افزودنی های بتن، انواع و کاربرد مواد افزودنی بتن

مقدمه ای بر مواد افزودنی بتن:

مواد افزودنی بتن به مقدار کم به بتن اضافه می شوند و باعث بهبود عملکرد بتن می گردد. معمولا آن را به عنوان درصدی از وزن بتن نشان میدهند. بحث مواد افزودنی یک موضوع پیچیده است و درک مواد افزودنی موجود و کاربرد آنها بسیار مهم می باشد که در ادامه با انواع افزودنی های بتن آشنا خواهید شد:

مواد افزودنی کاهش دهنده آب (روان کننده ها)
افزودنیهای فوق روان کننده بتن
مواد افزودنی کندگیر کننده
مواد افزودنی زودگیر کننده (تسریع کننده ها)
مواد افزودنی هوازا
ضد یخ

مواد افزودنی بتن کاهش دهنده آب (روان کننده ها):

مواد افزودنی کاهنده آب مواد آلی محلول در آب هستند، که مقدار آب مورد نیاز را برای دستیابی به کارایی خاص بدون تأثیر بر مقدار هوا یا عملآوری بتن کاهش می دهند. آنها سه عملکرد را انجام می دهند:

افزایش مقاومت
اقتصادی در طرح اختلاط و کاهش ترکیبات کربن دار مانند کربن دی اکسید
افزایش کارایی

افزودن این مواد به بتن، کارایی یا همان اسلامپ بتن را افزایش میدهد. استفاده از مقدار بالای روان کننده بجای استفاده از نسبت آب به سیمان بالاتر نیز برخی اوقات در دستور کار مهندسین قرار می گیرد. این مواد را در بازار با نام روان کننده (پلاستی سایزر) و فوق روان کننده (سوپر پلاستی سایزر) می شناسند. استفاده از این نوع افزودنی مقاومت بتن را افزایش میدهد و باعث روانی و کارایی بهتر آن در پمپ برای بتن ریزی می گردد.

افزودنی های فوق روان کننده بتن:

این مواد یکی از کاربردی ترین راه حل ها برای کاهش مقدار آب در سیمان میباشد و انجمن مواد و آزمون آمریکا (ASTM) به عنوان افزودنی تیپ F شناخته میشود. استفاده از فوق روان کننده ها باعث کاهش 25 الی 35 درصدی در مصرف آب بتن می گردد. از آنجاییکه فرآیند تولید پیچیده ای دارند، درنتیجه قیمت آن ها نیز بیشتر است.

آدام نویل در کتاب خود با عنوان ” Properties of concrete ” فوق روان کنندهها را به چهار دسته اصلی تقسیم میکند:

افشرده ملامین فرم آلدئید سولفاته شده
افشرده نفتالین فرم آلدئید سولفاته شده
لیگنو سولفونات های اصلاح شده
پلی کربوکسیلات اصلاح شده

شایان ذکر است که بتن با مواد افزودنی فوق روان کننده دارای مقاومت بتن بیشتر در سنین 1، 3 و 7 روز نسبت به بتن بدون فوق روان کننده میباشد. در جدول زیر مقایسه ای از سه حالت بتن با و بدون استفاده از فوق روان کننده آورده شده است.

آزمایش		الف) بتن شاهد بدون ماده افزودنی	ب) بتن با فوق روان کننده با 2% وزنی سیمان	ج) بتن بدون فوق روان کننده و با اسلامپ کمتر
مقدار سیمان (kg/m3)		360	360	360
نسبت آب به سیمان		6/0	45/0	45/0
اسلامپ (mm)		225	225	30
مقاومت فشاری (Mpa)	1 روزه	10	20	16
	3 روزه	21	35	28
	7 روزه	32	43	37
	28 روزه	45	55	52

مواد افزودنی کندگیر کننده (دیرگیر کننده):

در دهه پنجاه میلادی نمکهای اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیک آلی به عنوان مواد کندگیر کننده وارد بازار شدند که تقریبا سی درصد آن را نمک های سدیم یا نمکهای آمونیا و تری اتانول آمین تشکیل میدهد. این مواد افزودنی کندگیر کننده در ترکیب با C3A و C3S سیمان، باعث ایجاد یک لایه نازک به روی ذرات سیمان میشوند. همین لایه نازک موجب کاهش واکنشها بین ماده سیمان با آب میشود و در نتیجه باعث کاهش سرعت هیدراسیون می گردد. باید دقت داشت که استفاده بیش از اندازه از این نوع افزودنی نه تنها زمان شروع هیداسیون را از یک حدی بیشتر به تاخیر نخواهند انداخت بلکه موجب عدم گیرش خمیر سیمان نیز خواهد شد.

مواد افزودنی زودگیر کننده (تسریع کننده ها):

همانطور که از نام این افزودنی برمی آید، استفاده از این افزودنی باعث تسریع در زمان گیرش بتن می گردد. کلرید کلسیم (CaCl2) معروفترین تندگیر کننده با بیشترین میزان مصرف در بین تندگیر کننده ها می باشد که در جدول زیر خواص و ملاحضات مربوط به آن آورده شده است:

خاصیت	تاثیر کلی	ملاحظات
خوردگی	میزان مصرف کلسیم کلرید، نباید از 5/1 % تجاوز نماید و پوشش کافی نیز میباید درنظر گرفته شود	نباید در بتن پیش تنیده یا در بتن دارای ترکیب از فلزات نامشابه، استفاده شود. برخی از ضوابط استفاده کلرید کلسیم را در بتن آرمه مجاز نمی دانند.
جمع شدگی و خزش	افزایش می یابد.
تغییر حجم	افزایش 0 تا 15 درصد گزارش شده است
مقاومت دربرابر آسیب دیدگی یخ زدن و آب شدن	مقاومت اولیه بهبود می یابد	در سنین بعدی ممکن است در مقابل حمله یخ زدگی مقاومت کمتری داشته باشد
آب بندی	در سنین اولیه بهتر می شود
مدول ارتجاعی	در سنین اولیه افزایش می یابد	در مدت زمان های طولانی تر، تقریبا همانند بتن شاهد است
آب انداختگی	کاهش می یابد
گیرش	هر دو گیرش های اولیه و نهایی را کاهش می دهد.	زمان های گیرش اولیه و نهایی حداقل یك ساعت زودتر از بتن شاهد
مقاومت فشاری	به طور چشمگیری مقاومت فشاری در سه روز اول عمل آوری را افزایش می دهد (در حدود 30 الی 100 درصد)	افزایش حداقل 125 درصد بتن شاهد در 3 روز
مقاومت کششی	کمی کاهش در 28 روز
مقاومت خمشی	کاهش در حدودد 10 درصد در 7 روز	بسته به مواد آغازین و روش عمل آوری
حرارت هیدراتاسیون	افزایشی در حدود 30 درصد در 24 ساعت	برابر مقدار کل حرارت در زمان های طولانی تر با بتن شاهد
مقاومت دربرابر حمله سولفاتی	کاهش می یابد	استفاده از سیمان نوع V
واکنش قلیایی سنگدانه	شدیدتر می شود	سیمان با قلیایی کم یا پوزولان

باید مواد زودگیر کننده را در گام اول با آب مخلوط و سپس به مخلوط ماسه و شن اضافه کرد. در محل هایی که دمای هوا پایین یعنی هوا سرد است و در مواردی که نیاز به تعمیرات سریع و یا مواردی که نیاز به باز کردن سریع قالب بتن باشد، می توان از این نوع افزودنی به عنوان جایگزینی برای سیمان زودگیر بهره گرفت.

از مزایای استفاده از کلرو کلسیم می توان به افزایش مقاومت در مقابل سایش و فرسایش اشاره کرد ولی باعث کاهش مقاومت در برابر حمله سولفات ها نیز خواهد شد که از معایب آن می باشد. از دیگر معایب آن ایجاد خوردگی در آرماتور های بتن است. مقدار استفاده مجاز آن برای سازه های بتن آرمه کمتر از 5/0 درصد وزنی سیمان توصیه شده است. استفاده از این افزودنی در در سازه های بتنی پیش تنیده مجاز نمی باشد زیرا باعث خوردگی شدید کابلهای بتن خواهد شد.

استفاده از این نوع افزودنی در سازه های مانند کانال های آب و دیوارهای مخازن توصیه نمی شود. حداکثر مقدار مجاز در صورت ضرورت از تسریع کننده ها در سازه های آبی، 1/0 درصد وزن سیمان می باشد زیرا در سازه های هیدرولیکی امکان نفوذ آب به داخل بتن وجود دارد و همین موجب فعال شدن کلرو کلسیم عمل نکرده، خواهد شد.

می توان از دیگر تسریع کننده های موجود در بازار به کلرو سدیم و کلرو باریم اشاره کرد.

مواد افزودنی هوازا:

افزودنی های هوازا با ایجاد حباب های کوچک با قطر کمتر از 05/0 میلیمتر در بتن می شود. حجم هوا داخل این نوع بتن (بتن هوا دار) در حدود 4 الی 8 درصد می باشد. این حباب ها به دو دسته غیر عمدی که درشت تر و دسته عمدی که ریز تر می باشد تقسیم می گردد.

دسته اول یعنی حباب های غیر عمدی کم و بیش در بتن حضور دارند و ویبره کردن نیز به منظور کاهش این نوع حباب ها انجام می شود.

دسته دوم یعنی حباب ها عمدی نیز می تواند توسط مواد افزودنی هوازا و یا استفاده از سیمان های IA ، IIAو IIIA در بتن بوجود آید. در هنگام تشکیل حباب های عمدی نیز از ویبره به منظور جلوگیری از ایجاد حباب های درشت استفاده خواهد شد ولی مدت ویبره کردن به دلیل جلوگیری از خروج حباب های ریز، کاهش می یابد.

بطور کلی فواید بتن هوادار به شرح ذیل می باشد:

افزایش قابلیت آب بندی
افزایش مقاومت در مقابل یخبندان
کاهش امکان تورق
کاهش میزان جذب آب
افزایش مقاومت در برابر حمله سولفات ها
کاهش امکان جداشدن دانه ها
افزایش مقاومت در برابر شرایط بدجوی
کاهش امکان َآب انداختن بتن
کاهش میزان افت و خزش
افزایش میزان روانی بتن

ضد یخ بتن:

وظیفه اصلی یک ضد یخ مناسب این است که علاوه بر کاهش دمای انجماد آب اضافی بتن، تاحدی زمان گیرش را نیز تسریع کند. باید توجه داشت که استفاده از ضد یخ های کلر دار در سازه هایی که دارای میلگرد، گالوانیزه و یا آلومینیوم هستند و یا امکان خوردگی وجو دارد و در تماس با آب یا خاک سولفاته هستند، به هیچ وجه مجاز نیست و درصورت لزوم بایستی از ضدیخ های دیگر که بر پایه نیترات هستند استفاده کرد.

از آنجایی که بتن در دمای زیر صفر درجه شروع به انجماد می کند ولی واکنش های هیدراسیون سیمان به دمان بالاتر از 4 درجه سانتی گراد احتیاج دارند در نتیجه استفاده از ضدیخ ها کمکی به انجام واکنش نمی کند. بنابراین بتنی که به همراه ضد یخ استفاده می شود نیاز به زمان کمتری برای سفت شدن نسبت به حالت نرمال دارد.

باید همواره به این نکته دقت کرد که میزان استفاده از ماده افزودنی ضد یخ می بایست مطابق به توصیه کارخانه این محصول باشد.