خواص فوق روان کننده بتن و تاثیر آن بر بتن تازه!

خواص فوق روان کننده بتن

استفاده از بتن با اسلامپ زیاد در ساخت بتن آماده، ساخت قطعات پیش‌ساخته و هم‌چنین در بتن پیش تنیده دارای مزایای بسیاری می‌باشد. قابلیت جریان بتن به خصوص در موارد تراکم آرماتور و یا در ترمیم آلمان‌هایی که حضور آرماتورها جایدهی بتن را با مشکل روبرو می‌کند سودمند می‌باشد. هم‌چنین این قابلیت در بتن‌ریزی قطعات عمیق حائز اهمیت بوده و تراکم بتن را آسان‌تر می‌کند.خواص فوق روان کننده بتن بر خواص بتن تازه این است که بتن را بدون کاهش مقاومت و تغییر در میزان آب به سیمان، روان می‌کند. استفاده از بتن‌های روان در بتن‌ریزی دال و پی نیز موجب افزایش قابل توجه سرعت بتن‌ریزی شده و از طرفی باعث کاهش هزینه جایدهی، تراکم و پرداخت بتن می‌گردد.

خواص فوق روان کننده بتن بر خواص بتن تازه

استفاده از افزودنی‌های فوق روان کننده تاثیرات بسیاری آشکاری بر بتن در حالت تازه می‌گذارد که مهمترین آن افزایش روانی می‌باشد. در این بخش به تاثیرات استفاده از این افزودنی‌ها بر خواص بتن در حالت تازه پرداخته می‌شود.

اثر فضایی تثبیت پراکندگی دانه‌های سیمان به وسیله افزودنی فوق روان‌کنندگی با پایه پلی کربکسیلاتی.
اثر فضایی تثبیت پراکندگی دانه‌های سیمان به وسیله افزودنی فوق روان‌کنندگی با پایه پلی کربکسیلاتی.

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

کاهش آب در بتن‌های دارای افزودنی فوق روان کننده BNF
کاهش آب در بتن‌های دارای افزودنی فوق روان کننده BNF

خواص فوق روان کننده بتن بر کاهش آب بتن

افزودنی‌های فوق روان کننده معمولا برای کاهش مقدار آب اختلاط بتن در اسلامپ ثابت استفاده می‌گردند. این افزودنی‌ها باید قادر باشند تا مقدار آب اختلاط را حداقل ۱۲ درصد کاهش دهند، با این وجود برخی از این افزودنی‌ها قابلیت کاهش آب اختلاط به میزان حتی بیش از ۳۰ درصد را نیز دارا هستند. میزان کاهش آب به مقدار افزودنی مورد استفاده و هم‌چنین اسلامپ اولیه بتن بستگی دارد. نتایج نشان می دهد که استفاده از بیش از مقدار مشخصی از افزودنی تاثیری در کاهش مقدار آب نخواهد داشت. به طور کلی با افزایش عیار سیمان می‌توان آب اختلاط را در روانی ثابت به مقدار بیشتری کاهش داد.

گزارش‌های موجود نشان می دهد که برای کاهش مقدار آب به میزان یکسان مقدار بیشتری از افزودنی‌های با پایه ملامین فرمالدهید سولفوناته در مقایسه با افزودنی‌های با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته نیاز می‌باشد. مقدار کاهش آب اختلاط حاصله در صورت استفاده از مقادیر کم این افزودنی‌ها می‌تواند مشابه با عملکرد افزودنی‌های کاهنده آب معمولی باشد.

کاهش آب ایجاد شده توسط اضافه نمودن فوق روان کننده
کاهش آب ایجاد شده توسط اضافه نمودن فوق روان کننده

خواص فوق روان کننده بتن بر کارپذیری

افزودنی‌های فوق روان کننده کارپذیری بتن را که به وسیله دستگاه اسلامپ یا میز اسلامپ اندازه‌گیری می‌شود، به میزان زیادی افزایش داده و یا امکان کاهش مقدار آب را در عین ثابت ماندن کارایی فراهم می‌کنند شکل  رابطه بین مقدار افزودنی مورد استفاده و میزان کاهش آب حاصل برای یک افزودنی فوق روان کننده  و شکل زیر رابطه بین مقدار افزودنی مورد استفاده و اسلامپ بتن را نشان می دهند.

همانطور که در هر دو شکل مشخص است، افزایش مقدار استفاده از افزودنی بیش از حدی مشخص تاثیر بیشتری بر کاهش مقدار آب اختلاط در روانی ثابت و یا به عبارتی افزایش اسلامپ نخواهد داشت. این مقدار افزودنی که با عنوان مقدار اشباع شناخته می‌شود، بیشترین مقدار موثر افزودنی بوده و استفاده بیش از این مقدار تاثیری بر افزایش روانی بتن نخواهد داشت.

زمان اضافه کردن افزودنی هم بر مقدار روانی و اسلامپ بتن تاثیرگذار است. با اضافه کردن افزودنی‌ به همراه آب اختلاط اسلامپ به مقدار قابل توجهی افزایش پیدا می‌کند. رسیدن به اسلامپ‌های بیشتر با اضافه کردن افزودنی دقایقی پس از اضافه کردن آب به مخلوط امکان‌پذیر است.

افزایش اسلامپ ایجاد شده توسط اضافه نمودن فوق روان کننده
افزایش اسلامپ ایجاد شده توسط اضافه نمودن فوق روان کننده

خواص فوق روان کننده بتن بر روند افت اسلامپ

یکی از مشکلات اجرایی در استفاده از افزودنی‌های فوق‌ روان کننده در تولید بتن‌های روان و بتن‌های خود تراکم، مدت زمانی است که این افزودنی‌ها قادر هستند تا کارایی بتن را در محدوده مورد نظر حفظ کنند. این مساله در شکل زیر برای بتن حاوی افزودنی ملامین فرمالدهید سولفوناته در دماهای مختلف نشان داده شده است.

آهنگ افت اسلامپ تحت تاثیر ترکیبات سازنده افزودنی فوق روان کننده، مقدار استفاده از افزودنی، استفاده همزمان از افزودنی‌های کنترل کننده گیرش در کنار افزودنی فوق روان کننده، مقدار و نوع سیمان مورد استفاده، مقدار آب اختلاط و دمای بتن می‌باشد.

این عوامل تنها عوامل موثر بر افت اسلامپ بتن نبوده اما عواملی هستند که می‌توانند توسط کاربر کنترل شوند. بر اساس نتایج منتشر شده در منبع با مقایسه میان افزودنی‌های فوق‌ روان کننده با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته، ملامین فرمالدهید سولفوناته و لیگنوسولفونات اصلاح شده که میزان استفاده از افزودنی در تمام نمونه‌ها ثابت و برابر ۶/۰ درصد وزنی سیمان بوده است، بیشترین مقدار افت اسلامپ مربوط به ملامین فرمالدهید سولفوناته مشاهده شده است.

برخلاف تصور رایج، تمام افزودنی‌های فوق‌روان کننده افت اسلامپ سریع بتن را در پی نخواهند داشت. فوق روان کننده‌های جدید زمان آغاز افت اسلامپ را افزایش داده که این خود امکان اضافه کردن این افزودنی‌ها را محل تولید بتن را فراهم کرده و با وجود تولید مخلوطی با روانی زیاد، تغییری در خصوصیات مربوط به گیرش بتن ایجاد نمی کند. فوق روان کننده‌های با پایه پلی کربوکسیلات قادر بوده تا کارایی بتن را برای مدت زمان بیشتری حفظ کنند. این مساله در شکل زیر نیز نشان داده شده است.

تست اسلامپ در فاصله‌های مختلف زمانی برای بتن حاوی 3 درصد وزنی سیمان از سولفونات ملامین فرمالدهید (SMF)
تست اسلامپ در فاصله‌های مختلف زمانی برای بتن حاوی ۳ درصد وزنی سیمان از سولفونات ملامین فرمالدهید (SMF)

همانگونه که در شکل مشخص است، این افزودنی قادر بوده تا کارایی زیاد بتن را برای مدت زمانی بیش از ۲ ساعت حفظ کند. علت این امر به نحوه عملکرد این افزودنی‌ها که از طریق مکانیزم ممانعت فضایی است، نسبت داده می‌شود. این تفاوت عملکردی به معنای برتری برخی از فوق‌ روان کننده‌ها نسبت به سایر آن‌ها نبوده و تنها شرایط اجرایی است که باعث می‌شود استفاده از برخی افزودنی‌ها نسبت به برخی دیگر برتری داشته باشد.

مکانیزم موثر در وقوع افت اسلامپ می‌تواند شامل فرآیندهای شیمیایی یا فیزیکی باشد. بر اساس گزارش‌های به دست آمده از دست رفتن روانی خمیر سیمان در مرحله سکون بیش از اینکه دارای علل شیمیایی باشد، به دلیل لخته شدن فیزیکی ذرات سیمان می‌باشد. در مدت زمانی که افت اسلامپ اتفاق می‌افتد فاز تری کلسیم آلومینات (C3A) با گچ واکنش می دهد که در نتیجه آن ساختاری کریستالی شکل می گیرد که حرکت بتن را با مشکل مواجه می‌کند.

در ادامه برسی خواص فوق روان کننده بتن باید گفت که به این دلیل می‌توان تصور کرد که واکنش تری کلسیم آلومینات (C3A) تاثیر مهمی در کاهش روانی دارد. در مطالعات انجام گرفته بر افزودنی‌های فوق‌ روان کننده نشان داده شده است که استفاده از این افزودنی‌ها موجب پیشرفت واکنش بین فاز آلومیناتی و گچ می‌گردد. حضور سولفات نیز باعث افزایش سرعت این واکنش می‌شود. یانگ مطالعاتی را به صورت جداگانه بر روی فازهای سیمان انجام داد. افت اسلامپ تری‌کلسیم آلومینات (C3A) + 30 درصد آهنک، تری کلسیم سیلیکات (C3S) + تری‌کلسیم آلومینات (C3A) + آهک و سیستم‌های بر پایه تری‌کلسیم سیلیکات (C3A) + گچ افت اسلامپی مشاهده نشده و افت اسلامپ به فاز تری‌کلسیم سیلیکات (C3S) مرتبط بود.

بیشتر بخوانید  افزودنی پمپ بتن: چگونه بتن را راحت و سریع پمپاژ کنیم؟
افت اسلامپ بتن دارای فوق روان کننده از نوع افزودنی‌های OPC و CAE یا SNF با پایه پلیمری
افت اسلامپ بتن دارای فوق روان کننده از نوع افزودنی‌های OPC و CAE یا SNF با پایه پلیمری
افت اسلامپ در صورت استفاده از سیمان حاوی گچ
افت اسلامپ در صورت استفاده از سیمان حاوی گچ

برای افزایش اسلامپ به میزان یکسان، مقدار بیشتری از فاز سیلیکاتی مورد نیاز بود که این خود به علت افت اسلامپ بیشتری است که این ترکیب با خود به همراه دارد. بنابراین به نظر می‌رسد که پوششی از فرآورده‌های هیدراته باعث شده تا تقابل اثر بارهای الکتریکی مابین ذرات تری‌کلسیم سیلیکات (C3S) به حالت اولیه برگشته که این امر موجب شده تا مجددا ذرات به لخته شدن تمایل پیدا کنند. استفاده مجدد از فوق روان کننده باعث می‌شود تا بارهای الکتریکی خنثی شده و به این ترتیب روانی بتن بازیابی گردد، با این وجود ادامه پیدا کردن فرآیند هیدراتاسیون افت اسلامپ را به همراه خواهد داشت. انتظار می‌رود که استفاده از کندگیر کننده‌هایی که هیدراتاسیون افت اسلامپ را به همراه خواهد داشت. انتظار می‌رود که استفاده از کندگیر کننده‌هایی که هیدراتاسیون تری‌کلسیم سیلیکات (C3S) را به تاخیر می‌اندازند افت اسلامپ شدید بتن کنترل کنند.

در ادامه بررسی خواص فوق روان کننده بتن روش‌های متعددی برای افزایش مدت زمانی که بتن روانی خود را حفظ می‌کند به کار گرفته شده است که برخی از این روش‌ها عبارتند از استفاده از مقدار بیشتری از افزودنی‌، استفاده از کندگیرکننده، استفاده مجدد از افزودنی در فاصله‌های زمانی مشخص، ترکیب افزودنی‌ها، پلیمرهای محلول در آب و غیره. شکل زیر نشان می دهد که چگونه اضافه کردن یک افزودنی با پایه ملامین فرمالدهید سولفوناته در زمان‌های متفاوت می‌تواند موجب بازیابی روانی بتن گردد .

نتایج مشابهی در مورد استفاده از افزودنی‌ با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته به دست آمده است. در این روش که به آن بازیابی کارایی یا اضافه کردن مجدد افزودنی گفته می‌شود، با کاهش پیدا کردن روانی بتن، برای تامین مجدد کارایی، مقداری افزودنی فوق روان کننده به مخلوط بتنی اضافه می‌گردد.

این عمل که به خصوص در بتن‌ریزی در هوای گرم دارای اهمیت می‌باشد، در عین افزایش روانی به علت عدم افزایش نسبت آب به سیمان تاثیر منفی بر خصوصیات بتن سخت شده نخواهد داشت. در بسیاری از موارد برای جبران از دست رفتن روانی بتن مقداری آب به مخلوط اضافه می‌گردد که این عمل موجب افزایش نسبت آب به سیمان و به تبع آن تضعیف خواص سخت شده بتن می‌گردد.

خواص فوق روان کننده بتن و روش بازیابی کارایی در ۳ نسبت آب به سیمان مختلف در شکل زیر نشان داده شده است. بازیابی کارایی در زمان‌های ۳۰ و ۷۰ تا ۸۰ دقیقه صورت گرفته است. مقدار افزودنی استفاده شده برای بازیابی کارایی در مرحله دوم به طور قابل توجهی بیش از مقدار استفاده شده در مرتبه اول بوده است.

به عنوان مثال بتن ساخته شده در نسبت آب به سیمان ۴/۰ دارای اسلامپ اولیه ۶۵ میلیمتر بوده که با استفاده از ۱۴ میلی‌لیتر افزودنی در مرتبه اول به ۹۵ میلیمتر افزایش پیدا کرده است. در مرحله دوم بازیابی کارایی اسلامپ اولیه به ۵ میلیمتر کاهش یافته است که برای افزایش آن به ۸۵ میلیمتر، ۳۷۴ میلی‌متر افزودنی استفاده شده است.

تاثیر افزودن چندباره سولفونات ملامین فرمالدهید (SMF) بر روی اسلامپ بتن. I: اولین مقدار؛ II: دومین مقدار؛ III: سومین مقدار
تاثیر افزودن چندباره سولفونات ملامین فرمالدهید (SMF) بر روی اسلامپ بتن. I: اولین مقدار؛ II: دومین مقدار؛ III: سومین مقدار
مقدار فوق روان کننده مورد نیاز برای بازیابی در دماهای مختلف
مقدار فوق روان کننده مورد نیاز برای بازیابی در دماهای مختلف

از دیگر عوامل موثر بر میزان افت اسلامپ، نسبت آب به سیمان مخلوط بتنی می‌باشد. تاثیر نسبت آب به سیمان بر بازیابی روانی بتن در چهار نسبت مختلف ۵/۰، ۶/۰، ۷/۰ و ۸/۰ بررسی شده است. در این آزمایش تمامی نمونه‌ها دارای ۵/۰ درصد وزن سیمان افزودنی فوق روان کننده بوده‌اند. شکل زیر افت اسلامپ را بر حسب تابعی از زمان نشان می‌دهد. تاثیر بازیابی روانی در نسبت‌های آب به سیمان کمتر، بیش از تاثیر آن بر نمونه‌های با نسبت آب به سیمان بیشتر می‌باشد. با وجود اینکه آهنگ افت اسلامپ در همه نمونه‌ها مشابه می‌باشد اما، نمونه‌های با نسبت آب به سیمان کمتر توانایی بهتری در نگه‌ داشتن روانی دارند.

در مورد خواص فوق روان کننده بتن یکی دیگر از روش‌های مورد استفاده برای طولانی‌تر کردن زمان حفظ کارایی بتن، استفاده از افزودنی‌های ترکیبی است. برخی فوق روان کننده‌های ترکیبی موجود را برای اندازه‌گیری میزان افت اسلامپ آن‌ها مورد بررسی قرار داده است.

بازیابی بتن در نسبت‌های مختلف از w/c
بازیابی بتن در نسبت‌های مختلف از w/c
افت اسلامپ در بتن حاوی افزودنی‌های ترکیبی
افت اسلامپ در بتن حاوی افزودنی‌های ترکیبی

در شکل بالا که نشان‌دهنده نتایج مربوط به این تحقیقات است FN-I افزودنی با ترکیب نمک‌های سدیم و پتاسیم لیگنوسولفونات به همراه نفتالین فرمالدهید سولفوناته، FM-2 نفتالین فرمالدهید سولفوناته و ملامین فرمالدهید و سولفوناته و نمکی از هیدروکسیکر بوکسیلیک اسید، FB-1 نفتالین فرمالدهید سولفوناته و لیگنوسولفونات و FX-1 نمک سدیم کوپلیمر اسید کربوکسیلیک غیر اشباع و هیدروکسی آلکیل استراسید می‌باشد. مخلوط CI هم نمونه‌ای است که صرفا دارای حباب‌ساز است. با وجود اینکه در ابتدا همه نمونه‌ها دارای اسلامپی در حدود ۲۰ سانتیمتر هستند با گذشت زمان این مقدار کاهش می‌یابد.

زمان لازم برای اینکه اسلامپ بتن به مقداری برابر اسلامپ آن پیش از اضافه کردن افزودنی برسد، به عنوان معیاری برای سنجش تاثیر ترکیبات استفاده شده در افزودنی انتخاب شده است. در بیشتر موارد این زمان از یک ساعت تجاوز کرده و این مقدار برای ترکیب FX-1 بیشترین است.

پارک و همکارانش تلاش‌هایی را در جهت استفاده از افزودنی با ترکیب نفتالین فرمالدهید سولفوناته و لیگنوسولفونات تغلیظ شده انجام دادند و دریافتند که این ترکیب توانایی خوبی در نگه‌داشتن روانی بتن داشته اما زمان گیرش و آب انداختگی بتن را افزایش می‌دهند. باید توجه کرد که استفاده مجدد از افزودنی برای بازیابی کارایی برای ۲ تا ۳ دفعه می‌تواند موجب آب‌انداختگی و جداشدگی بتن گردد. گاهی حتی گیرش در مدت زمانی بیش از ۴ ساعت اتفاق می‌افتد.

استانداردهای ASTM C494 و ASTM C1017 بحث‌هایی را در مورد افت اسلامپ بتن مطرح کرده اما هیچ کدام آزمایشی را برای تعیین آن مشخص نمی‌کنند. افزودنی‌های فوق روان کننده‌ای که الزامات مربوط به ASTM C494 را تامین می‌کنند لزوما زمان حفظ کارایی کافی برای آنکه امکان اضافه کردن افزودنی در واحد تولید بتن وجود داشته باشد را فراهم نمی‌کنند. با پیشرفت‌های شکل گرفته در ساخت افزودنی‌های فوق روان کننده و تنوع زیاد این محصولات، بهتر است تا برای شناسایی آن‌ها علاوه بر ذکر الزامات ASTM C494، این نکته نیز ذکر شود که افزودنی باید در پای کار به بتن اضافه گردد یا امکان اضافه کردن آن در واحد تولید بتن هم وجود دارد.

در صورت استفاده از نسل‌های ابتدایی فوق روان کننده‌ها در پای کار، پس از مدتی افت اسلامپ متوسط تا شدید و گیرش معمولی و یا با تاخیر مشاهده می‌گردد. به طور کلی با افزایش مقدار افزودنی، آهنگ افت اسلامپ کاهش می‌یابد. با این وجود انواع مختلف افزودنی در محدوده‌های متفاوتی عمل می‌کنند که استفاده از مقادیر بیش از آن می‌تواند بر سایر خصوصیات بتن نیز تاثیرگذار مربوط به باشد. استفاده از مقادیر بیشتر افزودنی به منظور کاهش آهنگ افت اسلامپ می‌تواند موجب تغییر خصوصیات گیرش اولیه، جداشدگی و یا آب‌انداختگی بتن گردد. این افزودنی‌ها باید تنها بر اساس مقادیر پیشنهادی تولید کننده مصرف گردند.

بیشتر بخوانید  تاثیر فوق روان کننده بتن بر خواص بتن سخت شده!

ترکیبات شیمیایی سیمان نیز می‌تواند بر خصوصیات بتن‌های حاوی افزودنی و خواص فوق روان کننده تاثیر داشته باشد. البته این بدان معنا نیست که نمی‌توان از یک فوق روان کننده خاص در کنار نوع خاصی از سیمان استفاده کرد، اما مقدار افت اسلامپ و سایر خصوصیات مربوط به بتن با تغییر سیمان مصرفی تغییر خواهد کرد. برای مثال، بیشتر بودن تری کلسیم آلومینات (C3A) در سیمان‌های تیپ ۱ و تیپ ۳ نسبت به سیمان‌های تیپ ۲ و ۵ باعث تسریع افت اسلامپ در بتن‌های حاوی این سیمان‌ها می‌شود.

دمای بتن عامل دیگری است که در استفاده از افزودنی‌های فوق روان کننده باید مورد توجه قرار گیرد. به طور کلی افزایش دما موجب تسریع روند افت اسلامپ در بتن می‌گردد. همانطور که در شکل بالا نیز مشخص است میزان افت اسلامپ در دماهای بالاتر به میزان قابل توجهی بیشتر می‌باشد. روش‌های مختلفی برای به حداقل رساندن این مشکل وجود داشته که یکی از آن‌ها استفاده از فوق روان کننده‌ای مطابق با افزودنی‌های تیپ g در ASTM C494 یا استفاده از افزودنی‌های گندگیر کننده تیپ B یا D در کنار به کارگیری افزودنی فوق روان کننده می‌باشد.

خاصیت دیرگیر کنندگی می‌تواند در کند کردن روند افت اسلامپ موثر باشد. هم‌چنین می‌توان از فوق روان کننده‌ای که دارای خاصیت کاهش افت اسلامپ است در واحد تولید بتن استفاده کرد. روش‌های دیگری نیز وجود دارد که به کارگیری آن‌ها در بتن‌ریزی هوای گرم مشکلاتی از قبیل افت اسلامپ را کاهش می‌دهد. برای مطالعه بیشتر در خصوص این اقدامات می‌توان به دستورالعمل‌های بتن‌ریزی در هوای گرم مراجعه کرد.

خواص فوق روان کننده بتن بر زمان گیرش

استانداردهای C1017 و ASTM C494 الزامات مربوط به افزودنی‌های شیمیایی فوق روان کننده را مشخص کرده که یکی از این الزامات مربوط به زمان گیرش بتن می‌باشد. این استانداردها تعیین می‌کنند که به ترتیب، زمان گیرش اولیه بتن‌های حاوی افزودنی‌های تیپ F (افزودنی‌های فوق روان کننده در ASTM C494) و تیپ ۱ (افزودنی‌های فوق روان کننده در ASTM C1017) نباید قبل از ۱ ساعت و بعد از ۵/۱ ساعت در مقایسه با بتن شاهد دارای اسلامپ، مقدار هوا و دمای مشابه باشد. زمان گیرش اولیه بتن‌های حاوی فوق روان کننده تیپ G (افزودنی فوق‌روان کننده کندگیر کننده در ASTM C494) یا تیپ ۲ (افزودنی فوق‌ روان کننده کندگیر کننده در ASTM C1017) باید حداقل ۱ ساعت بیش از بتن شاهد بوده اما از ۵/۳ ساعت بعد از آن تجاوز نکند.

بر اساس این استانداردها، کنترفل تامین این الزامات تنها دریک مقدار مشخص انجام شده و نیازی به کنترل این شرایط برای تمامی مقادیر پیشنهادی مصرف توسط تولید کننده نمی‌باشد. به طور کلی افزودنی‌های تیپ ۱ تاثیر چندانی بر زمان گیرش اولیه و نهاهیی بتن نداشته و زمان گیرش بتن‌های حاوی این افزودنی‌ها تفاوتی با زمان گیرش بتن بدون افزودنی و با مقدار آب برابر نخواهد داشت. از سوی دیگر افزودنی‌های فوق روان کننده تیپ ۲ به میزان قابل توجهی افت اسلامپ بتن را کاهش داده و زمان گیرش اولیه را به تاخیر می‌اندازند.

بیشتر تولید کننده‌ها محدوده خاصی را برای مصرف افزودنی پیشنهاد می‌کنند اما این بدان معنی نیست که عملکرد افزودنی در این محدوده لزوما مطابق با الزامات افزودنی‌های تیپ F و G در ASTM C494 یا افزودنی‌های تیپ ۱ و ۲ در ASTM C1017 خواهد بود. در اکثر موارد، با افزایش میزان مصرف افزودنی فوق روان کننده، زمان گیرش بیشتر به تاخیر می‌افتد. میزان تاخیر ایجاد شده به دما، نوع سیمان، مقدار افزودنی و پایه شیمیایی افزودنی مورد استفاده بستگی دارد. پوپسکیو و همکاران در بررسی سه نوع مختلف افزودنی فوق روان کننده افزایش ۱۵ دقیقه‌ای تا ۲ ساعت و نیم دقیقه‌ای را در زمان گیرش اولیه مشاهده کردند.

در صورتی که تصادفا مقدار افزودنی استفاده شده بسیار بیشتر از مقادیر پیشنهادی باشد یا به اصطلاح مقدار افزودنی بیش مقدار شده باشد، ممکن است گیرش بتن بسیار به تاخیر بیافتد. ترکیبات سیمان نیز در چنین شرایطی دارای اهمیت می‌باشد. برای مثال تاخیر ایجاد شده در زمان گیرش در اثر استفاده از دو برابر مقدار معمول افزودنی در بتن دارای سیمان تیپ ۵ می‌تواند به مقدار زیادی افزایش یابد در صورتی که در بتن دارای سیمان تیپ ۱ تاخیر ایجاد شده می‌تواند قابل قبول باشد.

تاثیر سولفونات ملامین فرمالدهید (SMF) بر گیرش سیمان در دماهای مختلف
تاثیر سولفونات ملامین فرمالدهید (SMF) بر گیرش سیمان در دماهای مختلف

تولیدکنندگان موظفند تا محدوده مناسبی را برای استفاده افزودنی‌ها پیشنهاد کنند چرا که استفاده از افزودنی‌های فوق‌روان کننده در شرایط متفاوت اجرایی و آب و هوایی صورت می‌گیرد. به تاخیر افتادن زمان گیرش بتن دال و عرشه پل‌ها، در صورت عدم محافظت کافی و عمل‌آوری مناسب، می‌تواند باعث افزایش ترک‌های ناشی از جمع شدگی گردد. علاوه بر آن در بتن‌های قالب‌بندی شده، تاخیر در زمان گیرش فشار وارد بر قالب را افزایش می‌دهد.

دما نیز عامل دیگری است که در زمان گیرش تاثیر می‌گذارد. برای نمونه زمان گیرش اولیه و نهایی خمیر سیمان دارای یک درصد افزودنی ملامین فرمالدهید سولفوناته در دماهای ۲۰، ۴۰ و ۵۵ درجه سانتیگراد در جدول است جدول ۳-۳ نشان شده است استفاده از فوق روان کننده زمان گیرش را به تاخیر انداخته و با افزایش دما، اختلاف زمانی در گیرش کاهش می‌یابد.

خواص فوق روان کننده بتن بر هوای وارد شده

آزمایش‌های متعددی برای بررسی خواص افزودنی‌های فوق روان کننده بر هوای وارد شده به بتن انجام شده است اما نتایج به دست آمده متفاوت و بعضا متناقض می‌باشند. دلیل این امر به نوع افزودنی فوق روان کننده مورد استفاده بر می‌گردد. پیش از بررسی تاثیر مواد افزودنی فوق روان کننده بر درصد هوای بتن و ساختار توزیع آن در بتن لازم است میان هوای وارد شده توسط افزودنی فوق روان کننده و هوای وارد شده توسط افزودنی حباب‌ساز تمایز قابل شد.

حبابی که توسط افزودنی حباب‌ساز وارد می‌شود عمدتا به صورت حباب‌های بسیار ریز و با توزیع یکنواخت در مخلوط بتن است در حالی که حباب‌های ایجاد شده توسط افزودنی‌های فوق روان کننده عمدتا درشت می‌باشند. تفاوت این دو حباب هوا با آزمایش ساده درصد هوا تعیین نمی‌شود بلکه برای تمیز این دو نوع حباب هوا استفاده از آزمایشهای تکمیلی مانند مقطع‌گیری از بتن سخت شده ضروری است. حباب هوای ایجاد شده توسط افزودنی حباب‌ساز باعث بهبود قابل توجه پایایی بتن در برابر سرما و یخبندان می‌شود در حالی‌که تاثیر حباب ایجاد شده توسط افزودنی فوق روان کننده بسیار کمتر است. این موضوع به اندازه حباب ایجاد شده و توزیع آن در ساختار بتن بستگی دارد.

افزودنی‌های فوق روان کننده عمدتا باعث ایجاد حباب هوا در بتن می‌شوند. این پدیده مخصوصا افزودنی‌های با پایه پلی کربکسیلاتی بسیار بیشتر است به نحوی که در این افزودنی‌ها از ترکیبات شیمیایی ضد کف برای کنترل میزان هوای اضافی وارد شده به بتن استفاده می‌کنند. میزان هوای وارد شده توسط افزودنی فوق روان کننده به پایه شیمیایی افزودنی، نوع سیمان، نسبتهای اختلاط و میزان اسلامپ بتن بستگی دارد. معمولا با افزایش میزان اسلامپ، میزان هوای وارد شده توسط افزودنی‌های فوق روان کننده افزایش می‌یابد. بنابراین تاثیر مستقیم افزودنی فوق روان کننده افزایش میزان هوای بتن است.

بیشتر بخوانید  افزودنی های شاتکریت: در بتن پاششی از چه افزودنی هایی باید استفاده کنیم؟

میزان هوای اضافی وارد شده به واسطه افزودنی فوق روان کننده از مقادیر کم تا بیش از ۵ درصد متغیر است. افزودنی‌های با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته و لیگنوسولفونات خود نیز تا حدودی سبب ایجاد هوا در بتن می‌گردند. معمولا اندازه حباب‌های ایجاد شده در اثر استفاده از این افزودنی‌ها بزرگ بوده و استفاده بیش از اندازه از این افزودنی‌ها در برخی مواقع تشکیل لایه سفید رنگی از کف را بر سطح بتن سخت شده به همراه دارد.

از سوی دیگر روانی ایجاد شده توسط افزودنی‌های فوق روان کننده باعث ناپایداری حبابهای ریز ایجاد شده توسط افزودنی حباب‌ساز می‌گردد. بنابراین در صورت استفاده از افزودنی‌ فوق‌ روان کننده و افزودنی حباب ساز به صورت همزمان، بخشی از حباب ایجاد شده توسط افزودنی حباب ساز از بین می‌رود و بنابراین لازم است از مقدار بیشتری افودنی حباب‌ساز استفاده شود. بیشتر آزمایش‌ها نشان می‌دهد که ساختار حفره‌های هوای بتن هوا دمیده شده در اثر استفاده از افزودنی‌های فوق روان کننده دستخوش تغییراتی می‌گردد.

ایجاد لایه ضیف بر روی سطح بتن به دلیل مصرف بیش از اندازه فوق روان کننده
ایجاد لایه ضیف بر روی سطح بتن به دلیل مصرف بیش از اندازه فوق روان کننده

استفاده از افزودنی‌های فوق روان کننده به علت افزایش میانگین اندازه حباب‌ها و کاهش سطح مخصوص در مقایسه با بتن هوادمیده شده بدون افزودنی فوق‌روان کننده، موجب افزایش ضریب فاصله می‌گردد. علاوه بر این بتن‌های حاوی افزودنی‌های فوق روان کننده به علت دارا بودن روانی بیشتر توانایی کمتری در حفظ حباب‌های هوای ایجاد شده در بتن دارند، به همین علت افزودنی‌های فوق‌روان کننده معمولا باعث از دست رفتن بخشی از هوای ایجاد شده توسط افزودنی‌های حباب‌ساز می‌گردد.

مقدار کاهش ایجاد شده در درصد هوا معمولا در حدود ۱ تا ۳ درصد می‌باشد. زمانی که از افزودنی‌های فوق روان کننده برای بازیابی کارایی مخلوط‌های بتنی استفاده می‌شود نیز این مسئله مشاهده شده و با افزایش دفعات استفاده از افزودنی فوق روان کننده مقدار بیششتری از هوای موجود در بتن از دست می‌رود.

نتیجه پژوهشی که برای بررسی این مسئله انجام شده است نشان می‌دهد که بازیابی کارایی بتنی با نسبت آب به سیمان ۴۲/۰ با استفاده از افزودنی با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته، مقدار هوای اولیه موجود در بتن را از ۹/۴ درصد به ۸/۳، ۷/۱ و ۵/۱ درصد در مرتبه‌های بعدی استفاده از افزودنی جهت افزایش روانی، کاهش داده است.

با این وجود میزان هوایی که بتن از دست می‌دهد تابع ترکیبات افزودنی هم بوده به طوری که استفاده از افزودنی‌های با پایه لیگنوسولفونات می‌تواند افزایش مقدار هوا را به دنبال داشته باشد. نتایج پژوهشی دیگر نشان می دهد که استفاده از افزودنی فوق روان کننده با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته با پایه سدیم موجب کاهش ۲ درصدی مقدار هوای بتن شده در حالی که در بتن حاوی نمک کلسیم پلی استایرن سولفونات این مقدار برابر تنها ۶/۰ درصد بوده است.

خواص فوق روان کننده بتن بر جداشدگی

معمولا استفاده از افزودنی فوق روان کننده به منظور کاهش آب اختلاط، در بتن‌هایی که دارای طرح اختلاط مناسبی هستند سبب ایجاد جداشدگی نمی گردد. از طرف دیگر، در صورت عدم انجام اقدامات لازم برای ساخت بتن‌های روان، استفاده از افزودنی‌های فوق روان کننده برای تامین روانی می‌تواند جداشدگی را در پی داشته باشد. طرح اختلاط نامناسب در کنار عدم اختلاط کافی می‌تواند به صورت موضعی موجب روانی بیشتر و جداشدگی گردد. مهمترین عاملی که باعث بروز جداشدگی می‌گردد استفاده بیش از اندازه از افزودنی می‌باشد.

با وجود اینکه مشکلات موجود در طرح اختلاط بتن در روانی‌های کم مشهود نمی‌باشد، افزایش روانی این مشکلات را تشدید کرده و می‌تواند موجب ایجاد جداشدگی در حین حمل و نقل و جایدهی بتن گردد. یکی از روش‌های اصلاح طرح اختلاط برای جلوگیری از جداشدگی افزایش مقدار ریزدانه در بتن و توجه به منحنی دانه‌بندی ترکیبی سنگدانه‌ها می‌باشد. ACI 302.IR پیشنهاد می‌کند که در بتن‌های با اندازه حداکثر دانه بزرگ (مثلا ۳۸ میلیمتر)، در حدود ۸ تا ۱۸ درصد و در بتن‌های با اندازه حداکثر دانه کوچکتر (مثلا ۱۹یا ۲۵ میلیمتر)، در حدود ۸ تا ۲۲ درصد سنگدانه‌ها بر روی هر الک باقی بماند.

در شرایط ایده‌آل سنگدانه‌های بزرگ درم لات با چسبندگی زیاد معلق شده و یک سوسپانسیون را تشکیل می‌دهند که جداشدگی رابه حداق می‌رساند. اضافه کردن بیشتر اب با افزودنی چسبندگی را به میزان زیادی کاهش داده که این خود می‌تواند باعث آب انداختگی و جداشدگی گردد.

خواص فوق روان کننده بتن بر آب‌انداختگی

در مواردی که افزودنی فوق روان کننده برای کاهش آب اختلاط در روانی ثابت به کار می‌رود، معمولا آب‌ انداختگی کاهش می‌یابد. راماشاندران و ملهورتا این مساله را برای بتن‌های حاوی سیمان تیپ ۱، ۲ و ۵ تایید کرده‌اند.

در صورتی که طرح اختلاط بتن مناسب باشد استفاده از افزودنی‌های فوق روان کننده معمولا تاثیری در افزایش میزان آب انداختگی ندارد. با این وجود در مواقعی که افزودنی مورد استفاده ترکیبی بوده و حاوی مقادیری از فوق روان کننده می‌باشد، در صورت مشاهده آب انداختگی می‌توان با کاهش مقدار فوق روان کننده آب انداختگی را کاهش داد. اقداماتی مشابه با آنچه برای کاهش جداشدگی انجام می‌گردد برای کاهش آب انداختگی نیز قابل استفاده می‌باشد. ساخت طرح اختلاط‌های آزمایشی در محل برای تعیین بهترین نسبت‌بندی مصالح برای ایجاد مخلوطی با ویژگی‌های مناسب از نظر آب انداختگی لازم می‌باشد.

خواص فوق روان کننده بتن بر پمپ‌پذیری

معمولا اسلامپ بتن بعد از پمپ شدن کمی کاهش می‌یابد. افت اسلامپ مختصری در حدود ۵/۲ تا ۵ سانتیمتر برای انواع بتن در فرآیند پمپ کردن عادی می‌باشد. افت اسلامپی بیش از این می‌تواند ناشی از عوامل مختلفی مانند نسبت‌بندی مصالح، سنگدانه‌ها، تخلخل، از دست رفتن هوای وارد شده شرایط آب و هوایی و عدم دسترسی به تجهیزات مناسب برای پمپ کردن بتن باشد.

در صورت بروز مشکل برای پمپ کردن بتن، افزودن آب اضافی راه قابل قبولی برای برطرف کردن این مشکل نمی‌باشد چرا که این عمل علاوه بر اثرات منفی بر خواص سخت شده بتن، باعث رقیق‌تر شدن و کاهش چسبندگی ملات نیز می‌گردد. در نتیجه کاهش چسبندگی ملات فشار پمپ می‌تواند باعث شود تا ملات از سنگدانه‌ها جدا شده بدین ترتیب تجمع سنگدانه‌ها باعث انسداد لوله پمپ گردد.

روش‌های متعددی برای برطرف کردن مشکل پمپ‌پذیری بتن با موفقیت امتحان شده است که از میان آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • اصلاح طرح اختلاط و توجه ویژه به عیار سیمان، مقدار ریزدانه و استفاده از پوزولان‌ها
  • استفاده از پمپ‌های با قدرت بیشتر
  • پمپ کردن مرحله‌ای بتن از یک پمپ به پمپ دیگر پیش از رسیدن بتن به محل مورد نظر استفاده از افزودنی فوق روان کننده نسبت به روش‌های ذکر شده اقتصادی‌تر بوده و می‌تواند به میزان قابل توجهی فشار پمپ را کاهش و کارایی پمپ را افزایش دهد. استفاده از افزودنی فوق‌روان کننده در بتن معمولی می‌تواند فشار پمپ را تا ۳۵ درصد و در بتن سبک از ۱۰ تا ۲۰ درصد کاهش دهد.

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؟