انواع مواد افزودنی بتن

مواد افزودنی هوازا

مواد افزودنی هوازا به منظور ایجاد عمدی حباب­های میکروسکوپیکی هوا در بتن به کار می­روند. هوازایی، دوام بتنی را که در حین یخ زدن و آب شدن در معرض رطوبت قرار دارد، به نحو چشمگیری بهبود می­بخشد. حباب­های ایجاید شده هوا، مقاومت بتن در برابر  پوسته شدگی ناشی از یخ زداهای شیمیایی را بسیار بالا می برد. کارایی بتن تازه نیز به نحو چشمگیری بهبود می یابد، و جداشدگی وآب انداختگی آن کاهش می­یابد یا کلا حذف می­شود. بتن هوازایی شده داری حباب­های هوای  بسیار ریزی است که به طور یکنواخت در داخل خمیر سیمان پخش شده­اند. حباب­های هوا در بتن می­توانند با استفاده از سیمان هوازا، به کمک یک ماده افزودنی هوازا، یا از طریق ترکیبی از هر دو روش تولید شوند. سیمان هوازا، عبارت است از سیمان پرتلندی که یک ماده مضاف هوازا در مراحل  تولید همراه با کلینکر آن آسیاب شده باشد. از سوی دیگر، یک ماده افزودنی هوازا  قبل از اختلاط یا در حین اختلاط مستقیما به مصالح بتن اضافه می­شود. مواد مضاف هوازا برای استفاده در تولید سیمان­های هوازا باید با ضوابط ASTM C226 مطابقت داشته باشند. ضوابط کاربردی مربوط به سیمان­های هوازا در ASTM C150 آورده شده اند.

مواد افزودنی کاهنده آب

مواد افزودنی کاهنده آب برای کاهش مقدار آب اختلاط مورد نیاز برای تولید  بتنی با اسلامپ مشخص، به منظور کاهش نسبت آب  به سیمان، یا به منظور افزایش اسلامپ مصرف می شوند. کاهنده های  متعارف آّب، مقدار آّب را تقریبا 5تا10درصد کاهش می دهند. کاهنده های ممتاز آب مقدار آب را بین 12تا30 درصد کاهش می­دهند (به ((فوق روان­کننده­ها)) مراجع شود). افزودن ماده افزودنی کاهنده آب به یک مخلوط، چنانچه از مقدار آب  اختلاط آن کاسته نشود، می­تواند مخلوطی با اسلامپ بسیار بالا تولید کند. با همه این­ها، میزان افت اسلامپ کاهش نمی­یابد و در بسیاری موارد ممکن است افزایش یابد. افت اسلامپ سریع منجر به کاهش کارایی و زمان کم­تری برای بتن ریزی می­شود.

به طور کلی، استفاده از مواد افزودنی کاهنده آب، چنانچه نسبت آب به سیمان کاهش یابد، با افزایش مقاومت توام است. مواد افزودنی کاهنده آب، علیرغم کاهش در مقدار آب، ممکن است باعث افزایش چشمگیری در جمع­شدگی ناشی از خشک شدن شوند. بهره­گیری از کاهنده آب به منظور کاهش مقدار سیمان و آّب، در حالی که نسبت آب به سیمان ثابت نگه داشته شود، می­تواند به مقاومت فشاری یکسان یا کاهش یافته منجر شود و نیز ممکن است افت اسلامپ را دو برابر یا بیش تر کند.

کاهنده های آّب، بسته به ترکیب شیمیایی شان، ممکن است آب انداختگی را کاهش یا افزایش دهند و یا بر آن اثری نداشته باشند. بسیاری از مواد افزودنی کاهنده آب می توانند زمان گیرش  را نیز به تاخیر اندازند. برخی از این مواد چنان تنظیم می شوند که تا درجات مختلفی تاخیر ایجاد کنند، در حالی که بعضی دیگر،اثر چشمگیری بر زمان گیرش ندارند. برخی مواد افزودنی کاهنده آب مانند لیگنوسولفونات­ها ممکن است مقداری هوا نیز در بتن ایجاد کنند.

میزان تاثیر کاهنده­های آب بر بتن، تابعی از ترکیب شیمیایی آن­ها،دمای بتن، ترکیب شیمیایی و ریزی سیمان، مقدار سیمان، و وجود سایر مواد افزودنی است. برخی از کاهنده­های آب در مخلوط­های کم سیمان و با سیمان­های با قلیایی کم یا مقدار تری کلسیم آلومینات پایین، کارآمدترند.

مواد افزودنی کندگیرکننده

مواد افزودنی کندگیرکننده باری کند کردن میزان گیرش بتن به کار گرفته  می­شوند. دماهای بالای بتن تازه (c29 تا c32) غالبا علت افزایش میزان سخت شدن بتن به شمار می­آیند که عملیات بتن ریزی و پرداخت را با مشکل مواجه می­کنند. یکی از عملی­ترین روش­هاش مقابله کردن با این اثر، کاهش دمای بتن با استفاده از خنک کردن آب اختلاط یا سنگدانه­هاست. کندگیرکننده­ها دمای اولیه بتن را کاهش نمی­دهند.

کند گیر کننده ها گاهی به منظور: (1) جبران اثر تسریع کنندگی هوای گرم روی گیرش بتن؛ (2) ایجاد تاخیر در گیرش اولیه بتن یا دوغاب، وقتی شرایط دشوار یا نامعمول در بتن ریزی رخ دهد، مانند بتن ریزی در شالوده ها و پایه های بزرگ پل ها، سیمان کاری چاه های نفت، پمپ کردن دوغاب یا بتن در مسافت های طولانی؛ یا (3) ایجاد تاخیر در گیرش برای انجام عملیات خاص پرداخت کردن مانند پرداخت سط با سنگدانه نمایان، مورد استفاده قرار می گیرند.

از آنجا که بیش تر کندگیر کننده ها به عنوان کاهنده های آب نیز عمل  می کنند، به همین دلیل این مواد غالبا دیر گیر کننده های کاهنده اب نامیده می شوند. کندگیر کننده ها ممکن است مقداری حباب هوا نیز در بتن ایجاد کنند. به طور کلی، استفاده از کندگیر کننده ها با مقداری کاهش مقاومت در سنین اولیه (1تا3روز)  همراه است. آثار این مواد بر سایر خواص بتن، مانند جمع شدگی، قابل پیش بینی نیست. بنابراین، برای پذیرش کندگیر کننده ها باید آزمایش های قابل اعتمادی با استفاده از مصالح کارگاهی و تحت شرایط مورد انتظار کارگاه انجام گیرد.

مواد افزودنی تسریع کننده

ماده افزودنی تسریع کننده، به منظور تسریع در کسب مقاومت بتن در سنین اولیه، به کار می رود. کسب مقاومت بتن می تواند با : (1) استفاده از سیمان پرتلند نوع ш با مقاومت اولیه بالا، (2) کاهش نسبت آب به سیمان از طریق افزایش 60تا 120 کیلو گرم سیمان اضافی در متر مکعب بتن، یا (3) عمل آوردن بتن در دماهای بالاتر، نیز تسریع شود.

کلسیم کلرید(CACL₂)  متداول ترین ماده ای است که در مواد افزودنی تسریع کننده کار می رود. این ماده باید با ضوابط ASTM D98 همخوانی داشته باشد و باید بر طبق ASTM D345 نمونه گیری و آزمایش شود. کاربرد فراگیر مواد افزودنی تسریع کننده کلسیم کلریدی، اطلاعات و تجربیات بسیاری را درباره اثر آن ها روی خواص بتن فراهم ساخته است. کلسیم کلرید در کنار تسریع رشد مقاومت بتن، باعث افزایش در  جمع شدگی ناشی از خشک شدن، افزایش پتانسیل خوردگی آرماتور، و تغییر رنگ (بتن تیره تر) می شود.

کلسیم کلرید ماده ای ضد یخ نیست. وقتی این ماده در کمیت های مجاز به کار برده شود، نقطه انجماد بتن را بیش تر از چند درجه کاهش نخواهد داد. تحت هیچ شرایطی نباید سعی شود محافظت بتن در برابر یخ زدن، با این روش انجام گیرد، بلکه باید در هوای سرد، اقدامات و روش های احتیاطی قابل اعتماد و اثبات شده، به کار گرفته شوند .

کلسیم کلرید باید به صورت محلول و به عنوان جزئی ازآب اختلاط، به مخلوط بتن اضافه شود. چنانچه این ماده به صورت خشک به بتن اضافه شود، ممکن است در حین اختلاط، تمامی ذرات خشک کاملا حل نشوند. وجود کلوخه های حل نشده کلسیم کلرید می توانند به بیرون پریدگی یا بروز لکه های تیره در بتن سخت شده انجام اند.

مقدار کلسیم کلرید افزوده شده نباید از آنچه که برای  تولید نتایج مطلوب لازم است بیش تر باشد، و این مقدار نباید در هیچ  حالتی از 2 درصد وزن سیمان تجاوز کند. درهنگام محاسبه مقدار کلرید در کلسیم کلرید های موجود در بازار، می توان فرض کرد:

1.پولکی معمولی حاوی حداقل 77 درصد Cacl₂ است.

2.پولکی تغلیظ شده، کلوخه ای، یا دانه ای شکل حاوی حداقل 94 درصد cacl₂ است.

مصرف بیش از اندازه، می تواند موجب بروز مشکلاتی در بتن ریزی شود و ممکن است برای بتن زیان آور باشد، زیرا این ماده ممکن است باعث سفت شدن سریع، افزایش زیاد جمع شدگی ناشی از خشک شدن، خوردگی آرماتور ، و افت مقاومت در سنین بالاتر شود.

موارد کاربردی که باید کلسیم کلرید را با احتیاط در آن های به کار برد، عبارت اند از:

1.بتنی که با بخار عمل آورده می شود.

2.بتنی که حاوی فلزات مدفون نامشابه است، به ویژه اگر این فلزات به طور الکتریکی به آرماتورهای فولادی متصل شده باشند.

3.دال های بتنی که روی قالب های دائمی از جنس فولاد گالوانیزه تکیه داشته باشند.

4.بتن رنگی

استفاده از کلسیم کلرید یا موا افزودنی که حاوی کلرید های محلول باشند، تحت شرایط زیر توصیه نمی شوند:

1.در بتن پیش تنیده به علت امکان خطرات خوردگی

2.در بتنی که آلومینیم در آن کار گذاشته شده است( مانند غلاف)، زیرا می تواند منجر به خوردگی شدید آلومینیم شود، به خصوص اگر آلومینیم در تماس با فولاد کار گذاشته شده باشد و بتن در محیطی مرطوب قرار داشته باشد.

3.در بتنی که در معرض واکنش قلیایی سنگدانه قرار دارد یا در بتنی که در تماس باخاک یا آب حاوی سولفات ها باشد.

4.در دال های کف که پرداخت فلزی می شوند.

5.به طور کلی در هوای گرم

6.در بتن ریزی های حجیم

حداکثر مقدار یون کلرید برای محافظت بتن مسلح در برابر خوردگی، پیشنهادی ACI 318، در جدول زیر درج شده است. با افزایش ضخامت پوشش روی آرماتورهای فولادی و کاهش نسبت آب به سیمان می توان مقاومت در مقابل خوردگی فولاد های کار گذاشته شده را بیش تر بهبود بخشید.

تسریع کننده های غیر کلریدی غیر خورنده ای یافت می شوند  که می توان آن ها را در بتنی که به کار بردن زودگیر کننده های کلریدی در آن توصیه  نمی شود، مصرف کرد با همه این احوال، بسیاری از تسریع کننده های غیر کلریدی به اندازه کلرید کلسیم تاثیر ندارند و گران تر هم هستند.

حداکثر مقدار یون کلرید برای محافظت در برابر خوردگی

فوق روان کننده ها (کاهنده های آب ممتاز)

فوق روان کننده ها، کاهنده های آب ممتازی اند که ضوابطASTM C1017 و ضوابط مربوط به نوع های F وG از ASTM C494 را تامین می کنند و به بتن با اسلامپ و نسبت آب به سیمان پایین تا معمولی اضافه می شوند تا بتن  روان با اسلامپ بالا تولید کنند. بتن روان، بتن بسیار سیال اما کارایی است که می تواند بدون لرزاندن یا متراکم کردن، ویا با اندکی لرزاندن یا متراکم کردن در محل ریخته شود و در عین حال فاقد آب انداختگی یا جداشدگی باشد. بتن روان در: (1) بتن ریزی مقاطع نازک؛ (2) در نواحی با آرماتور بندی فشرده به هم؛ (3) در بتن ریزی با قیف و لوله (بتن ریزی زیر آب)؛ (4) در بتن پمپ شونده به منظور کاهش فشار پمپ و در نتیجه افزایش ظرفیت ارتفاعی و فاصله ای پمپ؛ (5) در مناطقی که نمی توان از روش های معمول بتن ریزی استفاده کرد یا به کار بردن این روش ها غیر عملی باشند؛ و (6) برای کاهش هزینه های مربوط به انتقال بتن، مصرف می شود. افزودن یک فوق روان کننده به بتنی با اسلامپ mm75، به راحتی بتن با اسلامپ mm225 تولید می کند. بتن روان، مطابق تعریف ASTM C1017، بتنی با اسلامپ بیش تر از mm190 است که هنوز خواص چسبندگی و انسجام خود را حفظ کرده باشد. اسلامپ های بسیار بالا، حدود mm250 یا بیش تر ممکن است موجب جداشدگی در بتن شوند.

کاهنده های آب ممتاز (ASTM C1017 و انواع F و G از ASTM C 494) را می توان برای ساخت بتن مقاومت بالا با نسبت پایین آب به سیمان، با کارایی در محدوده های متعارف که برای متراکم کردن به کمک لرزاننده های داخلی مشخص شده ان، نیز به کار گرفت. با استفاده از این مواد افزودنی می توان به کاهش آبی معادل 12 تا 3 درصد دست یافت. کاهش مقدار آب و کاهش نسبت آب به سیمان علاوه بر فراهم آوردن سایر خواص سودمند مرتبط با بتن هایی با نسبت پایین آب به سیمان، می تواند به تولید بتن هایی با: (1) مقاومت فشاری نهایی بیش تر از Mpa70 ؛ (2) رشد مقاومت اولیه بالاتر؛ و (3) نفوذ یون کلرید کم تر، منجر شود.

برای تولید بتن های کارا، کاهنده های آب ممتاز عموما موثرتر ولی گران تر از مواد افزودنی کاهنده آب معمولی اند. مدت زمان تاثیر اکثر فوق روان کننده ها در افزایش کارایی یا روان کردن بتن، کوتاه است (30 تا 60 دقیقه) و کاهشی سریع در کارایی (افت اسلامپ) به دنبال دارند. به سبب همین افت اسلامپ، این مواد افزودنی غالبا در محل بتن ریزی به بتن افزوده می شوند. کاهنده های آب ممتاز با حفظ اسلامپ طولانی تر که در محل ساخت بتن به آن افزوده می شوند، برای حل مشکلات ناشی از افت اسلامپ سودمندند. زمان گیرش، بسته به ترکیب شیمیایی ماده افزودنی کاهنده آب ممتاز، میزان مصرف آن، و بر هم کنش آن با سایر مواد افزودنی موجود در مخلوط بتن، ممکن است شتاب گیرد یا کند شود.

بنابر آزمون های انجام شده، برخی از بتن های حاوی فوق روان کننده از مخلوط های بتن کنترل با نسبت آب به سیمان یکسان آب انداختگی بیش تری دارند، ولی نسبت به مخلوط های بتن کنترل با اسلامپ بالا و یکسان، آب انداختگی کمتری از خود بروز می دهند. بتن حاوی فوق روان کننده با اسلامپ بالا و مقدار آب پایین نسبت به بتن معمولی اسلامپ بالا با مقدار آب بالا، از جمع شدگی ناشی از خشک شدن کم تری برخوردار است، ولی جمع شدگی ناشی از خشک شدن آن بزرگتر یا مساوی با بتن معمولی اسلامپ پایین با مقدار آب پایین است.

با افزایش مقدار سیمان و ریز دانه ها در بتن، میزان تاثیر فوق روان کننده افزایش می یابد. میزان تاثیر فوق روان کننده به اسلامپ اولیه بتن نیز بستگی دارد.

بتن هوازایی شده حاوی فوق روان کننده نسبت به بتن هوزایی شده معمولی دارای حباب های هوای ایجاد شده بزرگ تر و ضرایب فاصله بزرگتری بین حباب های هواست. این موضوع به طور طبیعی بیانگر کاهش مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن است، هر چند که بررسی های آزمایشگاهی نشان داده اند که بتن حاوی فوق روان کننده، حتی با ضرایب فاصله ای بزرگ تر بین حباب ها، در برابر یخ زدن و آب شدن، از دوام مطلوبی برخوردار است. این موضوع ممکن است ناشی از نسبت های آب به سیمان پایین تر بتن های حاوی فوق روان کننده باشد.