کاربرد نیتروژن مایع در کاهش حرارت بتن های حجیم

کاربرد نیتروژن مایع در کاهش حرارت بتن های حجیم

نیتروژن مایع سیالی خنثی و دارای دمای بسیار پایین حدود منفی 196 درجه سلسیوس می باشد. نیتروژن مایع می تواند به صورت مؤثری برای خنک کردن بتن و یا اجزاء آن به کار رود. در حال حاضر سیستم های نیتروژن مایع در ابعاد مختلف برای مراکز تولید بتن آماده تا پروژه های بزرگ سدسازی مهیا می باشد. هزینه ها بسته به حجم مورد نظر می تواند متفاوت باشد.

کاربرد نیتروژن مایع جهت خنک کردن آب اختلاط:

در این روش برای خنک کردن آب ختلاط بتن، نیتروژن مایع از داخل مخزن تحت فشار توسط لوله به داخل مخزن آب آزاد می شود تا دماب آب را به حدود 1 درجه سلسیوس برساند. همچنین در مخلوط کن های خاصی، نیتروژن باعث سرد شدن و انجماد بخشی از آب ورودی به دیگ مخلوط کن می شود. با تغییر دادن در حجم گاز خروجی می توان میزان سرمایش و یخ ایجاد شده را بسته به نیاز تنظیم نموده و ایجاد مخلوط یخ و آب نمود. استفاده از این روش امکان پایین آوردن دما را به میزان 11 درجه سلسیوس فراهم می آورد. هزینه نسبتاً بالای سیستم نیتروژن مایع در انتخاب سیستم خنک کن باید ملحوظ گردد.

کاربرد نیتروژن مایع جهت سرد کردن بتن تازه:

اعمال نیتروژن مایع به بتن تازه روشی مؤثر برای کاهش دمای آن می باشد. حد عملی مقدار سرد کردن بتن تازه هنگامی می باشد که بخش هایی از بتن تازه به حالت یخ زده در می آیند. این روش با موفقیت در چندین پروژه مهم به کار رفته است. سیستم لازم برای پیش سررد کردن بتن توسط نیتروژن مایع شامل مخزن نیتروژن مایع، تجهیزات اعمال نیتروژن در محل مخلوط کن می باشد. البته می توان با استقرار واحد اعمال نیتروژن مایع در محل بتن ریزی، مستقیماً بتن را در داخل کامیون مخلوط کن خنک کرده و از گرم شدن تدریجی بتن در حین انتقال پس از خنک شدن آن جلوگیری نمود.

از نیتروژن مایع می توان برای سرد کردن بتن در مخلوط کن های بشکه ای، تغاری، کامیون مخلوط کن بتن و مخلوط کن های پیوسته استفاده نمود. ممکن است لازم باشد زمان اختلاط را به میزان قابل توجهی افزایش داد تا مخلوط به میزان کافی سرد گردد. در یک پروژه که لازم بود دمای بتن تازه ریخته شده در محل بتن ریزی به 5 درجه سلسیوس محدود شود، بتن تازه با استفاده از یخ در مخلوط کن بتن با دمای 9.5 درجه سلسیوس تولید شد. این بتن با کامیون مخلوط کن به محل بتن ریزی حمل، و در آنجا با اعمال نیتروژن به داخل کامیون مخلوط کن دمای بتن تا حد 3 درجه سلسیوس پایین آورده شد. بدین طریق پس از ریختن بتن ، دمای درجای آن به زیر 5 درجه سلسیوس محدود گشت. در رابطه با مقدار نیتروژن مایع جهت دست یابی به سرمایش مورد نظر، جمع بندی ارائه شده از تجربه مهندسین در ژاپن مبنی بر حدود 14 کیلوگرم بر متر مکعب نیتروژن مایع برای هر یک درجه کاهش در دمای بتن تازه در صورتی که نیتروژن مایع به داخل کامیون مخلوط کن بتن اعمال شود، می باشد. در صورتی که نیتروژن مایع به مخلوط کن بتن اعمال گردد، مقدار لازم برای هر یک درجه کاهش دما حدود 11 کیلوگرم بر متر مکعب ذکر شده است. شایان ذکر است که عایق بندی مخلوط کن بتن جهت جلوگیری از جذب حرارت از محیط و استفاده بهینه از سرمایش نیتروژن مایع مورد توصیه می باشد.

مثال دیگری از کاربرد نیتروژن مایع از این قرار است: نیتروژن مایع به داخل کامیون مخلوط کن بتن که حاوی بتن آماده مخلوط شده بود، ریخته شد و دمای بتن تازه را از 27 درجه سلسیوس به 12 درجه سلسیوس رساند. زمان اختلاط اضافی لازم طی سرد کردن بتن در کامیون توسط نیتروژن مایع 8 دقیقه در نظر گرفته شد. هیچ گونه اثرات سوء از کاربرد نیتروژن مایع روی خواص بتن در این پروژه نیز دیده نشد.

سرد کردن بتن با ماسه منجمد شده توسط نیتروژن مایع:

همان طور که در بخش های قبل ذکر شد، سنگ دانه ها حجم عمده بتن را تشکیل می دهند و سرد کردن آنها می تواند در پایین آوردن دمای بتن تازه بسیار مؤثر باشد. روش های معمول سرد کردن سنگ دانه ها توسط آب سرد و ... معمولاً دمای آنها را تا حدود 3 درجه سلسیوس می تواند پایین آورد. روش جدید که در سال 1990 توسط مهندسین ژاپنی معرفی گردید، شامل پایین بردن دمای ماسه به زیر دمای انجماد بوده است. در این روش برای اولین بار از نیتروژن مایع جهت خنک کردن ماسه در تجهیزات خاص این کار استفاده شده است. این تجهیزات شامل یک مخزن انجماد ماسه، لوله ورودی نیتروژن که به مخزن نیتروژن مایع تحت فشار متصل است، و همچنین لوله خروجی برای گاز نیتروژن می باشد.

پره های مخلوط کن برای جلوگیری از گلوله شدن ماسه منجمد و اجازه انجماد دانه های ماسه به صورت مجزا می باشد. همچنین مخزن انجماد ماسه دارای عایق بندی حرارتی جهت جلوگیری از جذب حرارت از محیط می باشد. مخزن انجماد ماسه می تواند به راحتی بین مخزن انتظار ماسه در ایستگاه بتن سازی و دیگ مخلوط کن بتن قرار گیرد و ماسه منجمد تولیدی آن مستقیماً داخل دیگ مخلوط کن بتن ریخته و دمای آن پایین آورده شود.

شایان ذکر است که دمای ماسه بسته به نیاز قابل تنظیم است و در صورتی که نیاز به پایین بردن دما به زیر صفر نباشد، ماسه را می توان تنها به میزان لزوم سرد نمود. در بررسی انجام شده که علاوه بر مطالعات آزمایشگاهی، شامل اجرای بتن ریزی های حجیم در پروژه ها بوده است، دمای ماسه تا منفی 133 درجه سلسیوس نیز کاهش داده شده است. از نکات جالب بررسی انجام شده این است که در روش استفاده از ماسه منجمد، مقدار نیتروژن مایع به کار رفته به ازای هر یک درجه کاهش حرارت بتن تازه، برابر 8.5 کیلوگرم بر متر مکعب بوده است. بر این اساس مقدار نیتروژن مایع لازم در این روش کمتر از مقدار لازمه در روش های کاربرد نیتروژن مایع برای سرد کردن بتن در مخلوط کن بتن و یا کامیون مخلوط کن بتن بوده است. همچنین کاهش دمای بتن تازه با کاربرد ماسه منجمد به میزان 30 درجه سلسیوس میسر می باشد که این مقدار بیش از مقادیر مربوط به کاربرد نیتروژن مایع برای سرد کردن بتن است.

در بررسی انجام شده اثرات جانبی مضر بر بتن به علت کاربرد ماسه منجمد شده با نیتروژن مایع مشاهده نشد و کاهش دمای بتن باعث افزایش جزئی در اسلامپ بتن تازه و افزایش کمی در مقاومت بتن سخت شده گردید.

برگرفته از سیستم های پیش سرد کن بتن پروژه های سد سازی ( نشر کمیته ملی سدهای بزرگ ایران)