عمل آوری بتن با بخار – استفاده از بخار در ساخت بتن

عمل آوری بتن با بخار یکی از کاربردهای جالب بخار می باشد. با انجام عمل آوری بتن مقاومت آن تا حد زیادی افزایش می یابد. عمل آوردن بتن در بخار باعث کاهش حباب های هوا در داخل بتن خواهد شد. در ادامه مزایای استفاده از بخار در کیورتینگ بتن به تفصیل بیان خواهد شد.

بررسی تاثیر دما بر بتن و مقاومت فشاری بتن

مشاهده شده است که افزایش دمای عمل آوری بتن باعث تسریع واکنش های شیمیایی هیدراتاسیون می گردد.

از طرف دیگر توجیه کاهش در مقاومت دراز مدت بتن عمل آوری شده در دمای بالا تا حدی در اثر وجود ترک های خیلی ریز ناشی از انبساط حباب های هوا در خمیر سیمان نهفته است.

اثر مخرب انبساط حباب های هوا را می توان با زمان تاخیر طولانی قبل از عمل آوری در بخار  آب کاهش داد.

حداقل زمان تاخیر برای دماهای تا حدود ۴۰ درجه سلسیوس تاخیر ۲ ساعته و برای دمای تا ۵۵ درجه ۳ ساعت و برای دمای ۷۵ درجه ۵ ساعت و برای دمای ۸۵ درجه ۶ ساعت تاخیر در عمل آوری باعث کاهش شدید اثرات نامطلوب حرارت دادن می گردد.

این اثر  (یعنی کاهش در مقاومت دراز مدت بتن عمل آوری شده) در روش عمل آوردن با بخار تحت فشار زیاد کاهش می یابد.

دلیل دیگری که از لزوم دوره تاخیر حمایت می کند، وجود سنگ گچ در سیمان پرتلند می باشد. در دمای زیادتر قابلیت واکنش شیمیایی سنگ گچ کاهش می یابد. بطوریکه بخشی از آن با C3A وارد واکنش نمی شود واین واکنش بعدا صورت می پذیرد.

همواره در عمر اولیه بتن، یک دمای بهینه وجود دارد که منتهی به بالاترین مقاومت در عمر معینی می گردد.

برای بتن ساخته شده در آزمایشگاه با سیمان پرتلند معمولی و یا سیمان اصلاح شده، بهترین دمای نگهداری ۱۳ درجه است. برای سیمان زود سخت شونده ۴ درجه سلسیوس می باشد.

عمل آوردن بتن در بخار آب

استفاده از بخار آب (دیگ و بویلر بخار ) برای عمل آوری بتن در موارد ذیل توصیه می گردد:

• مواقعی که قرار است بتن در زمانی کوتاه مقاومت اولیه خود را کسب کند.
• در مواقعی که لازم است بتوان مقاومت ۲۸ روزه بتن را  طی چند ساعت پس از بتن ریزی کسب نمود

روش های استاندارد عمل آوری بتن با بخار :

چهار روش که در آنها از عمل آوری تسریع شده بخار استفاده می شود توسط استاندارد ۶۴۸-۹۸  ASTM  C  ارایه شده است.

• ۱ -روش A :

افزایش دما ناشی از حرارت هیدراتاسیون سیمان است و نقش اساسی حمام بخار آب ،حفظ حرارت و جلوگیری از هدر رفتن آن می باشد.

• ۲ -روش B :

مانند روش A است با این تفاوت که یک منبع حرارتی حمام بخار آب، را در حالت جوش نگه می دارد.

• ۳ -روش C:

در شرایط بی در رو (آدیاباتیک) رطوبتی و حرارتی انجام می گیرد.

• ۴ -روش D :

نمونه را در ظرفی که فشار داخل آن تا ۱/۳ مگا پاسکال و دمای ۱۴۹ درجه سانتیگراد تنظیم می گردد نگهداری می شود.

بنابراین می توان بیان نمود که عمل آوری بتن در حرارت بخار با دو روش انجام می گیرد:

1. عمل آوری بتن با بخار در فشار متعارف (۱ اتمسفر) – نوع A و B و C
2. عمل آوردن بتن با بخار تحت فشار زیاد – نوع D

پروراندن – عمل آوری بتن با بخار در فشار متعارف :

این روش برای سازه های بتنی در محیط های بسته یا قطعات پیش ساخته به کار می رود و با توجه به مشخصات سازه و شرایط محیط، عمل آوردن را با رعایت نکات ذیل انجام داد.

هدف اصلی از عمل آوری کسب مقاومت اولیه ایست که به اندازه کافی زیاد باشد، بطوریکه بتوان محصول بتنی را در زمان کوتاهی پس از در جا ریختن، جابجا کرد، از قالب خارج کرده و انبار نمود.

۱- مرحله قبل از گرم کردن

ریختن و متراکم کردن بتن و حفظ آن در هوای آزاد تا بتن سخت شود، این زمان پیش از گیرش نهایی است.

۲- مرحله افزایش درجه حرارت

افزایش دمای محیط اطراف بتن تا رسیدن به دمای حداکثر این مرحله حداقل باید ۵/۲ ساعت طول بکشد بطوری که از شیب های حرارتی تند در بتن جلوگیری شود.

روند افزایش دما اثر نامطلوب کمی بر مقاومت دراز مدت بتن دارد ولی حداکثر دما و زمان نگهداری بتن در دمای حداکثر یک عامل اصلی در کاهش مقاومت بتن در ۲۸ روزگی و بعد دارد.

۳- مرحله ثابت نگه داشتن درجه حرارت حداکثر

مرحله سوم ثابت نگه داشتن درجه حرارت حداکثر است.

مدت زمان این مرحله بین ۳ الی ۱۲ ساعت متفاوت است هر چه دما بالاتر باشد زمان کوتاه تر و هر چه دما پایین باشد زمان بلندتر می گردد.

۴- مرحله سرد کردن

چهارمین مرحله کاهش تدریجی دما از دمای حداکثر به دمای مورد نظر در مدت حداقل ۵/۲ ساعت شیب کاهش حرارت با شیب آهنگ افزایش حرارت باید یکسان باشد.

۵- عمل آوری در رطوبت تکمیلی

ممکن است، این عمل برای جلوگیری از خشک شدن سریع و افزایش بعدی مقاومت موثر می باشد.

نکته مهم اینکه مخلوط های بتن با نسبت آب به سیمان پایین خیلی بهتر از مخلوط هایی با نسبت آب به سیمان زیاد به عمل آوری در بخار جواب می دهند و عوارض نامطلوب کمتری را دارند.

بطور خلاصه یک چرخه رضایت بخش برای اعضای سازه ای معمولی از مراحل زیر تشکیل می گردد زمان تاخیری به مدت ۲ الی ۵ ساعت، حرارت دادن با روند ۲۲ الی ۲۴ درجه در ساعت تا حداکثر دمای ۵۰ الی ۷۵ درجه سلسیوس سپس نگهداری در دمای حداکثر و بالاخره فاصله زمانی سرد شدن مانند روند حرارت دادن، کل چرخه بدون در نظر گرفتن زمان تاخیر بیش از ۱۸ ساعت طول نمی کشد.

برای بتن های سبکدانه می توان حرارت حداکثر را تا دمای ۸۸ درجه سلسیوس افزایش داد ولی چنین پیشنهادی نمی گردد.

بتن های عمل آمده در بخار در روش اتوکلاو نسبت به بتن های عمل آمده در بخار آب دارای نفوذ ناپذیری بیشتری هستند.

پروراندن (عمل آوردن) بتن تحت فشار زیاد بخار (اتوکلاو بخار) :

برای عمل آوردن سریع بتن و دست یابی به مقاومت های مورد نظر و قالب برداری سریع استفاده از این روش توصیه می شود.

در  روش عمل آوری بتن با بخار فشار بالا دما و بخار آب و فشار همراه با هم به عضو بتنی که درون اتوکلاو قرار گرفته است تزریق می شود .

بدلیل اینکه فشار بخار در این حالت نسبت به فشار جو بیشتر است موجب می شود که گرما با سرعت بیشتری در عمق بتن نفوذ کند و گیرش سریع شود.

این روش هم از لحاظ نحوه اجرا و هم از لحاظ ماهیت بتن تولید شده با روش عمل آوری بتن با بخار در فشار یک اتمسفر تفاوت دارد.

از آنجا که در این روش عمل آوری بتن با بخار فشارهایی بیش از فشار یک اتمسفر بکار برده می شود، نیاز به اطاق مخصوص بخار یا مخزن فشار با منبع بخار تر پر فشار تولید شده توسط بویلر و دیگ بخار می باشد.

به چنین مخزنی اتوکلاو بخار گویند و عمل آوری در بخار با فشار زیاد را نیز به اسم اتوکلاو نمودن می شناسند.

از مهم ترین خصوصیات این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. مقاومت اولیه زیاد، شیب افزایشی تند.
2. دوام زیاد، مقاومت بتن در برابر عوامل جوی و حمله مواد شیمیایی و سولفات ها بیشتر می شود.
3. جمع شدگی بتن کاهش می یابد.