کیورینگ و اهمیت آن
عمل‌آوری در لغت به معنای «حفظ رطوبت بتن در دمای اتمسفر» است، اما در اصطلاح به مجموعه فرآیندهایی اطلاق میشود که به منظور حفظ رطوبت و دمای رضایتبخش بتن تازه ریخته شده در مدت زمان معین انجام میشود. شاید این زمان به نوع قالب بستگی داشته باشد، مثلا قالب مدولار باشد یا نوع دیگر.
رطوبت بتن در واکنش گرمازای سیمان و آب یا قرار گرفتن در معرض عوامل محیطی مختلف، مانند باد و گرما به شدت کم شده و موجب بروز مشکلاتی در بتن میشود. از این رو لازم است رطوبت بتن در مدت زمان مشخص توسط سازمان‌های جهانی حفظ شود تا بتن به حداکثر مقاومت خود برسد. بر این اساس لازم است عملیات عمل‌آوری در دو مرحله انجام شود:
- انجام فرآیندهایی که مانع از اتلاف رطوبت بتن میشود: بهترین زمان کیورینگ بتن بلافاصله پس از بتن‌ریزی است، زیرا بتن با قرار گرفتن در شرایط آب و هوایی گرم، باد و…، به سرعت رطوبت خود را از دست داده و خشک میشود و مقاومت آن به مقدار زیادی از بین می‌رود.
بتن بدون عمل‌آوری، ۵۰% از مقاومت بتن عمل‌آوری شده را دارد.
- حفظ دمای مطلوب برای هیدراتاسیون سیمان در بازه‌ی زمانی مشخص: از آن‌جا که هیدراتاسیون فرآیندی گرمازا است، افزایش دمای محیط باعث افزایش سرعت آن و کاهش طول بازه کیورینگ میشود. این کاهش طول مدت و زمان کیورینگ، باعث کاهش مقاومت نهایی بتن می‌گردد. پس انتخاب شیوه عمل‌آوری مناسب، به کنترل دما در طول زمان تعیین شده برای هیدراتاسیون کمک می‌کند.
منظور از مدت زمان کیورینگ بتن، بازه زمانی است که طی آن بتن با توجه به هدف ساخت، سخت شده و به مقاومت نهایی می‌رسد؛ برای مثال: مدت و زمان عمل آوری بتن برای پیاده‌روها بدون اینکه اثری از رد پا روی آن باقی بماند، برابر با ۲۴ تا ۴۸ ساعت است.
این در حالی است که زمان کیورینگ بتن برای کسب مقاومت ۷۰% و رسیدن به مرحله‌ای که توان کافی برای تردد خودروهای سبک داشته باشد، برابر با ۷ روز است. علاوه بر آنچه گفته شد، مدت کیورینگ بتن در پارکینگ‌ها و جاده‌هایی که ماشین‌‌های سنگین تردد دارند، ۲۸ روز است تا بتن به مقاومت کامل برسد و دچار شکستگی، نشست و… نشود.
حداقل مدت و زمان عمل آوری بتن بر اساس استاندارد ACI 301
بر اساس استاندارد ACI 301 در اکثر سازه‌های بتنی، حداقل زمان عمل‌آوری بتن در میانگین دمای بالای ۵ درجه سانتیگراد، برای کسب ۷۰% از مقاومت فشاری یا خمشی برابر با ۷ روز است.
البته در صورت استفاده از بتن با استحکام اولیه میتوان طول دوره عمل‌آوری را تا ۳ روز نیز کاهش داد. همان طور که در نمودار زیر مشخص شده، برای کسب ۵۰% از مقاومت نهایی به زمان کیورینگ ۳ تا ۷ روز نیاز است. برای کسب ۷۵% مقاومت فشاری نهایی، به زمان عمل‌آوری ۱۴ روز نیاز است و برای کسب ۹۰% از مقاومت، به مراقبت ۲۸ روزه از بتن نیاز است. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که با گذشت زمان، مقاومت بتن افزایش می‌یابد.
مدت زمان کیورینگ بتن
حداقل مدت و زمان عمل آوری بتن بر اساس استاندارد IS 456
طبق استاندارد IS-456، عمل‌آوری بتن باید تا زمان کسب مقاومت ۷۰ تا ۸۰ درصدی ادامه یابد. همچنین مطابق این استاندارد، سیمان پرتلند معمولی باید حداقل به مدت ۷ روز عمل‌آوری شود و در صورت استفاده از سیمان مخلوط با افزودنی‌های معدنی، حداقل دوره کیورینگ بتن باید تا ۱۰ روز افزایش یابد. جهت اطلاعات بیشتر تا انتهای مطلب همراه کارشناسان سپنتا باشید.
عوامل مؤثر بر مدت و زمان عمل آوری بتن
زمان عمل‌آوری برای هر سازه بتنی به عوامل داخلی و خارجی، مانند: نوع سیمان مصرفی، نسبت سطح به حجم سازه، اندازه و شکل سازه‌ی بتنی، شرایط و دمای محیط، مقاومت تعیین شده در طرح اختلاط و روش کیورینگ وابسته است. در این بخش به بررسی سه عامل مؤثر بر مدت و زمان عمل آوری بتن می‌پردازیم.
الف) تأثیر نوع سیمان
کیفیت و نوع سیمان، یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر مدت زمان عمل‌آوری است. بر این اساس، سیمان نوع ۴ و پوزولانی ویژه، بیشترین زمان کیورینگ را به خود اختصاص می‌دهند. سیمان نوع ۱، ۲ و پرتلند معمولی، برای عمل‌آوری به زمان کیورینگ میانه نیاز دارند و سیمان‌های زودگیر، مانند پرتلند نوع ۳ – که در آن، به دلیل وجود افزودنی‌های زودگیرکننده مانند انواع ، نسبت آب به سیمان پایین و عیار سیمان بالاست – به کوتاه‌ترین زمان کیورینگ نیاز دارند.
جدول زیر حداقل مدت و زمان عمل آوری سازه‌های بتنی را بر اساس نوع سیمان نمایش میدهد.
| مدت و زمان عمل آوری | نوع سیمان |
| ۷ روز | تیپ ۱، ASTM C 150: برای استفاده در مواقعی که خواص ویژه مشخص شده برای انواع دیگر سیمان مورد نیاز نیست. |
| ۱۰ روز | تیپ ۲، ASTM C 150: استفاده عمومی، به ویژه زمانی که مقاومت متوسط نسبت به سولفات مورد نظر است. |
| ۳ روز | تیپ ۳، ASTM C 150: برای استفاده در زمانی که مقاومت اولیه بالا مورد نظر است. |
| ۱۴ روز | تیپ ۴، ASTM C 150: برای استفاده در زمانی که حرارت کم هیدراتاسیون مورد نظر است. |
| ۱۴ روز | تیپ ۵، ASTM C 150: برای استفاده در زمانی که مقاومت در برابر سولفات بالا مورد نظر است. |
| مختلف | سیمان هیدرولیک، سیمان هیدرولیک آمیخته، سیمان هیدرولیک منبسط شونده |
زمان عمل‌آوری بتن، بر اساس نوع سیمان
البته باید خاطر نشان کرد شرایط محیطی و مجموعه عوامل تبیین شده بر طول دقیق زمان کیورینگ مؤثر است. بر این اساس اگر بتن در دمای میانگین محیطی ۵ درجه سانتیگراد یا بالاتر باشد، حداقل مدت و زمان عمل آوری بتن مطابق جدول بالا یا زمان کسب مقاومت ۷۰% فشاری یا خمشی محاسبه میشود.
حال چنانچه آزمایش بتن انجام نشود، بتن باید در دمای بالای ۱۰ درجه سانتیگراد نگهداری شده و برای مدت مشخص شده در جدول بالا تحت مراقبت قرار گیرد. دلیل این امر آن است که واکنش شیمیایی بتن در دمای حدود ۷ درجه سانتیگراد متوقف شده و بتن دیگر مقاومت کافی نخواهد داشت.
واکنش شیمیایی بتن در دمای حدود ۷ درجه سانتیگراد متوقف شده و بتن به مقاومت کافی نخواهد رسید.
اما چنانچه میانگین دمای محیطی کمتر از ۵ درجه سانتیگراد باشد، باید مطابق استانداردهای کیورینگ در آب و هوای سرد عمل کرد تا بتن از خطرات ناشی از چرخه‌های یخ‌زدگی و ذوب محافظت شود، چرا که در غیر این صورت دوام بتن به خطر می‌افتد.
ب) طرح اختلاط بتن
بتن معمولی با نسبت آب به سیمان ۰٫۴۳ نسبت به بتن حاوی مواد افزودنی معدنی مانند دوده سیلیسی، سرباره متاکائولن با نسبت آب به سیمان کمتر از ۰٫۴۳%، مدت زمان کیورینگ کوتاه‌تری دارد. البته اگر دوام بتن در طرح اختلاط اهمیت داشته باشد، توجه به ارزیابی‌های آزمایشگاهی، مستندات تاریخی و...، می‌تواند مدت زمان کیورینگ را تا ۲ برابر افزایش دهد.
ج) شرایط محیطی
مهم‌ترین شرایط محیطی مؤثر در بحث کیورینگ و مراقبت از بتن، دمای محیط، وزش باد و حجم رطوبت هوا است. بر این اساس مدت و زمان کیورینگ بتن در شرایط خوب، یعنی زمانی که سازه‌ی بتنی در مقابل تابش مستقیم خورشید و وزش باد محافظت شده و رطوبت نسبی آب بیش از ۸۰% است، در کمترین میزان خود است.
در مقابل زمانی که سازه‌ی بتنی در محیطی خشک (رطوبت نسبتی کمتر از ۵۰%) قرار دارد و به درستی در مقابل تابش نور خورشید یا وزش باد محافظت نشده، بیشترین مقدار کیورینگ را به خود اختصاص میدهد.
توجه داشته باشید مدت زمان کیورینگ به تنهایی، توسط هر یک از این سه فاکتور کنترل نمی‌شود، بلکه جمیع این فاکتورها بر تعیین مدت و زمان کیورینگ بتن مؤثر است.
برای مثال طبق استاندارد IS 456 – ۲۰۰۰، بتن تهیه شده از سیمان پرتلند معمولی در شرایط آب و هوایی گرم و خشک، نباید کمتر از ۷ روز عمل‌آوری شود، در حالی که طول مدت کیورینگ بتن حاوی مواد افزودنی معدنی در چنین شرایطی باید حداقل ۱۰ روز باشد. در شرایط آب و هوایی سرد نیز، طول زمان کیورینگ بتن OPC برابر با ۱۰ روز بوده و مدت و زمان عمل آوری بتن مخلوط با مواد افزودنی معدنی، حداقل ۱۴ روز است.
حداقل زمان عمل‌آوری سازه‌های مختلف
مدت و زمان کیورینگ بتن در هر سازه توسط عوامل متعددی کنترل میشود؛ برای مثال: طول مدت کیورینگ دال‌ها، بسته به دما و شرایط محیطی که در آن قرار دارند، متفاوت است، اما به طور کلی بر اساس ACI 301، حداقل دوره عمل‌آوری آنها برای دستیابی به مقاومت فشاری ۷۰% برابر با ۷ روز است.
بر اساس ACI 301، حداقل دوره عمل‌آوری برای دستیابی به مقاومت فشاری ۷۰% برابر با ۷ روز است.
این استاندارد در مورد سازه‌های درجا نیز پابرجا است، البته در بخش‌هایی مانند ستون‌ها که مقاومت ۴۰ مگاپاسکال مدنظر است، مدت زمان عمل‌آوری تا ۲۸ روز یا بیشتر ادامه پیدا می‌کند.
بنابراین لازم است پیش از بتن‌ریزی، شرایط محیطی، اهداف مقاومتی تعیین شده و… با دقت ارزیابی شود. در جدول زیر می‌توانید، حداقل مدت و زمان کیورینگ سازه‌های مختلف بتنی را در میانگین دمای محیطی ۵ درجه سانتیگراد مشاهده کنید.
چرا عمل آوری بتن یا کیورینگ را انجام دهیم؟
چند دلیل مهم عمل آوری کیورینگ بتن عبارتند از:
الف: دستیابی به مقاومت از پیش تعین شده
تست های آزمایشگاهی نشان می دهند که بتن در محیط های خشک بالغ بر نیمی از مقاومت خود را در مقایسه با بتنی که در محیطی مرطوب عمل آوری شده است از دست می دهد. بتنی که در دمای بالا ریخته شده است به سرعت به مقاومت اولیه می رسد اما به مرور زمان ممکن است از مقاومتش کاسته شود. ریختن بتن در هوای سرد بدون تمهیدات لازم موجب می شود که زمان بیشتری طول می کشد تا بتن مقاومت اولیه را کسب کند و همچنین در معرض یخ زدگی قرار خواهد گرفت.
ب: بهبود دوام و پایایی بتن در برابر عوامل محیطی
بتن خوب عمل آوری شده سطحی سخت تر ونیز مقاوم تر در برابر آب سطحی و سایش خواهد داشت. همچنین عمل آوری مناسب و خوب نفوذ پذیری بتن را کاهش میدهد که این عمل مانع از ورود رطوبت و مواد شیمیایی مخرب موجود در آب به درون بتن می شود. در نتیجه را منجر می شود.
حداقل زمان عمل آوری یا کیورینگ بتن چقدر می باشد؟
رطوبت مورد نیاز برای عمل آوری یا کیورینگ بتن:
از بتن باید در مقابل از دست دادن رطوبت تا زمانی که اندود کاری نهایی صورت می گیرد با استفاده از روش های مناسبی مانند مانع باد، اسپری های پرکننده برای جلوگیری از پدید آمدن ترک های انقباضی خمیری محافظت نمود. پس از تسطیح نهایی، سطح بتن باید حداقل برای مدت چند روز به طور مداوم مرطوب یا پوشیده بماند تا از فرایند تبخیر جلوگیری شود. برای مثال به جدول زیر توجه کنید:
نکته: مقادیر ارائه شده در جدول فوق تقریبی بوده و براساس آزمایش مقاومت سیلندری.
|
حداقل زمان مورد نیاز برای عمل آوری به طوری که به نیمی از مقاومت مشخص شده برسد |
||
| سیمان تیپ 1 | سیمان تیپ 2 | سیمان تیپ 3 |
| درجه حرارت:10 درجه سانتیگراد | ||
| روز | 9 روز | 3روز6 |
| درجه حرارت:21 درجه سانتیگراد | ||
| روز | 6روز | 3روز4 |
✔ سیستم هایی که بتن را مرطوب نگه میدارند
- گونی و یا حصیرهایی کتانی و یا آبپاش. بایستی دقت شود تا به پوشش هایی که اشاره شد اجازه ی جذب آب و خشک نمودن بتن داده نشود. لبه ها ی بتن نیز باید پوشانده شوند
- زمین مرطوب، ماسه، یا خاک اره را میتوان برای عمل آوری محل کار به کار برد، مخصوصا کف ها. بایستی دقت شود تا هیچ گونه تجمع زنگ آهن و مواد آلی در مصالح به کار رفته دیده نشود.
- آب پاشیدن مداوم سبب می شود تا دمای هوا بالای نقطه انجماد قرار بگیرد. نباید به بتن ما بین خیس شدن ها اجازه ی خشک شدن داد. زیرا خیس و خشک شدن متناوب در هنگام عمل آوری قابل قبول نیست.
کنترل دما در حداقل زمان عمل آوری بتن
در هوای سرد در 24 ساعت اولیه نباید به بتن اجازه داد تا با سرعتی بیش از 3 درجه ی سانتی گراد در هر ساعت سرد شود. بتن تا زمانیکه به مقاومت فشاری مناسبی (حداقل 3٫5 مگاپاسکال) برسد باید در مقابل یخبندان توسط مصالح عایق محافظت شود. روش های عمل آوری بتن که رطوبت را حفظ می کنند در زمانی که احتمال یخبندان وجود دارد به جای عمل آوری خیس استفاده می شوند.
در هوای گرم، دمای اولیه ی عمل آوری بالاتر منجر به دستیابی سریع تر به مقاومت می شود و مقاومت نهایی را کاهش می دهد. در تابستان عمل آوری با آب می تواند منجر به دمای پایین تری جهت عمل آوری بتن شود. تغییرات دمای شب وروز که بیشتراز 3 درجه ی سانتی گراد در هر ساعت باشد، در 24 ساعت اولیه مجاز نمی باشد.
یکی از قسمت های مهم در عملیات بتن، عمل آوری بتن است. ، یعنی نگه داشتن مقدار رطوبت و دمای بتن در حدی رضایت بخش در طی دوره ای مشخص، که بلافاصله پس از بتن ریزی و اتمام عملیات پرداخت آغاز می شود، چنانکه بتن بتواند به خواص مورد نظر برسد به عبارت دیگر فرایندی که از افت رطوبت بتن جلوگیری کرده و دمای بتن در حد رضایت بخش حفظ شود، را عمل آوری بتن گویند. عمل آوری بتن بر خواص بتن سخت شده مانند دوام، مقاومت، آب بندی، مقاومت سایشی، ثبات حجمی، مقاومت در برا بر یخ زدن و آب شدن، نمک های یخ زدا، تاثیر بسزایی می گذارد.
✔ اهداف عمل آوری یا کیورینگ بتن
- جلوگیری از کاهش رطوبت یا تامین رطوبت از دست رفته
- حفظ دمای بتن در حدی مطلوب به مدت زمانی معین
- توسعه مقاومت بتن با تکمیل عملیات هیدراسیون سیمان
مدت عمل آوری (حداقل زمان) یا کیورینگ بتن
مدت زمانی که بتن باید از نظر کاهش رطوبت محافظت شود، به نوع سیمان، نسبت اجزای مخلوط ، مقاومت مورد نیاز، اندازه و شکل عضو بتنی، هوای محیط و به شرایط بعدی که بتن در معرض آن قرار خواهد گرفت، بستگی دارد. در این مقاله همه شرایط یکسان فرض شده و فقط نوع سیمان مصرفی (سیمان پرتلند دو – سیمان پرتلند پوزولانی) که اکثرا” در سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرد، بررسی و نتیجه گیری می شود.
تاثیر عمل آوری در رطوبت بر مقاومت را می توان به صورت نمودار زیر که برای بتن با نسبت آب یه سیمان 50/0 به دست آمده است، مشاهده کرد.
تاثیر عمل آوری در رطوبت بر مقاومت
نمودار فوق نشان می دهد که بتن ساخته شده با و نگهداری شده در محیط کارگاهی، و بدون عمل آوری و مراقبت تقریبا” 52 درصد مقاومت مورد نیاز را کسب می کند و پس از سه روز، هفت روز، حالت مرطوب کامل به ترتیب 78 درصد و 90 درصد و 125 درصد افزایش می یابد.
بتن ساخته شده با سیمان پرتلند پوزولانی به علت پایین بودن میزان حرارت هیدراتاسیون این نوع سیمان نسبت به سیمان های دیگر و ماهیت دیرگیر بودن آن تا 90 روزه، درصد کمتری نسبت که سیمان پرتلند دارد و نگهداری بیشتری را می طلبد.
دمای محیط و تاثیر آن بر بتن
دما محیط فاکتور مهمی در عمل آوری بتن می باشد، بی شک افزایش درجه حرارت عمل آوری باعث تسریع واکنش های شیمیایی هیدراسیون می گردد، ولی اثرات نامساعد درجه حرارت زیاد بر مقاومت بعدی در عمر بتن متفاوت است. در روزهای اول عمر بتن که رطوبت مورد نیاز عمل هیدراسیون در داخل بتن وجود دارد، افزایش درجه حرارت روند کسب مقاومت بتن را افزایش می دهد. اما بعد از 28 روز که عملیات هیدراسیون نسبتا” تکمیل شده است، افزایش درجه حرارت موجب کاهش رطوبت بتن می شود و روند کسب مقاومت بتن کاهش می یابد.
حداقل نسبت آب به سیمان برای هیدراسیون کامل سیمان تقربیا 22/0 تا 25/0 است. مادام که سیمان هیدرات نشده موجود باشد، افزایش مقاومت بتن نسبت به زمان ادامه می یابد، مشروط بر اینکه بتن مرطوب باقی بماند یا رطوبت نسبی داخل بتن بیش از 80 درصد بوده و دمای بتن نیز مناسب و مطلوب باشد.
سیمان پرتلند پوزولانی با توجه به مواد جانشین سیمان، خیلی بکندی مقاومت کسب می نماید، بنابراین احتیاج به یک زمان عمل آوری نسبتا طولانی نسبت به سیمان پرتلند معمولی دارد و بر این اساس توصیه می شود که برای سیمان پرتلند پوزولانی در دمای کمتر از شش درجه حتما از مواد افزودنی استفاده شود.