سفت‌وسخت شدن بتن حاصل واکنش بین ذره‌های سیمان و آب است که به آن هیدراتاسیون نیز گفته می‌شود. دمای محیط و رطوبت داخل سیمان از عواملی هستند که بر مدت زمان خشک شدن بتن تأثیر مستقیم دارند. روند سفت شدن بتن تا مدت‌ها ادامه دارد و می‌توان گفت تقریباً هیچ‌گاه به‌طور کامل عمل‌آوری نمی‌شود؛ چراکه همیشه حباب‌های ریز آب داخل بتن وجود خواهند داشت و به فرایند سفت‌تر شدن آن ادامه خواهند داد. در ادامه با ما باشید تا بیشتر در خصوص عمل‌آوری و گیرش بتن و عوامل مؤثر بر خشک شدن آن توضیح دهیم.
عمل آوری بتن چیست؟
در لغت عمل‌آوری یا کیورینگ (curing) بتن به معنی حفظ رطوبت آن در دمای اتمسفر است و به مجموعه کار‌هایی گفته می‌شود که در مدت معینی برای حفظ رطوبت و دمای مطلوب بتن تازه ریخته‌شده انجام می‌شود. این عملیات باید به‌گونه‌ای باشد که بتن بتواند به حداکثر دوام و مقاومت خود برسد.
بتن برای هرچه بیشتر سفت شدن، نیاز به رطوبت دارد و این رطوبت به خاطر واکنش گرمازای سیمان و آب و همچنین عوامل محیطی مختلف مانند باد یا گرما، به‌شدت کاهش می‌یابد و بتن را دچار مشکل می‌کند. برای جلوگیری از این آسیب و کاهش مدت زمان سفت شدن بتن در مقاوم سازی سازه ها، لازم است آن را عمل‌آوری کنیم. این کار در دو مرحله انجام می‌شود:
1. عملیاتی که از اتلاف رطوبت بتن جلوگیری کند
بهتر است بلافاصله بعد از بتن‌ریزی، عمل‌آوری آغاز شود؛ چراکه شرایط بسیاری مانند آب‌وهوا به‌سرعت باعث از بین رفتن رطوبت بتن می‌شوند و مدت زمان گیرش بتن سریع‌تر می‌شود که از مقاومت آن می‌کاهد.
2. حفظ دمای مناسب هیدراتاسیون سیمان در مدت زمان معین
عمل هیدراتاسیون باعث بالا رفتن دمای محیط می‌شود و درنتیجه مدت زمان عمل آوری بتن را سریع‌تر می‌کند که باعث کاهش استحکام نهایی بتن می‌شود. ما به شما توصیه می‌کنیم که راهکارهایی برای کنترل دما در مدت هیدراتاسیون بتن پیدا کنید.
انواع روش های عمل آوری بتن
عمل‌آوری به‌منظور بالا بردن مدت زمان خشک شدن بتن و حفظ رطوبت بتن تازه‌ریخته‌شده به سه روش کلی انجام می‌شود:
1. ایجاد برکه اطراف بتن تازه‌ریخته‌شده یا آب‌پاشی مداوم به‌گونه‌ای که رطوبت لازم در طول مدت زمان سفت شدن بتن تأمین شود.
2. پوشاندن سطح بتن با ورقه‌های نفوذناپذیر نایلونی یا کاغذی برای کاهش تبخیر رطوبت و افزایش مدت زمان عمل آوری بتن در هوای سرد.
3. ایجاد حرارت و رطوبت با سیم‌پیچ‌های گرمازا یا بخار زنده برای بتن که باعث تسریع مدت زمان سفت شدن ملات سیمان و بتن می‌شود.
تأثیر دمای محیط بر خشک شدن بتن
مشخص است که دمای بالای هوا باعث تبخیر سریع رطوبت بتن می‌شود و گیرش سیمان را سریع‌تر می‌کند؛ در نتیجه مقاومت بتن کاهش می‌یابد. در استاندارد ACI 305R منظور از هوای گرم، تابش شدید خورشید همراه با دمای بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد، پایین بودن رطوبت نسبی هوا و همچنین وزش باد است. در آیین‌نامه آبا 1400 (آیین‌نامه بتن ایران) دمای محیط بالای 30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت کمتر از 70 درصد را هوای گرم تعریف کرده‌اند. در چنین شرایطی حتماً باید اقدام‌های لازم برای حفظ رطوبت بتن را جدی گرفت وگرنه مجبور به ترمیم بتن می‌شوید. در ادامه تأثیر هوای گرم بر بتن تازه‌ریخته‌شده و بتن سخت‌شده را بررسی می‌کنیم.
1. تأثیر هوای گرم بر بتن تازه ریخته شده
آب‌وهوای گرم بر بتن تازه تأثیرات بد و منفی می‌گذارد و باعث می‌شود یک مرحله به کار شما اضافه شود و آب بندی تن را انجام دهید. در ادامه، انواع تأثیر هوای گرم بر بتن تازه‌ریخته‌شده را لیست کرده‌ایم.
- در هوای گرم بتن نیاز به آب بیشتری دارد. اسلامپ بتن به ازای هر 10 درجه سانتی‌گراد افزایش دما، 20 تا 25 میلی‌متر کم می‌شود؛ بنابراین به ازای هر 10 درجه افزایش دما باید در هر مترمکعب از مخلوط بتن، 7 کیلوگرم بیشتر آب اضافه کرد.
- اسلامپ با سرعت بیشتری از دست می‌رود.
- سرعت گیرش بیشتر می‌شود و تأثیرات منفی در استحکام بتن، تراکم سطحی آن و اتصالات سرد می‌گذارد.
- افزایش احتمال ترک‌خوردگی
- سختی کنترل میزان هوای عمدی بتن افزایش می‌یابد.
2. تأثیر هوای گرم بر بتن سخت شده
آب‌وهوای گرم بر بتن سخت شده نیز تأثیرات منفی می‌گذارد که در ادامه بعضی از تأثیرهای آن را لیست کرده‌ایم.
- مقاومت بتن را کاهش می‌دهد.
- به دلیل اختلاف حرارتی، تمایل به ترک‌خوردگی بتن افزایش می‌یابد.
- دوام و استحکام بتن کم می‌شود.
- سطح ظاهری بتن تغییر شکل می‌دهد.
- امکان خوردگی میلگردها به‌شدت افزایش می‌یابد.
- نفوذپذیری بتن زیاد می‌شود.
حداقل زمان عمل آوری یا خشک شدن بتن چقدر است؟
منظور از مدت زمان عمل‌آوری، مدت زمان خشک شدن بتن است تا وقتی‌که به استحکام و دوام نهایی خود برسد. به‌طور مثال یک تا دو روز طول می‌کشد تا بتن‌ریخته‌شده در خیابان به میزانی عمل‌آوری شود که ردپایی روی آن نماند؛ درحالی‌که یک هفته زمان برای عمل‌آوری نیاز است تا خودروهای سبک بتوانند روی آن تردد کنند. برای اینکه ماشین‌های سنگین اجازه رفت‌وآمد روی همین بتن را داشته باشند، باید حداقل 28 روز سپری شود تا بتن دچار ترک، نشست و شکستگی نشود.
همان‌طور که متوجه شدید، گذشت زمان باعث افزایش مقاومت بتن می‌شود. طبق استاندارد ACI 301 در اغلب سازه‌های بتنی برای کسب 50% از استحکام نهایی، به زمان عمل‌آوری 3 الی 7 روز نیاز است، برای کسب مقاومت 75%، به دو هفته زمان برای عمل‌آوری نیاز دارید و نهایتاً برای کسب استحکام بالای 90% باید 28 روز صبر کنید.
عوامل مؤثر بر مدت زمان خشک شدن بتن
به‌طورکلی عوامل زیر در مدت زمان خشک شدن بتن تأثیر می‌گذارند:
- نوع سیمان
- نسبت آب به سیمان
- دمای هوا: بتن‌ریزی در دمای زیر 7 درجه سانتی‌گراد باعث طولانی‌تر شدن زمان خشک شدن بتن می‌شود و دمای بالای 29 درجه نیز برعکس راه سریع خشک شدن سیمان است.
توجه داشته باشید که شرایط آب‌وهوایی از مهم‌ترین عوامل مؤثر در مدت زمان خشک شدن بتن خواهد بود و دمای هوا هنگام عمل‌آوری بتن خیلی مهم‌تر از دمایی است که در آن بتن‌ریزی کرده‌اید. بتن‌هایی که در هوای گرم عمل‌آوری شوند شاید به نظر برسد که اوایل از مقاومت بالایی برخوردارند ولی بعد از طی بازه زمانی خشک شدن، به‌شدت دچار افت مقاومت می‌شوند؛ درحالی‌که بتن‌هایی که در هوای سرد عمل‌آوری شوند مقاومت بالایی خواهند داشت.
گیرش بتن چیست؟
بعد از ترکیب شدن سیمان و آب، هیدراتاسیون باعث جدا شدن مولکول‌های آب از سیمان می‌شود و به‌مرور مخلوطی خمیری تشکیل و با گذشت زمان سفت‌وسخت می‌شود. به این فرآیند سفت شدن تدریجی، گیرش بتن می‌گویند که تأثیر زیادی در استحکام و مقاومت بتن دارد. هیدراتاسیون یک واکنش تدریجی ولی برگشت‌ناپذیر است و با استفاده از روش‌هایی خاص، گیرش بتن و مقاومت آن را بیشتر می‌کند. مثلاً در هوای سرد فرآیند گیرش را سریع‌تر و در هوای گرم آن را کندتر کرد. گیرش بتن به‌طورکلی دو مرحله دارد:
1. گیرش اولیه بتن: در این مرحله در مدت زمان کوتاهی بتن خاصیت ارتجاعی خود را از دست می‌دهد و مخلوط بتن، آب را از دست خواهد داد.
2. گیرش نهایی بتن: در این مرحله بتن به حالت جامد درمی‌آید و با گیرش کامل شکل آن ثابت می‌شود. هرگونه تلاش برای اصلاح آن می‌تواند به سازه بتنی آسیب وارد کند.
حداقل دمای گیرش بتن چقدر است؟
در دماهای بسیار سرد بتن‌ریزی نکنید؛ چراکه واکنش شیمیایی گیرش در دماهای پایین به‌شدت کاهش می‌یابد و در دمای 10- درجه سانتی‌گراد عملاً متوقف می‌شود و باید از یخ زدن بتن نیز جلوگیری کنید.
چه عواملی بر گیرش بتن تأثیر دارند؟
به‌طورکلی سه عامل پایین از مهم‌ترین عوامل مؤثر در گیرش بتن به‌حساب می‌آیند:
1. نسبت آب به سیمان: هرچه نسبت آب به سیمان کمتر باشد، زمان گیرش سریع‌تر و مدت زمان خشک شدن بتن کمتر می‌شود.
2. دما: دمای بالا باعث سریع‌تر شدن گیرش می‌شود و دمای کم، سرعت گیرش را کاهش می‌دهد.
3. مواد افزودنی: برای تغییر ویژگی‌های بتن باید موادی به آن افزود که زمان گیرش را کاهش یا افزایش دهند.
با چه سیستم هایی بتن را مرطوب نگه می دارند؟
برای حفظ رطوبت بتن راه‌های گوناگونی وجود دارد و نصب سایبان‌ها و بادشکن‌ها از اقدام‌های مفید هنگام عمل‌آوری بتن هستند ولی روش‌های دیگری نیز وجود دارد که برخی از آن‌ها را معرفی می‌کنیم:
1. افزودنی عمل آوری بتن
افزودنی عمل‌آوری بتن، از رایج‌ترین روش‌ها برای عمل‌آوری بتن تازه‌ریخته‌شده است. این افزودنی‌های مایع روی سطح بتن ریخته می‌شوند تا یک لایه نفوذناپذیر تشکیل دهند و تا یک هفته 80% رطوبت بتن را حفظ می‌کنند. این افزودنی‌ها از موادی مانند رزین مصنوعی، اکریلیک و رزین کلریناتی تشکیل، باعث افزایش مقاومت اولیه بتن می‌شوند و از ایجاد ترک و جمع‌شدگی جلوگیری می‌کنند.
2. ورق های کاغذی یا پلاستیکی غیر قابل نفوذ
با پوشاندن سطح بتن، از تبخیر آب درون آن جلوگیری می‌شود. فقط باید وقتی از این پوشش‌ها استفاده کنید که سطح بتن کمی سخت شده باشد تا آسیبی به آن وارد نشود.
3. پوشش های اشباع شده با آب
پوشش های اشباع شده با آب معمولاً از جنس گونی، حصیر، کرباس یا هر پارچه‌ای که بتواند رطوبت را در خود نگه دارد هستند. از این پوشش‌ها هنگامی استفاده کنید که سطح بتن کمی سفت شده باشد تا آسیبی به سطح آن وارد نشود. سپس به‌طور مداوم آن‌ها را مرطوب کنید تا رطوبت بتن در طول عمل‌آوری حفظ شود.
4. مه پاشی
مه پاشی روش مناسبی برای شرایط آب‌وهوایی گرم و خشک است. در این روش آب به همراه اجزای ریز پودری با کمک سم‌پاش‌ها روی سطح بتن ریخته می‌شود و تبخیر سطحی را به کمترین میزان می‌رساند.
5. آب پاشی
آب‌پاشی از رایج‌ترین، قدیمی‌ترین و مؤثرترین روش‌ها است و در تمام شرایط آب‌وهوایی می‌توان از آن استفاده کرد. البته باید به میزان زیاد به آب دسترسی داشته باشید.
6. غوطه ور کردن بتن در آب
با کمک ایجاد حوضچه‌های آب، بتن در آب غوطه‌ور می‌شود. البته این روش فقط در سطوح صاف امکان‌پذیر است و بیشتر در مناطق معتدل استفاده می‌شود و به آب فراوانی نیاز دارد.
سخن پایانی
ما در این مقاله سعی کردیم شما را بیشتر با مدت زمان خشک شدن بتن و عوامل مؤثر بر آن آشنا کنیم. استانداردها و اصطلاحات مهم مرتبط با عمل‌آوری را شرح دادیم و از اهمیت گیرش بتن و زمان عمل‌آوری گفتیم. همچنین دانستیم که دیدیم غیر از آب‌پاشی، روش‌های مؤثر دیگری برای حفظ رطوبت بتن وجود دارد. اگر پرسش دیگری در این زمینه داشتید، برای ما در قسمت نظرات ارسال کنید.
سؤالات متداول
1. حداکثر دمای مجاز هوا هنگام بتن ریزی چقدر است؟
بنابر استاندارد ملی ایران به شماره ۸۴۵۱، دمای هوا نباید بیش از ۳۸ درجه سانتی‌گراد باشد.
2. چه روش های دیگری برای خنک کردن و حفظ رطوبت بتن در هوای گرم وجود دارد؟
می‌توان از یخ یا نیتروژن مایع استفاده کرد.
3. در شرایط آب و هوایی سرد، چه تجهیزاتی برای عمل آوری وجود دارد؟
می‌توان از کویل‌های گرمایشی، پدهای گرمایشی الکتریکی، پتوهای عایق و غیره استفاده کرد.
