تحلیلی بر رفتار بتن در شرایط اقلیمی گرم و سرد بر اساس داده‌های تجربی و شبیه‌سازی‌شده
مقاومت فشاری بتن، به‌عنوان یکی از شاخص‌های کلیدی در ارزیابی کیفیت، دوام و عملکرد سازه‌های بتنی، تحت تأثیر عوامل متعددی نظیر نوع سیمان، نسبت آب به سیمان، کیفیت مواد اولیۀ بتن، عمل‌آوری، و به‌ویژه شرایط محیطی هنگام ساخت و سخت‌شدن قرار دارد. در مناطق با تنوع دمایی بالا، کنترل و پیش‌بینی رفتار بتن از منظر مقاومت فشاری، چالشی مهم برای مهندسان و مجریان پروژه‌ها محسوب می‌شود.
یکی از مهم‌ترین تحقیقات در این زمینه، مطالعۀ اورتیز و همکاران (2005) است که در نشریۀ Revista Ingeniería de Construcción منتشر شده. در این پژوهش، تأثیر دمای محیط در دو شرایط شبیه‌سازی‌شدۀ گرم و سرد، بر بتن تازه و سخت‌شده بررسی شده است. تمرکز اصلی بر تأثیر دما بر روند رشد مقاومت فشاری در سنین ۷ و ۲۸ روز است. نتایج این تحقیق اطلاعات ارزشمندی در اختیار طراحان و مجریان قرار می‌دهد تا در مواجهه با شرایط اقلیمی مختلف، تصمیمات علمی‌تری اتخاذ کنند.
________________________________________
رویکرد آزمایش و شبیه‌سازی
در این پژوهش، نمونه‌های مختلف بتن با طرح اختلاط یکسان در دو بازۀ دمایی متفاوت (گرم و سرد) و در زمان‌های مختلف روز ساخته و مورد آزمون قرار گرفتند. تأثیر دما بر بتن در سه فاز بررسی شد:
1. بتن تازه: واکنش اولیۀ شیمیایی، دمای اختلاط، کارایی، و زمان گیرش
2. سخت‌شدن اولیه: مقاومت روز هفتم به‌عنوان شاخص مقاومت زودرس
3. سخت‌شدن نهایی: مقاومت روز ۲۸ به‌عنوان مقاومت نهایی و طراحی
________________________________________
یافته‌های کلیدی
الف. رفتار بتن در شرایط محیطی گرم
• دمای بالا منجر به افزایش سرعت هیدراسیون و در نتیجه بالا رفتن مقاومت اولیه در روز ۷ می‌شود.
• اما این شتاب در واکنش، اغلب منجر به افت کیفیت در درازمدت شده و رشد مقاومت را کند می‌کند.
• تبخیر سریع آب در دمای بالا، کاهش کارایی و خطر بروز ترک‌های پلاستیک و خشک‌شدگی زودرس را افزایش می‌دهد.
• مقاومت نهایی بتن در دمای بالا معمولاً کمتر از مقاومت بتن در دمای سرد است، مگر اینکه اقدامات جبرانی صورت گیرد.
ب. رفتار بتن در شرایط محیطی سرد
• دمای پایین، فرایند هیدراسیون را کند کرده و منجر به تأخیر در گیرش اولیه می‌شود.
• با این حال، این کندی منجر به تکامل بهتر ساختار میکروسکوپی بتن و رشد تدریجی اما مستحکم‌تر مقاومت می‌شود.
• نمونه‌های ساخته‌شده در صبح‌های سرد، مقاومت نهایی بالاتری از خود نشان دادند.
• بتن در دمای پایین نیاز به محافظت در برابر یخ‌زدگی، تأمین گرما یا استفاده از افزودنی‌های تسریع‌کننده دارد.
پ. تأثیر زمان ساخت
• ساعات ابتدایی روز در هر دو شرایط سرد و گرم، بهترین زمان برای ساخت بتن است.
• در تابستان، کاهش دمای محیط در صبح باعث کندی نسبی واکنش‌ها و کاهش خطر تبخیر سریع می‌شود.
• در زمستان، ساخت در گرم‌ترین زمان روز، عملکرد بهتری نسبت به ساعات شب یا سپیده‌دم دارد.
________________________________________
عوامل فیزیکی و شیمیایی مرتبط با دما
1. دمای اولیۀ اختلاط: افزایش دمای اولیۀ اختلاط (مثلاً دمای آب یا سیمان) در گرما، شتاب‌گیری هیدراسیون را تشدید می‌کند.
2. گرادیان دمایی بین اجزای بتن و محیط، عامل بروز تنش حرارتی و ترک‌های داخلی است.
3. نرخ تبخیر آب سطحی در دمای بالا می‌تواند منجر به عدم تکمیل فرایند هیدراسیون شود.
4. دمای بتن تازه بالاتر از ۳۲–۳۵ درجۀ سانتی‌گراد معمولاً منجر به افت شدید مقاومت فشاری می‌شود، مگر با استفاده از افزودنی‌ها یا کنترل دقیق دما.
________________________________________
راهکارها و پیشنهادات اجرایی
در هوای گرم:
• استفاده از سیمان کندگیر یا افزودنی‌های کندکننده مانند لیگنوسولفونات‌ها یا پلی‌کربوکسیلات‌ها
• استفاده از سنگدانه‌های خنک‌شده یا آب یخ‌دار برای کاهش دمای اختلاط
• عمل‌آوری مرطوب فوری پس از بتن‌ریزی با استفاده از گونی، پاشش آب یا بخار
• ساخت بتن در ساعات خنک‌تر و سایه‌دار روز
در هوای سرد:
• استفاده از افزودنی‌های تسریع‌کننده گیرش مانند کلرید کلسیم (در صورت مجاز بودن)
• گرم‌کردن اجزای بتن (آب و سنگدانه‌ها)
• استفاده از پوشش‌های محافظتی برای جلوگیری از یخ‌زدگی
• برنامه‌ریزی ساخت در ساعات گرم‌تر روز و کنترل عمل‌آوری حرارتی
________________________________________
نتیجه‌گیری نهایی
شرایط دمایی محیط، چه گرم و چه سرد، به‌صورت مستقیم و غیرمستقیم بر مقاومت فشاری بتن تأثیرگذار است. برای دست‌یابی به کیفیت و دوام مناسب بتن در پروژه‌های عمرانی، تنها طراحی مخلوط کافی نیست، بلکه لازم است زمان ساخت، دمای محیط، نوع افزودنی‌ها، و روش‌های عمل‌آوری نیز به‌دقت مدیریت شوند. بهره‌گیری از نتایج تحقیقات علمی نظیر مطالعۀ اورتیز و همکاران، می‌تواند راهنمای مؤثری برای انتخاب روش‌های مناسب در اقلیم‌های متفاوت باشد.
منبع:
Ortiz, J., Aguado, A., Agulló, L., & García, T. (2005). Influence of Environmental Temperatures on the Concrete Compressive Strength: Simulation of Hot and Cold Weather Conditions. Revista Ingeniería de Construcción, 20(3), 143–152.
برای دریافت مشاوره و اطلاعات بیشتر، همین حالا با ما تماس بگیرید.