یکی از مهمترین جنبههای اطمینان از یکپارچگی سازه بتنی نظارت بر دمای عمل آوری بتن در مراحل اولیه ساخت و ساز است. این امر بهویژه در شرایط آب و هوایی شدید (گرم/سرد) که اختلاط و عملآوری بتن در معرض عناصر مختلف محیطی است، صدق میکند.
اگر بتن تازه بتنریزی شده در معرض دماهای خیلی بالا یا پایین قرار گیرد یا رطوبت کافی را حفظ نکند، توسعه مقاومت بتن به خطر میافتد. بههمین دلیل، نظارت دقیق بر تغییرات دما در دال بتنی در طول عمل آوری برای اطمینان از استحکام، کیفیت و دوام حیاتی است. استفاده از دماسنج در زمان عمل آوری بتن بهترین روش برای اطمینان از یکپارچگی سازه بتنی است.
در حال حاضر روشهای متعددی برای کاهش اثرات نامطلوب دمای هیدراتاسیون[1] نامناسب وجود دارد. دو رویکرد یا ترکیبی از هر دو را میتوان برای کنترل دما در طول مرحله غیرفعال بتن[2] و افزایش قدرت فرآیند هیدراتاسیون در نظر گرفت.
اولین رویکرد، بهینهسازی طراحی ترکیبی است. رویکرد دوم کنترل عناصر اطراف یا خواص عملآوری است که بر دما تأثیر میگذارد.
[1] دمای هیدراتاسیون بین 7 درجه سانتیگراد و 90 درجه سانتیگراد (7 درجه سانتیگراد، 20 درجه سانتیگراد، 40 درجه سانتیگراد، 60 درجه سانتیگراد، 90 درجه سانتیگراد) متغیر است، که محدوده دمایی مربوط به اعماق زیر 2 کیلومتر است که در آن سیمان کلاس G معمولاً بدون هیچ افزودنی خاصی (بهعنوان مثال دوده سیلیس) استفاده میشود.
[2] گیرش از خواص مهم بتن تازه در سنین اولیه محسوب میشود که بر رفتار آن در دراز مدت اثر میگذارد. آزمایشهای استاندارد تعیین زمان گیرش، تنها بر روی خمیر سیمان و ملات قابل انجام هستند و مستقیماً روی بتن انجام نمیشوند. در این مطالعه از روش اولتراسونیک در ارزیابی مراحل گیرش بتنهای معمولی و همچنین بتنهای حاوی خاکستر پوسته شلتوک برنج (5-20 درصد) در نسبتهای مختلف آب به مواد سیمانی (0/4، 0/5 و 0/6) استفاده شده است. نتایج بهدست آمده نشان دادهاند که روش اولتراسونیک برخلاف روشهای موجود تصویر کاملی از مراحل گیرش بتن ارائه میدهد. در طی مراحل گیرش بتن، منحنیهای سرعت امواج اولتراسونیک-زمان برای همه ترکیبات مشابه بوده و شامل سه مرحله کلی میباشند. در مرحله اوّل که دوره غیر فعال نامیده میشود، سرعت بسیار ناچیز و تقریباً ثابت است. در مرحله دوم با افزایش محصولات هیدراتاسیون و افزایش حجم مواد جامد، سرعت بهطور ناگهانی افزایش مییابد و پس از چند ساعت با آغاز مرحله سوم و با پیدایش شبکه جامد به هم پیوسته، روند افزایش سرعت کاهش مییابد. افزایش نسبت آب به سیمان و خاکستر پوسته شلتوک برنج روند فرایند هیدراتاسیون و تشکیل ریزساختار بتن را با تأخیر همراه میسازد. همچنین با بررسی نتایج آزمایش مقاومت نفوذ انجام شده بر روی نمونهها به نظر میرسد که میتوان ارتباط مناسبی بین نتایج آزمایش اولتراسونیک و مقاومت نفوذ در تعیین زمان گیرش بتن پیدا نمود.
برای حفظ دمای مورد نظر در طول گرمای هیدراتاسیون (یک واکنش گرمازا در سیمان)، باید ترکیب خود را متناسب با کاربرد خاص و شرایط محیطی بتن طراحی کرد.
در اینجا مواردی وجود دارد که هنگام طراحی مخلوط بتن باید در نظر گرفت:
عملآوری بتن به حفظ رطوبت و سطوح دما در بتن در سنین پایین کمک میکند تا بتن بتواند به مقاومت مشخص خود برسد. داشتن مقدار مناسب رطوبت در بتن بسیار مهم است زیرا واکنش شیمیایی که بهعنوان هیدراتاسیون شناخته میشود، بتن را بهدلیل از دست دادن گرما خشک میکند. هنگامی که بتنریزی در شرایط آب و هوای سخت (گرم یا سرد) انجام شود، مقیاس خاصی برای اطمینان از یکپارچگی سازه بتنی وجود دارد.
یک قانون کلی در مورد بتنریزی در هوای گرم وجود دارد که آن هم حفظ گرما در حدود 70 درجه سانتیگراد (160 درجه فارنهایت) برای دمای عملآوری بتن در طول هیدراتاسیون است. اگر دمای بتن در حین هیدراتاسیون بیش از حد بالا باشد، دمای بالا باعث میشود که بتن در مراحل اولیه مقاومت بالایی داشته باشد امّا درنهایت در مراحل بعدی استحکام کمتری پیدا خواهد کرد و درنتیجه دوام کلی سازه کاهش پیدا خواهد کرد. همچنین مشاهده شده است که چنین دماهایی با تشکیل اترینگیت[1] در مرحله اولیه، تداخل دارند و متعاقباً تشکیل آن در مراحل بعدی رواج پیدا میکند. که همین امر باعث واکنش گسترده و درنتیجه باعث ترکخوردگی میشود.
در مؤسسه بتن آمریکا (ACI 306): راهنمای بتنریزی در هوای سرد «آب و هوای سرد» بهعنوان سه یا بیشتر از سه روز متوالی دمای پایین، بهویژه دمای بیرون از منزل زیر40 درجه فارنهایت (4 درجه سانتیگراد) و دمای هوا زیر50 درجه فارنهایت (10 درجه سانتیگراد) برای بیش از هر دوره 12 ساعته، تعریف شده است. بتنریزی در هوای سرد، زمانی که دمای محیط بیش از حد پایین باشد، هیدراتاسیون سیمان به شدت کند میشود یا حتی بهطور کامل متوقف میشود تا زمانی که دما دوباره افزایش یابد. دستورالعملهای کلی پیشنهاد میکنند که دمای عملآوری بتن باید به مدت 48 ساعت در بالای 5 درجه سانتیگراد (40 درجه فارنهایت) حفظ شود (ACI 306).
[1]Ettringite :نوعی کانی – فرمول شیمیایی: Ca6Al2(SO4)3(OH)12/26(H2O)
یکی از راههای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد بتن در هوای گرم این است که برنامه زمانی بتنریزی را برای ساعاتی از شب که دمای هوای خارجی کمتر است، برنامهریزی کرد. روش دیگر، استفاده از آب سرد در مخلوط یا خنک کردن سنگدانهها با یخ است.
در هوای سرد، دما را میتوان با استفاده از سیستمهای گرمایش خارجی به منظور کنترل شرایط عملآوری بتن مدیریت کرد. دمای زیاد عملآوری بتن را نیز میتوان با استفاده از لولههای خنککننده، در زمان بتنریزی انبوه مدیریت کرد.
نکات بتنریزی در هوای سرد
فرآیند بتنریزی و عملآوری بتن در محل به دماهای دقیقی نیاز دارد تا به استحکام ساختاری و یکپارچگی بتن آسیبی وارد نشود. با SmartRock، که یک دماسنج بیسیم کنترل دمای عملآوری بتن است، دیگر لازم نیست نگران زمانهای انتظار مبهم و تستهای شکست ناقص بود. SmartRock دادههای زمان واقعی و دقیق را هر 15 دقیقه به تلفن همراه کاربر ارسال میکند. برنامه رایگان، دادههای بتن در محل را محاسبه و حدس و گمان کاربر را حذف میکند.
SmartRock بهعنوان یک حسگر کاملاً بیسیم، به پیمانکاران اجازه میدهد تا بدون نگرانی در مورد سیمهای بیرون زده، کارآمدتر کار کنند. سنسور بهطور کامل در بتن تعبیه شده و روی میلگرد داخل قالب محکم شده است. این بدان معناست که نیازی به جستجوی سیمها در زیر پتوهای گرمایشی نیست یا برای جمعآوری یا ارسال دادهها به دیتالاگرهای خارجی تکیه نمیشود. با لمس یک دکمه میتوان برنامه رایگان را دانلود کرده و دادهها را فوراً با تیم کاری به اشتراک گذاشت!
توانایی SmartRock در نظارت بر اثرات بتن در محل و دمای محیط، کنترل عملآوری بتن و اطمینان از شرایط بهینه را آسانتر میکند. علاوه بر این، نتایج زمان واقعی این دستگاه، به پیمانکاران اجازه میدهد تا فرآیند گرمایش را بهینه، هزینههای انرژی را کاهش و با دانستن زمان عملیات بعدی ساخت و ساز مانند برداشتن قالب یا پس تنیدگی بتن در زمانبندی پروژه صرفهجویی کنند. بر اساس روش بلوغ بتن ASTM C1074 ، سنسورهای SmartRock میتوانند برای تخمین مقاومت بتن در محل استفاده شوند.
Data Logger: ثبتکننده داده یا دیتالاگر یا داده بَردار، وسیلهای الکترونیکی است که دادههایی را که به وسیله حسگرهای تعبیه شده در دستگاه یا ابزار و حسگر خارجی تأمین میشوند را در طول زمان یا در رابطه با مکان ذخیره میکند. اکثر دیتالاگرها (امّا نه همه آنها) بر پایه یک پردازنده دیجیتال (یا رایانه) طراحی و ساخته میشوند.
پس کشیدگی: اگر فولاد پیش تنیدگی را بعد از گرفتن و سفت شدن بتن بکشند و بتن تحت تنش دائمی قرار بگیرد، اصطلاحاً بتن را بتن پس کشیده می نامند، که به اشتباه به پس تنیده (پیش تنیده) معروف شده است. نیروی پیش تنیدگی توسط گیرههای دو انتهای سازه (Anchorage) از کابل به بتن منتقل میگردد. فولاد پیش تنیدگی نباید قبل از کشیدن به بتن چسبیده باشد، در غیر این صورت امکان کشیدن آن وجود نخواهد داشت. فولادهای پیش تنیده را باید در داخل غلافهای پیش تنیده یا مجراهایی که در داخل بتن تعبیه شده است، قرار داد.
M.Gh.