کاهش دمای هیدراتاسیون بتن

هیدراتاسیون سیمان در بتن دارای مراحل مختلفی است. این فرایند گرماده در چند فاز واکنشی رخ میدهد. هر مرحله تاثیر جداگانه بر میزان گیرش و مقاومت نهایی بتن خواهند داشت. شناسایی این نوع از فازهای گرماده و نحوه کنترل هریک، میتواند در پروژه های مختلف بسیار تاثیر گذار باشد. در این مقاله ابتدا فرایند افزایش دمای هیدراتاسیون تشریح شده و در نهایت راههای کنترل آن بررسی شده است.

مرحله اول هیدراتاسیون سیمان:

پس از مخلوط شدن سیمان و آب رخ می‌دهد و اوجگیری دما اتفاق میفتد. آلومینات (C3A) با H2O (یون‌ های کلسیم و سولفات) واکنش داده و اترینگایت (هیدرات آلومینات) را تشکیل می‌دهد. انرژی گرمایی ناشی از این واکنش‌، باعث تسریع گیرش اولیه می‌شود. در نتیجه این واکنش، در سطح ذرات سیمان  پوششی از نوع اترینگایت تشکیل میشود. این پوشش دسترسی ذرات سیمان به H2O را کاهش داده و سرعت واکنش را کاهش خواهد داد. از این فاز برای انتقال و ریختن بتن استفاده می‌شود.

مرحله اول هیدراتاسیون سیمان:

به دلیل واکنش بین سیلیکات کلسیم (C3S  و C2S) افزایش گرما ایجاد میشود. که باعث ایجاد هیدرات سیلیکات CSH می‌شود. ایجاد هیدرات سیلیکات همچنین تأثیر عمده ای بر مقاومت بتن در گیرش ثانویه دارد. کنترل دمای داخلی بتن می‌تواند بسیار مهم باشد زیرا دمای بتن در این مرحله می‌تواند به سرعت افزایش یابد تا به دمایی در حدود 70 تا 80 درجه سانتی‌گراد برسد.

کاهش دمای هیدراتاسیون بتن

در این دما، حداکثر درجه حرارت مطلوب واکنش حاصل شده است. از طرفی ذرات آزاد کاهش واکنش پذیر در اثر اتریتگایت اولیه یافته است. بنابراین این سرعت افزایش دما نیز طی این فرایند کاهش می‌دهد. این مرحله غالباً با مقاومت مطلوبی به پایان می‌رسد. بعد از تکمیل واکنش می‌توان قالب اطراف بتن را باز کرد. پس از مرحله فوق، روند هیدراتاسیون کمی کند شده و به آرامی ‌ادامه خواهد یافت. در نهایت ذرات سیمان موجود در ساختار بتن و آب به واکنش خود ادامه داده تا مقاومت بتن به حداکثر مقدار خود برسد.

دمای محیط هنگام اختلاط، بتن ریزی و عمل آوری بتن، در هیدراتاسیون سیمان نقش دارد. اگرچه همۀ سیمان‌ها واکنش یکسانی از خود نشان نمی‌دهند اما به طور معمول با افزایش دما، زمان گیرش کاهش می‌یابد.

به طور کلی، نوسان ۱۰ درجه فارنهایت می‌تواند حدود ۳۳ درصد زمان گیرش را تغییر دهد. دمای ایده آل واکنش سیمان، به طور معمول از ۵۰ تا ۷۰ درجه متغیر است. دمای زیر ۵۰ درجه سانتیگراد باعث کاهش شدید هیدراتاسیون می‌شود. هنگامی که دما به زیر ۴۰ درجه می‌رسد، رشد مقاومت اولیه هم به طور قابل توجهی کم می‌شود.

کاهش دمای بتن

با افزایش دما، سرعت هیدراتاسیون سیمان بیشتر می‌شود و در نتیجه زمان گیرش کاهش پیدا می‌کند. اما در دمای بالاتر از 230 درجه فارنهایت (110 درجه سانتی‌گراد)، محصولات هیدراتاسیون تشکیل شده تفاوت قابل ملاحظه ای با محصولات به دست آمده در دمای متعارف دارند. فازهای آلیت و بلیت هیدراته می‌شوند تا         α-C2SH متبلور به جای C-S-H آمورف به دست آید.

α-C2SH ماده ای متبلور و نسبتاً متراکمی است. از آنجا که نفوذ پذیری بالا و مقاومت فشاری کمی را ایجاد می‌کند، مضر است.

با افزودن سیلیس ریز آسیاب شده مانند آرد سیلیس (ماسه سیلیسی با سایز 0.1 الی 0.3 میلیمتر)به ساختار بتن، می‌توان از تشکیل α-C2SH  جلوگیری کرد یا آن را به حداقل رساند.

هنگامی که دمای محیط از ۷۰ درجه عبور می‌کند، هیدراتاسیون بیش از حد سریع می‌شود و می‌تواند منجر به نتایج مضر مانند ترک خوردگی و جمع شدگی پلاستیک، مقاومت‌ ۲۸ روزه پایین تر و کاهش مقاومت نهایی بتن شود. دمای آب مخلوط نیز در هیدراتاسیون نقش اساسی دارد زیرا دمای بتن را تغییر می‌دهد. دمای آب مخلوط را می‌توان تنظیم کرد، اغلب از طریق سرد کردن آب یا افزودن یخ به آب.

کاهش دمای بتن

در شرایطی که دمای محیط بتن ریزی بالا باشد عملا هیچ یک از راهکارهای بیان شده جوابگو نیستند. تنها راه مرقون به صرفه استفاده از افزونه های جایگزین سیمان است. اصطلاحا به این محصولات پوزولان میگویند. با افزودن پوزولان با درجه فعالیت مناسب میتوان افزایش دمای هیدراتاسیون را به شدت کاهش دهد. پوزولانها علاوه بر کاهش عیار سیمان مصرفی و دمای هیدراتاسیون، منجر به افزایش روانی بتن تازه میشوند. بعلاوه طی واکنش پوزولانی، منجر به رشد مقاومت بلند مدت بتن نیز میگردند. لذا یکی از راههای پیشنهادی جهت کاهش دمای هیدراتاسیون بتن و جلوگیری از بروز پدیده اترینگایت تاخیری، استفاده از انواع پوزولانهای موجود در کشور است.

شرکت بنا بنیان زیست فناور به عنوان اولین و تنها شرکت تخصصی فعال در زمینه پوزولانها و فعال سازی آنها در کشور از سال 94 شروع به فعالیت کرده است. این مجموعه دانش بنیان در پارک علم و فناوری همدان مشتقر میباشد. با استفاده از مشاوره های تخصصی مجموعه ما میتوانید سرباره آهن با فعالیت بالا را تا درصدهای بیش از 40 درصد هم در فرمول بکار ببرید. میکروسیلیکا گرید a  (سوپر پوزولان ) هم یکی از انواع پوزولانهای موجود است با ضمن افزایش مقاومت منجر به کاهش شدید جذب آب بتن میشود. سیمان سبز نوع 1 که در واقع نوعی پوزولان اصلاح شده میباشد را میتوان تا 50 درصد جایگزین سیمان کرد تا ضمن کاهش جذب آب بتن، افزایش مقاومت و روانی بتن را نیز شاهد باشیم.