ابر روان کننده بتن

ابر روان کننده بتن چیست؟

برای آشنایی بیشتر با ابر روان کننده‌های بتن، بهتر است در بدو امر با بتن و ساختار آن آشنا شوید. بتن گونه‌ای از مصالح ساختمانی است که از آب، سیمان و سنگدانه (شن و ماسه) تشکیل شده و در ساخت ساختمان‌ها، پل‌ها، سدها، تونل‌ها و... مورد استفاده قرار می‌گیرد. موارد استفاده‌ی متنوع بتن، آن را به یکی از پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی تبدیل کرده است.

دوام و مقاومت بتن، از جمله موضوعات مهمی است که در حوزه ساخت اهمیت زیادی دارد. میزان مواد تشکیل‌دهنده‌ی بتن و مهم‌تر از آن، نوع افزودنی‌هایی که به بتن اضافه می‌شوند، مقاومت آن را تعیین می‌کنند؛ برای مثال هنگام اضافه کردن افزودنی‌هایی مانند ابر روان کننده بتن، رعایت استانداردها و دستورالعمل‌ها اهمیت زیادی دارد.

در عصر امروز، شرکت‌های تولیدکننده و عرضه‌کننده‌ی انواع افزودنی‌های بتن وجود دارند که توضیحات کافی درباره‌ی محصولات خود ارائه می‌کنند تا بتن استاندارد، آماده و استفاده شود. ابر روان کننده‌های بتن، مواد پلیمری هستند که بر پایه پلی کربوکسیلات اتر تولید می‌شوند و باعث افزایش روانی و کارایی بتن می‌گردند. ابر روان کننده‌ها جدیدترین نسل روان کننده‌های بتن هستند.

ابر روان کننده بتن، ماده‌ای پلیمری است که با پایه‌ی پلیمریزاسیون اکریلیک اسید تولید شده است. افزودنی ابر روان کننده، جدیدترین نوع روان کننده است. برخلاف نفتالین و ملامین فرمالدهید سولفوناتی که از ساختاری واحد تشکیل شده، ابر روان کننده خانواده‌ای از محصولات با ساختارهای شیمیایی متفاوت است.

مکانیزم عملکردی ابر روان کننده، کاهش آب درون بتن است. از این رو، اگر دو بتن با روانی ثابت داشته باشید، بتنی که ابر روان کننده به آن اضافه شده است، آب کمتری در بافت خود خواهد داشت. اسلامپ بیانگر روانی بتن است. هر قدر عدد اسلامپ بالاتر باشد، بتن روان‌تر است. میزان اسلامپ را می‌توان بر اساس پیوستار عددی مشخص کرد که از صفر تا بیست متغیر است. کار ابر روان کننده، افزایش اسلامپ است. اگر اسلامپ بتن، به خودی خود 10 باشد، افزودن یک کیلوگرم ابر روان کننده می‌تواند این عدد را به 20 برساند.

مکانیزم عملکردی ابر روان کننده به این صورت است که ذرات سیمان را از طریق ممانعت فضایی پراکنده می‌کند. در نسل فوق روان کننده‌ها، مکانیزم پراکندگی ذرات سیمان از طریق نیروهای دافعه‌ی الکتروستاتیکی صورت می‌گیرد، حال آنکه در ابر روان کننده بتن، هر دو مکانیزم ممانعت فضایی و دافعه‌ی الکتروستاتیکی برای پراکندگی ذرات سیمان استفاده می‌شود. در واقع، کلوخه‌های بزرگی از ذرات سیمان که از طریق میکروسکوپ قابل مشاهده‌اند، توسط ابر روان کننده‌ها باز می‌شوند.

ابر روان کننده‌های بتن، جذب ذرات سیمان می‌شوند و با باز کردن کلوخه‌های ایجاد شده، آبِ به تله افتاده در کلوخه‌ها را آزاد می‌کنند و روانی مخلوط را افزایش می‌دهند. این امر موجب می‌شود استفاده‌ی بهینه‌تری از سیمان صورت گیرد، زیرا زمانی ‌که تمام سطح ذرات سیمان احاطه شود، واکنش‌های هیدراتاسیون به شکل مناسب‌تری انجام خواهد شد.

مکانیزم عملکردی دیگر آن، دافعه‌ی الکتروستاتیکی است. افزودن ابر روان کننده، با ایجاد بارهای همنام، موجب دفع ذرات مجاور یکدیگر می‌شود و کاری می‌کند تا دانه‌های سیمان امکان حرکت به صورت جدا از هم را داشته باشند. تأثیری که افزودنی فوق روان کننده و ابر روان کننده روی تغییر بار الکتریکی دانه‌های سیمان می‌گذارند، متفاوت است و تفاوت قدرت روانی نسل 1 و 2 روان کننده‌‌ها با توجه به این معیار تعیین می‌شود.

تفاوت دیگر فوق روان کننده‌‌ها با ابر روان کننده‌های بتن در میزان مصرف آنهاست. برای فهم بیشتر این موضوع، به مثال زیر توجه کنید. در نظر بگیرید برای افزایش اسلامپ بتن از 10 به 20، نیاز به یک کیلوگرم ابر روان کننده بتن دارید، حال آنکه در صورت استفاده از فوق روان کننده، نیاز به دو کیلوگرم فوق روان کننده بتن خواهید داشت.

نکته‌ی مهم در میزان مصرف ابر روان کننده است، چرا که استفاده‌ی زیاد و نامتناسب با حجم بتن، موجب آب‌انداختگی و جداشدگی بتن می‌شود و دوام بتن را از بین خواهد برد. در بخش مصرف ابر روان کننده‌های بتن، به طور کامل به میزان مصرف صحیح ابر روان کننده‌ها پرداخته شده تا با طرح اختلاط و با فرمولی دقیق از جداشدگی بتن جلوگیری شود.

ابر روان کننده‌ها با کاهش مقدار آب اختلاط بتن، مقاومت بتن را افزایش می‌دهند. این مقاومت تنها مقاومت فشاری نیست، بلکه موجب سایر انواع مقاومت، از جمله مقاومت خمشی، سایشی، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر یون‌های مخرب و... می‌شود.

استفاده از فوق روان کننده‌ها از اوایل دهه‌ی هشتاد میلادی گسترش یافت. این افزودنی‌ها برای افزایش اسلامپ بتن بدون افزودن آب یا کاهش آب بتن بدون کاهش اسلامپ مورد استفاده قرار گرفتند. ابر روان کننده‌ها بر اساس استاندارد ASTM C494، تیپ F یا G یا استاندارد ASTM C1017، تیپ 1 یا 2 تولید می‌شوند و باید الزامات مربوط به این استانداردها را تأمین کنند.

طبق استاندارد ASTM C494، این ابر روان کننده‌ها باید بتوانند مقدار آب مورد نیاز بتن را نسبت به نمونه شاهد در روانی ثابت، حداقل به میزان 12 درصد کاهش دهند. این عدد در ابر روان کننده‌های پایه پلی کربوکسیلات تا 40 درصد هم افزایش خواهد داشت. بدیهی است قدرت کاهندگی آب ابر روان کننده‌ها بسیار بیشتر از فوق روان کننده‌ها و روان کننده‌ها است و در مقدار یکسان استفاده از این سه افزودنی، بتن حاوی افزودنی ابر روان‌ کننده، روانی بسیار بیشتری خواهد داشت.

به طور کلی در طرح اختلاط ثابت، افزودن ابر‌ روان کننده باعث افزایش روانی بتن می‌شود. میزان افزایش اسلامپ بتن با توجه به نوع نیاز و کاربرد بتن متفاوت است؛ برای مثال می‌توان بتنی با روانی بالا تولید کرد که خود متراکم بوده و برای تراکم به انرژی و ویبره‌ی کمی نیاز داشته باشد. از سویی ممکن است به خاطر دانه‌بندی نامناسب نتوان بتن را بیش از حد روان کرد. پس در این حالت، از مقدار کمی ابر روان کننده استفاده نموده و روانی کمتری از بتن می‌گیریم. استفاده از بتن با اسلامپ زیاد در تولید بتن آماده، ساخت قطعات پیش‌ساخته و همچنین بتن پیش تنیده بسیار مفید است.

قابلیت حرکت یا همان قابلیت جریان بتن، بخصوص در مواردی با تراکم آرماتور بالا و بتن‌ریزی قطعات عمیق بسیار مفید است و تراکم بتن را آسان‌تر می‌کند. استفاده از بتن‌های روان در بتن‌ریزی دال و پی نیز نه تنها موجب افزایش قابل توجه سرعت بتن‌ریزی شده، بلکه باعث کاهش هزینه ناشی از ویبره، نیروی انسانی و... می‌شود. حال در این بخش، به بررسی روان‌ کننده‌های بتن و انواع آن خواهیم پرداخت.

روان‌کننده‌‌های بتن

بدیهی است که روان کننده‌‌ها، بتن را روان می‌کنند و تغییری در مقاومت بتن ایجاد نمی‌کنند. در صورتی که مقاومت بتن، مسأله‌ی مهمی است و هر قدر آب درون بتن کمتر باشد، مقاومت آن بیشتر می‌شود. البته بسیار مهم است به این موضوع توجه شود که آب کم درون بتن، باعث خشکی آن می‌شود و استفاده از آن را سخت می‌کند. بنابراین سؤال مهمی که مطرح می‌شود این است که میزان آب درون بتن چقدر باید باشد تا در عین آسانی استفاده از آن، مقاوم هم باشد؟

پاسخ این است که بتن بایستی سیال لزجی باشد که همانند عسل غلیظ است. برای دستیابی به چنین بتنی، نیاز به روان کننده بتن وجود دارد تا در عین اینکه از آب کمتری استفاده ‌شود، بتن روان‌تری حاصل گردد.

انواع روان کننده‌های بتن

روان ‌کننده‌‌های بتن در سه نسل عرضه شده‌اند که عبارتند از:

• نسل روان کننده یا پلاستی سایزر که قدرت روان کنندگی معمولی دارند.
• نسل فوق روان کننده که قدرت بالاتری نسبت به روان کننده دارند.
• نسل ابر روان کننده.

تفاوت این سه نسل روان کننده (تفاوت روان کننده بتن و فوق روان کننده بتن و ابر روان کننده بتن) در ساختار شیمیایی آنهاست. تغییر در ساختار شیمیایی روان کننده‌ها، در قدرت آنها تغییر ایجاد می‌کند. روان‌ کننده‌ی نسل اول با پایه‌ی لیگنوسولفونات کلسیم است. نسل دوم یا همان فوق روان کننده‌‌ها با پایه‌ی نفتالین فرمالدهید و ملامین است و ابر روان کننده‌های بتن یا همان نسل سوم، بر پایه‌ی پلی کربوکسیلات یا پلی کربوکسیلات اتر است. برای آنکه تفاوت نسل‌های متفاوت روان کننده‌ها مشخص شود، ابتدا به توضیح هر نسل از روان کننده‌های بتن می‌پردازیم.

بیشتر بخوانید: راهنمای خرید انواع روان کننده بتن

روان کننده‌ها

افزودنی‌هایی که به عنوان روان کننده به بتن اضافه می‌شوند، اگر با پایه‌ی لیگنوسولفات باشند، به عنوان افزودنی‌های کاهنده‌ی آب محسوب می‌شوند. بدین‌ترتیب، اگر از مقادیر معمول این افزودنی استفاده شود، 6 تا 10% اختلاط را کاهش می‌دهد. اگر بیش از مقادیر معمول استفاده شود، موجب تأخیر در زمان گیرش شده و حباب هوا ایجاد می‌کند و همین موضوع باعث می‌شود که نتوان از آن به عنوان فوق روان کننده استفاده کرد.

فوق روان کننده‌ها

فوق روان کننده‌ها به کاهنده‌های قوی آب معروف هستند. قدرت سه یا چهار برابری کاهش آب در بتن توسط فوق روان کننده‌ها، باعث شده که از آنها به عنوان کاهنده‌های قوی آب یاد شود. از 1970 تا کنون، فوق روان کننده‌‌ها در صنعت ساختمان‌سازی جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده‌اند.

مواد تشکیل‌دهنده‌ی آنها ترسازهای آنیونی زنجیر بلند با تعداد زیادی از گروه‌های قطبی در زنجیر هیدروکربنی هستند که وزن مولکولی زیاد 20/000 تا 30/000 دارند. با جذب فوق روان کننده‌ها در ذرات سیمان، بار منفی قوی توسط ترساز ایجاد می‌شود که کشش سطحی آب اطراف را کاهش می‌دهد و به مقدار زیادی موجب افزایش روانی سیستم می‌شود.

اگر قرار باشد مقایسه‌ای بین مواد افزودنی کاهنده‌ی آب معمولی با فوق روان کننده‌‌ها صورت گیرد، باید گفت مواد فوق روان کننده را می‌توان تا 1 درصد وزن سیمان با روانی 200 تا 250 میلی‌متر اسلامپ (روانی) به مخلوط‌های بتنی اضافه کرد، بدون آنکه نگران آب انداختن یا تأخیر بیش از اندازه در گیرش آن بود.

احتمالاً اندازه‌ی کلوییدی ذرات زنجیر بلند مخلوط است که کانال‌های جریان آب را مسدود کرده و از آب انداختگی در بتن جلوگیری می‌کند. بر همین اساس، ویژگی بتن‌هایی که دارای فوق روان کننده هستند آن است که جداشدگی در آن‎ها اتفاق نمی‌افتد. هنگامی که پراکندگی ذرات سیمان در آب به نحوی عالی ایجاد شود، موجب تسریع هیدراتاسیون می‌شود و در نتیجه، به ندرت شاهد کندگیری در بتن‌هایی که حاوی فوق روان کننده هستند، خواهید بود. به طور معمول، سرعت در گیرش و سخت‌شدگی در این نوع بتن‌ها وجود دارد. نسل اول فوق روان کننده‌ها شهرت آنچنانی ندارند، زیرا روانی یا اسلامپ خود را به سرعت از دست می‌دهند.

از دیگر ویژگی‌های فوق روان کننده‌ها، درصد کاهش آب در بتن است. درصد کاهش آب در فوق روان کننده‌ها 20 تا 25 درصد است، در حالی که این میزان در روان کننده‌‌های معمولی 5 تا 10 درصد است. فوق روان کننده‌ها به دلیل بهبود خواص مکانیکی بتن، از جمله افزایش مقاومت فشاری و مقاومت خمشی، توجه طرفداران زیادی را در صنعت ساختمان به خود جلب کرده است؛ بخصوص در صنعت بتن پیش ساخته که نیاز به مقاومت‌های اولیه‌ی زیادی برای گردش کار سریع‌تر قالب‌ها وجود دارد. در نظر داشته باشید استفاده از فوق روان کننده‌‌ها در بتن، مقاومت‌های فشاری زیادتری را نسبت به سایر بتن‌ها با همان نسبت آب نشان می‌دهد.

ابر روان کننده‌ها

از آنجا که مشکلاتی از قبیل افت اسلامپ نسبت به حالت معمول در فوق روان کننده‌ها و همچنین نیاز به اضافه کردن مجدد افزودنی پای کار وجود داشت، محدودیت استفاده از فوق روان کننده‌ها ایجاد شد و پس از تحقیق و توسعه، محصول جدیدی تحت عنوان ابر روان کننده بتن معرفی شد که با حفظ کارایی طولانی، با توجه به طرح اختلاط و شرایط محیطی بتواند کارایی بتن را بیش از دو ساعت حفظ کند.

ابر روان کننده‌ها قادر هستند برای مدت زمان بیشتری کارایی بتن را حفظ کنند، زیرا مکانیزم عملکردی ممانعت فضایی که در ادامه بیان شده، باعث تفاوت عملکرد ابر روان کننده‌ها می‌شود. در ادامه توضیحات بیشتری از انواع ابر روان کننده‌های بتن و مزایای آنها ارائه خواهد شد.

انواع ابر روان کننده بتن

در طول فرآیند پولاریزاسیون ابر روان کننده بتن، دو نوع ابر روان کننده ایجاد می‌شود که عبارتند از:

1. کاهنده‌ی آب
2. حفظ اسلامپی

نوع سومی که به بازار عرضه شده است، ترکیبی از این دو قابلیت است که کاهندگی آب در کنار حفظ اسلامپ را دارد. برای آنکه تفاوت دو نوع ابر روان کننده مشخص شود، توضیحات کامل آنها ارائه شده است. ابر روان کننده کاهنده‌ی آب به مقدار زیادی آب درون بتن را کاهش می‌دهد، ولیکن روانی ایجاد شده را به مدت طولانی نگه نمی‌دارد و پس از گذشت 30 دقیقه، بتن مجدداً سفت می‌شود.

تمرکز این نوع ابر روان کننده روی کاهندگی آب است و حفظ روانی بتن در درجه‌ی دوم اهمیت قرار دارد. از‌ این ‌رو این نوع ابر روان کننده برای زمان‌هایی کاربرد دارد که مکان بتن‌ریزی نزدیک باشد و نیاز به حمل بتن توسط تراک میکسر وجود نداشته باشد. ابر روان کننده‌های کاهنده‌ی آب به دو صورت مصرف می‌شوند:

1. در کارخانه، تولید و همانجا بتن‌ریزی انجام می‌شود؛ یعنی طی مدت زمان کوتاهی، بتن ریخته می‌شود و قابل استفاده است.
2. مقداری از ابر روان کننده در خط تولید بتن استفاده می‌شود و مقداری از آن در مکانی که قرار است بتن مورد استفاده قرار گیرد، اضافه می‌شود که به آن ریدوز گفته می‌شود. ریدوز باعث می‌شود بتنی که سفت شده است، مجدد روان شود. برای مثال اگر قرار باشد یک کیلوگرم ابر روان کننده پالادیوم که متناسب با ریدوز کردن فرموله شده است استفاده شود، نیم کیلوگرم از آن در خط تولید بتن و نیم کیلوگرم از آن درهنگام بتن‌ریزی اضافه می‌شود.

نوع دوم ابر روان کننده، به ابر روان کننده حفظ اسلامپی معروف است. این نوع ابر روان کننده بتن قادر است اسلامپ را تا یک ساعت حفظ کند. برای مثال اگر شما با استفاده از ابر روان کننده، اسلامپ بتن را از 10 به 20 برسانید، پس از گذشت یک ساعت، اسلامپ تا عدد 18 کاهش پیدا می‌کند، اما هنوز کارایی و روانی دارد و قابل استفاده است.

این نوع ابر روان کننده، مقدار کاهندگی آب کمی دارد. به همین علت، هنگام افزودن یک کیلوگرم ابر روان کننده کاهنده‌ی آب به یک کیلومتر مربع بتن برای افزایش اسلامپ از عدد 10 به 20، بایستی 2/1 ابر روان کننده حفظ اسلامپی را اضافه کنید تا به این عدد دست یابید.

به عبارت دیگر، این دو نوع ابر روان کننده مکمل یکدیگر هستند. نوع اول، قدرت کاهندگی و روان‌کنندگی خوبی دارد، ولی قادر به حفظ روانی در مدت زمان طولانی نیست، حال آنکه ابر روان کننده حفظ اسلامپی، می‌تواند روانی را به مدت طولانی‌تری نگه دارد.

اگر قرار باشد بتن در کارخانه ساخته شود و سپس با تراک میکسر حمل شده و به محل پروژه برسد، باید از ابر روان کننده حفظ اسلامپی استفاده شود تا هنگام بتن‌ریزی، روانی آن از دست نرفته باشد.

ابر روان کننده‌های زنون، کوانتوم و پالادیوم، در دسته‌ی اول ابر روان کننده بتن، یعنی ابر روان کننده کاهنده‌ی آب قرار می‌گیرند و ابر روان کننده رادون، ابر روان کننده حفظ اسلامپی است که در فصل تابستان کاربرد دارد. از آنجا که هر چه هوا گرم‌تر شود، بتن زودتر سفت می‌شود، ابر روان کننده‌های حفظ اسلامپی می‌توانند در هوای گرم استفاده شده و کاربرد خوبی از خود به نمایش بگذارند.

ابر روان کننده‌ی زنون قابلیت هر دو نوع ابر روان کننده را در خود دارد؛ یعنی هم کاهنده‌ی آب خوبی است و هم باعث حفظ اسلامپ می‌شود. گرچه تمرکز ابر روان کننده‌ی زنون روی کاهندگی آب است، ولیکن اسلامپ بتن را حفظ می‌کند و می‌تواند به عنوان یک ابر روان کننده‌ی کاربردی استفاده شود.

مزایای ابر روان کننده

ابر روان کننده‌های بتن مزایای بسیاری دارند که از جمله آن می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• قدرت بالا و میزان مصرف کمی دارند. اگر مقدار ابر روان کننده‌ای که قرار است اضافه شود کم باشد، حمل آن آسان‌تر است و به راحتی می‌تواند به بتن اضافه شود. حال آنکه اگر از فوق روان کننده‌ها استفاده شود، مقدار بیشتری باید مورد استفاده قرار گیرد که علاوه بر قدرت کم، حمل آن سخت است.

• مزیت دیگر ابر روان کننده آن است که مقاومت 3 روزه و 7 روزه ایجاد می‌کند. بتنی که حاوی ابر روان کننده است، مقاومت فشاری 3 روزه و 7 روزه‌ی بالاتری دارد.
• کاهش میزان استفاده از سیمان از دیگر مزایای ابر روان کننده‌ها است. استفاده‌ی زیاد از سیمان، علاوه بر آنکه از نظر هزینه‌ای مقرون به صرفه نیست، بلکه با ویژگی حرارت‌زایی که دارد، موجب ایجاد ترک در بتن خواهد شد.
• از دیگر مزایای استفاده از ابر روان‌ کننده‌ها این است که دانه‌بندی و سنگدانه‌های نامناسب و کاهش مقاومت ناشی از دانه‌بندی نامناسب را می‌توان با ابر روان کننده جبران کرد.
• ابر روان کننده، انسجام و قوام زیادی به بتن می‌دهد، گران‌روی بتن را افزایش داده و پمپ‌پذیری آن را تسهیل می‌کند. قابلیت پمپ‌پذیری آسان زمانی اهمیت پیدا می‌کند که مسیر پمپ طولانی باشد.
• بتنِ حاوی ابر روان کننده، بهتر در قالب متراکم می‌شود. از طرفی بعضی قالب‌ها نازک و با تراکم بالای آرماتور و میلگرد هستند و ابر روان کننده، کمک خواهد کرد بتن راحت‌تر از بین میلگردهای متراکم عبور کند.
• از دیگر مزایای ابر روان کننده‌ها، افزایش دوام بتن و انواع مقاومت در بتن است. همچنین از پدیده‌ی جمع‌شدگی بتن جلوگیری می‌کند.
• استفاده از ابر روان‌ کننده‌ها، باعث کاهش یا حتی حذف هزینه‌های ناشی از ویبره‌ی بتن در پروژه‌های بتن‌ریزی می‌شوند و دیگر هزینه‌هایی مثل اجاره‌ی دستگاه ویبره و هزینه‌ی سوخت به وجود نخواهد آمد و یا کمتر خواهد شد. 

کاربردهای ابر روان‌ کننده بتن

کابردهای ابر روان کننده بتن متعدد است و در ادامه به انواع کاربرد آن پرداخته خواهد شد.

• زمانی که نیاز به روانی بسیار بالای بتن وجود دارد و بایستی میزان آب به سیمان در بتن کاهش یابد، پای ابر روان کننده به میان می‌آید.
• هنگام ساخت بتن‌های پیش‌ساخته‌ای که باید از طریق ویبره و میز ویبره در قالب جای‌گذاری شوند، می‌توان از ابر روان کننده‌ها استفاده کرد. از جمله قطعات پیش‌ساخته، می‌توان به دیوارهای پیش‌ساخته‌ی بتنی، داکت‌های پیش‌ساخته‌ی بتنی، موزاییک‌ها و سمنت پلاست‌ها اشاره کرد. کمک بزرگی که ابر روان کننده‌ها در ساخت بتن‌های پیش ساخته می‌کنند آن است که قالب‌ها را به خوبی پر می‌کنند.
• هنگامی‌که مقاطع پُر آرماتور هستند و به دلیل تنیدگی و فشردگی، بتن به راحتی عبور نمی‌کند، ابر روان کننده به راحتی بتن را از مقاطع عبور می‌دهد و قالب را پر می‌کند.
• ابر روان کننده بتن زمانی کاربرد دارد که به بتن با دوام نیاز است و باید با کاهش نسبت آب به سیمان، دوام بتن افزایش یابد. در سازه‌هایی مانند پارکینگ و پل‌ها که نیاز به تراکم و مقاومت و دوام دارند، حتماً باید از ابرروان‌کننده استفاده شود.
• در مواقعی که درجه‌ی حرارت هوا بالاست و هوا گرم است، بتن حجیم قابل استفاده نیست و به دلیل حرارت‌زایی سیمان نمی‌توان از سیمان زیاد استفاده کرد، باید میزان سیمان کاهش یابد و از ابر روان کننده استفاده شود تا حرارت‌زایی سیمان باعث ایجاد ترک روی بتن نشود. به عبارت دیگر با استفاده از ابر روان کننده و کاهش سیمان، مشکلات ناشی از حرارت هیدراتاسیون سیمان کاهش داده می‌شود، ولی بتن مقاومتی برابر با همان مقدار سیمان اولیه را دارد.
• از دیگر کاربردهای ابر روان کننده بتن آن است که زمانی‌ که پای پروژه بتن سفت تحویل گرفته می‌شود، می‌توان با افزودن ابر روان کننده به تراک میکسر، بتن را روان کرد و 5 کیلوگرم ابر روان کننده به راحتی قادر است بتن درون تراک میکسر 6 متری را روان کرده و با افزایش اسلامپ بتن، آن را قابل استفاده کند.
• بتن‌های پر مقاومت حتماً نیاز به ابر روان کننده دارند. هر اندازه که سیمان بتن اضافه شود، بیش از 30 مگاپاسکال بر مقاومت بتن افزوده نمی‌‌شود، حال آنکه استفاده از ابر روان کننده، مقاومت بتن را به 35 الی 60 مگاپاسکال می‌رساند.
• ابر روان کننده بتن در بتن‌های اکسپوز یا تزئینی کاربرد دارد؛ برای مثال بتن‌های حرم حضرت معصومه (سلام الله علیها)، از نوع بتن‌های اکسپوز سفید است که در واقع بتن‌های خودمتراکمی هستند که درون آنها حتما از ابر روان کننده استفاده شده است. بتن‌های خودمتراکم، بتن‌هایی هستند که وقتی درون قالب ریخته می‌شوند، نیاز به ویبره یا ضربه زدن به قالب وجود ندارد.

سؤالی که ممکن است ایجاد شود آن است که چرا از روان‌کننده‌ها یا فوق روان‌ کننده‌ها استفاده نمی‌شود؟ پاسخ به مکانیزم عملکردی ابر روان کننده بتن بر می‌گردد؛ زیرا خاصیت ایجاد ممانعت فضایی، نوعی روانی در بتن ایجاد می‌کند که باعث حرکت و پراکندگی آن می‌شود و در بتن‌های خودمتراکم فقط نوع ابر روان کننده کاربرد دارد.

خواص و اثرات ابر روان‌ کننده

اثرات روان کننده بتن به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند:

• تأثیراتی که ابر روان کننده روی بتن تازه دارد.
• تأثیراتی که ابر روان کننده روی بتن سخت‌ شده دارد.

تأثیرات ابر روان کننده روی بتن تازه آن است که اسلامپ بتن را افزایش می‌دهد و باعث روانی آن می‌شود. از سوی دیگر باعث کاهش آب مصرفی می‌شود و میزان آب به سیمان را کاهش می‌دهد. تأثیرات جانبی حاصل از این عملکرد ابر روان کننده این است که پمپ‌پذیری بتن را تسهیل می‌کند. در نتیجه، کارایی بتن افزایش می‌یابد و استفاده از آن به آسانی امکان‌پذیر می‌شود.

تأثیرات ابر روان کننده بتن روی بتن سخت شده بر مقاومت آن تأثیر می‌گذارد، به نحوی که مقاومت را 30 تا 40% افزایش می‌دهد. این مقاومت در ابعاد مختلف، از جمله مقاومت خمشی بتن که تابعی از مقاومت فشاری است، مقاومت سایشی بتن و مقاومت در برابر ضربه ایجاد می‌شود. مقاومت سنین اولیه‌ی بتن افزایش می‌یابد. همچنین بتن را در برابر آب و یون‌های مخرب نفوذپذیر می‌کند و کاری می‌کند تا پایایی بتن در برابر چرخه‌ی ذوب و یخ افزایش یابد. کاهش سیمان و بالطبع آن کاهش حرارت‌زایی سیمان، از دیگر خواص ابر روان کننده است که پیش از این شرح داده شد.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی ابر روان‌ کننده بتن

ابر روان کننده بتن، مایعی غلیظ و بی‌رنگ است. منظور از شفاف بودن ابر روان کننده، عبور نور از آن است و در زبان انگلیسی به وایت ترنسپرنت معروف است. پایه‌ی شیمیایی ابر روان کننده‌ها، پلی کربوکسیلات اتر است. یون کلر به هیچ وجه در ابر روان کننده به کار نرفته است، زیرا وجود یون کلر درون افزودنی‌های بتن بسیار مضر است و بتن و آرماتور بتن را خراب خواهد کرد. در‌ صورت استفاده از میلگرد یا فلز داخل بتن، وجود یون کلر در ابر روان کننده می‌تواند باعث خرابی فلز شود. ساختار شیمیایی ابر روان کننده در جدول زیر ارائه شده است:

میزان افزایش هوا	2% و مطابق با استاندارد
دمای انجماد	-3 درجه
مقدار ph	به طور معمول 3 تا 7
وزن مخصوص و چگالی	حدود 1/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب

روش مصرف ابر روان‌ کننده‌ بتن

ابر روان کننده به دو صورت استفاده می‌شود:

• هنگام بچینگ و خط تولید بتن
• محل استفاده از بتن

بهترین زمان افزودن ابر روان کننده بتن، زمانی است که سیمان اضافه شده است. ابر روان کننده با سیمان واکنش می‌دهد؛ به همین دلیل بعد از افزودن سیمان بایستی اضافه شود. در صورتی که بعد از سنگدانه (شن و ماسه) اضافه شود، ابر روان کننده جذب سنگدانه‌ها می‌شود و خاصیتی نخواهد داشت. قرار نیست ابر روان کننده با سنگدانه‌ها واکنش دهد. بنابراین بهترین زمان افزودن ابر روان کننده زمانی است که سیمان داخل میکسر ریخته شده باشد.

نکته‌ی مهم در مصرف ابر روان کننده بتن این است که آن را با بخشی از آبی که قرار است در بتن استفاده شود، رقیق کرد. این کار باعث می‌شود ابر روان کننده به خوبی پراکنده شود و بهتر به ذرات سیمان بچسبد و در نتیجه عملکرد بهتری داشته باشد. ترتیب اختلاط یا اضافه کردن مواد به شرح زیر است:

• در ابتدا سنگدانه (شن و ماسه) ریخته می‌شود.
• سپس مقداری آب ریخته می‌شود تا جذب شن و ماسه شود.
• پس از آن، سیمان ریخته می‌شود.
• مقداری از آب با ابر روان کننده مخلوط گشته و ابر روان کننده رقیق شده در این مرحله اضافه می‌شود.
• در صورت نیاز به رقیق‌تر شدن،آب باقی مانده اضافه می‌شود.

حالت دوم مصرف ابر روان کننده بتن، زمانی است که بتن پای کار استفاده شود. بتن تحویل گرفته شده سفت است، از میکسر خارج نمی‌شود، قابل میکس شدن نیست و در نتیجه نیاز به ابر روان کننده را ضروری می‌کند. در حالت دوم، بایستی ابتدا اسلامپ بتن اندازه‌ گرفته شود. برای مثال اسلامپ 5، بیانگر آن است که بتن سفت است و نمی‌توان از آن استفاده کرد.

بیشتر بخوانید: راهنمای استفاده از ابر روان کننده

اندازه‌گیری اسلامپ بتن، به دو روش انجام می‌شود. روش اول که نیازمند مهارت فرد اندازه‌ گیرنده است، به طور چشمی تخمین زده می‌شود و روش دوم، آزمایش اسلامپ است. سنجش اسلامپ اولیه، چنانچه بر اساس تجربه یا نظر کارشناس تخمین زده شود، مشخص می‌کند چه میزان ابر روان کننده لازم است که بتن از هم نپاشد. برای مثال ابر روان کننده پالادیوم، ابر روان کننده پای کاری است و اگر بتن با اسلامپ 5 پای کار برسد، با افزودن یک کیلوگرم ابر روان کننده پالادیوم به ازای هر متر مکعب بتن، اسلامپ بتن 10 واحد افزایش می‌یابد و به 15 می‌رسد.

نکته‌ی مهم هنگام استفاده از ابر روان کننده پای پروژه این است که وقتی ابر روان کننده از بالا به تراک میکسر اضافه می‌شود، پره‌هایی که ابر روان کننده روی آن ریخته می‌شود با شلنگ فشار قوی شست‌وشو شود تا ذره‌ای از ابر روان کننده روی پره‌ها باقی نماند. نکته‌ی مهم دیگر آن است که از راننده خواسته شود، بتن را به سر میکسر انتقال دهد و ابر روان کننده مستقیم روی بتن ریخته شود تا به پره‌ها نچسبد و پِرتی آن به حداقل برسد.

میزان مصرف ابر روان‌ کننده

میزان مصرف ابر روان‌ کننده بتن از 0.1 درصد وزن سیمان تا 1.2 درصد وزن سیمان متغیر است و به کیفیت ابر روان کننده بستگی دارد. میزان مصرف افزودنی‌های بتن، درصدی از وزن سیمان است. اگر صد کیلوگرم سیمان در بتن استفاده می‌شود، می‌توان از 100 گرم تا 1200 گرم ابر روان کننده داخل آن استفاده نمود.

چرا میزان مصرف ابر روان کننده بتن مهم است و نباید کمتر یا بیشتر از مقدار تعیین‌شده باشد؟

کمتر از مقدار لازم، تأثیری در روانی بتن ندارد و استفاده‌ی بیش از حد، موجب بروز دو مشکل خواهد شد که عبارتند از:

• میزان حباب هوای زیادی را داخل بتن ایجاد می‌کند. به طور کلی ابر روان‌ کننده‌ها، حباب هوا ایجاد می‌کنند. حباب هوایی که ناخواسته باعث کاهش مقاومت بتن می‌شود. اگر ابر روان کننده بیشتر از 1.2 درصد اضافه شود، باعث ایجاد حباب هوای خیلی زیاد می‌شود و کاهش مقاومت داخل بتن محسوس خواهد بود.
• جداشدگی و آب انداختگی در بتن را ایجاد می‌کند. به طور معمول شرکت‌های تولیدکننده‌ی بتن بازه‌‌ی میزان مصرف ابر روان کننده را مشخص می‌کنند تا از اوردوز کردن بتن جلوگیری کنند. این بازه، 0.1 تا 1% وزن سیمان است و بهتر است برای تعیین میزان مصرف ابر روان کننده بتن، به توصیه‌ی شرکت تولیدکننده عمل شود.

سؤالی که درباره‌ی میزان مصرف ابر روان کننده وجود دارد این است که مصرف‌کننده از چه طریقی متوجه شود چند درصد از وزن سیمان را ابر روان کننده استفاده کند؟

پاسخ آن است که مصرف‌کننده با توجه به نیازی که دارد، میزان روان‌کننده را مشخص کند. اگر مصرف‌کننده به دنبال روانی زیاد نیست و می‌خواهد 3 واحد اسلامپ را افزایش دهد، نیازی نیست یک درصد وزن سیمان، ابر روان کننده استفاده کند و با همان 0.1 درصد وزن سیمان، مشکل خود را حل خواهد کرد. ولی در بتن‌های خودمتراکم نیاز است از ابر روان‌ کننده‌ بیشتری استفاده شود تا اسلامپ افزایش یابد و در اینجا باید بالاتر از 0.6 الی 0.7 درصد وزن سیمان استفاده شود، زیرا با 0.1 درصد وزن سیمان، بتن خودمتراکم شکل نمی‌گیرد. نوع پروژه و کاربرد بتن، میزان مصرف ابر روان‌ کننده بتن را مشخص خواهد کرد.

قیمت ابر روان کننده‌ بتن

قیمت ابر روان کننده در مقایسه با روان کننده و فوق روان کننده‌ها بالاتر است، ولی موضوع مهم آن است که میزان دوز مصرف آن هم کمتر است. قیمت آن بر مبنای فرمولاسیون شرکت‌های تولید کننده ‌تعیین می‌شود. قیمت‌های ابر روان کننده با کیفیت آن رابطه‌ی مستقیم دارد و کیفیت ابر روان کننده، تعیین‌کننده‌ی قیمت آن خواهد بود.

توصیه می‌شود قبل از خرید ابر روان کننده، قیمت‌های مختلف بررسی شود، نمونه‌های مختلف از تولیدکننده‌های مختلف گرفته شود و پس از انجام تست و محاسبه‌ی قیمت تمام شده برای بتن، تصمیم‌ به خرید ابر روان کننده گرفته شود. برای مثال اگر ابر روان کننده بتن با قیمت پایین خریداری شود، ولیکن به دلیل پایین بودن کیفیت مجبور به استفاده از میزان بیشتری از ابر روان کننده باشد، بهتر است ابر روان کننده‌ای با قیمت مناسب‌تر خریداری شود تا کارایی بهتری داشته باشد.

استانداردهای ابر روان کننده‌

استانداردهای مختلفی برای ابر روان کننده‌ بتن وجود دارد که یکی از آنها استاندارد ایران است که به نام ایزیری 2901 معروف است. استانداردهای ASTM C494 و EN 934-2، برای افزودنی‌های بتن به کار می‌رود و الزامات آن متفاوت است. برای مثال درصد هوای بتن در استاندارد EN 934-2 کنترل و بیان می‌شود، حال آنکه در استاندارد ASTM ضریب دوام نسبی، جمع‌شدگی و مقاومت خمشی نیز محاسبه و کنترل می‌شود.

استاندارد ACI، مربوط به انجمن بتن آمریکا است که شماره‌ی آن 212 است و الزاماتی را برای ابر روان کننده‌‌های بتن تعیین کرده است. استانداردهایی که نام برده شد در رابطه با ابر روان کننده‌ بتن، قابل استناد هستند و ابر روان کننده‌های بتن باید طبق این استانداردها و بر مبنای این استانداردها تولید شوند.

انبارداری ابر روان کننده‌ها

ابر روان کننده‌‌های بتن معمولاً در گالن نگهداری می‌شوند و بایستی طوری انبار شوند که گالن‌ها آسیب نبیند و نشتی پیدا نکند. گالن‌های حاوی ابر روان کننده نباید زیر نور مستقیم خورشید نگهداری شود، زیرا ممکن است آسیب ببیند و نشتی پیدا کند.

فضای نگهداری گالن‌ها نباید خیلی سرد یا خیلی گرم باشد و معمولاً دمای بین 10 تا 30 درجه می‌تواند برای نگهداری ابر روان کننده مناسب باشد. تاریخ انقضای ابر روان کننده بتن، یکسال پس از تولید است. البته لازم به ذکر است پس از گذشت یکسال فاسد نمی‌شود، بلکه کیفیت آن افت خواهد کرد و نیاز به دوز مصرف بالاتری برای کارایی بهتر را دارد. چنانچه یکسال از انقضای آن گذشته است، بایستی حباب‌زایی آن بررسی شود تا مطمئن شد حباب‌ها، آسیبی به بتن وارد نمی‌کند و درصد هوای غیرمجاز را وارد بتن نکند.

عملکرد ابر روان کننده بتن

مهم‌ترین ویژگی ابر روان کننده، توانایی این افزودنی در پراکنده کردن ذرات سیمان و در نتیجه روان کردن بتن است. وقتی کلوخه‌های سیمان تشکیل می‌شود، آب درون کلوخه‌های سیمان به تله می‌افتد و باعث می‌شود کارایی و اسلامپ بتن کاهش یابد. ولی وقتی دانه‌های سیمان از هم جدا شوند، باعث ایجاد روانی در بتن می‌شود.

عملکرد اصلی ابر روان کننده‌ بتن هم این است که دانه‌های سیمان را از هم جدا می‌کند و باعث می‌شود دانه‌های سیمان، کلوخه نشوند و آب در داخل آنها به تله نیفتد. عملکرد ابر روان کننده به دو بخش تقسیم می‌شود:

ایجاد دافعه‌ی الکترواستاتیکی

زمانی‌ که ذرات پلیمری ابر روان کننده به سیمان متصل می‌شود، شاخه‌های پلیمری دارای بارهای منفی هستند و این بارهای منفی دور تا دور دانه‌ی سیمان را احاطه می‌کنند. وقتی دور تا دور دانه‌ی سیمان احاطه و دارای بار منفی شد، تمام ذرات سیمان از بیرون دارای بار منفی هستند و باعث می‌شود ذرات سیمان که دارای بار منفی هستند از یکدیگر فرار کنند. بارهای همنام همیشه یکدیگر را دفع می‌کنند. این دفع شدن باعث می‌شود که ذرات سیمان از یکدیگر باز شوند و در بتن روانی ایجاد شود. میزان بار منفی که داخل ذرات سیمان ایجاد می‌شود را پتانسیل زتا می‌نامند. پتانسیل زتا تعیین خواهد کرد چه میزان بار منفی دور تا دور ذرات سیمان ایجاد شده است.

ایجاد ممانعت فضایی

ممانعت فضایی در عملکرد ابر روان کننده‌ها، مکانیزم اصلی محسوب می‌شود و این مکانیزم در روان کننده‌ها و فوق روان کننده‌ها وجود ندارد. گروه‌های مولکولی پلی اتری طویل به سمت خارج دانه‌های سیمان جهت‌گیری می‌کنند و از لحاظ فیزیکی از نزدیک شدن ذرات سیمان مجاور به یکدیگر ممانعت می‌کنند. از این رو، دانه‌های سیمان از یکدیگر جدا می‌شوند و به راحتی به یکدیگر نزدیک نخواهند شد و در نتیجه روانی بتن حاصل می‌شود.

بسته‌بندی و نگهداری ابر روان کننده

ابر روان کننده معمولاً در گالن‌های 20 یا 22 کیلوگرمی بسته‌بندی می‌شود. بشکه‌های 200 یا 220 کیلوگرمی و مخازن 1000 و 1100 کیلوگرمی ابر روان کننده بتن وجود دارد که به آنها مخازن IBC می‌گویند. ابر روان کننده آتش‌زا نیست، ولیکن نگهداری آن شرایطی دارد که در ادامه به آن اشاره خواهد شد:

• به تاریخ انقضای ابر روان کننده‌ها توجه شود؛ تاریخ انقضا معمولاً یک سال پس از تولید است.
• ابر روان کننده باید در ظرف دربسته به دور از نور مستقیم خورشید نگهداری شود.
• در دمای منفی سه درجه و پایین‌تر قرار نگیرد، زیرا احتمال یخ‌زدگی وجود دارد.
• در دمای 10 تا 30 درجه سانتی‌گراد نگهداری شود.
• از تماس ابر روان کننده با پوست و چشم‌ها خودداری شود. در صورت برخورد آن با پوست یا چشم، لازم است فوراً با آب شسته شود.

ابر روان کننده بر پایه پلی کربوکسیلات اتر و افزودنی مایعی است که به بتن اضافه می‌شود. کاهندگی بسیار قوی آب از ویژگی‌های آن محسوب می‌شود تا با افزایش کارایی بتن، عملکرد آن را بهبود بخشد. ابر روان کننده، نقش ویژه‌ای در پراکندگی ذرات سیمانی ایفا خواهد کرد.

در ساخت بتن‌های خودمتراکم و بتن‌هایی که استانداردها الزام به کاهش نسبت آب به سیمان نموده‌اند یا در شرایطی که افزایش اسلامپ با استفاده از سایر روان کننده‌ها انجام نمی‌شود، مصرف ابر روان کننده ضروری می‌شود. ابر روان کننده با کاهش چشمگیر نسبت آب به سیمان، نفوذپذیری بتن و مقاومت آن را افزایش می‌دهد و بتنی با دوام و پایا را ایجاد می‌کند و به عنوان قوی‌ترین و کاراترین روان‌کننده در صنعت ساخت‌ و ساز کاربرد دارد. در این مقاله به تمامی ابعاد ابر روان کننده بتن پرداخته شد و ساختار فیزیکی و شیمیایی، مکانیزم‌های عملکردی، نگهداری، بسته‌بندی و... توضیح داده شد.