تاثیر ترک های بتن بر روی تهاجم کلراید

معادلات انتشار فوق مبتنی بر این فرض است که می توان بتن را به صورت یک محیط شبه همگن در نظر گرفت . بنابراین می توان گفت که معادلات انتشار نمی توانند مستقیما تهاجم کلراید به داخل بتن از طریق ترک ها را مستقیما تحت پوشش قرار دهند . با این وجود ، اگر فرض کنیم که سطوح جانبی ترک ها به منزله سطوحی از بتن هستند که یون کلراید می تواند از طریق آنها به داخل بتن نفوذ کند ، آنگاه این امکان ، اگر چه با مشکل ، فراهم خواهد شد که بتوانیم تاثیر ترک ها را بر روی تهاجم کلراید به داخل بتن تعیین کنیم.

شرایط اولیه و مرزی

برای حل قانون دوم انتشار فیک باید شرایط اولیه و مرزی را بدانیم . بسته به میزان آگاهی ما در مورد این شرایط ، مناسب خواهد بود که برخی از حالتهای خاص را تعریف کنیم .

شرایط اولیه عبارت است از غلظت کلراید بتن در هنگام شروع تهاجم کلراید به آن که در اینجا فرض می کنیم  ثابت است.

سازه های بتن مسلح قدیمی

در یک بتن نسبتا قدیمی ( مثلا با قدمت تقریبا بیش از 20 سال ) می توان روند انتشار کلراید به داخل آن را ثابت فرض کرد ، یعنی D=  ضمنا ، میزان کلراید در سطحی ازبتن که در معرض کلراید قرار دارد ، یعنی  را می توان در حد یک میزان ثابت  تثبیت کرد .این امر منجر به آن می شود که معادله انتشار صورتی ساده به خود بگیرد و شرایط اولیه و مرزی نیز ساده شده و به صورت  ثابت ( یعنی با توزیع یکسان ) و  درآیند.

تعیین پارامترهای کلراید

هنگامی که در مورد قابلیت انتشار کلراید بحث می شود معمولا تهاجم کلراید را مد نظر قرار می دهند و پارامترهای دخیل در آن را به عنوان مقادیری ثابت در نظر گرفته و آنها را بر این اساس تعیین می کنند . قابلیت انتشار کلراید در داخل بتن را در دو مورد تعیین می کنیم:

الف ) تعیین پارامترهای کلراید در آزمونه های آزمایشگاهی که تحت شرایط مشخص تهاجم کلراید ( مثلا شرایط مذکور در استاندارد NT Build , Nordtest , 1996a ) قرار گرفته اند .

ب ) تعیین پارامترهای کلراید سازه های بتن مسلح (مثلا سازه های بتن مسلح دریایی ) یا آزمونه های بتنی که مثلا در یک ایستگاه تحقیقاتی دریایی تحت شرایط تهاجم کلراید ناشی از محیط قرار گرفته اند .

هنگام به دست آوردن یک پروفایل کلراید ، هیچگونه اطلاعاتی در مورد شرایط اولیه مرزی و فیزیکی نداریم . بنابراین برای آنکه تا آنجا که ممکن باشد مسئله را ساده کنیم ، فرض می کنیم در خلال تمامی دوره قرار گیری بتن در معرض کلراید ، پارامترهای کلراید ثابت باقی می مانند. با این وجود ، باید اذعان داشت که این امر صحیح نیست . همچنین از آنجا که فقط یک پروفایل تغییرات کلراید نسبت به زمان داریم ، لذا هیچگونه اطلاعاتی در مورد این شرایط در اختیار نداریم.

در یک تحقیق بر روی نمونه هایی از یک نوع بتن که در شرایط محیطی یکسانی قرار گرفته بودند آزمایشهایی انجام شد و پروفیل های کلراید آنها در زمانهای مختلف تعیین شد . تا که واکا و همکاری وی در سال 1998 این پروفیل ها را بررسی کرده و نشان دادند که مقدار ضریب انتشار کلراید بتن بدست آمده ،  ، به زمان بستگی دارد . مقدار ضریب به دست آمده انتشار کلراید در بتن به عنوان مقدار ثابت ضریب انتشار تعریف می شود . این امر موجب تعیین مقدار اندازه گیری شده تهاجم کلراید ( برای یک مقدار ثابت کلراید سطحی  ) می شود .

تاکه واکا و همکاران وی در سال 1988 ، پیشنهاد کردند که برای مدل کردن ضریب انتشار به دست آمده ، ازیک تابع توانی استفاده شود . بعدا مانگات و همکارانش در سال 1994 و ماگه و همکارانش در سال 1993 ، و برخی دیگر از پژوهشگران ، وابستگی به صورت رابطه فوق را اثبات کردند.

افزایش تعداد مشاهدات و بررسی انجام شده بر روی سازه های بتن مسلح دریایی ، بوسژه در کشور ژاپن ، نشان داد که میزان کلراید سطحی به دست آمده باید تابع زمان باشد . اوجی و همکاران وی در سال 1990 بر اساس مشاهداتشان پیشنهاد کردند که  متناسب با جذر زمان مدل شود . این نکته می تواند به عنوان یک دستاورد مطلوب تلقی شود زیرا مطابق با آنچه که کرنک در سال 1956 در کتا خویش ارائه کرده است در این حالت قانون دوم انتشار فیک به سهولت حل شده و جواب ساده تری خواهد داشت . برای اولین بار ، پورویس و همکاران وی در سال 1994 ، و نیز گاوتفال و همکارانش در سال 1994 از این راه حل استفاده کردند.

بعدا در سال 1995 سوامی و همکارانش بر اساس تحقیقات جامعی که انجام داده بودند نشان دادند که  همیشه متناسب با جذر زمان افزایش نمی یابد . با این وجود آنان نشان دادند که می توان فرض کرد که  به صورت یک تابع توانی از زمان افزایش می یابد.

در آن زمان این امکان وجود نداشت که تاثیر پارامترهایی نظیر نسبت آب به سیمان ، نوع سیمان و سایر مواد چسباننده و سیمانی نظیر خاکستر بادی ، دوده سیلیسی و سرباره کوره آهنگدازی را تعیین کنند ، ولی مطالعات آزمایشگاهی ، از جمله پژوهشهای بایفورس در سال 1987 نشان داده اند که پارامترهای مزبور بر این امر تاثیر دارد. بسیاری از بررسی ها و تحقیقات کارگاهی در آن زمان ، از جمله در اسکاندیناوی ، نیز نشان داده اند که تاثیر این پارامترها بسیار زیاد است.

در آن زمان اگر میزان کلراید سطحی به صورت تابعی توانی از زمان در نظر گرفته می شد راه حلی کلی برای قانون دوم انتشار فیک وجود نداشت . با این وجود ، می یلبرو در مورد افزاشی میزان کلراید سطحی با گذشت زمان ، تردیدهایی وجود دارد.

 پیوند کلراید

کلرایدی که از طریق منافذ خمیر سیمان ، در داخل بتن انتشار می یابد ، در تماس با ترکیبات شیمیایی مختلفی قرار می گیرد . بنابراین ، این امکان وجود دارد که کلراید ، چه به صورت فیزیکی با ژل سیمانی و چه به صورت شیمیایی ، با خمیر سیمان پیوند بیابد . از آنجا که فقط این کلراید آزاد است که در داخل بتن انتشار می یابد ، لذا پیوند کلراید برای تعیین پروفیل کلراید دارای اهمیت زیادی است . رابطه بین کلرایدهای آزاد پیوند یافته به نوع ماده سیمانی بتن بستپی دارد و لذا باید آن را به صورت تجربی تعیین کرد.

در صورتی که برخی از پارامترهای مایع منفذی ، نظیر میزان pH ، دما و فشار آن تغییر کنند ، ممکن است بعضی از کلراید های پیوند یافته آزاد شوند . در نتیجه ، بسیار مناسب است که کلراید بتن را به صورت کلراید محلول در اسید تعیین کنیم.

ما در تمامی این تحقیق ، کلراید بتن را به صورت کلراید محلول در اسید و بر حسب درصدی از بتن یا ماده چسباننده آن در نظر می گیریم.

در عکس بالا شاهد استفاده از پوشش ضد اسید در سازه های دریایی هستیم جهت جلوگیری از خوردگی

دوام بتن

پایایی یا دوام بتن ساخته شده از سیمان پر تلند ، به توانایی بتن برای مقتبله باع عموامل جوی ، حملات شیمیایی ، سایش ، فرسایش و هرگونه فرآیند منجر به تخریب اطلاق می شود .

عمر خدمت دهی طولانی ف مترادف با دوام در نظر گرفته می شود . از آنجا که دوام ، تحت یک مجموعه شرایط ، لزوما به معنای دوام تحت مجموعه شرایط دیگری نمی باشد ، به همین دلیل متداول است که هنگام تعریف دوام ، اشاره ای کلی به محیط نیز می شود  .

برطبق تعریف کمیته 201 انستیتوی بتن آمریکا {2}، دوام بتن با سیمان پرتلند به توانایی آن برای مقاومت در برابر عوامل هوازدگی ، حمله شیمیایی ، سایش و با هر فرایندی که موجب آسیب دیدگی آن بشود . گفته می شود . بنابراین ، بتن با دوام ، بتنی است که شکل اولیه ، کیفیت و قابلیت خدمت دهی خود را در شرایط اش حفظ کند .

هیچ مصالحی بطور ذاتی بادوام نیست ، در نتیجه عوامل محیطی ، ریز ساختار مصالح و متعاقب آن ، خواص این مصالح با گذشت زمان تغییر می کند . یک ماده ، وقتی به انتهای عمر خدمت دهی خود می رسد که خواص آن ، تحت شرایط مفروض استفاده از آن ، به حدی آسیب دیده باشد که ادامه استفاده از آن ، ناایمن یا غیر اقتصادی شناخته شود .

در حال حاضر ، در طراحی سازه ها، مشخصات دوام مصالح مورد نظر ، همانند سایز مشخصات و ویژگی های آن ، نظیر ، همانند سایر مشخصات و ویژگی های آن ، نظیر خواص مکانیکی و هزینه و قیمت اولیه ، مورد ارزیابی قرار می گیرد . دوام ، علاوه بر ابعاد فنی ، از نقطه نظر تاثیرات اقتصادی و اجتماعی آن نیز مد نظر قرار می گیرد . افزایش روز افزون هزینه های تعمیر یا جایگزینی سازه ها ، ناشی از خرابی مصالح بخش عمده ای از کل هزینه ساخت و ساز را به خود اختصاص می دهد و لذا لازم است مه به مسئله دوام توجه کافی شود .

برای برسی دوام بتن و سازه های بتنی باید به نکته توجه شود که اغلب معلومات ما درباره فرآیند های فیزیکی – شیمیایی مسبب آسیب دیدگی بتن از روی تاریخچه خای سازه های واقعی به دست می آید ، زیرا شبیه سازی ترکیب اثرات دراز مدتی که معمولا در واقعیت وجود دارند در آزمایشگاه مشکل می باشد . با این وجود ، در عمل بندرت آسیب دیدگی بتن ، ناشی از یک علت منحصر به فرد است . گاهی ، علل فیزیکی و شیمیایی خرابی آن قدر با هم تداخل دارند و موجب تشدید یکدیگر می شوند که اغلب ، حتی جداکردن علت از معلول نیز اکان پذیر نیست .

با این توضیحات می توان گفت ، دوام بتن عبارت است از توانایی و پتانسیل آن برای مقاومت بیشتر ، چه به لحاظ کمی  و چه به لحاظ کیفی ، در برابر عواملی که می توانند موجب آسیب رسانی ، از بین بردن امکان بهره برداری و یا کاهش بهره برداری و یا کاهش بهره برداری از آن بشوند .

به عبارت دیگر ، دوام بتن به معنای حفظ و تداوم کیفیت ها و توانایی ها و ویژگی های بتن در طی زمان و خارج نشدن این ویژگی ها از محدوده مجاز است . 

اثر استفاده از مواد افزودنی آب بندی بتن بر ویژگی های بتن سخت شده

با استفاده از نتایج به دست آمده از آزمایش ها می توان گفت که استفاده از مواد افزودنی آب بند هیچ اطلاعاتی مبنی بر اینکه این مواد تغییر در سختی بتن می شود وجود ندارد در حقیقت ترکی به این  نوع از مواد افزودنی به گونه ای است که اتصال اجزای سازنده بتن سخت شده بدون تغییر باقی می ماند.

مقاومت فشاری و کششی : این درسته از مواد افزودنی اثر قابل ملاحظه ای بر مقاومت 28 روزه بتن دارد مگر اینکه افزودنی کاهنده آب نیست در مخلوط بتن به کار رفته باشد که در این صورت بهترین کاهش نسبت آب به سیمان مقاومت فشاری افزایش می آورد برخی نتایج مقاومت بتن حاوی املوسیون  مومی با عیار سیمان  متفاوت به همراه مقدار ناچیزی حباب ساز در جدول8-3 نشان داده شده است در جدول 8-4 نتایج استفاده از استئاریک اسید بر مقاومت فشاری بتن نشان داده شده است.

پایایی بتن: همانطور که در ابتدا بیان شد هدف اصلی افزودن این نوع از مواد افزودنی به بتن این است که میزان ورود آب باران و آبهای جاری به منظور حفظ زیبایی و آب بندی بتن کاهش یافت این بهبود به تو که در زمینه حفظ زیبایی آن حاصل می شود کوتاه مدت نیست و بر اساس داده های به دست آمده برای افزودنی ترکیبات استیریت  تا 10 سال این خاصیت باقی می ماند به عنوان نمونه نتایج جدول 8-5 نشان می دهد که بتن حاوی مواد افزودنی آب بند  برپایه استئاریک اسید در سال عملکرد بهتری در مقایسه با بتن بدون مواد افزودنی آب بند داشته است نتایج بدست آمده از جدول 8-5 را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد

 1 - توجه به این نکته ضروری است که مقدار ماده افزودنی آب بند را باید به میزان کافی به کاربرد بدین ترتیب میزان جذب سطحی بسیار کاهش می آورد

2 - استفاده از مواد افزودنی آب بند در مخلوط بتن برای جلوگیری از رشد جلبک ها بر روی سطح بتن می شود

3- استفاده از مواد افزودنی آب بند هرچند میزان کم افزایش دوام بتن در چرخه حضور یخ می شود این موضوع در ادامه در شکل 8-9 برای آزمایش چرخه ذوب یخ میشود.

این موضوع در ادامه در شکل 8 – 9 برای آزمایش چرخه ذوب  یخ قطعه بتنی نیز در مخلوط بتنی به کار رفته است که سبب کاهش نسبت آب به سیمان شده و در نتیجه به دست آمده مشارکت دارد .

استفاده از مواد افزودنی مانند استریت ها به مقدار زیاد علاوه بر خاصیت آب بند کنندگی می تواند به طور کلی مانع خوردگی میلگردهای فولادی مقدار متوسط کلر گردد این مواد امروزه فرمول بندی مواد جلوگیری کننده از خوردگی استفاده می شود که دارای مزیت دوگانه هستند اول اینکه این مواد مانند دخول آب به داخل بدن شده و از طرف دیگر با محافظت کاتدی  و یا اندی  از خوردگی فولادهای داخل بتن می شوند مواد افزودنی آب بند باعث تمیز ماندن سطح بتن در دراز مدت می شود در حالی که اثر معکوس بر سایر ویژگی های بتن ندارند همچنین در زمینه مقاومت در چرخه حضور در جمع شدگی در چرخه خشک شدند مرطوب شدن بتن و محافظت از آرماتور ها دارای عملکرد سودمند است.

8 – 5 استاندارد

در حال حاضر استانداری ملی که در زمینه عملکرد و نحوه استفاده از این مواد افزودنی باشد وجود ندارد به دلیل سختی هایی که در به دست آوردن نتایج همسان در آزمایش نفوذ پذیری وجود دارد تعیین میزان موثر بودن این مواد افزودنی با مشکلاتی همراه است در نتیجه روشهای آزمایش و توصیه های انجام شده توسط کارخانه های سازنده این مواد افزودنی به آزمایش های ساده نخست وزیری در نمونه های شاهد اما میزان نخست پذیری زیاد مردم روشهای آزمایش برای اندازه گیری خاصیت آب بندی به شرح زیر است :

الف) روش آزمایش برای نم بند ها  تعیین درصد جذب :

روش آزمایش در بخش 2 استاندارد BS 556چاپ سال 1972 بیان شده است و اندازه گیری تغییرات وزن نمونه غوطه ور در داخل آب در زمان های مشخص میزان جذب آب در می آید این آزمایش مقدار دقیقی به دست نمی دهد و تنها برای زمان های مناسب است که مقادیر مقایسه ای مد نظر باشد در آزمایش دیگری به نام آزمایش جذب سطحی اولیه که در بخش 5 استاندارد  BS 1881 چاپ سال 1970 اشاره شده است نرخ نخست صبح تا بعد از مدتی از شروع آزمایش تعیین می گردد آزمایش دیگری در بخش 1 استاندارد انجمن استرالیا مطرح شده است در این آزمایش میزان نفوذ آب یا بخار در بتن اندازه گیری می شود.

ب) روش آزمایش برای مواد افزودنی کاهنده نفوذپذیری :

در این آزمایش اثر مواد افزودنی بر روی تغییر خاصیت نفوذپذیری هیدرولیکی اندازه گیری می شود. روش کیفی رایج به این صورت است که صفحات بتنی خلل و فرج دارد  در معرض افزایش فشار یکنواخت در بازه زمانی کوتاه قرار می گیرد فشاری که در آن از اولین نشانه های رطوبت ظاهر می شود را یادداشت و با نمونه شاهد از همانبتن که داره افزودنی نمیباشد مقایسه می شود. روش دیگری که در استاندارد ACI  توصیه شده است این است که ضریب جریان بتن در شرایط اشباع اندازه گیری می شود که شامل روش های انجام آزمایش مستقیم و غیرمستقیم است شرکت مهندسی ارتش آمریکا آزمایش اندازه گیری نفوذپذیری بتن (CRC C48-92 ) شاه که روش بررسی نفوذپذیری بتن به روش مستقیم از را ارائه کرده است در این آزمایش مقاومت در برابر نفوذپذیری تحت فشار آب هیدرو استاتیک تا 1/28  مگاپاسکال در آزمون های بتنی اندازه گیری می شود بعد از اینکه جریان در بتن به حالت پایدار رسید با استفاده از قانون دارسی ضریب نفوذپذیری اندازه گیری می شود مشابه این روش در استانداردهای اروپایی DIN 1048 -5  و BS EN 12390-8 نیز آورده شده است. در استانداردهای اروپایی آزمون های بتنی تحت فشار آب برابر با 0/5 مگاپاسکال قرار داده می شود استفاده از روابط والنتا  ضریب نفوذپذیری اندازه گیری می شود در این روش به منظور دستیابی به نتایج دقیق باید حجم نمونه ها زیاد باشد تا بتوان نسبت حجمی منافذ گسسته در بتن را بدست آورد.

البته این مورد در استاندارد BS EN 12390-8 بیان نشده است از جمله استانداردهایی که برای اندازه گیری نفوذپذیری بتن به روش غیر مستقیم به طور گسترده استفاده می شود استاندارد ASTM C1202  میباشد.این استاندار جریان موجود در آزمون های بتنی که در معرض محلول الکترولیت و پتانسیل الکتریکی قرار دارد را اندازه گیری می کنند این آزمایش به عنوان آزمایش اندازه گیری سریع نفوذ یون کلر به داخل بهتر شناخته می شود هرچند که این نام گذاری دقیق نیست زیرا در این آزمایش میزان جریان عبوری در نمونه بتن اندازه گیری می شود در نفوذپذیری بتن همچنین آزمایش نمی توانند به این جریان عبوری در اثر وجود یون کلر و سایر یونها تفاوت قائل شود روش انجام این دست از آزمایش ها بر اساس  AASHTOOO T259  و AASHTOOO T260 می باشد نتیجه به دست آمده از این آزمایش ها را می توان به منظور محاسبه ثابت ظاهری بر اساس ASTM C1585  و استاندارد انگلیسی BS EN 1881   بخش 122 موجود است.

سایر افزودنی های شیمیایی- مواد افزودنی عمل آوری بتن

ترکیبات عمل آوری عموماً مایعاتی هستند که به صورت مستقیم به سبک بتن پاشیده شده و پس از خشک شدن غشایی نفوذ ناپذیر را بر روی سطح بتن تشکیل می دهند که از دست رفتن رطوبت به تاخیر می اندازد استفاده از این ترکیبات رایج ترین روش برای عمل آوری بتن تازه پس از گیرش آن است بنابراین می توانند برای عمل آوری اولیه بتن مورد استفاده قرار گیرند علاوه بر آن می توان از نفس زنی ها برای عمل آوری نهایی بتن نیز استفاده نمود به این دلیل ترکیبات عمل آوری باید قادر باشند تا به مدت 7 روز رطوبت نسبی سطح بتن را بیش از 80 درصد نگه دارند شرایط مناسبی را برای هیدراتاسیون سیمان فراهم کنند در شکل 10 -1-1 نمونه های عمل آوری بتن با استفاده از ترکیبات عمل آوری نشان داده شده است.

ساختار شیمیایی و نحوه عملکرد آن

ترکیبات تشکیل دهنده غشا که برای عمل آوری بتن به کار می روند باید الزامات مربوط به ASTM 309 یا ASTM 1315  را تامین نمایند . ASTM 309  با عنوان مشخصات استاندارد برای ترکیبات مایه تشکیل دهنده غشا برای عمل آوری بتن این ترکیبات را به سه دسته تقسیم می کنند که عبارتند است نوع 1 شفاف بدون رنگ نوع D-1 شفاف با رنگ فرار نوع 2 دارای رنگدانه سفید رنگ این استاندارد بخش جامد حل شونده در این محیط حل رنگ را به دو دسته a و b تقسیم می کنند استاندارد برای بخش جامد محلول در ترکیبات قرار گرفته در دسته ی A که معمولاً به ترکیبات تولید شده بر پایه واکس اطلاق می شود. محدودیت قائل نشده است اما بخش جامد محلول در ترکیبات دسته B رزین   می باشد ترکیبات شفاف دارای رنگ فرار بلافاصله  پس از استفاده رنگ خود را از دست می دهند . این رنگ امکان تشخیص اینکه چه میزان از سطح توسط ترکیبات عمل آوری پوشیده شده است را فراهم می کند . در روزهای گرم و آفتابی استفاده از ترکیبات سفید رنگ توصیه می گردد . استفاده از این ترکیبات جذب انرژی ناشی از تابش نور خورشید را کاهش داده و به این ترتیب میزان افزایش دمای بتن را کاهش میدهند . بر اساس این استاندارد محلول های سیلیکات بیش از اینکه تشکیل دهنده غشا باشند واکنش زا بوده و به همین دلیل الزامات این استاندارد astm c309 را تامین می کنند دارای ظرفیت های متفاوتی در کاهش میزان از دست رفتن رطوبت بوده و تا حدودی امکان از دست رفتن رطوبت را فراهم می کنند . از طرف دیگر استاندارد astm c1315 با عنوان " ترکیبات مایع تشکیل دهنده غشا دارای مشخصات ویژه برای عمل آوری و درزگیری بتن " دسته بندی دیگری را برای این ترکیبات ارائه می کند . ترکیباتی که الزامات این استاندارد را تامین میکنند علاوه بر داشتن ظرفیت نگه داشت رطوبت که بر اساس استاندارد astm c 156 تعیین می گردد ، دارای خواصی هم چون مقاومت در برابر قلیا ، مقاومت در برابر اسید بهبود خواص چسبندگی و مقاومت در برابر آسیب ناشی از تابش نور فرابنفش می باشند.

بر اساس این استاندارد ترکیبات مایع تشکیل دهنده غشا شامل نوع 1 شفاف و نوع 2 دارای رنگدانه سفید رنگ هستند . ترکیبات عمل آوری ذکر شده در این استاندارد در یکی از سه گروه A ، B و C قرار می گیرند . این تقسیم بندی بر اساس میزان تغییر رنگ این ترکیبات در برابر تابش اشعه فرابنفش می باشد . به طور کلی ، ترکیبات عمل آوری بر اساس میزان تغییر رنگ با گذر زمان و در معرض شرایط محیطی مختلف و بر مبنای شفاف یا سفید رنگ بودن تقسیم بندی می شوند .ترکیباتی که شرایط این استاندارد را تامین می کننند ، معمولا بر اساس استاندارد ASTM C 156 ، مقدار مجاز از دست دادن رطوبت آن ها در مصرف به میزان 5 و 4/7 متر مربع برای نوع 1 و 2 ، برابر 4/0 کیلوگرم بر متر مربع است . با توجه به یکسان نبودن شرایط محیطی و همچنین نحوه استفاده از این ترکیبات در کارگاه وآزمایشگاه ، مقدار از دست رفتن رطوبت در کارگاه می تواند با مقادیر ذکر شده در استانداردهای ASTM C309 و ASTM C1315 متفاوت باشد . ترکیبات عمل آوری عمدتا دارای پایه های شیمیایی زیر هستند :

- رزین مصنوعی

- واکس

- آکریلیک

 - رزین کلریناتی

ترکیبات عمل آوری بر پایه رزین و واکس به خوبی آب بند می کنند با گذر زمان تاثیر آنها کاهش یافته در سن 28 روزه این پوسته شده و صنعت بتن جدا میشود انجام عملیات گشت کاری بعد از 28 روز امکان پذیر خواهد بود. در صورتی که لازم باشد عملیات گچ کاری پیش از 28 روز انجام گیرد میتوان   سطح بتن را با آب داغ شست و شو داد.  بر مبنای تجربیات علمی مشخص شده است چه کارایی ترکیبات عمل آوری بر پایه رزین و واکس  در دوره زمانی24 ساعته برابر 96 درصد در دوره زمانی 72 ساعت برابر 84 درصد در دوره زمانی هفت روزه برابر 74 و در دوره عمل آوری 14 روزه 65% است. میانگین کارایی افزودنیهای عمل آوری هسته ای با پایه رزین یا واکس را می توان در حدود 80 درصد در نظر گرفت امتیاز ترکیبات بر پایه  آکریلیک  چسبندگی خوب آنها می باشد.  همچنین ترکیبات ازسطح جدا نشده  و فرو نمی ریزد و نیازی به شسته شدن با آب داغ نیز ندارد در واقع به دلیل خصوصیات ذاتی امولوسیون آکریلیک چسبندگی گچ به آن بهتر است.

ترکیبات بر پایه رزین کلریناتی نتنها با تشکیل غشای نازک در سطح بتن از تبخیر رطوبت موجود در آن جلوگیری می کنند بلکه حفرات  ریز سطح بتن را نیست پر می کنند در نهایت این لایه نازک دچار فرسایش می شود میزان تاثیرگذاری این ترکیبات به میزان قابل توجهی متفاوت بوده مواد سازنده آن ها و قدرت امولوسیون همانگونه که در شکل 10-1-2 نشان داده شده است بستگی دارد.

کاربرد ها

یکی از کاربردهای ترکیبات عمل آوری ماهی تشکیل دهنده غشا در عمل آوری نهایی می باشد عمل آوری نهایی به فرآیند گفته می شود که پس از پرداخت نهایی و پس از این که بهتون بگیردش نهایی خود رسید انجام میشود. از ترکیبات عمل آوری برای عمل آوری میانه یعنی زمانی که پرداخت نهایی انجام شده اما به تو هنوز نهایی خود نرسیده است نیز استفاده می شود گاه نیاز است تا میزان تاخیر انجام شده از سطح بتن در این دوره را کاهش داد و این در حالیست که امکان استفاده مستقیم از آب وجود نداشته و استفاده از روکش  پلاستیک نیز موجب وارد شدن آسیب های مکانیکی به بتن می گردد در چنین شرایطی اسپری کردن ترکیبات عمل آوری مایع پیش از فراهم شدن امکان به کارگیری روش های موثر ترین راه حل مناسبی برای کاهش میزان تبخیر است امکان استفاده از این ترکیبات برای انجام عمل آوری میانی و همچنین رایج بودن استفاده از این روش برای عمل آوری نهایی از مزایای این ترکیبات می باشد بنابراین استفاده از این ترکیبات روش مناسبی برای عمل آوری میانی و همچنین روش مناسبی  است که می توان برای کاهش از دست رفتن رطوبت بتن پیش از به کارگیری سایر روش های موجود برای عمل آوری نهایی همچون عمل آوری با آب و استفاده از پوشش های محافظ به کار گرفت.

 استفاده از ترکیبات عمل آوری به عنوان روشی برای عمل آوری میانی و به دنبال آن استفاده از پوشش های اشباع شده توسط آب به عنوان عمل آوری نهایی بیشتر در پل سازی رایج می باشد ترکیبات عمل آوری بلافاصله بعد از آن عملیات پرداخت از اطراف عرشه پل به روی آن پاشیده شده و پس از خشک شدن آن از گونی خیس و روکش های پلاستیکی استفاده می شود به کارگیری این روش در کنار یکدیگر به معنی زائد بودم و اضافی بودن یکی از این دو روش محسوب نمی شود چرا که ترکیبات عمل آورید یا به اصطلاح استر  قابل تنفس که الزامات مربوط به ASTM 309  و ASTM 301315 را تامین می نماید امکان عبور رطوبت  را فراهم کرده زمان توجه به کیفیت محصول مورد استفاده کاربرد آن در کارگاه و شرایط کارگاه دارای ظرفیتهای متفاوتی در نگهداری رطوبت می باشند از سوی دیگر عمل آوری تر از طریق مستغرق  کردن یا  آب پاشی سطح یا به کارگیری گونه های اشباع و تنها مانده از دست رفتن رطوبت می گردد بلکه آب اضافی برای هیدراتاسیون سیمان را نیز فراهم می کنند که مخصوص برای مخلوط های کم دارای اهمیت میباشد.

از دیگر کاربردهای ترکیبات عمل آوری استفاده آنها برای عمل آوری در هوای سرد است این ترکیبات یکی از بهترین گزینه ها برای این منظور هستند در هوای سرد و پس از محافظت اولیه از بتن برای جلوگیری از یخ زدن آن استفاده از ترکیبات عمل آوری به جای پاشیدن آب میزان خشک شدن را به میزان چشمگیری کاهش داده و شرایط مناسبی را بدون خطر یخ زدگی برای عمل آوری فراهم می کند .  استفاده از این ترکیبات در صورتی که محل مورد استفاده آن در درز اجرایی نبوده و در صورت زدن این ترکیبات پیش از قرار دهی بتن مجاور آن مجاز می باشد. درزهای اجرایی  و سایر محل هایی که قرار است بتن ریزی در مجاورت آن انجام شود باید پیش از اجرای لایحه جدید سطح لایه قبلی تمیز شده و آماده سازی شود با این وجود استفاده از  ترکیبات عمل آوری می توانند موجب تغییر ظاهر بتن شود.

نحوه استفاده مشکلات اجرایی و نکات ایمنی

بر اساس توصیه تولیدکنندگان این ترکیبات پیش از مصرف باید به هم زده شده تا کامل شود و مطابق با دستورالعمل های تولید کننده به طور یکنواخت مصرف گردد پس از آغشته کردن سرش به ترکیبات عمل آوری این ترکیبات در ارتفاع بیشتر به پایین حرکت کنند و همچنین نباید در شیارها تجمع کنند لایه نازک و محکم را تشکیل دهند که در برابر عبور مرور های انجام شده حین ساخت و در سنین کم پس از ساخت مقاومت کنند توانایی نگه داشتن رطوبت مناسبی را داشته باشند

برای اطمینان از پوشش کامل سر توسط ترکیبات عمل آوری داشتن سرعت به این ترکیبات در دو نوبت و در دو جهت عمود بر هم انجام میشود تمام سرد باید به طور کامل پوشیده شود چرا که در صورت وجود نقطه ای کوچک بر روی غشاء آهنگ تبخیر از سطح بتن افزایش میابد سطوحی که داره بافت برجسته هستند می توانند مساحتی بیش از دو برابر سطوح صاف مال کشی شده داشته باشند در چنین مواردی ترکیبات عمل آوری باید در دو نوبت جداگانه مصرف شود به طوری که در زمان اجرای غشای دوم های پیشین کامل آن کهنه شده و رنگ آن از بین رفته باشد استفاده از ترکیبات عمل آوریم به صورت دستی و یا توسط اسپری های تحت فشار با فشاری در حدود0/2  تا 0/7  مگاپاسکال انجام میشود در کارهای با حجم زیاد استفاده از اسپری های تحت فشار به دلیل سرعت بیشتر و توزیع یکنواخت تر مناسب می باشد در کارهای بسیار کوچک مانند مواردی که نیاز به ترمیم است می توان از فرچه های پهن  با موی نرم و یا از غلتک های رنگرزی استفاده کرد میزان و آهنگ مصرف را میتوان با توجه به تعداد ظروف مصرف شده و یا مغازه این اسپری ها محاسبه کرد.

این ترکیبات باید بلافاصله بعد از پرداخت نهایی سطح بتن و پس از تبخیر لایه آب روی سطح بتن  ناشی از آب انداختگی است مورد استفاده قرار بگیرند زمان استفاده از این ترکیبات تاثیر زیادی بر میزان تاثیرگذاری آنها دارد استفاده از این ترکیبات پیش از تبخیر آب موجود بر روی سطح بتن موجب رقیق شدن آن و استفاده با تاخیر از این ترکیبات سبب جمع شدن آنها توسط سطح بتن می گردد.

در روزهای با آب و هوای خشک بگونه یزد ایجاد ترکهای ناشی از جمع شدگی پلاستیک را به محتمل است به کاربردن ترکیبات عمل آوری بلافاصله پس از پرداخت نهایی و پیش از تبخیر همه آب موجود روی سطح بتن  به پیشگیری از تشکیل این ترک ها کمک می کنند در صورت آهنگ تبخیر از سطح بتن بیش از سرعت آب انداختگی باشد سطح بتن در ظاهر خوش به نظر می رسد در صورتی که آب انداختگی همچنان در جریان است در چنین شرایطی پرداخت بتن یا استفاده از ترکیبات عمل آورید هر دوی آنها می تواند دارای تاثیرات مخربی باشد آب انداختگی در زیر لایه سطحی بتن می شود تشخیص چنین شرایطی در محل کارگاه دشوار بوده و از طرف دیگر به تاخیر انداختن عملیات پرداخت و عمل آوری نیز مشکلاتی را به همراه خواهد داشت. در مواردی تشخیص این مسئله دارای اهمیت باشد می توان براق پلاستیکی شفاف بر روی بتنی که عملیات پرداخت و عمل آوری بر روی آن انجام نشده است  پهن کرد .  و به این ترتیب مانع از تبخیر رطوبت موجود شد در این حالت می توان ناشی از آب انداختگی را در زیر ورق پلاستیکی  مشاهده کرد نتیجه دیگر به کار گیری ترکیبات عمل آوری بر بتن تازه ریخته شده ایم که ظاهرن خوش به نظر می رسد این است که با وجود اینکه تبخیر به طور موقت متوقف می شود اما آب انداختگی می توانند ادامه پیدا کنند و باعث تشکیل ترکهایی در سطح غشای نازک ترکیبات عمل آوری گردد در چنین شرایطی ظرفیت نگهداری رطوبت به مقدار قابل توجهی کاهش میابد زمانی که از ترکیبات عمل آورید برای کاهش میزان از دست رفتن رطوبت ازسطوح قالب بندی شده استفاده می گردد ،  سطوحی که پس از باز کردن قالب در معرض هوا قرار می گیرند باید بلافاصله خیس شده و تا زمان بکارگیری این ترکیبات مرطوب باقی بمانند.

مشکلات ناشی از استفاده

ترکیبات عمل آوری می توانند مانند مناسب لایه  بتن سخت شده و بتن تازه ریخته شده فوقانی شود این ترکیبات چسب های بکار رفته برای اجرای پوششهای کف سازگار نیستند ترکیبات عمل آورید که الزامات مربوط به ASTM C1315  را تامین می کنند دارای ترکیباتی هستند که موجب بهبود چسبندگی ترکیبات عمل آوری می شوند استاندارد آزمایش های ارجاع می دهد برای ارزیابی قدرت پیوند میان کاشی و سایر کفپوشها به این ترکیبات عمل آوری است به همین دلیل پیش از استفاده از این ترکیبات سازگاری آنها در اتصال با مصالح مورد استفاده در مجاورت آنها باید مورد آزمایش قرار گرفته و یا اینکه در صورت لزوم برقراری اتصال به لایه فوقانی از این مساله استفاده نگردد در مواردی که کیفیت اجرا دارای اهمیت باشد برای تعیین سازگاری بین ترکیب عمل آوری  پرداخت سطحی رطوبت بتن  و بافت سطح تمام شده بتن  انجام آزمایش توصیه می شود.

نکات ایمنی

برای استفاده از ترکیبات عمل آوری دارای حلال های فرار در محیط های بسته و یا در نزدیکی محیط های حساسی بیمارستان ها باید احتیاط کرد زیرا ترکیبات فراری که بخار می شوند امکان ایجاد مشکلات تنفسی را به همراه دارند در چنین مواردی باید از قوانین مربوط به استفاده از ترکیبات آلی فرار تبعیت کرد همچنین استفاده از محلول های فرار می توانند محدودیتهای را در حمل و نقل نگهداری و استفاده ازمصالح پر خطر ایجاد کنند.

از سطح بتن که در معرض هوا قرار دارد رخ می دهد دمای زیاد بهتون سرعت زیاد باد و رطوبت کم نرخ تبخیر آب از سطح بتن را افزایش می دهند نرخ آب انداختگی نیز از عوامل مهم اجزای تشکیل دهنده بتن نسبت های اختلاط ضخامت المان مورد نظر و نوع تراکم و پرداخت سطح بتن بستگی دارد ترکهای ناشی از جمع شدگی پلاستیک معمولاً موازی یکدیگر  بوده و فاصله آنها 3/0 الی 1 متر است .  این ترک ها سطحی بوده و آنها 25 50 میلیمتر می باشد در مواردی که علاوه بر جمع شدگی پلاستیک جمع شدگی ناشی از خشک شدن نیز باعث تشدید شرایط می شود ترک ها می توانند بیشترین نفوذ کنند این ترک ها معمولاً در المان های  بتنی ناز و مانند دال ها رو سازی ها عرشه پلها شب های صنعتی پوشش تونل های سطوح ترمیمی که نسبت سطح به حجم زیادی دارند مشاهده می شود بتن های پرمقاومت که دارای نسبت آب به سیمان کم وهابی مواد پوزولانی (روباره خاکستر بادی و دوده سیلیس) هستند بیشتر در معرض ترکهای ناشی از جمع شدگی پلاستیک قرار دارنداین نوع جمع شدگی در بیشتر مواقع در هفت روز اول پس از قالب گیری بتن رخ می دهد.

جمع شدگی خود به خودی  در زمانی بتن  هنوز به حالت مایع می باشد رخ می دهد شدگی در واقع به سبب تغییر اندازه ساختار و فرج ریز  بتن یا به عبارت دیگر به دلیل کاهش اندازه تخلخل و منافذ بدن رخ می دهد این نوع از جمع شدگی به عنوان تابعی از میزان هیدراتاسیون سیمان در نظر گرفته می شود در واقع مهر که ایجاد این نوجوان شدگی واکنش های شیمیایی است هرچه هیدراتاسیون توسعه میابد حجم مطلق کاهش میابد این تغییر حجم به علت انجام واکنش به این آب و مواد سیمانی تغییر چگالی محصولات واکنش نسبت به مواد واکنش دهنده می باشد چگالی مواد اولیه واکنش از محصولات حاصل از آن کمتر است در نتیجه حجم مصالح موجود در مخلوط بتنای کاهش یافته و جمع شدگی خود به خودی در بطن رخ می دهد. 

در آب و هوای خشک زمانی که اختلاف رطوبت نسبی بین بتن و هوای اطراف آن وجود داشته باشد جمع شدگی حاصل از خشک شدن راه می دهد به طور خلاصه این پدیده به تبخیر آب از سیمان هیدراته شده مرتبط می باشد.هنگامی که سیمان اشتباه در معرض رطوبت ای که کمتر از اشباع است قرار گیرد بدون رطوبت را از منافذ مویینه  بزرگ از دست می دهد و به دنبال آن جمع شدگی در بتن ایجاد می شود در واقع بعد از گیرش نهایی بتن به دلیل تبخیر آب در خلل و فرج بتن و به دنبال آن  کاهش حجم بتن می پیوندد در بطن های پرمقاومت با مقدار آب کمر جمع شدگی حاصل از خشک شدن و جمع شدگی خود به خودی به دلیل اینکه احتمال وقوع ترک های شدید و افزایش می دهد بسیار مضر و خطرناک هستند .  در بتن های با مقاومت معمولی( مقاومت 28 روزه کمتر از 34 مگاپاسکال ) جمع شدگی خود به خودی نسبت به جمع شدگی حاصل از خشک شدن از اهمیت کمتری برخوردار است جمع شدگی به تنهایی باعث ایجاد ترک خوردگی در بتن می شود ایجاد ترک در بتن به این موضوع بستگی دارد که بهتون مفید شده است یا نه است در واقع نیروهای ناشی از قیمت های خارجی یا داخلی است که به واسطه جمع شدگی بتن مفید شده ایجاد می شود باعث ایجاد ترک در عضو بتنی می گردد به این دلیل که بیشتر سازه های بتنی توسط زمین شالوده آرماتور و سایر اعضای سازه موقعیت شده اند و این مسئله باعث ایجاد تنش های کششی می شود که در صورتی که مقدار تنش از مقدار مقاومت کششی بتن فراتر رود سبب پیدایش ترک در سازه بتنی می گردند.یکی از راه هایی که به منظور کاهش ترکهای جمع شدگی به کار می رود استفاده از کاهنده های قوی آب یا فوق روان کننده ها است که به منظور کاهش نسبت آب به سیمان و مقدار سیمان در بتن به کار میروند یکی دیگر از روش هایی که برای کم کردن اثر جمع شدگی در بتن به کار می رود استفاده از بتن جبران کننده جمع شدگی است.

این روش بر اساس انبساط بتن به جای جمع شدگی آن می باشد انبساط بتن در این روش به واسطه ای تشکیل اتریگایت (نوع K ،  کلسیم سولفات آلومینات و یا ترکیبات   بر اساس کلسیم آلومینات ) یا تشکیل کلسیم هیدروکسید ترکیبات بر اساس آهنگ بدست می آید در این روش باید مراقبت های ویژه ای که در زمینه جلوگیری از گیرش سریع کاهش کارپذیری است و از همه مهمتر است زمانی که انبساط توسط این رو شروع می دهد صورت گیرد روش دیگر استفاده از افزودنی های کاهنده جمع شدگی است که در سال 1985 در ژاپن معرفی شدند و در سال 1995 به بازار آمریکای شمالی را پیدا کردند به طور شیمیایی مکانیزم جمع شدگی را بدون ایجاد انبساط تغییر می دهد.

ساختار شیمیایی

 افزودنی های کاهنده جمع شدگی به طور کلی شامل پلی اکسیر آلکیلین آلکیل   اتر و ترکیبات مشابه هستند. بر اساس دستورالعمل های منتشر شده ترکیب کلی افزودنی های کاهنده جمع شدگی به صورت   می باشد . در این ترکیبات A نشان دهنده گروه آلکیل با زنجیره ای از کربن بوده و  و    شامل هیدروژن ، هیدروکسیل ، آلکیل ، فنیل و سیلکو آلکیل هستند . همچنین N نشان دهنده عدد صحیح بین 2 تا 10 می باشد که درجه پلیمریزاسیون ترکیب را مشخص می کند . بسیاری از افزودنی های کاهنده جمع شدگی تجاری موجود در بازار حاوی ترکیبات مخلوط گلیکول اتر می باشند در این فصل نوع سوم افزودنی های کاهنده جمع شدگی که مکانیزم جمع شدگی را تحت تاثیر قرار می دهند بررسی می کنیم.

نحوه عملکرد

علت جمع شدگی ناشی از خشک شدن تبخیر آب از منافذ مویینه در خمیر سیمان هیدراته شده در سطحی از بتون که در معرض هوای محیط با رطوبت نسبی کمتر از منافذ مویینه قرار دارد می باشد داخل منافذ مویینه که  آب آزاد نامیده می شود توسط نیروی مویینگی نگه داشته می شود که هرچه قطر منفذ کمتر باشد ، این نیرو قوی تر خواهد بود زمانی که تنش کششی توسط نیروی کشش مویینه در خمیر سیمان هیدراته شده ایجاد می شود ، تنش حاصله از مقاومت کششی موضعی بیشتر شده و شبب ایجاد ترک در سازه بتنی می گردد.

بر اساس تئوری کشش مویینگی ، مکانیزم جمع شدگی ناشی از خشک شدن بر اساس توسعه تنش سطحی در منافذ کوچک در خمیر سیمان موجود در بتن می باشد . هنگامی که آب داخل منافذ در اثر تبخیر کاهش می یابد ، شکلی هلال مانند در سطح مشترک آب و هوا تشکیل می شود . کشش سطحی در قسمت هلالی دیواره های منفذ را به سمت داخل می کشد و به این ترتیب در اثر این نیروی داخلی وارده ، جمع شدگی در بتن رخ می دهد . مکانیزم این نوع از جمع شدگی خمیر سیمان که توسط کشش سطحی رخ می دهد عمدتا به نسبت آب به سیمان بستگی دارد . از طرفی به نوع و نرمی سیمان و همچنین به سایر مواد به کار رفته در بتن از قبیل افزودنی ها و مواد سیمانی مکمل وابسته می باشد . این موارد بر پراکندگی و توزیع اندازه تاثیر می گذارد .

افزودنی های کاهنده جمع شدگی با کاهش نیروی کشش سطحی آب در منافذ جمع شدگی را کاهش می دهد . افزودنی های کاهنده جمع شدگی در داخل مخلوط بتنی در طول اختلاط ریخنه می شود . بعد از اینکه بتن سخت شد ، این افزودنی در منافذ همچنان باقی مانده و کشش سطحی که منجر به جمع شدگی در اثر خشک شدن می شود را کاهش می دهد . بر اساس نتایج آزمونه های بتنی که در شرایط آزمایشگاهی و در شرایط کارگاهی به دست آمده است ، در صورت استفاده از افزودنی های کاهنده جمع شدگی در دامنه 5/1 تا 2 درصد بر اساس وزن سیمان ، جمع شدگی به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد . همچنین بر اساس برخی دیگر از تحقیقات انجام شده در صورت استفاده از نوع افزودنی ها در محدوده 1 تا 5/2 درصد می توان به مقدار دلخواهی از جمع شدگی بدون اثرات جانبی دست یافت .

کاربرد

استفاده از افزودنی های کاهنده های جمع شدگی در بسیاری از موارد کاربرد دارد . از جمله این موارد می توان به سازه های بتنی پیش ساخته ، سازه های نگه دارنده ها ی آب و بسیاری از دال های افقی از قبیل سقف ، کف و عرشه پارکینگ اشاره کرد . این نوع افزودنی به دلیل حداقل کردن ترک ها ، سبب کاهش درزهای انقباض و انحنا در دال میشود . در سازه هایی که مشکل نشتی آب وجود دارد استفاده از این نوع افزودنی ها سبب کاهش ترک ها خواهد شد . همچنین از افزودنی های کاهنده جمع شدگی در سازه های پیش تنیده به منظور کاهش از دست رفتن نیروی پیش تنیدگی به کار می رود . علاوه بر آن از افزودنی های کاهنده جمع شدگی برای جبران اثر استفاده از سنگدانه هایی با جمع شدگی زیاد استفاده می شود . در مورد آخرین کاربرد ذکر شده باید هزینه استفاده از این نوع افزودنی ها در مقایسه با استفاده از سنگدانه هایی با جمع شدگی کمتر بررسی شود.توصیه میشود که افزودنی های کاهنده جمع شدگی بعد افزودن کلیه افزودنی ها به مخلوط بتنی اضافه گردد . هرچه درصد استفاده از افزودنی های کاهنده جمع شدگی افزایش یابد ، جمع شدگی کاهش می یابد ، به شرط آنکه میزان سیمان سنگدانه و افزودنی های کاهنده جمع شدگی باید ساخته شود تا طرح مخلوط بهینه برای دستیابی به جمع شدگی مد نظر تعیین گردد . باید توجه داشت افزودنی های کاهنده جمع شدگی می تواند با افزودنی های حباب ساز واکنش داده و حباب های هوا را ناپایدار کند.

کاربرد مواد شیمیایی ساختمان و تاریخچه

هدف از کاربرد مواد افزودنی بهبود یک یا چند خاصیت بتن تازه یا سخت شده است . برخی از افزودنی ها برای بهبود یک ویژگی به کار می روند در حالیکه بعضی دیگر به صورت همزمان بر چند ویژگی بتن تاثیر می گذارند . از طرف دیگر برخی مواد افزودنی بر خواص بتن تازه تاثیر می گذارند در حالیکه برخی دیگر برای بهبود خواص بتن سخت شده به کار می روند . اصلی ترین اهداف کاربرد افزودنی های شیمیایی دربتن تازه را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد.

- تغییر زمان گیرش ( کند گیری یا تندگیری ) شامل کنترل زمان گیرش اولیه و یا نهایی هم چنین دسترسی به زمان گیرش آنی

- تغییر در خواص رئولوژی بتن تازه نظیر بهبود کارایی شامل روانی ، تراکم پذیری ، قابلیت جایگیری در قالب

- کنترل آب انداختگی و جداشدگی ، بهبود پرداخت پذیری و افزایش قابلیت پمپ پذیری

- کاهش میزان مصرف آب با حفظ کار پذیری بتن

- تغییر در خواص جمع شدگی خمیری و عمدتا کاهش آن

- تغییر در لزجت بتن شامل کاهش یا افزایش آن

- کاهش حرارت هیدراتاسیون از طریق کاهش مصرف سیمان

- ایجاد انبساط جزئی در بتن

به صورت مشابه مهمترین تاثیرات مواد افزودنی شیمیایی در بتن سخت شده به شرح زیر است .

- افزایش مقاومت بتن اعم از مقاومت کوتاه مدت و مقاومت نهایی

- افزایش دوام بتن در شرایط محیطی سخت نظیر سیکل های یخ زده و آب شدن ، واکنش های قلیانی سنگدانه ها ، سایش ، حملات سولفات ها

- بهبود سطح ظاهری بتن و نمای تمام شده آن

- کاهش نفوذ پذیری در برابر آب و هوا و کاهش انتشار پذیری در برابر یون کلرید و سایر ترکیبات زیان آور محلول در آب

- ایجاد انبساط و یا حذف جمع شدگی ناشی از خشک شدن

- کنترل جذب آب مویینه در بتن و افزایش آب بندی

- کنترل خوردگی میلگردها در بتن در معرض یون کلراید

   کنترل واکنش های قلیایی – سیلیکاتی سنگدانه ها
 

پیشرفت های انجام شده در دانش فناوری بتن بدون شک مرهون استفاده از انواع مختلف مواد افزودنی است که با استفاده صحیح از آنها امکان دستیابی به ویژگیهایی چون مقاومت ، پایانی ، کارپذیری عالی و نظایر آن فراهم می گردد . در واقع استفاده از مواد افزودنی باعث می گردد از ظرفیت واقعی مصالح مصرفی شامل سنگدانه ها و سیمان به نحو موثر تری استفاده شود . البته از این مطلب نباید اینطور برداشت شود که می توان در خواص مصالح مصرفی در بتن ضعف هایی را پذیرفت و انتظار داشت با کاربرد مواد افزودنی آن کاستی ها به طور کامل برطرف گردد . به عبارت دیگر استفاده از مواد افزودنی جای دانش و خرد مهندسی که هوشمندانه مصالح مناسب را انتخاب کرده نسبت بندی می نماید را پر نمی کند . دامنه کاربرد مواد افزودنی شیمیایی و معدنی تا اندازه ای گسترده شده است که امروزه ساخت بتن بدون مواد افزودنی نوعی اتلاف منابع تلقی شده و بنابراین بتنهای حاوی مواد افزودنی سهم عمده ای از ساخت بتن را به خود اختصاص می دهند.

آقای مهتا در کتاب معروف " بتن ، خواص ، کاربرد و ریز ساختار " در سال 2006 آورده است :

" امروزه در سطح جهانی بیشتر بتن های تولیدی حاوی یک یا چند افزودنی شیمیایی است و برآورد می شود در کشورهای پیشرفته 80 تا 90 درصد بتنهای تولیدی حاوی مواد افزودنی شیمیایی باشند ." اگر چه در کشور ایران آمار منتشر شده ای از مصرف مواد افزودنی شیمیایی در دسترس نیست ولی متاسفانه به طور قطع در کمتر از 5 درصد بتن های تولیدی از مواد افزودنی شیمیایی استفاده می شود . دلیل عمده عدم استفاده از مواد افزودنی در ایران نا آشنایی مهندسین و دست اندرکاران ساخت و ساز با فناوریهای نوین در دانش بتن است . با توجه به مزیتهای بی بدیل استفاده از مواد افزودنی لازم است فرهنگ سازی های لازم جهت آشنایی مهندسین با فناوریهای استفاده از مواد افزودنی در بتن انجام پذیرد . یکی از اهداف کتاب حاضر برداشتن گامی در این راستا است.

تاریخچه

سابقه استفاده از مواد افزودنی در ساخت و ساز بسیار طولانی است . معروف است که رومیان از چربی های حیوانی ، شیر و خون برای بهبود مشخصات مصالح ساختمانی خود استفاده می کرده اند . استفاده از این مواد عمدتا به بهبود کارایی می انجامید ، علاوه بر آن خون به دلیل دارا بودن هموگولوبین می توانست به نوعی تولید حباب های هوا بنماید که دوام مصالح ساختمانی را بهبود می بخشید . چینی ها از خمیر برنج ، روغن تانگ و ملاس برای بهبود خواص مصالح استفاده می کردند . در ایران نیز از تخم مرغ ، خاکستر کوره حمام ، پشم حیوانات و مواد مشابه برای ساخت ساروج و بهبود ویژگیهای مصالح مورد استفاده در ساخت و ساز استفاده می نمودند . معماران قدیمی با استفاده از این مواد شاهکارهایی در دوره ه های مختلف تاریخی را بناکرده اند که شاید بدون استفاده از این مواد ساخت این سازه ها امکان پذیر نمی بود . نمونه هایی از این سازه ها گنبد پانتئون رم (شکل 1-4-الف) در دوران امپراتوری رم که در زمان خود بلندترین ارتفاع گنبد را داشته است و طاق عباسی طبس (شکل 1-4-ب) دوره صفویه که بلندترین سد دوقوسی دنیا در زمان خود بوده است و گنبد سلطانیه زنجان که در زمان خود بزرگترین گنبد آجری دنیا بود و اکنون بعد از سانتامار دلفیوره و ایاصوفیه سومین گنبد بزرگ دنیاست می باشند.استفاده از این مواد در برخی ساخت و سازهای سنتی هنوز هم ادامه دارد.

پس از انقلاب صنعتی و تحول روشهای ساخت و ساز از یک سو و نیاز به سازه های خاص با ویژگیهای جدید از سوی دیگر فصل جدیدی در کاربرد استفاده از مواد افزودنی ایجاد نمود . اندیشه تحقیق و مطالعه درباره افزودنی ها بعد از تولید صنعتی سیمان در نیمه دوم قرن نوزدهم و شناخت ترکیبات و فرایند هیدراتاسیون ، ابتدا در مراکز علمی و آکادمیک مورد بررسی قرار گرفت و به تدریج کاربرد آن ها در صنعت رواج پیدا کرد . روان کننده ها ، زودگیر کننده ها ، کند گیر کننده ها و حباب سازها به عنوان افزودنی های شیمیایی متداول در نخستین سال های دهه سوم قرن بیستم اختراع شدند . قدیمی ترین مستند علمی و فنی معتبر حکایت از آن دارد  که روان کننده بر پایه نفتالین فرمالدهید سولفونات اولین ترکیبات آلی است که در سال 1932 توسط یک شرکت آمریکایی اختراع و ثبت گردید و سپس در طول دهه های 1930 و 1940 مصرف روان کننده های دیگر که بر اساس لیگنوسولفونات ها بودند رواج پیدا کرد . پس از آن در حدود سال های 1950 بود که مشتقات آلی دیگری مثل هیدروکسی کربوکسیلیک ، ترکیبات پلیمری و اسیدهای چرب رواج یافتند . بعضی از مواد افزودنیدیگر نظیر حباب سازها بطور اتفاقی با مشاهده و بررسی دوام بعضی رویه های بتنی در شمال آمریکا کشف شد . داستان کشف این مواد به این ترتیب بود که بررسی ها نشان می داد بعضی از این رویه ها در برابر شرایط محیطی سرما و یخبندان پایایی بیشتری دارند. رجوع به مدارک فنی پروژه و انجام آزمایشها نشان داد که در تهیه سیمان این بخش از رویه ها ی بتنی از چربی گاو به عنوان کمک آسیاب در عملیات سایش و آسیاب کردن کلینکر استفاده شده است. بررسی های جدید تر نشان داد که این سیمان ها به دلیل تولید حباب های هوا موجب افزایش دوام بتن در برابر چرخه ذوب و یخ شده است.

انتشار گزارش های علمی مقالات پژوهشی در مورد افزودنی های شیمیایی در سال های دهه 40 میلادی آغاز شد که از میان آنها میتوان به نخستین گزارش تفضیلی کمیته فنی شماره 212 موسسه ACI در سال 1944 و اولین سمپوزیم ASTM با عنوان اثر افزودنی های کاهنده آب و کنترل گیرش بتن در سال 1959 اشاره کرد.

متعاقب این سمپوزیسم ، موسسه ASTM استاندارد C494 را در سال 1962 تدوین نمود که به موضوع افزودنی های شیمیایی بتن و معیارهای پذیرش آن می پرداخت . این استاندارد به عنوان یکی از قدیمی ترین استانداردهای موجود در مورد مواد افزودنی شیمیایی بتنطی سالهای مختلف با توجه به پیشرفت های انجام گرفته در دانش مواد افزودنی و بر مبنای تجربیات به دست آمده مورد بازنگری و تصحیح قرار گرفته است. آخرین نسخه این استاندارد در سال 2011 به روز شده است . استاندارد های مشابهی نیز در اروپا ، استرالیا ، هند ، ژاپن و سایر کشورهای دنیا تدوین شده است.

اولین شواهد از کاربرد مواد افزودنی شیمیایی در ایران به دهه 1350 برمی گردد .در دهه 1360 کاربرد این افزودنی ها با گسترش چشم گیری مواجه نبود . از دهه 1370 به بعد مشخصا در ساخت سد های بتنی روان کننده ها و مواد حباب ساز به کار رفته اند و در حال حاضر هم پروژه های سد سازی بزرگترین محل استفاده از این نوع افزودنی ها هستند . البته در ساخت اسکله های بتنی و سازه های جنوب کشور مخصوصا به جهت لزوم ساخت بتن های پایا و با نسبت کم آب به سیمان ، کاربرد فوق روان کننده ها اجتناب ناپذیر است . در حال حاضر در کشور بیش از 40 شرکت تولیدی و فروش مواد افزودنی شیمیایی به فعالیت مشغول هستند . با این همه همانگونه که قبلا ذکر شد در کشورمان ایران ، میزان مصرف مواد افزودنی شیمیایی تا متوسط درصد مصرف در کشورهای دیگر در فاصله معناداری قرار دارد و خصوصا صنعت بتن آماده که سهم قابل ملاحظه ای از تولید و مصرف بتن را در کشور به خود اختصاص می دهد از مستعدترین بخش هایی است که باید به ویژگی های ارزشمند افزودنی های شیمیایی بپردازد و آن را مورد مصرف قرار دهد.

پیشرفت هایی که طی چند دهه اخیر در تکنولوژی بتن به وجود آمده است بدون شک به پیدایش و نوآوری های فراوانی که عرصه تکنولوژی مواد شیمیایی پدید آمده ارتباط دارد.استفاده از افزودنی های شیمیایی جدید موجب دستیابی به برتری های فنی و ویژگی های رفتاری برتر بتن و همچنین سهولت در اجرا و صرفه جویی در نیروی کار شده است ، بنابراین ضروری است که دانش و فناوری کاربرد مواد افزودن شیمیایی در ایران بیش از گذشته توسعه یابد.