انواع افزودنی‌ها و اثرات آن بر خواص بتن و توصیه‌های اجرایی مصرف آنها

2-1 روان‌کننده‌های معمولی (کاهنده‌های آب معمولی)
2-1-1- تعریف
روان‌کننده‌های (کاهنده‌های آب) موادی هستند که می‌توانند مقدار آب لازم مخلوط بتن را برای رسیدن به یک کارایی معین در مقایسه با بتن شاهد کاهش دهند. همچنین قادر هستند مقدار کارایی مخلوط را بدون نیاز به تغییر در نسبت آب به سیمان افزایش دهند. این افزودنی‌ها، کیفیت بتن را برای رسیدن به یک مقاومت مشخصه و با مقدار سیمان کمتری بهبود می‌بخشند. همچنین این مواد، خواص بتن‌های دارای سنگدانه‌های با کیفیت پایین‌تر را بهبود می‌بخشند و بتن‌ریزی در شرایط سخت را سهل‌تر می‌کنند.

2-1-2- مقدمه
از دهه 30 میلادی، مواد روان‌کننده و خواص آن در بتن شناخته شدند و قبل از رواج کاربرد این مواد در بتن، امکان تغییر کارایی بتن فقط با تغییر مقدار آب و نسبت آب به سیمان متصور بود. اگر عیار سیمان ثابت نگه داشته شود، با افزایش مقدار آب کارایی زیاد می‌گردد، اما افزایش نسبت آب به سیمان کاهش مقاومت و دوام بتن را به همراه خواهد داشت. همچنین در صورت ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان، باید عیار سیمان هم زیاد شود که در این حالت نیز افزایش سیمان در مخلوط باعث مشکلاتی مانند جمع‌شدگی زیاد، گرمازایی و … می‌گردد. با شناخت مواد روان‌کننده و رواج مصرف آن تحول بزرگی در صنعت بتن رخ داد و افزایش کارایی بتن بدون تغییر در نسبت آب به سیمان و دستیابی به مقاومت و دوام مناسب امکان‌پذیر شد.

2-1-3- ترکیب
اصلی‌ترین مواد مورد مصرف و افزودنی‌های روان‌کننده (کاهنده آب) عبارتند از:
– اسیدهای لیگنوسولفونیک و نمک‌های آنها
– اسیدهای لیگنوسولفونیک اصلاح شده و مشتقات آنها و نمک‌های این اسیدها
– اسیدهای هیدروکسیلات کربوکسیلیک و نمک‌های آنها
– اسیدهای هیدروکسیلات کربوکسیلیک اصلاح شده و مشتقات آنها و نمک‌های این اسیدها
– موادی مانند نمک‌های روی، فسفات‌ها، کلرایدها، کربوهیدرات‌ها، پلی‌ساکاریدها و ترکیبات قندی
– ترکیبات پلیمری، مشتقات ملامین، مشتقات نفتالین

2-1-4- مکانیزم عملکرد
سیستم خمیر سیمان، معمولاً به شکل توده‌های ذرات جامد است که تمایل دارد به شکل زنجیره‌های خوشه‌ای شکل متراکم درآید. با افزودن مواد روان‌کننده (کاهنده آب) نیروی جذب بین این ذرات کاهش می‌یابد و در نتیجه زنجیره‌ها شکسته می‌شوند و ذرات قابلیت حرکت بیشتری می‌یابند و مخلوط روان‌تر می‌گردد.

2-1-5- عوامل مؤثر در مکانیزم عملکرد
2-1-5-1- نوع، ترکیب و مقدار مصرف
اثرات مواد متفاوت و انواع افزودنی‌های روان‌کننده (کاهنده آب) بستگی به ترکیب شیمیایی آنها دارد. همچنین غلظت آنها نیز عامل مؤثری در عملکرد این مواد است. مقدار بیشتر این مواد نیز اثر روان‌کنندگی و کاهندگی آب بیشتری خواهد داشت. گرچه مقدار بیش از اندازه ممکن است گاهی نه تنها اثر بیشتری نداشته باشد بلکه باعث اثرات جانبی مانند افزایش احتمال آب انداختگی، جدا شدگی و یا دیرگیری شدید گردد.

2-1-5-2- نوع و مقدار سیمان
ترکیب شیمیایی و مشخصات فیزیکی سیمان نیز ممکن است بر روی عملکرد ماده افزودنی روان‌کننده تأثیر بگذارد. تحقیقات نشان داده است نسبت C3A به C3S و همچنین مقدار C3A بر روی تأثیر مواد افزودنی روان کننده مؤثر است. همچنین مواد پوزولانی مانند سرباره‌ها، خاکستر بادی و دوده سیلیس در مقایسه با سیمان معمولی نیاز به مصرف بیشتری از این مواد جهت رسیدن به یک اسلامپ معین دارند.

2-1-5-3- نوع سنگدانه‌ها
در بعضی موارد، دانه‌بندی، شکل، بافت و خواص فیزیکی و ترکیبات معدنی سنگدانه‌ها ممکن است بر روی عملکرد این مواد اثر داشته باشند.

2-1-5-4- دما
دمای هوا و دمای ساخت بتن بر روی عملکرد این مواد تأثیر دارد، لذا قبل از مصرف آن باید مقدار دقیق مصرف آنها در شرایط محیطی واقعی تعیین گردد.

2-1-6- اثرات مصرف
2-1-6-1- اثر بر روی خواص بتن تازه
الف) مقدار هوای بتن
بعضی از انواع روان‌کننده‌ها بسته به غلظت و نوع ترکیب در حدود دو الی شش درصد هوا وارد بتن می‌کند، در عین حال مقادیر بیشتر ورود هوا نیز گزارش شده است. مقدار هوای قابل ورود به بتن با تغییر ترکیب نسبت اجزای بتن قابل کنترل است.

ب) وزن مخصوص
در صورت استفاده از این مواد بعنوان افزودنی‌های کاهنده آب، وزن مخصوص بتن می‌تواند افزایش یابد.

ج) کارایی
استفاده از افزودنی‌های روان‌کننده باعث افزایش کارایی مخلوط بتن با حفظ نسبت آب به سیمان می‌گردد. همچنین با کاهش مقدار آب در مخلوط می‌توان به یک اسلامپ مشابه با مخلوط بتن دست یافت.

د) آب انداختگی
در صورت مصرف این مواد بعنوان مواد کاهنده آب، آب انداختگی کاهش می‌یابد. در صورت استفاده از این مواد بعنوان روان‌کننده، اگر نسبت‌های اجزاء مخلوط بتن مناسب انتخاب نشده باشد و یا دانه‌بندی سنگدانه‌ها مناسب نباشد، احتمال افزایش آب انداختگی وجود دارد.
همچنین افزودنی‌های کاهنده آب از نوع اسیدهای هیدروکسیلات کربوکسیلیک تمایل به آب انداختگی دارند و لذا استفاده از آنها در بتن‌های با اسلامپ زیاد، دقت زیادی می‌طلبد. افزودنی‌های با پایه لیگنوسولفونات‌ها عملکرد بهتری دارند، زیرا خاصیت هوازایی نیز دارند که باعث کنترل آب‌انداختگی می‌شود. در مقدار معمول مصرف این نوع افزودنی‌ها (از نوع lignin) مقدار هوا در بتن حدود 1 تا 2 درصد افزایش می‌یابد.

ه) سرعت افت اسلامپ
سرعت افت اسلامپ با افزودن مواد افزودنی روان‌کننده/كاهنده آب ممکن است افزایش یابد. به همین دلیل بهتر است این مواد در کارگاه افزوده شوند. مدت زمان کارکردن با بتن به عوامل زیادی بستگی دارد که میزان مصرف این مواد، استفاده از سایر مواد افزودنی، مشخصات سیمان، نسبت آب به سیمان، درجه حرارت بتن و مدت زمان مخلوط شدن بتن در هنگام افزودن این مواد را شامل می‌شود.
کلیه بتن‌های حاوی افزودنی کاهنده آب، معمولاً اسلامپ خود را در مقایسه با بتن شاهد به سرعت از دست می‌دهند. همچنین بسیاری از افزودنی‌های کاهنده آب تمایل به دیرگیرکردن بتن دارند.

2-1-6-2- اثر بر روی خواص بتن سخت شده
اگر نسبت آب به سیمان و رواني بتن و ملات را ثابت نگه داريم، با توجه به خاصيت کاهش آب که توسط اين مواد ايجاد مي‌شود، مي‌توان عيار سيمان را به همان نسبت کاهش داد. لذا جمع‌شدگي و احتمال ترک‌خودگی در مرحله خميري و همچنین در بتن سخت‌شده نيز کاهش مي‌يابد. اين کاهش عيار سيمان در واقع باعث افزايش مقاومت و پايايي بتن و کاهش نفوذپذيري بتن می‌شود.
علاوه بر اين ممکن است کاهش عيار سيمان به عنوان يک هدف براي کاهش گرمازايي بتن باشد و يا يک هدف اقتصادي محسوب گردد.

2-1-7- نحوه مصرف
مقدار مصرف افزودنی‌های روان‌کننده (کاهنده آب) باید مطابق توصیه‌های تولیدکننده باشد. مقدار مصرف معمول این مواد با توجه به نوع و ترکیب شیمیایی آنها حدود 2/0 تا 1 درصد وزنی سیمان است.
افزودنی‌های روان‌کننده (کاهنده آب) هم به شکل مایع و هم به شکل پودری وجود دارند. معمولاً توصیه می‌شود تا این مواد بصورت مایع در بتن استفاده شوند و اگر بصورت پودری هستند توسط مقداری از آب طرح مخلوط بصورت مایع درآیند. با توجه به مقدار کم مصرف آنها، باید تجهیزات اختلاط و نحوه مصرف طوری باشد که مواد کاملاً مناسب و دقیق و یکنواخت در مخلوط پخش شوند. روش ساده و مناسب مصرف این مواد اضافه‌نمودن در پایان مراحل اختلاط می‌باشد.
یکی از بهترین روشهای مصرف این مواد جهت اطمینان از پخش یکنواخت آن در مخلوط به این صورت است که پس از اختلاط اولیه سیمان، سنگدانه و 50 تا 70 درصد آب، ماده افزودنی به مابقی آب لازم اضافه گردد و سپس به مخلوط اضافه شود. نحوه چگونگی افزودن مواد روان‌کننده (کاهنده آب) ممکن است باعث شود تا در مخلوط‌های بتن با نسبت‌های اجزای مشابه، روانی متفاوتی بدست آید. مصرف بیش از اندازه افزودنی روان کننده (کاهنده آب) ممکن است باعث تأخیر زیاد در زمان گیرش، کاهش مقاومت اولیه و افزایش مقدار هوای بتن شود.

2-1-8- توصیه‌هاي مصرف
– جهت کنترل انطباق، آزمایش‌های اثبات و تأیید افزودنی‌های مایع باید انجام گیرد. آزمایش‌های شناسایی شامل مقدار کلرید و قلیایی، مقدار مواد جامد، pH و طیف‌سنجی مادون قرمز است.
– در مواردی که افزودنی‌های کاهنده آب دارای خاصیت دیرگیری هستند، ترک‌خوردگی در اثر خیز بار مرده در طول بتن‌ریزی بسیار محتمل است، لذا مسائل مربوط به عمل‌آوری و محافظت، بعلت پتانسیل جمع‌شدگی و آب‌انداختگی این مواد باید بسیار مورد توجه قرار گیرد.