فرایند یخ زدن بتن چگونه اتفاق می افتد؟

شاید این سوال برایتان پیش آید که آیا بتن یخ می زند؟ جواب این سوال بله است. زیرا بتن به صورت های مختلف یخ می زند. بسیاری از محققان برای یخ زدن بتن نظریه های متفاوتی ارائه داده اند. از جمله این محققان، لیتوان، فاگر لاند، مارچند و ستزر هستند. در این مقاله سعی داریم که به فرایند یخ زدن بتن بپردازیم. با ما در این مقاله همراه باشید تا با نکاتی که ارائه می شود، اطلاعات خود را در این زمینه بالا ببرید.

یخ زدن بتن و راه هایی برای جلوگیری از آن

مهمترین نشانه های یخ زدن بتن، پوسته شدن لایه بیرونی بتن است. البته در بتن هایی که دارای رطوبت هستند، فرایند یخ زدن بتن باعث تخریب آن می شود. زیرا آب در هنگام یخ زدن، انبساط پیدا میکند و در نتیجه باعث ترک برداشتن بتن می شود. شما باید برای جلوگیری از یخ زدن بتن در فصل سرد، از پوشش های عایق و مواد حباب ساز استفاده کنید. برای اینکه دمای بتن در 50 درجه فارنهایت باقی بماند، از بخاری های مناسب جهت انجام این کار استفاده کنید. نکته دیگر آن که هرگز برای بتن ریزی در فصل سرد، به هیچ وجه از سیمان های پوزولانی استفاده نکنید.

مراحلی که باعث یخ زدن بتن می شود میتوان به؛ تاثیرات دما بر حجم، تاثیر جریان و فشار، نقطه انجماد مایعات حفره ای (تابع دما و فشار)، باز توزیع غلظت مواد محلول و … اشاره کرد. اگر شما در فصل زمستان شروع به بتن ریزی کنید، علاوه بر یخ زدن بتن، باعث ترک زدن و کاهش مقاومت بتن می شود. زیرا با یخ زدن بتن، پروسه شیمیایی شدن بتن متوقف می شود.

فرایند یخ زدن بتن چگونه است؟

در قسمت قبل در خصوص پارامترهای فرایند یخ زدن بتن به صورت موردی پرداختیم. در این قسمت به شرح هر کدام از این پارامترها خواهیم پرداخت.

1. تاثیرات دما و حجم

رابطه میان دما و حجم در یک حالتی معین در موادی که انبساط حرارتی آن بالاست مهم است. با تغییر چگالی آب، در یک محدوده دما از 30+ درجه سانتی گراد تا 30- درجه سانتی گراد؛ باعث می شود که حجم آب بعد از تبدیل شدن به یخ، حجمی 9 برابر داشته باشد. در این شرایط است که فرایند یخ زدن بتن شروع می شود. این افزایش حجم آب حفره ای (همان مواد قلیاها و نمک) در بتن اهمیت فوق العاده ای دارد. یکی از عواملی که باعث تشدید شدن یخ زدن بتن می شود، آبی است که به وسیله تراوش یا فشار اسمزی، به وجود می آید. این پدیده در اثر باز توزیع غلظت مواد محلول مربوطه است.

2. باز توزیع غلظت مواد محلول

همانطور که گفتیم آب حفره ای موئینه متشکل از قلیاها و نمک ها است. کریستال های یخی با پایین آمدن دما، رشد کرده و از آب خالص به وجود می آیند. به همین دلیل مواد محلول به آب حفره ای که یخ نزده اند حرکت می کنند. این عمل باعث افزایش غلظت مواد محلول می شود. رشد کریستال های یخی در حفره موئینه، اثر دوسویی دارد. اول اینکه وقتی حجم آب افزایش پیدا کند، آب از حفره های موئینه، به کانال حفره ژلی حرکت می کند. دوم اینکه این پدیده، باعث افزایش افت حرارت می شود. بنابراین با فشار اسمزی به یک نیروی رانشی تبدیل شده است و آبی که یخ نزده است، به سوی بدنه یخ حرکت می کند. با این اوصاف، اگر بتنی اشباع نشده باشد، باز هم در معرض خطر یخ زدن است.

3. انجماد مایعات حفره ای

نقطه انجماد مایعات حفره ای تابع دما و فشار است. ساختار حفره ای بتن، مشتمل بر قطرها است و این بر فرایند یخ زدن بتن تاثیر به سزایی دارد. از آنجایی که تشکیل یخ از درشت ترین حفره های موئینه آغاز می شود، اما آب در حفره های ژلی، در داخل C-S-H یخ نزده است. هرچه انرژی سطحی در دیواره های حفره بیشتر باشد، باعث جذب مولکول های آب می شود در نتیجه در نقطه انجماد، باعث کاهش پتانسیل شیمیایی آب حفره می شود.

با تشکیل یخ در حفره لایه نازکی از آب، در سطح حفره در همان حالت یخ نزدن باقی می ماند. با این حال هرچه سطح حفره ها بیشتر باشد، انجماد هم پایین می آید. از جمله مولفه هایی که در فرایند یخ زدن بتن در انجماد مایعات مهم است میتوان به درجه و میزان اشباع، میزان توانایی بتن در جهت حرکت به آب یخ نزده و رشد اجرام یخی اشاره کرد.

4. جریان و فشار

همانطور که گفتیم یخ تقریباً 9 درصد بیشتر از آب تشکیل دهنده آن است و این عامل باعث فشار آب در زمان آغاز کریستال های یخ در بتن می شود و فرایند یخ زدن بتن شروع می شود. یک جرم یخی، در یک حفره آب خالص به وجود می آید و فضای حفره را پر می کند. مقدار آبی که یخ نزده به سمت اطراف حفره حرکت می کند. این جریان بر اثر فشار به وجود آمده است و مقدار مقاومت در برابر این جریان باید متناسب با مسیر طول جریان باشد.

البته ممکن است بر اثر حفره ای ناکافی، جریان متوقف شود. مقاومت در برابر جریان، باعث ایجاد فشار هیدرولیکی می شود. در نهایت این فشار تا جایی ادامه پیدا می کند که منجر به ترک برداشتن بتن می شود. البته حرکت آب برای یخ زدن باعث حرکت آب حفره ای موئینه در داخل ریز ترک ها می شود و طی حرکت های بعدی برای یخ زدن، این ترک ها افزایش پیدا می کند و در طول زمان آسیب جدی به بتن وارد می کند. اگر بخواهیم به طور خلاصه فرایند یخ زدن بتن را شرح دهیم اینگونه در یک خط تعریف می کنیم: با کاهش دما، هوا سرد خواهد شد و تعامل سیمان با آب کاهش پیدا می کند، در نتیجه فرایند هم گیری بتن کاهش پیدا می کند و بتن یخ می زند.