پیشگفتار

بتن در سنین اولیه مثل نوزادی میمونه که باید ازش مراقبت بشه تا به بلوغ برسه! خیلی عوامل وجود داره که باید کنترل بشه از وقتی که تولید بتن توی بچینگ شروع میشه تا وقتی که توی تراک میکسر ریخته بشه و بیاد سمت پروژه و پمپ بشه تو قالب و قالب برداری بشه و بتونه رو پای خودش وایسته مثل مررررد!
انتخاب صحیح مصالح و نسبت های اختلاط، بدون شک مهمترین قدم برای رسیدن به هدف تولید، یعنی ساختن بتن دارای مقاومت و دوام مورد نیاز در سازه می باشد. با این وجود، برای رسیدن به این هدف باید توجه خاصی به بتن در سنین اولیه شود. واژه سنین اولیه فقط به ۲ روز اول بعد از تولید بتن اطلاق می شود، ولی در این مدت عملیات زیادی انجام می شود، مانند مخلوط کردن، انتقال بتن به کارگاه، بتن ریزی در قالب، متراکم کردن، پرداخت، عمل آوری و قالب برداری. این عملیات بر روی خصوصیات بتن تازه، مانند کارآیی، زمان گیرش، بلوغ بتن و سرعت کسب مقاومت آن، اثر می گذارد. بدیهی است، کنترل عملیات بتن ریزی و نگهداری بتن در سنین اولیه به منظور اطمینان حاصل کردن از اینکه المان سازه ای دارای خواص مورد نظر می باشد، بسیار ضروری است.

شرح جزئیات عملیات و دستگاههای مورد استفاده برای پیمانه کردن، مخلوط کردن انتقال، بتن ریزی، متراکم کردن و پرداخت بتن تازه، هدف این کتاب نیست و فقط نکات مهم و اهمیت آنها در این فصل شرح داده میشود. همچنین در مورد اهمیت کارآیی و کنترل آن، افت اسلامپ، جداشدگی دانه ها و آب انداختگی، جمع شدگی خمیری، زمان گیرش و دمای بتن شرح داده شده است. علاوه بر این، ابزار موثر و اقتصادی برنامه های تضمین کیفیت شامل روش های انجام آزمایش مقاومت تسریع شده، روشهای انجام آزمایش در کارگاه ،آزمایشهای غیر مخرب و نمودارهای آماری کنترل کیفیت به طور خلاصه شرح داده می شود.

شرح و اهمیت موضوع

در حرفه پزشکی، این امر واضح است که برای پرورش یافتن یک انسان سالم، ضروری است که در دوران اولیه رشد کودک تازه متولد شده توجه ویژه ای به وی بشود. این ایده، قابل تعمیم به بتن نیز می باشد. لیکن در هر دو مورد گفته شده، بر سر این موضوع که سنین اولیه چند روز است، اختلاف نظر وجود دارد. متخصصان بتن در مورد این نکته اتفاق نظر دارند که عوارض ناشی از افت کارآیی در بتن تازه، هنگام بتن ریزی یا قبل از آن، جداشدگی دانه ها، آب انداختگی هنگام متراکم شدن، روند کند کسب مقاومت، می تواند به طرز غیر معمولی بتن را دگرگون کرده، بر بتن تأثیر نامطلوب گذاشته، و از عمر مفید آن بکاهد.

پاسخی که بَری استروم (S . B . Bergstrom ) از مرکز تحقیقات سیمان و بتن سوئد به سؤالی در مورد مدت زمان سنین اولیه داده، این است که:

مدت زمان مشخص مناسبی برای اندازه گیری “سنین اولیه” وجود ندارد. برای رسیدن بتن به مقدار معینی از بلوغ، عوامل مختلفی مانند نوع سیمان، فعالیت سیمان، دما و مواد افزودنی و غیره دخالت دارند. عموماً، عامل زمان، تعیین کننده نیست، مگر آنکه برای موردی، آن هم با احتیاط مشخص شود. البته مقدار هیدراتاسیون عامل مشخص کننده بهتری می باشد، با این وجود، این اطلاعات در مواردی که کار جنبه عملی دارد، در دسترس نیست. یکی از تعاریف دیگری که مورد استفاده قرار می گیرد و بیشتر عملی می باشد، زمان رسیدن بتن به خصوصیات مورد نظر است. تمامی این زمان ها، سنین اولیه محسوب می شوند، به عبارت دیگر سنین اولیه تابع روش مورد استفاده می باشد. شخصی که قالب ها را باز می کند، این مدت را زمانی می داند که مقاومت بتن به ۱۵ مگاپاسکال برسد، در حالی که شخصی که از قالب لغزنده استفاده می کند، نیاز به این مقدار مقاومت ندارد. ایندو شخص عقیده کاملاً متفاوتی درباره سنین اولیه دارند. در اینصورت هیچ جواب جامعی برای سؤال مزبور وجود ندارد. عده ای معتقدند که هنگامی که نوع کار مشخص باشد، می توان برای بتن معمولی در شرایط عادی، ۲۴ ساعت و برخی معتقدند که می توان ۴۸ ساعت را معیار قرار داد، اما مقادیر گفته شده تقریبی هستند.

از آنجا که مخلوط بتن معمولی (بتنی که با سیمان پرتلند معمولی ساخته شده و تحت عملیات بتن ریزی و دمای معمولی قرار میگیرد)، معمولا به ۶ تا ۱۰ ساعت زمان برای گیرش

نیاز دارد و ۱تا۲روز طول میکشد تا مقاومت مورد نظر را قبل از باز کردن قالب کسب کند، تعریف سن اولیه شامل مخلوط بتن با حالت خمیری و از طرف دیگر شامل ۱ تا ۲ روز سن بتن سفت شده، بدون نیاز به مواظبت خاص (غیر از عمل آوری مداوم با آب، که بعداً شرح داده می شود) می گردد.

مدت زمان سن اولیه، در مقایسه با طول عمر پیش بینی شده بتن، بسیار کم است، اما در این مدت، عملیات بسیاری بر روی بتن صورت می گیرد که نه تنها تحت تأثیر خصوصیات مصالح قرار دارند، بلکه بر روی آنها نیز تأثیر می گذارند. به عنوان مثال، مخلوط بتن با کارآیی کم، به سختی مخلوط می شود، و از طرف دیگر، اختلاط زیاد باعث کاهش کارآیی می شود. هدف این کتاب، شرح جزئیات عملیات و دستگاهها نمی باشد، اما مهندسان باید با ترتیب عملیات و تأثیر آنها بر روی خصوصیات بتن در سنین اولیه و همچنین باید با واژه های مورد استفاده در کارگاه آشنایی داشته باشند.

به طور کلی، ترتیب عملیات اصلی مطابق زیر می باشد: پیمانه کردن، مخلوط کردن و انتقال مخلوط بتن از محل ساخت به کارگاه؛ ریختن بتن شل یا خمیری در محل مورد نیاز، متراکم کردن و پرداخت مخلوط در زمانی که هنوز کارآیی دارد؛ و در پایان، عمل آوری برای رسیدن به مقاومت مورد نظر قبل از قالب برداری. برای درک اهمیت عملیات و دستگاههای اصلی مورد استفاده، عملیاتی که در زیر شرح داده می شود، به چند گروه تقسیم می شوند. در عمل، این عملیات با یکدیگر تداخل دارند. به عنوان مثال، در روش کامیون مخلوط کن، عملیات مخلوط کردن و حمل بتن همزمان صورت می پذیرد.

نهایتاً اینکه، بعضی از رفتار بتن در سن اولیه را نمی توان به عنوان خصوصیات ذاتی مصالح محسوب نمود، اما اهمیت آنها، به دلیل اثری است که در دراز مدت بر روی بازده سازه بتنی می گذارند کارآیی، میزان افت اسلامپ، جدا شدگی دانه ها و آب انداختگی، جمع شدگی خمیری، زمان گیرش دمای عمل آوری از این خصوصیات می باشد. در عمل، بسیاری از این خصوصیات و فرآیندها با یکدیگر ارتباط دارند؛ با این وجود، برای درک بهتر اهمیت این خصوصیات و کنترل آنها، خصوصیات مزبور به طور مجزا مورد بررسی قرار می گیرند.

پیمانه کردن، مخلوط کردن و انتقال

اکثر توصیه نامه هایی که در رابطه با پیمانه کردن مصالح بتن تدوین گشته، براساس وزن مصالح ارائه شده است، نه برمبنای حجم، این امر به علت تورم ماسه مربوط می باشد که سبب بی دقتی در اندازه گیری می شود. آب و افزودنیهای محلول را می توان به هر دو صورت وزنی یا حجمی و با دقت زیاد اندازه گیری نمود. همانطوریکه بعداً شرح داده می شود، امروزه در اکثر کشورها، پیمانه کردن و مخلوط کردن بتن در کارخانه، به صورت اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک، انجام می شود. به عنوان مثال، در ایالات متحده، در طول سالهای ۱۹۶۶ تا ۱۹۸۰، نسبت بتن های ساخته شده با دست از ۵۴ درصد به کمتر از ۲۵ درصد رسید.

خصوصیات ظاهری و فیزیکی بتن تازه، در صورت غیرمعقول بودن، به نامطلوب بودن روش اختلاط ارتباط دارد. بنابراین، مصالح بتن باید با نسبت دقیق و به طور مناسب و یکنواخت مخلوط گردند. عملیات مخلوط کردن در کارگاه یا در کارخانه می تواند انجام پذیرد، که این امر بستگی به مسایل اقتصادی، نوع اجرا و مقدار بتن مورد نیاز دارد. در کارگاه می توان از مخلوط کن های بسیار (برای جاده سازی با روسازی بتنی) و یا ساکن استفاده نمود. کارخانه بتن آماده، شامل مخلوط کن های ثابت تا حجم ۹ مترمکعب می باشد که می تواند از نوع کج شونده یا غیر کج شونده باشد. در نوع دیگر از مخلوط کن های قابل استفاده، دریچه ورودی از بالا بوده و تعدادی تیغه نیز بر روی آن نصب شده است.

بتن آماده، یعنی بتنی که در مرحله خمیری (خمیری) و شل می باشد، در کارخانه تولید شده و تحویل خریدار می گردد. در ۵۰ سال اخیر، صنعت بتن آماده پیشرفت زیادی نموده است. به طور مثال، در ایالات متحده بیش از ۵۰۰۰ شرکت در حال استفاده از۰۰۰/۱۰  کارخانه هستند که بیش از کل بتن مصرفی را تولید میکنند.

اکثر کارخانه ها، مجهز به سیستم پیمانه اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک می باشند و کنترل کارخانه توسط کامپیوترها و نرم افزارها انجام می پذیرد (شکل ۱۰-۱- الف). در ایالات متحده، معمولاً برای مخلوط کردن بتن، از کامیون مخلوط کن (شکل ۱۰-۱- ج) به جای مخلوط کن مرکزی(شکل ۱۰-۱-ب ) استفاده می شود. هر چند که برای کنترل کیفیت بهتر، میزان استفاده از مخلوط کن مرکزی در سال های بین ۱۹۶۶ تا ۱۹۷۷ از ۱۵ درصد به ۲۷ درصد افزایش و میزان مخلوط کردن در

 

(الف) صفحه کنترل مربوط به پیمانه کردن بتن در یک کارخانه مدرن تولید بتن آماده (ب) مخلوط کن مرکزی در یک مخلوط کن خم شونده ثابت، (ج) در روش کامیون مخلوط کن،بتن کاملاً در داخل کامیون مخلوط می شود.
(الف) صفحه کنترل مربوط به پیمانه کردن بتن در یک کارخانه مدرن تولید بتن آماده (ب) مخلوط کن مرکزی در یک مخلوط کن خم شونده ثابت، (ج) در روش کامیون مخلوط کن،بتن کاملاً در داخل کامیون مخلوط می شود.

 

[(الف) عکس از کارخانجات صنایع لُون استار، سانفرانسیسکو، کالیفرنیا؛ (ب) و (ج) عکس از انجمن سیمان پرتلند، اسکوکی، ایلی نویز]

کامیون از ۸۳ درصد به ۷۱ درصد کاهش یافته است. معمولاً از مخلوط کن با دیگ چرخنده با محور مایل استفاده می شود که این نوع مخلوط کن ها در دو نوع تخلیه از جلو یا تخلیه از عقب موجود می باشند. در ۱۰ تا ۱۵ سال گذشته، برای کارهای مهم و بزرگ، تمایل از طرح اختلاط به روش نسبت ها (مثلاً ۴: ۲ : ۱ )، به طرح اختلاط به روش مقاومت یا دوام تغییر یافته است. همچنین، مسئولیت کارخانه های بتن آماده در طرح اختلاط و کنترل کیفیت، بیشتر شده است.

حمل بتن آماده به کارگاه باید تا حد امکان سریع، و قبل از سفت شدن بتن، انجام پذیرد، در غیر اینصورت بتن ریزی، متراکم کردن بتن و پرداخت مطلوب آن مشکل می گردد. دلایل کنترل سفت شدن بتن یا افت روانی، که افت اسلامپ نامیده می شود، در قسمتهای دیگر شرح داده می شود. بتن،در مدت ۳۰ دقیقه، با سرعت کم و یا به صورت متناوب مخلوط می شود، و در طول زمان افت اسلامپ خواهد داشت، اما این فرآیند در مدت  ساعت، مشکلی جدی در بتن ریزی و تراکم بتن محسوب نمیشود. همچنین، همانطور که بعداً شرح داده می شود، باید توجه خاصی به حمل و بتن ریزی در هوای گرم و خشک مبذول گردد.

خلاصه ای از روشهای معمول و وسایل حمل بتن در جدول ۱۰-۱ ارائه شده است.

گزارش انجمن سیمان پرتلند

در چهل سال اخیر، در اصول حمل بتن با تسمه نقاله تغییرات بسیار کمی ایجاد شده است، ولی تغییرات عمده ای در تکنولوژی ساخت ماشین آلات رخ داده است تا بازده کار افزایش یابد. فرغون به فرغون مکانیکی تبدیل شده است. جام، که با قرقره حمل می شد، به جرثقیل تبدیل شده است و واگن حمل بتن، به کامیونهای بتن آماده تغییر یافته است. همچنین امروزه افزایش ارتفاع قابهای بتنی و ضرورت انتقال قالب ها، آرماتور و تن به ارتفاع بالاتر، باعث پیشرفت در تکنولوژی جرثقیل شده است و از جرثقیل های برجی برای ساخت برجها استفاده می شود.

مهمترین اصل در انتخاب روش و دستگاه حمل و ریختن بتن، این است که از جدا نشدن دانه ها اطمینان حاصل شود. دلایل اهمیت و کنترل جدا شدگی دانه ها (جدا شدن شن از ملات) در قسمتهای بعدی توضیح داده می شود.

جای دادن، تراکم و پرداخت بتن

پس از ورود بتن آماده به کارگاه، بتن باید به نزدیکترین محل بتن ریزی منتقل گردد (شکل۱۰-۲). برای اینکه جداشدگی دانه ها به حداقل برسد، در هنگام بتن ریزی در قالب یا دال، نباید آن را در مسافت طولانی حرکت داد. به طور کلی، بتن در لایه های افقی با ضخامت یکنواخت ریخته شده و هر لایه قبل از ریختن لایه بعدی، کاملاً متراکم می گردد. سرعت بتن ریزی باید به حدی باشد که در هنگام بتن ریزی لایه جدید، لایه زیری هنوز در حالت خمیری باشد. این کار، از بوجود آمدن درز اجرایی و صفحات ضعیفی که ناشی از ریختن بتن تازه بر روی بتن سفت شده می باشد، جلوگیری می کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*توضیح مترجمان : معمولاً کامیونهای بتن آماده دارای دو سرعت متفاوت استوانه می باشند.کامیون با سرعت اختلاط کم،۲تا۶دور در دقیقه است؛ و کامیون مخلوط کن که سرعت چرخش استوانه آن بیشتر از۶دور در دقیقه می باشد.

 

 

 

 

 

 

متراکم کردن بتن، مرحله ای است که باعث می شود که بتن در قالب ها و اطراف اجزای مدفون و پر شود و از ایجاد حبابهای هوا جلوگیری شود. این عمل را می توان با یک میله نیز انجام داد، اما معمولا از روشهای مکانیکی مانند میله مکانیکی و ویبراتور استفاده می شود که جاگذاری مخلوط با نسبت آب به سیمان کم یا با مقدار شن زیاد را امکان پذیر می کنند. مخلوط بتن با روانی زیاد باید با دقت متراکم شود، زیرا تراکم باعث جداشدگی دانه ها می شود. از ویبراتورها فقط باید برای متراکم کردن بتن استفاده شود و برای انتقال بتن در جهت افقی بکار نرود، زیرا این کار باعث جداشدگی سنگدانه ها می شود.

به طور کلی ویبره کردن، به صورت داخلی یا خارجی، برای تراکم بتن مورد استفاده قرار می گیرد. براثر ویبره کردن، اصطکاک بین ذرات سنگدانه های درشت (شن) کاهش زیادی پیدا می کند. یکی از دلایل استفاده از ویبره داخلی (که بعداً شرح داده می شود)، خارج کردن حبابهای هوای داخل بتن است که با داخل کردن سریع ویبره به مخلوط و خارج کردن آهسته از مخلوط، همراه با بالا و پایین بردن ویبره، انجام می پذیرد. سریع داخل شدن ویبره، باعث ایجاد نیرو در بتن شده و آن را به طرف بالا و بیرون حرکت داده و در نتیجه هوای محبوس در بتن، خارج می شود. در هنگام بیرون آوردن ویبره از بتن، حبابهای هوا به سطح بتن منتقل می شوند.

ویبره های داخلی یا نفوذی که ویبره های بیلچه ای یا سیخی نیز نامیده می شوند، معمولترین وسیله برای تراکم بتن در تیرها، ستونها، دیوارها و دال ها می باشد. این ویبره، از یک سر استوانه ای ارتعاشی به قطر ۱۹ تا ۱۷۵ میلیمتر تشکیل یافته که توسط یک محور انعطاف پذیر به موتور محرک متصل میشود. در داخل سر وییره، یک وزنه با سرعت زیاد، به صورت خارج از مرکز، دوران میکند که باعث دوران سر ویبره در یک مدار دایره ای می شود. ویبره های کوچک دارای فرکانس بین ۱۰۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰ دور در دقیقه بوده و دامنه آنها کوچک و بین  تا  میلیمتر (تغییر مکان از نقطه سکون) می باشد. با افزایش قطر، فرکانس کاهش یافته و به دامنه اضافه می گردد. ترتیب عملیات مطلوب متراکم کردن بتن به وسیله ویبره با فرکانس زیاد در شکل ۱۰-۳ نشان داده شده است.

 

بتن ریزی تا حد امکان در فاصله نزدیک به محل نهایی صورت می گیرد تا از جدا شدگی دانه ها جلوگیری شود.
بتن ریزی تا حد امکان در فاصله نزدیک به محل نهایی صورت می گیرد
تا از جدا شدگی دانه ها جلوگیری شود.

 

ویبره های خارجی یا ویبره های قالب، قابل نصب بر سطح بیرونی قالب می باشند. مورد استفاده آنها بیشتر برای المانهای نازک یا پرفولاد است. با استفاده از ویبره خارجی، برای قطعات پر آرماتور و تا وقتی که بتن هنوز شل باشد، حبابهای هوا و آب محبوس شده در زیر آرماتورها حرکت کرده و از بتن خارج شده و در نتیجه مقاومت پیوستگی بین بتن و آرماتور افزایش می یابد. در صنایع قطعات پیش ساخته، معمولا از میز ویبره استفاده می شود. این میزها دارای کنترل فرکانس و دامنه هستند که بر طبق اندازه قطعات و روانی بتن قالب تنظیم می باشند. ویبره های سطح مانند شمشه ویبره برای متراکم کردن بتن کف ها و دال ها تا ضخامت ۱۵۰ میلیمتر مورد استفاده قرار میگیرند.

ویبره مجدد بتن، یک تا دو ساعت پس از مرحله تراکم اولیه، قبل از گیرش، انجام می شود و گاهی اوقات برای اتصال لایه های بتن به یکدیگر مورد نیاز است. این عمل سبب حذف ترک، تخلخل یا ناحیه ضعیف ناشی از نشست یا آب انداختن، بخصوص در اطراف آرماتور با مصالح مدفون دیگر، می گردد.

برای سطوحی مانند دال ها و جاده ها، پرداخت مطلوب مورد نیاز می باشد تا سطح کاملاً سفت شده، و بدون احتیاج به تعمیر و نگهداری باقی بماند. در بعضی از موارد، سطوح احتیاج به شمشه کاری و هموار کردن دارند، ولی در بسیاری از مواقع، عملیات پرداخت شامل انجام یک سری از عملیات زیر می باشد که باید با دقت و با در نظر گرفتن گیرش و سخت شدن مخلوط بتن صورت گیرند.

 

نحوه مطلوب استفاده از ویبره با فرکانس زیاد برای متراکم کردن بتن
نحوه مطلوب استفاده از ویبره با فرکانس زیاد برای متراکم کردن بتن

 

الف) مخلوط در داخل قالب ریخته می شود.

(ب) ویبره، سنگدانه ها را با یکدیگر نزدیک کرده و ملات ماسه سیمان به طرف خارج حرکت میکند؛ حبابهای هوا در سطح قالب جمع می شوند.

(ث) ملات به حرکت خود در میان شن ادامه داده و به طرف سطح قالب کشیده میشود (د) حرکت ملات به طرف سطح قالب به پایان می رسد، در حالی که ویبره را در جهت بالا و پایین حرکت می دهند، حبابهای هوا به طرف بالا حرکت کرده و به خارج از بتن منتقل می شوند.

شمشه کشی مرحله ای است که بتن مازاد را هموار کرده و سطح بتن را به ارتفاع مورد نظر می رساند. تیغه صاف با عمل اره ای خود در طول سطح حرکت کرده و بتن اضافی در جلوی تیغه جمع آوری شده و سطوح گود را پر می کند.

ماله دسته بلند یا تخته ماله دسته بلند بلافاصله پس از شمشه کشی مورد استفاده قرار می گیرند تا سنگدانه های درشت را در جای خود ثابت نگه داشته و سطح ناهموار باقی مانده را هموار سازد. ماله کشی باید قبل از آب انداختگی در سطح بتن، به پایان برسد، در غیر اینصورت باعث خرابی سطح، مانند خاکی شدن یا پوسته شدن دال های بتنی می گردد. هنگامی که شبنم آب انداختگی تبخیر می شود و فشار پا، فقط جای کمی بر روی سطح بتن بر جای می گذارد، سطح، آماده ماله کشی و عملیات پایانی پرداخت می باشد. عملیات نهایی ماله کشی با تیغه های صاف چوبی یا فلزی انجام می شود تا سنگدانه ها محکم در جای خود باقی مانده، سطح کاملا متراکم گشته و هر گونه ناهمواری بتن و اشکال در سطح بتن از میان برود.

ماله کشی نهایی سبب می گردد که خمیر سیمان بطرف سطح بیاید؛ بنابراین ماله کشی خیلی زود یا خیلی دیر سبب ضعیف شدن سطح می شود. پس از ماله کشی، اگر یک سطح خیلی صاف و بسیار مقاوم در مقابل سایش در نظر باشد، سطح را می توان ماله فولادی کشید، ماله فلزی را نباید برای سطوحی که قبلا ماله کشی نشده است، اعمال نمود. وقتی که سطح مقاوم در مقابل لیز خوردن در نظر باشد، می توان توسط جارو کردن یا خط انداختن با چنگک یا جاروی با سیم فولادی قبل از آنکه بتن به طور کامل سخت شود، جارو کرد (بتن باید تا حدی سخت شده باشد تا اثر خط بر روی آن باقی بماند). عملیات مختلف پرداخت در شکل ۱۰-۴ نشان داده شده است. برای افزودن مقاومت سایشی با دوام، می توان تمهیداتی برای بهبود سطح بتن کاملاً سخت شده در نظر گرفت.

عمل آوری بتن، و قالب برداری

دو هدف عمل آوری، جلوگیری از افت رطوبت، و کنترل دمای بتن برای یک مدت کافی، برای رسیدن به حد مقاومت مورد نظر است. وقتی که دمای محیط به اندازه کافی بالاتر از یخ زدگی باشد، عمل آوری دال ها و جاده ها می تواند با حوضچه درست کردن بر روی آن، و یا غوطه ور کردن آن انجام شود؛ دیگر سازه ها می توانند توسط آب فشاری یا اسپری، یا پوششهای اشباع شده با آب مانند کتان با گونی، عمل آوری شوند. این روش ها سبب مقداری سرد شدن بتن از طریق تبخیر می شوند، که در بتن ریزی هوای گرم مفید است. گروه دیگری از روشها، براساس جلوگیری از افت رطوبت بتن با پوشانیدن سطح از طریق اجرای ورق عمل آوری آب بند، ورقهای پلی اتیلن، یا ترکیبات عمل آوری تشکیل دهنده غشاء، هستند. وقتی که دمای محیط کم است، بتن باید از طریق بکارگیری پتوهای عایق کننده، از یخ زدگی حفاظت شود؛ سرعت کسب مقاومت می تواند توسط عمل آوری بتن با کمک بخار همراه با فشار، المنت های حرارتی، یا صفحات یا قالبهای الکتریکی حرارت دهنده، تسریع گردد.

 

(الف) تیر با لبه های صاف مجهز به لرزاننده، کار شمشه کشی و متراکم کردن بتن را کاهش می دهد؛ (ب) ماله کشی با ماله دسته بلند، باید قبل از پدید آمدن هرگونه آب اضافه ناشی از آب انداختن بر روی سطح کامل گردد؛ (ج) وقتی که براقیت ناشی از آب انداختن تبخیر گردید و بتن، فشار پا را فقط با اثر کمی تحمل کرد، سطح برای عملیات ماله کشی و پرداخت نهایی، آماده است.
(الف) تیر با لبه های صاف مجهز به لرزاننده، کار شمشه کشی و متراکم کردن بتن را کاهش می دهد؛ (ب) ماله کشی با ماله دسته بلند، باید قبل از پدید آمدن هرگونه آب اضافه ناشی از آب انداختن بر روی سطح کامل گردد؛ (ج) وقتی که براقیت ناشی از آب انداختن تبخیر گردید و بتن، فشار پا را فقط با اثر کمی تحمل کرد، سطح برای عملیات ماله کشی و پرداخت نهایی، آماده است.

 

قالب برداری به طور کلی آخرین عملیاتی است که در دوره سن اولیه اولیه بتن انجام می شود. این عملیات مفهوم عمده اقتصادی ای را به همراه دارد، زیرا از یک طرف، قالب برداری سریع، هزینه های ساخت را پایین نگه می دارد، ولی از طرف دیگر، سازه های بتنی ای بوده اند که وقتی قالب هایشان را قبل از کسب مقاومت کافی بتن، برداشته اند، آن ساختمانها از هم فرو پاشیده اند. تا زمانی که بتن، برای تحمل تنشهای ناشی از هر دوی بارهای مرده و در حین ساخت، مقاومت کافی را کسب نکرده است، نباید قالبها را برداشت. همچنین، در هنگام قالب برداری، بتن باید به حد کافی سخت شده باشد تا سطح آن در هنگام برداشتن قالب یا فعالیتهای دیگر در حین ساخت، زخمی نگردد. از آنجا که مقاومت خمیر سیمان تازه هیدراته شده تابع دمای محیط و رطوبت مربوطه است، بهتر است به جای یک زمان دلخواه منتخب، بر اندازه گیری مستقیم مقاومت بتن تکیه شود. برای قالب برداری، تحت شرایط دمای استاندارد و عمل آوری مرطوب، بتن معمولی ساخته شده با سیمان پرتلند نوع I در ۲۴ ساعت و بتن های ساخته شده با سیمان نوع lll در ۱۲ ساعت، حد مقاومت مطلوب را کسب می کنند. برای ایمنی سازه در هوای سرد، طراحان، اغلب یک حداقل مقاومت فشاری را قبل از آنکه بتن در معرض یخ زدگی قرار بگیرد، توصیه می کنند. در هوای گرم، ممکن است رطوبت سطح بتن بر اثر تبخیر از بین برود و سبب قطع فرآیند هیدراتاسیون و روند کسب مقاومت شود؛ همچنین ترک خوردگی سطحی ناشی از جمع شدگی خمیری نیز، همانگونه که در زیر تشریح شده است، ممکن است رخ دهد.

کارآیی

تعریف و اهمیت

کارآیی بتن در ۱۲۵ASTM C به این صورت تعریف شده است که خاصیتی است که تعیین کننده انرژی مورد نیاز برای بکارگیری یک مقدار بتن تازه مخلوط شده با حداقل میزان کاهش همگنی می باشد. منظور از واژه بکارگیری بتن، عملیات در سنین اولیه بتن، شامل جای دادن، متراکم کردن و پرداخت کردن سطح آن است. انرژی مورد نیاز برای جای دادن مخلوط بتن به طور عمده توسط کل کار مورد نیاز برای شروع جریان و حفظ آن، تعیین می شود، که تابع خواص رئولوژی روغن کاری کننده (خمیر سیمان) و اصطکاک داخلی بین ذرات سنگدانه ها از یک طرف و اصطکاک خارجی بین بتن و سطح قالب از طرف دیگر، می باشد. روانی، که توسط آزمایش مخروط اسلامپ یا دستگاه وی بی (Vebe) (که در زیر شرح داده شده است اندازه گیری می شود، به عنوان یک شاخص ساده برای قابلیت حرکت یا قابلیت جریان بتن تازه مورد استفاده قرار می گیرد. انرژی مورد نیاز برای تراکم بتن، تحت تأثیر خصوصیات جریان و سهولت موفقیت در کاهش منافذ، بدون آنکه بر اثر فشار، پایداری آن از بین برود، است. پایداری، شاخصی است که نشاندهنده ظرفیت نگهداری آب (عکس آب انداختگی) و ظرفیت نگهداری مصالح سنگی درشت (عکس جداشدگی دانه ها)، در یک مخلوط بتن خمیری است. اندازه گیری کیفی این خصوصیات به طور کلی با واژه چسبندگی تحت پوشش قرار می گیرد.

باید تاکنون روشن شده باشد که کارآیی یک خاصیت مرکب با حداقل دو جزء اصلی است:

-۱ روانی یا قوام، که میزان سهولت جریان یافتن بتن را تشریح می کند.

۲- چسبندگی، که تشریح کننده تمایل بتن به آب انداختگی و جداشدگی است.

بیشتر بخوانید  نفوذ پذیری و جذب آب در بتن + نیم نگاهی به آزمایشات

کارآیی نیز مانند دوام، یک خاصیت پایه ای بتن نیست، و برای معنی دار کردن آن، باید آن را به نوع ساخت و روش های جای دادن، متراکم کردن و پرداخت کردن ارتباط داد. بتنی که می تواند به آسانی در پی حجیم جای داده شود، بدون آنکه جداشدگی داشته باشد، در اعضای سازه ای نازک کاملا غیر کارا می باشد. آن بتنی که در صورت استفاده از لرزاننده ای با بسامد زیاد برای تحکیم کارا محسوب می شود، در صورت استفاده از چخماق دستی، همان بتن ناکارا خواهد بود.

اهمیت کارآیی در فن آوری بتن مسلم است، و یکی از خواص کلیدی آن است که باید تامین شود. صرف نظر از پیچیدگی روش استفاده شده در طرح اختلاط و دیگر ملاحظاتی مانند هزینه، یک مخلوط بتن که نمی تواند به آسانی جاگذاری یا کاملا متراکم گردد احتمالا به خصوصیات دوام و مقاومت مورد انتظار منجر نمی شود.

اندازه گیری

تعریف کارآیی، ماهیت مرکب آن، و تبعیت آن از روش ساخت، روشهای جای دادن، متراکم کردن و پرداخت کردن، دلایل عدم طراحی یک روش آزمایش منحصر به فرد برای اندازه گیری کارآیی است. متداولترین آزمایشی که در سطح جهان از آن استفاده می شود و فقط روانی بتن را اندازه گیری می کند آزمایش اسلامپ نامیده می شود. برای همین منظور، دومین آزمایش از نظر اهمیت، آزمایش وی بی است که برای مخلوطهای با روانی کم، بیشتر معنی دارد. سومین آزمایش،ضریب تراکم است که خاصیت تراکم پذیری مخلوط بتن را بررسی می کند. آزمایش اسلامپ توسط ۱۴۳ ASTM C ، و دو آزمایش دیگر توسط ACI استاندارد  پوشش داده شده است. در زیر فقط خلاصه ای از ابزار و روش های این آزمایشها شرح داده می شود.

آزمایش اسلامپ

. دستگاه مورد استفاده برای آزمایش اسلامپ در واقع خیلی ساده است. و شامل یک میله تخماق، یک مخروط ناقص به ارتفاع mm۳۰۰، قطر mm ۱۰۰ در بالا، و قطر mm۲۰۰ در پایین است. مخروط با بتن پر می شود، سپس به آهستگی بلند می گردد. مخروط بتنی بدون حایل، بر اثر وزن خود افت پیدا می کند؛ کاهش در ارتفاع مخروط کاهش یافته موسوم به اسلامپ بتن است. جزئیات روش براساس ۱۴۳ASTM C در شکل ۵-۱۰نشان داده شده است. آزمایش اسلامپ برای اندازه گیری روانی بتن خیلی خیس یا خیلی خشک مناسب نیست. آزمایش اسلامپ معیار خوبی برای سنجش کارآیی نیست، هر چند که با آن، می توان روانی یا خصوصیات جریان مخلوط بتن را به خوبی اندازه گرفت. وظیفه اصلی این آزمایش فراهم کردن روشی ساده و مناسب برای کنترل کردن یکسانی و یکنواختی پیمانه های مختلف مخلوط بتن آماده است. برای مثال، تغییرات بیش از حد معمول در اسلامپ، ممکن است بر اثر تغییر غیر قابل انتظار در نسبتهای مخلوط یا دانه بندی مصالح سنگی یا مقدار رطوبت باشد. این روش، اپراتور کارخانه تهیه مخلوط بتن آماده را قادر می سازد که موقعیت را بررسی کرده و در صورت لزوم آن را اصلاح کند.

آزمایش وی بی

. دستگاه مورد استفاده برای این آزمایش که توسط مهندس سوئدی، بَرنِر ( V , Bahrner )، ابداع شد، در شکل ۶-۱۰ الف نشان داده شده است. این دستگاه شامل میز لرزاننده، یک ظرف استوانه ای، یک مخروط اسلامپ و صفحه شیشه ای یا خمیری متصل به میله با حرکت آزاد (این میله به عنوان نقطه انتهایی مرجع عمل می کند)، می باشد. مخروط در ظرف قرار داده شده، با بتن پر شده و سپس خارج می شود. صفحه در موقعیت بالای مخروط بتن قرار داده می شود و میز لرزاننده در موقعیت حرکت تنظیم می گردد. زمان مورد نیاز برای قالب کردن مجدد بتن از شکل مخروطی به استوانه ای تا آنکه صفحه کاملا با بتن پوشش داده شود، شاخصی از قوام بتن است. این زمان، بر حسب ثانیه، به عنوان عدد وی بی گزارش می شود.

آزمایش ضریب تراکم

. این آزمایش که در انگلستان ابداع شد، درجه تراکم یک مخلوط بتن را وقتی که در معرض یک مقدار کار استاندارد قرار می گیرد، اندازه می گیرد. درجه تراکم، که به ضریب تراکم موسوم است توسط نسبت چگالی (نسبت چگالی واقعی به دست آمده در آزمایش به

 

جزئیات روش آزمایش اسلامپ
جزئیات روش آزمایش اسلامپ

 

١- بر روی دو قطعه فلزی زیرپایی متصل به مخروط بایستید. این کار، به منظور محکم نگهداشتن مخروط بر روی صفحه زیرین، در طی مراحل ۱ تا ۴ صورت می گیرد. حجم مخروط را از نمونه بتن پر کنید. برای این کار، بتن را تا ارتفاع ۶۷ میلیمتر در داخل مخروط بریزید. سپس، آن را با ۲۵ ضربه یک میله استاندارد بکوبید. این میله باید از جنس فولاد و به صورت مستقیم و با مقطع گرد بوده، و قطر آن ۱۶ میلیمتر و طول آن ۶۰۰ میلیمتر باشد. انتهای میله نیز باید به صورت یک نیمکره باشد. ضربات وارده از میله به سطح بتن، باید به صورت یکنواخت بر روی مقطع آن در هر لایه وارد آید. در لایه زیرین، این امر مستلزم آن است که میله را کمی به صورت مایل گرفته، و حدود نیمی از ضربات را نیز در حوالی نزدیک دور نمونه و در نزدیکی لبه های مخروط وارد کنید، و سپس، به تدریج که کار به پیش می رود، میله را به صورت قائم درآورده و با طی یک مسیر مارپیچی، محل اعمال آن را به سمت مرکز مخروط هدایت کنید.

۲- حال، دیگر حجم قالب را پر کنید. در این حال، ارتفاع بتن به نیمه ارتفاع مخروط می رسد. سپس، مجدداً با میله فوق الذکر ۲۵ ضربه بر روی بتن ریخته شده وارد کنید. این ضربات باید به گونه ای باشد که میله به داخل بتن ریخته شده فرو برود، ولی به داخل لابه ریخته شده مرحله اول نفوذ نکند.

٣- حال، بقیه قالب را به گونه ای از بتن پر کنید که بتن از لبه آن سرریز کند. سپس، باز هم با میله مزبور ۲۵ ضربه بر روی بتن ریخته شده وارد کنید، به گونه ای که میله به داخل بتن ریخته شده فرو برود، ولی به داخل لایه ریخته شده مرحله دوم نفوذ نکند.

۴- به کمک میله مزبور، بتن اضافی را از سطح فوقانی مخروط بردارید، به گونه ای که مخروط به صورت کاملاً پر، و سطح فوقانی بتن به صورت کاملاً صاف درآید. بتن اضافی را از پای قالب مخروطی شکل جمع آوری کرده و دور بریزید.

۵- بلافاصله پس از اتمام مرحله ۴، باید قالب مخروطی شکل، در ظرف مدت ۲ ۵ ثانیه برداشته شود. بلند کردن قالب باید به صورتی یکنواخت صورت گیرد و همراه با هیچگونه حرکت جانبی با چرخشی وارد بر بتن نباشد. کل مراحل انجام کار، از پر کردن قالب تا برداشتن آن، باید بدون وقفه صورت گیرد و در ظرف مدت ۲ تا دقیقه انجام شود.

۶- حال، قالب را به صورت وارونه بر روی صفحه زیرین قرار داده و میله فوق الذکر را به گونه ای به صورت افقی بر روی آن قرار دهید که انتهای آن تا روی بتن، که اکنون کمی افت ارتفاع پیدا کرده است، ادامه پیدا کند. سپس، بلافاصله، فاصله قائم بین سطح تحتانی میله فولادی تا وسط نمونه متن را اندازه گیری کنید. فاصله اندازه گیری شده را با دقت اینچ (۶ میلیمتر) گرد کنید، عدد به دست آمده، اسلامپ بتن می باشد. در صورتی که نمونه بتن، پس از برداشتن قالب، از یک طرف افتادگی پیدا کرده بود و با این که یک طرف آن و یا بخشی از توده بتن دچار برش شده بود، آزمایش غیر قابل قبول خواهد بود و باید آزمایش، مجددا بر روی نمونه دیگری از بتن تکرار شود.

چگالی همان بتن در شرایط کاملاً متراکم شده اندازه گیری می شود. دستگاه، اصولاً شامل دو قیف مخروطی است که هر یک دارای یک دریچه در پایین است و یکی از آنها بر روی دیگری قرار دارد شکل( ۱۰-۶-ب). استوانه ای به ابعاد mm۳۰۰× ۱۵۰ نیز در زیر قیف ها قرار میگیرد. قیف بالاتر، که بزرگتر از قیف پایین تر است با بتن پر می گردد و سطح آن بدون متراکم کردن تسطیح می شود. توسط بازکردن دریچه در پایین قیف، بتن اجازه می یابد توسط نیروی ثقل به قیف پایین تر فرو بریزد. بتن از قیف پایین قدری سرریز می کند. این امر، به ما این اطمینان را میدهد که مقدار بتن به دست آمده در حالت تراکم استاندارد، تحت تأثیر عامل انسانی قرار نمی گیرد. سپس، دریچه قیف پایین تر آزاد می شود و بتن به داخل استوانه فرو می ریزد. مصالح اضافی تسطیح می شود و وزن خالص بتن در داخل حجم معلوم استوانه تعیین می شود، و از روی آن، چگالی بتن به آسانی محاسبه می گردد.

عوامل موثر بر کارآیی، و کنترل آنها

واضح است که به جای کارآیی، مناسبتر آن است که چگونگی تحت تأثیر قرار دادن عوامل مختلف مؤثر بر روانی و چسبندگی مورد ملاحظه قرار گیرد، زیرا این دو جزء کارایی ممکن است به طور معکوس توسط تغییر یک متغیر خاص، تحت تأثیر قرار بگیرند. به طور کلی، بسته به تأثیر عوامل زیر بر روانی یا چسبندگی، کارآیی مخلوط بتن توسط مقدار آب، مقدار سیمان، دانه بندی مصالح سنگی و دیگر خصوصیات فیزیکی، افزودنیها، و عوامل موثر در افت اسلامپ کنترل می شود.

 مقدار آب

. ۱-۲۱۱ ACI (استاندارد اجرایی برای نسبت کردن مخلوطهای بتن) فرض می کند که به ازای یک حداکثر اندازه مشخص سنگدانه، اسلامپ یا روانی بتن تابع مستقیم مقدار آب آن است؛ بنابراین در این محدوده، اسلامپ مستقل از دیگر عوامل مانند دانه بندی مصالح سنگی و مقدار سیمان است. در پیش بینی اثر نسبتهای مخلوط بر روی روانی باید توجه داشت که از سه عامل، شامل نسبت آب به سیمان، نسبت مصالح سنگی به سیمان، و مقدار آب، فقط دوتای آنها مستقل هستند. برای مثال، وقتی که نسبت مصالح سنگی به سیمان کاهش می یابد، اما نسبت آب به سیمان ثابت نگه داشته می شود، مقدار آب و متعاقبا روانی افزایش می یابد. از طرف دیگر، وقتی که مقدار آب ثابت نگه داشته می شود ، اما نسبت مصالح سنگی به سیمان کاهش می یابد، نسبت آب به سیمان کاهش یافته و روانی تحت تأثیر قرار می گیرد.

مخلوطهای بتن با روانی خیلی زیاد، تمایل به جداشدگی ذرات و آب انداختگی دارند، بنابراین، این امر تأثیر معکوسی بر روی قابلیت پرداخت دارد. مخلوطهای با روانی خیلی کم ممکن است جای دادن و تراکمشان مشکل باشد و مصالح سنگی درشت ممکن است منجر به جداشدگی در هنگام جای دادن بتن شوند.

 مقدار سیمان

. در بتن معمولی، با مقدار سیمان داده شده، پایین آوردن چشمگیر مقدار سیمان موجب تولید مخلوطهای خشن با قابلیت پرداخت ضعیف می شود. بتن های حاوی نسبت خیلی زیاد سیمان یا حاوی سیمان خیلی ریز چسبندگی عالی ای از خود نشان می دهند، اما این بتنها تمایل به چسبناکی دارند.

 

 

دستگاه اندازه گیری روانی بتن (الف) دستگاه وی بی، (ب) دستگاه ضریب تراکم خصوصیات مصالح سنگی
دستگاه اندازه گیری روانی بتن
(الف) دستگاه وی بی، (ب) دستگاه ضریب تراکم
خصوصیات مصالح سنگی

 

. اندازه ذرات مصالح سنگی درشت، آب مورد نیاز برای تأمین روانی داده شده را تحت تأثیر قرار می دهد (جدول ۹-۲). همچنین، ماسه های خیلی ریز یا ماسه های تیز گوشه نیاز به آب بیشتری برای روانی داده شده دارند؛ از طرف دیگر، آنها مخلوطهایی خشن و بدون کارآیی را با مقدار آبی تولید می کنند که ممکن است آن مقدار آب با ماسه درشت تر یا کاملاً کروی مطلوب باشد. براساس یک قانون سرانگشتی، وقتی که از ماسه شکسته به جای ماسه طبیعی در بتن استفاده می شود، برای تامین روانی یکسان نیاز به ۲ تا ۳ درصد ماسه بیشتر براساس حجم مطلق و ۱۰ تا ۱۵ پاوند آب بیشتر در هر یارد مکعب است.

 افزودنی ها

. حباب هوا حجم خمیر را افزایش میدهد و روانی بتن را برای مقدار آب داده شده (جدول )بهبود می بخشد. همچنین، با کاهش آب انداختگی و جداشدگی، چسبندگی افزایش می یابد. بهبود روانی و چسبندگی توسط حباب هوا در مخلوطهای خشن و غیر کارا، مانند بتن حجیم، که دارای مقدار کمی سیمان است، مؤثرتر می باشد.

مخلوطهای پوزولانی تمایل به بهبود چسبندگی بتن دارند. وقتی که از خاکستر بادی به عنوان جایگزین بخشی از مصالح سنگی ریز استفاده می شود، به طور کلی روانی را به ازای مقدار آب معین افزایش می دهد. همینطور، وقتی که مقدار آب مخلوط بتن ثابت نگه داشته می شود، افزودن ماده کاهش دهنده آب روانی را افزایش میدهد. (جدول ۸-۱)

افت اسلامپ

 تعاریف

افت اسلامپ را می توان به عنوان افت روانی بتن تازه با گذشت زمان تعریف کرد. افت اسلامپ یک پدیده معمول در تمام بتنها است، زیرا نتیجه سفت شدن تدریجی و گیرش خمیر سیمان پرتلند هیدراته شده، که همراه با تشکیل محصولات هیدراتاسیون مانند اترینگایت و سیلیکات کلسیم هیدراته شده می باشد (فصل ۶)، است. افت اسلامپ وقتی رخ می دهدکه آب آزاد، بر اثر واکنشهای هیدراتاسیون، جذب سطحی محصولات هیدراتاسیون، و تبخیر، از مخلوط بتن خارج می شود.

تحت شرایط معمول، حجم محصولات هیدراتاسیون، در مدت نیم ساعت اول پس از افزودن آب به سیمان، کوچک است و افت اسلامپ قابل صرف نظر کردن است. پس از آن، بتن شروع به از دست دادن اسلامپ به مقداری می کند که عمدتاً توسط گذشت زمان بعد از هیدراتاسیون، دما، ترکیب سیمان و افزودنی های موجود، تعیین می شود. به طور کلی، تغییرات روانی بتن تا زمان جای دادن آن، به طور دقیق قرائت می شود و برنامه مناسبی اعمال می شود تا از روانی کافی بتن برای جای دادن آن و عملیات متعاقب آن (برای مثال، تراکم و پرداخت) اطمینان حاصل شود. برای غلبه کردن بر مشکلات ناشی از افت اسلامپ، می باید تمهیدات خاصی در محل به اجرا در آید. یکی از این روشها، شروع کردن کار با بتن مخلوط شده آماده ای که اسلامپ اولیه آن بیشتر از مقداری است که در محل کارگاه لازم است تا افت اسلامپ مورد انتظار جبران گردد. یک روش دیگر، اضافه کردن آب اضافی (در حدود نسبت آب به سیمان مجاز) درست قبل از جای دادن بتن و مخلوط کردن مجدد بتن به طور مطلوب است. عمل اخیر، افزودن مجدد آب به بتن نامیده می شود.

تحت شرایط خاص، بتنی که در مدت  یا ۱ ساعت اول، افت اسلامپ به طور غیر معمول زیادی از خود نشان می دهد ممکن است بر عملیات ساخت مخلوط، انتقال، جاگذاری، متراکم کردن و پرداخت اثر گذاشته و آنها را مشکل و حتی غیر ممکن سازد. در عمل، افت اسلامپ در بتن، به طور کلی به معنی افت سریع و زیاد نامتعارف روانی است که خارج از انتظار یا رفتار معمول است. باید توجه داشت که اندازه گیریهای اسلامپ تا زمان قبل از جاگذاری انجام می شود، با این وجود، وقتی که افت شدید روانی در مدت جاگذاری یا بلافاصله پس از آن رخ می دهد، مشکلات عملی نیز می تواند ایجاد شود. بنابراین پیشنهاد شده است که تعریف واژه افت اسلامپ به میزان سفت شدن غیرمتعارف بتن تازه (چه اندازه گیری بشود، چه نشود)، که سبب اثرات ناخواسته شود، اطلاق گردد.

اهمیت

سخت شدن زودرس بتن تازه، بسته به آنکه مشکل در چه زمانی ظاهر می شود، ممکن است به معنی افزایش چرخش زیاد مخلوط کن، نیاز به آب اضافه در مخلوط کن یا در محل کارگاه، باقی ماندن بتن در جام تراک میکسر، اشکال در پمپ کردن و جای دادن بتن، نیاز به نیروی انسانی بیشتر در جای دادن و عملیات پرداخت، افت تولید و کیفیت اجرا، افت مقاومت، دوام و دیگر خواص، در هنگامی است که آب اضافه شده به مخلوط در حد زیاد بوده، و یا به خوبی با آن مخلوط نشده باشد.

وقتی که در بازرسی از کارگاه و کنترل کیفیت سهل انگاری می شود، گروه های ساخت اغلب عمل نامناسب اضافه کردن آب زیادی به بتن را در صورت نیاز یا عدم نیاز به آن انجام می دهند. فروپاشی بسیاری از بتنها دلالت بر بی مبالاتی در افزودن آب اضافه، که به طور نامطلوب مخلوط شده و یا در محاسبات طرح اختلاط منظور نشده، می باشد. برای مثال، باز کردن قالب از یک سطح بتن ریزی شده به طور غیر معمول بزرگ، سطوح کرموی شدید را آشکار می کند. پرسنل ساخت اشاره کردند که گیرش سریع، که عمدتا در مدت دمای زیاد محیط بوده است، در حین کار رخ داده است. تجزیه و تحلیل پتروگرافی از مغزهها آشکار کرد که سطوح با نسبت های مختلف آب به سیمان در مغزه وجود دارد، که نشان دهنده آن است که به مخلوط بتن، آب اضافی افزوده شده تا افت اسلامپ جبران گردد و مخلوط کردن غیر کامل آب اضافه رخ داده است. انجمن ملی بتن مخلوط شده آماده، توصیه می کند که: بار تلف شده، در یک بتنی که به زیر سؤال برده شده است، ممکن است در مقایسه با کاربرد احتمالی آن و شکست در عملکرد آن، نشان دهنده یک معامله وحشتناک برای شرکت مزبور باشد.

دلایل و کنترل

دلایل اصلی بروز مشکلات ناشی از افت اسلامپ در بتن عبارتند از: (۱) استفاده از سیمان با گیرش غیرمعمول؛ (۲) صرف مدت طولانی، به میزان غیر معمول، برای مخلوط کردن، انتقال، جای دادن، متراکم کردن، یا عملیات ساخت؛ (۳) دمای زیاد بتن، ناشی از حرارت زیاد هیدراتاسیون، و یا استفاده از مصالحی برای ساخت بتن، که در دمای زیاد محیط انبار شده اند.

داده های متعارف در مورد تأثیر ترکیب سیمان، زمان سپری شده پس از هیدراتاسیون، و دما بر روی سرعت افت اسلامپ در مخلوطهای بتن معمولی، در جدول ۱۰-۲ نشان داده شده است. تمامی بتن ها، حاوی lb/yd3 517 سیمان پرتلند نوع ۱، lb/yd3۱۷۵۲ مصالح سنگی درشت دانه و lb/yd3 ۸۲۴ مصالح سنگی ریزدانه هستند. مقدار آب برای کسب اسلامپ های اولیه مختلف، متفاوت است: تقریبا ۷ اینچ، ۵ اینچ، یا ۳ اینچ. سیمان A یک سیمان کم قلیا (  درصد معادل( Na2O با ۹ در صد مقدار C 3A ، بود، در حالی که سیمان B، یک سیمان پرقلیا (  درصد معادل (Na2O با  درصد مقدار C3A بود و هر دو دارای مقدار SO3 و مساحت سطح بلین مشابه بودند. نتیجه گیری های زیر، از تحقیقات انجام شده بر روی آنها به دست آمده است:

١- به طور کلی، مقدار افت اسلامپ با اسلامپ اولیه تناسب دارد؛ با اسلامپ اولیه بیشتر، افت اسلامپ بیشتر می شود. برای مثال، در مورد سیمان A ،در یک آزمایش ۲ ساعته در دمای ۷۰، مخلوط بتن شماره ۱ (با اسلامپ اولیه ۷ اینچ)، به میزان ۵ اینچ افت کرد، در حالی که مخلوط بتن شماره ۳ (با اسلامپ اولیه ۵ اینچ)، به میزان ۳ اینج افت کرد و مخلوط بتن شماره ۵ (با اسلامپ اولیه ۳ اینچ)، به میزان ۲ اینچ افت کرد. صرف نظر از اسلامپ اولیه، مقادیر اسلامپ نهایی ۲ ساعت پس از هیدراتاسیون در حد ۱ تا ۲ اینچ بوده اند. در چنین مواردی، به کارگیری روش جبران کردن افت اسلامپ مورد انتظار، توسط طراح، برای کسب اسلامپ اولیه بیشتر توصیه نمی شود، زیرا افزودن آب اضافی مورد نیاز در کارگاه ممکن است نسبت آب به سیمان مخلوط بتن را افزایش داده، و اسلام اولیه را زیاد کرده و نسبت مزبور را به حد غیر قابل قبولی برساند.

۲- به طور کلی، افت اسلامپ زودرس تمایل به تناسب مستقیم با دمای بتن دارد. برای مثال، در مقایسه بتن های ساخته شده با سیمان A، با اسلامپ ۷ اینچ، در دو دمای مختلف[یعنی ۷۰(  مخلوط بتن۱ ) و  ۸۵ (مخلوط بتن۷ ) ] در زمان های سپری شده ۳۰، ۶۰ و ۹۰ دقیقه، اولی به ترتیب اینچ،  اینچ، و  اینچ و  اینچ افت اسلامپ، و دومی  اینچ،  و  اینچ افت اسلامپ از خود نشان دادند.

۳- در مورد اثر ترکیبات سیمان بر روی افت اسلامپ، برای تمام شرایط آزمایش در مورد بتن های ساخته شده با سیمان حاوی C3A بیشتر و مقدار قلیایی زیاد (سیمان B)، میزان افت اسلامپ بیشتری مشاهده شد. برای مثال، در دمای ۷۰ و زمان های سپری شده ۳۰، ۶۰ و ۹۰ دقیقه، مخلوط بتن شماره ۱ به ترتیب اینچ، ۱ اینچ و ۳ اینچ، در مقایسه با ۲، ۳ و  اینچ برای مخلوط بتن شماره ۲، افت پیدا کردند.

 

 

 

 

اثر ترکیبات سیمان، زمان سپری شده و دما بر روی اسلامپ مخلوطهای بتن با اسلامپ های اولیه گوناگون
اثر ترکیبات سیمان، زمان سپری شده و دما بر روی اسلامپ مخلوطهای
بتن با اسلامپ های اولیه گوناگون

 

 

 

ارلین و هایم  ( Erlin & Hime ) ، مواردی تاریخی از افت اسلامپ غیر معمول را، که به ترکیبات سیمان یا اندرکنش افزودنی – سیمان نسبت داده می شود، گزارش کردند. در مدت ساخت سیلوی بتنی با قالب لغزنده، ناهمواری سطحی، در مواردی که از سیمان پرتلند کم رنگ استفاده شده بود، مشاهده شد. اینگونه ناهمواری ها، در هنگامی که در مراحل اولیه ساخت از سیمان تیره تر استفاده شده بود، رخ نداد. کارگران متوجه شدند که به فشارهای پمپاژ بیشتری، برای جای دادن بتن ساخته شده با سیمان با مواد رنگی کم، نیاز است. تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی آشکار کرد که این سیمان حاوی سولفات کلسیم، عمدتاً به شکل گچ، هیدراته شده و گیرش کاذب شدیدی داشت(شکل ۶-۸ را ملاحظه کنید). این مسأله موجب آن شد که وقتی که قالب ها می لغزیدند، سطح بتن دچار پارگی و ترک خوردگی شود.

در مورد دوم، در حین انتقال کامیون مخلوط آماده، بتن گیرش سریعی پیدا کرد، به حدی که نیاز به کندن آن شد. آزمایش های آزمایشگاهی نشان داد که بتن، حاوی ۲ یا ۳ برابر مقدار معمول افزودنی حاوی تری اتانولامین، که یک تسریع کننده است، می باشد. با اضافه کردن ماده افزودنی به مخلوط، سیمان سریعاً سخت شد و گرمای بسیار زیادی تولید کرد (گیرش آنی). از تجزیه و تحلیل سیمان معلوم شد که سولفات کلسیم، بیشتر به شکل سنگ گچ طبیعی غیر حلال وجود داشته است. در نتیجه، واکنشهای غیر متعادل شامل فازهای سولفات و آلومینات، همانطور که قبلا شرح داده شد ( شکل ۶-۸) منجر به گیرش سریع شد.

در واقعه ای دیگر، به دلیل وجود ماده رنگی از نوع گلوکوهپنانات در ماده افزودنی، دیرگیری سیمان آنقدر شدید بود که حتی پس از ۲۴ ساعت نیز، سفت شدن و گیرش رخ نداد، بنابراین، لازم شد که بتن در روز بعد جمع آوری شود. بعضی از عناصر کاهش دهنده آب، بخصوص نوع قوی آن یا فوق روان کننده ها، تمایل به تسریع افت اسلامپ دارند. این امر، به دلیل پراکندگی موثر سیستم سیمان – آب است که میزان تشکیل محصولات هیدراتاسیون را تقویت می کند.

براساس نظر تات هیل (Tuthill) (،مشکلات مربوط به افت اسلامپ، اغلب در آغاز عملیات جای دهی بروز می کند و این، البته در هنگامی است که قبل از آنکه قالب کاملاً آماده دریافت بتن باشد اجازه مخلوط کردن داده شود، و یا در هنگامی است که اولین پیمانه ها در محدوده کم اسلامپ هستند و اینگونه قضاوت می شود که این تنها برای شروع ایمن و بدون تاخیر، در جایی که بتن تازه ریخته شده ای وجود ندارد تا بروی آنها کار شود، خیلی خشک هستند. هر یک از این دو مشکل سبب می شود که بتن در کامیونها یا جامها باقی بماند، و با گذشت زمان، اسلامپ آن افت کند. این تأخیرهای از مخلوط کردن تا جای دادن بتن، می تواند علاوه بر از دست رفتن مستقیم زمان، اثر جدی بر روی مقادیر تولید داشته باشد، و این، بویژه در عملیاتی مانند پمپ کردن، روکش کردن تونل، ساخت جاده با قالب لغزنده، و بتن ریزی با ترمی، که به میزان زیادی تابع درجه ثابت قابل قبول روانی بتن هستند، مطرح است.

مشکلات افت اسلامپ اکثر مواقع در هوای گرم رخ می دهد؛ دمای بیشتر بتن در هنگام مخلوط کردن، حمل کردن و جای دادن، منجر به افت اسلامپ بیشتری خواهد شد. کمیته ۳۵۵ACI مشکلاتی را که ممکن است برای بتن، در هنگام جای دادن در دمای نزدیک به ۳۲ ایجاد گردد، خاطر نشان کرده و رعایت احتیاط را توصیه می کند، و تأکید می کند که تمامی سعی باید بر این باشد که بتن در دمای کمتری جای داده شود. در هوای گرم و خشک توصیه شده است که سنگدانه ها در محل های سایه دار قرار داده شده و با آب پاشی سرد گردند. براساس نظر تات هیل ، استفاده از یخ شکسسته به عنوان بخشی از آب مخلوط، یا جایگزین تمام آن، بهترین روش پایین آوردن دمای بتن است. هر ۳ کیلوگرم یخ دمای ۱ متر مکعب بتن را در حدود  کاهش می دهد.

به عنوان نتیجه گیری باید گفت که، حذف هر گونه احتمال تأخیر در عملیات جابجایی بتن، نگه داشتن دمای بتن نزدیک به محدوده ۱۰ تا ۲۱ تا حد امکان، و کنترل آزمایشگاهی خصوصیات سفت شدن و گیرش سیمان (با یا بدون افزودنی انتخاب شده برای استفاده در بتن) پیشگیریهای ضروری، برای کنترل مشکلات ناشی از افت اسلامپ است.

بیشتر بخوانید  بتن آماده | ساخت، کنترل کیفیت و کاربرد

جداشدگی اجزاء و آب انداختگی

 تعاریف و اهمیت

جداشدگی، به عنوان جدا شدن اجزای بتن تازه، به نحوی که دیگر توزیع یکنواخت نداشته باشند، تعریف می شود. دو نوع جداشدگی وجود دارد. نوع اول، که از خصوصیات مخلوطهای بتن خشک است شامل جدا شدن ملات از جسم بتن است که برای مثال، می تواند ناشی از زیاد لرزاندن بتن باشد). آب انداختگی، که در بخش بعدی تشریح می شود، دومین شکل جداشدگی است و از خصوصیات مخلوطهای بتن خیس است.

آب انداختگی به عنوان پدیده ای تعریف می شود که تظاهر خارجی آن، پدیدار شدن آب بر روی سطح بتن، پس از اتمام جای دادن و تراکم، و قبل از گیرش بتن (بنابراین وقتی که رسوب گذاری و ته نشینی، دیگر انجام نمی شود)، است. آب سبکترین جزء در مخلوط بتن است؛ در نتیجه، آب انداختگی یک شکل از جداشدگی است، زیرا جامدات در حالت تعلیق تمایل دارند تحت نیروی ثقل به طرف پایین حرکت کنند. آب انداختگی در نتیجه عدم توانایی اجزای مصالح در نگه داشتن تمام آب مخلوط در حالت پراکنده است که در همان حال، جامدات سنگین رسوب می کنند.

کاهش تمایل برای جداشدگی در مخلوط بتن مهم است، زیرا تراکم کامل که برای کسب حداکثر پتانسیل مقاومت ضروری است پس از جداشدگی بتن، امکان پذیر نیست. پدیده آب انداختگی چندین نمود دارد. اول آنکه، فقط مقداری از آب ناشی از آب انداختگی به سطح بتن می رسد و مقدار زیاد آن، در صورت وجود، در زیر قطعات بزرگ مصالح سنگی و میلگردهای افقی به تله می افتد. اگر آب ناشی از آب انداختگی در تمام مخلوط بتن به صورت یکنواخت از بین برود، و اگر قبل از لرزاندن مجدد بتن آب ناشی از آب انداختگی، که بر روی سطح ظاهر می شود، توسط روش هایی مانند مکش، خارج گردد، کیفیت بتن بهبود می یابد. این امر، در نتیجه کاهش نسبت آب به سیمان است. با این وجود در عمل، این امر اتفاق نمی افتد. معمولاً حباب های آب انداختگی در زیر مصالح سنگی درشت و میلگردها زیاد هستند و در بخش بالایی بتن بزرگتر می باشند، بنابراین بخش بالاتر بتن ضعیف تر از بخش پایین تر سازه است.

شیره بتن، همراه با ظاهر شدن خارجی آب انداختگی، بر اثر تمایل آب به بالا آمدن از کانال های داخلی بتن، ایجاد شده و موجب آن می شود که با خود، ذرات بسیار ریز سیمان، ماسه و رس (که به صورت مصالح سنگی آلوده وجود دارد) را حمل کرده و آنها را به شکل پس مانده در سطح بتن رسوب دهد. لایه شیره بتن حاوی نسبت زیاد آب به سیمان است و بنابراین متخلخل، نرم و ضعیف است. وقتی که کف دال یا راه حاوی شیره بتن باشد، آنگاه به جای داشتن یک سطح سخت بادوام، بتن دارای سطح نرمی خواهد بود که مساعد پودر شدگی است. محصولات هیدراتاسیون در خمیر سیمان متخلخل لایه شیره بتن، به آسانی در هوا کربناته می شوند. بنابراین، اگر شیره بتن در بالای قالب یا لایه جمع شود، پیوند آن با لایه بعدی ضعیف خواهد بود. در نتیجه، شیره بتن در بتن قدیم همیشه باید توسط برس زدن و شستشو، یا توسط ماسه پاشی، قبل از جای دادن بتن جدید، خارج گردند. آب انداختگی همچنین نقش چشمگیری در ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری ایفا میکند که در این مورد، در بخش بعدی بحث شده است.

اندازه گیری

هیچ آزمایشی برای اندازه گیری جداشدگی وجود ندارد؛ مشاهده ظاهری و بازرسی مغزه های بتن سخت شده به طور کلی برای تعیین اینکه آیا در موقعیت داده شده جداشدگی یک مشکل است، مناسب می باشد. با این وجود، یک آزمایش استاندارد ASTM برای اندازه گیری میزان آب انداختگی وکل ظرفیت آب انداختگی مخلوط بتن وجود دارد. براساس استاندارد ۲۳۲ASTM C ، نمونه ای از بتن در یک ظرف، به قطر mm ۲۵۰ و ارتفاع mm ۲۸۰ جای داده شده و متراکم می گردد. آب ناشی از آب انداختگی که بر سطح پدید می آید در فواصل زمانی هر ۱۰ دقیقه، در طول مدت ۴۰ دقیقه اول، و پس از آن در هر ۳۰ دقیقه فاصله، خارج می گردد. آب انداختگی بر حسب مقدار آب جمع آوری شده، به عنوان درصدی از آب خالص مخلوط در نمونه نشان داده می شود.

دلایل و کنترل

ترکیبی از روانی نامناسب، مقدار زیاد ذرات بزرگ مصالح سنگی درشت با جرم مخصوص زیاد یا کم، وجود کم ذرات ریز (ناشی از مقادیر کم سیمان و ماسه یا استفاده از ماسه با دانه بندی ضعیف) و روش های نامطلوب جاگذاری و متراکم کردن به طور کلی دلایل عمده مشکلات جداشدگی و آب انداختگی در بتن هستند. مسلم آن است که این مشکلات را می توان از طریق رعایت نسبتهای مخلوط و روشهای حمل و نقل و جاگذاری، کاهش داده یا حذف نمود.

جداشدگی، گاهی اوقات در مخلوطهای بسیار خشک با کمی افزایش دادن مقدار آب، میتواند کاهش یابد. هر چند، در اکثر موارد، این کار مستلزم توجه دقیق به دانه بندی مصالح سنگی می باشد. این امر، ممکن است شامل پایین آوردن اندازه حداکثر مصالح سنگی درشت و استفاده بیشتر از ماسه یا ماسه ریزتر، باشد. افزایش در مقدار سیمان، و استفاده از مواد افزودنی معدنی و حباب هوا پیشگیری های معمول در مقابله با تمایل مخلوطهای بتن به آب انداختگی است. جالب است که اشاره شود که سیمان های با C 3 A زیاد و قلیایی زیاد، که افت اسلامپ بیشتری از خود نشان می دهند، تمایل به کاهش آب انداختگی دارند. وقتی که مخلوط بتن باید از ارتفاع چشمگیری ریخته شود، (مانند بتن ریزی در ترمی)، یا در مقابل یک مانع تخلیه گردد، مصالح باید مقداری چسبنده باشند و دقت بیشتری در حین جای دادن بتن مبذول شود.

تغییرات حجم زودرس

 تعاریف و اهمیت

پس از قرار گرفتن بتن تازه در قالب های عمیق مانند قالبهای یک ستون با یک دیوار، بعد از چند ساعت مشاهده می شود که سطح رویی آن نشست کرده است. تمایل به نشست کردن همچنین با حضور ترکهای کوتاه افقی تایید میشود. این کاهش حجم بتن تازه به جمع شدگی ناشی از پیش سخت شدگی یا جمع شدگی ناشی از پیشگیرش یا جمع شدگی خمیری موسوم است، زیرا جمع شدگی در هنگامی رخ می دهد که بتن هنوز در مرحله خمیری است. در ایالات متحده، واژه جمع شدگی خمیری معمولا در مورد دالهای بتنی استفاده می شود. در زیر، این مطلب شرح داده شده است.

در نتیجه جمع شدگی ناشی از پیش سخت شدگی، ترکها بر روی موانعی نظیر آرماتورها و سنگدانه ها توسعه می یابد تا نشست به صورت یکنواخت باشد. در دال ها، خشک شدگی سریع بتن تازه، وقتی که میزان افت آب از سطح بیشتر از میزان آب انداختگی آب موجود باشد، سبب جمع شدگی خمیری می شود. اگر در همان زمان بتن نزدیک سطح، خیلی سفت شود و نتواند جاری شود اما به اندازه کافی مقاوم نباشد که در مقابل تنش کششی ناشی از جمع شدگی مقید شده مقاومت کند، ترکها بروز می کنند. ترکهای جمع شدگی خمیری متعارف (شکل ۱۰-۷) به موازات یکدیگر هستند و در فاصله  تا ۱ متر و به عمق ۲۵ تا ۵۰ میلیمتر از هم می باشند.

 

ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری در بتن تازه ریخته شده.
ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری در بتن تازه ریخته شده.

 

دلایل و کنترل

دلایل مختلفی در جمع شدگی خمیری در بتن شرکت دارند. برای مثال، آب آوری با رسوب کردن، جذب آب توسط بستر زمین یا سنگدانه ها، افت سریع آب توسط تبخیر شدن، کاهش در حجم سیستم سیمان – آب، و برآمده شدن یا نشست قالب. شرایط زیر به صورت انفرادی یا دسته جمعی میزان تبخیر رطوبت سطح را افزایش میدهند و به احتمال ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری می افزایند: دمای زیاد بتن،رطوبت کم وسرعت زیاد باد. هنگامی که میزان تبخیر از  در ساعت۱kg/m2 ) در ساعت) بیشتر شود، تمهیدات احتیاطی ضروری است تا از ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری جلوگیری گردد. انجمن سیمان پرتلند، نمودارهایی را (شکل ۱۰-۸) برای تعیین زمان تمهیدات احتیاطی که باید اعمال گردد، به شرح زیر فهرست بندی کرده است.

  • مرطوب کردن بستر زمین و قالبها.
  • مرطوب کردن سنگدانه هایی که خشک و جذب کننده هستند.
  • نصب بادشکن های موقت برای کاهش سرعت باد بر سطح بتن.
  • نصب سایه بان های موقت برای کاهش دمای سطح بتن .
  • پایین نگه داشتن دمای بتن تازه توسط سرد کردن سنگدانه ها و آب مخلوط.
  • حفاظت بتن با پوشش های موقت مانند ورق پلی اتیلن در هنگام بروز هر گونه تأخیر محسوسی بین بتن ریزی و پرداخته
  • کاهش زمان بین بتن ریزی و شروع عمل آوری، از طریق حذف تأخیرها در مدت ساخت.
  • محافظت بتن، بلافاصله پس از پرداخت آن، توسط چتایی خیس، یا آب فشانی با استفاده از ترکیبات عمل آوری، برای کاهش دادن تبخیر.

در کارهای تخت، ترکهای ناشی از نشست و ترک های ناشی از جمع شدگی خمیری، توسط ویبره کردن مجدد بتن، در حالی که هنوز در مرحله خمیری است، حذف می شود. همچنین معلوم شده که ویبره کردن مجدد، پیوستگی بین بتن و فولاد مسلح کننده را بهبود می بخشد و مقاومت بتن، به دلیل آزاد شدن تنشهای جمع شدگی خمیری در اطراف ذرات سنگدانه های بزرگ، افزایش می یابد.

 

 

تخمین میزان تبخیر رطوبت از سطح بتن.
تخمین میزان تبخیر رطوبت از سطح بتن.

 

این نمودار، که توسط انجمن سیمان پرتلند تهیه شده است، یک روش ترسیمی برای تخمین افت رطوبت سطح برای شرایط مختلف هوا را فراهم می کند. اگر میزان تبخیر به ۰/۲ Ib/ft2  ((۱kg/m 2ر ساعت برسد، توصیه شده است که تمهیداتی در مقابل ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری اعمال گردد.

زمان گیرش

تعاریف و اهمیت

واکنش های بین سیمان و آب، دلیل اولیه گیرش بتن است. هر چند که بنا به دلایل مختلف، که بعد تشریح خواهد شد، زمان گیرش بتن با زمان گیرش سیمانی که بتنی با آن ساخته می شود، تطابق ندارد. همانطور که در فصل ۶ شرح داده شد، پدیده های سفت شدن، گیرش و سخت شدن، نمودهای فیزیکی واکنش های پیش رونده هیدراتاسیون سیمان هستند. همچنین، زمان های گیرش اولیه و نهایی سیمان نقاطی هستند که براساس روش آزمایش، به اختیار تعریف شده اند، و تعیین کننده جامد شدن یک خمیر سیمان تازه می باشند. به طریق مشابه، گیرش بتن به عنوان جامد شدن یک مخلوط بتن تازه تعریف شده است. هر دوی زمان های گیرش اولیه و نهایی بتن، اختیاری هستند و توسط روش آزمایش، مانند روش مقاومت در برابر نفوذ (۴۰۳ASTM C )، که در زیر شرح داده شده است، تعیین می شوند.

زمان گیرش اولیه و زمان گیرش نهایی، که با روشهای مقاومت در برابر نفوذ اندازه گیری می شوند، نشان دهنده تغییر در خصوصیات فیزیکی – شیمیایی خمیر سیمان نیستند؛ بلکه آنها نقاط عملکردی خالص هستند، به این مفهوم که زمان گیرش اولیه تعیین کننده محدوده زمانی جابجا کردن بتن و زمان گیرش نهایی تعیین کننده شروع توسعه مقاومت مکانیکی آن است. شکل ۱۰-۹ نشان می دهد که گیرش اولیه و گیرش نهایی بتن، که توسط ۴۰۳ ASTM C اندازه گیری می شود، نباید دقیقا با مدت های نشان دهنده پایان یا افت کامل کارآیی و شروع مقاومت مکانیکی مطابقت داشته باشد. در عوض، گیرش اولیه، نشان دهنده تقریباً زمانی است که بتن تازه بیشتر از آن نمی تواند به خوبی مخلوط، جای دهی و متراکم گردد؛ گیرش نهایی نیز نشان دهنده تقریبا زمانی است که بعد از آن، کسب مقاومت با میزان چشمگیری توسعه می یابد. به طور مسلم، آگاهی داشتن در مورد تغییرات در خصوصیات بتن، که به عنوان زمانهای گیرش اولیه و نهایی تعریف شده است، در برنامه زمان بندی عملیات ساخت بتن، از ارزش قابل ملاحظه ای برخوردار است. همچنین داده های آزمایشی میتواند در مقایسه موثر بودن نسبی مواد افزودنی کنترل کننده گیرش مفید باشد.

 

 

پیشرفت گیرش و سخت شدن بتن.
پیشرفت گیرش و سخت شدن بتن.

 

اندازه گیری و کنترل

معمولترین روش استفاده شده، روش ۴۰۳ ASTM C  (آزمایش برای تعیین زمان گیرش مخلوطهای بتن، از طریق مقاومت در برابر نفوذ) است. روش استاندارد برای اندازه گیری زمان گیرش بتن با اسلامپ بیشتر از صفر، با آزمایش کردن ملاتی که از مخلوط بتن الک شده است فراهم می شود. به طور خلاصه، آزمایش شامل خارج کردن جزء ملات از بتن، متراکم کردن آن در ظرف استاندارد، و اندازه گیری نیروی مورد نیازی که سبب نفوذ سوزن به مقدار mm۲۵ در داخل ملات گردد، می باشد. زمانهای گیرش، از روی منحنی جامد شدن تعیین می شود، که از ترسیم خطی داده ها (زمان سپری شده به عنوان محور افقی، و مقاومت در برابر نفوذ به عنوان محور عمودی) به دست می آید. گیرشهای اولیه و نهایی، به عنوان زمان هایی تعریف شده اند که در آنها مقاومت نفوذ برابر با(۳/۵MPa)500MPa و (۲۷/۶MPa)4000Psiمی باشد. باید توجه کرد که این نقاط انتخابی اختیاری، نشان دهنده مقاومت بتن نیستند؛ در حقیقت، در مقاومت در برابر نفوذ به میزان (۳/۵MPa)500MPa به ، بتن از مقاومت فشاری برخوردار نیست، در حالی که در مقاومت در برابر(۲۷/۶MPa)4000Psi ، مقاومت فشاری ممکن است فقط (۰/۷MPa)100Psi باشد.

از آنجا که پرشدن فضاهای خالی بتن با محصولات ناشی از هیدراتاسیون  بر پدیده های گیرش سخت شدن یک خمیر سیمانی در حال هیدراته شدن تأثیر می گذارد، لذا نسبت آب به سیمان بوضوح بر زمانهای گیرش تأثیر می گذارد.

تأثیرات ترکیبات سیمان، دما و مواد افزودنی کند گیرکننده بر روی مقادیر متعارف گیرش به دست آمده توسط آزمایش ۴۰۳ASTM C در شکل ۱۰-۱۰ نشان داده شده است. وقتی که مخلوط بتن ساخته شد و به جای دمای ۲۳ در دمای ۱۰ نگهداری گردید، زمانهای گیرش اولیه و نهایی کاهش یافته، و به ترتیب، به ۴ و ۷ ساعت رسیدند. با سیمان B و ماده افزودنی کندگیر کنندگی معلوم شد که اثر کندگیر کننده ماده افزودنی، بیشتر از دمای زیاد است.

 

الف) تأثیر دما بر روی زمانهای گیرش اولیه و نهایی بتن (403ASTM C)؛ب) تأثیر ماده افزودنی کندگیر کننده بر روی زمانهای گیرش بتن (403ASTM C).
الف) تأثیر دما بر روی زمانهای گیرش اولیه و نهایی بتن (۴۰۳ASTM C)؛ب) تأثیر ماده افزودنی کندگیر کننده بر روی زمانهای گیرش بتن (۴۰۳ASTM C).

 

دمای بتن

 اهمیت

در میان سایر مشکلات، همانطور که در زیر تشریح می شود، بتن محافظت نشده، در هوای گرم، در معرض ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری در سنین اولیه قرار دارد. از طرف دیگر، در هوای سرد، مراقبت نا کافی از بتن ممکن است به طور جدی مانع سرعت کسب مقاومت گردد. قالب برداری زودرس (قبل از آنکه بتن به بلوغ برسد یا مقاومت کسب کند) در گذشته، سبب عواقب مخربی از حیث هزینه های اقتصادی و صدمات انسانی شده است. این مشکل معمولا ناشی از تصمیم گیری در مورد اجرا براساس استوانه های عمل آوری شده در آزمایشگاه بروز می کند، در حالی که تاریخچه عمل آوری واقعی بتن ریخته شده در کارگاه بسیار متفاوت می باشد. بنابراین، به نظر می رسد که مهندسان باید درک کلی ای از آثار احتمالی دمای عمل آوری کمتر و بیشتر از حد معمول، بر روی خواص بتن در سنین اولیه، و روشهای بررسی و کنترل این خواص، داشته باشند.

بتن ریزی در هوای سرد

به طور کلی پذیرفته شده است که اگر بتن یخ بزند و در زیر ۱۰-، به صورتی یخ زده، نگهداری شود، هیدراتاسیون سیمان و کسب مقاومت آن کم خواهد بود. بنابراین، بتن تازه باید در مقابل انبساط تخریب کننده ناشی از یخ زدگی، تا کسب مقاومت کافی، حفاظت شود و درجه اشباع بتن، توسط مقداری پیشرفت در روند هیدراتاسیون به اندازه کافی کاهش یابد. در اعضای بزرگ و به خوبی عایق شده ممکن است بدون وجود منابع حرارتی خارجی، حرارت هیدراتاسیون سیمان برای حفظ موفقیت آمیز دماهای عمل آوری مناسب باشد، به شرطی که بتن در دمای مطلوب حمل شود و سردی زمین یخ زده، قالب و میلگردهای مسلح کننده نیز در نظر گرفته شده باشند.

در دستورالعملهای اجرایی توصیه شده برای بتن ریزی در هوای سرد، کمیته ACI 306 R دماهای زمان جای دادن بتن با وزن معمولی (جدول ۱۰-۳) را ارائه می دهد. می توان ملاحظه کرد که دماهای کمتر بتن برای مقاطع حجیم اجازه داده شده است، زیرا در این موارد، حرارت تولید شده در مدت هیدراتاسیون با سرعت کمتری، در مقایسه با اعضای تخت، از دست می رود. همچنین، از آنجا که در مدت انتقال و جای دادن بتن، در دماهای کمتر هوا، دمای بیشتری از بتن کاسته می شود، لذا دماهای توصیه شده بتن برای هوای سردتر، بیشتر می باشد (خطوط ۱، ۲ و ۳ در جدول ۱۰-۳ را ملاحظه کنید).

مراقبت نا کافی از بتن می تواند برای خواصی غیر از مقاومت آن نیز مضر باشد، اما مقاومت، مرکز با اهمیت تصمیم گیری می باشد، زیرا قالب برداری، پیش تنیدگی و سایر اینچنین عملیاتی در ساخت بتن، توسط مقاومت بتن موجود راهنمایی می شود. مقاومت، همچنین به عنوان معیاری برای دوام بتنی که در معرض زودرس آبهای مخرب قرار گرفته است، به کار می رود. روش سنتی برای تعیین زمان های ایمن قالب برداری، اینگونه است که باید استوانه های بتن عمل آوری شده در آزمایشگاه آزمایش شده، و قالب برداری زمانی انجام شود که استوانه ها به مقاومت تعیین شده برسند. این روش، وقتی که تاریخچه عمل آوری نمونه های استوانه ای در آزمایشگاه، به طور چشمگیری متفاوت از تاریخچه عمل آوری بتن در آزمایشگاه می باشد، منجر به بروز مشکلاتی می شود. در گزارش کمیته ۳۰۶ ACI ، روش بلوغ به عنوان راه حل دیگری برای استفاده از استوانه های آزمایشگاهی یا عمل آوری در محل توصیه شده است.

روش بلوغ

. از آنجائیکه درجه هیدراتاسیون سیمان تابع زمان و دما است، مقاومت بتن ممکن است بر مبنای مفهوم بلوغ، که به صورت تابعی از زمان و دمای عمل آوری ارائه می شود، بررسی گردد. برای استفاده از مفهوم بلوغ بمنظور تخمین مقاومت بتن، فرض می شود که برای یک مخلوط خاص بتن، بتن های با بلوغ یکسان، صرفنظر از ترکیب های زمان و دمای منجر به بلوغ، مقاومت یکسانی را به دست می آورند. همچنین، در حالت کلی فرض می شود که ۱۰- یا۱۴ به عنوان دمای مبنایی است که بتن، در دمای کمتر از آن، مقاومت کسب نمی کند، بنابراین فرمول های مربوطه به صورت زیر می باشند:

 

 

تابع بلوغ

در این رابطه،( M ( t عامل دما – زمان در سن t(درجه – روز یا درجه – ساعت(، Ta، T o به ترتیب، فاصله زمانی، میانگین دمای بتن در مدت فاصله زمانی ۱، و دمای مبنا هستند. قبل از شروع ساخت، یک منحنی کالیبره ترسیم می گردد که نشان دهنده رابطه بین مقاومت فشاری بتن و مقدار M برای یک سری استوانه های آزمایشی از مخلوطهای خاص بتن، اما با ترکیب های مختلف زمان و دمای عمل آوری، می باشد (شکل ۱۰-۱۱).

بعضی از پژوهشگران، رابطه همبستگی خوبی را بین بلوغ و مقاومت فشاری بتن گزارش داده اند، در حالی که دیگران معتبر بودن مفهوم بلوغ را به زیر سؤال برده اند. برای مثال، آنان اشاره کرده اند که مفهوم بلوغ، آثار رطوبت عمل آوری، دمای هیدراتاسیون، ترکیبات متغیر سیمان و دمای عمل آوری مدت زمان سن اولیه بتن را در نظر نمی گیرد، که برخلاف فرض مبنایی مفهوم بلوغ، به نظر می رسد که این عوامل تاثیر نامتناسبی بر روی مقاومت،با گذشت زمان ، داشته باشند: داده ها در

 

دمای بتن توصیه شده برای ساخت بتن با حباب هوا،در هوای سرد(الف)
دمای بتن توصیه شده برای ساخت بتن با حباب هوا،در هوای سرد(الف)

 

الف – برای دوام و مقاومت، زمان ایمن قالب برداری اعضای تحت تنش به میزان کم، ۳۰۶

ACI توصیه می کند که در مدت ۱ تا ۳ روز، دماهای نشان داده شده در جدول رعایت شود، که این مدت، خود تابع نوع بتن، معمولی یا مقاومت بالا در سنین اولیه، می باشد. برای اعضایی که تحت تنش کامل یا متوسط هستند، مدت های طولانی تری توصیه شده است. همچنین، برای بتنی که حاوی حباب هوا نیست، توصیه شده است که حفاظت برای دوام باید حداقل دو برابر تعداد روزهای مورد نیاز برای بتن با حباب هوا باشد

منبع: برداشت شده از ۷۸-۳۰۶ACI

شکل ۱۰-۱۱ نشان میدهد که وقتی که یک مخلوط بتن به جای ۷۰ یا ۱۰۰، در۳۰ در مدت سن اولیه عمل آوری شده باشد، منحنی های نشان دهنده رابطه مقاومت – بلوغ به طور چشمگیری با یکدیگر متفاوت خواهند بود.

کنترل دمای بتن

. از جدول ۱۰-۳ باید توجه کرد که برای بتن ریزی در هوای سرد، ساختن مخلوطهای بتن در دمای بیشتر از(۲۱  توصیه نمی شود. دماهای بیشتر لزوم حفاظت بهتری را ایجاد نمی کنند: اولاً، در دماهای بیشتر، میزان افت حرارت بیشتر است و دوماً، در دماهای بیشتر، آب مورد نیاز برای روانی یکسان، بیشتر است. بسته به دمای محیط و زمان لازم برای انتقال بتن از محل تولید به کارگاه، دمای بتن در محل مخلوط کردن در دمایی که بیشتر از ۱۰ (بالای حداقل توصیه شده در جدول ۱۰-۳ نیست، حفظ میگردد. همانطور که در زیر تشریح شده است، دمای بتن تازه معمولا توسط تنظیم کردن دمای آب مخلوط و سنگدانه ها کنترل می شود.

 

رابطه بین مقاومت و بلوغ بتن.
رابطه بین مقاومت و بلوغ بتن.

 

براساس تاریخچه دما – زمان بتن، مقاومت بتن سخت شده را می توان در هر سنی توسط محاسبه بلوغ تخمین زد. بنابراین، مفهوم بلوغ به عنوان یک روش دیگر استفاده از آزمایش مستقیم مقاومت استوانه ها در عمل آوری کارگاهی توصیه شده است. وقتی که از مفهوم بلوغ، برای قالب برداری (پس از آنکه بتن مقاومت کافی را کسب کرد تا وزن خود و دیگر بارهای ساخت را تحمل کند)، استفاده می شود، باید به محدودیت این مفهوم توجه کرد. داده های شکل، نشان دهنده این است که رابطه بین مقاومت و بلوغ برای مخلوط بتن معین، تحت تأثیر دما در سنین اولیه است.

از تمام اجزای سازنده بتن، آب مخلوط آسانترین جزء برای حرارت دادن است، و انجام آن نیز عملی تر است، زیرا آب قادر است پنج برابر بیشتر از همان مقدار سیمان یا سنگدانه ها حرارت را در خود ذخیره کند. در مقایسه با دمای ویژه برای آب، میانگین دمای ویژه برای سیمان . سنگدانه ها ۲۲/• است. در دماهای بیشتر از یخ زدگی، بندرت لازم است که سنگدانه ها حرارت داده شود؛ در دماهای زیر یخ زدگی، اغلب فقط ضرورت دارد که سنگدانه های ریزدانه حرارت داده شوند تا بتن با دمای مورد نیاز تولید شود، که معمولا این کار، از طریق عبور جریان هوای داغ با بخار از میان لوله های مدفون در دپوی سنگدانه ها انجام میشود.

دمای بتن را می توان مستقیما توسط دماسنج جیوه ای یا دماسنج دو فلزی (بی متال) اندازه گیری کرد. همچنین می توان با استفاده از فرمول زیر نیز، دمای بتن را تخمین زد:

 

در این رابطه، T دمای بتن تازه در ؛ T a،, T c T wو T wa به ترتیب دمای سنگدانه ها، سیمان، آب مخلوط و رطوبت آزاد در سنگدانه ها هستند؛ و Wa، Wc ، Ww و Wwa به ترتیب وزن های سنگدانه ها، سیمان، آب مخلوط و رطوبت آزاد در سنگدانه ها (همگی بر حسب پاوند) هستند. این فرمول در واحدهای SI نیز به همین صورت باقی می ماند، فقط به و پاوند به کیلوگرم تغییر میکند.

بتن ریزی در هوای گرم

از دیدگاه مشکلات ساخت در بتن سازهای متعارف، کمیته ۳۰۵ACI هوای گرم را هر ترکیبی از دمای زیاد هوا، رطوبت نسبی کم و سرعت باد میداند که سبب زیان رساندن به کیفیت بتن تازه یا سخت شده میگردد یا باعث ایجاد خواص غیر معمول در آن می شود. غیر از افزایش افت اسلامی و ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیری و کاهش زمان گیرش در بتن تازه (که قبلا تشریح شده است)، هوای گرم سبب افزایش آب مورد نیاز مخلوط برای روانی معین می شود (شکل ۱۰-۱۲) و نگهداری حباب های هوا در بتن نیز مشکل می شود. اغلب، در هوای گرم، افزودن مجدد آب به بتن تازه ضروری است، ولی در عین حال، این عمل سبب آثار منفی در مقاومت، دوام، پایداری ابعادی و ظاهر بتن سخت شده میشود. همچنین، در محدوده ۴۰ تا ۱۱۵ (۴ تا ۴۶)،بتن های ریخته شده و عمل آوری شده در دماهای بیشتر معمولا مقاومتهای زودرس بیشتری کسب می کنند، اما در۲۸ روز و سنین بیشتر،مقاومت ها کمترند(شکل۱۰-۳).

 

 

کنترل دمای بتن

. همانطور که قبلا شرح داده شد ، از آنجایی که مخلوط در واحد وزن ، بیشترین اثر را نسبت به دیگر اجزا در دمای بتن دارد، لذا استفاده از آب مخلوط سرد شده و یا یخ بهترین نقش را برای پایین آوردن دمای بتن ایفا میکند. فرمول بکار رفته برای تعیین دمای بتن در هوای سرد را استفاده از آب گرم را می توان برای محاسبه مقدار آب سرد مورد نیاز برای کاهش دمای بتن با مقدار معین، بکار گرفت. راه حل دیگر آنکه ، می توان نمودارهایی مانند آنچه که در شکل ۱۰-۱۳ – الف نشان داده شده است را مورد استفاده قرار داد. داده های شکل ۱۰-۱۳- الف متعلق به مخلوط بتن اسمی، حاوی(۳۳۵kg/m3 ) 564Ib/yd3   سیمان،  (۱۷۰ kg/m3 ) 284 Ib/yd3 آب و (۱۸۳۰ kg/m3 )3100Ib/yd3سنگدانه است.

بیشتر بخوانید  3 خاصیت بتن که کمتر مورد توجه قرار میگیرند (ضریب پوآسون - مقاومت خستگی - طاقت)

استفاده از یخ تراشیده شده یا ورقه شده به عنوان تمام یا قسمتی از آب مورد نیاز مخلوط، موثرترین روش برای کاهش دمای بتن است، زیرا یخ در هنگام

ذوب شدن (۸۰cal/g )144But/Ib حرارت را به خود جذب می کند. شکل ۱۰-۱۳- ب ، احتمال کاهش دمای بتن توسط جایگزین کردن مقادیری یخ در دمای  برای آب مخلوط در دماهای نشان داده شده را به نمایش می گذارد. از شکل ۱۰-۱۳ می توان مشاهده کرد که آب متعارف مخلوط در۱۰۰ وقتی که با Ib ۱۲۰ آب در ۴۵ آب مخلوط جایگزین می شود، دمای بتن ۶ کاهش می یابد؛ اگر همین مقدار یخ جایگزین آب مخلوط شود می تواند دمای بتن را به مقدار ۲۳ کاهش دهد.

آزمایش و کنترل کیفیت بتن

 روش ها و اهمیت آنها

مهندسان، به نمایندگی از سوی کارفرما، طراح و سازنده یک پروژه، اغلب نیاز دارند که یک برنامه تضمین کیفیت را گسترش داده یا تایید کنند که از میان بقیه موارد، این برنامه، شامل انتخاب روش های آزمایش، تجزیه و تحلیل آماری نتایج آزمایش و تعقیب کردن روشها است. هدف چنین برنامه ای، تضمین این امر است که عضو بتنی ساخته شده از نظر سازه ای برای منظوری که طراحی شده، مناسب می باشد. اندازه سازه های بتنی ای که امروزه طراحی و ساخته میشوند و با سرعت ساخت جدید (برای مثال، بیش از m3/ hr۲۰۰ بتن ریزی در پروژه های برق آبی)، به دلایل واضح و مسلم، نیاز به تصمیم گیری در مورد پذیرش یا رد کیفیت بتن دارد و این امر، به آزمایش فشاری ۲۸ روزه، که هنوز به عنوان پایه مشخصات فنی طرح استفاده میشود، موکول نشود.

 

(الف) اثر دمای بتن در اسلامپ و آب مورد نیاز برای تغییر اسلامپ )داده های میانگین برای سیمان های نوع او(II - (ب) اثر دمای محیط در افزایش آب مورد نیاز بتن.
(الف) اثر دمای بتن در اسلامپ و آب مورد نیاز برای تغییر اسلامپ
)داده های میانگین برای سیمان های نوع او(II – (ب) اثر دمای محیط در افزایش آب مورد نیاز بتن.

 

آب مورد نیاز مخلوط بتن با افزایش دمای بتن افزایش می یابد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، اگر دمای بتن تازه از ۵۰ به ۱۰۰ افزایش یابد، آب مورد نیاز به حدود lb/yd3۳۳ برای حفظ همان اسلامپ ۳ اینچ، افزایش می یابد. این افزایش در مقدار آب می تواند مقاومت فشاری ۲۸ روزه بتن را به مقدار ۱۲ تا ۱۵ درصد کاهش دهد.

 

تعیین کاهش دمای بتن: (الف) با افزودن آب سرد؛ (ب) با افزودن یخ.
تعیین کاهش دمای بتن: (الف) با افزودن آب سرد؛ (ب) با افزودن یخ.

 

قسمت (الف) اثر آب مخلوط شده (۴۵) و قسمت (ب) اثر بخ در آب مخلوط در دمای بتن را نشان می دهد. دماهای معمول آب مخلوط در منحنی ها نشان داده شده است. داده ها برای مخلوط های متوسط ساخته شده با سنگدانه های طبیعی نمونه اجرا شدنی است. مقایسه دو شکل نشان میدهد که استفاده ازیخ به عنوان بخشی از آب مخلوط در کاهش دمای بتن بسیار موثر است زیرا یخ به تنهایی در هنگام ذوب شدن، حرارت را به میزان (۸۰cal/g )144But/Ib جذب میکند.

آزمایش تسریع شده مقاومت، یک راه حل برای این مشکل ارائه میدهد. از این روش به طور روز افزونی در پروژه های بزرگ استفاده می شود تا ارزیابی مقدماتی، ۱ یا ۲ روز بعد از بتن ریزی انجام شده و مشخص گردد که آیا محصول به حد مورد نیاز مقاومت می رسد یا خیر. مقدار کم مقاومت به دست آمده در آزمایش تسریع شده مقاومت، می تواند پتانسیل مشکل را به پیمانکار اخطار دهد و فرصت واکنش جلوگیری کننده از این امر را برای وی فراهم کند. در موردی که بتن ریخته شده در حد زیر استاندارد است، آسانترین و ارزانترین راه این است که بتن مزبور در سن چند روزگی اولیه برداشته شود و این کار بهتر از آن است که سن بتن به ۲۸ روز رسیده و احتمالا با روسازه پوشیده شده باشد.

انتقادی که در مورد آزمایش کردن نمونه های بتن برداشته شده از پیمانه ها، قبل از بتن ریزی مطرح است این است که نمونه های آزمایش ممکن است نماینده واقعی کیفیت بتن در سازه نباشند زیرا احتمال بروز خطاهایی در نمونه برداری و وجود اختلاف هایی در شرایط تراکم و عمل آوری وجود دارد. همچنین، در پروژه های بزرگ، هزینه آزمایش مقاومت می تواند چشمگیر باشد. به عنوان راه حل دیگر برای رسیدن به آزمایش مستقیم مقاومت، روش های آزمایش غیرمخرب کارگاهی بسیاری گسترش یافته اند، که ابزاری عالی را برای کنترل کیفیت بتن در محل فراهم کرده اند. هر چند که آزمایش های غیرمخرب در محل به عنوان جایگزین کامل آزمایش های مستقیم مقاومت قابل قبول نیستند، اما هنگامی که از آنها همراه با آزمایش های مقاومت مغزه یا آزمایش های استاندارد مقاومت استفاده شود، می توانند هزینه آزمایش کنترل کیفیت را کاهش دهند.

در محصولات صنعتی با مقیاس بزرگ، یک سیستم موثر و اقتصادی کنترل کیفیت، تکیه کردن بر روشهای آماری در پردازش داده ها و تصمیم گیری می باشد، یک ابزار مقدماتی آماری در برنامه های کنترل کیفیت بتن، استفاده از نمودارهای کنترلی ای است که نتایج آزمایش ها را به صورت ترسیمی نشان می دهد، و شامل تعدادی خطوط حدی می باشند. هنگامی که داده های مسئله را بر روی منحنی پیاده کنیم، در صورتی که این داده ها به خطوط حدی مزبور برسند، نشان دهنده آن است که نیازمند انجام اقدامی خاص هستیم.

آزمایش تسریع شده مقاومت

براساس گزارش های فیلئو (Philleo) و مالهوترا (Malhotra)، مروری خلاصه بر سه روش آزمایش ارائه شده توسط ۶۸۴ASTM C، به شرح زیر است:

روش کار A (روش آب گرم)

. این روش، آسانترین روش بوده و شامل استوانه های عمل آوری استانداردی است که در قالبهایشان قرار دارند و به مدت ۲۴ ساعت در حمام آب ۳۵ نگهداری می شوند. محدودیت این روش در آن است که مقاومتی که بر طبق این آزمایش کسب می شود، در مقایسه با بتن عمل آوری شده در آب با دمای معمولی به مدت ۲۸ روز، مقاومت زیادی نیست. در اواسط دهه ۱۹۷۰، هیئت مهندسان ایالات متحده، مطالعه وسیعی را بر روی روش آب گرم انجام دادند و از آن نتیجه گرفتند که آزمایش مقاومت تسریع شده با این روش، یک ابزار قابل اعتماد برای کنترل کیفیت عادی بتن می باشد.

روش کار B (روش آب جوش)

. این روش شامل عمل آوری معمولی استوانه ها به مدت ۲۴ ساعت، سپس عمل آوری آنها در آب جوش ۱۰۰ به مدت ۳ ساعت و سپس، آزمایش کردن آنها در ۱ ساعت بعد می باشد. این روش، بیشترین کاربرد را نسبت به سه روش دیگر دارد، زیرا در مقایسه با روش ۲۴ ساعت آب گرم، مقاومت کسب شده در ۲۸ ساعت بسیار بیشتر است و استوانه ها می توانند به آزمایشگاه مرکزی برای آزمایش مقاومت حمل شوند، و در نتیجه نیاز به آزمایشگاه محلی از بین می رود. در اوایل دهه ۱۹۷۰، از این روش به گونه ای موفقیت آمیز، برای توسعه نسبتهای مخلوط بتن در مطالعات مقدماتی آزمایشگاهی، و نیز برای تطبیق دادن بتن در محل، برای ساخت تعداد زیادی از سرریزها و یک نیروگاه بزرگ زیرزمینی برای پروژه آبشارهای چرچیل (Churchill) در لابرادور (Labrador) کانادا، استفاده شد.

روش کار C (روش ذاتی)

. در این روش، استوانه های آزمایش، بلافاصله پس از ساخت، در داخل ظرف های عایق بندی شده ای گذاشته می شوند و پس از ۴۸ ساعت آزمایش می گردند. در این روش، از هیچ منبع حرارت خارجی ای استفاده نمی شود، و مقاومت تسریع شده، فقط با دمای هیدراتاسیون سیمان کسب میگردد. مجددا، در اینجا نیز کسب مقاومت در پایان مدت عمل آوری زیاد نیست؛ همچنین، در مورد این روش به عنوان روشی با کمترین دقت نسبت به سه روش دیگر قضاوت می شود. این روش به عنوان بخش تکمیل کننده برنامه کنترل کیفیت در ساخت برج ارتباطات CN مستقر در تورنتو کانادا مورد استفاده قرار گرفت. پروژه مزبور در سال ۱۹۷۴ تکمیل گردید، و شامل m3 .۳۰۵۸ بتن با قالب لغزنده به ارتفاع m ۴۷۵ می باشد. اعتقاد بر آن است که آزمایش مقاومت تسریع شده، نقش مهمی در کنترل کیفیت بتن و نیز در ایمنی مجموعه سازهای بلند ترین سازه، از نظر ارتفاع آزاد، در دنیا ایفا کرده است (شکل ۱۰-۱۴).

 

برج ارتباطات CN، تورنتو، کانادا، ۱۹۷۴.
برج ارتباطات CN، تورنتو، کانادا، ۱۹۷۴.

 

این برج لاغر مخروطی یک منظره زیبا از بتن است. این برج ۱۸۱۵ فوتی، بلندترین سازه با ارتفاع آزاد در دنیا است و شامل ۳۹۸۰۰ یارد مکعب بتن با قالب لغزنده به ارتفاع ۱۵۹۰ فوت است. بتن پیش تنیده پس کشیده نه فقط کاهش قابل توجهی را در مشخصات پی مورد نظر امکان پذیر ساخت، بلکه همچنین اطمینان داد که بتن، بدون ترک باقی خواهد ماند، که این مسئله برای یک سازه در معرض تغییرات قابل توجه دما و رطوبت محیط مهم است. بتن با قالب بندی لغزنده تقریبا ۲۰ فوت در هر روز بالا رفته، آزمایش مقاومت تسریع شده بتن، براساس روش عمل آوری ذاتی، یک کار متهورانه و یک گام ضروری برای ابقاء برنامه زمان بندی ساخت بوده است.

آزمایش های در محل و آزمایشهای غیر مخرب

آزمایشهای در محل را می توان به دو گروه تقسیم کرد: اول، آنهایی که اقدام به اندازه گیری بعضی از خواص بتن می کنند که از آنها تخمین مقاومت، دوام و رفتار ارتجاعی مصالح ممکن است به دست آید؛ و دوم، آنهایی که اقدام به تعیین موقعیت، اندازه و شرایط آرماتور؛ سطوح ضعیف متراکم شده، منافذ، ترکها؛ و مقدار رطوبت بتن درجا می کنند. در رابطه با آزمایش هایی که تخمین مقاومت را فراهم می کنند، مالهوترا پیشنهاد می کند که اگر ارتباط همبستگی جامع آزمایشگاهی ای، با مصالح و نسبتهای مخلوط کارگاهی، بین پارامترهای مقاومتی که باید تخمین زده شود از یک سو، و نتایج آزمایش های در محل و غیر مخرب (NDT )از سوی دیگر، برقرار نگردد، از نتایج آزمایشهای غیر مخرب نباید برای تخمین مقاومت استفاده شود. به هر حال، به عنوان بخشی از کلیات برنامه تضمین کیفیت برای پروژه های بزرگ، این روشها اثبات کرده اند که ارزش غیر قابل تردیدی دارند.شرح خلاصه و اهمیت آزمایش های عموماً شناخته شده در محل و غیر مخرب، برای ارزیابی کیفیت بتن، که براساس مروری است که مالهوترا انجام داده است، به شرح زیر می باشد.

روش های سختی سطح

. روش سختی سطح اصولا شامل ضربه زدن به سطح بتن به شیوه استاندارد، با استفاده از انرژی معین ضربه و اندازه گیری میزان فرورفتگی یا برجهندگی است. عمومی ترین روش استفاده شده، به کارگیری چکش برجهنده اشمیت است، که شامل چکش با فنر کنترل شده ای است که بر یک میله توپی حرکت می کند. وقتی که میله توپی در مقابل سطح بتن فشرده شود، در مقابل نیروی فیر واکنش نشان میدهد؛ وقتی که کاملا منقبض می شود، فنر به طور خودکار آزاد می شود. چکش در مقابل سطح بتن ضربه میزند و جرم کنترل شده با فنر بر می گردد، که با خود یک قطعه الحاقی را در طول مقیاس راهنما حرکت می دهد، که از آن مقیاس برای عدد برجهندگی چکش استفاده می شود. یک روش کار استاندارد برای این آزمایش، در جزئیات در ASTM C۸۰۵ تشریح شده است.

استفاده از چکش اشمیت آسان است و روش ابزاری سریع و ارزانی برای کنترل یکنواختی بتن سخت شده در محل فراهم می کند، اما نتایج آزمایش تحت تأثیر صافی، درجه کربناسیون و شرایط رطوبت سلح، اندازه و سن نمونه و نوع سنگدانه های درشت در بتن است. مطابق نظر مالهوترا، با استفاده از چکش کالیبره شده مناسب، دقت در تخمین مقاومت بتن در نمونه های آزمایشگاهی، بین ۱۵ تا ۲۰ درصد و در یک سازه بتنی ۲۵ درصد است.

روشهای مقاومت در برابر نفوذ

. دستگاه تعیین مقاومت نفوذی بتن، اصولا شامل یک وسیله آتشباری است. سیستمی که در حال حاضر از آن استفاده می شود به سوند وینزر موسوم است. در این سیستم، از یک انتقال دهنده آتشباری برای آتش کردن و راندن سوند آلیاژی سخت شده به داخل بتن استفاده می شود. طول فرو نرفته سوند به عنوان میزان مقاومت نفوذی بتن است، مجدد ، در اینجا نیز، به دلیل مساحت کوچک سطح تحت آزمایش، تغییرات در نتایج آزمایش سوند بیشتر از وقت است که با تغییرات آزمایش های استاندارد مقاومت فشاری بر روی نمونه همسان مقایسه می شود. اما این روش برای اندازه گیری میزان نسبی مقاومت توسعه یافته بتن در سنین اولیه بخصوص به منظور تعیین زمان قالب برداری، عالی است. روش کار استاندارد آزمایش در ۸۰۳ ASTM C تشریح شده است.

 آزمایش های بیرون کشیدن

. آزمایش بیرون کشیدن، شامل بیرون کشیدن مغزه فولادی مخصوص شکل داده شده، که انتهای بزرگ آن در درون بتن تازه قرار داده شده، از درون بتن است. نیروی مورد نیاز برای بیرون کشیدن با استفاده از نیروسنج اندازه گیری می شود. به دلیل شکل آن مغزه فولادی با مخروط بتن بیرون کشیده می شود؛ بنابراین، آسیب وارده به سطح بتن، باید بعد از آزمایش مرمت شود. اگر آزمایش برای تعیین زمان ایمن باز کردن قالب مورد استفاده قرار می گیرد نیاز نیست که قطعات بیرون کشیده از بتن خارج گردد؛ در عوض، وقتی که نیروی از پیش تعیین شده بیرون کشیدن بر روی درجه می رسد، آزمایش را می توان به اتمام رساند و قالب را با ایمنی خارج کرد. در هنگام آزمایش، بتن در برش /کشش است، که خطوط مخروط ایجاد شده، تقریباً تحت زاویه ۴۵ نسبت به امتداد کشیدن، توسعه می یابند. مقاومت بیرون کشیدن در حدود ۲۰ درصد مقاومت فشاری است و احتمالا مقدار مقاومت برشی مستقیم را اندازه می گیرد. مشابه آزمایش مقاومت در برابر نفوذ، آزمایش بیرون کشیدن ابزاری عالی برای تعیین افزایش مقاومت بتن در سنین اولیه و زمان های ایمن قالب برداری است. همچنین، تکنیک و روش کار سریع و ساده می باشد. مزیت عمده آزمایش های بیرون کشیدن این است که آنها اقدام به اندازه گیری مستقیم مقاومت بتن در محل می کنند. عیب بزرگ آن این است که بر خلاف اکثر آزمایش های دیگر در محل، آزمایش بیرون کشیدن باید از پیش برنامه ریزی شده باشد، هر چند که روشهای جدیدی ابداع شده اند تا بر این مشکل غلبه کنند. روش کار مناسب این آزمایش، در استاندارد ۹۰۰ ASTM C تشریح شده است.

روش سرعت پالس فراصوت

. روش سرعت پالس فراصوت، شامل اندازه گیری زمان عبور امواج فراصوت از میان بتن است. زمانهای بین ارسال اولیه پالس، و دریافت آن به طور الکترونیکی اندازه گیری می شود. از تقسیم طول مسیر بین فرستنده و گیرنده امواج، بر زمان عبور، سرعت میانگین انتشار موج به دست می آید. رابطه بین سرعت عبور پالس و مقاومت، تحت تأثیر چندین متغیر مانند سن بتن، شرایط رطوبت، نسبت سنگدانه به سیمان، نوع سنگدانه ها، و موقعیت آرماتور است بنابراین، استفاده از این روش فقط به منظور کنترل کیفیت توصیه شده است؛ به طور کلی، اقدام به یافتن همبستگی بین داده های سرعت پالس با پارامترهای مقاومت بتن، موفقیت آمیز نبوده است. دستگاه مناسب و یک روش کار برای این آزمایش، در استاندارد ۵۹۷ASTM C تشریح شده است.

بلوغ سنج

. همانطور که قبلا تشریح شد، اصل اساسی نهفته در مفهوم بلوغ، این است که تن مقاومت بتن تابع هر دو متغیر زمان و دما است. در نتیجه، بلوغ سنج برای فراهم کردن تخمینی از مقاومت بتن، از طریق نمایش دمای بتن با زمان ابداع شده است .

روش های ارزیابی مشخصاتی، غیر از مقاومت بتن

. پوشش سنج ها و پاکومترها وسایل مغناطیسی ای هستند که براساس این اصل که وجود فولاد، میدان الکترومغناطیسی را تحت تأثیر قرار میدهد، عمل می کنند. این ابزار، برای تعیین ضخامت پوشش بتن و موقعیت میلگردها مفید می باشند. پذیرش روشهای الکتریکی، به عنوان ابزاری برای ارزیابی بتن در محل، (برای مثال، برای تعیین خوردگی آرماتور با مقدار رطوبت در بتن) در حال افزایش است. روشهای رادیوگرافی برای آشکار کردن موقعیت و شرایط آرماتور، منافذ هوا، جداشدگی ذرات و ترک خوردگی، موجود هستند. روشهای انعکاس پالس، برای مشخص کردن منافذ و ناپیوستگی های داخلی بتن ابداع شده اند.

آزمایش های مغزه

روش های غیرمخرب در محل، راه موثری را برای به دست آوردن تعداد چشمگیری از داده های آزمایشی مقدماتی، با هزینه نسبتا کم فراهم می کنند. اگر این آزمایش ها، ترک خوردگی داخلی یا مناطق ضعیف بتن را نشان می دهند، ضروری است که آزمایش مقاومت مستقیم، بر روی مغزه های به دست آمده توسط مته الماسه گردانانجام شود (۴۲ASTM C ).مقاومت مغزه ها، به خصوص در بتن های با مقاومت زیاد، به طور کلی کمتر از استوانه بتنی عمل آوری شده و استاندارد هستند. در مورد مقدار زیاد سیمان و دمای زیاد هیدراتاسیون، مقاطع بزرگ بتن در جا مستعد ایجاد ریز ترک در منطقه انتقالی بین سنگدانه های درشت و خمیر سیمان هیدراته شده هستند. در نتیجه، نسبت مقاومت مغزه به مقاومت استوانه، با افزایش مقاومت بتن، کاهش می یابد. مقاومت مغزه همچنین تابع موقعیت سازه است. به طور کلی، به دلیل اثر آب انداختگی متفاوت، مغزه هایی که از نزدیک بالای عضو سازه ای گرفته می شوند ضعیف تر از آنهایی هستند که از پایین عضو استخراج می گردند.

نمودارهای کنترل کیفیت

همانطور که قبلا ذکر شده با توجه به مقادیر زیاد تولید کارخانه های مرکزی مخلوط های آماده یا وجود کارخانه های ساخت بتن در کارگاه های پروژه های بزرگ، سیستم موثر و اقتصادی کنترل کیفیت، باید براساس روشهای آماری باشد. روشهای آماری براساس قوانین احتمالات هستند برای این که این قوانین، به درستی عمل کنند، اولین نیاز، جمع آوری اطلاعات توسط نمونه برداری تصادفی است. دومین اصل مهم، آمار توزیع فراوانی، مطابق منحنی توزیع نرمال زنگوله ای شکل گاوسی (شکل ۱۰-۱۵ – الف) است. جزئیات تشریح نشانه های آماری و تعاریف آنها، خارج از هدف این کتاب است؛ علاقه مندان می توانند به هر کتاب درسی استاندارد در مورد آمار، با انتشارات فنی ASTM(1976)15Dمراجعه کنند.

کنترل کیفیت آماری، از نمودارهای کنترل بهره می گیرد. این نمودارها، نمایشگر ترسیمی نتایج یک برنامه آزمایشی پیوسته است. نمودارها شامل خطوط حدی بالایی و پایینی هستند. این خطوط، نشان دهنده نیاز به واکنش، در زمانی است که منحنی به آن خطوط می رسد یا آن را قطع می کند. خطوط حدی، به منحنی توزیع نرمال ارتباط دارند. در حقیقت، نمودار کنترل ممکن است به عنوان منحنی نرمال در نظر گرفته شود که در دو طرف قرار گرفته است (شکل ۱۰-۱۵- ب). شکل۱۵ – ۱۰ – ج استفاده از نمودارهای کنترل در عملیات کنترل کیفیت بتن را نمایش می دهد.

براساس گزارش کمیته ۲۱۴ ACI، نمودارهای متعارف کنترل کیفیت برای بررسی پیوسته داده های آزمایش مقاومت، در شکل ۱۰-۱۶ نشان داده شده اند. شکل ۱۰-۱۶ – الف، ترسیمی از مقادیر مقاومتهای منفرد است؛ خط مورد نیاز برای مقاومت میانگین  از فرمول  به دست آمده است، که در آن که مقاومت طرح تعیین شده، ثابت و  sانحراف استاندارد است. نمودار نشان دهنده محدوده یا پراکندگی بین مقادیر مستقل آزمایش و تعداد مقادیر کم است. جز در مواردی که بر مقادیر مستقل کم تأکید شده باشد، مقادیر تصادفی کم ممکن است چشمگیر نباشند، زیرا آنها ممکن است به جای آنکه مشکلات مربوط به مصالح یا روشهای آزمایش را نشان دهند، نشان دهنده تغییرات تصادفی باشند. شکل ۱۰-۱۶-ب، نشاندهنده تغییرات میانگین مقاومت است، و هر نقطه از آن، نشاندهنده میانگین ۵ سری آزمایش مقاومت می باشد و هر سری آزمایش مقاومت نیز نماینده ۳ آزمایش استوانه ای می باشد. این نمودارها تمایل به هموار کردن متغیرهای تصادفی دارند و می تواند برای بیان جریانهای عمده ناشی از تغییرات در مصالح و روشهایی که مقاومت را تحت تأثیر قرار می دهند به کار روند. شکل ۱۰-۱۶-ج یک ترسیم از روند میانگین برای محدوده است، که هر نقطه نماینده میانگین محدوده ۱۰ سری قبلی آزمایش های مقاومت است. این نمودار، امکان کنترل قابلیت تکثیر آیین های کار آزمایش را فراهم میکند؛ هر گاه نمودار محدوده، نمودار نشان دهنده قابلیت ضعیف تکثیر بین سری های مختلف داده ها باشد، آنگاه زمان کنترل آیین های کار آزمایش فرا رسیده است.

 

(الف) توزیع فراوانی داده های مقاومت و توزیع نرمال مربوطه؛ (ب) نمودار متعارف کنترل آماری ؛ (ج) نمودار X برای مقدار هوا.
(الف) توزیع فراوانی داده های مقاومت و توزیع نرمال مربوطه؛ (ب) نمودار
متعارف کنترل آماری ؛ (ج) نمودار X برای مقدار هوا.

 

نمودارهای کنترل کیفیت آماری، مبتنی بر توزیع فراوانی تخمین زده شده توسط منحنی توزیع نرمال. در نمودار کنترل متعارف، محدوده های کنترل بالایی و پایینی، ممکن است از منحنی توزیع نرمال قرار گرفته در طرفین خود، اقتباس شود.

ترک خوردگی بتن در سنین اولیه

در طراحی اعضای بتن مسلح، فرض می شود که بتن، به دلیل دوره های حرارتی و رطوبتی ترک می خورد، با این وجود، با دقت در طراحی و جزئیات، می توان ترکها را کنترل کرده و عرض ترک ها را محدود کرد. در حالی که حداقل در اصول، ترکهای جمع شدگی ناشی از خشک شدن و ترکهای حرارتی قابل پیش بینی و کنترل می باشند، ترک خوردگی وسیع ناشی از دلایل دیگر نیز می تواند

 

 

نمودارهای نمونه کنترل کیفیت، برای مقاومت بتن.
نمودارهای نمونه کنترل کیفیت، برای مقاومت بتن.

 

توسعه یابد. اشکال مختلف ترک به آسانی قابل تشخیص نیست و اغلب نیاز به تعدادی از آرایش های آزمایشگاهی و تاریخچه کامل پروژه شامل طرح اختلاط بتن، شرایط بتن ریزی، روش های عمل آوری، قالب برداری و تاریخچه بارگذاری دارد. براساس گزارش انجمن بتن انگلستان، انواع ترک در شکل ۱۰-۱۷ نمایش داده شده است و تقسیم بندی آنها، با دلایل احتمال روشهای پیشگیری از آنها نیز در جدول ۱۰-۴ فهرست شده است. اکثر دلایل و علتهای مسئول ترک خوردگی غیر سازه ای، قبلا در این فصل و فصل ۵ تشریح شده است. دو نوع دیگر ترکهای غیر سازه ای که شرح داده نشده اند، به طور خلاصه در بخش بعدی شرح داده شده است.

ترکهای ناشی از نشست خمیری. این ترکها وقتی رخ می دهند که آب انداختگی و نشست شدید باشند و یک قید نیز در مقابل نشست وجود داشته باشد. باید توجه کرد که این ترکها مستقل از تبخیر و خشک شدن سطحی است. روشهای مورد استفاده برای جلوگیری از ترکهای نشست شامل موارد زیر است: کاهش آب انداختگی، کاهش تمایل به نشست توسط ایجاد قید مناسب، و ویبره مجدد بتن.

ترک خوردگی های مویین و ناپیوسته سطحی، که ریز ترکهای سطحی نامیده می شوند، پس از چند هفته می توانند در بتن سخت شده ظاهر گردند. این ترکها، بخصوص در زمان های بارانی یعنی وقتی که آنها رطوبت جذب میکنند و از طریق آتمسفر آلوده می شوند، مشاهده می شوند. بر اثر این امر، ظاهر ناخوشایندی از آسیب دیدگی در بتن ایجاد می شود. در واقع، ترکها کاملا سطحی هستند، و شاید عمق آنها بیشتر از کسری از یک میلیمتر نباشد. آنها مشکلات سازه ای ایجاد نمی کنند، به استثنای آنکه ممکن است در آینده باز شده و مسیر را برای عبور عناصر مخرب فراهم کنند. ریز ترکهای سطحی معمولا در نتیجه پرداخت ناکافی و بخصوص عمل آوری در حضور گرادیان های زیاد رطوبت بین سطح و توده بتن، رخ می دهند. استفاده از قالبهای با سطوح صاف و غیر قابل نفوذ (فولادی، خمیری) یا پرداخت نهایی بیش از حد مخلوطهای بتن پرمایه، موجب متمرکز شدن خمیر سیمان در سطح بتن می شوند. ترکهای حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن، به آسانی تولید ترک های ریز سطحی می کنند.

بررسی و مرور ترکهای سازه ای ناشی از آرماتور ناکافی با بارهای زیادتر از بارهای طراحی خارج از هدف این کتاب است.

نتیجه گیری

در این فصل نشان داده شد که عملیات مختلف در سنین اولیه، مانند جای دادن بتن و متراکم کردن آن، پرداخت سطح و عمل آوری، اثر مهمی بر روی خواص بتن دارند. در فصول ۶ تا ۹ نتیجه گیری مشابهی به دست آمد که براساس آن، خصوصیات سیمان، سنگدانه ها و مواد افزودنی نیز اثر مهمی بر روی خواص بتن دارند. برای ملاحظه عوامل مختلف مؤثر بر خواص بتن، از زاویه ای مناسب، باید جالب باشد که در یک نگاه، اهمیت آنها از نظر بعضی از خواص مهم بتن مشاهده شود. چنین اقدامی در جدول ۱۰-۵ ارائه شده است.

اطلاعات مندرج در جدول ۱۰-۵ فقط جنبه کیفی دارد، معهذا، این جدول از نظر آموزشی نیز مفید است. برای مثال، ممکن است برای بعضی از مهندسان عجیب باشد که دریابند که نوع سیمان عمدتاً بر روی زمان گیرش، مقاومت زودرس و حرارت هیدراتاسیون (جمع شدگی حرارتی بتن) تأثیر می گذارد. از طرف دیگر، نسبت های اختلاط، جای دادن و متراکم کردن و شرایط عمل آوری تأثیر عمده ای بر روی چندین مشخصه مهم بتن، مانند مقاومت نهایی، تراوایی، جمع شدگی خمیری و جمع شدگی ناشی از خشک شدن دارند.

دیدگاهتان را بنویسید

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

Share via
Copy link
Powered by Social Snap