ضد یخ بتن

ضد یخ بتن چیست؟

بتن ستون فقرات ساخت و ساز مدرن در مهندسی عمران است که باید مطابق روش ملی طرح مخلوط بتن و آیین‌نامه بتن ایران (آبا) ساخته شود. از این رو مشخصات مواد افزودنی برای اضافه شدن در بتن، باید با الزامات استاندارد ملی ایران شماره 2930-ISIRI مطابقت داشته باشد.

شرایط آب و هوایی سرد برای بتن، 72 ساعت مداومت دمای زیر 5 درجه سانتی‌گراد است. در صورت قرار گرفتن بتن در چنین هوایی، لازم است ضد یخ بتن به مخلوط بتن اضافه شود. این ماده متشکل از مواد معدنی طبیعی و شیمیایی آلی بر پایه نیترات، فرمات و... است.

ضد یخ‌هایی که حاوی یون کلر هستند، معمولاً با نام ضد یخ ملات در بازار عرضه می‌شوند و برای بتن مسلح مضر هستند، چرا که باعث خوردگی میلگرد در بتن می‌گردند.

مزایای ضد یخ بتن

استفاده از ضد یخ‌ها باعث پیوستگی اجرای بتن در هوای سرد با رعایت استانداردهای موجود و مقاومت کافی می‌شود. اگر بتن یخ بزند، 50 درصد مقاومت خود را از دست می‌دهد و در صورت تکرار سیکل یخ‌زدگی، احتمال تخریب بتن وجود خواهد داشت.

ضد یخ بتن، عامل تعدیل‌کننده اثرات مخرب شرایط جوی بر بتن است. ضد یخ‌ها با کاهش نسبی دمای انجماد آب متناسب با میزان آب در بتن، نقش تسریع‌کنندگی گیرش در بتن با دمای زیر صفر درجه را دارند.

بتنی که از یخ‌زدگی محافظت شود تا مقاومت فشاری 5 مگاپاسکال کسب کند، دیگر به خاطر قرار گرفتن در معرض یخ‌زدگی دچار مشکل نمی‌شود. استفاده از ضد یخ بتن، شما را در به سرعت رسیدن به این شرایط کمک می‌کند.

از جمله اصلی‌ترین دلایل استفاده از ضد یخ بتن در فصل سرد، می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• کاهش دوره مورد نیاز برای عمل آوری و محافظت از بتن
• کاهش هزینه
• افزایش سرعت ساخت و ساز

معایب ضد یخ بتن

از جمله مشکلات ضد یخ‌ها، خوردگی میلگرد به دلیل رساندن یون کلرید به نزدیکی محدوده آرماتور است. مشکل رایج دیگر، استفاده نوع نامناسب ضد یخ و عوامل اجرایی ضعیف و کم تجربه می‌باشد.

بعضاً مشاهده کردید بعضی شرکت‌های تولیدکننده و عرضه‌کننده ضد یخ، مشخصات فنی ناقصی را روی بسته‌بندی درج می‌کنند که همین مسأله باعث استفاده نادرست از ضد یخ بتن در زمینه کاری می‌شود.

مقدار مصرف ضد یخ در بتن

لازم است بر اساس آزمون‌های انجام شده، محدوده مصرف ماده افزودنی بتن بر حسب درصد وزنی سیمان، توسط تولیدکننده ارائه شود. در آزمایش افزودنی‌ها، آزمایش‌هایی نظیر: تأثیر بر زمان گیرش، کارآیی و مشخصات مکانیکی مطابق با مجموعه استانداردهای ملی ایران تحت شماره 2930 انجام می‌شود.

بیشینه مقدار مصرف ضد یخ بتن برای رسیدن به مقاومت نهایی لازم در آیین‌نامه‌ها، 5 درصد وزنی بتن توصیه شده است. در جدول ذیل، میزان مصرف ضد یخ بتن به طور تجربی و توسط شرکت‌های ارائه‌دهنده پیشنهاد شده است:

روش مصرف ضد یخ بتن

جهت مصرف ضد یخ بتن، لازم است از پخش یکنواخت آن در مواد پایه سیمانی اطمینان حاصل شود، بدین منظور توصیه می‌گردد بعضی از انواع این مواد، ابتدا در آب مخلوط شده و سپس به مخلوط اضافه شود.

در صورت محدودیت اختلاط، می‌توان آن پیش از پمپاژ بتن در تراک میکسر اضافه نمود که میزان اضافه کردن و نحوه اختلاط برای هر نوع، روی بسته‌بندی توضیح داده شده است.

بیشتر بخوانید: راهنمای استفاده از ضد یخ بتن

خواص و اثرات ضد یخ بتن

واکنش هیدراتاسیون سیمان گرمازاست. این واکنش در دمای 20 تا 25 درجه سانتی‌گراد روند طبیعی خود را طی کرده و منجر به کسب مقاومت بتن در 12 ساعت می‌شود. ضد یخ‌های بتن تأثیرات مختلفی از خود روی بتن بر جای می‌گذارند که از جمله آن می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• تسریع در انجام واکنش هیدراتاسیون
• افزایش دمای گیرش بتن (در دماهای پایین‌تر، این روند طولانی‌تر شده و در دماهای پایین‌تر از 4 درجه سانتی‌گراد به دلیل یخ زدن آب متوقف می‌شود).
• پایین آوردن نقطه انجماد آب 
• رشد مقاومت سنین اولیه بتن

ضد یخی برای بتن مناسب است که علاوه بر کاهش نسبی نقطه انجماد، آب اضافی داخل بتن به عنوان یک تسریع‌کننده در گیرش و رشد مقاومت سنین اولیه بتن عمل نماید.

عملکرد ضد یخ بتن

استفاده از ضد یخ در بتن، باعث تراکم مناسب بتن در دمای پایین و جلوگیری از ترک‌خوردگی آن می‌شود. در واقع عملکرد اصلی ضد یخ بتن، پایین آوردن نسبی دمای انجماد بتن و تسریع گیرش بتن در 3 الی 5 ساعت ابتدایی است که بدین وسیله، گستره دمایی کاربرد بتن بیشتر شده و عملیات ساختمانی به دلیل سرما متوقف نخواهد شد.

کاربرد ضد یخ بتن

استفاده از بتن در شرایط دمایی زیر صفر درجه، باعث به وجود آمدن مشکلات مختلفی در ساختمان‌سازی می‌شود. چهار فصل بودن کشور ایران و نیاز به بتن‌ریزی در تمام فصول، به ویژه در هوای سرد، باعث استفاده از ضد یخ در بتن‌ریزی می‌شود.

هدف استفاده از ضد یخ بتن، کمک به کسب حداقل مقاومت لازم برای مواجهه با اولین سیکل یخبندان و تنش ناشی از آن است. گذشته از این از دیگر کاربردهای ضد یخ می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• امکان ساخت، حمل و اجرای بتن و ملات در زمستان تا 15- درجه سانتیگراد
• افزایش دمای بتن و ملات
• افزایش مقاومت بتن و ملات در سنین اولیه
• کاهش زمان گیرش بتن و ملات و افزایش سرعت سفت شدن بتن و ملات
• امکان انجام قالب‌برداری در زمان کوتاه‌تر (حدوداً نصف زمان معمول)
• انجام کارهای ترمیمی که نیاز به کسب مقاومت سریع بتن دارد؛ مانند جایی که فشار آب به بتن یا ملات وارد می‌شود.

ملاحظات استفاده از ضد یخ بتن

در پروژه‌هایی که در زمان بهره‌برداری، امکان خوردگی وجود دارد یا بتن‌هایی که پیش تنیده هستند و یا در آنها از آلومینیوم و گالوانیزه استفاده شده است و یا بتن‌هایی که در تماس با آب یا خاک سولفاته هستند و یا بتن‌هایی که سنگدانه آنها مستعد واکنش قلیایی هستند، به هیچ وجه نباید از ضد یخ‌های کلردار استفاده نمود.

در این موارد، استفاده از ضد یخ‌های بر پایه نیترات توصیه می‌شود. اسلامپ بتن در دو نمونه بتن با ضد یخ و بدون ضد یخ، باید یکسان و در حدود 10 سانتی‌متر باقی بماند.

مشخصات فنی فیزیکی و شیمیایی ضد یخ بتن

افزودنی‌های زودگیر کننده در 4 گروه طبقه‌بندی می‌شوند. افزودنی‌های شامل: نمک‌های غیر آلی محلول، افزودنی‌های دارای ترکیبات آلی محلول، افزودنی‌های با گیرش سریع و افزودنی‌های جامد گوناگون که در ذیل به شرح آن خواهیم پرداخت.

نمک‌های غیرآلی محلول: مطالعات نشان داده است که نمک‌های غیرآلی محلول گوناگونی از قبیل کلراید، برومید، فلوراید، کربنات، تیوسیانات، نیتریت، نیترات، تیوسولفات، سیلیکات، آلومینات و آلکالی هیدروکسیدها، منجر به کاهش زمان گیرش سیمان پرتلند می‌شوند.
در میان این نمک‌ها، کلسیم کلرید به دلیل توجیه اقتصادی، بیش از بقیه به عنوان ضد یخ مورد استفاده قرار می‌گیرد. تحقیقات نشان داده است این دسته از افزودنی‌ها عمدتاً سبب افزایش هیدراتاسیون تری کلسیم سیلیکات (C₃S) می‌شود.
در صورت استفاده از افزودنی‌های تندگیر کننده بر پایه کلسیم کلرید، باید الزامات مطرح شده در ASTM D98 رعایت شود.

ترکیبات آلی محلول: افزودنی‌های تندگیر کننده رایج در این دسته بر پایه‌ تری اتانول آمین و کلسیم فرمات هستند که به منظور جبران کردن تأخیر ناشی در استفاده از افزودنی‌های کاهنده آب و یا فراهم کردن خاصیت تندگیری بدون ایجاد اثرات خوردندگی به کار می‌روند.

میزان تأثیر افزودنی‌های بر پایه کلسیم فرمات، تابعی از نسبت‌رتری کلسیم آلومینات (C₃A) به سولفور تری اکسید موجود در سیمان است.
در سیمان‌های با مقدار سولفات پایین، افزودنی‌های ضد یخ کلسیم فرمات بیشترین تأثیر در افزایش کسب مقاومت در سنین اولیه (3 و 7 روزه) را دارد. تولید اترینگایت در بتن‌های حاوی کلسیم فرمات بیشتر از سایر موارد است.

خاصیت تندگیر کنندگی برای بعضی از نمک‌های اسید کربکسیلات، نظیر: استات، پروپیونیت و بوتیرات گزارش شده است. مطالعات نشان داده است که تری اتانول آمین، سبب افزایش هیدراتاسیون تری کلسیم آمونیوم شده، اما هیدراتاسیون تری کلسیم سیلیکات (C₃S) را به تأخیر می‌اندازد.

پس نتیجه می‌شود که تری اتانول آمین، باعث به تأخیر افتادن هیدراتاسیون سیمان در مقادیر زیاد یا در دمای پایین می‌گردد.
تعدادی ترکیبات آلی دیگر نیز که دارای خاصیت تندگیر کنندگی گیرش سیمان پرتلند در نسبت آب به سیمان کم هستند، یافت شده است.
ترکیبات آلی که به عنوان تندگیر کننده شناخته شده‌اند، شامل: اوره، اکسالیک اسید، ترکیبات حلقه‌ای متنوع و ترکیبات تغلیظ شده‌ای از آمین و فرمالدهید می‌باشند. هر چند در صورت استفاده در مقادیر زیاد، امکان تأخیر در گیرش به دلیل تأخیر در هیدراتاسیون تری کلسیم سیلیکات (C₃S) همانند استفاده از تری اتانول آمین می‌باشد.

افزودنی‌های گیرش آنی: این دسته از افزودنی‌ها برای تولید ملات یا بتن با گیرش آنی و سریع که برای بتن پاششی یا ملات آب‌بندی در مقابل فشار آب هیدرواستاتیکی مناسب است، استفاده می‌شوند.
عملکرد این دسته از افزودنی‌ها بر اساس تسریع گیرش آنی‌ تری کلسیم آلومینات (C₃A) می‌باشد. نمک‌های دارای ترکیبات آهن (فریک)، سدیم فلورید، آلومینیوم کلرید، سدیم آلومینات و پتاسیم کربنات، به عنوان ترکیبات دارای خاصیت تندگیر کننده گیرش گزارش شده‌اند.
افزودنی‌های تندگیر کننده گیرش، برای بتن پاششی در هر دو نوع خشک و تر استفاده می‌شود. به این منظور از افزودنی‌های بر پایه آلومینات محلول، کربنات و سیلیکات استفاده می‌شود. این مواد دارای خاصیت سوزش‌آور بوده و استفاده از آنها باید با ملاحظات ویژه‌ای انجام شود (به برگه‌های اطلاعات ایمنی این مواد باید مراجعه شود).

اخیراً افزودنی‌هایی با اسیدیته‌ (PH) خنثی و بدون کلرید بر پایه ترکیبات قند و اسید برای از بین بردن ایرادهای موجود به بازار معرفی شده‌اند. به طور کلی در اجرای بتن پاششی و شاتکریت به روش‌ تر، بتن زودتر سفت شده و دستیابی به گیرش اولیه سریع‌تر اتفاق می‌افتد.

همچنین گیرش نهایی در 60 دقیقه انجام می‌شود. گیرش اولیه که توسط استفاده از افزودنی‌های تندگیر کننده ایجاد می‌شود، سبب تسهیل در استفاده از بتن در اجرای قطعات قائم مانند اجرای بتن پاششی در سقف تونل‌ها می‌شود.

در صورت اجرای بتن پاششی به روش خشک و استفاده از سیمان و افزودنی‌های تندگیر کننده سازگار، زمان گیرش اولیه به 1 دقیقه و گیرش نهایی به 45 دقیقه کاهش می‌یابد. همچنین با استفاده از این دسته از افزودنی‌ها به عنوان زود گیر شاتکریت، آهنگ دستیابی به مقاومت در بتن پاششی و شاتکریت به روش خشک بسیار افزایش پیدا می‌کند.
در صورت استفاده از افزودنی‌های بدون خاصیت سوز‌ش‌آور، افزایش مقاومت بیش از 21 مگاپاسکال در 8 ساعت اول پس از بتن‌ریزی و نیز در صورت استفاده از افزودنی‌های رایج، افزایش مقاومت 14 مگاپاسکال قابل انتظار است.

افزودنی‌های جامد گوناگون: در موارد خاص، سیمان هیدرولیکی به جای افزودنی‌های زودگیر کننده در بتن به کار می‌رود؛ به عنوان مثال، سیمان کلسیم آلومینات بسته به مقدار به کار رفته، سبب گیرش آنی سیمان پرتلند در بتن خواهد شد.

سیلیکات‌های گوناگونی به عنوان زودگیر کننده شناخته شده‌اند. ریز پرکننده‌های ژل سیلیکا و آمونیوم سیلیکات چهار جزئی به دلیل افزایش سرعت هیدراتاسیون تری کلسیم سیلیکات (C₃S) به عنوان تندگیر کننده‌های مقاومت شناخته شده‌اند. با افزایش منیزیم کربنات یا کلسیم کربنات، زمان گیرش کاهش می‌یابد.

حفاظت و ایمنی ضد یخ بتن

با اینکه این ماده هیچ‌ گونه منع زیست محیطی ندارد، ولی به منظور حفظ سلامتی لازم است تا قبل از استفاده، از داخل بسته‌بندی خارج نشود. استفاده از دستکش ایمنی به هنگام اختلاط توصیه می‌گردد، ولی در صورت تماس با پوست، شست و شو با آب و صابون کافی است.

به هنگام اختلاط، استفاده از عینک ایمنی هم الزامی است، ولی در صورت نفوذ به داخل چشم یا ورود به دهان و بینی لازم است با آب گرم شسته شود و به سرعت به پزشک مراجعه گردد.

در نظر داشته باشید به طور معمول، برای امنیت بیشتر برگه ایمنی MSDS روی بسته‌بندی درج می‌شود.

روش استفاده از ضد یخ بتن

ضد بخ را می‌توان به دو روش مصرف نمود:

• روش اول: هنگام تولید، همراه با سایر مصالح به بتن اضافه شود که البته بهتر است با قسمتی از آبِ بتن ترکیب شده و سپس به بتن اضافه شود.
• روش دوم: می‌تواند در محل پروژه بتن‌ریزی به داخل تراک میکسر اضافه شود و بعد، بتن ۳ الی ۴ دقیقه (حداقل 20 دور) با دور تند میکس شود.

در صورت یخ زدن، آن را حرارت ندهید. بهتر است با آب مخلوط شده و سپس به بتن افزوده شود. در صورت لزوم می‌توان آب را گرم کرد.

باید توجه داشته باشید مصرف ضد یخ، اقدامی تکمیلی است و نباید تمهیدات بتن‌ریزی همانند کیورینگ و دیگر عوامل بتن‌ریزی در هوای سرد را نادیده گرفت. پیچیدن قالب توسط پتوهای پشم شیشه‌ای، روشی معمول است. گرم نگه داشتن محیط و قطعات بتن‌ریزی نیز، روش مؤثر دیگری در بتن‌ریزی در هوای سرد می‌باشد.

انواع ضد یخ بتن

ضد یخ بتن پودری

ضد یخ پودری، مواد پودری شکل بسیار ارزانی هستند که با قیمت‌های حدود نمک طعام صنعتی عرضه می‌شوند و به طور معمول، رنگ آنها سفید است. چگالی آن در حدود 1950 کیلوگرم بر متر مکعب است. این مواد از لحاظ قلیایی خنثی هستند و خطری در حین ترکیب با بتن نخواهند داشت. تقویت مکانیکی سریع از ویژگی‌های بارز این نوع ضد یخ می‌باشد.

ضد یخ بتن بدون کلراید

مصرف این نوع ضد یخ‌ها در بتن بدون فولاد مجاز است و حداکثر مقدار استفاده از آن 5 درصد وزنی سیمان است. بنابراین محصول مورد نظر، گزینه اصلی استفاده در سازه‌های بتن آرمه و بتن‌های پاششی شاتکریت‌ها، گود برداری‌ها و تونل‌ها می‌باشد. استفاده از این محصول، توسط طراحان و شرکت‌های پیمانکاری توصیه شده است.

ضد یخ بتن مایع

معمولاً رنگ این ضد یخ، سفید شفاف است. چگالی آن کمی بیشتر از آب و در حدود 1250 کیلوگرم بر سانتی‌متر مکعب است. این ضد یخ، اسلامپ و هوازایی بتن را حفظ می‌کند و میزان آب مصرفی بتن را کاهش می‌دهد و به سبب همین امر، احتمال یخ‌زدگی کاهش می‌یابد.

پیش از بتن‌ریزی، باید برف و یخ قالب‌بندی بتن کاملاً زدوده شود تا میزان نسبت آب به سیمان از میزان استاندارد فراتر نرود. دانستن هوای 12 ساعت ابتدایی بتن‌ریزی به نحوه و میزان مصرف این ضد یخ کمک می‌کند.

بیشتر بخوانید: انواع ضد یخ بتن

فرمول ضد یخ بتن

گروهی از ضد یخ‌ها دارای سدیم نیترات، سدیم کلرید (نمک طعام)، پلی هیدروکسی آمین، هیدرواتوکسی آمین، الکترولیت‌های ضعیف (مثل محلول آبی آمونیاک) و ترکیبات معدنی غیرالکترولیتی همچون الکل‌های با وزن مولکولی بالا و کاربامید بوده که نقطه انجماد آب در بتن را پایین می‌آورد و به عنوان یکی از تسریع‌کننده‌های ضعیف در گیرش و سخت‌شدگی عمل می‌کند.

گروه دیگر، سیستم‌های افزودنی دوگانه یا سه‌گانه هستند که حاوی پوتاش، افزودنی‌های کلسیم کلریدی (CC)، مخلوطی از CC با سدیم کلرید (SC)، سدیم نیترات (SN)، کلسیم نیتریت نیترات (CNN)، کلسیم نیتریت-نیترات اوره (CNN+U) و دیگر مواد شیمیایی هستند که فعالیت ضد یخ مؤثری را تأمین نموده و به طرز محسوسی فرآیند گیرش و سخت‌شدگی را تسریع می‌نمایند.

تأثیر ضد یخ بر مقاومت بتن

حباب‌های غیرعمدی در هوا با کنار هم قرار گرفتن، تشکیل حباب بزرگی را می‌دهند. این حباب‌ها در مجاورت آب، از آب پر می‌شوند و در اثر یخبندان، حجم آب زیاد شده و موجب متلاشی شدن قطعه بتنی می‌شوند.

عملکرد حباب‌های ریز عمدی وارد شده در بتن این است که امکان جداشدگی دانه‌ها را کاهش می‌دهند. بتن‌های هوا دار مقدار بسیار جزئی مقاومت کمتری از بتن عادی دارند. به طور کلی سیمان تا 29 روز در دمای 10 درجه سانتی‌گراد به 95 درصد مقاومت فشاری نهایی می‌رسد.

بسته‌بندی ضد یخ بتن

ضد یخ استاندارد بتن به صورت فله یا در گالن‌های 20 کیلوگرمی و بعضاً 220 کیلوگرمی بنا به درخواست مشتری پالت‌های یک تنی یا 1000 کیلوگرمی قابل تحویل می‌باشد.

استانداردهای ضد یخ بتن

استاندارد ملی ایران 2930 افزودنی‌های بتن، توسط مؤسسه ملی استاندارد ایران تهیه و تنظیم شده است. در این بخش، الزامات افزودنی‌های مورد استفاده در بتن آماده و بتن مسلح، از جمله: انواع روان کننده‌ بتن و مواد حباب‌زا، تندگیر کننده‌ها، کند گیر کننده‌ها و ضد یخ‌ها تعیین شده است.

استاندارهای معتبر دنیا برای تولید ضد یخ: ASTM C 494 TYPE C و ASTM C 827 ACI 212.3r-16 و ACI 306r-16 وISO 19596 است.

انبارداری ضد یخ بتن

در بسته‌بندی اولیه مدت نگهداری ضد یخ‌ها، 6 ماه برآورد شده است و اینکه باید در دمای 5 تا 35 درجه سانتی‌گراد و دور از نور مستقیم خورشید نگهداری شود.