استفاده و نگهداری بتن در سازه ها یا شرایط آب و هوایی و محیطی خاص در موارد مختلف نیاز به طرح اختلاط ویژه ای دارد که استفاده از انواع افزودنی بتن آن را میسر می سازد.
از افزودنی های بتن در محیط هایی که نیاز به بتن ریزی سریع و یا مقابله با سرما و یخبندان و همچنین حفظ سازه در تماس دیمی با آب و مبارزه با عواملی که باعث از بین رفتن بتن می شود، مورد استفاده قرار می گیرد.
در موارد مختلف نحوه استفاده از این افزودنی ها و مقدار ترکیبی آن قابل تغییر است. هدف از اضافه کردن افزودنی ها به بتن، بهبود عملکرد بتن در شرایط مختلف است. افزودنی ها، هزینه های ساخت و ساز را کاهش داده، خواص بتن سخت شده را تغییر می دهند و کیفیت بتن را در طول اختلاط، حمل و نقل، ریختن و فرآوری حفظ می کنند. این مواد به صورت آماده برای استفاده فروخته می شوند و در کارخانه یا در محل روی بتن اعمال می گردند.
مواد افزودنی بتن چیست؟
افزودنی بتن موادی هستند که برای اصلاح خصوصیات بتن استفاده می شوند. علاوه بر سیمان، آب و سنگدانه، مواد دیگری را قبل یا بعد از اختلاط به بتن اضافه می کنند. افزودنی ها را می توان برای کاهش هزینه های ساخت و اطمینان از کیفیت خاصی از بتن تازه ریخته شده استفاده کرد.
اگر مدیران پروژه در مرحله ساخت و ساز با مشکلاتی مواجه شوند، می توانند از افزودنی ها به عنوان یک اقدام اضطراری برای حل چالش های اجرا استفاده کنند. نسبت مواد افزودنی مورد استفاده در بتن، به افزودنی و غلظت سیمان وابسته بوده و متفاوت است. به طور کلی، مواد افزودنی بخش نسبتاً کمی از مخلوط بتن را تشکیل می دهند و به طور معمول، کمتر از پنج درصد استفاده می شوند.
تاریخچه مواد افزودنی بتن
تاریخچه مواد افزودنی با تاریخچه بتن سیمانی همراه است، یعنی قدمت آن به اندازه بتن است. اما اخیراً چند نوع افزودنی به نام های روان کننده و فوق روان کننده ساخته شده است. آن ها در حدود سال 1970 در ژاپن و آلمان توسعه یافته و بعداً در ایالات متحده آمریکا، اروپا، خاورمیانه و خاور دور و غیره استفاده شدند، اما این افزودنی ها در هند در حدود سال 1985 محبوب گشتند.
اهمیت استفاده از افزودنی های بتن
به غیر از سیمان، سنگدانه ها (ماسه) و آب، هر ماده ای که به بتن اضافه شود، ماده افزودنی محسوب می شود. حتی اگر این مواد همیشه مورد نیاز نباشند. افزودنی های بتن تحت شرایط خاصی به عنوان نیرو های کمکی عمل می کنند.
برای اصلاح خواص بتن نیز از افزودنی های مختلفی استفاده می شود. کاربرد های متداول شامل افزایش کارایی، افزایش یا کوتاه کردن دوره پخت و تقویت بتن می باشد. همچنین ممکن است از مواد افزودنی برای اهداف زیبایی شناختی مانند تغییر رنگ سیمان استفاده شود.
افزایش کارایی و مقاومت بتن در شرایط طبیعی با بهره گیری از علم مهندسی، اصلاح مواد تشکیل دهنده بتن و بررسی نوع سنگدانه ها و نسبت آب به سیمان امکان پذیر است. در موارد خیلی نادر یا شرایط خاصی مانند یخ زدگی، دمای بالا، افزایش سایش یا قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نمک های یخ زده یا سایر مواد شیمیایی، مواد افزودنی به بتن اضافه می شود.
مزایای انواع افزودنی بتن
مزایای استفاده از افزودنی های بتن عبارتند از:
- افزودنی ها میزان سیمان مورد نیاز را کاهش می دهند و بتن را مقرون به صرفه تر می کنند.
- مواد افزودنی بتن را کارآمدتر می کند.
- برخی از مواد افزودنی استحکام اولیه بتن را بهبود می بخشد.
- در مقایسه با بتن معمولی، برخی از افزودنی ها مقاومت اولیه را کاهش داده اما مقاومت نهایی را افزایش می دهند.
- افزودنی ها حرارت اولیه هیدراتاسیون را کاهش داده و از ترک های حرارتی در بتن جلوگیری می کنند.
- این مواد مقاومت بتن را در برابر اثر انجماد بهبود می بخشد.
- با استفاده از مواد افزودنی، مخلوط بتن حداکثر پایداری را حفظ می کند.
- با استفاده از این مواد می توان زمان گیرش بتن را کاهش داد.
- برخی از آنزیم های موجود در مواد افزودنی دارای خواص ضد باکتریایی هستند.
علاوه بر این، برخی از وظایف اولیه استفاده از افزودنی های بتن عبارتند از:
- می تواند آب مورد نیاز برای رسیدن به اسلامپ مورد نظر را 5-10 درصد کاهش دهد.
- سرعت گیرش بتن را به تاخیر می اندازد و در عین حال قابل استفاده نگه می دارد.
- اثرات هوای گرم را به تعویق می اندازد.
- توسعه مقاومت زودرس را تسریع می کند.
- استحکام اولیه سیمان را کاهش می دهد.
- زمان مورد نیاز پردازش را کم می کند.
- مصرف آب را 12 تا 30 درصد کاهش داده و در عین حال یک فرم بتن صاف و قابل کار تولید کند.
- برای کند کردن خوردگی فولاد تقویت کننده در بتن استفاده می شود.
- به بهبود عمل آوری بتن کمک می کند.
- انقباض بتن را کاهش می دهد.
- واکنش قلیایی – سیلیس را کم می کند.
- برای بهبود ظرفیت پمپاژ استفاده می شود.
- اتصال بتن به میلگرد را بهبود می بخشد.
- پیوند بین بتن موجود و جدید را تقویت می کند.
- مقاومت در برابر ضربه و سایش را افزایش می دهد.
- ملات یا بتن رنگی ایجاد می کند.
به طور معمول، مواد افزودنی با مخلوط کردن پودر با مایع ساخته می شوند. برخی از افزودنی ها مانند رنگدانه ها، کمک پمپاژ و مواد منبسط کننده، به صورت دستی به مخلوط بتن اضافه می شوند، زیرا به مقادیر کم نیاز دارند.
انواع افزودنی های بتن
مواد افزودنی با مخلوط سیمان و آب برای کمک به گیرش و سخت شدن بتن اضافه می شود. این مواد افزودنی به دو صورت مایع و پودری موجود هستند. ترکیبات شیمیایی و معدنی دو دسته از مواد افزودنی هستند. ماهیت پروژه تعیین کننده استفاده از مواد افزودنی است.
مواد افزودنی شیمیایی
برای انجام موارد زیر از مواد شیمیایی استفاده می شود:
- هزینه پروژه را کاهش می دهد.
- بر شرایط بتن ریزی اضطراری غلبه می کند.
- کیفیت را در کل فرآیند، از مخلوط کردن تا اجرا، تضمین می کند.
- بتن سخت شده را تعمیر می کند.
مواد افزودنی معدنی
مواد معدنی وظایف زیر را انجام می دهند:
- مقاومت بتن را افزایش می دهد.
- از منظر مالی، کاهش مقدار مواد برای مخلوط بتن امکان پذیر است.
- سطح نفوذپذیری را کاهش می دهد.
- ویژگی های بتن سخت شده را از طریق عمل هیدرولیکی اصلاح می کند.
انواع افزودنی های معدنی
1- افزودنی های معدنی خنثی و رنگدانه ها
این مواد به عنوان سنگدانه در بتن مصرف می شوند، معمولا مقاومت بتن را افزایش نداده و موجب بهبود کارایی و چسبندگی بتن هایی می شوند که کمبود ریزدانه دارند.
2- پوزولان ها
به مواد سیلیسی یا سیلیسی آلومینی که خود به تنهایی ارزش چسبانندگی ندارند و یا چسبندگی آن ها کم است، گفته می شود. پوزولان ها باعث کاهش سرعت و میزان حرارت حاصل از فرایند آبگیری سیمان شده و کارایی بتن را بهبود می بخشند. همچنین علاوه بر افزایش مقاومت بتن باعث ازدیاد پایای بتن از طریق کاهش نفوذ پذیری می شود.
3- افزودنی های شبه سیمانی
این مواد هنگامی که به نحوه مناسبی فعال می شوند، خواص سیمانی پیدا می کنند و خاصیت پنهان هیدرولیکی دارند. اعمال افزودنی های شبه سیمان بر روی بتن تازه و سخت شده باعث افزایش کارایی آن شده و زمان گیرش را به تاخیر می اندازد. از متداول ترین افزودنی های شبه سیمان می توان به روباره آهن گدازی محصول فرعی کارخانه ذوب آهن اشاره کرد.
طبقه بندی مواد افزودنی بتن بر اساس عملکرد آن ها
- کاهش مصرف آب: این مواد مقدار آب مورد نیاز برای اضافه شدن به بتن برای یک پروژه خاص را کاهش می دهند. این مواد افزودنی در پروژه های ساختمانی در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند.
- تسریع کننده: این ترکیبات فرآیند هیدراتاسیون سیمان را تسریع می کنند، که به ویژه در ماه های سردتر که بتن ریخته می شود، اهمیت دارد. کلرید کلسیم به عنوان تسریع کننده به بتن غیر مسلح اضافه می شود.
- هوا دهی: با وارد کردن حباب های میکروسکوپی هوا، این مواد افزودنی به تثبیت بتن کمک می کنند. این مواد از ترک خوردن بتن در هوای سرد جلوگیری می کنند.
- کاهش انقباض: از افزودنی های بتن در دال های بتنی، عرشه پل ها و سازه های مستعد ترک خوردگی و جمع شدگی استفاده می شود.
- ممانعت از خوردگی: این مواد افزودنی در مواردی که نمک کلرید به عنوان آلاینده باشد استفاده می شود. میلگرد ها می توانند توسط یون های کلرید خورده و زنگ زده شوند. پل ها، پارکینگ ها و ساختمان های دریایی مناطقی هستند که بیشترین نیاز را به این ماده شیمیایی دارند.
طبقه بندی انواع اصلی افزودنی های بتن
انواع اصلی افزودنی های بتن به شرح زیر است:
-
مواد افزودنی فوم بتن
افزودنی های فوم بتن برای به دام انداختن حباب های هوای میکروسکوپی در بتن استفاده می شود. این مواد با افزایش مقاومت بتن در برابر آسیب های یخ زدگی و ذوب شدن، دوام بتن را زیاد می کنند. هنگام کار با بتن، عوامل فوم دار عملکرد و مقاومت در برابر نفوذ آب را افزایش می دهند.
همچنین در هر یارد مکعب آب کمتری نسبت به بتن بدون مواد افزودنی کف کننده مصرف می کند و نسبت آب به سیمان را بهبود می بخشد. پلیمر های پلی اتیلن اکسید، چربی ها و روغن های خاص، مواد شیمیایی سولفونه شده و مواد شوینده به عنوان عوامل کف کننده استفاده می شوند.
-
افزودنی های کاهنده آب
افزودنی های کاهنده آب، مقدار آب مصرفی برای ایجاد بتن با قوام خاص را کاهش می دهند. همچنین بهبود اسلامپ بتن بدون افزودن آب و کاهش نسبت آب به سیمان امکان پذیر است.
با کاهش مقدار آب در سیمان، افزودنی‌های کاهنده آب می‌توانند مقاومت بتن را افزایش داده و عملکرد آن را حفظ کنند. اسیدهای سولفونیک لیگنین و نمک های فلزی معمولاً به عنوان افزودنی های کاهنده آب مورد استفاده قرار می گیرند.
-
نرم کننده ها
فوق روان کننده ها ترکیبات آلی هستند که بتن را به مخلوط سیال تری تبدیل می کنند. آن ها با پوشاندن ذرات سیمان و جدا شدن آن ها از توده هایی که معمولاً از اختلاط سیمان و آب ایجاد می شوند، عمل می نمایند.
افزودنی های روان کننده به هر ذره سیمان بار منفی می دهند که باعث دفع یکدیگر و توزیع دقیق تری می شود. افزودنی ها یا برای تسهیل در قرار دادن بتن یا کاهش مقدار آب در مخلوط بتن برای افزایش مقاومت آن استفاده می شوند.
-
شتاب دهنده گیرش بتن
شتاب دهنده های گیرش، گیرش بتن را سرعت می بخشد. علاوه بر این، آن ها توسعه مقاومت بتن را تسهیل می کنند. استفاده از سیمان پرتلند نوع 3 و تسریع کننده های گیرش می تواند توسعه مقاومت بتن را افزایش دهد.
عمل آوری بتن در دماهای بالاتر یا کاهش نسبت آب به سیمان می تواند زمان گیرش بتن را تسریع کند. شتاب دهنده ها اغلب برای افزایش مقاومت اولیه بتن در هوای سرد استفاده می شوند تا خسارت احتمالی سرمازدگی را در نظر بگیرند.
-
تنظیم کند کننده
افزودنی های کند گیر در اصل نقطه مقابل شتاب دهنده های گیرش هستند. آن ها زمان لازم برای عمل آوری بتن را افزایش می دهند. به عبارت دیگر زمان گیرش خمیر سیمان را کوتاه می کنند. معمولاً در هوای گرم از مواد افزودنی کند کننده استفاده می شود.
با افزودن مواد افزودنی کند گیر به بتن، آب کمتری برای عمل آوری مورد نیاز است. با وجود مواد افزودنی کند گیر، دستیابی به نسبت آب به سیمان ایده آل و افزایش مقاومت نهایی امکان پذیر است.
-
سایر افزودنی های بتن عبارتند از:
- خاکستر بادی
- دود سیلیس
- سرباره کوره بلند
- پوزولان
- بازدارنده های خوردگی
- افزودنی های پیوند دهنده
- سخت کننده ها
- افزودنی های رنگی برای بتن رنگی
- ژنراتورهای گازی
در حال حاضر، افزودنی های جدید در حال گسترش هستند. کاهش تقاضا برای سیمان پرتلند تاثیر مثبتی بر محیط زیست دارد و می تواند به کاهش آلودگی کمک کند. برای ایجاد خود ترمیمی بتن، مواد افزودنی مختلف در حال حاضر تحت آزمایش می باشند. مواد افزودنی بتن منجر به بهبود خواص بتن و در نتیجه استفاده هرچه بیشتر از آن در صنعت ساخت و ساز شده است.
بدون دیدگاه