مواد افزودنی بتن در پروژه های سد سازی

مواد افزودني در پروژه هاي سد سازي

 مزایای مواد افزودنی بتن در پروژه های سد سازی

امتیازات فیزیکی و اقتصادی قابل ملاحظه‌ای که مواد افزودنی بتن ایجاد می‌کند و همچنین در بسیاری موارد، مزایای فنی موجب رشد روز افزون کاربرد این مواد در بتن شده است. این مواد نه تنها امکان به کار بردن بتن را در شرایط پیچیده فراهم کرده‌اند که پیش از آن امکان استفاده از بتن در این شرایط به دلایل مختلف فنی وجود نداشت، بلکه امکان استفاده از گستره وسیع‌تری از مواد متشکله در مخلوط بتن را نیز به وجود آورده اند.

سدها به علت نقش اساسی که در سیستم اقتصادی، اجتماعی، سیاسی کشور دارند و نیز به علت سرمایه‌گذاری کلانی که برای ساخت آن‌ها می‌شود، جز سازه‌های استراتژیکی محسوب می‌شوند که لازم است از عملکرد و دوام مناسبی در دراز مدت برخوردار هستند.

ملاحظات اقتصادی مانند استفاده از مصالح در دسترس و کاهش مصرف سیمان، ضوابط پایایی از جمله هوازایی، کاهش نفوذپذیری، آب‌بندی و کاهش نسبت آب به مواد سیمانی، استفاده از مواد کمک سیمانی مانند پوزولانها، سرباره و دوده سیلیسی برای بهبود خواص و پایایی بتن که عموما منجر به افزایش آب مورد نیاز مخلوط می‌شوند، بهبود شرایط اجرایی مانند حمل و نقل، ریختن و متراکم کردن بتن، بهبود خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی بتن و امکان ادامه عملیات اجرایی و بتن ریزی در شرایط آب و هوایی مختلف از جمله مواردی هستند که استفاده از مواد افزودنی در پروژه‌های سدسازی را اجتناب‌پذیر می‌کنند.

با توجه به اندرکنش مواد افزودنی با مواد سیمانی و سایر اجزای تشکیل دهنده بتن و از آنجا که گستره وسیعی از مواد افزودنی با نام‌های تجاری گوناگون موجود و در دسترس هستند، آگاهی از خصوصیات کلی، مکانیزم واکنش و عوامل موثر بر عملکرد این مواد می‌تواند در انتخاب آن‌ها برای یک پروژه خاص، به ویژه پروژه سد سازی، سودمند باشد.

در این مقاله پس از بررسی کاربرد، مکانیزم واکنش و عوامل موثر بر عملکرد مواد افزودنی متداول در پروژه‌های سد سازی، راهکارهایی برای انتخاب این مواد برای یک پروژه سدسازی ارایه می‌شود.

بتن در سدسازی

بتن یکی از مهمترین و فراگیرترین مصالح ساختمانی است که مصرف آن در پروژه‌های مختلف عمرانی همگام با پیشرفت تکنولوژی رشد روزافزونی دارد. امروزه برای بهبود خواص بتن، بالا بردن کیفیت آن، کاهش نارسایی‌ها و تغییر بعضی از مشخصه‌های بتن از مواد افزودنی که از آب سنگدانه سیمان هیدرولیکی و الیاف هستند (ACI ۱۱۶R) استفاده می‌شود. مواد افزودنی بنا به تعریف درست پیش از اختلاط یا در حین اختلاط به بتن افزوده می‌شوند.

 

مواد افزودنی بتن به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

  • مواد معدنی
  • مواد افزودنی شیمیایی

1-مواد افزودنی شیمیایی نیز بر حسب نوع عملکرد خود به گروه‌های مختلف (مانند هوازا، کاهنده‌های آب، کنگدگیرنده‌ها و …) تقسیم می‌شوند. در این مقاله کاربرد، مکانیزم واکنش، و عوامل موثر بر عملکرد مواد افزودنی شیمیایی متداول در پروژه‌های سد سازی، مانند روان کننده بتن، دیرگیر کننده بتن، هوازا ها و مواد کمکی تزریقی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه ملاحظاتی درباره کاربرد این نوع افزودنی‌ها و راهکاری برای انتخاب مناسب آن‌ها برای یک پروژه سدسازی ارایه می‌شود.

 

۲- دلایل کاربرد مواد افزودنی در بتن سدها امتیازات فیزیکی و اقتصادی قابل ملاحظه‌ای که مواد افزودنی برای بتن ایجاد می‌کنند از یک سو و در بسیاری موارد مزایای فنی از دیگر سو، موجبات رشد روزافزون کاربرد، این مواد را در بتن فراهم آورده‌اند بلکه امکان استفاده وسیع‌تری از مواد متشکله در مخلوط را نیز بوجود آورده اند.

به طور کلی دلایل و مزایای حاصل از استفاده مواد افزودنی در بتن مصرفی در پروژه‌های سدسازی را می‌توان به شرح زیر دسته‌بندی کرد:

 

ملاحظات اقتصادی:

اغلب سعی می شود که سنگدانه مورد نیاز پروژه سد سازی را از منابع قرضه های نزدیک به ساختگاه سد تامین شود. دستیابی به مشخصات مورد نظر سنگدانه پرهزینه و در شرایطی بسته به خصوصیات قرضه، ممکن است غیر عملی باشد با استفاده از مواد افزودنی می توان بر بسیاری از نارسایی های فیزیکی و شیمیایی سنگدانه موجود غلبه کرد و از همان مصالح در دسترس برای ساخت بتن استفاده کرد. تحقیقات انجام شده توسط پرهیزکار و همکاران بیانگر این واقعیت است که دوده سیلیسی به عنوان یک افزودنی معدنی می تواند به میزان قابل توجهی انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه را کاهش دهد.با استفاده از مواد افزودنی شیمیایی نیز می توان بر بسیاری از نقایص فیزیکی سنگدانه ها مانند کمبود ریز دانه ها غلبه کرد.بدیهی است که در این موارد باید بین هزینه دستیابی به مشخصات مورد نظر از طریق تغییر قرضه، نصب تجهیزات اضافی، طولانی تر کردن فرایند تولید سنگدانه از یک سو و بهبود خواص سنگدانه موجود با استفاده از مواد افزودنی از سوی دیگر یک مقایسه اقتصادی انجام گیرد.

بهبود خواص بتن سخت شده:

استفاده از مواد افزودنی خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی بتن را به نحوی چشمگیری بهبود می‌بخشد. مواد افزودنی کاهنده آب با کاهش نسبت به آب به مواد سیمانی و کاهش تخلخل بتن، خواص مکانیکی آن مانند مقاومت فشاری، خمشی و سایشی را بهبود می‌بخشند.

کنترل گرمازایی در بتن حجیم: برای کاهش گرمای ناشی از هیدراسیون در بتن‌های حجیم باید از سیمان‌های با گرمازایی کم مانند پرتلند نوع ۴ و سیمان پوزولانی استفاده کرد. از آنجا که سیمان پرتلند نوع ۴ در ایران تولید نمی‌شود یک راه عملی برای کاهش حرارت ناشی از هیدراسیون، کاستن از مقدار سیمان مصرفی در بتن است بدون آنکه لطمه‌ای به خواص بتن تازه و سخت شده وارد شود. اینکار با استفاده از مواد افزودنی کاهنده آب و فوق روان کننده‌ها امکان‌پذیر است.در صورت استفاده از سیمان‌های پوزولان نیز، چون مقدار آب مورد نیاز استفاده از مواد کاهنده آب برای حفظ نسبت به آب مواد سیمانی و نیز بهبود (Family et at ۲۰۰۰) این سیمان‌ها بیشتر است کارآیی سودمند خواهد بود. استفاده از مواد افزودنی کندگیر کننده در کاهش سرعت گرمازایی در سنین اولیه (تا ۷ روز) بسیار موثر است. بدیهی است که این مواد تاثیری در کاهش مقدار کل گرمای حاصل نخواهد داشت.

 

چگونگی تاثیر مواد افزودنی شیمیایی در بتن

 مواد افزودنی شیمیایی را می توان بر حسب چگونگی تاثیر آنها در بتن به دو گروه:

  •  مواد افزودنی با اثر فیزیکی
  • مواد افزودنی با اثر شیمیایی در بتن تقسیم كرد :

مواد افزودنی كه اثر فیزیکی در بتن دارند معمولا مواد اثر کننده بر سطح هستند اینها مواد هستندكه در سطح مشترك بین دو فاز آمیخته نشدنی متمركز می شوند و نیروهای فیزیکی – شیمیایی موثر برای سطح مشترك را تغییر می دهند این مواد موجب کاهش نیروی کشش سطحی بین مایع و جامد و مایع و گاز می شوند و باعث

روان شدن بتن می شوند یا ایجاد حباب هوا زا بتن میسر می سازند. این مواد تغییری در روند هیدراسیون سیمان بوجود می آورند.

مواد افزودنی كه اثر شیمیایی در بتن دارند، موجب تغییر در روند هیدراسیون سیمان می شوند .این تغییر  می تواند در تاخیر گیرش و یا تسریع گیرش و سخت شدن موثر باشد . به این ترتیب می توان زمان قابل كاركردن با بتن را كنترل كرد . و یا مقاومت های اولیه آن را تغییر داد .

روان كننده ها و فوق روان كننده ها ( خوا زاهاو كاهنده های نفوذپذیری ) بطور کلی می توان گفت كه مواد افزودنی کاهنده آب زودگیر کننده ها و زود سخت كنندها ( اثر شیمیایی در تن ) دارای اثر فیزیکی هستند و مواد افزودنی کندگیر کننده و تسریع کننده دارند. مواد افزودنی كمك كننده تزریق دارای هر دو اثر فیزیکی و شیمیایی هستند.

 

نوع تاثیر:

  • فیزیكی
  • شیمیایی
  • فیزیکی- شیمیایی

نوع افزودنی:

  • کاهنده های آب
  • هوازاها
  • كاهنده های نفوذپذیری
  • كند گير كننده ها
  • تسریع كننده ها
  • كمك كننده های تزریق
  • هیدراسیون سیمان

 از آنجا كه اندر كنش مواد افزودنی و سیمان تاثیر مستقیمی بر عملكرد مواد افزودنی دارد، شیشه شايسته است كه ابتدا هیراسیون سیمانی بطور اجمالی مورد بررسی قرار گیرد.

هیدراسیون عبارت است كه ترکیب شدن آب با اجزای تشکیل دهنده سیمان كه در نتیجه این واکنش شیمیایی ، عمل گیرش و سخت شدن انجام می گیرد با وجود تحقیقات زیادی كه در مورد روندهی دراسیون سیمان انجام شده است تاکنون این پدیده به طور کامل شناخته نشده است و اختلاف نظرهایی كه مورد جزئیات آن وجود دارد 

ولی جدا از این اختلاف نظرها، روند کلی هیدراسیون را میتوان به ترتیب زیر توصیف كرد .

 

مرحله اول :

در اثر اختلاط سیمان با آب ، سولفات بصورت محلول در آمده و با آلومینات کلسیم آلومینو فریت موجود در سیمان ترکیب وجود اترینگایت را می توان حدود ٣٠ ثانیه بعد از مخلوط . می دهد ( اترینگایت ) شده و تشکیل سولفوآلومینات کلسیم نامحلول.( رمضانیان پور و همكاران ، ١٣٦٧ ). كردن سیمان با آب مشاهده كرد.

کریستالهای اترینگایت در ابتدا به صورت رشته های نازک سوزنی شکل هستند، با رشد این کریستالها گیرش سیمان نیز آغاز می هیدروكسید كلسیم ساخته می شود .

(C۳۲ به ویژه ) شود. علاوه بر این همانند ابتدا بر اثر ترکیب شدن آب با سیلیکات های سیمان

 

مرحله دوم :

را مشاهده كرد . این ( CSH ) تقریب یک ساعت پس از اختلاط آب با سیمان می توان کریستال های سیلیکات کلسیم هیدراته کریستالها كه بر اثر هیدراسیون سیلیکاتهای سیمان بوجود می آیند در ابتدا به صورت رشته های نازکی هستند كه به راحتی در فضای بین دانه های سیمان كه پر از آب است ، حركت و رشد می كند با به هم چسبیدن این رشته ها به یکدیگر و چسبیدن آنها به ذرات سیمان هیدراته نشده وسایر محصولات هیدراسیون، بافت متخلخلی پدید می آید كه بر اثر ادامه هیدراسیون این بافت متراکم تر می شود مقاومت اولیه سیمان ناشی از رشد همین بافت اولیه است.

 

مرحله سوم:

در این مرحله بر اثر ادامه عمل هیدراسیون ، داخل حفرات و خلل و فرجها پر می شود و بتن متراكم تر غیر قابل نفوذ تر می شود و مقاومت آن افزایش می یابد .

 مكانيسم واكنش مواد افزودنی شیمیایی آشنایی با مكانيسم واكنش و چگونگی تاثیر مواد افزودنی شیمیایی در بتن و شناخت عوامل موثر بر عملكرد آنها در بکارگیری مناسب تر آنها مفید است .

 

مواد افزودنی با اثر فیزیکی در بتن

 مواد سیمانی به همراه ریزترین مصالح سنگی )كمتر از ٢٥٠ ميكرون (، ریزدانه های بتن را تشکیل میدهند . این مواد ریز نقش تعیین کننده ای در میزان آب ، کارآیی و تراكم بتن دارند . از آنجا كه مواد افزودنی كه با اثر فیزیکی نیز باعث تغییر خواص یاد شده می شوند، لذا ریزدانه های بتن و مواد افزودنی دارای اثر فیزیکی ، بر روی یکدیگر اندركنش خواهند داشت .

 

مواد افزودنی هوا زا

 مولکولهای قطبی آب نیز تمایل شدیدی به جذب یکدیگر دارند و برای جدا کردن آنها از یکدیگر انرژی قابل ملاحظه ای نیاز است ، بنابراین آب دارای انرژی سطحی )كشش سطحی ( زیادی است مكانيسم واكنش افزودنی هوازا كاهش كشش سطحی آب است .و یک سر آنها (hydrophobic) ” آب گریز ” مواد افزودنی هوازا از مولکولهای زنجیره طویلی تشكیل شده اند كه یكسر آنهااست . سر آبدوست آنها جذب مولکولهای آب می شود و سر آبگریز آنها موجب كاهش (hydrophilic) ” آب دوست “كشش سطحی آب می شود. كاهش كشش سطحی آب امكان ایجاد حباب هوا را میسر می سازد.

با مقاومت و الاستیسیته کافی در اطراف حبابهای هوا پدید ( مانند حباب صابون ) مواد افزودنی هوازا یك فیلم محكم و دفع آب می آورد، بگونه ای که حبابهای هوا را در برگرفته و پایدار می كند و از به هم پیوستن حباب ها نیز جلوگیری بعمل می آورد .

خاصیت دافع آب بودن این فیلم از ورود آب به داخل حباب هوا جلوگیری می کند . عمل هم زدن و اختلاط مخلوط موجب پراکنده شدن این حبابها در بتن می شود .حبابهای هوای محبوس ، كه در همه بتن ها ایجاد می شوند و در حقیقت تابعی از ویژگیهای سنگدانه هستند، دارای اندازه ١٠٠٠یا بیشتر هستند در حالی حبابهای هوایی که به طور عمدی ایجاد می شوند بطور عمده دارای قطری بین ١٠ تا ( ١ میلیمتر ) ميكرون ١٠٠ ميكرون هستند.

 

مواد افزودنی روان كننده بتن

 جز فعال اصلی مواد افزودنی روان كننده ، عوامل اثر كننده بر سطح است . اینها مواردی هستند كه در سطح مشترك بین دو فاز آمیخته نشدنی متمركز می شوند و نیروهای فیزیکی – شیمیایی موثر بر این سطح را تغییر میدهند . این مواد جذب سطح دانه های سیمان می شوند و به آنها بار منفی می دهند كه منجر به نیروی دافعه بین دانه های سیمان و پراكنده شدن آنها می شوند چگونگی تاثیر روان كننده ها بر روی سیمان در شكل ٢ نشان داده شده است .

در مخلوطی كه از مواد روان كننده استفاده شود، ذرات سیمان به یکدیگر می چسبند و لخته می شوند . در اثر این لخته شدگی قسمت از آب در فضای بین ذرات لخته شده محبوس می شود و از طرفی در نقاطی كه ذرات سیمان به یکدیگر می چسبند، سطح پیوستگی آنها برای هیدراسیون اولیه در دسترس نمی باشد . مواد افزودنی روان كننده با جلوگیری از لخته شدن ذرات سیمان ، مساحت سطح سیمان را که می تواند پذیرایی هیدراسیون اولیه باشد افزایش می دهند و همچنین با جلوگیری از محبوس شدن در فضای لخته شدگی ، مقدار لخته شدگی ، مقدار آب موجود برای هیدراسیون افزایش می یابد بعلاوه بار منفی ساكن اطراف ذرات سیمان سبب می شود

كه در اطراف هر ذره سیمان قشری از مولکولهای جهت داده شده آب ، كه از نزدیک شدن ذرات به یکدیگر جلوگیری می نمایند. تشکیل گردد بنابراین ذرات سیمان قابلیت تحرک بیشتر پیدا می کنند و آب آزاد شده تحت اثر مجموعه لخته شده ، صرف روان سازی مخلوطی می گردد و لذا کارایی افزایش می یابد.

 

مواد افزودنی فوق روان كننده بتن

 مكانيسم واكنش فوق روان كننده بتن  شبیه مكانيسم واكنش روان كننده ها ولی با اثر قوی تر است . فوق روان كننده ها، پلیمری های آلی محلول در آب هستند كه دارای رشته های دراز مولکولی هستند این رشته های دراز مولکولی به دور ذرات سیمان می پیچند و بار منفی زیادی به آنها می دهند، به طوری که یکدیگر را دفع می نمایند .این امر منجر به پراکندگی و پخش سیمان میگردد .مواد افزودنی با اثر شیمیایی در بتن همچنانکه گفته شد مواد افزودنی با اثر شیمیایی در بتن بر روند هیدراسیون سیمان تاثیر می گذارند . سیمانهای مختلف دارای خواص شیمیایی متفاوتی هستند و بنابراین واکنش های متفاوتی نسبت به مواد افزودنی با خصوصیات شیمیایی مختلف از خود نشان می دهند .

مواد افزودنی تسریع کننده مواد افزودنی تسریع کننده سبب كاهش زمان گیرش ، افزایش روند كسب مقاومت و یا هر دو می شوند . این مواد در حقیقت روند هیدراسیون را تسریع می کنند . بطور کلی این مواد را می توان به دو دسته کلی مواد افزودنی زودگیر و مواد افزودنی زود سخت كننده تقسیم كرد .

 

مواد افزودنی زودگیر (Setting accelerator)

 مواد افزودنی زودگیر عموم با تسریع بین سولفات و آلومیناتها و تشكیل اترینگایت ، سرعت سخت شدن خمیر سیمان را افزایش می دهند . افزایش سرعت این واكنش منجر به پدید آمدن کریستالهای سوزنی شکل كوچك اترینگایت می شود . طول کریستالها در این حالت از طول کریستالهای پدید آمده در خمیر سیمان شاهد كوتاه تر خواهد بود . در هم فرو رفتن این اترینگایت های ظریف موجب تسریع زمان گیرش می شود. كاربرد عمده این مواد در بتن پاشی است .

 

(Hardening accelerator) مواد افزودنی سخت کننده موجب افزایش مقاومت های اولیه و نیز کاهش زمان گیرش می شوند . تاثیر این مواد بر زمان C۳S این مواد با تسریع واکنش گیرش كمتر از مواد افزودنی زودگیر است . مواد افزودنی زود سخت کننده یا مانند کلریدها به عنوان يك كاتاليزور در واكنش عمل می کنند و یا مانند كربناتها با هیدروکلسیم ترکیب شده و كربنات كلسیم و یك قلیایی نامحلول تشکیل می C۳S هیدراسیون دهند. قلیایی حاصل از واكنش موجب تسریع واکنش سیلیکات و آلومینات می شود.

 

عملكرد مواد افزودنی در بتن

صرفنظر از جنس و مقدار مصرف مواد افزودنی ، اجزای تشکیل دهنده بتن ، شرایط محیطی، شرایط ساخت و حمل و نحوه بتن ریزی نیز از جمله عواملی هستند كه بر عملكرد مواد افزودنی در بتن تاثیر می گذارند.

 

مواد افزودنی هوازا

 مهمترین دلیل هوازایی در بتن بهبود پایایی آن در برابر یخبندان و نمکهای یخ زدا است . هنگامی که آب یخ بزند، افزایش حجم پیدا می کند . چنانچه تمهیداتی برای این افزایش حجم در نظر گرفته نشود موجب پدید آمدن فشار در منافذ مویینه بتن می شود . اگر مقدار این فشار از مقاومت کششی بتن فراتر رود سبب ایجاد ترک در بتن و در

نهایت موجب فروپاشی بتن می شود . تشکیل بلورهای نیز موجب پدید آمدن فشار در بتن و خرابی بتن می شود.

حبابهای هوا در بتن فضای ( ناشی از کاربرد نمکهای یخ زدا ) نمك در بتن مورد نیاز برای انبساط ناشی از یخ زدگی و فضای لازم برای رشد بلورهای نمک را فراهم می آورد و از ایجاد فشار داخلی جلوگیری می کند. علاوه بر موارد گفته شده، هوازایی سایر خواص بتن را نیز، به ویژه برای مقاصد سدسازی ، بهبود می بخشد.

 

کارایی:

 هوازایی کارایی بتن به ویژه بتن های کم سیمان و خشن را بهبود می بخشد . علت افزایش و بهبود کارایی بتن و استفاده از مواد افزودنی هوازا این است که حبابهای هوا در اثر نیروهای کشش سطحی کروی شکل میشوند و مانند غلتک های با اصطكاك سطحي كم و خاصیت الاستیسیته قابل ملاحظه ،عمل می کنند. در حقیقت حباب

های هوا نقش ریزدانه های بتن )مواد سیمانی و ریزترین مصالح سنگی (را در کارایی یاری می کنند . همچنان كه در شكل سه نشان داده شده است ، برای بتنی با روانی و كارآیی ثابت ، با افزایش مقدار هو ا می توان از مقدار آب اختلاط و مقدار ماسه كاست . این موضوع برای بتن های کم سیمان مشهودتر است . در بتنهای حجیم ،

كه علاقه به كاهش سیمان آنها به منظور كنترل گرمای هیدراسیون می باش ، هوازایی می تواند بدون نیاز به افزایش آب، کارایی را ثابت نگه دارد از طرفی هرچه بزرگترین اندازه سنگدانه افزایش یابد، سنگدانه های درشت حجم بیشتری از ( ثابت W/C بتن را اشغال می كنند و بنابراین برای جبران ریزدانه و حفظ کارایی می توان از هوازایی استفاده كرد.

در مورد ماسه هایی كه كمبود ذرات ریز دارند (زیر الك نمره ٥٠ ) نیز می توان با هوازا یی ای كمبود را تا حدود زیادی جبران كرد. هوازایی همچنین جداشدگی و آب انداختگی (به ویژه در بتنهای كم سیمان و با سنگدانه های بزرگ) را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهد .

 

مقاومت در برابر سولفات :

برای کارایی ثابت چنانچه کاهش نسبت آب به سیمان در نتیجه هوازایی در نظر گرفته شود، مقاومت بتن در برابر سولفات ها اثر هوازي بر عملكرد بتنی كه در معرض خاک سولفاتی قرار داشته است (PCA – ۱۹۹۴) بهبود می یابد. در یک کار مطالعاتی مورد بررسی قرار گرفته شده است نمونه به مدت ٥ سال در تماس با خاك سولفاتی بوده است . همچنان كه در شكل ٤ دیده می شود هوازایی مقاومت در برابر سولفات بتن را، به ویژه در مقادیر سیمان پایین تر، بهبود می بخشد. عملکرد بتن های هوازایی شده و بتن های هوازایی شده ای که در معرض خاک سولفاتی قرار داشته اند.

 

مقاومت در برابر واکنش قلیایی سنگدانه :

هوازایی انبساط مخرب ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه را کاهش میدهد قلیایی های سیمان با سیلیس سنگدانه های واکنش زا نشان می دهند و پیامد آن ، كه تولید محصولات منبسط شونده است ،موجب منبسط شدن بتن می شود . انبساط بیش از اندازه سبب خراب شدن بتن می شود . هوازایی انبساط منشورهای ملات ساخته شده با سنگدانه های واکنش زا را کاهش میدهد این موضوع به درستی در طراحی تونلهای انحراف آب سد سیمره توسط مشاور در نظر گرفته شده است و امكان استفاده از سنگدانه های محلی كوچك به واكنش زایی را فراهم آورده است .ضمن اینکه امكان مطالعه و بررسی دراز مدت تاثیر هوازی بر واکنش قلیایی سنگدانه را در حجم وسیع پدید آورده است . 

اثر مقدار هوا بر کاهش انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه  

مقاومت :

در مخلوط های پر سیمان ، مقاومت بتن با افزایش مقدار هوا کاهش می یابد در مخلوطهای كم سیمان و خشن ، مقاومت در اثر مقدار مناسب هوازایی افزایش می یابد .

این موضوع به علت كاهش نسبت آب به سیمان و بهبود کارایی این نوع بتن ها در اثر هوازایی است . در مخلوط های مورد استفاده ، برای حفظ کارایی ثابت ، متناسب با افزایش مقدار هوا مقدار آب كاهش داده شده است .

 

مواد افزودنی کاهنده آب (روان كننده )

 همانگونه كه از اسم مواد بر می آید، اثر مواد افزودنی کاهنده آب ، كاستن از مقدار آب مخلوط (معمولا بین ٥ تا ١٠ %) است بنابراین هدف از بکار بردن مواد افزودنی کاهنده آب مخلوط در بتن،کاستن از نسبت آب به سیمان با حفظ کارایی مورد نظر یا بهبود کارایی در یک نسبت آب به سیمان معین خواهد بود . مواد افزودنی کاهنده آب خواص بتن تازه ساخته شده با سنگدانه های با دانه بندی نامناسب را بهبود می بخشد به عنوان مثال ، یک مخلوط خشن بتن حاوی مواد افزودنی كاهن در آب عموم جدا شدگی كم و قابلیت جریان یافتن مطلوبی از خود بروز می دهد.

 

کارایی:

همچنان كه گفته شد عملكرد مهم مواد افزودنی کاهنده آب افزایش کارایی در نسبت آب به سیمان ثابت ، یا کاهش نسبت آب به سیمان در کارایی ثابت است . عمل پخش كننده مواد افزودنی کاهنده آب علاوه بر افزایش كارآیی بتن ، تاثیراتی نیز در پخش شدن حبابهای هوا در آب دار به طوری كه این افزودنی ها، به ویژه موادی كه بر پایه لیگنو سولفات هستند، می توانند تاثیر هوازایی داشته باشند وجود این حبابهای هوا کارایی بهبود میبخشند و جداشدگی و آب انداختگی بتن را کاهش می دهند.

نكته قابل توجه در مورد این مواد، نرخ افت روانی (اسلامپ) بتن های حاوی این مواد است . افت روانی بتن های حاوی مواد افزودنی روان كننده (یا كاهنده آب )، به ویژه در زمانهای اولیه ، بیشتر از بتن های بدون این مواد است .

در آزمایشهای به عمل آمده برای مقایسه عملکرد مواد افزودنی در آزمایشگاه سد مسجدسلیمان مشخص شد كه چنانچه نسبت آب به سیمان ثابت نگه داشته شود، نرخ افت اسلامپ بتن حاوی روان كننده بیشتر از بتن بدون روان كننده است. در حالتی که روانی اولیه ثابت نگه داشته شود و از میزان آب كاسته شود نرخ افت اسلامپ شدیدتر نیز خواهد شد. این موضوع به علت كاهش نسبت آب به سیمان و تسریع هیدراسیون سیمان است . از طرفی باید توجه داشت كه روان كننده ها، به ویژه آنها كه پایه لیگنوسولفوناتی دارند، ممكن است موجب تاخیر در گیرش شوند.

یکی از اثرات پخش شدن ذرات سیمان ، در اثر استفاده از روان كننده ها، آن است كه مساحت سطح بیشتری از ذرات سیمان هیدراته خواهند شد و بنابراین در مراحل اولیه، هیدراسیون با روند سریعتری پیشرفت می نماید و هیدراسیون به طور کاملتری انجام می گیرد .بنابراین انتظار می رود كه مقاومت بتن حاوی این مواد در مقایسه با

بتن با همان نسبت آب به سیمان ولی بدون مواد افزودنی،افزایش نشان دهد . ولی در این رابطه لازم است كه به دو عملكرد دیگر این نوع مواد یعنی هوازایی وكندگیری جزیی نیز توجه شود .هوازایی موجب كاهش مقاومت ، چاه اولیه و چه نهالی می شود ولی كندگیری كاهش مقاومت اولیه و در برخی موارد افزایش نهایی بتن می شود

بنابراین برای در نظر گرفتن اثر روان كننده ها بر مقاومت بتن باید تاثیر این سه عامل به طور همزمان در نظر گرفته شود . نتایج مقاومت بتن با و بدون روان كننده (پایه لیگنو سولفوناتی ) برای مواد افزودنی فوق روان كننده كاربرد. عمده فوق روان كننده ها تولید بتن با کارایی خیلی زیاد و یا بتن با مقاومت خیلی زیاد است.

کارایی:فوق روان كننده ها کارایی و روانی بتن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند . مقدار آب را با استفاده از فوق روان كننده ها می توان حدود ٢٠ تا ٣٠ درصد كاهش داد . فوق روان كننده ها كندگیری قابل توجهی به وجود نمی آورند )مگر نوع كندگير كننده آنها(. تاثیر فوق روان كننده ها در جلوگیری از دوباره لخته شدن ذرات

سیمان فقط تا زمانی ادامه پیدا می كند كه تعداد کافی از مولكولها فوق روان كننده در دسترس باشند تا سطوح ذرات سیمان مواجه شده با آب را بپوشانند . از آنجا كه بعضی از مولكولهای فوق روان كننده در محصولات هیدراسیون سیمان محبوس می شوند، از مقدار روان كننده کاسته می شود و کارایی مخلوط به سرعت از دست می رود.

پخش شدن و پراکندگی ذرات سیمان در اثر استفاده از فوق روان كننده ها، امكان هیدراسیون ذرات بیشتری از سیمان را فراهم می آورد و هیدراسیون در مراحل اولیه با روند سریعتری پیشرفت می نماید . از طرف دیگر، از آنجا كه فوق روان كننده ها تاثیر قابل ملاحظه ای بر كشش سطحی آب ندارند مقدار زیادی حباب هوا ایجاد می نمایند و افت مقاومتی به دنبال ندارند . بنابراین مقاومت اولیه و نهایی بتن های دارای فوق روان كننده برای نسبت های آب به سیمان ثابت ، افزایش می یابد از طرف دیگر، فوق روان کنندهها برای کارایی و روانی ثابت با کاهش نسبت آب به سیمان ، مقاومت بتن را افزایش می دهد.

 

مواد افزودنی کندگیر کننده

 عملكرد اصلی مواد افزودنی کندگیر کننده ، تاخیر در گیرش خمیر سیمان و همچنین كند كردن روال سخت شدن آن است . این مواد با پوششی که بر روی ذرات سیمان پدید می آورند مانع آبگیری سیلیکاتها و یا مانع انحلال آهك وآلومین می گردند.

کارایی:مواد افزودنی کندگیر کننده با به تاخیر انداختن گیرش ، زمان قابل كار كردن با بتن را افزایش می دهند . این مواد تاثیر بر کارایی و روانی اولیه ندارند، به جزء آنهایی که خاصیت روان کنندگی داشته باشند . این مواد میزان افت اسلامپ را کاهش می دهند . كند گير كننده ها بسته به نوع آن ممكن است آب انداختگی را افزایش دهند (مانند گلوكونات )، آن را كاهش دهند )مانند گلوكز (، و یا ممكن است مانند لیگنوسولفوناتها تاثیری بر آب انداختگی نداشته باشند . مواد افزودنی کندگیر کننده امكان حمل بتن در فواصل طولانی و نیز بتن ریزی در سطوح گسترده را، بدون خطر ایجاد درز سرد بین لایه های بتن ، فراهم می آورند.

 

گرمای هیدراسیون:

از آنجا كه مواد افزودنی کندگیر روند هیدراسیون سیمان را كند مي كنند، بنابراین میزان گرمای هیدراسیون آزاد شده در سنین اولیه کاهش می یابد بدیهی است که این مواد تاثیری در كاهش مقدار كل گرمای حاصل از هیدراسیون نخواهند داشت .

تاثیر یک نوع کندگیر کننده بر چگونگی آزاد شدن گرمای هیدراسیون از آنجا كه مواد افزودنی کندگیر کننده ، روند هیدراسیون را كند مي كنند تاثیر دوگانه ای بر مقاومت بتن دارند با كند شدن هیدراسیون ، مقاومت های اولیه کاهش می یابد .

در حالیکه به علت تشکیل کریستالهای كوچكتر، منظم تر و به هم نزدیکتر، بتن متراكم تر می شود و مقاومت دراز مدت آن افزایش می یابد.

مواد افزودنی تسریع کننده همچنانکه گفته شد مواد افزودنی تسریع کننده به دو دسته مواد افزودنی زودگیر و مواد افزودنی زود سخت کننده تقسیم می شوند.

مواد افزودنی زودگیر سرعت سفت شدن بتن را افزایش می دهند و در همان اوایل واكنش ، گرمای زیادی C۳A، این افزودنی ها با تسریع واکنش آزاد می کنند.

کارایی:این مواد تاثیری بر کارایی اولیه ندارند ولی زمان گیرش اولیه و نهایی را کاهش می دهند . استفاده از این مواد به کمتر از ١٥ دقیقه می رسد . در مورد افزودنی بسیار زودگیر، كه برای بند آوردن موقتی نشستی آب مورد استفاده قرار می گیرند، گیرش در كمتر از یك دقیقه رخ می دهد.

 

مقاومت:

استفاده از این مواد معمولا موجب افزایش مقاومت های اولیه و كاهش مقاومت های دراز مدت می شود . برخی از دلایل این گیرش بسیار سریع C۳S، بالاتر، مختل شدن هیدراسیون C/S كاهش مقاومت عبارت از : تشکیل سیلیکات کلسیم هیدراته با نسبت كه با تولید گرمای بیشتری همراه است ، و ساختاری متخلخل دارند . با افزایش مقدار مصرف این نوع افزودنی ، مقاومت های دراز مدت افت بیشتری پیدا می کنند.

كاهش مقاومت اولیه بیشتر به این دلیل است كه تری اتانول آمین بر روی سطح آب جلوگیری می نماید و واكنش را به تاخیر می اندازد.

 

مواد افزودنی زود گیر کننده

 همچنان كه كه گفته شد، مواد افزودنی زود سخت کننده موجب تسریع هیدراسیون سیلیکاتها و آلومینات ها  می شوند.

کارایی: این مواد تاثیری بر کارایی اولیه مخلوط بتن ندارند . ولی زمان گیرش را کاهش می دهند . تاثیر این مواد بر زمان گیرش ضعیف تر از تاثیر افزودنی های زودگیر است ،

ضمن آنکه در ساعات اولیه ، گرمای کمتری نیاز نسبت به آنها تولید می کند .

مقاومت : مواد افزودنی زود سخت کننده مقاومت اولیه را افزایش می دهند ولی تاثیر آنها بر مقاومت نهایی ،بسته به مكانيسم واكنش شان ، متغیر است به عنوان مثال ،

کلرید کلسیم مقاومت دراز مدت را کاهش می دهد در حالی که فرمات کلسیم و نیترات مقاومت دراز مدت کربنات سدیم و پتاسیم مقاومت نهایی را افزایش می دهند.

از جمله عوامل موثر بر عملكرد مواد افزودنی شیمیایی می توان به اجزای تشکیل دهنده بتن )به ویژه ترکیبات شیمیایی سیمان (،دما، زمان اختلاط، فاصله حمل و نحوه بتن ریزی اشاره كرد .

 

عوامل موثر بر عملكرد ماده افزودنی هوازا

 ایجاد حباب های هوا در بتن (هوازایی)، مقدار و اندازه حبابهای هوا در بتن علاوه بر آنكه به نوع ماده هوازا و مقدار مصرف آن بستگی دارد به عوامل دیگری مانند اجزاء تشكیل دهنده و شرایط ساخت، انتقال ، و ریختن بتن نیز بستگی دارد.

 

  •  سیمان

ترکیبات شیمیایی ، نرمی و مقدار سیمان از جمله عواملی هستند كه بر عملكرد ماده افزودنی هوازا تاثیر   می گذارند .

ترکیبات شیمیایی: برای مقدار مشخصی از یک ماده افزودنی هوازا، سیمانهای با قلیایی بالا نسبت به سیمانهای با قلیایی پایین تر، هوای بیشتری تولید می کنند

(هوازایی بیشتری دارند ) به عنوان نمونه برای دستیابی به یک مقدار هوای مشخص ، سیمانهای با قلیایی پایین ممكن است به ٢٠تا ٤٠ درصد افزودنی هوازای بیشتری

نسبت به سیمانهای با قلیایی بالا نیاز داشته باشند.

 

  • نرمی سیمان

برای یك مقدار سیمان ثابت ، افزایش نرمی سیمان موجب کاهش هوازایی می شود. بعنوان مثال،

برای دستیابی به یک مقدار مشخص حباب هوا می بایستی g/cm۲ ۵۰۰۰، به g/cm۲ ۳۰۰۰ با افزایش سطح ویژه سیمان مقدار مواد افزودنی هوازا را تا دو برابر افزایش داد.

  • مقدار سیمان 

برای یک مقدار مشخص از مواد افزودنی هوازا، با افزایش مقدار سیمان ، درصد هوا کاهش می یابد .

  •  سنگدانه درشت

 بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه درشت تاثیر قابل ملاحظه ای برای مقدار هوای بتن هوازایی شده و هوازایی نشده دارد . همچنانكه در شکل ١٤ دیده می شود، با افزایش اندازه سنگدانه درشت از مقدار هوا کاسته می شود .

  •  سنگدانه ریز

 برای  مقدار سنگدانه ریز مخلوط بتن بر مقدار آن تاثیر می گذارد . ذرات عبوری از الک شماره ٣٠ و مانده روی الک شماره ١٠٠ نسبت به ذرات درشت تر و ریزتر قابلیت بیشتری برای حفظ حبابهای هوا دارند. مقدار بیش از اندازه ذرات عبوری الك شماره ١٠٠ موجب کاهش هوازایی می شود

 

  • مقدار آب اختلاط و اسلامپ

 افزایش مقدار آب اختلاط، آب بیشتری را برای تولید حبابهای هوا در دسترس قرار می دهد . افزایش اسلامپ نیز موجب افزایش مقدار هوای بتن می شود . بعنوان نمونه برای بتنی با اسلامپ و مقدار سیمان كم تا متوسط و با مقدار ثابت افزودنی هوازا، به ازای هر ٢٥ وجود افزودنی های روان كننده ممكن (PCA-۱۹۹۴) . ١ درصد افزایش می یابد / ٠ تا ٠ / افزایش اسلامپ مقدار هوا بین ٥ mm می باشد.

مقدار نیروی کشش سطحی در دماهای مختلف – متفاوت است این نیروها معمولا در دماهای پایین و در دماهای بالا كمترند .

بنابراین با كاهش دما تاثیر مواد افزودنی هوازا افزایش می یابد . بعبارت دیگر با افزایش دمای بتن ، بویژه هنگامیكه اسلامپ نیز بالا (PCA- باشد، مقدار هوای کمتری در بتن تولید می شود  داده شده است.

 

  • اختلاط و هم زن بتن

 نوع و شرایط مخلوط، مقدار بتنی كه هم زده می شود و سرعت و زمان اختلاط از جمله عواملي هستند كه بر مقدار هوازایی تاثیر با افزایش زمان مخلوط كردن ابتدا درصد هوای بتن (PCA-۱۹۹۴) می گذارند . همچنانكه در شكل١٧ نشان داده شده است افزایش می یابد ولی بعد از مدتی آن کاهش می یابد . علت افزایش حبابهای هوا این است كه در ابتدا در حین مخلوط كردن حبابهای هوا ساخته می شوند و كاهش مجدد آن به علت افزایش دمای بتن و كاهش اسلامپ آن در حین مخلوط كردن و خارج شدن قسمتی از حبابهای هوا است كه به سطح مخلوط می رسند و از بین می روند.

 

 رابطه بین زمان اختلاط و مقدار هوای بتن

 انتقال و حمل و نقل بتن

 در حین انتقال بتن از محل ساخت تا محل بتن ریزی ، عموم بخشی از هوای بتن )حدود ١ تا ٢درصد( از بین می رود . علاوه براین نحوه ریختن بتن نیز بر مقدار هوای آن تاثیر دارد بعنوان مثال پمپ كردن بتن ، بسته به فاصله پمپاژ،روانی بتن ، دمای بتن ، و … اجزای تشکیل دهنده بتن به ویژه سیمان ، دمای بتن ، زمان مخلوط كردن و حمل بتن و نوع ماده افزودنی از جمله عواملی هستند كه بر عملكرد روان كننده ها و فوق روان كننده ها تاثیر می گذارند.

 

سیمان

و نیز مقدار قلیایی بر عملكرد مواد افزودنی روان كننده تاثیر می C۳A و مقدار C۳A/C۳S ترکیبات سیمان به ویژه نسبت در سیمان از راندمان روان كننده های لیگنوسولفوناتی در شكل ١٨ نشان داده شده است )فامیلی – C۳Aگذارند. با افزایش مقدار١٣٧٧ ( میزان تاثیر روان كننده ها در سیمانهای با قلیایی كمتر نسبت به سیمانهای قلیایی بیشتر است .

 

دمای بتن

 با افزایش دمای بتن ، سرعت هیدراسیون سیمان افزایش می یابد و احتمال آنكه بخشی از مولکول های روان کننده یا فوق روان كننده در بین محصولات هیدراسیون محصور شوند بیشتر می شوند . بنابراین میزان تاثیر این افزودنیها با افزایش دمای بتن کاهش مییابد .

مراجع

  1. انتشارات انگیزه. -باقری ، ایرجیان ( ١٣٧٧ ) طرح اختلاط بتن طبق آیین نامه بتن آمریکا،
  2. -رمضانیانپور، پرهیزگار، طاهری ( ١٣٦٧ )،مواد افزودني و پوزولاني و كاربرد آن در بتن، انتشارات مركز تحقيقات و مسكن
  3. -رمضانیانپور ( ١٣٦٨ )، مجموعه مقالات نخستین سمینار نقش مواد افزودنی در توسعه تکنولوژی بتن.
  4. -فامیلی هرمز ( ١٣٧٧ )، خواص بتن.
  5. -فامیلی هرمز ( ١٣٧٧ )، خواص بتن

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.