بتن ریزی سد هابتن ریزی فونداسیونبتن ریزی های حجیم

الزامات بتن ریزی حجیم

نکات مهم و نحوه ی بتن ریزی

در مـورد تعريـف بـتن حجـيم و الزامـات مصـالح مصرفي، ساخت و عمل آوري و جايگاه مصرف مواد پوزولاني جايگزين سيمان براي كاهش احتمال بروز تنش هـاي حرارتي، موارد زير را به استحضار مي رسانم. اميد است ابهامات موجود برطرف گردد.

۱ ـ برخلاف آنچه كه اكثريت قريب بـه اتفـاق مـي پندارنـد، بـتن حجـيم تعريـف دقيقـي از نظـر ابعـادي نـدارد. در ACI116R و در ACI207R براي بتن حجيم تعريف جالب اما ابهام آميـز وجـود دارد. گفتـه شـده اسـت كـه بـتن حجيم، بتني با ابعادي آنقدر بزرگ است كه (در حالت عادي كنترل نشده) تنش هاي حرارتي مي تواند در آن ايجـاد شود و به ترك خوردگي بيانجامد. در صورت وجود چنين حالتي بايد تمهيـدات و اقـدامات خاصـي را فـراهم نمـود و انجام داد تا چنين مشكلي بوجود نيايد.
در برخي منابع و مراجع معتبر از قطعاتي همچون ستون با ابعاد ۰.۵۰ متر نام برده اند كه حجيم تلقي شـده اسـت و براي پرهيز از ترك خوردگي ناشي از تنش هاي حرارتي حاصـله از گراديـان حرارتـي نيازمنـد اتخـاذ تـدابير خاصـي بوده اند. براي مثال گفته شده است در سـتوني بـه ابعـاد ۱ متـر حـاوي
۵۰۰ kg/m3 سـيمان پرتلنـد نـوع ۱ ،دوده سيليسيkg/m3 30 در زماني ۳۰ ساعته پس از بتن ريزي، افزايش دماي مغز آن به ۴۵ درجه سانتي گراد رسـيده است كه مي توانسته به ترك خوردگي (بعلت گراديان حرارتي سطح و مغز آن) بيانجامد.
در برخي منابع اروپايي گفته شده است كه اختلاف دماي ۲۰ درجه سانتي گراد با فرض ضريب انبساط حرارتي ۶- ^۱۰*۱۰ منجر به تغيير شكل نسبي (كرنش) ۶ -۱۰*۲۰۰ مي گردد و اين كرنش معمولاً موجب ترك خوردگي در بتن مي گردد (بتن غير مسلح عادي). بهرحال ممكن است اين ترك خوردگي در اختلاف دماي كمتر يا بيشتر حاصل گردد. دليل اين امر تغيير در ضريب انبساط حرارتي و تغيير در مقدار كرنش كششي و تغييـر در مقاومـت كششـي و
ظرفيت كرنش گسيختگي بتن هاي مختلف مي باشد. گاه گراديان حرارتي بتن كه منجر به ترك خوردگي مـي شـود را تا ۲۵ درجه سانتي گراد در بتن معمولي غير مسلح دانسته اند.

 

۲ـ امروزه در بسياري از نقاط ايران مانند حاشيه خليج فارس، سازه هائي ساخته مي شـود كـه در آنهـا بـتن حجـيم وجود دارد و حداكثر نسبت آب به سيمان آنها به ۰.۴ يا ۰.۳۸ محدود شده است. بتن آنها با پمپ ريخته مي شود كه عيار سيمان و مواد سيماني بالائي را نيز دارا هستند (۴۰۰ تا ۴۵۰ كيلوگرم برمتـر مكعـب) و بـدليل ايجـاد گراديـان حرارتي زياد به شدت دچار ترك خوردگي سراسري و عميق حرارتي مي شوند.

شالوده هاي سازه هاي بزرگ معمولاً از ضخامت زيادي برخوردارند كه با اين مشكل روبرو هستند. مسلماً در بتن هاي مسلح نمي توان گراديان حرارتي متناظر با ترك خـوردگي را ۲۵ درجـه سـانتيگراد دانسـت، امـا درمنابع و مراجع علمي حد معيني را ذكر نكرده اند ولي مسلماً اين مقدار بيش از ۲۵ درجه سانتيگراد خواهد بود.
همچنين در شالوده ها و ستونها و ديوارهاي ضخيم (بويژه پرسيمان) با مشكل تنش هاي حرارتـي و تـرك خـوردگي روبرو هستيم. استفاده از بتن خودتراكم در سالهاي اخير در چنين قطعاتي بر اين مشكل مي افزايد زيرا بطور معمول،عيار سيمان اين بتن ها بيشتر از بتن هاي معمولي است بويژه اگر از پودر سنگ و پوزولانهاي طبيعي اسـتفاده نشـود نگراني بيشتري وجود خواهد داشت.

۳ـ ايجاد گرما در بتن بدليل هيدراته شدن سيمان و مواد چسباننده مي باشـد. معمـولاً سـيمانهاي پرتلنـد آميختـه موجود در استانداردهاي ايران و ASTM ضمن هيدراته شـدن سـيمان بـتن در طـي ۲۸ روز، ۵۰ تـا ۸۰ كـالري در هرگرم گرما ايجاد مي كنند، در حالي كه اگر سيمانهاي پرتلند نوع ۱و۲و۵ موجود در ايران را در نظر بگيريم اين عددبين ۷۰ تا ۹۵ كالري برگرم خواهد بود و البته گرماي آزاد شده براي هيدراته شـدن كامـل معمـولاً ۱۰تـا۲۰ درصـد افزايش خواهد داشت. گرماي هيدراته شده سيمان پرتلند نوع ۴ در طـي ۲۸روز بـين۵۰ تـا ۷۰ كـالري در هـر گـرم ميباشد.
گرمـاي حاصـل از هيدراتـه شـدن C3S،C2S،C3A،C4AF و همچنـين هيدراتـه شـدن Ca,Mg ، Na2،K2 كـه در سيمانها به مقادير مختلف وجود دارد ايجاد مي شود.
با توجه به اينكه در سيمانهاي پرتلند نوع ۱و۲و۵ امروزي در ايران مقدار C3S بين ۴۰تا۶۵ درصد است به دليل وجود اين مقدار C3S و همچنين گرمازائي ناشي از هيدراته شدن C3S) حدود ۱۲۰ كالري برگرم)، گرمـازائي آن درنهايـت در يك گرم سيمان بين ۵۰ تا ۷۵ كالري است كه بسيار چشمگير است در حالي كه بـا توجـه بـه وجـود ۱۵ تـا ۳۰ درصدي C2S در سيمانهاي پرتلند نوع ۱و۲و۵ امروزي در ايران و گرمازائي نهائي C2S به ميـزان ۶۲ كـالري برگـرم،
عملاً براي هر گرم سيمان در نهايت ۱۰تا۲۰ كالري از گرماي حاصله به C2S مربوط مي گردد.
با اينكه C3A از گرمازائي زيادي برخوردار است اما عملاً در سيمانهاي موجود، گرمـازائي آن بـين ۱۰ تـا ۲۰ كـالري است. با اين حال بايد گفت گرمازائي كلي سيمان هر چند مهم است اما مهم تر از آن آهنگ گرمازائي بويژه در سنين پايين مي باشدكه اين نرخ گرمازائي براي C3S به مراتب بيشتر از C2S مـي باشـد وعمـلاً گرمـازائي C2S در سـنين كمتراز ۳ روز ۱تا۲ كالري براي هر گرم سيمان است در حاليكه اين مقدار براي C3S بين ۲۵تا ۳۵ كالري خواهد بـود
و براي C3A نيز عمده گرمازائي در سن كمتر از ۳ روز ايجاد مي شود. بنابراين در اين سيمانها گرماي حاصله در طي سه روز اوليه بين ۴۰ تا ۵۵ كالري است و در يك هفته اول اين مقدار به ۵۵ تا ۷۵ كالري يا بيشتر بالغ مي گردد.
نكتهاي كه نبايد در آهنگ گرمازائي مورد غفلت قرار گيرد، آهنگ هيدراته شدن سيمان است كه به عواملي همچـون ريزي آن، دماي مخلوط بتن در ابتدا و در ادامه كار و حتي مواردي مانند نسبت آب بـه سـيمان بسـتگي دارد و مـي توان آنرا در بازه اي نسبتاً گسترده فرض نمود، در حالي كه در مـورد گرمـازائي سـيمان چنـين عـواملي مـوثر واقـع نميشوند.

۴ـ با وجود مواد پوزولاني و سرباره جايگزين سيمان، از كل گرمازائي و آهنگ گرمازائي كاسـته مـي شـود امـا نبايـد پنداشت كه پوزولان و سرباره در هنگام هيدراته شدن فاقد گرمازائي هستند. عملاً پوزولان ها و سرباره هـا در حـدود نصف سيمان پرتلند معمولي، گرما توليد مي كنند اما نرخ يـا آهنـگ گرمـازائي آنهـا (بجـز دوده سيليسـي و برخـي پوزولانهاي ديگر) عملاً به مراتب كمتر از سيمان پرتلند معمولي است كـه كمـك آنهـا را در ارتبـاط بـا بـتن حجـيم ارزشمند مي سازد.
براي مثال اگر سيمان پرتلند با گرمازائي كل ۱۰۰ كالري برگرم داشته باشيم و ۲۰درصد پوزولان طبيعـي جـايگزين آن سازيم، گرمازائي كل براي هر گرم از سيمان آميخته ۹۰ كالري خواهد شد اما اگر سـيمان پرتلنـد در طـي سـه و هفت روز به ترتيب ۵۰ و ۷۰ كالري گرما توليد كند در مورد سيمان آميخته با ۲۰درصد پوزولان طبيعي اين مقـادير به ترتيب حدود ۴۲ و ۶۰ كالري خواهد شد يعني كاهشي بيش از ۱۰درصد در گرمـازائي ۳ و ۷ روزه خواهـد داشـت
(۱۶ و ۱۴ درصد كاهش). لازم به ذكر است كه سيمان پرتلند پوزولاني ايران داراي كمتر از ۱۵ درصد پوزولان اسـت و سيمان هاي پرتلند پوزولاني ويژه ايران معمولاً بين ۱۵ تا ۲۵ در حدود پوزولان طبيعي دارند و تاثير آنها بركـاهش گرمازائي كل و اوليه با اين مثال روشن تر مي شود.

۵ ـ عامل عمده در ايجاد گرمازائي در يك بتن، عيار سيمان آن است. مسلماً اگر عيار سيمان ۴۰۰ كيلوگرم بـر هـر متر مكعب به ۳۰۰ كاهش يابد، مقدار گرمازائي آن نيز تقريباً با همين نسبت كاهش خواهد يافـت. بنـابراين يكـي از مهمترين اقدامات در بتن حجيم، كاهش عيار سيمان و مواد سيماني خواهد بود.
كاهش عيار سيمان به سادگي ميسر نيست. از يك طرف نسبت آب به سيمان با كاهش سيمان افزايش مي يابـد و از طرفي در صورت ثابت نگهداشتن نسبت آب به سيمان مجبور به كاهش آب آزاد بتن خواهيم بود كـه بـه كـارائي آن لطمه جدي خواهد زد. بنابراين بايد ترفندهائي بكار رود تا بتوان بدون كاهش رواني مورد نظر، عيار سيمان را كـاهش داد.
بهرحال گاه در بتن هاي حجيم مانند ساخت سد بتني، اسلامپ بتن ها را در محدوده ۲.۵ تا ۵ سـانتي متـر در نظـر مي گيرند تا امكان دستيابي به سيمان كمتر فراهم شود ضمن اينكه اسلامپ كمتر و سيمان كمتر باعث كاهش جمع شدگي و كاهش احتمال خوردگي در بتن غير مسلح با طول يكپارچه نسبتاً زياد (در يك بلوك)خواهد شد.

۶ـ براي كاهش مصرف سيمان و مواد سيماني علاوه بر كاهش رواني راهكارهائي وجود دارد كه به ترتيب مي توان از افزايش حداكثر اندازه سنگدانه، انتخاب بافت دانه بندي درشت تر، بكارگيري ماسه گردگوشه تر و گاه شن تيز گوشـه تر، پرهيز از بكارگيري سنگدانه هاي پولكي و كشيده و سوزني، مصرف روان كننده (كاهنده آب) نام برد.
گاه مصرف حبابزا ميتواند به صورت غير مستقيم به كاهش مواد سيماني در بتن حجيم سدها منجر شود در حالي كه معمولاً در پروژه هاي ديگر به افزايش جزئي مصرف سيمان نيز منتهي مي گردد.

۷ـ در بتن حجيم يك شالوده مسلح گاه نمي توان از ترفند افزايش حداكثر اندازه سنگدانه يا درشت بافت كردن دانه بندي استفاده نمود اما استفاده ازماسه گردگوشه و پرهيز از مصرف سنگدانه هاي حاوي پولكي و كشيده و هم چنين مصرف روان كننده توجيه كافي دارد. بويژه اگر قرار باشد از پمپ و لوله براي ريختن بهره گرفت نمي توان بافت دانـه بندي را نيز درشت تر نمود و راهكارهاي ممكن محدودتر مي گردد.
بهرحال در بتن پمپي نمي توان عيارسيمان را نيز به كمتـر از حـدود ۳۰۰ و يـا حتـي ۳۲۵ كيلـوگرم بـر مترمكعـب رسانيد. از طرفي گاه طراحان پروژه، مقاومت مشخصه بتن شالوده را بالاتر درنظر مي گيرند و نيازمند نسـبت آب بـه سيمان كمتري خواهيم بود،كه ممكن است نتوان حتي با مصرف روان كننده و يا فوق روان كننده نيز عيار سيمان را از حدود ۳۵۰كيلـوگرم بـر مترمكعـب پائين تر آورد. گاه ضوابط و معيارهاي آئين نامه اي يا مقررات ملي موجود محدوديت هـائي را در نسبت آب به سيمان يا حداقل عيار مصرفي در نظر مي گيرند كه به افزايش مشكل گرمازائي كمك ميكند (مانند راهكارهاي مقابله با حمله سولفاتها يا جلوگيري از خوردگي زودهنگام ميلگردها در منـاطق خورنـده خلـيج فـارس و ساير محيط هاي مشابه)

۸ ـ راهكار ديگري كه در بتن حجيم اتخاذ مي گردد كاهش آهنگ گرمازائي با استفاده از مواد ديرگيركننده است كه راه حل چندان موثري نيست زيرا صرفاً در چند ساعت اول اين تاثير را دارا مي باشـد امـا اسـتفاده از سـيمانهائي بـا آهنگ هيدراسيون و گرمازائي كم راه حل موثري تلقي مي شود. استفاده از سيمانهاي آميخته يـا مصـرف پـوزولان و سرباره (بجز دوده سيليسي) نيز همين تاثير را دارا مي باشد.يكي از راهكارهاي كاهش آهنگ گرمازائي، كاهش دمـاي اوليه بتن در هنگام ريختن تلقي مي شود كه از جهات مختلف راه حل موثري است. بويژه اين راه حل موجب كـاهش دماي مغز بتن مي گردد و گراديان حرارتي را كمتر مي كند. نام اين كار پيش سرمايش محسوب مي شود و تاثير آن قابل انكار نيست.

۹ ـ راه حل ديگر، خروج گرما از مغز بتن است كه پس سرمايش نام دارد. پس سرمايش در بتن ريزي سـد بتنـي راه حل مهم و رايج و موثري است. اما اينكار در پروژه هاي ساختماني و در ارتباط با شالوده هاي حجيم رايج نيست.

كارگذاري لوله هاي مارپيچ در بتن و چرخش آب خنك در اين لوله ها به جذب و خروج گرما از بتن منجر مي شود و مانع بالا رفتن شديد دماي بتن در بخش هاي مياني مي گردد و گراديان حرارتي را كاهش مـي دهـد و بـويژه باعـث عدم انبساط بتن بعلت افزايش دماي شديد در مجاورت بتن ليفت تحتاني مي شود.

۱۰ ـ راه حل موثر ديگر، كاهش گراديان حرارتي با افزايش دماي سطح خارجي بتن مي باشد بويژه اگر دماي محـيط مجاور كم باشد مشكل جدي وجود خواهد داشت.
درحالتي كه كمترين بعد قطعه بتني زياد باشد گرماي حاصله نمي تواند به سرعت خارج شود و به نوعي حبس گرمـا بوجود مي آيد و به بالارفتن دما در مغز آن منجر مي شود. هر چند دراين حالت شـرايط آدياباتيـك كامـل(بي در رو بودن) وجود ندارد اما حالت نيمه آدياباتيك مشاهده مي شود و با افزايش بعد قطعه، اين مشكل بيشتر مي شود.
متناسب با آدياباتيك بودن قطعه بتني، آهنگ هيدراته شدن و آهنگ گرمـازائي بـا توجـه بـه نـوع و جـنس و ريـزي سيمان و هم چنين با توجه به عيار سيمان بتن و تا حدي نسبت آب به سيمان دماي مغز بتن براي سيمانهاي پرتلند نوع ۲و۵ به ازاء هر ۱۰ كيلو سيمان حدود ۱ درجه سانتي گراد (با رواداري حدود ۲/۰ درجه) افزايش خواهد داشت.
بنابراين براي مثال اگر شالوده را با عيار سيمان ۳۵۰ كيلوگرم در هرمتر مكعب بتن ريزي نمائيم و از سـيمان پرتلنـد نوع ۲و ۵ بهره گرفته باشيم دماي مغز بتن در حدود ۳۰ تا۴۰ درجه سانتي گراد افزايش نشان خواهد داد.
اگر مثلاً در زمستان با حداقل دماي هواي ۵ -درجه سانتي گراد بتني با دماي حدود ۱۰تا۷ درجه را در يـك شـالوده حجيم بريزيم دماي مغز آن پس از ۳ تا ۴ روز به حدود ۴۰ تا ۵۰ درجه سانتيگراد خواهد رسـيد در حاليكـه در يـك صبح زمستاني با حداقل دماي ۵ -درجه سانتي گراد، گراديان حرارتي زيادي بين سـطح و مغـز بـتن وجـود خواهـد داشت.

فرض كنيد همين كار را در تابستان با حداقل دماي هواي روزانه ۲۰ درجه سانتيگراد انجام دهيم. در اين حالت دماي بتن در هنگام ريختن با فرض كنترل هاي مناسب در حدود ۳۰ درجه سانتي گراد خواهد بود و دماي مغز بتن پس از ۲ تا ۳ روز به ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتي گراد خواهد رسيد ( رسيدن به دماي حداكثر در مغز بتن سريعتر رخ مي دهد).
بنابراين براحتي ديده مي شود كه گراديان حرارتي بين مغز و سطح بتن عملاً كمتـر از فصـل زمسـتان خواهـد بـود. متاسفانه عامه مهندسين عمران تصوري متفاوت و برعكس را دارند و فكر ميكننـد مشـكل بـتن حجـيم در تابسـتان بيشتر از زمستان است كه معمولاً تصور نادرستي تلقي مي شود.
بنابراين لازم است بويژه در هواي خنك، با ايجاد عايق حرارتي در سطوح لخت جانبي و فوقاني عملاً موجـب افـزايش دماي سطح بتن شويم تا گراديان حرارتي كمتر شود. اينكار در هواي تابستاني نيز مي تواند مفيد واقـع شـود. ايجـاد عايق مي تواند با پشم شيشه، پشم سنگ، پلي اورتان، پلي استايرن، كاه وپوشال، خاك و غيره حاصل گردد.

دمای بتن

۱۱ ـ گاه براي نگهداري و عمل آوري بتن از رطوبت رساني استفاده مي شود كه بهترين نوع عمل آوري اسـت امـا در ارتباط با بتن حجيم (بويژه در ساختمانهاي رايج)، تبخير آب از سطح بتن مي تواند به كاهش دماي سطح بتن منجـر شود و گراديان حرارتي و تنش هاي حرارتي و احتمال ترك خوردگي را افزايش دهد.
بنابراين در صورتي كه لازم است از اين شيوه عمل آوري استفاده شود بايد با استفاده از نايلون جلـوي تبخيـر گرفتـه شود تا دماي سطح كاهش نيابد. استفاده از آب خنك نيز در اين مورد توصيه نمي شود.

۱۲ـ هر چند در بندهاي قبلي در مورد اثر وجود پوزولان ها در بتن حجيم و جايگاه آن بحث شد امـا مجـدداً خـاطر نشان مي شود كه وجود پوزولان جايگزين سيمان به كاهش گرمازائي و آهنگ گرمازائي كمك مي كند و ممكن است افزايش دماي مغز بتن اندكي تخفيف يابد اما با مصرف پوزولان طبيعي يـا خاكسـتر بـادي (بـين ۱۵ تـا ۲۵ درصـد) ممكن است كاهش اين افزايش دما در مجموع بسته به ميـزان مصـرف و جـايگزيني آنهـا در حـدود ۵ درجـه باشـد
بنابراين هر چند اقدام ارزشمندي است اما نبايد پنداشت كه مشكل بتن حجـيم را بصـورت اساسـي حـل مـي كنـد.
بنابراين اتخاذ روشهاي مناسب در زمينه كاهش گراديان حرارتي همچنان ضرورت خواهد داشت.

۱۳ ـ دوده سيليسي كه يك پوزولان مصنوعي ريز و با خلوص زياد سيليس فعال محسوب مي شود، عملاً نمي توانـد دراين مورد كمك كند زيرا هر چند گرمازائي آن در حدود نصف سيمان پرتلند معمـولي اسـت امـا سـرعت (آهنـگ) گرمازائي آن با توجه به جايگزيني ۵تا۱۰ درصدي چندان تفاوتي با بتن فاقد دوده سيليسي ندارد و نمي تواند در اين رابطه راهگشا باشد. متاسفانه در برخي از كتب و مراجع معتبر، استفاده از پـوزولان هـا و سـرباره هـا بـدون اينكـه از استثناهاي آن مانند دوده سيليسي نام برده شود براي بتن حجيم مناسب دانسته شده است كه بايـد اصـلاح شـود و موجب شده است تا برخي مهندسين، استفاده از دوده سيليسي را يك راه حل تلقي نمايند.

فصلنامه انجمن بتن ایران – محسن تدين

برچسب ها
نمایش بیشتر

علیرضا خویه

کارشناس ارشد مهندسی عمران- مهندسی زلزله از دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی | طراح سازه های مقاوم در برابر زلزله | بهسازی و مقاوم سازی سازه های موجود | ارائه طرح اختلاط بتن های باکیفیت و با مقاومت بالا |

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن