افزودنی بتن در هوای گرم؛ افزودنی‌های دیرگیر بتن + میزان مصرف

بتن‌ریزی در دمای بیش از ۳۰ درجه سانتی‌گراد، به همراه عدم رطوبت یا بارش در یک شبانه‌روز، با مشکلات فراوانی همراه خواهد بود. این وضعیت تقریباً در تمام نواحی مرکزی ایران، بخصوص در فصل تابستان به چشم می‌خورد، اما آیا راهکاری هم برای حل این مشکلات وجود دارد؟! بهترین راهکار مقابله با مشکلات در بتن‌ریزی هوای گرم، استفاده از انواع افزودنی بتن در هوای گرم است که در این مقاله از بلاگ رامکا، بیشتر با آن آشنا خواهید شد.

افزودنی‌ بتن در هوای گرم

بتن در هوای گرم با کاهش شدید آب و قوام یا سفتی مواجه می‌شود. از آن‌جا که اضافه کردن آب، بتن را تضعیف کرده و موجب افت مقاومت آن می‌شود، پس نمی‌توان در هوای گرم برای جبران مشکل روانی، به مخلوط بتن آب اضافه کرد.

قسمت فلات مرکزی ایران، تحت‌تأثیر شرایط آب و هوایی خیلی گرم برای بتن‌ریزی قرار دارد. با وجود این مشکل، دانشمندان به دنبال راه حلی برای حفظ روانی بتن در هوای گرم شدند.

آن‌ها با ایده گرفتن از روان کننده‌های صنایع مختلف، مثل تولید مواد پلاستیکی به فکر تغییر در ترکیبات این محصولات برای سازگاری با بتن شدند. نتایج این تحقیقات، امروزه با نام تجاری روان کننده بتن در بازار عرضه می‌شود.

چالش‌های بتن‌ریزی در هوای گرم

در مرحله ساخت بتن، جلوگیری از گرمی بیش از حد مصالح، مانع از بروز مشکلات بتن‌ریزی در هوای گرم می‌شود. سازمان برنامه و بودجه در نشریه شماره ۱۵۲، به طور مفصل، راهنمایی برای اجرای بتن در هوای گرم تهیه کرده و آن را منتشر نموده است.

به صورت کلی، دما، رطوبت، زاویه و شدت تابش آفتاب، جریان هوا و کیفیت مصالح تشکیل دهنده بتن، تأثیر مستقیمی بر دوام و پایایی بتن دارد و این موضوع، بسیار مهم بوده و باید کنترل شود تا از آسیب رسیدن به سازه و تحمیل هزینه گزاف بر آن جلوگیری کند.

در هوای گرم برای حفظ کارایی بتن، نیاز به آب بیشتر بوده و این موضوع، بزرگ‌ترین چالش موجود برای بتن‌ریزی در هوای گرم است؛ زیرا آب اضافی بعضی خواص و مقاومت بتن را تضعیف می‌کند.

در هوای گرم، کاهش کارایی با سرعت زیادی انجام شده و قالب‌گیری بتن توسط نیروی وزن بتن از بین خواهد رفت و تراکم بتن به حد مطلوبی نمی‌رسد. گرمای هوا تشدید کننده سرعت واکنش شیمیایی است. تقریباً با ده درجه افزایش دمای هوا، سرعت واکنش دو برابر شده و همین موضوع در بتن، باعث کاهش زمان گیرش بتن – تا حد نصف – می‌شود.

در هوای گرم تمامی شرایط علیه اجرای یک بتن‌ریزی مناسب است. حال اگر وزش باد نیز بیش از حالت معمولی باشد، وضعیت بتن‌ریزی را تا حد بحرانی خواهد برد. پس برای بررسی شرایط بتن‌ریزی، در نظر گرفتن عوامل بسیاری مؤثر خواهد بود.

آثار نامطلوب هوای گرم در بتن تازه

گیرش سیمان در هوای گرم، سریع‌تر از حالت عادی رخ می‌دهد. این واکنش در حضور گرما سبب مصرف سریع آب و از دست رفتن کارایی بتن می‌شود. بتن تازه ماده‌ای ضعیف بوده و در برابر شرایط محیطی سریع واکنش نشان می‌دهد.

یکی از دلایل اصلی این موضوع که لازم است در مقاله افزودنی بتن در هوای گرم به آن اشاره شود، وجود آب در ترکیب بتن است. حالت فیزیکی آب در برابر گرما و سرما ماده تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد و به سرعت تغییر فاز داده و به شکل بخار آب یا یخ ظاهر می‌شود.

بتن‌ریزی در گرما در مقاطع پرآرماتور، با مشکلات بسیاری روبه‌رو می‌شود. گیر کردن بتن و عدم تراکم کافی، در نهایت موجب پدید آمدن یک مجموعه ضعیف و بی‌کیفیت بتن آرمه می‌شود.

در صورت پر نشدن کامل قالب، نفوذ پذیری بتن زیاد شده و همین امر، سبب نفوذ مواد مضر و مخربی، مثل یون کلر به قطعات فلزی خواهد شد. این موضوع یکی از مشکلات اصلی عدم تراکم بتن در هوای گرم است.

آثار نامطلوب هوای گرم در بتن در حالت سخت شده

بتن برای کسب مقاومت، باید روند طبیعی خود را طی کند. هوای گرم سبب به هم ریختن نظم زمان گیرش طبیعی می‌شود. مواردی مثل جمع شدگی و انقباض به دلیل خشک شدن آب بتن رخ خواهد داد.

پیدایش ریز ترک‌ها در بتن به شدت پایایی بتن را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد. پس باید در هوای گرم با استفاده از روش‌های مختلف، سیر طبیعی کسب مقاومت را برای بتن فراهم نمود.

بتن برای کسب مقاومت و تکمیل فرآیند هیدراسیون، نیاز به وجود پیوسته آب در سنین اولیه خود دارد. هوای گرم سبب کاهش شدید رطوبت بتن در مدت زمان کم خواهد شد. این موضوع سبب ناقص ماندن هیدراسیون و سستی یا پوک شدن بتن می‌شود.

عوامل مهم در تسریع خسارات ناشی از هوای گرم

بتن‌ریزی در هوای گرم، مشکلات بسیار زیادی به همراه دارد. برخی از عوامل این مشکلات را تشدید می‌کنند. برای جلوگیری در تسریع خسارات، بهتر است نکات زیر را در نظر داشت:

• استفاده از افزودنی‌های منبسط کننده بتن
• استفاده از افرودنی های دیرگیر بتن
• عدم استفاده از سیمان‌های تندگیر و دارای سرعت زیاد هیدراسیون
• پرهیز از ساختن اجزای نازک بتنی و استفاده از میلگرد بیش از حد در مقاطع
• عدم استفاده از موادی که باعث گیرش سریع سیمان می شوند
• استفاده از مقادیر کم نسبت آب به سیمان

بیشتر بخوانید: دمای بتن

روش‌های سنتی کنترل دمای بتن در هوای گرم

در گذشته برای کنترل دمای بتن در هوای گرم، بیشتر به فکر خنک کردن مصالح بودند؛ مثلاً جایگزینی یخ به جای بخشی از آب مورد نیاز بتن، روشی بسیار عالی است؛ زیرا آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالا با خنک شدن در هوای گرم، دیرتر از سایر مصالح گرم می‌شود.

برای ساخت بتن در هوای گرم، کارگاه نیاز به تجهیزاتی مثل سایه‌بان یا انبار سرپوشیده برای دپوی مصالح دارد. جلوگیری از گرم شدن بیش از حد سنگدانه و سیمان نیز، از دیگر روش‌های مناسب برای ساخت بتن در هوای گرم است.

روش دیگر نگهداری آب و حتی سیمان در مخازن با رنگ روشن یا سفید است؛ چرا که رنگ سفید کمترین جذب انرژی خورشید را داشته و از داغ شدن مصالح درون آن جلوگیری می‌کند.

بتن پس از ریختن در قالب و برای عمل‌آوری نیاز به شرایط معتدل، بخصوص در سنین اولیه دارد. پس فراهم نمودن فضای مرطوب عمل‌آوری، بتن را در بهترین حالت قرار خواهد داد؛ برای مثال استفاده از گونی نخی برای پوشاندن سطح بتن و خیس کردن مداوم آن تا سن هفت روزگی، جزو بهترین تدابیر کنترل دما و رطوبت بتن در هوای گرم است.

در گذشته به دلیل محدودیت امکانات، تغییر زمان بتن‌ریزی به دور از نیمه روز و سر ظهر، یکی از روش‌های مرسوم بتن‌ریزی در تابستان بود؛ زیرا بتن‌ریزی در شب یا اوایل صبح، گرمای شدید را بسیار کنترل خواهد کرد.

روش‌های کنترل دمای بتن

وجود یک کارگاه بزرگ و انبار کردن مصالح در مکان مسقف، مانع از داغ شدن شدید مصالح سنگی می‌شود. نگهداری سیمان در انبار سرپوشیده نیز از افزایش شدید دمای آن جلوگیری می‌کند.

به کار بردن موادی که در واکنش شیمیایی حرارت اضافی تولید می‌کنند، در هوای گرم منع شده است. برای مثال استفاده از سیمان با حرارت‌زایی پایین با افزایش دی کلسیم سیلیکات و تترا آلومینیو فریت کلسیم و کاهش تری کلسیم سیلیکات و تری کلسیم آلومینات، موجب تأخیر گیرش سیمان شده و از حرارت‌زایی زیاد سیمان جلوگیری می‌کند.

بیشتر بخوانید: ۷ روش خنک کردن بتن در تابستان

استفاده از کامیون‌های دارای خنک کننده یا سیستم خنک کننده نیتروژنی، به شدت دمای بتن را در هوای گرم کاهش می‌دهد. البته استفاده از این تجهیزات هزینه بالایی خواهد داشت و بیشتر مخصوص پروژه‌های عظیم است.

روش‌های کنترل و تنطیم دمای قالب و آرماتور

یکی از روش‌های کنترل دمای قالب و آرماتور، آب‌پاشی این مجموعه قبل از بتن‌ریزی است. با این روش، گرمای قالب صرف تبخیر آب شده و از داغی قالب گرفته خواهد شد. این روش به دلیل ارزان بودن و راحتی اجرا، بسیار توصیه می‌شود. فقط کافی است ساعاتی قبل از بتن‌ریزی محوطه را آب‌پاشی کنید. در صورت فراهم بودن تجهیزات، نصب سایه‌بان موقت روی مجموعه نیز روشی بسیار مناسب است.

انواع افزودنی بتن در هوای گرم

به دلیل خواص عالی افزودنی روان کننده در بتن، این افزودنی بیشترین مصرف را دارد. افزودنی روان کننده بتن دارای ترکیبات متفاوتی است. تغییر در ساختار شیمیایی این مواد، کیفیت و اثرگذاری آن را متفاوت کرده است؛ برای مثال در نسل اول، بتن برای مدت کمی روانی خود را حفظ می‌کند، ولی در نسل سوم روان کننده، مدت بیشتری روانی بتن حفظ شده و مقاومت بتن نیز بهبود می‌یابد.

یکی دیگر از انواع افزودنی بتن در هوای گرم دیرگیر بتن است. این افزودنی برای حفظ کارایی بتن بسیار مناسب است. یکی از مشکلات بتن‌ریزی در هوای گرم، بروز پدیده درز سرد است. این افزودنی با به تأخیر انداختن گیرش سیمان، سبب حفظ یکپارچگی بتن‌ریزی در یک قسمت خواهد شد.

انواع افزودنی‌ بتن در هوای گرم، مربوط به بتن تازه هستند. البته برخی از افزودنی‌های بتن مثل کیورینگ بتن برای محافظت از بتن در هوای گرم استفاده می‌شود. این افزودنی با پخش شدن در سطح بتن پس از بتن‌ریزی، از خروج آب بتن جلوگیری می‌کند.

بیشتر بخوانید: افزودنی بتن در هوای سرد

افزودنی فوق روان کننده بتن دیرگیر

این مواد بر پایه نفتالین و ملامین هستند و جایگزین موفقی برای لیگنوسولفونات می‌باشند. نفتالین در صورت ترکیب با سیمان، با تری کلسیم سیلیکات و تری کلسیم آلومینات واکنش داده و فعالیت این مواد را کم می‌کند و سبب تأخیر در گیرش سیمان می‌شود.

ایجاد بار منفی در سطح ذرات سیمان، وظیفه اصلی فوق روان کننده بتن است که سبب عبور راحت آب از میان ذرات سیمان می‌شود. در این حالت با مقادیر کمتر آب، کل سیمان آب دیده شده و روانی بتن تأمین خواهد شد.

افزودنی ابر روان کننده بتن

از آن‌جا که مشکلاتی از قبیل افت اسلامپ نسبت به حالت معمول در فوق روان کننده‌ها و همچنین نیاز به اضافه کردن مجدد افزودنی پای کار وجود داشت، محدودیت استفاده از فوق روان کننده‌ها ایجاد شد و پس از تحقیق و توسعه، محصول جدیدی تحت عنوان ابر روان کننده بتن معرفی شد که با حفظ کارایی طولانی، با توجه به طرح اختلاط و شرایط محیطی، بتواند کارایی بتن را بیش از دو ساعت حفظ کند. ابر روان کننده‌های بتن یکی از انواع افزودنی بتن در هوای گرم هستند که بر پایه‌ی پلی کربکسیلات یا پلی کربکسیلات اتر تولید می‌شوند.

ابر روان کننده‌ها قادر هستند برای مدت زمان بیشتری کارایی بتن را حفظ کنند، زیرا مکانیزم عملکردی ممانعت فضایی که در ادامه بیان شده، باعث تفاوت عملکرد ابر روان کننده‌ها می‌شود.

ترکیبات شیمیایی و نحوه عملکرد بتن دیرگیر

ترکیبات شیمیایی روان کننده به نحوی است که سطح تمامی ذرات سیمان دارای بار منفی می‌شود. پس اصطکاک بین ذرات سیمان به شدت کاهش یافته و ذرات از یکدیگر دور می‌شوند. در نتیجه روانی با همان مقدار آب افزایش می‌یابد. حال اگر افزودنی خاصیت دیرگیری هم داشته باشد، با تأخیر انداختن گیرش سیمان سبب حفظ روانی بتن در زمان بیشتری خواهد شد.

این ترکیبات با واکنش شیمیایی سبب تأخیر در گیرش سیمان می‌شوند. جلوگیری از روند کسب مقاومت در ساعات اولیه توسط نفتالین در آزمایش‌های متعددی اثبات شده است.

نحوه و میزان مصرف

مواد افزودنی در محل ساخت بتن و در کارگاه بتن‌ریزی، قابلیت اضافه شدن دارند. اگر این مواد در محل ساخت بتن به مصالح – مثل سنگدانه – اضافه شود، به خوبی در مخلوط پخش خواهد شد. مشکل این روش، گذر زمان و کاهش اثر این محصول بر بتن تازه است. برای حفظ روانی بتن در بلند مدت، ترکیبات بر پایه پلی کربوکسیلات اتر در بچینگ اضافه می‌شوند.

محدوده مصرف انواع افزودنی بتن در هوای گرم، بین ۰٫۱ تا ۵ درصد وزن سیمان است، اما بسته به قدرت افزودنی و نیاز پروژه متفاوت خواهد بود.

مزایای مصرف فوق روان کننده بتن دیرگیر

مزیت اصلی فوق روان کننده دیرگیر بتن، حفظ روانی بتن در مدت زمان زیاد است؛ برای مثال دو الی سه ساعت در هوای گرم، روانی بتن بدون تغییر باقی می‌ماند. ساخت بتن پرمقاومت و متراکم هم جزو مزایای فوق روان کننده بتن است.

کاربرد استفاده از فوق روان کننده بتن دیرگیر

فوق روان کننده دیرگیر، یکی از انواع افزودنی بتن در هوای گرم است. از این رو اگر به دلیل مشکلاتی در حمل و نقل بتن، پیوستگی بتن‌ریزی از دست برود، باید گیرش بتن را به تأخیر انداخت تا بین دو حجم بتن، پیوستگی و چسبندگی حفظ شود. در نظر داشته باشید یکی ‌از دلایل استفاده از دیرگیر در بتن، جلوگیری از بروز درز سرد در بتن است.

بیشتر بخوانید: انواع افزودنی بتن

عدم استفاده از افزودنی حباب‌ساز بتن در هوای گرم

افزودنی‌های روان کننده، اندکی هوازایی در بتن دارند. در صورت استفاده از هواساز بتن، هوای بتن پایدار شده و امکان وجود حفرات بزرگ در بتن وجود خواهد داشت. یکی از مشکلات حباب‌سازهای بتن در هوای گرم نیز تولید بتن متخلخل است.

در این مقاله، تلاش شد چالش‌های بتن‌ریزی در هوای گرم بررسی شود و روش‌های سنتی کنترل دمای بتن نیز مورد بررسی قرار گرفت. همچنین انواع افزودنی بتن در هوای گرم و راهکارهای مقابله با مشکلات بتن‌ریزی در هوای گرم معرفی شد و مزایا و کاربردهای انواع افزودنی مورد بررسی قرار گرفت تا از این طریق، روش‌های آماده‌سازی بتن در هوای گرم تبیین شود.