بتن ریزی در هوای سرد: دستورالعمل، الزامات، مشکلات و روش‌ها

بتن از سه جزء اصلی آب، سیمان و سنگدانه تشکیل شده که پس از اختلاط با یکدیگر، ماده سیالی با قوام نسبی تشکیل می‌دهد. این مخلوط با گذر زمان، تبدیل به ماده‌ای خشک و مستحکم می‌شود که علت اصلی آن، وجود سیمان در بتن است. سیمان در فضای شیمیایی ایجاد شده توسط آب، واکنش داده و در حدود یک ماه به حد نهایی خود می‌رسد. این واکنش سیمان و آب در دمای معمولی انرژی گرفته و در هوای سرد متوقف می‌شود. مجموع این عوامل باعث شده بتن ریزی در هوای سرد، اصول و روش‌های خاص خود را داشته باشد. از این رو در این مقاله از بلاگ رامکا درصدد هستیم به بررسی مشکلات و الزامات بتن ریزی در هوای سرد، تأثیر هوای سرد بر بتن‌ریزی و بررسی ساخت و عمل‌آوری بتن در هوای سرد بپردازیم تا بدین‌ترتیب، بخشی از چالش‌های بتن ریزی در هوای سرد را برطرف سازیم. پس با ما همراه باشید.

مشکلات بتن ریزی در هوای سرد

بتن تازه ماده‌ای شکل‌پذیر است که حالت خمیری خود را از آب می‌گیرد. آب مایعی است که به راحتی در هوای زیر صفر درجه سانتی‌گراد یخ می‌زند. کار اصلی آب در بتن، شرکت در واکنش هیدراتاسیون با سیمان و ایجاد روانی بتن است.

این واکنش در دمای زیر ۵ درجه سانتی‌گراد متوقف می‌شود. پس تعریف هوای سرد برای بتن، دمای کمتر از ۵ درجه سانتی‌گراد (به صورت پیوسته ۷۲ ساعت) است. همچنین هوای سرد، امکان یخ زدن بتن در ساعات اولیه را افزایش داده و به شدت، سرعت کسب مقاومت اولیه بتن را پایین می‌آورد. بنابراین، اگر بتن پیش از گیرش یخ بزند، مقاومت نهایی آن نصف می‌شود.

الزامات بتن ریزی در هوای سرد

بتن در دمای حدود ۲- تا ۱- درجه سانتی‌گراد در فشار یک اتمسفر یخ می‌زند. زمینه این یخ‌زدگی در دمای کمتر از ۵ درجه ‌سانتی‌گراد با کاهش و توقف واکنش آب و سیمان است. آبی که اضافی مانده با سرد شدن هوا یخ می‌زند. با ادامه سیکل انجماد و ذوب، این موضوع سبب ترک خوردن و در مواردی، متلاشی شدن بتن می‌شود. پس تا رسیدن به مقاومت ۵ مگاپاسکال، بتن باید حتماً تحت مراقبت ویژه باشد.

برای داشتن بتن خوب و باکیفیت، باید از یخ زدن بتن در سنین اولیه جلوگیری نمود. اگر بتن در ساعات ابتدایی یخ بزند، حتی با عمل‌آوری و ایجاد شرایط مناسب برای پخت، نتیجه نهایی مقاومت به دست نخواهد آمد.

برای مقابله با هوای سرد، لازم است تجهیزات مقابله با آن در پروژه فراهم شود. برخی از این وسایل، شامل: دماسنج، وسایل گرم کننده، پوشش دهنده و محفوظ کننده بتن هستند. گرم کننده آب و سنگدانه در بچینگ، به ساخت بتن در هوای سرد کمک زیادی می‌کند، زیرا استفاده از آب بسیار داغ با دمای بالای ۸۰ درجه سانتی‌گراد در ساخت بتن مجاز نیست.

پیش از بتن‌ریزی باید یخ و برف قالب‌ها زدوده شود، دمای قطعات فلزی اندازه‌گیری شده و در صورت زیر صفر درجه سانتی‌گراد بودن، از اجرای بتن‌ریزی جلوگیری شود، زیرا دمای کم فلزات سبب کاهش چسبندگی بتن و آرماتور خواهد شد.

در صورت یخ‌زدگی، باید از ریختن بتن روی زمین یخ زده یا بتن خشک یخ زده اجتناب شود. بر اساس قانون، بتن‌ریزی در دمای کمتر از ۱۵- درجه سانتی‌گراد، جز با ایجاد شرایط خاص و اجازه دستگاه نظارت ممنوع است.

یکی از این شرایط خاص، حجم بتن‌ریزی است. زمانی که بتن زیاد باشد، دمای آن در اثر واکنش گرمازای سیمان افزایش می‌یابد. پس در دمای پایین امکان بتن‌ریزی در این مقاطع امکان‌پذیر است و فقط باید بعد از ساخت بتن، زمان رسیدن بتن به محل پمپاژ و ریختن بتن را کوتاه کرد. البته نوع وسیله حمل کننده و محافظت از دمای بتن اهمیت ویژه‌ای دارد.

بیشتر بخوانید: دو روش گرم کردن بتن در هوای سرد

تأثیر هوای سرد بر بتن

در شرایط آب و هوایی سرد، بتن غیراشباع تا رسیدن به مقاومت فشاری ۵ مگاپاسکال و بتن اشباع تا رسیدن به مقاومت ۲۵ مگاپاسکال، باید از یخ زدن محافظت شود. همچنین، عملیات تسطیح بتن باید با دقت بالا و بدون آب انداختگی انجام شود، زیرا آب اضافی روی سطح بتن در دمای پایین به راحتی یخ زده و سبب تخریب بتن می‌شود. همین امر باعث شده مجریان بتن‌ریزی که در مکان‌های پرتردد باخطر فرسایش بتن روبه‌رو هستند، در شرایط آب و هوای سرد، از بتن کم آب استفاده نمایند، زیرا آب اضافی در نهایت سبب کاهش مقاومت بتن می‌شود.

تأثیر هوای سرد بر مشخصات بتن

بتن تازه حالت خمیری دارد. این ماده با گذشت زمان به جسمی جامد، یکپارچه و مستحکم تبدیل می‌شود. بنابراین، رسیدن بتن به استاندارد و کیفیت مطلوب، نیازمند شرایط مناسب است. یکی از عوامل اصلی در تهیه و تولید بتن خوب و با کیفیت، دمای محیط است. بنابراین تغییرات دمای محیط روی کیفیت بتن تأثیر مستقیم دارد.

برای مثال در شرایط آب و هوایی سرد کنترل نشده، درجه اشباع بتن تازه با گذشت زمان و پیشرفت واکنش آب و سیمان کم می‌شود؛ به حدی که با سفت شدن نسبی بتن، درجه اشباع از حد بحرانی کمتر می‌گردد. در این شرایط، زمانی که بتن به مقاومت حداقل ۵ مگاپاسکال برسد، درجه اشباع بتن کمتر از ۸۰% می‌شود. پس حد اشباع بتن، یعنی مقدار آب اضافی بتن در هوای سرد، به راحتی یخ زده و بتن در سیکل ذوب و یخ زدن تخریب می‌شود.

بیشتر بخوانید: بتن‌ریزی در هوای بارانی

تأثیر هوای سرد بر مصالح بتن

هوای سرد، دمای مجموعه مصالح بتن را کاهش می‌دهد. بنابراین در فصل سرما، دمای آب، سیمان و سنگدانه پیش از ساخت بتن بسیار کم است و اگر بتن در این شرایط ساخته و ریخته شود، مشکلاتی به وجود می‌آورد.

دیرگیری بتن اصلی‌ترین مشکل در هوای سرد است. وقتی بتن با تأخیر سفت شود، به قالب‌بندی و مجموعه نگهدارنده نیروی بیشتری وارد شده و هزینه را بالا می‌برد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت در سرمای شدید، برخی مصالح به طور کلی خاصیت خود را از دست می‌دهند.

حال اگر یک تغییر فاز مایع به جامد هم به وجود آید، بتن به طور کامل تغییر رفتار داده و حتی امکان از دست رفتن آن وجود خواهد داشت.از سوی دیگر وزش باد، شرایط هوای سرد را تشدید می‌کند. در این شرایط استفاده از بادشکن، می‌تواند راهکار مناسبی برای مقابله با سردی بتن باشد.

تأثیر هوای سرد بر سیمان

برای کم کردن زمان حفاظت از بتن در هوای سرد، بهتر است از مقدار زیادی سیمان زودگیر با نسبت آب به سیمان کم استفاده کنید. پیشنهاد بلاگ رامکا در مقاله «بتن ریزی در هوای سرد» این است که از سیمان تیپ ۳ برای این شرایط استفاده نمایید، زیرا سرمای بیش ازحد در گیرش سیمان، اختلال ایجاد کرده و سبب کاهش مقاومت نهایی آن می‌شود.

از آن‌جا که سیمان برای آغاز واکنش شیمیایی خود با آب، نیازمند حداقل گرما و حرارت است، پس سیمان ریزتر در دمای کم، بیشتر با آب واکنش نشان داده و سبب افزایش هیدراتاسیون و حرارت ناشی از آن می‌شود.

تأثیر هوای سرد بر سنگدانه

به طور معمول، سنگدانه در تأمین دمای بتن تأثیری ندارد. از این رو کمتر کسی سراغ گرم کردن آن می‌رود. در واقع اگر با گرم کردن آب نتوانید به حداقل دمای لازم برای ساخت بتن برسید، لازم است از راهکار گرم کردن سنگدانه بتن بهره گیرید.

همچنین اگر اختلاف دمای آب و سنگدانه بیش از ۴۵ درجه سانتی‌گراد شود، برای جلوگیری از بروز مشکلات جانبی، نظیر شکست سنگدانه و کاهش مقاومت آن، لازم است اندکی دمای سنگدانه افزایش یابد.

توصیه شده است در صورت استفاده از آب گرم، ابتدا باید سنگدانه به مخلوط‌کن افزوده شود و سپس آب و سیمان اضافه گردد. همچنین بهتر است در هنگام اضافه کردن سیمان، دمای آب و سنگدانه زیر ۴۰ درجه سانتی‌گراد باشد.

تأثیر هوای سرد بر افزودنی بتن

در این شرایط، بکارگیری سه گروه از انواع افزودنی‌ بتن توصیه می‌شود که بر اساس ویژگی‌های اعمال شده روی بتن، استفاده از آنها دارای قوانین خاص خود است که در ادامه مقاله «بتن ریزی در هوای سرد» به صورت اجمالی به بیان آن می‌پردازیم.

۱) حباب هواساز بتن: استفاده از این افزودنی زمانی که بتن در زمان عمل‌آوری اشباع شده باشد، توصیه می‌شود. البته باید دقت کنید در صورت استفاده از حباب هواساز بتن، مخلوط بتنی نباید تا رسیدن به مقاومت ۲۰ مگاپاسکال یخ بزند.

۲) نمک حاوی کلر: استفاده از این سری نمک‌ها برای جلوگیری از یخ زدن آب بتن مناسب است. البته بتنی که در آن از نمک حاوی کلر استفاده شده باشد، قابلیت کاربرد در مجاورت با فلز را ندارد؛ چرا که یون کلر فعال با فلزات و فولاد واکنش داده و سبب خوردگی آن می‌شود.

۳) روان کننده‌های بتن: استفاده از ترکیبات روان کننده بتن به دلیل کاهش مصرف آب، برای بتن ریزی در هوای سرد بسیار مناسب است.

تأثیر هوای سرد بر آب

آب در مصالح بتن، بالاترین ظرفیت گرمایی ویژه را داشته و بیشترین تأثیر ناشی از تغییر دما را بر بتن دارد. پس محافظت از آب و بالا نگه داشتن دمای آن، یعنی مراقبت از کل بتن در برابر یخ زدن. از سوی دیگر استفاده از آب داغ در حد جوشیدن در مخلوط بتنی به دلیل گیرش آنی سیمان ممنوع است و فقط باید پیش از اضافه شدن به بتن، توسط آبگرمکن به دمای معینی رسیده و به مخلوط اضافه شود.

در حین اختلاط نیز حفظ دمای آب برای ایجاد بستر مناسب برای واکنش هیدراتاسیون بسیار حائز اهمیت است. پس از بتن‌ریزی نیز جلوگیری از یخ‌زدن آب بتن و محافظت از آن، ضامن کیفیت و سلامت نهایی بتن است.

استفاده از زودگیر و ضد یخ بتن در زمستان

میزان مصرف ضد یخ بتن با توجه به عیار سیمان و درجه هوا تعیین می‌شود. بنابراین، هر چه هوا سردتر یا سیمان بتن کمتر باشد، افزودنی بتن بیشتری نیاز است؛ چرا که سیمان در واکنش با آب حرارت تولید می‌کند. هر چه به میزان بیشتری از این ماده در بتن استفاده شود، دمای مخلوط بیشتر خواهد شد. البته میزان مصرف ضدیخ در بتن، حدی اشباع دارد و استفاده بیش از این مقدار، تأثیری در یخ نزدن آب نخواهد داشت.

نکته‌ی قابل توجه در استفاده از ضد یخ این است که باید از پخش یکنواخت این مواد در بتن اطمینان حاصل کنید تا بهترین تأثیر را دریافت نمایید. از این رو چنانچه از مواد پودری استفاده می‌نمایید، لازم است آن را در آب حل کرده و در صورت استفاده از افزودنی‌های مایع، آن را با آب رقیق کرده و سپس به بتن اضافه کنید.

علت افزودن این سری از افزودنی‌ها به بتن، جلوگیری از توقف عملیات ساختمانی در یخبندان، تسریع در گیرش بتن در حدود ۳ الی ۵ ساعت و جلوگیری از یخ زدن آب بتن است. البته حفظ اسلامپ بتن در صورت افزودن ضدیخ و یا زودگیر بتن نیز امری ضروری است. پس مواد روان کننده زودگیر بتن، بهترین انواع افزودنی برای هوای سرد است.

گرم کردن بتن

برای گرم کردن بتن نیاز به فضای بسته است. البته روشن کردن آتش روی بتن جوان مجاز نیست، زیرا گاز دی‌اکسیدکربن در سطح بتن باید توسط تهویه خارج شود. یکی از روش‌های پیشرفته گرم کردن کف محوطه بتن‌ریزی، استفاده از المنت حرارتی الکتریکی و قالب نگهدارنده بتن است. گرم کردن بتن تا رسیدن به مقاومت لازم باید ادامه پیدا کند و لازم است میزان این مقاومت با آزمایش غیرمخرب، مثل چکش اشمیت و آزمایش فراصوت به صورت منظم سنجیده شود.

محافظت از یخ‌زدگی

بلافاصله پس از عملیات بتن‌ریزی، باید مراقب یخ زدن بتن بود. عدم یخ زدن بتن در مقاطع نازک یا زمانی که لازم است بتن به عنوان نما استفاده شود، بسیار حائز اهمیت است، زیرا یخ زدن بتن در طول زمان سبب عدم واکنش آب و سیمان و کاهش مقاومت بتن می‌شود.

ساخت بتن در هوای سرد

برای ساختن بتن در هوای سرد، بهتر است از راهکارهای ذیل استفاده نمایید:

• از سیمان پوزولانی و روباره‌ای استفاده نکنید، زیرا به دلیل حرارت‌زایی کم، احتمال یخ زدن بتن وجود خواهد داشت.
• اگر بتن در معرض سیکل یخ و ذوب قرار دارد، از مواد حباب‌زا استفاده کنید.
• از طرح اختلاطی استفاده نمایید که نسبت آب به سیمان آن کمتر از ۰٫۵باشد.
• از محیط سرپوشیده برای حفظ دمای بتن استفاده نمایید. این روش مخصوص کارگاه و کارخانه مجهز بتن است. البته ساخت و نگهداری این فضاها هزینه بالایی دارد، اما گرم کردن مجموعه ماشین‌آلات و مصالح در آینده، هزینه بسیار کمی خواهد داشت.

حمل بتن در هوای سرد

با در نظر گرفتن تمام شرایط بتن ریزی در هوای سرد، در زمان حمل بتن باید کامیون حمل در مدت زمان کمتر از ۹۰ دقیقه به محل بتن‌ریزی برسد. همچنین پوشاندن درب قسمت چرخاننده، مانعی مناسب برای از دست رفتن دمای بتن است.

در کامیون‌های حمل بتن جدید، یک سیستم گرم کننده مخزن تعبیه شده که مشکل حفظ دمای بتن را حل کرده است. مخزن این کامیون دوجداره و دارای گرمکن ویژه است.

روش‌های بتن ریزی در هوای سرد

بتن ریزی در هوای سرد تقریباً همانند بتن‌ریزی در هوای معمولی است؛ با این تفاوت که باید دمای بتن در طول بتن‌ریزی افت پیدا نکند.

اگر زیرساخت حفظ دمای بتن فراهم نباشد، حتماً باید از افزودنی‌های تندگیر بتن با نام تجاری ضدیخ بتن استفاده نمود. این مواد بتن‌ریزی در یخبندان را به کاری بسیار آسان تبدیل کرده است؛ چنان که تا پیش از کشف این افزودنی، پروژه‌های معمولی که امکان گرمخانه نداشتند، به طور کلی تعطیل می‌شدند.

باید بدانید هر چه عمق قالب بتن‌ریزی بیشتر باشد، می‌توان حداقل دمای بتن‌ریزی را کاهش داد؛ یعنی در دمای کمتر از دمای اعلام شده می‌توان بتن‌ریزی کرد. توجه داشته باشید هر چه دمای بتن را بالاتر ببرید، به دلیل افت شدیدتر دما، توجیهی برای بتن‌ریزی در دمای بسیار پایین وجود نخواهد داشت.

عمل‌آوری بتن در هوای سرد

بعد از بتن‌ریزی باید به صورت تدریجی، (نه ناگهانی) حفاظت بتن را تمام کرد. بر این اساس، حداکثر افت مجاز دما پس از ۲۴ ساعت، باید با توجه به جدول زیر صورت پذیرد.

حداقل بعد عضو بتنی (متر)	حداکثر دمای افت مجاز (درجه سانتی‌گراد)
حداکثر ۰٫۳	۲۸
۰٫۳ تا ۰٫۹	۲۲
۰٫۹ تا ۱٫۸	۱۷
حداقل ۱٫۸ متر	۱۱

همچنین با توجه به گیرش طولانی‌تر بتن در هوای سرد، زمان برداشتن قالب در هوای سرد بیش از زمان معمولی خواهد بود.

اگر با ایجاد فضای بسته و گرم کردن محیط بتن‌ریزی، شاهد خشک شدن سریع بتن شدید، باید از مه‌پاش یا رطوبت دهنده دیگر برای بتن استفاده نمایید، زیرا خشک شدن سریع سطح بتن مشکلاتی در گیرش و مقاومت بتن ایجاد می‌کند.

در این مقاله از بلاگ رامکا تلاش شد ضمن بررسی تأثیر هوای سرد در اجزای بتن، به بیان مشکلات و الزامات بتن ریزی در هوای سرد و راهکارهای انجام بتن ریزی در هوای سرد پرداخته شود. امیدواریم با مطالعه این مقاله بتوانید اطلاعات کارامدی درباره شیوه‌ی بتن ریزی در هوای سرد به دست آورید.