بتن ریزی و عمل آوری بتن در هوای گرم چگونه است؟

هوای گرم از دید آیین‌نامه‌ای

برای اجرای صحیح بتن‌ریزی در هوای گرم، ابتدا لازم است تعریف دقیقی از این شرایط بر اساس آیین‌نامه‌های معتبر ارائه شود.

حداکثر دمای مجاز بتن در زمان بتن‌ریزی

مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، بند 9-22-5-5-1:«بتن‌ریزی در هوای گرم به مواردی اطلاق می‌شود که بتن با دمای بیش از 32 درجه سلسیوس ریخته می‌شود. در این موارد باید تمهیدات خاص برای کاهش دمای بتن در زمان ریختن به کار گرفته شوند تا از ایجاد اختلال در کسب مقاومت و دوام مطلوب و افزایش ترک‌خوردگی‌های ناشی از جمع‌شدگی خمیری، جمع‌شدگی حرارتی و خشک‌شدگی جلوگیری شود.»

همچنین در آیین‌نامه بتن ایران (آبا)، بند 7-11-1 آمده است: «در مواردی که دمای بتن در زمان بتن‌ریزی بیش از 32 درجه سلسیوس باشد، شرایط هوای گرم حاکم است.» در آیین‌نامه بتن ایران همچنین اشاره شده است که دمای بتن تولیدشده در شرایط کارگاهی معمولاً حدود 2 درجه سلسیوس بیشتر از دمای محیط است. بنابراین، زمانی که دمای محیط از حدود 30 درجه سلسیوس بیشتر شود، احتمال قرار گرفتن بتن در شرایط بتن‌ریزی در هوای گرم افزایش می‌یابد.

آیا دمای هوا تنها معیار تشخیص هوای گرم است؟

با این حال، هوای گرم صرفاً به دمای بتن یا دمای محیط محدود نمی‌شود. مطابق ACI 305R-20، هوای گرم به مجموعه‌ای از شرایط محیطی گفته می‌شود که باعث افزایش نرخ تبخیر رطوبت بتن، تسریع زمان گیرش و ایجاد مشکلات اجرایی در بتن تازه می‌شود. این شرایط معمولاً شامل دمای بالای هوا و بتن، رطوبت نسبی پایین، سرعت زیاد باد و تابش مستقیم خورشید است که به‌صورت منفرد یا هم‌زمان می‌توانند نرخ تبخیر آب از سطح بتن را افزایش داده و فرآیند گیرش را تسریع کنند.

در آیین‌نامه بتن ایران (آبا) نیز ذکر شده است که علاوه بر دمای بتن، عواملی مانند دمای زیاد هوا، رطوبت نسبی کم، سرعت زیاد باد، ارتفاع زیاد از سطح دریا و تابش مستقیم خورشید نیز موجب افزایش تبخیر آب از سطح بتن می‌شوند. این عوامل می‌توانند اثرات نامطلوب هوای گرم، به‌ویژه جمع‌شدگی خمیری و ترک‌خوردگی سطح بتن را تشدید کنند.

در واقع، زمانی که ترکیب این عوامل باعث افزایش شدید نرخ تبخیر آب از سطح بتن شود، شرایطی ایجاد می‌شود که می‌تواند منجر به کاهش کارایی، بروز ترک‌های جمع‌شدگی خمیری و اختلال در فرآیند گیرش گردد. بنابراین، در ارزیابی شرایط بتن‌ریزی در هوای گرم، تنها دمای بتن یا دمای محیط ملاک نیست؛ بلکه تمامی عواملی که بر نرخ تبخیر آب از سطح بتن تأثیر می‌گذارند باید به‌صورت هم‌زمان مورد توجه قرار گیرند. به طور کلی، هرگاه دمای هوا بیش از 30 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی کمتر از 70 درصد باشد، شرایط هوای گرم حاکم است.

تأثیر هوای گرم بر بتن‌ریزی

بتن‌ریزی در هوای گرم می‌تواند از زمان اختلاط بتن تا پایان فرآیند سخت‌شدن، عملکرد و کیفیت بتن را تحت تأثیر قرار دهد. افزایش دمای بتن، دمای محیط، کاهش رطوبت نسبی و وزش باد، شرایطی را ایجاد می‌کنند که در صورت عدم رعایت تمهیدات لازم، کیفیت بتن تازه، خواص بتن سخت‌شده و در نهایت دوام سازه کاهش می‌یابد. ازاین‌رو، شناخت اثرات هوای گرم بر بتن، نخستین گام برای انتخاب روش‌های مناسب بتن‌ریزی و عمل‌آوری در این شرایط است.

مطابق آیین‌نامه بتن ایران (آبا)، مهم‌ترین اثرات نامطلوب افزایش دمای بتن عبارت‌اند از:

• افت بیشتر روانی بتن و افزایش خطر افزودن آب به مخلوط در کارگاه
• کاهش زمان گیرش و در نتیجه ایجاد مشکلات در انتقال، تراکم و پرداخت سطح بتن و افزایش خطر تشکیل درزهای سرد
• افزایش احتمال ترک‌خوردگی ناشی از جمع‌شدگی خمیری و ترک‌های حرارتی
• افزایش احتمال جمع‌شدگی ناشی از خشک‌شدن
• کاهش احتمالی مقاومت‌های مکانیکی و دوام بتن

در ادامه، مهم‌ترین تأثیرات بتن‌ریزی در هوای گرم بر بتن تازه و بتن سخت‌شده به‌طور جداگانه بررسی می‌شود.

تاثیر هوای گرم بر بتن تازه

هوای گرم در درجه اول بر خواص بتن تازه تأثیر گذاشته و اجرای صحیح عملیات بتن‌ریزی را با چالش‌های متعددی مواجه می‌کند. افزایش دمای بتن موجب تسریع واکنش هیدراتاسیون سیمان و در نتیجه کاهش زمان گیرش اولیه و نهایی می‌شود. به همین دلیل، بتن فرصت کمتری برای حمل، تخلیه، تراکم و پرداخت خواهد داشت و لازم است عملیات بتن‌ریزی با سرعت و دقت بیشتری انجام شود.

از سوی دیگر، افزایش دمای هوا، کاهش رطوبت نسبی و وزش باد، نرخ تبخیر آب از سطح بتن را افزایش می‌دهد. این امر باعث افت سریع اسلامپ، کاهش کارایی و از دست رفتن روانی بتن شده و متراکم کردن و پرداخت مناسب آن را دشوار می‌کند. همچنین کاهش زمان کارپذیری، فرصت کافی برای ویبره مناسب را کاهش داده و در صورت تراکم نامناسب، بخشی از هوای محبوس در بتن باقی می‌ماند که می‌تواند موجب افزایش تخلخل و کاهش مقاومت و دوام بتن شود.

چنانچه نرخ تبخیر آب از سطح بتن از میزان آب‌انداختگی آن بیشتر باشد، بتن پیش از کسب مقاومت کافی دچار جمع‌شدگی خمیری شده و ترک‌های سطحی ایجاد می‌شود. علاوه بر این، کاهش زمان گیرش احتمال تشکیل درز سرد را نیز افزایش می‌دهد؛ به‌گونه‌ای که در صورت ایجاد وقفه یا حتی کندی در بتن‌ریزی، ممکن است پیوستگی مناسبی بین لایه‌های بتن به وجود نیاید.

به‌طور کلی، مهم‌ترین اثرات هوای گرم بر بتن تازه عبارت‌اند از:

• افزایش سرعت هیدراتاسیون سیمان
• کاهش زمان گیرش اولیه و نهایی
• افزایش نرخ تبخیر آب
• افت اسلامپ و کاهش کارایی
• دشوار شدن حمل، تخلیه، تراکم و پرداخت بتن
• افزایش احتمال ایجاد ترک‌های جمع‌شدگی خمیری
• افزایش احتمال تشکیل درز سرد

تأثیر هوای گرم بر بتن سخت‌شده

تأثیر هوای گرم تنها به بتن تازه محدود نمی‌شود، بلکه در صورت رعایت نکردن اصول بتن‌ریزی و عمل‌آوری، خواص بتن سخت‌شده را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد. افزایش دمای بتن همراه با تبخیر سریع آب و عمل‌آوری نامناسب، موجب اختلال در ادامه فرآیند هیدراتاسیون سیمان شده و در نهایت مقاومت، دوام و نفوذناپذیری بتن را کاهش می‌دهد.

از دست رفتن سریع رطوبت بتن، جمع‌شدگی ناشی از خشک‌شدن را افزایش داده و احتمال ایجاد ترک‌های سطحی و عمقی را بیشتر می‌کند. این ترک‌ها مسیر مناسبی برای نفوذ آب، یون‌های مهاجم و سایر عوامل مخرب فراهم کرده و در بلندمدت موجب کاهش دوام و عمر مفید سازه بتنی می‌شوند.

علاوه بر این، در هوای گرم اختلاف دمای بین بخش‌های مختلف بتن افزایش می‌یابد. به‌عنوان مثال، سطح بتن سریع‌تر از قسمت‌های داخلی سرد می‌شود و در صورت زیاد بودن این اختلاف دما، تنش‌های حرارتی و ترک‌های ناشی از آن ایجاد خواهند شد. این موضوع در اعضای حجیم اهمیت بیشتری دارد و به همین دلیل کنترل دمای بتن در بتن‌ریزی حجیم ضروری است.

به‌طور کلی، مهم‌ترین اثرات هوای گرم بر بتن سخت‌شده عبارت‌اند از:

• کاهش مقاومت فشاری نهایی
• کاهش دوام بتن
• افزایش نفوذپذیری
• افزایش جمع‌شدگی ناشی از خشک‌شدن
• افزایش احتمال ترک‌های حرارتی و جمع‌شدگی
• کاهش عمر مفید سازه بتنی

تمهیدات و اقدامات لازم برای بتن‌ریزی در هوای گرم

با توجه به اثرات نامطلوب هوای گرم بر بتن تازه و بتن سخت‌شده، لازم است پیش از بتن‌ریزی، حین اجرا و در دوره عمل‌آوری، تمهیدات مناسبی برای کنترل دمای بتن، کاهش تبخیر آب و حفظ کیفیت بتن اتخاذ شود. همانند بتن ریزی در هوای سرد، مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و آیین‌نامه بتن ایران (آبا) نیز بر رعایت این اقدامات و تمهیدات یتن ریزی در تابستان، تأکید ویژه‌ای دارند. در ادامه، این الزامات به تفکیک مراحل مختلف بتن‌ریزی بررسی می‌شوند.

نکات ارائه‌شده در این بخش عمدتاً بر اساس الزامات آیین‌نامه بتن ایران (آبا) و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان تدوین شده‌اند.

اقدامات قبل از بتن‌ریزی در هوای گرم (طرح اختلاط و آماده‌سازی)

اقدامات پیش از بتن‌ریزی شامل آماده سازی و طرح اختلاط بتن درهوای گرم، نقش مهمی در کنترل دمای بتن و کاهش اثرات نامطلوب دارند. مهم‌ترین این اقدامات عبارت‌اند از:

• پیش از شروع عملیات، تمامی مصالح، تجهیزات و وسایل موردنیاز برای ساخت، حمل و اجرای بتن باید آماده باشند تا از ایجاد وقفه در بتن‌ریزی جلوگیری شود.
• تا حد امکان، مخلوط‌کن، تجهیزات بتن‌سازی و سایر وسایل مورد استفاده در سایه نگهداری شوند تا از افزایش دمای آن‌ها جلوگیری شود.
• برای خنک کردن مخلوط‌کن می‌توان پیش از ساخت بتن، سطح داخلی یا خارجی آن را با آب خنک کرد؛ با این حال، در زمان اختلاط نباید آب اضافی در داخل مخلوط‌کن باقی مانده باشد.
• برای کاهش دمای بتن، باید از افزایش دمای اولیه مصالح جلوگیری شود. آسان‌ترین و مؤثرترین روش، استفاده از آب سرد و در صورت نیاز جایگزینی بخشی از آب اختلاط با یخ پولکی یا تراشه یخ است. بر اساس آبا، در صورتی که استفاده از آب سرد برای رسیدن به دمای مطلوب کافی نباشد، می‌توان حداکثر 75 درصد آب اختلاط را با یخ جایگزین کرد؛ مشروط بر اینکه در پایان اختلاط هیچ قطعه یخی در بتن باقی نماند. (استفاده از آب سرد می‌تواند دمای بتن را حدود 4 درجه سلسیوس کاهش دهد، در حالی که استفاده از یخ این مقدار را به حدود 10 درجه سلسیوس می‌رساند)
• مصالح مصرفی شامل سیمان، سنگدانه‌ها و آب باید تا حد امکان در دمای پایین نگهداری شوند تا دمای بتن پس از اختلاط از حداکثر دمای مجاز در زمان بتن‌ریزی تجاوز نکند.
• برای جلوگیری از گرم شدن مصالح، توصیه می‌شود سیلوهای سیمان و سنگدانه‌ها با رنگ روشن یا پوشش عایق محافظت شوند، کیسه‌های سیمان در انبارهای سرپوشیده نگهداری شوند، مخازن و لوله‌های انتقال آب در سایه قرار گیرند و در صورت امکان عایق‌کاری یا مدفون شوند. همچنین سنگدانه‌ها باید از تابش مستقیم خورشید محافظت شوند.
• در مناطق گرم و نسبتاً خشک، می‌توان برای کاهش دمای سنگدانه‌های درشت، پیش از مصرف روی آن‌ها آب پاشید تا بخشی از گرمای آن‌ها از طریق تبخیر کاهش یابد. در صورت باقی ماندن رطوبت در سنگدانه‌ها، باید این مقدار در محاسبه آب اختلاط منظور شود.
• دمای بتن باید به گونه‌ای کنترل شود که پس از حمل و پیش از ریختن، از حداکثر دمای مجاز بتن‌ریزی بیشتر نباشد.
• برای جبران افت اسلامپ، نباید بیش از مقدار آب تعیین‌شده در طرح اختلاط به بتن آب اضافه شود. در صورت نیاز به حفظ کارایی بتن، استفاده از افزودنی‌های کندگیرکننده، روان‌کننده یا کاهنده آب دارای خاصیت کندگیری، مطابق ضوابط آیین‌نامه، توصیه می‌شود.
• در صورت امکان، از سیمان‌های با حرارت هیدراتاسیون پایین استفاده شود. سیمان پرتلند تیپ 4، سیمان تیپ 2 همراه با مواد پوزولانی مناسب و همچنین سیمان‌های پوزولانی، گزینه‌های مناسبی برای کاهش افزایش دمای بتن و بهبود دوام آن در شرایط هوای گرم هستند.

اقدامات حین بتن‌ریزی در هوای گرم

• رعایت تمهیدات مناسب در زمان بتن‌ریزی، به اندازه انتخاب طرح اختلاط مناسب اهمیت دارد. در بتن‌ریزی در تابستان و سایر شرایط هوای گرم، افزایش دمای بتن و تبخیر سریع آب می‌تواند موجب افت کارایی، کاهش کیفیت بتن و افزایش احتمال ترک‌های جمع‌شدگی خمیری شود. به همین دلیل، رعایت نکات زیر هنگام بتن‌ریزی ضروری است.
• بتن‌ریزی در ساعات خنک روز انجام شود. در صورت امکان، عملیات بتن‌ریزی به ساعات عصر، شب یا اوایل صبح موکول شده و از بتن‌ریزی در گرم‌ترین ساعات روز خودداری شود.
• تجهیزات ساخت، حمل و ریختن بتن خنک نگه داشته شوند. مخلوط‌کن، دیگ کامیون حمل بتن، جام ، قالب بتن و سایر تجهیزات بهتر است پیش از استفاده با آب خنک شوند. همچنین توصیه می‌شود رنگ تجهیزات حمل بتن، به‌ویژه دیگ کامیون، سفید یا روشن باشد تا جذب گرمای ناشی از تابش خورشید کاهش یابد.
• بتن‌ریزی بدون وقفه و با سرعت مناسب انجام شود. مدت اختلاط، حمل، تخلیه و ریختن بتن باید تا حد امکان کاهش یابد تا بتن پیش از گیرش، در محل نهایی خود قرار گیرد.
• زمان حمل بتن کنترل شود. مطابق آبا، مدت زمان از شروع اختلاط تا پایان تخلیه بتن نباید از یک ساعت تجاوز کند. همچنین تعداد چرخش دیگ کامیون در طول حمل باید حداکثر 300 دور باشد. در این مدت، حداقل 70 دور با سرعت زیاد برای اختلاط کامل بتن انجام شده و در ادامه، دیگ با سرعت کم به چرخش خود ادامه دهد. در صورت استفاده از افزودنی‌های کندگیرکننده یا سیمان‌های دیرگیر و با تأیید دستگاه نظارت، این زمان قابل افزایش است.
• مدت انتقال بتن به حداقل برسد. برنامه‌ریزی مناسب برای مسیر حمل و هماهنگی بین تولید و اجرا، از افزایش دمای بتن و افت اسلامپ جلوگیری می‌کند.
• از بتن در برابر باد و تابش مستقیم خورشید محافظت شود. در صورت امکان، استفاده از سایبان یا بادشکن در اطراف محل بتن‌ریزی توصیه می‌شود. ایجاد بادشکن با ارتفاع حدود یک متر و مرطوب نگه داشتن آن، علاوه بر کاهش سرعت باد، دمای هوای عبوری از سطح بتن را نیز کاهش می‌دهد.
• در شرایط تبخیر شدید، از الیاف مناسب استفاده شود. در مواردی که کنترل تبخیر با استفاده از سایبان یا حذف تابش مستقیم خورشید امکان‌پذیر نباشد، می‌توان از بتن الیافی مناسب استفاده کرد. مطابق آبا، مصرف حدود 0.1 تا 0.2 درصد حجمی الیاف می‌تواند تشکیل ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی خمیری را به تأخیر انداخته یا شدت آن را کاهش دهد.

عمل آوری بتن در هوای گرم

عمل‌آوری بتن در گرما یکی از مهم‌ترین مراحل بتن‌ریزی در هوای گرم است و نقش مستقیمی در دستیابی به مقاومت و دوام مطلوب بتن دارد. در بتن‌ریزی در تابستان، به دلیل افزایش دما و تبخیر سریع آب، بتن تازه بیش از شرایط معمول در معرض کاهش رطوبت و ایجاد ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی قرار می‌گیرد. به همین دلیل، بلافاصله پس از پایان عملیات بتن‌ریزی و پرداخت سطح، باید اقدامات لازم برای حفظ رطوبت و کاهش تبخیر آب آغاز شود. عمل‌آوری باید پس از سخت شدن اولیه بتن آغاز شده و با استفاده از روش‌هایی انجام شود که رطوبت بتن را حفظ کرده و از افزایش دمای آن جلوگیری کنند. مطابق آبا، روش‌های مناسب عمل‌آوری در هوای گرم عبارت‌اند از:

• آب‌رسانی مداوم به بتن از طریق آب‌پاشی، ایجاد حوضچه آب (برای دال‌ها) یا استفاده از گونی و چتایی خیس که با یک پوشش پلاستیکی محافظ پوشانده شده باشد.
• آب‌پاشی روی قالب‌ها یا استفاده از گونی خیس برای کاهش دمای قالب و جلوگیری از انتقال حرارت به بتن.
• استفاده از پوشش پلاستیکی به‌گونه‌ای که بدون تماس مستقیم با سطح بتن، از تبخیر سریع آب جلوگیری کند.
• استفاده از مواد غشاساز، به‌ویژه انواع با رنگ روشن یا سفید، که با تشکیل یک لایه محافظ روی سطح بتن، سرعت تبخیر آب را کاهش می‌دهند.

برای بتن‌های پرمقاومت با نسبت آب به مواد سیمانی کمتر از 0.42، استفاده از روش‌های صرفاً جلوگیری‌کننده از تبخیر، مانند پوشش پلاستیکی یا مواد غشاساز، به‌تنهایی توصیه نمی‌شود؛ مگر آنکه دستگاه نظارت آن را مجاز بداند. در این بتن‌ها، حفظ رطوبت از طریق آب‌رسانی نیز ضروری است.

در طول دوره عمل‌آوری باید از خشک شدن سطح بتن، به‌ویژه در روزهای ابتدایی، جلوگیری شود؛ زیرا بیشترین خطر تبخیر آب و ایجاد ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی در همین بازه زمانی رخ می‌دهد.

مدت زمان عمل‌آوری بتن در تابستان

در بتن‌ریزی در تابستان و سایر شرایط هوای گرم، مدت عمل‌آوری اهمیت بیشتری نسبت به شرایط معمول دارد. حداقل مدت عمل‌آوری بتن در هوای گرم ۷ روز است و در تمام این مدت باید رطوبت بتن حفظ شده و از افزایش بیش از حد دمای آن جلوگیری شود تا فرآیند هیدراتاسیون سیمان به‌طور کامل انجام شده و مقاومت و دوام مورد انتظار، بدون ترک‌های ناشی از جمع شدگی حاصل شود.

جدول زیر، بر اساس جدول 7-6 آیین‌نامه بتن ایران (آبا)، حداقل مدت عمل‌آوری بتن را در شرایط مختلف دمایی نشان می‌دهد.

بتن‌ریزی حجیم در هوای گرم

اگرچه مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و آیین‌نامه بتن ایران (آبا)، بتن‌ریزی در هوای گرم زمانی مطرح می‌شود که دمای بتن هنگام ریختن از 32 درجه سلسیوس بیشتر باشد، اما در بتن‌ریزی حجیم به دلیل افزایش دمای ناشی از هیدراتاسیون سیمان و ایجاد تنش‌های حرارتی، کنترل دمای بتن اهمیت بسیار بیشتری دارد. ازاین‌رو، برای طراحی و اجرای این نوع بتن باید به آیین‌نامه شماره 344 (آیین‌نامه سازه‌های بتنی حجیم) مراجعه شود.

بر اساس آیین‌نامه شماره 344، «هر حجمی از بتن (معمولاً با ابعاد بزرگ) که نیازمند تدابیر ویژه‌ای برای کاهش ترک‌خوردگی ناشی از گرمای آبگیری (هیدراتاسیون) سیمان باشد، بتن حجیم نامیده می‌شود. واکنش میان سیمان و آب، توأم با تولید گرما بوده و سبب افزایش قابل ملاحظه دمای درون قطعات بزرگ بتنی می‌شود.»

به همین دلیل، علاوه بر رعایت تمامی الزامات بتن‌ریزی و عمل‌آوری در هوای گرم، لازم است تدابیر ویژه‌ای برای کنترل دمای بتن و جلوگیری از ایجاد ترک‌های حرارتی در نظر گرفته شود. مهم‌ترین این اقدامات عبارت‌اند از:

• استفاده از روش‌های پیش‌سرمایش و پس‌سرمایش
• نصب سایبان بر روی محل نگهداری و تسمه‌نقاله حمل سنگدانه‌ها
• غرقاب کردن سنگدانه‌های درشت در آب سرد
• سرمایش تبخیری سنگدانه‌ها از طریق ایجاد خلأ
• تزریق نیتروژن مایع به مخلوط بتن
• استفاده از لوله‌های خنک‌کننده تعبیه‌شده در بتن (پس‌سرمایش)
• جلوگیری از ایجاد شوک حرارتی هنگام قالب‌برداری
• محافظت از لبه‌ها و گوشه‌های قطعات بتنی در برابر افت سریع دما