مواد حبابزا (حباب‌ساز)
2-5-1- تعریف
مواد افزودنی حباب‌ساز موادی هستند که سبب ایجاد حبابهای عمدی ریز هوا در بتن می‌شوند.
2-5-2- مقدمه
از دهه 40 میلادی، آثار و خواص افزودنی‌های حباب‌ساز در بتن بتدریج در آمریکا شناخته شد و بکار رفت. برخی کارخانه‌های سیمان در آمریکا، به تجربه دریافته بودند که افزودنی پیه گاو به کلینکر در هنگام آسیاب آن در کارخانه، عمل آسیاب کردن را تسهیل می‌بخشد. بعدها دریافتند که بتن‌های ساخته شده با این نوع سیمان‌ها از دوام مناسبی برخوردار بودند، در حالیکه بتن‌های مشابه با همان نسبت آب به سیمان خیلی سریعتر از بین می‌رفتند. این یافته‌ها بسیار مهم و عجیب تلقی شده و به کشف خواص یا ساختار میکروسکوپی خمیر سیمان حاوی حبابها منجر گردید. امروزه مصرف این مواد بصورتی فراگیر شده است که در اغلب آیین‌نامه‌ها مصرف این مواد بویژه زمانی که بتن در معرض چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن مکرر قرار دارد، توصیه می‌شود یا الزامی دانسته شده است.
2-5-3- ترکیب
بسیاری از مواد وجود دارند که قابلیت ایجاد حباب در خمیر سیمان را دارند، اما آنچه در مورد افزودنی‌های حباب‌ساز مهم است ایجاد حباب‌هایی با ساختار مناسب و پایدار است. امروزه اکثر حباب‌زاهایی که به شکل تجاری در دسترس هستند، در یکی از دسته‌های زیر قرار می‌گیرند.
– نمک‌های صمغ‌های چوب (وینسول)، نمک‌های مواد پروتئینی
– نمک‌های اسیدهای نفتی
– نمک‌های آلی هیدروکربن‌های سولفوناته
– دترجنت‌های مصنوعی
– اسیدهای رزینی و چرب و نمک‌های آنها
2-5-4- مکانیزم اثر حباب‌زاها
معمولاً مواد حبابزا با آهک موجود در سیمان در مجاورت آب ترکیب شده و حباب ریز تولید می‌کنند. حبابهاي هواي عمدي ايجاد شده در خمير سيمان، ريز و پخش هستند. ميلياردها حباب ريز در يك متر مكعب بتن يا ملات توسط اين مواد حبابزا بوجود مي‌آيد كه كاملاً پخش و توزيع شده‌اند. وقتي بتن يا ملات در برابر چرخه‌های متوالی يخ‌زدن و آب‌شدن پايداري مي‌كند كه فاصله حبابها از يكديگر بيش از 2/0 ميلي متر نباشد.
2-5-5- عوامل مؤثر بر مقدار حباب هوای ایجاد شده
درصد هوا و توزيع اندازه (دانه‌بندي) حبابهاي توليد شده در بتن حبابدار متأثر از تعدادي از عوامل مي‌باشد كه اهم آنها در زير مي‌آيد.
– ماهيت (طبيعت و جنس) و مقدار افزودني مصرفي
– ماهيت و مقدار مصالح مصرفي در بتن حبابدار
– اسلامپ يا رواني بتن
– روش اختلاط، حمل، تراکم و شرایط اجرایی بتن
الف) ماهیت و مقدار افزودنی مصرفی
نوع افزودنی بکار رفته در نوع حباب ایجاد شده، مقدار حباب ایجاد شده و اندازه حبابها مؤثر است.
ب) مصالح مصرفی
شکل دانه‌بندی سنگدانه، وجود مواد آلی در سنگدانه، نوع و ریزی سیمان و ناخالصی‌های آب بر میزان مصرف مواد حبابزا و میزان حبابهای ایجاد شده اثرگذار است. استفاده از سنگدانه دارای دانه‌بندی با بافت ریز، مصرف مواد حبابزا را برای رسیدن به میزان حباب معین افزایش می‌دهد. تیزگوشه بودن سنگدانه‌ها بخصوص در مورد ماسه‌ها مصرف حبابزا را افزایش می‌دهد. وجود مواد آلی در سنگدانه و آب به افزایش حباب‌زایی و کاهش مصرف حبابزا منجر می‌گردد.
افزایش در سختی یا قلیایی‌های آب، بر مصرف مواد افزودنی اثرگذار است. افزایش سختی آب موجب کاهش حباب‌زایی و افزایش مصرف مواد حبابزا و افزایش قلیایی‌های آب موجب کاهش مصرف مواد حبابزا می‌شود.
وقتي ريزي سيمان بيشتر مي‌شود، مقدار مصرف ماده حبابزا بايد بيشتر شود، زيرا حباب هواي كمتري ايجاد مي‌شود. سيمانهاي زودگیر و همچنين سيمانهاي حاوي پوزولان و سيمانهاي سرباره‌ای، معمولاً مقدار مصرف حبابزا را بيشتر مي‌كنند. سيمان‌های با قليايي بالا مقدار مصرف مواد حبابزا را كم مي‌كند.
وقتي ريزدانه اعم از ماسه ريز يا مواد گذرنده از الك 75 ميكرون (مواد ريزدانه) يا ميزان سرباره، پوزولان يا پودر سنگ موجود در بتن بيشتر مي‌شود، خاصيت حباب‌زايي كم شده و مصرف ماده حبابزا بيشتر مي‌شود. همچنین مصرف افزودني كلريد كلسيم حباب‌زايي را بيشتر مي‌كند.
با مصرف مواد روان‌كننده معمولي، مقدار مصرف حبابزا به ميزان يك سوم يا بيشتر كاهش مي‌يابد. فوق‌روان‌كننده ممكن است خاصيت معکوس نیز داشته باشند. به هرحال با مصرف هر نوع افزودني ممكن است كاهش يا افزايش حباب‌زايي را داشته باشيم.
وقتی مقدار سیمان افزایش یابد، مقدار مصرف مواد حبابزا افزایش می‌یابد. در عیار سیمان یا مواد سیمانی بیشتر از 400 کیلوگرم ممکن است اشکالاتی در حباب‌زایی بوجود آید.
پ) اسلامپ یا روانی بتن
وقتی نسبت آب به سیمان بیشتر شده و یا بعبارتی روانی بتن بالاتر رود، حباب‌زایی بیشتر شده و در نتیجه مصرف مواد حبابزا کاهش می‌یابد. البته در بتن‌های خیلی روان نیز ممکن است فاصله حبابها زیاد شود و خاصیت آنها در بتن کم شود. در این حالت حبابهای درشت‌تری تولید می‌شوند.
ت) روش اختلاط، حمل، تراکم و شرایط اجرایی بتن
اگر دماي بتن يا هوا زياد شود، حبابها كم و بزرگ‌تر مي‌شوند و فاصله حبابها از هم زياد مي‌شود و مشكل جدي براي بتن حبابدار ایجاد مي‌شود. در دماي بتن بيش از 22 درجه و در دماي هواي بيشتر از 26 درجه به تدريج كار كنترل حبابها مشكل شده و مصرف حبابزا افزايش می‌يابد، ولي به هرحال حبابها اندازه و فاصله مناسب را نخواهند داشت.
نوع مخلوط‌كن، مقدار بتن مخلوط شده و سرعت و زمان (مدت) اختلاط بر حباب‌زايي موثر است. حجم كمتر و سرعت بيشتر مخلوط‌کن حباب‌زايي را بالا مي‌برد، اما افزايش مدت اختلاط در ابتدا باعث افزايش حباب‌زايي (3 تا 5 دقيقه) و پس از آن به كاهش حبابها منجر مي شود. به هرحال فاصله حبابها با افزايش مدت چندان زياد نمي‌شود. با افزودن آب به مخلوط، ممكن است میزان حبابها تغيير نمايد. در مدت حمل بويژه در کامیون مخلوط‌کن، مقدار حبابها كم مي‌شود. پمپ كردن بتن معمولاً مقدار حبابها را كم مي‌كند.
همچنین لرزش‌هايي كه براي تراكم بتن بكار مي روند، به تدريج حبابهای هوا را از بتن خارج مي‌كنند، به خصوص اگر مقدار لرزاندن از یک حد تجاوز کند.
2-5-6- مقدار حباب هواي لازم در بتن
با توجه به شرايط محيطي از نظر يخبندان و آب‌شدگي يا ساير شرايط موجود در حين بهره برداري در هر آيين‌نامه‌اي درصد حباب هواي لازم مشخص مي‌شود. مقدار حباب هواي لازم در بتن معمولاً به حداكثر اندازه سنگدانه مصرفي ارتباط دارد. معمولاً هرچقدر خمير سيمان بتن كمتر باشد، درصد حباب هواي لازم در بتن كمتر مي‌شود، در حالي‌كه ممكن است عملاً درصد حباب هوا در خمير سيمان ثابت باشد.
هر چقدر شرايط محيطي حادتر باشد، درصد حباب هواي لازم بتن بيشتر مي‌شود. با كاهش حداكثر اندازه سنگدانه بتن، درصد حباب هواي لازم افزايش مي‌يابد. معمولاً حداكثر حباب هواي لازم در بتن‌های دارای حداكثر اندازه سنگدانه 10 ميلي‌متر و در شرايط حاد، حداقل 5/7 درصد و براي حداكثر اندازه 150 ميلي‌متر و شرايط متوسط، 3 درصد مي‌باشد. بديهي است براي حداكثر اندازه‌هاي 75/4 يا 38/2 ميلي‌متر براي ملات‌ها ممكن است حباب هوا به حدود 10 درصد برسد و در خمير سيمان در حدود 15 تا 20 درصد خواهد بود. رواداري مجاز درصد حباب هواي بتن معمولاً 1 تا 5/1 درصد در كارگاه مي‌باشد.
2-5-7- اثرات مصرف
2-5-7-1- اثر بر روی خواص بتن تازه
الف) کارایی
مصرف مواد حبابزا در یک نسبت آب به سیمان ثابت، کارایی و اسلامپ بتن را بیشتر می‌کند. حتی هنگامی‌که تحت شرایطی اسلامپ یکسانی وجود دارد، بتن حاوی مواد حبابزا دارای کارایی بیشتر و چسبنده‌تر از بتن مشابه و فاقد حبابزا است، مگر اینکه عیار سیمان زیاد باشد.
• در عيار سيمان زياد، بتن حبابدار به شدت چسبناك مي شود و پرداخت سطح آن مشكل مي گردد.
ب) آب انداختن و جداشدگی
جداشدگي و آب‌انداختن بتن تازه با استفاده از مواد حبابزا كاهش مي‌يابد.
پ) جمع‌شدگی بتن تازه
با مصرف مواد حبابزا جمع شدگی بتن تازه در هنگام گیرش کاهش می‌یابد و یا حتی انبساط جزیی را به همراه می‌آورد. به هر حال در مجموع جمع شدگی خمیری کاهش می‌یابد.
2-5-7-2- اثر بر روی خواص بتن سخت شده
الف) مقاومت
وجود حبابهاي عمدي در بتن همانند وجود حبابهاي غيرعمدي، مقاومت بتن را كاهش مي‌دهد، اما مقدار كاهش يكسان نخواهد بود. به ازاي هر يك درصد حباب هواي عمدي در بتن عملاً 3 درصد مقاومت کاهش مي‌یابد، در حالي‌كه ازاي هر يك درصد حباب هواي غيرعمدي (Entrapped Air) كه بدليل عدم تراكم كافي بوجود مي‌آيد بيش از 5 درصد مقاومت كاهش مي‌یابد. اگر عيار سيمان در بتن، متوسط تا زياد باشد كاهش مقاومت ناشي از وجود حباب هواي عمدي افزايش مي‌يابد. هر چند بايد گفت اگر به كمك مواد حبابزا بتوانيم مقدار آب را كاهش دهيم، مقدار نسبت آب به سيمان كم شده و بخشی از این کاهش مقاومت جبران می‌شود (با فرض عيار سيمان و اسلامپ ثابت).
ب) نفوذپذیری
نفوذپذيري بتن سخت شده با وجود حبابهاي ريز و پخش در خمير سيمان به شدت کاهش می‌یابد که در افزايش دوام بتن مؤثر است.
پ) جذب آب
جذب آب مويينه بتن حبابدار نيز به مراتب كمتر از بتن معمولي است که اين عامل نيز در افزايش دوام بتن موثر است.
ت) مقاومت در برابر چرخه‌های یخ‌زدن و آب شدن
مهمترين تأثير مواد حبابزا در بتن سخت شده، افزايش پايايي بتن در برابر چرخه‌های متوالی يخ‌زدن و آب‌شدن است. وجود حباب هاي ريز و بسته كه همچون يك ماسه ريز و نرم عمل مي كنند، نفوذ پذيري را كاهش مي‌دهد و همچنين انبساط ناشي از يخ‌زدن آب توسط اين حباب ها تحمل مي‌گردد و تنش‌هاي قابل توجهي را به خمير سيمان منتقل نمي‌كند و دوام بتن بالا مي‌رود.
ث) نفوذ پرتوهای رادیواکتیو
وجود حباب هاي عمدي به شدت به افزايش نفوذ پرتوها به بتن كمك مي‌كنند و لذا استفاده از این افزودنی در بتن‌هایی که به عنوان سپر در برابر پرتوهای رادیواکتیو بکار می‌روند، به شدت زیان‌آور است.
ج) جمع شدگی ناشی از خشک شدن
در ملات‌ها و بتن وجود حباب باعث افزايش قابليت نگهداري آب در بتن سخت شده مي شود و جمع شدگي ناشي از خشك شدگي ملات و بتن سخت شده كاهش مي يابد و از اين نظر ترك خوردگي كم تر مي‌گردد و دوام افزايش مي‌يابد.
2-5-8- انبار كردن
مواد حبابزا به دو صورت جامد (پودر يا پولك) يا مايع توليد و مصرف مي‌شوند. اين مواد حتي بصورت مايع در اثر يخبندان آسيب نمي‌بينند، اما در دستورالعمل توليدكنندگان جلوگيري از يخ زدن آنها توصيه مي‌شود. معمولاً تا 6 ماه نگهداري در شرايط مساعد مشكلي براي اين مواد به وجود نمي‌آيد، اما پس از 6 ماه انجام آزمايش بر روي آنها و انطباق آنها با مشخصات استاندارد ضروري به نظر مي‌رسد.
2-5-9- نحوه مصرف
بهتر است ماده حبابزا بصورت مايع يا محلول به بتن اضافه شوند. مقدار مصرف مواد پودري بسيار كم است و نمي تواند به خوبی و با سرعت در بتن مخلوط و توزيع شود. معمولاً مواد پودری پروتئینی به میزان 4 تا 5 درصد در آب حل می‌شوند.
مقدار مصرف مواد افزودني حبابزاي مايع يا محلول، عملاً از حدود 05/0 تا 15/0 درصد وزن سيمان تغيير مي‌كند كه در مقايسه با ساير افزودني ها ناچيز به نظر مي‌رسد. برای مثال میزان مصرف مواد پودری پروتئینی در بتن عملاً 002/0 تا 007/0 درصد وزن سیمان خواهد بود که به شدت ناچیز است و هزینه بسیار کمی را به مصرف‌کننده تحمیل می‌کند.
مقدار مصرف افزودني حبابزا با انجام آزمايش و دستيابي به مقدار حباب هواي مورد نظر و خواص مطلوب در بتن تعيين مي‌شود و تابع عوامل مختلفي است كه با تغيير نوع سنگدانه و سيمان يا مقدار آنها، تغيير رواني بتن و دانه‌بندي سنگدانه تغيير مي‌نمايد.
حداكثر مقدار مصرف افزودنی حبابزا در بتن هاي سفت، پرسيمان، حاوي ماسه هاي ريز زياد و مواد ريزتر از الك 75 ميكرون، دارای سیمان ریز و در شرايط هواي گرم حاصل می‌گردد. مسلماً وقتي درصد حباب هواي بيشتري در بتن لازم است، مقدار ماده حبابزاي مصرفي بيشتري بكار مي‌رود.
مواد مهندسی ایمن بتن (M.l.C CO.):
http://www.micgrouh.com/
ما را شبکه های اجتماعی دنبال کنید
تلگرام : https://t.me/MICGROUH
اینستاگرام : https://instagram.com/_u/micgrouh?r=sun1
لینکدین : https://www.linkedin.com/in/mic-grouh-3243ab80
