طبق استانداردها، آزمایشات باید در دمای مشخص و ثابتی انجام گیرد . (بر طبق استاندارد ایران در دمای ۲۳ درجه سلسیوس). مشاهده شده است که افزایش دمای عمل آوری باعث تسریع واکنشهای شمیایی هیدراتاسیون میگردد. افزایش دما باید به گونه ای باشد که بدون ایجاد اثرات نامساعد زیادی بر مقاومت بعدی بتن ، اثر مفیدی بر مقاومت زودرس بتن داشته باشد. افزایش دما در جریان تماس و پس از اولین تماس بین سیمان و آب، مدت زمان عدم فعالیت هیدراتاسیون را کاهش میدهد ، بطوری که ساختار کلی خمیر هیدراته شده سیمان ، خیلی زود شکل میگیرد. اگر چه دمای زیادتر در جریان درجا ریختن و گیرش، مقاومت اولیه را افزایش میدهد، ولی امکان دارد به نحو نامطلوبی بر مقاومت بتن پس از هفت روز اولیه تاثیر بگذارد.

به نظر میرسد هیدراتاسیون سریع اولیه، محصولاتی با ساختمان فیزیکی ضعیفتر و احتمالا با تخلخل بیشتر تشکیل دهند، بطوری که همیشه درصدی از منافذ، خالی باقی میماند. بعبارت دیگر روند سریع هیدراتاسیون اولیه در دمای زیادتر باعث کند شدن هیدراتاسیون بعدی میشود و محصولات هیدراتاسیون در داخل خمیر سیمان بطور غیر یکنواخت توزیع میشوند. زیرا روند سریع هیدراتاسیون اولیه زمان کافی جهت نفوذ محصولات هیدراتاسیون دورتر از ذرات سیمان و رسوب نمودن آنها بصورت یکنواخت در فضای بین ذرات وجود نخواهد داشت، در نتیجه تمرکز زیادی از محصولات هیدراتاسیون در حوالی ذراتی که هیدراته میشوند بوجود میآید وباعث کند شدن هیدراتاسیون بعدی میشوند وبر مقاومت دراز مدت بتن اثر نامطلوبی خواهند داشت. ذکر این نکته در همین جا مفید است که کسب مقاومت اولیه کم دارای اثر مفیدی بر مقاومت دراز مدت خواهد داشت.

مقاومت فشاری بتن عمل آوری شده در دماهای مختلف

از طرف دیگر توجیه کاهش در مقاومت دراز مدت بتن عمل آوری شده در دمای بالا تا حدی در اثر وجود ترکهای خیلی ریز ناشی از انبساط حبابهای هوا در خمیر سیمان نهفته است. انبساط حرارتی هوا حداقل دوبرابر بیشتر از انبساط مواد جامد محیط اطراف آن میباشد. انبساط حبابهای هوا که در داخل بتن مهار شده باعث میشوند که هوا در داخل بتن تحت فشار قرار گیرد و برای متعادل نمودن این فشار تنشهای کششی در خمیر سیمان اطراف آن ایجاد میگردد. این تنشها میتواند ترکهای خیلی ریزی را در خمیر سیمان بوجود آورد. اثر مخرب انبساط حبابهای هوا را میتوان با زمان تاخیر طولانی قبل از عمل آوری در بخار یا با روند کمتر افزایش دما 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 میگردد. البته ذکر این نکته در همین جا لازم است که طول زمان تاخیر به اندازه و شکل قطعات بتنی و به میزان نسبت آب به سیمان و نوع سیمان و … بستگی دارد. 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 میکند، وجود سنگ گچ در سیمان پرتلند میباشد. در دمای زیادتر قابلیت واکنش شیمیایی سنگ گچ کاهش می یابد. بطوریکه بخشی از آن با C3A وارد واکنش نمیشود واین واکنش بعدا صورت میپذیرد.

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

مواقعی که قرار است بتن در زمانی کوتاه مقاومت اولیه خود را کسب کند و یا در مواقعی که لازم است بتوان مقاومت ۲۸ روزه بتن را  طی چند ساعت پس از بتن ریزی کسب نمود، برای این منظور از عمل آوردن بتن در بخار آب استفاده میشود.

چهار روش آزمایش که در آنها از عمل آوری تسریع شده استفاده میشود توسط استاندارد ASTM C 648-98 ارایه شده است.

  • روش A افزایش دما ناشی از حرارت هیدراتاسیون سیمان است و نقش اساسی حمام آب ،حفظ حرارت و جلوگیری از هدر رفتن آن میباشد.
  • روش B مانند روش A است با این تفاوت که یک منبع حرارتی آب حمام را در حالت جوش نگه میدارد.
  • روش C در شرایط بی در رو رطوبتی و حرارتی انجام میگیرد.
  • روش D نمونه را در ظرفی که فشار داخل آن تا ۳/۱۰ مگا پاسکال و دمای ۱۴۹ درجه سانتیگراد تنظیم میگردد نگهداری میشود.

بنابراین میتوان بیان نمود که عمل آوری بتن در حرارت با دو روش انجام میگیرد:

  1. عمل آوردن 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 آوردن – بتن با بخار در فشار متعارف :

این روش برای سازه های بتنی در محیط های بسته یا قطعات پیش ساخته به کار میرود 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 ۲٫۵ ساعت طول بکشد بطوریکه از شیبهای حرارتی تند در بتن جلوگیری شود. آیین نامه ی ACI 517.2R-78 (تجدید نظر شده در سال ۹۲) ۳۳ درجه بر ساعت را برای نمونه با ابعاد کوچک و ۱۱ درجه بر ساعت را برای نمونه های بزرگ توصیه نموده است. برای نمونه هایی که در معرض شرایط محیطی مهاجم قرار گرفته اند استاندارد اروپایی ENV 206:1992 محدودیتهای سختی را برای حداکثر دما و روند افزایش دما در نظر گرفته است.

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 دوم ثابت نگه داشتن درجه حرارت حداکثر است. مدت زمان این مرحله بین ۳ الی ۱۲ ساعت متفاوت است هر چه دما بالاتر باشد زمان کوتاهتر و هر چه دما پایین باشد زمان بلندتر میگردد.

۴ –  مرحله سرد کردن، سومین مرحله کاهش تدریجی دما از دمای حداکثر به دمای مورد نظر در مدت حداقل ۲٫۵ 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 میباشد.

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 میدهند و عوارض نامطلوب کمتری را دارند.

بطور خلاصه یک چرخه رضایت بخش برای اعضای سازه ای معمولی از مراحل زیر تشکیل میگردد 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 نمیکشد.

برای بتنهای سبکدانه میتوان حرارت حداکثر را تا دمای ۸۸ درجه سلسیوس افزایش داد ولی چنین پیشنهادی نمیگردد.

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

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

برای عمل آوردن سریع بتن و دست یابی به مقاومتهای مورد نظر و قالب برداری سریع استفاده از این روش توصیه میشود. در این روش دما و بخار آب و فشار همراه با هم به عضو بتنی که درون اتوکلاو قرار گرفته است تزریق میشود . بدلیل اینکه فشار بخار در این حالت نسبت به فشار جو بیشتر است موجب میشود 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 .

ار آنجا که در این روش فشارهایی بیش از فشار یک اتمسفر بکار برده میشود ، نیاز به اطاق بخار یا مخزن فشار با منبع بخار تر میباشد به چنین مخزنی اتوکلاو گویند و عمل آوری در بخار با فشار زیاد را نیز به اسم اتوکلاو نمودن میشناسند. از مهمترین خصوصیات این روش میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

–  مقاومت اولیه زیاد، شیب افزایشی تند.

–  دوام زیاد، مقاومت بتن در برابر عوامل جوی وحمله مواد شیمیایی و سولفاتها بیشتر میشود.

–  جمع شدگی بتن کاهش می یابد.

توجه : عمل آوری بتن تحت فشار زیاد فقط در مورد بتن های ساخته شده با سیمان پرتلند بکار میرود ، به کار بردن این روش برای سیمانهای پرآلومین و سیمانهای سوپر سولفات به نحو نامطلوبی بر مقاومت بتن اثر میگذارد.