مدت و زمان عمل آوری بتن: حداقل زمان مراقبت از بتن چقدر است؟

همان‌طور که می‌دانید سخت شدن بتن، تابعی از واکنش ذرات سیمان و آب است. با افزایش میزان پیوند سیمان و مولکول‌های آب، بتن سخت‌تر شده و این روند تا مدت‌ها ادامه پیدا می‌کند، زیرا همواره حباب‌های ریز آب در بتن وجود دارند. پس به جرأت می‌توان گفت، بتن هیچ‌ گاه به صورت کامل عمل‌آوری نمی‌شود، بلکه هر روز سخت‌تر می‌شود. حال سؤال این‌جاست که مدت و زمان عمل آوری بتن چقدر است؟ در این مقاله از بلاگ رامکا درصدد هستیم ضمن پاسخگویی به این سؤال، حداقل مدت عمل‌آوری را در سازه‌های مختلف نیز بررسی کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

کیورینگ و اهمیت آن

عمل‌آوری در لغت به معنای «حفظ رطوبت بتن در دمای اتمسفر» است، اما در اصطلاح به مجموعه فرآیندهایی اطلاق می‌شود که به منظور حفظ رطوبت و دمای رضایتبخش بتن تازه ریخته شده در مدت زمان معین انجام می‌شود.

رطوبت بتن در واکنش گرمازای سیمان و آب یا قرار گرفتن در معرض عوامل محیطی مختلف، مانند باد و گرما به شدت کم شده و موجب بروز مشکلاتی در بتن می‌شود. از این رو لازم است رطوبت بتن در مدت زمان مشخص توسط سازمان‌های جهانی حفظ شود تا بتن به حداکثر مقاومت خود برسد. بر این اساس لازم است عملیات عمل‌آوری در دو مرحله انجام شود:

• انجام فرآیندهایی که مانع از اتلاف رطوبت بتن می‌شود: بهترین زمان کیورینگ بتن بلافاصله پس از بتن‌ریزی است، زیرا بتن با قرار گرفتن در شرایط آب و هوایی گرم، باد و…، به سرعت رطوبت خود را از دست داده و خشک می‌شود و مقاومت آن به مقدار زیادی از بین می‌رود.

• حفظ دمای مطلوب برای هیدراتاسیون سیمان در بازه‌ی زمانی مشخص: از آن‌جا که هیدراتاسیون فرآیندی گرمازا است، افزایش دمای محیط باعث افزایش سرعت آن و کاهش طول بازه کیورینگ می‌شود. این کاهش طول مدت و زمان کیورینگ، باعث کاهش مقاومت نهایی بتن می‌گردد. پس انتخاب شیوه عمل‌آوری مناسب، به کنترل دما در طول زمان تعیین شده برای هیدراتاسیون کمک می‌کند.

مدت و زمان عمل آوری بتن

منظور از مدت زمان کیورینگ بتن، بازه زمانی است که طی آن بتن با توجه به هدف ساخت، سخت شده و به مقاومت نهایی می‌رسد؛ برای مثال: مدت و زمان عمل آوری بتن برای پیاده‌روها بدون اینکه اثری از رد پا روی آن باقی بماند، برابر با ۲۴ تا ۴۸ ساعت است.

این در حالی است که زمان کیورینگ بتن برای کسب مقاومت ۷۰% و رسیدن به مرحله‌ای که توان کافی برای تردد خودروهای سبک داشته باشد، برابر با ۷ روز است. علاوه بر آنچه گفته شد، مدت کیورینگ بتن در پارکینگ‌ها و جاده‌هایی که ماشین‌‌های سنگین تردد دارند، ۲۸ روز است تا بتن به مقاومت کامل برسد و دچار شکستگی، نشست و… نشود.

بیشتر بخوانید: عمل‌آوری بتن چیست؟

حداقل مدت و زمان عمل آوری بتن بر اساس استاندارد ACI 301

بر اساس استاندارد ACI 301 در اکثر سازه‌های بتنی، حداقل زمان عمل‌آوری بتن در میانگین دمای بالای ۵ درجه سانتی‌گراد، برای کسب ۷۰% از مقاومت فشاری یا خمشی برابر با ۷ روز است.

البته در صورت استفاده از بتن با استحکام اولیه می‌توان طول دوره عمل‌آوری را تا ۳ روز نیز کاهش داد. همان طور که در نمودار زیر مشخص شده، برای کسب ۵۰% از مقاومت نهایی به زمان کیورینگ ۳ تا ۷ روز نیاز است. برای کسب ۷۵% مقاومت فشاری نهایی، به زمان عمل‌آوری ۱۴ روز نیاز است و برای کسب ۹۰% از مقاومت، به مراقبت ۲۸ روزه از بتن نیاز است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که با گذشت زمان، مقاومت بتن افزایش می‌یابد.

حداقل مدت و زمان عمل آوری بتن بر اساس استاندارد IS 456

طبق استاندارد IS-456، عمل‌آوری بتن باید تا زمان کسب مقاومت ۷۰ تا ۸۰ درصدی ادامه یابد. همچنین مطابق این استاندارد، سیمان پرتلند معمولی باید حداقل به مدت ۷ روز عمل‌آوری شود و در صورت استفاده از سیمان مخلوط با افزودنی‌های معدنی، حداقل دوره کیورینگ بتن باید تا ۱۰ روز افزایش یابد.

عوامل مؤثر بر مدت و زمان عمل آوری بتن

زمان عمل‌آوری برای هر سازه بتنی به عوامل داخلی و خارجی، مانند: نوع سیمان مصرفی، نسبت سطح به حجم سازه، اندازه و شکل سازه‌ی بتنی، شرایط و دمای محیط، مقاومت تعیین شده در طرح اختلاط و روش کیورینگ وابسته است. در این بخش به بررسی سه عامل مؤثر بر مدت و زمان عمل ‌آوری بتن می‌پردازیم.

الف) تأثیر نوع سیمان

کیفیت و نوع سیمان، یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر مدت زمان عمل‌آوری است. بر این اساس، سیمان نوع ۴ و پوزولانی ویژه، بیشترین زمان کیورینگ را به خود اختصاص می‌دهند. سیمان نوع ۱، ۲ و پرتلند معمولی، برای عمل‌آوری به زمان کیورینگ میانه نیاز دارند و سیمان‌های زودگیر، مانند پرتلند نوع ۳ – که در آن، به دلیل وجود افزودنی‌های زودگیرکننده مانند انواع ابر روان کننده‌ بتن، نسبت آب به سیمان پایین و عیار سیمان بالاست – به کوتاه‌ترین زمان کیورینگ نیاز دارند.

جدول زیر حداقل مدت و زمان عمل آوری سازه‌های بتنی را بر اساس نوع سیمان نمایش می‌دهد.

مدت و زمان عمل آوری	نوع سیمان
۷ روز	تیپ ۱، ASTM C 150: برای استفاده در مواقعی که خواص ویژه مشخص شده برای انواع دیگر سیمان مورد نیاز نیست.
۱۰ روز	تیپ ۲، ASTM C 150: استفاده عمومی، به ویژه زمانی که مقاومت متوسط نسبت به سولفات مورد نظر است.
۳ روز	تیپ ۳، ASTM C 150: برای استفاده در زمانی که مقاومت اولیه بالا مورد نظر است.
۱۴ روز	تیپ ۴، ASTM C 150: برای استفاده در زمانی که حرارت کم هیدراتاسیون مورد نظر است.
۱۴ روز	تیپ ۵، ASTM C 150: برای استفاده در زمانی که مقاومت در برابر سولفات بالا مورد نظر است.
مختلف	سیمان هیدرولیک، سیمان هیدرولیک آمیخته، سیمان هیدرولیک منبسط شونده

البته باید خاطر نشان کرد شرایط محیطی و مجموعه عوامل تبیین شده بر طول دقیق زمان کیورینگ مؤثر است. بر این اساس اگر بتن در دمای میانگین محیطی ۵ درجه سانتی‌گراد یا بالاتر باشد، حداقل مدت و زمان عمل آوری بتن مطابق جدول بالا یا زمان کسب مقاومت ۷۰% فشاری یا خمشی محاسبه می‌شود.

حال چنانچه آزمایش بتن انجام نشود، بتن باید در دمای بالای ۱۰ درجه سانتی‌گراد نگهداری شده و برای مدت مشخص شده در جدول بالا تحت مراقبت قرار گیرد. دلیل این امر آن است که واکنش شیمیایی بتن در دمای حدود ۷ درجه سانتی‌گراد متوقف شده و بتن دیگر مقاومت کافی نخواهد داشت.

اما چنانچه میانگین دمای محیطی کمتر از ۵ درجه سانتی‌گراد باشد، باید مطابق استانداردهای کیورینگ در آب و هوای سرد عمل کرد تا بتن از خطرات ناشی از چرخه‌های یخ‌زدگی و ذوب محافظت شود، چرا که در غیر این صورت دوام بتن به خطر می‌افتد.

ب) طرح اختلاط بتن

بتن معمولی با نسبت آب به سیمان ۰٫۴۳ نسبت به بتن حاوی مواد افزودنی معدنی مانند دوده سیلیسی، سرباره متاکائولن با نسبت آب به سیمان کمتر از ۰٫۴۳%، مدت زمان کیورینگ کوتاه‌تری دارد. البته اگر دوام بتن در طرح اختلاط اهمیت داشته باشد، توجه به ارزیابی‌های آزمایشگاهی، مستندات تاریخی و...، می‌تواند مدت زمان کیورینگ را تا ۲ برابر افزایش دهد.

ج) شرایط محیطی

مهم‌ترین شرایط محیطی مؤثر در بحث کیورینگ و مراقبت از بتن، دمای محیط، وزش باد و حجم رطوبت هوا است. بر این اساس مدت و زمان کیورینگ بتن در شرایط خوب، یعنی زمانی که سازه‌ی بتنی در مقابل تابش مستقیم خورشید و وزش باد محافظت شده و رطوبت نسبی آب بیش از ۸۰% است، در کمترین میزان خود است.

در مقابل زمانی که سازه‌ی بتنی در محیطی خشک (رطوبت نسبتی کمتر از ۵۰%) قرار دارد و به درستی در مقابل تابش نور خورشید یا وزش باد محافظت نشده، بیشترین مقدار کیورینگ را به خود اختصاص می‌دهد.

توجه داشته باشید مدت زمان کیورینگ به تنهایی، توسط هر یک از این سه فاکتور کنترل نمی‌شود، بلکه جمیع این فاکتورها بر تعیین مدت و زمان کیورینگ بتن مؤثر است.

برای مثال طبق استاندارد IS 456 – ۲۰۰۰، بتن تهیه شده از سیمان پرتلند معمولی در شرایط آب و هوایی گرم و خشک، نباید کمتر از ۷ روز عمل‌آوری شود، در حالی که طول مدت کیورینگ بتن حاوی مواد افزودنی معدنی در چنین شرایطی باید حداقل ۱۰ روز باشد. در شرایط آب و هوایی سرد نیز، طول زمان کیورینگ بتن OPC برابر با ۱۰ روز بوده و مدت و زمان عمل آوری بتن مخلوط با مواد افزودنی معدنی، حداقل ۱۴ روز است.

حداقل زمان عمل‌آوری سازه‌های مختلف

مدت و زمان کیورینگ بتن در هر سازه توسط عوامل متعددی کنترل می‌شود؛ برای مثال: طول مدت کیورینگ دال‌ها، بسته به دما و شرایط محیطی که در آن قرار دارند، متفاوت است، اما به طور کلی بر اساس ACI 301، حداقل دوره عمل‌آوری آنها برای دستیابی به مقاومت فشاری ۷۰% برابر با ۷ روز است.

این استاندارد در مورد سازه‌های درجا نیز پابرجا است، البته در بخش‌هایی مانند ستون‌ها که مقاومت ۴۰ مگاپاسکال مدنظر است، مدت زمان عمل‌آوری تا ۲۸ روز یا بیشتر ادامه پیدا می‌کند.

بنابراین لازم است پیش از بتن‌ریزی، شرایط محیطی، اهداف مقاومتی تعیین شده و… با دقت ارزیابی شود. در جدول زیر می‌توانید، حداقل مدت و زمان کیورینگ سازه‌های مختلف بتنی را در میانگین دمای محیطی ۵ درجه سانتی‌گراد مشاهده کنید.

انواع سازه بتنی	نمونه‌ها	دوره کیورینگ (روز)
سنگفرش‌ها و سایر دال‌های روی زمین	روسازی بزرگراه‌ها و فرودگاه‌ها، پوشش کانال‌ها، پارکینگ‌ها، راه‌های ماشین رو، پیاده‌روها و سطوح	مراجعه به جدول قبل
ساختمان‌ها، پل‌ها و سایر سازه‌ها	دیوارهای بتنی درجا، دال‌ها، تیرها و بخش‌های دیگر ساختمان‌ها، به جز دال‌های معمولی، پایه‌های کوچک، پایه‌ها، دیوارهای حائل، لاینینگ تونل و مجراها	مراجعه به جدول قبل
بخش‌های حجیم غیر آرمه، بدون سرباره خاکستر بادی یا پوزولان	–	۱۴
بخش‌های حجیم غیر آرمه، حاوی سرباره خاکستر بادی یا پوزولان	–	۲۱
بتن حجیم مسطح	–	۷
کف و دال‌های بتنی رنگی	–	۷
بتن با انقباض کم	–	۷
بتن غلتکی	–	۱۴
شاتکریت	–	۷

نمودار و جدول ذیل، تغییرات مقاومت فشاری بتن را در طول دوره کیورینگ نشان می‌دهد:

مدت زمان	مقاومت فشاری
۱ روز	۱۶%
۳ روز	۴۰%
۷ روز	۶۵%
۱۴ روز	۹۰%
۲۸ روز	۹۹%

همان‌طور که گفته شد، دوره مراقبت از بتن، نه تنها در سازه‌های مختلف متفاوت است، بلکه عوامل گوناگون محیطی نیز در طول دوره عمل‌آوری مؤثر هستند. در این مقاله از بلاگ رامکا سعی شد علاوه بر تبیین مفهوم عمل‌آوری، طول دوره عمل‌آوری در سازه‌های مختلف بررسی شود. امیدواریم با کمک این مقاله بتوانید بسته به هدفتان از ساخت سازه، دوره مناسبی را برای عمل‌آوری بتن در نظر بگیرید.

منابع: +