موضوعات علمی ، فنی مهندسی و بازرسی و دانلود کتاب و جزوه

دستورالعمل بكارگيری بتن های نسوز

 

 حسین کهتری

 

بتن هاي نسوز غالباً براي پوشش سطوحي به كار مي‌روند كه به علت شكل پيچيده استفاده از آجر به عنوان پوشش آنها مشكل است و يا امكان افتادن آجرهاي نسوز از پوسته فولادي در حين عمليات وجود دارد. اين بتن ها تنوع زيادي دارند و از لحاظ دانسيته به دو نوع متراکم و عايق تقسيم‌بندي مي‌شوند.بتن هاي نسوز مي توانند با استفاده از قلابهاي[i] نسوز مسلح شده، به بدنه‌هاي فولادي بچسبند. انتخاب صحيح بتن نسوز با توجه به كاربرد آن و همچنين روشهاي مخلوط كردن، ريختن، خشك كردن و حرارت دادن آن بسيار حايز اهميت هستند.

 

دستورالعمل اجرايي

 

نگهداري و انبارش:

بتن هاي نسوز در حالت خشك بايد حتي‌الامكان در انبار سرپوشيده نگهداري شوند بنحوي كه از رطوبت و تابش مستقيم نور آفتاب در امان بوده، هنگام استفاده دماي آنها در محدوده 5 تا 32 درجه سانتي‌گراد باشد. اگر دماي جرم در حالت خشك در خارج از اين محدوده باشد، بايد پالتهاي مربوطه بطور جداگانه از هم باز شوند و در محيطي مناسب قرار گيرند تا به دماي مورد نظر برسند. ضمناً پالتهاي بتن نسوز نبايد تحت فشار باشند و حتي‌الامكان در يك و يا حداكثر دو رديف بطور ستوني انبار شوند تا از سفت شدن تدريجي آنها جلوگيري شود.

نگهداري بتن هاي نسوز در هواي آزاد بايد روي سکوي تهويه‌خور و دور از زمين باشد و بوسيله تارپولين قوي پوشانده شوند تا از آب و رطوبت زمين محافظت گردند. ضمن اينکه جهت حفاظت توصيه مي‌گردد در اطراف پالتها shrink film وجود داشته باشد.

در مکان هاي سرد، به منظور جلوگيري از يخ زدن آب افزوده به مواد خشک‏، پيشنهاد مي‌گردد که مواد در محيطي دور از سرماي شديد نگهداري شوند. در شرايط آب و هوايي گرم، پاکتهاي مواد خشک بايد در مکاني خشک و تا حد امکان خنک نگهداري شوند. البته نبايد پاکتها براي زمان طولاني در معرض نور مستقيم خورشيد قرار گيرند.

به عنوان يک قانون کلي، چنانچه بتن هاي با گيرش هيدروليک، در مکاني خشک، خنک و تهويه‌دار نگهداري شوند، مي‌توان دستكم عمر مفيدي برابر شش ماه را براي آنها انتظار داشت.

 

برنامه ريزي و اقدامات احتياطي:

پيشنهاد مي‌گردد قبل از شروع بکار نصب بتن هاي نسوز، طرح‌ريزي عملياتي صورت گيرد. کليه مواد بايد مورد تأييد قرار گرفته، تجهيزات ضروري کار مشکلي نداشته باشند.

 

دماي محيط:

هنگام نصب و عمل‌آوري[ii] بتن، دماي محيط اطراف بايد در محدوده دمايي بين 5 تا 32 درجه سانتي‌گراد باشد.

 

آب:

الف- دماي آب

دماي آب بايد جداقل 10 و حداکثر 25 درجه سانتي‌گراد باشد. چنانچه دماي آب در محدوده مورد اشاره نباشد بايد فعاليت مناسب جهت گرم يا خنک کردن آب صورت گيرد.

ب- کيفيت آب

از آبهاي زير نبايد استفاده كرد:

آب دريا

آب حاوي قند

آبي كه Ph آن از 5 كمتر باشد

آبي که ناخالصيهاي سولفاته، کلريد منيزيم، آمونياک و ... بيشتر از 1000 P.P.M داشته باشد.

ج- مقدار آب

همواره بايد حداقل آب مورد نياز مصرف گردد و حتماًبه محدوده مقدار آب مورد نياز در برگ مشخصات فنيتوجه شود. اين مقدار آب، ماکزيمم مقاومت ساختاري را حاصل مي‌کند. آب اضافي باعث كاهش استحكام بتن هاي ريختني مي‌گردد. لذا از افزودن آب اضافي جهت بهبود قابليت ريختن، جدا“ پرهيز گردد.

علاوه بر اين، مي‌توان جهت کنترل درصد آبي که با آن مخلوطي با غلظت مناسب بدست مي‌آيد، از روشهاي مختلفي استفاده کرد. يکي از اين روشها، رويه ارايه شده در استاندارد ASTM C860 يا همان روش "گلوله در دست" است. اگر پس از مخلوط كردن، گلوله تهيه شده شکل دست را به خود بگيرد آب اضافه شده به بتن کافي است. گلوله خيلي خشک مانند يک جرم ترد خواهد شکست و گلوله خيلي تر از بين انگشتان دست رد مي‌شود و يکباره پايين مي‌ريزد.

 

افراد، ابزار و تجهيزات:

جهت کار بايد افراد کافي به همراه تجهيزات کامل در سايت مستقر گردند و قالبها و تخته‌ها به اندازه کافي وجود داشته باشند تا سرعت برنامه‌ريزي و نصب بيشتر گردد. مخلوط کننده‌هاي استفاده شده بايد تميز و عاري از سيمان باشند، در غير اين صورت زمانهاي گيرش سريعتر خواهد بود و در نتيجه کاهش استحکام خواهيم داشت. تجهيزات و ابزار کار از قبيل مخلوط کننده‌ها، سطل‌ها، فرغون، کمچه، ويبراتور و ... بايد در مکاني تميز نگهداري گردند. مخلوط کننده و نواحي اطراف بايد تميز باشند. قسمتهاي فولادي که قرار است بتن‌ريزي گردند، بايد خشک، تميز و عاري از جرم، زنگ، گريس، روغن، خاک و ساير مواد خارجي ديگر باشند.

 

قلابها:

لايه‌هاي نسوز کوره بوسيله انواع مختلف قلابها نصب ميگردند. قلابها بر روي بدنه جوش يا پيچ و بصورت تکي يا ترکيبي استفاده مي‌شودند. مجموعه‌ گسترده‌اي از قلابهاي ثابت و متغير بعنوان نگهدارنده‌هاي مناسب لايه بتن براي انواع موقعيتها، دماها و شرايط فرايندي وجود دارد.

حداكثر دماي مجاز براي قلابهاي فلزي بستگي به تعدادي فاکتور از جمله اتمسفر كوره دارد. در اتمسفرهاي اکسيداسيون نرمال بدون سولفور، بايد دماهاي جدول 1، بعنوان دماهاي ماکزيمم نقاط گرم قلاب در نظر گرفته شود.

 

جدول 1- ماکزيمم دماي مجاز انواع قلابها

Temp. °C	Steel or alloy
590	Carbon steel	1
870	18%Cr,8%Ni (type 304)	2
1100	25%Cr,20%Ni (type 310)	3
1100	20%Cr,32%Ni (Alloy 800)	4
1200	23%Cr,60%Ni (inconel 601)	5
>1200	Ceramic anchor	6

 

اگر سوخت استفاده شده حاوي بيش از 5/0% وزني سولفور باشد، استفاده از قلابهاي فولاد کربني ساده مجاز نيست. معمولا طول قلابهاي فلزي طوري است که نوک قلاب 25 تا 30 ميلي‌متر از رويه داغ فاصله داشته باشد و ضخامت قلاب بايد مناسب کاربرد باشد.

جوشكاري قلابهاي به بدنه بايد عاري از عيوب از جمله undercut باشد. توصيه مي‌شود استحکام تعدادي از جوشها قبل از نصب بتن آزمايش شود. هر قلابي که به روش صحيحي جوش داده شده باشد بايد بتواند در برابر خميدگي تا 15 درجه از موقعيت جوش مقاومت كند و سمت آزاد آن نشاني از شکست جوش نداشته باشد.

پيشنهاد مي‌گردد به منظور اصلاح پديده انبساط گرمايي، قلابهاي فلزي با نوار چسب يا با رنگ بيتومينوس پوشيده شوند. اين مسأله به حذف ريسک ترک برداشتن لايه در اطراف قلابهاي فلزي كمك مي‌كند. چنانچه از قلابهاي سراميکي جهت نگهداري لايه نسوز استفاده مي شود، قبل از استفاده بايد با آب خيس گردند تا آب موجود در بتن نسوز را جذب نكنند. نوک قلاب هاي سراميکي در 2 ميلي متري پشت رويه داغ قرار مي‌گيرد.

 

قالب بندي:

قالبهاي لازم جهت قالب بندي کليه بتن هاي نسوز، بايد غير قابل جذب، قوي و از مواد ضد آب باشند و معمولاً از ورقهاي فلزي يا چوبي انتخاب مي شوند. قالبها و شابلونها بايد صاف و عاري از زنگ و هرگونه مواد اضافي ديگر باشند. جهت جلوگيري از چسبيدن بتن به قالبها يا جذب آب بتن نسوز، بايد سطح آنها بدقت روغنكاري شود و قبل از شروع جرم‌ريزي، از لحاظ صاف بودن و نداشتن ترك و برآمدگي كنترل شود. قطعات قالب بايد بطور جداگانه در جاي خود محكم گردند تا در حين جرم‌ريزي جابجا نشوند.

کليه اتصالات در قالب‌بندي بايد بنحو مناسبي محکم شوند تا مانع از خروج آب بتن گردند زيرا خروج آب باعث خروج مواد غني از سيمان ريزدانه مي‌شود كه بايد شديداً از اين امر جلوگيري كرد. مشکل نشت در بتن‌ريزي بتن هاي خيلي سبک، بدليل داشتن مقادير نسبتا زياد آب، قابل ملاحظه است. در صورت نشت آب، ويسکوزيته بتن افزايش مي‌يابد که صرفنظر از تغيير دادن خواص فيزيکي بتن، به علت افزايش دانسيته با کمبود مواد مواجه مي‌شويم. اين مشکل بايد با اصلاح قالب‌بندي رفع گردد.

 

مخلوط کردن:

جهت مخلوط کردن بتن ها، موكداً پيشنهاد مي‌گردد از مخلوط کننده پارويي استفاده گردد. بسته به نوع بتن نسوز (عايق يا متراکم) ميزان دور بر دقيقه مخلوط کننده متفاوت خواهد بود. جهت بتن هاي متراکم بايد از مخلوط‌كننده‌هاي پره‌دار سريع (بالاي 35 دور بر دقيقه) استفاده كرد.

از آنجاييكه هدف رسيدن به حداكثر استحکام با چگالي بهينه است، بايد اهميت زيادي براي مقدار رطوبت بتن هاي متراکم قائل شد. بتن هاي عايق با توجه به طبيعتشان نسبت به بتن هاي متراکم کم دوام و سست هستند و بنابراين مهم است که آنها نيز به روشي صحيح با مقدار مناسبي آب مخلوط گردند. آب بيش از حد، چگالي و استحکام را کاهش مي‌دهد در حاليکه مقادير کم آن باعث سخت جاري شدن و انعطاف پذيري كم بتن مي‌شود.

به علت احتمال جدايش اجزا مختلف بتن داخل کيسه‌ها حين انتقال از کارخانه توليدکننده تا سايت، ضروري است که کل محتويات يک پاکت با مقدار آب مورد نياز مخلوط گردد. مقدار آب بايد مطابق اعداد ارائه‌شده در برگه اطلاعات فني بتن هاي نسوز باشد. پيشنهاد مي گردد جهت مخلوط کردن بتن ها، ابتدا 80 تا 90 درصد مقدار آب مشخص شده در برگه اطلاعات فني به بتن اضافه شده، سپس‏ آب باقيمانده، به تدريج و در حين مخلوط کردن اضافه گردد تا به غلظت مطلوب برسيم. زمان مخلوط کردن معمولاً حدود 3 دقيقه است و بايد کنترل گردد. زمانهاي طولاني مخلوط کردن براي بتن هاي عايق سبک، خواص مواد را تغيير مي‌دهد. مقادير بتن مخلوط‌شده بايد به اندازه‌اي باشد که طي 20 دقيقه استفاده شوند. در شرايط آب و هوايي گرم بهتر است مقادير كمتري بتن آماده شود.

 

ريختن:

هنگام نصب، دماي بدنه کوره و لايه بتن بايد 5 تا 32 درجه سانتي‌گراد باشد. بتن بايد فوراً پس از مخلوط شدن، نصب گردد.

به منظور حذف فضاهاي خالي هنگام نصب بتن هاي عايق، معمولاً ميل‌زدن[iii] يا سمبه‌زدن[iv] کافيست، ضمن اينکه استحکام مواد بدون فشردگي اضافي تأمين مي‌شود. اگر هنگام نصب نياز به يک ويبراتور احساس شد، بايد از يک سوزن سبک استفاده شود.

جهت نصب بتن هاي متراکم، استفاده از ويبراتور اهميت زيادي دارد و به شكلي موثر مقدار هواي گير افتاده در بتن را کاهش مي دهد و در نتيجه بتن به يک دانسيته بهينه خواهد رسيد. زمانيکه خروج حبابهاي هوا از مخلوط قطع شد، بايد ويبره کردن متوقف گردد. زمان ويبره زدن معمولا نبايد از 3-2 دقيقه نبايد کند. کليه حرکات ويبراتور داخل بتن بايد به آهستگي انجام شود، بطوريکه مواد، جريان پيدا كنند و جاهاي خالي پر گردد. جهت جلوگيري از ضربه زدن به قالبها، مراقب حرکت ويبراتور داخل قالب بندي باشيد. در لحظه آغاز سفت‌شدن و گيرش بتن، ويبره کردن نبايد انجام شود.

به محض شروع نصب لايه بتن، كار بايد بدون هيچ وقفه‌اي ادامه پيدا کند تا زمانيكه تمام قسمتهاي لايه کامل گردد. فاصله زماني بين آماده كردن بتن هاي لازم بايد به نحوي باشد كه نصب بتن جديد قبل از گيرش بتن نصب شده قبلي انجام گيرد. ممكن است لازم باشد براي كنترل بهتر، سطوح بزرگتر را به نواحي کوچکتر و قابل کنترل تقسيم کنيم. زماني که مواد در حالت افقي ريخته مي‌شوند، نواحي مختلف سطح ترجيحا بايد در ابعاد 1 متر در 1 متر بوده، از 5/1 در 5/1 بيشتر نباشد. زماني که بتن ريزي در حالت عمودي انجام مي‌شود، قالب‌بندي بايد داراي حداقل 75/0 متر ارتفاع و 5/1 متر طول باشد.

چنانچه سيستم نصب نسوز، دولايه باشد، بايد سطح لايه نخست به منظور جلوگيري از جذب آب لايه بعدي، پرداخت گردد. تحت هيچ شرايطي نبايد قبل از تکميل لايه اول، لايه دوم اضافه گردد. سطح لايه بتن بايد با يک شمش يا چوب، همتراز شود و نبايد به منظور حاصل شدن يک رويه صاف روي سطح بتن ماله کشيده شود.

نصب بتن براي دودكشها و لوله‌هاي عبور گاز سوخته، در حالت افقي و بصورت محيطي و با چرخاندن آنها انجام مي شود.

 

آب‌پاشي[v]

با افزودن آب، بتن هاي حاوي سيمانهاي آلومينايي[vi] هيدراته مي‌شوند[vii] كه اين فرايند همراه با توليد گرماست. گرماي توليد شده باعث مي‌شود مقداري از رطوبت بتن به صورت بخار آب آزاد گردد. بنابراين جهت جبران رطوبت از دست رفته و کامل شدن فرايند هيدراته شدن، فرايند آب‌پاشي لازم است. يعني بايد سطح لايه بتن به طور موثري نمناک نگه داشته شود و با اسپري آب تازه و تميز، بطور دايم و هميشگي (يا به دفعات فراوان) خنک گردد يا با گوني مرطوب پوشيده شود.

در برخي موارد مانند داكتها و مخازن کوچک به وسيله پوشش پلي‌اتيلن، سر و ته قطعه کاملا بسته مي‌شود و رطوبت حفظ مي‌گردد.

فرايند آب‌پاشي بايد بلافاصله پس از گيرش اوليه سيمان بتن، آغاز گردد، در غير اينصورت آب اسپري شده بر روي سيمان سطح، تاثير نامطلوب مي‌گذارد. فرايند آب‌پاشي بايد دستكم 24 ساعت انجام گيرد. قالبها و تخته‌‌ها مي‌توانند در مکان خود باقي بمانند. در هنگام عمل آب‌پاشي، دماي لايه نسوز بايد بين 5 و 32 درجه سانتيگراد باشد.

در شرايط دمايي سرد، معمولاً نرخ تبخير پايين است، بنابراين ممکن است فرايند آب‌پاشي لازم و ضروري نباشد. با اين همه دماي لايه بايستي بالاي 5 درجه سانتي گراد حفظ شده و تحت هيچ شرايطي نبايد به مواد اجازه داده شود که در هنگام گيرش و آب‌پاشي يخ بزنند.

در شرايط دمايي گرم، معمولاً نرخ تبخير بالاست، بنابراين فرايند آب‌پاشي اهميت زيادي دارد. لايه بتن بايد در 24 ساعت نخست مرطوب و خنک گردد. هنگامي که نصب لايه در محوطه باز انجام مي‌شود، سطح لايه بايد با سايه‌بان، از نور مستقيم خورشيد محافظت گردد.

قبل از کامل شدن فرايند آب‌پاشي، از جابجا کردن قطعات خودداري گردد.

 

خشک شدن در هوا

پس از کامل شدن فرايند آب‌پاشي، لايه بتن بايد براي زماني طولاني (حداقل 24 ساعت) در دماي محيط (دستكم 5 درجه سانتيگراد) قرار گيرد تا در هوا خشک شود]2[.

 

حرارت دهي اوليه

بتن سخت شده هنوز داراي آب است. آب آزاد در حدود 100 درجه سانتيگراد و آب كريستاليزاسيون در دماي 205 تا 872 درجه سانتيگراد خارج مي‌گردد. بيشترين مقدار رطوبت در دماهاي بالاتر از 300 درجه سانتيگراد خارج مي شود، لذا بايد بتن را به آرامي حرارت داد تا آب بدون آسيب رساندن، خارج گردد.

براي اين كار، وجود يك برنامه زمانبندي حرارت‌دهي ضروري است. رژيمهاي حرارت‌دهي براي بتن هاي مختلف متفاوت هستند و دستورالعمل واحدي وجود ندارد. حرارت دادن تا دماي حدود 400 درجه سانتي گراد با سرعت 30^¡C/hو در ادامه تا درجه حرارت كاربرد با سرعت 50^¡C/hانجام مي شود.

دماي ارائه شده در اين منحني، دماي گاز داغ روي سطح بتن است. اين دما معمولاً با ترموكوپلي كه حدوداً 5/1 سانتيمتر بالاي سطح بتن قرار گرفته است اندازه‌گيري مي شود. زمان سخت شدن در منحني فوق حداقل24 ساعت است.

هنگام مشاهده بخار آب بايد دما ثابت نگه داشته شود تا خروج بخار آب قطع گردد. هرگز نبايد در مراحل خشك كردن و حرارت دهي اوليه،‌ لايه ريخته شده مستقيماً ‌در معرض شعله قرار گيرد.

در بعضي موارد لازم است دما به ازاء‌ هر اينچ ضخامت جرم ريخته شده به مدت يك ساعت در محدوده‌هاي 205 تا 260 و583 تا 649 درجه سانتيگراد و قبل از دماي كاربرد بتن، ثابت نگه داشته شود.

 

مراجع

[1]- “C860-91 (re-approved 1995), Standard Practices for Determining and Measuring Consistency of Refractory Concrete”, annual book of ASTM standards, vol 15.01, pp 235-237.

[2]- CIRIA company, “Insulating refractory concretes, installation guide”, IRC-IG.001, contractor doc. No. 20-RA-E-7424413, Rev.1, sec. 1.1 to 4.2.

 

 

[i] - anchor

[ii] - curing

[iii] - rodding

[iv] - tamping

[v] - curing

[vi] - alumina cement

[vii] - hydratation