عمل آوری بتن در هوای سرد: نکات و روش‌ها

در هوای سرد، معمولا نیازی به تأمین رطوبت بتن نیست و فقط لازم است دمای مناسب برای بتن فراهم شود. در واقع مهم‌ترین مسأله هنگام عمل آوری بتن در هوای سرد، جلوگیری از خروج حرارت بتن است. اما سؤال این‌جاست که چگونه می‌توان مانع از خروج حرارت بتن شد، طوری که در طول دوره مراقبت، حرارت سطح بتن کمتر از ۵ درجه سانتی‌گراد نشود؟! در این مقاله از بلاگ رامکا با ما همراه باشید تا ضمن تبیین راهکارهای مراقبت از بتن و کیورینگ بتن در هوای سرد، به صورت مجمل به بیان شرایط بتن‌ریزی در هوای سرد نیز بپردازیم.

شرایط آب و هوایی سرد

منظور از هوای سرد، شرایطی است که متوسط دمای هوا طی شبانه‌روز برای ۳ روز پی در پی، حداکثر ۵ درجه سانتی‌گراد باشد و دمای هوا در بیشتر از نصف روز، بیش از ۱۰ درجه سانتی‌گراد نشود؛ چرا که هوای سرد به شدت روی مشخصات بتن و همچنین مصالح بتن مؤثر است.

در واقع از آن‌جا که در شرایط آب و هوایی سرد درجه اشباع بتن کمتر از حد بحرانی شده و در نتیجه مقدار آب اضافی بتن یخ زده و باعث یخ‌زدگی بتن می‌شود، لازم است متوسط دمای بتن تا ۷ روز اولیه پس از بتن‌ریزی، کمتر از ۵ درجه سانتی‌گراد نشود.

برای انجام این فرآیند آیین‌نامه‌ها و مقرارات ملی ساختمان، ضوابطی را برای بتن‌ریزی در هوای سرد تعیین نموده که رعایت آن ضروری است و ما در این‌جا به اجمال به آن اشاره خواهیم نمود.

ضوابط بتن‌ریزی در هوای سرد

در شرایط آب و هوایی سرد، بتن باید در برابر یخ‌زدگی حفظ شده و تا حد امکان گرم نگه داشته شود تا به میزان مقاومت آن خللی وارد نشود. در واقع در این شرایط، باید از بتن کم‌آب استفاده شده و عملیات پرداخت بتن با دقت کافی انجام شود تا هیچ آب افتادگی در سطح بتن ایجاد نشود و مقاومت بتن تا حد مطلوبی حفظ شود. در ذیل به چندی از قوانینی که در شرایط آب و هوایی سرد باید به آن توجه شود، اشاره خواهیم کرد:

1. برای ساخت بتن در شرایط آب و هوایی سرد، سنگدانه‌ها نباید رطوبت داشته یا یخ زده باشند. برای جلوگیری از یخ‌زدگی یا رطوبت سنگدانه‌ها در هوای بارانی یا یخبندان، سنگدانه‌ها باید در ورق‌های پلاستیکی پوشانده شوند. البته رطوبت سنگدانه‌های مصرفی در مورد ماسه بیشتر صدق می‌کند. از این رو در ساخت مخلوط بتنی، گرم کردن سنگدانه اهمیت زیادی دارد.
2. برای افزایش دمای بتن در شرایط آب و هوایی سرد، می‌توان از آب با دمای بیش از ۴۰ درجه سانتی‌گراد استفاده نمود؛ البته آب نباید در تماس مستقیم با سیمان قرار گیرد.
3. ضابطه و قانون دیگری که در شرایط آب و هوایی سرد باید رعایت شود، توجه به میزان دمای بتن است که باید حداقل دو بار در شبانه‌روز بررسی شود. البته از آن‌جا که لبه‌های بتن بیشتر در معرض آسیب‌های مختلف، مثل یخ‌زدگی و… قرار می‌گیرند، کنترل دما در این بخش‌ها باید با دقت بیشتری انجام شود.

عمل آوری بتن در هوای سرد

همان‌طور که گفته شد بتن باید در مقابل دمای پایین و خطرات ناشی از آن حفظ شود تا کسب مقاومت آن امکان‌پذیر باشد. برای حفاظت و عمل آوری بتن در هوای سرد از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود که از جمله آن می‌توان به دوربندهای گرم شده، مواد عایق‌بندی و بخاری‌ها و… اشاره کرد که در ذیل به صورت مجزا به تبیین هر یک از روش‌های گرم کردن بتن در هوای سرد خواهیم پرداخت.

دوربند

دوربندها برای حفاظت بتن در هوای سرد بسیار کاربردی هستند و از چوب، برزنت کرباسی یا ورق پلی‌اتیلن تهیه می‌شوند. به طور معمول ارتفاع دوربندها دو متر است، اما بسته به شرایطی چون: میزان دمای محیط، دمای بتن‌ریزی و رطوبت موجود در هوا، می‌توان ارتفاع دوربندها یا بادشکن‌ها را متغیر در نظر گرفت.

مواد عایق‌بندی

میزان دمای بتن را می‌توان با پوشش‌های عایقی حفظ نمود، اما این عایق‌ها باید پوشش مقاوم در برابر رطوبت داشته باشند تا در صورت قرار گرفتن در معرض هوا و استفاده نادرست دوام بیاورند. از جمله این عایق‌های پوششی می‌توان به حصیر و پتوهای عایق شده از پشم شیشه، لاستیک اسفنجی، پلی استایرن اسفنجی، فوم وینیل، پشم سنگ یا الیاف سلولز اشاره کرد که میزان کارایی آنها با قرار دادن دماسنج زیر آن مشخص می‌شود.

برای مثال برای پوشاندن سطوح افقی با حصیر، لازم است ابتدا لایه‌ای از پلی‌اتیلن سطح بتن را پوشش دهد و سپس حصیر روی آن قرار داده شود و مجدداً لایه دیگری از پلی‌اتیلن روی حصیر را بپوشاند.

بخاری‌ها

از دیگر روش‌هایی که برای مراقبت از بتن در هوای سرد می‌توان استفاده نمود، بکارگیری انواع بخاری‌ها است که از جمله آن می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• بخاری بدون هواکش و بادبزن با استفاه از مواد سوختنی: در این بخاری‌های اشتعالی، گرمایش با تابش حاصل از بدنه فلزی بخاری انجام می‌شود. به همین دلیل نقطه ضعف این بخاری‌ها، دمای بالای بدنه فلزی‌شان است که در صورت نزدیک بودن به بتن لخت، موجب خشک شدگی موضعی شده و خطر آتش‌سوزی را به دنبال دارد.

• بخاری بادبزن دار: این گروه از بخاری‌ها با مواد سوختنی فسیلی کار می‌کنند و در نتیجه، باعث تولید Co2 می‌شوند. گاز تولید شده با آهک موجود در سطح بتن تازه ترکیب شده و لایه ضعیفی از کلسیم کربنات را تولید می‌کند که موجب اختلال در هیدراسیون سیمان می‌شود. از این رو لازم است این بخاری‌ها حتماً به دودکش مجهز باشند تا گاز ناشی از سوختن مواد مختلف به بیرون از محوطه بتن‌ریزی منتقل شود و اختلالی در هیدراسیون سیمان ایجاد نکند.
• سیستم گرمایش آبی یا بخار و روغن داغ (رادیاتور): این نوع بخاری‌ها نسبت به سیستم‌های دمیدن هوا کارایی بیشتری در انتقال گرما دارند. این سیستم‌ها نه تنها مانع ایجاد هر گونه ترک خوردگی و تابیدگی حاصل از گرادیان دما می‌شوند، بلکه خطرات اضافه گرمایش بتن را نیز رفع می‌کنند.
  به طور معمول کارایی این سیستم‌ها، ذوب کردن یخ و پیش گرمایش است که در عمل‌آوری دال‌های طبقات بالا و متکی به زمین، دیوارها و ستون‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش برای گرم کردن بتن، شلنگ‌های گرمایش آبی روی بتن قرار گرفته یا تحت پوشش‌های عایقی از سازه مجاور آویخته می‌شوند.

• جریان برق: الکتریسیته و جریان برق، از جمله ابزارهایی است که نه تنها برای گرم کردن قالب فلزی یا میلگرد بتن استفاده می‌شود، بلکه برای گرم کردن بتن در فصل زمستان نیز کاربرد دارد. یکی از ابزارهای گرم کردن بتن با جریان برق، استفاده از پتوهای برقی است که مجهز به ترموستات باشد. البته در کنار آن می‌توان از عایق‌هایی مثل پتو نیز برای آب کردن یخ بستر استفاده نمود.
  از دیگر روش‌های برقی برای گرم کردن بتن، استفاده از بخاری برقی است که باید در فاصله مناسب از بتن قرار گیرد. در صورتی که بخواهیم از این ابزار برای مراقبت از بتن استفاده کنیم، باید عایق‌بندی سطح بتن در دوره گیرش اولیه انجام شده باشد، زیرا در غیر این صورت المنت‌های برقی باعث خشک شدن موضعی بتن می‌شوند.
  در نظر داشته باشید از آن‌جا که این بخاری‌ها تولید گاز CO2 نمی‌کنند، بسیار کاربردی هستند و در صورتی که بادبزن‌دار باشند، وسیله بهتری برای انتقال و پخش شدن گرما خواهند بود.

• بخار آب: بخار منبعی است که جهت کیورینگ بتن در هوای سرد استفاده می‌شود و می‌توان آن را با لوله‌های انتقال بخار به محیط سربسته منتقل نمود. از آن‌جا که بخار آب در کنار گرما، رطوبت کافی را برای بتن ایجاد می‌کند، روشی بسیار کاربردی برای کیورینگ بتن است که خشک شدگی ناشی از گرم کردن هوای سرد را جبران می‌کند؛ البته در این روش دمای بتن نباید بیشتر از ۶۵ درجه سانتی‌گراد شود.
  آنچه در انتخاب منبع گرمایش باید به آن توجه نمود این است که بتن به خودی خود از طریق هیدراسیون سیمان گرما تولید می‌کند. در صورتی که بتوان گرمای حاصل از هیدراسیون را با عایق‌بندی حفظ کرد، برای کیورینگ بتن مناسب است و می‌توان آن را در هوای سردتر از ۵- درجه نیز به کار برد.
  این روش که برای تسریع کسب مقاومت قطعات پیش‌ساخته مورد استفاده قرار می‌گیرد، با بخار همراه با فشار نیز امکان‌پذیر است. در واقع فشار باعث می‌شود گرما سریع‌تر در بتن وارد شده و روند گیرش سیمان زودتر اتفاق بیفتد. در این روش با گذشت ۲۴ ساعت، مقاومت بتن به مقاومت ۷ روزه بتن در شرایط معمول می‌رسد و از این رو می‌توان مراقبت را متوقف نمود.

بیشتر بخوانید: عمل آوری بتن با بخار

عمل آوری رطوبتی در هوای سرد

همان‌طور که می‌دانید در صورت نبودِ رطوبت، میزان رشد مقاومت متوقف می‌شود. از این رو برای جبران خشک شدگی ناشی از وسایل گرمایشی در زمان عمل‌آوری، باید در عمل‌آوری مرطوب رطوبت اضافی را تأمین نمود. برای انجام این کار می‌توان برای عمل‌آوری اولیه سطوح بتنی در محیط‌های سربسته گرم، از مواد شیمیایی استفاده نمود یا اینکه بتن را با عایق‌های نایلونی پوشاند تا رطوبت حفظ شود.

آنچه در این روش حائز اهمیت است، حفظ رطوبت بتن است، زیرا در این حالت مصرف آب برای واکنش‌های سیمان و تشکیل ژل سیمان افزایش یافته و حفرات موئینه در خمیر سیمان از حالت اشباع فاصله می‌گیرد.

انجام این روش تقریباً با تصورات موجود متفاوت است؛ چنان که در بعضی منابع توصیه شده در هوای سرد نیاز به آب دادن بتن وجود ندارد، زیرا ممکن است باعث یخ زدن بتن شود. گرچه ممکن است این امر در مرحله پس از عمل‌آوری صحیح باشد، اما در مرحله عمل‌آوری که حفاظت و گرمایش باید توأم با هم انجام شوند، صادق نیست و باعث خطر افت کیفی بتن به ویژه در قسمت‌های سطحی می‌شود.

حداقل دمای مجاز بتن در زمستان

همان‌طور که پیش از این در مقاله‌ی «عمل آوری در هوای سرد» بیان شد، میزان دمای بتن در شرایط آب و هوایی سرد اهمیت زیادی دارد و به همین دلیل باید حداقل دو بار در طول مدت بتن‌ریزی و عمل‌آوری اندازه‌گیری شده و ثبت شود. بر اساس آیین‌نامه بتن ایران (آبا) و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، حداقل دمای مجاز بتن هنگام اختلاط، ریختن و مراقبت از بتن طی دوره عمل‌آوری، یعنی تا زمان رسیدن به ۷۰% مقاومت ۲۸ روزه، به صورت ذیل است:

الف) در صورتی که دمای محیط، کمتر از ۱۸- سانتی‌گراد نشود، حداقل دمای بتن هنگام اختلاط باید به صورت ذیل باشد:

• اگر حداقل بعد عضو کمتر از ۳۰۰ میلی‌متر باشد، حداقل دما هنگام اختلاط باید ۱۸ درجه سانتی‌گراد باشد.
• اگر حداقل بعد عضو از ۳۰۰ تا ۹۰۰ میلی‌متر باشد، حداقل دما باید۱۶ درجه سانتی‌گراد باشد.
• اگر حداقل بعد عضو از ۹۰۰ تا ۱۸۰۰ میلی‌متر باشد، حداقل دما باید ۱۳ درجه سانتی‌گراد باشد.
• اگر حداقل بعد عضو بیش از ۱۸۰۰ میلی‌متر باشد، حداقل دما باید ۱۰ درجه سانتی‌گراد باشد.

ب) حداقل دمای بتن هنگام ریختن و نگهداری:

• اگر حداقل بعد عضو کمتر از ۳۰۰ میلی‌متر باشد، حداقل دمای بتن باید۱۳ درجه سانتی‌گراد باشد.
• اگر حداقل بعد عضو از ۳۰۰ تا ۹۰۰ میلی‌متر باشد، حداقل دمای بتن باید۱۰ درجه سانتی‌گراد باشد.
• اگر حداقل بعد عضو از ۹۰۰ تا ۱۸۰۰ میلی‌متر باشد، حداقل دمای بتن باید۷ درجه سانتی‌گراد باشد.
• اگر حداقل بعد عضو بیش از ۱۸۰۰ میلی‌متر باشد، حداقل دمای بتن باید۵ درجه سانتی‌گراد باشد.

گیرش بتن در هوای سرد

به طور کلی هوای سرد دمای کلیه مصالح بتن، از جمله آب، سیمان و سنگدانه را کاهش می‌دهد و همین کاهش دما، باعث از دست رفتن خاصیت مصالح و در نتیجه کاهش مقاومت بتن می‌شود؛ برای مثال هوای سرد عملکرد سیمان را در بتن دچار اختلال می‌کند و باعث کاهش سرعت گیرش سیمان می‌شود.

حضور هوای سرد در سنگدانه‌های بتن نیز مؤثر است؛ بدین صورت که اگر سنگدانه‌ها خیس باشند، هوای سرد باعث یخ زدن آب داخل سنگدانه‌ها می‌شود. از این رو وقتی یخ آب شد، در بتن حفره‌هایی به وجود می‌آید که باعث پوک شدن بتن می‌شود. علاوه بر این، هوای سرد در کاهش دمای آب بتن نیز مؤثر است و باعث یخ زدن آب بتن می‌شود. در نتیجه این روند، دمای کلی بتن کاهش یافته و گیرش و کسب مقاومت بتن با تأخیر روبه‌رو می‌شود.

در مقاله‌ی «عمل آوری در هوای سرد» تلاش شد ضمن معرفی هوای سرد و ضوابط بتن‌ریزی در این شرایط، روش‌های کیورینگ بتن در هوای سرد نیز تبیین شود؛ چرا که با استفاده از این راهکارها می‌توان تا حد زیادی از آسیب به بتن جلوگیری کرد. البته علاوه بر بکارگیری این روش‌ها، خرید کیورینگ بتن و استفاده از آن زمانی که بتن در سنین اولیه قرار دارد، بسیار مفید است و مانع از بروز آسیب‌های احتمالی به جسم بتن می‌شود.