בטון בקיץ הישראלי

העקרונות המנחים בעת ביצוע יציקת בטון רב נפח בטמפרטורת סביבה גבוהה

*יש לאשר את היציקה כאשר דנים לגופו של עניין עם המתכנן ויועץ הבטון

קצב התחזקות הבטון נמצא ביחס ישר לטמפרטורה, ועל כן, בקיץ הבטון יתקשה יותר מהר, ובחורף, מתחת לטמפרטורה של 5°c, ראקציית התחזקות הבטון תיעצר כמעט. ככלל, בקיץ גם החול והאגרגטים שמרכיבים את תערובת הבטון יבשים ובמקרים רבים במהלך הובלת הבטון מי התערובת נספגים באגרגטים הללו והתוצאה היא בטון יבש שאינו מתאים לסומך המוזמן. לרוב, ספקי הבטון מודעים לקצב ההיקשרות המהיר ולנושא הספיגות של האגרגט והם מעלים בקיץ את מינון המוסף המעכב את ההיקשרות. גם נושא איבוד הסומך בגלל ספיגות האגרגט נלקח בחשבון במרבית המקרים ותערובת הבטון מכילה את המים שייספגו באגרגט. 

אז מה הם הסיכונים או מה עלול להשתבש כאשר יוצקים בטון בטמפרטורת סביבה גבוהה, ובפרט כאשר מדובר ביציקת בטון בנפח גדול? במקרים רבים, בעיקר בתקופת הקיץ, ניתן למצוא אתרי בנייה בהם ברצפת בטון שנוצקה לפני מספר ימים נפתחו סדקים. כיוון הסדקים יהיה לרוב בשתי וערב. הקבלן באתר נשבע ביקר לו שלא הוסיף מים (אולי ממש קצת), שביצע ויברציה ושהעמיד פועל למחרת לתת אשפרה. ועדיין, הבטון סדוק והלקוח ממש לא מבסוט. מדובר בכשל קלאסי ביציקת רצפות בטון בקיץ.

כאשר פני הבטון העליונים מתייבשים בגלל קרינת שמש חזקה, או רוח יבשה שנושבת על פני רצפת הבטון - נפח הבטון מצטמצם בשל יציאת המים והתוצאה היא הצטמקות של מסת הבטון בחלק העליון. מכיוון שמספר סנטימטרים מתחת לפני הבטון ממוקמת רשת זיון, הצטמקות הבטון מקבלת את צורת זיון הברזל שמתחת, שנותר במקומו ולא מצטמק. האיור הבא של חתך רצפת הבטון מסביר את מנגנון הסדיקה: 

המנגנון

והתוצאה

סדיקה זו נקראת 'סדיקה פלסטית', שכן היא מתרחשת כאשר הבטון נמצא עדיין במצב פלסטי. לרוב, מה שמגביר מאוד את התופעה הוא חוסר הקפדה על עובי כיסוי מתאים לברזל הזיון העליון ביציקת הרצפה. התופעה לא תמיד ניתנת למניעה מוחלטת, אולם ניתן להפחיתה בצורה משמעותית אם שומרים על אשפרה רציפה מייד עם תום יציקת הבטון. הדרך הנכונה לעשות זאת היא באמצעות הצפה של פני הבטון במים וכיסוי ביריעות בד גאוטכני. יריעה זו שומרת על פני הבטון רטובים ולא מאפשרת אידוי מים. אמצעי נוסף שמפחית מאוד את הסדיקה הוא ביצוע ריטוט (ויברציה) חוזר לבטון פעם נוספת לפני שמיישרים עם סרגל את פני הבטון.

שתי טכניקות נוספות להפחתת סדיקה פלסטית היא שימוש בסיבי פוליפרופילן גמישים בתערובת הבטון. סיבים אלה מתפזרים בבטון ומסייעים 'לתפוס' את הסדק. לחילופין, ניתן לבצע 'החלקת הליקופטר' לבטון. אף אחת מהחלופות לא מחליפה אשפרה וכיסוי מייד עם תום היציקה ולמשך מספר ימים.

דבר אחרון אך חשוב על סדיקה פלסטית הוא שככל שתערובת הבטון דקה יותר (כלומר גודל האגרגט המקסימלי קטן יותר) הבטון יהיה רגיש יותר לסדיקה וככל שנשתמש בתערובת גסה יותר (כמו כזאת המכילה 'פוליה', אבן בגודל 19-25 מ"מ) הסיכון לסדיקת הבטון יפחת. 

ביציקת אלמנטים רבי נפח כגון רפסודות, במרבית המקרים נשתמש ב-3 תערובות בטון שונות. לשכבה התחתונה של הרפסודה, המאופיינת בצפיפות גבוהה של ברזל, נשתמש בתערובת בטון דקה (כגון בטון דחוס) בסומך גבוה יחסית (6"-7"). עיקר נפח הרפסודה לא מכיל ברזל בצפיפות גבוהה ולכן נשתמש בתערובת מסוג בטון משאבה עם אגרגט מקסימלי של 25 מ"מ לפחות. חלקה העליון של הרפסודה שוב מכיל ברזל בצפיפות גבוהה ולפעמים גם מיועד להחלקה ולכן נשוב לתערובת בטון דחוס או מייקו, והפעם תערובת המיועדת להחלקת הליקופטר בסומך גבוה.

מקרה נוסף של פוטנציאל כשל ביציקת בטון הוא 'סדיקה תרמית', סדיקה שמופיעה כאשר הבטון כבר התקשה עקב שינוי מאמצים בשל הפרשי טמפרטורה בגוף הבטון. הנזק העשוי להיגרם כתוצאה מכשל זה גדול לאין שיעור ממנגנון הסדיקה הפלסטית. 

פני הבטון העליונים מתייבשים בגלל קרינת שמש חזקה

התקשות הבטון היא ריאקציה (תגובה) אקסותרמית, כלומר - פולטת חום בעת התרחשותה. פליטת החום מגיעה לשיא כ-48 שעות לאחר היציקה. כאשר מדובר באלמנט רגיל כגון עמוד, קיר או תקרה, גוף הבטון מתחמם ומתקרר באופן שווה ולכן שינוי הנפח כתוצאה משינוי הטמפרטורה חל באופן שווה באלמנט. אולם, מה קורה כאשר אנו יוצקים בטון ברפסודה של כמה אלפי מטרים מעוקבים? במקרים אלו, החלק הפנימי של האלמנט מקבל חום מסביב ולא פולט אותו. באותו זמן, פני האלמנט והדפנות פולטים את החום (שיכול להגיע ל-80° צלזיוס ואף יותר) לסביבת הרפסודה ולכן מתקררים בקצב שונה ביחס ללב הרפסודה. הפרשי טמפרטורה אלו, עשויים לגרום לכוחות אדירים שיגרמו לסדיקה בגוף הבטון הקשוי.

מסיבה זו, יציקות רפסודה נחשבות יציקות רגישות ובמקרים רבים ננקטים אמצעים לבקר את טמפרטורת הבטון בשלב תכנון היציקה ואף ביציקה עצמה.

גם כאן, קיימות טכניקות להפחתת גרדיאנט הטמפרטורה בין ליבת האלמנט ובין היקפו. הטכניקה שהייתה נהוגה בעבר היא קירור תערובת הבטון באמצעות קרח או באמצעות חנקן נוזלי. ככל שנפח יציקות הבטון ברפסודות גדל, כך הבינו שלא ניתן להשתמש בשיטות אלה מהסיבה שתפעולית קשה מאוד לדאוג לקרח או לחנקן לנפח בטון גדול כל כך.

להבנת הטכניקה השנייה להפחתת גרדיאנט הטמפרטורה באלמנט, נסביר את מקור עליית הטמפרטורה. הרכיבים שגורמים לעליית הטמפרטורה הם מינרלי הצמנט שבקלינקר, כאשר מינרלי הקלינקר מגיבים עם מימת הסידן נוצרת ריאקציה הנקראת "הידרציה". ריאקציה זו תפלוט כמה מאות של קילוג'אולים לכל קילוגרם צמנט. שימוש בצמנט דל קלינקר אם כן, יסייע לנו להפחית את החום שיפלט מתוצרי ההידרציה של מינרלי הקלינקר בצמנט. שימוש בצמנט סיגים מקובל מאוד במקרים בהם קיימת חשיבות לשמירה על גרדיאנט טמפרטורה מתון בגוף הבטון.

מכיוון שהתפתחות הטמפרטורה תלויה בתכולת הצמנט, הסיכון ביציקות של רפסודות סוגי בטון גבוהים (ב-40, ב-50) גדול יותר מאשר ביציקת רפסודה של בטון מסוג ב-30.

גם במפרט הכללי וגם במפרט נתיבי ישראל קיימת התייחסות לבטון רב נפח. במפרט נתיבי ישראל יצא גיליון תיקון עדכני המבוסס על התקן הקנדי ובו הנחיות לביצוע יציקת אלמנט רב נפח הכוללות הגדרות טמפרטורה מרבית, וביצוע בדיקות מוקדמות ליציקה. הפרקטיקה לבדיקות מוקדמות היא לצקת קובית בטון ולבצע מדידה רציפה של טמפרטורות הבטון במספר נקודות ממרכז האלמנט עד לפני השטח מעל קובית הבטון.

ממדידות אלה עולה כי בטון סטנדרטי יפתח כעבור יומיים טמפרטורה של 70° ובטון מצמנט סיגים יפתח טמפרטורה של 45° בלבד. בנוסף, גרף עליית הטמפרטורה בבטון סטנדרטי מאופיין ב'פיק' ברור וחד, בעוד שבצמנט הסיגים התפתחות הטמפרטורה מתונה יותר.

הטכניקה שהזכרנו קודם לאשפרה באמצעות הצפה במים וכיסוי בבד גיאוטכני תסייע גם לשמור על התקררות מתונה של פני הבטון העליונים והפחתת השפעת טמפרטורת הסביבה (שבלילה עשויה להיות 30-40 מעלות נמוכה מטמפרטורת הבטון) על הפרש הטמפרטורות בין פני האלמנט למרכזו.

טכניקה נוספת היא צמצום תכולת הצמנט בבטון. שימוש במוספים מפחיתי מים גבוהים, לרוב ממשפחת הפוליקרבוקסילטים, יסיעו לנו לקבל את הסומך הנדרש ליציקה עם פחות מים וממילא פחות צמנט (חוזק הבטון נגזר מהיחס בין כמות המים לכמות הצמנט בבטון). שימוש בפחות מים, יאפשר לנו הפחתה של כמות הצמנט והפחתה של הרכיבים האקסותרמיים (פולטי החום) בבטון.

פרקטיקה אחרונה שנזכיר היא נטילת מדגמים לחוזק לחיצה בגיל מאוחר מגיל 28 יום (הגיל המופיע בתקן). הרציונל הוא הידיעה שהבטון ממשיך להתחזק עם הזמן ומתן אפשרות לקבל את החוזק הסופי בגיל של 60 ואף 90 ימים תאפשר הפחתה מסוימת בתכולות הצמנט. הדבר נכון בעיקר בצמנט סיגים או תערובות בטון המכילות אפר פחם או פוצולנה.

קיים סיכון נוסף כאשר בטון נחשף לטמפרטורות גבוהות במהלך תהליך ההתקשות והוא DEF-Delayed Ettringite Formation, תהליכים כימיים שמתרחשים במהלך ההידרציה כשזו נחשפת לטמפרטורות גבוהות. הסיכון הוא בהיווצרות תוצרי הידרציה שיפגעו באיכות הבטון. 

שיירת מערבלי בטון בהמתנה ליציקת רפסודה (צילום: לירן לוין)

יציקת רפסודה (צילום: לירן לוין)