<br /> مقدار آب در بتن

میزان آب در بتن معمولاً با نسبت وزنی آب به سیمان (W/C) نشان داه می شود که W معرف وزن آب و C معرف وزن سیمان است. به صورت یک اصل باید حتی المقدور، نسبت W/C کم انتخاب شود.
قسمتی از آبی که در ساخت بتن مصرف می شود (حدود ۲۵ درصد وزنی سیمان)، جذب ذرات سیمان شده و در واکنش های شیمیایی (هیدراسیون) به کار گرفته می شود. اما عملاً ساخت بتنی با W/C = 0.25 امکان پذیر نیست، زیرا چنین بتنی به اندازه ای سفت است که کار کردن با آن میسر نیست. به همین جهت باید W/C را تا آنجا افزایش داد که به سهولت بتوان با بتن کار کرد. لذا نسبت آب به سیمان در بتن را تا ۰٫۴ الی ۰٫۶ افزایش می دهند. اما در همین محدوده باز هم هر چه W/C را کمتر در نظر بگیرند، بهتر خواهد بود. زیرا مازاد آب که در واکنش شیمیایی شرکت نمی کند، جا اشغال کرده و نهایتاً در بتن محبوس می شود و یا تبخیر شده و فضای خالی ایجاد می کند، یعنی در هر حال از حجم مفید بتن می کاهد.

<br /> روان کننده ها

روان کننده ها برای ساخت بتن های پر مقاومت مورد استفاده قرار می گیرند که در این حالت نیاز ی به بالا بردن عیار سیمان نخواهد بود. بتن هایی پرمقاومتی که عیار سیمان بالایی دارند مشکلاتی مانند افزایش دما و ترک های shrinkage را در پیشخواهند داشت. در حالی که روان کننده ها مانع بروز چنینی مشکلاتی می شوند.
انواع روان کننده:
1-روان کننده نرمال
2-فوق روان کننده
3-ابر روان کننده
 

• زمانی که روان کننده ها توسط ذرات سیمان جذب می شوند، بار منفی زیادی را در سطح آنها ایجاد کرده که موجب کاهش نیروی کشش سطحی آب مجاور ذرات شده و نهایتا روانی بتن یا ملات را افزایش می دهند.
• در کشورهایی مانند ژاپن و کانادا 100% سازه های بتنی شامل روان کننده ها می باشند، این رقم در آمریکا حدود 50% می باشد در حالی که در کشور عزیزمان ایران رقمی به مراتب کمتر تخمین زده می شود که نیازمند توجه بیشنر در این زمینه می باشد.

مکانیزم روان کننده ها
۱- کاهش کشش بین سطحی
۲- جذب چند لایه ای مولکول های آلی
۳- افزایش پتانسیل الکتروسینماتیکی
۴- ایجاد لایه ای از مولکول های آب احاطه کننده ذرات

• برای اینکه بتن کیفیت یکنواختی در کل حجم خود داشته باشد می بایست نسبت اب به سیمان آن مقداری ثابت باشد. این نسبت ثابت می تواند با افزایش دمای محیط، دچار تغییر شود. زمانی که دما افزایش می یابد مقدار آب بیشتری برای داشتن همان کارایی نیاز است. افزایش نسبت آب به سمان موجب بروز مشکلاتی مانند ترک و ... خواهد شد لذا برای ثابت نگه داشتن این مقدار(برای عدم رخ دادن تغیرات در کارایی) می توان از روان کننده ها استفاده کرد.
• روان کننده نرمال روان کننده ای است که دمای هیدراتاسیون سیمان را به طور محسوسی تغییر ندهد. بنابراین دمای هیدراتاسیون سیمان معیار دسته بندی روان کننده ها می باشد.
• روان کننده هایی که بنیان لیگنوسولفانات داشته باشند به عنوان روان کننده های نرمال شناخته می شوند.
• برای بتن هایی که مقدارسیمان، درصد هوا و اسلامپ یکسانی دارند، مقاومت فشاری 28 روزه بتن حاوی روان کننده ها حدود 10 الی 25 درصد از نمونه بتن کنترلی بیشتر است.
• روان کننده ها می توانند میزان افت اسلامپ را کاهش دهند. میزان این افت به ساختار شیمیایی خود روان کننده بستگی دارد.
• مقدار روان کننده ها ی دیرگیر می بایست توسط کارخانه تولید کننده محصول تعیین و مورد استفاده قرار گیرد، مگر اینکه شرایط خاصی پیش آید که مشاوره مهندسین متخصص را نیاز خواهد داشت. استفاده بیش از اندازه از این مقدار تبعاتی مانند افزایش مدت عمل آوری بتن را به همراه خواهد داشت.
• مخلوط های حاوی روان کننده ها دارای پیوستگی بیشتری نسبت به مخلوط های هستند که فاقد این گونه مواد افزودنی می باشند.
• در حال حاضر هیچ گونه مدارکی برای اثبات اینکه روان کننده ها موجب خوردگی آرماتورها و یا دارای اثرات نامطلوب روی ویژگی های بلند مدت بتن مانند دوام باشند، وجود ندارد.
  زمانی که روان کننده ها را به مخلوط اضافه می کنیم دوام بتن از طریق کاهش نفوذپذیری و افزایش تراکم جسم بتن( افزایش توپری) افزایش می یابد.
  از اواسط سال 1930 لیگنوسولفانات ها به عنوان روان کننده و یک ماده افزودنی تجاری مورد استفاده قرار گرفته اند و هیچ گونه گزارشی مبنی بر اثرات مخرب آن روی دوام بتن ارائه نشده است.

 
طرح اختلاط زیر را در نظر بگیرید:
سیمان 5800گرم
آب 2700گرم
شن بادامی 5000گرم
شن نخودی 8000گرم
ماسه 14600گرم
این طرح اسلامپی برابر با 5 سانتی متر دارد.
با افزودن 20 گرم کربوکسیلات به این مخلوط اسلامپ به عدد 20 سانتی متر ارتقا می یابد!

• در بازار کار به روان کننده هایی که بنیان کربوکسیلاتی دارند ابر روان کننده می گویند.
• هنگام استفاده از روان کننده های دیرگیرکننده ممکن است بتن را چند ساعت پس از اجرا کردن ویبره کرد، زیرا هنوز به اندازه کافی شکل پذیری دارد. در این حالت مقدار هوای محبوس شده و تعداد درزهای سرد نهایی کاهش خواهد یافت.
• مزیت استفاده از روان کننده ها تولید بتن های با کارایی بالا برای شکل پذیری(قالب گیری) آسان و همچنین بتن های پرمقاومت با کارایی نرمال که مقدار آب آنها (در اثر استفاده از روان کننده ها) کاهش یافته است، می باشد.
• کاهنده آب می تواند به عنوان ماده ی افزودنی تعریف شود که برای بتنی با کارایی مد نظر، مقدار آب را کاهش دهد. این عمل مشخصات بتن سخت شده را بهبود می بخشد بویژه آنکه مقاومت فشاری بتن را افزایش می دهد. مقدار آبی که توسط کاهنده آب کاهش می یابد بر اساس آیین نامه ها می بایست حداقل 5% باشد. اما اگر هنگام استفاده از کاهنده های آب مقدار آب مصرفی را کاهش ندهیم کاهنده ها نقش روان کنندگی را خواهند داشت.
• فوق روان کننده ها در سال 1984 به صنعت بتن معرفی شدند. این افزودنی ها با کاهش مقدار آب مخلوط به میزان 6 تا12 درصد توانایی ارائه اسلامپ 125 تا 200 میلی متر، بدون بروز مشکلات سنتی کندگیری که در اثر استفاده بیش از اندازه از روان کننده ها بوجود می آمد را داشتند. بعضی از این افزودنی ها می توانستد حباب های هوای عمدی را وارد بتن کنند که در بتن هایی که اسلامپ بسیار پایینی داشتند مورد استفاده قرار می گرفتند.

نحوه اختلاط روان کننده ها:
می توان در زمان ساخت بتن در بچینگ و یا در بتن تراک میکسر اضافه کرد.

• بیشترین کارایی روان کننده ها زمانی اتفاق می افتد که پس اختلاط کامل اجزای بتن یعنی سنگدانه، سیمان و آب به مخلوط اضافه شود.
• مهمترین ویژگی افزودنی های فوق روان کننده، توانایی این افزودنی ها در پراکنده کردن ذرات سیمان می باشد. مشاهدات انجام شده توسط میکروسکپ الکترونیکی نشان می دهد که در سوسپانسیون آب و سیمان، کلوخه های بزرگ از ذرات سیمان تشکیل می شود. با اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده این کلوخه ها از هم باز شده و ذرات سیمان پخش می گردند که این امر موجب آسان تر شدن حرکت نسبی آنها (ذرات سیمان) و افزایش روانی مخلوط می شود.
• ابرروان کننده ها جدیدترین نسل روان کننده ها می باشند که بنیان پلی کربوکسیلات اتر دارند. یکی از ویژگی های این مواد این است که با توجه به خاصیت پخش کنندگی بسیار زیاد آنها تاثیر آن بر احتمال جداشدگی و آب انداختگی در مخلوط های بتن با دانه بندی نامناسب به مراتب بیشتر از سایر روان کننده ها است. لذا روان کننده ها را می بایست متناسب با مشخصات طرح اختلاط انتخاب کرد.
• ابرروان کننده ها (که بنیان پلی کربوکسیلاتی دارند) نسبت به فوق روان کننده ها ( پلی نفتالن) از توان حفظ روانی ( اسلامپ ) بیشتری برخوردارند. بنابراین برای دارا بودن خاصیت حفظ اسلامپ پلی کربوکسیلات ها بهترین گزینه هستند. شایان ذکر است که با تغییر ساختار این مواد می توان توان حفظ اسلامپ در آنها را افزایش داد.

<br /> جداشدگی در بتن

جداشدگی عبارت است از برهم خوردن یکنواختی پخش ذرات که سبب جدا شدن اجزاء یک مخلوط ناهمگن می شود. درخصوص بتن، علت اولیه جداشدگی در مخلوط، اختلاف بین اندازه های دانه ها می باشد. دو نوع جدایی مشاهده شده است:
1- دانه های درشت تر به علت حرکت سریع تر در شیب ها نسبت به ریزدانه ها تمایل به جدایی از بقیه دانه ها دارند.
2- نوع دوم که معمولاً در مخلوط های آب دار اتفاق می افتد، جدا شدن دوغاب (سیمان و آب) از سایر اجزاء مخلوط می باشد که عموما در اثر تراکم بیش از حد است.
استفاده از افزودنی های قوام آور اصلی ترین راه حل این مشکل است. راه حل دیگر اصلاح مشخصات طرح اختلاط مانند نسب آب به سبمان و جبران آن با روان کننده ها است.
اگر زمان لرزاندن زیاد باشد مقدار زیادی شیره بتن بر سطح آمده و باعث جدا شدگی در بتن و ایجاد ترک و کاهش مقاومت در سطح بتن وکرموشدن قسمتهای زیرین بتن می شود.
همواره از مصرف بیش از حد مجاز توصیه شده ماده افزودنی روان کننده بتن جدا خود داری کنید . دامنه عواقب ناشی از مصرف بیش از حد مواد افزودنی کاهنده آب بتن بسته به میزان عدول از مقدار صحیح مصرف می تواند شامل جدا شدگی سنگدانه ها ، آب انداختگی بتن ، تاخیر زیاد در زمان گیرش ، بروز ترک های ناشی از به تعویق افتادن گیرش ، به تعویق افتادن زمان حصول مقاومت فشاری در سنین 3و 7و 28روزگی می باشد.
گاهی آب انداختگی و جداشدگی بتن تازه پس از اضافه کردن فراروان کننده ها به دلیل اشکال در دانه بندی سنگدانه ها است و با اصلاح منحنی مذکور جداشدگی کاهش می یابد.
همچنین سقوط بتن از ارتفاع باعث جداشدگی می شود، کرموشدگی های ستون های بتنی در مناطق پایین ستون ناشی از جداشدگی است.

<br /> بتن ریزی در زمستان و هوای سرد

تأثیر هوای سرد بر بتن تازه
در هوای سرد سه حالت برای بتن تازه ریخته شده ممکن است رخ دهد:
1- یخ زدن بتن تازه در حالیکه هنوز وارد مرحله گیرش اولیه نشده است.
در این حالت به دلیل عدم تشکیل ژل سیمان (یا پیشرفت هیدراسیون)، بتن بدون چسبندگی باقیمانده و در صورت آب شدن یخ و تراکم مجدد و محافظت دقیق تقریباً افت مقاومتی مشاهده نخواهد شد.
2- یخ زدن پس از گیرش اولیه و قبل از کسب مقاومت لازم (به صورت تجربی حداقل 5 مگاپاسکال).
در این حالت افت مقاومت بتن بسیار شدید بوده و حتی احتمال فروپاشی آن نیز وجود دارد.
3- رسیدن بتن به مقاومت لازم و سپس یخ زدن.
به شرط عدم تکرار یخ زدن و ذوب شدن، مقاومت بتن اندکی (به صورت تجربی حدود 2 تا 5 مگاپاسکال) افت می‌کند.
 
به هوایی سرد گفته میشود که:
1- متوسط دما در سه شبانه روز متوالی کمتر از 5° Cباشد.
2- دمای هوا برای بیشتر از نصف روز از 10° Cبیشتر نباشد.
* فرآیند گیرش سیمان در دمای پایین کند و در دمایی پایین تر از -10 درجه سانتی گراد به طور کلی متو قف میشود.
* دمای بتن در سه روز اول پس از بتن ریزی اهمیت خاصی دارد. زیرا در دمای پایین امکان:
1- یخ زدن آب بتن
2- کاهش یا توقف فرآیند گیرش سیمان و کسب مقاومت
3- کاهش عمر مفید سازه ها وجود دارد

راه حلهای متفاوت ومختلفی را می توان برای حل مشکلات دمایی بتن پیشنهاد نمود اما تصمیم گیری نهایی در مورد استفاده از یک یا چند مورد از آنها منوط به بررسیهای دقیقتر و آنالیز اقتصادی هر یک از موارد می باشد. یکی از اولین و بدیهی ترین راههایی که جهت بالا بردن دمای بتن به نظر می رسد گرم کردن آب مورد استفاده می باشد. همچنین محفوظ نگه داشتن منبع آب از یخ زدن، با استفاده از عایق حرارتی نظیر پشم شیشه مفید می باشد. استفاده از آب گرم معمولا برای دماهای پائین تر از ٧درجه سانتی گراد معمول و مرسوم می باشد. دمای سیمان به هنگام تخلیه از بونکر به سیلو، طبق اندازه گیریهای انجام شده در کارگاه، به حدود ٨٣درجه سانتی گراد می رسد و اگر برنامه بتن ریزی به صورتی تنظیم شود که بتن از سیمان تازه تخلیه شده که حرارت بالایی دارد استفاده گردد، بتن با دمای بالاتری حاصل خواهد شد.
هنگام بتن ریزی در هوای سرد توجه به نکات زیر مفیداست:
1- سطح قالبها و آرماتورها را ازآب و برف و یخ بزدایید.
2- در صورت امکان آنها راگرم نمائید تا دمای آنها به بیش از 5 درجه سانتیگراد برسد.
3- دمای بتن از محدوده 6درجه سانتیگراد کاهش پیدا نکند.
4- درصورت امکان با پوشش مناسب درجه حرارت بتن را حفظ نمائید.
5- هنگام ساخت بتن بهتر است ضد یخ بتن با آب مصرفی مخلوط و سپس به اجزاء خشک اضافه شود.
6- در صورت استفاده از بتن آماده ضد یخ مصرفی را به داخل تراک میکسرریخته و پس از اختلاط کامل بتن ریزی آغاز شود.
7- در صورت لزوم می توان مصالح به ویژه آب مصرفی راگرم نمود وبااستفاده از پوشش مناسب از اتلاف دمای بتن تازه ریخته شده جلوگیری به عمل آورد.
 
 ملاحظات مربوط به مصالح مصرفی (بتن‌ریزی در هوای سرد)
استفاده از سیمان زود سخت‌شونده (پرتلند نوع 3) به منظور حصول اطمینان از سرعت بیشتر کسب مقاومت بتن
عدم استفاده از سیمان‌های پوزولانی
استفاده از آب گرم برای رساندن دمای بتن به دمای مناسب (عدم تماس مستقیم آب 40 درجه سانتیگراد با سیمان)
عدم آغشته بودن سنگدانه‌ها به یخ و برف
استفاده از مواد شیمیایی تسریع کننده
استفاده از سیمان بیشتر
گرم کردن سنگدانه‌ها