انواع افزودنی های بتن

انواع افزودنی‌ها و اثرات آن بر خواص بتن و توصیه‌های اجرایی مصرف آنها

2-1 روان‌کننده‌های معمولی (کاهنده‌های آب معمولی)

2-1-1- تعریف 

روان‌کننده‌های (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 کیفیت پایین‌تر را بهبود می‌بخشند و بتن‌ریزی در شرایط سخت را سهل‌تر می‌کنند.

 

2-1-2- مقدمه

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.

 

2-1-3- ترکیب

اصلی‌ترین مواد مورد مصرف و افزودنی‌های روان‌کننده (کاهنده آب) عبارتند از:

-         اسیدهای لیگنوسولفونیک و نمک‌های آنها

-         اسیدهای لیگنوسولفونیک اصلاح شده و مشتقات آنها و نمک‌های این اسیدها

-         اسیدهای هیدروکسیلات کربوکسیلیک و نمک‌های آنها

-         اسیدهای هیدروکسیلات کربوکسیلیک اصلاح شده و مشتقات آنها و نمک‌های این اسیدها

-         موادی مانند نمک‌های روی، فسفات‌ها، کلرایدها، کربوهیدرات‌ها، پلی‌ساکاریدها و ترکیبات قندی

-         ترکیبات پلیمری، مشتقات ملامین، مشتقات نفتالین

 

2-1-4- مکانیزم عملکرد

سیستم خمیر سیمان، معمولاً به شکل توده‌های ذرات 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 در نتیجه زنجیره‌ها شکسته می‌شوند و ذرات قابلیت حرکت بیشتری می‌یابند و مخلوط روان‌تر می‌گردد.

 

2-1-5- عوامل مؤثر در مکانیزم عملکرد

2-1-5-1- نوع، ترکیب و مقدار مصرف

اثرات مواد متفاوت و انواع افزودنی‌های روان‌کننده (کاهنده آب) بستگی به ترکیب شیمیایی آنها دارد. همچنین غلظت آنها نیز عامل مؤثری در عملکرد این مواد است. مقدار بیشتر این مواد نیز اثر روان‌کنندگی و کاهندگی آب بیشتری خواهد داشت. گرچه مقدار بیش از اندازه ممکن است گاهی نه تنها اثر بیشتری نداشته باشد بلکه باعث اثرات جانبی مانند افزایش احتمال آب انداختگی، جدا شدگی و یا دیرگیری شدید گردد.

 

2-1-5-2- 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 C₃A به C₃S و همچنین مقدار C₃A بر روی تأثیر مواد افزودنی روان کننده مؤثر است. همچنین مواد پوزولانی مانند سرباره‌ها، خاکستر بادی و دوده سیلیس در مقایسه با سیمان معمولی نیاز به مصرف بیشتری از این مواد جهت رسیدن به یک اسلامپ معین دارند.

 

2-1-5-3- 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.

 

2-1-5-4- دما

دمای هوا و دمای ساخت بتن بر روی عملکرد این مواد تأثیر دارد، لذا قبل از مصرف آن باید مقدار دقیق مصرف آنها در شرایط محیطی واقعی تعیین گردد.  

 

 

 

 

 

2-1-6- اثرات مصرف

2-1-6-1- اثر بر روی خواص بتن تازه

الف) 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.

 

 ب) وزن مخصوص

در صورت استفاده از این مواد بعنوان افزودنی‌های کاهنده آب، وزن مخصوص بتن می‌تواند افزایش یابد.

 

ج) کارایی

استفاده از افزودنی‌های روان‌کننده باعث 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.

 

 د) آب انداختگی

در صورت مصرف این مواد بعنوان مواد کاهنده آب، آب انداختگی کاهش می‌یابد. در صورت استفاده از این مواد بعنوان روان‌کننده، اگر نسبت‌های اجزاء مخلوط بتن مناسب انتخاب نشده باشد و یا دانه‌بندی سنگدانه‌ها مناسب نباشد، احتمال افزایش آب انداختگی وجود دارد.

همچنین افزودنی‌های کاهنده آب از نوع اسیدهای هیدروکسیلات کربوکسیلیک تمایل به آب انداختگی دارند و لذا استفاده از آنها در بتن‌های با اسلامپ زیاد، دقت زیادی می‌طلبد. افزودنی‌های با 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.

 

ه) 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 با بتن 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 بتن در هنگام افزودن این مواد را شامل می‌شود.

کلیه بتن‌های حاوی 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 دیرگیرکردن بتن دارند.

 

2-1-6-2- 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 جمع‌شدگی و 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.

 

 

 

2-1-7- نحوه مصرف

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 بصورت مایع در بتن استفاده شوند و اگر بصورت پودری هستند توسط مقداری از آب طرح مخلوط بصورت مایع درآیند. 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 تأخیر زیاد در زمان گیرش، کاهش مقاومت اولیه و افزایش مقدار هوای بتن شود.

 

2-1-8- توصیه‌های مصرف

- جهت کنترل انطباق، آزمایش‌های اثبات و تأیید افزودنی‌های مایع باید انجام گیرد. آزمایش‌های شناسایی شامل مقدار کلرید و قلیایی، مقدار مواد جامد، pH و طیف‌سنجی مادون قرمز است.

- در مواردی که افزودنی‌های کاهنده آب دارای خاصیت دیرگیری 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.

 

2-2- فوق‌روان‌کننده‌ها (فوق‌کاهنده‌های آب)

2-2-1- تعریف                 

فوق‌روان‌کننده‌ها (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 تأثیر بیشتر در مقایسه با روان‌کننده‌ها فراهم می‌کنند. مدت اثر این مواد موقتی است و طول مدت اثر آن بسته به نوع و ترکیب شیمیایی این مواد متغیر می‌باشد.

 

2-2-2- مقدمه

فوق‌روان‌کننده‌ها (فوق‌کاهنده‌های آب) جهت حصول روانی بیشتر یک مخلوط بتنی بدون افزایش مقدار آب و با حفظ نسبت آب به سیمان در عملیات بتن‌ریزی و 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 امکان‌پذیر است. این مواد به دلیل خواص ممتاز در ایجاد روانی بیشتر و امکان کاهش بیشتر آب مخلوط از افزودنی‌های روان‌کننده متمایز گردیده‌اند.

 

2-2-3- ترکیب        ‌  

فوق‌روان‌کننده‌های (فوق‌کاهنده‌های آب) موجود و مورد مصرف را بطور کلی بر اساس ترکیبات شیمیایی موجود در آنها می‌توان در گروه‌های اصلی زیر طبقه‌بندی کرد:

-         بتانفتالین سولفونات فرمالدئید تغلیظ شده

-         ملامین سولفونات فرمالدئید تغلیظ شده

-         لیگنوسولفونات‌های اصلاح شده

-         استرهای اسیدهای سولفونیک

-         نمک اسیدهای کربوکسیلیک/هیدروکربوکسیلیک

-         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 مخلوط‌های بتنی دارند اما هنوز به لحاظ تجاری نتوانسته‌اند جای خود را باز کنند و نمی‌توان آنها را در دسته‌های اصلی ذکر شده جای داد.

 

2-2-4- مکانیزم عملکرد

مکانیزم کار افزودنی‌های 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 میل مخلوط به سوی انحلال می‌شود. تأثیر اساسی را افزایش بار منفی روی دانه‌های سیمان می‌گذارد 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 فوق‌کاهنده آب، 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 بیش از افزودنی‌های فوق‌کاهنده آب 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 را نیز 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 تا آب 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 جذب می‌کند، 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 با استفاده 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 فوق‌روان‌کننده جذب 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.

 

2-2-5- اثرات

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) که در هر یک از این حالات مورد استفاده قرار گیرند دارای اثراتی بر خواص بتن تازه و سخت شده هستند که در ادامه شرح داده می‌شود:

 

 

2-2-5-1- بتن تازه

الف) وزن مخصوص

وزن مخصوص بتن تازه در حالتی که از این مواد بعنوان فوق‌کاهنده آب استفاده شود، معمولاً افزایش می‌یابد.

 

ب) کارایی

- روانی: مواد فوق‌روان‌کننده بطور 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 اسلامپ نیز بیشتر می‌شود. معمولاً برای مقادیر بیش از مقدار توصیه شده توسط سازندگان، این افزودنی‌ها 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 به ویژگی‌های 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 که این 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.

 

- پمپاژپذیری: پمپاژپذیری بتن با استفاده از فوق‌روان‌کننده‌ها و فوق‌کاهنده‌های آب افزایش می‌یابد که این در نتیجه افزایش کارایی و ناشی از چسبندگی بهتر در مواردی است که از فوق‌کاهنده‌ها استفاده می‌گردد.

 

- جدایی: جدایی در اثر استفاده از افزودنی‌های فوق‌روان‌کننده یا فوق‌کاهنده آب مشروط به اینکه نسبت‌های اجزاء مخلوط بتن بطور مناسب و صحیح طرح شده باشد، کاهش می‌یابد.

 

2-2-5-2- مرحله گیرش

الف) گیرش

بطور کلی افزودنی‌های فوق‌روان‌کننده به مقدار ناچیزی ممکن است زمان گیرش بتن را به تأخیر اندازند. در حالیکه این افزودنی بعنوان فوق‌کاهنده آب و یا مقدار مصرف معمول مورد استفاده قرار گیرند اثر قابل ملاحظه‌ای بر گیرش ندارند. 

 

ب) 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.

 

 

پ) آب‌انداختگی:

 آب‌انداختگی در صورت استفاده از مواد فوق‌کاهنده آب کاهش می‌یابد. در صورتیکه از این مواد بعنوان فوق‌روان‌کننده استفاده شود و در مخلوط بتنی دانه‌بندی سنگدانه مناسب نباشد آب‌انداختگی می‌تواند افزایش یابد.   

 

2-2-5-3- مرحله سخت شدن

الف) مقاومت

 در صورت استفاده از این مواد بعنوان فوق‌کاهنده آب، به دلیل کاهش نسبت آب به سیمان در مخلوط، مقاومت بتن بطور قابل توجهی افزایش می‌یابد. در حالیکه از این مواد بعنوان 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.

 

ب) تخلخل

- جذب مویینه: جذب مویینه بتن در صورت استفاده از مواد افزودنی در حالت فوق‌کاهنده آب بشدت کاهش می‌یابد.

 

- نفوذپذیری

نفوذپذیری بتن بطور مستقیم با جذب مویینه که متأثر از نسبت آب به سیمان است، ارتباط دارد. لذا با استفاده از مواد افزودنی فوق‌کاهنده آب، نفوذپذیری بتن به مقدار زیادی کاهش می‌یابد.

 

 

2-2-6- نحوه مصرف

افزودنی های فوق‌روان‌کننده (فوق‌کاهنده آب) 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 گاهی به شکل پودر مصرف می‌شوند که قبل از اضافه کردن آب مخلوط، به سیمان یا 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 طبق توصیه‌های سازنده و در آزمایشگاه با در نظر داشتن شرایط محیطی و اقلیمی در محل مصرف تعیین شود.

 

2-2-7- توصیه‌های مصرف

• معمولاً زمانی که برای تهیه یک بتن مناسب از افزودنی فوق‌کاهنده آب استفاده می‌شود، جداشدگی اتفاق نمی‌افتد. با این وجود در نظر نگرفتن 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 هیدروکربوکسیلیک 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 مؤثر است، کاهش داد.

 

 

2-3- تسریع‌کننده‌های گیرش و سخت‌شدگی

2-3-1- تعریف

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.

 

2-3-2- مقدمه

تسریع‌کننده‌ها، اولین بار در عملیات بتن‌ریزی 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، زودگیرکننده‌ها می‌توانند زمان گیرش را به حالت عادی‌تر برگردانند و از کاهش شدید مقاومت اولیه تا حدودی جلوگیری نمایند و مدت عمل‌آوری و قالب‌برداری را کاهش دهند.

در ساخت قطعات پیش‌ساخته و پیش‌تنیده برای افزایش مقاومت اولیه و قالب‌برداری یا اعمال پیش‌تنیدگی بویژه در قطعات پیش‌کشیده می توان از این افزودنی‌ها را بکار 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 "ضد یخ" به آنها کاملاً غلط می‌باشد.

اغلب تسریع‌کننده‌های سخت‌شدگی مقاومت اولیه را بهبود می‌بخشند، زیرا نرخ هیدراسیون C₂S , C₃S را افزایش می‌دهند. این مواد تأثیری در مقاومت درازمدت بتن ندارند مگر در صورتیکه با مواد کاهش دهنده آب ترکیب شده باشند.

 

2-3-3- ترکیب

مواد مورد استفاده بعنوان تسریع‌کننده‌های بتن شامل هیدروکسیدهای قلیایی، سیلیکات‌ها، فلوروسیلیکات‌ها، نیتریت کلسیم، نیترات کلسیم، تیوسولفات سدیم یا کلسیم، تیوسیانات سدیم یا کلسیم، کلرید آلومینیوم، پتاسیم، کربنات لیتیم یا سدیم، کلرید سدیم، کلرید کلسیم و ترکیبات آلی مانند تری اتانول آمین، فرمالدئید و فرمات کلسیم هستند.

تا چندی پیش کلریدکلسیم یا تسریع کننده‌هایی که کلریدکلسیم یکی از اجزاء اصلی ترکیبات آن بود، بعنوان اصلی‌ترین مواد افزودنی تسریع کننده مورد استفاده قرار گرفت. کلریدکلسیم بعلت مزایای زیادی که در افزایش نرخ کسب مقاومت اولیه و کاهش زمان گیرش دارد، بعنوان رایج‌ترین تسریع‌کنندگی گیرش مطرح بود. در طی سالهای اخیر به دلیل شناخت اثر وجود یون کلرید در بتن مسلح بر روی خوردگی میلگردها، تسریع‌کننده‌های دیگر غیرکلریدی بر پایه فرمات کلسیم، نیتریت 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 تسریع‌کننده‌ها را به دو دسته اصلی تقسیم نمود.

1- تسریع‌کننده‌های با پایه کلریدی

2- تسریع‌کننده‌های غیرکلریدی

اگرچه در بعضی از منابع، تقسیم‌بندی دیگری وجود دارد که این مواد را به 4 دسته اصلی شامل نمک‌های محلول غیرآلی، ترکیبات محلول آلی، افزودنی‌های با گیرش سریع و آنی مخصوص بتن پاشیدنی و افزودنی‌های جامد متفرقه دسته‌بندی کرده است. با توجه به اینکه از نمک‌های حلال غیرآلی بیشتر از کلرید کلسیم استفاده می‌شود، لذا دسته‌بندی کلی تسریع‌کننده‌ها با پایه کلریدی و غیرکلریدی جامع‌تر است.

 

2-3-4-مکانیزم

2-3-4-1- تسریع‌کننده‌های با پایه کلریدی

کلریدکلسیم 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. اثر تسریع‌کنندگی کلریدکلسیم بر روی سیمان، اساساً مربوط به اثر آن بر روی فاز C₃S می‌باشد. کلرید کلسیم فقط نرخ هیدراسیون مواد معدنی سیمان را اصلاح نمی‌کند، بلکه ممکن است با آن نیز ترکیب شود و لذا بر روی خواص مقاومت، 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 C₂S را 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 می‌گیرد و لذا معمولاً این اثر در نظر گرفته نمی‌شود.

همچنین کلریدکلسیم واکنش بین C₃A و گچ را نیز تسریع می‌کند. بعد از اینکه گچ در واکنش با C₃A مصرف گردید، کلرید کلسیم با C₃A وارد واکنش می‌شود و به شکل کلرورآلومینات در می‌آید. اثر کلرید کلسیم بر روی هیدراسیون C₄AF نیز مشابه اثر آن بر روی C₃A است.

 

 

 

 

2-3-4-2-تسریع‌کننده‌های غیرکلریدی

به دلیل محدودیت استفاده از تسریع‌کننده‌های کلریدی استفاده از افزودنی‌های تسریع‌کننده غیرکلریدی رو به افزایش است. معمولترین تسریع‌‌کننده‌های این دسته، فرمات کلسیم و تری‌اتانول‌آمین هستند که اغلب جهت خنثی کردن اثرات دیرگیرکنندگی افزودنی‌های کاهش‌دهنده آب استفاده می‌شوند. همچنین در مواردی که به دلیل مشکلات خوردگی استفاده از تسریع کننده‌های کلریدی مجاز نمی‌باشد از این تسریع‌کننده‌ها استفاده می‌شود.

اگرچه تعدادی از ترکیبات آلی دیگر مانند اوره، اسید اکسالیک، آمین‌ها و فرمالدئیدها هستند که زمان 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. تری‌اتانول‌آمین نیز هیدراسیون فاز C₃A را در سیمان تسریع می‌کند، گرچه هیدراسیون C₃S و C₂S را به تأخیر می‌اندازد، لذا اغلب بعنوان یک تسریع‌کننده گیرش مطرح است. همچنین از این ماده جهت خنثی کردن اثر دیرگیرکنندگی سایر افزودنی‌ها استفاده می‌شود.

از تسریع‌کننده‌های غیرکلریدی، متعلقات مربوط به اسیدهای کربوکسیلیک نیز در هیدراسیون سیلیکات‌های سیمان بصورت کاتالیزور عمل می‌کنند.

 

2-3-5- عوامل اصلی مؤثر بر مکانیزم اثر این مواد      

3-5-1- نوع، ترکیبات و مقدار افزودنی

اثر تسریع‌کننده‌ها بستگی زیادی به ترکیبات شیمیایی و مقدار مصرف آنها دارد که در ادامه به آنها اشاره می‌شود.

 

 

 

الف) کلرید کلسیم

همانطور که گفته شد کلرید کلسیم در افزایش مقاومت اولیه و کاهش زمان گیرش اولیه و نهایی بسیار مؤثر است. مقدار بهینه مصرف کلرید کلسیم در بتن غیرمسلح بین 1 تا 4 درصد وزنی سیمان است، اگرچه توصیه می‌شود که مقدار مصرف آن به ٪2 وزنی سیمان محدود شود.

این ماده علاوه بر تأثیر 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 آب‌انداختگی را 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 در درازمدت بخصوص در دمای زیاد می‌گردد.

بدلیل 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. 

ب) فرمات کلسیم

فرمات کلسیم نیز مقاومت اولیه را افزایش می‌دهد و زمان گیرش را تسریع می‌کند. گرچه تأثیر آن به مراتب کمتر از کلرید کلسیم 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 تأثیر 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 مؤثر عمل کند.

 

ج) تری‌اتانول‌آمین

این ماده بعنوان 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 1/0 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.

د) نیترات کلسیم

نیترات کلسیم زمان گیرش را تسریع می‌کند و اثر متوسطی بر روی سخت‌شدگی دارد.

ه) نیتریت کلسیم

نیتریت کلسیم یک ماده تسریع کننده گیرش و سخت‌شدگی می‌باشد.

و) تیوسیانات سدیم

این ماده بعنوان یک تسریع کننده مقاومت مطرح است و در تسریع زمان گیرش اثر چندانی ندارد.

ز) تیوسولفات کلسیم

این ماده دارای اثر تسریع‌کنندگی در توسعه مقاومتی است و عملکرد بهتری در مقایسه با نمک های سدیم مشابه خود دارد.

ج) کربنات سدیم و پتاسیم

این مواد در مقادیر مصرف بیشتر از 1/0٪ (درصد وزنی سیمان) بعنوان تسریع کننده زمان گیرش عمل می‌کنند.

ط) کربنات لیتیم

این ماده نیز تنها بعنوان یک تسریع‌کننده زمان گیرش عمل می کند.

ی) اسید کربوکسیلیک

این مواد بعنوان تسریع‌کننده زمان گیرش و افزایش دهنده نرخ کسب مقاومت مورد استفاده هستند.

 

2-3-5-2- اثر نوع سیمان

اثر تسریع‌کننده‌ها به ترکیب شیمیایی سیمان مصرفی بخصوص مقدار گچ موجود در آن بستگی دارد. بطور مثال کلرید کلسیم در سیمان‌های پرتلند معمولی بسیار مؤثرتر از سیمان‌های زودگیر عمل می‌کند. همچنین کلرید کلسیم دارای اثر تسریع‌کنندگی در هیدراسیون سیمان پوزولانی می‌باشد. در سیمان‌های سرباره‌ای کلرید کلسیم در دماهای زیاد دارای اثر تسریع‌کنندگی است.

تسریع‌کننده فرمات کلسیم نیز در سیمان‌های پرتلند دارای مقدار کم گچ دارای اثر تسریع‌کنندگی در مقاومت است و تنها در سیمان‌هایی مؤثر عمل می‌کند که نسبت C₃A به SO₃ بزرگتر از 4 باشد.

 

2-3-5-3- دما

دما نیز نمی‌تواند اثر قابل توجهی در عملکرد تسریع 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.

 

2-3-6- اثرات

2-3-6-1- بتن تازه

الف) کارایی

تسریع کننده‌ها دارای اثر قابل ملاحظه‌ای بر 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.

 

 

 

ب) سفت شدن

تسریع کننده‌ها زمان گیرش بتن را کاهش می‌دهند در نتیجه افت روانی به مقدار ناچیزی بیشتر از یک بتن شاهد خواهد بود.

 

2-3-6-2- مرحله گیرش

الف) زمان گیرش

تسریع کننده‌ها زمان گیرش بتن را کاهش می‌دهند. بعضی از انواع تسریع کننده‌ها مانند کلرید کلسیم زمان گیرش اولیه و ثانویه را بطور قابل توجهی کاهش می‌دهند.

 

ب) دمای هیدراسیون

تسریع کننده‌ها نرخ هیدراسیون سیمان را افزایش می‌دهند و لذا نرخ گرمای آزاد شده افزایش می‌یابد.

 

ج) آب انداختگی

تسریع کننده‌ها به دلیل اینکه باعث می‌شوند واکنش‌های هیدراسیون و زمان مرحله گیرش سریع‌تر رخ دهد، لذا نرخ و مقدار آب انداختگی را کاهش می‌دهند.

 

د) جمع‌شدگی خمیری:

در اثر مصرف تسریع کننده تقلیل می‌یابد، اما باعث افزایش ترک‌خوردگی خمیری بتن می‌شود.

 

 

 

3-6-3- مرحله سخت شدن

الف) 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.

 

ب) توسعه مقاومتی

اصلی ترین مزیت استفاده از تسریع کننده‌ها توسعه زیاد مقاومت در سنین اولیه است.

 

2-3-6-4- مرحله سخت‌شدگی

الف) 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.

 

ب) جمع‌شدگی حرارتی

جمع‌شدگی حرارتی با مصرف تسریع‌کننده‌ها تشدید می‌شود.

 

ج) جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن

سرعت اولیه‌اش با مصرف تسریع‌کننده‌ها کم می‌شود، زیرا بتن زودتر گرفته و مانع خروج آب از حجم خود می‌شود.

د) 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 می‌یابد که در این صورت استفاده از مواد حباب هوازا توصیه می‌گردد.

 

2-3-7- نحوه مصرف

2-3-7-1- نسبت‌های مخلوط

همانطور که گفته شد، تسریع‌‌کننده‌ها اثر 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 می‌شوند باید مقدار آب افزودنی را در محاسبه مقدار آب لازم طرح در نظر گرفت.

 

2-3-7-2- مقدار مصرف

از مقدار مصرف بیش از اندازه به دلیل امکان رفتار گیرش غیرمعمول 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 اول عمل‌آوری 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 و نسبت آب به سیمان و ... دارد.    

 

2-3-7-3- نحوه اضافه کردن

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 می‌شود تا 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 ماده و روش استفاده آن را مشخص کند.

 

 

2-3-8- توصیه‌های مصرف

 

• 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) بکار رود زیرا کندگیری بدنبال دارد.

• هر چند در هوای معمولی یا گرم می‌توان زودگیرکننده ها را بکار برد، اما بویژه در هوای گرم باید به گیرش خیلی سریع یا گرمازایی سریع در قطعات حجیم و تنش‌های حرارتی و ترک خوردگی ناشی از آن توجه داشت.

•  معمولاً زودگیری به نوعی با کاهش مقاومت دراز مدت و دوام و کاهش برخی پارامترهای مکانیکی همراه است. به هرحال 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 بویژه زمان گیرش و مقاومت های اولیه کنترل 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 نباید از افزودنی‌های زودگیرکننده استفاده شود برای اینکه در نقطه انجماد افزود‌نی‌های زودگیرکننده ضعیف عمل می‌کنند. افزودنی‌های زودگیرکننده مخصوص در دسترس هستند که بدون اینکه تأثیرات مضری را ایجاد کنند، باعث کاهش آب و تسریع هیدراسیون در دمای پایین‌تر از 7 درجه سانتی‌گراد می‌شوند.

 

2-4- کندگیرکننده‌ها (دیرگیرکننده‌ها)

2-4-1- تعریف

کندگیرکننده‌ها موادی هستند که با کنترل و ایجاد تأخیر در هیدراسیون اجزاء سیمان، سرعت گیرش را کاهش داده و سبب افزایش مدت زمان گیرش سیمان می‌شوند. این مواد سبب تأخیر در هیدراسیون سیمان بدون تأثیر بر روی خواص مکانیکی طولانی مدت بتن می‌شوند.

 

2-4-2- مقدمه

مواد افزودنی کندگیرکننده در بتن، عمدتاً جهت جبران تأثیر دمای زیاد و از بین بردن اثرات نامطلوب آن استفاده می‌شوند. از این‌رو بیشترین استفاده این مواد برای بتن‌ریزی در هوای گرم است. همچنین این مواد برای حفظ کارایی بتن در طول مدت بتن‌ریزی و یا برای غلبه بر مشکلاتی که هنگام تأخیر 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 از کندگیرکننده‌های 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 کار فراهم 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 ترک‌خوردگی 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 تأثیر بر روی مقاومت درازمدت بتن فراهم می‌کند.

کندگیرکننده‌های گیرش به سبب داشتن چنین مزایایی، به عنوان یک ترکیب رایج در صنعت بتن به کار می‌روند.

 

2-4-3- ترکیب

اصلی‌ترین انواع افزودنی‌های کندگیرکننده عبارتند از:

- دیرگیرکننده‌های غیرآلی (معدنی) نظیر برخی فسفات‌ها، نمک‌های روی، برات‌ها و برخی از کلریدها،

* در عمل صرفاً از فسفات کلسیم استفاده می‌شود.

- دیرگیرکننده‌های آلی نظیر شکرها و مشتقات آن‌ها و اسیدهای مربوطه، گلوکونات‌ها بویژه گلوکونات سدیم،

- اسیدهای لیگنوسولفونیک و نمک‌ها و مشتقات اصلاح شده آن‌ها،

- اسیدهای نفتالین سولفونیک و نمک‌های آن‌ها،

- اسیدهای هیدروکسیلات کربوکسیلیک و مشتقات و نمک‌های آن‌ها،

 

لازم به ذکر است بسیاری از افزودنی‌های کندگیرکننده خاصیت روان‌کنندگی نیز دارند. در واقع بسیاری از ترکیبات اصلی که در ساخت روان‌کننده‌ها استفاده می‌شوند، در تولید کندگیرکننده نیز استفاده می‌شوند. معمولاً از افزودنی‌های دیرگیرکننده به تنهایی استفاده نمی‌شود و افزودنی‌های روان کننده/ کاهنده آب دیرگیرکننده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

2-4-4- مکانیزم عملکرد

مکانیزم‌های کندگیرکنندگی توسط بسیاری از محققین مورد مطالعه قرار گرفته و چندین نظریه برای توضیح این مکانیزم ارائه شده است. نقش ترکیبات کندگیرکننده به روش ساده‌ای بیان می‌شود. این افزودنی‌ها یک 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 هرحال، باید توجه داشت که در بعضی موارد هنگامی که مقدار افزودنی از یک حد بحرانی بالاتر می‌رود، هیدراسیون ترکیبات سیمان فراتر از مرحلۀ خاصی نمی‌رود و خمیر سیمان هیچگاه گیرش پیدا نمی‌‌کند. بنابراین، مهم است تا از استفاده بیش از حد از افزودنی کندگیرکننده در بتن اجتناب شود.

 

2-4-5- عوامل مؤثر بر عملکرد

نوع و مقدار افزودنی و مرحله‌ای که به مخلوط اضافه می‌شود از عوامل تأثیرگذار میزان کندگیرکنندگی است. سایر عوامل تأثیرگذار بر درجۀ کندکنندگی شامل نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، C₃A و مقدار قلیایی موجود در سیمان می‌باشد. تأثیر کندگیرکننده در صورتی که اضافه کردن آن به بتن تازه با چند دقیقه تأخیر همراه باشد، افزایش پیدا می‌کند.

 

2-4-6- اثرات

2-4-6-1- بتن تازه

الف) روانی

افزودنی‌های کندگیرکننده مقدار روانی را برای مدت بیشتری حفظ می‌کنند.

 

ب) مقدار هوا

در اثر استفاده از این مواد، مقدار هوای بتن افزایش می‌یابد.

 

ج) 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، اما نرخ افت اسلامپ را نیز در مقایسه با بتن شاهد بالاتر خواهد برد.

 

 

 

د)آب‌انداختگی

کندگیرکننده‌ها بر روی پتانسیل بتن تازه جهت ته‌نشینی و آب‌انداختگی اثرات متفاوتی دارند. بعضی از این مواد مانند گلوکونات‌ها آب‌انداختگی را افزایش می‌دهند، اما گلوکزها باعث کاهش آب‌انداختگی می‌شوند. لیگنوسولفونات‌ها معمولاً اثر چندانی ندارند.

 

ه) گیرش

استفاده از افزودنی‌های کندگیرکننده معمولاً باعث تأخیر در گیرش اولیه و نهایی بتن می‌شوند. تأخیر در زمان گیرش به نوع افزودنی و به خصوص به مقدار آن و دمای هوا و دمای بتن بستگی دارد.

 

و) جمع‌شدگی خمیری

با مصرف کندگیرکننده‌ها افزایش می‌یابد، اما ترک‌خوردگی خمیری را کم می‌کند.

 

2-4-6-2- بتن سخت شده

الف) مقاومت

به علت عمل کندگیرکنندگی، مقاومت یک روزۀ بتن کاهش می‌یابد. به هرحال، اثر این مواد در مقاومت درازمدت ناچیز است.

 

ب) جمع‌شدگی حرارتی

با مصرف کندگیرکننده‌ها کم می‌شود.

 

 

ج) جمع شدگی و خزش

نرخ جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن و خزش بتن با استفاده از کندگیرکننده‌ها ممکن است افزایش پیدا کند، ولی مقادیر آن در درازمدت افزایش پیدا نمی‌کند.

 

2-4-7- توصیه‌های مصرف

• آزمایش‌‌های کنترل باید بر روی افزودنی‌های مایع انجام شود تا انطباق مواد با الزامات تأیید 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 کردن مواد کندگیرکننده آلی باید به دما و تابش آفتاب توجه داشت زیرا می‌تواند زودتر از مواد غیرآلی فاسد شود.

• درصورتی که تبخیر از سطح بتن زیاد باشد و از مواد کندگیرکننده در بتن استفاده شود ممکن است احتمال ترک‌خوردگی بیشتر شود.

• در هوای گرم بویژه برای حمل طولانی بهتر است از مواد کندگیرکننده استفاده نمود. این مواد می‌توانند افت اسلامپ را کاهش دهند که 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 تأخیر می‌اندازد اما این مواد با مشخصات استاندارد موجود تطابق ندارند.

• در بتن‌های حجیم مواد کندگیرکننده می‌توانند بدلیل کاهش سرعت هیدراسیون در ساعات اولیه، سرعت گرمازایی را کاهش دهند.

• در زمانی که مشکل ایجاد درز سرد بین لایه های بتن ریزی وجود دارد یکی از روش های رفع مشکل، افزایش زمان گیرش می‌باشد که با مصرف مواد دیرگیر حاصل می‌شود.

• کندگیری حاصله از مواد کندگیرکننده استاندارد، معمولاً مقاومت‌های بتن را پس از چند روز کاهش نمی‌دهد و گاه مقاومت های درازمدت ممکن است افزایش یابد و معمولاً به افزایش دوام نیز کمک می‌کند.

• با توجه به میزان کندگیری لازم، طرح مخلوط بتن و مقدار افزودنی کندگیرکننده باید مشخص شود. به هرحال مقدار مصرف باید در محدوده توصیه شده توسط تولید کننده باشد.

• مصرف بیش از حد کندگیرکننده ممکن است اخلال جدی در گیرش بوجود آورد که به آب انداختن و روان‌شدگی بتن می‌انجامد و ممکن است بتن را عملاً غیرقابل مصرف نماید.

 

2-5- مواد حباب‌زا (حباب‌ساز)

2-5-1- تعریف

مواد افزودنی حباب‌ساز موادی هستند که سبب ایجاد حبا‌ب‌های عمدی ریز هوا در بتن می‌شوند.

 

2-5-2- مقدمه

از دهه 40 میلادی، آثار و خواص افزودنی‌های حباب‌ساز در بتن بتدریج 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 بصورتی فراگیر شده است که در اغلب آیین‌نامه‌ها مصرف این مواد بویژه زمانی که بتن در معرض چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن مکرر قرار دارد، توصیه می‌شود یا الزامی دانسته شده است.

 

2-5-3- ترکیب

بسیاری از مواد وجود دارند که قابلیت ایجاد حباب در خمیر سیمان را دارند، اما آنچه در مورد افزودنی‌های حباب‌ساز مهم است ایجاد حباب‌هایی با ساختار مناسب و پایدار است. امروزه اکثر حباب‌زاهایی که به شکل تجاری در دسترس هستند، در یکی از دسته‌های زیر قرار می‌گیرند.

 

- نمک‌های صمغ‌های چوب (وینسول)، نمک‌های مواد پروتئینی

- نمک‌های اسیدهای نفتی

- نمک‌های آلی هیدروکربن‌های سولفوناته

- دترجنت‌های مصنوعی

- اسیدهای رزینی و چرب و نمک‌های آن‌ها

 

2-5-4- مکانیزم اثر حباب‌زاها

معمولاً مواد حباب‌زا با آهک موجود در سیمان در مجاورت آب ترکیب شده و حباب ریز تولید می‌کنند. حباب‌های هوای عمدی ایجاد شده در خمیر سیمان، ریز و پخش هستند. میلیاردها حباب ریز در یک متر مکعب بتن یا ملات توسط این مواد حباب‌زا بوجود می‌آید که کاملاً پخش و توزیع شده‌اند. وقتی بتن یا ملات در برابر چرخه‌های متوالی یخ‌زدن و آب‌شدن پایداری می‌کند که فاصله حباب‌ها از یکدیگر بیش از 2/0 میلی متر نباشد.

2-5-5- عوامل مؤثر بر مقدار حباب هوای ایجاد شده

درصد هوا و توزیع اندازه (دانه‌بندی) حباب‌های تولید شده در بتن حباب‌دار متأثر از تعدادی از عوامل می‌باشد که 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

 

الف) ماهیت و مقدار افزودنی مصرفی

نوع افزودنی بکار رفته در نوع حباب ایجاد شده، مقدار حباب ایجاد شده و اندازه حباب‌ها مؤثر است.

 

ب) مصالح مصرفی

شکل دانه‌بندی سنگدانه، 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 دارای دانه‌بندی با بافت ریز، مصرف مواد حباب‌زا را برای رسیدن به میزان حباب معین افزایش می‌دهد. تیزگوشه بودن سنگدانه‌ها بخصوص در مورد ماسه‌ها مصرف حباب‌زا را افزایش می‌دهد. وجود مواد آلی در سنگدانه و آب به افزایش حباب‌زایی و کاهش مصرف حباب‌زا منجر می‌گردد.

افزایش در سختی یا قلیایی‌های آب، بر مصرف مواد افزودنی اثرگذار است. افزایش سختی آب موجب کاهش حباب‌زایی و افزایش مصرف مواد حباب‌زا و افزایش قلیایی‌های آب موجب کاهش مصرف مواد حباب‌زا 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 سیمانهای سرباره‌ای، معمولاً مقدار مصرف حباب‌زا را بیشتر می‌کنند. سیمان‌های با قلیایی بالا مقدار مصرف مواد حباب‌زا را کم می‌کند.

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 کم شده و مصرف ماده حباب‌زا بیشتر می‌شود. همچنین مصرف افزودنی کلرید کلسیم حباب‌زایی را بیشتر می‌کند.

با مصرف مواد روان‌کننده معمولی، مقدار مصرف حباب‌زا به میزان یک سوم یا بیشتر کاهش می‌یابد. فوق‌روان‌کننده ممکن است خاصیت معکوس نیز داشته باشند. به هرحال با مصرف هر نوع افزودنی ممکن است کاهش یا افزایش حباب‌زایی را داشته باشیم.

وقتی مقدار سیمان افزایش یابد، مقدار مصرف مواد حباب‌زا افزایش می‌یابد. در عیار سیمان یا مواد سیمانی بیشتر از 400 کیلوگرم ممکن است اشکالاتی در حباب‌زایی بوجود آید.

 

پ) 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 فاصله حباب‌ها زیاد شود و خاصیت آنها در بتن کم شود. در این حالت حباب‌های درشت‌تری تولید می‌شوند.

 

 

 

 

 

ت) روش اختلاط، حمل، تراکم و شرایط اجرایی بتن

اگر دمای بتن یا هوا زیاد شود، حباب‌ها کم 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 کار کنترل حبابها مشکل شده و مصرف حباب‌زا افزایش می‌یابد، ولی به هرحال حباب‌ها اندازه و فاصله مناسب را نخواهند داشت.

نوع مخلوط‌کن، مقدار بتن مخلوط شده و سرعت و زمان (مدت) اختلاط بر حباب‌زایی موثر است. حجم کمتر 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 کاهش حباب‌ها منجر می شود. به هرحال فاصله حباب‌ها با افزایش مدت چندان زیاد نمی‌شود. با افزودن آب به مخلوط‌، ممکن است میزان حباب‌ها تغییر نماید. در مدت حمل بویژه در کامیون مخلوط‌کن، مقدار حباب‌ها کم می‌شود. پمپ کردن بتن معمولاً مقدار حباب‌ها را کم می‌کند.

همچنین لرزش‌هایی که برای تراکم بتن بکار می روند، به تدریج حباب‌های هوا را از بتن خارج می‌کنند، به خصوص اگر مقدار لرزاندن از یک حد تجاوز کند.

 

2-5-6- 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 هر آیین‌نامه‌ای درصد حباب هوای لازم مشخص می‌شود. مقدار حباب هوای لازم در بتن معمولاً به حداکثر اندازه سنگدانه مصرفی ارتباط دارد. معمولاً هرچقدر خمیر سیمان بتن کمتر باشد، درصد حباب هوای لازم در بتن کمتر می‌شود، در حالی‌که ممکن است عملاً‌ درصد حباب هوا در خمیر سیمان ثابت باشد.

هر چقدر شرایط محیطی حادتر باشد، درصد حباب هوای لازم بتن بیشتر می‌شود. با کاهش حداکثر اندازه سنگدانه بتن، درصد حباب هوای لازم افزایش می‌یابد. معمولاً حداکثر حباب هوای لازم در بتن‌های دارای حداکثر اندازه سنگدانه 10 میلی‌متر و در شرایط حاد، حداقل 5/7 درصد و برای حداکثر اندازه 150 میلی‌متر و شرایط متوسط، 3 درصد می‌باشد. بدیهی است برای حداکثر اندازه‌های 75/4 یا 38/2 میلی‌متر برای ملات‌ها ممکن است حباب هوا به حدود 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 کارگاه می‌باشد.

 

2-5-7- اثرات مصرف

2-5-7-1- اثر بر روی خواص بتن تازه

الف) کارایی

مصرف مواد حباب‌زا در یک نسبت آب به سیمان ثابت، کارایی و اسلامپ بتن را بیشتر می‌کند. حتی هنگامی‌که تحت شرایطی اسلامپ یکسانی وجود دارد، بتن حاوی مواد حباب‌زا دارای کارایی بیشتر و چسبنده‌تر از بتن مشابه و فاقد حباب‌زا است، مگر اینکه عیار سیمان زیاد باشد.

 

• در عیار سیمان زیاد، بتن حبابدار به شدت چسبناک می شود و پرداخت سطح آن مشکل می گردد.

 

ب) آب انداختن و جداشدگی

جداشدگی و آب‌انداختن بتن تازه با استفاده از مواد حباب‌زا کاهش می‌یابد.

 

پ) جمع‌شدگی بتن تازه

با مصرف مواد حباب‌زا 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.

 

 

2-5-7-2- اثر بر روی خواص بتن سخت شده

الف) مقاومت

وجود حباب‌های عمدی در بتن همانند وجود حباب‌های غیرعمدی، مقاومت بتن را کاهش می‌دهد، اما مقدار کاهش یکسان نخواهد بود. به ازای‌ هر یک درصد حباب هوای عمدی در بتن عملاً 3 درصد مقاومت کاهش می‌یابد، در حالی‌که ازای هر یک درصد حباب هوای غیرعمدی (Entrapped Air) که بدلیل عدم تراکم کافی بوجود می‌آید بیش از 5 درصد مقاومت کاهش می‌یابد. اگر عیار سیمان در بتن، متوسط تا زیاد باشد کاهش مقاومت ناشی از وجود حباب هوای عمدی افزایش می‌یابد. هر چند باید گفت اگر به کمک مواد حبابزا بتوانیم مقدار آب را کاهش دهیم، مقدار نسبت آب به سیمان کم شده و بخشی از این کاهش مقاومت جبران می‌شود (با فرض عیار سیمان و اسلامپ ثابت).

 

ب) نفوذپذیری

نفوذپذیری بتن سخت شده با وجود حبابهای ریز و پخش در خمیر سیمان به شدت کاهش می‌یابد که در افزایش دوام بتن مؤثر است.

 

پ) 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.

 

ت) مقاومت در برابر چرخه‌های یخ‌زدن و آب شدن

مهمترین تأثیر مواد حباب‌زا در بتن سخت شده، افزایش پایایی بتن در برابر چرخه‌های متوالی یخ‌زدن و آب‌شدن است. وجود حباب های ریز و بسته که همچون یک ماسه ریز و نرم عمل می کنند، نفوذ پذیری را کاهش می‌دهد و همچنین انبساط ناشی از یخ‌زدن آب توسط این حباب ها تحمل می‌گردد و تنش‌های قابل توجهی را به خمیر سیمان منتقل نمی‌کند و دوام بتن بالا می‌رود.

 

ث) نفوذ پرتوهای رادیواکتیو

وجود حباب های عمدی به شدت به افزایش نفوذ پرتوها به بتن کمک می‌کنند و لذا استفاده از این افزودنی در بتن‌هایی که به عنوان سپر در برابر پرتوهای رادیواکتیو بکار می‌روند، به شدت زیان‌آور است.

 

ج) 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 ترک خوردگی کم تر می‌گردد و دوام افزایش می‌یابد.

 

2-5-8- انبار کردن

مواد حباب‌زا به دو صورت جامد (پودر یا پولک) یا مایع تولید و مصرف می‌شوند. این مواد حتی بصورت مایع در اثر یخبندان آسیب نمی‌بینند، اما در دستورالعمل تولیدکنندگان 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 آن‌ها با مشخصات استاندارد ضروری به نظر می‌رسد.

 

 

 

 

2-5-9- نحوه مصرف

بهتر است ماده حباب‌زا بصورت مایع یا محلول به بتن اضافه شوند. مقدار مصرف مواد پودری بسیار کم است و نمی تواند 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 حبابزای مایع یا محلول، عملاً از حدود 05/0 تا 15/0 درصد وزن سیمان تغییر می‌کند که 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 حبابزا با انجام آزمایش و دستیابی به مقدار حباب هوای مورد نظر و خواص مطلوب در بتن تعیین می‌شود و تابع عوامل مختلفی است که با تغییر نوع سنگدانه و سیمان یا مقدار آن‌ها، تغییر روانی بتن و دانه‌بندی سنگدانه تغییر می‌نماید.

حداکثر مقدار مصرف افزودنی حباب‌زا در بتن های سفت‌، پرسیمان، 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.

 

 

 

 

 

 

 

2-6- توصیه‌های کلی در مورد نحوه آماده‌سازی، مصرف و نگهداری مواد افزودنی

 

2-6-1- مقدمه

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 تأثیر 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 کار برده شود تا نتیجه مطلوب از آن حاصل گردد.

 

2-6-2- آماده سازی افزودنی‌ها

§     اگر اطلاعات کافی موجود نباشد، باید آزمایش‌های لازم بمنظور ارزیابی اثرات افزودنی‌ها 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 تأثیرگذار 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.

 

2-6-3- میزان مصرف [1]

عملکرد انواع افزودنی‌ها و مقدار مصرف آنها براساس یک یا چند منبع اطلاعات ذیل برآورد می‌شود:

ü                  نتیجه ساخت مخلوط‌هایی با استفاده از افزودنی‌ها در شرایط محیطی واقعی

ü                  ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی جهت ارزیابی مخلوط، اطلاعات و دستورالعمل‌های تولید کننده.

ü                  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 بدلیل میزان مصرف مختلف سیمان، نوع سیمان، سنگدانه، سایر مواد و شرایط محیطی انتظار می‌رود. بطور مثال مخلوط‌هایی که با سیمان‌های 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 افزودنی‌ها در یک محدوده مصرف معین بر بتن تأثیر می‌گذارند و در صورت استفاده بیشتر، سایر ویژگی‌های 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 آب‌انداختگی می‌شود.

- 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 مناسب‌تر از 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، افزودنی حتماً باید بعنوان 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 و بمنظور 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.

 

2-6-4- نحوه مصرف

- انتخاب وسیله توزین یا پیمانه کردن باید متناسب با حالت فیزیکی ماده افزودنی مورد مصرف (پودر یا مایع) و میزان دقتی 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 vinsolresin-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 اثر بخشی هر دو افزونی است. مخلوط کردن دو یا چند افزودنی پیش از افزودن به بتن نباید انجام شود مگر اینکه آزمایش‌ها نشان دهند که هیچ‌گونه اثر نامطلوب وجود نداشته یا اینکه دستورالعمل‌های سازنده این اجازه را بدهند. بهتر است که افزودنی‌ها هنگام افزودن مواد دیگر به مخلوط‌کن وارد شوند یا در حال مخلوط کردن.

- برخی از افزودنی‌های شیمیایی 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 قرار گیرد.

- 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، رطوبت و به طور کلی تمام عامل‌ها خدشه‌دار می‌سازد و مشخصه‌های مطلوب آن را تقلیل می‌دهد.        

- مواد افزودنی که بصورت پودر غیرمحلول می‌باشند 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 می‌باشند باید قبل از مصرف بشدت تکان داده شوند که اگر ذراتی ته‌نشین شده باشند حل گردند 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، لوله‌های کالیبراسیون 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 رواداری‌های مورد 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 اندازه‌گیری می‌شوند 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 افزودنی‌ها در یک مخلوط بتنی نه تنها کنترل دقیق مقدار آن، بلکه کنترل سرعت تخلیه را نیز شامل می‌شود. در برخی کاربردها ، تغییر دادن زمان اضافه کردن افزودنی حین مخلوط کردن می‌تواند اثر بخشی افزودنی را اصلاح نماید (به عنوان مثال اثر کاهنده آب دیرگیرکننده 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 مؤثرتر 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 کنترل توزیع‌کننده باید به یک زمان‌سنج مجهز باشد تا تخلیه تمام افزودنی را از لوله‌ها و دریچه‌ها تضمین کند. اگر سیستم توزیع افزودنی به صورت دستی عمل می‌کند، اپراتور می‌بایست یک شیر برای طولانی کردن سیکل تخلیه در اختیار داشته باشد تا مطمئن شود که تمام افزودنی‌ها 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 توزیع 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.

 

2-6-5- انبار کردن

- افزودنی‌ها باید از گردوخاک و از هر گونه 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 وضعی 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. برای جلوگیری از آلودگی، درب تمام تانک‌ها هنگامی که استفاده نمی‌شوند می‌بایست پوشیده شود.

---

[1] - Dosage