تعاریف و اهمیت بتن حجیم

کمیته ۱۱۶ ACI بتن حجیم را به عنوان یک بتن در یک سازه بزرگ، (مثلا یک تیر، ستون، پایه، آب بند، یا سد) تعریف کرده است، به گونه ای که حجم این بتن به اندازه ای است که نیاز به ابزار خاصی برای مقابله با تولید حرارت و در نتیجه تغییر حجم دارد. یک فرض عمومی وجود دارد، و آن این است که ترکیبات و خواص بتن حجیم فقط برای آنهایی که درگیر طراحی و ساخت سدها هستند جالب می باشد؛ ما با تعریف این نوع بتن، سعی کرده ایم که این عقیده نادرست را تصحیح کنیم، زیرا بسیاری از تجربیاتی که در طول مدت زیاد احداث سدهای بزرگ بتنی به دست آمده است، در سازه های بسیار کوچکتر نیز کاربرد دارند.

طراحان و سازندگان سدهای بزرگ بتنی، در ابتدا باید اهمیت بالا رفتن دما در بتن، ناشی از حرارت هیدراتاسیون، و در نتیجه جمع شدگی و ترک خوردگی در هنگام سرد شدن، را تشخیص بدهند. ترکهای موازی با محور سد پایداری سازه ای آن را به مخاطره می اندازد؛ یک سازه یکپارچه (که اصولا بدون ترک خوردگی است) در تماس نزدیکی با پی و دیوارها باقی می ماند و رفتار آن به همانگونه خواهد بود که در توزیع تنش طرح پیش بینی شده است. پایه ها، ستون ها، تیرها، دیوارها و پی های بتنی سازه های بزرگ، بسیار کوچکتر از آن یک سد وزنی بتنی متعارف هستند. اگر اجزای سازهای مزبور، چندین متر ضخامت داشته باشند و از مخلوطهای بتن با مقاومت زیاد (با مقدار زیاد سیمان ) ساخته شده باشند،مشکلات ترک خوردگی حرارتی آنها ،می تواند به اندازه سد ها جدی باشد.

کمیته ACI 207 ،گزارش های جامعی را در مورد بتن سدها و سایر سازه های حجیم تالیف کرده است که برای مطالعات جزییات بیشتر در این زمینه، از جمله باید به آنها مراجعه شود. در اینجا ، عمدتا مبتنی بر گزارشهای مزبور، فقط مختصرا، چکیده ای از اصول کلی این مطالب و کاربرد آنها در بتن مگر(مقاومت کم) را ارایه می کنیم.

ملاحظات عمومی بتن حجیم

همانطور که در مطلب پایداری ابعادی بتن تشریح شد ،می توانیم بدوا فرض کنیم که تنش کششی در بتن در حال سرد شدن می تواند ناشی از چهار کمیته باشد:REet که در آن، tافت دما ، eضریب انبساط حرارتی، E مدول ارتجاعی و Rدرجه قید است. از آنجا که افت دما و تنش ناشی از آن همزمان رخ نمیدهد،اعمال یک تصحیح در محاسبه تنش ضروری است تا رهایی تنش ناشی از خزش در نظرگرفته شود در نتیجه حاصلضرب کمیتهای مذکور در معادله فوق، منهای تنش رها شده ناشی از خزش،تنش واقعی را تعیین می کند، و اگر مقدار تنش بیشتر از مقاومت کششی ماده باشد بتن ترک خواهد خورد  .روشهای تعیین مقاومت کششی سازه های حجیم بتنی غیر مسلح در مقاومت بتن شرح داده شده است . کنترل افت دما از کنترل سایر عوامل، ساده تر است و در ساخت بتن بیشترین توجه را به خود اختصاص داده است. در پروژه های مختلف ساختمانی، برای کاهش میزان افت دما تشخیص این امر ضروری است که استراتژی اساسی ما، که از نظر اقتصادی نیز توجیه پذیر تر است، محدود کردن حرارت هیدراتاسیون است که منبع اولیه افزایش دما میباشد. اصول اساسی حاصل از تجربه و عمل، شامل انتخاب مصالح، نسبت های اختلاط، و تمهیدات اجرایی برای کنترل بالا رفتن و افت دما در بتن حجیم است. این اصول در زیر شرح داده شده است.

مصالح و نسبت های اختلاط بتن حجیم

سیمان

. همان طور که قبلا شرح داده شد (سیمان های هیدرولیکی). دمای هیدراتاسیون سیمان تابع ترکیبات اجزاء و نرمی است سیمان های پرتلندی که حاوی مقدار نسبتا

بیشتر C3S و C 3A هستند، در مقایسه با سیمان های درشت تری که مقدار کمتری C3S و C 3A دارند. دمای هیدراتاسیون بیشتری را نشان می دهند. برای مثال از منحنی های افزایش دمای ادیاباتیک که برای یک بتن حجیم حاوی m3/ Kg2۲۳ از هر یک از ۵ نوع سیمان پرتلند ، می توان مشاهده کرد که بین سیمان معمولی) نوع I) و سیمان با حرارت زایی کم (نوع ۴)، اختلاف در افزایش دما، برابر با۱۳ درجه سانتی گراد در ۷ روزه و ۹ درجه سانتی گراد در ۹۰ روز بوده است. باید توجه کرد که این مقدار سیمان (یعنی m3/ Kg2۲۳)، کل افزایش دمای حتی با سیمان با حرارت کم، بیشتر از ۳۰ بوده است.

در شرایطی که افزایش دما، و افت دمای ناشی از آن، در حدود ۳۰ درجه باشد، این دما را از نقله نظر ترک خوردگی حرارتی، بسیار زیاد تلقی می کنیم. در این حالت، یکی از روشهای پایین آوردن آن،کاهش مقدار سیمان در بتن است، به شرط آن که این عمل حداقل مقدار مقاومت، و نیز کارایی مورد نیاز کار را برآورده سازد. با استفاده از چندین روش، که در زیر شرح داده شده است، امکان مصرف مقادیر سیمان به حد کم، مثلا در حدود m3/ Kg100، در بتن حجیم، که مناسب ساختمان داخلی سد وزنی باشد، وجود دارد.

با این چنین مقادیر کم سیمان، حتی استفاده از سیمان پرتلند نوع II استاندارد ASTM مناسب در نظر گرفته می شود؛ جایگزین کردن ۲۰ درصد حجم سیمان پرتلند با پوزولان، کاهش بیشتری را در افزایش دمای آدیاباتیک صورت می دهد .

مواد افزودنی بتن حجیم

.با مقادیر سیمان در حد کم، مثلا m3/ Kg100ضروری است که از آب به مقدار کم استفاده شود تا مقاومت فشاری ۱ ساله طراحی شده (در محدوده ۱۳ تا MPa ۱۷) به دست آید. این مقدار مقاومت، معمولا برای بتن داخلی سازه های بزرگ وزنی توصیه می شود. به طور معمول، در مخلوطهای بتن، به منظور کاهش مقدار آب، در عین حفظ کارایی مورد نظر، در حدود ۴ تا ۸ درصد حباب هوا در نظر گرفته می شود. در حالی که پوزولان ها اصولا به عنوان جایگزین بخشی از سیمان پرتلند، برای کاهش حرارت هیدراتاسیون، استفاده می شوند، اکثر خاکسترهای بادی، اگر به عنوان پوزولان استفاده شوند، از قابلیت بهبود کارایی و کاهش مقدار آب به مقدار ۵ تا ۸ درصد برخوردارند.

سنگدانه

. در مخلوطهای بتن سدها، باید از هر روش ممکن، برای کاهش مقدار آب، که امکان کاهش مقدار سیمان را فراهم سازد (یعنی با حفظ نسبت ثابت آب به سیمان)، استفاده شود. در این زمینه، دو روش مقرون به صرفه عبارتند از: ۱) انتخاب بزرگترین اندازه ممکن مصالح سنگی درشت دانه، ۲) انتخاب دو گروه با تعداد بیشتری از گروههای مصالح سنگی درشت دانه با اندازه های مستقل، به گونه ای که پس از مخلوط شدن، دانه بندی آن به گونه ای شود که چگالی آن، پس از تراکم یعنی به حداقل رسیدن منافذ آن، به حداکثر مقدار خود برسد.

بیشتر بخوانید  تکنولوژی بتن پیشرفته | انواع بتن های ویژه و کاربرد های آن

 

اثر حداکثر اندازه مصالح سنگی بر روی:  (الف)مقدارآب بتن(ب)نسبت های اختلاط بتن.
اثر حداکثر اندازه مصالح سنگی بر روی: (الف)مقدارآب بتن(ب)نسبت های اختلاط بتن.

 

در گزارش کمیته ۲۱۱ ACI, محدوده های متعارف دانه بندی مصالح سنگی درشت دانه مصرفی در بتن حجیم، و دانه بندی ایده آل حاصل از ترکیب چند نوع سنگدانه با دانه بندی ها گوناگون، برای حداکثر اندازه مصالح سنگی mm۱۵۰ و mm ۷۵، آورده شده است.

شکل بالا – الف، براساس تحقیقات انجام شده در اداره تحقیقات آبادانی ایالت متحده و مورد بتن حجیم سد گراندکولی به دست آمده است، این شکل، میزان کاهش مقدار آب مصرفی، با استفاده از حباب هوا و مصالح سنگی با حداکثر اندازه ممکن را نشان می دهد. همان داده ها در شکل بالا-ب، به نمایش گذاشته شده است. شکل مزبور نشان میدهد که به ازای یک نسبت معین آب به سیمان و یک مقدار روانی معین، با افزایش حداکثر اندازه مصالح سنگی، هر دو مقدار آب و سیمان کاهش می یابند. میزان مصالح سنگی، و نوع کانی آن، در خواصی که برای بتن حجیم اهمیت دارند، مانند مدول ارتجاعی، ضریب انبساط حرارتی، تراوایی، و ظرفیت کرنشی، تأثیر زیادی دارند. مقادیر مدول ارتجاعی آن در سنین مختلف، برای یک نمونه بتن حجیم حاوی مصالح سنگی بازالت،در سنین ۷، ۲۸، ۹۰ و ۳۶۵ روزگی، به ترتیب برابر بودند با ۲٫۳، ۳٫۵، ۴٫۱ و ۵٫۰ (Psi ۱۰۶) در همان سنین، اما با مصالح سنگی ماسه سنگ، مقادیر نظیر آنها، ۴٫۲، ۴٫۵ و ۵٫۷ (Pai ۱۰۶)، بوده است. باید توجه داشت که مقادیر مدول ثابت، بعد از ۳۶۵ روز قرار داشتن در زیر بار، به میزان ۵۰ تا ۶۰ درصد مدول آنی به دست آمد.

همان طور که قبلا تشریح شد، ضریب انبساط حرارتی بتن یکی از پارامترهای تعیین کننده تنش کششی در هنگام سرد شدن است. اگر بقیه پارامترها ثابت باقی بمانند، انتخاب نوع مصالح سنگی می تواند ضریب انبساط حرارتی را تا بیش از ۲ برابر کاهش دهد. در مخلوطهای متعارف بتن حجبم (مقدار سیمان m3/ Kg237 ، نسبت مصالح سنگی ریز دانه به درشت دانه ۳۵:۷۵، و درجه اشباع زیاد)، ضرایب انبساط حرارتی، بر حسب mm بر، برابر با ۵٫۴ تا ۸٫۶ برای سنگ اهک، ۳/۸برای بازالت، و ۱۳٫۵ برای مصالح سنگی کوارتزیتی می باشد. بدیهی است که در صورت امکان، باید از مصالح سنگی با ضریب انبساط حرارتی کم، برای ساخت بتن حجیم استفاده شود.

قابلیت انتشار حرارتی (همچنین پایداری ابعادی بتن را ملاحظه کنید)، شاخصی است از سهولت با مشکل بودن تغییر دمای بتن. این شاخص، از نظر عددی، برابر با قابلیت هدایت حرارتی، تقسیم بر حاصل ضرب جرم مخصوص و گرمای ویژه می باشد. مقادیر قابلیت انتشار حرارتی، در حدودساعت)۰/۰۰۳m 2 / ساعت (۰/۰۳۲ft 2 /برای مصالح سنگی بازالت، ساعت /۰/۰۰۴۷m 2 برای سنگ آهک، و ۰٫۰۰۵۴ تا ساعت/ ۰/۰۰۶m 2 برای مصالح سنگی کوارتزیتی گزارش شده است.

همانطور که قبلا پیشنهاد گردید (پایداری ابعادی بتن)، بعضی از طراحان احساس می کنند که اگر بتوان نیروها را بر هم به تغییرات خطی یا حجمی بیان کرد: طرح های مبتنی بر کرنش کششی حداکثر، در مقایسه باطریهای مبتنی بر تنش، برای پیش بینی رفتار ترک خوردگی بتن، آسانترند. بعضی از عوامل کنترل کننده ظرفیت کرنشی کششی توسط داده ها در جدول زیر داده شده است. داده ها نشان می دهد که خمیر سیمان خالص، در مقایسه با ملات و بتن، با همان نسبت آب به سیمان، ظرفیت کرنشی کششی زیادتری دارد. به طور کلی، ظرفیت کرنشی کششی، با افزایش مدت زمان هیدراتاسیون، زیاد می شود، و با کاهش اندازه مصالح سنگی درشت دانه، افزایش می یابد. برای مثال، در مورد مصالح سنگی طبیعی کوارتزینی با حداکثر اندازه مصالح سنگی ۴٫۷۵، ۳۷٫۵ و mm۷۵، مقادیر ظرفیت کرنشی کششی ۲۸ روزه، به ترتیب برابر با ۱۶۵، ۹۵ و ۷۱ (۶- ۱۰x) می باشد. با مصالح سنگی از همان نوع و همان حداکثر اندازه، وقتی که مصالح سنگی با بافت زبر (سنگ شکسته)، جایگزین مصالح سنگی با بافت صاف گردید، ظرفیت کرنشی تا ۵۰ درصد (از ۶۱۰*۹۵ به۰ ۶- ۱۰* ۱۳۹) افزایش یافت. در بتن با سنگدانه با حداکثر اندازه mm۳۸، از نوع کوانزیت طبیعی، با کاهش نسبت آب به سیمان از ۰٫۶۸ به ۰٫۳، مقدار ظرفیت کرنشی مزبور به همان میزان افزایش یافت. در نتیجه، استفاده از سنگ شکسته، و نسبت کم آب به سیمان در بتن حجیم، روش های موثری را برای افزایش ظرفیت کرنشی کششی فراهم می کنند.

طرح اختلاط بتن حجیم

. گزارش هایی که کمیته ۲۱۱ ACI و اسکانلون Scanlon)) ارائه کرده اند، شامل تشریح جزئیات این کار برای طراحی مخلوطهای بتن های حجیم است. این آیین کار، مشابه همانی است که برای تعیین نسبت های اختلاط بتن با وزن معمولی استفاده میشود . بعضی از نقطه نظرات مذکور در پیوست ۵ تمهیدات اجرایی توصیه شده توسط کمیته ۲۱۱ACI، در زیر شرح داده شده است .

تعیین کردن مقدار آب، علاوه بر حداکثر اندازه مصالح سنگی، باید مبتنی بر سفت ترین حالت بتن تازه باشد، مشروط بر آنکه بتن مزبور بتواند به طور مطلوب مخلوط، جای داده، و متراکم شود. به عنوان نمونه، اسلامپ بتن سازه های حجیم غیر مسلح در حدود mm۱۲۲۵ است.

تاثیر حداکثر اندازه مصالح سنگی بر روی ظرفیت کرنشی کششی بتن
تاثیر حداکثر اندازه مصالح سنگی بر روی ظرفیت کرنشی کششی بتن

 

تمام مخلوط ها شامل ۳۰ درصد خاکستر بادی بر حسب حجم مطلق هستند،غیر از مخلوط ۶،که بدون خاکستر بادی است.

تجهیزات کارگاه، برای بکار بردن بتن سفت نامناسب است، به جای افزایش مقدار آب و سیمان مخلوط بتن، باید از تجهیزات دیگری استفاده شود. در مورد بتن پیش سرد شده، باید مخلوطهای آزمون آزمایشگاهی در دمای کم نیز ساخته شود، زیرا برای رسیدن به روانی معین در ۵ تا ۱۰ درجه سانتی گراد، به آب کمتری، در مقایسه با دماهای متعارف محیط (۲۰ تا ۳۰ درجه سانتی گراد)، نیاز است. دلیل این امر آن است که هیدراتاسیون سیمان در دماهای پایین آهسته تر است.

مقدار سیمان بتن حجیم، از روی رابطه بین نسبت آب به سیمان و مقاومت، که ظاهرا تحت اثر بافت مصالح سنگی است، تعیین می گردد (جدول زیر). در شرایط محیطی ملایم یا متوسط، به طور کلی، استفاده از بتن با حداکثر نسبت آب به سیمان ۰٫۸ برای بخش داخلی سد و دیوارهای آب بند، و ۶/. برای سطوح خارجی واقع در معرض آب، مجاز است. حداکثر تنش فشاری سدهای وزنی ای که به گونه ای مناسب در مقابل واژگونی و لغزش طراحی شده اند، در حد خیلی کم است؛ و مقدار آن، بر حسب MPa، معمولا ۰٫۰۲۵ تا ۱٫۰۳ برابر ارتفاع سد، بر حسب متر، می باشد. در نتیجه، حداکثر تنش در یک سد با ارتفاع ۱۰۰ متر، در حدود (۴۵۰Psi)3MPa است. تنش در سدهای قوسی ممکن است در حدود (۱۲۰۰Psi)8MPa باشد. برای ایمنی توصیه شده است که مقاومت بتن باید چهار برابر حداکثر تنش در یک سال پس از ساخت باشد. مقدار سیمان مصرفی در بتن سدهای وزنی ای که قبل از سال ۱۹۴۰ تکمیل شده اند و بنابراین، در آنها از مواد افزودنی حباب هواساز، کاهنده آب، و پوزولانی استفاده نشده است،

بیشتر بخوانید  روش ارائه طرح اختلاط بتن سنگین

در حدود (۲۲۳kg/m3 )376Ib/yd3 می باشد.

 

 

مقاومت های فشاری تقریبی بتن های حجیم با حباب هوا، با نسبت های  مختلف آب به سیمان
مقاومت های فشاری تقریبی بتن های حجیم با حباب هوا، با نسبت های
مختلف آب به سیمان

وقتی که از پوزولان استفاده می شود،مقاومت باید در ۹۰ ر.زگی تعیین گردد، و نسبت های آب به سیمان را می توان با استفاده از فرمولهای خاص،به نسبت های w/(c+P) تبدیل کرد.

مقایسه بین نمونه های ازمایشگاهی ای که در شرایط استاندارد عمل آوری شدهاند، با مغزه های استخراج شده از سدهای بلند دارای kg/m3۲۲۳ سیمان، نشان داد که مقاومت واقعی در سازه به میزان زیادی بیشتر از حد نیاز بوده است ؛که برای مثال، می توان سدهای هوور، Psi۴۲۶۰ (MPa ۲۹) ؛ گراند کولی، (۵۵MPa)7950Psiو شاستا ،(۳۵MPa)5100Psiنام برد. حتی در بتن های حاوی پوزولان، مقاومت فشاری بیشتری مشاهده شد. سد هانگری هورس (با ۱۷۲ متر ارتفاع و ۹۸ متر ضخامت در پایه)، اولین سد بزرگی بود که توسط اداره آبادانی ایالات متحده ساخته شد. در این سد، کمتر از m3/ kg 2۲۳ سیمان بکار رفته است. مخلوطهای بتن مصرف شده در سدهانگری هورس، که در سال ۱۹۵۲ تکمیل گردیده است، و سدهای بزرگ بعدی مانند فلامینگ جورج و گلن کانیون، حاوی m3/ kg ۱۱۱ سیمان پرتلند نوع II ، m3/ kg ۵۶ پوزولان و نیز ماده افزودنی حباب هواساز هستند.

به طور کلی، همیشه حداقل ۳ تا ۴ درصد هوا برای بتن حجیم توصیه می شود، هر چند که در عمل، در بعضی از موارد ۶ تا ۸ درصد هوا، بدون هیچ مقدار افت مقاومتی، اعمال شده است، زیرا در این حالتها، نسبت آب به سیمان، تا حد زیادی کاهش یافته است. به طور معمول، از ۳۵ درصد خاکستر بادی (بر حسب درصدی از حجم کل مواد سیمانی) برای بتن های داخلی، و ۲۵ درصد از آن، برای بتن خارجی استفاده می شود. برای ماسه های با نرمی متوسط (مدول نرمی برابر با ۲٫۶تا ۲٫۸) مقدار تقریبی مصالح سنگی درشت دانه برابر با ۷۸ تا ۸۰ درصد (بر حسب درصدی از حجم مطلق کل مصالح سنگی) است؛ بنابراین، مقدار مصالح سنگی ریزدانه فقط در حدود ۲۰ تا ۲۳ درصد است.

روشهای اجرایی برای کنترل کردن افزایش دما

. به غیر از کاهش مقدار سیمان در مخلوطهای بتن، از روشهای اجرایی خاص، برای کنترل دما در سازه های بتن حجیم استفاده می شود، که خلاصه ای از آن، در زیر شرح داده می شود؛ کمیته ۲۰۷ACI یک گزارش عالی، همراه با جزئیات، در مورد سرد کردن و عایق بندی بتن حجیم تهیه کرده است.

پس سرمایش: اولین استفاده عمده از پس سرمایش بتن درجا، در ساخت سد هوور در اوایل دهه ۱۹۳۰ بوده است. به غیر از کنترل افزایش دما، هدف اصلی از پس سرمایش، ایجاد جمع شدگی در ستونهای بتنی ای بود که سد را تشکیل می دادند. این کار موجب آن می شد که حجم پایدار گردد و در نتیجه آن، درزهای ساخت بتوانند با دوغاب پر شوند تا از عمل یکپارچه سد اطمینان حاصل شود، به دلیل قابلیت انتشار حرارتی کم بتن (۰٫۷ تا ft2 0.9 یا ۰٫۰۶۵ تا m2 0.084 در روز)، اگر کار، بر عهده فرآیندهای طبیعی گذاشته شود، بیش از ۱۰۰ سال طول میکشد تا ۹۰ درصد افزایش دما، از بین برود. علی رغم این واقعیت، که از سیمان با حرارت زایی کم (نوع IV (برای ساختن مخلوط بتن حاوی مصالح سنگی با حداکثر اندازه ۶ اینچ استفاده شد، برای اتلاف موثر حرارت نیز، از روشهای خاص ساخت بلوکی استفاده شد.

سرد کردن از طریق عبور آب سرد از میان لوله های فولادی جدار نازک (به قطر اسمی mm۲۵، و ضخامت دیواره لوله ۱٫۵mm) در بتن مدفون صورت گرفت. در سد هوور، گرداندن آب سرد از درون لوله ها، پس از آنکه دمای بتن به ۶۵ رسید (یعنی چندین هفته پس از جای دادن بتن)، آغاز گردید.

متعاقبا, اداره آبادانی ایالات متحده، اساسا از همین تمهیدات اجرایی برای ساخت چندین سد دیگر استفاده کرد، بجز آنکه در سدهای اخیر، گردش دادن آب سرد، بلافاصله پس از جای دادن بتن آغاز شد. همچنین، فواصل بین لوله ها و ضخامت لایه های بتن چنان تغییر داده شدند، که حداکثر دما در تمام فصول سال، از یک حد از پیش طراحی شده بیشتر نشود .

طبق توصیه های اجرایی ۴۰۷ MCI، در مدت چند روز اول پس از جای دادن، سرشت سرمایش یا خارج کردن حرارت می تواند تا حد امکان زیاد باشد زیرا مدول ارتجاعی بتن، در مدت مزبور، نسبتا کم است، مقاومت و مدول ارتجاعی بتن عموما سریعا افزایش می یابد تا دمای بتن به حداکثر مقدار اولیه خود برسد. این هنگام ممکن است ۱۵ روز پس از ریختن بتن باشد. پس از آن سرمایش باید به گونه ای ادامه یابد که افت دمای بتن به طور کلی بیشتر از ۰٫۶ درجه سانتی گراد در روز نگردد .

تجربه نشان می دهد که بیشتر بتن های حجیم دارای خواص ارتجاعی و مشخصات انبساط حرارتی متوسطی هستند، و می توانند افت دما به میزان ۱۱ تا ۱۷ (۲۰ تا ۳۵) را، در محدوده زمانی حدود ۳۰ روز پس از حداکثر مقدار اولیه، تحمل کنند. وقتی که بین ارتجاعی می شود. مهم آن است که افت دما در حد امکان به آهستگی انجام شود تا امکان وادادگی تنش ناشی از خزش وجود داشته باشد. اگر بتن به آهستگی سرد شود، می تواند ۲۰ افت دما را بدون ترک خوردگی تحمل کند.

پیش سرمایش: پیش سرمایش مصالح بتن برای کاهش حداکثر دمای بتن حجیم را اولین بار، سپاه مهندسان، در هنگام ساخت سد نورفورک در اوایل دهه ۱۹۴۰ به کار برد. بخشی از آب مخلوط بتن، به صورت یخ خرد شده به کار برده شد تا دمای بتن تازه در محل به حدود ۶ محدود شود. پس از آن، سپاه مهندسان، از ترکیبی از یخ خرد شده، آب مخلوط سرد، و مصالح سنگی سرد شده در ساخت چندین سد بزرگ بتنی وزنی (با ۶۰ تا ۱۵۰ متر ارتفاع)، برای رسیدن به دمای جای دادن بتن به مقدار کم ۴٫۵ درجه سانتی گراد استفاده کرد.

طبق توصیه های اجرایی ۲۰۷ ACT یکی از قویترین پارامترها، برای اجتناب از ترک خوردگی حرارتی در بتن حجیم، کنترل دمای هنگام بتن ریزی است، به طور کلی، هر چه دمای بتن در هنگام تغییر حالت از خمیری به ارتجاعی کمتر باشد، بتن تمایل کمتری به ترک خوردن خواهد داشت. در سازه های حجیم، هر۶ درجه سانتی گراد کاهش در دمای جای دادن بتن، در دماهای کمتر از دمای متوسط هوا، باعث کاهش حداکثر دمای بتن، به میزان حدود ۳ درجه سانتی گراد خواهد شد.

آب، برای افزایش دما به مقدار ۱درجه فارنهایت، Ib/Btu۱ حرارت جذب می کند، در حالی که سیمان و مصالح سنگی، برای این میزان افزایش دما، فقط ۰٫۲۲ گرما جذب می کنند، بنابراین، استفاده ازای سرد برای کاهش دمای بتن، به صرفه تر و موثرتر است. البته، استفاده از یخ بیشترین اثر را دارد با یخ، هنگامی که به آب تبدیل می شود. Ib/Btu144 حرارت را جذب می کند. برای یکنواخت بودن بتن، مهم آن است که یخ ریخته شده در مخلوط بتن، قبل از پایان اختلاط ذوب شود. بنابراین، پیش پولکی شکل یا یخ خارج شده از قالبهای بیسکویتی شکل، به بلوک های شکسته یخ، ترجیح داده می شود. سرد کردن سنگدانه ها، در حین انتقال به مخازن پیمانه، از طریق پاشیدن آب سرد بر روی آنها، ممکن است به عنوان مکمل استفاده از یخ و آب اختلاط سرد شده، ضروری باشد.

بیشتر بخوانید  بتن خودتراکم | قسمت 4: تولید بتن خودتراکم (مسائل اجرایی)

عایق کاری سطح

. منظور از عایق کاری سطح، محدود کردن افزایش دما نیست، بلکه این کار، برای تنظیم سرعت افت دما است تا تفاوت تنش ناشی از گرادیان های شدید دما بین سطح بتن و داخل آن، کاهش یابد. بتن، پس از سخت شدن و کسب چشمگیر خواص ارتجاعی، عملکرد توام کاهش دمای محیط و افزایش دمای داخلی با یکدیگر موجب آن می شوند که گرادیان دما و تفاوت تنش بیشتر شوند. بخصوص در اقلیم های سرد، ممکن است ضروری باشد که میزان افت حرارت از طریق سلح، توسط پوشش دادن سطح با ورق های پلی استایرن منبسط شده یا یورتان منبسط شده یا یورتان منبسط شده (که ضریب k آنها در حدود۲/۰ تا ۰/۳Btu-in/hr-ft 2   است)، کاهش داده شود.

کاربرد اصول بتن حجیم

پرایس (Price) ، روش های اجرایی و ساخت در ۵۰ سال اخیر در ایالات متحده را بازبینی کرد، تا پیشرفت استراتژی کنترل ترک خوردگی در سدهای بتنی را نشان دهد. در ساخت سدهای هوور (۱۹۳۵)، گراند کولی (۱۹۴۲) و شاستا (۱۹۴۵)، که به ترتیب حاوی ۲٫۴، ۸٫۰ و ۴٫۵ میلیون متر مکعب بتن هستند، سیمان پرتلند با حرارت زایی کم، نوع ASTM IV (با مقدار سیمانkg / m3 ۲۲۳) به کار رفته بود و بتن، با گردش دادن آب سرد از میان لوله های مدفون، پس سرمایش شده بود. ارتفاع ها و برنامه زمانبندی بتن ریزی ها کنترل شدند، و برای استهلاک مؤثرتر حرارت، از روش خاص ساخت بلوکی استفاده شد. هیچ یک از سه سد مزبور، دچار ترک و نشتی جدی ای نشدند. همچنین در اوایل دهه ۱۹۴۰، مسئولین “تنسی ولی” از پس سرمایش در ساخت سد فونتانا بهره گرفتند. در تمام موارد، پس سرمایش نه تنها افزایش دما را، بویژه در سدی که به علت اثر قید پی استعداد بیشتری به ترک خوردگی داشت، کاهش داد. بلکه همچنین ستون های حین ساخت را پایدارنگه داشت. این کار موجب آن می شد که درزها بتوانند با دوغاب پر شوند تا از عمل یکپارچه سد اطمینان حاصل شود.

پیش سرمایش مصالح بتن برای کنترل ترک خوردگی آن، با سد نورفورک (۱۹۴۵) شروع شد، و در سد دیترویت (۱۹۵۳) با موفقیت به کار گرفته شد. محدود کردن مقدار سیمان (نوع ۲) به kg / m3 ۱۳۴ و دمای بتن به ۶ تا ۱۰، موجب محدود شدن افزایش دما به ۱۷ بالاتر از دمای میانگین محیط گردید. روش پس سرمایش بتن ضروری نبود. همچنین، سطوحی از بتن که در معرض محیط قرار گرفته بود، از طریق پوشش سطوح با مواد عایق، محافظت شدند و از سرد شدن سریع بتن جلوگیری شد، عدم وجود کامل ترک خوردگی در بلوکهای سد دیترویت به طول ۱۰۲ متر، نشان دهنده استفاده از این روش در آینده دارد. در نتیجه، پس از آنکه کشف شد که این روش، امکان استفاده ازطول های بزرگ یکپارچه، بدون تبعات زیان آور را فراهم می سازد، تمایل به در نظر گرفتن حداکثر دماهای کمتر در بتن، آغاز شد. استفاده توام از روشهای پیش سرمایش و پس سرمایش، در چندین سد بزرگ صورت گرفت که مهمترین آنها عبارتند از: سدهای گلن کانیون (۱۹۶۳)، دورشک (۱۹۷۳)، و لیبی (۱۹۷۵). در هر یک از این موارد، افزایش دما به ۱۴ محدود گردید.

محدود کردن افت دما به کمتر از ۲۰، از طریق پیش سرمایش مصالح سازنده بتن، فقط هنگامی امکان پذیر است که، در عین حال، مقدار سیمان به طور چشمگیری کاهش داده شود. در مقایسه با kg / m3 ۲۲۳ سیمان برای بتن سد هوور، در سد گلن کانیون فقط از kg / m3 111سیمان، و kg / m3 ۵۶ پوزولان (از نوع پامیسیت) استفاده شد که مقاومت فشاری بتن، در حدود Psi۳۰۰۰ (MPa 20) در ۲۸ روزگی و Psi ۷۰۰۰ (۴۸Mpa )در ۳۶۰ روزگی بود. امکان در نظر گرفتن سیمان، تا بدین حد کم، وجود داشت زیرا با استفاده از دانه بندی مطلوب مصالح سنگی، ماده افزودنی حباب هواساز، و ماده افزودنی کاهش دهنده آب، کاهش زیادی در مقدار آب حاصل گردیده بود. داده های جدول بالا نشان میدهند که چگونه با تغییر مقادیر حداکثر اندازه مصالح سنگی، نسبت مصالح سنگی ریز به درشت، و میزان استفاده از مواد افزودنی، میزان آب مصرفی نیز تغییر می کند. برای مثال، به جای kg / m3 ۹۱۰ آب مورد نیاز، با مصالح سنگی با حداکثر اندازه mm۱۰ و بدون حضور مواد افزودنی، فقط به kg / m3 92آب نیاز است تا با بکارگیری مصالح سنگی با حداکثر اندازه mm ۱۵۰ و استفاده از هر دوی مواد افزودنی کاهش دهنده آب و حباب هواساز، روانی یکسانی حاصل گردد. براساس تحقیقات پرایس ، برای مصالح سنگی و روانی بتن داده شده، حدود ۳۵ درصدکاهش در مقدار آب با استفاده از ماده حباب هواساز، ماده افزودنی کاهش دهنده آب، مقدار کمتر ماسه و دمای پایین تر بتن ریزی دست یافتنی است.

تحقیقات ازمایشگاهی انجام شده بر روی بتن حجیم سد انه  که اخیرا ساخته شده است، نشان داد که اگر مقدار سیمان، در حدود kg / m3 108نگه داشته شود. افزایش مجاز دمای ادیاباتیک بتن به میزان کمتر از ۲۰ درجه سانتی گراد، قابل دست یافتن است. با این وجود با این مقدار سیمان و حتی با kg / m3 13پوزولان موجود، وقتی که حداکثر اندازه سنگدانه ۳۸ یا mm 75 بود مقاومت فشاری یک ساله طراحی شده MPa ۱۴ حاصل نشد این امر، به دلیل زیاد بودن نسبت آب به سیمان مورد نیاز برای روانی مورد نظر بود. استفاده از مخلوطی از سنگدانه های با حداکثر انداز ۱۵۰و ۷۵و ۳۸mm، و به کارگیری ماده افزودنی حباب هم ساز، سبب کاهش نسبت آب به سیمان، به میزان کافی برای دستیابی به ۲۵ تا mm۵۰ اسلامی با مقاومت فشاریMPa 5/17در ۹۰ روزگی گردید .این مخلوط بتن، شامل kg / m3 108سیمان ، kg / m3 ۱۳ خاکستر بادی ، kg / m385ماسه، و مخلوطی از ۷۲۹، ۴۶۵ و kg / m3 ۶۴۳ مصالح سنگی درشت دانه به ترتیب با حداکثر اندازه ۳۸، ۷۵ و mm ۱۵۰ بود. از طریق پیش سرمایش تمامی مصالح سنگی درشت دانه با آب سرد، و پس از آن با هوای سرد، و نیز با استفاده از مقداری آب سرد۵ درجه سانتی گراد به عنوان آب مخلوط بتن، و استفاده از مقادیر بیشتری پولک یخ در مخلوط بتن. دمای جای دادن بتن به ۶ درجه سانتی گراد محدود گردید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap