مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن | چگونه بتن را راحت پمپاژ کنیم؟

مقدمه مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن

یکی از مشکلات بتن ریز که مهندسان عزیز باهاش روبرو هستید اینه که اپراتور پمپ میگه اگه بتن سفت باشه به ماشین پمپم فشار میاد! و همیشه آب میزنن به بتن با این بهونه. خب یکی از راه ها استفاده از روان کننده های بتن هست که کیفیت و مقاومت بتن رو پایین نمیاره، اما یه راه دیگه هم هست که هنوز تو کشور ما خیلی جا نیفتاده و اونم استفاده از یه نوع مواد افزودنی هست به نام تسهیل کننده پمپ بتن، ببینیم این مواد چی هستن و چطور باید استفاده بشن

یکی از روشهای متداول انتقال بتن به محل بتن ریزی پمپ کردن آن است. در این روش بتن از دستگاه تولید بتن و یا از کامیون حمل کننده بتن به داخل دهانه پمپ ریخته شده و با فشار پمپ تا از طریق لوله‌ هایی به محل بتن‌ریزی انتقال می‌یابد. طول این لوله‌ها بسته به فاصله دستگاه پمپ تا محل بتن ریزی ممکن است از چندمتر تا چند صد متر متفاوت باشد. در طول مسیر نیز از اتصالات مستقیم یا اتصالات زانویی برای اتصال لوله‌های پمپ به یکدیگر استفاده می‌شود. نمونه‌ای از بتن ریزی با پمپ در شکل زیر نشان داده شده است. هر چقدر طول لوله پمپ بیشتر باشد یا اتصالات بیشتری در طول مسیر خط لوله وجود داشته باشد اصطکاک داخلی افزایش یافته و نیروی بیشتری باید به بتن اعمال شود تا حرکت بتن در داخل لوله امکان پذیر باشد. افزایش نیروی پمپ بتن استفاده از پمپ‌های قویتر را لازم می‌دارد که این امر باعث افزایش هزینه‌های اجرا می‌گردد. ازسوی دیگر افزایش نیروی پمپ در مواردی منجر به جداشدگی خمیر سیمان از مخلوط بتن شده و به این ترتیب بخشی از سنگدانه‌ها در مجرای لوله‌ گیر می‌کنند و موجب انسداد خط لوله می‌گردند.

برای آنکه بتنی قابلیت پمپ پذیری داشته باشد لازم است دو شرط زیر در مخلوط بتن تامین گردد [۱].

۱-  خمیر کافی وجود داشته باشد تا لایه‌ای لغزنده و نازک در جدار لوله تشکلیل شود.

۲-  خمیر سیمان به اندازه کافی قوام داشته باشد تا در برابر فشار از پمپ شدن دچار آب‌انداختگی و جداشدگی نگردد.

مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن موادی هستند که یکپارچگی بتن را بهبود بخشیده، خطر جداشدگی خمیر سیمان از مخلوط بتن را کم کرده یا اصطکاک بتن و خط لوله را کاهش داده و منجر به تسهیل فرایند پمپ کردن می‌شوند. این تسهیل کردن در حالت کلی به دو صورت انجام می‌شود. در حالت اول مواد افزودنی و مخلوطی از دوغاب سیمان پیش از پمپ کردن بتن در داخل خط لوله ریخته می‌شوند تا جدار داخلی لوله روغنکاری شده اصطکاک کاهش یابد. در این حالت این مواد به مخلوط بتن اضافه نمی‌شوند و صرفا لوله‌ها پیش از بتن ریزی توسط مخلوطی از دوغاب سیمان و مواد افزودنی لیز می‌شوند. بنابراین این افزودنی با کاهش اصطکاک میان بتن و خط لوله باعث بهبود فرآیند پمپ کردن می‌شوند. در حالت دوم مواد افزودنی به مخلوط بتن اضافه می‌شوند تا یکپارچگی بتن بهبود یافته و در هنگام اعمال فشار پمپ خطر جداشدگی سنگدانه ها و خمیر سیمان در مخلوط بتن کاهش یابد. بنابراین این مواد تاثیر کمتری بر اصطکاک کیان خط لوله و مخلوط بتن دارند و بیشتر تاثیر آنها کاهش احتمال انسداد سنگدانه ها در مسیسر خط لوله است. عمده مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن در دسته دوم قرار می‌گیرند [۲و۳].

مواد افزودنی متفاوتی را می‌توان برای بهبود پمپ کردن بتن استفاده نمود که از ان جمله می‌توان به مواد افزودنی روان‌کننده و مواد افزودنی حباب ساز اشاره نمود. اگر چه همه این مواد افزودنی تاثیر مثبتی بر قابلیت پمپ پذیری بتن دارند اما صرفا برای بهبود پمپ‌پذیری به کار نمی‌روند و کاربردهای متنوع دیگری نیز دارند. مشخصات و کاربردهای مواد افزودنی فوق روان‌کننده در اینجا  و حباب‌سازها در اینجا مورد بحث قرار گرفته‌اند. بنابراین در این بخش صرفا مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن مورد بحث قرار می‌گیرد. این مواد افزودنی در برخی موارد شباهت زیادی به مواد قوام اوردارند که ویژگی‌های آنها در اینجا بررسی شده است.

ترکیبات شیمیایی و نحوه تاثیر

مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن عمدتا از مواد تشکیل شده‌اند [۱].

• پلیمرهای آلی طبیعی یا مصنوعی محلول در اب. برای نمونه می‌توان از سلولز اتر، پلی اتیلین اکسید، پلیمرهای کربوکسیل وینیل و الکل پلی وینیل نام برد.
• صمغ‌های طبیعی، استایرن کوپلیمرهای شامل گروه کربوکسیل و پلی الکترولیتهای ترکیبی
• امولسیونهای اکریلیک
• مواد افزودنی ریزدانه معدنی که با افزایش غنای ریزدانه مخلوط بتن و افزایش حجم خمیر تیکسوتروپی مخلوط را افزایش می‌دهند شامل انواع پوزولانها و پودرهای غیر پوزولانی

اگر چه مواد افزودنی معدنی مانند دوده سیلیس، خاکستر بادی، کائولن، پودر سنگ و سایر مواد پوزولانی پودر شده را می‌توان برای افزایش حجم خمیر و بهبود فرایند پمپ کردن به کار برد اما پون موضوع این کتاب مواد افزودنی شیمیایی بتن است در این جا به ان پرداخته نمی‌شود.

مواد افزودنی شیمیایی که برای بهبود قابلیت پمپ کردن بتن به آن اضافه می‌شوند عمدتا مشخصات فیزیکی بتن تازه را تحت تاثیر قرار می‌دهند. ایم مواد باید سطح بتن را لیز کنند، چسبندگی بتن را بهبود دهند و اب انداختگی بتن به خصوص در بتن‎های با عیار کم سیمان را کنترل نمایند. عمده این موارد با افزایش لزجت مخلوط بتنی حاصل می‌گردد. مواد افزودنی تغلیظ کننده[۱] با افزایش ویسکوزیته آب مورد استفاده در ساخت بتن باعث بهبود قابلیت پمپ پذیری بتن می‌گردند. صمغ‌های طبیعی، استایرن کوپلیمرهای شامل گروه کربوکسیل و پلی الکترولیت‌های ترکیبی محصولاتی هستند که با افزایش نیروی جذب میان ذره‌ای، ویسکوزیته را افزایش می‌دهند امولسیونهای اکریلیک ویسکوزیته مخلوط بتن را به هم به وسیله افزایش نیروی جذب میان ذره‌ای و هم به وسیله افزودن مواد بسیار ریز در فضای خالی میان ذرات سیمان افزایش می‌دهند. وجود ذرات بسیار ریز در این دسته از مواد افزودنی باعث بهبود قوام خمیر سیمان و در نتیجه بهبود مقاومت بتن در برابر آب انداختگی و جداشدگی ئر هنگام اعمال فشار پمپ است [۴].

تاثیر بر بتن تازه و سخت شده

عمده تاثیر این مواد در بتن تازه است و تاثیر کمتری بر مشخصات بتن سخت شده می‌گذارند.

بتن تازه: مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن در مجموع باعث بهبود کارپذیری بتن تازه می‌گردند اگر چه روانی بتن را تاحدی کاهش می‌دهند. میزان تاثیر مواد تسهیل کننده پمپ بتن تابعی از نوع سیمان، درصد استفاده و دانه‌بندی سنگدانه‌ها است. در صورتی که میزان مصرف این مواد بیش از اندازه باشد ممکن است روانی بتن بسیار کاهش یابد و کارپذیری بتن را تحت تاثیر قرار دهد. برای جبران روانی کاهش یافته می‌توان میزان افزودنی‌های روان کننده را تا حدی افزایش داد. باید به این نکته توجه نمود که روشهای متداول اندازه‌گیری کارپذیری مانند آزمایش اسلامپ برای بررسی قابلیت پمپ پذیری بتن کافی نیستند و برای اطمینان از پمپ پذیر بودن بتن هیچ روشی بهتر از آزمایش عملی پمپ کردن بتن وجود ندارد [۲].

درگیری با افزایش زمان گیرش سییمان تاثیر دیگری است که مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن ممکنن است بر مشخصات بتن تازه داشته باشند. پلیمرهای سلولز اتر و پلی اتیلن اکسید موادی هستند که معمولا گیرش سیمان را به تاخیر می‌اندازند. همچنین در برخی موارد در صورتی که مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن بیش از اندازه مصرف شوند ممکن است حباب هوای اضافی به مخلوط بتن وارد نمایند [۳].

بتن سخت شده: همانطور که ذکر شده تاثیر عمده مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن بر بتن تازه است و مشخصات بتن سخت شده کمتر تحت تاثیر قرار می‌گیرد. البته کمی کاهش مقاومت مخصوصا در سنین اولیه در صورت استفاده از این مواد ممکن است مشاهده گردد. این کاهش مقاومت تابعی از میزان استفاده از مواد افزودنی، میزان دیرگیر کنندگی این مواد و میزان هوای اضافی وارد شده به مخلوط بتن است. تاثیر مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن بر سایر مشخصات بتن سخت شده مخصوصا در حالتی که مقدار آب اختلاط در هنگام کاربرد این مواد تغییر پیدا نکند معمولا ناچیز گزارش شده است [۳].

نحوه کاربرد و استانداردها

مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن را می‌توان در تمام انواع بتن‌هایی که روش اجرای آنها مبتنی بر پمپ کردن است استفاده نمود و محدویتی در موارد کاربرد این مواد افزودنی وجود ندارد. البته در انواعی از بتن‌های پمپی که مخلوط بتن به اندازه کافی از قابلیت پمپ پذیری برخوردار است استفاده از این مواد افزودنی ضروری نیست. عمده کاربرد این مواد در مخلوط‌های خشن و کم مایه (عیار سیمان کم) و یا مخلوط‌های با دانه بندی نامناسب سنگدانه‌ها است که برای بهبود قابلیت پمپ پذیری از این مواد افزوددنی استفاده می‌شود. یکی دیگر از کاربردهای این مواد افزودنی در گروت‌های تزریقی مانند گروت‌های مورد استفاده در اعضای پس تنیده است که در آن برای تزریق گروت از فشار استفاده می‌شود و احتمال جداشدگی و آب انداختگی گروت وجود دارد.

مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن هم به صورت جامد و هم به صورت محلول قابل تهیه هستند. برخی از انواع این مواد افزودنی دیر در آب حل می‌شوند و تشکیل توده می‌‍‌دهند. در صورت تهیه این مواد به صورت جامد لازم است پیش از کاربرد در بتن محلولی کاملا یکنواخت با درصد مواد جامد معین (معمولا حدود ۲۰ تا ۴۰ درصد وزنی) تهیه شود و سپس محلول تهیه شده در ساخت بتن به کار رود. این کار باعث می‌شود که از توزیع یکنواخت مواد افزودنی در مخلوط بتن اطمینان حاصل شود. میزان مصرف مواد افزودنی بهبود دهنده پمپ بتن معمولا کم است. بنابراین در هنگام توزین آنها باید دقت بیشتری صورت گیرد که میزان استفاده شده منطبق یا میزان توصیه شده باشد. در غیر این صورت ممکن است اثرات غیرطبیعی در بتن پدید بیاید [۵].

مواد افزودنی تغلیظ کننده معمولا به میزان ۰۲/۰% تا ۵/۰% وزن سیمان بر مبنای وزن جامد به مخلوط بتن اضافه می‌شوند. میزان مصرف صمغ‌های طبیعی، استایرن کوپلیمرهای شامل گروه کربوکسیل و پلی الکترولیت‌های ترکیبی معمولا در حدود ۱/۰% تا ۵/۱% وزن سیمان بر مبنای وزن جامد مواد افزودنی است. معمولا وقتی که از مواد افزودنی روان کننده بر افزایش روانی بتن استفاده می‌شود میزان نیاز به مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن کاهش می‌یابد[۵].

برای تعیین میزان دقیق مصرف این مواد باید طرح مخلوط‌های آزمایشی تهیه شود و با تغییر درصد مواد افزودنی تسهیل کننده پمپ بتن میزان بهینه مورد نظر تعیین گردد. مشکلی که در این میان وجود دارد آن است که برآورد قابلیت پمپ پذیری بتن تازه توسط یک آزمایش خاص امکان پذیر نیست و هنوز روشی فراگیر برای تخمین قابلیت پمپ پذیری بتن ارایه نشده است. همانطور که قبلا ذکر شد روش‌های متداول اندازه‌گیری کارپذیری مانند آزمایش اسلامپ برای بررسی قابلیت پمپ پذیری بتن کافی نیستند. برای آنکه یک بتن پمپ پذیر باشد باید در عین روانی پایداری مناسبی در برابر جداشدگی داشته باشد. به این ترتیب ترکیب آزمایش اسلامپ به همراه آزمایش‌هایی پایداری بتن تازه مانند آزمایش آب انداختگی ((ASTM C243، آزمایش ستون جداشدگی (ASTM C1016) و آزمایش الک بتن تازه می‌تواند برآوردی از روانی و پایداری بتن تازه و در نتیجه قابلیت پمپ پذیری آن به دست دهد. در نهایت آنکه برای اطمینان از پمپ پذیر بودن بتن هیچ روشی بهتر از آزمایش عملی پمپ کردن بتن وجود ندارد.

در حال حاضر آیین نامه و دستورالعمل معتبر و شناخته شده‌ای برای کاربرد مواد تسهیل کننده پمپ بتن وجود ندارد. البته انجمن استاندارد استرالیا دستورالعملی درباره این مواد افزودنی منتشر کرده است که شامل اطلاعاتی در مورد ویژگی‌های این مواد افزودنی و نحوه کابرد آنها است. در میان گزارش‌های موجود در ادبیات فنی مراجع ذکر شده در انتهای این فصل می‌تواند برای مطالعات بیشتر سودمند باشد.

مراجع:

1. Paillere, a.m. (1995), application of admixtures in concrete, rilem report no 10, chapman & hall, uk
2. Russel, p. (1983), concrete admixture, viewpoint publication (e&fn spon), London, pp. 86-8.
3. Ramachandran, v. s., (1984), concrete admixture handbook: propreties, science and technology, noyes publication, new jersey, pp. 528-532.
4. Valore, r.c., (1987), pumpability aids for concrete, astm special technical rublications, 169b.
5. Standard association of Australia, committee bd/33, (1975), concrete admixture information for use in concrete and mortar. Draft miscellaneous publication mp 20, part 2
6. Browne, r.d. and bamforth, p.b, (1977), test to establish concrete pumpability. Journal of the American concrete institute, proceeding, vol. 74, pp.193-203.
7. American petroleum institute, aci recommended practice for testing oil well cement and cement additives, api-rb 10b, 1077 section b.
8. Kempster, e. (1969), pumpable concrete, building research station, Garston, uk, current paper cp 29/69.

[۱] Thickener