بتن ریزی در هوای سرد دستورالعمل و تمهیدات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان

بتن ریزی در هوای سرد

بتن تازه ماده‌ای شکل‌پذیر است که حالت خمیری خود را از آب می‌گیرد. وظیفه اصلی آب در تهیه بتن، شرکت در واکنش هیدراتاسیون با سیمان و ایجاد روانی بتن است. این واکنش در دمای زیر ۵ درجه سانتی‌گراد متوقف می‌شود.

 از طرفی آب مایعی است که به راحتی در هوای زیر صفر درجه سانتی‌گراد یخ می‌زند. بنابراین بتن ریزی در هوای سرد امکان یخ زدن بتن در ساعات اولیه را افزایش داده و به شدت، سرعت کسب مقاومت اولیه بتن را پایین می‌آورد و اگر بتن پیش از گیرش یخ بزند، مقاومت نهایی آن نصف می‌شود.

هنگام بتن ریزی در شرایط آب و هوایی سرد، بتن غیراشباع تا رسیدن به مقاومت فشاری ۵ مگاپاسکال و بتن اشباع تا رسیدن به مقاومت ۲۵ مگاپاسکال، باید از یخ زدن محافظت شود. همچنین، عملیات تسطیح بتن باید با دقت بالا و بدون آب انداختگی انجام شود، زیرا آب اضافی روی سطح بتن در دمای پایین به راحتی یخ زده و سبب تخریب بتن می‌شود. 

همین امر باعث شده مجریان بتن‌ریزی که در مکان‌های پرتردد باخطر فرسایش بتن روبه‌رو هستند، در شرایط آب و هوای سرد، از بتن کم آب استفاده نمایند، زیرا آب اضافی در نهایت سبب کاهش مقاومت بتن می‌شود.

بنابراین برای بتن ریزی در هوای سرد باید تمهیداتی اندیشید و به نکاتی توجه کرد تا از یخ زدگی بتن جلوگیری نماییم. در ادامه به تاثیر هوای سرد بر اجزای تشکیل دهنده بتن می پردازیم.

تعریف هوای سرد طبق آیین نامه بتن ایران و مقررات ملی ساختمان

بر طبق آیین نامه بتن ایران و مقررات ملی ساختمان مبحث نهم هوای سرد به وضعیتی اطلاق می گردد که برای سه روز متوالی شرایط زیر برقرار باشد:

الف) دمای متوسط هوا در شبانه روز کمتر از ۵ درجه سانتی گراد باشد (دمای متوسط روزانه میانگین حداکثر و حداقل دمای هوا در فاصله زمانی نیمه شب تا نیمه روز است)

ب) دمای هوا برای بیشتر از نصف روز از ۱۰ درجه سانتی گراد زیادتر نباشد.

ACI هوای سرد را چنین تعریف نموده است: هوای سرد وقتی اطلاق می گردد که دو شرط زیر حاصل گردد:

۱) هنگامی که میانگین حداقل و حداکثر دمای هوای ثبت شده در سه روز متوالی کمتر از ۵ درجه سانتی گراد باشد.

۲) وقتی که دمای هوا در حداقل ۱۲ ساعت در فاصله زمانی ۲۴ ساعت برابر ۱۰ درجه سانتی گراد و یا کمتر باشد.

طبق آیین نامه هنگامی که دمای محیط بتن ریزی کمتر از ۵ درجه سانتی گراد باشد رعایت تدابیر بتن ریزی در هوای سرد ضروری است.

طبق استاندارد ملی ایران شماره ۸۴۵۱ درجه حرارت بتن در زمان اختلاط و حمل هرگز کمتر از ۵ درجه سانتی گراد نگردد. بتن ریزی بر روی سطوح یخ زده یا پوشیده از برف ممنوع می باشد. در شرایط درجه حرارت هوای کمتر از ۵ درجه سانتی گراد و بدون یخ زدگی باید:

الف) دمای بتن ریخته شده در محل بررسی شده و حداقل ۵ درجه سانتی گراد و ترجیحا ۱۰ درجه سانتی گراد باشد. رعایت این نکته برای قطعات نازک، اعضای نمایان از اهمیت بیشتری برخوردار باشد.

ب) سیمان مصرفی باید از نوع زودگیر باشد و می توان از مواد افزودنی تسریع کننده گیرش نیز استفاده نمود.

تأثیر هوای سرد بر مصالح و راه های جلوگیری از یخ زدگی بتن

هوای سرد، دمای مجموعه مصالح بتن را کاهش می‌دهد. بنابراین در فصل سرما، دمای آب، سیمان و سنگدانه پیش از ساخت بتن بسیار کم است و اگر بتن در این شرایط ساخته و ریخته شود، مشکلاتی به وجود می‌آورد.

دیرگیری بتن اصلی‌ترین مشکل در هوای سرد است. وقتی بتن با تأخیر سفت شود، به قالب‌بندی و مجموعه نگهدارنده نیروی بیشتری وارد شده و هزینه را بالا می‌برد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت در سرمای شدید، برخی مصالح به طور کلی خاصیت خود را از دست می‌دهند.

حال اگر یک تغییر فاز مایع به جامد هم به وجود آید، بتن به طور کامل تغییر رفتار داده و حتی امکان از دست رفتن آن وجود خواهد داشت.از سوی دیگر وزش باد، شرایط هوای سرد را تشدید می‌کند. در این شرایط استفاده از بادشکن، می‌تواند راهکار مناسبی برای مقابله با سردی بتن باشد.

۱- سیمان

برای کم کردن زمان حفاظت از بتن در هوای سرد، بهتر است از مقدار زیادی سیمان زودگیر با نسبت آب به سیمان کم استفاده کرد به همین خاطر است که از سیمان تیپ ۳ برای این شرایط استفاده می کنند، زیرا سرمای بیش ازحد در گیرش سیمان، اختلال ایجاد کرده و سبب کاهش مقاومت نهایی آن می‌شود.

۲- آب

آب در مصالح بتن، بالاترین ظرفیت گرمایی ویژه را داشته و بیشترین تأثیر ناشی از تغییر دما را بر بتن دارد. پس محافظت از آب و بالا نگه داشتن دمای آن، یعنی مراقبت از کل بتن در برابر یخ زدن. از سوی دیگر استفاده از آب داغ در حد جوشیدن در مخلوط بتنی به دلیل گیرش آنی سیمان ممنوع است و فقط باید پیش از اضافه شدن به بتن، توسط آبگرمکن به دمای معینی رسیده و به مخلوط اضافه شود.

در حین اختلاط نیز حفظ دمای آب برای ایجاد بستر مناسب برای واکنش هیدراتاسیون بسیار حائز اهمیت است. پس از بتن‌ریزی نیز جلوگیری از یخ‌زدن آب بتن و محافظت از آن، ضامن کیفیت و سلامت نهایی بتن است.

۳- سنگدانه

اگر با گرم کردن آب نتوانید به حداقل دمای لازم برای ساخت بتن برسید، لازم است از راهکار گرم کردن سنگدانه بتن بهره گیرید. همچنین اگر اختلاف دمای آب و سنگدانه بیش از ۴۵ درجه سانتی‌گراد شود، برای جلوگیری از بروز مشکلات جانبی، نظیر شکست سنگدانه و کاهش مقاومت آن، لازم است اندکی دمای سنگدانه افزایش یابد.

۴- افزودنی های بتن

در شرایط بتن ریزی در هوای سرد بکارگیری سه گروه از انواع افزودنی ‌بتن توصیه می‌شود که بر اساس ویژگی‌های اعمال شده روی بتن، استفاده از آنها دارای قوانین خاص خود است که به صورت اجمالی به بیان آن می‌پردازیم.

الف – مواد حباب هواساز برای بتن: استفاده از این افزودنی زمانی که بتن در زمان عمل‌آوری اشباع شده باشد، توصیه می‌شود. البته باید دقت کنید در صورت استفاده ازحباب هواساز بتن، مخلوط بتنی نباید تا رسیدن به مقاومت ۲۰ مگاپاسکال یخ بزند.

حباب هوا در بتن به صورت مخزنی است که آب منبسط شده در اثر سرما با فشار داخل آن شده و از فشار وارده بر بتن جلوگیری می‌گردد و مقاومت بتن در برابر یخ زدن و آب شدن افزایش می‌یابد. برای استفاده از این مواد افزودنی، بر اساس محیطی که در آن قرار گرفته و اندازه اسمی سنگدانه ها، حدود مشخصی تعریف شده که در ادامه به آن اشاره می کنیم.

شرایط محیطی برای بتن های در معرض یخ زدن و آب شدن به سه دسته زیر تقسیم می شود:

شرايط محيطي متوسط: بتن در معرض دوره هاي يخ زدن و آب شدن و گاهي در معرض رطوبت قرار دارد.

شرايط محيطي شديد: بتن در معرض دوره هاي يخ زدن و آب شدن و پيوسته در معرض رطوبت قرار دارد.

شرايط محيطي خيلي شديد: بتن در معرض دوره هاي يخ زدن و آب شدن و پيوسته در معرض رطوبت و نمك هاي يخ زدا قرار دارد.

با توجه به این شرایط درصد مجاز استفاده از مواد حباب ساز بر اساس جدول زیر می باشد.

دقت داشته باشید که مقادیر فوق را در صورتی که مقاومت فشاری بتن، از ۳۵ مگاپاسکال بیشتر باشد، مقادیر جدول فوق را می توان تا ۱% کاهش داد. 

ب – نمک حاوی کلر:استفاده از این سری نمک‌ها برای جلوگیری از یخ زدن آب بتن مناسب است. البته بتنی که در آن از نمک حاوی کلر استفاده شده باشد، قابلیت کاربرد در مجاورت با فلز را ندارد؛ چرا که یون کلر فعال با فلزات و فولاد واکنش داده و سبب خوردگی آن می‌شود.

ج – روان کننده‌های بتن: استفاده از ترکیبات روان کننده بتن به دلیل کاهش مصرف آب، برای بتن ریزی در هوای سرد بسیار مناسب است.

نکات ساخت و آماده سازی بتن در هوای سرد

برای ساختن بتن در هوای سرد، پیشنهاد میشود از راهکارهای زیر استفاده نمایید:

1. از سیمان پوزولانی و روباره‌ای استفاده نکنید زیرا به دلیل حرارت‌زایی کم، احتمال یخ زدن بتن وجود خواهد داشت.
2. اگر بتن در معرض سیکل یخ و ذوب قرار دارد، ازمواد حباب‌زا استفاده کنید.
3. از طرح اختلاطی استفاده نمایید که نسبت آب به سیمان آن کمتر از ۰٫۵باشد.
4. از محیط سرپوشیده برای حفظ دمای بتن استفاده نمایید. این روش مخصوص کارگاه و کارخانه مجهز بتن است. البته ساخت و نگهداری این فضاها هزینه بالایی دارد، اما گرم کردن مجموعه ماشین‌آلات و مصالح در آینده، هزینه بسیار کمی خواهد داشت.

حمل بتن در هوای سرد

با در نظر گرفتن تمام شرایط بتن ریزی در هوای سرد، در زمان حمل بتن باید کامیون حمل در مدت زمان کمتر از ۹۰ دقیقه به محل بتن‌ریزی برسد. همچنین پوشاندن درب قسمت چرخاننده، مانعی مناسب برای از دست رفتن دمای بتن است.

در کامیون‌های حمل بتن جدید، یک سیستم گرم کننده مخزن تعبیه شده که مشکل حفظ دمای بتن را حل کرده است. مخزن این کامیون دوجداره و دارای گرمکن ویژه است.

اصول و نحوه بتن ریزی در هوای سرد

بتن ریزی در هوای سرد تقریباً همانند بتن‌ریزی در هوای معمولی است؛ با این تفاوت که باید دمای بتن در طول بتن‌ریزی افت پیدا نکند.

اگر زیرساخت حفظ دمای بتن فراهم نباشد، حتماً باید از افزودنی‌های تندگیر بتن با نام تجاری ضدیخ بتن استفاده نمود. این مواد بتن‌ریزی در یخبندان را به کاری بسیار آسان تبدیل کرده است؛ چنان که تا پیش از کشف این افزودنی، پروژه‌های معمولی که امکان گرمخانه نداشتند، به طور کلی تعطیل می‌شدند.

باید بدانید هر چه عمق قالب بتن‌ریزی بیشتر باشد، می‌توان حداقل دمای بتن‌ریزی را کاهش داد؛ یعنی در دمای کمتر از دمای اعلام شده می‌توان بتن‌ریزی کرد. توجه داشته باشید هر چه دمای بتن را بالاتر ببرید، به دلیل افت شدیدتر دما، توجیهی برای بتن‌ریزی در دمای بسیار پایین وجود نخواهد داشت.

حال برای اینکه بتوانیم در زمستان بتن ریزی مناسب و مطمئنی داشته باشیم بهتر است که نکات زیر را رعایت کنیم:

• استفاده از ضدیخ مناسب. 
  سطوح قالب ها و آرماتورها را از یخ و برف بزدایید و در صورت لزوم آنها را گرم نمایید تا حداقل دمای ۲+ درجه سانتیگراد را داشته باشد.
• در درجه حرارت ۵+ و بالاتر پس از استفاده از مواد ضدیخ، بتن را کاملا با استفاده از پوشاننده های مناسب ( برزنت، نایلون و غیره) بپوشانید و محیط را گرم نگه دارید تا در شب هنگامی که هوای گرم فرا می رسد بتن دچار ترک خوردگی نشود.
• در شرایط دمایی زیر ۵+ با گرم کردن سنگدانه ها ، قالب ها و آب (به ترتیب) دمای بتن را در حین کار بالای ۵+ درجه نگه داشته و سپس بتن را با پوشش مناسب گرم نگه دارید .
• مصالح مصرفی جهت ساخت بتن را در معرض وزش باد و هوای سرد قرار ندهید .
• استفاده از سیمان زودگیر (پرتلند نوع ۳) مناسب است. 
• استفاده از سیمان های روباره ای توصیه نمی شود .
• استفاده از مواد حباب زا در بتن هایی که در معرض یخ و آب شدن های متوالی قرار می گیرند الزامی است 
• سنگدانه ها نباید آغشته به یخ و برف باشند (گرم کردن ماسه و استفاده از آب گرم)
• اگر از روان کننده بتن استفاده نشده است اسلامپ نباید بیشتر از ۵۰ میلیمتر باشد.

باید توجه داشت که مطابق قوانین و دستورالعمل های تهیه بتن، استفاده از کلرید کلسیم در بتن مسلح مجاز نیست.

عمل آوری و محافظت از بتن در هوای سرد

بعد از بتن‌ریزی باید به صورت تدریجی (نه ناگهانی) حفاظت بتن را تمام کرد. همچنین با توجه به گیرش طولانی‌تر بتن در هوای سرد، زمان برداشتن قالب در هوای سرد بیش از زمان معمولی خواهد بود.

اگر با ایجاد فضای بسته و گرم کردن محیط بتن‌ریزی، شاهد خشک شدن سریع بتن شدید، باید از مه‌پاش یا رطوبت دهنده دیگر برای بتن استفاده نمایید، زیرا خشک شدن سریع سطح بتن مشکلاتی در گیرش و مقاومت بتن ایجاد می‌کند.

در هواي سرد، آب ناشي از آب‏ انداختگی به مدت طولاني‏ تري بر سطح بتن باقي مي‏ماند. عمليات پرداخت سطح در هواي سرد بايد با دقت بيشتري، به ويژه براي سطوحي كه داراي تردد يا سايش هستند، انجام پذيرد. برای عمل‏آوری بتن تازه و محافظت آن در برابر یخ‏زدن می‏توان از روش‏های زیر استفاده نمود:

• با استفاده از پوشش‏های عایق
• با استفاده از گرم‏کردن بتن و محیط اطراف
• سایر روش‏ها به تایید دستگاه نظارت

قابل ذکر است که باید از روشن كردن آتش بر روي عضو بتني اجتناب گردد. زیرا ايجاد آتش مستقيم بر روي بتن باعث مي‏شود ساختار محصولات هيدراته ‏شده تخريب شود. در هنگام گرم‏ كردن بتن بايد از خشک‏ شدگي سريع آن اجتناب و گرما به صورت يكنواخت بر سطح بتن اعمال شود. در مواردي كه از وسايل گرمازا استفاده مي‏شود و گاز دي اكسيد کربن توليد مي‏شود، گازهاي توليد شده بايد با روش يا وسيله مناسب، نظير لوله دودكش، به بيرون از فضاي بسته اطراف بتن، هدايت شود.

بتن تازه باید در مقابل وزش باد، بویژه پس از برداشتن پوشش‏ها محافظت گردد. باید توجه داشت که از تبخیر زیاد آب و کربناته شدن سطوح بتن در اثر احتراق مواد سوختی برای گرم کردن آن جلوگیری شود، اين امر مي‏تواند به خوردگي سريعتر ميلگردها كمک كند و عمر مفید عضو بتنی را كاهش دهد.

نکته اول:

 عمل آوردن بتن تازه باید تا حداقل مقاومت ۵ مگاپاسکال ادامه داشته باشد.

نکته دوم:

انجام کارهایی که بتن ما را در برابر یخ زدگی محافظت می کند. یکی از این کارها استفاده از پوشش های عایق است. روش دیگر گرم کردن بتن و محیط اطراف است که می تواند بتن را از یخ زدگی محافظت نماید و همچنین می توان با توجه به دستگاه نظارت اقدامات پیشنهادی دیگر را نیز انجام داد.

دقت داشته باشید که از تبخیر زیاد آب و کربناسیون بتن در حین احتراق مواد سوختی برای گرم کردن محیط، جلوگیری شود تا منجر به افت کیفیت بتن نگردد.

نکته سوم:

 بتن باید از وزش باد، بخصوص زمانی که پوشش ها برداشته می شود، محافظت شود.

بر این اساس حداکثر افت مجاز دما پس از ۲۴ ساعت باید با توجه به جدول زیر صورت پذیرد:

اگر با ایجاد فضای بسته و گرم کردن محیط بتن‌ریزی، شاهد خشک شدن سریع بتن شدید، باید از مه‌پاش یا رطوبت دهنده دیگر برای بتن استفاده نمایید، زیرا خشک شدن سریع سطح بتن مشکلاتی در گیرش و مقاومت بتن ایجاد می‌کند.

در هواي سرد، آب ناشي از آب‏ انداختگی به مدت طولاني‏ تري بر سطح بتن باقي مي‏ماند. عمليات پرداخت سطح در هواي سرد بايد با دقت بيشتري، به ويژه براي سطوحي كه داراي تردد يا سايش هستند، انجام پذيرد. برای عمل‏آوری بتن تازه و محافظت آن در برابر یخ‏زدن می‏توان از روش‏های زیر استفاده نمود:

• با استفاده از پوشش‏های عایق
• با استفاده از گرم‏کردن بتن و محیط اطراف
• سایر روش‏ها به تایید دستگاه نظارت

قابل ذکر است که باید از روشن كردن آتش بر روي عضو بتني اجتناب گردد. زیرا ايجاد آتش مستقيم بر روي بتن باعث مي‏شود ساختار محصولات هيدراته ‏شده تخريب شود. در هنگام گرم‏ كردن بتن بايد از خشک‏ شدگي سريع آن اجتناب و گرما به صورت يكنواخت بر سطح بتن اعمال شود. در مواردي كه از وسايل گرمازا استفاده مي‏شود و گاز دي اكسيد کربن توليد مي‏شود، گازهاي توليد شده بايد با روش يا وسيله مناسب، نظير لوله دودكش، به بيرون از فضاي بسته اطراف بتن، هدايت شود.

بتن تازه باید در مقابل وزش باد، بویژه پس از برداشتن پوشش‏ها محافظت گردد. باید توجه داشت که از تبخیر زیاد آب و کربناته شدن سطوح بتن در اثر احتراق مواد سوختی برای گرم کردن آن جلوگیری شود، اين امر مي‏تواند به خوردگي سريعتر ميلگردها كمک كند و عمر مفید عضو بتنی را كاهش دهد.

نکته اول:  عمل آوردن بتن تازه باید تا حداقل مقاومت ۵ مگاپاسکال ادامه داشته باشد.

نکته دوم: انجام کارهایی که بتن ما را در برابر یخ زدگی محافظت می کند. یکی از این کارها استفاده از پوشش های عایق است. روش دیگر گرم کردن بتن و محیط اطراف است که می تواند بتن را از یخ زدگی محافظت نماید و همچنین می توان با توجه به دستگاه نظارت اقدامات پیشنهادی دیگر را نیز انجام داد.

دقت داشته باشید که از تبخیر زیاد آب و کربناسیون بتن در حین احتراق مواد سوختی برای گرم کردن محیط، جلوگیری شود تا منجر به افت کیفیت بتن نگردد.

نکته سوم: بتن باید از وزش باد، بخصوص زمانی که پوشش ها برداشته می شود، محافظت شود.

استفاده از ضد یخ بتن در فصل سرما

معمولا اولین راهی که در هنگام مواجه با مشکل بتن ریزی در هوای سرد مورد استفاده قرار می گیرد، استفاده از مواد ضد یخ بتن یا مواد شتاب دهنده است. این مواد که به شکل های مختلف از جمله پودری و مایع موجود می باشند، واکنش هیدراسیون در بتن را تسریع می کنند. به دلیل آن که این واکنش گرماده است، تسریع آن باعث می شود تا در زمان کوتاه تری گرمای بیشتری تولید شود و دمای مناسب بتن ریزی به این وسیله بالا نگه داشته می شود.همچنین تسریع واکنش هیدراسیون باعث خواهد شد تا بتن زودتر سخت شود.

در این ضد یخ ها معمولا از نمک های مختلفی نیز استفاده می شود. این نمک ها با حل شدن در آب، نقطه انجماد آن را نیز کاهش می دهند. بنابراین ضد یخ های بتن از دو طریق از یخ زدن بتن جلوگیری می کنند. اول با تولید گرمای بیشتر دمای بتن را بالا نگه می دارند. دوم این که نقطه انجماد آب را کاهش می دهند تا یخ زدن آب دشوارتر شود.

در ضد یخ پودری از کلرید استفاده شده است، همین موضوع باعث می شود تا ضد یخ های پودری برای استفاده در بتن های مسلح مناسب نباشند. چرا که یون های کلرید می توانند باعث خوردگی آرماتورهای موجود در بتن مسلح گردند. برای ضد یخ های مایع اما این مشکل وجود ندارد و از این ضد یخ ها می توان در تمامی بتن ها استفاده کرد.

در این مطلب به معرفی چالش ها، دستورالعمل ها و تمهیدات مورد نیاز برای بتن ریزی در هوای سرد پرداختیم. تاثیر هوای سرد بر بتن و مصالح تشکیل دهنده آن را به صورت جداگانه بررسی کردیم و راه کارهای مرسومی را معرفی نمودیم. دیدگاه و پرسش های خود را با ما در میان بگذارید، پاسخگو خواهیم بود.