مواد افزودنی کندگیرکننده (Retarding)
۴٫ مواد افزودنی تسریع کننده (Accelerating)
۵٫ پوزولانها
۶٫ مواد کارائی ساز شامل روان سازهای اعلا (Super Plasticizers)
۷٫ مواد متفرقه مانند مواد پیوند ساز، ضد رطوبت، کاهنده نفوظ پذیری، دوغاب ساز و گاز ساز
بتن ریزی و پرداخت
– تدارکات پیش از بتن ریزی
شامل متراکم کردن، درست شکل دادن، مرطوب نمودن سطح زمین ، بستن قالبها،قرار دادن آرماتورها و سایر اقلام کار گذاشته شده بطور محکم در محلهای خود.
قالبها باید بطور دقیق قرار داده شوند وخود یا آستر آنها با مصالحی ساخته شده باشد که سرانجام نمای مطلوبی را به سطح بتن سخت شده ارائه کنند.قالبهای چوبی باید قبل از بتن ریزی مرطوب شوند در غیر اینصورت آب بتن را جذب کرده و متورم می شود در استفاده از قالبهای چوبی باید از بکار بردن میخهای خیلی بزرگ یا به تعداد خیلی زیاد اجتناب ورزید تا برداشتن قالبها آسان شود و آسیب پذیری کاهش یابد.و برای سهولت در برداشتن قالبها باید آنها را با یک ماده رها ساز مانند روغن یا لاک آغشته کرد.
هنگامی که بتن ریخته می شود،میلگردهای فولادی باید تمیز بوده وعاری از زنگ یا لایه اکسیده باشد. میلگردهای فولادی و سایر اقلام کار گذاشته که آغشته به ملات باشند، نیازی به .پاک کردن ندارند به شرطی که عملیات بتن ریزی در عرض چند ساعت پایان پذیرد.
ریختن بتن
بتن باید بطور پیوسته تا حد امکان در نزدیکی محل نهای خود ریخته شود.در اجرا دالها ، بتن ریزی باید در امتداد پیرامون انتهای دال آغاز شو د و هر پیمانه روی بتن ریخته شده قبلی تخلیه شود. عموما بتن در لایههای افقی با ضخامت یکنواخت ریخته شود وهر لایه باید قبل از ریختن لایه بعدی بطور کامل تراکم یابد. میزان بتن ریزی باید به اندازه کافی سریع بوده تا هنگام ریختن لایه جدید روی لایه قبلی ،آن لایه در حالت خمیری باشد . این امر باعث جلوگیری از خطوط جریان، درزها و سطوح سفحات ضعیف می شود که هنگام ریختن بتن تازه روی بتن سخت شده روی میدهد.
پیمانه های نخستین در هر مرحله بتن ریزی در دیواره ها و تیرهای اصلی باید در دو انتهای عضو ریخته شوند و سپس بتن ریزی های بعدی به سوی قسمت مرکزی پیش روند. در تمام حالات باید از جمع شدن آب در انتهاها، در گوشه ها جلوگیری شود.
-ارتفاع سقوط آزاد بتن نیازی به محدود شدن ندارد مگر اینکه جدائی درشت دانه ها رخ دهد که در آن صورت بتن از طریق بازشوهای پهلوئی موسوم به پنجره، که در اطراف قالبهای بلند و باریک وجود دارند، ریخته می شوند. در خارج بازشوها باید از یک مخزن قیفی شکل جمع شونده استفاده شود تا بتن امکان یابد آرام تر از کنا بازشو جریان یافته و تمایل به جدائی دانه ها کاهش یابد.
قبل از اینکه سطح بتن سخت شود بتن ریزی باید دوباره از سر گرفته شود تا بدینوسیله از ایجاد اتصال سرد جلوگیری به عمل آید.
متراکم کردن بتن
متراکم کردن عبارتست از نزدیک ساختن ذرات جامد در بتن تازه به گونه ای که ریختن آن در قالبها و دور اقلام کار گذاشته شده و آرماتورها انجام گیرد و نیز محفظه های سنگی و هوای محبوس که بصورت حفره های هوائی اتفاقی یا تصادفی در بتن موجود است از بین برود.
تراکم بوسیله دست یا توسط روشهای مکانیکی صورت می گیرد. روش انتخاب شده بستگی به روانی مخلوط و شرایط بتن ریزی مانند، پیچیدگی قالب بندی و مقدار آرماتورها دارد. مخلوط های خمیری و روان را می توان بطور دستی با کوبیدن بتن با یک میله فولادی یا یک وسیله فولادی دیگر متراکم ساخت.
تراکم مکانیکی مناسب، بتن ریزی مخلوطهای سفت با نسبتهای آب به سیمان پایین و بتن های خوب حاوی درشت دانه های زیاد را امکان پذیر می سازد.
برداشتن قالبها( باز کردن آنها)
قالبها را تا مادامی که بتن به اندازه کافی مقاومت پیدا نکرده تا بتواند به طور رضایت بخشی تنشهای ناشی از بار مرده و نیز هر گونه بار اجرایی((construction load وارده را تحمل کند،نباید برداشته شود.بتن باید به اندازه کافی سخت شده باشد به نحوی که وقتی دقت معقولی در باز کردن قالبها انجام شود هیجگونه آسیبی به به سطوح نرسد.به طور کلی برداشتن قالبهای مقاطع نسبتا ضخیم را می توان ۱۲ تا ۲۴ ساعت پس از بتن ریزی برداشت.در اغلب شرایط ، برای زمان برداشتن قالبها بهتر است که متکی به مقاومتی از بتن بوده که بوسیله آزمایش تعیین می شود .
میله نوک تیز یا سایر ابزار فلزی را نباید جهت شل کردن قالبها میان بتن و قالب به زور گذاشته شود.اگر لازم باشد جدا کردن قالب از بتن با استفاده از گوه (wedge (انجام گیرد، فقط باید با گوه های چوبی بکار روند.
برداشتن قالبها باید از قسمتهای ساده آغاز شده وسپس به سوی قسمتهای پیش آمده پیشروی شود.این امر فشار وارد به گوشه های پیش آمده را کاهش می دهد.
لکه گیری، پاک کردن،وپرداختن سطوح قالب گیری شده
پس از برداشتن قالبها تمام برجستگیها،خطوط نشت، و پیش آمدگیهای کوچک باید به وسیله قلم زنی (chipping ( از بین برده شود.سطح بتن سپس باید سابیده یا مالیده شود. هر گونه باید پر شود.سطوح کرمو باید مرمت شده و تمام لکه ها باید پاک شوند . با دقت در عملیات اجرای قالب بندی و بتن ریزی ، تمامی این عملیات به حداقل می رسد.
بتن کرمو و دیگر بتن های معیوب باید کنده شوند تا مصالح خوب و سالم پدید آید.
اگر بتن معیوبی مجاور محل لکه گیری شده باقی بماتد ،ممکن است رطوبت به درون خلل و فرج راه یابد و به مرور زمان عوامل جوی موجب کنده شدن بتن مرمت شده شود. لبه ها باید به طور مستقیم و عمود بر سطح ، بریده یا قلم زنی شوند ،یسا مقدار کمی تو بریدگی داده شوند تا زبانکی را در کنار جای لکه گیری شده فراهم سازد.
پیش از اعمال بتن لکه گیری ، بتن اطراف باید برای چندین ساعت خیس نگه داشته شود.تمام سطوحی که بتن جدید به آنها پیوند داده می شوند،باید بوسیله برس دوغاب زده شوند.
تکه های کم عمق را با ملات سفت مشابه آنچه کهدر بتن بکار می رود ،می توان پر کرد.لکه گیری باید لایه به لایه انجام شود. به گونه ای که ضخامت هر لایه بیشتر از۱۳ میلی متر نبوده و نیز هر لایه به صورت مضر س پرداخت شود تا پیوند آن به لایه بعدی بهتر صورت گیرد. لایه نهایی را با استفاده از تخته ماله به نحوی پرداخت کرد که با بتن اطرهف خود همگون باشد
عمل آوردن تکه های لکه گیری شده
پس از لکه گیری، عمل آوردن باید تا جایی که ممکن است زودتر آغاز شودتا از خشک شدن زود هنگام جلوگیری شود . کرباس تر،ماسه خیس، نایلون را میتوان به کار برد.
عمل آوردن و حفاظت
عمل آوردن بتن تاثیر قوی روی خواص بتن سخت شده مانند دوام، مقاومت، آب بندی، مقاومت سایشی، ثبات حجمیو مقاومت در برابر یخ زدن وآب شدن دارد.
تمامی سازه های بتنی تازه ریخته شده، باید از خشک شدن سریع، از تغییرات شدید دما، و از آسیبهای ناشی از کارهای ساختمانی و عبور و مرور بعدی محفوظ بمانند.
عمل آوردن تا حد امکان باید بلافاصله پس از پایان کار بتنی آغاز شود.
عمل آوردن به دلایل زیر ضروری است :
نگهداری بتن تحت دمای ثابت و جلو گیری از افت رطوبت برای مدت زمانی که برای هیدراسیون مطلوب سیمان ونیز برای کسب مقاومت بتن لازم است.
بتن ریزی در هوای سرد:
اثر یخ زدگی بر بتن تازه
بتن در دماهای بسیار پایین مقاومت بسیار کمی کسب می کند تا وقتی میزان اشباع بودن بتن در اثر عمل آبگیری به اندازه کافی کاهش نیافته باشد ، لازم است که بتن تازه در برابر آثار ویرانگر یخ زدگی محافظت شود بتنی که حتی یک بار در سنین اولیه یخ زده باشد در مقایسه با بتنی که یخ نزده باشد در برابر شرایط جوی از مقاومت کمتری برخوردار است و نیز آب بند نخواهد بود. استعداد آسیب پذیری بتنی که در برابر یخ زدن محافظت نشده است خیلی بیشتر از بتنی است که در برابر یخ زدن محافظت گشته و در ضمن از مقاومت فشاری کمتری هم برخوردار است.
حال هرگاه اقدامات احتیاطی لازم به کار بسته شود می توان بتن ریزی را در سرتاسر ماه های زمستان با اطمینان خاطر انجام داد و با بکار بستن این تمهیدات هیچ کارگاهی تعطیل نخواهد شد.
بر اساس استاندارد بین المللی ACI۶۰۳ در کارهای بتنی هوای سرد به هوایی اطلاق می شود که بیش از سه روز متوالی شرایط زیر را داشته باشد.
بتن ریزی در شرایط دمای بالاتر از ۵+ درجه سانتیگراد:در این شرایط مهمترین مسئله آمادگی برای زمانی است که جبهه یخبندان محیط کارگاه را فرا می گیرد.در این حالت اگر گیرش خمیر سیمان صورت نگرفته باشد موجب یخ زدگی رطوبت داخلی بتن ، افزایش حجم آب و نهایتا انبساط حجمی بتن و ترک خوردگی آن می گردد.در زمانی که این احتمال وجود داشته باشد که چندین ساعت پس از بتن ریزی جبهه یخبندان فرا رسد باید از مواد ضد یخ که ترجیحا دارای ترکیبات زود گیر کننده هستند استفاده نمود.
استفاده از مواد زود گیر موجب تسریع در گیرش خمیر سیمان و مقاومت در برابر افزایش حجم یخ می گردد.
نباید فراموش کرد که همواره دمای بتن ریحته شده با استفاده از امکانات متفاوت گرمایشی باید در نقطه ای بالای ۵+ درجه سانتیگراد حفظ گردد تا واکنش شیمیایی سیمان و آب ادامه یابد و مقاومت لازمه حاصل گردد.
● بتن ریزی در شرایط دمای زیر ۵+ دزجه سانتیگراد:
موکدا توصیه می گردد در دمای کمتر از ۵+ درجه سانتیگراد نباید بتن ریزی کرد مگر اینکه در تمام شرایط درجه حرارت بتن همواره بالاتر از ۵+ حفظ گردد.
توجه داشته باشید که با بتن ریزی در چنین شرایطی عمل هیدراسیون بسیار کند صورت می گیرد بطوریکه پس از یخ زدن آب در صفر درجه ، این واکنش متوقف می گردد بنابراین در زمان باز کردن قالب مشاهده می کنیم که بتن به راحتی خورد می شود به علت اینکه خمیر سیمان تشکیل نشده است.
باید کاملا توجه داشت که استفاده از ضد یخ تنها از یخ زدن رطوبت درونی بتن جلوگیری می کند.اگر بتن ریخته شده پس از عملیات بتن ریزی به حال خود رها شود ، رطوبت درون آن یخ نمی زند اما چون دمای آن کمتر از ۵+ درجه سانتیگراد است واکنش شیمیایی سیمان و آب بسیار کند می شود و به همین خاطر بتن ضایع می گردد و دارای مقاومت خیلی کمی خواهد شد.
پس در زمستان در هر شرایطی باید پس از بتن ریزی نیبت به عمل آوری بتن مبادرت ورزید نکته مهم دیگر اینکه چون هوای سرد نسبت به هوای گرم دارای رطوبت کمتری است بتن های ریخته شده در شرایط محیطی سرد به ، عمل آوری و مراقبت بیشتری نیازمند است.
● ویژگی های یک ضد یخ مناسب برای بتن:
ضد یخی برای بتن مناسب می باشد که علاوه بر کاهش نقطه انجماد آب اضافی داخل بتن به عنوان یک تسزیع کننده در گیرش و رشد مقاومت سنین اولیه بتن عمل نماید.حال باید توجه نمود در پروژه هایی که در زمان بهره برداری امکان خوردگی وجود دارد و یا بتن هایی که پیش تنیده هستند و یا در آنها از آلومینیوم و گالوانیزه استفاده شده است و یا بتن هایی که در تماس با آب یا خاک سولفاته هستند و یا بتن هایی که سنگدانه های آنها مستعد واکنش قلیایی هستند به هیچ وحه از ضد یخ های کلر دار استفاده نکنید. بلکه از ضد یخ هایی استفاده نمایید که بر پایه دیگر مواد(نیترات) ساخته شده باشد.
● توصیه های مهم:
حال برای اینکه بتوانیم در زمستان بتن ریزی مناسب و مطمئنی داشته باشیم بهتر است که نکات زیر را رعایت کنیم:
امید است با توجه و رعایت نکات ذکر شده هیچ گاه پروژه ای بر اثر سرما و یخ زدگی در زمستان تعطیل نگردد. ۱)میانگین دمای هوای شبانه روز کمتر از ۵+ درجه سانتیگراد باشد.(منظور از میانگین دمای هوای شبانه روز ، میانگین حداقل و حداکثر دما در طول ۲۴ ساعت می باشد.) ۲)در نیمی از ساعات شبانه روز دمای هوا از۱۰+ درجه سانتیگراد بالاتر نرود. ۱) استفاده از سیمان با مقاومت زودرس ۲) استفاده از ضد یخ مناسب ۳) سطوح قالب ها و آرماتور ها را از یخ و برف بزدایید و در صورت لزوم آنها را گرم نمایید تا حداقل دمای ۲+ درجه سانتیگراد را داشته باشد. ۴) در درجه حرارت ۵+ و بالاتر پس از استفاده از مواد ضد یخ ، بتن را کاملا با استفاده از پوشاننده های مناسب (برزنت،نایلن،…) بپوشانید و محیط را گرم نگهدارید تا در شب هنگامی که هوای گرم فرا می رسد بتن دچار ترک خوردگی نشود. ۵) در شرایط دمایی زیر ۵+ با گرم کردن سنگدانه ها ، قالبها و آب(به ترتیب) دمای بتن را در حین کار بالای ۵+ درجه نگهداشته و سپس بتن را با پوشش مناسب گرم نگهدارید. ۶) مصالح مصرفی جهت ساخت بتن را در معزض وزش باد و هوای سرد قرار ندهید.
بتن ریزی در هوای گرم:
وقتی تبخیر از kg/m2/hr 1 تجاوز نماید ، وضعیت حاد و بحرانی است و عملا” باید بتن ریزی متوقف گردد و یا تمهیدات خاصی تدارک دیده شود . وقتی ترک خوردگی بیشتری اتفاق می افتد که تأخیر در گیرش و سفت شدن بتن ، مصرف سیمانهای دیرگیر ، مصرف بیش از حد کندگیر کننده ، خاکستر بادی بعنوان جایگزین سیمان و یا بتن خنک داشته باشیم . مصرف موادی که آب انداختن را کم می کند میتواند به خشکی سطح و ترک خوردگی منجر شود . از جمله این مواد می توان از میکروسیلیس نام برد . از بین بردن ترکهای خمیری مشکل است ولی می توان با ماله کشی مجدد توأم با فشار ترکها را تا حدودی از بین برد .
هـ ) اثرات نامطلوب بر مقاومت :
مسلما” بتنی که گرم ریخته و نگهداری شود در سنین اولیه مقاومت قابل توجهی کسب می کند اما بطور کلی در سن ۲۸ روز به بعد مقاومت کمتری نسبت به بتن ریخته شده با دمای کم خواهد داشت . در شکل ۲ و ۳ میتوانید تأثیر دمای ریختن را بر مقاومت های اولیه و دراز مدت ببینید . بویژه اگر بتن حاوی مواد پوزولانی و کندگیر نباشند ، آسیب بیشتری می بینند . اگر ترک بتن را نیز در نظر بگیریم از نظر سازه ای آسیب جدی خواهد بود .
گاه دیده می شود که در روزهای گرم نسبت مقاومت ۲۸ روزه به ۷ روزه به مقادیری کمتر از ۳/۱ و حتی تا ۱/۱ می رسد . در شرایط خاص برخی آزمونه های ۲۸ روزه مقاومتی کمتر از آزمونه های ۷ روزه را نشان می دهند که بسیار تعجب برانگیز است . دلیل این امر استفاده از بتن گرم در قالب های گرم و داغ می باشد که گاه در زیر تابش آفتاب نیز چند ساعتی نگهداری می شوند . با استفاده از سیمانهای ریز و زودگیر کننده ، سیمان زیاد یا w/c کم این مشکل بیشتر می گردد.
برای اختصار و با توجه به ذکر اثرات نامطلوب در ابتدای این نوشتار از بیان مشروح سایر اثرات خودداری می شود .
• راهکارهای بتن ریزی مطلوب در شرایط نامساعد گرم :
قاعدتا” این راهکارها را میتوان به چند دسته تقسیم کرد :
الف) انتخاب مصالح مناسب برای هوای گرم خشک یا گرم مرطوب و نسبت های مطلوب
ب) روشهای مناسب انبار کردن مصالح برای گرم و داغ شدن ( پیشگیری از گرم شدن )
ج ) خنک سازی مصالح و بتن و بتن خنک ساختن ( کاهش دمای بتن )
د ) تمهیدات حفظ خنکی بتن در طول عملیات حمل و ریختن و جلوگیری از افزایش دمای بتن
هـ) نکات مربوط به ریختن ، تراکم و پرداخت سطح ، نگهداری و عمل آوری بتن و کنترل تبخیر
در ادامه به هرکدام از راه حلهای اجرائی به اختصار می پردازیم .
• انتخاب مصالح مناسب :
الف ) سنگدانه :
هر چند تأثیر سنگدانه چندان جدی نیست اما بویژه برای ایجاد دوام در بتن در مناطق گرم بویژه مرطوب ، لازم است سنگدانه ها از جذب آب کمی برخوردار باشند . ظرفیت جذب آب سنگدانه درشت در آبا به ۵/۲ و برای سنگدانه ریز به ۳ درصد محدود شده است در حالیکه در بسیاری از آئین نامه ها چنین محدودیتی دیده نمی شود .
سنگدانه ها باید در برابر قلیائیها از واکنش زائی برخوردار نباشند لذا از این بابت باید مورد آزمایش قرار گیرند . همچنین در مناطق خورنده باید یون کلر آنها از حدود مجاز کمتر باشد .
ب ) سیمان:
بهتر است از سیمانهای ریز و زودگیر استفاده نشود و سیمانهای با گرمازائی کم و حاوی مواد پوزولانی ( بعنوان جایگزین ) بکار روند . سیمانهای آمیخته از این نظر مناسب اند . بهتر است مقدار سیمان زیاد نباشد . محدود کردن عیار سیمان به حدود ۴۰۰ کیلوگرم می تواند یک توصیه تلقی گردد . عیار سیمان زیاد می تواند عامل ترک خوردگی بتن خمیری باشد .
ج ) افزودنی ها :
در شرایط هوای گرم اغلب افزودنیهای روان کننده و یا کندگیر کننده استفاده می شود . ممکن است افزودنی روان کننده کندگیر کننده نیز بکار بریم . افزودنیهائی که بتوانند اسلامپ را بمدتی قابل توجه حفظ نمایند ، در این شرایط طرفدار دارد .
معمولا” حبابزاها بعلت مشکل کنترل مقدار حباب در شرایط هوای گرم توصیه نمی شود . مگر اینکه شرایط مناسبی برای مصرف آنها فراهم گردد .
• روشهای پیشگیرانه برای جلوگیری از گرم شدن مصالح در انبار
هر چقدر بتوانیم جلوی گرم یا داغ شدن مصالح بتن را بگیریم ، کار خنک ساختن بتن ساده تر می شود .
بهرحال بهتر است دمای سیمان از ۰C 60 تجاوز نکند ( آبا حد مجاز را ۰C 75 ذکر کرده است ) سنگدانه ها با توجه به وزن قابل توجهشان بهتر است دمائی کمتر از ۰C 40 را داشته باشند . آبنیز باید در حد امکان خنک نگهداشته شود . لذا توصیه می شود آب در محلی نگهداری شودکه زود گرم نشود . مخازن فلزی هوائی بدون عایق بندی ابدا” توصیه نمیشود . از مصرفسیمانهای گرم که از کارخانه حمل و تخلیه می شود باید پرهیز کرد و آنرا در سیلو نگهداشت تا خنک گردد .
سیلوی سیمان دارای رنگ روشن باشد . در برخی مناطق دنیا از سیلوی دو جداره استفاده می شود که ممکن است آب خنک در آن در جریان باشد . عایق بندی سیلوی سیمان نیز یک راه حل می باشد .
سنگدانه ها را نیز بهتر است از تابش آفتاب دور داشت . سر پوشیده کردن دپوی سنگدانه ها یک روش معمول است که ممکن است برای ایران راه حل گران قیمتی باشد . ایجاد پوشش مانند برزنت و غیره می تواند راه حل ساده تری تلقی گردد .
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.