افزایش مقاومت بتن
مقاومت بتن تحت تأثیر عوامل زیادی مانند کیفیت مواد اولیه، نسبت آب به سیمان، نسبت درشت به دانه دانه، سن بتن، تراکم بتن، دما، رطوبت نسبی و عمل آوری بتن قرار می گیرد.
کیفیت مواد اولیه:
سیمان
در صورتی که سیمان با استاندارد مناسب مطابقت داشته باشد و به درستی (یعنی در شرایط خشک) نگهداری شده باشد، باید برای استفاده در بتن مناسب باشد. سنگدانه ها: کیفیت سنگدانه ها، اندازه، شکل، بافت، مقاومت و غیره تعیین کننده مقاومت بتن است. وجود املاح (کلریدها و سولفات ها)، سیلت و خاک رس نیز باعث کاهش مقاومت بتن می شود. آب: غالباً کیفیت آب با بند "..آب باید برای آشامیدن مناسب باشد" پوشش داده می شود. این معیار اگرچه مطلق نیست و برای آزمایش هدف ساخت آب باید به کدهای مربوطه ارجاع داده شود.
نسبت آب به سیمان
رابطه بین نسبت آب سیمان و مقاومت بتن در نمودار به شرح زیر نشان داده شده است: تأثیر نسبت آب به سیمان بر مقاومت بتن.
هر چه نسبت آب به سیمان بیشتر باشد، فاصله اولیه بین دانه های سیمان بیشتر می شود و حجم فضای خالی باقیمانده که توسط محصولات هیدراتاسیون پر نمی شود، بیشتر می شود. یک چیز در نمودار کم است. برای محتوای سیمان معین، اگر نسبت آب به سیمان کاهش یابد، کارایی بتن کاهش می یابد. نسبت سیمان آب کمتر به معنای آب کمتر یا سیمان بیشتر و کارایی کمتر است. اما اگر کارایی خیلی کم شود، فشرده سازی بتن دشوار می شود و مقاومت کاهش می یابد. برای مجموعه معینی از مواد و شرایط محیطی، استحکام در هر سنی فقط به نسبت آب به سیمان بستگی دارد و می‌توان به تراکم کامل دست یافت.
نسبت درشت / ریز سنگدانه:
برای نسبت درشت/ریزدانه باید به نکات زیر توجه کرد:
اگر نسبت ریزدانه ها نسبت به سنگدانه درشت افزایش یابد، سطح کلی سنگدانه افزایش می یابد.
اگر سطح سنگدانه ها افزایش یافته باشد، نیاز آب نیز افزایش می یابد.
با فرض افزایش تقاضای آب، نسبت سیمان آب افزایش می یابد.
از آنجایی که نسبت آب سیمان افزایش یافته است، مقاومت فشاری کاهش می یابد.
نسبت سنگدانه به سیمان:
برای نسبت سیمان سنگدانه باید به نکات زیر توجه کرد:
- اگر حجم ثابت بماند و نسبت سیمان نسبت به ماسه افزایش یابد، سطح جامد افزایش می یابد.
- اگر سطح مواد جامد افزایش یافته باشد، نیاز آب برای کارپذیری ثابت ثابت می ماند.
- با فرض افزایش محتوای سیمان برای عدم افزایش تقاضای آب، نسبت سیمان آب کاهش می یابد.
- در صورت کاهش نسبت آب سیمان، مقاومت بتن افزایش می یابد.
تأثیر محتوای سیمان بر کارایی و استحکام، نکته مهمی است که باید به خاطر داشت و می توان آن را به شرح زیر خلاصه کرد:
1- برای کارایی معین، افزایش نسبت سیمان در یک مخلوط تأثیر کمی بر تقاضای آب دارد و منجر به کاهش نسبت آب به سیمان می شود.
2- کاهش نسبت آب به سیمان منجر به افزایش مقاومت بتن می شود.
3- بنابراین، برای کارایی معین، افزایش محتوای سیمان منجر به افزایش مقاومت بتن می شود.
سن بتن
درجه هیدراتاسیون مترادف با سن بتن است به شرطی که بتن اجازه خشک شدن نداشته باشد یا درجه حرارت بسیار پایین باشد. در تئوری، به شرطی که بتن اجازه خشک شدن نداشته باشد، آنگاه همیشه افزایش خواهد یافت، البته با سرعتی رو به کاهش. برای راحتی و برای بیشتر کاربردهای عملی، به طور کلی پذیرفته شده است که اکثریت استحکام در 28 روز به دست آمده است.
تراکم بتن
هر گونه هوای محبوس شده ناشی از تراکم ناکافی بتن پلاستیکی منجر به کاهش مقاومت خواهد شد. اگر 10 درصد هوای حبس شده در بتن وجود داشته باشد، مقاومت در محدوده 30 تا 40 درصد کاهش می یابد.
درجه حرارت
سرعت واکنش هیدراتاسیون به دما بستگی دارد. اگر دما افزایش یابد واکنش نیز افزایش می یابد. این بدان معناست که بتن نگهداری شده در دمای بالاتر سریعتر از بتن مشابهی که در دمای پایین تر نگهداری می شود، مقاومت می کند. با این حال، مقاومت نهایی بتن در دمای بالاتر کمتر خواهد بود. این به این دلیل است که شکل فیزیکی خمیر سیمان سخت شده ساختار کمتری دارد و وقتی هیدراتاسیون با سرعت بیشتری انجام می شود، متخلخل تر است. این نکته مهمی است که باید به خاطر بسپارید زیرا دما تأثیر مخرب مشابه اما بارزتری بر نفوذپذیری بتن دارد.
رطوبت نسبی
اگر اجازه داده شود بتن خشک شود، واکنش هیدراتاسیون متوقف می شود. واکنش هیدراتاسیون بدون رطوبت نمی تواند ادامه یابد. سه منحنی توسعه مقاومت بتن های مشابه را در معرض شرایط مختلف نشان می دهد.
کیورینگ یا عمل آوری بتن
با توجه به آنچه در بالا گفته شد، باید مشخص شود که اگر بتن به اندازه کافی برای جلوگیری از هدررفت رطوبت بیش از حد، عمل آوری شود، می توان اثرات مخرب ذخیره سازی بتن در محیط خشک را کاهش داد.
عمل آوری بتن چیست؟
عمل آوری بتن فرآیند حفظ رطوبت کافی در بتن در محدوده دمایی مناسب به منظور کمک به هیدراتاسیون سیمان در سنین اولیه است. هیدراتاسیون واکنش شیمیایی بین سیمان و آب است که منجر به تشکیل مواد شیمیایی مختلف می شود که به گیرش و سخت شدن کمک می کند. فرآیند هیدراتاسیون تحت تأثیر دمای اولیه بتن، دمای هوای محیط، ابعاد بتن و طراحی مخلوط است. بنابراین، برای اینکه این فرآیند به خوبی پیشرفت کند، بتن درجا باید رطوبت کافی و دمایی داشته باشد که به نفع این واکنش شیمیایی با سرعت سریع و مداوم باشد. مؤسسه بتن آمریکا حداقل دوره پخت مربوط به دستیابی به 70 درصد مقاومت فشاری بتن را توصیه می کند. اغلب مشخص می شود که پس از هفت روز درمان می توان به این امر دست یافت. با این حال، زمانی که بتن در دماهای بالاتر عمل می‌کند یا از مواد افزودنی خاصی در مخلوط بتن استفاده می‌شود، می‌توان به مقاومت ۷۰ درصد سریعتر دست یافت. به طور مشابه، زمانی که بتن یا دمای محیط کمتر است، ممکن است زمان بیشتری برای عمل آوری مورد نیاز باشد. به طور معمول، 20 درجه سانتیگراد (68 درجه فارنهایت) دمای پخت ایده آل در نظر گرفته می شود.
چرا عمل آوری بتن مهم است؟
کنترل دقیق رطوبت و دمای بتن در محل شما در طول عمل آوری بخش ضروری کنترل کیفیت و تضمین کیفیت سازه بتنی شما است. تکنیک های عمل آوری مناسب از خشک شدن، انقباض و/یا ترک خوردن بتن درجا جلوگیری می کند و در نهایت بر عملکرد سازه شما به ویژه در ناحیه پوشش تأثیر می گذارد. عمل آوری بتن باید به محض قرار گرفتن انجام شود. همچنین ضروری است که نظارت مداوم بر شرایط عمل آوری بتن به مدت هفت روز انجام شود. اگر آب قبل از رسیدن به حداکثر مقاومت از بتن تبخیر شود، آب کافی در بتن برای هیدراته شدن کامل سیمان و دستیابی به حداکثر مقاومت فشاری باقی نخواهد ماند. این امر به ویژه در شرایط آب و هوایی شدید، زمانی که دال بتنی شما در معرض عناصر مختلف محیطی قرار می گیرد و توسعه مقاومت بتن شما می تواند به خطر بیفتد، صادق است.
3 تکنیک برای عمل آوری کارآمد بتن:
عوامل زیادی بر سرعت تبخیر آب از بتن تازه کار گذاشته شده تأثیر می گذارد. این شامل دمای هوا، رطوبت، دمای بتن و سرعت باد است. در نتیجه، تکنیک های زیادی برای کمک به بتن در حفظ رطوبت در سنین اولیه توسعه یافته است. از این روش ها برای موارد زیر استفاده می شود:
1- حفظ وجود آب در بتن در مراحل اولیه سخت شدن
2- کاهش اتلاف آب از سطح بتن و
3- افزایش مقاومت بتن با تامین گرما و رطوبت اضافی.
روش (یا ترکیبی از روش ها) انتخاب شده به عواملی مانند در دسترس بودن مواد پخت، اندازه، شکل و سن بتن، امکانات تولید (در محل یا در کارخانه)، ظاهر زیبایی و اقتصادی بستگی دارد. در نتیجه، عمل آوری اغلب شامل مجموعه ای از مراحل است که در زمان خاصی با افزایش سن بتن استفاده می شود. زمان هر روش بستگی به درجه سخت شدن بتن مورد نیاز برای جلوگیری از آسیب رساندن به سطح بتن دارد.
1) حفظ رطوبت:
حوض و غوطه ور شدن: حوضچه معمولاً برای خشک کردن سطوح صاف مانند روسازی و کف استفاده می شود، زیرا خاک و ماسه در اطراف محیط سطح بتن می توانند حوضچه ای از آب را حفظ کنند. حوض یک روش ایده آل برای جلوگیری از هدر رفتن رطوبت از بتن است. همچنین برای حفظ دمای یکنواخت در سراسر بتن موثر است. غوطه ور شدن یک عنصر بتنی تمام شده معمولاً برای عمل آوری نمونه آزمایشی استفاده می شود.
سمپاشی و مه پاشی: اسپری و مه پاشی زمانی استفاده می شود که دمای محیط بسیار بالاتر از انجماد باشد و رطوبت هوا کم باشد. مه مه از طریق نازل ها یا سمپاش ها اعمال می شود تا رطوبت نسبی هوا را روی سطوح صاف افزایش دهد و در نتیجه تبخیر از سطح را کاهش دهد. مه پاش برای به حداقل رساندن ترک خوردگی انقباض پلاستیک استفاده می شود. اگر آبپاشی در فواصل زمانی انجام شود، باید از خشک شدن بتن در فاصله بین استفاده از آب با استفاده از کرفس یا مواد مشابه جلوگیری شود. در غیر این صورت، چرخه های متناوب خیس کردن و خشک کردن می تواند باعث ترک خوردن سطح شود.
پوشش های مرطوب اشباع شده: معمولاً از پوشش‌های مرطوب اشباع شده با آب، مانند کرفس، حصیر پنبه‌ای، قالیچه یا سایر پارچه‌های نگه‌دار رطوبت استفاده می‌شود. مواد باید به محض اینکه بتن به اندازه کافی سفت شد برای جلوگیری از آسیب سطح قرار داده شود. آنها باید به طور مداوم مرطوب نگه داشته شوند تا یک لایه آب در طول دوره پخت روی سطح بتن باقی بماند.
فرم های چپ در محل: فرم‌های باقی مانده معمولاً محافظت رضایت‌بخشی در برابر از دست دادن رطوبت برای سطوح بتنی شکل‌گرفته شده ارائه می‌کنند. فرم ها معمولاً تا زمانی که برنامه ساخت و ساز اجازه می دهد در جای خود باقی می مانند. اگر قالب ها از چوب ساخته شده اند، به خصوص در هوای گرم و خشک باید مرطوب نگه داشته شوند.
2) کاهش اتلاف آب
پوشش بتن با کاغذ یا ورق های پلاستیکی غیر قابل نفوذ: کاغذ و ورق های پلاستیکی غیرقابل نفوذ را می توان بر روی بتن کاملا مرطوب مانند فیلم پلی اتیلن اعمال کرد. این ماده یک بازدارنده رطوبت سبک و موثر است که به راحتی اعمال می شود. در حین جاگذاری، سطح بتن باید به اندازه کافی سخت باشد تا از آسیب به سطح جلوگیری شود.
استفاده از ترکیبات کیورینگ تشکیل دهنده غشا: ترکیبات عمل آوری غشایی برای کند کردن یا کاهش تبخیر رطوبت از بتن استفاده می شود. آنها می توانند شفاف یا شفاف و دارای رنگدانه سفید باشند. ترکیبات دارای رنگدانه سفید برای شرایط آب و هوایی گرم و آفتابی برای انعکاس تابش خورشید توصیه می شود. ترکیبات پخت باید بلافاصله پس از اتمام نهایی اعمال شوند و باید با ASTM C3094 یا ASTM C13155 مطابقت داشته باشند.
3) تسریع افزایش مقاومت بتن
بخار زنده: بخار زنده و بخار پرفشار دو روش پخت با بخار هستند. دمای بخار زنده باید در حدود 140 درجه فارنهایت یا کمتر نگه داشته شود تا زمانی که مقاومت بتن مورد نظر حاصل شود.
کویل های گرمایشی: کویل های گرمایش معمولاً به عنوان عناصر تعبیه شده در نزدیکی سطح عناصر بتنی استفاده می شوند. هدف آنها محافظت از بتن در برابر یخ زدگی در طول بتن ریزی در هوای سرد است.
فرم ها یا پدهای گرم شده الکتریکی: قالب ها یا پدهای گرم شده الکتریکی عمدتاً توسط تولیدکنندگان بتن پیش ساخته استفاده می شود.
پتوهای بتنی: پتوهای عایق بتنی برای پوشاندن و عایق کاری سطوح بتنی در معرض دمای انجماد در طول دوره پخت استفاده می شوند. هنگام استفاده از پتوهای بتنی، مطمئن شوید که بتن به اندازه کافی سخت است تا از آسیب سطحی جلوگیری شود.
عمل آوری برای مقاومت فشاری بتن
بتن تازه مخلوط شده معمولاً حاوی آب بیشتری از مقدار مورد نیاز برای هیدراتاسیون سیمان است. با این حال، از دست دادن بیش از حد آب در اثر تبخیر می تواند هیدراتاسیون کافی را به خصوص در سطح دال به تاخیر بیاندازد یا از آن جلوگیری کند. بنابراین این تکنیک ها برای حفظ رطوبت بتن درجا برای هیدراتاسیون مناسب مهم هستند تا بتن بتواند مقاومت فشاری کافی را به دست آورد.
کیورینگ به طور مستقیم بر کیفیت ساختار کلی شما تأثیر می گذارد. افزایش قدرت در سنین اولیه سریع است اما برای مدت نامحدودی کندتر ادامه می یابد. عمل آوری مناسب باعث افزایش دوام، استحکام، آب بند بودن، مقاومت در برابر سایش، پایداری حجم و مقاومت در برابر یخ زدگی و ذوب می شود. فرآیند قرار دادن و عمل آوری بتن در محل به دماهای دقیقی نیاز دارد تا به یکپارچگی ساختاری بتن آسیبی وارد نشود.