مقاله تحلیلی: بتن‌ ریزی حجیم

مشکلات زیادی هنگام بتن‌ریزی حجیم ممکن است به وجود آید، به‌خصوص زمانی که این بتن‌ریزی مربوط به اجزای بتن مسلح در ساختمان‌ها باشد. این اجزا که اکثراً شامل پی‌های گسترده، کلاهک شمع‌ها، پایه‌ها و اجزای انتقالی هستند، با دیگر سازه‌های مسلح مانند سدها و دیوارهای حائل به دلیل تنش‌های بالا، مقدار آرماتورها و استفاده از بتن پر مقاومت، متفاوت هستند. بتن‌ریزی حجیم در ساختمان‌ها چالش‌های منحصربه‌فردی را به همراه دارد.

بتن حجیم: چه زمانی کاربرد دارد؟

تعریف بتن حجیم طبق موسسه بتن آمریکا (ACI) عبارت است از: «هر حجمی از بتن با ابعاد به‌اندازه کافی بزرگ که نیاز به تدابیری برای کنترل تولید گرمای هیدراسیون سیمان و تغییرات حجم برای کاهش ترک‌خوردگی داشته باشد». باوجود اینکه هیچ ضخامت خاصی عنوان نشده است، سه فوت اغلب به‌عنوان آستانه ابعاد برای فرآیند بتن حجیم در نظر گرفته می‌شود. به خاطر داشته باشید که ممکن است شرایطی وجود داشته باشد که در آن ضخامت عضو کمتر از سه فوت باشد و نیاز به بتن حجبم داشته باشد. تشخیص نهایی این کار به صلاحدید مهندس سازه بستگی دارد.

ACI 207

کمیته ACI 207 گزارش‌های متعددی برای راهنمایی در استفاده از بتن حجیم ارائه می‌دهد. ACI 207.1، راهنمای بتن حجیم، منبع اولیه برای استفاده از بتن حجیم در المان‌های سازه‌ای است. بسیاری از داده‌ها برگرفته از تجارب ایالات‌متحده در ساخت سد است. در طول دوره ساخت این سازه‌های بزرگ یعنی حدود بیش از صدسال قبل، مسائل مربوط به بتن‌ریزی حجیم ظهور کرد. مقاومت بتن موردنیاز در مورد سدها در طی دوران طلایی سدسازی امریکا (معمولاً کمتر از 5000 psi) نسبت به ضوابط فعلی در خصوص مقاومت اجزای ساختمانی که مقاومت بتن در آن‌ها ممکن است از 10000 psi هم بیش‌تر باشد، کمتر بود. هرچند بسیاری از توصیه‌های ACI 207 می‌تواند برای این نوع سازه‌ها مفید باشد، اما دیگر توصیه‌های ACI 207 ممکن است برای اجزای ساختمانی کاربرد نداشته باشد.

اهداف بتن‌ریزی حجیم

ACI گرمای تولیدشده در داخل عضو به دلیل هیدراسیون را نگرانی اصلی در بتن‌ریزی حجیم می‌داند. همین گرماست که اگر کنترل نشود، می‌تواند اثرات مخربی بر اجزای بتنی داشته باشد. این اثرات می‌تواند شامل ترک‌خوردگی، تشکیل تأخیری اترینگایت (DEF) و دیگر مشکلات باشد. دیگر نگرانی اصلی در بتنی ریزی حجیم، شکل‌گیری احتمالی درزهای سرد در اجزا است. این مشکل معمولاً در سازه‌های ساختمانی که بتن‌های پر مقاومت‌تر در آن‌ها استفاده می‌شود و زمان گیرش بتن سریع‌تر است، اتفاق می‌افتد.

بتن‌ ریزی حجیم

دماها

ACI 301 دو محدودیت برای دما تعیین کرده است:

الف) حداکثر دمای بتن نباید از 160 درجه فارنهایت در طول عمل‌آوری بیشتر شود.

ب) حداکثر دمای تفاضلی بین مرکز و سطح بتن‌ریزی شده نباید از 35 درجه فارنهایت بیشتر شود.

این محدودیت‌ها برای جلوگیری از تشکیل تأخیری اترینگایت (DEF) که می‌تواند باعث ترک‌خوردگی و کاهش مقاومت بتن شود، تعیین شده‌اند. هرچند این محدودیت‌های دمایی ممکن است قابل‌ملاحظه به نظر نرسند، اما رعایت آن‌ها اغلب سخت است، به‌خصوص در مورد محدودیت دمای تفاضلی.

توصیه می‌شود بتن‌ریزی با دمای اولیه پایین‌تر برای جلوگیری از رسیدن دمای آن به این محدوده انجام گردد. روش‌های معمول برای پایین نگه‌داشتن دمای بتن شامل ریختن یخ شکسته در ترکیب به‌جای بخشی از آب در طرح اختلاط و استفاده از سنگ‌دانه سرد شده است. برای مواقعی که دمای محیط بالا است ممکن است لازم باشد که پس از بتن‌ریزی هم بتن را سرد کنیم. به‌جز در مواقعی که از عایق استفاده می‌شود، استفاده از آب روی دال حین عمل‌آوری برای جلوگیری از کاهش آب و کمک به عمل‌آوری ضروری است.

در یک عضو بتنی معمولی، یک افت دمایی بین داخل عضو که گرما در آن به دام می‌افتد و سطح خارجی که گرما را به جو منتقل می‌کند ایجاد می‌شود. در آب‌وهواهای سردتر عایقی به بالای دال اضافه می‌شود تا افت گرمایی کنترل شود و از سرد شدن سریع‌تر سطح بتن نسبت به قسمت مرکزی جلوگیری شود. تلاش برای ثابت نگه‌داشتن اختلاف دما به‌اندازه 35 درجه فارنهایت وقتی‌که داخل بتن با چندین فوت بتن رو و زیر آن عایق شده است و در حال تولید گرما هم هست (هنگامی‌که بتن داخلی در معرض دماهای جوی سردتری قرار دارد) حتی با استفاده از پتوهای عایق هم سخت است. توجه داشته باشید که محدودیت 35 درجه‌ای یک توصیه کلی برای جلوگیری از خرابی بتن به دلیل جدا شدن لایه‌های بتن است، اما اغلب مهندس ناظر می‌تواند با صلاحدید خود تعیین کند که تفاضل دمای بیشتری هم قابل‌قبول است یا خیر.

بتن‌ ریزی حجیم

طرح اختلاط

بسیاری از توصیه‌های ارائه‌شده برای طرح اختلاط بتن‌ریزی حجیم، حرارت هیدراسیون را کاهش داده یا کند می‌کند تا از این طریق تغییرات دمایی و در نتیجه مقدار شکل‌گیری ترک کاهش پیدا کند. کاهش مقدار سیمان در طرح اختلاط بسیار ضروری است. جایگزینی سیمان با خاکستر و سرباره (و امروزه پوزولان‌ها) می‌تواند به حفظ مقاومت کمک کنند. استفاده از سنگ‌دانه‌های بزرگ‌تر می‌تواند مفید باشد؛ بااین‌وجود این کار ممکن است به دلیل تراکم آرماتورها و اندازه سنگ‌دانه‌ها به دلیل روش بتن‌ریزی سخت باشد. افزودنی‌هایی که برای هوازایی، کاهش آب، زمان گیرش، کاهش جمع شدگی، مقاومت و دوام استفاده می‌شوند را می‌تواند برای کاهش یا کند کردن حرارت هیدراسیون تنظیم کرد.

کنترل دمای بتن

کنترل دمای بتن در بتن‌ریزی حجیم معمولاً با استفاده از ترموکوپل‌ها انجام می‌شود. این حسگرها قبل از عملیات بتن‌ریزی در عضو جای داده می‌شوند. اغلب مهندس سازه یک شبکه سه‌بعدی می‌سازد که امکان رسم افت دمایی در سطح مقطع عضو را ایجاد می‌کند. حسگرها دما در عضو را گزارش کرده و به مهندس امکان تائید قرار گرفتن دماها در بازه مطلوب، از شروع بتن‌ریزی تا تکمیل عملیات عمل‌آوری را می‌دهد. وقتی دما به حدود بازه مطلوب نزدیک شود، می‌توان تغییراتی مانند اضافه کردن یا حذف لایه‌های عایق برای متعادل کردن دما در فرآیندهای عمل‌آوری را ایجاد کرد. بتن‌ ریزی حجیم

درزهای سرد

درز سرد زمانی شکل می‌گیرد که بتن ریخته شده در عضو شروع به گرفتن می‌کند و لایه بعدی هنوز در حال ریخته شدن است. شکل‌گیری درز سرد یکپارچگی را کاهش می‌دهد و برخلاف درزهای طراحی‌شده، معمولاً محل آن تصادفی بوده و به‌صورت افقی یا شیب‌دار است.

اجتناب از شکل‌گیری درز سرد نیازمند برنامه‌ریزی قبلی است. در طول جلسه قبل از بتن‌ریزی و قبل از شروع عملیات بتن‌ریزی حجیم، باید ترتیب بتن‌ریزی برنامه‌ریزی و موردبحث قرار گیرد و تعداد نقاط بتن‌ریزی تعیین گردد. ترتیبی که برای بتن‌ریزی در نظر گرفته‌شده است باید به‌گونه‌ای باشد که از رها کردن مناطق خاص برای دوره طولانی به‌صورت که بتن بتواند قبل از ریخته شدن بقیه بتن سفت شود، اجتناب گردد. حداکثر کردن تعداد نقاط بتن‌ریزی باعث می‌شود که بتن به حد امکان جاری بماند. ممکن است در جلسه قبل از بتن‌ریزی مشخص شود که به دلیل محدودیت‌های موجود در سایت، ایجاد درز سرد در عضو محتمل است. ممکن است لازم باشد که مهندس با اضافه کردن درزهای ساختمانی در عضو سازه‌ای خطر ایجاد درز سرد را کاهش دهد و انتقال نیروها را به‌صورت ایمن تأمین کند.

استفاده از افزودنی تأخیری برای افزایش دوره کارایی بتن مهم است و می‌تواند به کنترل دما کمک کند. یک فرآیند معمول این است که کامیون‌های اول را با حداکثر مجاز افزودنی شروع کرده و سپس به‌تدریج مقدار افزودنی را در طول بتن‌ریزی کاهش دهیم. کاهش افزودنی در طول بتن‌ریزی به کارا ماندن بتن کمک کرده و قابلیت ادامه کار را برای پیمانکار افزایش می‌دهد. جاری بودن بیشتر بتن در هنگام بتن‌ریزی فشار ایجادشده روی سیستم قالب‌بندی را افزایش می‌دهد. به‌علاوه برای اکثر المان‌ها، کارگران باید تا زمانی که کار فرآیندهای پرداخت و عمل‌آوری به پایان برسد در کارگاه بمانند. درصورتی‌که افزودنی تأخیری تا آخرین کامیون‌ها با حداکثر مقدار مجاز به کار برود، کارگران باید ساعت‌های بیشتری را در کارگاه بمانند تا بتوانند عمل‌آوری را انجام دهند. کاهش مقدار افزودنی به افزایش بهره‌وری نیروی انسانی هم کمک می‌کند.

توضیح ویراستار:

تشکیل تأخیری اترینگایت: به فرآیند تشکیل ناهمگن بلورهای اترینگایت درسیمان پس از سخت شدن کامل گفته می‌شود که در آن ترکیبات سولفاتی از خود سیمان تأمین شوند. این بلورها «اترینگایت ثانویه» نامیده می‌شوند. بنا بر تعریف، این فرآیند نوعی حمله سولفات داخلی است

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.