هیدراتاسیون در بتن یا واکنش ترکیبی سیمان و آب برای عمل‌آوری سیمان از مباحث مهم در ساخت و ساز است. این واکنش گرمازا که با مصرف آب انجام می‌شود به بالا رفتن دمای بتن و ایجاد ترک‌هایی منجر شده و مشکلاتی ایجاد می‌کند. اهمیت این ترکیب و رسیدگی به ترک‌های پدید آمده، به‌ویژه در پروژه‌های بزرگ و نیز مناطق دارای آب و هوای مرطوب اهمیت بیشتری می‌یابد. با ما در مطالعه این مطلب همراه شوید.
هیدراتاسیون در بتن چیست؟
هیدراته شدن بتن در کوتاه‌ترین و ساده‌ترین تعریف، ترکیب سیمان با آب است. این عمل به خمیر شدن سیمان در ابتدای امر و از دست رفتن روانی سیمان منجر می‌شود. با گذشت زمان و بالا گرفتن این واکنش شیمیایی گرمازا، ضمن تولید حرارت و گرم شدن بتن حاصل این ترکیب به حالت خمیری چسبناک درمی‌آید. این خمیر که نوعی ماده هیدراتاسیونی به‌شمار می‌آید، نقش چسب بین سایر مصالح را ایفا می‌کند. به‌شرط آنکه فرصت کافی برای قرار گرفتن در جای مناسب و سپس سخت شدن تدریجی را داشته باشد. پس از آن و با گذشت زمان، این خمیر به ماده بسیار سخت و مقاومی تبدیل می‌شود که اساس استحکام بناها و سازه‌های گوناگون را تشکیل می‌دهد. عوامل مختلف موجود در سیمان که از جنس سیلیکات هستند اصلی‌ترین عوامل تاثیرگذار بر روی سیمان در هنگام سفت شدن یا هیدراسیون هستند. هم چنین مقاومت سیمان در برابر فشار و عوامل فیزیکی خارجی نیز حاصل عملکرد این عوامل به‌شمار می‌آید.
حرارت هیدراسیون
گفتیم که عمل ترکیب سیمان و آب واکنشی گرمازاست و حرارت تولید می‌کند. میزان این حرارت در هر گرم از سیمان مقداری است که به آن حرارت هیدراسیون می‌گویند. هنگامی که صحبت از هیدراته شدن بتن به‌میان می‌اید در واقع منظور دمایی است که هنگام هیدراتاسیون در بتن تولید می‌شود. این دما و میزان آن بستگی به ترکیب شیمیایی سیمان داد و در طولانی مدت نیز درجه سختی یا بروز ترک بر روی سیمان را رقم می‌زند. جالب اینکه عمل هیدراتاسیون در طول زمان نیز ادامه یافته و به سخت‌تر شدن سیمان در دراز مدت می‌انجامد.
کیورینگ و عمل‌آوری بهتر سیمان با کنترل هیدراتاسیون
به اقداماتی که برای انجام هرچه بهتر عمل هیدراتاسیون در بتن انجام می‌شود، در اصطلاح مهندسی کیورینگ یا مراقبت می‌گویند. این مرحله در واقع پوشاندن سطح بتن برای پیشگیری از تبخیر زودهنگام آب موجود در آن است که می‌بایست در واکنش هیدراتاسیون به مصرف برسد. موادی با نام عمل آورنده در این فرآیند به‌کار گرفته می‌شوند که سرعت تبخیر آب و به عبارتی سرعت فرایند را کنترل کرده و آن را به زمان مناسب می‌رسانند. در غیراین‌صورت، به‌دلیل تبخیر فوری آب در واکنش شیمیایی گرمازا بین سیمان و آب، ترک‌هایی بر روی سطح ساخته شده سیمانی ایجاد می‌شود. در پروژه‌ها و سطوح کوچک این مورد به ناصافی و نازیبا شدن سطح منجر شده و از نظر دوام و کارایی تاثیر چندانی در حاصل کار ندارد. اما هنگامی که پای پروژه‌هایی نظیر دیواره سد در میان باشد این ترک‌ها به مشکلی اساسی تبدیل می‌شوند که علاوه بر ناصافی سطح، از استحکام آن کاسته و خطرات جدی ایجاد می‌کنند.
به‌همین دلیل است که در سازه‌های بزرگ نظیر سدسازی، عمل کیورینگ و کنترل درجه هیدراتاسیون در بتن با مقیاس بزرگ و دقت بالا کاربردی است. عمل‌آورنده‌ها یا کنترل کننده‌های هیدراتاسیون در بتن با پوشش کامل سطح بتن مانع از فرار ذرات آب به شکل تبخیری شده و زمان گیرش سیمان را تنظیم می‌کنند.
گیرش سیمان چیست؟ چه مراحلی دارد؟ و چه عواملی بر آن موثرند؟
گیرش یا همان زمان سخت شدن سیمان از عوامل مهم و موثر در هیدراتاسیون در بتن و همه ساخت و سازهایی است که سیمان در آنها نقش دارد. کنترل این زمان به‌ویژه در پروژه‌های بزرگ و هنگام کاربرد سیمان و بتن در مقیاس‌های بزرگ کاری پیچیده، محاسباتی و فنی است. این زمان با عوامل مختلف فیزیکی و شیمیایی موجود در محیط تغییر می‌کند. برای مثال دما و رطوبت از عوامل تاثیرگذار بر این واکنش و زمان‌بندی آن هستند. این دوره به دو مرحله گیرش اولیه و گیرش نهایی تقسیم می‌شود.
در اولین مرحله که از ترکیب سیمان با آب آغاز می‌شود تشکیل کریستال‌های ناشی از هیدراتاسیون در بتن شکل گرفته و به‌تدریج روانی سیمان را کاهش می‌دهند. عامل موثر در این مرحله تری کلسیم سیلیکات (C3S) است. آزمایش‌های مربوط به این زمان از مراحل مهم در هر ساخت و ساز بوده و نیاز به دقت بالایی دارند. انواع نمونه‌های سیمان از نظر سرعت این گیرش با یکدیگر متفاوت و دارای جدول درجه‌بندی هستند. دلیل اهمیت این زمان نیز عملیاتی است که تا پیش از گیرش اولیه باید انجام شده و موادی که باید به بتن افزوده گردند. آزمایش غلظت نرمال و تعیین آن از این جهت دارای اهمیت است.
مواد گوناگونی به تغییر و کاهش زمان گیرش اولیه کمک می‌کنند. این فرایند در ساخت و سازهای عمرانی کاربرد داشته و به افزایش مهلت و تغییر کیفیت نهایی کار کمک شایانی می‌کند. اما افزودنی‌های بتن، تنها به افزایش این زمان کمک نمی‌کنند. بلکه در مواردی نیز از آنها برای کاهش زمان و افزایش سرعت گیرایی استفاده می‌شود. این مواد که به تسریع کننده یا زودگیر موسومند برای سرعت بخشیدن به فرایند گیرش مفید بوده و اغلب در مناطق سردسیر استفاده می‌شوند.
سخن آخر
هیدراتاسیون در بتن از مباحث مهم در مهندسی عمران و سازه است. هر جا سخن از استحکام و دوام ساختمان در میان باشد، بی‌شک این مورد و حواشی آن نیز اهمیت می‌یابند. توجه به این عمل و موارد تاثیرگذار بر آن می‌تواند در همه سازه‌ها به‌ویژه مواردی که با مقیاس بزرگ و محاسبات دقیق سروکار دارد، بی‌نهایت تاثیرگذار باشد. به این جهت لازم است ضمن آشنایی با گیرش سیمان و زمان‌بندی آن، کیورینگ و موارد مهم و مربوط به هیدراتاسیون در بتن، هر یک را مورد بررسی قرار داده و نکات لازم درباره آن را به‌دقت مراعات نمود.