مقدمه مواد افزودنی قوام‌آور

شاید شما هم اسم ماده ی قوام آور بتن رو شنیده باشید، احتمالا بیشتر اینو شنیدید که از این ماده توی بتن اس سی سی SCC استفاده میکنن (میدونید چرا؟)  تو این مطلب میخوایم هر چی راجع به قوام دهنده بتن میدونیم باهم با هم دیگه مرور کنیم با ما همراه باشید 😉

یکی از آخرین نوآوری‌ها در این زمینه افزودنی‌های شیمیایی بتن، توسعه و بهبود افزودنی‌های قوام‌‌آور با افزودنی‌های تغییر دهنده لزجت (VMA) است که با عنوان افزودنی‌های تثبیت­ کننده، افزودنی‌‌های بهبود دهنده لزجت (VEA) و افزودنی‌های حفظ کننده‌ی آب (AWA) هم میشناسیمشون . در این پست با توجه به ماهیت یکسان از جهت عملکرد و ساختار این مواد، به منظور یکسان کردن کلیه نام‌ها از عنوان مواد قوام‌آور استفاده می‌کنیم تا رااااحت باشیم[۱].

امروزه بتن دامنه‌ی گسترده‌ای از نیازهای ساخت و ساز رو برآورده می‌کنه. در بیشتر موارد خاص بتن تازه روی کیفیت بتن سخت شده و سرانجام روی دوام اون اثر میزاره. این معنیش اینه که بتن باید به درستی نسبت بندی شده باشه و در طول بتن ­ریزی و بعد از متراکم کردن همگن باقی بمونه تا از اثراتی نظیر آب‌انداختگی، جداشدگی، کرموشدگی، نشست و ترک‌خوردگی پلاستیک در بالای میلگرد و حباب‌دار شدن سطح جلوگیری بشه. عوامل ذکر شده باعث کاهش کیفیت و دوام بتن سخت شده میشن[۱].

با پیشرفت تکنولوژی بتن و با انتخاب دقیق و متناسب اجزای تشکیل دهنده‌ی اون، میتونیم خصوصیات بتن را طوری تنظیم کنیم تا ملزومات ویژه‌ای که توی پروژه‌های خاص مورد نیازه رو برآورده کنه. بتن‌های جدید ساخت ­و ساز سریع‌تر، سازهای لاغرتر، پایایی بیشتر، مقاومت نهایی بیشتر و دست‌یابی سریع‌تر به مقاومت نسبت به آنچه که در گذشته ممکن بود را امکان‌پذیر می‌کنن. بتن‌های ساخته شده با تکنولوژی جدید می‌تونن در دو جهت عمودی و افقی در مسیرهای طولانی در حالیکه خصوصیات خود تراکمی و روانی خود را حفظ می‌کنن پمپ بشن[۱].

بتن‌های نوین مثل بتن خود تراکم، بتن توانمند، بتن زیر آب و بتن با قابلیت پمپ شدن، نسبت به تغییرات ویژگی‌های مصالح و نوسانات در طول تولید و بتن‌ریزی در مقایسه با بتن‌های معمولی حساس‌ترن. محصولاتی که در کارگاه تولید میشن به دلیل تغییرات روزانه در میزان رطوبت یا دانه‌بندی سنگدانه‌ها و یا تغییرات در ریزدانه‌های ماسه، با مشکلاتی در تولید یکنواخت روبرو هستن. مواد قوام‌آور می‌تونن محصولی رو ایجاد کنن که دارای ثبات بیشتری در برابر تغییرات میزان و مشخصات مواد تشکیل‌دهنده بتن و نوسان شرایط کارگاهی باشن. در نتیجه با استفاده از مواد قوام ­آور کنترل کیفیت بتن آسان‌تر میشه و کار با این نوع بتن در محیط کارگاهی راحت‌تر میشه[۱].

حالا بریم ریز تر و دقیق تر به قوام آور ها بپردازیم  ببینیم چی به چیه

از جمله کاربرد مواد قوام‌آور بتن میتونیم به موارد زیر اشاره کنیم:

  • بتن خود تراکم
  • بتن زیر آب
  • بتن پیش­ تنیده
  • تزریق گروت
  • پوشش تونل‌ها
  • گروت سازه‌ای (جهت فراهم آوردن سطح هموار و مسطح برای پایه ماشین‌آلات صنعتی)
  • گروت تزریقی

استفاده از مواد قوام‌آور در ساخت بتن‌های فوق باعث می‌شود مخلوط بتن تازه با وجود داشتن مقدار روانی و اسلامپ زیاد (بیش از ۱۸۰ میلیمتر) حداقل تمایل برای آب انداختگی را از خود نشان دهد. بتن‌هایی که در ساخت آن‌ها از مواد قوام‌آور استفاده شده است، به اندازه‌ی کافی چسبندگی دارد که بتواند به طور محدود در معرض جریان آب قرار بگیرد، دارای قابلیت حرکت در زیر آب باشد، و بخش کمی ‌از سیمان آن دچار آب­ شکستگی شود. بنابراین استفاده از این نوع بتن در بتن‌ریزی زیر آب، آب شکستگی و از دست رفتن سیمان کمتری همراه است[۲].

بتن‌هایی­ که در طرح اختلاط‌شان از مواد قوام‌آور استفاده شده است، اتصال خوبی را با آماتور از خود نشان می‌‌دهد. از جمله مسائل­ مطرح برای تیر­های بتنی با عمق زیاد، “اثر آرماتور فوقانی[۱]” است. اثر آرماتور فوقانی به پدیده‌ای گفته می‌شود که در سازه‌های بتنی با عمق زیاد در اثر آب انداختگی بتن، قدرت پیوند در آرماتورهایی افقی که در بالای مقطع قرار گرفته‌اند نسبت آرماتورهای پایینی که در نزدیکی کف قرار گرفته‌اند، کاهش می‌یابد. با استفاده از مواد قوام‌آور و فرمول‌بندی مناسب، می‌توان اثر آرماتور فوقانی را به واسطه کاهش آب انداختگی و در نتیجه بهبود فصل مشترک بین آرماتور و بتن، کاهش داد. در شکل زیر کاهش اثر آرماتور فوقانی در هنگام استفاده از مواد قوام‌آور نشان داده شده است[۲]. همان‌طور که در شکل زیر مشاهده می‌شود، با استفاده از مواد قوام‌آور و افزایش درصد استفاده، آرماتور فوقانی کاهش می‌یابد.

اثر مقدار مواد افزودنی و ارتفاع ستون بر اثر آرماتور فوقانی
اثر مقدار مواد افزودنی و ارتفاع ستون بر اثر آرماتور فوقانی

ساختار شیمیایی

اکثر مواد قوام‌آور بر پایه رشته مولکولی پلیمرهای سنگین هستند که میل ترکیبی زیادی یا آب دارند. با بر هم کنش گروه اصلی از مولکول‌ها با آب و سطح ریزدانه‌ها، مواد قوام‌آور یک ساختمان سه بعدی را در فاز مایع مخلوط تشکیل می‌دهند که لزجت و یا تنش تسلیم خمیر سیمان را افزایش می‌‌دهد. مقاومت این ساختار سه بعدی روی بتن اثر گذاشته که باعث افزایش تنش تسلیم می‌شود.

برخی از مواد قوام‌آور بر پایه مواد غیر آلی از قبیل سیلیس کلوئیدی هستند که دارای ساختار آمورف (بی شکل) و ذرات کوچک نامحلول و غیر قابل انتشار می‌باشند که اگر چه بزرگ‌تر از اندازه مولکول هستند، اما به اندازه کافی کوچک هستند که بدون ته‌نشینی در آب معلق باقی بمانند. با بر هم کنش یونی بین سیلیس و کلسیم سیمان یک ژل سه بعدی‌ایجاد می‌شود که باعث افزایش لزجت و یا تنش تسلیم خمیر سیمان می‌شود. این ژل سه بعدی به کنترل رئولوژی مخلوط کمک می‌کند و باعث بهبود بخشیدن به توزیع یکنواخت و معلق بودن ذرات سنگدانه‌ها می‌شود. همچنین باعث کاهش هرگونه تمایل به آب انداختگی و جداشدگی و ته‌نشینی می‌شود [۱]. مواد قوام‌آور را می‌توان بر طبق کنش فیزیکی‌شان در بتن، به صورت زیر طبقه‌بندی کرد [۴-۸]:

  • گروه A

این گروه شامل پلیمرهای مصنوعی و طبیعی محلول در آب است که منجر به افزایش لزجت آب اختلاط می‌شوند. گروه A شامل اترهای سلولزی، نشاسته ژلاتینی، اکسید پلی اتیلن، آلگینیت (نمک اسیدی که در سواحل آمریکا یافت می‌شود)، کرجینن (ماده کلوییدی که از جلبک دریایی قرمز خوراکی به دست می‌آید)، پلی اکریلامید، پلیمرهای کربوکسی وینل و الکل پلی وینل می‌باشند.

  • گروه B

لخته کننده‌های آلی محلول در آب، که با تأثیر بر روی ذرات سیمان و افزایش لزجت از طریق افزایش جاذبه بین ذره‌ای به صورت جذب سطحی عمل می­کنند. این مواد شامل استایرن دو پلیمره (مایع روغنی که در تولید پلاستیک مصنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرد) با گروه کربوکسی، پلی الکترولیت‌های مصنوعی و صمغ طبیعی می‌باشند.

  • گروه C

امولسیونی از مواد آلی متنوع، که منجر به افزایش جاذبه بین ذره‌ای شده و همچنین ذرات بسیار نرمی ‌را در خمیر سیمان توزیع می‌کند. این گروه شامل مواردی هستند که حاوی امولسیون آکرلیک و رس آبدار پراکنده شده هستند.

  • گروه D

مواد غیر آلی با سطح مخصوص زیاد یا خصوصیت سطحی غیر معمول که ظریفیت نگه دارندگی آب در مخلوط را افزایش می‌دهند. این گروه شامل رس بسیار نرم (بنتونیت)، سیلیکای آذرین، سیلیکا فوم تفلیظ شده، پنبه نسوز آسیاب شده و سایر مواد الیافی می‌باشند.

  • گروه E

مواد غیر آلی ریزدانه‌های خمیر ملات را افزایش می‌دهند و به‌این وسیله باعث افزایش تیکسوتروپی مخلوط می‌گردند مانند خاکستر بادی، آهک هیدراته، کائولن، خاک سنگ و سایر مصالح پوزولاتی خام.

ساختار اولیه مواد گروه A ، رشته بلندی از شیش کربن زنجیره‌ای که زنجیرها از دو طرف متصل هستند، می‌باشند. این گروه موادی با وزن مولکولی بالا هستند که لزجت را در محلول از طریق پیوند هیدروژنی افزایش می‌دهند. برخی از افزودنی‌های خاص که عناصر هیدروفوبیک قابل توجهی ندارند (از قبیل پلی ساکاریدهایی با وزن مولکولی زیاد) در برابر نمک و کاتیون مقاوم‌تر بوده، در برابر تغییرات PH و دما پایدار بوده و کف (حباب‌های ریز) تولید نمی‌کنند. این ویزگی به پیوندهای درون ذره‌ای هیدروژن بین قسمت اصلی و کناره‌های زنجیره و نبود واکنش در سطح مشترک هوا آب نسبت داده می‌شود [۴]. عملکرد پلیمرها در بتن را بر اساس خصوصیات زیر می‌توان تفکیک کرد [۴و۸]:

  • قابلیت افزایش لزجت در مقادیر مصرف کم
  • کاهش ته‌نشینی دانه‌های مخلوط در وضعیت خمیری
  • کنترل آب انداختگی
  • تحمل مقادیر زیاد نمک
  • سازگاری با سایر افزودنی‌ها از قبیل مواد کاهنده آب و فوق روان‌کننده
  • قابلیت ایجاد لزجت مناسب در سرعت برشی کم

نحوه عملکرد

عملکرد کلیه مواد قوام‌آور تغییر دادن خاصیت رئولوژی در خمیر سیمان است. رئولوژی بتن تازه می‌تواند به صورت پایه‌ای توسط تنش تسلیم و لزجت خمیری تعریف شود:

  • تنش تسلیم نیروی مورد نیاز برای حرکت را بیان می‌کند. تنش تسلیم به کارای بتن تازه بستگی دارد و می‌تواند توسط آزمایش‌هایی نظی اسلامپ ارزیابی شود.
تفاوت لزجت خمیری در بتن‌هایی با تنش تسلیم یکسان (اسلامپ برابر). شکل بالا: باز شدن آرام، لزجت زیاد و شکل پایین: بازشدن سریع، لزجت کم
تفاوت لزجت خمیری در بتن‌هایی با تنش تسلیم یکسان (اسلامپ برابر). شکل بالا: باز شدن آرام، لزجت زیاد و شکل پایین: بازشدن سریع، لزجت کم

 

  • لزجت خمیری مقاومت در مقابل جاری شدن ناشی از تنش‌های خارجی را بیان می‌کند. لزجت توسط اصطحکاک داخلی‌ایجاد شده و سرعت جاری شدن بتن به لزجت خمیری آن بستگی دارد.

همان‌طور که در شکل ۷-۲ نشان داده شده است لزجت خمیری در بتن خود تراکم را می‌توان توسط اندازه‌گیری زمان T50 در هنگام آزمایش روانی اسلامپ یا توسط زمان جریان از قیف V شکل، ارزیابی کرد[۱].

ایجاد تعادل بین تنش تسلیم و لزجت خمیری کلید اصلی دست‌یابی به خواص مناسب خودتراکمی‌در بتن است. مواد قوام‌آور باعث تغییر خاصیت رئولوژی بتن از طریق افزایش لزجت خمیری می‌شوند از سوی دیگر، معمولاً تا حدی باعث افزایش تنش تسلیم و کاهش روانی می‌شوند. افزودنی‌هایی که تنش تسلیم را کاهش می‌دهند روان‌کننده نامیده می‌شوند که معمولاً همراه با مواد قوام‌آور برای بهینه کردن تنش تسلیم به کار می‌روند [۱]. به عبارت دیگر، استفاده از مواد قوام‌آور باعث افزایش لزجت مخلوط و سرعت باز شدن و حرکت بتن می‌شود اما نمی‌تواند برای روان­کردن مخلوط بتن استفاده شود. برای افزایش روانی بتن باید تنش تسلیم مخلوط بتن را با استفاده از مواد افزودنی روان‌کننده کاهش داد. بنابراین مواد قوام‌آور یکی از اعضای خانواده مواد افزودنی هستند که برای عملکردهای خاصی طراحی می‌شوند[۱]:

  • کاهش جداشدگی در بتن‌هایی با روانی زیاد یا خود تراکم
  • کاهش شسته شدن سیمان در بتن‌های زیر آب
  • کاهش خطر جداشدگی و آب انداختگی در بتن‌های پمپ شونده
  • جبران کردن دانه‌بندی ضعیف به خصوص کمبود ریزدانه‌ها در ماسه
  • کاهش مقدار مواد پودری لازم در بتن خود تراکم
  • کاهش آب انداختگی در بتن
  • بهبود دادن مقاومت اولیه در بتن نیمه سخت شده
  • بتن‌ریزی های حجیم (زیرا از ایجاد حباب‌های هوا بر روی سطح بتن جلوگیری کرده و بدین وسیله نیاز به پرداخت زیاد در سطح بتن را کاهش می‌‌دهد)
  • برای تزریق گروت در مجراهای آرماتور بتن پیش تنیده
بیشتر بخوانید  آب بتن

در صورت به کارگیری مواد قوام‌آور در بتن، انتظار می‌رود که اثرات زیر مشاهده شود [۴]:

  • خصوصیات چسبندگی، قابلیت حرکت و خود ترازی افزایش می‌یابد
  • زمان گیرش در بتن حاوی مواد قوام‌آور بر پایه سلولز اثر افزایش می‌یابد. در بتن‌هایی که حاوی مواد قوام‌آور آکریلیکی هستند زمان گیرش افزایش نمی‌یابد مگر زمانی که با فوق روان‌کننده‌ها ترکیب شوند.
  • مقاومت در برابر جداشدگی هنگامی‌که بتن به داخل آب (به صورت سقوط آزد) ریخته می‌شود افزایش می‌یابد(شکل ۷-۳).
  • با افزایش مقدار افزودنی، مقدار PH و کدری آب کاهش می‌یابد.
  • به دلیل قدر نگهداری زیاد آب که‌این افزودنی‌ها در بتن به وجود می‌آورند به ندرت آب انداختگی به وجود می‌آید.
  • برخی از افزودنی‌های گروه A ، B و C دارای خصوصیات ذاتی فعال سطحی یا سورفکتانت هستند که سبب کاهش کشش سطحی فاز آبی مخلوط می‌شوند.

سورفکتانت ها موادی هستند که به عنوان مواد افزودنی حباب ساز در بتن به کار می­روند. به‌این ترتیب مقدار افزودنی بیش از مقدار بهینه ممکن است منجر به‌ایجاد حباب هوای ناخواسته شود.

  • مقدار اندکی کاهش مقاومت فشاری، به خصوص در سنین اولیه، در مخلوط‌هایی یا مقدار سیمان متوسط حاصل می‌شود. مقدار کاهش مقاومت به مقدار افزودنی، به مقدار افزودنی، به مقدار هوای اضافی وارد شده در مخلوط، به اسلامپ یا میزان روانی و همچنین میزان تأخیر افتادگی گیرش بستگی دارد.
  • نوع افزودنی و میزان استفاده به نحوی که استفاده از مقدار آب بیشتر در مخلوط را ایجاب کند، باعث افزایش جمع شدگی ناشی از خشک شدم خواهد شد.

در شکل زیر برای بتنی با نسبت آب به سیمان ۴۵/۰ مقدار آب شستگی برای ۱٫ ۲ و ۳ سقوط در دو حالت بتن شاهد و بتن حاوی مواد قوام‌آور نشان داده شده است. همانگونه که ملاحظه می‌شود با افزودن مواد قوام‌آور مقدار آب شستگی (افت وزن بتن) به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته‌است.

مقاومت در برابر آب­­شستگی در بتن با اسلامپ 18 سانتیمتر
مقاومت در برابر آب­­شستگی در بتن با اسلامپ ۱۸ سانتیمتر

سازگاری با سایر افزودنی‌های شیمیایی

از آنجایی که بسیاری از مواد گروه A  ، B و C دارای خصوصیات ذاتی فعال سطحی با سورفکتانت، در هنگام استفاده از این مواد با سایر افزودن­ها از قبیل کاهنده‌های آب باید اثرات جانبی آن‌ها بر روی ویژگی‌هایی بتن خمیری و سخت شده مانند تأخیر زمان گیرش یا هوای اضافی وارد شده در نظر گرفته شود. مولکول‌های موادی با فعالیت سطحی کمتر برای جذب شدن بر روی ذرات سیمان با مواد فوق روان‌کننده رقابت می­کنند  به‌این دلیل میزان استفاده از مواد فوق روان‌کننده باید افزایش پیدا کند.

البته باید توجه داشت که اکثر مواد شیمی‌آیی علاوه بر اثرات مورد نظر، تأثیرات ثانویه نیز در بتن بر جای می‌گذارند و مواد قوام‌آور نیز از این دسته مستثناء نیستند. اکثر مواد قوام‌آور اثر کمی‌هم روی خواص بتن در حالت تازه و سخت شده دارند اما اگر در مقدار زیاد استفاده شوند روی زمان گیرش و یا روی مقدار و پایداری حباب‌های هوای وارد شده اثر می‌گذارند. استفاده کنندگان از مواد قوام‌آور باید به برگه‌ی مشخصات ماده افزودنی که توسط کارخانه سازنده ارائه می‌شود، مراجعه کنند تا اطلاعات خاص را در مورد مقدار مصرف پیشنهادی و اثرات این ماده افزودنی روی دیگر ویژگی‌های بتن را بیابند [۱].

تأثیر قوام‌آور در بتن

مواد قوام‌آور در بتن خودتراکم (SCC)

بتن خود تراکم بتنی است که قابلیت جریان و تراکم تحت اثر وزن خود را دارد، به طور کامل قالب‌بندی را حتی با وجود تراکم آرماتور پر می‌کند، در عین حال همگنی و یکنواختی را حفظ می‌کند و نیاز به تراکم اضافی ندارد. نمونه‌ای از تن ریزی بتن خود تراکم در کارگاه در شکل ۷-۴ نشان داده شده است[۱].

بتن خود تراکم را برمبنای نوع مواد افزودنی به کار رفته در ساخت آن می‌توان در سه گروه طبقه‌بندی کرد: گروه دارای مواد پودری، گروه دارای مواد قوام‌آور و گروه دارای مواد ترکیبی.

  • بتن خود تراکم دارای مواد پودری با مقدار زیاد مواد پودری مشخص می‌شود. منظور از مواد پودری، کلیه مواد و مصالحی است که اندازه آن‌ها کوچکتر از ۱۵/۰ میلیمتر است. برای نمونه می‌توان به سیمان، مواد افزودنی پوزولاتی و ریزپرکننده‌های موجود در ماسه اشاره کرد. معمولاً مقدار کل مواد پودری مورد استفاده در طرح اختلاط در حدود ۵۵۰ تا ۶۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب است. این مواد باعث ایجاد لزجت پلاستیک و به دنبال آن مقاومت در برابر جداشدگی می‌شوند. تنش تسلیم با افزودن فوق روان‌کنندها تعیین می‌شود.
  • در بتن خودتراکم دارای مواد قوام‌آور بتن خود تراکم، مقدار پودر موجود کمتر است. (۳۵۰ تا ۴۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب) و مقاومت در برابر جدا شدن اساساً توسط مواد قوام‌آور و تنش تسلیم نیز توسط افزودن فوق روان‌کننده‌ها کنترل می‌شود.
  • بتن خود تراکم دارای مواد ترکیبی، شامل مقدار مواد پودری بین ۴۵۰ تا ۵۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب است و تنظیم مشخصات رفتاری بتن تازه توسط مواد قوام‌آور و همچنین مقدار متناسب فوق ­روان‌کننده‌ها انجام می‌پذیرد.
نمونه‌ای از بتن‌ریزی بتن خودتراکم در کارگاه
نمونه‌ای از بتن‌ریزی بتن خودتراکم در کارگاه

تغییرات عمده در ترکیب اختلاط در طول ساخت بتن در کارگاه، از تغییرات در میزان رطوبت شن و درشت دانه‌ها ناشی می‌شود. نوسانات ۵/۱ درصد رطوبت سنگدانه‌ها که در کارگاه‌ها بسیار رایج است باعث تغییر ۱۰ تا ۱۵ لیتر بر متر مکعب از میزان آزاد در طرح اختلاط بتن می‌شود. این موضوع باعث نوسان قابل توجهی در روانی و خاصیت چسبندگی بتن از یک پیمانه نسبت به پیمانه دیگر در یک روز نسبت به روز دیگر می‌شود.

مواد قوام‌آور باعث می‌شود بتن نسبت به تغییرات کوچک اما طبیعی در رطوبت سنگدانه‌ها دارای ثبات بیشتر شود. در نتیجه هر چه بتن تولیدی نسبت به نوسانات میزان آب اختلاط مقاوم‌تر باشد، بنابراین لزجت خمیری حفظ شده و از جداشدگی جلوگیری به عمل می‌آید. البته باید تصریح کرد که مواد قوام‌آور جبران کننده ضعف کیفیت مواد تشکیل دهنده‌یا طرح اختلاط نیستند. همیشه باید از سنگدانه‌ها با منحنی دانه‌بندی مناسب در بتن خود تراکم و بتن‌هایی با کارایی زیاد استفاده شود، زیرا نقصان ریزدانه‌ها در سنگدانه بر رفتار بتن تازه تأثیر می‌گذارد و ممکن است باعث ایجاد جداشدگی و ته‌نشینی گردد. با این وجود هرجا فراهم کردن سنگدانه‌های مناسب اقتصادی نباشد، خواص رئولوژی مورد نیاز اختلاط را می‌توان با ابه کار بردن مواد قوام‌آور برای دست‌یابی به همگنی و چسبندگی بیشتر بتن به کار برد[۱]. بر این مبناء مزایای بالقوه مواد قوام‌آور در بتن خود تراکم را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد[۱]:

  • حساسیت بتن خود تراکم نسبت به نوسانات میزان رطوبت در سنگدانه‌ها کاهش می‌یابد.
  • اثر تغییرات کوچک در خواص مواد به حداقل می‌رسد.
  • میزان مواد پودری کمتری مورد نیاز است.
  • سطح کنترل کیفی لازم در هنگام تولید محصولات بتنی کاهش می‌یابد.
  • اجازه می‌‌دهد که مخلوطی سیال­تر بدون خطر جداشدگی تولید شود.
  • سرعت بتن‌ریزی بهبود می‌یابد.
  • خطر جداشدگی و آب اندختگی کاهش می‌یابد.
  • فشار قالب‌بندی بتن با استفاده از اثر تیکسوتروپی کاهش می‌یابد.
  • دارای سطح ظاهری بهتر است.

مواد قوام‌آور در بتن زیر آب

تاریخچه استفاده از مواد قوام‌آور به دهه‌های پیشین برمی‌گردد. به طور سنتی، بتن برای اجرا در زیر آب با مقدار زیاد ریزدانه و پرکننده ساخته می‌شود تا میزان چسبندگی را افزایش و میزان شسته شدن را کاهش دهد. اگر این مخلوط توسط پمپ کردن یا لرزاننده در آب راکد بتن‌ریزی شود می‌توان نتایج قابل قبولی به دست ­آورد. اما به محض اینکه آب دارای جریان قابل توجهی باشد، ممکن است باعث شسته شدن جدی بتن گردد. اجرای بتن زیر آب در هنگام بتن‌ریزی و متراکم کردن با مشکلات بسیاری همراه است و بنابراین بتن برای اجرای زیر آب نیازمند کارایی زیاد بوده و این موضوع سبب افزایش میزان مخلوط شدن آب با سیمان شده و به دنبال آن از یک سو می‌تواند سبب شسته شدن سیمان از مخلوط شده و از سوی دیگر نسبت آب به سیمان را افزایش داده که باعث کاهش مقاومت می‌شود[۱].

خالی کردن آب سازه‌های هیدرولیکی مانند سد، به منظور تعمیر، سخت و گران‌قیمت است. پیشرفت‌های اخیر در زمینه استفاده از مواد قوام‌آور این اجازه را می‌‌دهد که بتن‌ریزی در زیر آب را بدون استفاده از قیف و لوله (ترمی)های مرسوم انجام داد. استفاده از مواد قوام‌آور در بتن زیر آب، سبب تولید بتنی می‌شود که در برابر ته‌نشینی پایدار بوده و به راحتی پمپ می‌شود. از طرفی در کاربرد مواد قوام‌آور در بتن زیر آب، بتن تولید شده به میزان کافی چسبیده است به نحوی که در هنگام قرارگیری در معرض آب، میزان سیمان کمتری شسته می‌شود. هنوز از قابلیت خوبی برای حرکت در زیر آب برخوردار است و مقاومت و پایایی مورد نظر در سازه بتنی را تأمین می‌کند. چنین بتن‌هایی دارای مزیت هایی نسبت به بتن معمولی از لحاظ کیفیت محصولات تعمیری بوده و هزینه­های بتن‌ریزی را از نظر تجهیزات مورد نیاز کارگاهی و غواص به عنوان نیروی انسانی کاهش می‌‌دهد[۱،۴]. از سوی دیگر، به دلیل اینکه هنگام بتن‌ریزی در زیر آب متراکم کردن بسیار دشوار و یا غیرممکن است، بتن با کارایی زیاد مورد نیاز است. استفاده از مواد قوام‌آور در بتن زیر آب می‌تواند سبب کاهش کارآیی شود که در این مورد می‌توان با استفاده از مواد فوق روان‌کننده بر این مشکل غلبه کرد [۱]. باید به‌این نکته توجه داشت که مقادیر زیاد مواد قوام‌آور باعث کاهش روانی و اثرات ثانویه ناخواسته از قبیل افزایش مقدار هوا و دیرگیری می‌شود.

عملکرد و نحوه استفاده از مواد قوام‌آور در بتن زیر آب – مواد قوام‌آور جهت استفاده در بتن زیر آب، دارای خاصیت ژلی قوی‌ای هستند و اغلب در مقادیر زیاد استفاده می‌شوند. این مواد اغلب به صورت پودر مورد استفاده قرار می‌گیرند، گرچه به صورت محلول نیز در دسترس هستند. تماس مستقیم بین پودر مواد افزودنی قوام‌آور و آب مخلوط سبب ایجاد توده ژله­ای در هنگام توزین در دستگاه­های اندازه‌گیری یا در خود بتن می‌شوند. در نتیجه روش پیمانه کردن نیازمند دقت مضاعف به منظور اطمینان حاصل کردن از تولید بتنی با ویژگی‌های یکنواخت است. معمولاً در صورت استفاده از مواد افزودنی قوام‌آور زمان اختلاط طولانی تر برای تولید بتن همگن مورد نیاز است [۱].

برای تولید بتن خود متراکم کلوئیدی جهت استفاده در زیر آب، نسبت آب به سیمان در محدوده ۳۶/۰ تا ۴۰/۰ انتخاب می‌شود و مقدار سیمان و ریزدانه‌های به کار رفته در این نوع از بتن‌ها معمولاً بیشتر از بتن‌های متناظر اجرا شده در شرایط معمولی است. اغلب تطبیق دادن خصوصیات مخلوط برای دست‌یابی به پارامترهای طراحی دلخواه برای تمام ویژگی‌های بتن دشوار است. خصوصیات بتن خود تراکم زیر آب با افزودن سه نوع ماده افزودنی قابل کنترل خواهد بود. برای مثال می‌توان دوده‌ی سیلیس را در ترکیب با مواد قوام‌آور و فوق ­روان‌کننده‌ها یا کاهنده‌های آب مرسوم برای کاهش جداشدگی به کار برد. راه دست‌یابی به بتن خودتراکم یا خصوصیات خودترازی مد نظر، بهینه‌سازی مناسب درصد استفاده از مواد قوام‌آور با فوق روان‌کننده‌ها که به منظور افزایش اسلامپ به کار می‌رود، می‌باشند.

بیشتر بخوانید  بتن خودتراکم | قسمت 1: معرفی بتن خودتراکم

مواد قوام‌آور باعث کاهش مشکل شسته شدن در هنگام بتن‌ریزی در زیر آب می‌شوند، هرچند آن را به صورت کامل حذف نمی­کنند، بنابراین روش کار مناسب در بتن‌ریزی در آب باید هم­چنان دنبال شود [۱]. اجرای بتن دارای مواد افزودنی­ قوام‌آور و بدون افزودنی در شکل ۷-۵ نشان داده شده است.

بتن مقاوم در برابر شسته شدن- بتنی که طراحی شده است تا در هنگام بتن‌ریزی در آب در برابر آب شستگی سیمان مقاوم باشد، حاوی افزودنی‌های قوام‌آوری است که مانع از دست رفتن ریزدانه‌های سیمان شده و بدین وسیله کیفیت بتن را حفظ می‌کند. مواد افزودنی قوام‌آور لزجت آب در مخلوط را افزایش داده که منجر به افزایش تیکسوتروپی بتن شده و مقاومت در برابر جداشدگی را بهبود می­بخشد. مقدار افزودنی محدوده­ای از ۱ تا ۵/۱ درصد از وزن آب در مخلوط را دارد و در اکثر اوقات در ترکیب با فوق روان‌کننده‌ها استفاده می‌شود. میزان اثر مواد افزودنی قوام‌آور به مقدار ماده و وزن مولکولی اجزای اصلی آن بستگی دارد. این مواد معمولاً همزمان با سایر مواد در داخل مخلوط­کن ریخته می‌شوند [۲].

بتن‌هایی که شامل مواد قوام‌آور هستند هنگامی‌که مخلوط ساکن است پایدار بوده اما هنگامی‌که جاری می‌شوند روانی بسیار با خصوصیات خود ترازی را از خود نشان می‌‌دهد. همان‌طور که در شکل ۷-۳ نشان داده شد، تأثیر مواد قوام‌آور به مقاومت در برابر آب ­شستگی مخلوط بتنی قابل ملاحظه است. اطلاعات نشان داده شده در شکل ۷-۳ بیان می‌کند که بتن‌های حاوی مواد قوام‌آور و بدون آن با اسلامپ برابر در آزمایش شسته شدن، عملکرد متفاوتی دارند. آزمایش افت وزن ناشی از شسته شدن مطابق استاندارد “CRD C61 روش آزمایش برای اندازه‌گیری مقاومت مخلوط بتن تازه در برابر شسته شدن در آب” نشان می‌‌دهد [۱۰و۱۱] که استفاده از مواد قوام‌آور با مقدار ۱۵/۰ درصد وزن سیمان در ترکیب با فوق روان‌کننده‌ها منجر به تولید مخلوط بتنی با روانی زیاد شده در حالی که بتن نسبت به شسته شدن مقاوم است [۲].

نمونه‌ای از پمپ شدن بتن الف- دارای مواد افزودنی قوام‌آور ب – بدون افزودنی
نمونه‌ای از پمپ شدن بتن الف- دارای مواد افزودنی قوام‌آور ب – بدون افزودنی

آزمایش بتن زیر آب – بتن مورد استفاده در زیر آب توسط آزمایشی به نام ” آزمایش برای شسته شدن بتن زیر آب” بررسی می‌شود [۱]. در حال حاضر دو نوع آزمایش در اروپا برای شسته شدن بتن وجود دارد یکی بر اساس BS 8443 انجام ­می‌شود و دیگری در توصیه‌نامه هلندی آورده شده است. هر دو روش دارای اساس یکسانی است و در آن بتن با وزن مشخص در یک حلقه سبد مانند و از طریق یک لوله که توسط آب پر شده ریخته می‌شود. کاهش وزن بعد از ریخته شدن در آب کارایی مواد قوام‌آور را تعیین می‌کند. البته در این دو روش اختلاف‌‌های قابل توجهی در جزئیات روش‌ها وجود دارد که سبب ایجاد محدودیت‌ها و به دست آمدن نتایج و محدودیت‌های متفاوت می‌شود.

مواد قوام‌آور برای بتن پمپ شونده

به دلیل فنی و اقتصادی بتن پمپ شونده اهمیت قابل ملاحظه‌ای را در چند سال اخیر به دست آورده است. به دلیل توسعه روش‌های ساخت و ساز، ملزومات مورد نیاز بتن پیش­تنیده سختگیرانه‌تر شده است و تقاضاهای ویژه‌ای برای بتن پمپ شونده ‌ایجاد شده است. مواد قوام‌آور برای پاسخ دادن به ‌این تقاضاها و کاهش نوسانات در عملکرد بتن استفاده می‌شود[۱].

یک مشکل رایج در رابطه با بتن پمپ شونده هنگامی ‌رخ می‌‌دهد که درشت‌دانه‌ها در خم‌ها با تنگ شدن‌های موضعی شروع به قفل شدن می­کنند. فشار ناشی از پمپ شدن، نیرویی به بخشی از ملات که نقش لیز کننده دارد وارد کرده و باعث جدا شدن آن از مخلوط می‌شود. در نتیجه سنگدانه‌های جدا شده از ملات تجمع پیدا کرده و مسیر را مسدود می‌کنند. به طور مرسوم این مشکل با افزایش مقدار ریزدانه‌ها در مخلوط حل می‌شود اما این راه­حل همیشه از دیدگاه فنی و اقتصادی قابل قبول نبوده و ممکن است در بسیاری از کاربردها مؤثر نباشد برای نمونه، افزایش ججم سیمان منجر به افزایش جمع‌شدگی مخلوط بتن و نیز گران شدن آن می‌شود. از سوی دیگر، افزایش ریزدانه‌های سنگدانه باعث کاهش روانی بتن و کاهش مقاومت آن می‌گردد. مواد قوام‌آور یک راه حل مؤثر است که باعث جلوگیری از جدا شدگی با استفاده از مواد قوام‌آور در بتن پمپ شونده شامل موارد زیر است [۱]:

  • از انسداد خطوط پمپ شدن جلوگیری می‌کند.
  • بتن تولیدی همگن و مقاوم در برابر جداشدگی می‌شود.
  • سرعت پمپ کردن هنگامی‌که در ترکیب با فوق روان‌کننده استفاده می‌شود، افزایش می‌یابد.
  • فرسایش لوله‌ها و دستگاه‌های پمپاژ به علت اثر لیزکنندگی مواد افزودنی قوام‌آور کاهش می‌یابد.
  • با جلوگیری از جدا شدگی بتن در خطوط پمپی که ثابت هستند، به شروع آسان دوباره فرایند پمپ کردن کمک می‌کند.

در جدول زیر میزان تأثیر استفاده از مواد قوام‌آور در ارتباط با قابلیت پمپ شوندگی نشان داده شده است:

میزان تأثیر مواد قوام‌آور در بتن پمپ شونده
میزان تأثیر مواد قوام‌آور در بتن پمپ شونده

از آنجا که روش‌های آزمایش بین المللی و قابل قبول برای انداره‌گیری کارای بتن پمپ شونده وجود ندارد، آزمایش قابلیت پمپ شدن مخلوط بتن در آزمایشگاه دشوار است. برای به دست آوردن حداکثر اثر مواد قوام‌آور، مقدار بهینه مواد قوام‌آور باید هنگام فرایند بتن‌ریزی به دست آید [۱].

بتن پاششی و ملات ترمیمی

بتن پاششی و ملات ترمیمی ‌پاششی در سال‌های اخیر در ساخت و ساز مهندسی اهمیت افزوده‌ای یافته ‌است. یکی از ویژگی‌هایی که در بتن پاششی باید تأمین شود حداقل ریخته­ پاش و بازگشت[۲] بتن از سطحی است که بتن بر روی آن پاشیده می‌شود. چسبندگی زیادی که با استفاده از مواد قوام‌آور به دست می‌آید به طور قابل ملاحظه‌ای باعث کاهش بازگشت می‌شود. لایه‌های ضخیم از ملات ترمیمی‌ پاششی بدون مواد افزودنی تندگیر کننده ممکن است از شکم دادگی در سطوح عمودی آسیب ببیند. این مشکل می‌تواند با استفاده از الیاف ریز کاهش یابد اما با استفاده از مواد قوام‌آور بیشتر می‌توان به حل این مشکل کمک نمود [۱].

بتن سبک

اغلب سنگدانه‌های سبک دارای خلل و فرج و جذب آب زیادتر  از سنگدانه‌های معمولی هستند. آن ویژگی سبب می‌شود آب به آسانی جذب شده و در نتیجه باعث کاهش آب مخلوط و کاهش کارآیی بتن شود. پمپ کردن بتن سبک دانه اگر سنگدانه‌های قبلاً خیس نخورده باشند و اشباع نشده باشند مشکلات دیگری را ظاهر می‌کند. فشار ناشی از پمپ شدن سب داخل کردن آب در سنگدانه‌ها شده که سبب خشک شدن  مخلوط و بسته شدن خطوط پمپ خواهد شد. مواد قوام‌آور می‌تواند این مشکل را با کاهش میزان آب قابل جذب مرتفع کند. علاوه بر آن استفاده از سنگدانه‌های نیمه اشتباع در بتن سبک را امکان پذیر نماید. مواد قوام‌آور مزیت دیگری در بتن سبک نیز دارند و آن بهبود همگنی بتن است. چگالی کم سبک­دانه‌ها باعث غوطه­ور شدن آن‌ها در بتن‌هایی با کارایی زیاد می‌شود، مواد قوام‌آور باعث افزایش لزجت خمیری شده و از غوطه‌ور شدن جلوگیری کرده و مخلوط را همگن نگه می‌دارد [۱].

بتن نیمه خشک پیش ­ساخته

محصولات بتنی ساخته شده از بتن نیمه خشک به مقدار آب کافی برای تراکم و هیدراتاسیون نیاز دارد، هرچند در صورتی که مقاومت اولیه مطلوب مورد نیاز باشد. باید مقدار آب اختلاط به‌یک مقدار حداکثر محدود گردد. برقراری تعادل بین آب مورد نیاز برای مقاومت اولیه و آب مورد نیاز برای تراکم و هیدراتاسیون سخت امکان‌پذیر می‌شود. استفاده از مواد قوام‌آور باعث افزایش محدوده میزان بهینه آب مورد استفاده می‌شود (شکل ۷-۶) [۱].

بنابراین در صورت استفاده از مواد افزودنی قوام‌آور در بتن، می‌توان بسیاری از مشکلات رایج در بتن‌های نوین را بهبود بخشید و یا به طور کامل رفع نمود. در جدول ۷-۲، مشکلات رایج در انواع بتن‌های نوین و نحوه اثرگذاری ماده افزودنی قوام‌آور به طور خلاصه بیان شده است:

محدوده آب بهینه در بتن دارای مواد افزودنی قوام‌آور و بدون آن
محدوده آب بهینه در بتن دارای مواد افزودنی قوام‌آور و بدون آن
نحوه اثرگذاری ماده افزودنی قوام‌آور در بهبود مشکلات بتن‌های نوین
نحوه اثرگذاری ماده افزودنی قوام‌آور در بهبود مشکلات بتن‌های نوین

تأثیر مواد قوام‌آور در گروت

خصوصیان آب انداختگی گروت سیمان به خوبی شناخته شده است. با طرح اختلاط و افزودنی‌های معمول جهت استفاده در گروت این انتظار می‌رود که به علت ته‌نشینی سیمان‌های معلق در آب ­جدایی در گروت رخ می‌‌دهد. بخصوص این مسئله در سازه‌های پیش­تنیده که تفاوت فشار پیش‌تنیدگی سبب خروج آب از گروت و انتقال به فضای خالی بین لایه­ها می‌شود، وجود دارد. تراوش ذاتی و به بالای آب منجر می‌شود که در مقطع اصلی، رشته­ها خالی از گروت شوند. بنابراین بسیار مهم است که گروت بتواند در برابر آب انداختگی مقاوم باشد و در هنگام حرکت از می‌آن مسیر تاندون‌های پیش‌تنیدگی کارایی خود را حفظ کند[۲].

فوق روان‌کننده‌های دارای پلیمرهای برپایه آبی، می‌توانند به میزان قابل توجهی ویژگی نگه داشت آب را در گروت سیمان افزایش دهند. شکل ۷-۷ افت روانی گروت سسیمان با نسبت آب به سیمان ۴/۰ که شامل مخلوطی از فوق روان‌کننده‌ها، صمغ و سلولز با وزن مولکولی بالا می‌باشد را به وضوح نشان می‌‌دهد. استفاده از این پلیمرها باعث می‌شود که آب انداختگی در حالت سکون کاهش یابد و میزان کل آب انداختگی مخلوط به ۵/۱ درصد کل آب اختلاط بتن محدود شود. بر حسب نوع ترکیب مواد قوام‌آور و فوق روان‌کننده‌های به کار رفته در گروت، زمان گیرش، مقدار هوا در وضعیت سخت شده و مقاومت (هنگامی‌که گروت با مخلوط بدون مواد افزودنی مقایسه می‌شود) اثرات متفاوتی را از خود نشان می‌‌دهد [۲].

مقایسه میزان آب انداختگی در بتن دارای مواد افزودنی قوام‌آور و بدون مواد افزودنی قوام‌آور. مقدار کل آب انداختگی 145./. میلی¬لیتر بر سانتی¬متر مربع
مقایسه میزان آب انداختگی در بتن دارای مواد افزودنی قوام‌آور و بدون مواد افزودنی قوام‌آور. مقدار کل آب انداختگی ۱۴۵٫/. میلی¬لیتر بر سانتی¬متر مربع
اثر مواد افزودنی روی عملکرد گروت تزریقی
اثر مواد افزودنی روی عملکرد گروت تزریقی

* مقدار آب انداختگی مشاهده شده در استوانه مدرج ۲۵۰ میلیمتری در ۲ ساعت

** رسوب زیادی مشاهده شده است

*** این کمیت با اعمال فشاری برابر ۱۰ پوند بر اینچ مربع (۹۵/۶۸ کیلوپاسکال) به مدت ۱۰ دقیقه به منظور جایگیری گروت سیمان در یک کاغذ صافی اندازه‌گیری می‌شود.

****درصد کاهش آب در کل مخلوط بتن

گروت (دوغاب) تزریقی

گروت تزریقی‌ایده­آل، به گروتی گفته می‌شود که در هنگام تزریق از لزجت کمی ‌برخوردار باشد تا باعث تسهیل در نفوذ و نگه ­داشتن آب در هنگام عبور بر روی سطوح جاذب گردد و نیز ذرات سیمان را در هنگامی‌که تزریق قطع می‌شود معلق نگه دارد. ترکیب مواد قوام‌آور و فوق روان‌کننده‌ها باعث تولید گروتی با پایایی بسیار خوب، تسهیل لزجت در هنگام تزریق، و به طور مشخص سبب کاهش افت روانی می‌شود. مثالی از اثر ترکیب مواد افزودنی روی عملکرد گروت تزریقی در جدول ۷-۳ نشان داده شده است [۲].

بیشتر بخوانید  انواع و مشخصات سنگ های مورد استفاده در بتن

گروت (دوغاب) بتن پیش آکنده

بتن پیش آکنده به بتنی گفته می‌شود که ابتدا سنگدانه‌های درشت در قالب قرار داده می‌شود، سپس فضای خالی می‌آن سنگدانه‌ها توسط مخلوط گروت پر می‌شود. این نوع بتن در مقایسه با بتن معمولی در روش تولید، نسبت سنگدانه‌های مورد استفاده ئر مخلوط و سیمان مورد نیاز متفاوت است. مقاومت فشاری متداول آن دارای مقادیری در محدوده ۱۵ تا ۵۰ مگا پاسکال است و عموماٌ چگالی بیشتر از بتن معمولی دارد که در دامنه مقادیر ۲۲۷۵ تا ۲۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می‌باشد [۲و۱۲].

در ابتدا بتن آکنده به دلیل مقدار کم جمع­شدگی آن در هنگام گیرش و نیاز به حداقل تجهیزات برای ترمیم سازه به کار می­رقت. این بتن در کاربرد­های بسیاری از قبیل بتن زیر آب، سازه‌های بتن حجیم (بدون آرماتور)، مرمت پوشش تونل­ها، شالوده­های خاص باز سازی روی سدها، تعمیر اسکله­ها، سرریزها و استفاده از سنگدانه‌هایی با چگالی زیاد برای ‌ایجاد حفاظ در برابر تشعشات استفاده می‌شود. این روش، روشی منعطف به منظور استفاده در سازه‌های عمودی و با ارتفاع زیاد است و به آسانی می‌توان آن را برای بتن زیر آب همانند اجرای بتن بر روی خشکی، جهت تولید قطعات ضخیم و لاغر به کاربرد[۳].

کیفیت بتن پیش آکنده به کیفین مخلوط گروت مورد استفاده بستگی دارد و لازم است که ‌این گروت چسبنده و کارا باشد و مقاومت کافی و مورد نظر را در حالت سخت شده تأمین کند. مخلوط گروت معمولاً شامل سیمان، ماسه (با نسبت یک ششم وزنی)، مکمل مواد سیمانی (خاکستر بادی، دوده سیلیس و سرباره)، آب و مواد قوام‌آور می‌باشد [۱۰و۱۳]. خاکستر بادی و سرباره برای جایگزینی ۳۰ تا ۵۰ درصد از سیمان استفاده می‌شوند و این مواد به کاهش تغییر شکل حرارتی، نفوذ ناپذیری، مقاومت نهایی زیادتر و مقاومت در برابر سایش (فرسودگی) کمک می­کنند [۲].

گروت (دوغاب) برای چاه­های نفت

گروت سیمان با روانی زیاد با ویژگی نگه دارندگی آب را می‌توان در گروت پرکننده فضای بین سازند چاه نفت و لوله­های فلزی در ساختمان چاه­های نفت به کار برد. این گروت باید دارای روانی زیاد بوده تا از ایجاد اصطکاک اضافی در حین بتن‌ریزی جلوگیری کرده و از طرفی نباید آب را در سازند چاه نفت از دست بدهد. در نتیجه باید لزجت برشی کمی‌ داشته باشد تا مانع از آب انداختگی و ته‌نشینی شود. نسبت آب به سیمان معمول مورد استفاده ‌این نوع بتن در محدوده ۳۸/۰ تا ۶/۰ است؛ ترکیب مواد قوام‌آور و فوق روان‌کننده‌ها سبب کاهش فشار ناشی از اصطکاک، حذف کردن آب آزاد و جلوگیری از ته‌نشینی می‌شوند. زمانی که گروت اجرا شد، فشار هیدرواستاتیک ستون­های سیمانی تنها عامل جلوگیری از داخل شدن سیال و گاز از سوراخ­های چاه است. ته‌نشینی ذرات باعث کاهش چگالی گروت شده و در نتیجه سبب کاهش فشار هیدرواستاتیک می‌شود. بنابراین جلوگیری از ته‌نشینی گروت سیمان خمیری بسیار حائز اهمیت است [۲].

نحوه استفاده از مواد قوام‌آور

بیشتر مواد قوام‌آور به صورت مخلوط پودری یا به صورت محلول مایع (با مشخص بودن درصد مواد جامد افزودنی) توزیع می‌شوند. در صورت استفاده از محلول مایع، مقدار مورد نیاز راحت­تر مورد استفاده قرار گرفته و دقت در انداره­گیری آن افزایش می‌یابد. مقدار مصرف ماده قوام‌آور به عملکرد مورد انتظار بستگی دارد، ولی معمولاً در دامنه ۱/۰ تا ۵/۱ درصد بر اساس وزن سیمان تغییر می‌کند هرچند در موارد خاص میزان مصرف می‌تواند متفاوت باشد [۱].

افزایش لزجت آب مخلوط منجر به تیکسوتروپی[۳] بیشتر بتن شده و مقاومت در برابر جداشدگی را بهبود خواهد بخشید. مقدار افزودنی برای گروه­های A و B و C دامنه­ای از ۱ تا ۵/۱ درصد از وزن آب در داخل مخلوط خواهند داشت و معمولاً در ترکیب با فوق روان‌کننده‌ها به کار می­روند. میزان غلظت ایجاد شده، به مقدار افزودنی و وزن مولکولی جزء اصلی بستگی دارد. مواد افزودنی گروه D و E به واسطه خاصیت پرکننده منفذی که دارند، ساختار تخلخل بتن را تغییر می‌دهند [۴]. نوع پلیمرهای محلول در آب که به منظور افزایش غلظت گروت سیمان، ملات و بتن استفاده می‌شود، در جدول ۷-۴ نشان داده شده است. هر چند بسیاری از پلیمرهایی که در جدول ۷-۴ نشان داده شده است را می‌توان برای افزایش لزجت آب مخلوط نیز به کاربرد، اما از طرفی همه پلیمرهای شبه پلاستیک با سیستم سیمان سازگار نیستند. تنها تعداد کمی‌از آن‌ها را می‌توان بدون تداخل با مواد فزودنی کاهنده آب و فوق روان‌کننده‌ها برای تولید بتنی با میزان چسبندگی کافی و در عین حال حفظ روانی آن به کار برد [۴].

انواع پلیمرهای محلول در آب
انواع پلیمرهای محلول در آب

مقادیر مورد استفاده

دامنه مقادیر افزودنی مورد استفاده در پنج گروهی که در قسمت ۷-۲ توضیح داده شده مطابق زیر است:

  • گروه A: 2/0 ال ۵/۰ درصد مواد جامد بر مبنای وزن سیمان
  • گروه B: 01/0 تا ۵/۱ درصد مواد جامد بر مبنای وزن سیمان
  • گروه C: 1/0 تا ۵/۱ درصد مواد جامد بر مبنای وزن سیمان
  • گروه D و E: 1 تا ۲۵ درصد مواد جامد بر مبنای وزن سیمان

به دلیل اینکه مقدار مواد افزودنی مورد نیاز نسبتاً کم است. در هنگام توزین مصالح باید دقت نمود که میزان افزودنی استفاده شده به درستی توزین گردد. باید از تجهیزات خودکار مناسب برای پخش کردن و توزیع یکنواخت مواد افزودنی مایع استفاده گردد. برای توزین پودرها، می‌توان از پیمانه­های با حجم از قبیل تنظیم شده استفاده نمود یا مواد پودری را بر اساس وزن سیمان توزین نمود. محلول­های مایع مواد قوام‌آور، مستقیم به مخلوط کن بتن اضافه می‌شوند (شکل ۷-۸) [۴].

محلول¬های مایع مواد قوام‌آور
محلول¬های مایع مواد قوام‌آور

نحوه اختلاط

در هنگام تولید بتن، مواد قوام‌آور را بعد از اضافه کردن سنگدانه‌ها در مخلوط کن و پس از اینکه سیکل کوتاهی از فرایند مخلوط شدن پس از اضافه کردن سیمان طی شده باشد، به مخلوط می‌آفزایند. به دلیل جامد بودن مواد قوام‌آور و به دلیل تمایل آن‌ها به شناور شدن بر روی آب مخلوط، مدت زمان اختلاط باید بیشتر شود تا به طور کامل از توزیع یکنواخت مواد قوام‌آور مطمئن شد. در مراحل اولیه اختلاط، مخلوط خشک است و کارایی کمی ‌دارد به تدریج که اختلاط ادامه می‌یابد پلیمرها در آب حل شده و کارایی مخلوط افزایش می‌یابد. پیشنهاد می‌شود که افزون آب اضافی در مراحل اولیه اختلاط محدود و کنترل شده باشد. مصالحی نظیر اکسید پلی اتن، سلولز اتر و سایر پلی­الکترولیت‌های مصنوعی نم‌گیر بوده و در صورتی که در تماس با رطوبت قرار گیرند تمایل دارند که توده­هایی ‌ایجاد کنند که معمولاً سخت­تر در آب حل می‌گردند. برای اطمینان حاصل کردن از پخش شدن یکنواخت این مواد در بتن بهتر است که پیش از اضافه شدن به مخلوط در آب حل شده باشند. در مورد اکسید پلی اتیلن، پخش کردن تدریجی پودر در مقادیر زیاد آبی که شامل کمی ‌ایزوپروپانول باشد و نیز هم زدن مخلوط، می‌تواند از تشکیل توده جلوگیری کند. همچنین امولسیون حاصله هنگامی‌که در دمای انجماد قرار می‌گیرد ممکن است تشکیل توده دهند. این مصالح باید تحت شرایط خشک و دمای طبیعی (۲۰-۲۲ درجه سانتی گراد) نگهداری شوند [۴].

مشکلات احتمالی استفاده از مواد قوام‌آور

هنگامی‌که مشکلی در رابطه با بتن در محل کار پیش می‌آید باید طرح اختلاط کلی و کیفیت اجزای سازنده امتحان شوند تا اطمینان حاصل  شود که برای کاربرد مورد نظر مناسب می‌باشند. بیشتر مواد قوام‌آور برای کاربرد خاص هستند بنابراین انتخاب مناسب نوع آن همچون استفاده از مقدار بهینه مهم است. بیشتر مواد قوام‌آور در مقادیر کم با اثرات کم روی سایر خواص بتن استفاده می‌شوند. هرچند که استفاده از مقادیر زیاد بر روی چسبندگی اثر گذاشته و باعث افزایش میزان هوای وارد شده می‌شود. برگه‌ی مشخصات فنی محصول ارائه شده توسط کارخانه باید شامل راهنمایی در مورد تأثیرات ثانویه محصول باشد. استفاده از مواد قوام‌آور بیشتر یا کمتر نسبت به مقدار بهینه ممکن است باعث تأثیرات منفی شود. استفاده بیشتر از مقدار بهینه مشکلات زیر را در پی خواهد داشت:

  • کاهش کارایی
  • دیرگیری
  • افزایش حباب‌های هوا
  • دشواری در تمیز کردن تجهیزات مورد استفاده

استفاده از مقادیر کمتر لز مقدار بهینه سبب ایجاد مشکلاتی به شرح زیر خواهد شد:

  • شسته شدن بیش از حد در بتن زیر آب
  • عدل رفع مشکل آب انداختگی و جداشدگی
  • لزجت کم، عدم چبندگی کافی

مواد قوام‌آور سبب کاهش روانی مخلوط بتنی می‌شوند. باید توجه داشت که برای رفع مشکل کاهش روانی نباید به مخلوط بتنی آب اضافه کرد زیرا این عمل، نسبت آب به سیمان مخلوط تغییر داده و سبب ایجاد مشکلات دیگری نظیر کاهش مقاومت بتن و آب انداختگی می‌شود. برای رفع این مشکل باید از مواد افزودنی استفاده کرد. اضافه کردن فوق روان‌کننده ممکن است در غلبه بر کاهش کارایی ناشی از استفاده از مواد قوام‌آور لازم باشد. مواد قوام‌آور سبب کاهش روانی مخلوط بتنی می‌شوند.

مراجع:

  1. efnark, (2006), guidelines for viscosity modifying admixture for concrete.
  2. rixom, r., mailvaganam, n., (1999), chemical admixture for concrete – third edition, ch 7,65-74.
  3. khayat, k., (1995), use of veas in cement based systems – an overview, university of sherbrooke, quebec, Canada, 1-36.
  4. rixom, r., mailvaganam, n., (1999), chemical admixture for concrete, third edition, ch 6, 14-21.
  5. nagataki, s., (1989), rilem committee tc 84-aac.
  6. kwai, t,. (1987), proceedings 5th international congress on polymers in concrete, brighton polytechnic, brighton, 385-90.
  7. mailvaganam, n.p., (1994), concrete admixtures handbook, noyes publications, 1000 -6.
  8. rakitsky, w.g., (1993), proceedings conchem international exhibition and conference, karlshrue, germany, 155 – ۸۱٫
  9. ohama, y. et al., (1990), underwater adhesion of polymethyl methacrylate mortars, aci sp- 137, 93-1108.
  10. gerwick, jr. b.c., Holland, t.c. and komendant, g.j., (1981), tremie concrete for bridge piers and other massive underwater placements, report no. fhwa/ rd- 81/153, federal highway administration, us department of transportation, Washington, d.c.
  11. crd c61, test method for determining the resistance of freshly mixed concrete to washing out in water. Army corps of engineer.
  12. mailvaganam, n.p., (1992), repair and protection of concrete structures., crc press, 231-4.
  13. tynes, w., (1967), evaluation of admixtures for use in concrete to be placed under water, technical report c-67-3, us army engineer waterways experiment statio

[۱] . top bar effect.

[۲] . rebound.

[۳] . به خاصیت از مخلوط گفته می‌شود که با تغییر سرعت هم­زدن، لزجت مخلوط نیز تغییر می‌کند.

[۴] . نوعی نمک دریایی – Alginate

[۵] . ماده کلوییدی به دست آمده از جلبک قرمز خوراکی – Carrageenan

[۶] . نوعی قند – Agar

[۷] . xanthan gum.

[۸] . rhamsan gum.

[۹] . gellan gum.

دیدگاهتان را بنویسید

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

Share via
Copy link
Powered by Social Snap