در این نوشتار به معرفی افزودنی های شیمیایی بتن پرداخته و پس از معرفی انواع افزودنی های شیمیایی به بررسی کاربردها و مزایا و معایب هر یک از انواع افزودنی های شیمایی بتن می پردازیم. پیش از این به در مقاله انواع معرفی افزودنی های بتن به این نوع از افزودنی های شیمیایی اشاره گردید. در این مقاله به طور مفصل در خصوص این مواد ترکیبی صحبت می کنیم.
افزودنی های شیمیایی بتن از جمله عناصر تشکیل‌دهنده بتن در کنار سیمان پرتلند، آب، و مصالح دانه‌ای هستند که در حین ترکیب و یا قبل از ترکیب اجزای بتن به این مواد اضافه می‌شوند. تولیدکنندگان از افزودنی های شیمیایی در درجه اول برای کاهش هزینه‌های ساخت بتن و سپس برای بهبود و اصلاح ویژگی‌های بتن سخت شده; اطمینان از کیفیت بتن در طی ترکیب، انتقال، قرار دادن در محل، و نگهداری; و برای غلبه بر شرایط اضطراری خاص در طول عملیات بتن‌ریزی استفاده می‌کنند.
استفاده موفقیت‌آمیز افزودنی های شیمیایی بتن به روش استفاده صحیح آن‌ها برای تهیه ترکیب مناسب و بتن ریزی بستگی دارد. بیشتر افزودنی ها به صورت آماده برای مصرف عرضه می‌شوند و به بتن در کارخانه و یا در محل سایت اضافه می‌شوند. افزودنی های شیمیایی مشخص مانند رنگدانه‌ها، عوامل توسعه‌دهنده و کمک‌کننده به پمپاژ معمولا فقط در مقادیر بسیار کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند و با کمک دست از ظرف‌های اندازه گیری شده بسته‌بندی می‌شوند.
اثربخشی یک افزودنی شیمیایی بتن به عنوال متعددی بستگی دارد که عبارتند از:
- نوع و مقدار سیمان
- درصد آب
- زمان ترکیب کردن
- میزان اسلامپ
- دمای بتن و هوا
گاهی اوقات می‌توان به نتایج مشابه با تاثیر‌های مواد افزودنی اضافه شده به بتن با تغییردادن نسبت سیمان و آب، استفاده ار نوع دیگری از سیمان یا تغییر دادن نوع دانه بندی و یا ارتقا دانه بندی دست یافت.
افزودنی های بتن از نوع شیمیایی
طبقه‌بندی افزودنی های شیمیایی بتن
افزودنی های شیمیایی بتن با توجه به عملکرد خود طبقه‌بندی می‌شوند. پنج کلاس متمایز برای افزودنی های شیمیایی وجود دارد:
- افزودنی شیمیایی حباب‌زا
- افزودنی شیمیایی کاهنده آب
- افزودنی شیمیایی کندکننده
- افزودنی شیمیایی شتاب‌دهنده
- افزودنی شیمیایی فوق روان‌کننده یا Super plasticizers
انواع دیگر افزودنی های شیمیایی بتن در دسته‌ای مخصوص که عملکرد آن‌ها شامل ممانعت از خوردگی، کاهش انقباض، کاهش واکنش قلیایی سیلیسی، افزایش کارایی، افزایش اتصال، ضد رطوبت و رنگ‌آمیزی است، قرار می‌گیرند.
عملکرد افزودنی های شیمیایی حباب زا
افزودنی های شیمیایی حباب‌زا
این نوع افزودنی های شیمیایی بتن به طور کلی برای بهبود کارایی، آسودگی در بتن‌ریزی، افزایش دوام، مقاومت بهتر در برابر یخ‌زدگی و کاهش خروج آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. نوع معمول افزودنی شیمیایی حباب‌زا از رزین‌های چوب طبیعی، رزین‌های وینسول خنثی شده، پلیمر‌های اکسید پلی‌اتیلن و ترکیبات سولفونات شده تشکیل شده است.
نحوه عملکرد افزودنی شیمیایی حباب‌زا
این نوع از افزودنی های شیمیایی بتن آنیونی هستند زیرا ساختار هیدروکربنی آن حاوی گروه‌های آب‌دوست با بار منفی مانند COO، SO3، و OSO است بنابراین آنیون‌های بزرگ در آب رها می‌شوند. در مقابل، اگر یون هیدروکربن با بار مثبت باشد ترکیب به صورت کاتیون فعال و یا کاتیونی‌ست.
به عبارتی دیگر، در این افزودنی های شیمیایی سطح آنیونی فعال حباب‌هایی با بار منفی ایجاد می‌کند، بار مثبت باعث می‌شود که حباب‌ها دارای بار مثبت شوند. عوامل سطحی فعال همه کلاس‌ها می‌توانند باعث ایجاد حباب هوا در بتن شوند، اما کارایی و ویژگی‌های این سیستم به صورت گسترده تغییر می‌کنند.
ویژگی‌های افزودنی های شیمیایی حباب‌زا
- این نوع افزودنی شیمیایی با ایجاد کف، گازهای شیمیایی تولید می‌کند و باعث ایجاد میلیون‌ها حباب ریز پایدار با اندازه‌های یکسان که به صورت یکنواخت در همه قسمت‌های ترکیب توزیع شده‌اند می‌شوند.
- افزودنی های شیمیایی حباب زا ویژگی‌های بتن تازه از جمله کارایی، چسبندگی، کاهش جدا شدگی و خروج آب را بهبود می‌بخشد.
- این افزودنی های بتن ویژگی‌های بتن سخت شده را بهبود می‌بخشد-برای هر ۱ درصد هوا ۴ درصد کاهش مقاومت وجود دارد که با کاهش درصد آب به حداقل می‌رسد. بنابراین دوام بتن سخت شده را افزایش می‌دهد.
افزودنی های شیمیایی شتاب‌دهنده بتن
از افزودنی های شیمیایی شتاب‌دهنذه برای سرعت بخشیدن به زمان گیرش بتن استفاده می‌شود. این افزودنی مقاومت اولیه را در بتن تازه ریخته شده بهبود می‌بخشد.
موارد استفاده از افزودنی شیمیایی شتاب‌دهنده بتن
- استفاده از این افزودنی بتن در زمستان مناسب است.
- در طی شرایط تعمیرات ضروری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- در هنگام خارج کردن زودهنگام قالب مناسب است.
مضرات افزودنی های شیمیایی شتاب‌دهنده بتن
- میزان انقباض خشک را افزایش می‌دهد.
- باعث کاهش مقاومت در برابر حمله سولفات‌ها می‌شود.
- خطر بالای خوردگی فولاد توسط CaCl2 وجود دارد- اجازه استفاده در بتن مقوم شده با فولاد داده نمی‌شود.
- این افزودنی شیمیایی بتن با وجود گران‌تر بودن تاثیر کمتری دارد.
افزودنی های شیمیایی کاهنده آب بتن
افزودنی های شیمیایی کاهنده آب بتن
به طور کلی دو نوع افزودنی های شیمیایی کاهنده آب بتن را می توان برشمرد.
- افزودنی بتن کلسیم یا نمک سدیم اسید لیگنوسولفونیک
- افزودنی بتن اسید پلی کربوکسیلیک
ملکول های جدا شده (سمت راست)- ملکول های انباشته (سمت چپ)
نحوه عملکرد افزودنی های شیمیایی کاهنده آب بتن
نقش اصلی طرز کار افزودنی های شیمیایی کاهنده آب و کندکننده زمان گیرش معمولا از مولکول‌های آلی زنجیره بلند تشکیل شده است که از یک طرف آب‌گریز و از طرفی دیگر آب دوست هستند. این مولکول‌ها تمایل به متمرکز شدن دارند تا غشایی را در محل اتصال بین دو فاز غیرقابل مخلوط شدن مانند سیمان و آب، ایجاد کنند و و نیروهای فیزیو شیمیایی اعمال شده در این محل اتصال را تغییر دهند.
مکانیسمی که افزودنی بتن کاهنده آب طبق آن عمل می‌کند، پراکنده کردن یا جداسازی انباشته‌های سیمان و تبدیل آن‌ها به ذرات اولیه و یا حداقل به قطعات کوچک‌تر است.
- مولکول های جداشده
- مولکول های انباشته
وجود افزودنی شیمیایی کاهنده آب در بتن تازه باعث به‌وجود آمدن نتایج زیر می‌شود:
- کاهش کشش سطحی
- افزایش پتانسیل الکتروجنبشی
- غشا محافظتی دوقطبی آب در اطراف هر ذره، باعث ایجاد توانایی حرکتی بیشتر در بتن ترکیب‌شده تازه می‌کند. این موضوع تا حدودی مربوط به کاهش نیروهای بین ذره‌ای و تا حدودی به علت آب آزاد شده از سیستم با انباشتگی زیاد که اکنون روان شده است، می‌باشد. بنابراین آب کمتری برای دستیابی به ثبات مورد نیاز لازم است.
علت استفاده از افزودنی‌های بتن کاهنده آب بتن
بتن با کارایی بهتر بدون نیاز به آب بیشتر بدست می‌آید بنابراین از قدرت بتن کاسته نمی‌شود. همچنین با حفظ کارایی بتن، درصد آب پایین‌تر، ممکن است که قدرت بتن بدون نیاز به سیمان اضافی افزایش پیدا کند.
تاثیر افزودنی کاهنده آب بر دوام بتن
اضافه کردن مستقیم این نوع از افزودنی های شیمیایی بتن باعث ایجاد افزایش در نفوذپذیری نمی‌شوند و درواقع وقتی که افزودنی برای کاهش w/c مورد استفاده قرار می‌گیرد، نفوذپذیری به صورت قابل توجهی کاهش می‌یابد.
تاثیر افزودنی کاهنده آب بر انقباض بتن
افزودنی های شیمیایی بتن کاهنده اب وقتی که برای کمک به افزایش کارایی با کاهش آب مورد استفاده قرار می‌گیرد، تاثیر منفی بر انقباض بتن ندارد.
تاثیر افزودنی کاهنده آب بر خزش بتن
مواد این نوع از افزودنی های بتن تاثیر زیان‌آوری بر خزش بتن ندارند.
اثرات زیان‌آور افزودنی های شیمیایی کاهنده آب بتن
- در حین استفاده از افزودنی شیمیایی کاهنده آب باید به کنترل کردن درصد هوای موجود در ترکیب توجه شود. بیشتر افزودنی های کاهنده آب به علت ویژگی‌های خود به ترکیب هوا وارد می‌کنند.
- دوز بالای مواد لیگنوسولفونیت، باعث ایجاد کند‌شدگی در ترکیب می‌شود.
کاربرد افزودنی های شیمیایی کاهنده آب
کاربرد این نوع از افزودنی های شیمیایی به صورت زیر است:
- زمانی‌که ریختن بتن به علت انباشته بودن برشگیر‌ها در قسمت‌های مختلف مشکل باشد.
- زمانی‌که ترکیب‌های سخت مانند تولیدات به وجود آمده از دانه بندی های سخت مورد آزمایش قرار می‌گیرند. در این مورد بهبود قابل توجهی در ویژگی‌های پلاستیکی بتن قابل مشاهده است.
- زمانی‌که دستیابی به مقاومت مورد نیاز با ماکزیمم درصد سیمان مشخص دشوار است و مقاومت اولیه مورد نیاز است.
- با اضافه کردن این افزودنی به بتن، به میزان ده درصد در اقتصاد سیمان صرفه‌جویی می‌شود.
افزودنی های شیمیایی کندکننده بتن
افزودنی های شیمیایی کندکننده بتن
عملکرد افزودنی های شیمیایی کندکننده بتن ، به تاخیر انداختن و یا تمدید زمان گیرش خمیر سیمان در بتن است. این نوع افزودنی شیمیایی برای بتن هایی که نیاز به جابه‌جایی در فاصله‌های طولانی در میکسر حمل‌کننده دارند و همچنین برای بتن ریزی در مکان های با دمای بالا، بسیار مفید هستند. این افزودنی شیمیایی برای تهیه ملات استفاده می‌شود و دوام و مقاومت بتن را افزایش می‌دهد.
انواع افزودنی های شیمیایی کندکننده بتن
- افزودنی شیمیایی کندکننده لیگنوسولفونیت تصفیه شده حاوی قند، که البته جز اصلی برای کندکنندگی است.
- افزودنی شیمیایی کندکننده اسید کربوکسیلیک هیدروکسیل و نمک آن‌ها
- افزودنی شیمیایی کندکننده کربوهیدرات ها از جمله قند
- افزودنی شیمیایی کندکننده روی محلول
- افزودنی شیمیایی کندکننده برتس محلول و غیره
نحوه عملکرد افزودنی شیمیایی کندکننده بتن
اینگونه تصور می‌شود که افزودنی های کندکننده بتن به فاط C3A در سیمان جذب می‌شوند و با تشکیل یک غشا نازک در اطراف دانه‌های سیمان عکس العمل آن ها با آب را کاهش می‌دهند. بعد از مدتی این غشا شکسته شده و عملیات هیدراسیون نرمال اتفاق می‌افتد.
علت استفاده از افزودنی های شیمیایی کندکننده بتن
از این افزودنی های شیمیایی برای به تاخیر انداختن در زمان گیرش بتن بدون تاثیر منفی بر توسعه قدرت پس از آن استفاده می‌شود.
فواید افزودنی های شیمیایی کندکننده بتن
- مواد این کلاس(لیگنوسولفونیت تصفیه شده حاوی قند و مشتقات اسید کربوکسیلیک هیدروکسیل) در بعضی موارد تاثیر جداسازی بیشتری دارند و از این رو میزان کاهش آب را بیشتر می‌کنند.
- باعث افزایش دوام می‌شوند.
اثرات زیان‌آور افزودنی های شیمیایی کندکننده بتن
- وقتی مواد بر پایه لیگنوسولفونیت مورد استفاده قرار می‌گیرد، سپس درصد هوا باید به ۰٫۲ تا ۰٫۳ درصد محدود شود مگراینکه مواد از نوع فسفات سه بیوتل به ترکیب اضافه شود.
- همچنان‌که درصد آب افزایش می‌یابد تمایل برای انقباض خشک نیز بیشتر می‌شود.
کاربرد افزودنی های شیمیایی کندکننده بتن
از این افزودنی های شیمیایی بتن در موارد زیر استفاده می‌شود:
- زمانی‌که انتقال بتن ترکیب شده مورد نیاز است و از گیرش نابه هنگام این نوع از افزودنی به خوبی اجتناب می‌شود.
- وقتی که بتن ریزی و یا انتقال بتن در شرایط محیطی با دمای بالا اتفاق می‌افتد.
- در زمان بتن ریزی با حجم بالا
- در هنگام ساخت و ساز بتنی شامل قالب لغزشی
افزودنی های شیمیایی فوق روان کننده بتن
افزودنی‌های شیمیایی فوق روان‌کننده یا کاهنده آب با محدوده بالا
این افزودنی به عنوان نسل دوم از افزودنی‌ها شناخته شده و فوق روان‌کننده نامگذاری می‌شوند. این افزودنی‌ها از تولیدات شیمیایی ترکیبی تهیه شده از سولفونیت نوع RSO3 که R نشان‌دهنده گروه آلی از تولیدات وزن مولکولی بالا در شرایط خاص هستند، تشکیل شده‌اند.
فوق روان‌کننده‌هایی که معمولا مورد استفاده قرار می‌گیرند به صورت زیر است:
- سولفونات ملامین فرمالدئید(S M F C)
- سولفونات نفتالین فرمالدئید(S N F C)
- لینگو-سولفونات اصلاح شده و دیگر استرها و اسیدهای سولفونیک
- مشتقات فرمالدئید مانند ملامین فرمالدئید و نفتالین فرمالدئید سولفونات به عنوان نوع شیمیایی
نحوه عملکرد افزودنی شیمیایی فوق روان‌کننده بتن
این افزودنی مشابه افزودنی کاهنده آب عمل می‌کند. به این صورت که ذرات سیمان را وقتی که سیمان در آب به صورت معلق است پراکنده می‌کند و به سطح سیمان جذب می‌شود و باعث می‌شود که به علت ماهیت آنیونی فوق روان‌کننده به صورت دوجانبه یکدیگر را دفع کنند.
علت استفاده از افزودنی های شیمیایی فوق روان‌کننده بتن
- در یک نسبت w/c داده شده، این افزودنی شیمیایی بتن میزان کارایی را معمولا با بالا بردن اسلامپ از ۷۵ میلیمتر تا ۲۰۰ میلیمتر افزایش می‌دهد.
- دومین مزیت استفاده از این افزودنی های شیمیایی تولید یک بتن با کارایی نرمال اما با مقاومت بسیار بالاست.(فوق روان‌کننده می‌تواند درصد آب را برای یک کارایی مورد نظر تا ۲۵-۳۵ درصد در مقایسه با نصف مقدار افزودنی کاهنده آب مرسوم کاهش دهد)
فواید افزودنی های شیمیایی فوق روان‌کننده بتن
- بتن تولید شده با این افزودنی های شیمیایی می‌تواند بدون نیاز به تراکم و یا با مقدار کمی تراکم مورد استفاده قرار گیرد بدون آنکه جداشدگی و یا خروج آب اتفاق بیفتد.
- می‌توان از این افزودنی شیمیایی در دوز بالا استفاده کرد زیرا کشش سطحی آب را به صورت قابل توجه تغییر نمی‌دهد.
- تاثیر قابل توجهی بر گیرش بتن ندارد مگر اینکه سیمان مورد استفاده مقدار کمی از نوع C3A داشته باشد.
- این افزودنی شیمیایی بر انقباض، مدول الاستیسیته خزش و یا مقاومت در برابر ذوب شدن تاثیری ندارد.
معایب استفاده از افزودنی های شیمیایی فوق روان‌کننده بتن
قیمت بالای این افزودنی های شیمیایی را می‌توان از تنها معایب واقعی فوق روان‌کننده نام برد.
کاربرد افزودنی های شیمیایی فوق روان‌کننده بتن
- در مقاطع با میزان فولاد مقاومتی زیاد، در مناطق غیر قابل دسترس در کف و یا جاده‌ها
- زمانی که بتن‌ریزی با سرعت بالا نیاز است.
تجربیات شما در مورد استفاده از انواع افزودنی های شیمیایی بتن ها چیست؟ آیا نوع خاصی از این افزودنی های بتن را می شناسید که در این مقاله از آن نام نبرده ایم؟
منبع: cement , theconstructor
تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس
افزودنی های شیمیایی بتن چیست
