عملکرد زودگیر بتن در بتن ریزی هوای سرد
ضد یخ بتن، نوعی از افزودنی های بتن است که مانع یخ زدگی آب در بتن قبل عمل هیدراسیون می‌باشد.بتن حاصل واکنش شیمیائی آب و سیمان پرتلند است. طی این واکنش ابتدا سیمان با آب، یک ترکیب ژله ای ایجاد می کند. این ترکیب، حالت سیال ویسکوزی را به وجود می آورد که سنگدانه ها در آن فضا معلق می شوند و با توسعه واکنش شیمیائی، تدریجاً این بخش ژله ای سخت شده و در این راستا سنگدانه ها را به یکدیگر چسبانده و باعث سختی بتن می گردد. این واکنش به واکنش هیدراتاسیون معروف است. سرعت این واکنش شیمیائی تاثیر بسزائی در کیفیت بتن نهائی دارد. از آنجا که محصول واکنش بتن، دارای ساختار کریستالی است، سرعت واکنش، فرمهای مختلفی از ساختار کریستالی را برای بخش سخت شده ژل سیمان ایجاد می کند که در استحکام نهائی بتن، مؤثر می باشد. هر چه سرعت واکنش هیدراتاسیون پائین تر باشد، کریستال های بتن دیرتر تشکیل می شوند ولی ساختار منظم تر و نتیجتاً مستحکم تری دارند و بالعکس با افزایش سرعت واکنش هیدراتاسیون، بتن سریع سخت می گردد ولی ساختار کریستالها بی نظم شده و به علت شکنندگی این ساختار، نتیجتاً بتن نهائی دارای استحکام کمتری است.
عوامل مؤثر در سرعت واکنش هیدراتاسیون به شرح ذیل می باشد:
غلظت بالاتر واکنشگرها (در اینجا سیمان)، ارتباط مستقیم با سرعت واکنش دارد و لذا برای بتن های با عیار سیمان بالاتر، سرعت هیدراتاسیون بیشتر می باشد. در طرح های اختلاط با نسبت آب به سیمان کمتر، این سرعت هیدراتاسیون به همین دلیل بالاتر است.
دمای محیط واکنش، ارتباط مستقیم با سرعت هیدراتاسیون دارد. در تابستان سرعت گیرش بالاتر بوده و در زمستان سرعت پائین تر است. دمای مصالح مصرفی نیز از همین قاعده پیروی می کند. ضمناً برای سازه های بتنی که ضخامت بتن در آنها بیشتر است، گرمای حاصل از واکنش هیدراتاسیون سخت تر از ماتریس بتن خارج می شود و لذا باعث افزایش دمای درونی بتن شده و سرعت واکنش را افزایش می دهد.
تیپ سیمان، عامل مهم دیگری است که در این واکنش نقش دارد. سرعت واکنش هیدراتاسیون با نسبت فاز تری کلسیم آلومینات و تری کلسیم سیلیکات سیمان رابطه مستقیم و با فاز دی کلسیم سیلیکات رابطه عکس دارد. علاوه بر آن سیمان هایی که دانه بندی ریزتر و نرم تری دارند نیز در ساختار شیمیائی برابر، سرعت واکنش بالاتری دارند.
از آنجایی که ساختار کریستالی بتن، نقش مهمی در مقاومت بتن و نهایتاً در دوام بتن دارد، لذا مدیریت سرعت این واکنش شیمیائی بسیار حائز اهمیت است. به منظور این کار آئین نامه های ویژه بتن ریزی در هوای گرم و بتن ریزی در هوای سرد موجود می باشد که پیمانکاران ملزم به رعایت این آئین نامه ها هستند.
مطابق آئین نامه بتن آمریکا، هوای سرد شرایطی است که طی سه روز متوالی متوسط دمای هوا کمتر از ۵ درجه سانتیگراد باشد و طی این سه روز،هیچگاه دما بطور متوالی طی ۱۲ ساعت بالای ۱۰ درجه سانتیگراد نباشد.
معمولاً وقتی صحبت از بتن ریزی در سرما می شود، تصور بیشتر مردم بحث یخ زدگی بتن است در صورتیکه با توجه به تعریف فوق این تصور می تواند غلط باشد و باید تمرکز خود را بر روی واکنش شیمیائی هیدراتاسیون قرار دهیم. این واکنش یک واکنش گرما زا است یعنی طی پیشرفت واکنش گرما آزاد می شود. شروع واکنش نیاز به مقداری انرژی اولیه دارد که همان انرژی اکتیواسیون یا فعالسازی است. چنانچه این مقدار انرژی، به حد لازم نرسد واکنش شروع نمی شود و لذا سخت شدگی سیمان اتفاق نمی افتد. در این حالت پس از مدتی، سنگدانه ها رسوب کرده و آب به سطح بتن می آید و عملاً بتن از حالت یکنواختی خارج می شود. ممکن است که حتی یخ زدگی اتفاق نیفتد ولی همین جدایش باعث می شود کیفیت بتنی که با تاخیر به سختی می رسد از حالت همگنی خارج شود. لذا زمانی که هوا به سمت سرما میل می کند، باید آئین نامه ها به دقت مطالعه گردد.
استفاده حداقل ۳۷۵ کیلوگرم سیمان در هر متر مکب بتن، نسبت آب به سیمان حداکثر ۴۵%، عدم استفاده از سیمانهای پوزولانی و یا پوزولانها در طرح اختلاط و استفاده از مواد افزودنی شیمیائی زودگیر کننده، موارد توصیه ای هستند که در آئین نامه ها نیز به چشم می خورند.
در بین توصیه هائی که برای بتن ریزی در سرما وجود دارند، استفاده از مواد شیمیائی افزودنی، تحت عنوان زودگیر بتن به عنوان یکی از راهکارها، مورد توجه ویژه می باشد. زودگیرها، موادی هستند که باعث افزایش سرعت واکنش هیدراتاسیون می شوند. بعضاً به غلط نام ضدیخ در خصوص این ترکیبات، در این صنعت رایج شده است. لازم به ذکر است که افزودنی های زودگیر و ضدیخ دو طبقه جدا از یکدیگر هستند و مکانیسم عمل متفاوتی دارند.
ضدیخ ترکیبی است که باعث کاهش دمای انجماد آب بتن می شود و یخ زدگی را به تاخیر می اندازد ولی الزاماً در سرعت واکنش، تغییری ایجاد نمی کند. معمولاً ضدیخ برای حفظ ملات یا بتن در دماهایی که پیش بینی می شود برای دوره معینی، حین یا بعد از بتن ریزی و قبل از گیرش بتن، به زیر صفر برسد، استفاده می گردد. بتن ریزی در آن شرایط قواعد خود را دارد که با موضوع این بحث متفاوت است ولی برای حفظ ملاتهای مصرفی در شرایط یخبندان، می توان از ضد یخ استفاده کرد.
اگرچه پایه شیمیائی هر دو دسته زودگیرها و ضدیخها معمولاً نمکهای معدنی است، ولی نمکهائی که بخش کاتیونی کلسیم دارند دارای نقش زودگیری می باشند. نمکهای کلسیم محلول در آب، شامل ترکیبات کلسیم نیترات، کلسیم کلراید، کلسیم فرمیات و کلسیم نیتریت هستند که از بین این ترکیبات، کلسیم کلراید نقش زودگیر کنندگی بیشتری دارد ولی از آنجا که یون کلر در بتن های مسلح باعث خوردگی آرماتور می شود، میزان یون کلر این دسته از بتن ها دارای محدودیت هایی می باشد و لذا برای استفاده از این ترکیبات در بتن مسلح ممنوعیتهایی وجود دارد. اگرچه کنترل میزان کلر در حد قابل قبولی می تواند در بتن وجود داشته باشد و ایجاد مشکل نمی کند ولی اصل محافظه کاری ایجاب می کند که از ورود این ترکیب به بتن جلوگیری شود. کلسیم نیترات دیگر نمک کلسیم بوده که به عنوان زودگیر در این صنعت مصرف زیادی دارد. این ترکیب علاوه بر زودگیری در بتن، خاصیت ضدیخ را نیز داشته، محافظت خوردگی میلگردها را نیز افزایش می دهد و استحکام نهائی بتن را بهبود می دهد.
استفاده از روان کننده بتن و فوق روان کننده های زودگیر نیز در این صنعت رایج است. این مواد برای شرایط سرمای ملایم توصیه می شوند و در شرایطی که هوا سرد می شود، بهتر است که روان کننده و زودگیر به میزان لازم و تفکیک شده استفاده شود.
میزان مصرف زودگیر وابسته به دمای هوا و ضخامت بتن است. با کاهش دما و ضخامت بتن، میزان زودگیر باید افزایش یابد. ضمناً زودگیر باید قبل از بتن ریزی به میکسر افزوده شود و به میزان لازم اختلاط صورت پذیرد و سپس بتن ریزی انجام گیرد ولی تاکید می شود که استفاده زودگیر بتن در هوای سرد به عنوان یکی از کارهایی است که باید انجام داد و موارد دیگر نیز باید مطابق با آئین نامه رعایت شود.
