نقش آب در طرح اختلاط بتن با دوام

مقدمه                                                     

نقش آب در طرح اختلاط بتن مهم می باشد به طوری که تولید بتن بر استفاده از آب متکی است . گرچه مقدار مصرف آب در بتن کم است، اما حجم زیاد بتن ساخته شده در سراسر جهان، تلاش برای کاهش این مقدار را مهم می­کند. آب آشامیدنی، آب مناسب برای ساخت بتن است. آب در ساخت مخلوط‌های بتن، در حین کیورینگ و عمل آوری بتن ،  برای تمیز کردن لوله های انتقال بتن از کامیون حمل کننده بتن پس از تحویل بتن ، استفاده می‌شود.

نسبت آب به سیمان بهینه

در طرح اختلاط بتن، نسبت آب به سیمان بهینه باید به دقت تعیین شود تا خواص مورد نظر بتن حاصل شود. در حالی که آب کافی برای کارایی لازم است، آب بیش از حد  دوام بتن را کاهش می دهد و منجر به کاهش مقاومت شده و بتن را ضعیف می کند. بنابراین، حفظ تعادل مناسب آب به سیمان برای حاصل شدن سازه بتن با دوام و مقاوم حیاتی است.

علاوه بر این، کیفیت آب مصرفی در طرح اختلاط بتن ضروری است. آب آشامیدنی به دلیل داشتن ترکیبات شیمیایی تنظیم شده و قابلیت اطمینان در تولید مخلوط بتن سازگار، بهترین گزینه برای اختلاط بتن در نظر گرفته میشود. خلوص آب و نسبت آب به سیمان عوامل به هم پیوسته­ای هستند که بر مقاومت و دوام بتن تأثیر می­گذارند.

در نتیجه، آب در طرح اختلاط بتن به عنوان یک جزء حیاتی عمل می­کند که در صورت استفاده به نسبت و کیفیت مناسب، به میزان قابل توجهی به استحکام، دوام و کیفیت کلی سازه بتنی کمک می­کند.

نسبت آب به سیمان به طور قابل توجهی بر مقاومت بتن تأثیر می­گذارد. نسبت آب به سیمان کمتر منجر به مقاومت فشاری و خمشی بالاتر، افزایش دوام، کاهش انقباض و افزایش مقاومت در برابر ترک خوردگی و نفوذپذیری می­شود. این به این دلیل است که نسبت کمتر آب به سیمان منجر به ساختار بتنی فشرده­تر با منافذ هوای کمتر می­شود که به مقاومت بالاتر تبدیل می­شود. برعکس، افزایش نسبت آب به سیمان باعث کاهش مقاومت بتن به دلیل محتوای آب بیشتر و ایجاد شکاف بیشتر بین ذرات سیمان می­شود. بنابراین، حفظ نسبت آب به سیمان بهینه برای دستیابی به مقاومت و دوام مطلوب سازه های بتنی بسیار مهم است.

راهکارهای کاهش مصرف آب آشامیدنی در طرح اختلاط بتن

راهکارهای متعددی برای کاهش مصرف آب آشامیدنی در تولید بتن وجود دارد. روش‌های زیر ابزارهایی را برای کاهش استفاده از آب آشامیدنی در تولید بتن فراهم می‌کند.
مقدار مواد سیمانی را در طرح اختلاط بتن کاهش دهید. یکی از راه‌های ساده برای کاهش تقاضای آب در مخلوط‌های بتن، کاهش مقدار مواد سیمانی در مخلوط است. چند نمونه از چگونگی کاهش مقدار مواد سیمانی عبارتند از:
الف) از شیوه های طراحی کارآمد استفاده کنید که بیش طراحی (طراحی سازه ای که بیش از حد نیاز، قادر به تحمل بار است) عناصر سازه را از نظر استحکام، دوام و عمر طراحی مورد نظر کارفرما برای سازه به حداقل برساند.
ب) استفاده از مواد سیمانی و مواد سیمانی مکمل (SCMs) را به عنوان پرکننده در مخلوط بتن از طریق بهینه سازی دانه بندی سنگدانه در مخلوط به حداقل برسانید.
ج) بتن با کارایی بالا را در مواردی که توسط پارامترهای طراحی پروژه توجیه می شود، مشخص کنید. تقریباً با تناقض کاهش محتوای مواد سیمانی، مواردی وجود خواهد داشت که ارائه یک ساختار بسیار بادوام توجیه می شود. 
د) افزودنی های کاهنده آب را در نسبت مخلوط بگنجانید، که در حال حاضر رایج ترین استراتژی برای کاهش مقدار آب مخلوط بتن است.
ه) کیورینگ داخلی را در فرآیند قرار دهید. به جای آب اختلاط آشامیدنی از آب اختلاط غیر قابل شرب استفاده کنید. منابع آب غیر قابل شرب شامل آب فرآیند بازیافتی و استفاده مجدد از فرآیند تولید و بچینگ بتن است.

استفاده بیش از حد از آب در طرح اختلاط بتن می تواند چندین عواقب مضر بر استحکام و دوام بتن داشته باشد:

کاهش مقاومت: آب بیش از حد مقاومت فشاری بتن را کاهش می دهد، زیرا آب اضافی پس از سخت شدن تبخیر می شود و فضای خالی ایجاد می کند که بتن را ضعیف می کند.
افزایش  جمع شدگی خشک شدن: محتوای آب بیشتر منجر به افزایش جمع شدگی خشک شدن می شود و بتن را از نظر استحکام کششی ضعیف تر و مستعد ترک خوردن می کند.
از دست دادن مقاومت سایشی: مقاومت سایشی با مقاومت بتن نسبت مستقیم دارد، بنابراین کاهش مقاومت در اثر آب اضافی، مقاومت سایشی را نیز کاهش می دهد.
افزایش نفوذپذیری: حفره¬های ایجاد شده در اثر تبخیر آب اضافی، بتن را متخلخل و نفوذپذیرتر می کند و باعث جذب آب و کاهش دوام بتن می شود.
پودرشدگی و پوسته‌شدگی: آب اضافی می‌تواند سنگدانه‌های ریز را به سطح بیاورد و منجر به ایجاد پودر سست (پودرشدگی) یا برداشتن لایه سطحی بتن (پوسته‌شدگی) شود.
کاهش دوام بتن: اثرات ترکیبی کاهش مقاومت، افزایش جمع شدگی و نفوذپذیری بیشتر در نهایت منجر به کاهش دوام کلی سازه بتنی می شود.

علل رایج آب اضافی در طرح اختلاط بتن می تواند منجر به مسائل مختلفی در ساختار نهایی بتن شود. برخی از دلایل اولیه آب اضافی در اختلاط بتن عبارتند از:

برآورد بیش از حد نیاز آب: برآورد نادرست مقدار آب مورد نیاز برای مخلوط می¬تواند منجر به اضافه شدن آب اضافی شود که بر مقاومت و دوام بتن تأثیر می گذارد.
روش‌های ضعیف اختلاط: روش های اختلاط ناکافی یا توجه ناکافی به جزئیات در طول فرآیند اختلاط می‌تواند منجر به اضافه شدن آب بیش از حد لازم شود و بر کیفیت بتن تأثیر بگذارد.
عدم نظارت: عدم نظارت بر نسبت آب به سیمان در حین اختلاط می تواند منجر به اضافه شدن ناخواسته بیش از حد آب شود و بر خواص نهایی بتن تأثیر بگذارد.
عوامل محیطی: شرایط خارجی مانند دماهای بالا یا رطوبت کم می تواند بر کارایی مخلوط بتن تأثیر بگذارد و وسوسه اضافه کردن آب بیشتر برای تنظیم قوام را ایجاد کند.
بی تجربگی: فقدان تجربه یا آموزش در طرح اختلاط بتن می¬تواند منجر به خطا در تعیین محتوای صحیح آب شود و به طور بالقوه منجر به اضافه شدن آب اضافی شود.
پرداختن به این دلایل رایج آب اضافی در اختلاط بتن برای اطمینان از کیفیت، استحکام و دوام بتن بسیار مهم است. آموزش صحیح، نظارت و رعایت شیوه های صحیح اختلاط برای جلوگیری از عواقب منفی مرتبط با آب اضافی در بتن ضروری است.

فوق روان کننده آب بتن و کاهنده قوی آب POWERPLAST- RM

با توجه به خواص فوق روان کننده کاهنده آب بتن یا روان کننده ها، این مواد مقدار آب لازم برای تولید بتن با روانی داده‌شده را کاهش یا روانی بتن را بدون اضافه کردن مقدار آب، افزایش می دهد. نمك‌ها و سایر مشتقات اسیدهای لیگنوسولفونیك، اسیدهای هیدروکسیالت کربوکسیلیك، و پلی‌ساکارید، یا هر ترکیبی از این سه، بدون یا با مواد متشکله اضافی دیگر، از جمله مواد کاهنده آب بتن  هستند. وقتی به بتن، افزودنی کاهنده آب اضافه می شود، ذرات سیمان در فاز آبی بتن پراکنده می­شوند و توده­های سیمان-آب را تشکیل نمی دهند. به علت خواص فوق روان کننده، این امر منجر به آزادسازی آبی می شود که به طور معمول توسط ذرات سیمان به دام می افتد تا بتواند به سیالیت بتن کمک کند.

از جمله این افزودنی‌ها، روان سازهای بتن بوده که با توجه به میزان مصرف فوق روان کننده بتن، در نسل‌های مختلفی به پروژه‌ها عرضه می‌شوند. آخرین نسل از این افزودنی‌ها بر پایه پلی‌کربوکسیلات اتر تفاوت‌های کیفی چشمگیری در بتن ایجاد می‌نماید. یکی از توانمندترین افزودنی‌های بتن روان ساز بتن POWERPLAST-RM بوده که با توجه به میزان مصرف فوق روان کننده بتن،  قدرت کاهندگی آب تا 30 درصد را فراهم می کند. این محصول که تحت عنوان فوق روان کننده و کاهنده قوی آب به پروژه‌ها عرضه می‌شود، بسته به خواص و میزان مصرف فوق روان کننده بتن، با کاهش نسبت آب به مواد سیمانی و به دنبال آن کاهش منافذ موئینه بتن، جذب آب و نفوذپذیری بتن را کاهش و استحکام مکانیکی آن را افزایش می‌دهد. با توجه به خواص فوق روان کننده بتن، این ماده افزودنی شیمیایی باعث می شود که با مقدار آب کمتر در اسلامپ یکسان، یا با مقدار آب ثابت، اسلامپ بالاتر و یا با مقدار سیمان پرتلند کمتر، مقاومت فشاری یکسانی بدست آید. این ویژگی‌ها افزایش دوام و عمر مفید سازه‌های بتنی را به ارمغان می‌آورد.

استفاده از آب کم در طرح اختلاط بتن چه اثراتی دارد؟

استفاده از آب بسیار کم در طرح اختلاط بتن نیز می­تواند اثرات مضری بر ساختار نهایی بتن داشته باشد. عواقب اصلی استفاده از مقدار ناکافی آب عبارتند از:

کاهش کارایی: محتوای نامناسب آب، مخلوط بتن را سفت و سخت می‌کند. این می تواند منجر به تراکم ضعیف و کرمو شدن بتن سخت شده شود.

هیدراتاسیون ناقص: بدون آب کافی، سیمان نمی­تواند به طور کامل هیدراته شود و در نتیجه پیوند ناقص بین خمیر سیمان و سنگدانه­ها ایجاد می­شود. این باعث کاهش مقاومت کلی بتن می­شود.

افزایش تقاضای آب: اگر بتن خیلی خشک باشد، کارگران ممکن است وسوسه شوند که آب بیشتری در محل برای بهبود کارایی اضافه کنند. با این حال، این می­تواند منجر به نسبت آب به سیمان بیش از حد و مشکلات مرتبط با آن، مانند کاهش مقاومت و افزایش جمع شدگی شود.

افزایش خطر ترک خوردگی جمع شدگی پلاستیک: آب ناکافی می­تواند باعث خشک شدن خیلی سریع بتن شود و منجر به ترک­های جمع شدگی پلاستیک قبل از سخت شدن کامل بتن شود.

کاهش دوام: اثرات ترکیبی هیدراتاسیون ناقص، افزایش تخلخل و ترک بالقوه می­تواند در نهایت دوام و عمر مفید سازه بتنی را کاهش دهد.

خلاصه

کاهش مصرف آب - چالش اساسی سازگاری بتن با محیط زیست این است که بهترین آب برای بتن، آبی است که برای مصرف انسان استفاده می شود، که در حال کاهش است. علیرغم مصرف کم واحد آب در ساخت و استفاده بتن، کاهش میزان آب مصرفی در فرآیند ساخت بتن از طریق استفاده مجدد از آب فرآیند و سایر منابع غیر قابل شرب، سازگاری بتن با محیط زیست را افزایش می دهد.

راه حل ها- صنعت بتن پتانسیل کاهش حجم آب آشامیدنی مصرفی در مخلوط های بتن را با استفاده از منابع آب غیر قابل شرب موجود، هم راستایی پارامترهای طراحی با کاربری مورد نظر و عمر مورد انتظار سازه و با اجرای تجهیزات مختلف دارد. استفاده از فناوری ها و فرآیندهای تولید در تاسیسات تولیدی برای ایجاد منابع جدید آب غیر شرب. سیاست ها، رویه ها، روش ها و مواد اتخاذ شده توسط صنعت بتن همچنان باید با محصولات بتنی بادوام و پایدار سازگار باشد.

نتیجه

به طور خلاصه، استفاده بیش از حد از آب در طرح اختلاط بتن، اگرچه ممکن است کارایی را بهبود بخشد، به طور قابل توجهی استحکام، عملکرد بلند مدت سازه و دوام بتن را به خطر می­اندازد. حفظ نسبت آب به سیمان مناسب برای دستیابی به خواص مطلوب بتن بسیار مهم است.

جهت کسب اطلاعات بیشتر به مقالات زیر رجوع کنید :

طرح اختلاط بتن های آماده

مصالح مورد استفاده در بتن

عوامل موثر بر دوام بتن و راهکار افزایش آن

نقش افزودنی های شیمیایی در ایجاد سازه بتنی با دوام