فهرست مطالب
انواع افزودنی بتن، اثرات آن بر خواص بتن وتوصیههای اجرایی مصرف آنها
روانکنندهبتن معمولی (کاهندههای آب معمولی)
روان کننده بتن (کاهندههای آب) موادی هستند که میتوانند مقدار آب لازم مخلوط بتن را برای رسیدن به یک کارایی معین در مقایسه با بتن شاهد کاهش دهند. همچنین قادر هستند مقدار کارایی مخلوط را بدون نیاز به تغییر در نسبت آب به سیمان افزایش دهند. این افزودنیها، کیفیت بتن را برای رسیدن به یک مقاومت مشخصه و با مقدار سیمان کمتری بهبود میبخشند. همچنین این مواد، خواص بتنهای دارای سنگدانههای با کیفیتپایینتر را بهبود میبخشند و بتنریزی در شرایط سخت را سهلتر میکنند.
از دهه 30 میلادی، مواد روانکننده و خواص آن در بتن شناخته شدند و قبل از رواج کاربرد این مواد در بتن، امکان تغییر کارایی بتن فقط با تغییر مقدار آب و نسبت آب به سیمان متصور بود. اگر عیار سیمان ثابت نگه داشته شود، با افزایش مقدار آب کارایی زیاد میگردد، اما افزایش نسبت آب به سیمان کاهش مقاومت و دوام بتن را به همراه خواهد داشت. همچنین در صورت ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان،باید عیار سیمان هم زیاد شود که در این حالت نیز افزایش سیمان در مخلوط باعث مشکلاتی مانند جمعشدگی زیاد، گرمازایی و … میگردد. با شناخت مواد روانکننده و رواج مصرف آن تحول بزرگی در صنعت بتن رخ داد و افزایش کارایی بتن بدون تغییر در نسبت آب به سیمان و دستیابی به مقاومت و دوام مناسب امکانپذیر شد.
مواد مورد مصرف و افزودنیهایروانکننده (کاهنده آب) عبارتند از:
- اسیدهای لیگنو سولفونیک و نمکهای آنها
- اسیدهای لیگنو سولفونیک اصلاح شده و مشتقات آنها و نمکهای این اسیدها
- اسیدهای هیدروکسی کات کربوکسیلیک و نمکهای آنها
- اسیدهای هیدروکسی کات کربوکسیلیک اصلاح شده و مشتقات آنها و نمکهای این اسیدها
- موادی مانندنمکهای روی، فسفاتها، کلرید ها، کربوهیدراتها، پلیساکاریدها و ترکیبات قندی
- ترکیبات پلیمری، مشتقات ملامین، مشتقات نفتالین
مکانیزم عملکرد روان کننده بتن
سیستم خمیر سیمان، معمولاً به شکل تودههایذرات جامد است که تمایل دارد به شکل زنجیرههای خوشهای شکل متراکم درآید. با افزودن مواد روانکننده (کاهنده آب) نیروی جذب
بین این ذرات کاهش مییابد و درنتیجه زنجیرهها شکسته میشوند و ذرات قابلیت حرکت بیشتری مییابند و مخلوط روانترمیگردد.
عوامل مؤثر در مکانیزم عملکرد روان کننده بتن
نوع، ترکیب و مقدار مصرف
اثرات مواد متفاوت و انواع افزودنیهایروانکننده (کاهنده آب) بستگی به ترکیب شیمیایی آنها دارد. همچنین غلظت آنها نیزعامل مؤثری در عملکرد این مواد است. مقدار بیشتر این موارد نیز اثر روانکنندگی کاهندگی آب بیشتری خواهد داشت. گرچه مقدار بیش از اندازه ممکن است گاهی نه تنهااثر بیشتری نداشته باشد بلکه باعث اثرات جانبی مانند افزایش احتمال آب انداختگی،جدا شدگی و یا درگیری شدید گردد.
نوع و مقدار سیمان
ترکیب شیمیایی و مشخصات فیزیکی سیمان نیز ممکن است بر روی عملکرد ماده افزودنی روانکننده تأثیر بگذارد. تحقیقات نشان داده است نسبت C3Aبه C3Sو همچنین مقدار C3Aبر روی تاثیر مواد افزودنی روان کننده موثر است. همچنین مواد پوزولانی مانندسربارهها، خاکستر بادی و دوده سیلیس در مقایسه با سیمان معمولی نیاز به مصرف بیشتری از این مواد جهت رسیدن به یک اسلامپ معین دارند.
نوع سنگدانهها
در بعضی موارد، دانهبندی، شکل، بافت و خواص فیزیکی و ترکیبات معدنی سنگدانهها ممکن است بر روی عملکرد این مواد اثر داشته باشند.
دما
دمای هوا و دمای ساخت بتن بر روی عملکرد این مواد تاثیر دارد، لذا قبل از مصرف آن باید مقدار دقیق مصرف آنها در شرایط محیطی واقعی تعیین گردد.
اثرات مصرف روان کننده بتن
مقدار هوای بتن
بعضی از انواع روانکنندهها بسته به غلظت و نوع ترکیب در حدود دو الی شش درصد هوا وارد بتن میکند، در عین حال مقادیر بیشتر ورود هوا نیز گزارش شده است. مقدار هوای قابل ورود به بتن با تغییر ترکیب نسبت اجزای بتن قابل کنترل است.
وزن مخصوص
در صورت استفاده از این مواد بعنوانافزودنیهای کاهنده آب، وزن مخصوص بتن میتواند افزایش یابد.
کارایی
استفاده از افزودنیهای روانکنندهباعث افزایش کارایی مخلوط بتن با حفظ نسبت آب به سیمان میگردد. همچنین با کاهش مقدار آب در مخلوط میتوان به یک اسلامپ مشابه با مخلوط بتن دست یافت.
آب انداختگی
در صورت مصرف این مواد به عنوان مواد کاهنده آب، آب انداختگی کاهش مییابد. در صورت استفاده از این مواد به عنوان روانکننده،اگر نسبتهای اجزاء مخلوط بتن مناسب انتخاب نشده باشد و یا دانهبندی سنگدانههامناسب نباشد، احتمال افزایش آب انداختگی وجود دارد.
همچنین افزودنیهایکاهنده آب از نوع اسیدهای هیدروکسی کات کربوکسیلیک تمایل به آب انداختگی دارند ولذا استفاده از آنها در بتنهای با اسلامپ زیاد، دقت زیادی میطلبد. افزودنیهایبا پایه لیگنوسولفوناتها عملکرد بهتری دارند، زیرا خاصیت هوازایی نیز دارند که باعث کنترل آبانداختگی میشود. در مقدار معمول مصرف این نوع افزودنیها (از نوع lignin) مقدار هوا در بتن حدود 1 تا 2 درصد افزایش مییابد.
سرعت افت اسلامپ
سرعت افت اسلامپ با افزودن مواد افزودنی روانکننده/کاهنده آب ممکن است افزایش یابد. به همین دلیل بهتر است این مواد در کارگاه افزوده شوند. مدت زمان کارکردن بابتن به عوامل زیادی بستگی دارد که میزان مصرف این مواد، استفاده از سایر مواد افزودنی، مشخصات سیمان، نسبت آب به سیمان، درجه حرارت بتن و مدت زمان مخلوط شدن بدن در هنگام افزودن این موارد را شامل میشود.
کلیه بتنهایحاوی افزودنی کاهنده آب، معمولاً اسلامپ خود را در مقایسه با بتن شاهد به سرعت از دست میدهند. همچنین بسیاری از افزودنیهای کاهنده آب تمایل به دیرگیر کردن بتن دارند.
اثر بر روی خواص بتن سخت شده
اگر نسبت آب به سیمان و روانی بتن و ملات را ثابت نگه داریم، با توجه به خاصیت کاهش آب که توسط این مواد ایجاد میشود، میتوان عیار سیمان را به همان نسبت کاهش داد. لذا جمعشدگیو احتمال ترکخودگی در مرحله خمیری و همچنین در بتن سختشده نیز کاهش مییابد. این کاهش عیار سیمان در واقع باعث افزایش مقاومت و پایایی بتن و کاهش نفوذپذیری بتن میشود. علاوه بر این ممکن است کاهش عیار سیمان به عنوان یک هدف برای کاهش گرمازایی بتن باشد و یا یک هدف اقتصادی محسوب گردد.
نحوه مصرف روان کننده بتن معمولی
مقدار مصرف افزودنیهای روانکننده(کاهنده آب) باید مطابق توصیههای تولیدکننده باشد. مقدار مصرف معمول این مواد با توجه به نوع و ترکیب شیمیایی آنها حدود 2/0 تا 1 درصد وزنی سیمان است.
افزودنیهای روانکننده (کاهنده آب) هم به شکل مایع و هم به شکل پودری وجود دارند. معمولاً توصیه میشود تا این مواد به صورت مایع در بتن استفاده شوند و اگر بصورت پودری هستند توسط مقداری از آب طرح مخلوط به صورت مایع در آینده. با توجه به مقدار کم مصرف آنها، باید تجهیزات اختلاط و نحوه مصرف طوری باشد که مواد کاملاً مناسب و دقیق و یکنواخت در مخلوط پخش شوند.روش ساده و مناسب مصرف این مواد اضافهنمودن در پایان مراحل اختلاط میباشد.
یکی از بهترین روشهای مصرف این مواد جهت اطمینان از پخش یکنواخت آن در مخلوط به این صورت است که پس از اختلاط اولیه سیمان، سنگدانه و 50 تا 70 درصد آب، ماده افزودنی به مابقی آب لازم اضافه گردد و سپس به مخلوط اضافه شود.نحوه چگونگی افزودن مواد روانکننده (کاهنده آب) ممکن است باعث شود تا در مخلوطهای بتن با نسبتهای اجزای مشابه، روانی متفاوتی بدست آید. مصرف بیش از اندازه افزودنی روان کننده (کاهنده آب) ممکن است باعث تاخیر زیاد در زمان گیرش، کاهش مقاومت اولیه و افزایش مقدار هوای بتن
شود.
توصیههای مصرف روان کننده بتن
جهت کنترل انطباق، آزمایشهای اثبات و تایید افزودنیهای مایع باید انجام گیرد. آزمایشهایشناسایی شامل مقدار کلرید و قلیایی، مقدار مواد جامد، pH و طیفسنجی مادون قرمز است. در مواردی کهافزودنیهای کاهنده آب دارای خاصیت درگیری هستند، ترکخوردگی در اثر خیز بار مرده در طول بتنریزی بسیار محتمل است، لذا مسائل مربوط به عملآوری و محافظت، بعلت پتانسیل جمعشدگی و آبانداختگی این مواد باید بسیار مورد توجه قرار گیرد.
فوقروانکننده بتن (فوقکاهندههای آب)
فوق روان کننده بتن (فوقکاهندههای آب)موادی هستند که امکان افزایش کارایی یک مخلوط بتنی را در نسبت آب به سیمان ثابت و یا امکان کاهش مقدار آب را برای رسیدن به یک مقدار روانی مشابه با مخلوط شاهد را با تاثیر بیشتر در مقایسه با روانکنندههافراهم میکنند. مدت اثر این مواد موقتی است و طول مدت اثر آن بسته به نوع و ترکیب شیمیایی این مواد متغیر میباشد.
فوقروانکنندهها (فوقکاهندههای آب)جهت حصول روایی بیشتر یک مخلوط بتنی بدون افزایش مقدار آب و با حفظ نسبت آب به سیمان در عملیات بتنریزیو تسهیل مراحل اجرای بتن استفاده میشوند. در این صورت دستیابی به خواص مطلوب مقاومتی و دوام بتن با کاهش مقدار آب در یک مخلوط بتنی و با حفظ مقدار روانی امکانپذیراست. این مواد به دلیل خواص ممتاز در ایجاد روانی بیشتر و امکان کاهش بیشتر آب مخلوط از افزودنیهای روانکننده متمایز گردیدهاند.
ترکیب فوق روان کننده بتن
فوقروانکنندههای (فوقکاهندههایآب) موجود و مورد مصرف را بطور کلی بر اساس ترکیبات شیمیایی موجود در آنها میتواندر گروههای اصلی زیر طبقهبندی کرد:
- بتا نفتالین سولفونات فرمالدهید تغلیظ شده
- ملامین سولفونات فرمالدهید تغلیظ شده
- لیگنوسولفونات های اصلاح شده
- استرهای اسیدهای سولفوریک
- نمک اسیدهای کربوکسیلیک/هیدرو کربوکسیلیک
- اسیدهای پلی کربوکسیلیک
اگرچه انواع بسیاری از مواد با ترکیبات شیمیایی متفاوت نیز وجود دارد و ادعا شده است که قابلیت ایجاد روانی را در مخلوطهایبتنی دارند اما هنوز به لحاظ تجاری نتوانستهاند جای خود را باز کنند و نمیتوان آنها را در دستههای اصلی ذکر شده جای داد.
مکانیزم عملکرد فوق روان کننده بتن
مکانیزم کارافزودنیهای فوقکاهنده آب با اساس نفتالین و ملامین بر پایه جذب سطحی قسمت آنیونی افزودنی و سطح تماس آن با آب خالص است و به سطح مشترک آنها بستگی دارد. سر غیرقطبی پلیمر قسمتی است که باعث جذب سطح سیمان میشود و آبدوست بودن این قسمت سبب مال مخلوط به سوی انحلال میشود. تأثیر اساسی را افزایش بار منفی روی دانههای سیمانمیگذارد بدین ترتیب که ذرات سیمان یکدیگر را دفع میکنند (دافعه الکترواستاتیکی)و پراکندگی بوجود میآید. بنابراین نیاز به آب کمتر شده که برای تهیه بتن با کارایی مناسب یک عامل ایده آل محسوب میشود. بدون استفاده از افزودنیهای فوقکاهندهآب، این ذرات ریز گرایش به لخته شدن دارند که این پدیده اقتضای جاذبه نیروهای مخالف سطح ذرات مجاور است. افزودنیهای فوقکاهنده آب با اساس کربوکسیلیک پیشاب با اساس نفتالین یا ملامین، مکانیزم دوگانه الکترواستاتیک و دافعه را تقویت مینمایند و پراکندگی سیمان را کنترل میکنند.علاوه بر دافعه الکترواستاتیک، طرز قرار گرفتن مولکولها و زنجیره فواصل آنها رانیز تنظیم میکند (طرز استقرار اجزاء اتم در فضا به واسطه دافعه) و این عامل به طور فیزیکی کمک میکند تا ذرات سیمان جدا از یکدیگر بمانند و این اجازه میدهد تاآب سطح تماس بیشتری از سیمان را احاطه کند.
مکانیزم عملکرد مواد فوقروانکننده (فوق کاهنده آب) اساساً به قابلیت آنها در جذب سطحی ذرات سیمان و اصلاح خواص و رفتار رئولوژی ماتریس سیمان مربوط است. مقدار و قدرت جذب سطحی این مواد بستگی به ترکیب شیمیایی و معدنی سیمان، ریزی آن و همچنین مقدار فاز C3A دارد.
تحقیقات نشان داده است که آلومینات کلسیم موجود در سیمان به سرعت مولکولهای افزودنی فوقروانکننده (فوقکاهنده آب) را جذبمیکند، حال آنکه سیلیکاتهای کلسیم در ساعات اولیه هیدراسیون فقط مقدار کمی از این مواد را به خود جذب میکنند.
- افزایش روانی و کارایی بتن که بااستفاده از این مواد بدست میآید را میتوان به علل زیر مربوط دانست.
- به مقدار پتانسیل زتا (zeta)در لایه دوگانه الکتریکی که در سطح ذرات سیمان توسط گروههای قطبی زنجیرههای فوقروانکنندهجذب شده شکل گرفته است.
- به وزن مولکولی ماده افزودنی فوقروانکننده(فوقکاهنده آب)
- افت کارایی در مخلوط به روند کند کردن هیدراسیون سیمان بوسیله این مواد مربوط میشود. با کند شدن هیدراسیون افت کارایی کمتری در بتن تازه رخ میدهد.
اثرات فوق روان کننده بتن
مواد فوقروانکننده (فوقکاهنده آب)میتوانند در دو حالت مورد استفاده قرار بگیرند. در یک حالت میتوانند روانی بیشتری را در یک نسبت آب به سیمان ثابت در مقایسه با بتن شاهد ایجاد کند (فوقروانکننده)و در حال دیگر باید قادر باشند تا یک روانی ثابت را در مقایسه با یک بتن شاهد با کاهش آب مخلوط فراهم کنند (فوقکاهنده آب) كه در هر یک از این حالت مورد استفاده قرار گیرند دارای اثراتی بر خواص بتن تازه و سخت شده هستند که در ادامه شرح داده میشود:
اثر فوق روان کننده در بتن تازه
- وزن مخصوص
وزن مخصوص بتن تازه در حالتی که از این مواد به عنوان فوقکاهنده آب استفاده شود، معمولاً افزایش مییابد.
- کارایی
- روانی: مواد فوقروانکنندهبطور چشمگیری، قابلیت سیالیت و روانی بتن را افزایش میدهند. زمانی که یک افزودنی فوق روانکننده به بتن با مقدار آب ثابت اضافه میشود،
اسلامپ افزایش مییابد. هر چه مقدار افزودنی بیشتر باشد اسلامپنیز بیشتر میشود. معمولاً برای مقادیر بیش از مقدار توصیه شده توسط سازندگان، اینافزودنیها اثری در
افزایش اسلامپ ندارند و حتی ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی مانند جداشدگی با آبانداختگی شوند. مقدار مورد نیاز برای تولید بتن با روانی متفاوت بهویژگیهای سیمان، اسلامپ اولیه، نسبت آب به سیمان (w/cm)، دما، زمان افزودن و تناسب ترکیبات بتن بستگی دارد.
- چسبندگی:با استفاده از مواد فوقکاهنده آب چسبندگی مخلوط به مقدار زیادی بهبود مییابد کیهان در نتیجه کاهش مقدار آب در مخلوط بتن است.
- مقدار هوا:مقدار هوا در مخلوطهای دارای فوقروانکننده ممکن است به مقدار کمی افزایش یابد،بخصوص در مواردی که از فوقروانکننده به مقدار زیاد استفاده شود.
- افت اسلامپ:در یک کارایی اولیه مشابه، افت اسلامپ در یک مخلوط بتنی دارای فوقکاهنده آب ممکن است بیش از مخلوط شاهد باشد. در نسبت آب به سیمان مشابه نیز، افت اسلامپ در یک مخلوط دارای فوقروانکننده ممکن است بیشتر و یا کمتر از مخلوط شاهد باشد و این بستگی به عملکرد فوقروانکننده مصرفی دارد.
- پمپاژ پذیری:پمپاژ پذیری بتن با استفاده از فوقروانکنندهها و فوقکاهندههای آب افزایش مییابدکه این در نتیجه افزایش کارایی و ناشی از چسبندگی بهتر در مواردی است که از فوقکاهندههااستفاده میگردد.
- جدایی: جدایی در اثر استفاده از افزودنیهای فوقروانکننده یا فوقکاهنده آب مشروط به اینکه نسبتهایاجزاء مخلوط بتن بطور مناسب و صحیح طرح شده باشد، کاهش مییابد.
مرحله گیرش فوق روان کننده بتن
- گیرش
بطور کلی افزودنیهای فوقروانکنندهبه مقدار ناچیزی ممکن است زمان گیرش بتن را به تاخیر اندازند. در حالی که این افزودنی به عنوان فوقکاهنده آب ویا مقدار مصرف معمول مورد استفاده قرار گیرند اثر قابل ملاحظهای بر گیرش ندارند.
- جمعشدگی پلاستیک
ترک خوردگی ناشی از جمعشدگی پلاستیک در صورت استفاده از مواد فوقکاهنده آب و در شرایطی که تبخیر از سطح بتن زیاد باشد ممکن است بیشتر شود، زیرا در اثر استفاده از این مواد، آبانداختگی در سطح بتن کاهش مییابد و سرعت تبخیر از سطح از مقدار آبانداختگی بیشتر خواهد شد.
- آبانداختگی:
آبانداختگی در صورت استفاده از مواد فوقکاهندهآب کاهش مییابد. در صورتی که از این مواد به عنوان فوقروانکننده استفاده شود و در مخلوط بتنی دانهبندی سنگدانه مناسب
نباشد آبانداختگی میتواند افزایش یابد.
مرحله سخت شدن فوق روان کننده بتن
- مقاومت
در صورت استفاده از این مواد به عنوان فوقکاهنده آب،به دلیل کاهش نسبت آب به سیمان در مخلوط، مقاومت بتن بطور قابل توجهی افزایش مییابد.در حالی که از این مواد به عنوان فوقروانکننده استفاده شود در خواص مقاومتی بتن تغییری عمده و قابل توجه حاصل نمیشود، اما افزایش جزئی مقاومت گزارش شده است که به دلیل پخش و توزیع بهتر سیمان در بتن، منطقی و قابل توجیه است.
- جذب مویینه:جذب مویینه بتن در صورت استفاده از مواد افزودنی در حالت فوقکاهنده آب بشدت کاهشمییابد.
- نفوذپذیری: نفوذپذیری بتن بطور مستقیم با جذب مویینه که متاثر از نسبت آب به سیمان است، ارتباط دارد. لذا با استفاده از مواد افزودنی فوقکاهنده آب، نفوذپذیری بتن به مقدار زیادی کاهش مییابد.
نحوه مصرف فوق روان کننده بتن
افزودنی های فوقروانکننده (فوقکاهندهآب) معمولاً بصورت محلول در آب میباشند که مقدار مواد خشک موجود در آنها 30 تا 40 درصد وزنی است. جهت مصرف این مواد آنها را معمولاً به آب طرح اضافه میکنند یا در مراحل پایانی اختلاط به مخلوط اضافه مینمایند. اضافه کردن در مراحل پایانی اختلاط،سبب عملکرد بهتر این مواد میشود و توصیه میشود این روش استفاده شود. بعضی از این مواد گیاهی به شکل پودر مصرف میشوند که قبل از اضافه کردن آب مخلوط، به سیمان و سنگدانه اضافه میشود که این حالت بیشتر در ملاتهای خشک آماده و یا بتنهای خشک که آب مخلوط در محل بتنریزی اضافه میگردد، بکار میرود. مقدار مصرف بهینه این مواد بر حسب نوع و خواص و ترکیب شیمیایی آنها بسیار متفاوت است. همچنین به مواردی مانند نوع سیمان،دمای ساخت بتن و … نیز بستگی دارد. مقدار مصرف صحیح این مواد باید قبلاً طبقتوصیههای سازنده و در آزمایشگاه با در نظر داشتن شرایط محیطی و اقلیمی در محل مصرف تعیین شود.
توصیههای مصرف فوق روان کننده بتن
- معمولاً زمانی که برای تهیه یک بتن مناسب از افزودنی فوقکاهنده آب استفاده میشود، جداشدگی اتفاق نمیافتد. با این وجود در نظر گرفتن پیش بینیهای لازم و عدم
- احتیاط میتواند سبب جداشدگی شود. نامتناسب بودن اجزاء بتن و اختلاط ناقص میتواند سبب آبانداختگی و جداشدگی شود.
- تناسب نادرست اجزاء بتن ممکن است در بتنهای با اسلامپ کم آشکار نباشد، اما در بتنهای روان با اسلامپ زیاد این نقصها و کمبودها اهمیت پیدا میکنند و میتوانند سبب جداشدگی و یا آبانداختگی شوند. به همین علت است که جداشدگی در بتنهای روان که با افزودنیهای فوقکاهنده آب ساخته میشوند، بیشتر مشاهده میشود. یک راه برای اطمینان یافتن از عدم جداشدگی، افزایش سنگدانههای ریز و استفاده از مصالح و سنگدانهها با سطح زبرتر و توجه به دانهبندی سنگدانه و مواد ریز بتن است.
- استفاده از یک افزودنی فوقروانکننده/فوق کاهنده آب برای افزایش اسلامپ نباید سبب افزایش آبانداختگی در یک بتن با نسبتهای مناسب شود. به همین علت، در هنگام کار با افزودنیهایی از نوع نمک اسیدهای کربوکسیلیک و هیدرو کربوکسیلیک که میل به افزایش آبانداختگی بتن دارند باید توجه لازم را نمود. آبانداختگی را میتوان از طریق تغییر ترکیب اجزاء بتن که در جلوگیری از جداشدگی نیز موثر است، کاهش داد.
تسریعکنندههای گیرش و سختشدگی
تسریعکنندههای گیرش و سختشدگی موادی هستند که نرخ کسب مقاومت بتن را در سنین اولیه افزایش میدهند و یا زمان گیرش را کاهش میدهند و یا هر دو اثر را ایجاد میکنند.
تسریعکنندهها، اولین بار در عملیاتبتنریزی در هوای سرد مورد استفاده قرار گرفتند. اما اکنون در کلیه شرایطی که کاهش زمان گیرش و کسب مقاومت اولیه نیاز باشد استفاده میشوند. همچنین در بتن ریزی در هوای سرد، زودگیركنندهها میتوانند زمان گیرش را به حالت عادیتر برگردانند و از كاهش شدید مقاومت اولیه تا حدودی جلوگیری نمایند و مدت عملآوری و قالببرداری را كاهش دهند.
در ساخت قطعاتپیشساخته و پیشتنیده برای افزایش مقاومت اولیه و قالببرداری یا اعمال پیشتنیدگیبویژه در قطعات پیشكشیده می توان از این افزودنیها را بكار برد.
نکتهای که باید به آن توجه شود این است که این مواد نقطه انجماد آب داخل بتن را به میزان چشمگیری کاهش نمیدهند و لذا اطلاق نام افزودنی “ضدیخ” به آنها کاملاً غلط میباشد. اغلب تسریعکنندههای سختشدگی مقاومت اولیه را بهبود میبخشند، زیرا نرخ هیدراسیون C2S , C3Sرا افزایش میدهند. این مواد تاثیری در مقاومت دراز مدت بتن ندارند مگر در صورتی که با مواد کاهش دهنده آب ترکیب شده باشند.
ترکیب تسریعکنندههای گیرش
مواد مورد استفاده به عنوان تسریعکنندههایبتن شامل هیدروکسیدهای قلیایی، سیلیکاتها، فلوروسیلیکاتها، نیترات کلسیم، نیترات کلسیم، تیوسولفات سدیم یا کلسیم، تیوسیانات سدیم یا کلسیم، کلرید آلومینیوم،پتاسیم، کربنات لیتیم با سدیم، کلرید سدیم، کلرید کلسیم و ترکیبات آلی مانند تری اتانول آمین، فرمالدئید و فرمات کلسیم هستند.
تا چندی پیش کلرید کلسیم یا تسریع کنندههاییکه کلرید کلسیم یکی از اجزاء اصلی ترکیبات آن بود، به عنوان اصلیترین مواد افزودنی تسریع کننده مورد استفاده قرار گرفت. کلرید کلسیم بعلت مزایای زیادی که در افزایش نرخ کسب مقاومت اولیه و کاهش زمان گیرش دارد، به عنوان رایجترین تسریعکنندگی گیر مطرح بود. در طی سالهای اخیر به دلیل شناخت اثر وجود یون کلرید در بتن مسلح بر روی خوردگی میلگردها، تسریعکنندههای دیگر غیر کلرید بر پایه فرمات کلسیم، نیترات کلسیم، نیترات کلسیم، تیوسیانات سدیم یا کلسیم یا تریاتانولآمین رواج یافتند که مشکلات خوردگی را ایجاد نمیکنند. همچنین مواد آلی محلول در آب متعلق به اسیدهای کربوکسیلیک نیز دسته دیگری از این مواد هستند. با این توضیحات میتوان تسریعکنندههارا به دو دسته اصلی تقسیم نمود.
- تسریعکنندههایبا پایه کلریدی
- تسریعکنندههایغیرکلریدی
اگرچه در بعضی از منابع، تقسیمبندی دیگری وجود دارد که این مواد را به 4 دسته اصلی شامل نمکهای محلول غیر آلی، ترکیبات محلول آلی، افزودنیهای با گیرش سریع و آنی مخصوص بتن پاشیدنی وافزودنیهای جامد متفرقه دستهبندی کرده است. با توجه به اینکه از نمکهای حلال غیر آلی بیشتر از کلرید کلسیم استفاده میشود، لذا دستهبندی کلی تسریعکنندهها با پایه کلریدی و غیر کلیدی جامعتر است.
مکانیزم عملکرد تسریعکنندههای گیرش
مکانیزم عملکرد تسریعکنندههای با پایه کلریدی
کلرید کلسیم معمولترین و اصلیترین تسریعکنندهها است. از این ماده اولین بار در سال 1885 در بتن استفاده شد. از آن به بعد این تسریعکننده به تنهایی یا به عنوان یک ترکیب اصلی در دیگر تسریعکنندهها بطور وسیعی کاربرد پیدا کرد. اثرتسریعکنندگی کلرید کلسیم بر روی سیمان، اساساً مربوط به اثر آن بر روی فاز C3Sمیباشد. کلرید کلسیم فقط نرخ هیدراسیون مواد معدنی سیمان را اصلاح نمیکند، بلکه ممکن است با آن نیز ترکیب شود و لذا بر روی خواص مقاومتی، ترکیبات شیمیایی، سطح و تخلخل محصولات هیدراسیون نیز اثر بگذارد. افزایش مقاومت در سنین اولیه با افزایش مقدار محصولات هیدراسیون ایجاد میشود. کلرید کلسیم همچنین نرخ هیدراسیون C2Sرا تسریع میکند. اگر چه مکانیزم تأثیر آن مشابه با اثر آن بر روی C3S است، اما فعالیت آن بر روی C2S بسیار جزئی و با سرعت بسیار کمتر صورت میگیردو لذا معمولاً این اثر در نظر گرفته نمیشود.
همچنین کلرید کلسیم واکنش بین C3A و گچ را نیز تسری میکند. بعد از اینکه گچ در واکنش با C3A مصرف گردید، کلرید کلسیم با C3A وارد واکنش میشود و به شکل کلروآلومینات در میآید. اثر کلرید کلسیم بر روی هیدراسیون C4AF نیز مشابه اثر آن بر روی C3A است.
مکانیزم عملکرد تسریعکنندههای غیر کلریدی
به دلیل محدودیت استفاده از تسریعکنندههای کلریدی استفاده از افزودنیهای تسریعکنندهغیرکلریدی رو به افزایش است. معمولترین تسریعکنندههای این دسته، فرمات کلسیم وتریاتانول آمین هستند که اغلب جهت خنثی کردن اثرات دیرگیر کنندگی افزودنیهای کاهشدهنده آب استفاده میشوند. همچنین در مواردی که به دلیل مشکلات خوردگی استفاده از تسریع کنندههای کلریدی مجاز نمیباشداز این تسریعکنندهها استفاده میشود.
اگرچه تعدادیاز ترکیبات آلی دیگر مانند اوره، اسید اکسالیک، آمینها و فرمالدئیدها هستند کهزمان گیرش را در سیمان تسریع میکنند، اما از این ترکیبات به صورت تجاری به عنوان تسریعکننده استفاده نمیشود.
فرماتکلسیم،هیدراسیون فاز C3S سیمان را تسریع میکند، اگر چه اثر آن مشابه کلرید کلسیم نمیباشد. تری اتانولآمین نیز هیدراسیون فاز C3Aرا در سیمان تسریع میکند، گرچه هیدراسیون C3S و C2Sرا به تاخیر میاندازد، لذا اغلب به عنوان یک تسریعکننده گیرش مطرح است. همچنین از این ماده جهت خنثی کردن اثر دیرگیر کنندگی سایر افزودنیها استفاده میشود.
از تسریعکنندههای غیر کلریدی، متعلقات مربوط به اسیدهای کربوکسیلیک نیز در هیدراسیون سیلیکاتهایسیمان بصورت کاتالیزور عمل میکنند.
عوامل اصلی موثر بر مکانیزم تسریعکنندههای گیرش
نوع، ترکیبات و مقدار افزودنی
اثر تسریعکنندهها بستگی زیادی به ترکیبات شیمیایی و مقدار مصرف آنها دارد که در ادامه به آنها اشاره میشود.
- کلرید کلسیم
همانطور که گفته شد کلرید کلسیم در افزایش مقاومت اولیه و کاهش زمان گیرش اولیه و نهایی بسیار موثر است. مقدار بهینه مصرف کلرید کلسیم در بتن غیر مسلح بین 1 تا 4 درصد وزنی سیمان است، اگرچه توصیه میشودکه مقدار مصرف آن به ٪2 وزنی سیمان محدود شود.
این ماده علاوه بر تاثیر روی زمان گیرش، اثرات جانبی نیز دارد که باید به آن توجه گردد. اضافه کردن کلرید کلسیم مقدار کارایی بتن را افزایش میدهد و مقدار آب لازم را برای رسیدن به یک اسلامپ مشخص در مقایسه با یک مخلوط شاهد کاهش میدهد. همچنین مقدار آبانداختگیرا کاهش میدهد. هرچند مقدار تأثیر آن بر روی بتن به مقدار مصرف، نوع سیمان و دمای مخلوط دارد، مصرف آن تا حداکثر 2 درصد، بر روی مقدار هوای بتن اثری ندارد.
اضافه کردن این افزودنی معمولاً بر روی مقاومت درازمدت اثری ندارد، اما گاهی باعث کاهش مقاومت دردرازمدت بخصوص در دمای زیاد میگردد.
دلیل ایجاد پتانسیل خوردگی توسط این افزودنی، مصرف آن به وسیله اکثر آییننامهها ممنوع گردیده است.در آییننامه بتن ایران (آبا) نیز مصرف آن تنها در بتن بدون میلگرد مجاز دانسته شده است.
- فرمات کلسیم
فرمات کلسیم نیز مقاومت اولیه راافزایش میدهد و زمان گیرش را تسریع میکند. گرچه تأثیر آن به مراتب کمتر از کلریدکلسیم میباشد و مصرف زیادتر آن جهت حصول به عملکرد مشابه با کلرید کلسیم نیاز است. فرمات کلسیم گاهی با بعضی مواد مانند نیتریت سدیم ترکیب میشود تا کسب توسعه مقاومتی اولیه را بیشتر کند. عملکرد این نوع افزودنی تسریع کننده به شدت تحت تاثیر نوع سیمان مصرفی است (به دلیل اثر SO3 موجود در سیمان برای عملکرد این ماده). مطالعات نشان داده است که باید نسبت C3A به SO3 بزرگتر از 4 باشد تا فرمات کلسیم به عنوان یک تسریع کننده موثر عمل کند.
- تریاتانولآمین
این ماده به عنوان یک تسریعکنندگی گیرش استفاده میشود و عملکرد آن در سرعت بخشیدن بر گیرش حتی مؤثرتر از کلرید کلسیم است. گاه مقدار آن در مقایسه با کلرید کلسیم میتواند اثر مشابهی با آن در تسریع زمان گیرش ایجاد کند. مقدار مصرف v1/0 تا 5/0 درصد آن (درصد وزنی سیمان) باعث میشود تا گیرش به سرعت رخ دهد. همچنین با افزایش مقدار مصرف آن مقاومت کاهش مییابد.
- نیترات کلسیم
نیترات کلسیم زمان گیرش را تسریع میکندو اثر متوسطی بر روی سختشدگی دارد.
- نیتریت کلسیم
نیتریت کلسیم یک ماده تسریع کننده گیرشو سختشدگی میباشد.
- تیوسیانات سدیم
این ماده به عنوان یک تسریع کننده مقاومت مطرح است و در تسریع زمان گیرش اثر چندانی ندارد.
- تیوسولفات کلسیم
این ماده دارای اثر تسریعکنندگی در توسعه مقاومتی است و عملکرد بهتری در مقایسه با نمک های سدیم مشابه خود دارد.
- کربنات سدیم و پتاسیم
این مواد در مقادیر مصرف بیشتر از 1/0٪(درصد وزنی سیمان) به عنوان تسریع کننده زمان گیرش عمل میکنند.
- کربنات لیتیم
این ماده نیز تنها به عنوان یک تسریعکنندهزمان گیرش عمل می کند.
- اسید کربوکسیلیک
این مواد بعنوان تسریعکننده زمان گیرشو افزایش دهنده نرخ کسب مقاومت مورد استفاده هستند.
- نوع سیمان
اثر تسریعکنندهها به ترکیب شیمیایی سیمان مصرفی بخصوص مقدار گچ موجود در آن بستگی دارد. بطور مثال کلرید کلسیم درسیمانهای پرتلند معمولی بسیار موثر تر از سیمانهای زودگیر عمل میکند. همچنین کلرید کلسیم دارای اثر تسریعکنندگی در هیدراسیون سیمان پوزولانی میباشد. درسیمانهای سربارهای کلرید کلسیم در دماهای زیاد دارای اثر تسریعکنندگی است.
تسریعکننده فرمات کلسیم نیز در سیمانهایپرتلند دارای مقدار کم گچ دارای اثر تسریعکنندگی در مقاومت است و تنها در سیمانهاییمؤثر عمل میکند که نسبت C3A به SO3 بزرگتر از 4 باشد.
- دما
دما نیز نمیتواند اثر قابل توجهی بر عملکرد سریع کنندهها داشته باشد. بطور مثال تحقیقات نشان داده است که اثر تسریع کنندگی کلرید کلسیم در دمای 0 تا 5 درجه سلسیوس
بیشتر از دمای ˚20 درجه سلسیوس است.
اثرات تسریعکنندههای گیرش در بتن تازه
- کارایی
تسریع کنندهها دارای اثر قابل ملاحظهایبر روی کارایی نیستند. اگرچه بعضی از تسریع کنندهها مانند کلرید کلسیم مقدار کارایی را به مقدار ناچیزی افزایش میدهد و مقدار نیاز آب را
برای حصول به یک کارایی مشابه با بتن شاهد به مقدار کمی کاهش میدهد.
- سفت شدن
تسریع کنندهها زمان گیرش بتن را کاهشمیدهند در نتیجه افت روانی به مقدار ناچیزی بیشتر از یک بتن شاهد خواهد بود.
- زمان گیرش
تسریع کنندهها زمان گیرش بتن را کاهشمیدهند. بعضی از انواع تسریع کنندهها مانند کلرید کلسیم زمان گیرش اولیه و ثانویه را بطور قابل توجهی کاهش میدهند.
- دمای هیدراسیون
تسریع کنندهها نرخ هیدراسیون سیمان راافزایش میدهند و لذا نرخ گرمای آزاد شده افزایش مییابد.
- آب انداختگی
تسریع کنندهها به دلیل اینکه باعث میشوندواکنشهای هیدراسیون و زمان مرحله گیرش سریعتر رخ دهد، لذا نرخ و مقدار آب انداختگی را کاهش میدهند.
- جمعشدگی خمیری:
در اثر مصرف تسریع کننده تقلیل مییابد،اما باعث افزایش ترکخوردگی خمیری بتن میشود.
مرحله سخت شدن تسریعکنندههای گیرش
- گرمای هیدراسیون
معمولاً تسریع کنندهها نرخ گرمای هیدراسیون را در سنین اولیه سخت شدن افزایش میدهند. اما کل گرمای ناشی از هیدراسیون در مقایسه با بتن شاهد تقریباً یکسان خواهد بود.
- توسعه مقاومتی
اصلی ترین مزیت استفاده از تسریع کنندههاتوسعه زیاد مقاومت در سنین اولیه است.
مرحله سختشدگی
- مقاومت
روند کسب مقاومت در سنین مختلف بستگی به نوع تسریع کننده دارد. مثلاً کلرید کلسیم مقاومت اولیه بتن را افزایش میدهد.اما مقاومت دراز مدت را کم میکند. فرمات کلسیم
برخلاف کلرید کلسیم مقاومت را تا 28 روز را نیز افزایش میدهد. نیتریت کلسیم مقاومت 1، 3 و 28 روزه را افزایش میدهد.تیوسولفات سدیم و فرمالدئید زمان گیرش را تسریع
میکند اما مقاومت فشاری را در مقایسه با بتن شاهد مقداری کاهش میدهد.
- جمعشدگی حرارتی
جمعشدگی حرارتی با مصرف تسریعکنندههاتشدید میشود.
- جمعشدگی ناشی از خشک شدن
سرعت اولیهاش با مصرف تسریعکنندههاکم میشود، زیرا بتن زودتر گرفته و مانع خروج آب از حجم خود میشود.
- خزش و تغییرات حجمی
بعضی از تسریع کنندهها ممکن است دوام دراز مدت بتن را مقداری کاهش دهند. مثلاً استفاده از کلرید کلسیم با مقدار مصرف زیاد مقاومت سولفاتی را کاهش میدهد. همچنین
مقاومت در برابر یخ زدن و ذوب شدن متوالی با استفاده از تسریع کنندهها در سنین اولیه افزایش یافته، اما در دراز مدت کاهش مییابدکه در این صورت استفاده از مواد حباب هوازا توصیه میگردد.
نحوه مصرف تسریعکنندههای گیرش
نسبتهای مخلوط تسریعکنندههای گیرش
همانطور که گفته شد، تسریعکنندههااثر چندانی بر روی کارایی و مقدار هوای بتن ندارند. لذا نسبتهای اجرای مخلوط مشابه با بتن شاهد خواهد بود. تنها در صورتی که این مواد بصورت مایع استفاده میشوندباید مقدار آب افزودنی را در محاسبه مقدار آب لازم طرح در نظر گرفت.
مقدار مصرف تسریعکنندههای گیرش
از مقدار مصرف بیش از اندازه به دلیل امکان رفتار گیرش غیر معمول و نامناسب باید جلوگیری نمود. مقدار مصرف دقیقاً بستگی به نوع و ترکیب شیمیایی تسریع کننده، نوع سیمان مصرفی، مقادیر اجزاء مخلوط بتن،دمای ساخت بتن و بتنریزی، دمای عملآوری و … دارد. مقدار مصرف دقیق باید توسط آزمایشگاه و با در نظر داشتن شرایط محیطی واقعی مشخص شده باشد.
بطور مثال مقدار مصرف معمول کلرید کلسیم 1 تا 4 درصد وزنی سیمان است. گرچه توصیه شده است تا مقدار مصرف به 2 درصد وزنی سیمان محدود گردد. استفاده از کلرید کلسیم در بتنهای مسلح مجاز نمیباشد. همچنین مقدار مصرف معمول فرمات کلسیم بین 2 تا 3 درصد وزنی سیمان است.
حداکثر نرخ افزایش مقاومت در 3 روز اولعملآوری اتفاق میافتد. نرخ افزایش و طول مدت آن بستگی به نوع و ترکیب شیمیایی افزودنی، مقدار مصرف آن، نوع سیمان، مراحل مخلوط کردن، دمای ساخت و عملآوری نسبت آب به سیمان و … دارد.
نحوه اضافه کردن تسریعکنندههای گیرش
تسریعکنندهها به شکل جامد پودری یا مایع بکار میروند. باید دقت داشت بعضی از تسریعکنندهها بطور مستقیم با سیمان ترکیب نشوند. زیرا ممکن است باعث گیرش ناگهانی و کاذب گردند. بنابراین توصیه میشودتا ابتدا به آب مخلوط اضافه شوند و سپس به دیگر اجزاء مخلوط ترکیب گردد.
در صورتیکه انواع دیگری از مواد افزودنی نیز استفاده میشود باید بطور جداگانه و طبق توصیههای سازنده و آزمایشگاه به مخلوط اضافه شود مگر اینکه از اندرکنش مناسب آنها مطمئن باشید. تولید کننده باید کلیه نکات مصرف مواد و روش استفاده آن را مشخص کند.
توصیههای مصرف تسریعکنندههای گیرش
- استفاده از کلرید کلسیم در سازههای بتنی مسلح ممنوع است.
- از کلرید کلسیم در شرایط هوای گرم و یا عملآوری با بخار نباید استفاده شود.
- استفاده از کلرید کلسیم باید به 2 درصد وزنی سیمان محدود شود.
- کلرید کلسیم نباید با سیمانهای پرآلومین (برقی یا نسوز) بكار رود زیرا كند گیری بدنبال دارد.
- هر چند در هوای معمولی یا گرم میتوان زودگیر کننده ها را بكار برد، اما به ویژه در هوای گرم باید به کیرش خیلی سریع یا گرما زدایی سریع در قطعات حجیم و تنشهای حرارتی و ترك خوردگی ناشی از آن توجه داشت.
- معمولاً زورگیری به نوعی با كاهش مقاومت دراز مدت و دوام و كاهش برخی پارامترهای مكانیكی همراه است. به هر حال این خسارات نباید زیاد باشد وگرنه از مصرف این مواد باید پرهیز کرد.
- طرح مخلوط بتن و مقدار مصرف افزودنی مورد نظر باید به دقت مشخص گردد و سپس مخلوط آزمون ساخته شود و پارامترهای مهم ویژه زمان گیرش و مقاومت های اولیه كنترل گردد. به هرحال مقدار مصرف باید در محدوده توصیه شده توسط تولید کننده باشد.
- هنگام استفاده از تسریعکنندههای غیرکلریدی باید در انتخاب آنها دقت شود زیرا در بعضی از آنها نمکهای محلول وجود دارد که ممکن است باعث خوردگی میلگردها شود.
- در یخبندان باید از افزودنیهای زودگیر کننده استفاده شود برای اینکه در نقطه انجماد افزودنیهای زودگیر کننده ضعیف عمل میكنند. افزودنیهای زودگیر کننده مخصوص در دسترس هستند كه بدون اینکه تاثیرات مضری را ایجاد کنند، باعث كاهش آب و تسریع هیدراسیون در دمای پایینتر از 7 درجه سانتیگراد میشوند.
کندگیرکنندهبتن (دیرگیرکنندهها)
کندگیرکنندهبتن مواردی هستند که با کنترل و ایجاد تاخیر در هیدراسیون اجزاء سیمان، سرعت گیرش را کاهش داده و سبب افزایش مدت زمان گیرش سیمان میشوند. این مواد سبب تاخیر در هیدراسیون سیمان بدون تاثیر بر روی خواص مکانیکی طولانی مدت بتن میشوند.
مواد افزودنی کندگیر کننده در بتن، عمدتاً جهت جبران تاثیر دمای زیاد و از بین بردن اثرات نامطلوب آن استفاده میشوند. از اینرو بیشترین استفاده این مواد برای بتنریزی درهوای گرم است. همچنین این مواد برای حفظ کارایی بتن در طول مدت بتنریزی و یا برایغلبه بر مشکلاتی که هنگام تاخیر بین مرحله اختلاط و بتنریزی رخ میدهد، استفاده میشوند. این مواد در جلوگیری از بروز ترک در تیرهای باربر، عرشه پلها یا دالها سودمند هستند. همچنین با حفظ کارایی بتن در فواصل قطع بتنریزی از ایجاد درزهای سرد جلوگیری میکنند.
استفاده ازکندگیرکنندههای گیرش در سازههای بتنی باعث فراهم کردن شرایط لازم جهت زمان حمل طولانیتر، فاصله حمل بیشتر و از بین بردن هزینههای جابجایی دستگاههای مخلوطکن مرکزی میشوند. همچنین مدت زمان بیشتری را برای پرداخت سطح در ابتدا و انتهای کارفراهم میکنند و به از بین بردن درز سرد در کفسازی و در مواقع از کار افتادگی دستگاهها کمک میکنند. کندگیرکنندهها همچنین برای مقاومت در برابر ترکخوردگی ناشی از جمعشدگی حاصل تبخیر که در دالهای افقی احتمال وقوع دارد، مورد استفاده قرار میگیرند. از کاربردهای دیگر آنها در بتنهای پیشتنیده میباشد که از گیرش بتنی که در تماس با مسلح کنندههاست، قبل از لرزاندن بتن جلوگیری میکند. در غیر اینصورت احتمال ترک خوردگی در ناحیه تماس میلگردها و بتن افزایش مییابد. همچنین این افزودنیها شرایط استفاده از عملآوری در دمای بالا را در تولید بتن پیش تنیده بدون تاثیر بر روی مقاومت دراز مدت بتن فراهم میکند.
کندگیرکنندههای گیرش به سبب داشتن چنین مزایایی، به عنوان یک ترکیب رایج در صنعت بتن به کار میروند.
ترکیب کندگیرکنندهها
اصلیترین انواعافزودنیهای کندگیر کننده عبارتند از:
-
- دیرگیرکنندههایغیرآلی (معدنی) نظیر برخی فسفاتها، نمکهای روی، براتها و برخی از کلریدها،
- * در عمل صرفاً از فسفات کلسیم استفاده میشود.
- دیرگیرکنندههایآلی نظیر شکرها و مشتقات آنها و اسیدهای مربوطه، گلوکوناتها ویژه گلوکونات سدیم،
- اسیدهای لیگنو سولفونیک و نمکها و مشتقات اصلاح شده آنها،
- اسیدهای نفتالین سولفونیک و نمکهای آنها،
- اسیدهای هیدروکسی کات کربوکسیلیک و مشتقات و نمکهای آنها،
لازم به ذکر است بسیاری از افزودنیهای کندگیر کننده خاصیت روانکنندگی نیز دارند. در واقع بسیاری از ترکیبات اصلی که در ساخت روانکنندهها استفاده میشوند، در تولید کندگیر کننده نیز استفاده میشوند. معمولاً از افزودنیهای دیرگیر کننده به تنهایی استفاده نمیشودو افزودنیهای روان کننده/ کاهنده آب دیرگیر کننده مورد استفاده قرار میگیرد.
مکانیزم عملکرد کندگیرکنندههای
مکانیزمهای کندگیر کنندگی توسط بسیاری از محققین مورد مطالعه قرار گرفته و چندین نظریه برای توضیح این مکانیزم ارائه شده است. نقش ترکیبات کندگیر کننده به روش سادهای بیان میشود. این افزودنیهایک لایه فیلم نازک بر روی ذرات سیمانی ایجاد میکنند (با واکنش با ترکیبات C3A و C3S موجود در سیمان) و بنابراین منجر به جلوگیری یا کاهش واکنش آنها با آب میشوند. ضخامت این لایه نازک تعیین میکند که به چه میزان، سرعت هیدراسیون کند شده است. بعد از مدتی، این فیلم از بین میرود و هیدراسیون شروع میشود. به هر حال، باید توجه داشت که در بعضی موارد هنگامی که مقدار افزودنی از یک حد بحرانی بالاتر میرود، هیدراسیون ترکیبات سیمان فراتر از مرحلۀ خاصیت نمیرود و خمیر سیمان هیچگاه کیرش پیدا نمیکند. بنابراین، مهم است تا از استفاده بیش از حد از افزودنی کندگیر کننده در بتن اجتناب شود.
عوامل مؤثر بر عملکرد کندگیرکنندههای
نوع و مقدار افزودنی و مرحلهای که به مخلوط اضافه میشود از عوامل تأثیرگذار میزان کندگیر کننده است. سایر عوامل تأثیرگذار بر درجۀ کندکنندگی شامل نسبت آب به سیمان،مقدار سیمان، C3A و مقدار قلیایی موجود در سیمان میباشد. تاثیر کندگیر کننده در صورتی که اضافه کردن آن به بتن تازه با چند دقیقه تاخیر همراه باشد، افزایش پیدا میکند.
اثرات کندگیرکنندهها در بتن تازه
- روانی
افزودنیهایکندگیرکننده مقدار روانی را برای مدت بیشتری حفظ میکنند.
- مقدار هوا
در اثر استفاده از این مواد، مقدار هوای بتن افزایش مییابد.
- افت اسلامپ
همانطور که گفته شد اغلب کندگیرکنندهها دارای خاصیت روانکنندگی و یا کاهندگی آب هستند. لذا در نسبت آب به سیمان ثابت، افزودن آنها اسلامپ اولیه را افزایش میدهد، آمار نرخ افت اسلامپ را نیز در مقایسه با بتن شاهد بالاتر خواهد برد.
- آبانداختگی
کندگیرکنندههابر روی پتانسیل بتن تازه جهت تهنشینی و آبانداختگی اثرات متفاوتی دارند. بعضی از این مواد مانند گلوکوناتها آبانداختگی را افزایش میدهند، اما گلوکزها باعث کاهشآبانداختگی میشوند. لیگنوسولفوناتها معمولاً اثر چندانی ندارند.
- گیرش
استفاده ازافزودنیهای کندگیر کننده معمولاً باعث تاخیر در گیرش اولیه و نهایی بتن میشوند. تاخیر در زمان گیرش به نوع افزودنی و به خصوص به مقدار آن و دمای هوا و دمای بتن بستگی دارد.
- جمعشدگی خمیری
با مصرف کندگیرکنندهها افزایش مییابد،اما ترکخوردگی خمیری را کم میکند.
اثر کندگیرکنندهها در بتن سخت شده
- مقاومت
به علت عمل کندگیر کنندگی،مقاومت یک روزۀ بتن کاهش مییابد. به هرحال، اثر این مواد در مقاومت دراز مدت ناچیز است.
- جمعشدگیحرارتی
با مصرف کندگیرکنندهها کم میشود.
- جمع شدگی و خزش
نرخ جمعشدگیناشی از خشک شدن و خزش بتن با استفاده از کندگیرکنندهها ممکن است افزایش پیدا کند،ولی مقادیر آن در درازمدت افزایش پیدا نمیکند.
توصیههای مصرف کندگیرکنندهها
- آزمایشهای کنترل باید بر روی افزودنیهای مایع انجام شود تا انطباق مواد با الزامات تایید گردد. آزمایشهای شناسایی شامل مقدار کلراید و مقدار مواد جامد، pH و طیف سنجی مادون قرمز میباشد.
- هنگام استفاده از این مواد، باید عملآوری و محافظت، به علت پتانسیل زیاد ترکخوردگی ناشی از جمعشدگی بتن و آب انداختن صورت گیرد.
- در مواردی که احتمال ترک خوردگی ناشی از تبخیر و نشست خمیری در اثر بار مرده در طول بتنریزی وجود دارد استفاده از این مواد توصیه نمیگردد.
- در انبار كردن مواد کندگیر کننده آلی باید به دما و تابش آفتاب توجه داشت زیرا میتواند زودتر از مواد غیر آلی فاسد شود.
- در صورتی که تبخیر از سطح بتن زیاد باشد و از مواد كندگير كننده در بتن استفاده شود ممكن است احتمال تركخوردگی بیشتر شود.
- در هوای گرم به ویژه برای حمل طولانی بهتر است از مواد كندگير كننده استفاده نمود. این مواد میتوانند افت اسلامپ را كاهش دهند كه از نظر اجرایی اهمیت زیادی دارد.
- افزایش زمان گیرش به میزان بیش از 4 ساعت توصیه نمیشود. امروزه افزودنیهای خاصی به بازار عرضه شدهاند که زمان گیرش را بیش از 24 ساعت به تاخیر میاندازد اما این مواد با مشخصات استاندارد موجود تطابق ندارند.
- در بتنهای حجیم مواد كندگير كننده میتوانند دلیل کاهش سرعت هیدراسیون در ساعات اولیه، سرعت گرمازایی را كاهش دهند.
- در زمانی كه مشكل ایجاد درز سرد بین لایه های بتن ریزی وجود دارد یکی از روش های رفع مشكل، افزایش زمان گیرش میباشد كه با مصرف مواد دیرگیر حاصل میشود.
- كندگیری حاصله از مواد كندگير كننده استاندارد، معمولاً مقاومتهای بتن را پس از چند روز كاهش نمیدهد و گاه مقاومت های درازمدت ممكن است افزایش یابد و معمولاً به افزایش دوام نیز كمك میكند.
- با توجه به میزان كندگیری لازم، طرح مخلوط بتن و مقدار افزودنی کندگیر کننده باید مشخص شود. به هرحال مقدار مصرف باید در محدوده توصیه شده توسط تولید کننده باشد.
- مصرف بیش از حد كندگير كننده ممكن است اختلال جدی در گیرش بوجود آورد كه به آب انداختن و روانشدگی بتن میانجامد و ممكن است بتن را عملاً غیر قابل مصرف نماید.
مواد حبابزا(حبابساز)
مواد افزودنیحبابساز موادی هستند که سبب ایجاد حبابهای عمدی ریز هوا در بتن میشوند.
از دهه 40 میلادی،آثار و خواص افزودنیهای حبابساز در بتن به تدریج در آمریکا شناخته شد و بکار رفت.برخی کارخانههای سیمان در آمریکا، به تجربه دریافته بودند که افزودنی پیه گاو به کلینکر در هنگام آسیاب آن در کارخانه، عمل آسیاب کردن را تسهیل میبخشد. بعدها دریافتند که بتنهای ساخته شده با این نوع سیمانها از دوام مناسبی برخوردار بودند،در حالیکه بتنهای مشابه با همان نسبت آب به سیمان خیلی سریعتر از بین میرفتند.این یافتهها بسیار مهم و عجیب تلقی شده و به کشف خواص یا ساختار میکروسکوپی خمیر سیمان حاوی حبابها منجر گردید. امروزه مصرف این مواد به صورتی فراگیر شده است که در اغلب آییننامهها مصرف این مواد به ویژه زمانی که بتن در معرض چرخههای یخزدن و آبشدنمکرر قرار دارد، توصیه میشود یا الزامی دانسته شده است.
ترکیب مواد حبابزا(حبابساز)
بسیاری از مواد وجوددارند که قابلیت ایجاد حباب در خمیر سیمان را دارند، اما آنچه در مورد افزودنیهایحبابساز مهم است ایجاد حبابهایی با ساختار مناسب و پایدار است. امروزه اکثر حبابزاهاییکه به شکل تجاری در دسترس هستند، در یکی از دستههای زیر قرار میگیرند.
– نمکهای صمغهایچوب (وینسول)، نمکهای مواد پروتئینی
- نمکهایاسیدهای نفتی
- نمکهای آلیهیدروکربنهای سولفوناته
- دترجنتهایمصنوعی
- اسیدهای رزینی چرب و نمکهای آنها
مکانیسم اثر حبابزاها
معمولاً موادحبابزا با آهک موجود در سیمان در مجاورت آب ترکیب شده و حباب ریز تولید میکنند. حبابهایهوای عمدی ایجاد شده در خمیر سیمان، ریز و پخش هستند. میلیاردها حباب ریز در یك متر مكعب بتن یا ملات توسط این مواد حبابزا بوجود میآید كه كاملاً پخش و توزیعشدهاند. وقتی بتن یا ملات در برابر چرخههای متوالی یخزدن و آبشدن پایداری میكندكه فاصله حبابها از یکدیگر بیش از 2/0 میلی متر نباشد.
عوامل موثر بر مقدار حباب های ایجاد شده
درصد هوا و توزیع اندازه (دانهبندی) حبابهای تولید شده در بتن حبابدار متأثر از تعدادی از عواملمیباشد كه اهم آنها در زیر میآید.
- ماهیت (طبیعت و جنس) و مقدار افزودنی مصرفی
- ماهیت و مقدار مصالح مصرفی در بتن حبابدار
- اسلامپ یا روانی بتن
- روش اختلاط،حمل، تراکم و شرایط اجرایی بتن
ماهیت و مقدار افزودنی مصرفی
نوع افزودنی بکار رفته در نوع حباب ایجاد شده، مقدار حباب ایجاد شده و اندازه حبابها مؤثر است.
مصالح مصرفی
شکل دانهبندیسنگدانه، وجود مواد آلی در سنگدانه، نوع و ریزی سیمان و ناخالصیهای آب بر میزان مصرف مواد حبابزا و میزان حبابهای ایجاد شده اثرگذار است. استفاده از سنگدانه دارایدانهبندی با بافت ریز، مصرف مواد حبابزا را برای رسیدن به میزان حباب معنی افزایش میدهد. تیز گوشه بودن سنگدانهها بخصوص در مورد ماسهها مصرف حبابزا را افزایش میدهد. وجود مواد آلی در سنگدانه و آب به افزایش حبابزایی و کاهش مصرفحبابزا منجر میگردد.
افزایش در سختی قلیاییهای آب، بر مصرف مواد افزودنی اثرگذار است. افزایش سختی آب موجب کاهشحبابزایی و افزایش مصرف مواد حبابزا و افزایش قلیاییهای آب موجب کاهش مصرف موادحبابزا میشود.
وقتی ریزی سیمان بیشتر میشود، مقدار مصرف ماده حبابزا باید بیشتر شود، زیرا حباب هوای کمتری ایجاد میشود. سیمانهای زودگیر و همچنین سیمانهای حاوی پوزولان و سیمانهایسربارهای، معمولاً مقدار مصرف حبابزا را بیشتر میكنند. سیمانهای با قلیایی بالا مقدار مصرف مواد حبابزا را كم میكند.
وقتی ریزدانه اعم از ماسه ریز یا مواد گذرنده از الک 75 میکرون (مواد ریزدانه) یا میزان سرباره،پوزولان یا پودر سنگ موجود در بتن بیشتر میشود، خاصیت حبابزایی كم شده و مصرف ماده حبابزا بیشتر میشود. همچنین مصرف افزودنی کلرید کلسیم حبابزایی را بیشتر میكند.
با مصرف موادروانكننده معمولی، مقدار مصرف حبابزا به میزان یک سوم یا بیشتر كاهش مییابد.فوقروانكننده ممكن است خاصیت معکوس نیز داشته باشند. به هر حال با مصرف هر نوع افزودنی ممكن است كاهش یا افزایش حبابزایی را داشته باشیم.
وقتی مقدار سیمان افزایش یابد، مقدار مصرف مواد حبابزا افزایش مییابد. در عیار سیمان با مواد سیمانی بیشتر از 400 کیلوگرم ممکن است اشکالاتی در حبابزایی بوجود آید.
اسلامپ یا روانی بتن
وقتی نسبت آب به سیمان بیشتر شده و یا بعبارتی روانی بتن بالاتر رود، حبابزایی بیشتر شده و در نتیجه مصرف مواد حبابزا کاهش مییابد. البته در بتنهای خیلی روان نیز ممکن است فاصلهحبابها زیاد شود و خاصیت آنها در بتن کم شود. در این حالت حبابهای درشتتری تولیدمیشوند.
روش اختلاط،حمل، تراکم و شرایط اجرایی بتن
اگر دمای بتن یا هوا زیاد شود، حبابها كم و بزرگتر میشوند و فاصله حبابها از هم زیاد میشود و مشکل جدی برای بتن حبابدار ایجاد میشود. در دمای بتن بیش از 22 درجه و در دمای هوای بیشتر از 26 درجه به تدریج كار كنترل حبابها مشكل شده و مصرف حبابزا افزایش مییابد،ولی به هرحال حبابها اندازه و فاصله مناسب را نخواهند داشت.
نوع مخلوطكن،مقدار بتن مخلوط شده و سرعت و زمان (مدت) اختلاط بر حبابزایی موثر است. حجم كمتر و سرعت بیشتر مخلوطکن حبابزایی را بالا میبرد، اما افزایش مدت اختلاط در ابتدا باعث افزایش حبابزایی (3 تا 5 دقیقه) و پس از آن به كاهش حبابها منجر می شود. به هرحال فاصله حبابها با افزایش مدت چندان زیاد نمیشود. با افزودن آب به مخلوط،ممكن است میزان حبابها تغییر نماید. در مدت حمل بویژه در کامیون مخلوطکن، مقدارحبابها كم میشود. پمپ كردن بتن معمولاً مقدار حبابها را كم میكند.
همچنین لرزشهاییكه برای تراكم بتن بکار می روند، به تدریج حبابهای هوا را از بتن خارج میكنند، بهخصوص اگر مقدار لرزاندن از یک حد تجاوز کند.
مقدار حباب هوای لازم در بتن
با توجه به شرایط محیطی از نظر یخبندان و آبشدگی یا سایر شرایط موجود در حین بهره برداری در هرآییننامهای درصد حباب هوای لازم مشخص میشود. مقدار حباب هوای لازم در بتنمعمولاً به حداكثر اندازه سنگدانه مصرفی ارتباط دارد. معمولاً هرچقدر خمیر سیمان بتن كمتر باشد، درصد حباب هوای لازم در بتن كمتر میشود، در حالیكه ممكن است عملاًدرصد حباب هوا در خمیر سیمان ثابت باشد.
هر چقدر شرایط محیطی حادتر باشد، درصد حباب هوای لازم بتن بیشتر میشود. با كاهش حداكثر اندازه سنگدانه بتن، درصد حباب هوای لازم افزایش مییابد. معمولاً حداكثر حباب هوای لازم در بتنهای دارای حداكثر اندازه سنگدانه 10 میلیمتر و در شرایط حاد، حداقل 5/7 درصد و برای حداكثر اندازه 150 میلیمتر و شرایط متوسط، 3 درصد میباشد. بدیهی است برای حداكثر اندازههای 75/4 یا 38/2 میلیمتر برای ملاتها ممكن است حباب هوا بهحدود 10 درصد برسد و در خمیر سیمان در حدود 15 تا 20 درصد خواهد بود. رواداری مجاز درصد حباب هوای بتن معمولاً 1 تا 5/1 درصد در كارگاه میباشد.
اثرات مصرف مواد حبابزا(حبابساز)
اثر بر روی خواص بتن تازه
- کارایی
مصرف مواد حبابزادر یک نسبت آب به سیمان ثابت، کارایی و اسلامپ بتن را بیشتر میکند. حتی هنگامیکهتحت شرایطی اسلامپ یکسانی وجود دارد، بتن حاوی مواد حبابزا دارای کارایی بیشتر وچسبندهتر از بتن مشابه و فاقد حبابزا است، مگر اینکه عیار سیمان زیاد باشد.
-
- در عیار سیمان زیاد، بتن حبابدار به شدت چسبناك می شود و پرداخت سطح آن مشكل می گردد.
- آب انداختگی و جداشدگی
جداشدگی و آبانداختنبتن تازه با استفاده از مواد حبابزا كاهش مییابد.
- جمعشدگی بتن تازه
با مصرف موادحبابزا جمع شدگی بتن تازه در هنگام گیرش کاهش مییابد و یا حتی انبساط جزیی را به همراه میآورد. به هر حال در مجموع جمع شدگی خمیری کاهش مییابد.
اثر بر روی خواص بتن سخت شده
- مقاومت
وجود حبابهایعمدی در بتن همانند وجود حبابهای غیرعمدی، مقاومت بتن را كاهش میدهد، اما مقدار كاهش یکسان نخواهد بود. به ازای هر یك درصد حباب هوای عمدی در بتن عملاً 3 درصد مقاومت کاهش مییابد، در حالیكه ازای هر یك درصد حباب هوای غیرعمدی (Entrapped Air) كه به دلیل عدم تراكم کافی بوجودمیآید بیش از 5 درصد مقاومت كاهش مییابد. اگر عیار سیمان در بتن، متوسط تا زیاد باشد كاهش مقاومت ناشی از وجود حباب هوای عمدی افزایش مییابد. هر چند باید گفت اگر به كمك مواد حباب زا بتوانیم مقدار آب را کاهش دهیم، مقدار نسبت آب به سیمان كمشده و بخشی از این کاهش مقاومت جبران میشود (با فرض عیار سیمان و اسلامپ ثابت).
- نفوذپذیری
نفوذپذیری بتن سخت شده با وجود حبابهای ریز و پخش در خمیر سیمان به شدت کاهش مییابد كه در افزایش دوام بتن موثر است.
- جذب آب
جذب آب مویینه بتن حبابدار نیز به مراتب کمتر از بتن معمولی است که این عامل نیز در افزایش دوام بتن موثر است.
- مقاومت دربرابر چرخههای یخزدن و آب شدن
مهمترین تاثیر مواد حبابزا در بتن سخت شده، افزایش پایایی بتن در برابر چرخههای متوالی یخزدنو آبشدن است. وجود حباب های ریز و بسته كه همچون یك ماسه ریز و نرم عمل می کنند،نفوذ پذیری را كاهش میدهد و همچنین انبساط ناشی از یخزدن آب توسط این حباب هاتحمل میگردد و تنشهای قابل توجهی را به خمیر سیمان منتقل نمیكند و دوام بتن بالا میرود.
- نفوذ پرتوهای رادیواکتیو
وجود حباب های عمدی به شدت به افزایش نفوذ پرتوها به بتن كمك میكنند و لذا استفاده از این افزودنی در بتنهایی که به عنوان سپر در برابر پرتوهای رادیواکتیو بکار میروند، بهشت زیانآور است.
- جمع شدگی ناشی از خشک شدن
در ملاتها و بتن وجود حباب باعث افزایش قابلیت نگهداری آب در بتن سخت شده می شود و جمع شدگی ناشی از خشک شدگی ملات و بتن سخت شده کاهش می یابد و از این نظر ترك خوردگی كمتر میگرددو دوام افزایش مییابد.
انبار کردن مواد حبابزا(حبابساز)
مواد حبابزا بهدو صورت جامد (پودر یا پولك) یا مایع تولید و مصرف میشوند. این مواد حتی بصورت مایع در اثر یخبندان آسیب نمیبینند، اما در دستورالعمل تولید کنندگان جلوگیری از یخ زدن آنها توصیه میشود. معمولاً تا 6 ماه نگهداری در شرایط مساعد مشکلی برای این مواد به وجود نمیآید، اما پس از 6 ماه انجام آزمایش بر روی آنها و انطباق آنهابا مشخصات استاندارد ضروری به نظر میرسد.
نحوه مصرف مواد حبابزا(حبابساز)
بهتر است مادهحبابزا بصورت مایع یا محلول به بتن اضافه شوند. مقدار مصرف مواد پودری بسیار كم است و نمیتواند به خوبی و با سرعت در بتن مخلوط و توزیع شود. معمولاً مواد پودری پروتئینی به میزان 4 تا 5 درصد در آب حل میشوند.
مقدار مصرف مواد افزودنی حباب زا مایع یا محلول، عملاً از حدود 05/0 تا 15/0 درصد وزن سیمان تغییرمیكند كه در مقایسه با سایر افزودنی ها ناچیز به نظر میرسد. برای مثال میزان مصرف مواد پودری پروتئینی در بتن عملاً 002/0 تا 007/0 درصد وزن سیمان خواهد بود که به شدت ناچیز است و هزینه بسیار کمی را به مصرفکننده تحمیل میکند.
مقدار مصرف افزودنی حباب زا با انجام آزمایش و دستیابی به مقدار حباب هوای مورد نظر و خواص مطلوب در بتن تعیین میشود و تابع عوامل مختلفی است كه با تغییر نوع سنگدانه و سیمان یا مقدار آنها، تغییر روانی بتن و دانهبندی سنگدانه تغییر مینماید.
حداكثر مقدار مصرف افزودنی حبابزا در بتن هایپر سیمان، حاوی ماسه های ریز زیاد و مواد ریزتر از الک 75 میکرون، دارای سیمان ریز و در شرایط هوای گرم حاصل میگردد.مسلماً وقتی درصد حباب هوای بیشتری در بتن لازم است، مقدار ماده حبابزای مصرفی بیشتری بکار میرود.
توصیههای کلی در مورد نحوه آمادهسازی، مصرف و نگهداری مواد افزودنی بتن
استفاده موفقیت آمیز افزودنیها بستگی به روشهای آماده سازی و پیمانهکردن دارد. عدم توجه در آماده سازی میتواند به شکل قابل توجهی روی ویژگیها، کارایی و یکنواختی بتن تاثیر داشته باشد.
به عنوان یک اصل کلی، مصرف یک ماده افزودنی نباید به مشخصات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی بتن لطمه وارد آورد. همچنین مصرف ماده افزودنی نباید به میلگردهای متعارف یا آرماتور پیشتنیدگی صدمه بزند.
هر ماده افزودنی جامد با رعایت شرایط مخصوص به خود که توسط کارخانه سازنده و استانداردهای ذیربط تعیین میشوند، به کاربرده شود تا نتیجه مطلوب از آن حاصل گردد.
آماده سازی افزودنی بتن
اگر اطلاعات کافی موجود نباشد، باید آزمایشهای لازم به منظور ارزیابی اثراتافزودنیها بر خواص بتن ساخته شده با استفاده از لوازم و تجهیزات کار، تحت شرایط محیطی، موجود باید بهعمل آورده شود آزمایشهای مربوط به مواد افزودنی باید اثرات این مواد را در خواص بتن تا آنجائیکه به کار مربوط میشوند را مشخص نمایند.
مخلوط مورد آزمایش باید عیناً از مواد مشابه (بخصوص سیمان) و سایر مواد سازنده بتن که در محل پروژه و حتیالامکان نزدیک به شرایط کار هستند تهیه شود.
درجه حرارت بخصوص در زمینه مدت زمان گیرش زمان استحکام بتن تاثیرگذار است. مدت زمان گیرش و میزان هوای موجود در بتن تهیه شده در محل کار ممکن است به میزان قابل توجهی با بتن آزمایشگاهی تهیه شده از همان مواد و خواص مواد افزودنی مشابه، تفاوت داشته باشد.
اثرات و عمل مواد افزودنی کاهنده آب یا مواد افزودنی فوقکاهنده آب ممکن است در مخلوط کننده کامیون و آنچه که از مخلوط کننده آزمایشگاه دیده میشود، متفاوت باشند. مقدار مصرف مواد افزودنی برای رسیدن به عملکرد مناسب برای مخلوطکن کامیون باید تنظیم شود.
در بیشتر موارد مواد افزودنی فوقکاهنده آب در مخلوطکن کامیون بهتر عمل کرده و میزان مصرف کاهش مییابد. تمام دست اندرکاران باید نسبت به این امکان در آغاز کار هوشیار باشند و بایستی آمادگی تنظیم مقدار مواد ( بخصوص مواد افزودنی وارد کننده هوا ) جهت دستیابی به خواص معین بتن در سایت پروژه را داشته باشند.
میزان مصرف افزودنی بتن
عملکرد انواع افزودنیها و مقدار مصرف آنها براساس یك یا چند منبع اطلاعات ذیل برآورد میشود:
- نتیجه ساخت مخلوطهایی با استفاده از افزودنیها در شرایط محیطی واقعی
- ساخت نمونههای آزمایشگاهی جهت ارزیابی مخلوط، اطلاعات و دستورالعملهای تولیدکننده.
- اطلاعات و دستورالعملهای تولیدکننده
اگرچه در نهایت باید نتایج آزمایشگاهی به شرایط محل مصرف تعمیم داده شود، زیرا نتایج متفاوتی از مصرف یک ماده افزودنی به دلیل میزان مصرف مختلف سیمان، نوع سیمان،سنگدانه، سایر مواد و شرایط محیطی انتظار میرود. بطور مثال مخلوطهایی که باسیمانهای نوع 2 و نوع 5 تهیه میشوند به مقدار کمتری مواد افزودنی روانکننده/کاهنده آب در مقایسه با مخلوطهایی که با سیمان نوع 1 یا 3 ساخته میشوند، دارند.
اکثر افزودنیهادر یک محدوده مصرف معین بر بتن تأثیر میگذارند و در صورت استفاده بیشتر، سایرویژگیهای بتن را نیز تحت تأثیر قرار میدهند. در بسیاری موارد، به علت تفاوت شرایط محیطی کارگاه با شرایط آزمایشگاهی مقدار مصرف از محدوده معین بیشتر میشود و سبب کاهش بیش از حد افت اسلامپ، ایجاد تغییراتی در زمان گیرش، جداشدگی یا آبانداختگیمیشود.
تفاوت در عملکرد نشان دهنده این نیست که یک نوع افزودنی با نام تجاری خاص محصول بهتری نسبت به دیگری است بلکه ممکن است محصولهای مشخصی برای برخی موقعیتها و ساختارها مناسبتراز بقیه باشند.
بجز در موارد خاص مصرف، مانند بتنهای با مقاومت زیاد، حداکثر مصرف افزودنیهای بتن به مقدار 50 گرم به ازاء هر کیلوگرم سیمان مصرفی در بتن محدود شده است. در مواردی که مقدار مصرف افزودنی کمتر از 2 گرم به ازاء هر کیلوگرم سیمان مصرفی در بتن باشد، افزودنیحتماً باید به عنوان بخشی از آب طرح و همراه آن استفاده گردد.
مخلوط آزمایش باید با استفاده از مصالح مورد مصرف در محل کارگاه برای تعیین مقدار مصرف لازم به منظور رسیدن به نتایج مطلوب ساخته و آزمایش گردد. تولیدکنندگان بتن باید توجه داشته باشند که یک نوع افزودنی تولید شده توسط سازندگان مختلف، ممکن است مقدار مصرف متفاوتی برای رسیدن به نتایج مطلوب داشته باشد.
نحوه مصرف افزودنی بتن
– انتخاب وسیله توزین و پیمانه کردن باید متناسب با حالت فیزیکی ماده افزودنی مورد مصرف (پودر یا مایع) و میزان دقت که در بر داشت و اختلاط آن با بتن مورد نیاز است، صورت گیرد.
– همانگونه که بارها اشاره گردید باید دقت کرد که دو یا چند افزودنی ممکن است در یک محلول سازگار نباشند. به عنوان مثال یک افزودنی حباب هواساز بر پایه vinsol resin-based و یک افزودنی کاهنده آب که شامل lignosulfonate است، هرگز نباید قبل از مخلوط شدن با یکدیگر تماس داشته باشند.علت این امر گرایش آنها برای لختهسازی و از دست رفتن اثربخشی هر دو افزونی است.مخلوط کردن دو یا چند افزودنی پیش از افزودن به بتن باید انجام شود مگر اینکهآزمایشها نشان دهند که هیچگونه اثر نامطلوب وجود نداشته یا اینکه دستورالعملهایسازنده این اجازه را بدهند. بهتر است که افزودنیها هنگام افزودن مواد دیگر بهمخلوطکن وارد شوند یا در حال مخلوط کردن.
– برخی از افزودنیهایشیمیایی به صورت جامد (پودری) قابل حل در آب تهیه میشوند که لازم است در محل کار با آب مخلوط شوند. باید از انحلال کامل پودر در آب و مطابق دستورالعمل مصرف مطمئن شد. در بعضی موارد انحلال کامل نیاز به زمان زیادی دارد که باید مورد توجه قرارگیرد.
– توزیع یکنواخت ماده افزودنی در حجم بتن از اهمیت خاصی برخوردار است. عدم توزیع یکنواخت ماده افزودنی در حجم بتن باعث تشدید عدم یکنواختی بتن گردید و رفتار آن را در مقابل نیروها، ضربه، حرارت، رطوبتو به طور کلی تمام عاملها خدشهدار میسازد و مشخصههای مطلوب آن را تقلیل میدهد.
– مواد افزودنی که به صورت پودر غیرمحلولمیباشند باید در شروع اختلاط داخل مخلوطکن ریخته شوند تا حتیالامکان به نحوی یکنواخت در حجم مخلوط توزیع گردند.
– موادی که بصورت پودر میباشند ولی قابل حل در آب هستند باید قبل از مصرف در آب حل شده و سپس به آب اختلاط اضافه شوند.
– مواد افزودنی که بصورت مایع میباشندباید قبل از مصرف بشدت تکان داده شوند که اگر ذراتی تهنشین شده باشند حل کردند و سپس این مواد باید همراه با آب اختلاط وارد مخلوطکن شوند.
– اضافه کردن مقدار مشخصی از افزودنیهای مایع به بتن از طریق مخزن عموماً توسط یک سیستم متشکل از پمپها، درجهها، تایمرها، لولههایکالیبراسیون و شیرها انجام میپذیرد. این دستگاه سیستم توزیع افزونه (admixture dispensing system) یا توزیع کننده نامیده می شود. برای حداقل تغییرات در خواص بتن، این دستگاهها میبایست رواداریهایمورد نظر را از لحاظ مقدار مصرف حفظ کنند. ASTM C494 ایجاب میکند که افزودنیهای پودری توسط جرم و افزودنیهای مایع توسط جرم یا حجم اندازهگیری شوند. دقت مورد نظر در افزودنیهایی که با جرم اندازهگیریمیشوند باید 3 درصد جرم مورد نظر باشد. افزودنیها باید از لولههای کالیبراسیون به بتن در نقطهای تزریق شوند که بیشترین پراکندگی را در میان بتن داشته باشند.
– توزیع افزودنیهادر یک مخلوط بتنی نه تنها کنترل دقیق مقدار آن، بلکه کنترل سرعت تخلیه را نیز شاملمیشود. در برخی کاربردها ، تغییر دادن زمان اضافه کردن افزودنی حین مخلوط کردن میتوانداثر بخشی افزودنی را اصلاح نماید (به عنوان مثال اثر کاهنده آب دیرگیر کننده بستگی به زمانی که ماده به مخلوط اضافه میشوند دارد. اگر ماده افزودنی چند ثانیه بعد از مخلوط شدن آب و سیمان اضافه شود بسیار موثرتر خواهد بود.
– نرخ تخلیه افزودنی باید قابل تنظیم باشد تا توزیع یکسان افزودنی در میان مخلوط بتن حین چرخش مخلوطکن امکانپذیر باشد.
– لوله کالیبراسیون توسط جاذبه یا فشار هوا تخلیه میشود و محل ذخیره افزودنی میتواند از محل مخلوطکن مورد نظر خود فاصله معینی داشته باشد. در چنین مواردی، تابلو کنترلتوزیعکننده باید به یک زمانسنج مجهز باشد تا تخلیه تمام افزودنی را از لولهها ودریچهها تضمین کند. اگر سیستم توزیع افزودنی به صورت دستی عمل میکند، اپراتور میبایستیک شیر برای طولانی کردن سیکل تخلیه در اختیار داشته باشد تا مطمئن شود که تمامافزودنیها تخلیه شدهاند. هنگامی که بیش از یک افزودنی در بتن مورد نیاز است،توزیع کننده باید طوری طراحی شود که یک تأخیر مناسب جهت جلوگیری از مخلوط شدن دو افزودنی داشته باشد یا اینکه دو افزودنی بطور جداگانه پیمانه شوند.
– باید دقت شود که مخلوطکن تا توضیح کامل افزودنی در تمام بتن بکار خود ادامه دهد.
– نگهداری سیستم پیمانه کردن برای جلوگیری از خطاهای ناشی از شیرهای چسبنده، ورود مواد خارجی به مخزنهای ذخیره و مخلوطکن یا پمپهای فرسوده شده و … نیاز به نگهداری منظم دارند.
انبار کردن افزودنی بتن
- افزودنیها باید از گردوخاک و از هرگونه آلودگی مضر دیگر محافظت شوند.
- افزودنیهای مایع در طول مدت انبار کردن باید در برابر گرما محافظت شوند زیرا دمای زیاد ممکن است بر روی ترکیب آنها اثر بگذارد. همچنین این مواد باید در برابر یخزدگی محافظت شوند.
- جا به جا کردن و انبار کردن مواد افزودنی به ویژه مواد افزودنی سمی و قابل اشتعال باید طبق ضوابط تعیین شده از طرف کارخانه سازنده انجام گیرد.
- مواد افزودنی باید در وضعیت انبار شوند که دسترسی به آنها و شناسایی هر محموله و هر نوع به آسانی میسر باشد.
- بعضی از مواد افزودنی شامل مواد جامد بصورت محلول سوسپانسیون هستند که ممکن است مواد جامد آنها تهنشین گردد که باید قبل از مصرف به خوبی هم زده شوند.
- افزودنیهایی که به شکل جامد پودری استفاده میشوند به سرعت رطوبت را جذب میکنند و بنابراین باید در محلی خشک و طوری انبار شوند که از خطر نم کشیدن در امان باشند.
- در صورتی که این مواد برای مدت طولانی نگهداری شوند و تغییر در رنگ و بوی آنها ایجاد شده است باید قبل از مصرف مجدداً آزمایش شوند.
- در صورت احتمال تهنشینی، تولیدکنندگان باید اطلاعات مورد نیاز در زمینه روش بهم زدن مجدد را ارائه کنند.
- مخزنهای ذخیره میبایست دارای دریچه تخلیه باشند، اما پیشگیریهای لازم باید طوری انجام گیرد که مواد خارجی نتوانند از دریچه تانک وارد شوند.