افزودنی های کاهنده ی جمع شدگی بتن

مواد افزودنی کاهنده‌ی جمع شدگی بتن نیز در دهه 1980 میلادی معرفی شدند. از این مواد در پل‌ها، سازه‌ها و ساختمان‌هایی که ترک خوردگی و آسیب دیدگی بایستی به حداقل برسد، استفاده می‌شود. پروپلین گلیکول و پلیاکسی‌آلکلین الکل از مواد معمولی هستند که از آن‌ها به عنوان کاهنده‌ی جمع شدگی در بتن استفاده می‌شود. آزمایش‌ها نشان داده که این نوع مواد، جمع شدگی را در بتن بین 25 تا 50 درصد کاهش می‌دهند. این افزودنی‌ها تاثیر چندانی بر روی اسلامپ و کاهش هوای بتن ندارند، اما گیرش بتن را به تاخیر می‌اندازند. اکثر افزودنی‌های کاهنده‌ی جمع شدگی با دیگر افزودنی‌ها سازگار هستند و مشکلی ایجاد نمی‌کنند.

افزودنی‌های شیمیایی کاهنده‌ی واکنش‌های قلیایی

افزودنی‌های شیمیایی که باعث کاهش و کنترل واکنش‌های قلیایی در بتن می‌شوند (افزایش حجم سنگدانه‌ها) در دهه 90 میلادی معرفی شدند. لیتیم نیتریت، لیتیم کربنات، لیتیم هیدرکسید، لیتیم آلومینیوم سیلیکات و نمک‌های باریم از موادی هستند که در آزمایش‌ها نشان داده شده باعث کاهش واکنش‌های قلیایی در بتن می‌شوند. برخی از این مواد پتانسیل این را نیز دارا هستند که از آن‌ها به عنوان جایگزینی برای قسمتی از سیمان نیز استفاده شود. به علت مصرف کم از این مواد، تجربه‌های زیادی از استفاده از آن‌ها در پروژه‌ها در دست نیست.

افزودنی‌های رنگ‌افزون (رنگدانه‌ها)

از انواع رنگ‌های طبیعی و مصنوعی برای رنگ کردن بتن برای مقاصد امنیتی و ظاهری استفاه می‌شود. به طور مثال ازبتن قرمز در اطراف خطوط برق یا لوله‌های گاز استفاده می‌شود تا به کسانی که نزدیک این سازه‌ها می‌شوند، اخطار داده شود. از بتن زرد برای ساخت موانع جاده‌ای استفاده می‌شود. به طور کلی، مقدار رنگدانه‌ی مورد استفاده در بتن نباید از 10 درصد از وزن سیمان تجاوز کند. رنگدانه‌هایی که مقدارشان از 6 درصد کم‌تر باشد، تاثیری بر روی دیگر خواصبتن نمی‌گذارند.

کربن اصلاح نشده برای مشکی کردن بتن به کار می‌رود. این ماده باعث کاهش هوای بتن نیز می‌شود. پیش از استفاده از این گونه مواد، بایستی بر روی آن‌ها آزمایش‌هایی صورت بگیرد تا پایداری شیمیایی، مقاومتشان در برابر آفتاب و تاثیرهایشان بر روی دیگر خصوصیات بتن مشخص شود. همچنین به همراه رنگدانه‌ها، نبایستی از کلسیم کلرید در بتن نیز استفاده کرد؛ زیرا باعث به هم ریختگی رنگ بتن می‌شود.

افزودنی‌های کاهنده‌ی نفوذپذیری

افزودنی‌های کاهنده‌ی نفوذپذیری، نرخی را که در آن آب تحت فشار به بتن نفوذ می‌کند را کاهش می‌دهند. یکی از بهترین روش‌های کاهش نفوذپذیری در بتن، افزایش رطوبت بتن در هنگام عمل‌آوری و کاهش نسبت آب به سیمان به کم‌تر از 0٫5 می‌باشد. بیشتر افزودنی‌هایی که نسبت آب به سیمان را در بتن کاهش می‌دهند، به طور اتوماتیک میزاننفوذپذیری بتن در برابر آب را نیز کاهش می‌دهند.

برخی از مواد که از آن‌ها به عنوان جانشین سیمان در مخلوط بتن استفاده می‌شود مانند دوده‌ی سیلیس، به وسیله‌یهیدراسیون و واکنش پوزولانی، نفوذپذیری بتن را کاهش می‌دهند. افزودنی‌های که با پر کردن فضاهای خالی در بتن،نفوذپذیری آن را کاهش می‌دهند؛ باعث کاهش خوردگی فولاد در بتن نیز می‌شوند. این افزودنی‌ها که برای استفاده در بتن‌هایی با نسبت آب به سیمان بالا و یا پایین تولیده شده‌اند، حاوی اسیدهای چرب، امولیسیون پلیمری و مواد آروماتیک هستند.

کاربرد روان کننده ها در بتن

بطور کلی تکنولوژی بتن با ترمهای کارپذیری (Workability) و مقاومت (Strength) تعریف میشود. بتن تازه باید دارای قوامی صحیح (Correct Consistency) باشد تا بتوان در حداقل زمان ممکن آنرا در حد لازم متراکم کرد.

بطور کلی تکنولوژی بتن با ترمهای کارپذیری (Workability) و مقاومت (Strength) تعریف میشود. بتن تازه باید دارای قوامی صحیح (Correct Consistency) باشد تا بتوان در حداقل زمان ممکن آنرا در حد لازم متراکم کرد.یعنی بتن باید دارای حداکثر کارپذیری باشد.

نکات مهم :

1- ماده افزودنی های بتن به نحوی باید با بتون عجین شود که سریع ترین و یکنواخت ترین توزیع را در مخلوط داشته باشد.

2- حداکثر راندمان، وقتی حاصل می شود که افزودنی های بتن در مراحل انتهایی اختلاط مصالح، سیمان و آب به آن اضافه شود.

3- برای بچ های حجیم باید دقت بیشتری در توزیع مواد افزودنی بتن جهت رسیدن به کارپذیری مطلوب بعمل آید.

4- نحوه و مراحل افزودن ممکن است روی زمان گیرش و مقاومت فشاری موثر باشد.

5- تاثیر روش اضافه کردن مواد افزودنی را می توان با مقادیر مصرف (Dosage) مختلف برای بدست آوردن بتن با عملکرد واحد نیز ارزیابی کرد.

6- مصرف اتفاقی مقدار بیشتر افزودنی های بتن به اندازه 2 الی 3 برابر مقدار توصیه شده از طرف تولیدکننده، سبب تاخیر قابل ملاحظه ای در زمان گیرش، کاهش در مقاومت فشاری اولیه (در 24 تا 48 ساعت اولیه)، افزایش هوای تولید شده در بتن و تغییر سایر خواص می شوند. البته تجربه نشان داده است که در این حالات با کیورینگ (عمل آوری) طولانی مقاومت فشاری در سنین بالاتر آسیب نمی بیند (کاهش نمی یابد)

بعلاوه بتن باید بتواند در حداقل زمان تا آنجایی‌که لازم است کسب مقاومت نماید یعنی بتن باید دارای مقاومت فشاری (Compressive Strength) و دوام (Durability) کافی نیز باشد.

قانون اساسی تکنولوژی بتن این است که خواص بتن در وهله اول به تمامی به نسبت آب به سیمان بستگی دارد. هر چه نسبت آب به سیمان کم باشد، کیفیت بتن (استاندارد و خوب متراکم شده) بهتر است.

از جمله افزودنی‌های بتن که در جهت تامین موارد فوق الذکر کاربرد دارد روان کننده ها و فوق روان کننده ها را می‌توان نام برد.

روان کننده ها (کاهش دهنده آب )

(Plasticizers Water Reducers)

مواد آلی یا ترکیبی از مواد آلی و معدنی هستند که برای تامین اهداف زیر بکار می روند:

1- رسیدن به مقاومت بالا از طریق کاهش نسبت آب به سیمان با حفظ کارپذیری در حد مخلوط بدونافزودنی های بتن.

2- حفظ کارپذیری با کاهش مقدار سیمان برای کم کردن گرمای ناشی از هیدراسیون در بتن حجیم.

3- افزایش کارپذیری جهت تسهیل بتن ریزی درمحل های غیر قابل دسترسی.

مطابق طبقه بندی کاربردی ASTM C 494 مواد روان کننده به دسته های زیر تقسیم می‌شوند:

نوع A : فقط به عنوان کاهش دهنده آب (Water Reducing Agent )

نوع D : در صورتی که خاصیت کاهش دهندگی آب با خاصیت به تاخیر انداختن گیرش (Set-Retardation) توام باشد.

نوع E : در صورتی که خاصیت کاهش دهندگی آب با خاصیت زودگیر کنندگی همراه باشد.

اهداف استفاده از افزودنی های بتن، کاهش دهنده آب:

1- برای افزایش کارپذیری بدون افزایش مقدار آب یا کاهش مقدار آب با ثابت نگهداشتن کارپذیری.

2- برای کاهش یا ممانعت از نشست (Settlement).

3- برای اصلاح نرخ یا ظرفیت آب آوری یا هر دو.

4- برای کاهش جداشدگی دانه ها.

5- برای بهبود بخشیدن به قابلیت پمپ شدن.

6- برای تسریع نرخ کسب مقاومت.

7- برای افزایش دوام.

8- برای کاهش نفوذ پذیری.

9- برای افزایش چسبندگی بتن به آرماتورهای فولادی.

مکانیزم عمل

ترکیبات اصلی و فعال روان کننده های بتن ، موادی با سطح فعال (Surface Active) هستند که در فصل مشترک دو فاز غیر قابل اختلاط (Immiscible) جمع می شوند و نیروهای فیزیکی – شیمیایی را در این سطح تماس داخلی تغییر می دهند.

این مواد (Surface Active Agent) روی دانه های سیمان جذب شده و به آنها بار منفی می دهد که سبب دفع شدن (دور شدن) این ذرات از هم و تثبیت حالت پخش شدگی آن ها می شود ، حبابهای هوا نیز دفع شده و نمی توانند به ذرات سیمان بچسبند.

علاوه بر این، بار منفی سبب بوجود آمدن پوسته ای منظم از مولکولهای آب دور هر ذره شده و در نتیجه موجب جداشدگی ذرات از هم می شود. چون آزادی بیشتری برای حرکت ذرات وجود دارد و آبی که در اثر سیستم فولکوله شدن تحت قید است آزاد می شود و برای روانسازی مخلوط در دسترس قرار می گیرد و در نتیجه کارپذیری افزایش می یابد.

انواع روان کننده های بتن
دسته اصلی مواد و ترکیبات روان کننده های بتن به شرح زیر است:

1-اسیدهای لیگنو سولفونیک (Lignosulphonic Acids) و نمک های آنها

2- فرمول های اصلاح شده و مشتقات اسیدهای لیگنوسولفونیک و نمک های آنها

3- اسیدهای کربوکسیلیک و هیدروکسیلات (Hydroxylated) ، (Carboxylic Acids) و نمک های آنها

4- فرمولهای اصلاح شده و مشتقات اسید کربوکسیلیک ، هیدرواکسیلات و نمک های آنها

5- مواد دیگر شامل: نمکهای روی، فسفاتها، کلریدها، کربوهیدراتها، پلی ساکاریدها، اسیدهای قند ، بعضی از مواد پلیمری مانند مشتقات ملامین ، مشتقات نفتالین و غیره.

مواد اصلی که در تهیه روان کننده های بتن مصرف می‌شوند اغلب دارای دیگر خواص غیر مطلوب هستند مانند کندگیری، هوازایی، و... بنابراین به طور معمول با سایر ترکیبات جهت کاهش و حذف اثرات منفی و بهبود اثرات مثبت مخلوط می‌شوند.

توجه:

1-روان کننده های بتن با بیشتر انواع سیمان ها قابل استفاده هستند.

2- اثرات ناشی از هر افزودنی های بتن بستگی به مقدار مصرف (Dosage) و طبیعت آن دارد.

3- روان کننده های بتن به مقدار 1/0 تا 4/0 درصد وزن سیمان مصرف می شوند. با توجه به کمیت آنها باید نحوه مصرف و توزیع یکنواخت آنها در بتن به دقت کنترل شود. به همین دلیل محصولات محلول در آب بر نوع خشک و پودری آنها ارجحیت دارد.

اثر روان کننده های بتن روی بتن سخت شده

الف) مقاومت الکتریکی

کاهش مقدار آب ناشی از بکار بردن روان کننده ها سبب افزایش مقاومت 28 روزه ملات و بتن می شود. با ثابت نگهداشتن کارپذیری مقاومت بین 2 تا 20 درصد و گاه تا 40 درصد افزایش می‌یابد.

ممکن است مقاومت 24 ساعته در اثر خاصیت به تاخیر انداختن گیرش بعضی از روان کننده های بتنکاهش یابد ، اما در موارد دیگر افزایش در سرعت گیرش و کسب مقاومت مشاهده شده است.

کسب مقاومت با لیگنو سولفونات کلسیم برای ملات ساخته شده از سیمان پرتلند بسیار چشمگیر ولی برای سیمانهای پوزولانی و سرباره ای کم است.

عموماً مصرف بیش از اندازه لازم (Over Dosage) روان کننده های زود گیر کننده بتن نه تنها گیرش را به تـاخیر می اندازد بلکه بخصوص در روزهای نخست مقاومت را کاهش می دهد.

ب) افت ناشی از خشک شدن (Drying Shrinkage)

روان کننده های بتن افت ناشی از خشک شدن را بر حسب نوع و مقدار مصرف افزایش می دهند.

تاثیر روان کننده های بتن روی خواص ملات و بتن:

الف) کاهش آب اختلاط (Mixing Water)

کم کردن آب همراه با ثابت نگهداشتن کار پذیری بطور محسوسی مقاومت مکانیکی بتن را افزایش داده ، خطر جداشدگی دانه ها را کم و یکنواختی و تراکم مخلوط را بهبود می بخشد.

میزان کاهش آب در اثر مصرف این نوع مواد افزودنی مشروط بر اینکه اثرات نامطلوبی مشاهده نشود از 5 تا 15 درصد است. در بسیاری از موارد بخشی از این کاهش ناشی از خاصیت هوازایی (Air-Entraining) افزودنی های بتن است.

مقدار واقعی کاهش آب بستگی به مقدار سیمان، نوع مصالح سنگی، پوزولانها و مواد هوازا (در صورتی که در بتن بکار رفته باشد) و شرایط محیطی دارد. بنابراین ساختن مخلوط های آزمایشی برای بررسی و رسیدن به خواص بهینه و مطلوب و در ضمن اطمینان از عدم وجود عوارض جانبی نامطلوب مانند جداشدگی دانه ها، آب آوری (Bleeding) و کاهش کارپذیری با زمان (یا کم شدن اسلامپ) و... ضروری است.

ب) افزایش کارپذیری (Workability)

کارپذیری مخلوط با به کاربردن روان کننده بتن در حالتی که نسبت آب به سیمان ثابت نگاه داشته شود، بهبود می یابد. میزان تاثیر روان کننده بتن و مقدار مصرف بهینه آن بستگی به عوامل مختلفی که عموما به طور همزمان عمل می کنند دارد. از جمله ترکیب کانی کلینکر نقش عمده ای دارد بر همین اساس مقدار مصرف بهینه این نوع افزودنی بتن با افزایش مقدار آلومینات ها زیاد می شود.

روش افزودن مواد افزودنی بتن کاهش دهنده آب به بتن

1- شن، ماسه و سیمان را با 50 درصد آب اختلاط به مدت 15 تا 30 ثانیه هم بزنید.

2- ماده افزودنی بتن را در مقداری آب (تا 30 درصد آب اختلاط) حل کرده و آن را به تدریج به مخلوط فوق اضافه کنید.

3- باقیمانده آب اختلاط را تا بدست آمدن کارپذیری (اسلامپ) مطلوب و مورد نظر به مخلوط بیافزاید.

نویسنده : کلینیک بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))