افزودنی پمپ بتن: چگونه بتن را راحت و سریع پمپاژ کنیم؟

یکی از مشکلات بتن‌ریزی که بسیاری از مهندسین با آن روبه‌رو هستند، سفت بودن بتن و به تبع آن، وارد شدن فشار زیاد به پمپ بتن است. در این شرایط، راننده میکسر با اضافه کردن آب، درصدد رفع مشکل برمی‌آید، حال آنکه انجام این عمل باعث کاهش مقاومت بتن می‌شود. راه‌حل‌ صحیح این مشکل، استفاده از روان کننده‌ بتن است. علاوه بر این روش، استفاده از مواد افزودنی پمپ بتن نیز می‌تواند راهگشا باشد. در این مقاله از بلاگ رامکا، ضمن تبیین افزودنی‌ تسهیل‌کننده پمپ بتن، نحوه کاربرد آن را نیز بررسی خواهیم کرد. پس تا انتها همراه ما باشید.

پمپ بتن و مشکلات رایج

یکی از روش‌های متداول انتقال بتن به محل بتن‌ریزی، پمپ کردن آن است. در این روش بتن از دستگاه تولید بتن یا از کامیون حمل‌کننده بتن به داخل دهانه پمپ ریخته شده و با فشار پمپ از طریق لوله‌‌هایی به محل بتن‌ریزی منتقل می‌شود. طول این لوله‌ها بسته به فاصله دستگاه پمپ تا محل بتن‌ریزی، ممکن است از چند متر تا چند صد متر متفاوت باشد. در طول مسیر نیز از اتصالات مستقیم یا اتصالات زانویی برای اتصال لوله‌های پمپ به یکدیگر استفاده می‌شود.

هر قدر 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 امکان‌پذیر شود.

برای افزایش نیروی پمپ بتن، نیاز به استفاده از پمپ‌های قوی‌تر است که این امر باعث افزایش هزینه‌های اجرا می‌گردد. از سوی 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.

افزودنی پمپ بتن

برای آنکه بتنی قابلیت پمپ‌پذیری داشته باشد، لازم است دو شرط زیر در مخلوط بتن تأمین شود:

• خمیر کافی وجود داشته باشد تا لایه‌ای لغزنده و نازک در جدار لوله تشکیل شود.
• خمیر سیمان به اندازه کافی قوام داشته باشد تا در برابر فشار پمپ شدن، دچار آب‌انداختگی و جداشدگی نشود.

مواد افزودنی تسهیل‌کننده 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 فرآیند 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 می‌شود تا جدار داخلی لوله، روغن‌کاری شده و اصطکاک کاهش یابد.
  در این حالت این مواد به مخلوط بتن اضافه نمی‌شوند و صرفاً لوله‌ها پیش از بتن‌ریزی 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 می‌شود.
• در حالت دوم مواد افزودنی به مخلوط بتن اضافه می‌گردند تا یکپارچگی بتن بهبود یافته و در هنگام اعمال فشار پمپ، خطر جداشدگی سنگدانه‌ها و خمیر سیمان در مخلوط بتن کاهش یابد.
  بنابراین این مواد تأثیر کمتری بر اصطکاک میان خط لوله و مخلوط بتن دارند و بیشتر تأثیر آنها، کاهش احتمال انسداد سنگدانه‌ها در مسیر خط لوله است. عمده مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن در دسته دوم قرار می‌گیرند.

بیشتر بخوانید: افزودنی کاهنده خوردگی بتن

مواد افزودنی متفاوتی را می‌توان برای بهبود پمپ کردن بتن استفاده نمود که از آن جمله می‌توان به انواع افزودنی روان کننده بتن و انواع افزودنی حباب‌ هوا ساز بتن اشاره کرد. اگر چه همه این افزودنی‌ها تأثیر مثبتی بر قابلیت پمپ‌پذیری بتن دارند، اما صرفاً برای بهبود پمپ‌پذیری به کار نمی‌روند و کاربردهای متنوع دیگری نیز دارند. در این بخش، صرفاً مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن مورد بحث قرار می‌گیرد. این مواد افزودنی در بعضی موارد شباهت زیادی به افزودنی قوام‌آور بتن دارند که ویژگی‌های آنها بررسی شده است.

ترکیبات شیمیایی و نحوه اثر

مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن، عمدتاً از مواد زیر تشکیل شده‌اند:

• پلیمرهای آلی طبیعی یا مصنوعی محلول در آب؛ برای نمونه می‌توان به سلولز اتر، پلی‌اتیلن اکسید، پلیمرهای کربوکسیل وینیل و الکل پلی‌وینیل اشاره کرد.
• صمغ‌های طبیعی، استایرن کوپلیمرها، شامل گروه کربوکسیل و پلی الکترولیت‌های ترکیبی.
• امولسیون‌های اکریلیک
• افزودنی ریزدانه معدنی که با افزایش غنای ریزدانه مخلوط بتن و افزایش حجم، خمیر تیکسوتروپی مخلوط را افزایش می‌دهند؛ مثل انواع پوزولان‌ها و پودرهای غیر پوزولانی.

گرچه 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 فرآیند پمپ کردن به کار برد.

مواد افزودنی شیمیایی که برای بهبود قابلیت پمپ کردن بتن به آن اضافه می‌شوند، عمدتاً مشخصات فیزیکی بتن تازه را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند. این مواد باید سطح بتن را لیز کنند، چسبندگی بتن را بهبود بخشند و آب‌انداختگی بتن، بخصوص در بتن‌های با عیار کم سیمان را کنترل کنند. عمده این موارد با افزایش لزجت مخلوط بتنی حاصل می‌شود.

مواد افزودنی تغلیظ‌کننده با افزایش ویسکوزیته آب مورد استفاده در ساخت بتن، باعث بهبود قابلیت پمپ‌پذیری 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 به وسیله افزایش نیروی جذب میان ذره‌ای و افزودن مواد بسیار ریز در فضای خالی میان ذرات سیمان، ویسکوزیته مخلوط بتن را افزایش می‌دهند.

وجود ذرات بسیار ریز در این دسته از مواد افزودنی، باعث بهبود قوام خمیر سیمان شده و در نتیجه، موجب بهبود مقاومت بتن در برابر آب‌انداختگی و جداشدگی در هنگام اعمال فشار پمپ می‌شود.

تأثیر افزودنی پمپ بتن بر بتن تازه و سخت شده

عمده تأثیر این مواد در بتن تازه است و تأثیر کمتری بر مشخصات بتن سخت شده می‌گذارد.

• بتن تازه: مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن، باعث بهبود کارپذیری بتن تازه می‌شود؛ گرچه روانی بتن را تا حدی کاهش می‌دهد. میزان تأثیر مواد تسهیل‌کننده 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 تحت‌تأثیر قرار دهد.
  برای جبران روانی کاهش یافته، می‌توان میزان افزودنی‌های روان کننده را تا حدی افزایش داد. باید به این نکته توجه نمود روش‌های متداول اندازه‌گیری کارپذیری مانند آزمایش اسلامپ برای بررسی قابلیت پمپ‌پذیری بتن کافی نیست و برای اطمینان از پمپ‌پذیر بودن بتن، هیچ روشی بهتر از آزمایش عملی پمپ کردن بتن وجود ندارد.
  درگیری با افزایش زمان گیرش سیمان، تأثیر دیگری است که مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن ممکن است بر مشخصات بتن تازه داشته باشد. پلیمرهای سلولز اتر و پلی‌اتیلن اکسید، موادی هستند که معمولاً گیرش سیمان را به تأخیر می‌اندازند. همچنین در صورتی که مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن بیش از اندازه مصرف شوند، ممکن است حباب هوای اضافی به مخلوط بتن وارد کنند.
• بتن سخت شده: همان‌طور که ذکر شده، تأثیر عمده مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن بر بتن تازه است و مشخصات بتن سخت شده، کمتر تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد. البته در صورت استفاده از این مواد، بخصوص در سنین اولیه، کاهش مقاومت مشاهده می‌شود.
  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. تأثیر مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن بر سایر مشخصات بتن سخت شده، بخصوص در حالتی که مقدار آب اختلاط در هنگام کاربرد این مواد تغییر پیدا نکند، به صورت ناچیز گزارش شده است.

بیشتر بخوانید: افزودنی کاهنده جمع‌شدگی بتن

نحوه کاربرد و استانداردها

مواد افزودنی تسهیل‌کننده 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 پمپ‌پذیری برخوردار است، استفاده از این مواد افزودنی ضروری نیست.

عمده کاربرد این مواد در مخلوط‌های خشن و کم مایه (عیار سیمان کم) یا مخلوط‌های با دانه‌بندی نامناسب سنگدانه‌ها است. یکی دیگر از کاربردهای این مواد افزودنی در انواع گروت‌ تزریقی مانند گروت‌های مورد استفاده در اعضای پس‌تنیده است که در آن برای تزریق گروت از فشار استفاده می‌شود و احتمال جداشدگی و آب‌انداختگی گروت وجود دارد.

مواد افزودنی تسهیل‌کننده 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 کاملاً یکنواخت با درصد مواد جامد معین (معمولاً حدود ۲۰ تا ۴۰ درصد وزنی) تهیه شود و سپس محلول تهیه شده در ساخت بتن به کار رود.

این کار باعث می‌شود از توزیع یکنواخت مواد افزودنی در مخلوط بتن اطمینان حاصل شود. میزان مصرف مواد افزودنی بهبوددهنده پمپ بتن، معمولاً کم است. بنابراین در هنگام توزین آنها باید دقت بیشتری انجام شود که میزان مصرف منطبق یا میزان توصیه شده باشد. در غیر این صورت ممکن است اثرات غیرطبیعی در بتن به وجود آید.

مواد افزودنی تغلیظ‌کننده، معمولاً به میزان ۰٫۰۲% تا ۰٫۵% وزن سیمان، بر مبنای وزن جامد به مخلوط بتن اضافه می‌شوند. میزان مصرف صمغ‌های طبیعی، استایرن کوپلیمرهای شامل گروه کربوکسیل و پلی الکترولیت‌های ترکیبی، معمولاً در حدود ۰٫۱% تا ۱٫۵% وزن سیمان بر مبنای وزن جامد مواد افزودنی است. به طور معمول زمانی که از مواد افزودنی روان کننده بتن جهت افزایش روانی بتن استفاده می‌شود، میزان نیاز به مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن کاهش می‌یابد.

برای تعیین میزان دقیق مصرف این مواد باید طرح مخلوط‌های آزمایشی تهیه شود و با تغییر درصد مواد افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن، میزان بهینه مورد نظر تعیین گردد. مشکلی که در این میان وجود دارد آن است که برآورد قابلیت پمپ‌پذیری بتن تازه توسط یک آزمایش خاص امکان‌پذیر نیست و هنوز روشی فراگیر برای تخمین قابلیت پمپ‌پذیری بتن ارائه نشده است.

همان‌طور که قبلاً ذکر شد روش‌های متداول اندازه‌گیری کارپذیری، مانند آزمایش اسلامپ برای بررسی قابلیت پمپ‌پذیری بتن کافی نیستند. برای آنکه یک بتن پمپ‌پذیر باشد، باید در عین روانی، پایداری مناسبی در برابر جداشدگی داشته باشد. بدین‌ترتیب، ترکیب آزمایش اسلامپ به همراه آزمایش‌هایی پایداری بتن تازه، مانند آزمایش آب‌انداختگی (ASTM C243)، آزمایش ستون جداشدگی (ASTM C1016) و آزمایش الک بتن تازه، می‌تواند برآوردی از روانی و پایداری بتن تازه و در نتیجه، قابلیت پمپ‌پذیری آن فراهم کند. در نهایت آنکه برای اطمینان از پمپ‌پذیر بودن بتن، هیچ روشی بهتر از آزمایش عملی پمپ کردن بتن وجود ندارد.

در حال حاضر، آیین‌نامه و دستورالعمل معتبر و شناخته شده‌ای برای کاربرد مواد تسهیل‌کننده 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 کاربرد آنها است.

همان‌طور که گفته شد، افزودنی تسهیل‌کننده پمپ بتن، میزان یکپارچگی بتن را بهبود بخشیده و با کاهش خطر جداشدگی خمیر سیمان از مخلوط بتن، فرایند پمپ کردن را آسان می‌کند. در این مقاله از بلاگ رامکا، علاوه بر تبیین چیستی افزودنی پمپ بتن، ترکیبات شیمیایی و نحوه تأثیر آن، میزان تأثیر این افزودنی را بر بتن تازه و سخت شده نیز بررسی نمودیم. امیدواریم با مطالعه این مقاله بتوانید بهترین افزودنی بتن را جهت تسهیل فرایند پمپ بتن بکارگیرید.