بررسی و مقایسه روان کننده، فوق روان کننده و ابر روان کننده بتن!

برای مقایسه چند ماده با هم باید شناخت کامل از آن مواد وجود داشته باشد. پس برای بررسی تفاوت روان کننده‌های بتن به مطالعه ساختار و عملکرد هر کدام از این محصولات می‌پردازیم.
تفاوت این مواد در مواد تشکیل دهنده آن است. ترکیبات این محصولات سبب ایجاد خواص متفاوت می‌شود. روان کننده ها همانند سایر محصولات یک سیر تکاملی داشته اند؛ یعنی این محصولات در ابتدا به ساده ترین شکل ممکن اختراع و برای روان کردن بتن به کار گرفته شد.
اولین گروه محصولات روان کننده با الهام گرفتن از محصولات صنایع پلاستیک سازی برای افزایش کارایی بتن تولید شد. پس از استفاده این محصول برخی معایب آن به مرور بر طرف شد. ولی بعد از درک صحیح از رفتار روان کننده در بتن، دانشمندان به دنبال اصلاح کلی ترکیبات لیگنوسوفونات و جایگزینی برای افزایش قدرت و زمان روانی بتن بودند. نتایج این تحقیقات شناسایی اثر قوی ترکیبات نفتالینی و ملامینی برای افزایش روانی بتن بدون افزودن آب بود.

با گذشت زمان نیاز بشر به تولید بتن خاص در شرایط غیرمعمولی مثل گرمای شدید هوا بیشتر احساس شد. ترکیبات موجود در بازار پاسخگوی نیاز احساس شده نبود و به همین دلیل باز هم متخصصصان زمینه شیمی بتن به دنبال تکنولوژی پیشرفته‌تر برای تولید یک بدون بدون نقص بودند. این بار دانشمندان ترکیبات پلی کربوکسیلات اتر را به بازار ارایه کردند.

در هر سه حالت روان کننده‌های بتن پرمصرف ترین افزودنی بتن هستند. چون گرانروی بتن بیشترین مشکل را در اجرای بتن ایجاد می‌کند. تعیین نیاز هر کدام از این ترکیبات با توجه به شرایط محیطی و نوع پروژه تعیین می‌شود. در شرایط معمولی یک روان کننده لیگنوسولفوناتی مشکل را برطرف خواهد کرد. ولی برای ساخت یک بتن پرمقاومت و یا بتن اکسپوز نیاز به استفاده از ابر روان کننده بتن است.

افزایش قدرت افزودنی بتن، مقدار مصرف آن را کاهش می‌یابد. پس به همین دلیل مقدار مصرف ابرروان کننده بسیار کم و نهایتا در حد 0.5% وزنی سیمان و روان کننده حدود 1.5% وزنی سیمان است. یعنی برای رسیدن به یک اسلامپ و حفظ این اسلامپ در مدت زمان معلوم میزان مصرف روان کننده 3 برابر ابرروان کننده بتن است. البته در مقایسه مقدار مصرف این محصولات عامل غلظت را نیز باید برابر در نظر گرفت.

محصولات قوی مثل ابر روان کننده، بتن را در عرض چند دقیقه روان می‌کنند. ولی این خاصیت در بتن توسط روان کننده در مدت زمان بیشتری رخ خواهد داد. برای بهتر مخلوط شدن این مواد در محل، استفاده از آب برای رقیق کردن گزینه مناسبی است.

مقاومت بتن ساخته شده با ابر روان کننده حدودا دو برابر یک نمونه بتن حاوی روان کننده است. این افزایش مقاومت به دلیل کاهش مصرف شدید آب و تخلخل بتن است. در اثر مصرف ابرروان کننده، سطح بتن یکدست خواهد شد. هم چنین ساخت بتن اکسپوز با ابرروان کننده بتن مقدور خواهد بود؛ یعنی علاوه بر روانی بتن، ابر روان کننده خواص و کیفیت بسیار زیادی را به بتن می‌دهد.

تفاوت انواع روان کننده بتن از لحاظ ساختار و عملکرد

تفاوت اصلی محصولات روان کننده بتن در مکانیزم جداسازی ذرات سیمان از هم است. نیروی دافعه الکترواستاتیکی اساس کار این مواد است. این مواد تمام سطح ذرات سیمان را دارای بار منفی خواهند کرد. ذرات همنام هم از یکدیگر فاصله می‌گیرند و این فاصله سبب حرکت آسان تر آب است. پس با حرکت و عبور بهتر آب با مقدار کمتر آب، بتن روان شده و واکنش هیدراسیون نیز تکمیل می شود.

در محصولات روان کننده سه خاصیت فرعی برای برخی از این ترکیبات لحاظ می‌شود. بر اساس زمان گیرش روان کننده تندگیر و معمولی و دیرگیر وجود دارد. کاربرد این محصولات با توجه به دمای هوا و نوع بتن ریزی تعیین می‌شود. مثلا در هوای گرم نیاز به یک محصول دیرگیر برای حفظ طولانی مدت روانی بتن نیاز است. ولی در هوای سرد بتن باید زودتر از حالت معمولی سفت شود تا یخ نزند. یا در یک مقطع شیبدار بتن باید زودتر از حالت عادی سفت شده تا در انتهای قالب بتن تجمیع نشود. پس در این موارد، روان کننده تندگیر لازم است.

در برخی موارد که مقاطع تنگ هستند، بتن نیاز به روانی بیشتری دارد. پس با یک روان کننده معمولی شاید بتن ریزی به مشکل بخورد. یا مثلا عوامل تشدید کننده شرایط محیطی مثل وزش باد، سبب سفتی بتن شود، در کلیه این شرایط یک روان کننده نسل اول لیگنوسولفوناتی پاسخگوی کارایی لازم نخواهد بود. به همین دلیل باید از مواد قوی‌تری برای حفظ روانی در بلند مدت استفاده نمود.

پس دلیل اصلی تفاوت عملکرد روان کننده‌ها در بتن تفاوت در ساختار آن‌هاست. این تفاوت ساختاری در بتن برای ما به صورت کیفیت نهایی بتن قابل درک است. این تفاوت عملکردی و ساختاری به کاربران اجازه انتخاب می‌دهد. بنابر نیاز هر پروژه، یک نمونه از روان کننده بهترین انتخاب است. شاید در یک پروژه هزینه تعیین کننده باشد و روان کننده لیگنوسولفوناتی بهترین انتخاب باشد. در پروژه دیگری مقاومت و ظاهر زیبا اولویت پروژه باشد و باید از ابر روان کننده پلی کربوکسیلاتی استفاده کرد.

مقایسه و تفاوت انواع روان کننده بتن

طبق تعریف برای اسلامپ بیش از 190 میلی‌متر بتن روان به حساب می‌آید. با اضافه کردن اندکی محصول روان کننده بتن اسلامپ به راحتی از 70 به بیش از 220 میلی‌متر می‌رسد. حال اگر این کار با فوق روان کننده و ابر روان کننده صورت پذیرد، اسلامپ بسیار زیاد خواهد شد. در این حالت روانی بتن زیاد بوده و باید بتن ریزی تحت شرایط خاصی انجام شود. مثلا ارتفاع بتن ریزی باید محدود باشد. یا ویبره زدن بتن باید تحت شرایط خاصی صورت پذیرد.

کاهش اصطکاک داخلی بتن هدف اصلی محصولات روان کننده بتن است. هر کدام از روان کننده‌ها با روشی مختلف و قدرتی متفاوت روانی بتن را تامین می‌کنند؛ به همین علت مقدار مصرف این مواد متفاوت است. یکی از عوامل موثر در مقدار مصرف روان کننده در بتن مقدار سیمان است. به این صورت که هر چه سیمان بیشتر باشد، مقدار مصرف روان کننده بتن افزایش خواهد یافت، چون روان کننده بتن باید تعداد بیشتری ذرات سیمان را از هم جدا کند.

نظرات متفاوتی در مورد نحوه و زمان اضافه کردن روان کننده به بتن وجود دارد. برخی در محل ساخت این محصولات را به مصالح بتن اضافه می‌کنند و برخی دیگر در محل پروژه این کار را انجام می دهند. اما توصیه کارشناسان و متخصصان بتن افزودن بخشی از روان کننده در بچینگ و بقیه آن در محل است. این روش بهترین حالت مصرف روان کننده به دلیل بهره بردن از مزایای هر دو روش است.

روان کننده بتن بر پایه لیگنوسولفونات بر خلاف دو نسل دیگر، در عمل آوری بتن تاخیر ایجاد می‌کند. این تاخیر نیاز به مراقبتی دارد. برای مثال در بتن حاوی روان کننده قوی زمان قالب برداری طولانی‌تر از حالت معمول است.

یکی از تفاوت‌های روان کننده‌های بتن مقدار تولید هوا در بتن است. فوق روان کننده بتن به دلیل ساختار پلیمری بیشترین تولید و حبس هوا را دارد. وجود هوا در بتن نیز نهایتا مقاومت بتن را کاهش خواهد داد.

قیمت روان کننده بتن به دلیل راحتی مراحل اجرا و ساخت بسیار کم است. ترکیبات لیگنو ارزان هستند. ولی نسل دوم ترکیبات روان کننده بتن یا فوق روان کننده بتن به دلیل ساختار ملامینی و نفتالینی هزینه بیشتری نسبت به گروه اول دارند. در نهایت نیز ابر روان کننده بتن جزو افزودنی‌های گران بتن به شمار می‌رود. طرز تهیه این مواد پیچیده است و مواد اولیه این محصولات هم قیمت بالایی دارند. این عوامل سبب گرانی نسل پیشرفته روان کننده بتن شده است. برای انتخاب یک روان کننده با توجه به هزینه تمام شده باید عوامل متعددی را در نظر گرفت. مثلا استفاده از ابر روان کننده مصرف سیمان را کاهش داده و مقاومت بتن تولیدی نیز افزایش می‌یابد. پس برای تعیین هزینه یک افزودنی باید هزینه کل پروژه تخمین زده شود.

-روان کننده‌ های نسل اول بتن

دلیل توسعه این مواد در صنعت بتن وزن مولکولی بالای این مواد بوده است. برای درک صحیح از رفتار این مواد کافیست بدانید که کمتر از 1% وزن سیمان از روان کننده، روانی بیشتری نسبت به 25 کیلوگرم آب ایجاد می‌کند. همین مقدار آب مقاومت بتن را 30% و حتی بیشتر هم کاهش می‌دهد. و تنها دلیل کاربرد این آب اضافی افزایش 200% اسلامپ است.

استاندارد ASTM C494 در مورد این افزودنی توضیحات کاملی را ارایه داده است. رعایت حد مجاز روان کننده در بتن هم برای تامین روانی و هم جلوگیری عدم گیرش و آب انداختن شدید بتن لازم است. طبق تعاریف موجود روان کننده در بدترین حالت باید قادر به کاهش 5% مصرف آب باشد. تعیین دقیق مقدار لازم روان کننده نیاز به آزمایش دارد. نوع و شکل سنگدانه بسیار در مصرف روان کننده بتن موثر است. سنگدانه تیزگوشه به دلیل افزایش چفت و بست کارایی بتن را کم می‌کند. پس در بتن حاوی سنگدانه تیزگوشه باید مقدار بیشتری روان کننده بتن اضافه کرد. یا اگر سنگدانه آبکشی بالایی داشته باشد به دلیل قوام بیش از حد بتن نیاز به روان کننده بیشتر از حالت عادی است.

در ادامه تکامل ساخت این مواد، سدیم و آمونیوم لیگنوسولفونیک اسید وارد صنعت بتن شدند. نمک‌های مختلف و مشتق آنان خواص ترکیبات ابتدایی را بهبود بخشیدند. این مواد به صورت سنتی از چربی زائد خمیر کاغذ به دست می‌آیند. که از این چربی حدود 20 تا 30 درصد مواد لیگنو هستند. حدود 30 درصد خود لیگنو هم از کربوهیدرات تشکیل شده است. حتی لیگنو اصلاح شده با فیلتراسیون و شکرزدایی قابلیت رقابت با نسل دوم روان کننده را دارد.

این افزودنی‌ها اندکی هواسازی در بتن دارند. پس در هوای گرم باید به این نکته توجه ویژه نمود. مثلا یکی از روش‌های کنترل هوای بتن افزودنی ضد کف است. برای این منظور استفاده از تری بوتیل فسفات و استرهای بورات و مشتقات سیلیکون رایج است.

ذرات سیمان در حضور آب به دلیل نبود نیروی دافعه به هم می‌چسبند. تشکیل کلوخه سیمان، از آب دیده شدن همه سیمان جلوگیری می‌کند. این موضوع از شرکت همه ذرات سیمان در هیدراسیون جلوگیری می‌کند. عدم حضور فعال همه سیمان در نهایت سبب افت مقاومت بتن خواهد شد. روان کننده بتن هم با ایجاد بار منفی در سطح ذرات سیمان از چسبیدن این ذرات به هم جلوگیری می‌کند

علاوه بر این موارد سرعت تولید اترینگایت در حضور لیگنو کاهش می‌یابد. این موضوع سبب عبور راحت آب از بین ذرات خواهد شد؛ زیرا گیرش به تاخیر افتاده و سیمان سفت شده جلوی عبور آب را نخواهد گرفت.

به هنگام استفاده از روان کننده باید نوع مصالح به دقت بررسی شود. مثلا دوده سیلیسی به دلیل ریز بودن ذرات و جذب سطحی بالا مصرف روان کننده بتن را افزایش می‌دهد.

روان کردن بتن برای قالب گیری آسوده

-روان کننده های نسل دوم یا فوق روان کننده‌های بتن

روان کننده نسل دوم در حدود سال 1930 میلادی به بازار عرضه شدند. پلیمرهای اسید سولفونیک نفتالین تغلیظ شده اولین گروه این مواد بودند. گسترش مصرف این مواد در سال 1970 و به دلیل تغییرات درجه پلیمری شدن رخ داد.

دانشمندان این مواد را برای استفاده در هوای خیلی گرم و همراه با عوامل تشدید کننده مثل وزش باد تولید کردند. این مواد همه مزایای نسل اول را داشته و در مواردی قدرت ترکیبات این محصولات بیشتر است.

مثلا در صورت کم بودن عیار بتن در حضور لیگنو مشکلاتی از قبیل عدم تجمیع دوغاب روی سطح بتن مشاهده شده که این مشکل توسط فوق روان کننده بتن برطرف شده است. این موضوع از جمع شدگی بتن جلوگیری می‌کند. یکی دیگر از تفاوت‌های بارز این محصولات کاهش حرارت هیدراسیون سیمان در اثر کاهش نیاز سیمان خواهد بود این موضوع در هوای گرم بسیار به بتن ریزی کمک خواهد کرد.

مقاومت بتن ساخته شده با فوق روان کننده بیشتر از مقاومت بتن ساخته شده با روان کننده بتن است. یک دلیل این موضوع قدرت بالاتر کاهندگی مصرف آب در بتن است. دلیل دیگر تراکم بیشتر بتن حاوی این مواد است. همچنین نفوذ پذیری بتن حاوی فوق روان کننده نیز بسیار کمتر از حالت عادی است.

این افزودنی در هوای سرد به صورت تندگیر استفاده می‌شود. این ترکیبات مکمل سیمان تندگیر هستند. یخ زدن بتن تابع توزیع حباب هوا در بتن، درجه هوا و درجه اشباع خمیر سیمان و سنگدانه است. به همین دلیل به کار بردن این مواد باید به صورت کنترل شده در هوای سرد باشد. بعضا مشاهده شده استفاده غلط از فوق روان کننده بتن سبب دیرگیری و یخ زدن بتن شده است.

از آنجایی که بتن در معرض سولفات بسیار سریع تخریب می‌شود، بتن ساخته شده باید در برابر حملات سولفاتی مقاوم باشد. استفاده از ترکیبات ملامینی و نفتالینی ضامن حفظ سلامت بتن در دراز مدت است. دلیل این امر تا حدود زیادی به علت کاهش نیاز آبی بتن است. در حالت عادی بین 12 تا 15 درصد نیاز آب بتن با این افزودنی کاهش می‌یابد. مقاومت در برابر کلر و خوردگی آرماتور بتن حاوی فوق روان کننده نیز طبق استاندارد ACI 318 بالاست.

-روان کننده های نسل سوم یا ابر روان کننده های بتن

نمک اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیک آلی در سال 1950 روانه بازار شدند. اسید گلوکونیک رایج ترین ترکیب روان کننده نسل سوم است. این مواد از لحاظ قیمت هرگز قابل رقابت با دو نسل قبلی نیستند. به همین دلیل مقدار مصرف این مواد کمتر از سایر روان کننده‌هاست. گروهی پر مصرف از این مواد هم پلی کربوکسیلات اتر است. در این ترکیبات شاخه اتری تقریبا عمود بر مولکول کلی است. در این نسل از روان کننده ها علاوه بر بار اکتریکی ایجاد شده دور ذرات سیمان، یک دافعه فضایی هم در ذرات سیمان ایجاد می‌شود.

نمک آمونیاک و تری اتانول آمین بیشترین ماده موجود در ترکیبات ابرروان کننده بتن است. این ترکیبات امکان ساخت بتن با کیفیت و متراکم را فراهم می‌کنند. این افزودنی چسبندگی بتن به میلگرد را هم افزایش می‌دهد. عدم وجود ترکیبات کلر دار ضامن سلامتی آرماتور در دوره عمر مفید سازه خواهد بود. ساخت بتن پیش تنیده و پس کشیده با این محصولات امکان پذیر است.

مکانیزم عملکرد ابر روان کننده بتن و تاثیر آن بر ذرات سیمان

این مواد از لحاظ قلیایی خنثی هستند. مشکلات زیست محیطی و مخاطرات سلامت انسان ندارند و وزن مخصوص ان ها تقریبا شبیه آب است. به همین دلایل استفاده از این مواد بدون مشکل خاصی بوده و گسترش زیادی داشته است. یکی از دلایل گرایش مصرف ابر روان کننده بتن سازگاری با انواع مصالح بتنی و سیمان و سایر افزودنی‌های بتن است. به طوری که از این افزودنی به صورت ترکیبی در بتن بسیار استفاده می‌شود. مثلا ژل میکروسیلیس ساخته شده با ابر روان کننده یکی از باکیفیت‌ترین محصولات بتنی موجود در بازار است.

در استاندارد ملی ایران شماره 2930 محدودیت مصرف و حد کیفیت افزودنی بتن تعیین شده است. محصولات این شرکت نیز طبق استانداردهای روز دنیا تولید و به بازار عرضه می‌شود. در مطالعات انجام شده کاهش مصرف 40% آب توسط این محصولات گزارش شده است.

برای بررسی تاثیر دقیق این محصولات باید نمونه شاهد طبق استاندارد 8117 ایران ساخته شده و با نمونه حاوی روان کننده مقایسات انجام شود.

در مورد نگهداری و انبار این محصولات نیز رعایت نکاتی الزامی است. جلوگیری از یخ زدن و تابش مستقیم نور خورشید برای حفظ کیفیت محصولات در مدت زمان طولانی لازم است.

اگر برای خرید هر یک از انواع افزودنی بتن مانند ابر روان کننده، فوق روان کننده و انواع روان کننده بتن نیاز به راهنمایی و مشاوره داشتید، می توانید از طریق شماره تلفن 09334303003 و همچنین وبسایت صنایع شیمی ساختمان رامکا Ramka.com با تیم فروش و مشاوران رامکا در ارتباط باشید.