نقش افزودنی های شیمیایی بتن در ایجاد سازه بتنی با دوام

مقدمه:

در چند سال گذشته، صنعت ساخت و ساز رشد و توسعه فوق العاده ای را تجربه کرده است. این امر توسعه افزودنی های مدرن را ضروری کرده است. افزودنی های بتن، مواد شیمیایی هستند که برای بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی به بتن اضافه می شوند. این مواد نشان دهنده طیف وسیعی از محصولات با خواص شیمیایی متفاوت می باشند.

طبق استاندارد ACI-130R-19  افزودنی های شیمیایی موادی هستند که  نقش مهمی در ساخت سازه های بتنی سازگار با محیط زیست و پایدار دارند و در عین حال نیز به حفظ منابع طبیعی کمک می کنند.

برخی از افزودنی‌های بتن  مانند رنگدانه‌ها، عوامل انبساط‌دهنده و کمک پمپاژ فقط در مقادیر بسیار کم استفاده می‌شوند مواد اولیه مورد استفاده عبارتند از : آلومینا، آهک، اکسید آهن و سیلیس.

یکی از مهم ترین موادی که برای تولید بتن با کارایی بالا، بادوام استفاده می شود، افزودنی های بتن است. افزودنی های بتن جهت بهبود رفتار بتن تحت شرایط خاص به بتن اضافه می گردد .دو نوع افزودنی بتن وجود دارد:

1-افزودنی  معدنی

مواد افزودنی معدنی مانند خاکستر بادی، دود سیلیس و سرباره در مقادیر بیشتری به بتن اضافه می شوند تا کارایی بتن تازه را افزایش دهند. آنها نفوذپذیری را کاهش می دهند، استحکام و مقاومت در برابر ترک های حرارتی را افزایش می دهند.

2-افزودنی شیمیایی :

افزودنی های شیمیایی به  بتن های شامل سیمان پرتلند، آب و سنگدانه بلافاصله قبل یا در حین اختلاط اضافه می شوند . استفاده از مواد افزودنی شیمیایی و معدنی در بتن مزایای قابل توجهی را در بهبود کیفیت، کارایی نشان داده است. این مواد افزودنی به حفظ بتن در مراحل حیاتی مانند اختلاط، حمل و نقل، قرار دادن و عمل آوری حتی در شرایط نامساعد جوی کمک می کنند. یکی از این ترکیبات، که به عنوان فوق روان کننده شناخته می شود، به عنوان  روان کننده کاهنده آب فوق العاده عمل می کند و اجازه می دهد تا محتوای آب را بدون تغییر در ترکیب مخلوط، کاهش دهد. این کاهش در محتوای آب و سیمان به کاهش خزش، انقباض و گرمای هیدراتاسیون کمک می کند و عملکرد کلی بتن را افزایش می دهد.

استفاده موفقیت آمیز از افزودنی های بتن به استفاده از روش های مناسب بچینگ و بتن ریزی بستگی دارد. بیشتر افزودنی ها به صورت مایع آماده برای استفاده عرضه می شوند و در کارخانه یا محل کار به بتن اضافه می شوند. برخی از افزودنی‌ها مانند رنگدانه‌ها، عوامل انبساط‌دهنده و کمک پمپاژ فقط در مقادیر بسیار کم استفاده می شوند.

اثر بخشی یک افزودنی به عوامل مختلفی بستگی دارد که عبارتند از: نوع و مقدار سیمان، محتوای آب، زمان اختلاط، اسلامپ و دمای بتن و هوا. گاهی اوقات، با تغییر مخلوط بتن، کاهش نسبت آب به سیمان، افزودن سیمان اضافی، استفاده از نوع دیگری از سیمان، یا تغییر درجه بندی سنگدانه ها و سنگدانه ها، اثراتی مشابه آنچه که از طریق افزودن مواد افزودنی حاصل می شود، حاصل می شود.

پنج تابع

افزودنی های بتن ابزار قدرتمندی در دست معماران هستند. با درک عملکرد آنها و همکاری با یک متخصص، می توانید پتانسیل کامل بتن را در پروژه های خود باز کنید. از افزایش کارایی و زمان گیرش گرفته تا استحکام، دوام و ضدآب برتر، افزودنی های بتن می توانند به شما در دستیابی به نتایج پایدار کمک کنند.

مواد افزودنی بتن بر اساس عملکرد طبقه بندی می شوند. پنج کلاس متمایز از افزودنی های شیمیایی وجود دارد: هواگیر، کاهش دهنده آب، کند کننده، تسریع کننده و نرم کننده ها (فوق روان کننده). تمام انواع دیگر افزودنی‌های بتن در دسته‌بندی تخصصی قرار می‌گیرند که عملکردهای آن‌ها شامل بازدارندگی از خوردگی، کاهش انقباض، کاهش واکنش قلیایی-سیلیکا، افزایش کارایی، اتصال، عایق رطوبتی و رنگ‌آمیزی است. افزودنی های حباب کننده هوا، که برای قرار دادن عمدی حباب های هوای میکروسکوپی در بتن استفاده می شوند.

افزودنی های کاهش دهنده آب :

مواد افزودنی کاهنده آب میتوانند میزان آب مورد مخلوط بتن را حدود 5 تا 10 درصد کاهش می دهند. در نتیجه بتن حاوی مواد افزودنی کاهنده آب برای رسیدن به اسلامپ مورد نیاز نسبت به بتن تصفیه نشده به آب کمتری نیاز دارد  و بتن هایی با مقاومت بالاتر می توانند بدون افزایش میزان سیمان تولید شود. پیشرفت های اخیر در فناوری افزودنی بتن منجر به توسعه کاهش دهنده های آب متوسط شده است. این افزودنی های بتن محتوای آب را حداقل 8 درصد کاهش می دهند و در طیف وسیع تری از دماها پایدارتر هستند. کاهنده های آب میان رده نسبت به کاهنده های آب استاندارد، زمان های تنظیم ثابت تری را ارائه می دهند.

مواد افزودنی حباب هواساز

از افزودنی های حباب هوا ساز برای القای حفره های هوا به داخل بتن استفاده می شود. این برای مقابله با دماهای مختلف استفاده می شود زیرا بتن در معرض ذوب و انبساط است. با تغییرات دما، زمانی که بتن منبسط یا منقبض می شود، می تواند برای جلوگیری از ترک خوردن به داخل هوای وارد شده حرکت کند. به طور کلی 5-8 درصد هوا برای مقابله با دماهای مختلف مناسب است.

مواد افزودنی کند کننده:

افزودنی های بتن کندگیر که سرعت گیرش بتن را کاهش می دهند، برای خنثی کردن اثر تسریع کننده هوای گرم بر گیرش بتن استفاده می شوند. دمای بالا اغلب باعث افزایش سرعت سخت شدن می شود که قرار دادن و تکمیل را دشوار می کند. کندکننده ها بتن را در حین جاگذاری قابل کار نگه می دارند و سخت شدن اولیه بتن را به تاخیر می اندازند. بیشتر کندکننده ها به عنوان کاهنده آب نیز عمل می کنند و ممکن است مقداری هوا را در بتن وارد کنند.

مواد افزودنی تسریع کننده:

برای افزایش سرعت گیرش بتن از افزودنی های بتن تسریع کننده استفاده می شود. آنها زمان مورد نیاز برای عمل آوری و حفاظت مناسب را کاهش می دهند که اغلب در ریختن بتن در هوای سرد استفاده می شود.

فوق روان کننده ها:

فوق روان‌کننده‌های بتن محتوای آب را 12 تا 30 درصد کاهش می‌دهند و می‌توانند با اسلامپ کم به معمولی و نسبت آب به سیمان به بتن اضافه شوند تا بتن با جریان بالا اسلامپ ایجاد شود. این بتن را می توان با ارتعاش یا تراکم کم یا بدون ارتعاش قرار داد. فوق روان کننده ها معمولاً به بتن در محل کار اضافه می شوند زیرا اثرات آنها فقط 30 تا 60 دقیقه باقی می ماند و به سرعت کارایی خود را از دست می دهد.

مواد افزودنی تخصصی:

افزودنی‌های تخصصی در موقعیت‌های مختلف برای به دست آوردن خواص خاصی مانند بازدارنده‌های خوردگی، کنترل انقباض، بازدارنده‌های واکنش قلیایی-سیلیکا و رنگ‌آمیزی اضافه می‌شوند. افزودنی های بازدارنده خوردگی به خوردگی آهسته بتن مسلح اضافه می شوند که اغلب به عنوان یک استراتژی دفاعی برای سازه های بتنی که در معرض غلظت های بالای کلرید قرار می گیرند، استفاده می شود. کاهنده های انقباض برای کنترل انقباض خشک شدن استفاده می شود تا ترک ها به حداقل برسد. مهارکننده‌های واکنش‌پذیری قلیایی-سیلیکا مشکلات دوام مرتبط با واکنش قلیایی-سیلیکا را کنترل می‌کنند.

افزودنی های بتن به ما این امکان را می دهند که بر چالش های مختلفی که هر روز در هنگام ریختن بتن با آن مواجه می شویم غلبه کنیم. آنها به ما فرصت تولید بتن با بالاترین کیفیت، عملکرد و پایداری را می دهند که برای رشد و شکوفایی صنعت ضروری است.

مواد افزودنی برای بهبود عملکرد بتن

اثر بخشی یک افزودنی بتن به عوامل مختلفی بستگی دارد که عبارتند از: نوع و مقدار سیمان، محتوای آب، زمان اختلاط، اسلامپ و دمای بتن و هوا. گاهی اوقات، با تغییر مخلوط بتن، کاهش نسبت آب به سیمان، افزودن سیمان اضافی، استفاده از نوع دیگری از سیمان، یا تغییر درجه بندی سنگدانه ها و سنگدانه ها، اثراتی مشابه آنچه که از طریق افزودن مواد افزودنی حاصل می شود، حاصل می شود

چگونه افزودنی های بتن عملکرد را افزایش می دهند؟

دنیای افزودنی های بتن گسترده است و هر افزودنی شیمیایی مزایای منحصر به فردی دارد. در اینجا نگاهی دقیق تر به برخی از عملکردهای کلیدی آورده شده است.

کارایی و زمان گیرش:

کارپذیری بتن تازه به طور قابل توجهی بر روی قرارگیری و تکمیل تأثیر می گذارد. افزودنی هایی مانند نرم کننده ها یا فوق روان کننده ها کارایی را بهبود می بخشند و جریان آسان تر و تراکم بهتر را فراهم می کنند. کندکننده ها گیرش اولیه را به تاخیر می اندازند و زمان بیشتری را برای حمل و نقل و قرار دادن به خصوص در هوای گرم فراهم می کنند. برعکس، شتاب‌دهنده‌ها فرآیند گیرش را تسریع می‌کنند، که برای بتن‌ریزی در هوای سرد یا برنامه‌های ساخت و ساز سریع ضروری است.

مقاومت و دوام:

وظیفه اصلی بتن تحمل وزن و مقاومت در برابر تنش است. افزودنی های بتن که  افزایش دهنده استحکام هستند می توانند به طور قابل توجهی استحکام فشاری و خمشی را بهبود بخشند. به عنوان مثال، افزودنی‌های میکروسیلیس، زمینه بتن را متراکم می‌کنند که منجر به استحکام و مقاومت در برابر سایش می‌شود. علاوه بر این، سایر افزودنی های افزایش دهنده دوام بتن می توانند مقاومت در برابر طیف وسیعی از عوامل مانند چرخه های یخ-ذوب، نفوذ کلرید و حمله شیمیایی را بهبود بخشند و طول عمر ساختار را افزایش دهند.

گیر افتادن هوا:

در آب و هوای سرد، آب درون بتن می تواند در طول گیرش یخ زده و منبسط شود و باعث ایجاد ترک و پوسته پوسته شدن شود. افزودنی های حباب هوا ساز حباب های هوای میکروسکوپی را معرفی می کنند که به عنوان محفظه های فشار عمل می کنند و آسیب یخ زدگی و ذوب را کاهش می دهند.

سایر عملکردهای تخصصی:

چندین افزودنی بتن تخصصی نیازهای خاص را برآورده می کنند. به عنوان مثال، بتن خود تثبیت شونده (SCC) از مواد افزودنی برای دستیابی به جریان پذیری بالا بدون جداسازی استفاده می کند که برای آرماتورهای متراکم یا قالب های پیچیده ایده آل است. علاوه بر این، افزودنی های تقویت کننده الیاف را می توان برای بهبود مقاومت در برابر ترک و استحکام کششی استفاده کرد.

 چگونه افزودنی مناسب بتن انتخاب شود؟

با چنین طیف متنوعی از افزودنی های بتن موجود، انتخاب افزودنی بتن مناسب، نیاز به بررسی دقیق دارد.

الزامات پروژه: درک روشن از خواسته های خاص پروژه بسیار مهم است. عواملی مانند شرایط قرار گرفتن در معرض، استحکام مورد نظر، و الزامات قرارگیری همگی بر فرآیند انتخاب تأثیر می‌گذارند.

سازگاری: همه افزودنی های بتن با یکدیگر سازگار نیستند. ارزیابی فعل و انفعالات بالقوه بین افزودنی انتخابی و مخلوط بتن پایه ضروری خواهد بود تا از نتیجه موفقیت آمیز اطمینان حاصل شود.

شرایط سایت: فاکتورهای محل کار مانند شرایط آب و هوایی و تکنیک‌های مکان‌یابی می‌توانند هنگام انتخاب مناسب‌ترین افزودنی برای محیط پروژه خاص شما بر فرآیند انتخاب تأثیر بگذارند.

منابع : ACI 130R-19