کاربرد فوق روان کننده بتن: عملکرد و نکاتی که نباید از قلم انداخت!

کاربرد فوق روان کننده بتن

به طور کلی، در طرح اختلاط ثابت، اضافه کردن افزودنی فوق‌روان کننده باعث افزایش روانی بتن می‌گردد. میزان افزایش اسلامپ بتن بر اساس الزامات مورد نیاز برای هر کاربرد خاص متفاوت می‌باشد. برای مثال می‌توان بتنی با روانی زیاد ساخت به طوری که خودتراز باشد و برای تراکم به انرژی بسیار کمی نیاز داشته باشد. از سوی دیگر می‌توان از این افزودنی‌ها برای افزایش جزیی روانی بتن نیز استفاده کرد. کاربرد و نحوه‌ی عملکرد فوق روان کننده بتن را در متن زیر به تفصیل آورده‌ایم که استفاده در قطعات بتنی پیش ساخته، بتن خود متراکم از مهمترین کاربردهای این ماده می‌باشد. در ادامه به بررسی کاربرد فوق روان کننده بتن خواهیم پرداخت، با بلاگ رامکا همراه باشید.

کاربرد فوق روان کننده بتن

افزودنی‌های فوق روان کننده بتن می‌توانند به گونه‌ای موثر برای تامین انواع الزامات در پروژه‌ها به کار گرفته شوند. تولید کنندگان بتن می‌توانند از افزودنی‌های فوق روان‌کننده برای افزایش اسلامپ بدون اضافه کردن آب، استفاده بهینه از سیمان و تامین مقاومت مورد نیاز استفاده کنند.

پیمانکاران نیز می‌توانند از بتن‌های روان برای تسهیل و تسریع فرآیندهای جایدهی و تراکم استفاده کنند. تسهیل فرآیندها این امکان را ایجاد می‌کند که نیروی انسانی کمتری به کار گرفته شده، عملیات ساخت با سرعت بیشتری انجام شود و در نتیجه سودآوری پروژه افزایش یابد. در ادامه نمونه‌ای از کاربرد مواد افزودنی فوق روان‌کننده بررسی می‌شود.

بتن‌های پرمقاومت – بتن پرمقاومت بتنی است که دارای مقاومتی برابر یا بیش از ۴۱ مگاپاسکال باشد. نسبت آب به سیمان در این بتن‌ها از ۲۵/۰ برای مقاومت بیش از ۸۰ مگاپاسکال در سن ۵۶ روزه تا ۴/۰ برای برخی بتن‌ها در سن ۲۸ روزه متغیر است. مهمترین عوامل در تولید بتن پرمقاومت عبارتست از: کاربرد سیمان مناسب در تامین مقاومت‌های زیاد، نسبت آب به سیمان کم و سنگدانه‌های با مقاومت زاید و تمیز که دارای اندازه و دانه‌بندی مناسبی باشند.

تیرهای پس تنیده پروژه مونوریل، قم
تیرهای پس تنیده پروژه مونوریل، قم

در ادامه کاربرد فوق روان کننده بتن باید گفت که روش جایدهی بتن و میزان تراکم آرماتورها تعیین کننده بزرگترین اندازه سنگدانه و دانه‌بندی مصالح سنگی می‌باشد. استفاده از نسبت آب به سیمان کم مهمترین گام برای دستیابی به بتن پرمقاومت است که این امر در عمل با استفاده از افزودنی‌های فوق روان‌کننده به دست می‌آید.

در صورتی که نسبت آب به سیمان کمتر از ۳۵/۰ باشد، معمولا افزودنی فوق روان‌کننده برای کنترل مقدار آب اختلاط در محل تولید بتن به مخلوط اضافه شده و در مرحله بعدی به منظور تسهیل قراردهی، مقداری افزودنی نیز در پای کار به بتن اضافه می‌شود. برای مثال در مخلوطی با نسبت آب به سیمان ۳۳/۰ و آب اختلاطی در حدود ۱۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب، می‌توان از مقادیر معمول افزودنی برای ایجاد اسلامپی معادل ۱۰۰ تا ۱۵۰ میلیمتر استفاده کرد.

پس از حمل بتن به پای کار و پیش از بتن‌ریزی برای دستیابی به اسلامپ مطلوب جهت پمپ کردن بتن و با توجه به روش بتن‌ریزی می‌توان برای مرتبه دوم مقدار از افزودنی را به مخلوط اضافه کرد. این روش دو مرحله‌ای در اضاضهف کردن افزودنی تاخیر ایجاد شده در زمان گیرش را کاهش می‌دهد و به خصوص برای بتن‌ریزی دال و در مواقعی که عملیات پرداخت از طریق ماله‌کشی انجام می‌شود بسیار پرکاربرد می‌باشد.

بتن پیش ساخته / پیش تنیده – روند سریع کسب مقاومت کوتاه مدت، تسهیل جایدهی و گردش سریع‌تر قالب‌ها در پروژه از مزایایی هستند که در بتن‌هایی با نسبت آب به سیمان کم در ساخت قطعات پیش ساخته و پیش تنیده به خوبی شناخته شده هستند. قطعات پیش ساخته معمولا از نظر هندسی به گونه‌ای هستند که بتن‌ریزی آن‌ها نیازمند بتن‌هایی با اسلامپ زیاد است و علاوه بر این، برای تسریع در کاربرد مجدد قالب‌ها، بتن مورد استفاده در این قطعات باید روند کسب مقاومت سریعی داشته باشد.

بیشتر بخوانید  قوام آور بتن (VMA) : تاثیر قوام دهنده بتن چیست و چه کاربردهای دارد؟

اضافه کردن آب به بتن برای افزایش اسلامپ، روند کسب مقاومت را کند کرده در حالی که استفاده از افزودنی‌های فوق روان‌کننده با افزایش اسلامپ در مقدار آب ثابت به تسریع روند کسب مقاومت نیز کمک می‌کنند. استفاده از افزودنی فوق روان‌کننده برای تولید بتن خود تراکم در نسبت آب به سیمان برابر یا کمتر از بتن معمولی، سرعت تولید را افزایش داده، نیاز به ترمیم اشکالات موجود در سطح بتن را برطرف می‌کند. نمونه‌ای از قطعات بتنی پیش ساخته در شکل بالا نشان داده شده است. در این قطعات از بتن خود تراکم با مقاومت ۵۵ مگاپاسکال استفاده شده است.

بتن‌های تزئینی – بتن‌های تزئیناتی همواره در معرض دید بوده و به همین دلیل نیازمند تمهیدات خاصی در مورد انتخاب مصالح، قالب‌بندی، جایدهی و پرداخت برای دستیابی به ظاهر مورد نظر می‌باشند. بتن‌های تزئیناتی باید ظاهر مناسب و یکنواختی داشته و اشکالات موجود در آن‌ها حداقل باشد.

بتن باید تا حد ممکن طرح قالب را به خود بگیرد و به همین دلیل باید از کارایی زیادی برخوردار باشد. طرح اختلاط بهینه و روش تراکم مناسب باید با ساخت طرح اختلاط‌های مقدماتی و امتحان طرح‌های اختلاط در قالب‌های آزمایشی تعیین شود. در صورت استفاده از افزودنی فوق روان‌کننده در ساخت بتن تزئینی، برای دستیابی به رنگ یکنواخت در کل قطعات، استفاده از افزودنی باید در طول مدت ساخت قطعات استفاده شود.

در کاربرد فوق روان کننده بتن این نکته نباید از قلم بیفتد که فشار وارد بر قالب در بتن‌های روان می‌تواند به طور قالب توجهی بیش از فشار وارد بر قالب در بتن‌های معمولی باشد. به همین دلیل در صورت استفاده از چنین بتن‌هایی باید از قالب‌هایی با مقاومت بیشتر استفاده شده و قالب‌ها به گونه مناسبی درزگیری شود. در صورت عدم رعایت مواردی از این دست احتمال در رفتن قالب، تشکیل خطوط در راستای درز قالب‌ها و شن‌زدگی بتن وجود دارد. نمونه‌ای از بتنهای تزئینی که در آن از افزودنی فوق روان‌کننده استفاده شده است در شکل زیر نشان داده شده است.

کاربرد بتن تزئینی در حرم حضرت معصومه(س)، قم
کاربرد بتن تزئینی در حرم حضرت معصومه(س)، قم

سازه‌های پارکینگ و پل – سازه‌های پارکینگ‌ها و پل‌ها به دلیل اینکه در معرض عوامل مخرب زیادی قرار دارند معمولا باید دارای نسبت آب به سیمان و نفوذ‌پذیری کم باشند. این بتن‌ها معمولا دارای مواد حباب‌ساز بوده و باید جایدهی، تراکم پرداخت و عمل‌آوری آن‌ها به طور مناسبی انجام شود. استفاده از افزودنی‌های فوق روان‌کننده امکان ساخت مخلوط‌هایی با نسبت آب به سیمان ۴/۰ و کمتر را که دارای قابلیت پمپ‌پذیری و جایدهی مناسبی هستند را فراهم می‌کند. کاهش مقدار تخلخل بتن با تراکم مناسب در عین حفظ مقدار کافی از حباب‌های هوا در این بتن‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد.

پرداخت بیش از حد سطح بتن موجب کاهش مقدار هوا در لایه سطحی می‌شود. معمولا در طول عملیات پرداخت برای جلوگیری از تشکیل ترک‌های ناشی از جمع شدگی ترکیباتی که تبخیر سطحی را به تاخیر می‌اندازند بر سطح بتن اسپری می‌شوند.

در ادامه بررسی کاربرد فوق روان کننده بتن باید گف که در صورت بروز ترک در سطح بتن نمک‌های یخ‌زدا راحت‌تر به داخل بتن نفوذ کرده و موجب خوردگی آرماتورها در بتن مسلح می‌شوند. بتن‌های حاوی افزودنی‌های فوق روان‌کننده حتی در نسبت آب به سیمان مشابه با بتن بدون افزودنی، دارای نفوذ‌پذیری کمتری بوده و به تبع آن مقاومت بهتر در برابر نفوذ یون کلر می‌باشند. این مسئله به دلیل بهبود وضعیت ریزساختار بتن‌های حاوی افزودنی فوق روان‌کننده در اثر افزایش بهره‌وری مصرف سیمان است.

سازه‌های با الگوی تکرار شونده – این پروژه‌ها شامل سازه‌هایی با سقف‌های پی در پی و تکرار شونده بوده و سرعت ساخت در آن‌ها دارای اهمیت زیادی می‌باشد. نمونه‌ای از این سازه‌ها در شکل زیر نشان داده شده است. چنین سازه‌هایی نیازمند مقاومت ۸ ساعته بیش از ۱۰ مگاپاسکال و مقاومت ۱ تا ۳ روزه حدود ۲۰ مگاپاسکال می‌باشند تا امکان جابجایی قالب‌ها و جک‌های نگهدارنده وجود داشته باشد.

بیشتر بخوانید   افزودنی کاهنده و بازدارنده خورندگی بتن : انواع، کاربرد و نحوه عملکرد آن ها

معمولا در ساخت چنین سازه‌هایی از بتن‌های روان دارای افزودنی‌های فوق روان‌کننده استفاده می‌شود زیرا مقاومت کوتاه‌مدت آن‌ها مناسب بوده، به راحتی پمپ شده و جایدهی آن‌ها سریع‌تر انجام می‌شود. امکان ساخت بتن روان با نسبت آب به سیمان کم برای دستیابی به مقاومت کوتاه‌ مدت زیاد در سنین اولیه ضروری بوده و این امر تنها از طریق استفاده از افزودنی‌های فوق روان‌کننده امکان‌پذیر می‌باشد. در فصول سرد برای جبران کندگیری بتن می‌توان از افزودنی‌های تندگیر کننده غیر کلردار یا سیمان تیپ ۳ در کنار افزودنی فوق روان‌کننده استفاده کرد.

پروژه انبوه‌سازی صنعتی مسکن، کرمانشاه
پروژه انبوه‌سازی صنعتی مسکن، کرمانشاه

بتن حجیم – قطعات بتنی که ضخامت آن‌ها بیش از ۶/۰ متر است مشکلاتی را در زمینه جایدهی، تراکم، زمان گیرش، گرمای تولید شده، جمع‌شدگی و ترک‌خوردگی ایجاد می‌کنند. در چنین مواردی باید عیار مواد سیمانی و مقدار آب اختلاط برای کاهش گرمای ایجاد شده و تغییرات ابعادی به حداقل رسانده شود.

در عین حال کارپذیری کافی برای جایدهی و تراکم بتن در مقاطع بزرگ که گاهی دارای تراکم زیاد آرماتور نیز هستند نیاز است. استفاده از افزودنی‌های فوق روان‌کننده برای ساخت چنین بتن‌هایی بسیار حائز اهمیت می‌باشد. نمونه‌های از این بتن‌ریزی‌های حجیم که در ساخت آن از افزودنی‌های روان‌کننده استفاده شده است در شکل زیر نشان داده شده است.

سد کارون 4، خوزستان
سد کارون ۴، خوزستان

استانداردهای فوق روان‌کننده بتن

استانداردها و مدارک فنی مورد استفاده برای کنترل افزودنی‌های فوق روان‌کننده بسیار شبیه استانداردها و مدارک فنی مواد افزودنی روان‌کننده هستند که در فصل دوم، افزودنی‌های کاهنده آب به آنها اشاره گردید. فهرست تعدادی از این استانداردها به همراه خلاصه ملزومات پذیرش آنها در جدول زیر  آورده شده است.

مقایسه ملزومات استاندارد ASTM و EN برای افزودنی‌های فوق روان‌کننده
مقایسه ملزومات استاندارد ASTM و EN برای افزودنی‌های فوق روان‌کننده
  • همه مقادیر در مقایسه با نمونه شاهد بیان شده‌اند.
  • در استاندارد ASTM علاوه ر معیارهای فوق باید جمع‌شدگی،‌ مقاومت خمشی و ضریب دوام نسبی نیز محاسبه و کنترل شوند
  • در استاندارد EN934-2 علاوه بر معیارهای فوق درصد هوای بتن نیز کنترل می‌شود.

مکانیزم عملکرد فوق روان‌کننده بتن

مهم‌ترین ویژگی‌ افزودنی‌های فوق روان‌کننده در بحث عملکرد و کاربرد فوق روان کننده بتن توانایی این افزودنی‌ها در پراکنده کردن ذرات سیمان می‌باشد. مشاهدات انجام شده توسط میکروسکوپ الکترونی نشان می‌دهد که در سوسپانسیون آب و سیمان، کلوخه‌هایی بزرگ از ذرات سیمان تشکیل می‌شود. با اضافه کردن افزودنی فوق روان‌کننده این کلوخه‌ها از هم باز شده و ذرات سیمان پخش می‌گردند.

نمودار دانه‌بندی سوسپانسیونی از سیمان که دارای فوق روان‌کننده با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته و ملامین فرمالدهید سولفوناته می‌باشد در شکل زیر نشان داده شده است. سیمان خشک در مقایسه با سیمان ترکیب شده با آب، ذرات بسیار ریزتری دارد.

ساختار پایه‌ای فوق روان‌کننده پلی کربوکسیلات اتر
ساختار پایه‌ای فوق روان‌کننده پلی کربوکسیلات اتر
تاثیر افزودنی بر پراکندگی ذرات در سیمان
تاثیر افزودنی بر پراکندگی ذرات در سیمان

با تشکیل کلوخه‌های سیمان، آب در این کلوخه‌ها به تله افتاده و باعث می‌شود تا کارایی مخلوط نسبت به حالتی که دانه‌های سیمان از هم جدا باشند کاهش یابد. افزودنی‌های فوق‌روان‌کننده به سطح ذرات سیمان جذب شده و کلوخه‌های ایجاد شده را از هم باز می‌کنند و به این ترتیب دانه‌های سیمان به صورت مجزا و غیرچسبیده در مخلوط حضور خواهند داشت که این امر باعث آسان‌تر شدن حرکت نسبی آن‌ها شده و روانی مخلوط را افزایش می‌دهد.

این مکانیزم تغییری در حجم مخلوط ایجاد نکرده و تنها باعث آزاد شدن آب به تله افتاده در کلوخه‌ها می‌گردد. در این شرایط تماس بین ذرات سیمان کاهش یافته و استفاده بهینه‌تری از سیمان موجود صورت می‌گیرد زیرا با احاطه شدن تمام سطح ذرات سیمان، واکنش‌های هیدراتاسیون به نحو مناسب‌تری انجام می گردد.

تاثیر افزودنی فوق روان‌کننده بر باز کردن کلوخه‌های سیمان / کاربرد و عملکرد فوق روان کننده بتن
تاثیر افزودنی فوق روان‌کننده بر باز کردن کلوخه‌های سیمان / کاربرد و عملکرد فوق روان کننده بتن

اگر فرض شود که بتوان آب آزاد شده از میان کلوخه‌های سیمان را از مخلوط بتنی جدا کرد، در چنین شرایطی روانی به همان مقدار پیش از اضافه کردن افزودنی کاهش خواهد یافت در حالی که مقدار کل آب موجود در مخلوط و در نتیجه نسبت آب به سیمان کاهش می‌یابد. در این شرایط فاصله بین ذرات سیمان نیز کمتر شده و مقدار کمتری از فرآورده‌های واکنش‌های هیدراتاسیون برای پر کردن فضاهای خالی بین ذرات سیمان برای وقوع گیرش و افزایش مقاومت نیاز خواهد بود.

بیشتر بخوانید  9 تاثیر میکروسیلیس در بتن: خواص پودر میکروسیلیس بر بتن

در چنین شرایطی مقاومت کوتاه مدت افزایش می‌یابد. علاوه بر این، فضای مابین ذرات سیمان با سرعت بیشتری توسط فرآورده‌های واکنش هیدراتاسیون پر شده که این خود باعث افزایش مقاومت در سنین بالاتر می‌گردد. در نهایت حفرات کمتری در بتن به جا خواهد ماند که باعث کاهش حفرات مویینه و در نتیجه افزایش دوام بتن می‌گردد.

بارهای منفی ذرات افزودنی موجب جذب شدن آن به یون‌های مثبت کلسیم موجود بر روی سطح ذرات سیمان می‌گردد. پس از جذب شدن افزودنی بر سطح ذرات سیمان، پراکنده شدن ذرات سیمان از طریق دو مکانیزم دافعه الکتروستاتیکی و ممانعت فضایی صورت می‌گیرد.

"نمایش

مولکول افزودنی فوق روان‌کننده در مقایسه با دانه‌های سیمان نسبت به اندازه واقعی خود کوچکتر از آن چیزی است که در شکل نشان داده شده است.

مکانیزم دافعه الکتروستاتیک

در ادامه بررسی کاربرد فوق روان کننده بتن باید گفت دافعه الکتروستاتیکی مکانیزم اصلی در افزودنی‌های فوق روان کننده با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته و ملامین فرمالدهید سولفوناته می‌باشد. این مولکول‌ها دارای گروه‌های SO3Na – هستند که در آب به –SO3 و Na+ تجزیه می‌شوند. بخش SO3 – متصل به افزودنی باقی مانده و در آن بار منفی ایجاد می‌کند.

بخشی از این بار الکتریکی باعث اتصال ذرات افزودنی به دانه‌های سیمان شده و بقیه آن به سمت خارج از دانه‌های سیمان جهت‌گیری کرده و باعث باردار شدن آن می‌شود. بار الکتریکی منفی روی ذرات سیمان باعث دفع ذرات مجاور یکدیگر می‌گردد. این مکانیزم موجب شده تا دانه‌های سیمان به صورت جدا از هم امکان حرکت کردن را داشته باشند.

تاثیر اضافه کردن افزودنی فوق روان‌کننده را، علاوه بر مشاهده افزایش روانی، می‌توان از طریق اندازه‌گیری پتانسیل زتا نیز شناسایی کرد. در این روش بار الکتریکی روی سطح دانه‌های سیمان که پیش از اضافه کردن افزودنی مثبت بوده و پس از اضافه کردن افزودنی با جذب شدن ذرات افزودنی روی سطح سیمان به شدت منفی می‌گردد، اندازه‌گیری می‌شود.

مکانیزم عملکرد فوق روان‌کننده بتن مشابه افزودنی‌های روان‌کننده بر پایه ایجاد بار الکتریکی روی سطح ذرات سیمان است با این تفاوت که تاثیر افزودنی فوق روان‌کننده در تغییر بار الکتریکی دانه‌های سیمان بسیار بیش از تاثیر افزودنی‌های روان‌کننده معمولی بوده، که این خود توجیه کننده تفاوت عملکرد این دو افزودنی را نشان می‌دهد.

کاربرد و عملکرد فوق روان کننده بتن
نمونه اثر پتانسیل زتا (پایه ایجاد بار الکتریکی روی سطح ذرات سیمان) در صورت استفاده از افزودنی فوق روان‌کننده snf

ممانعت فضایی

مکانیزم دیگری که باعث ایجاد خاصیت روان‌کنندگی در بتن می‌گردد مکانیزم ممانعت فضایی است. ممانعت فضایی مکانیزم اصلی در کاربرد فوق روان‌کننده بتن با پایه پلی کربوکسیلات می‌باشد. این مولکول‌ها حامل گروه‌های –CO2Na هستند که در آب به –CO2 و Na+ تجزیه می‌شوند.

–CO2 متصل به ذرات افزودنی باقی مانده و تا حدودی بار منفی ایجاد می‌کند که باعث اتصال ذرات افزودنی به دانه‌های سیمان می‌گردد. گروه‌های پلی اتری طویل به سمت خارج دانه‌های سیمان جهت‌گیری کرده و به صورت فیزیکی مانع از نزدیک شدن ذرات سیمان مجاور به یکدیگر می‌گردد. به این ترتیب دانه‌های سیمان مجزا از یکدیگر باقی می‌مانند.

در انتهای بحث عملکرد و کاربرد فوق روان کننده بتن باید گفت که اندازه‌گیری پتانسیل زتا نشان می‌دهد که برعکس ترکیبات با پایزه نفتالین فرمالدیهید سولفوناته، بار منفی ایجاد شده در دانه‌های سیمان در ترکیبات حاوی افزودنی‌های فوق روان‌کننده با پایه پلی کربوکسیلات چندان قابل توجه نمی‌باشد. اما این به آن معنا نسیت که افزودنی‌های با پایه پلی کربوکسیلات قدرت کاهندگی آب کمتری دارند بلکه قدرت این افزودنی‌ها در روان‌کنندگی و کاهندگی آب بسیار بیش از افزودنی‌های نفتالینی، ملامینی و لیگنوسولفوناتی است.

دیدگاهتان را بنویسید

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

پیام در واتساپ
به کمک نیاز دارید؟
سلام
چطور میتونم کمکتون کنم؟