انواع افزودنی های بتن و کاربرد آنها

افرودنی های بتن چیست؟

درک اینکه خواص بتن، در هر حالت تازه و سخت شده، می تواند با افزودن مواد خاصی به مخلوط های بتنی اصلاح شود، باعث رشد زیاد صنعت افزودنی بتن در ۴۰ سال گذشته شده است. امروزه صدها محصول در بازار عرضه می شوند و در بعضی از کشور ها غیر معمول نیست که تا ۷۰ الی ۸۰ درصد کل بتن تولید شده دارای یک یا چند ماده افزودنی باشند؛ بنابراین بسیار مهم است که مهندسان عمران با انواع افزودنی های بتن و کاربرد آن ها آشنا باشند [۲].

افزودنی های بتن مواد شیمیایی هستند که حین فرایند اختلاط بتن در مقادیر حداکثر پنج درصد وزن سیمان موجود در بتن اضافه می شود تا بعضی از خواص آن را به شکل مطلوبی تغییر دهد[۱].

میزان مصرف مواد مضاف در بتن کم بوده و معمولا به صورت درصدی از وزن سیمان مشخص می شود. مواد افزودنی بسیار متنوع بوده و در محدوده بسیار وسیعی تقسیم بندی می شود.

مواد افزودنی از نظر ترکیب از ترسازها، نمک ها و پلیمر های قابل حل، تا کانی های غیر قابل حل، متغیر می باشند.

اهدافی که مواد افزودنی برای آنها در بتن مورد مصرف قرار می گیرند به طور کلی شامل: بهبود کارایی، تسریع یا تعویق زمان گیرش، کنترل افزایش مقاومت و زیادتر کردن مقاومت در مقابل: عمل یخ زدگی، ترک خوردگی حرارتی، انبساط قلیایی سنگدانه و محلول های اسیدی و سولفاتی، می شوند [۲].

۱- فوق روان کننده ها – انواع افزودنی های بتن

به فوق روان کننده ها کاهنده های قوی آب نیز گفته می شود، زیرا در مقایسه با مواد افزودنی کاهنده آب معمولی، سه یا چهار برابر بیشتر، قادر به کاهش آب در مخلوط بتنی داده شده هستند [۲].

فوق روان کننده ها، در دهه ۱۹۷۰ توسعه پیدا کردند و از آن هنگام تاکنون، پذیرش وسیعی در صنعت ساختمان سازی بتنی پیدا کرده اند [۲].

۱-۱- مکانیزم شیمیایی فوق روان کننده ها

این مواد، حاوی ترسازهای آنیونی زنجیر بلند با وزن مولکولی زیاد (۲۰۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰) با تعداد زیادی از گروه های قطبی در زنجیر هیدروکربنی هستند. آنها، وقتی که در سطح ذرات سیمان جذب شوند، موجب آن می شوند که تر ساز، یک بار منفی قوی ای را بوجود بیاورد که به کاهش کشش سطحی آب اطراف، کمک قابل توجهی کند و روانی سیستم را به میزان زیادی افزایش دهد [۲].

در مقایسه با افزودنی کاهنده ی آب معمولی، می توان مقادیر نسبتا زیادی از مواد فوق روان کننده، تا ۱ درصد وزنی سیمان را بدون ایجاد آب انداختگی و تاخیر بیش از اندازه در گیرش، با وجود روانی در حد ۲۰۰ تا ۲۵۰ میلیمتر اسلامپ، به مخلوط های بتنی اضافه کرد [۲].

به احنمال زیاد، اندازه کلوییدی ذرات زنجیر بلند است که کانال های جریان آب، در حالت آب انداختگی در بتن را به گونه ای مسدود می کند که به طور کلی در بتن های دارای فوق روان کننده جدا شدگی اتفاق نمی افتد [۲].

به نظر می رسد که پراکندگی عالی ذرات سیمان در آب (شکل) میزان هیدراتاسیون را تسریع می کند؛ بنابراین، کند گیری به ندرت در بتن های حاوی فوق روان کننده مشاهده می شود؛ در عوض؛ در این نوع بتن ها، تسریع در گیرش و سخت شدگی معمول می باشد. در حقیقت، اولین نسل از فوق روان کننده ها، به خاطر از دست دادن سریع روانی یا اسلامپ، شهرت بدی پیدا کرد [۲].

امروزه محصولات قابل دسترسی، که از دست رفتن سریع روانی زیاد را (که فورا بعد از اضافه کردن به مخلوط حاصل می شود) خنثی می کنند، اغلب دارای لیگنو سولفونات یا دیگر مواد کند گیر کننده می باشند [۲].

۲-۱- نتایج استفاده از فوق روان کننده ها

در مقایسه با ۵ تا ۱۰ درصد کاهش آبی که با کاربرد مواد افزودنی روان کننده معمولی ممکن می شود، با استفاده از فوق روان کننده ها، کاهش های آب در حدود ۱۰ الی ۲۵ درصد، اغلب می توانند بدون کاهش روانی در بتن شاهد به دست آیند [۲].

بهبود خواص مکانیکی ( یعنی، افزایش مقاومت های فشاری و خمشی) به طور کلی متناسب با کاهش در نسبت آب به سیمان است [۲].

به دلیل میزان بیشتر هیدراتاسیون سیمان در سیستمی که سیمان آن خوب پراکنده شده است، بتن های دارای فوق روان کننده مقاومت های فشاری حتی زیاد تر در سنین ۱، ۳ و ۷ روز نسبت به بتن های شاهد دارای همان نسبت آب به سیمان از خود نشان می دهند. این موضوع اهمیت خاصی در صنعت بتن پیش ساخته که به مقاومت های اولیه زیادی برای گردش کار سریعتر قالب ها نیاز است، دارد [۲].

با استفاده از مقادیر سیمان زیادتر و نسبت های آب به سیمان کمتر از ۰.۴۵، به دست آوردن میزان افزایش مقاومت حتی سریعتر نیز ممکن می باشد.

۲- شتاب دهنده ها (طبق گزارش کمیته ACI 212) – انواع افزودنی های بتن

مواد افزودنی تسریع کننده برای اصلاح خواص بتن سیمان پرتلند سودمندند. این مواد، خصوصا در آب و هوای سرد برای موارد زیر مفید واقع می شوند [۳].

1. تسریع در شروع عملیات پرداخت، و وقتی که کاربرد عایق برای محافظت لازم باشد.
2. کاهش زمان لازم برای عمل آوردن درست و محافظت.
3. افزایش سرعت کسب مقاومت اولیه، به طوری که برداشتن زودتر قالب ها و استفاده زودتر از ساختمان ممکن شود.
4. امکان پذیر شدن جلوگیری موثر از نشتی، به منظور مقابله با فشارهای هیدرولیکی [۳].

۳- کند گیر کننده ها – انواع افزودنی های بتن

بنا بر اظهار کمیته ACI 212 استفاده از دیرگیری در موارد زیر، در صنعت ساختمان سازی مهم است [۳].

• برای جبران شرایط بد دمای محیط خصوصا در آب و هوای گرم.
• برای امکان ریختن و پرداخت درست
• برای غالب آمدن بر تاثیرات زیان آور و تسریع کنندگی دماهای زیاد
• برای کنترل گیرش واحد های سازه ای بزرگ جهت حفظ کارایی بتن در کل مدت زمان جای دادن. این امر برای حذف اتصالات سرد و ناپیوستگی های واحد های سازه ای بزرگ خصوصا مهم می باشد. همچنین، کنترل گیرش ممکن است از ترک خوردگی تیر ها، عرشه پلهای بتنی و ساختمان های مرکب بتنی بر اثر تغییر شکل قالب در هنگام بتن ریزی واحد های مجاور جلوگیری کند. متناسب کردن مصرف مواد در هنگام جا دادن بتن می تواند به یک سطح مقاومت اولیه خواسته شده تقریبا به طور هم زمان برسد [۳].

۴- مواد افزودنی کاهنده آب – انواع افزودنی های بتن

 طبق تعریف استاندارد ملی ایران ۲۹۳۰ این ماده افزودنی است که بدون تغییر روانی، مقدار آب مخلوط بتن را کاهش می‌دهد یا بدون تغییر مقدار آب، اسلامپ و روانی را افزایش می‌دهد یا هر دو اثر را بطور همزمان ایجاد می‌کند. (استاندارد ملی ایران ۲۹۳۰)

این افزودنی ها با سه هدف در بتن استفاده می شوند.

 الف) کسب مقاومت بالاتر با کاهش نسبت آب به سیمان با کارایی ثابت

ب) کسب کارایی ثابت با افزایش مقدار سیمان به جهت کاهش دمای هیدراتاسیون سیمان در بتن های حجیم

ج) افزایش کارایی برای آسان نمودن پر کردن مقاطع غیرقابل دسترس [۴]

۵- افزونه ها و فیلرها – انواع افزودنی های بتن

مواد افزودنی معدنی، مواد سیلیسی خوب تفکیک شده ای می باشند که در مقادیر نسبتا زیاد به طور کلی در حدود ۲۰ تا ۱۰۰ درصد وزنی سیمان پرتلند به بتن افزوده می شوند [۲].

۱-۵- منابع افزونه ها و فیلرها

اگرچه پوزولان ها به صورت خام یا بعد از فعال سازی حرارتی در بعضی از جاهای دنیا مورد استفاده قرار می گیرند، ولی به دلایل اقتصادی، بسیاری از زائدات صنعتی سریعا دارند به عنوان منبع مواد افزودنی معدنی در بتن به کار گرفته می شوند. واحد های نیروگاهی برقی که از ذغال سنگ به عنوان سوخت استفاده می کنند و کوره های متالوژیکی تولید چدن، فلز سیلیسیم و آلیاژ های فرو سیلیسیم منبع اصلی مواد زائد صنعتی هستند که به میزان ده ها میلیون تن در سال، در بسیاری از کشور های صنعتی تولید می شوند [۲].

بیرون ریختن این مواد زائد صنعتی به منزله هدر دادن مواد و نیز سبب مسائل جدی آلودگی زیست محیطی می باشد. دفع کردن این مواد، به صورت استفاده از آنها به عنوان سنگدانه بتن و ساخت لایه اساس جاده ها، مصرف آنها به گونه ای کم ارزش است که در آنها از پتانسیل این مواد پوزولانی و سیمانی کننده استفاده نمی شود [۲].

با کنترل کیفیت درست، مقادیر زیادی از محصولات زائد صنعتی می توانند در بتن، یا به شکل سیمان پرتلند آمیخته یا به عنوان مواد افزودنی معدنی، به کار برده شوند. وقتی خواص پوزولانی و یا سیمانی کننده ی یک ماده طوری باشد که به عنوان جایگزین نسبی برای سیمان پرتلند در بتن بتواند در بتن استفاده شود، صرفه جویی زیادی در انرژی و هزینه، نتیجه خواهد شد [۲].

۲-۵- نتایج استفاده از فیلرها

بدون توجه به اینکه آیا مواد پوزولانی به شکل یک ماده افزودنی معدنی یا به عنوان ماده متشکله سیمان پرتلند آمیخته به بتن افزوده شده اند، مکانیزمی که واکنش پوزولانی به وسیله آن تاثیر سودمندانه ای بر روی خواص بتن می گذارد یکسان می باشد [۲].

از بررسی واکنش پوزولانی و خواص سیمان های آمیخته مشخص می شود که منافذی که ممکن است از کاربرد مواد افزودنی معدنی در بتن حاصل شود عبارتند از:

بهبود مقاومت در برابر ترک خوردگی حرارتی به علت حرارت کمتر هیدراتاسیون

زیاد تر شدن مقاومت نهایی و نفوذ ناپذیری به خاطر بهبود وضعیت منافذ،

دوام بهتر در مقابل حملات شیمیایی مانند آب سولفاتی و انبساط قلیایی – سنگدانه [۲].

۶- مواد مضاف هوازا (مواد افزودنی حباب هواساز)

مهمترین کاربرد مواد افزودنی حباب هواساز برای مخلوط های بتنی ای است که برای مقاومت در مقابل دوره های یخ زدن و آب شدن طراحی شده اند [۲].

یک اثر جانبی هوازایی، بهبود کارایی مخلوط هایی بتنی، خصوصا مخلوط هایی است که دارای سیمان و آب کمتر، سنگدانه های با بافت خشن، یا سنگدانه های سبک باشند. بنابراین، هوازایی عموما برای ساخت بتن های حجیم و مخلوط های بتن سبک بکار می رود [۲].

می توان توجه نمود که از آنجا که ترساز های حباب هوازا، ذرات سیمان را ضد رطوبت می سازند، افزودن بیش از اندازه ماده افزودنی باعث تاخیر زیاد در هیدراتاسیون سیمان می گردد. همچنین، همانطور که تا کنون ذکر شده است، مقادیر زیاد هوازایی همراه با کاهش متقابل مقاومت خواهد بود [۲].

منابع:

[۱] استاندارد ملی ایران شماره ۲۹۳۰.

[۲] ریزساختار، خواص و اجزای بتن. تالیف: پروفسورمهتا، پروفسور مونته ئیرو؛ ترجمه: دکتر علی اکبر رمضانیان پور دکتر پرویز قدوسی، دکتر اسماعیل گنجیان؛ انتشارات دانشگاه امیر کبیر.

.Report on Chemical Admixtures for Concrete. Reported by ACI Committee 212 [3]

.Concrete Technology A.M. NEVILLE J.J. BROOKS [4]