مواد افزودنی

مواد افزودنی

دوده سیلیسی:

میکرو سیلیس محصول زائد کوره های قوس الکتریکی القائی در صنایع تولید فلز سیلیسیم و آلیاژهای فروسیلیسیم است. این فرآورده محصولی است با بیش از 85 درصد سیلیس بلوری نشده .این ماده به شکل ذرات کروی شکل کوچک میباشد و دارای قطر متوسط حدود 0.1 الی 0.2 میکرون و یک ماده بشدت فعال پوزولانی میباشد.بر طبق بند 6-2 تفسیر آیین نامه بتن ایران (آبا) وزن مخصوص دوده سیلیسی 2.2 الی 2.4 گرم بر سانتی متر مکعب است.

اثرات مثبت دوده سیلیسی در بتن از طریق اصلاح ساختار منفذی خمیر سخت شده سیمان است که مقاومت الکتریکی را افزایش می دهد.جایگزین کردن درصدی دوده سیلیسی به جای سیمان باعث کاهش تمایل به آب انداختن و جداشدگی مخلوط میگردد.

استفاده از دوده سیلیسی در بتن منجر به ایجاد ساختاری با حفره های ریزتر میگردد که باعث کاهش نفوذپذیری میگردد. در نتیجه باعث افزایش مقاومت در برابر حمله سولفاتها و کلریدها میگردد.

نکته مهم:در استفاده از این ماده افزودنی وجود دارد این است که قبل از استفاده باید کاملا به صورت دوغاب دربیاید. دوغاب باید کاملا روان و عاری از ذرات بهم چسبیده دوده سیلیسی باشد.بدین منظور لازم است که از بهم زدن مکانیکی استفاده نمود.(چسبیدن این مواد به یکدیگر با توجه به اینکه این ماده خاصیت سیلیسی زیاده دارد ،به عنوان سیلیس فعال در واکنش با قلیائیها عمل کرده و باعث خرابی ناشی از واکنش سیلیسی قلیائی میگردد.)

مدت زمان اختلاط بتن حاوی دوده سیلیسی به درصد دوده سیلیسی مصرفی و شرایط اختلاط بستگی دارد،حتی در صورت استفاده از افزودنی شیمیایی کاهنده قوی آب (فوق روان کننده ها) برای کسب توزیع یکنواخت دوده سیلیسی در بتن باید زمان اختلاط را افزایش داد.

با وجود استفاده از فوق روان کننده ها در بتن حاوی دوده سیلیسی در مقایسه با بتن بدون دوده سیلیسی از چسبندگی بیشتر و گرایش کمتر به جداشدگی و نیز کاهش آب انداختن و قابلیت بیشتر پمپ شدن برخوردار است.

ابعاد بی نهایت ریز،سطح مخصوص زیاد ،و حضور بیش از 85 درصد سیلیس غیر بلوری موجب شده است که واکنش پوزولانی دوده سیلیسی بسیار سریعتر از پوزولانهای معمولی مانند خاکستر بادی و پوزولانهای طبیعی باشد.در  این واکنش دوده سیلیسی با هیدروکسید کلسیم Ca(OH)₂حاصل از آبگیری سیمان ،سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H)تشکیل میدهد.

مصرف دوده سیلیسی میتواند برای تهیه بتن با مقاومت زیاد ،بتن با نفوذپذیری کم و مقاومت زیاد در برابر عوامل مخرب شیمیایی نتایج موفقیت آمیزی داشته است. مقدار وزنی دوده سیلیسی چنین بتنهایی تقریبا 25 درصد وزن سیمان است، که این میزان دوده سیلیسی موجب افزایش میزان آب اختلاط باید از روان کننده ها (ترجیحا فوق روان کننده ها) استفاده نمود.در صورت استفاده از کاهنده قوی آب (انواع A،D،E) کاهش آب اختلاط نسبت به بتن کنترل باید حداقل 5 درصد و مصرف کاهنده قوی آب حداقل 12 درصد باشد.مصرف انواع افزودنی های شیمیایی کاهنده قوی آب ، در بتن حاوی دوده سیلیسی میتواند بر زمان گیرش بتن ندارد.

بتن دارای یبش از 10 درصد دوده سیلیسی نسبت به وزن کل مواد سیمانی ، فوق العاده چسبنده و خمیری است ، برای حفظ کارائی مورد نظر برای چنین بتنی در موقع بتن ریزی ،‌توصیه می شود که اسلامپ آن نسبت به بتن فاقد دوده سیلیسی بیشتر در نظر گرفته شود. به جهت ریز بودن بسیار زیاد دوده سیلیسی جابجایی آن به صورت پودر مشکلات عدیده ای دارد و همچنین نیازمندی بتن را به آب شدیدا افزایش میدهد. برای جبران آن باید از مواد افزودنی کاهنده آب استفاده شود.

حضور دوده سیلیسی در دوغاب سیمان سبب کاهش سریع مواد قلیائی موجود در آب حفره ای لعاب شده و این مواد را از دسترس خارج نموده و از واکنش بعدی آنها با سیلیس موجود در سنگدانه ها که بسیار آهسته و تدریجی در آب موجود در بتن حمل میشود ممانعت میکند با توجه به فرآیند فوق مصرف دوده سیلیسی در بتن احتمال بروز پدیده واکنش قلیایی را تا حد نزدیک صفر کاهش میدهد زیرا از مقدار گچ تشکیل شده کاسته میشود. آسیب دیدگی بتن در اثر تهاجم سولفاتها به دلیل واکنش سولفات با هیدروکسید کلسیم و آلومینات کلسیم هیدراته است که منجر به تشکیل گچ و اترینکات میشود و در اثر تولید این دو محصول تولید شده انبساط و ترک خوردگی به وقوع میپیوندد.از آنجا که دوده سیلیسی مقداری از هیدروکسید کلسیم بتن را مصرف میکند در نتیجه گچ کمتری تولید میگردد و در نهایت از شدت تخریب کاسته می شود.درباره واکنش نفوذپذیری بتن حاوی دوده سیلیسی در مقابل یون کلر، تقریبا نظریه واحدی در بین محققین وجود دارد. براساس این نظریه نفوذ پذیری بتن دوده سیلیسی در مقایسه با بتن معمولی به مراتب کمتر است.آزمایشات نشان میدهند که نفوذپذیری بتن حاوی دوده سیلیسی در مقابل کلر با نسبت آب به سیمان35/0 معادل ^13-10*67متر بر ثانیه و برای بتن معمولی      ^13- 10*156  متر بر ثانیه میباشد به عبارت دیگر نفوذپذیری بتن دوده سیلیسی حدود 20 برابرکمتر از بتن معمولی است

مهم ترین نقطه ضعف استفاده از این ماده این است که گزارشهای زیادی از حساسیت این نوع بتن به ترک خوردگی ناشی از انقباض خمیری وجود دارد. این پدیده در شرایط هوای گرم هنگامی که میزان تبخیر از سطح بتن بیش از مقدار آب انتقال یافته از داخل بتن به سطح آن باشد حادتر است.لذا از آنجائی که در بتن با دوده سیلیسی پدیده آب انداختن بسیار کم است باید این نوع بتن را پس از ریختن و متراکم کردن آن ، بلافاصله از تبخیر آب از سطح بتن جلوگیری نمود معمولا این کار را با استفاده از آب پاشی بر روی سطح بتن انجام میدهند.

بند 3-6-4 تفسیر بخش اول آیین نامه بتن ایران (آبا) "مقدار بهینه دوده سیلیسی (مطابق دت 409 ) جهت بتن سازه ای را 5 الی 15 درصد پیشنهاد نموده است. (کتاب تکنولوژی بتن و آزمایشگاه (ایراندوست)) 

مواد افزودنی بتن:

مواد اصلی تشکیل دهنده بتن عبارتند از سیمان ، آب و مصالح سنگی به طور کلی هر ماده دیگری که غیر از مواد اصلی به بتن (یا ملات یا دوغاب) در ضمن ساخت افزوده می شود ماده افزودنی نامیده می شود . مواد افزودنی معمولا به صورت گرد یا مایع هستند و بعضا ممکن است سبب اختلال و بروز عیب در پاره ای از ویژگی های مطلوب بتن شوند.

انواع افزودنی های بتن:

-      مواد حباب ساز: مواد حباب ساز ،حباب های بسیار ریز هوا (به قطر متوسط 50 میکرون) را در بتن ایجاد میکنند. تولید حباب هوا در بتن ، سبب بهبود کیفیت بتن تازه از نقطه نظر کاهش نسبت آب به سیمان ،کارائی بهتر ،جلوگیری از جداشدن  مواد و رو زدن شیره بتن میگردد و سبب پایداری بتن سخت شده در برابر یخ زدگی و مواد یخ زدا نیز میشود. وجود حباب هوا تاثیر چندانی بر کاهش مقاومت فشاری بتن ندارد بلکه گاهی اوقات به علت کاهش نسبت آب به سیمان در مجموع موجب افزایش مقاومت آن نیز می گردد.

بتن با حباب هوا نفوذ ناپذیرتر از بتن معمولی است و از این رو مقاومت آن در برابر سولفاتها بیشتر خواهد بود. عمده ترین مواد حباب ساز (کف ساز) عبارتند از:

صمغهای طبیعی چوب،چربیهای حیوانی یا نباتی و اسیدهای چرب آنها ،صابونها و مواد پاک کننده

پایدار بودن کف از خواص ضروری آنست و در غیر این صورت حبابها در اثر وزن بتن خواهند ترکید از این رو علاوه بر مواد کف زا مواد پایدار کننده حباب نیز افزوده می شود. معمولا حجم حباب هوای وارده در بتن از 4% تا 8% است.

در موقع لرزاندن مقداری از حبابهای هوا از بتن خارج می شوند که در صورت لزوم با افزودن میزان حباب ساز این کمبود را جبران می کنند.

-      مواد کاهنده آب:

مواد کاهنده آب با مقدار سیمان و اسلامپ ثابت ، باعث افزایش مقاومت بتن با کاهش در بروز خطر آب انداختن یا رو زدگی بتن و جداشدگی اجزا و کاهش نفوذپذیری بتن می گردند.مواد کاهنده آب ، اغلب از اسیدهای لیگنوسولفونیک یا اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیک و نمکهای آنها ساخته می شود.

 

-      مواد کندگیرکننده:

اغلب کندگیرکننده ها ،روان کننده یا عوامل کاهنده آب بتن نیز هستند. در برخی از آنها حباب هوا نیز ایجاد می شود. معمول ترین کندگیرکننده ها سولفات کلسیم است که برای تنظیم زمنژان گیرش سیمان در موقع آسیاب کردن کلینگر به آن اضافه میشود.شکر ،پودر شیر کم چربی ، انواع نشاسته ،کلرورهای آمونیوم و آهن ، اکسی کلرورها ،برات و تارتارات کلسیم و بی کربناتهای قلیائی گیرش سیمان را به تاخیر می اندازند.

-      مواد تسریع کننده (تندگیر کننده):

مواد تسریع کننده به منظور تسریع در گیرش ،سخت شدن و کسب مقاومت زودهنگام به کار می روند. کلرور کلسیم از متداولترین مواد تسریع کننده است. ولی اثر چندانی در پائین آوردن درجه حرارت یخ زدن بتن ندارد.قبل از مصرف ، باید آن را در آب حل کرد و سپس به آب اختلاط بتن اضافه نمود.زیرا در صورت افزودن آن به صورت خشک تکه های حل نشده در مخلوط ممکن است سبب بیرون پریدگی بتن سخت شده و ایجاد لکه های سیاه روی سطح بتن شود.مقدار کلرور کلسیم هیچ گاه نباید از 2% وزن سیمان در بتن غیر مسلح تجاوز کند،چون سبب سفت شدن سریع و ازدیاد جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن می شود.

مصرف آن به خاطر وجود یون کلر در بتن مسلح و قطعات بتنی که در آن تکه های آلومینیومی یا فولادی کار گذارده شده یا احتمال بروز واکنشهای قلیائی در مواد سنگی آن موجود باشد و یا در معرضآب یا خاک سولفاته قرار گیرد،ممنوع است.

درصدهای معینی از سولفاتهای سدیم و پتاسیم و هیدروکسیدهای سدیم و پتاسیم در تندگیر کردن بتن موثرند.مواد مضافی بر مبنای فرماتهای کلسیم و سدیم نیز ساخته شده اند که خوردگی آنها کمتر است.گاهی اوقات فرمات کلسیم با مواد بازدارنده خوردگی مانند نیتراتها ،بنزواتها و کروماتها مخلوط میشود.نیترات کلسیم و چند ترکیب دیگر نیز به عنوان تسریع کننده پیشنهاد شده اند.

-      مواد روان ساز یا خمیری کننده: بیشتر اوقات افزایش عیار سیمان با دانه های ریز کارائی مورد نیاز را تامین میکند. بهترین ماده روانساز ،حباب هوا است و به ویژه در بهبود کارائی مخلوط های کم سیمان خشن موثر است.چون حبابهای هوا همانند لغزان ساز عمل می کنند. در مخلوطهایی که مصالح رد شده از الکهای با چشمه 300 و 150 میکرونی آنها کم است، برای بهبود کارائی افزودن مواد نرم شده پوزولانی یا بی اثر (شیمیایی) متداول است.

روان کننده ممتاز:این مواد گونه جدیدی از مواد افزودنی روان کننده و کاهش دهنده آب میباشند که دارای اثر روان کنندگی بیشتری هستند.به لحاظ شیمیایی مواد تغلیظ شده فرم آلدئید ملامین می باشند که تاثیر زیادی در پخش ذرات سیمان داشته و معمولا قدری کندگیرکننده نیز هستند.

روان کننده های ممتاز در بتن ریزی مقاطع پرآرماتور ،نقاط قابل دسترس، دال کفها یا راه ها مصرف میشوند بدون اینکه نیاز به مرتعش کردن داشته باشند.

(منبع:Internet)

ابر روان کننده ها: جدیدترین گونه مواد کاهنده آب و افزاینده کارائی بتن با بنیان شیمیائی پلی کربوکسیلاتی یا پلی کربوکسیلیک اسید می باشد.برای ساخت بتن های پرمقاومت و خود تراکم پذیر طراحی و تولید شده است.

روان کننده های بر پایه پلی کربوکسیلات در مقایسه با فوق روان کننده های متداول بتن که بیشتر آنها بر پایه ملامین سولفونات و یا نفتالین فرمالدهید میباشند با میزان مصرف کمتر، کارائی بسیار بالاتر داشته و روانی فوق العاده ای به دست می دهد بدون آنکه سبب آب افتادگی بتن شود(Internet-abadgaran)

فوق روان کننده های رایج بر حسب ماهیت شیمیائی آنها در چند گروه اصلی تقسیم می شوند:

ساختارهای مرسوم فوق روان کننده ها به چهار دسته کلی تقسیم می شوند:

-        سولفونات های لینین اصلاح شده (M L S)

-        ملامین سولفونه تغلیظ شده (S M F)

-        نفتالین سولفونه تغلیظ شده (S N F)

-        مشتقات پلی کربوکسیلات برای مثال اتر پلی کربوکسیلات (C E)

سرعت جذب فوق روان کننده ها بستگی به ترکیبات معدنی ، نرمی (سطح ویژه) و بخصوص مقدارC₃a سیمان دارد مشخص شده است که آلومینات کلسیم مولکولهای فوق روان کننده را بسیار سریع جذب می کند.

*وزن مخصوص بتن با استفاده از مواد فوق روان کننده افزایش می یابد.

*جداشدگی دانه ها کاهش می یابد

*به طور معمول وقتی ماده افزودنی به عنوان فوق روان کننده استفاده شود مختصری گیرش بتن را به تاخیر می اندازد در حالیکه وقتی به عنوان کاهش دهنده آب با مقدار مصرف (صحیح) استفاده شود تاخیر محسوسی نمی دهد.

ساز و کار عملکرد فوق روان کننده ها:

فوق روان کننده های بر پایه SNF  و SMF در خمیر سیمانی از طریق جذب بر سطح ذرات سیمان و ایجاد بار منفی روی آنها (می توان میزان بار منفی را توسط اندازه گیری بزرگی پتانسیل زتا تعیین کرد) ،بین ذرات ممانعت فضائی ایجاد کرده و مانع از چسبیدن آنها به یکدیگر میشوند.

اما فوق روان کننده های بر پایه مشتقات پلی کربوکسیلات از طریق دو سازوکار ،ایجاد ممانعت فضایی و نیز الکترواستاتیک ، عمل می کنند.در واقع توسط باز منفی گروههای کربوکسیلیک موجب ممانعت الکترواستاتیک بین ذرات سیمان شده و از طریق زنجیرهای بلند بسپاری موجب ممانعت فضائی بین ذرات سیمان می شود.شایان ذکر است میزان ممانعت الکترواستاتیک حاصل توسط فوق روان کننده های CE  نصف مقدار حاصل توسط فوق روان کننده های SNF است.

فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی:

ساختار این فوق روان کننده ها حاوی یک زنجیر اصلی انعطاف پذیر است که روی آن گروههای کربوکسیلیک با بار منفی و نیز تعداد زیادی زنجیر جانبی قرار گرفته اند.

نیروهای داخلی بین زنجیرهای جانبی موجب تشکیل یک بزرگ مولکول پوسته مانند شده که در محلولهای قلیائی به تدریج باز شده و باعث پخش ذرات سیمان و پایداری پراکنش حاصل و ممانعت از تجمع آنها حتی پس از آغاز واکنش هیدراسیون می شود.

تاثیر فوق روان کننده ها بر ویژگی های بتن:

هدف اصلی از کاربرد فوق روان کننده ها دست یابی به بتن با جریان پذیری مناسب و در عین حال اسلامپ زیاد یعنی بین 7 تا 9 اینچ (175 تا 225 میلیمتر ) جهت کاربرد در ساختارهای مستحکم و تقویت شده و نیز در جاهایی که امکان اختلاط کامل اجزای بتن وجود ندارد ،است.

از دیگر دلایل کاربرد این مواد می توان به تولید بتن  با استحکام کششی زیاد در نسبت های W/C بین3/0 تا 4/0 اشاره کرد.

توانایی فوق روان کننده ها در افزایش اسلامپ به عواملی همچون نوع،مقدار و زمان افزودن فوق روان کننده، نسبت W/C و طبیعت و میزان سیمان بستگی دارد.

در واقع با کاربرد فوق روان کننده ها میتوان میزان آب در بتن را بین 12 تا 25 درصد کاهش داد بدون اینکه روی کارائی بتن اثر منفی داشته باشد. بدین ترتیب بتن حاصل استحکام کششی زیاد و نفوذپذیری کم خواهد داشت.در بررسی های مختلف حتی مشاهده شده است که استحکام فشاری بتن های حاصل پس از 28 روز نیز بیشتر از 14000 psi (M pas 5/96) است.

یکی از مهم ترین ویژگی های بتن ،مقاومت آن در برابر چرخه های یخ زدگی و ذوب شدن است.جهت دستیابی به بیشترین مقاومت در برابر این پدیده پیشنهاد می شود که میزان هوای موجود در بتن حدود 6 درصد بوده و حداکثر فاصله هر نقطه در بتن از حفره های هوا 008/0 (spacing factor) اینچ(2 mm) باشد.شایان ذکر است در حالی که کاربرد فوق روان کننده ها موجب افزایش این فاصله می شود، دوام و پایداری بتن حاوی این مواد در برابر چرخه های یخ زدگی و ذوب شدن بسیار زیاد است. ولی معمولا پیشنهاد میشود که در صورت استفاده از فوق روان کننده ،میزان هوای موجود در بتن به طور نسبی بیشتر از بتن های فاقد فوق روان کننده باشد.

معایب کاربرد فوق روان کننده:

شایان ذکر است که کاربرد فوق روان کننده می تواند 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 تحقیقات انجام شده مشاهده شده است که افت اسلامپ در مورد نسل های قدیمی فوق روان کننده بسیار سریع تر از نسل جدید (بر پایه پلی کربوکسیلات) صورت می گیرد.

این مشکل را میتوان توسط افزودن فوق روان کننده در فاصله زمانی کمی قبل از اعمال حل کرد.البته باز هم به دلیل عدم امکان کنترل میزان فوق روان کننده در محل اجرا ممکن است مشکلاتی در فرآیند ایجاد شود.راه حل دیگراستفاده از یک تاخیر انداز همراه با فوق روان کننده است. این کار باعث تاخیر در فرآیند سخت شدن بتن در سطوحی که سریع خشک می شوند خواهد شد.

(منبع:Internet)

روش های آزمون:

برای بررسی سازگاری و نحوه عملکرد فوق روان کننده ها آزمون های مختلفی انجام میشود. در استاندارد ASTM C494 ،نحوه آزمون ویژگی های استاندارد برای افزودنی های بتن از جمله فوق روان کننده ها بیان شده است. در این روش آزمون هم چنین به بعضی از روش های آزمون جهت بررسی ویژگی های بتن حاوی این افزودنی ها اشاره شده است.از مهم ترین این آزمونها میتوان به موارد زیر اشاره کرد.

تعیین میزان اسلامپ بتن:

برای انجام این آزمون بر اساس استاندارد ASTM C143 بتن در یک قالب مخروطی با سطوح مقطع دایره ای و ابعاد مشخص ریخته شده و سپس قالب از روی بتن برداشته می شود. میزان اسلامپ برابر با اختلاف ارتفاع اولیه بتن با ارتفاع حاصل پس از برداشتن قالب خواهد بود.

مقاومت در برابر چرخه های یخ زدگی و ذوب شدن:

این آزمون بر اساس استاندارد ASTMC666  انجام میشود. در این آزمون توسط دو فرآیند مختلف ،یخ زدگی و ذوب شدن سریع در آب و دیگری یخ زدگی سریع در هوا و ذوب شدن در آب ،تاثیر هرگونه تغییری در ویژگی های بتن بر مقاومت آن در برابر این چرخه ها بررسی میشود.

استحکام فشاری بتن:

از روش آزمون ASTM C39  برای تعیین استحکام فشاری بتن استفاده می شود. در این آزمون در فواصل زمانی مختلف (پس از گذشت28،7،3،1 روز ،6 ماه و 1 سال )نمونه های استوانه ای شکل بتنی تحت نیروی فشاری با سرعت مشخصی قرار میگیرند تا شکست رخ دهد. با تقسیم نیروی فشاری که منجر به شکست شده است بر سطح مقطع بتن که نیرو به آن وارد شده ،استحکام فشاری بتن محاسبه می شود.

موارد مصرف:

موفقیت فوق روان کننده ها در بازار ناشی از محاسنی است که بشرح زیر خلاصه میشوند:

1-   بعنوان کاهش دهنده آب طیف بالا

کاهش نسبت آب به سیمان (W/C) که در نتیجه تمام ویژگی های بتن بهبود می یابد افزایش مقاومت فشاری و پیچشی، کاهش نفوذپدیری ، خزش ،افت.

2-   بعنوان فوق روان کننده مصرف می شود

تولید بتن های دارای کیفیت خوب با کارپذیری بالا ، بتن ریزی آسان حتی در موردیکه آرماتورهای فولادی بسیار متراکم است.

-        تاثیر فوق روان کننده ها (کاهش دهنده آب طیف بالا) بر خواص بتن:

1-   وزن مخصوص:

وزن مخصوص بتن با استفاده از مواد فوق روان کننده افزایش می یابد.

2-   کارپذیری:

فوق روان کننده ها به شدت ، قابلیت بتن را برای روان شدن افزایش می دهند.

3-   چسبندگی:

چسبندگی با استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا، در نتیجه کاهش آب بتن به مقدار زیادی افزایش می یابد.

4-   مقدار حباب هوا:

محتوای حباب هوای بتن، اندکی افزایش می یابد بخصوص در موردیکه مقدار مصرف ماده افزودنی بعنوان فوق روان کننده زیاد باشد.

5-   کاهش اسلامپ:

با یک کارپذیری یکسان، کاهش اسلامپ (slump loss)  در بتن های دارای کاهش دهنده آب طیف بالا، بالاتر از بتن مواد افزودنی است. در یک نسبت آب به سیمان واحد، کاهش اسلامپ بتن دارای فق روان کننده، بالاتر یا پائین تر از بتن شاهد است.

6-   قابلیت پمپ شدن:

قابلیت پمپ شدن بتن با استفاده از فوق روان کننده در نتیجه افزایش کارپذیری و در مورد استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا در نتیجه افزایش چسبندگی بهتر می شود.

7-   جدا شدگی دانه ها:

جدا شدگی دانه ها در هر دو موردیکه از ماده افزودنی به عنوان فوق روان کننده یا کاهش دهنده آب طیف بالا استفاده می شود، کاهش می یابد مشروط بر اینکه طراحی بتن صحیح باشد.

8-   مرحله گیرش:

1-   گیرش((setting

بطور معمول وقتی ماده افزودنی به عنوان فوق روان کننده استفاده شود مختصری گیرش بتن را به تاخیر می اندازد. در حالیکه وقتی به عنوان کاهش دهنده آب با مقدار مصرف معمولی (صحیح) استفاده شود تاخیر محسوسی نمی دهد.

2-   افت پلاستیک(plastic shrinkage)

افت پلاستیک می تواند در اثر مصرف کاهش دهنده آب طیف بالا در شرایط محیطی که میزان تبخیر بیشتر از ظرفیت آب آوری کاهش یافته بتن در اثر استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا باشد افزایش یابد.

3-   آب آوری (Bleeding):

با استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا، کاهش می یابد.در صورت نادرست بودن طراحی آب آوری می تواند با اضافه کردن فوق روان کننده به بتن ، زیاد شود.

مرحله سخت شده
1- مقاومت
مقاومت هنگامی که از کاهش دهنده آب طیف بالا استفاده می شود بدلیل کاهش آب بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد ، در حالیکه در مورد مصرف فوق روان کننده مقاومت اساساً بهبودی نمی یابد.

2- جذب موئینه (Capillary Absorption)
وقتی از کاهش دهنده آب طیف بالا استفاده می شود جذب موئینه بتن به شدت کاهش می یابد.

3- نفوذپذیری (Permeability)
نفوذپذیری بتن مستقیماً به تخلخل مویینه آن که تحت تاثیر نسبت آب به سیمان است و خود می تواند با استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا کاهش یابد ، مربوط می شود.

4- سیکل انجماد و ذوب یخ
معمولاً کاهش دهنده آب طیف بالا (فوق روان کننده) مقداری هوا در مخلوط بتن تولید میکند ولی بعضی از حبابهای تولید شده هوا بزرگتر از حبابهای تولید شده با عوامل هوازا هستند ، بنابراین برای افزایش دوام بتن در مقابل یخ زدگی و ذوب یخ ، مفید نیستند.

 

5- حمله محلولهای مضر (خورنده
ایستادگی و پایداری بتن ها در مقابل محلولهای خورنده در اثر استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا بدلیل کاهش تخلخل مویینه بتن زیاد می شود. اگر ماده افزودنی به عنوان فوق روان کننده مصرف شود این پایداری را ایجاد نمی کند

منبع: Internet

 

مکانیسم عمل مواد روان کننده : به این صورت که این گروه از مواد تحت گروهی از مصالح که دارای خواص شبیه پاک کننده ها می باشند مشخص می شوند، این خواص را فعالیت سطحی و مواد را مواد مؤثر سطحی می نامند . آنها دارای بار نامتعادل الکترولیتی می باشند و اگر در داخل آب قرار گیرند. گرایش به مهاجرت به طرف سطح آب را دارند در  حالیکه انتهای آنها در آب فرو رفته و دم آنها در هوا می باشد، اگر چنانچه یک ماده فعال سطحی را در داخل یک آب حاوی مواد معلق سیمان قرار دهیم، در این حالت دانه های سیمان به یکدیگر جذب و جمع نمی شوند و بنابراین سطح بیشتری در دسترس برای عمل با آب باقی     می ماند. در همان حال آبی که داخل گلوله سیمان محبوس شده بوده آزاد می شود. این عمل باعث بهبود کارایی و تحرک و پویایی بیشتر سیمان مخلوط می شود. در ضمن هوای محبوس به سرعت دفع می گردد و دور می شود. تا آنجائیکه مواد مؤثر سطحی مانع از ناپیوستن حباب هوا به ذرات سیمان می شوند.

مصرف روان کننده های معمولی یا پلاستی سایزرها در بتن ایجاد حباب هوا می کند. علم نوین شیمی بتن این نقص سوپر پلاستی سایزر یا روان کننده های ممتاز رفع می کند. سوپر پلاستی سایزر، ‌خاصیت روان کنندگی آب را بالا می برد بدون آنکه در کشش سطحی آب تأثیر بگذارد و بهمین دلیل هوای اضافی وارد بتن نمی کند و آب آمیخته با سوپر پلاستی ستیزر، لایه چرب کننده کاری روی ذرات سیمان و دانه های سنگی ایجاد کرده، از اصطکاک میان اجزای جامد بتن می کاهد و بر کارائی بتن می افزاید و در عین حال چسبندگی ذرات را بهبود می بخشد. (کتاب تکنولوژی پیشرفته بتن )

مواد افزودنی نوعA   در آیین نامه  ASTM   کاهش دهنده آب می باشند، اما اگر خاصیت کاهش دهندگی آب آنها همراه با تأخیر در گییرش باشد در گروه D  قرار می گیرند و اگر خاصیت کاهش دهندگی آب آنها همراه با تسریع در گیرش باشد در گروه E   قرار می گیرند.

بر اساس بند 3-6-1 شماره 2930 ایران مواد افزودنی که بر روی چند خاصیت بتن تازه یا لخت شده اثر می گذارند و بیش از یک عملکرد مشخص را دارا باشد، ماده افزودنی چند منظوره گفته می شود .

طبق بند 3-6-7 استاندارد شماره 2930 ایران ماده افزودنی کاهنده آب/ روان کننده : ماده افزودنی است که بدون تغییر روانی، مقدار آب مخلوط بتن را کاهش می دهد یا بدون تغییر مقدار آب اسلامپ و روانی را افزایش می دهد یا هر دو اثر را بطور همزمان ایجاد می کند.

عملکرد مواد افزودنی (نوعA  وD  وE ) در بتن به این صورت است که این مواد همراه با آب، جذب سطح سیمان می شوند در سطح مشترک دو فاز آمیخته نشدنی بار منفی ایجاد می نماید و نیروهای فیزیکی و شیمیایی مؤثر بر سطح مشترک را تغییر می دهند.

این بار منفی ایجاد شده نیروی دافعه ای بین کلیه ذرات بتن ایجاد می نماید و موجب پراکنده شدن آنها و باعث پخش و یکنواختی بیشتر بتن می گردد. در اثر این بار منفی ایجاد شده، حباب های هوا نیز دفع شده و نمی تواند به ذرات سیمان بچسبند و این بار منفی ایجاد شده از لخته شدگی که باعث محبوس شدن قسمتی از آب بتن و متمرکز شدن بتن در یک محل میلگرد جلوگیری می نماید در نتیجه به علت پخش شدن یکنواخت سیمان مساحت سیمان را که می تواند در مقاومت شرکت کند افزایش می یابد و از طرف دیگر به علت عدم محبوس شدن آب در بین ذرات سیمان،‌آب موجود برای هیدراتاسیون افزایش می یابد. علاوه بر مطالب گفته شده که باعث یکنواختی بیشتر بتن می گردد، بار الکتریسته ساکن ایجاد شده        (به وسیله گروه های A  وD  وE )  سبب می شود که در اطراف هر ذره یمان قشری از مولکول های جهت داده شده آب، که از نزدیک شدن ذرات به یکدیگر جلوگیری می نماید، تشکیل گردد. بنابراین ذرات قابلیت بیشتری پیدا می کنند و روانی افزایش می یابد. از طرف دیگر به علت عدم پخش شدن یکنواخت ذرات سیمان در بتن مساحت سطح بیشتری از ذرات سیمان هیدراته شده کسب مقاومت شرکت خواهند کرد و بنابراین هیدراتاسیون با روند سریع تری (نسبت به بتن افزودنی) پیشرفت می نماید.

روان کننده ها در بازار به نام پلاستی سایزر (Plasticizer) نامیده می شوند .

میزان تأثیر مواد افزودنی در رابطه با مقاومت،‌ به میزان قابل ملاحظه ای با ترکیبات سیمان تغییر می کند . بیشترین تأثیر وقتی است که سیمان حاوی قلیایی کم و یا مقدار کم C₃A  باشد. بنابراین مود افزودنی کاهش دهنده آب در بتن هایی که با سیمان های پوزولانی ساخته می شوند عملکرد بهتری نسبت به سیمان های پرتلند (پرتلند نوع ا الی 5) از خود نشان می دهد .

در حالی که ازدیاد میزان مصرف مواد افزودنی کاهش دهنده آب کارایی را افزایش می دهد،  باعث تأخیر قابل ملاحظه ای در گیرش می گردد،‌ ولی این تأخیر در گیرش باعث کاهش مقاومت دراز مدت بتن  نمی گردد.

ماده اولیه مواد افزودنی نوع D به دو گروه اصلی تقسیم می گردند :

1-             اسیدهای لینگو سولفونیک و نمک های آنها

2-             اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیک و نمک های آنها

مشتقات این مواد به عنوان کندگیر کننده عمل نمی نمایند و حتی ممکن است رفتار تسریع کنندگی نیز داشته باشند، بنابراین اینگونه مشتقات برای مواد افزودنی کاهش دهنده آب از نوع A  و E به کار برده می شود.

در مواقعی که پایه اصلی مواد افزودنی کاهش دهنده آب بر مبنای لینگوسولفانات باشد می تواند تأثیراتی بر هوازایی بتن داشته باشد. این مسئله از دو نظر اهمیت دارد.

1-             از آنجاییکه این امر باعث کاهش مقاومت بتن می گردد باید با افزودن مقدار کمی از یک افزودنی کاهش دهنده هوا مثل تری بوتیل فسفات مقدار حباب زایی بتن را کنترل نمود.

2-             از طرف دیگر حباب های هوا تولید شده کارایی بتن را بهبود می بخشد. مواد افزودنی کاهش دهنده آب که دارای لینگو سولفانات هستند، خط جمع شدگی بتن را افزایش می دهد. اما دیگر مواد افزودنی این خطر را ندارد.

فوق روان کننده ها مواد افزودنی هستند که آب را کاهش می دهند. این کاهش دهندگی بطور قابل ملاحظه و بارزی نسبت به کاهش دهندگی مواد افزودنی کاهش دهنده آب ( نوع  A وD و E) بیشتر است. بعلاوه فوق روان کننده ها معمولاً‌ از نظر ماهیت با انواع روان کننده ها متفاومت می باشند. در نتیجه بطور قابل ملاحظه ای خصوصیات بتن تازه و یا بتن سخت شده با بتنی که از روان کننده ها استفاده شده است متفاوت است.   (بند 3-6-8) (استاندارد شماره 2930) فوق روان کننده ها به صورت موفقیت آمیزی با بتن خاکستر بادی مصرف می شوند. فوق روان کننده ها به ویژه وقتی که دوده سیلیسی در مخلوط وجود داشته باشد بسیار بهتر عمل خواهد نمود. فوق روان کننده ها تأثیری بر جمع شدگی بتن،‌ خزش بتن، مدول الاستیسیته بتن،‌ مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن ندارد.

بتنی که در آن از فوق روان کننده ها استفاده می گردد دارای روانی بسیار زیادی می گردد در نتیجه بتن حاصل را می توتن با تراکم اندک و یا حتی در بسیاری از مواد بدون تراکم در قالب ریخت و خطرات آب انداختن و جدا شدگی در آنها به وجود نمی آید، به چنین بتنی، بتن سیال گفته می شود. فوق روان کننده در بازار به نام سوپر پلاستی سایزرها (Super Plasticizer)  عرضه می گردند. مواد اولیه فوق کننده ها بر پایه اصلی استوار است.

1-   بر پایه نفتالین فرم آلدئید سولفاته (برای اختصار فوق روان کننده بر پایه نفتالین بیان می گردد).

2-   بر پایه ملامین فرم آلدئید سولفاته (برای اختصار فوق روان کننده بر پایه ملامین بیان می گردد).

3-   بر پایه لیگوسولفات های اصلاح شده (برای اختصار فوق روان کننده اصلاح شده بیان می گردد).

4-   بر دیگر پایه ها مانند استرهای اسید سولفونیک یا استرهای هیدرات کربن و ...

فوق روان کننده ها، پلیمرهای آبی محلول در آب بوده که با بکار بردن فرایند پیچیده پلیمریزاسیون تولید رشته های دراز مولکولی با جرم مولکولی زیاد می نماید. بنابراین ماهیت اصلی این فوق روان کننده ها بر طول این رشته ها و کمترین ارتباط بین مولکولی می باشد. مهم ترین اثر این رشته های دراز مولکولی آن است که دور تا درو ذرات سیمان می پیچند و بار منفی زیادی به ذرات سیمان می دهند بطوری که نیروی دافعه زیادی در آنها به وجود می آید و این امر منجر به پراکندگی و پخش یکنواخت ذرات سیمان می گردند و در نتیجه کارایی خیلی زیاد تغییر می کند. بنابراین می توان برای کسب کارایی ثابت مقدار آب را به شدت کاهش داد. در نتیجه مقاومت شدت افزایش می یابد. باید توجه داشت که فوق روان کننده ها به صورت بنیادی ساختار هیدراته شده خمیر سیمان را تغییر نمی دهد و اثر عمده آنها، توزیع بهتر ذرات سیمان و در نتیجه هیدراسیون بیشتر و بهتر است.

از خصوصیات دیگر فوق روان کننده ها اینکه فوق روان کننده ها تأثیر قابل ملاحظه ای بر کشش سطحی آب ندارد و مقدار زیادی حباب هوا تولید نمی نماید. بنابراین خطر وجود حباب های هوا (در اثر مصرف بیشتر) و کاهش مقاومت در فوق روان کننده ها نسبت به روان کننده ها به حرارت کمتر است.

اگر به منظور دست یابی به نسبت آب به سیمان خیلی کم نیاز به استفاده از درصد زیادی از فوق روان کننده ها باشد به ناچار باید سازگاری ترکیب فوق روان کننده و سیمان را دقیقاً‌ مد نظر قرار داد. موادی که باید در نظر گرفته شود:

1-             درجه نرمی سیمان -  هر چه سیمان نرم تر باشد،‌مقدار مصرف فوق روان کننده یا روان کننده مورد نیاز برای دستیابی به کارایی معین بیشتر خواهد شد.

2-             خواص شیمیایی سیمان – تری کلسیم آلومینات    C₃A در سیمان که از تأثیر مقدار معینی از فوق روان کننده ها می کاهد.

زمان بهینه برای عملکرد افزودنی ها:

از دیدگاه تئوری زمان بهینه برای افزودن فوق روان کننده ها تقریباً آغاز زمان غیر فعال بودن سیمان (زمان کوتاهی بعد از اضافه نمودن آب به بتن که هنوز هیدراتاسیون شروع نشده است) در حالتی است که فوق روان کننده وجود ندارد،  می باشد. بنابراین بهتر است افزایش مواد افزودنی به بتن بلافاصله پس از افزودن آب به سیمان صورت گیرد. در غیر اینصورت واکنش های اولیه هیدراتاسیون اجازه نخواهد داد فوق روان کننده ها به نحوی مؤثری در پخش ذرات سیمان مؤثر واقع گردند.

تأثیر افزودنی ها در بتن (بخصوص روان کننده ها و فوق روان کننده ها) در جلوگیری از دوباره لخته شدن ذرات سیمان فقط تا زمانی ادامه پیدا می کند که مقدار کافی از مولکول های افزودنی در دسترس باشد تا بتوان سطوح ذرات سیمان را با آن پوشش داد. از آنجاییکه تعدادی از مولکول های افزودنی در محصولات هیدراتاسیون محبوس می گردند از درصد افزودنی آزاد در مخلوط بتن کاسته می گردد و در نتیجه عملکرد افزودنی در بتن شدت کاسته می گردد. بر طبق بند 3-6-3-5 تفسیر آیین نامه بتن ایران (آبا) اثر روان کننده های اعلاء (فوق روان کننده ها) در محدوده زمانی کوتاه 30 الی 60 دقیقه است و بیش از آن کارایی سرعت کاهش می یابد.