بلوغ بتن چیست؟

بتن یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است و کنترل کیفیت آن در مراحل مختلف ساخت‌وساز بسیار حیاتی است. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در پروژه‌های عمرانی، پیش‌بینی مقاومت بتن در سنین اولیه بدون نیاز به مقاومت نهایی و آزمون‌های مخرب است.
در این مقاله، مفهوم «بلوغ بتن» یا Concrete Maturity  معرفی می‌شود — یک روش علمی، دقیق و غیرمخرب برای تخمین مقاومت بتن بر اساس تاریخچه دما.
مطابق با استاندارد ASTM C1074  بلوغ بتن یک مفهوم علمی است که ثابت میکند میزان پیشرفت سخت‌شدن و کسب مقاومت بتن تنها به سن تقویمی آن (مثلاً ۳ یا ۷ روزه بودن) وابسته نیست، بلکه به شرایط دمای عمل آوری بتن و میزان دمایی که بتن در طول زمان آزاد کرده نیز وابسته است.

به زبان ساده‌تر:

دو بتن هم‌سن، اگر در دماهای متفاوت عمل‌آوری شوند، مقاومت یکسانی نخواهند داشت.

اینجاست که مفهوم بلوغ بتن معنا پیدا می‌کند.

خلاصه روند انجام آزمایش بلوغ بتن

انجام آزمایش تابع بلوغ بتن، کسب مقاومت بتن را در دمای مشخص، بر اساس نمودار رکورد زمانی برای نمونه‌های بتنی ریخته‌ شده و عمل‌آوری شده تحت شرایط آزمایشگاهی استاندارد پیش‌بینی می‌کند.
تکنیک آزمایش بلوغ یکی از انواع تکنیک‌های غیرمخرب (NDT) است که برای ارزیابی کسب مقاومت بتن در دمای عمل‌آوری استفاده می‌شود. این تکنیک نه تنها برای تعیین میزان افزایش مقاومت بتن، بلکه برای ارزیابی زمان ایده‌آل برای برداشتن قالب نیز مورد استفاده قرار گرفت .
به دلیل فرآیند هیدراتاسیون سیمان پرتلند، مقاومت بتن افزایش می‌یابد. میزان کسب مقاومت می‌تواند به عوامل زیادی بستگی داشته باشد که شامل دمای عمل‌آوری، سن عمل‌آوری، نوع مصالح مورد استفاده برای تولید بتن، انواع سیمان، نسبت آب به سیمان و غیره می‌شود. مشخص شده است که شرایط عمل‌آوری، به ویژه دمای بتن برای یک مخلوط بتن معین، بیشترین تأثیر را در افزایش کسب مقاومت دارد.

کاربرد آزمایش بلوغ بتن

این روش می‌تواند برای تخمین مقاومت بتن درجا مورد استفاده قرار گیرد تا امکان شروع فعالیت‌های حیاتی ساخت و ساز مانند موارد زیر فراهم شود:
(1) برداشتن قالب‌بندی و نصب مجدد در مدت زمان بهینه  ؛
(2) عملیات پس کشیدگی برای کشیدن تاندون ها؛
(3) مدت زمان مناسب عمل آوری در برابر هوای سرد و گرم؛
(4) باز کردن جاده‌ها برای عبور و مرور.

دو تابع جایگزین برای محاسبه شاخص بلوغ باتوجه به تاریخچه دمایی اندازه‌گیری شده بتن وجود دارد.

یک تابع بلوغ برای محاسبه ضریب دما-زمان به صورت زیر استفاده می‌شود:

M(t) =ضریب دما-زمان در سن t، درجه-روز یا درجه-ساعت
Δt =یک فاصله زمانی، چند روز یا چند ساعت

T_a=میانگین دمای بتن در طول بازه زمانی Δt ، °C
T₀=دمای مرجع، درجه سانتیگراد

تابع بلوغ دیگر برای محاسبه سن معادل در دمای مشخص به صورت زیر استفاده می‌شود:
= t_e  سن معادل در دمای مشخص Ts، روز یا ساعت،
Q= انرژی فعالسازی (J/mol)
T_a=میانگین دمای بتن در بازه زمانی Δt، K،
T_S=دمای مشخص شده، K،
Δt = فاصله زمانی، روز یا ساعت

فاصله زمانی برداشت دما

فاصله زمانی ثبت دما برای ۴۸ ساعت اول باید نیم ساعت یا کمتر و پس از آن ۱ ساعت یا کمتر باشد. دقت دستگاه ثبت دما باید در محدوده +-۱ درجه سانتیگراد باشد.

روش ایجاد رابطه مقاومت-بلوغ

حداقل ۱۵ نمونه استوانه‌ای را طبق روش ASTM C 192/C 192M  آماده کنید. نسبت‌های مخلوط و اجزای بتن باید مشابه بتنی باشد که مقاومت آن با استفاده از این روش تخمین زده خواهد شد.
حسگرهای دما را در فاصله + -۱۵ میلی‌متری از مراکز حداقل دو نمونه قرار دهید.
نمونه‌ها را در حمام آب یا در اتاق عمل آوری مطابق با الزامات مشخصات ASTM C 511 به صورت عمل‌آوری کنید.
آزمایش‌های مقاومت فشاری را در سنین ۱، ۳، ۷، ۱۴ و ۲۸ روز مطابق با روش آزمایش ASTM C 39 انجام دهید. در هر سن، دو نمونه را آزمایش کنید و میانگین مقاومت را محاسبه کنید.
اگر محدوده مقاومت فشاری دو نمونه از 10٪ مقاومت متوسط ​​آنها بیشتر باشد، یک استوانه دیگر را آزمایش کنید و میانگین سه آزمایش را محاسبه کنید.
در هر سن آزمایش، میانگین شاخص بلوغ را برای نمونه‌های دارای سنسور ثبت کنید.
برای ۴۸ ساعت اول ثبت دما، از یک بازه زمانی (Δt) 30 دقیقه یا کمتر استفاده کنید. می‌توان از فواصل زمانی طولانی‌تر برای بخش نسبتاً ثابت ثبت دمای بعدی استفاده کرد.
میانگین مقاومت فشاری را به عنوان تابعی از مقدار میانگین شاخص بلوغ رسم کنید.

منحنی حاصل، رابطه مقاومت-بلوغ است که برای تخمین مقاومت مخلوط بتن عمل‌آوری شده در شرایط دمایی دیگر استفاده می‌شود.
شکل ۱ نمونه‌ای از رابطه بین مقاومت فشاری و ضریب دما-زمان و شکل ۲ است.

روش تخمین مقاومت در محل

پس از بتن‌ریزی حسگرهای دما را در بتن تازه جاسازی کنید. هنگام استفاده از این روش برای شروع عملیات ساختمانی حساس، حسگرها را در مکان‌هایی از سازه نصب کنید که از نظر شرایط قرارگیری در معرض عوامل جوی و الزامات سازه‌ای، حیاتی هستند.
بخش‌های نمایان دال‌ها و اتصالات دال-ستون معمولاً نقاط بحرانی هستند. برای نقاط بحرانی در سازه خاص در حال ساخت، باید از مهندس مشاور راهنمایی گرفت.
سنسورها را به دستگاه‌های ثبت دما وصل کنید و دستگاه‌های ثبت را در اسرع وقت فعال کنید.
با استفاده از نمودار مقاومت-بلوغ که متناسب با طرح اختلاط مربوطه کالیبره شده ، مقدار مقاومت فشاری مربوط به شاخص بلوغ اندازه‌گیری شده را بخوانید.
قبل از انجام عملیات بحرانی، مانند برداشتن قالب یا پس‌کشیدگی، تعیین بلوغ بتن را با آزمایش‌های دیگر تکمیل کنید تا اطمینان حاصل شود که بتن موجود در سازه دارای مقاومت بالقوه‌ای است که مشابه بتن مورد استفاده برای ایجاد رابطه مقاومت-بلوغ است. تکنیک‌های مناسب عبارتند از:
آزمایش‌های درجا که نشانه‌هایی از مقاومت ارائه می‌دهند، مانند روش آزمایش ASTM C 803/C 803M، روش آزمایشASTM C 873، روش آزمایش ASTMC 900 یا روش آزمایشASTM C 1150

مزایای استفاده از دستگاههای بلوغ بتن

تسریع برنامه های ساخت: داده های مقاومت در زمان واقعی امکان برنامهریزی کارآمدتر فعالیتهای ساخت
را فراهم میکند .

صرفه جویی در هزینه ها: کاهش زمان اجاره قالب ها، تخصیص بهینه نیروی کار و به حداقل رساندن هزینه های
گرمایش/سرمایش به صرفهجویی قابل توجهی منجر میشود .

کنترل کیفیت بهبود یافته: نمایش دقی قتری از مقاومت بتن درجا در مقایسه با مقاومت فشاری عم لآوری
شده در محل ارائه میدهد .

افزایش ایمنی: اطمینان حاصل میکند که عملیات ساخت تنها پس از رسیدن بتن به مقاومت مورد نیاز انجام
میشود .

پایداری : عمل آوری بهینه و کاهش مدت زمان پروژه میتواند به کاهش ردپای کربن منجر شود.

منابع :
استاندرد ASTM C 1074
دفترچه راهنمای فنی دستگاه بلوغ بتن ساخت آزمون ساز مبنا