فوق روان کننده بتن چیست؟
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
فراروان‌کننده ها (Ultra high range water reducers)
این افزودنی ها که سومین گروه کاهنده های آب هستند از دهه‌ی 1990 میلادی مورد استفاده قرار گرفته اند و با نام های فوق روان‌کننده توانمند یا ابرروان کننده نیز شناخته می شوند. هر چند این افزودنی‌ها ویژگی های منحصر به فردی نسبت به فوق روان‌کننده ها دارند ولی در حال حاضر در همان دسته بندی فوق روان‌کننده ها یعنی ASTM C494: Type F & G و ASTM C1017: Type I & II جای می‌گیرند.
این افزودنی ها مقدار آب اختلاط بتن را بیش از 25 درصد کاهش می‌دهند. این دسته از افزودنی‌ها نسبت به روان کننده ها و فوق روان‌کننده ها تاثیرات جانبی کمتری دارند. عموما فراروان‌کننده ها در مقادیر مصرف کم، تاثیر روان کنندگی بیشتری نسبت به فوق روان کننده ها (در مقدار مصرف یکسان) دارند. ویژگی های منحصر به فرد این افزودنی ها از جمله تولید بتن های توانمند، خودتراز، خود متراکم و با مقاومت های خیلی زودرس و خیلی زیاد از یک سو و صرفه جویی در انرژی مصرفی، کاهش هزینه های اجرایی و سازگاری زیست محیطی از سوی دیگر، باعث گسترش روز افزون کاربرد آنها در کشورهای مختلف جهان شده است.
نکته- فرآیند تولید این افزودنی‌ها این امکان را فراهم می‌آورد که بر اساس نیاز هر صنعت یا مشخصات فنی و شرایط اجرایی هر پروژه، فراروان کننده ایی سازگار و مناسب تولید کرد.
نکته- مراکز تحقیقاتی جهان، شرکت‌های تولید کننده افزودنی های بتن و سازمان های مرتبط با صنعت ساخت و ساز همواره در جستجوی یافتن مواد شیمیایی جدید با کارآیی و تاثیر بهتر بر عملکرد مخلوط های بتنی هستند و احتمال پیدایش و عرضه محصولات جدید همچنان وجود دارد.
نکته- با توجه به خاصیت پخش‌کنندگی بسیار زیاد فراروان‌کننده، تاثیر آن بر احتمال جداشدگی و آب انداختگی در مخلوط های بتن با دانه بندی نامناسب به مراتب بیشتر از سایر کاهنده های آب است.
مکانیزم عملکرد کاهنده های آب
کاهنده های آب از نوع افزودنی های با عملکرد فیزیکی هستند و تاثیری مستقیمی بر فرآیند آبگیری سیمان ندارند. بخش اصلی افزودنی های کاهنده ی آب، عوامل اثرکننده بر سطح هستند. عوامل اثرکننده بر سطح موادی هستند که در سطح مشترک بین دو فاز آمیخته نشدنی متمرکز می‌شوند و نیروهای فیزیکی شیمیایی موثر بر این سطح را تغییر می‌دهند. در مخلوطی که از مواد کاهنده آب استفاده نشود، ذرات سیمان به یکدیگر می چسبند و لخته می‌شوند. مکانیزم کلی عملکرد این افزودنی ها، کاهش نیروهای جاذبه بین ذرات و کمک به جدایش و بهبود پخش شوندگی دانه‌های سیمان از یکدیگر است. این مکانیزم علاوه بر فراهم کردن حرکت آزادانه ذرات سیمان به دلیل جدایش آنها از یکدیگر، آب محبوس در لخته های سیمانی را نیز آزاد و صرف بهبود روانی مخلوط بتن می‌کند.
روان‌کننده ها به یکی از شیوه‌های زیر نیروی جاذبه بین ذرات سیمان را کاهش می دهند و به پراکند ه‌شدن آنها کمک می کنند:
· کاهش کشش بین سطحی
· جذب چندلایه ای مولکول های آلی
· افزایش پتانسیل الکتروسینماتیکی
· ایجاد لایه‌ای از مولکول های آب احاطه کننده ذرات
· تغییر در ساختار ترکیبات هیدراته شده سیمان
روان‌کننده ها
گستره‌ی وسیعی از مواد روان‌کننده با ویژگی‌ها و خواص جانبی گوناگون تولید و ارایه می‌شوند که بخش اصلی مواد تشکیل‌دهنده آنها عبارتند از:
· مشتقات و ترکیبات اسید لیگنوسولفونیک و نمک های آنها (لیگنوسولفونات‌ها)
· مشتقات و ترکیبات اسید هیدروکسی کربوکسیلیک و نمک‌های آنها
· پلیمرهای هیدروکسیل دار
· مواد غیر یونی اثرکننده بر سطح
فوق روان‌کننده ها
بخش اصلی مواد تشکیل دهنده فوق روان‌کننده عبارتند از:
· لیگنوسولفونات‌های اصلاح شده
· نمک های تغلیظ شده ملامین سولفونات (ملامین فرم آلدهید سولفوناته)
· نمک های اسید نفتالین سولفونیک تغلیظ شده با وزن ملکولی بالا (نفتالین فرم آلدهید سولفوناته)
· سایر پلیمرهای مصنوعی مانند پلی استایرن سولفوناته، پلیمرهای هیدروکسیل دار و برخی از کوپلیمرهای محلول در آب یا ترکیبی از آنها
فراروان‌کننده ها
فراروان‌کننده ها عمدتا بر پایه پلیمرهای مصنوعی زیر هستند:
· پلی‌کربکسیلیک اتر، اسید اکریلیک، متوکسی پلی اتیلن، و انیدرید مالییک
· کوپلیمرهای کربوکسیلیک آکریلیک استر.
کاربرد
افزودنی‌های کاهنده آب پاسخگوی نیازهای متعـددی در کارگاه هستند که از آن جمله می توان به کاهش آب بتن، تولید بتن با مقاومت زیاد، صرفه جویی در مصرف سیمان بدون کاهش مقاومت بتن، افزایش کارآیی بتن بدون افزودن آب، بهبود خواص بتن هایی که دارای سنگدانه های خشن و یا دانه بندی نامناسب هستند، سهولت در پمپاژ، بتن‌ریزی در مکانهایی که دسترسی کمتری دارند، و یا ترکیبی از مـوارد فوق اشاره کرد
روانی بتن که با اسلامپ سنجیده می‌شود، برای بتنی با نسبت ها و اجزای معین، به مقدار آب اختلاط بستگی دارد. عملکرد اصلی افزودنی های کاهنده ی آب، توانایی آنها در کاهش مقدار آب اختلاط است. بر اساس این عملکرد می توان کاربرد آنها را به سه شیوه در بتن مورد بررسی و ارزیابی قرار داد.
· با مصرف کاهنده آب ضمن ثابت نگهداشتن مقدار سیمان و روانی بتن، می‌توان مقدار آب اختلاط و در نتیجه نسبت آب به سیمان را کاهش داد (اثر کاهندگی آب اختلاط) و به بتنی با روانی یکسان و مقاومت مکانیکی بیشتر از بتن شاهد (بدون افزودنی) دست یافت.
· با مصرف کاهنده آب، ضمن ثابت نگهداشتن مقدار آب و سیمان بتن، روانی و کارآیی بتن افزایش می‌یابد (اثر روان‌کنندگی)
· در برخی بتن ها با مصرف کاهنده آب ضمن ثابت نگهداشتن روانی و نسبت آب به سیمان، می‌توان آب اختلاط و مقدار سیمان اضافی را کاهش داد.
دستیابی به برخی بتن های ویژه مانند بتن خودتراز، بتن خودتراکم، بتن‌های با مقاومت خیلی زودرس و بی نیاز از بخاردهی، بتن خیلی روان و بتن توانمند بدون استفاده از افزودنی های کاهنده آب به ویژه روان‌کننده ها و فراروان‌کننده ها درحال حاضر بسیار پرهزینه و در مواردی غیر ممکن است. اگرچه به نظر می رسد با افزایش مقدار سیمان مصرفی می‌توان به برخی از این ویژگی ها دست یافت ولی افزایش بیش از اندازه سیمان به دلیل تمایل ذرات سیمان به لخته شدن و افزایش چسبندگی بیش از اندازه مخلوط و افزایش مشکلات اجرایی از یک سو و افزایش تغییر شکل های دراز مدت بتن سخت شده (جمع شدگی و خزش) از سوی دیگر، نه تنها از نظر فنی راهکار مناسب و کارآمدی نیست بلکه بسیار غیراقتصادی هم هست. برای دستیابی به این ویژگی ها، فراروان‌کننده ها به دلیل تاثیرات جانبی کمتری که نسبت به روان‌کننده ها و فوق روان‌کننده ها دارند، کاربرد گسترده تری دارند.
تاثیر کاهنده های آب بر ویژگی های بتن تازه
افزودنی های کاهنده آب علاوه بر کاهش مقدار آب مخلوط بتن تازه، بر برخی دیگر از خواص آن نیز تاثیر می‌گذارند.
زمان گیرش
زمان گیرش بتن به ترکیبات شیمیایی و اندازه ذرات سیمان، دما و نسبت آب به سیمان بستگی دارد. در بتنی با دما و نسبت آب به سیمان معین، کاهنده های آب به دلیل پخش‌کردن ذرات سیمان و به تاخیر انداختن به هم چسبیدن و لخته شدن ذرات و محصولات آبگیری سیمان به یکدیگر (کندگیری فیزیکی)، گیرش اولیه و نهایی بتن را به تاخیر می اندازند. از سوی دیگر، پخش‌شدن ذرات سیمان امکان آبگیری بهتر و همه جانبه ی آنها را فراهم می‌کند که می‌تواند تسریع واکنش و تولید محصولات آبگیری را به دنبال داشته باشد. بنابراین هر چقدر که قدرت پخش‌کنندگی افزودنی های کاهنده آب بیشتر باشد (از روان‌کننده به فراروان کننده) تاثیر کندگیری آنها کاهش می‌یابد.
هوازایی
برخی از روان‌کننده ها کشش سطحی آب را کاهش می دهند و مقداری حباب هوا در بتن ایجاد می‌کنند. لیگنوسولفونات ها شناخته شده ترین کاهنده های آب هستند که خاصیت هوازایی دارند. مقدار هوای وارده توسط این مواد معمولاً بین 2 تا 6 درصد متغیر است، اگرچه مقادیر بیشتر نیز تا کنون گزارش شده است. هوازایی روان‌کننده ها را می‌توان با اصلاح فرمول شیمیایی کنترل کرد، معمولاً لیگنوسولفونات های اصلاح شده کمتر از یک درصد حباب هوا ایجاد می‌کنند. فوق روان‌کننده ها و فراروان کننده ها اصولاً خاصیت هوازایی ندارند ولی ممکن است روی توان هوازایی برخی از سیمان‌ها و مواد هوازا تاثیرگذار باشند و باعث تغییر در میزان هوای بتن شوند.
افزایش روانی مخلوط بتن به ازدیاد تشکیل حباب های هوا در حین اختلاط کمک می‌کند ولی بتن های دارای فوق روان کننده در مقایسه با بتن شاهد (با روانی یکسان)، فرصت خروج آسان تر حباب های هوای محبوس را در حین عملیات انتقال و بتن ریزی فراهم می کنند. فوق روان کننده های بر پایه ملامین در مقایسه با نوع نفتالینی نه تنها هوای محبوس کمتری ایجاد می‌کنند بلکه افت مقدار هوای سریع تری نیز دارند. فراروان کننده ها عموما خاصیت هوازایی ندارند و پس از اتمام اختلاط بتن به دلیل سهولت حرکت اجزای بتن، موجب جابجایی و جای گیری ذرات در درون فضای خالی بین یکدیگر می‌شوند و حباب های هوای محبوس را به سطح بتن می‌رانند.
افزودنی های کاهنده آب در بتن های هوازایی شده، پایداری حباب های هوا را بهبود می بخشند و میزان تاثیر و راندمان افزودنی های هوازا را افزایش می‌دهند.
کارآیی
کارآیی خصوصیتی از بتن یا ملات تازه است که آسانی یا دشواری اختلاط، ریختن، تراکم و پرداخت کردن آن را بیان می‌کند. موضوع کارآیی همواره در بتن ریزی ها مطرح می‌شود ولی در حال حاضر ابزار مناسبی برای سنجش کارآیی در کارگاه ها وجود ندارد. معمولاً روانی بتن که به وسیله آزمایش اسلامپ اندازه گیری می‌شود ملاکی برای توصیف کارآیی بتن به شمار می آید در حالی که ممکن است دو نمونه با روانی یکسان، دارای کارایی متفاوتی باشند. بتن های محتوی افزودنی های کاهنده آب معمولاً کارآیی بهتری از خود نشان می‌دهند و میل به قالب پذیری و پرداخت سطح آنهـا بهتر از بتن های با روانی مشابه ولی بدون افزودنی است.
آب انداختگی
تاثیر همه افزودنی های کاهنده آب بر آب انداختگی یکسان نیست، به عنوان مثال نمک های اسید هیدروکسی کربوکسلیک موجب افزایش آب انداختگی می شوند در حالی که مشتقات و ترکیبات اصلاح شده آنها تاثیری بر پدیده آب انداختگی ندارند. لیگنوسولفونات ها و مشتقات آنها آب انداختگی بتن تازه را کاهش می دهند که بخشی از این خاصیت آنها به دلیل ایجاد حباب هوا در بتن است. فوق روان‌کننده ها و فراروان‌کننده ها معمولا آب انداختگی و جداشدگی را کاهش می‌دهند به جز در مواردی که مقدار مصرف افزودنی بیش از اندازه باشد[9]. گاهی آب انداختگی و جداشدگی بتن تازه پس از اضافـه کردن فوق روان‌کننده و فراروان‌کننده ها به دلیل اشکال در دانه بندی سنگدانه ها است و نه تاثیر منفی افزودنی، در چنین شرایطی با اصلاح دانه بندی به خصوص افزایش ریزدانه ها می‌توان جداشدگی را کاهش داد.
روند افت روانی
روند افت روانی که بیانگر مقدار کاهش روانی در واحد زمان است، در بتن دارای کاهنده آب بیشتر از بتن شاهد (با اسلامپ اولیه یکسان) است. بتن های حاوی فوق روان کننده در مقایسه با بتن‌های حاوی روان کننده که اسلامپ اولیه یکسانی داشته باشند از روند افت روانی بیشتری برخوردارند. فراروان کننده ها اگرچه نسبت به بتن شاهد روند افت روانی بیشتری دارند ولی نسبت به فوق روان کننده ها از توان حفظ روانی (اسلامپ) بیشتری برخوردارند.
یکی از مزایای اصلی استفاده از فوق روان‌کننده ها و فراروان کننده ها در بتن افزایش قابل توجه اسلامپ و روانی آن است ولـی زمان قابل کار کردن به دلیل افت اسلامپ به شدت کاهش می یابد که می تواند سبب بروز مشکلات اجرایی شود. برای حل این مشکل در مورد فوق روان‌کننده ها می‌توان بخشی از فوق روان‌کننده را در محل ساخت بتن و بخش دیگر را در محل بتن ریزی به مخلوط اضافه کرد تـا زمـان قابل کار کردن افزایش یابد یا از فوق روان‌کننده های کندگیر استفاده کرد. در مورد فراروان کننده ها می‌توان روانی بتن را در هنگام ساخت به گونه ایی تنظیم کرد (با اسلامپ بالاتر) که روانی مورد نظر را در پای کار تامین کند یا در هنگام ساخت بتن، در صورت نیاز جهت سهولت در اختلاط و حمل، از یک روان کننده سازگار در مقادیر کم استفاده کرد و فراروان کننده را در پای کار به بتن افزود.
پرداخت پذیری
روان‌کننده ها معمولاً در پرداخت سطح بتن بسیار مؤثرند درحالیکه سطح بتن‌های محتوی فوق روان‌کننده به دلیل کاهش آب انداختگی و افت سریع روانی به سختی پرداخت می‌شوند، مضافاً اینکه تمایل به پوسته شدن و یا ترکهای ناشی از جمع شدگی خمیری در این نوع بتن ها بیشتر است، به همین دلیل در اینگونه مواقع بایستی سطح بتن را با روش‌هایی چون مرطوب کردن، استفاده از مواد تاخیر دهنده تبخیر، یا هر روش مناسب دیگری از خشک شدن حفظ نماییم. این روش‌ها بایستی با دقت انجام پذیرد تا تاثیر نامناسبی بر دوام سطح بتن بوجود نیاورند.
تراکم پذیری
کاهنده های آب امکان حرکت و لغزش ذرات بر روی یکدیگر را در داخل مخلوط بتن فراهم می‌کنند و خواص ریولوژیک بتن تازه و رفتار آن را در هنگام ارتعاش و متراکم شدن بهبود می بخشند. برای متراکم کردن بتن‌های دارای کاهنده آب در مقایسه با بتن شاهد به انرژی کمتری نیاز است. این اثر در بتن های با روانی (اسلامپ) کم و به ویژه در بتن‌های بدون اسلامپ نمایان‌تر است. در بتن‌های دارای مقادیر کافی فراروان کننده به دلیل سهولت حرکت و لغزش ذرات بر روی یکدیگر بدون نیاز به لرزاندن، اجزای بتن در اثر وزن خود فضاهای خالی را پر می‌کنند و متراکم می‌شوند (بتن خود متراکم) در حالی که در بتن‌های بدون فراروان‌کننده به دلیل پدیده لخته شدگی ذرات سیمان و ریزدانه ها، هر چقدر هم که روانی افزایش یابد نمی توان به بتن خود متراکم دست یافت.
تاثیر بر ویژگی های بتن سخت
مقاومت
استفاده از کاهنده آب اگر با کاهش نسبت آب به سیمان همراه باشد افزایش مقاومت را به دنبال دارد ضمن این که در صورت ثابت بودن نسبت آب به سیمان نیز به دلیل پخش کردن بهتر ذرات سیمان سبب بهبود فرآیند آبگیری و افزایش مقاومت می‌شود.
کاهنده های آب کندگیر، مقاومت 24 ساعته را به خصوص در مناطق گرمسیر افزایش می‌دهند، البته ممکن است مقاومت در ساعات اولیه بتن تحت تاثیر کندگیـری کاهش یابد. کاهنده های آب در مقدار سیمان و روانی ثابت مقاومت بتن را افزایش می دهند و یا برای رسیدن به مقاومتی مشخص باعث صرفه جویی قابل ملاحظه در مصرف سیمان می شوند.
اگر افزودن فوق روان‌کننده همراه با کاهش آب بتن باشد مقاومت فشاری را تا 25 درصد و یا حتی بیشتر افزایش می‌دهد. این افزایش مقاومت با استفاده از فراروان‌کننده ها به مراتب محسوس تر است و تولید بتن هایی با مقاومت فشاری 70 مگاپاسکال و بیشتر در شرایط کارگاهی به آسانی قابل طراحی و تولید می باشد.
جمع شدگی (تکیدگی) و خزش
گزارش‌ها و اطلاعات متناقضی در مورد تاثیر کاهنده های آب بر پدیده جمع شدگی و خزش وجود دارد. گرچه متناسب با کاهش مقدار آب بتن، جمع شدگی دراز مدت کمتر می شود و به همین منوال افزایش مقاومت فشاری بتن باعث کاهش خزش می گردد ولی بطور کلی می‌توان گفت حتی مصرف مقادیر ثابتی از افزودنی ها زمانی که همراه با سیمان های مختلف مصرف می شوند، تاثیر متفاوتی بر جمع شدگی و خزش بتن سخت شده دارند.
تاثیر عوامل محیطی و اجرایی
بدون شک عواملی مانند: دما، رطوبت، سرعت وزش باد، ماشین آلات و تجهیزات تولید و انتقال بتن، زمان بین تولید و ریختن بتن، زمان حمل، و مهارت نیروهای اجرایی از جمله عوامل مهم و تاثیر گذار در عملکرد افزودنی‌های کاهنده آب می باشند.
به دلیل آن که دما در زمان گیرش، کارآیی و روند کسب مقاومت اولیه بتن بسیار مؤثر است، برای دستیابی به نتایج مؤثر معمولا افزودنی های کاهنده آب در سه گروه با تاثیرهای زودگیری، خنثی، و دیرگیری عرضه می‌شوند.
با توجه به اینکه مقدار مصرف افزودنی های کاهنده آب به نسبت سیمان موجود در طرح اختلاط تعریف می شود، لازم است ماشین آلات تولید بتن از حساسیت کافی برای پیمانه کردن آب، سیمان، سنگدانه، و مواد افزودنی برخوردار باشند. در غیر این صورت مقادیر متفاوتی در هر نوبت وارد مخلوط‌کن می‌شود و نتایج متفاوتی نیز در بر خواهد داشت.
شما می توانید برای مشاوره با بخش بازرگانی کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( 44618462-44618379– 09120916271 ) تماس حاصل فرمائید.
** این محتوا صرفا جنبه تبلیغاتی دارد و توسط سفارش دهنده آن تهیه و تنظیم شده است
