بی شک از جمله مهمترین موارد در ساخت و اجرای بتن های نوین ، استفاده از افزودنی های بتن است. افزودنی های بتن دارای انواع مختلفی می باشند که هریک می توانند کارآیی لازم را بسته به اتظارات و خواص مورد نیاز در بتن تازه و سخت شده تامین نمایند. فوق روان کننده های بتن، با توجه به میسر نمودن کاهش نسبت آب به سیمان و به تبع کاهش نفوذپذیری بتن باعث خصوصیات منحصر به فرد از جمله افزایش مقاومت بتن، افزایش دوام بتن و … می گردد، دارای انواع مختلفی می باشد.
فوق روان کننده های بتن معمول در این ایران شامل انواع روان کننده های پایه لیگنو سولفونات، فوق روان کننده پایه ملامین، فوق روان کننده پایه نفتالین و فوق روان کننده های نسل جدید بر پایه انواع پلی کربوکسیلات می باشد.
فوق روان کننده های مذکور در حالت اولیه به صورت پودر می باشد که برای سهولت مصرف در کارخانجات و کارگاه با اختلاط و محلول کردن در آب به صورت مایع به مصرف می رسد. فوق روان کننده های بتن بسته به درصد مواد جامد عملکرد و میزان مصرف های مختلفی دارد. ولی به طور کلی این امر منحصر به کاهش میزان آب مصرفی (یا افزایش روانی و کارآیی) از 5 تا 35 درصد می باشد. از این رو لازم است در زمان مصرف، ارزیابی های لازم فنی و آزمایشگاهی صورت پذیرد تا نتیجه دلخواه و میزان مصرف به دست آید.
آشنایی با فوق روان کننده های پلی کربوکسیلات اتر بتن
سومین نسل از روان کننده ها و کاهنده های قوی آب بتن بر پایه پلی کربوکسیلات اتر با حالت نوترال، دیرگیر و زودگیر جهت بتن ریزی در آب و هوای معتدل، سرد و یخبندان و گرمسیری در شروع هیدراتاسیون به کمک افزایش خاصیت الکتریسیته ساکن با ایجاد بارهای همنام در ذرات سبب پخش کامل و یکنواخت سیمان گردیده و همچنین آب محبوس در بین ذرات سیمان آزاد گشته که خود به روانی هر چه بیشتر بتن می انجامد در نهایت با ایجاد لایه بر روی سطح ذرات سیمان از تجمع ذرات جلوگیری می کند.
خواص و ویژگی ها
- سازگار با تمامی تیپ های سیمان و همچنین سیمان ضد سولفات
- حفظ و کنترل روانی بتن تا 60 دقیقه در حالت توترال تا 90 دقیقه در حالت دیرگیر و تا 30 دقیقه در حالت زودگیر در 25 درجه سانتی گراد
- توان کاهش نسبت آب به سیمان تا 40درصد
- افزایش شدید اسلامپ بتن
- قابلیت حذف ویبراتور
- افزایش مقاومت فشاری و سایشی بتن در تمامی سنین
فراروان‌كننده ها (Ultra high range water reducers)
اين افزودني ها كه سومين گروه كاهنده هاي آب هستند از دهه‌ي 1990 ميلادي مورد استفاده قرار گرفته اند و با نام هاي فوق روان‌كننده توانمند يا ابرروان كننده نيز شناخته مي شوند. هر چند اين افزودني‌ها ويژگي هاي منحصر به فردي نسبت به فوق روان‌كننده ها دارند ولي در حال حاضر در همان دسته بندي فوق روان‌كننده ها يعني ASTM C494: Type F & G و ASTM C1017: Type I & II جاي مي‌گيرند.
اين افزودني ها مقدار آب اختلاط بتن را بيش از 25 درصد كاهش مي‌دهند. اين دسته از افزودني‌ها نسبت به روان كننده ها و فوق روان‌كننده ها تاثيرات جانبي كمتري دارند. عموما فراروان‌كننده ها در مقادير مصرف كم، تاثير روان كنندگي بيشتري نسبت به فوق روان كننده ها (در مقدار مصرف يكسان) دارند. ويژگي هاي منحصر به فرد اين افزودني ها از جمله توليد بتن هاي توانمند، خودتراز، خود متراكم و با مقاومت هاي خيلي زودرس و خيلي زياد از يك سو و صرفه جويي در انرژي مصرفي، كاهش هزينه هاي اجرايي و سازگاري زيست محيطي از سوي ديگر، باعث گسترش روز افزون كاربرد آنها در كشورهاي مختلف جهان شده است.
نكته- فرآيند توليد اين افزودني‌ها اين امكان را فراهم مي‌آورد كه بر اساس نياز هر صنعت يا مشخصات فني و شرايط اجرايي هر پروژه، فراروان كننده ايي سازگار و مناسب توليد كرد.
نكته- مراكز تحقيقاتي جهان، شركت‌هاي توليد كننده افزودني هاي بتن و سازمان هاي مرتبط با صنعت ساخت و ساز همواره در جستجوي يافتن مواد شيميايي جديد با كارآيي و تاثير بهتر بر عملكرد مخلوط هاي بتني هستند و احتمال پيدايش و عرضه محصولات جديد همچنان وجود دارد.
نكته- با توجه به خاصيت پخش‌كنندگي بسيار زياد فراروان‌كننده، تاثير آن بر احتمال جداشدگي و آب انداختگي در مخلوط هاي بتن با دانه بندي نامناسب به مراتب بيشتر از ساير كاهنده هاي آب است.
مكانيزم عملكرد كاهنده هاي آب
كاهنده هاي آب از نوع افزودني هاي با عملكرد فيزيكي هستند و تاثيري مستقيمي بر فرآيند آبگيري سيمان ندارند. بخش اصلي افزودني هاي كاهنده ي آب، عوامل اثركننده بر سطح هستند. عوامل اثركننده بر سطح موادي هستند كه در سطح مشترك بين دو فاز آميخته نشدني متمركز مي‌شوند و نيروهاي فيزيكي شيميايي موثر بر اين سطح را تغيير مي‌دهند. در مخلوطي كه از مواد كاهنده آب استفاده نشود، ذرات سيمان به يكديگر مي چسبند و لخته مي‌شوند. مكانيزم كلي عملكرد اين افزودني ها، كاهش نيروهاي جاذبه بين ذرات و كمك به جدايش و بهبود پخش شوندگي دانه‌هاي سيمان از يكديگر است. اين مكانيزم علاوه بر فراهم كردن حركت آزادانه ذرات سيمان به دليل جدايش آنها از يكديگر، آب محبوس در لخته هاي سيماني را نيز آزاد و صرف بهبود رواني مخلوط بتن مي‌كند.
روان‌كننده ها به يكي از شيوه‌‌هاي زير نيروي جاذبه بين ذرات سيمان را كاهش مي دهند و به پراكند ه‌شدن آنها كمك مي كنند:
- كاهش كشش بين سطحي
- جذب چندلايه اي مولكول هاي آلي
- افزايش پتانسيل الكتروسينماتيكي
- ايجاد لايه‌اي از مولكول هاي آب احاطه كننده ذرات
- تغيير در ساختار تركيبات هيدراته شده سيمان
روان‌كننده ها
گستره‌ي وسيعي از مواد روان‌كننده با ويژگي‌ها و خواص جانبي گوناگون توليد و ارايه مي‌شوند كه بخش اصلي مواد تشكيل‌دهنده آنها عبارتند از:
- مشتقات و تركيبات اسيد ليگنوسولفونيك و نمك هاي آنها (ليگنوسولفونات‌ها)
- مشتقات و تركيبات اسيد هيدروكسي كربوكسيليك و نمك‌هاي آنها
- پليمرهاي هيدروكسيل دار
- مواد غير يوني اثركننده بر سطح
فوق روان‌كننده ها
بخش اصلي مواد تشكيل دهنده فوق روان‌كننده عبارتند از:
- ليگنوسولفونات‌هاي اصلاح شده
- نمك هاي تغليظ شده ملامين سولفونات (ملامين فرم آلدهيد سولفوناته)
- نمك هاي اسيد نفتالين سولفونيك تغليظ شده با وزن ملكولي بالا (نفتالين فرم آلدهيد سولفوناته)
- ساير پليمرهاي مصنوعي مانند پلي استايرن سولفوناته، پليمرهاي هيدروكسيل دار و برخي از كوپليمرهاي محلول در آب يا تركيبي از آنها
فراروان‌كننده ها
فراروان‌كننده ها عمدتا بر پايه پليمرهای مصنوعي زير هستند:
- پلی‌کربکسيليک اتر، اسيد اکريليک، متوکسی پلی اتيلن، و انيدريد مالييک
- كوپليمرهاي كربوكسيليك آكريليك استر.
كاربرد
افزودني‌هاي كاهنده آب پاسخگوي نيازهاي متعـددي در كارگاه هستند كه از آن جمله مي توان به كاهش آب بتن، توليد بتن با مقاومت زياد، صرفه جويي در مصرف سيمان بدون كاهش مقاومت بتن، افزايش كارآيي بتن بدون افزودن آب، بهبود خواص بتن هايي كه داراي سنگدانه هاي خشن و يا دانه بندي نامناسب هستند، سهولت در پمپاژ، بتن‌ريزي در مكانهايي كه دسترسي كمتري دارند، و يا تركيبي از مـوارد فوق اشاره كرد
رواني بتن كه با اسلامپ سنجيده مي‌شود، براي بتني با نسبت ها و اجزاي معين، به مقدار آب اختلاط بستگي دارد. عملكرد اصلي افزودني هاي كاهنده ي آب، توانايي آنها در كاهش مقدار آب اختلاط است. بر اساس اين عملكرد مي توان كاربرد آنها را به سه شيوه در بتن مورد بررسي و ارزيابي قرار داد.
- با مصرف كاهنده آب ضمن ثابت نگهداشتن مقدار سيمان و رواني بتن، مي‌توان مقدار آب اختلاط و در نتيجه نسبت آب به سيمان را كاهش داد (اثر كاهندگي آب اختلاط) و به بتني با رواني يكسان و مقاومت مكانيكي بيشتر از بتن شاهد (بدون افزودني) دست يافت.
- با مصرف كاهنده آب، ضمن ثابت نگهداشتن مقدار آب و سيمان بتن، رواني و كارآيي بتن افزايش مي‌يابد (اثر روان‌كنندگي)
- در برخي بتن ها با مصرف كاهنده آب ضمن ثابت نگهداشتن رواني و نسبت آب به سيمان، مي‌توان آب اختلاط و مقدار سيمان اضافي را كاهش داد.
دستيابي به برخي بتن هاي ويژه مانند بتن خودتراز، بتن خودتراكم، بتن‌هاي با مقاومت خيلي زودرس و بي نياز از بخاردهي، بتن خيلي روان و بتن توانمند بدون استفاده از افزودني هاي كاهنده آب به ويژه روان‌كننده ها و فراروان‌كننده ها درحال حاضر بسيار پرهزينه و در مواردي غير ممكن است. اگرچه به نظر مي رسد با افزايش مقدار سيمان مصرفي مي‌توان به برخي از اين ويژگي ها دست يافت ولي افزايش بيش از اندازه سيمان به دليل تمايل ذرات سيمان به لخته شدن و افزايش چسبندگي بيش از اندازه مخلوط و افزايش مشكلات اجرايي از يك سو و افزايش تغيير شكل هاي دراز مدت بتن سخت شده (جمع شدگي و خزش) از سوي ديگر، نه تنها از نظر فني راهكار مناسب و كارآمدي نيست بلكه بسيار غيراقتصادي هم هست. براي دستيابي به اين ويژگي ها، فراروان‌كننده ها به دليل تاثيرات جانبي كمتري كه نسبت به روان‌كننده ها و فوق روان‌كننده ها دارند، كاربرد گسترده تري دارند.
تاثير كاهنده هاي آب بر ويژگی های بتن تازه
افزودني هاي كاهنده آب علاوه بر كاهش مقدار آب مخلوط بتن تازه، بر برخي ديگر از خواص آن نيز تاثير مي‌گذارند.
زمان گيرش
زمان گيرش بتن به تركيبات شيميايي و اندازه ذرات سيمان، دما و نسبت آب به سيمان بستگي دارد. در بتني با دما و نسبت آب به سيمان معين، كاهنده هاي آب به دليل پخش‌كردن ذرات سيمان و به تاخير انداختن به هم چسبيدن و لخته شدن ذرات و محصولات آبگيري سيمان به يكديگر (كندگيري فيزيكي)، گيرش اوليه و نهايي بتن را به تاخير مي اندازند. از سوي ديگر، پخش‌شدن ذرات سيمان امكان آبگيري بهتر و همه جانبه ي آنها را فراهم مي‌كند كه مي‌تواند تسريع واكنش و توليد محصولات آبگيري را به دنبال داشته باشد. بنابراين هر چقدر كه قدرت پخش‌كنندگي افزودني هاي كاهنده آب بيشتر باشد (از روان‌كننده به فراروان كننده) تاثير كندگيري آنها كاهش مي‌يابد.
هوازايي
برخي از روان‌كننده ها كشش سطحي آب را كاهش مي دهند و مقداري حباب هوا در بتن ايجاد مي‌كنند. ليگنوسولفونات ها شناخته شده ترين كاهنده هاي آب هستند كه خاصيت هوازايي دارند. مقدار هواي وارده توسط اين مواد معمولاً بين 2 تا 6 درصد متغير است، اگرچه مقادير بيشتر نيز تا كنون گزارش شده است. هوازايي روان‌كننده ها را مي‌توان با اصلاح فرمول شيميايي كنترل كرد، معمولاً ليگنوسولفونات هاي اصلاح شده كمتر از يك درصد حباب هوا ايجاد مي‌كنند. فوق روان‌کننده ها و فراروان کننده ها اصولاً خاصيت هوازايي ندارند ولي ممكن است روي توان هوازايي برخي از سيمان‌ها و مواد هوازا تاثيرگذار باشند و باعث تغيير در ميزان هواي بتن شوند.
افزايش رواني مخلوط بتن به ازدياد تشكيل حباب هاي هوا در حين اختلاط كمك مي‌كند ولي بتن هاي داراي فوق روان كننده در مقايسه با بتن شاهد (با رواني يكسان)، فرصت خروج آسان تر حباب هاي هواي محبوس را در حين عمليات انتقال و بتن ريزي فراهم مي كنند. فوق روان كننده هاي بر پايه ملامين در مقايسه با نوع نفتاليني نه تنها هواي محبوس كمتري ايجاد مي‌كنند بلكه افت مقدار هواي سريع تري نيز دارند. فراروان كننده ها عموما خاصيت هوازايي ندارند و پس از اتمام اختلاط بتن به دليل سهولت حركت اجزاي بتن، موجب جابجايي و جاي گيري ذرات در درون فضاي خالي بين يكديگر مي‌شوند و حباب هاي هواي محبوس را به سطح بتن مي‌رانند.
افزودني هاي كاهنده آب در بتن هاي هوازايي شده، پايداري حباب هاي هوا را بهبود مي بخشند و ميزان تاثير و راندمان افزودني هاي هوازا را افزايش مي‌دهند.
كارآيي
كارآيي خصوصيتي از بتن يا ملات تازه است كه آساني يا دشواري اختلاط، ريختن، تراكم و پرداخت كردن آن را بيان مي‌كند. موضوع كارآيي همواره در بتن ريزي ها مطرح مي‌شود ولي در حال حاضر ابزار مناسبي براي سنجش كارآيي در كارگاه ها وجود ندارد. معمولاً رواني بتن كه به وسيله آزمايش اسلامپ اندازه گيري مي‌شود ملاكي براي توصيف كارآيي بتن به شمار مي آيد در حالي كه ممكن است دو نمونه با رواني يكسان، داراي كارايي متفاوتي باشند. بتن هاي محتوي افزودني هاي كاهنده آب معمولاً كارآيي بهتري از خود نشان مي‌دهند و ميل به قالب پذيري و پرداخت سطح آنهـا بهتر از بتن هاي با رواني مشابه ولي بدون افزودني است.
آب انداختگي
تاثير همه افزودني هاي كاهنده آب بر آب انداختگي يكسان نيست، به عنوان مثال نمك های اسيد هيدروكسی كربوكسليك موجب افزايش آب انداختگي مي شوند در حالي كه مشتقات و تركيبات اصلاح شده آنها تاثيري بر پديده آب انداختگي ندارند. ليگنوسولفونات ها و مشتقات آنها آب انداختگي بتن تازه را كاهش مي دهند كه بخشي از اين خاصيت آنها به دليل ايجاد حباب هوا در بتن است. فوق روان‌كننده ها و فراروان‌كننده ها معمولا آب انداختگي و جداشدگي را كاهش مي‌دهند به جز در مواردي كه مقدار مصرف افزودني بيش از اندازه باشد[9]. گاهي آب انداختگی و جداشدگي بتن تازه پس از اضافـه كردن فوق روان‌كننده و فراروان‌كننده ها به دليل اشكال در دانه بندي سنگدانه ها است و نه تاثير منفي افزودني، در چنين شرايطي با اصلاح دانه بندي به خصوص افزايش ريزدانه ها مي‌توان جداشدگي را كاهش داد.
روند افت رواني
روند افت رواني كه بيانگر مقدار كاهش رواني در واحد زمان است، در بتن داراي كاهنده آب بيشتر از بتن شاهد (با اسلامپ اوليه يكسان) است. بتن هاي حاوي فوق روان كننده در مقايسه با بتن‌هاي حاوي روان كننده كه اسلامپ اوليه يكساني داشته باشند از روند افت رواني بيشتري برخوردارند. فراروان كننده ها اگرچه نسبت به بتن شاهد روند افت رواني بيشتري دارند ولي نسبت به فوق روان كننده ها از توان حفظ رواني (اسلامپ) بيشتري برخوردارند.
يكي از مزاياي اصلي استفاده از فوق روان‌كننده ها و فراروان كننده ها در بتن افزايش قابل توجه اسلامپ و رواني آن است ولـي زمان قابل كار كردن به دليل افت اسلامپ به شدت كاهش مي يابد كه مي تواند سبب بروز مشكلات اجرايي شود. براي حل اين مشكل در مورد فوق روان‌كننده ها مي‌توان بخشي از فوق روان‌كننده را در محل ساخت بتن و بخش ديگر را در محل بتن ريزي به مخلوط اضافه كرد تـا زمـان قابل كار كردن افزايش يابد يا از فوق روان‌كننده هاي كندگير استفاده كرد. در مورد فراروان كننده ها مي‌توان رواني بتن را در هنگام ساخت به گونه ايي تنظيم كرد (با اسلامپ بالاتر) كه رواني مورد نظر را در پاي كار تامين كند يا در هنگام ساخت بتن، در صورت نياز جهت سهولت در اختلاط و حمل، از يك روان كننده سازگار در مقادير كم استفاده كرد و فراروان كننده را در پاي كار به بتن افزود.
پرداخت پذيري
روان‌کننده ها معمولاً در پرداخت سطح بتن بسيار مؤثرند درحاليكه سطح بتن‌هاي محتوي فوق روان‌كننده به دليل كاهش آب انداختگي و افت سريع رواني به سختي پرداخت مي‌شوند، مضافاً اينكه تمايل به پوسته شدن و يا تركهاي ناشي از جمع شدگي خميري در اين نوع بتن ها بيشتر است، به همين دليل در اينگونه مواقع بايستي سطح بتن را با روش‌هايي چون مرطوب كردن، استفاده از مواد تاخير دهنده تبخير، يا هر روش مناسب ديگري از خشك شدن حفظ نماييم. اين روش‌ها بايستي با دقت انجام پذيرد تا تاثير نامناسبي بر دوام سطح بتن بوجود نياورند.
تراكم پذيري
كاهنده هاي آب امكان حركت و لغزش ذرات بر روي يكديگر را در داخل مخلوط بتن فراهم مي‌كنند و خواص ريولوژيك بتن تازه و رفتار آن را در هنگام ارتعاش و متراكم شدن بهبود مي بخشند. براي متراكم كردن بتن‌هاي داراي كاهنده آب در مقايسه با بتن شاهد به انرژي كمتري نياز است. اين اثر در بتن هاي با رواني (اسلامپ) كم و به ويژه در بتن‌هاي بدون اسلامپ نمايان‌تر است. در بتن‌هاي داراي مقادير كافي فراروان كننده به دليل سهولت حركت و لغزش ذرات بر روي يكديگر بدون نياز به لرزاندن، اجزاي بتن در اثر وزن خود فضاهاي خالي را پر مي‌كنند و متراكم مي‌شوند (بتن خود متراكم) در حالي كه در بتن‌هاي بدون فراروان‌كننده به دليل پديده لخته شدگي ذرات سيمان و ريزدانه ها، هر چقدر هم كه رواني افزايش يابد نمي توان به بتن خود متراكم دست يافت.
تاثير بر ويژگي های بتن سخت
مقاومت
استفاده از كاهنده آب اگر با كاهش نسبت آب به سيمان همراه باشد افزايش مقاومت را به دنبال دارد ضمن اين كه در صورت ثابت بودن نسبت آب به سيمان نيز به دليل پخش كردن بهتر ذرات سيمان سبب بهبود فرآيند آبگيري و افزايش مقاومت مي‌شود.
كاهنده هاي آب کندگير، مقاومت 24 ساعته را به خصوص در مناطق گرمسير افزايش مي‌دهند، البته ممكن است مقاومت در ساعات اوليه بتن تحت تاثير كندگيـری كاهش يابد. كاهنده هاي آب در مقدار سيمان و رواني ثابت مقاومت بتن را افزايش مي دهند و يا براي رسيدن به مقاومتي مشخص باعث صرفه جويي قابل ملاحظه در مصرف سيمان مي شوند.
اگر افزودن فوق روان‌كننده همراه با كاهش آب بتن باشد مقاومت فشاري را تا 25 درصد و يا حتي بيشتر افزايش مي‌دهد. اين افزايش مقاومت با استفاده از فراروان‌کننده ها به مراتب محسوس تر است و توليد بتن هايی با مقاومت فشاری 70 مگاپاسکال و بيشتر در شرايط كارگاهی به آسانی قابل طراحی و توليد می باشد.
جمع شدگي (تكيدگي) و خزش
گزارش‌ها و اطلاعات متناقضي در مورد تاثير كاهنده هاي آب بر پديده جمع شدگي و خزش وجود دارد. گرچه متناسب با كاهش مقدار آب بتن، جمع شدگي دراز مدت كمتر مي شود و به همين منوال افزايش مقاومت فشاري بتن باعث كاهش خزش مي گردد ولي بطور كلي مي‌توان گفت حتي مصرف مقادير ثابتي از افزودني ها زماني كه همراه با سيمان هاي مختلف مصرف مي شوند، تاثير متفاوتي بر جمع شدگي و خزش بتن سخت شده دارند.
تاثير عوامل محيطی و اجرايي
بدون شك عواملي مانند: دما، رطوبت، سرعت وزش باد، ماشين آلات و تجهيزات توليد و انتقال بتن، زمان بين توليد و ريختن بتن، زمان حمل، و مهارت نيروهاي اجرايي از جمله عوامل مهم و تاثير گذار در عملكرد افزودني‌های كاهنده آب مي باشند.
به دليل آن كه دما در زمان گيرش، كارآيي و روند كسب مقاومت اوليه بتن بسيار مؤثر است، براي دستيابي به نتايج مؤثر معمولا افزودني های كاهنده آب در سه گروه با تاثيرهای زودگيری، خنثی، و ديرگيری عرضه مي‌شوند.
با توجه به اينكه مقدار مصرف افزودني های كاهنده آب به نسبت سيمان موجود در طرح اختلاط تعريف مي شود، لازم است ماشين آلات توليد بتن از حساسيت كافی برای پيمانه كردن آب، سيمان، سنگدانه، و مواد افزودنی برخوردار باشند. در غير اين صورت مقادير متفاوتی در هر نوبت وارد مخلوط‌كن مي‌شود و نتايج متفاوتی نيز در بر خواهد داشت.
شما می توانید برای مشاوره با بخش بازرگانی کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( 44618462-44618379– 09120916271 ) تماس حاصل فرمائید.