مقدمه افزودنی حباب‌ساز بتن

تجربه نشان داده است که بتن‌های بدون پوشش، در شرایط یخبندان از دوام کمی برخوردارند. آب موجود در بتن با پایین آمدن دما منجمد شده و انبساط ناشی از انجماد آب موجب پدید آمدن فشارهای هیدرولیکی در بتن می‌شود. تکرار این پدیده باعث می‌شود تا بتن به مرور زمان متلاشی شود. افزودنی‌های حباب‌ساز با ایجاد سیستم حباب‌های ریز در بتن که به صورت تصادفی پخش شده‌اند از متلاشی شدن بتن در شرایط یخبندان جلوگیری می‌کنند.

البته افزودنی‌های حباب‌ساز اثرات منفی نیز بر روی بتن دارند، مثلاً باعث کاهش مقاومت بتن می‌شوند. اما در شرایط خاص افزایش دوام بر کاهش مقاومت ترجیح داده می‌شود. در استفاده از افزودنی‌های حباب‌ساز باید دقت کرد زیرا اگر آنها به صورت نادرست در بتن استفاده شوند و میزان مصرف آن‌ها بیش از مقادیر تعیین شده باشد، ممکن است نتایج نامطلوبی بر خصوصیات بتن داشته باشند.

تعریف افزودنی حباب‌ساز بتن

در گزارش انجمن بتن آمریکا، افزودنی حباب‌ساز بدین صورت تعریف شده است: «افزودنی‌هایی که باعث توسعه سیستم حباب‌های هوای میکروسکپی در بتن، ملات و خمیر سیمان در طول اختلاط می‌شوند.»]۱[. آیین‌نامه بتن ایران (آبا) نیز افزودنی حباب‌ساز را بدین صورت تعریف کرده است: «موادی هستند که سبب تشکیل حباب‌های بسیار ریز هوا که به طور یکنواخت در حجم بتن یا ملات توزیع شده‌اند می‌گردند، این حباب‌ها باید پس از سخت شدن بتن یا ملات در آن باقی بمانند.» ]۲[.

تاریخچه افزودنی حباب‌ساز بتن

در اوایل دهه‌ی ۱۹۳۰ در آمریکا، عوامل حباب‌ساز امروزی به طور تصادفی کشف شدند. در آن زمان پس از اجرای یک جاده با استفاده از روسازی بتنی مشاهده کردند که بتن بعضی از بخش‌های جاده در مقابل سرما و یخبندان مقاوم است در حالیکه بخش‌های دیگر روسازی بتنی در مقابل سرما و یخبندان بسیار آسیب‌دیده‌اند. پس از بررسی‌های بیشتر دریافتند که سیمان مورد استفاده در محدوده‌هایی که بتن دوام خوبی در برابر یخبندان دارد، از آسیاب‌هایی بدست آمد که قبلاً در صنعت شمع‌سازی، برای خرد کردن چربی گاو استفاده می‌شد. بنابراین دریافته‌اند که چربی گاو به عنوان حباب‌ساز عمل کرده و دوام بتن را افزایش می‌دهد]۱[.

بعد از آن استفاده از عوامل حباب‌ساز در بتن به صورت آگاهانه رواج یافت. در آن موقع بیشتر افزودنی‌های حباب‌ساز بر اساس نمک‌های رزین چوب بودند، این مواد محصول جانبی فرایند بازیافت حلال‌های متنوع و کلوفون[۱] از تنه‌ی درخت کاج بودند. آن‌ها در ابتدا در بازار با نام وینسول[۲] وبعدها با نام تجاری وینسول رزین[۳] ارائه شدند]۳[. تا پنجاه سال بعد یعنی تا سال ۱۹۸۰ از وینسول رزین خنثی شده بای حباب‌سازی استفاده می‌شد تا اینکه افزودنی‌های دیگری با منشأهای متفاوت وارد بازار شدند، زیرا منابع وینسول رزین محدود است]۴[.

امروزه افزودنی‌های حباب‌ساز بسیار رایج شده‌اند. به طوری که بیش از ۸۰ درصد بتن‌های سیمان پرتلند مورد استفاده در روسازی آمریکا دارای عوامل حباب‌سازاند]۱[. در این نیز سیمان‌هایی وجود دارد که با علایم IA و IIIA مشخص شده‌اند که منظور، سیمان‌های تیپ I و تیپ III حاوی عوامل حباب‌ساز جامد می‌باشد.

انواع افزودنی‌های حباب‌ساز بتن

در حالت کلی موادی که برای افزایش مقاومت بتن در برابر سرما و یخبندان به کار می‌روند به دو دسته کلی مواد جامد و افزودنی محلول در آب تقسیم می‌شوند:

مواد جامد حباب‌ساز بتن

اگرچه این مواد در دسته‌ی افزودنی‌های حباب‌ساز قرار نمی‌گیرند اما می‌توانند همانند افزودنی‌های حباب‌ساز، دوام بتن را در برابر چرخه ذوب – یخ افزایش دهند. زیرا این مواد ذرات جامدی‌اند که دارای سیستم تخلخل مناسب می‌باشند و می‌توانند نقش حفرات هوا را در بتن ایفا کنند. این مواد می‌توانند گوی‌های پلاستیکی توخالی، آجر خرد شده، رس یا شیل منبسط شده و نظایر آن‌ها باشند.

تجربیات قبلی نشان داده است که وقتی از مواد غیر آلی استفاده می‌شود اندازه‌ی حفره‌های ذرات باید ۱۸/۱ میلی‌متر تا ۳۰۰ میکرومتر (الک نمره ۱۶ تا ۵۰) باشد و تخلخل کلی مواد باید حداقل ۳۰ درصد و اندازه‌ی ذرات باید ۰۵/۰ میکرومتر تا ۳ میکلومتر باشند. این مواد در برخی کاربردها نسبت به افزودنی‌های حباب‌ساز محلول برتری دارد زیرا عواملی چون افزودنی‌های دیگر، دما، پرداخت، مواد مکمل سیمانی بر این گونه سیستم حفرات هوا تأثیر نمی‌گذارد]۵[.

از سوی دیگر کاربرد این مواد در همه بتن‌ها امکان‌پذیر نیست. زیرا ساختار داخلی این مواد با ماتریس سیمان یکسان نبوده و باعث ناهمگنی بتن می‌گردد. در مجموع کاربرد این مواد در مقایسه با افزودنی‌های حباب‌ساز بسیار محدودتر است. در ادامه این فصل صرفا کاربرد مواد افزودنی حباب‌ساز برای بهبود مقاومت بتن در برابر سرما و یخبندان بررسی می‌گردد.

ترکیبات محلول در آب حباب‌ساز بتن

این مواد متعلق به گروهی از مواد شیمیایی به نام «عوامل فعال‌ساز سطحی[۴]» یا «سورفکتانت» هستند]۳[. این مواد در یک سر خود زنجیره‌ای بلند هیدروکربنی و در سر دیگر خود جزء قطبی دارند. یک سر قطبی تمایل دارد تا در آب قرار گیرد اما سر دیگر (غیرقطبی) تمایل دارد در هوا قرار گیرد. سورفکتانت‌ها در واقع در سر قطبی شامل یک نمک هستند که پس از حل شدن در آب، آن سرقطبی تجزیه شده و بر اساس نوع گروه قطبی موثر در این مواد، یکی از اجزای نمک در عملکرد سورفکتانت اثرگذار خواهد بود. عوامل فعال سطحی می‌توانند بر اساس انواع گروه‌های قطبی به دسته‌های زیر تقسیم شوند]۶[. منظور از عوامل فعال سطحی، در واقع نوع یون موثر در نمک سر قطبی سورفکتانت‌ها می‌باشد:

  1. عوامل آنیونی[۵]: بیشترین نوع آنیون‌های مورد استفاده در این سولفات می‌باشد که می‌تواند شامل ترکیبات هیدروکربن‌های سولفانات، استرهای سولفونات و کربوکسیلات‌ها باشد. رایج‌ترین یون‌های مثبت مورد استفاده در نمک سورفکتانت گروه آنیونی سدیم، آمونیوم، تری اتانول آمونیوم، NH+ (C2H4OH) می‌باشد. رزین‌های وینسول خنثی شده نیز در این دسته قرار می‌گیرند.
  2. عوامل کاتیونی[۶]: رایج‌ترین نمک‌های مورد استفاده در سری عوامل کاتیونی گروه‌های آمینی و آلکیلی هستند. برای به عنوان مثال می‌توان به آلکیل آمین هیدروکلریدها RNH+3 CL و آلکیل تری متیل آمونیوم برومید RN(CH3)+3Br که R در آن‌ها گروه آلکیل است، اشاره کرد.

۳- عوامل غیریونی: این گروه از عوامل فعال سطحی به طور کلی بدون بار الکتریکی تلقی می‌شوند اما پیوندهای واندروالس که در بین مولکول‌های تشکیل دهنده این عامل وجود دارد، باعث به وجود آمدن مقدار جزئی بار الکتریکی در مولکول‌های تشکیل دهنده عامل شده و در نهایت منجر به جهت‌گیری قطبی آن خواهد شد. رایج‌ترین عوامل فعال سطحی غیریونی، آلکانول آمدیها و پلیمرهای آلکیلن اکسید هستند. برای مثال: پلی اتیلن گلایکل استرها RCO(OC2H4)nOH، دی آلکانول آمید RCON(CnH2nOH)2.

  1. عوامل آمفوتری: منظور از این گروه از عوامل فعال سطحی، ترکیباتی هستند که در سر قطبی خود از ترکیب اسید و باز تشکیل شده‌اند. این دسته می‌توانند بر پایه اسید و بازهای قوی و یا ضعیف باشند. در این گروه از عوامل فعال سطحی در واقع اسید سرمنفی و باز سرمثبت گروه قطبی را تشکیل می‌دهند. چهار گروه رایج این دسته، کربوکسیلات‌ها با پایه ضعیف، کربوکسیلات‌ها با پایه قوی، سولفونات‌ها با پایه ضعیف، سولفونات‌ها با پایه قوی هستند.

در ادامه می‌توان سورفکتانت‌ها را به طور کلی بر اساس نمک‌های تشکیل دهنده آن‌ها به صورت زیر دسته‌بندی کرد.

  • نمک‌های رزین چوب[۷] (آنیونی)
  • پاک کننده‌های مصنوعی[۸] (آنیونی، غیریونی)
  • نمک‌های لیگنین سولفوناته شده (آنیونی)
  • نمک‌های اسیدهای نفت خام (آنیونی، غیریونی، کاتیونی)
  • نمک‌های مواد پروتئین‌دار (آنیونی، کاتیونی)
  • اسیدهای چرب و صمغی و نمک‌های آن‌ها (آنیونی)
  • نمک‌های آلی هیدروکربن‌های سولفوناته (آنیونی)

در این دسته‌بندی منظور از کلمات آنیونی، کاتیونی و غیریونی نوع گروه قطبی در سورفکتانت می‌باشد. فعال‌های سطحی آنیونی نسبت به دیگر عوامل فعال سطحی کاربرد بیشتری دارند، زیرا حباب‌های ایجاد شده توسط آن‌ها در بتن پایداری بیشتری دارد]۳[. در جدول ۵-۱ انواع افزودنی‌های حباب‌ساز به طور خلاصه، همراه با خصوصیات کاربردی آن‌ها ارائه شده است ]۷ و ۸[.

طبقه‌بندی و خصوصیات عملکردی افزودنی‌های حباب‌ساز رایج
طبقه‌بندی و خصوصیات عملکردی افزودنی‌های حباب‌ساز رایج

افزودنی‌های حباب‌ساز محلول در آب از مواد اولیه و پیچیده‌ای تولید می‌شوند بنابراین منابعی که این افزودنی‌ها از آن به دست می‌آیند و روش تولید آن‌ها متفاوت است. در ادامه دو گونه رایج و پرکاربرد افزودنی‌های حباب‌ساز با جزئیات بیشتری بررسی می‌گردد.

مشتقات حاصل از چوب: در چند دهه‌ی اولیه بعد از معرفی عوامل حباب‌ساز برای بتن، یکی از پرمصرف‌ترین تولیدات، رزین وینسول خنثی شده بود. این ماده از محصولات فرعی فرایند بازیافت حلال‌های متنوع و صمغ‌های چوب کاج است. بعد از فرایند عصاره‌گیری با هیدروکربن‌ها، پس‌مانده‌‌ای نامحلول باقی می‌مانند، این رژین پیچیده از ۶۰ درصد ترکیب‌های فنول ۱۵ درصد موم و اسید رزین تشکیل شده است. برای اینکه به عنوان افزودنی در بتن عمل کند ابتدا باید توسط سدیم هیدروکسید، خنثی شده و به حالت محلول تبدیل شود تا صابون سدیم محلول تشکیل گردد.

این خنثی شدن به افزودنی اجازه می‌دهد تا بلافاصله بعد از اضافه شدن و مخلوط شدن با مخلوط بتن به شکل قشر نازکی در اطراف حباب‌ها درآید و دیگر نیازی به واکنش اضافه با مواد قلیایی تولید شده ناشی از هیدراتاسیون سیمان نداشته باشد. حباب‌های هوای ایجاد شده در بتن دارای افزودنی‌های حباب‌ساز بر پایه‌ای غیر از وینسول رزین، در مقایسه با حباب‌های تولید شده توسط سایر گروه‌های عوامل حباب‌ساز اندازه‌ی متوسطی دارند. محصولات دیگر که معمولاً محصول فرعی فرآیندهایی بر روی چوب هستند، از لحاظ شیمیایی مشابه افزودنی‌های حباب‌ساز بر پایه‌ای غیر از وینسول رزین می‌باشند، در حالی که مشتقات چوب (مانند اسیدهای سه حلقه‌ای) عمدتاً جزء اصلی سازنده این مواد هستند.

گروه دیگر مواد که از فرایندهای انجام شده بر روی چوب بدست می‌آیند روغن تال می‌باشد. این مواد شامل اسیدهای چرب می‌باشند که توسط زنجیره‌ی بلند هیدروکربنی که با گروه کربوکسیلیک (-COOH) پایان می‌یابند، مشخص می‌شوند. این مواد شامل اسید اولئیک غیر اشباع و اسیدهای اشباع با دنباله‌ی کربنی ۸ تا ۱۸ اتم کربن، مثل اسید کابریک (C9)، می‌باشند. این مواد حباب را بسیار آهسته‌تر از افزودنی‌های حباب‌ساز بر پایه‌ای غیر از وینسول رزین ایجاد می‌کنند، و حباب‌های هوا ممکن است با طولانی شدن اختلاط زیاد شود و به همین صورت اسیدهای بیشتری با مواد قلیایی تولید شده در طول هیدراتاسیون سیمان واکنش دهند. حباب تولید شده توسط این افزودنی‌ها در مقایسه با سایر افزودنی‌های رایج کوچکتر است. ]۶[.

پاک‌کننده‌های مصنوعی: در فرایندهای صنعتی که به منظور تولید روغن‌های موتور و نفت سفید انجام می‌شود، اسیدهای سولفونیک معطر به عنوان محصول فرعی این فرایند تولید شده و این مواد خواص پاک‌کنندگی خوبی از خود نشان می‌دهند. این گروه به طور کلی شامل آریل – آلکیل سولفونات است.

سولفونات‌ها را می‌توان معمولاً با سودسوزآور خنثی کرد تا به شکل سدیم سولفات محلول در آب درآیند. ترکیباتی از این دست که برای تولید افزودنی‌های حباب‌ساز استفاده شده‌اند شامل ارتو و پاراسدیم دو دسیل بنزن سولفونات و سدیم دو دسیل سولفات می‌باشد.

هنگامی که پاک‌کننده‌های مصنوعی سبب تولید سریع حباب‌های هوا در بتن می‌شوند، حباب تولید شده توسط پاک‌کننده‌های مصنوعی درشت‌تر از حباب‌هایی که با استفاده از مشتقات چوب تولید شده‌اند، است. کاربرد اصلی این مواد تولید کف می‌باشد. بعضی نیز به عنوان افزودنی‌های حباب‌ساز استفاده می‌شوند. پاک‌کننده‌های مصنوعی را می‌توان با افزودنی‌های کاهنده‌ی آب مخلوط کرد تا افزودنی کاهنده‌ی آب و حباب‌ساز ایجاد شود]۶[.

اندازه ذرات جامد و حفرات موجود در بتن
اندازه ذرات جامد و حفرات موجود در بتن

مکانیزم تولید هوا توسط افزودنی‌های حباب‌ساز بتن

هوای ایجاد شده در بتن به طور کلی با هوای محبوس شده در بتن متفاوت است. هوای محبوس شده در بتن به صورت اتفاقی در بتن پایدار شده و اندازه‌ی آنها حدود ۱ میلی‌متر تا ۳ میلی‌متر می‌باشد، اما حباب‌های موجود در بتن که توسط افزودنی‌های حباب‌ساز ایجاد می‌شوند، به صورت عمدی در بتن پایدار شده‌اند و اندازه‌ی آن‌ها در حدود ۰۵/۰ میلی‌متر تا ۲/۰ میلی‌متر است. برای مقایسه‌ی بهتر، اندازه حفرات و ذرات سیمان در شکل ۵-۱ آمده است]۹[.

نکته‌ی مهم این است که افزودنی‌های حباب‌ساز در بتن حباب تولید نمی‌کنند بلکه حباب‌هایی که در طول فرایند اختلاط وارد بتن می‌شود را پایدار می‌کند. این فرایند کاملا متفاوت با فرایند تولید گاز توسط افزودنی‌های گازساز است و هر کدام کاربردهای متفاوتی دارند. افزودنی‌های گازساز و کاربردهای آن در فصل ششم بررسی شده است. به طور کلی افزودنی‌های حباب‌ساز از عوامل فعال سطحی که به سورفکتانت‌ها مشهور هستند، تشکیل شده‌اند. سورفکتانت‌ها شامل دو قسمت آب گریز (قسمت بدون بار) و آب دوست (قسمت باردار) هستند (شکل ۵-۲).

شکل ۵-۳ مراحل انحلال افزودنی‌های حباب‌ساز در آب و به دنبال آن جدا شدن آنیون از کاتیون و ایجاد جاذبه بین آنیون‌ها در خمیر سیمان را نشان می‌دهد. سرقطبی افزودنی‌های حباب‌ساز پس از انحلال در آب تجزیه شده و قسمت آنیونی (سورفکتانت‌ها) از قسمت کاتیونی جدا می‌شود.

نمای شماتیک سورفکتانت
نمای شماتیک سورفکتانت

گروه قطبی سورفکتانت‌ها به سمت آب جهت‌گیری می‌کند در حالی که زنجیره‌ی هیدروکربنی آن‌ها به سمت هوا جهت‌گیری می‌کند و در داخل حباب قرار می‌گیرد (شکل ۵-۴)، به این ترتیب کشش سطحی آب کم می‌شود]۱۰[. کشش سطحی کم، حباب‌ها را در برابر تغییر شکل و گسیختگی مکانیکی پایدار می‌کند این امر باعث می‌شود حباب‌ها راحت‌تر تشکیل شده و با قطر‌های نسبتاً کوچکتر پایدار شوند]۳[. در نبود افزودنی‌های حباب‌ساز، فشار داخلی حباب‌های موجود در بتن زیاد است.

بنابراین، قطر حباب‌های موجود در بتن سخت شده که از افزودنی‌های حباب‌ساز استفاده نشده است، معمولاً بزرگ‌تر از ۱/۰ میلی‌متر است. زیرا با کاهش قطر حباب‌ها، فشار داخلی حباب بیشتر می‌شود. بنابراین حباب‌های با قطر کمتر از ۱/۰ میلی‌متر تمایل پیدا می‌کنند تا در آب اختلاط حل شوند.

مراحل تجزیه و انحلال سورفکتانت‌ها در آب
مراحل تجزیه و انحلال سورفکتانت‌ها در آب
جهت گیری سورفکتانت ها در بتن
جهت گیری سورفکتانت ها در بتن
جهت گیری سورفکتانت ها در بتن
جهت گیری سورفکتانت ها در بتن

با توجه به توضیحات با اضافه کردن افزودنی‌های حباب‌ساز به بتن، در بتن سخت شدن طیفل گسترده‌ای از حباب‌ها (با اندازه‌ی قطر بین ۰۰۱/۰ میلی‌متر تا ۱ میلی‌متر) به وجود می‌آید که به صورت تصادفی در بتن پخش شده‌اند. این حباب‌ها بیشتر تمایل دارند اطراف سنگدانه‌ها جمع شوند. این امر باعث کاهش مقاومت بتن می‌شود، اما می‌توان با رعایت شرایطی این تاثیر منفی را کاهش داد.

بیشتر بخوانید  ذوب و یخبندان در بتن

خنثی کردن افزودنی‌های حباب‌ساز بتن

در بعضی پروژه‌ها ممکن است به صورت تصادفی افزودنی‌های حباب‌ساز بیش از اندازه‌ی مورد نیاز در بتن ریخته شود. برای جلوگیری از تولید هوای اضافه می‌توان از مواد ضدکف برای خنثی‌سازی افزودنی‌های حباب‌ساز استفاده کرد. از جمله مواد ضدکف می‌توان تری بوتیل فسفات، دی بوتیل فسفات، اکتیل الکل، استرهای نامحلول کربنیک اسید، بوریک اسید و سیلیکون‌ها نام برد. مقدار کمی از این مواد، مشکل را بر طرف می‌کند. استفاده بیش از اندازه از این مواد ممکن است بر خصوصیات بتن نتیجه‌ی عکس بگذارد]۱۲[.

پیشنهاد می شود مقاله “افزودنی های کاهنده آب و دیرگیر بتن” را بخوانید.

عملکرد حباب‌ساز بتن در شرایط سرما و یخبندان

دوام بتن در برابر چرخه‌های ذوب- یخ در حضور حباب‌ساز بتن

مهم‌ترین دلیل استفاده از افزودنی‌های حباب‌ساز رسیدن به دوام و پایایی مطلوب در برابر چرخه‌ی ذوب – یخ است. به طور کلی تمام بتن‌ها دارای ترک‌های مویی‌اند، که در داخل آن‌ها رطوبت جمع می‌شود. وقتی بتن‌ها در معرض چرخه‌ی ذوب – یخ قرار بگیرند به دلیل یخ زدن آب موجود در داخل حفره‌های مویینه و افزایش حجم آن به سرعت تخریب می‌شوند. یخبندان باعث ایجاد دو نوع فشار داخلی در بتن می‌شود: ۱- فشار هیدرولیکی، ۲- فشار اسمزی.

فشار هیدرولیکی: فشارهای هیدرولیکی در بتن از انبساط ناشی از یخ زدن آب در داخل حفرات ایجاد می‌شوند. برخلاف تصور وقتی دمای بتن به صفر درجه می‌رسد تنها بخشی از آب درون حفره یخ می‌زند. زیرا درجه منجمد شدن آب حفره‌ای به قطر حفرات بستگی دارد و از آنجا که بتن شامل طیف وسیعی از حفره‌ها از لحاظ اندازه است، انجماد آب حفره‌ای کمتر از صفر درجه سانتی‌گراد است (شکل ۵-۷). آب در داخل حفره‌هایی به قطر ۱۰ نانومتر تا دمای ۵- درجه سانتی‌گراد و همچنین در حفره‌های به قطر ۵/۳ نانومتر تا دمای ۲۰ – درجه سانتی‌گراد منجمد نخواهد شد، با توجه به اینکه اندازه‌ی حفرات مویینه بسیار ریز است، با پایین آمدن دما، آب از روزنه‌های ژله‌ای به سمت حفرات مویینه که بعضی از آن‌ها ممکن است شامل مقداری یخ باشند فرار می‌کند و در آنجا منجمد می‌شود (شکل ۵-۸) ]۶[.

چگونگی تشکیل یخ در حفرات را می‌توان در شکل ۵-۹ و ۵-۱۰ مشاهده کرد ]۱۳ و ۱۴[.

تاثیر کاهش دما بر حجم بتن
تاثیر کاهش دما بر حجم بتن
چگونگی حرکت یخ -ها به سمت حفرات گسترش یخ در حفرات
چگونگی حرکت یخ -ها به سمت حفرات گسترش یخ در حفرات

افزایش حجم آب ناشی از انجماد سبب می‌شود آب باقیمانده در حفرات فشرده شود (لازم به ذکر است وقتی فشار ناشی از انبساط یخ به دیواره‌ی حفره وارد می‌شود که حداقل ۹۰ درصد حفره از آب پر باشد)، در این زمان اگر آب بتواند از حفره‌های مویی به طرف فضای خالی که هنوز در آنها یخ تشکیل نشده فرار کند، این فشار آزاد می‌شود و صدمه‌ی چندانی به بتن وارد نمی‌شود، اما اگر فضایی برای فرار وجود نداشته باشد مواد اطراف حفره‌ها تحت فشار قرار می‌گیرند (شکل ۵-۱۱) و سرانجام این فشار از مقاومت کششی خمیر بتن فراتر می‌رود و باعث گسیختگی و فرسایش بتن می‌شود.

برای افزایش دوام بتن در برابر سرما یخبندان می‌توان حباب‌های ریزی در بتن ایجاد نمود که در صورت یخ زدن، آب بتواند به داخل این حفره‌ها نفوذ کند و از فشار ناشی از یخ زدن کاسته شود. این فضای خالی و حفرات که باعث کاهش فشار می‌شوند را می‌توان توسط مواد حباب‌ساز ایجاد کرد. ]۶[. در شکل ۵-۱۲ می‌توان مقاومت یک بتن حباب‌سازی شده را در مقایسه با بتن حباب‌سازی نشده در شرایط یخبندان مقایسه کرد.

برای این که تاثیر وجود حفره‌ها بر پایداری بتن در شرایط سرما و یخبندان بهتر درک شود مثالی بررسی می‌گردد. اگر بطری در بسته‌ی پر از آبی منجمد شود افزایش حجم ناشی از یخ‌ زدن آب داخل بطری باعث ترکیدن بطری می‌شود. اما اگر در بطری باز باشد یخ فضای لازم برای افزایش حجم را دارد و بطری دیگر نمی‌شکند. حفاظت حباب‌ها از بتن در مقابل یخبندان همانند مثال بالا است، وجود حفرات هوای اضافی در بتن باعث خنثی شدن افزایش حجم ناشی از منجمد شدن آب می‌شود بنابراین به بتن آسیبی نمی‌رسد (شکل ۵-۱۳).

ایجاد فشار هیدرولیکی - مقایسه بتن با حباب ساز و بدون حباب ساز
ایجاد فشار هیدرولیکی – مقایسه بتن با حباب ساز و بدون حباب ساز

در ادامه‌ی فرایند با افزایش مجدد دما، یخ شروع به آب شدن می‌کند، این آب به علت وجود خاصیت موییگی و فشار ناشی از دیواره‌های حفره‌ها به درزهایی مویینه بر می‌گردد. بنابراین حفرات برای محافظت بتن در مقابل چرخه‌ی بعدی ذوب – یخ آماده می‌شوند. به زبان ساده حباب‌ها به عنوان شیر اطمینان عمل می‌کنند.

فشار اسمزی: دومین عاملی که باعث تخریب بتن بر اثر سرما و یخبندان می‌گردد، فشار اسمزی است. فشارهای اسمزی به خاطر تغییر غلظت محلول قلیایی در خمیر سیمان گسترش می‌یابند. وقتی آب منجمد می‌شود، غلظت‌ قلیایی آب مجاور (آب موجود در حفره که هنوز منجمد نشده) افزایش می‌یابد، بنابراین در آب موجود در بتن اختلاف غلظت به وجود می‌آید.

طبق فرآیند اسمزی محلول قلیایی قوی‌تر آب را از محلول قلیایی ضعیف‌تر موجود در حفره‌ها بیرون می‌کشد، این جابجایی آب تا وقتی که تعادل در غلظت مایع‌های قلیایی بدست آید ادامه می‌یابد]۷ [. به طور کلی تأثیر فشارهای اسمزی نسبت به فشارهای هیدرولیکی در فرآیند یخبندان کمتر است، معمولاً فشار اسمزی در پدیده‌ی پوسته شدگی ناشی از استفاده ضدیخ‌های تاثیرگذارتر است.

توجه به این نکته ضروری است که ضدیخ‌هایی که برای اجرای بتن در هوای سرد استفاده می‌ششود نه تنها مقاومت بتن سخت شده را در برابر سرما و یخبندان افزایش نمی‌دهد بلکه دوام درازمدت بتن در برابر چرخه ذوب – یخ را به مخاطره می‌اندازد.

عملکرد حباب های اضافی در بتن در برابر فشارهای هیدرولیکی
عملکرد حباب های اضافی در بتن در برابر فشارهای هیدرولیکی

هرچند مشخصات سیستم حفرات هوا بر مقاومت یخبندان بتن تأثیرگذار است، اما میزان هوای بهینه موجود در بتن مهم‌ترین عامل مؤثر بر دوام بتن در برابر شرایط یخبندان است. در بتنی که سنگدانه‌های آن کوچکتر از ۵ میلی‌متر است، میزان هوا باید در حدود ۱۹ درصد باشد (یعنی در حدود ۱۸ درصد حجم خیر بتن) و برای بتنی که حداکثر اندازه سنگدانه‌هایش ۲۰ میلی‌متر است، میزان هوای بهینه باید در حدود ۶ درصد باشد، زیرا وقتی سنگدانه‌ها درشت‌تر می‌شوند حجم خمیر بتن کم می‌شود]۷[. اضافه کردن مقدار حباب بیش از مقدار بهینه به شدت از مقاومت مکانیکی و دوام در برابر یخ‌زدگی خواهد کاست (شکل ۵-۱۴).

اثر درصد حباب بر مقاومت و پایایی بتن (در همه نمونه‌ها نسبت آب به سیمان، اسلامپ و درصد ماسه ثابت هستند)
اثر درصد حباب بر مقاومت و پایایی بتن (در همه نمونه‌ها نسبت آب به سیمان، اسلامپ و درصد ماسه ثابت هستند)

 

یزان هوای توصیه شده در بتن در شرایط محیطی
یزان هوای توصیه شده در بتن در شرایط محیطی


++ بتن قبل از یخ‌زدن فقط گاهی در معرض رطوبت باشد و تحت اثر مواد شیمیایی یخ‌زدا نباشد مانند تیرها، دیوارهای خارجی و نظایر آن‌ها
+ بتن قبل از یخ‌زدن به طور مداوم در معرض رطوبت باشد و یا در معرض مواد شیمیایی یخ‌زدا باشد مانند رویه بتنی، عرشه پل، مخازن آب و نظایر آن‌ها

 

میزان هوای توصیه شده در بتن توسط کمیته ACI212
میزان هوای توصیه شده در بتن توسط کمیته ACI212

* منظور از بتن رده ۱ و ۲ به ترتیب بتنی با حداکثر مقاومت فشاری ۲۸ روزه ۳۵ و ۳۲ مگاپاسکال و حداکثر نسبت آب به مصالح سیمانی ۴۰/۰ و ۴۵/۰ می‌باشد.

** از گروه ۱ برای بتن در معرض چرخه ذوب و یخ و از گروه ۲ برای بتنی که در معرض ذوب و یخ قرار نمی‌گیرد استفاده می‌شود.

طبق ضوابط عمومی طراحی سازه‌های هیدرولیکی میزان بهینه‌ی هوا با توجه به اندازه‌ی سنگدانه‌ها در جدول ۵-۲ نشان داده شده است]۱۵[. همچنین کمیته ACI-212 میزان هوا در بتن را به صورت دیگری بیان کرده است (جدول ۵-۳).

از طرفی دیگر با استفاده از مواد حباب‌ساز می‌توان در اسلامپ ثابت نسبت آب به سیمان را کاهش داد که این امر مقاومت مکانیکی را زیاد و نفوذپذیری بتن را کم می‌کند و باعث بالا رفتن دوام بتن در برابر پدیده‌ی ذوب – یخ می‌شود. برای مقدار ثابت حباب چنان چه نسبت آب به سیمان زیاد شود فاصله‌ی حباب‌ها و اندازه‌ی حباب‌ها زیاد می‌شود بنابراین برای رسیدن به دوام مورد نظر باید حباب بیشتری ایجاد کرد. رابطه میان نسبت آب به سیمان و حجم هوا مورد نیاز در بتن سخت شده در جدول ۵-۴ نشان داده شده است]۴[.

رابطه‌ی نسبت به سیمان و فاکتور فاصله
رابطه‌ی نسبت به سیمان و فاکتور فاصله

پایداری بتن در برابر یخبندان به عوامل زیادی وابسته است که باید تمام این موارد در پایایی بتن درنظر گرفته شود: قابلیت نفوذپذیری بتن، درجه اشباع بتن، مقدار آب قابل انجماد، نرخ نادیده گرفته شود ممکن است در نتیجه‌ی نهایی آزمایش تأثیر بگذارد]۷[.

دوام بتن در برابر نمک‌های یخ‌زدا

ضدیخ‌ها شیمیایی که برای ذوب کردن برف و یخ بر روی سطح راه‌ها استفاده می‌شوند می‌تواند باعث تشدید پوسته‌شدگی سطحی بتن شوند. این تخریب عمدتاً یک عمل فیزیکی است. دلیل این عمل را می‌توان ایجاد فشار اسمزی در بتن دانست. اگر این فشار به حالت بحرانی برسد بتن تخریب خواهد شد. اما اگر حباب‌ها در سطح داخلی بتن وجود داشته باشند این فشارها کمتر خواهند شد.

علاوه بر این مورد نمک‌های ضدیخ به روش‌های دیگر نیز بر دوام بتن تأثیر منفی می‌گذارند. نمک‌های ضدیخ دارای خصوصیت جاذب رطوبتی هستند و این امر باعث می‌شود که آب را به خود جذب کنند و بتن اشباع‌تر بماند. بنابراین پتانسیل برای تخریب در برابر پدیده‌ی ذوب – یخ افزایش می‌یابد. مطالعات نشان داده است که در غیاب یخبندان هم، تشکیل کریستال‌های نمک در بتن (از منابع خارجی کلریدها، سولفات‌ها و دیگر نمک‌ها) ممکن است باعث پوسته‌شدگی بتن شود.

حضور حفره‌های هوا در بتن، فضا خالی برای رشد کریستال‌ها را فراهم می‌کند، بنابراین تنش داخلی بتن کاهش می‌یابد (این راه‌حل همانند راه‌حل محافظت بتن در مقابل یخبندان است) بنابراین بتن در مقابل این گونه تخریب‌ها محافظت می‌شود]۷[.

نوع ضد یخ در شدت تخریب بتن بسیار مهم است. برای مثال نمک‌های آمونیوم و سولفات نباید روی سطح بتن مصرف شوند]۱۰[. اما سدیم کلرید، کلسیم کلرید و اوره برای ذوب کردن برف و یخ تشکیل شده بر روی بتن‌های غیر مسلح مناسب هستند. این مواد تاثیر شیمیایی کمتری بر بتن دارند. البته آزمایش‌ها نشان داده است که کلسیم کلرید غلیظ می‌تواند باعث حمله شیمیایی به بتن شود.

ضد یخ‌های منیزیم کلرید نیز وجود دارند اما این مواد باعث تشدید بیشتر پوسته‌شدگی می‌شوند. وسعت پوسته‌شدگی علاوه بر نوع ضدیخ به میزان آن و تکرار کاربرد آن نیز بستگی دارد. کلا در سطوحی که زهکشی مناسبی ندارند تخریب و پوسته‌شدگی ناشی از ضدیخ‌ها شدیدتر است، زیرا ضدیخ‌ها برای مدت زمان قابل ملاحظه‌ همان‌جا خواهند ماند.

برای محافظت بتن در مقابل ضدیخ‌ها، در بتنی که حداکثر قطر سنگدانه‌ها ۳۸ میلی‌متر است درصد هوا باید ۵ تا ۶ درصد باشد و اگر قطر سنگدانه‌ها بین ۱۹ تا ۲۵ میلی‌متر باشد، درصد هوا باید ۶ تا ۷ درصد باشد. مطابق با استاندارد کارایی csa a23.1 فاکتور فاصله[۱۳] باید حداکثر ۲۰۰ تا ۲۳۰ میکرومتر باشد.

وابستگی فاکتور فاصله و پوسته‌شدگی ناشی از ضدیخ درشکل ۵-۱۵ نشان داده شده است. هر چند بتن حباب‌دار در برابر نمک‌های یخ‌زدا می‌تواند مقاومت کند اما بهتر است تا یکسال اول بتن در معرض نمک‌های یخ‌زدا قرار نگیرد. همچنین در مورد بتن مسلح باید در نوع نمک‌های یخ‌زدا دقت بیشتری کرد، زیرا کلر موجود در نمک‌های یخ‌زدا باعث تسریع خوردگی آرماتورهای بتن می‌شود]۷[.

هر چند با کم کردن نسبت آب به سیمان می‌توان مقاومت در برابر پوسته‌شدگی را کاهش داد، اما برای رسیدن به اسلامپ مورد نظر باید افزودنی‌های حباب‌ساز (یا فوق روان‌کننده) به بتن اضافه کرد. افزودنی‌های حباب‌ساز به نوبه خود باعث کاهش تخریب ناشی از نمک‌های یخ‌زدا می‌شوند (شکل ۵-۱۶). در شرایط بسیار بد جوی و در صورت استفاده از نمک‌های یخ‌زدا، نسبت آب به سیمان حتی باید کمتر از ۴/۰ و میزان اسلامپ کمتر از ۱۰۰ میلی‌متر باشد. مگر این که برای تأمین روانی بتن از افزودنی روان‌کننده استفاده شود]۷[.

مقررات ACI 318 اجازه می‌دهد، حداکثر %۱۰ دوده سیلیس، %۲۵ خاکستر بادی، %۵۰ روباره آهن‌گدازی در بتن‌هایی که در معرض نمک‌های یخ‌زدا قرار دارند، استفاده شود. اضافه کردن افزودنی‌های معدنی در محدوده‌ی ذکر شده، تاثیری بر مقاومت پوسته‌شدگی بتنی که خوب طراحی، اجرا و عمل‌آوری شده باشد، ندارد (جدول ۵-۵). البته در این مواقع حتماً باید مقاومت در برابر پوسته‌شدگی توسط آزمایشگاه تایید شود]۷[.

رابطه فاکتور فاصله و پوسته شدگی
رابطه فاکتور فاصله و پوسته شدگی
رابطه‌ی نسبت آب به سیمان و دوام در برابر پوسته‌شدگی در برابر 40 چرخه ذوب و یخ
رابطه‌ی نسبت آب به سیمان و دوام در برابر پوسته‌شدگی در برابر ۴۰ چرخه ذوب و یخ

پیشنهاد می شود مقاله “رفتار بتن تحت حالات تنشی مختلف” را بخوانید.

مشخصات سیستم حفرات مناسب در بتن سخت شده

برای محافظت بتن در مقابل چرخه‌ی ذوب – یخ تنها وجود هوا، یا دانستن میزان آن در بتن کافی نیست، بلکه باید خصوصیات دیگر سیستم حفرات هوا نیز در محدوده‌ی مجاز باشند. برای مثال حباب‌ها باید به طور یکسان در تمام حجم بتن پخش شده باشند تا آب موجود در منافذ مویینه بتواند قبل از انجماد، خود را به حفرات برساند. این خصوصیات توسط پارامتری به نام فاکتور فاصله بیان می‌شود. فاکتور فاصله (L) به صورت «میانگین فاصله‌ای که آب باید حرکت کند تا به فضای خالی برسد». تعریف می‌شود (شکل ۵-۱۷).

رابطه‌ی میزان پوزولان‌ها و پوسته‌شدگی
رابطه‌ی میزان پوزولان‌ها و پوسته‌شدگی

 

* بتن دارای ۳۳۵ کیلوگرم مصالح سیمانی، سیمان نوع یک، نسبت آب به مصالح سیمانی ۵۰/۰، اسلامپ برابر ۷۵ میلیمتر و مقدار هوا برابر ۶% است. روش آزمایش بر اساس ASTM C672 می‌باشد. در این مقیاس، عدد ۱ نشان دهنده مقدار ناچیز پوسته‌شدگی بدون پیدا شدن سنگدانه‌ها و عدد ۲ نشان دهنده شرایط متوسط پوسته‌شدگی است.

 

 

 

فاکتور فاصله (L)
فاکتور فاصله (L)

 

نتایج آزمایشگاهی نشان داده‌اند که فاکتور فاصله نباید خیلی بزرگ باشد، تا فشار هیدرولیکی بتواند آزاد شود. شکل ۵-۱۸ و ۵-۱۹ رابطه‌ی فاکتور فاصله و دوام بتن را به خوبی نشان می‌دهند. همان‌طور که در شکل نشان داده شده است، هر چه قدر فاصله میان حفرات هوا بیشتر باشد فشار داخلی ناشی از سرما و یخبندان نیز افزایش می‌یابد. بدین ترتیب احتمال ترک خوردگی در بتن افزایش یافته و دوام بتن در شرایط سرما و یخبندان کاهش می‌یابد]۶[ .

با مشخص بودن درصد حباب‌های هوا در بتن و میانگین فاکتور فاصله‌ی حباب‌ها، می‌توان تجسمی از پخش‌شدگی حباب‌ها در بتن بدست آورد. بنابراین برای دستیابی به بتنی که در مقابل سرما و یخبندان مقاومت خوبی از خود نشان دهد، باید هم درصد حباب‌های هوا و هم میانگین فاکتور فاصله در محدوده‌ی مجاز باشد.

بیشتر بخوانید  افزودنی بتن | انواع مواد افزودنی بتن کدامند و کاربرد هر کدام چیست؟
حباب هوای تولید شده توسط افزودنی حباب ساز
حباب هوای تولید شده توسط افزودنی حباب ساز
رابطه فاکتور فاصله و دوام بتن
رابطه فاکتور فاصله و دوام بتن

میانگین فاکتور فاصله باید کمتر از ۲۳/۰ میلی‌متر و هر فاکتور فاصله به تنهایی کمتر از ۲۶/۰ میلی‌متر باشند (این معیار پذیرفته شده‌ی میزان هوا در بتن سخت شده است و نباید با میزان هوای مورد نیاز مشخص شده در استاندارد CSA A23.1 برای بتن تازه اشتباه گرفته شود).

برای بتن‌های توانمند، با نسبت آب به سیمان کمتر از ۳۶/۰، میانگین فاکتور فاصله نباید بیشتر از ۲۵/۰ میلی‌متر باشد. همچنین هیچ یک به تنهایی نباید بزرگتر از ۳/۰ میلی‌متر باشند (مطابق با استاندارد CSA A23.100). از دیگر متغیرهایی که نشان دهنده‌ی سیستم حفرات مناسب است سطح مخصوص حباب‌ها (نسبت سطح به حجم) می‌باشد. سطح مخصوص حباب‌ها نباید کمتر از ۲۵ میلی‌متر مکعب بر میلی‌متر مربع باشد. فرکانس حباب‌ها نیز بین ۳/۰ تا ۶/۰  باشد.

تأثیر حباب‌سازی بر بتن تازه و سخت شده

تاثیر بر خصوصیات بتن تازه

با استفاده از مواد افزودنی حباب‌ساز در بتن، مخلوط بتن خمیری‌تری به دست خواهد آمد. با استفاده از این مواد در بتن، آب انداختگی و جداشدگی بتن کاهش یافته و در نتیجه پایداری آن افزایش می‌یابد. بنابراین به طور کلی کارپذیری بتن را افزایش می‌دهد به خصوص در بتن کم‌مایه (بتن با میزان مواد سیمانی کم). حباب‌های میکروسکپی هوا به عنوان ساچمه‌های هوا عمل می‌کند که باعث کاهش اصطکاک بین ذرات سیمان و ذرات سنگدانه می‌شود در نتیجه باعث افزایش کارپذیری مخلوط می‌شود. افزایش ۵/۰ تا ۱ درصدی هوا می‌تواند اسلامپ را ۳ سانتی‌متر افزایش دهد]۳[.

با افزودن ۴ درصد هوا می‌توان ۱۲ تا ۲۵ کیلوگرم در متر مکعب از آب مصرفی کاست بدون اینکه اسلامپ بتن کم شود. بنابراین با افزایش هوای ایجاد شده توسط مواد افزودنی حباب ساز، می‌توان از میزان آب مورد نیاز کاست (شکل ۵-۲۰) از طرف دیگر، افزودن مواد حباب‌ساز به بتن چسبندگی را بهبود می‌بخشد. زیرا افزودن این مواد باعث افزایش لزجت بتن می‌شود. افزایش چسبندگی ممکن است کار را برای بتن‌ریزی و پرداخت دشوارتر کند.

مقاومت بتن

بتن همانند دیگر مواد شکننده، فرایند ترک‌خوردگی و گسیختگی شامل سه مرحله است: ترک خوردن اولیه، رشد آرام ترک و انتشار دینامیکی ترک که منجر به گسیختگی ماده می‌شود. انتشار این ترک‌ها در ملات بتن زمانی که حباب‌های ریز به صورت پراکنده قرار داشته باشند به تعویق می‌افتد، زیرا لازم است ترک حباب را دور بزند. این فرآیند در دیگر مواد شکننده‌ی همگن به خوبی شناخته شده است اما در بتن به صورت دقیق بررسی نشده است. فاکتور اصلی که مقاومت مواد شکننده را کنترل می‌کند تخلخل است.

مدل‌های زیادی رابطه‌ی بین تخلخل و مقاومت را پیشنهاد کردند که بهترین این روابط، رابطه‌ی زیر است]۶[:

e-kxp × S=SO

میزان کاهش آب در صورت اضافه کردن مواد افزودنی حباب ساز در مخلوط بتنی با اسلامپ ثابت
میزان کاهش آب در صورت اضافه کردن مواد افزودنی حباب ساز در مخلوط بتنی با اسلامپ ثابت

که در آن S مقاومت، SO مقاومت اولیه، p تخلخل و k ثابتی است که به شرایط وابستهه است]۶[. رابطه (۵-۱) رابطه‌ای کلی است و نشان می‌دهد که با افزایش تخلخل مخلوطه بتنی، مقاومت آن کاهش می‌یابد. بنابراین اضافه کردن حباب به بتن، باعث کاهش مقاومت فشاری،‌ خمشی، مدول الاستیسیته می‌شود (شکل ۵-۲۱). همان‌طور که در شکل ۵-۲۱ با استفاده از نتایج آزمایشگاهی نمونه‌های بتنی نشان داده شده است، با کاهش میزان تخلخل مقاومت فشاری به صورت نمایی افزایش یافته است.

کاهش مقاومت فشاری بتن به خاطر استفاده از حباب‌سازها با وجود بعضی شرایط از جمله دمای زیاد، افزایش نسبت اب به سیمان، استفاده از سنگدانه‌های گرد به جای گوشه‌دار و افزایش میزان قلیایی بودن سیمان بیشتر می‌شود زیرا این عوامل باعث انباشتگی بیشتر حباب‌های اطراف سنگدانه‌های درشت می‌شوند و بتن از همین نقاط شکسته می‌شود]۷[. این مشکل که جمع‌شدگی حباب‌های هوا نامیده می‌شود، پدیده‌ای است که به طور تصادفی در بتن پراکنده شده و سبب کاهش قابل توجه در مقاومت فشاری بتن می‌گردد.

در این پدیده، حباب‌های هوا اطراف درشت‌دانه‌ها تجمع پیدا کرده و در قسمت سطح تماس خمیر با سنگدانه‌، ناحیه‌ای متمرکز ضعیفی را تشکیل می‌دهد. بنابراین بارهای وارده بین خمیر سیمان و سنگدانه به دلیل وجود این ناحیه ضعیف به خوبی منتقل نشده و کاهش مقاومت را سبب می‌شود.

رابطه تخلخل و مقاومت فشاری
رابطه تخلخل و مقاومت فشاری
نشان دهنده نرخ متفاوت از تجمع حباب هوا اطراف درشت دانه
نشان دهنده نرخ متفاوت از تجمع حباب هوا اطراف درشت دانه

این پدیده در شکل ۵-۲۲ نشان داده شده است. این پدیده را می‌توان بر اساس معیار چشمی دسته‌بندی کرد. مقیاس «صفر» نشان دهنده عدم وجود حباب هوای اطراف درشت‌دانه است. عدد «۱» نشان‌دهنده وجود حباب هوا و تجمع کم و ناپیوسته آن اطراف درشتدانه می‌باشد. مقیاس «۲»، نشان دهنده این است که اکثر یا همه سنگدانه‌ها توسط لایه‌ای از حباب هوا محاصره شده‌اند. در آخر مقیاس «۳»، نشان دهنده وجود چندین لایه حباب هوا اطراف سنگدانه‌ها می‌باشد]۱۶[.

هنگامی که در بتن از مواد حباب‌ساز استفاده شود، دسترسی به مقاومت‌های زیاد دشوار خواهد شد. بعضی از این قبیل کاهش مقاومت‌ها در مقابل دیگر منافع افزودنی‌های حباب‌ساز مانند افزایش کارپذیری، افزایش مقاومت در مقابل یخبندان قابل چشم‌پوشی است. افزایش ۱ درصدی هوا باعث کاهش ۳ تا ۵ درصدی مقاومت فشاری می‌شود (در محدوده‌ی ۲۱ تا ۳۰ مگاپاسکال).

هر چه مقاومت اولیه بتن بیشتر باشد این افت مقاومت نیز بیشتر است حتی در بعضی مواقع تا ۹ درصد از مقاومت بتن می‌کاهد (شکل ۵-۲۳). در روسازی‌های بتنی ممکن است صفر تا ۲۰ درصد از مقاومت فشاری کم شود]۷[. با اضافه شدن هر درصد هوا به بتن مقاومت خمشی نسبت به مقاومت فشاری افت کمتری دارد. یعنی به ازای ۱ درصد هوا مقاومت خمشی ۲ تا ۴ درصد کاهش می‌یابد. لازم به ذکر است، وقتی از افزودنی‌های حباب‌ساز بر پایه‌ای غیر از وینسول رزین استفاده می‌شود مقاومت فشاری و خمشی نسبت به زمانی که وینسول رزین استفاده می‌شود کاهش بیشتری می‌یابد.

از طرفی استفاده از مواد افزودنی حباب‌ساز بر مدول الاستیسیته بتن نیز اثر می‌گذارد. با اضافه شدن یک درصد هوا به بتن، مدول الاستیسیته ۵/۲ تا ۶ درصد کم می‌شود. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که افزایش هوا در بتن باعث بهبود ویژگی‌های بتن تازه و تاثیر منفی بر بتن سخت شده خواهد شد. که این تاثیر منفی بر مقاومت فشاری بیشتر از مقاومت خمشی می‌باشد.

اطلاعات بیشتر در مورد ساختار بتن را میتونبد از مقاله روبرو بخوانید -->ساختار بتن

مقاومت بتن در برابر حملات سولفاتی

به طور کلی مقاومت سولفاتی با استفاده از مواد حباب‌ساز، به طور غیرمستقیم، افزایش می‌یابد. (شکل ۵-۲۴ و ۵ – ۲۵). زیرا وقتی به بتن مواد حباب‌ساز اضافه می‌شود، می‌توان در اسلامپ ثابت نسبت آب به سیمان را کاهش داد، در نتیجه دوام بتن در برابر خاک‌ها و آب‌های سولفاتی بالا می‌رود.]۷[.

رابطه میزان هوا و مقاومت فشاری با توجه به محدوده مقاومت
رابطه میزان هوا و مقاومت فشاری با توجه به محدوده مقاومت
تاثیر حباب سازی بر مقاومت سولفاتی
تاثیر حباب سازی بر مقاومت سولفاتی

مقاومت در برابر واکنش قلیایی – سیلیکاتی

در صورت استفاده از سنگدانه‌های سلیسی برای ساخت بتن، هیدروکسیدهای قلیایی حاص۳ل از واکنش هیدراتاسیون با سیلیس سنگدانه‌ها واکنش می‌دهد و واکنش انبساطی ایجاد می‌شود که باعث شکسته شدن بتن می‌شود. اما با استفاده از افزودنی‌های حباب‌ساز، بتن در مقابل این پدیده مقاوم‌تر می‌شود (شکل ۵-۶) ]۷[.

عوامل مؤثر بر حباب‌سازی در افزودنی حباب‌ساز بتن

میزان هوای تولید شده، توزیع آن در ساختار بتن و نیز پایداری حباب‌ها در مراحل مختلف از هنگام ساخت بتن تا اجرای آن به عوامل مختلف بستگی دارد. این عوامل در ادامه بررسی‌ شده‌اند:

نوع سیمان

سیمان منبع اصلی یون‌های کلسیم است که به دیواره‌های حباب‌ها می‌چسبد و بار سطحی ذرات سیمان فرصت مناسبی برای تشکیل حباب‌های هوا را فراهم می‌کند. از طرفی سیمان معمولا لزجت خمیر را افزایش می‌دهد و بنابراین می‌تواند به پایداری حباب‌ها کمک کند.

تاثیر حباب سازی بر واکنش قلیایی-سیلیکاتی
تاثیر حباب سازی بر واکنش قلیایی-سیلیکاتی
رابطه میان میزان هوای تولید شده با اندازه سنگدانه و مقدار سیمان، (در این بررسی مقدار افزودنی حباب‌ساز به کار رفته به ازای هر واحد سیمان ثابت نگه داشته شده است)
رابطه میان میزان هوای تولید شده با اندازه سنگدانه و مقدار سیمان، (در این بررسی مقدار افزودنی حباب‌ساز به کار رفته به ازای هر واحد سیمان ثابت نگه داشته شده است)

از آنجا که ذرات سیمان باردار هستند، می‌توانند سر اب دوست سورفکتانت‌ها را قبل از تشکیل حباب‌ها جذب کنند. بنابراین هر چه سیمان بیشتر باشد و یا ریزدانه‌تر باشد، سرآب دوست سورفکتانت‌های بیشتری را جذب می‌کند و در نتیجه حباب کمتری تولید می‌شود با زیاد شدن سیمان از ۲۴۰ کیلوگرم تا ۳۶۰ کیلوگرم به ازای هر متر مکعب بتن میزان افزودنی حباب‌ساز باید دوبرابر شود تا میزان هوا ثابت بماند]۷[. در شکل ۵-۲۷ و جدول ۵-۶ زیر این امر به خوبی نشان داده شده است.

محتوای قلیایی سیمان (Na2O) وقتی که در آب اختلاط محلول می‌شود بر فرایند حباب‌سازی تأثیر می‌گذارد. به این ترتیب که به ازای مقدار مشخص افزودنی‌های حبابساز، میزان هوا با زیاد شدن میزان قلیایی سیمان زیاد می‌شود. سیمان‌هایی که میزان قلیایی آنها کم است ممکن است ۲۰ تا ۴۰ درصد (بعضی اوقات بیش از ۷۰ درصد) افزودنی حباب‌ساز بیشتری نسبت به سیمان با خاصیت قلیایی زیاد لازم داشته باشد تا بتواند میزان هوای یکسانی تولید کند]۷[.

 

رابطه بین اندازه‌ی ذرات سیمان و میزان هوای خمیر
رابطه بین اندازه‌ی ذرات سیمان و میزان هوای خمیر

 

دلیل این امر این است که افزایش غلظت قلیایی در محلول غلظت یون‌های کلسیم را کم می‌کند و از آنجا که سورفکتانت‌ها در حضور یون کلسیم ته‌نشین می‌شوند، کم شدن غلظت یون کلسیم باعث می‌شود سورفکتانت‌های بیشتری در محلول باقی بماند که باعث کشش سطحی کمتر و در نتیجه ایجاد حباب‌های هوای بیشتری می‌شود. حضور سیمان به طور غیرمستقیم نیز بر میزان هوای بتن تأثیرگذار است، مثلاً وجود روغن‌ها و رزین‌هایی که از زمان فرایند تولید سیمان در آن باقی می‌ماند ممکن است باعث ایجاد هوا در بتن شود.

پیشنهاد میشود مقاله “بهبود خواص سیمان با استفاده از مواد افزودنی رزین آکریلیک” را مطالعه بفرمایید.

سنگدانه‌ها

سنگدانه‌های مختلف به خاطر تفاوت عمده در منبع و فرایند تولید، تأثیرات متفاوتی بر میزان هوا می‌گذارند. با این وجود با بررسی آزمایش‌های متفاوت، نتایج کلی‌ای به دست آمده که در ادامه ذکر می‌گردد.

از مهمترین خصوصیات سنگدانه‌ها که بر میزان هوا در بتن تأثیر می‌گذارد، دانه‌بندی سنگدانه‌ها می‌باشد. افزایش سنگدانه‌های درشت‌دانه باعث کاهش میزان هوای بتن می‌شود زیرا میزان ملات در واحد حجم بتن کم می‌شود. این موضوع در شکل ۵-۲۸ نشان داده شده است]۳[.

افزایش میزان ریزدانه ماسه (الک نمره‌ی ۳۰ تا ۱۰۰) در دانه‌بندی، میزان هوای نهایی موجود در بتن را زیاد می‌کند، زیرا ماسه‌های موجود در بتن با زندانی کردن حباب‌های هوا در فضای خالی بین دانه‌ها باعث ایجاد حباب هوا می‌شوند در ماسه‌های بسیار ریز (کوچکتر از الک ۱۰۰) این تأثیر کم می‌شود. زیرا اندازه‌ی این بخش از ماسه به اندازه‌ی بزرگترین حباب‌ها می‌رسد. البته تأثیر دانه‌بندی ماسه نیز در ملات‌های پرماسه مهم است. مثلاً در بتن معمولی که میزان ماسه کمتر از ۵۰ درصد کل سنگدانه است این تأثیر به چشم نمی‌آید]۳[.

علاوه بر اندازه‌ی سنگدانه‌ها، گردگوشه‌ بودن یا تیزگوشه بودن سنگدانه نیز بر میزان هوا تأثیرگذار است، در حالت کلی سنگدانه‌های شکسته هوای کمتری نسبت به سنگدانه‌های دیگر ایجاد می‌کنند. هوای محبوس شده در حفرات سنگدانه ها که درطول فرایند جذب آب در سنگدانه محبوس شده‌اند، زمان بتن‌ریزی و گیرش از سنگدانه‌ها خارج می‌شوند و باعث ایجاد حباب در بتن می‌شوند. وقتی از سنگدانه‌هایی که اشباع جزئی هستند در بتن استفاده می‌شود، حباب‌های هوایی که حدود ۱۰۰ میکرومتر قطر دارند در سطح سنگدانه‌های درشت‌دانه تشکیل می‌شوند و کاهش مقاومت قابل توجهی را در بتن ایجاد می‌کنند]۳[.

مواد سیمانی مکمل

خاکستر بادی: خاکستر بادی از سیمان ریزدانه‌تر است بنابراین با اضافه شدن خاکستر بادی به بتن مساحت سطح بیشتر شده، در نتیجه میزان افزودنی حباب‌ساز بیشتری برای رسیدن به میزان حباب یکسان نیاز است، هر چند حباب‌های ایجاد شده نسبتاً پایدارترند]۱۸ و ۱۹[.

همچنین کربن موجود در خاکستر بادی باعث کاهش میزان هوا می‌شود زیرا می‌تواند سورفکتانت‌ها را به خود جذب کند. بنابراین هر چه میزان کربن خاکستر بادی بیشتر باشد میزان حباب در بتن کاهش می‌یابد. خاکستر بادی‌ای که افت ناشی از احتراق کمتری دارد لزوماً میزان کربن واکنش‌پذیری کمتری نیز دارد. هر چند بعضی از خاکسترهای بادی با میزان افت ناشی از احتراق بالا لزوماً شامل میزان قابل توجه کربن فعال نیستند، این امر احتمالاً به خاطر فازهای کربن است که در طول سرد شدن در محفظه‌ای شیشه‌ای حبس می‌شوند بنابراین از جذب شدن سورفکتانت‌ها توسط کربن‌ها جلوگیری می‌کند.

روباره کوره آهن‌گذازی: این مواد همانند خاکسترهای بادی بسیار ریزدانه‌تر از ذرات سیمان هستند بنابراین استفاده‌ی بیش از ۵۰ درصد این مواد در بتن باعث کاهش قابل توجه حباب ایجاد شده در بتن می‌شود به طوری که برای رسیدن به سیستم هوای مورد نظر باید تا دو برابر افزودنی حباب‌ساز بیشتری مصرف کرد. از طرفی این مواد برخلاف خاکتسر بادی دارای کربن نیستند در نتیجه از این طریق بر میزان حباب‌ها تأثیر نمی‌گذارند.

دوده سیلیس: این مواد تنها به خاطر این که ریزدانه‌تر از سیمان هستند ممکن است باعث کاهش میزان حباب ایجاد شده شوند و از آنجا که از این مواد در حدود ۵ تا ۱۰ درصد وزنی سیمان در بتن استفاده می‌شود بنابراین تأثیر زیادی بر پایداری حباب‌های هوا ندارند.

افزودنی‌های شیمیایی و عوامل رنگ‌ساز

با توجه به این که افزودنی‌های شیمیایی انواع بسیار گوناگونی دارند باید در استفاده‌ی این مواد به همراه افزودنی حباب‌ساز، دقت مضاعف شود، زیرا بسته به نوع این مواد و زمان اضافه شدن ممکن است میزان هوا کم یا زیاد شود. برای مثال استفاده از فوق روان‌کننده‌ها با توجه به فرمول‌بندی آنها و میزان اسلامپ بتن می‌تواند میزان هوا را کم یا زیاد کند. فوق روان‌کننده‌های بر پایه نفتالین میزان هوا را زیاد و فوق روان‌کننده‌های بر پایه ملامین میزان هوا را کم می‌کنند و یا بی‌تأثیرند.

وقتی که از افزودنی‌های کاهنده‌ی آب بر پایه‌ی لیگنوسولفونات استفاده می‌شود، افزودنی حباب‌ساز کمتری مورد نیاز است. زیرا لیگنوسولفونات خود تا حدی باعث ایجاد حباب هوا می‌شود، هر چند به تنهایی به عنوان عوامل حباب‌ساز عمل نمی‌کنند. از طرفی دیگر اگر مقاومت در برابر یخبندان بتن‌های حباب‌سازی شده که حاوی فوق روان‌کننده‌ها هم هستند بررسی شود معلوم می‌شود که این بتن‌ها، مقاومت خوبی در برابر یخبندان دارند، حتی اگر فاکتور فاصله‌ی بزرگی هم داشته باشند.

استفاده‌ی مقدار کمی کلسیم کلرید که در هوای سرد برای زودگیر شدن بتن استفغاده می‌شود، تأثیر کمی بر سیستم حفرات هوا داراد. اما اگر همزمان با افزودنی‌های حباب‌ساز مصرف شود ممکن است با سورفکتانت‌ها واکنش دهد و از میزان حباب‌های هوا بکاهد. بنابراین بهتر است این گونه مواد شیمیایی بعد از پایدار شدن حباب‌ها، به بتن اضافه شود. استفاده از مواد رنگ‌ساز از جمله موادی که دارای کربن سیاه هستند، میزان حباب‌ها را کاهش خواهد داد]۷[.

بیشتر بخوانید  یافتن معادن سنگدانه بتن و اقدامات مربوط به آن

پیشنهاد می شود مقاله “زودگیر بتن (ضدیخ بتن)” را بخوانید.

فرایند ساختن بتن با حضور حباب‌ساز بتن

پایدار شدن حباب‌های هوا از شروع فرایند اختلاط بتن آغاز می‌شود و با تغییر شرایط نظیر تغییر نوع دستگاه‌ها و تغییر شرایط محیطی، میزان هوا نیز دست خوش تغییر می‌شود. نحوه‌ی اختلاط و شرایط بتن در هنگام مخلوط شدن بر میزان هوای بتن تأثیر می گذارد. تأثیر برخی از این عوامل بر میزان هوای بتن در ادامه بررسی شده است.

نوع مخلوط کن: اگر تیغه‌های مخلوط‌کن که برای اختلاط بتن استفاده می‌شود، ساییده شده باشد و یا بتن به آن چسبیده باشد، میزان هوای کمتری در بتن ایجاد می‌شود. همچنین برای به دست آوردن میزان هوای بیشتر بهتر است، بتن کمتر از ظرفیت دستگاه پر شود]۷[.

دما: شکل ۵-۲۸ میزان هوای بتن نسبت به دمای بتن در زمان اختلاط را نشان می‌دهند. وقتی دما زیاد می‌شود هیدراتاسیون تسریع می‌شود بنابراین آب کمتری در اختیار خواهاد بود تا حباب‌ها تشکیل شوند. اما می‌توان گفت دما در میزان فاکتور فاصله نهایی تأثیر کمی دارد. همچنین دمای بالا در زمان بتن‌ریزی به هنگام استفاده از بعضی حباب‌سازها باعث چسبیدن و جمع شدن حباب‌ها به سطح ذرات سنگدانه‌ها می‌شود و باعث کاهش مقاومت بتن می‌گردد. علاوه بر این‌ها، افزودنی‌های متفاوت در دماهای مختلف عملکرد متفاوتی دارند، بعضی در آب سرد و بعضی در آب گرم و بعضی در تمام دماها نتیجه‌ی مطلوب دارند.

رابطه بین دما، میزان اسلامپ و میزان هوا - رابطه ی بتن زمان اختلاط، اسلامپ و میزان هوای بتن
رابطه بین دما، میزان اسلامپ و میزان هوا – رابطه ی بتن زمان اختلاط، اسلامپ و میزان هوای بتن

روانی بتن: افزایش اسلامپ تا ۱۵۰ میلی‌متر میزان هوا را زیاد می‌کند. اما بتن با اسلامپ بیشتر از ۱۵۰ میلی‌متر میزان هوای کمتری دارد زیرا در بتن با روانی زیاد پایداری حباب‌ها کاهش می‌یابد]۱[.

زمان اختلاط: حجم هوا در اوایل زمان اختلاط زیاد می‌شود اما به تدریج با طولانی شدن اختلاط کاهش می‌یابد. در شکل ۵-۲۹ رابطه‌ی بین زمان اختلاط و اسلامپ و میزان هوا نشان داده شده است. در بعضی موارد ممکن است مدتی بعد از پایان اختلاط دوباره به بتن آب اضافه شود و بتن مجددا مخلوط گردد، در این فرایند معمولاً با افزایش میزان هوا مواجه هستیم.

حمل و نقل و بتن‌ریزی در حضور حباب‌ساز بتن

یکی دیگر از عوامل که تأثیر زیادی بر میزان هوای بتن دارد، حمل و نقل بتن، روش اجرا و جای‌دهی بتن است. تأثیر این عوامل بر میزان هوای بتن به اجمال بررسی می‌گردد.

حمل و نقل: به طور کلی، ۱ تا ۲ درصد از میزان هوا در طول تخلیه از مخلوط‌کن و حمل به محل اجرای پروژه از دست می‌رود. البتهه این امر به کیفیت پایداری حباب‌ها در بتن که به اجزای بتن، مدت زمان حمل، میزان تکان خوردن در زمان حمل، دما و اسلامپ بتن وابسته است بستگی دارد. اگر بتن در محل ساخته شود، میزان کمتری از هوای بتن از دست می‌رود]۷[.

بتن‌ریزی: به طور کلی دو روش برای اجرای بتن وجود دارد: ۱- مکانیزم سقوط آزاد، ۲- پمپ کردن با فشار در روش اول با کاهش میزان هوا رو به رو هستیم، زیرا حباب‌های هوا بسیار شکننده و سبک هستند بنابراین زمانی که به بتن ضربه ناگهانی وارد شود یا از ارتفاع بیشتر از دو متر ریخته شود ممکن است که حباب‌ها به سطح بتن بیایند و از بین بروند.

در این فرایند بیشتر، حباب‌های درشت‌تر از بین می‌روند. اما در مورد روش دوم، در فشار زیاد حباب‌ها ممکن است آنقدر فشرده شوند تا جایی که در آب حل شوند. هر چه حباب‌ها ریزتر باشند و کشش سطحی کمتر باشد برای انحلال در آب مساعدتر هستند. بنابراین هر چه میزان فشار کمتر باشد میزان از دست رفتگی حباب‌های هوا کمتر خواهد بود]۳[.

لرزاندن بتن: حتی ۱۵ ثانیه لرزاندن بتن نیز میزان هوا را به اندازه‌ی قابل ملاحظه‌ای کم می‌کند. هر چه اسلامپ بیشتر و یا زمان لرزاندن بیشتر باشد هوای بیشتری از دست می‌رود. هر چه فرکانس لرزاننده بالاتر باشد میزان از دست رفتگی هوا نیز بیشتر می‌شود. هر چه حجم بتنی که تحت تأثیر لرزاندن مشخص قرار دارد بیشتر باشد تأثیر لرزاندن به سیستم حفرات هوا کمتر می‌شود.

پرداخت سطح بتن: استفاده از شمشه‌های لرزاننده که تنها سطح بتن را می‌لرزاند بر خلاف ویبراتورهای معمولی دارای فرکانس کمتری هستند و معمولاً حباب‌های درشت‌تر را تحت تأثیر می‌گذارند. در حین پرداخت، ترکیدن حباب‌های سطح بتن کاملاً مشهودا است. البته گرمای ناشی اصطکاک فرایند پرداخت نیز باعث از دست رفتن حباب‌ها در سطح بتن می‌شود. پرداخت بیش از حد باعث پدیده‌ی آب‌ انداختگی در لایه‌های سطحی بتن شده و به دنبال آن نفوذ‌پذیری بتن زیاد شده و بتن در مقابل فرآیند یخبندان آسیب‌پذیرتر می‌شود]۳[.

عوامل مؤثر بر سیستم حباب‌های هوا که در این فصل بیان شد و راه‌های کنترل آن در جدول زیر به صورت خلاصه آمده است]۷[.

تاثیر طرح اختلاط و مواد تشکیل دهنده ی بتن بر فرآیند حباب سازی
تاثیر طرح اختلاط و مواد تشکیل دهنده ی بتن بر فرآیند حباب سازی
تاثیر طرح اختلاط و مواد تشکیل دهنده ی بتن بر فرآیند حباب سازی
تاثیر طرح اختلاط و مواد تشکیل دهنده ی بتن بر فرآیند حباب سازی
تاثیر طرح اختلاط و مواد تشکیل دهنده ی بتن بر فرآیند حباب سازی
تاثیر طرح اختلاط و مواد تشکیل دهنده ی بتن بر فرآیند حباب سازی
تاثیر طرح اختلاط و مواد تشکیل دهنده ی بتن بر فرآیند حباب سازی
تاثیر طرح اختلاط و مواد تشکیل دهنده ی بتن بر فرآیند حباب سازی

اطلاعات بیشتر در مورد افزودنی های بتن را میتونبد از مقاله روبرو بخوانید --> افزودنی بتن

روش‌هایی برای اندازه‌گیری میزان هوا در بتن

روش‌های متفاوتی برای اندازه‌گیری میزان هوای موجود در حالت تازه یا سخت شده در دسترس است. تعدادی از این روش‌ها در ادامه بررسی می‌شود.

روش وزنی

میزان هوای موجود در بتن تازه را می‌توان از اندازه‌گیری وزن مخصوص بتن و اندازه‌گیری وزن و چگالی مواد تشکیل دهنده‌ی آن به دست آورد. این فرایند توسط ASTM-C138 استاندارد شده است. این روش بسیار دقیق است اما به شرطی که چگالی اجزای بتن به دقت اندازه‌گیری شده باشد. زمان مورد نیاز برای اندازه‌گیری متغییر است و بسته به اینکه آیا وزن مخصوص دقیق اجزاء در دسترس است یا نیاز به اندازه‌گیری دارند ممکن است در حدود ۴۵ دقیقه تا ۲ ساعت متغیر باشد]۶[.

روش حجمی (مستقیم)

روش حجمی یا مستقیم بر اساس اندازه‌گیری میزان هوای بتن تازه توسط خارج کردن هوا از حجم اندازه‌گیری شده بتن است و اندازه‌گیری مستقیم حجم هوا می‌باشد. این روش توسط پیرسون[۱۴] ابداع و توسط منزل[۱۵] تکمیل شد، که در ASTM C173 تشریح شده است.

نمایش شماتیک دستگاه مورد استفاده در روش حجمی
نمایش شماتیک دستگاه مورد استفاده در روش حجمی

این روش شامل اختلاط حجم بتن با حجم مشابه آب در محفظه بسته که طوری طراحی شده که به عنوان پیکومتر عمل کند، می‌باشد. در ابتدا حجم‌های مجزای بتن و آب محفظه را پر می‌کنند. اما بعد از اختلاط آب و بتن اضافی توسط لرزیدن و چرخیدن محفظه، هوای داخل بتن آزاد می‌شود و در قسمت درجه‌بندی شده‌ی بالای محفظه جمع می‌شود. آن قسمت از کل هوا که در حفرات سنگدانه نگه داشته شده است اساساً توسط دانه‌ها نگه داشته می‌شوند (شکل ۵-۳۰). زمان مورد نیاز برای اندازه‌گیری دقیق میزان هوا حدود ۴۵ دقیقه است]۶[.

روش فشار

این روش توسط ولکر[۱۶] و کلین[۱۷] در ۱۹۴۶ ارایه شده است. این روش بر اساس قانون بویلز[۱۸] استوار است: در دمای مشخص حجم جرم مشخص هوا با فشار موثر وارد بر هوا به نسبت معکوس تغییر می کند، مشروط بر اینکه فشار بیشتر از ۱ اتمسفر نباشد. زیرا هوا تنها جزء بتن است که به طور محسوس تراکم‌پذیر است، هر گونه کاهش حجم در نمونه‌ی بتن تازه به علت افزایش فشار خارجی به هوای داخل نمونه نسبت داده می‌شود. با افزایش فشار بر نمونه در محفظه بسته شده، و اندازه‌گیری نتیجه‌ی کاهش حجم، میزان هوا در نمونه قابل محاسبه است.

نمایش شماتیک دستگاه مورد استفاده در روش فشار
نمایش شماتیک دستگاه مورد استفاده در روش فشار

هر هوای محبوس شده در حفره‌ها در داخل ذره سنگ‌های نفوذ‌پذیر در میزان محاسبه شده حساب می‌شود. از آنجا که هوایی که این چنین واقع شده، مورد نظر موضوع کنترل فرایند نیست، مقدار ناخالص تحت ضریب تصحیح قرار می‌گیرد. برای بدست آوردن ضریب تصحیح باید نمونه‌ی سنگدانه‌های اشباع شده را همانند بتن مورد آزمایش قرار داد. بنابراین میزان هوای ذرات تشکیل دهنده‌ی سنگدانه، بدست می‌آید، استفاده از نمونه‌ای که در گرمکن خشک شده، برای مثال، حتی بعد از خیساندن طولانی، ممکن است شامل مقدار متفاوت میزان هوا نسبت به انجام مواد یکسان بدست آمده از معدن باشد.

استاندارد ASTM C231 برای این روش مشخص شده است]۶[. نمایی از دستگاه مورد استفاده در این روش در شکل ۵-۳۱ نشان داده شده است.

روش فشار زیاد

این روش توسط لیندی[۱۹] معرفی شده است. روش فشار زیاد معمولاً برای بتن سخت شده قابل استفاده می‌باشد. این روش شامل فشرده کردن هوا به وسیله‌ی فشار هیدرولیکی در نمونه خشک شده در گرم‌کن و پیش مرطوب شده است، اما به جای استفاده از فشار ۱۰psi همانند فشار برای بتن تازه، فشار ۵۰۰۰psi استفاده می‌شود. بعد از به کار بردن ضریب تصحیح اندازه‌ی میزان هوا بدست می‌آید. این روش استفاده‌ی وسیعی ندارد]۶[.

روش برش عرضی

روش برش عرضی به اندازه‌گیری میزان هوا در بتن سخت شده مربوط است. این روش شامل برش نمونه، سیقل دادن سطح برش و اندازه‌گیری شکاف‌های کلی سطحی که توسط حباب‌های هوا ایجاد شده، است. با استفاده از این روش اطلاعات مهمی درباره‌ی خصوصیات حفره‌های هوای نمونه می‌تواند مشخص شود. این اطلاعات شامل اندازه‌ی حباب‌های هوا، توزیع، فاصله‌بندی و میزان کل هوا است. این روش در استاندارد ASTM C457 شرح داده شده است]۶[.

روش اندازه‌گیری نقاط

این روش، روشی برای مشخص کردن میزان هوا در بتن سخت شده است. در ابتدا باید برش عرضی مسطح صاف از نمونه تهیه کرد. شبکه‌ای مستطیلی بر روی سطح نمونه قرار داده می‌شود و نقطه‌های تقاطع شبکه که در داخل حفره‌های هوا می‌افتد شمرده می‌شود. میزان هوا برابر تعداد این انطباق‌ها با حفره‌ها، تقسیم بر تعداد کلی نقاط تقاطع شبکه است. در عمل شبکه توسط نور ایجاد می‌شود، در این حالت میکروسکپی بر روی پایه‌های غلتان قرار داده می‌شود، تا بتوان با کمک آن تمام سطح بتن را مشاهده کرد.

برای مثال، میکروسکوپ را بر روی پایه‌ای با گام‌های مساوی ۵/۰ اینچ، در فاصله‌ی حداقل ۵ اینچ حرکت می دهند، با شمردن تعداد کل گام‌ها و تعداد دفعاتی که نقطه‌ی شاخص، در داخل یکی از حفرات برش افتاده است، می‌توان میزان حباب‌های هوا را بدست آورد. اینگونه پیمودن در خطوط موازی به فاصله‌ی ۲/۰ اینچ تکرار می‌شود تا شبکه کامل شود. استاندارد ASTM C457 برای این روش مشخص شده است]۶[.

تصویر دستگاه مورد استفاده در روش برش عرضی و روش اندازه گیری نقاط
تصویر دستگاه مورد استفاده در روش برش عرضی و روش اندازه گیری نقاط

فهرست استانداردهای مربوط افزودنی حباب‌ساز بتن

استانداردهای مورد استفاده برای کاربرد مواد افزودنی حباب‌ساز در بهبود پایانی بتن در شرایط ذوب – یخ، در جدول ۵-۸ ذکر شده است.

استاندارد ها
استاندارد ها

مراجع

  1. aci education bulletin e4-03, (2003), chemical admixtures for concrete, American concrete institute, Farmington hills.
  2. آیین‌نامه بتن ایران (آبا)/ معاونت امور فنی، دفتر امور فنی تدوین معیارها – تجدیدنظر اول (ویرایش ۳) – تهران، سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، معاونت امور پشتیبانی، مرکز مدارک علمی و انتشارات، ۱۳۸۰٫
  3. nchrp web-only document 101(appendixes a through c to contractor,s final report for nchrp project 18-10 submitted January 2006), procedures for evaluating air entraining admixtures for highway concrete.
  4. nchrp reprt 578, evaluating air-entraining admixtures for highway concrete, mohamad a. nagipaul a. okamoto.
  5. Aci 212. 3r-04, chemical admixtures for concrete, American concrete institule, farmingtion hills.
  6. fhwa-nj-2002-025, effects of synthetic air entraining agents on compressive strength of Portland cement concrete-mechanism of interaction and remediation strategy, submittedby farhad ansari & zhijun zhang.
  7. aci 212. 3r-91, admixtures for concrete, American concrete institute, farminfton hills.
  8. Whiting, d., and nagi, m. a., (1998), manual on control of air content in concrete, eb 116, Portland cement association, Skokie, i11., 42 pp.
  9. Mehta, p.k., and monteiro, p.j. m., (1993), concrete, microstructure, properties and materials, third edition, mcgraw-hill.
  10. Rodney m. edmeades, and peter c. Hewlett, cement admixtures.
  11. Dodson, v., (1990), air-entraining admixtures, concrete admixtures, van nostrand reinhold, new York, new York, ch 6,pp. 129-158.
  12. whiting, d., and stark, d., (1983), control of air content in concrete, national cooperative highway research program reqort no. 258 and addendum, transportation research board and national research council, washingtion, d.c.
  13. piltnera. R, monteiro. Paulo j.m., (2000) stress analysis of expansive reactions in concrete, journal of cement and concrete research, vol. 3, pp. 843-848.
  14. david j., maria c.g. juengerb, monteiroc. Paulo j.m, bastackyd, j, (2004), investigating entrained air voids and Portland cement hydration with low temperature scanning electron microscopy, journal of cement and concrete composite, vol. 26, pp. 1007-1012.
  15. ضوابط عمومی طراحی سازهای آبی بتنی، سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور. دفتر امور فنی. تدوین معیارها و کاهش خطرپذیری ناشی از زلزله، نشریه ۳۱۲٫
  16. Ronald l. kozikowski jr., air-void clustering: a rare problem explained, ctl group, inc.
  17. rixom, r., mailvaganam, n., (1999), chemical admixture for concrete, third edition, ch3.
  18. gebler, s. h., and klieger, p., (1983), effect of fly ash on the air voidstability of concrete, research and development bulletin rdo85, Portland cement association.
  19. gebler, steven h., and klieger, paul, (1986), effect of fly ash on durability of air- entrained concrete, research and development bulletin rd090, porland cement association.
  20. saucier, f., pigeon, m. and Cameron, g., (1991), air-void stability, part v: temperature, general analysis and performance index, aci materials journal, 88, no. 1, pp. 25-36.

[۱] .resin.

[۲] . vinsol ( vinsol کوتاه شده‌ی very insoluble، به معنی غیرقابل حل است.)

[۳] . vinsol resin.

[۴] . surface active agents or surfactant.

[۵] . در این مواد یون‌های منفی در فرآیند الکترولیز به سمت آند حرکت می‌کنند.

[۶] . در این مواد یون‌های مثبت در فرایند الکترولیز به سمت کاتد حرکت می‌کنند.

[۷] . Salts of wood resins.

[۸] Systhetic detergents.

[۹] . Tricyclic acids-major component.

[۱۰] . tricyclic acids-minor component.

[۱۱] . tall oil.

[۱۲] . oxygenated petroleum residues.

[۱۳] . spacing factor.

[۱۴] . pearson.

[۱۵] . menzel.

[۱۶] . wolker.

[۱۷] . klein.

[۱۸] . beyles.

[۱۹] . Lindeay.

[۲۰] . astm- american society for testing and materials.

[۲۱] . aashto – American association of state highway and transportation officials.

[۲۲] . CRD- Army corps of engineers, chief of research and development.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap