در طرح اختلاط ثابت، اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده باعث افزایش روانی بتن میشود؛ برای مثال میتوان بتنی با روانی زیاد تولید کرد، به طوری که خودتراز باشد و برای تراکم به انرژی بسیار کمی نیاز داشته باشد. از سوی دیگر میتوان از این افزودنی برای افزایش جزئی روانی بتن نیز استفاده نمود. در این مقاله از بلاگ رامکا بر آن شدیم، ضمن بررسی استانداردهای فوق روان کننده، عملکرد و کاربرد فوق روان کننده بتن را نیز بررسی کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.
کاربرد فوق روان کننده بتن
افزودنیهای فوق روان کننده بتن میتوانند به گونهای مؤثر برای تأمین انواع الزامات در پروژهها به کار گرفته شوند. تولیدکنندگان بتن میتوانند از افزودنیهای فوق روان کننده برای افزایش اسلامپ بدون افزودن آب، استفاده بهینه از سیمان و تأمین مقاومت مورد نیاز استفاده کنند. پیمانکاران نیز میتوانند از بتنهای روان برای تسهیل و تسریع فرآیندهای جایدهی و تراکم استفاده نمایند.
تسهیل فرایندها 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 نمونههایی از انواع کاربرد فوق روان کننده بتن بررسی میشود.
بتنهای پرمقاومت
بتن پرمقاومت بتنی است که مقاومتی برابر یا بیش از ۴۱ مگاپاسکال داشته باشد. نسبت آب به سیمان در این بتنها از ۰٫۲۵ برای مقاومت بیش از ۸۰ مگاپاسکال در سن ۵۶ روز تا ۰٫۴ برای برخی بتنها در سن ۲۸ روز متغیر است. مهمترین عامل در تولید بتن پرمقاومت، عبارت است از: کاربرد سیمان مناسب در تأمین مقاومتهای زیاد، نسبت آب به سیمان کم و سنگدانههایی با مقاومت زیاد که اندازه و دانهبندی مناسبی داشته باشند.
روش جایدهی بتن و میزان تراکم آرماتورها، تعیینکننده بزرگترین اندازه سنگدانه و دانهبندی مصالح سنگی است. 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 روان کننده به دست میآید. در صورتی که نسبت آب به سیمان کمتر از ۰٫۳۵ باشد، معمولاً افزودنی فوق روان کننده 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 ۰٫۳۳ 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 بار دوم مقداری از افزودنی را به مخلوط اضافه نمود.
این روش دو مرحلهای در اضافه کردن افزودنی، تأخیر ایجاد شده در زمان گیرش را کاهش میدهد و برای بتنریزی دال و در مواقعی که عملیات پرداخت از طریق مالهکشی انجام میشود، بسیار پرکاربرد است.
بتن پیشساخته – پیشتنیده
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 پیشساخته و پیشتنیده به خوبی شناخته شده هستند.
قطعات پیشساخته معمولاً 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. اضافه کردن آب به بتن برای افزایش اسلامپ، روند کسب مقاومت را کند کرده، در حالی که استفاده از افزودنیهای فوق روان کننده بتن با افزایش اسلامپ در مقدار آب ثابت به تسریع روند کسب مقاومت نیز کمک میکنند.
استفاده از افزودنی فوق روان کننده برای تولید بتن خود تراکم در نسبت آب به سیمان برابر یا کمتر از بتن معمولی، سرعت تولید را افزایش داده و نیاز به ترمیم اشکالات موجود در سطح بتن را برطرف میکند.
کاربرد فوق روان کننده در تهیه بتن 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 هستند. 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 روان کننده در ساخت بتن تزئینی، برای دستیابی به رنگ یکنواخت در کل قطعات، افزودنی بتن باید در طول مدت ساخت قطعات استفاده شود.
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 کرد و قالبها به گونهای 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.
سازههای پارکینگ و پل
از آنجا که سازههای پارکینگها و پلها در معرض عوامل مخرب زیادی قرار دارند، معمولاً باید دارای نسبت آب به سیمان و نفوذپذیری کم باشند. این بتنها معمولاً حاوی مواد حبابساز بوده و باید جایدهی، تراکم پرداخت و عملآوری آنها به طور مناسبی انجام شود. استفاده از افزودنیهای فوق روان کننده، امکان ساخت مخلوطهایی با نسبت آب به سیمان ۰٫۴ و کمتر را که قابلیت پمپپذیری و جایدهی مناسبی هستند، 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. معمولاً در طول عملیات پرداخت برای جلوگیری از تشکیل ترکهای ناشی از جمعشدگی، ترکیباتی که تبخیر سطحی را به تأخیر میاندازند، بر سطح بتن اسپری میشوند.
بیشتر بخوانید: خواص و تاثیر فوق روان کننده بتن
نکته دیگری که در کاربرد فوق روان کننده بتن بهتر است به آن اشاره شود اینکه، 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 روان کننده، حتی در نسبت آب به سیمان مشابه با بتن بدون افزودنی، نفوذپذیری کمتری داشته و به تبع آن، مقاومت بهتری در برابر نفوذ یون کلر دارند. این مسأله به دلیل بهبود وضعیت ریزساختار بتنهای حاوی افزودنی فوق روان کننده در اثر افزایش بهرهوری مصرف سیمان است.
سازههایی با الگوی تکرار شونده
این پروژهها، سازههایی با سقفهای پی در پی و تکرار شونده را شامل شده و سرعت ساخت در آنها اهمیت زیادی دارد. چنین سازههایی نیازمند مقاومت ۸ ساعته بیش از ۱۰ مگاپاسکال و مقاومت ۱ تا ۳ روزه حدود ۲۰ مگاپاسکال هستند و تا حد امکان باید جابجایی قالبها و جکهای نگهدارنده وجود داشته باشد. معمولاً در ساخت چنین سازههایی از بتنهای روان حاوی افزودنیهای فوق روان کننده استفاده میشود، زیرا مقاومت کوتاهمدت آنها مناسب بوده، به راحتی پمپ شده و جایدهی آنها سریعتر انجام میگیرد.
امکان ساخت بتن روان با نسبت آب به سیمان کم نیز برای دستیابی به مقاومت کوتاه مدت زیاد در سنین اولیه ضروری بوده و این امر تنها از طریق استفاده از افزودنیهای فوق روان کننده امکانپذیر است. در فصول سرد برای جبران کندگیری بتن، میتوان از افزودنیهای تندگیرکننده غیر کلردار یا سیمان تیپ ۳ در کنار افزودنی فوق روان کننده استفاده کرد.
بتن حجیم
قطعات بتنی که ضخامت آنها بیش از ۰٫۶ 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.
استانداردهای فوق روان کننده بتن
استانداردها و مدارک فنی مورد استفاده برای کنترل افزودنیهای فوق روان کننده، بسیار مشابه استانداردها و مدارک فنی مواد افزودنی روان کننده است. در جدول ذیل، فهرست تعدادی از این استانداردها به همراه خلاصه ملزومات پذیرش آنها آورده شده است.
استاندارد | نوع افزودنی | اسلامپ | گیرش | حداقل کاهش آب | حداقل مقاومت فشاری |
ASTM C494 | نوع F – معمولی | – | نه زودتر از یک ساعت نه دیرتر از یک و نیم ساعت | ۱۲% | ۱۴۰% (۱ روزه) ۱۲۵% (۳ روزه) ۱۱۵% (۷ روزه) ۱۱۰% (۲۸ روزه) ۱۰۰% (یکساله) |
ASTM C494 | نوع A – کاهنده آب | – | دیرتر از یک ساعت نه دیرتر از سه و نیم ساعت | ۱۲% | ۱۲۵% (۱ روزه) ۱۲۵% (۳ روزه) ۱۱۵% (۷ روزه) ۱۱۰% (۲۸ روزه) ۱۰۰% (یکساله) |
EN 934-2 | معمولی – روانی برابر | – | – | ۱۲% | ۱۴۰% (۱ روزه) ۱۱۵% (۲۸ روزه) |
EN 934-2 | معمولی – آب به سیمان برابر | ۱۲۰ میلیمتر افزایش | – | – | ۹۰% (۲۸ روزه) |
EN 934-2 | کندگیر – روانی برابر | – | گیرش اولیه: حداقل ۹۰ دقیقه بیشتر گیرش نهایی: حداکثر ۳۶۰ دقیقه بیشتر | ۱۲% | ۱۰۰% (۷ روزه) ۱۱۵% (۲۸ روزه) |
EN 934-2 | کندگیر – آب به سیمان برابر | ۶۰ دقیقه بعد از اختلاط، روانی مخلوط نباید کمتر از روانی اولیه مخلوط کنترل باشد | – | ۰% | ۹۰% (۲۸ روزه) |
+ همه مقادیر در مقایسه با نمونه شاهد بیان شدهاند.
+ در استاندارد ASTM ، علاوه بر معیارهای فوق، باید جمعشدگی، مقاومت خمشی و ضریب دوام نسبی نیز محاسبه شوند.
+ در استاندارد EN934-2 ، علاوه بر معیارهای فوق، درصد هوای بتن نیز کنترل میشود.
مکانیزم عملکرد فوق روان کننده بتن
مهمترین ویژگی افزودنیهای فوق روان کننده در مبحث کاربرد فوق روان کننده بتن، توانایی این افزودنی در پراکنده کردن ذرات سیمان است. 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 روان کننده، این کلوخهها از هم باز شده و ذرات سیمان پخش میگردند.
تأثیر افزودنی بر پراکندگی ذرات در سیمان
با تشکیل کلوخههای سیمان، آب در این کلوخهها به تله افتاده و باعث میشود کارایی مخلوط نسبت به حالتی که دانههای سیمان از هم جدا باشند، کاهش یابد. افزودنی فوق روان کننده به سطح ذرات سیمان جذب شده و کلوخههای ایجاد شده را از هم باز میکند و بدینترتیب، 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 میشود. 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 میگیرد.
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 میان ذرات سیمان برای وقوع گیرش و افزایش مقاومت نیاز خواهد بود.
در چنین شرایطی مقاومت کوتاه مدت افزایش یافته و فضای میان ذرات سیمان با سرعت بیشتری به وسیله فرآوردههای واکنش هیدراتاسیون پر میشود 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 میشود.
بارهای منفی ذرات افزودنی موجب جذب شدن آن به یونهای مثبت کلسیم موجود 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.
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 است. این مولکولها دارای گروههای SO3Na– هستند که در آب به SO–3– و Na+ تجزیه میشوند. بخش SO–3– 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 دانههای سیمان به صورت جدا از هم امکان حرکت داشته باشند.
تأثیر اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده 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 روان کننده بتن، مشابه افزودنیهای روان کننده بر پایه ایجاد بار الکتریکی روی سطح ذرات سیمان است؛ با این تفاوت که تأثیر افزودنی فوق روان کننده در تغییر بار الکتریکی دانههای سیمان بسیار بیشتر از تأثیر افزودنیهای روان کننده معمولی بوده که این خود توجیهکننده تفاوت عملکرد این دو افزودنی است.
ممانعت فضایی
مکانیزم دیگری که باعث ایجاد خاصیت روانکنندگی در بتن میشود، مکانیزم ممانعت فضایی است. ممانعت فضایی مکانیزم اصلی در کاربرد فوق روان کننده بتن با پایه پلی کربوکسیلات است. این مولکولها حامل گروههای CO2Na– هستند که در آب به CO–2– و +Na تجزیه میشوند CO–2– 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 میشود. بدینترتیب دانههای سیمان مجزا از یکدیگر باقی میمانند. اندازهگیری پتانسیل زتا نشان میدهد برعکس ترکیبات با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته، بار منفی ایجاد شده در دانههای سیمان در ترکیبات حاوی افزودنیهای فوق روان کننده با پایه پلی کربوکسیلات چندان قابل توجه نیست.
اما این به آن معنا نسیت که افزودنیهای با پایه پلی کربوکسیلات اتر قدرت کاهندگی آب کمتری دارند، بلکه قدرت این افزودنیها در روانکنندگی و کاهندگی آب بسیار بیشتر از افزودنیهای نفتالینی، ملامینی و لیگنوسولفوناتی است.
همانطور که گفته شد، کاربرد فوق روان کننده در بتن حجیم، بتنهای تزئینی، بتنهای مقاوم، بتنهای پیشساخته و… بسیار است. این افزودنی نقش مفیدی در پراکندگی ذرات سیمان دارد و باعث ایجاد ممانعت فضایی میشود. در این مقاله از بلاگ رامکا تلاش شد کلیات کاربرد فوق روان کننده بتن و مکانیزم عملکرد آن تبیین شود. امیدواریم با مطالعه این مقاله بتوانید به اطلاعات کافی و کارامد در این زمینه دست یابید.
اشتراکها: فوق روان کننده بتن چیست؟ - صنایع شیمی ساختمان رامکا
ممنون از مقاله کار بردی و خوبتون
سپاس از لطف شما🌷