۱. افزودنی‌های بتن

۱-۱. كليات

۱-۱-۱. تعریف کلی:

مواد افزودنی بتن، موادی هستند که به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده بتن چینی و برای اصلاح برخی خواص بتن کمی قبل از مخلوط کردن مواد سازنده بتن یا در زمان مخلوط کردن (داخل میکسر) به آن افزوده می‌شود (شکل‌های ۱ و ۲). بنا بر تعریف استاندارد شماره ۲۹۳۰ موسسه استاندارد ایران، مواد افزودنی بتن موادی هستند که علاوه بر آب، سیمان و سنگدانه به مقدار جزئی حداکثر پنج درصد وزن سیمان، در زمان اختلاط به بتن اضافه شده و موجب اصلاح برخی از خواص بتن تازه یا سخت شده می‌شود. افزودنی‌های بتن به ۲ دسته معدنی و شیمیایی تقسیم می‌شوند که نوع شیمیایی به ۵ گروه تفکیک می‌شود که عبارتند از حباب هوا ساز، دیرگیر کننده، زودگیر کننده، روان کننده (کاهنده آب بتن)، لاتکس‌های آب بند یا نم بند.

همچنین گروه دیگری از مواد افزودنی بتن نیز تحت عنوان افزودنی‌های معدنی یا پوزولان‌ها در پروژه‌های عمرانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نقش تکمیلی در واکنش‌های سیمانی داشته و بیشتر با هدف بهبود دوام و افزایش عمر مفید سازه بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پوزولان‌ها بر حسب منابع تهیه آنها به دو گروه عمده تقسیم‌بندی می‌شوند:

  1. پوزولان‌های طبیعی مانند زئولیت‌ها، تراس‌ها، توف‌های آتشفشانی، متاکائولن و سبوس برنج
  2. پوزولان‌های مصنوعی مانند خاکستر بادی، دوده سیلیسی یا میکرو سیلیس و سرباره کوره‌های ذوب فلزات

Concrete Admixtures 3, 1-1. Concrete Admixtures 3, 1-2.

شکل ۱. از مواد افزودنی بتن برای تغییر برخی از ویژگی‌های آن می‌توان استفاده کرد

۱-۱-۲. اجزاء:

افزودنی‌های بتن یا به صورت شیمیایی و یا به صورت معدنی هستند که امروزه با پیشرفت علم پتروشیمی بیشتر از افزودنی‌های شیمیایی استفاده می‌شود.

 Concrete Admixtures 3, 2-1. beton1

شکل ۲. برای ترکیب و مخلوط کردن افزودنی‌های بتن می‌توان از میکسرها استفاده کرد

۱-۱-۳. انواع:

افزودنی‌های بتنی را می‌توان در ۵ شاخه اصلی بر حسب عملکرد آنها بررسی نمود. البته باید توجه داشت که برخی از محصولات دو یا چند کاره هستند و همزمان دو یا چند خاصیت از خواص بتن را بهبود می‌بخشند که یکی از عملکردهای ماده افزودنی چند منظوره توسط تولید کننده به عنوان عملکرد اصلی مشخص می‌شود و سایر عملکردها، عملکرد ثانویه نامیده می‌شود (شکل ۳).

- افزودنی‌های بتن حباب ساز

- افزودنی‌های بتن دیر گیر کننده

- افزودنی‌های بتن روان کننده (کاهنده آب بتن)

- افزودنی‌های بتن زود گیر کننده

- افزودنی‌های لاتکس‌های آب بند یا نم بند

- افزودنی‌های بتن افزاینده مقاومت بتن (بتن پر مقاومت)

دسته‌بندی مواد افزودنی بتن در استاندارد ASTM C494:

استانداردهای مختلف از جمله BS و ASTM اقدام به دسته‌بندی انواع افزودنی‌های بتن نموده‌اند. این دسته‌بندی در استاندارد ASTM تحت عنوان ASTM C494 به شرح زیر در ۷ گروه انجام شده است:

Type A :افزودنی کاهنده آب (Water reducing admixture): این مواد که به اصطلاح روان کننده نامیده می‌شوند، باعث کاهش آب طرح اختلاط بتن می‌شوند.

Type B : افزودنی تاخیردهنده گیرش (Retarding admixture): این مواد که به نام دیرگیر بتن شناخته می‌شوند، باعث به تعویق افتادن زمان گیرش اولیه و نهایی بتن می‌شود.

Type C : افزودنی تسریع کننده گیرش (Accelerating admixture): این مواد که به نام زودگیر بتن مشهور می‌باشند، باعث کاهش زمان گیرش اولیه و نهایی بتن و تسریع در روند کسب مقاومت در سنین کم بتن می‌شوند.

Type D : افزودنی کاهنده آب و تاخیر دهنده گیرش (Water reducing & Retarding admixture): این مواد که به روان کننده ـ دیرگیر بتن موسوم هستند، ضمن اینکه مقدار آب مورد نیاز برای ساخت بتن را کاهش می‌دهند، باعث به تعویق افتادن زمان گیرش اولیه و نهایی بتن نیز می‌شوند.

Type E : افزودنی کاهنده آب و تسریع کننده گیرش (Water reducing & Accelerating admixture): این مواد روان کننده ـ زودگیر بتن می‌باشند و ضمن اینکه مقدار آب مورد نیاز برای ساخت بتن را کاهش می‌دهند، باعث تسریع در زمان گیرش و نیز روند کسب مقاومت بتن در سنین کم می‌شوند.

Type F : افزودنی کاهنده آب به مقدار زیاد (Water reducing admixture- high range): این مواد که به عنوان فوق روان کننده‌ها مطرح می‌شوند، باعث کاهش آب مورد نیاز برای ساخت بتن به مقدار ۱۲ درصد یا بیشتر می‌شوند و نسبت به Type A از قدرت بیشتری برخوردارند.

Type G: افزودنی کاهنده آب به مقدار زیاد و تاخیردهنده گیرش (Water reducing admixture- high range & Retarding): این مواد که به عنوان فوق روان کننده ـ دیرگیر شناخته می‌شوند، ضمن آنکه باعث کاهش آب مورد نیاز برای ساخت بتن به مقدار ۱۲ درصد یا بیشتر می‌شوند، زمان گیرش را نیز به تاخیر می‌اندازند و نسبت به Type D از قدرت بیشتری برخوردارند.

Concrete Admixtures 3, 3-1. Concrete Admixtures 3, 3-2.

شکل ۳. استفاده از افزودنی‌های بتن باعث شده تا از آن بتوان در پروژه‌های مختلف استفاده نموده و به تناسب نوع پروژه، خواص بتن را اصلاح نموده و تغییر داد.

۱-۱-۴. کاربردها:

افزودنی‌های بتن به طور کلی برای اصلاح خواص بتن و اضافه کردن به ویژگی‌های مثبت به بتن به کار می‌روند. مثلاً در بتن ریزی‌های حجیم (مانند سدها) یا بتن‌ریزی در هوای سرد یا گرم و جابجایی که نیاز به گیرش سریع جهت بازنمودن قالب باشد و موارد دیگر، استفاده می‌شود (شکل ۴).

Concrete Admixtures 3, 4-1. Concrete Admixtures 3, 4-2.

شکل ۴. افزدودنی‌های بتن در کلیه پروژه‌های سبک و حجیم به دلیل بهبود و اصلاح خواص بتن، کاربرد گسترده‌ای یافته است.

۱-۲. روان کننده‌ها (مواد کاهنده آب)

۱-۲-۱. تعریف:

موادی هستند که برای بهبود کارایی بتن تازه مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عبارت دیگر ماده افزودنی که بدون تغییر روانی، مقدار آب مخلوط بتن را کاهش می‌دهد و یا بدون تغییر مقدار آب، اسلاپ و روانی را افزایش می‌دهد و یا هردو اثر را به طور همزمان ایجاد می‌کند. این مواد شامل روان کننده‌ها، فوق روان کننده‌ها و فرا روان کننده‌ها می‌باشند.

۱-۲-۲. کاربردها:

مواد افزودنی روان کننده بتن برای بتن‌ریزی قطعات با تراکم زیاد آرماتور مناسب می‌باشد. این مواد باعث می‌شوند که بتن، تمام قالب را بطور کامل پر کرده و تراکم آن به راحتی انجام شود و در نتیجه پس از خشک شدن، متراکم شده و مقاومت بیشتری پیدا می‌کند. همچنین همانطور که می‌دانیم مقاومت فشاری با میزان آب رابطه معکوس دارد و هرچه آب بتن نسبت به سیمان کمتر باشد مقاومت افزایش می‌یابد. چنانچه جهت افزایش مقاومت نیاز به بتن با اسلاپ پایین باشد. (بتن سفت با نسبت آب به سیمان کم) جهت سهولت عملیات بتن‌ریزی و تراکم بتن (ویبره زنی) و همچنین امکان پمپ بتن به وسیله لوله نیاز حتمی به استفاده از مواد روان کننده می‌باشد.

بر اساس آنچه گفته شد می‌توان کاربردهای زیر را برای روان کننده‌ها نام برد:

- ریختن بتن در قطعات نازک و پر میلگرد با ساخت بتن روان‌تر

- بتن‌ریزی با لوله ترمی (Tremie tube) و بتن‌ریزی زیر آب (شکل ۵)

- بتن‌ریزی با پمپ و لوله با ایجاد بتن روان‌تر و کاراتر

- ایجاد نماهای بهتر با ساخت و ریختن بتن روان‌تر

- ساخت بتن های خود تراکم یا خود تراز   (Self-compacting or self-leveling concrete)

- ساخت بتن پر مقاومت(High strength concrete (HSC))

- ساخت بتن توانمند (با عملکرد بالا)(High performance concrete (HPC))

- سخت بتن آب بند (Water – Proofing concrete)  (شکل‌های ۶ و ۷)

- ساخت بتن‌های با دوام در برابر یخ بندان و آب شدگی

- ساخت بتن‌های با دوام در برابر سولفات‌ها و سایر مواد شیمیایی

- ساخت بتن‌های مناسب مناطق خورنده برای کاهش نفوذ یون کلر در بتن و حفظ میلگردها

- ساخت بتن حجیم و بدنه سدها  (Mass concrete)

- ساخت قطعات پیش ساخته و پیش تنیده

- ساخت بتن‌های حاوی دوده سلیسی: دوده سیلیس را همواره باید با فوق روان کننده‌ها مصرف نمود زیرا پودر سیلیس دارای سطح ویژه ۱۵۰۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰۰ سانتیمتر مربع در گرم می‌باشد. این سطح در مقایسه با سیمان که سطح ویژه ۲۸۰۰ تا ۴۰۰۰ سانتیمتر مربع بر گرم دارد بسیار زیاد است.

Concrete Admixtures 3, 5-1. Concrete Admixtures 3, 5-3. Concrete Admixtures 3, 5-2.

شکل ۵. بتن‌ریزی با لوله ترمی (Tremie tube) و بتن‌ریزی زیر آب

Concrete Admixtures 3, 6-1. Concrete Admixtures 3, 6-2.

شکل ۶. یکی از کاربردهای روان کننده‌ها، ساخت بتن‌های آب بند است که در بسیاری از پروژه‌ها کاربرد دارد

Concrete Admixtures 3, 7-1. Concrete Admixtures 3, 7-2.

شکل ۷. از بتن‌های آب بند در بیشتر پروژ‌ه‌های کوچک و بزرگ استفاده می‌شود.

بنابراین بدون مصرف مواد کاهنده قوی آب با فوق روان کننده‌ها با افت شدید کارایی بتن مواجه خواهیم شد. از آنجا که دوده سیلیسی پس از اختلاط با آب به شدت کلوخه می‌شود و نیاز به همزن‌های قوی و سریع دارد و در فرآیند ساخت بتن چنین گونه همزن‌هایی نمی‌تواند کاربرد داشته باشد، تجربه نشان داده باید از فوق روان کننده‌ها استفاده نمود.

- ساخت بتن‌ها و ملات‌های تعمیری و ترمیمی

- پر کردن زیر صفحه کف ستون با ملات یا بتن روان

- تزریق دوغاب و ملات به داخل درزها و حفرات سنگ و خاک و پشت قطعات بتنی تونل‌ها

۱-۲-۳. مزایا و معایب:

۱-۲-۳-۱. مزایا:

- افزایش روانی (کارآیی) بتن

اگر این مواد را به بتن یا ملات بیفزاییم روانی و کارآیی آنها را اضافه‌تر می‌کند بدون این که در مقادیر و نسبت سایر اجزاء بتن تغییری حاصل شود.

این امر تحول مهمی را در صنعت ساخت و ساز ، حمل و ریختن و تراکم بتن فراهم آورد، زیرا با داشتن W/C و W آب امکان ریختن بتن روان‌تری را در قالب بوجود می آورد و می‌توانستند آن را به راحتی در قالب جای‌دهی کنند و متراکم نمایند. با این وجود، در این حالت نباید تغییری در مقاومت و دوام بتن و نفوذپذیری آن بوجود آید اما تجربیات آزمایشگاهی نشان داده که علیرغم ثابت بودن W/C ، مقاومت و دوام بهبود یافته و نفوذپذیری کم می‌شود. علت این پدیده را می‌توان پراکندگی و توزیع یکنواخت‌ و بهتر سیمان در بتن دانست زیرا سیمان از حالت کلوخه بودن خارج می شود و آب می‌تواند به نحو کامل‌تری اطراف دانه‌های سیمان را گرفته و پخش شدگی بهتر و همگنی توزیع سیمان در بتن رخ دهد.

البته در این حالت به دلیل افزایش روانی باید نگران جداشدگی و آب انداختن بیشتر بتن باشیم ولی به دلیل توزیع بهتر سیمان و مجزا شدن ذرات آن از یکدیگر عملاً رشد مقاومتی بهتری را می‌توان انتظار داشت.

- کاهش آب مصرفی (کاهندگی یا تقلیل آب)

اگر بخواهیم روانی بتن را ثابت نگهداریم، می توان با مصرف این افزودنی‌ها ، مقدار آب را با توجه به قدرت کاهندگی آب و میزان مصرف این مواد کاهش داد. در این حالت اگر عیار سیمان بتن ثابت فرض شود، نسبت آب به سیمان کاهش می‌یابد و مسلماً مقاومت و دوام بتن افزایش چشمگیری را نشان می‌دهد و نفوذپذیری کاهش خواهد داشت. یک طریقه ساخت بتن‌های آب بند و با نفوذپذیری کم، کاهش W/C  (نسبت آب به سیمان) است. این قابلیت تحول عظیمی را در صنعت بتن بوجود آورد. زیرا امکان افزایش دوام و مقاومت فراهم آمده بود.

کاهش آب انداختن و جمع شدگی از جمله مزایای کاهش W/C می‌باشد. در این حالت حجم خمیر سیمان نیز کمتر می‌شود.

- کاهش عیار سیمان بتن و ملات

اگر W/C و روانی بتن را ثابت نگهداریم، با توجه به خاصیت کاهش آب که توسط این مواد ایجاد می‌شود، می‌توان عیار سیمان را به همان نسبت کاهش داد. با توجه به مطالبی که قبلاً مطرح گردید. علاوه بر کاهش جمع شدگی و ترک خوردگی بتن در مرحله خمیری بودن، جمع شدگی و ترک خوردگی بتن سخت شده نیز کاهش می‌یابد. این کاهش عیار سیمان در واقع باعث افزایش مقاومت و پایایی بتن و کاهش نفوذپذیری آن می‌گردد.

علاوه بر این ممکن است کاهش عیار سیمان به عنوان یک هدف برای کاهش گرمازایی بتن باشد و یا یک هدف اقتصادی محسوب گردد. باید گفت با مصرف این مواد همواره نمی‌توان بتن ارزان‌تری را ساخت و این هدف ممکن است با وجود قیمت‌های خاصی برای سیمان و افزودنی مورد نظر و میزان مصرف آن و تأثیر این مواد بر کاهش آب و در نتیجه کاهش سیمان عملی گردد. با کاهش قیمت‌های این مواد و افزایش قدرت تأثیر و کاهش میزان مصرف آنها و هم چنین افزایش قیمت سیمان در سال‌های اخیر، کاهش هزینه ساخت بتن با روان کننده‌ها در کشورهای دیگر عملی شده و در ایران نیز گاه این کاهش محقق شده و انتظار می‌رود در آینده به طور کامل شاهد آن باشیم.

- دستیابی به مجموعه‌ای از اهداف

با توجه به فلسفه و دلایل مصرف افزودنی‌های روان کننده (کاهنده آب)، می‌توان مجموعه‌ای از اهداف فوق را نشانه روی کرد.

بدین ترتیب مجموعه‌ای از اهداف فنی و اقتصادی ممکن است حاصل گردد. اما به هر حال در این حالت، تاکید بر یک هدف وجود ندارد.

۱-۲-۳-۲. معایب:

با افزایش بیش از حد توصیه شده روان کننده‌ها به مخلوط بتن معمولاً آب انداختن بیشتر، جداشدگی و کندیری بیشتری را شاهد خواهیم بود.

در حفظ روانی نیز این مواد با یکدیگر تفاوت دارند اما به طور کلی نمی‌توانند روانی را به مدت طولانی حفظ کنند. برخی مواد حفظ روانی بسیار کم و برخی بیشتر دارند. تولیدکنندگان این مواد سعی کرده‌اند با ایجاد تغییراتی در این مواد و یا افزودن برخی مواد به آنها این خاصیت حفظ روانی را گسترش دهند. مثلاً با اضافه نمودن کوپلیمر به روان کننده‌های دارای پایه نفتالینی و به گروه سولفونیک و کربوکسیل روانی را در مدت بیشتری حفظ کنند (به ویژه در هوای گرم). این گونه روان کننده‌ها با نام نگهدارنده اسلامپ (Slump Retaining) شناخته می‌شوند. ولی بطور کلی باید بتن را در کمترین زمان ممکن بعد از اضافه کردن روان کننده‌ها مصرف کرد.

۱-۲-۴. اجزاء تشکیل دهنده:

  • مشخصات فنی: افزودنی‌های روان کننده یا کاهنده آب را می‌توان از نظر نوع و مواد بکار رفته در آنها، قدرت روان کنندگی یا کاهندگی آب، تک کاره بودن یا چند منظوره بودن دسته‌بندی و طبقه‌بندی نمود.

- طبقه‌بندی روان کننده‌ها (کاهنده آب) از نظر نام مواد تشکیل دهنده

این افزودنی‌ها را می‌توان با نام‌های کلی شیمیایی زیر دسته‌بندی و طبقه‌بندی کرد اما به دلیل گستردگی، نمی‌توان همه موارد را اشاره کرد.

- مواد حباب زا متشکل از چربی‌های حیوانی یا گیاهی، پروتئین‌ها، صمغ‌ها و شیره‌های گیاهی، پودر آلومینیوم و … .

- اسیدهای لیگنو سولفونیت و نمک‌های آنها (لیگنوسولفونات‌ها)

- مشتقات و مواد تغییر یافته یا اصلاح شده اسیدهای لیگنوسولفونیت و نمک‌های آنها

-اسیدهای کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و نمک‌های آنها

- مشتقات و مواد تغییر یافته یا اصلاح شده اسیدهای کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و نمک‌های آنها

- فرم آلدئید ملامین سولفوناته فشرده

- فرم آلدئید نفتالین سولفوناته فشرده

- مخلوط ردیف‌های قبلی

- برخی کربوهیدرات‌ها، پلی‌ساکاریدها، اسیدهای شکر، گلوکونات‌ها

- ترکیبات پلیمری خاص مانند سلولزها، اترها، مشتقات ملامین، مشتقات نفتالین، سیلیکون‌ها، هیدروکربورهای سولفوناته

- برخی مواد غیر آلی مانند نمک‌های روی، فسفات‌ها و کلریدها

- آمین‌ها و مشتقات آنها

- اسیدهای پلی کربوکسیلیک اترها و مشتقات آنها

- برخی پلیمرها مانند آکریلات‌ها

- طبقه‌بندی روان کننده‌ها (کاهنده‌های آب) بتن از نظر قدرت کاهندگی آب و میزان نحوه عملکرد

اصولاً این مواد بر سطح سنگدانه‌ها و سیمان اثر نموده و در سطح مشترک آب و این اجزاء بتن تغییراتی ایجاد می‌کنند. در سطح سیمان بار منفی به وجود آورده و ذرات یکدیگر را دفع و پراکنده می‌نمایند. حباب‌های هوا نیز از دانه‌ها و سیمان جدا می‌شوند و کارآیی افزایش می‌یابد.

قدرت افزودنی‌های مختلف از نظر روان‌کنندگی یا کاهندگی آب متفاوت است و به صورت زیر می‌باشد. قدرت این مواد بر حسب میزان کاهش آب مشخص می‌شود نه قدرت روان کردن آنها.

  1. روان کننده‌ها (کاهنده‌های آب) معمولی یا نسل اول این مواد.

موادی که قدرت کاهندگی آب در آنها حداکثر ۱۵ درصد برای بتن روان‌تر و ۱۰ تا ۱۲ درصد بتن‌های نیمه شل می‌باشد جزء این دسته هستند.

مواد حباب‌زا، اسیدهای کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و نمک‌های آنها و مشتقات و مواد تغییر یافته آنها، لیگنوسولفونات‌ها و اسیدهای آنها و مشتقات و مواد تغییر یافته این مواد، همچنین کربوهیدرات‌ها، پلی‌ساکاریدها و اسیدهای شکر و گلوکونات‌ها را می‌توان در این دسته (نسل اول) قرار داد. به هر حال این قدرت کاهش آب برای میزان ماده توصیه شده نباید کمتر از ۵ درصد باشد.

این مواد معمولاً میزان مصرف کاملاً متفاوت دارند. لیگنوسولفونات‌ها بسیار رایج بوده و به صورت پودر قهوه‌ای تیره است که ۴۰ گرم از آنها در ۶۰ گرم آب حل می‌شود. چگالی مایع بین ۱۶/۱ تا ۱۸/۱ می‌باشد.

  1. روان کننده‌های ممتاز (کاهنده آب با دامنه زیاد) یا فوق روان کننده نسل اول و روان کننده نسل دوم در دسته دوم قرار می‌گیرند. در این‌ مواد قدرت کاهندگی آب در بهترین شرایط حداکثر ۲۵ درصد و معمولاً محدود به ۱۸ تا ۲۰ درصد می‌باشد. به هر حال حداقل قدرت کاهش آب در آنها برای میزان ماده توصیه شده نباید از ۱۲ درصد کمتر باشد. این مواد در دهه ۷۰ میلادی مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

مولکول‌های سنگین و زنجیره‌های طولانی پلیمری مانند فرم آلدئید نفتالین سولفوناته فشرده و فرم آلدئید ملامین سولفوناته فشرده از جمله معروفترین و پر مصرفترین این دسته از روان کننده‌ها می‌باشند. این مواد به ترتیب به صورت پودر قهوه‌ای تیره و سفید هستند که ۳۵ گرم آنها در ۶۵ گرم آب حل می‌گردد.

چگالی محلول نوع نفتالینی ۱۷/۱ تا ۲۰/۱ و نوع ملامینی ۰۹/۱ تا ۱۲/۱ می‌باشد.

  1. ابر روان کننده‌ها (فوق روان کننده‌های ممتاز) یا فوق روان کننده نسل دوم و روان کننده نسل سوم که در دسته سوم قرار می‌گیرند.

این مواد در بهترین شرایط دارای قدرت کاهندگی آب حداکثر ۳۵ تا ۴۰ درصد هستند و معمولاً در بتن‌های نیمه شل به ۳۰ درصد محدود می‌شود. این مواد باید چسبندگی مناسبی را به وجود آورد.

اسیدهای پلی کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و مواد اتری، همچنین آکریلات‌ها از جمله این دسته مواد هستند. در دهه ۸۰ میلادی به تدریج ساخته شده و در دهه ۹۰ میلادی مصرف آنها رایج گردید. تولید و مصرف آنها نتیجه جذابیت بکارگیری فوق روان کننده‌های نسل اول و نتایج مصرف آنها در افزایش کارآیی، مقاومت و دوام بتن‌ها بود زیرا سعی داشتند بتوانند کاهش آب بیشتری را داشته باشند.

معمولاً این مواد به شکل مایع می‌باشد و چگالی آنها به صورت معمول بین ۰۵/۱ تا ۰۷/۱ است.

- طبقه بندی روان کننده‌ها از نظر نوع عملکرد در مورد گیرش، تسریع در کسب مقاومت ، کند کردن، حفظ روانی و سایر خواص بتن تازه یا سخت شده:

این مواد از نظر قدرت روان کنندگی و هم چنین از نظر گیرش و روند کسب مقاومت‌های اولیه در ASTM C494 و ASTM C1017 دسته‌بندی شده‌اند. در ASTM C494 افزودنی‌های روان کننده ( یا کاهنده آب) به ۵ دسته تقسیم شده‌اند.

نوع A :  کاهنده آب معمولی (خنثی) با حداقل ۵ درصد قدرت کاهندگی آب

نوع D :  کاهنده آب و دیرگیر کننده با حداقل ۵ درصد قدرت کاهندگی آب و دیرگیری مشخص

نوع E :  کاهنده آب و تسریع کننده با حداقل ۵ درصد قدرت کاهندگی آب و زودگیری و کسب مقاومت اولیه بیشتر

نوع F :  کاهنده قوی آب (خنثی) با حداقل ۱۲ درصد قدرت کاهندگی آب و کسب مقاومت اولیه بیشتر

نوع G :  کاهنده قوی آب و دیر کننده با حداقل ۱۲ درصد قدرت کاهندگی آب و دیرگیری اما کسب مقاومت اولیه بیشتر

در این تقسیم‌بندی عملاً کاهنده قوی آب با خاصیت زودگیری وجود ندارد بلکه کسب مقاومت اولیه بیشتر مد نظر بوده است و محدودیت‌های مربوط به مقاومت و زمان گیرش اولیه و نهایی از نظر انحراف نسبت به مخلوط کنترل پیش‌بینی شده است در ASTM C1017 افزودنی‌هایی که تولید بتن روان خود تراکم یا خود تراز (Flowing concrete) می‌نماید به دو دسته تقسیم شده‌اند که مسلماً جزء فوق روان کننده‌های قوی قرار دارند.

نوع A : روان کننده (خنثی) (Plasticizer)

نوع B : روان کننده دیرگیر کننده(Plasticizer and Retarder)

نوع A و B حداقل افزایش حدود ۹۰ میلیمتر را باید نسبت به مخلوط کنترل ایجاد نمایند و مقاومت ۳ روزه، ۷ و ۲۸ روزه و ۶ ماهه و یک ساله آنها نسبت به مخلوط کنترل نباید از ۹۰ درصد کمتر باشد.

نوع A نباید انحرافی بیشتر از یک ساعت زودتر یا ۵/۱ ساعت دیرتر در زمان گیرش به وجود آورد (گیرش اولیه و نهایی).

نوع B باید در گیرش اولیه انحرافی به میزان ۱ ساعت دیرتر تا ۵/۳ ساعت دیرتر به وجود آورد و در گیرش نهایی باید حداکثر ۵/۳ ساعت تأخیر ایجاد نماید.

برای اطلاعات بیشتر در مورد مخلوط کنترل به آیین نامه های ASTM مراجعه شود.

در هر دو مشخصات استاندارد C494 و C1017 در مورد محدودیت‌های مقاومت خمشی، تغییر طول (جمع‌شدگی) و افزایش طول و حداقل فاکتور دوام منظور شده است.

برخی افزودنی‌های روان کننده ذاتاً از کندگیری برخوردار هستند. اما می‌توان با تغییراتی در یون فلزی نمک آنها در این امر تغییراتی ایجاد نمود. مثلاً لیگنوسولفونات‌ها ذاتاً کندگیر هستند و به عنوان یکی از مواد کندگیر (دیرگیر) کننده دسته نوع B طبق ASTM C494 کاربرد وسیعی دارند. یون کلسیم باعث کندگیری و یون سدیم باعث زودگیری در مقابل کندگیری می‌شود. به هر حال لیگنوسولفونات‌ها معمولاً نمی‌توانند در دسته F و G و یا نوع A و B قرار گیرند.

معمولاً فرم آلدئید ملامین سولفوناته فشرده ذاتاً زودگیرتر از بقیه هستند اما با افزودن مواد کندگیر به آنها در این خاصیت تغییراتی ایجاد می‌شود در حالی که نوع نفتالینی آن ذاتاً کندگیرتر می‌باشد.

وجود روان کننده‌هایی که یون Na (سدیم) دارند به جای کلسیم‌دار و در مواردی مشکل‌زا است. اگر واکنش‌زایی سنگدانه‌ها با قلیایی‌ها را داشته باشیم افزودن اینگونه روان کننده‌ها موجب تشدید واکنش زایی و انبساط می‌شوند.

حفظ چسبندگی به ویژه برای Flowing Concrete ضروری است وگرنه با افزایش شدید روانی، شاهد جداشدگی خواهیم بود. معمولاً در این گونه بتن‌ها، ریز دانه بیشتر مصرف می‌شود و گاه از مواد لزجت زا (VMA) استفاده می‌گردد.

نحوه عملکرد مواد روان کننده در بسیاری موارد تابع میزان C3A در سیمان گزارش شده است. مثلاً سیمان نوع ۵ به فوق روان‌کننده کمتری نیاز دارد. به هر حال در سیمان با C3A کم ممکن است این مواد، کندگیری بیشتری ایجاد نمایند.

برخی روان کننده‌های معمولی (نسل اول) حباب‌زایی دارند در حالی که نسل دوم معمولاً فاقد حباب‌زایی می‌باشند.

به هرحال جداشدگی و آب انداختن و کندگیری و تغییر در میزان حباب هوا محتمل است. تأثیر شدید بر جمع شدگی، خزش، مدول E برای روان کننده‌ها گزارش نشده است و افت مقاومت در طول زمان مطرح نگردیده است. با مصرف دوده سیلیسی ، روان کننده‌های معمولی به کار نمی‌آیند و لازم است از فوق روان کننده‌ها استفاده شود.

  • اصطلاحات بازار و نکات مهم خرید: عملكرد افزودني‌ها از هر نوع و طبقه با يكي از شيوه‌هاي زير بررسي مي‌شوند. اين شيوه‌ها ممكن است به تنهايي يا باهم در تشخيص و انتخاب يك افزودني مورد توجه قرار گيرند.

- نتايج حاصل از كاربرد موفقيت‌آميز يك افزودني در كارهاي مشابه قبلي كه تحت شرايط كنترل شده كارگاهي انجام شده باشد. در اين روش بايد تا حد امكان شرايط كار و مصالح مرجع انتخابي شبيه به شرايط كارگاه باشد.

- انجام آزمايش‌های كارگاهی با مصالح و شرايط موجود در محل كارگاه و در شرايط دمايی مختلف.

- كتب و نشريات فني و اطلاعات ارائه شده از سوي توليدكنندگان

با استفاده از روش‌هاي فوق محدوده مقادير مصرفي و حد بهينه آن تعيين مي‌شود و اثرات احتمالي ناشي از مصرف بيش از حد مورد بررسي قرار مي‌گيرد. ولي لازم است اطلاعات كاملي از عملكردهاي قبلي يك افزودني و نتايج آن كه بيانگر محدوده مقادير مصرف باشد، در اختيار مصرف‌كننده قرار گيرد. بديهي است كه نتايج تاثير يك افزودني معين بر انواع سيمان، مقدار سيمان، نوع سنگدانه‌ها، شرايط آب و هوا و شرايط ساخت بتن متفاوت است. ولي، محدوده تعيين شده از سوي توليدكننده مي‌تواند در هر کارگاه ملاك سنجش قرارگيرد.

تاخيري كه تحت تاثير مصرف کندگيرکننده درگيرش بتن بوجود مي‌آيد، موجب آرامش در روند كسب مقاومت اوليه مي‌شود. بتن‌هايي كه به آرامي‌كسب مقاومت اوليه مي‌كنند عموماً داراي مقاومت‌هاي دراز مدت بيشتري هستند.

  • شرایط حمل و نگهداری کارگاهی: معمولادر گالن‌های ۲۵ کیلوگرمی، بشکه‌های ۲۲۰ کیلویی و مخازن بزرگ عرضه می‌شود.

بایستی در ظروف اصلی خود و در دمای ۵ تا ۳۷ درجه سانتیگراد نگهداری شود. در صورت یخ زدن می‌توانید آن را به آرامی گرم نموده و هم بزنید تا دوباره بازیافت شود. عدم رعایت شرایط انبارداری مناسب ممکن است باعث آسیب دیدن محصول و یا ظرف آن گردد. سه عامل در نگهداري مواد افزودني مهم هستند:

- سهولت در شناسايي

- رطوبت و دمايي كه در آن نگهداري مي‌شوند.

- وجود برچسب بر روی ظروف و بشكه‌ها به گونه‌اي که محتويات آنها را به وضوح نشان دهد.

مواد افزودني خشك (پودري) در مقايسه با سيمان پرتلند حساسيت بيشتري به دي‌اكسيدكربن و رطوبت دارند. لذا اين مواد بايد در كيسه‌هاي ضد رطوبت بسته‌بندي شوند و براي جلوگيري از كلوخه‌شدن آنها به دور از رطوبت و دماهاي زياد نگهداري شوند.

مخازن ذخيره مايعات بايد داراي دريچه‌هاي مناسب ورودي و بازشو باشند و اين دريچه‌ها بايد در هنگامي كه مورد استفاده قرار نمي‌گيرند، كاملاً بسته شوند.

بيشتر مواد افزودني به جز بعضي از ضد رطوبت‌ها و مواد شتاب‌دهنده بدون كلر و مواد هوازا به شكل محلول‌هايي هستند كه در ۳- درجه سيليسيوس يخ مي‌زنند. بنابراين بايد در مقابل يخ‌زدگي حفاظت شوند. در انباركردن بعضي از مواد مانند امولسيون‌ها نياز به مراقبت بيشتري است و دستورالعمل‌هاي سازنده آن بايد دقيقاً رعايت شود.

در مناطقی با زمستان‌‌هاي ملايم مي‌توان اكثر مواد را در بشكه‌ و در انبارهاي محصور، بدون وسيله گرمايي، بدون نگرانی از يخ‌زدگي انباركرد. در زمستان‌هاي سخت امكانات ويژه‌اي براي جلوگيري از يخ‌زدگي افزودني‌هاي مايع بايد به‌كاربرد. استفاده از انبارهاي محصور گرم در اين شرايط رايج است. لازم است از كليه تجهيزات شامل مخازن نگهداري، خطوط انتقال و خطوط متصل به بتن‌ساز نيز محافظت شود. در مناطق با آب‌ و هواي معتدل استفاده از مخازن فلزي عايق‌بندي شده يا پلاستيكي نيز امكان‌پذير است. در شرايط يخ‌بندان و هوای سرد، مخازن ذخيره‌سازي و محتويات آنها يا بايد گرم شوند و يا در يك محيط گرم قرار داشته باشند. روش دوم به دلايل زير ترجيح داده مي‌شود.

- چنانچه مخزن ذخيره مجهز به لوله‌هاي مارپيچ آب گرم يا بخار باشد، بايد دقت شود كه گرم كردن از حد مجاز ارايه شده توسط توليدکننده تجاوز نكند. زيرا دماي زياد مي‌تواند در برخي از اين مواد تاثير منفي داشته باشد.

- بعضي از المنت‌هاي حرارتي ممكن است به‌طور موضعي ماده افزودني را بيش از اندازه گرم كنند و باعث تجزيه حرارتي و ايجاد گازهاي انفجاري شوند.

- ممكن است اتصالات الكتريكي گرم كننده‌ها (نواري، ميله‌اي و غيره) قطع شوند و باعث يخ‌زدن ماده افزودني  و يا آسيب ديدن سيستم حرارتی و دستگاه‌های اندازه‌گيری شوند.

- معمولاً هزينه به‌كارگيري المنت‌هاي ميله‌اي و نواري  بيشتر از هزينه گرم نگهداشتن يك انبار در بالاتر از دماي انجماد است.

- يك انبار گرم نگهداري ماده‌ افزودني نه تنها مخازن ذخيره، بلكه پمپ‌ها، دستگاه‌هاي اندازه‌گيري، شيرها و شيلنگ‌هاي ماده افزودني را از يخ‌زدگي و از ساير مسايل مانند گرد و خاك، باران و افراد متفرقه حفاظت مي‌نمايد، به‌علاوه چون دماي نگهداري در طول سال كمتر در معرض تغييرات شديد قرار مي‌گيرد، گرانروي ماده افزودني ثابت‌تر مي‌ماند و دستگاه‌هاي اندازه‌گيري احتياج به تنظيم كمتري پيدا مي‌كنند.

- اگر مخازن نگهداري و شيلنگ‌ها از جنس پلاستيك باشند بايد دقت شود از گرم كردن بيش از اندازه آنها پرهيز شود تا اين مواد به نقطه نرم‌شدگي و پارگي نرسند.

۷- سيستم‌ هواكش مخازن بايد به گونه‌اي طراحی شود كه از ورود هرگونه مواد خارجي به داخل مخزن جلوگيري شود. به همين صورت براي اجتناب از آلودگي بايستی روی مجاري پركردن و ديگر بازشوها در مواقعي كه استفاده نمي‌شوند درپوش گذاشته شوند.

۱-۲-۵. نحوه اجرای کلی:

برای این که در عمل با افت اسلامپ مواجه نشویم برخی روان کننده‌ها یا فوق روان کننده‌ها را دیرتر به بتن می‌افزایند یا بخشی از آنها را در دیگ مخلوط کن بتن ساز می‌ریزند و بخشی دیگر را در محل به داخل تراک میکسر اضافه نموده و خوب مخلوط می‌کنند تا از خاصیت روان کنندگی به مدت طولانی‌تری بهره برند. مقدار مصرف افزودنی معمولاً بر حسب درصد وزنی سیمان داده می‌شود اما برای مواد مایع گاه حجم آن را به ازاء ۱۰۰ کیلو سیمان مطرح می‌کنند. روان‌کنندهای بتن به هيچ عنوان نبايد با چشم تماس پيدا كند. بنابراين استفاده از عينك ايمنی جهت پيشگيری از تماس با چشم توصيه مي‌گردد (شکل ۸). از تماس این مواد با پوست خصوصاً تماس مداوم باید جلوگيری نموده و تا حد امکان در هنگام كار از دستكش استفاده کرد. در صورت تماس با چشم، چشم را با آب فراوان و خنك شستشو داده و به پزشك مراجعه كنيد. در صورت تماس با پوست آن را با آب و صابون بشوييد و در صورت بروز حساسيت با پزشك مشورت كنيد. شايان ذکر است که کاربرد فوق روان کننده می‌تواند منجر به افت اسلامپ با گذشت زمان شود. که خود این پدیده (افت اسلامپ) به عواملی دیگر نظیر: دما، نوع سیمان و ساختار شیمیایی آن مرتبط است.البته در تحقيقات انجام شده، مشاهده شده است که افت اسلامپ در مورد نسل‌های قديمی فوق روان‌کننده‌ها بسيار سريع‌تر از نسل جديد (بر پايه پلی کربوکسيلات‌ها) صورت می‌گيرد. اين مشکل را می‌توان توسط افزودن فوق روان کننده در فاصله زمانی کمی قبل از بتن‌ریزی حل کرد. البته باز هم به دليل عدم امکان کنترل ميزان فوق روان‌کننده در محل اجرا، ممکن است مشکلاتی در فرآيند ايجاد شود. راه حل ديگر استفاده از یک تأخیرانداز همراه با فوق روان کننده است. این کار باعث تأخیر در فرآیند سخت شدن بتن در سطوحی که سریع خشک می‌شوند، خواهد شد.

همواره از مصرف بیش از حد مجاز توصیه شده توسط سازنده ماده افزودنی بتن جدا خودداری کنید. اما دامنه عواقب ناشی از مصرف بیش از حد مواد افزودنی کاهنده آب بتن بسته به میزان استفاده می‌تواند شامل جدا شدگی سنگدانه‌ها، آب انداختگی بتن، تاخیر زمان گیرش، بروز ترک‌های ناشی از به تعویق افتادن گیرش، به تعویق افتادن زمان حصول مقاومت فشاری در سنین ۷ و ۲۸ روز تا مرگ کامل بتن باشد.

نکته:

- روان کننده‌ها با بیشتر سیمان‌ها قابل استفاده هستند.

- اثرات ناشی از هر افزودنی بستگی به مقدار مصرف و طبیعت آن دارد.

- روان کننده‌ها معمولاً به مقدار ۱/۰ تا ۴/۰ درصد وزن سیمان مصرف می‌شود.

- با توجه به کیفیت آنها باید نحوه مصرف و توزیع یکنواخت آنها در بتن به دقت کنترل شود.به همین دلیل محصولات محلول در آب بر نوع خشک و پودری آنها ارجحیت دارند.

Concrete Admixtures 3, 8-1. Concrete Admixtures 3, 8-2.

شکل ۸. استفاده از عینک، کلاه و کفش مناسب، در هنگام کار با بتن و مواد افزودنی آن در هنگام اجرای کار، ضروری است