مقدمه مواد افزودنی گازساز بتن

افزودنی­ های گازساز[۱] دسته­ ای از افزودنی ها هستند که در مخلوط بتن تازه، در طول فرایند هیدراتاسیون و قبل از اینکه گیرش اولیه خمیر سیمان صورت بگیرد، حباب­ هایی از گاز تولید می­کنند و به این ترتیب مقدار انبساط معینی را در بتن، ملات یا گروت ایجاد می­ نمایند[۱و۲] این دسته از افزودنی­ ها را که با ایجاد فعل و انفعالات شیمیایی با عناصر حاصل از هیدراتاسیون سیمان تولید گاز می­ کنند، نباید با افزودنی­های حباب ­ساز که صرفاً باعث پایداری حباب ­های ریز هوای موجود در بتن می­شوند، اشتباه گرفته شوند، مکانیزم عمل، نحوه ­ی استفاده و دلیل کاربرد افزودنی ­های گازساز کاملاً متفاوت از افزودنی­ های حباب­ ساز است.

افزودنی­ های گازساز عمدتاً برای ایجاد انبساط اولیه در بتن خمیری و کاهش چگالی آن و یا تولید بتن سبک استفاده می­شوند در حالی که افزودنی­ های حباب­ ساز که در مقاله افزودنی حباب ساز بتن بررسی شده ­اند. برای بهبود پایابی درازمدت بتن در شرایط سرما و یخبندان به کار می­روند. به طور کلی موارد استفاده­ی افزودنی­ های گازساز عبارتند از [۳]:

  • بهبود اثربخشی گروت با خنثی کردن تغییرات حجم ناشی از جمع ­شدگی در مواردی که پرکردن یک فضای معین باید به طور کامل توسط ملات پر شود. مانند:
  • گروت­ ریزی صفحه ستون
  • بتن پیش­آکنده که در کارهای ترمیمی و زیر دریا استفاده می­شود.
  • پر کردن حفره ­ها مانند کانال­ های بتن پس­کشیده
  • نصب کردن و اتصال المان­های بتن پیش ­ساخته
  • پر کردن اتصالات آب­بند و تر­ک­ ها در کانال­ های ترمیمی
  • بهبود پیوند فولاد به بتن با کاهش فضاهای خالی
  • بهبود یکنواختی بتن
  • پوشش­ های آب­ بند با پایه سیمانی
  • تولید بتن متخلخل و خودتنیده
  • سیمان­ های چاه­ نفت

همانطور که ذکر شد یکی از کاربردهای افزودنی­ های گازساز ایجاد انبساط در بتن برای جبران جمع­ شدگی خمیری آن است. تغییر حجم بتن مدت کوتاهی پس از بتن­ ریزی آغاز می­شود. تغییر حجمی که در زمان تازه بودن بتن و قبل از سخت شدن آن رخ می­دهد، جمع­ شدگی خمیری نام دارد. جمع ­شدگی خمیری به دلیل کاهش حجم خمیری سیمان در اثر فرایند هیدراتاسیون و نیز تبخیر سریع رطوبت از سطح بتن با سرعتی بیش از بیش از آب­ انداختگی رخ می­دهد.

این پدیده معمولاً به شکل ترک­ های جمع­شدگی خمیری ایجاد شده که پیش از پرداخت سطح بتن یا حین آن ظاهر می­شود انقباض بتن و ترک­ های ایجاد شده­ی ناشی از آن باعث ایجاد مشکلاتی چه در ظاهر بتن و چه در عملکرد آن دراز مدت آن می­شود. به خصوص بتن مورد استفاده در پر کردن فضاهای خالی، ایجاد تکیه­ گاه یا آب­بندی باید از جمع ­شدگی کمی برخوردار باشد، با ایجاد مقدای انبساط در مخلوط بتن تازه می­توان در جمع ­شدگی خمیری غلبه کرد. این عمل با استفاده از افزودنی ­های گازساز مسیر می­شود.

علاوه بر تولید بتن یا گروت منبسط­ شونده، می توان برای تولید بتن اسفنجی یا بسیار سبک نیز ازافزودنی­ های گازساز استفاده کرد. بتن اسفنجی نوع ویژه­ای از مصالح ساختمانی سبک است که وزن مخصوص آن ۳۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلوگرم برمترمکعب و مقاوت فشاری آن ۵/۲ تا ۱۰ مگاپاسکال می­باشد(شکل۶-۱). افزودنی­ های گازساز باعث ایجاد منافذ میکروسکوپی به قطر ۵/۰ تا ۵/۱ میلیمتر در ملات شده و به این ترتیب این نوع بتن سبک تولید می­شود. با وجود اینکه برای کاهش جمع ­شدگی خمیری بتن مقدار کمی افزودنی گازساز کافی است، برای تولید بتن اسفنجی درصد نسبتاً زیادی از این افزودنی­ ها نیاز است. با توج به توضیحات فوق کاربردهای افزودنی­ های گازساز در بتن را می­توان به صورت زیر طبقه­ بندی کرد:

  • کنترل آب ­انداختگی و نشست بتن [۴و۵]
  • بهبود خاصیت پرکنندگی گروت و ملات با خنثی کردن جمع­ شدگی خمیری از طریق ایجاد انبساط در آن به میزان ۵-۱۰% و حتی تا ۱۴%
  • تولید بتن سبک اسفنجی[۲] [۶]

افزودنی­های گازساز را برمبنای ترکیبات سازنده­ی آن می­توان به دو گروه کلی تقسیم کرد:

  • افزودنی­های تک جزئی: این گروه عمدتاً شامل یک نوع عامل تولیدکننده گاز و ترکیبات جزئی دیگر برای پایداری حباب­ ها و سرعت بخشیدن به واکنش هستند.
  • افزودنی­های چند جزئی: این گروه افزودن بر عامل تولید کننده گاز شامل مواد شیمیایی دیگر برای کاهش آب اختلاط و افزایش مقاومت نیز می­باشد.

انواع گازساز ها و ترکیب شیمیایی آن­ها

گازهای تولید شده در این افزودنی­ها عبارتند از: گاز هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و هوا انواع مختلفی از فلزات و برخی مواد دیگر برای تولید گاز در بتن به کار می­روند. مانند نمونه: آلومینیوم، منیزیم و روی هیدروژن آزاد می­کنند، [۷] هیدروژن­­ پراکسید اکسیژن آزاد می­کند [۸]، نیتروژن و ترکیبات آمونیاک منجر به تولید گاز نیتروژن می­شوند[۹] و انواع خاصی از کربن فعال با زغال­ کک شناور هوا آزاد می­کنند. در بین این مواد پودر آلومینیوم بیشترین کاربرد را دارد[۱۰و۱۱]

نمونه ­ای از بتن سبک اسفنجی
نمونه­ ای از بتن سبک اسفنجی

تولید هیدروژن: برای تولید پودر آلومینیوم به هر دو صورت پولکی و دانه ­ای استفاده می­شود. نوع دانه­ ای جلای کمتری نسبت به نوع پولکی نشان می­دهد و بعضی حاوی یک پوشش اکسیدی غیر فعال است که باعث می­ شود در هوای مرطوب مقاومت بیشتری داشته باشد. بنابراین هنگام ذخیره­ سازی پایدارتر است و از آنجایی که دیرتر از آلومینیوم ورقه ­ای واکنش می­دهد، مدت زمان بیشتری برای تولید گاز و ایجاد انبساط نیاز دارد.

تولید اکسیژن: کلسیم ­هیپوکلریت در کنار هیدروژن ­پراکسید مایع(H2O2)برای تولید گاز اکسیژن استفاده می­شود. نسبت هیپوکلریت(شامل۷۰درصد کلر فعال) به هیدروژن پراکسید(شامل۳۰درصد محلول فعال) برابر ۵/۱ یا بیشتر است [۸].

تولید نیتروژن: فلزاتی که نیتروژن آزاد می­کنند باید شامل یک عامل تولید گاز نیتروزن که می­تواند ترکیبی آلی یا غیرآلی و یک فعال­ کننده باشند. عامل تولید گاز نیتروژن باید شامل حداقل یک پیوند N-N در مولکول خود باشد. نمک­ های آلومیناتی و مس از جمله فعال­ کننده ها به شمار می­روند.

تولید هوا: آزاد کردن هوا در خمیر سیمان وقتی اتفاق می­افتد که زغال­ کک شناور با انواع خاصی از کربن فعال شده که از الک شماره ۳۰ با اندازه چشمه الک ۶۰۰ میکرون می­ گذرد استفاده می­شود درصد رطوبت مناسب این مواد ۳ درصد است.

افزودنی­های چند جزئی که دسته­ ی دوم افزودنی­ های گازساز را تشکیل می­دهند معمولاً برای گروت­ ریزی زیر صفحه­ ستون و نیز در تولید سیمان­ های چاه نفت استفاده می­شوند. در افزودنی­ های چند جزئی سه نوع کندگیرکننده استفاده می­شود تا اثر آنها را در دماهای زیاد بهبود ببخشد. این کندگیرکننده­ ها عبارتند از: (۱) نشاسته یا مواد سلولزی (۲) شکرها (۳) اسیدها با نمک­های آنها که شامل یک یا چند گروه هیدروکسی هستند.

نگهدارنده ­های آب مورد استفاده در این افزودنی ­ها معمولاً رس­ های ژلاتینی، امولسیون­ های لاتکس یا اترهای سلولزی می­باشند. [۱۲] استفاده از حباب­ ساز­هایی چون وینسول رزین نیز در کنار عامل گازساز باعث پایداری حباب­های گاز می­شود. محصولات موجود در بازار ترکیبی از دو یا چند مورد از مواد گازساز، روان­کننده ­ها، مواد کاهنده­ آب، کندگیرکننده­ ها، زودگیرکننده ­ها، افزودنی­های پایدارکننده ژل، مواد پوزولانی مثل روباره و بقیه پرکننده ­ها مانند کلسیم کربنات هستند.

بیشتر بخوانید  افزودنی بتن | انواع مواد افزودنی بتن کدامند و کاربرد هر کدام چیست؟

سیمان کاری لوله­ های درون چاه نفت یکی از اصلی­ ترین عملیات­ های انجام شده در طول حفاری چاه می­باشد. سیمان، لوله جداری را در برابر نیروهای وارده محافظت می­کند و از زوال آن در طولانی مدت جلوگیری می­نماید، همچنین سیمان نسدی نفوذناپذیر در برابر عبور گازها و سیالات چاه ایجاد کرده و به این ترتیب آن را ایزوله می ­کند. کاربرد افزودنی­ های گازساز در سیمان­ های چاه نفت باعث انبساط این سیمان­ ها و پر شدن بهتر درزها شده و در نتیجه از نشت نفت و گاز جلوگیری به عمل می­آید.

مواد گازساز استفاده شده برای این کار شامل، یک سری ترکیبات هستند که برای گسترده ­ی وسیعی از فشار دما در اعماق مختلف طراحی شده­اند. افزون بر حباب­ سازها و کندگیرکننده ­ها، پودر آلومینیوم ممکن است با سه افزودنی دیگر هم ترکیب شود: نگهدارنده ­های آب، چگال­ کننده­ ها و و یا مواد کاهنده­ی چگالی. پودر آلومینیوم هم­چنین می­تواند با یک نوع صمغ (رزین) قابل حل در آب (آبیتیک اسید) پوشیده شود تا:

  • انبساط را به تأخیر اندازد تا زمانی که گروت سیمان به محل نهایی خود برسد.
  • اثر فشار و دمای بالا را بر انبساط کاهش دهد.
  • با افزایش ارتقاع بتن ریزی، حباب­های گاز را گروت پایدار می­کند.

مکانیزم اثر گازساز بتن

وقتی که یک افزودنی گازساز به گروت، ملات و یا بتن اضافه می­شود واکنشی بین آن و اجزای سیمان تازه شکل می­گیرد. طی این واکنش به ازای مقدار مشخصی از افزودنی، مقدار خاصی گاز آزاد می­شود و انبساط با سرعت مشخصی صورت می­گیرد. مکانیزم تولید این گازها در ادامه بررسی شده است:

گاز هیدروژن: این گاز طی واکنش کلسیم ­هیدروکسید ایجاد شده از فرآید هیدراتاسیون سیمان با پودر آلومینیوم تولید می­شود. در این واکنش حباب­ هایی در سرتاسر بتن تولید می­شوند و باعث انبساط آن می­گردند. معادله شیمیایی این واکنش چنین است[۶].

(۶-۱) ۲AL + 3Ca (OH)2 + 6H2O = 3CaO. AL2O3. 6H2O + 3H2

این فرآیند معمولاً یک الی یک ­ساعت­ و نیم به طول می ­انجامد و تا قبل از گیرش اولیه به پایان می­رسد اگرچه مکانیزم انبساط در گروت و بتن اسفنجی اساساً شبیه هم است ولی این واکنش در بتن اسفنجی نیازمند کنترل دقیق­ تری می­باشد. برای اطمینان از اینکه پودر آلومینیوم به طور کامل مصرف شده است می­توان سدیم­ هیدروکسید (NaOH) به مخلوط اضافه کرد.

گاز اکسیژن: فرآیند آزادسازی گاز اکسیژن توسط واکنش بین کلسیم ه­یپوکلریت(پودرسفید­کننده) و هیدروژن­ پراکسید((H2O2، صورت می­گیرد. طی این واکنش کلسیم ­کلرید تولید می­شود، که به فرآیند هیدراتاسیون سیمان شتاب می­بخشد [۱۳] از آن­جایی که کلسیم­ هیپوکلریت و کلسیم­ کلرید می­توانند باعث خوردگی آرماتورها شوند، باید مقدار آن­ها قبل از استفاده به دقت تعیین شود تا از حداگثر محدوده­ ی مجاز تعیین­ شده توسط آیین­ نامه­ ها تجاوز ننماید.

گاز نیتروژن: گاز نیتروژن توسط تجزیه ­ی پیوند N-N مول مول حاوی نیتروژن، تحت تأثیر واکنش فعال­ کننده­ هایی مثل نمک ­های آلومیناتی و مس حاصل می­شود.

هوا: فرآیند تولید هوا به این شکل است که آب یا دوغاب سیمان جایگزین هوای موجود در منافذ ذرات­ کک شناور می­شود. شدت این واکنش به درصد رطوبت ذرات قبل از اضافه کردن آب به مخلوط دارد. طبق آزمایشات صورت گرفته گرفته درصد رطوبت بهینه ۳% می­باشد [۱۰].

واکنش­های تولید گاز در افزودنی­ های چند جزئی اساساً شبیه این واکنش­ ها در افزودنی­ های تک، جزئی­ اند با این تفاوت که ترکیبات اضافی آن­ها باعث اصلاح سرعت واکنش می­شوند. برای مثال وینسول رزین که روی پودر آلومینیوم پوشیده می­شود به طور قابل­ ملاحظه­ ای سرعت تولید گاز را کاهش می­ دهد.

عوامل مؤثر در تولید گاز در افزودنی های گازساز

سرعت انبساط و مدت زمان آن و نیز یکنواخت بودن پخش و اندازه حباب­ های تولید شده در این واکنش عوامل مهمی هستند که باید از قبل در نظر گرفته شوند. میزان تولید گاز نیز بسته به شرایط و نوع افزودنی تغییر می­کند. در ادامه برخی موارد مؤثر بر فرآیند تولید گاز بررسی می­گردد.

نوع و مقدار ماده افزودنی: پودر آلومینیوم ممکن است به شکل پوشش ­دار یا بدون پوشش استفاده شود. پودر آلومینیومی بدون پوشش سریع­تر از پودر آلومینیومی پوشش داده ­شده واکنش می­دهد. مواد پوشش ­دار آرام­تر واکنش می­دهند ولی انبساط بیشتری را ایجاد می­کنند [۱۴]، نرمی و میزان رطوبت کک شناور در قابلیت تولید گاز مهم است [۲]. در سیستم تولید گاز نیتروژن نوع عامل آزادکننده نیتروژن در شدت واکنش تأثیر دارد. واضح است که میزان کل گاز تولید شده متناسب با مقدار ماده افزودنی مورد استفاده است.

دمای مخلوط و محیط: فرآیند تولید گاز هیدروژن توسط پودر آلومینیوم به شدت تحت­ تأثیر دما قرار دارد. افزایش دما باعث کاهش زمان مورد نیاز می­شود به طوری که اگر در دمای ۳۰ درجه سانتی­گراد واکنش طی ۲۰ دقیقه کامل می­شود، در دمای ۵ درجه سانتی­گراد ممکن است ساعت­ها به طول بیانجامد در دمای ۵۰C تقریباً به دو برابر مقدار ماده افزودنی نیاز داریم تا انبساطی برابر آنچه در دمای ۰C 20رخ می­دهد ایجاد می­شود. جدول ۶-۱ اثر دمای محیط را بر انبساط حاصل شده قبل از گیرش نشان می­دهد. در دماهای بیشتر از ۳۰ درجه سانتی­گراد سرعت واکنش به حدی است که عملاً انبساط قبل از اینکه بتن با ملامت در جای خود ریخته شود کامل می­شود.

تولید گازهای نیتروژن و اکسیژن بر خلاف آنچه در مورد تولید گاز هیدروژن ذکر شد. مستقیماً تحت تأثیر دما نیست [۲]. رفتار مکانیزم تولید هوا برعکس رفتار مکانیزم تولید هیدروژن است. به طوری که در دمای کم انبساط بیشتر از دماهای زیاد است. تا کنون دلیلی برای این رفتار یافت نشده است. در تمام مکانیزم­ های تولید گاز در هوای سرد می­توان از زودگیرکننده ­هایی مثل سدیم­ هیدروکسید، آهک­ هیدراته یا سدیم فسفات استفاده کرد که باعث می­شوند تولید گاز کافی قبل از گیرش صورت گیرد [۲و۶].

ترکیب و نرمی سیمان: سیمان­ های با خاصیت قلیایی بیشتر و نرمی زیادتر واکنش تولید گاز هیدروژن را سرعت می­ بخشند. میزان فعالیت و مقدار نسبی فازهای سیمان به خصوص سیلیکات­ تری­ کلسیم نیز در سرعت آزادسازی هیدروژن و مدت زمان انبساط تأثیر دارد [۲]. واکنش تولید گاز اکسیزن و نیتروژن، با فعال­ کننده­ ها آغاز و کنترل می­شود و از این رو سرعت و مدت واکنش به نوع و نرمی سیمان بستگی دارد.

حضور مواد افزودنی دیگر در مخلوط: سدیم­ هیدروکسید که در ساخت بتن اسفنجی استفاده می­شود، واکنش را سرعت می­بخشد و باعث می­شود کل پودر آلومینیوم مصرف می­شود. کلسیم کلرید آزاد شده از واکنش تولید اکسیژن باعث گیرش سریع­تر مخلوط می­شود. موادی مثل ساپونین و وینسول رزین خنثی شده در بتن اسفنجی استفاده می­شوند تا از خروج گاز از مخلوط قبل از سخت شدن جلوگیری نمایند و ساختار متخلخل را پایدار کنند.

میزان آب و روانی مخلوط: میزان آب و روانی مخلوط در سرعت و مدت زمان واکنش تولید گاز هیدروژن مؤثرند. در ابتدا با افزایش میزان رطوبت شدت واکنش افزایش می­یابد. اما بعد از یک درصد رطوبت مشخص روند برعکس می­شود. در درصد رطوبت بهینه انبساط بیشینه را خواهیم داشت که بستگی به نوع سیمان و سنگدانه­ ها دارد. جدول ۶-۲ اثر این عامل بر ملات­های سیمان یوتلند نشان می­دهد [۱۵]. اگرچه روانی مخلوط مستقیماً در واکنش مربوط به تولید نیتروزن و اکسیژن تأثیر ندارد (چون ماده قلیایی آزاد شده برای این واکنش ضروری نیست)، ولی اگر قبل از گیرش سیمان مقدار قابل توجهی گاز از مخلوط گاز از مخلوط آزاد شود، روانی زیاد مخلوط ممکن است در میزان انبساط تأثیر بگذارد.

بیشتر بخوانید  بتن خودتراکم | قسمت 1: معرفی بتن خودتراکم
تأثیر دمای محیط بر سرعت انبساط در یک گروت حاوی پودر آلومینیوم
تأثیر دمای محیط بر سرعت انبساط در یک گروت حاوی پودر آلومینیوم
تأثیر میزان آب مخلوط بر انبساط گروت¬های سیمانی حاوی پودر آلومینیوم
تأثیر میزان آب مخلوط بر انبساط گروت¬های سیمانی حاوی پودر آلومینیوم

نسبت اختلاط: ویژگی­های مواد مخلوط و نسبت آن­ها در مقدار مورد نیاز ماده افزودنی تأثیر دارد. برای مثال در ترکیباتی با چسبندگی کمتر، باید مقدار بیشتری از افزودنی استفاده شود.

شرایط اختلاط: سرعت مخلوط کردن مواد، مدت مخلوط کردن آن­ها و نوع مخلوط­کن در مقدار ماده افزودنی مورد نیاز مؤثرند. هم­زدن طولانی مواد باعث کاهش تولید گاز می­شود و در نتیجه انبساط کمتر خواهد بود. در بتن اسفنجی ترتیب افزودن هیدروژن­ پراکسید و هیپوکلریت در سرعت واکنش تأثیر دارد. اگر هیدروژن­ پراکسید قبل از هیپوکلریت به مخلوط اضافه شود، انبساط آرام ­تر خواهد بود.

تأثیر گازساز ها بر خواص بتن

افزودنی­ های گازساز باعث تغییر در مشخصات فیزیکی و مکانیکی بتن تازه و سخت­ شده می­شوند. برخی از خواص بتن مانند چگالی و مقاوت ممکن است تغییر زیادی داشته باشند در حالی که برخی خواص دیگر مانند کارایی تأثیر کمتری می­پذیرند. در این بخش مروری اجمالی بر تأثیر مواد افزودنی گازساز بر مشخصات بتن تازه و سخت­ شده انجام می­شود. در حالت کلی باید در نظر داشت که میزان تأثیر مواد افزودنی گازساز وابسته به میزان مصرف ماده افزودنی و میزان گاز تولید شده در بتن خواهد بود.

بتن تازه

کاهش آب: افزودنی­ های تک جزئی که فقط شامل یک عامل تولید گاز هستند، تأثیری در کاهش آب ندارند. استفاده ا مواد کاهنده آب، روان­ کننده ­ها، کندگیرکننده ­ها و مواد حباب­ساز در کنار عامل تولید گاز، باعث کاهش آب می­شود. میزان این کاهش بستگی به نوع و مقدار ماده افزودنی دارد.

کارایی: افزودنی­ های تک جزئی وقتی به مقدار معمولی استفاده شوند، تأثیر چندانی بر کارایی بتن و ملات ندارند. اما افزودنی­ های چند جزئی شامل کندگیرکننده­ ها و کاهنده ­ی آب کارایی را زیاد می‌کنند که این کارایی زیاد برای مدت طولانی باقی می­ماند. افزودن مقدار زیادی ماده­ ی گازساز به بتن‌های مگر و کم­ سیمان با بتن­ های خشن باعث بهبود کارایی و ایجاد روانی خمیری ایجاد می­کند.

جمع ­شدگی و آب­ انداختگی بتن: افزودنی­ ها گازساز در حجم­ های معمولی بتن و ملات، جمع‌شدگی خمیری را خنثی می­کنند بدین صورت که با تولید گاز باعث انبساط مخلوط می­شوند. این انبساط، انقباض ناشی از جمع ­شدگی را جبران کرده و مانع کاهش حجم می­گردد. آب انداختن بتن به معنی تشکیل لایه ­ای از آب در بالا یا سطح بتن تازه ریخته شده است. این پدیده به دلیل ته‌نشینی ذرات جامد (مواد سیمانی و سنگدانه) و حرکت هم­زمان رو به بالای آب روی می­دهد.

در جاهایی که ارتفاع سازه خیلی بیشتر از عرض آن است (مانند تاندون­ های پس کشیده که در راستای عمودی قرار داردند که آب تمایل زیادی ب تراوش و انباشته ­شدن در غلاف تاندون دارد. این مشکل با استفاده از افزودنی­ های نگهدارنده آب در کنار عامل تولید گاز تا حدی بر طرف می­شود. در حقیقت افزودنی گازساز با منبسط کردن بتن باعث پرشدن حفرات خالی می­شود و در نتیجه جایی برای جمع شدن آب باقی نمی­ ماند.

تأثیر پودر آلومینیوم بر جمع¬شدگی خمیری یک نوع گروت
تأثیر پودر آلومینیوم بر جمع¬شدگی خمیری یک نوع گروت
تصویر مقطع یک گروت سخت¬شده حاوی پودر آلومینیوم (الف) با اعمال محدودیت (ب) بدون اعمال محدودیت که ترک¬های ناشی از کاهش مقاومت مشاهده می¬شوند.
تصویر مقطع یک گروت سخت¬شده حاوی پودر آلومینیوم (الف) با اعمال محدودیت (ب) بدون اعمال محدودیت که ترک¬های ناشی از کاهش مقاومت مشاهده می¬شوند.

ویژگی­های گیرش: زمان گیرش اولیه و نهایی بتن معمولی و ملات با استفاده از این افزودنی­ ها تغییر می­کند. کندگیرکننده­های قوی معمولاً در گروت­ های سیمانی چاه نفت استفاده می­شوند تا زمان گیرش را افزایش دهند. در ساخت بتن اسفنجی، سدیم­ هیدروکسید و یا سدیم ­فسفات به پودر آلومینیوم اضافه می­شود و گیرش را سریع می­کنند.

بتن سخت­ شده

مقاومت: افزودنی ­های گازساز در حالت کلی باعث کاهش مقاومت بتن می­شود زیرا تخلخل کلی بتن را افزایش می­دهد. در صورتی که انبساط بتن توسط فشار خارجی محدود شود، مقاومت بتن حاوی افزودنی­ های گازساز کمتر کاهش نمی­یابد، اما اگر قیدی اعمال نشود، حباب­های هوا تمایل دارند به روی سطح بیابند و بنابراین یکنواخت در سرتاسر مخلوط پراکنده نمی­شوند.

در نتیجه مقاومت بیشتر کاهش می­یابد و ترک­ های افقی زیادی ممکن است شکل بگیرد. علاوه بر آن مخلوط بتن ناهمگن شده و مقاوت آن در نقاط مختلف یکسان نخواهد بود (شکل۶-۳). این اثر با زیاد کردن مقدار افزودنی افزایش می­یابد.

سایر افزودنی­ های موجود در مواد گازساز چند جزئی می­توانند این کاهش مقاومت را تا حدودی اصلاح کنند. کاهنده­های آب و افزودنی ­های افزایش­ دهنده لزجت تخلخل را کاهش می­دهند، بنابراین مقاومت افزایش می­یابد. در بتن اسفنجی که در ان سبک­سازی توسط تولید گاز اکسیژن و هیدروژن تولید می­شود. مقاومت توسط چگالی بتن کنترل می­شود و می­ توان چگالی را به ازای مقدار مشخصی از مواد گازساز از قبل تعیین کرد.

دوام: درباره مقاومت در برابر چرخه­ی ذوب و یخ بتن حاوی مواد گازساز اطلاعات کمی در دسترس است. با این وجود بتن حاوی این افزودنی به طور موفقی در کاربردهایی که بتن در تماس با محیط خارجی سازه است، استفاده شده است. آزمایش­ های ریزساختاری انجام شده بر روی از نمونه­ های مکعبی گروت حاوی این نوع افزودنی نشان داده است که حتی در صورت اعمال محدودیت هم حفره­ های هوای لازم برای مقاومت در برابر چرخه­ ی ذوب و یخ ایجاد می­شودند [۱۶و۱۷].

چگالی: افزودنی­ های گازساز باعث ایجاد حباب و در نتیجه کاهش چگالی می­شوند. البته چگالی بستگی به مقدار افزودنی، وجود قید، نسبت­های اختلاط، روانی مخلوط و پایداری حباب­ها دارد. کاهش چگالی در مدول الاستیسیته هم تأثیر می­گذارد.

جمع¬شدگی ناشی از خشک¬شدن در دو گروت حاوی مواد گازساز
جمع¬شدگی ناشی از خشک¬شدن در دو گروت حاوی مواد گازساز

تغییرات حجم: اگرچه انسباط حاصل از حباب­ های گاز جمع­شدگی خمیری را خنثی می­کند. افزودنی­ های گازساز نمی­توانند جمع ­شدگی ناشی از خشک­ شدن با کربناتاسیون را به طور کامل خنثی (شکل۶-۴). حتی در بیشتر موارد جمع­­ شدگی نهایی ناشی از خشک­ شدن بتن شامل افزودنی گازساز، در مقایسه با بتن بدون افزودنی افزایش می­یابد [۸]. به عبارت دیگر، مواد افزودنی گازساز درصورتی که در مقادیر کم مورد استفاده قرار گیرد جمع­ شدگی خمیری بتن در سنین اولیه را کاهش می­دهد اما اگر میزان افزودنی ­ها زیاد باشد، تخلخل در ریزساختار بتن زیاد شده و به تبع آن جمع ­شدگی درازمدت بتن افزایش می­یابد.

نحوه کاربرد و استانداردهای گازساز بتن

افزودنی­ هایی که برای استفاده در بتن در نظر گرفته می­شودند، باید الزامات ارائه شده توسط استانداردها را تأمین نمایند. هم­چنین هنگام آماده ­سازی، انبار کردن و استفاده از آن­ها باید جانب احتیاط را رعایت کرد تا تأثیر نامطلوبی بر بتن نداشته باشند. در ادامه به بررسی روند آماده­ سازی افزودنی­ های گازساز، کاربردهای معمول آن­ها، اقدامات لازم برای جلوگیری از خطرات احتمالی و برخی استانداردهای مربوط به این نوع افزودنی ­ها پرداخته می­شود.

آماده ­سازی، روش استفاده

پودر آلومینیوم به وسیله آسیاب­ کردن، الک کردن و فرایند پوشش دادن نهایی حاصل می­شود. استاریک اسید پا هر اسید چرب دیگری برای جلوگیری از توده ­شدن آن استفاده می­شود. پودر آلومینیوم مورد استفاده در افزودنی­ های چند جزئی معمولاً از قبل پوشش داده شده و به صورت عمده ذخیره می­گردد. فرایند پوشش­ دهی به صورت هم­زدن پودر آلومینیوم در یک حلال یا محلول آبی از یک رزین قابل حل در آب انجام می­شود تا جایی که یک ژل غلیظ تشکیل شود. سپس مخلوط در گر­م­خانه پخش شده تا وقتی که تکه­ های بزرگی تشکیل شود. این تکه ­ها با استفاده از یک آسیاب چکشی خرد شده و با الک کردن به اندازه دلخواه می­رسند[۱۹].

زغال­ کک شناور حاصل از پالایش نفت خام، یا با الک کردن یا با فرایند بستر شناور به اندازه دلخواه جدا می­شود. زغال­ کک معمولاً خشک می­شود تا بیشتر آب جمع شده در منافذ آن از بین برود سپس مجدداً در هوای خنک قرار می­گیرد تا رطوبتش به ۳ درصد برسد. مواد آزادکننده ­ی گاز اکسیژن و نیتروژن معمولاً مواد شیمیایی با خلوص صنعتی­ اند که به نحوی فرمول­ بندی شده­اند تا حباب­ ها گاز ایجاد کنند.

بیشتر بخوانید  افزودنی‌های بتن پاششی (شاتکریت)

از آنجایی که مقدار اینا افزودنی ­ها در بتن کم است و نیز به علت تمایل پودر آلومینیوم و زغال ­کک برای شناور بودن در آب مخلوط، این مواد قبل از اضافه­ شدن به مخلوط بتن با شن، خاکستر بادی و یا کلسیم ­هیدروکسید ترکیب می­شوند، به جز هیدروژن ­پراکسید، بقیه افزودنی­ های گازساز پودر هستند. چون افزودنی­های گازساز در مقادیرکم استفاده می­شوند، به دقت توزین شده و در میکسر ریخته می­شوند. آن­ها ابتدا به ماسه اضافه شده و به مدت ۱ دقیقه مخلوط می­گردند؛ سپس برای ۳ تا ۵ دقیقه با سایر ترکیبات بتن مخلوط می­شوند.

پودر آلومینیوم در حالت عادی به میزان ۰۰۶/۰ تا ۰۲/۰ درصد وزن سیمان اضافه می­شود. اگرچه برای تولید بتن سبک و نیز زمانی که دمای محیط کمتر است می­توان مقادیر بیشتری اضافه کرد. حدود ۱۰۰ گرم پودر آلومینیوم به ازای هرگونی سیمان برای تولید بتن سبک استفاده می­شود. ترکیبات از قبل مخلوط شده ­ی سیمان، ماسه یا پرکننده­ها، مواد گازساز و دیگر افزودنی­ها به عنوان گروت­ ها آماده ­ی مصرف با ویژگی­ های خاص در بازار موجود می­باشند.

افزودنی­ های تک جزئی شامل پودرهای فلزات باید در ملحفه­ های بادوام و مقاوم در برابر آسیب­های مکانیکی بسته ­بندی شوند. از تماس رطوبت با این پودرهای فلزی نیز باید جلوگیری شود. برای پیشگیری از کلوخه­ شدن، این مواد نباید در مناطقی با رطوبت و دمای زیاد قرار گیرند. هم چنین کک شناور بایددر محیطی خشک نگهداری گردد.

مدت زمان مناسب برای نگهداری همه افزودنی ­ها به نوع بسته­بندی و شرایط ذخیره ­سازی آن­ها بستگی دارد. در صورتی که شرایط برای پودر آلومینیوم مناسب می­باشد، می­توان به مدت ۶ تا ۹ ماه آن را در انبار نگه­ داشت. پوشش دادن پودر آلومینیومی پوشش دار را می­توان ۱۲ تا ۱۵ ماه در انبار نگهداری کرد.

خطرات و اقدامات احتیاطی لازم

مدت زمان تولید گاز بر میزان پایداری حجمی بتن تأثیر می­گذارد. فرایند انبساط ناشی از تولید گاز باید قبل از سخت شدن بتن یا ملات کامل شود. زیرا اگر این اتفاق نیفتد، در فاصله ­ی زمانی ­ای که انبساط متوقف می­شود تا زمانی که مصالح شروع به سخت­ شدن کنند، بتن دچار نشست و جمع­ شدگی می­شود. تا وقتی که بتن مقاومت کافی را کسب نکرده است، فشار خارجی نباید برداشته شود. در غیر این صورت نیروهای انبساطی روند کار را مختل می­کنند.

برای محدود کردن جمع­ شدگی بتن و اطمینان از کسب مقاومت کافی لازم است که از شدت واکنش تولید گاز کاسته شود و در عوض مدت این واکنش افزایش یابد. در اکثر موارد با پوشش دادن عامل فلزی تولید گاز توسط یک پوشش قابل حل در آب می­توان به این نتیجه رسید. میزان انحلال­پذیری پوشش و نیز ضخامت ان سرعت و مدت تولید گاز را کنترل می­کنند. زمان­ های طولانی هم­زدن باعث فرار گاز از مخلوط و در نهایت کاهش انبساط می­شوند. بنابراین باید به مدت­ زمان هم زدن مخلوط توجه کرد.

پودر آلومینیوم به شدت واکنش ­پذیر است و اغلب توده ­ی غبار آلومینیوم مخلوط­های انفجاری ایجاد می­کند [۱۹]

استانداردها

در حال حاضر افزودنی­ ها گازساز به طور عمده در گروت­ ریزی و کارهای ترمیمی کاربرد دارند. ارزیابی، انتخاب و کنترل کیفیت یک افزودنی با بررسی عملکرد بتن، ملات و گروت حاوی آن انجام می­شود. استانداردهای استرالیایی AS2973-79 (روش­های آزمایش افزودنی­ های انبساطی برای بتن و ملات) تنها استانداردهای رایجی هستند که روش­ های آزمایش و ویژگی­های مورد نیاز افزودنی­ های گازساز را ارائه می­دهند.

استانداردهای دیگری وجود دارند که مستقیماً به افزودنی­ های گازساز مربوط نمی­شوند ولی می­توان با استفاده از آن­ها به ارزیابی عملکرد و کنترل کیفیت­ این افزودنی­ها پرداخت. این استانداردها به شرح زیر می­باشند:

روش واحدی برای اندازه­گیری تغییرات حجمی مخلوط حاوی این افزودنی­ ها وجود ندارد که عمدتاً به دلیل اختلاف نظرها روی مقدار انبساط دلخواه، مکانیزم­ های شیمیایی که طی آن­ها تغییر حجم به وجود می­آید و رابطه بین روش­های آزمون می­باشد[۲۰]. بنابراین در تفسیر نتایج یک آزمایش انجام داده شده باید نوع افزودنی و مشخصات آن در نظر گرفته شود ASTM 1107-89 مشخصات سه نوع گروت راکه بر اساس فرایند تغییر حجم پس از اضافه کردن آب به مخلوط دسته­ بندی شده­اند شامل می­شود.

روش آزمون CRDC-621 یک روش کنترل کیفی مرتبط با یکنواخطی افزودنی یا محصول حاوی افزودنی است. استانداردهای CRDC-613 و ASTM-827 آزمایش­های متعارف کنترل کیفی هستند که پس از اینکه آزمایش­های ابتدایی طبق استاندارد CRDC-621.10 انجام شد، صورت می­گیرند.

استانداردهای مرتبط با افزودنی گازساز بتن
استانداردهای مرتبط با افزودنی گازساز بتن

مراجع

  1. ACI 212,3r, (1989) chemical admixtures for concrete, American concrete institute, Farmington hills.
  2. ramachandran, v.s., (1984) concrete admixtures handbook: properties, science and technology, noyes publication, new jersey, usa.
  3. anon, which crout? Concrete construction, 19:501-504 (1974)
  4. presented concrete institute committee, (1972) recommended practice for grouting of post tensioned concrete, pci journal, November/December.
  5. schupack, m., (1974) development of a water retentive grouting aid to control the bleed in cement grout used for post-tensioning, proceedings the seventh congress of the federation international de la precontrainte.
  6. short, a.and kinniburgh, w., (1963) lightweight concrete, john wiley and sons, ny,usa.
  7. rehmar, s.j., u.s. patent 3,197, 323 (july 27,1965)
  8. valore, r.c., jr., cellular concretes, partl: composition and methods of preparation, j.a.c.i.,25: 773-796 (1954).
  9. diggleman, k. and serena, r., u.s. patent 3,591,394, assigned to kasper & winkler co., Switzerland (july 6, 1971)
  10. bacbcock, n.n., u.s.patent 3,579, 449, u.s. grout corporation (1970)
  11. smith, k.d., cementing society of petroleum engineers of a.i.m.e., dallas, texas (1975)
  12. a.p.i. specification 10 a for oil well cements and cement additives, American petroleum institute, washingtion, d.c. (1977)
  13. graf, o., foam concrete, gas concrete, light concrete, konrad witter publication (1949)
  14. takase et al, (1985) inverted casting method of concrete wall using al-flake, proceeding jsce, no. 335/vi-1.
  15. rensberg van, j.j., krugger, j.e., and brooks, w.h.b., the dimensional change behavior of expansive grouts, c.s.i.r. report – ۳۳۷, Pretoria, south Africa (1978)
  16. fasullo, s., air void determination of grout sample by astm 457, test report – trow testing laboratories, Toronto (1979)
  17. menzel, c.a., some factors influencing the strength of concreting admixtures of powdered aluminum, j.a.c.i., 25:165-184 (1943).
  18. gunnyon, g.k. and morgan, d.r., discussion of paper, evaluation of test methods for volume change of shrinkage compensating grouts by best, j.f., and lane, f.o., j.a.c.i., 79:424-424 (1982)
  19. fulford, b.b., safety aspects in handling aluminium and magnesium powders, powder metqallurgy, 2:73-76 (1976)
  20. best, j.f. and lane, f.o., evaluation of test methods for volume change of shrinkage compensating grouts, j.a.c.i., 78: 463-470 (1981)

[۱] . gas forming admixtures.

[۲] . Aerated lightneight concrete.

دیدگاهتان را بنویسید

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

Share via
Copy link
Powered by Social Snap