افزودنی های شیمیایی بتن

افزودنی های شیمیایی بتن

امروزه استفاده از انواع افزودنی های بتن جایگاهویژه ای در بتن ریزی و اجرای سازه های بتنی در سطح جهان پیدا کرده است. این امرمرتبط با شرایط اجرایی و تاثیر مثبت عملکرد افزودنی های بتن در اراتقا شرایطاجرایی ، کیفیت بتن اجرا شده و دوام سازه های بتنی می باشد.

افزودنی های بتن را می توان به دو تیپ افزودنیهای شیمیایی بتن و افزودنی های معدنی تقسیم بندی کرد. در متن زیر به شرح کاملافزودنی های شیمیایی بتن و انواع آن ، خصوصیات و کاربرد آنها پرداخته شده است.

شما می توانید برای مشاوره و خریدانواع افزودنی های بتن ( افزودنی های شیمیایی و معدنی ) با بخش فروش و بازرگانیکلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( 44618462-44618379-021 ) تماس حاصل فرمایید.

انواع افزودنی های شیمیایی بتن ،کاربرد ، مزایا و معایب آنها

1- کليات

افزودني[1] ماده‌اي به غير از سيمانپرتلند، سنگدانه، و آب است که به صورت پودر (گَرد) يا مايع (آبکی)، به عنوان يکياز مواد تشکيل‌دهنده بتن و براي اصلاح خواص بتن، کمي قبل از اختلاط، در حين اختلاطو يا قبل از ريختن به آن افزوده مي‌شود^[1]. به عبارت ديگر، افزودني‌ها اجزايي از بتن به غير از سيمان هيدروليکي، آب،سنگدانه‌ها و الياف هستند كه براي اصلاح و بهبود خواص بتن و ملات تازه و سخت‌شده،به بتن افزوده مي‌شوند^[2]. افزودني‌هاي بتن به دو گروه مواد افزودني شيميايي و معدني تقسيم مي‌شوند.

 افزودني‌هاي شيميايي[2]از فرآوري، ترکيب يا آميزه‌کاري مواد آلي و معدني در يک فرآيند شيميايي به دست مي‌آيندو در حالتهاي پودر يا مايع و در مقاديرکم معمولا تا حداکثر 5 درصد وزن مواد سيمانيدر زمان ساخت و اختلاط و يا درست پيش از ريختن بتن، به مخلوط اضافه مي‌شوند.

افزودني‌هاي معدني[3]که يا به طور طبيعي يافت مي‌شوند و يا از محصولات جانبي صنعتي هستند، به سه دستهمواد خنثي، پوزولان‌ها، و مواد شبه سيماني تقسيم مي‌شوند^[1] و براي بهبود و اصلاح خواص مخلوط‌هاي سيماني در مقادير مصرف عموما بيشتراز 5 درصد وزن سيمان و در زمان اختلاط به بتن افزوده مي‌شوند.

گستره اين نشريه (نوشتار) دربرگيرنده افزودني‌هاي شيميايي بتن است و بررسيمواد افزودني معدني به ديگر نشريه‌هاي انجمن بتن ايران واگذار شده است. 

1-1- اندرکنش بتن و افزودني‌هاي شيميايي

افزودني‌هاي شيميايي با مواد سيماني در حال هيدراته شدن اندرکنش نشان مي‌دهندو بر اساس نوع عملکردشان به سه رده مواد افزودني با عملکرد فيزيکي، شيميايي، وفيزيکي- ‌‌شيميايي تقسيم مي‌شوند^[3].

مواد افزودني با عملکرد فيزيکي آن رده از افزودني‌هاي شيميايي هستند که درفرآيند واکنش آبگيري[4] سيمان تاثير مستقيم ندارند گواينکه ممکن است بر روند و آهنگ آن تاثير بگذارند. اين افزودني‌ها عموما تا پيش ازگيرش اوليه بتن، تاثير و کارکرد خود را نشان مي‌دهند و تاثير آنها پس از گيرش، دربتن سفت‌شده و سخت‌شده ادامه نمي‌يابد^[3]. از جمله اين افزودني‌ها مي‌توان به کاهنده‌هاي آب، هوازاها، گازسازها، کف‌زاها،هوازُداها، ضد آب‌شستگي‌ها، آسان‌کننده‌هاي پمپاژ، رنگ‌بخش‌ها، و پيوندزاها اشارهکرد.

مواد افزودني با عملکرد شيميايي يا در فرآيند و روند واکنش آبگيري سيمانپيش از گيرش تاثير مي‌گذارند و يا ريزساختار محصولات آبگيري را پيش و پس از گيرش،دستخوش تغيير مي‌کنند. بنابراين واکنش افزودني‌هاي شيميايي علاوه بر زمان پيش ازگيرش، ممکن است در مراحل سخت‌شدگي بتن نيز ادامه يابد^[3]. کُندگيرکننده‌ها، زودگيرکننده‌ها، زودسخت‌کننده‌ها، منبسط‌کننده‌ها،کنترل‌کننده‌هاي واکنش آبگيري، و ناگيرکننده‌ها در زمره افزودني‌هاي با عملکردشيميايي هستند.

مواد افزودني با عملکرد فيزيکي- ‌‌شيميايي اگرچه در فرآيند واکنش شيمياييآبگيري سيمان دخالتي نمي‌کنند ولي با وارد کردن مواد شيميايي ويژه به درون بتن،برخي از واکنش‌هاي شيميايي يا رفتارهاي فيزيکي بتن سخت‌شده را در آينده کنترل مي‌کنند^[3]. بازدارنده‌هاي خوردگي، کاهنده‌هاي انبساط واکنش قليايي سيليسي، نم‌بندها،کاهنده‌هاي تراوايي، قارچ‌کُش‌ها، ميكروب‌كش‌ها، و حشره‌كش‌هادر اين رده از افزودني‌ها قرار مي‌گيرند.

1-2- دسته‌بندي‌افزودني‌هاي شيميايي

افزودني‌هاي شيميايي بر اساس نوع تاثير و کارکرد اصلي که در بتن دارند بههفت دسته کلي تقسيم مي‌شوند.

دسته 1 - کاهنده‌هاي آب

افزودني‌هاي كاهنده براي افزايش رواني بتن در مقدار آب معين، يا كاهش مقدارآب مصرفي با حفظ رواني، يا هر دو به كار مي‌روند و شامل روان‌کننده‌ها، فوق روان‌کننده‌ها،و فراروان‌کننده‌ها مي‌شوند.

 دسته 2 – هوازا

افزودني است که در حين اختلاط، ساختاري همگن از ريزحباب‌هاي ناپيوسته دربتن، ملات، يا خمير سيمان پديد مي‌آورد و باعث بهبود کارآيي (کارپذيري) و افزايشپايايي در برابر چرخه‌هاي يخ‌زدن و آب‌شدن مي‌شود.

دسته 3 - کُندگيرکننده‌ها

کُندگيرکننده‌ها با کُندکردن روند آبگيري سيمان، گيرش بتن را به تاخير مي‌اندازندو شامل ديرگيرکننده‌ها و ناگيرکننده‌ها مي‌شوند.

دسته 4 – شتاب‌دهنده‌ها (تسريع‌کننده‌ها)

شتاب‌دهنده‌ها (تسريع‌کننده‌ها) با تندکردن روند آبگيري سيمان موجبزودگيري، زودسخت‌شدگي، يا هر دو مي‌شوند. شتاب‌دهنده‌ها شامل زودگيرکننده‌ها، آني‌گيرها،و زودسخت‌کننده‌ها هستند.

دسته 5 - منبسط‌کننده‌ها

منبسط‌کننده‌ها براي افزايش حجم در بتن (ملات) تازه، جبران جمع‌شدگی بتن(ملات) سخت‌شده، يا ايجاد انبساط کنترل شده در بتن (ملات) سخت‌شده به کار مي‌روند.اين افزودني‌ها دربرگيرنده شامل جبران‌کننده‌هاي جمع‌شدگي، گازسازها، و کف‌زاهاهستند.

دسته 6  - پاياگر‌ها (دوام‌‌بخش‌ها)

پاياگرها با کاستن از درون‌رفت (نفوذ) عوامل زيان‌آور، پايش (محافظت)ميلگردها، يا کنترل واکنش‌هاي زيانبار، پايايي بتن سخت‌شده را بهبود مي‌بخشند. کاهنده‌هايتراوايي، نم‌بندها، بازدارنده‌هاي خوردگي، و کاهنده‌هاي انبساط واکنش قلياييسيليسي در اين دسته از افزودني‌ها جاي مي‌گيرند.

دسته 7 - افزودني‌هاي خاص

افزودني‌هاي خاص دسته‌اي از افزودني‌هاي شيميايي با کاربرد ويژه و محدودهستند. ضديخ‌ها، رنگ‌بخش‌ها، هوازداها، آسان‌کننده‌هاي پمپاژ، ضد آب‌شستگي‌ها،کنترل کننده‌هاي واکنش آبگيري، پيوندزاها (لاتکس)، قوام‌بخش‌ها نمونه‌هايي ازافزودني هاي خاص هستند.

1-3- کارکرد ‌افزودني‌هاي شيميايي

هر ماده افزودني‌ با کارکرد اصلي آنتعريف و گروه‌بندي مي‌شود. کاركرد اصلي يك ماده افزودني عمده‌ترين اثر موردانتظاري است كه بر بتن دارد و بيانگر عملکرد شاخص آن افزودني است. کاركرد فرعي،اثر يا اثراتي است كه ماده افزودني در مقياس كوچك‌تر از کاركرد اصلي بر بتن مي‌گذارد.برخي از افزودني‌ها ممکن است چند منظوره باشند و بر چند خاصيت بتن تازه يا سخت‌شدهتاثير بگذارند. براي نمونه، کاهنده‌هاي آب کُندگير علاوه بر کاهش مقدار آب، موجبکُندگيري بتن نيز مي‌شوند.

نکته 1-1- برخي از افزودني‌ها ممکن استداراي اثرات جانبي باشند. ‌به طور مثال کارکرد اصلي افزودني‌هاي كاهنده آب، كاهشآب بتن است ولي ممکن است اثرات جانبي کُندگيري يا هوازايينيز داشته باشند. اثرجانبي تاثير ناخواسته و در مواردي حتي نامطلوبي است که افزودني بر ويژگي‌هايبتن دارد و بايد به خاطر داشت که با کارکرد فرعي تفاوت دارد.

نکته 1-2 - گسترش روزافزون افزودني‌ها و کاربردهاي موثر آن‌ها ممکن است بهپيدايش افزودني‌هاي جديدي بيانجامد که در اين دسته‌‌بندي هفت‌‌گانه جاي نگيرند. درچنين مواردي نقش آيين‌نامه‌ها، دستورالعمل‌ها و مشخصات فني خاص که از طرفتوليدکنندگان و يا مجامع علمي ‌معتبر بين‌المللي صادر مي‌شوند جايگاه ويژه‌اي برايارزيابي و پذيرش اين افزودني‌ها به خود اختصاص مي‌دهند و معياري براي سنجش اين نوعمواد به شمار مي‌آيند.

1-4- دلايل و مزاياي استفاده از افزودني‌هاي شيميايي

بتن بايد همگن، كارآ، پرداخت‌پذير، مقاوم، پايا، وکم‌تراوا باشد. در بسياري از موارد با انتخاب مصالح و نسبت اختلاط مناسب و به کاربستنروش‌ها و استفاده از تجهيزات مناسب و افراد کارآزموده مي‌توان به اين ويژگي‌ها دستيافت. بهره‌گيري از افزودني‌هاي شيميايي در کنار مزاياي بيشماري که دارند، دستيابيبه اين ويژگي‌ها را امکان‌پذيرتر و آسان‌تر خواهد کرد. در اين راستا، مهمتريندلايل و مزاياي استفاده از افزودني‌هاي شيميايي را مي‌توان به شرح زير دسته‌بنديکرد.

1-4-1 - كاهش هزينه ساخت و ساز

کاربرد افزودني‌ها مي‌تواند موجب صرفه‌جويي‌هاي گوناگوني گردد و علاوه برجبران هزينه‌هاي ناشي از خريد افزودني، امتيازات اقتصادي نيز به همراه داشته باشد.کاهش هزينه‌هاي ساخت و ساز به سه دسته صرفه‌جويي مستقيم، غيرمستقيم، و نهان تقسيممي‌شوند.

صرفه‌جويي مستقيم آن بخش از کاهش هزينه‌ها است که به آساني قابل محاسبه وسنجش است. از جمله اين صرفه‌جويي‌ها مي‌توان به ‌کاهش مقدار سيمان و آب، افزايشبهره‌وري نيروي انساني، کم‌شدن زمان اجرا، سهولت و افزايش راندمان عمليات بتني،فراهم کردن امکان استفاده از سنگدانه‌ها و مصالح در دسترس، سهولت انتقال و ريختنبتن، سرعت بخشيدن در بازکردن قالب و سهولت در بسياري ديگر از موارد اجرايي اشارهکرد.

صرفه‌جويي غيرمستقيم، کاهش هزينه‌هاي حاصل از بهبود کيفيت بتن، افزايشمقاومت‌هاي مکانيکي، اطمينان از يکنواختي توليد، کاهش مشکلات و کاستي‌هاي هنگاماجرا، کاهش يا حذف دوباره کاري‌ها، بهبود شکل ظاهري و کاهش تعميرات سطوح بتني، وموارد بيشمار ديگري را دربرمي‌گيرد.

صرفه‌جويي نهان دربرگيرنده کاهش هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري است. از جمله اينموارد مي‌توان به کاهش استهلاک تجهيزات و ماشين‌آلات، کاهش احجام و ابعاد اعضايسازه، امکان طراحي‌هاي متنوع، استفاده بهينه از زمين با طراحي سازه‌هاي بلندتر، وامکان حذف نماسازي اشاره کرد.

هر يک از افزودني‌ها ممکن است تنها يک يا چند مزيت اقتصادي را به ارمغانآورند که بايستي در هنگام محاسبه هزينه‌هاي صرفه‌جويي شده مورد ارزيابي قرارگيرند.

1-4-2 – تنظيم و بهبود ويژگي‌هاي بتن

اگرچه با انتخاب مصالح و نسبت اختلاط مناسب مي‌توان به بسياري از خواص موردنظر بتن دست يافت ولي تنظيم و دستيابي به برخي از خواص بتن تازه و سخت‌شده بااستفاده از افزودني‌ها، كارآمدتر، اقتصادي‌تر، و موثرتر از هر روش ديگري است. بااستفاده از افزودني‌هاي شيميايي مي‌توان خواص بتن تازه را متناسب با شرايط اجراييو محيطي تنظيم و ويژگي‌هاي بتن سخت‌شده را مطابق با ضوابط فني و شرايط بهره‌بردارياصلاح کرد.

خواصي از بتن تازه را که مي‌توان با استفاده از افزودني‌هاي شيميايي تنظيمکرد عبارتند از: افزايش کارآيي بدون مصرف آب اضافي، کاهش آب مصرفي بدون کاهش درکارآيي، تسريع و يا کندکردن گيرش اوليه و نهايي، ايجاد انبساط جهت جبران جمع‌شدگي،کاهش آب انداختن، حفظ قوام، کاهش جداشدگي دانه‌ها، بهبود پمپ‌شوندگي، اصلاح روندافت اسلامپ، و کنترل روند گرمازايي در سنين اوليه.

آن دسته از ويژگي‌هاي بتن سخت شده را که مي‌توان با استفاده از افزودني‌هايشيميايي اصلاح کرد يا بهبود بخشيد عبارتند از: تسريع و يا تاخير در روند کسبمقاومت، افزايش مقاومت‌هاي مکانيکي، بهبود پايايي، کاهش نفوذپذيري، کنترل انبساط وآسيب‌هاي ناشي از واکنش قليايي، افزايش چسبندگي به فولاد، بهبود چسبندگي بتن جديدبه بتن موجود، توليد بتن ياملات رنگي، و کنترل خوردگي ميلگرد.

 1-4-3 - امکان اجرا در شرايط سخت و دشوار

برخي از افزودني‌هاي شيميايي امکان اجرا و ادامه عمليات بتن‌ريزي را، باحفظ کيفيت خواسته‌شده، در شرايط آب و هوايي نامساعد فراهم مي‌آورند. براي مثال بااستفاده از روان‌کننده‌هاي کندگير مي‌توان بتن را در مسافت‌هاي طولاني حمل يا تافواصل زياد پمپ کرد؛ قوام‌بخش‌ها و ضد آب‌شستگي‌ها، عمليات بتن‌ريزي در زير آب راآسان‌تر مي‌کنند؛ زودسخت‌کننده‌ها امکان بتن‌ريزي در هواي سرد را فراهم مي‌کنند؛ وبا استفاده از فراروان‌کننده‌ها مي‌توان بتن را در نقاط با ‌دسترسي کم، مانند زيرلوله‌هاي آبرسان به توربين در نيروگاه‌هاي برق‌آبي، بدون نياز به لرزاندن (بتنخودتراکم) اجرا کرد.

1-4-4 - غلبه بر پيشامد‌هاي ناگهاني

در حين عمليات بتن‌ريزي، احتمال رخداد پيشامد‌هاي ناگهاني و پيش‌بيني نشده‌ايمانند گرفتگي لوله‌هاي پمپ، دررفتن قالب، افت ناگهاني دما و ... وجود دارد. با کمکافزودني‌هاي شيميايي مي‌توان بر برخي از اين پيشامدها غلبه کرد. نمونه‌اي از ايندست، استفاده از مواد کنترل‌کننده‌هاي آبگيري براي جلوگيري از گيرش و استفادهدوباره بتن ساخته شده در مواردي است که وقفه‌اي در اجرا پيش مي‌آيد.

1-4-5 - دستيابي به خواص ويژه

برخي از خواص و ويژگي‌هاي بتن، هر چقدر هم که در انتخاب مصالح و نسبت اجزايبتن دقت شود، جز با استفاده از افزودني‌ها قابل دستيابي نيستند. از جمله اين ويژگي‌هاو خواص منحصر به فرد که تنها با استفاده از افزودني‌هاي شيميايي به دست مي‌آيند مي‌توانبه هوازايي، کف‌زايي، خودتراکمي، زودگيري، زودسخت‌شدگي، کُندگيري، و انبساط‌زايياشاره کرد.

1-4-6 - هماهنگي با مسايل زيست محيطي و بهداشت کار

کاهش آلودگي‌هاي صوتي، افزايش ايمني و بهره‌وري نيروهاي کار (نيرويانساني)، کاهش گرماي حاصل از اصطکاک تجهيزات و ماشين‌آلات، دور نريختن و استفادهاز بتن باقيمانده در ماشين‌آلات براي نوبت کاري بعدي (افزودني کنترل‌کنندهآبگيري)، عدم نياز به شستشوي تجهيزات بتن‌سازي در پايان هر نوبت‌کاري و عدم تخليهآب شستشو در محيط (افزودني ناگيرکننده)، از جمله موارد دوستي با محيط زيست است کهبا کمک افزودني‌هاي شيميايي قابل دستيابي هستند.

1-4-7 - کمک به توسعه پايدار

کاهش مصرف سيمان از يک سو با صرفه‌جويي در مصرف منابع طبيعي (مواد خاماوليه) و از سوي ديگر با کاهش گازهاي گلخانه‌اي ناشي از توليد سيمان، در راستايکمک به حفظ محيط زيست و توسعه پايدار است. دستيابي به مقاومت‌هاي زودرس با استفادهاز افزودني‌ها و بي‌نيازي به بخاردهي در روند توليد قطعات پيش‌ساخته که در اصطلاح"بي‌نياز از انرژي"[5]ناميده مي‌شود، به صرفه‌جويي در مصرف انرژي مي‌انجامد و به توسعه پايدار کمک مي‌کند.بهبود پايايي سازه‌هاي بتني در زمان بهره‌برداري که در اثر استفاده از موادافزودني به دست مي‌آيد نيز با افزايش عمر مفيد سازه به توسعه پايدار کمک خواهدکرد.

نکته 1-3- صرف‌نظر از تماميموارد گفته شده، بايد به خاطر داشت كه هيچ افزودني را از هر نوع و مقداري كه باشد،نمي‌توان جانشيني براي طرح مخلوط و اجراي مناسب بتن انگاشت.

1-5- مشخصات افزودني‌هاي شيميايي

افزودني‌هاي مصرفي بايستي پاسخگوي نيازها و ضوابط آيين‌نامه بتن واستانداردهاي ملي ايران و استانداردهاي بين‌المللي معتبر مانند AASHTO,ASTM, BS, DIN, EN باشند. اين منابع مشخصات فني،حداقل انتظارات از مصرف، و نحوه تاثيرگذاري هر افزودني را به تفصيل بيان مي‌نمايندو راهنماي بسيار مناسبي براي استفاده افزودني‌ها هستند. در کنار اين استانداردها،توليدکنندگان اين افزودني‌ها همواره مشخصات فني دقيقي از محصولات خود و دامنه مصرفو تاثير آنها در بتن را ارايه مي‌نمايند که در مواردي مي‌توانند راهگشا باشند.اگرچه مشخصات فني ارايه‌شده توسط توليدکنندگان دربردارنده‌ي دامنه مصرف پيشنهاديهستند ولي مقدار مصرف افزودني بايد بر اساس نتايج به دست آمده با مصالح مصرفي درکارگاه موردنظر تعيين شود. برخي از استانداردهاي افزودني‌هاي شيميايي در جدولشماره 1-1 آورده شده است.

1-6- نمونه‌برداري

براي آزمودن، ارزيابي و بازرسي افزودني‌هابايستي نمونه‌هايي مطابق با دستورالعمل و مشخصات فني از پيش تعيين شده براي هرافزودني، برداشته شوند. چنين نمونه‌هايي بايد به روش نمونه‌گيري اتفاقي از واحدتوليد،  بسته‌بندي‌ها يا ظروف بازنشده، يااز محموله‌هاي فله‌اي که تازه وارد کارگاه شده‌اند برداشته شوند.

1-7- آزمودن

مواد افزودني با اهداف زير آزموده مي‌شوند:

الف- تعيين مطابقت با مشخصات فني.

ب- ارزيابي تاثير افزودني روي خواص بتنساخته شده با مصالح كارگاهي تحت شرايط محيطي و روش‌هاي اجرايي مورد انتظار (پيش‌بينيشده).

پ- کنترل کيفيت و اطمينان از يکنواختي محموله‌هاي متعدد وارده به کارگاه.

ت- آشکارشدن هر گونه ناسازگاري افزودنيبا اجزاي تشکيل دهنده بتن، به ويژه سيمان، و پديدار شدن هر گونه اثر نامطلوبافزودني بر روي بتن.

توليدكننده مواد افزودني ملزم است گواهينمايد كه هر محموله‌ي جداگانه با استانداردهاي ملي ايران يا با مشخصات فني ديگرآيين‌نامه‌هاي معتبر بين‌المللي پذيرفته شده در پروژه مطابقت دارد. مشخصات فني ارايه شده از سوي توليدکننده بايستي بيان‌کننده توانايي‌ها ومحدوديت‌هاي کاربرد هر افزودني باشد.

شيوه‌ها و دستورالعمل‌هاي كنترل كيفيت کهتوسط توليدكنندگان مواد افزودني به کار مي‌روند بايد تضمين‌کننده يكنواختي محصولتوليدي و مطابقت آن با ضوابط و ديگر شرايط استانداردهاي ملي ايران يا با مشخصاتفني ديگر آيين‌نامه‌هاي معتبر بين‌المللي باشند. از آن‌جا كه روش‌هاي آزمايش وشيوه‌هاي کنترل کيفيت مورد استفاده توليد کنندگان ممكن است بر اساس خواص يك محصولويژه پايه‌گذاري شوند، نمي‌توانند براي كاربرد عمومي يا استفاده توسط مصرف‌کنندگانبه کار روند.

گو اينکه استانداردهاي ملي ايران يا ديگرآيين‌نامه‌هاي معتبر و بين‌المللي دستورالعمل گام به گام با ارزشي براي ارزيابي وانتخاب مواد افزودني فراهم مي‌كنند، بايد پيش از توليد بتن و استفاده مداوم ازافزودني‌ها در توليد بتن، آزمايش‌هايي كه نشان دهنده عملكرد افزودني در شرايطکارکرد واحد بتن‌ساز همراه با مصالح مورد استفاده در ساخت بتن باشند انجام گيرد.يکنواختي و ناپراکندگي نتايج مربوط به هر ويژگي مورد نظر افزودني يا بتن، به هماناندازه‌ي ميانگين اين نتايج داراي اهميت است.

نکته 1-4- نتايج حاصله از مصرف يک افزودني در يک کارگاه به معناي ويژگيمطلق آن افزودني نمي‌باشد و نمي‌توان اين نتايج را به ساير کارگاه‌ها تعميم داد وحتي تغييرات در نوع سيمان، سنگدانه‌ها، يا روش‌هاي بتن‌ريزي نيازمند تکرار آزمايش‌هامي‌باشد.

نکته 1-5- پس از اطمينان از عملکرد يک افزودني در مراحل آزمايشگاهي، لازماست عملکرد آن در احجام واقعي ساخت بتن و در دستگاه بتن‌ساز نيز آزمايش و ارزيابيشود و در هنگام بتن‌ريزي با انجام نمونه‌گيري‌هاي منظم از يکنواختي بتن‌هاي توليدشده اطمينان حاصل گردد.

1-8- ارزيابي افزودني‌ها

از آنجا که ترکيبات و ويژگي‌هاي موادسيماني، آب و سنگدانه و نيز نسبت اختلاط آنها تاثير به سزايي بر کارکرد افزودني‌هادارند، ارزيابي هر افزودني بايد بر اساس نتايج بدست آمده با مصالح مصرفي کارگاهانجام گيرد.

در ارزيابي يك ماده افزودني، تاثير آنروي حجم مخلوط بايد در نظر گرفته شود. اگر اضافه كردن ماده افزودني بازده حجمي[6] مخلوطرا تغيير دهد، همان‌گونه كه اغلب پيش مي‌آيد، تغيير در خواص بتن تنها به دليلتاثيرات مستقيم افزودني نخواهد بود و مي‌تواند ناشي از تغيير در نسبت اجزاي تشکيل‌دهندهبتن نيز ‌باشد. در چنين مواردي ماده افزودني بايد مانند مواد سيماني، سنگ‌دانه وآب به عنوان يكي از اجزاي تشکيل‌دهنده بتن در طرح اختلاط به شمار آيد.

چنانچه در بتن بيش از يک افزودني استفادهشود، ممکن است بر کارکرد يکديگر تاثير بگذارند. براي نمونه، در بتن داراي افزودنيهوازا، استفاده از روان‌کننده مي‌تواند راندمان هوازا را افزايش دهد در حالي کهبرخي از فراروان‌کننده‌ها باعث کاهش راندمان آن مي‌شوند. در ارزيابي افزودني‌هابايد تاثير متقابل آنها بر کارکرد يکديگر، بررسي و در نظر گرفته شود.

عوامل محيطي مانند دما و رطوبت تاثيرچشمگيري بر رفتار بتن و بر کارکرد افزودني‌ها دارند. مواد افزودني كه کاركرد آنهادر دماهاي معمول شناخته شده است ممكن است در دماهاي خيلي زياد يا خيلي كم، کاركردبسيار متفاوتي داشته باشند. کاركرد هر ماده افزودني را بايستي در شرايط محيطي موردانتظار در زمان اجرا ارزيابي کرد و به نتايج آزمايشگاهي که در دماهاي استانداردانجام مي‌شوند، بسنده نکرد.

در ارزيابي کارکرد مواد افزودني بايدشرايط اجرايي مانند چگونگي و زمان اختلاط، نحوه و زمان حمل، دماي بتن تازه، چگونگيريختن و پخش‌کردن بتن، نحوه متراکم‌کردن و پرداخت کردن بتن، و روش عمل‌آوري در نظرگرفته شوند زيرا هر يک از اين موارد مي‌توانند بر کارکرد افزودني تاثير بگذارند.براي نمونه، اختلاط بيش از اندازه باعث کاهش راندمان هوازاها مي‌شود.

زمان و نحوه افزودن مواد افزودني بهمخلوط بتن نيز بر کارکرد آنها اثر مي‌گذارد که بايستي در ارزيابي آنها مورد توجهقرار گيرد. براي نمونه، چنانچه افزودني‌هاي كاهنده آب را به مخلوط خشک سيمان وسنگدانه افزود راندمان آنها به شدت کاهش مي‌يابد در حالي که اگر آنها را بعد ازافزودن بخشي از آب اختلاط و تشکيل خمير سيمان به بتن اضافه كرد، کارکرد بهتريخواهند داشت.

در ارزيابي اقتصادي هر افزودني بايستيافزايش هزينه ناشي از تهيه، حمل، نگهداري و افزودن آن را در کنار صرفه‌جويي‌هاياقتصادي که افزودني در اجراي عمليات بتني به همراه دارد مورد بررسي و توجه قرارداد.

اگرچه کارکرد و تاثير اصلي يک ماده افزودني بر روي خواص بتن تازه و سخت شدهمعمولا ملاک اصلي ارزيابي و انتخاب افزودني است ولي مزيت‌هاي جنبي هر محصول نيزقابل توجه توليدکنندگان بتن آماده، پيمانکاران، مجريان و کارفرمايان مي‌باشد و ازاهميت ويژه‌اي برخوردار است. از جمله اين مزيت‌ها مي‌توان به خواصي چون کارآيي(کارپذيري)، سهولت پمپاژ و قالب‌پذيري، پرداخت سطح، کسب مقاومت‌هاي زودرس، استفادهسريع‌تر از قالب‌ها، شکل ظاهري سطوح بتني و حذف و يا کاهش زمان لرزاندن اشارهنمود.

براي کنترل کيفيت افزودني‌ها، علاوه بر يکنواختي مشخصات ظاهري، يکنواختيعملکرد آن‌ها بر بتن نيز بايستي مورد ارزيابي قرار گيرد.

1-9- ملاحظاتي در مصرف مواد افزودني

مواد افزودني بايد با استانداردهاي مليايران يا ديگر آيين‌نامه‌هاي معتبر بين‌المللي مطابقت داشته باشند. علاوه بر اينبايد دستورالعمل‌ها و توصيه‌هاي ارايه شده از طرف توليدکننده مواد افزودني موردتوجه دقيق قرار گيرند. اثرات يک ماده افزودني بايد تا آنجا که ممکن است با استفادهاز مصالح مصرفي مورد نظر و در شرايط کارگاهي ارزيابي شود. اين موضوع وقتي اهميتويژه پيدا مي‌كند كه:

• ماده افزودني پيش از اين با مصالح مورد نظر يا ترکيب آنها استفاده نشده باشد؛
• استفاده از انواع ويژه مواد سيماني مورد نظر باشد؛
• بيش از يك نوع افزودني مصرف شود؛ يا
• اختلاط و بتن‌ريزي در دماهاي خارج از محدوده‌اي كه معمولاً براي بتن‌ريزي توصيه مي‌شود، انجام گيرد.

افزون بر اين، استفاده از افزودني‌هاممکن است نيازمند اصلاحاتي در طرح اختلاط بتن باشد که از آن جمله مي‌توان به تغييردر نوع يا مقدار سيمان، تغيير در نوع يا دانه‌بندي سنگ‌دانه، يا اصلاح نسبت اختلاطاشاره کرد. با تنظيم مقدار آب و مواد سيماني مخلوط و اصلاح نوع و طول زمان اختلاط،اثرات برخي از مواد افزودني به‌طور چشمگيري بهبود مي‌يابند.

بسياري از افزودني‌ها بيش از يك خاصيتبتن را تحت تاثير قرار مي‌دهند و حتي ممکن است روي خواص مطلوب تاثير نامطلوبيبگذارند. افزودني‌هايي كه خواص بتن تازه را اصلاح مي‌کنند ممكن است موجب سفت شدنزودهنگام يا كندگيري بيش از اندازه بتن شوند و مشکلاتي پديد آورند. با بررسيچگونگي تاثير افزودني‌ها روي مواد سيماني مورد مصرف، مي‌توان به دلايل رفتارهايگيرشي ناهنجار پي برد. سفت شدن زود هنگام اغلب به دليل تغيير در روند واكنش بينتري‌كلسيم‌آلومينات و يون سولفات موجود رخ مي‌دهد. کندگيري بيش از اندازه مي‌تواندناشي از به تاخير افتادن آبگيري سيليكات كلسيم به دليل استفاده بيش از اندازهافزودني‌ يا كاهش دماي محيط اطراف باشد.

از ملاحظات مهم ديگر در استفاده از موادافزودني مي‌توان به محدوديت مقدار مجاز يون كلر در بتن اشاره کرد. اين محدوديت‌هادر آيين‌نامه‌ بتن ايران داده شده است. معمولاً اين محدوديت‌ها به صورت حداكثردرصد يون كلر نسبت به جرم (وزن) سيمان بيان مي‌شوند، اگرچه گاهي مقدار يون کلر"حل‌شونده در آب" موجود در بتن نيز ملاک سنجش قرار مي‌گيرد. صرف‌نظر از آن‌كه اين حد چگونه تعيين مي‌شود، مصرف كننده بايد ميزان يونكلر موجود در افزودني را بداند تا در هنگام تعيين نوع و مقدار مصرف افزودني، حدودتعيين شده براي مقدار يون کلر را زيرپا نگذارد.

نکته 1-6 - استفاده كننده بايد آگاه باشد كه حتی با فرض نبودن يون کلر درساختار يک افزودنی شيميايی، همواره احتمال وارد شدن يون کلر از طريق آب مصرفی برایتوليد افزودنی مايع وجود دارد، زيرا افزودني‌ها اغلب به كمك آب ساخته‌ مي‌شوند كهحاوي مقادير كم ولي قابل اندازه‌گيري يون كلر هستند. بنابراين در برخورد بااصطلاحاتي نظير "بدون كلر[7]"بايد احتياط کرد.

1-10- آماده‌سازي افزودني‌ها

مواد افزودني رايج در بازار به صورتمايعات يا پودرهاي بسته‌بندي‌شده ارايه مي‌شوند. برخي از اين افزودني‌ها، مانندکاهنده‌هاي آب و زودگيرکننده‌هاي مايع، آماده مصرف هستند و به طور مستقيم در مرکزبتن‌ساز به مخلوط يا در پاي کار به بتن افزوده مي‌شوند. برخي ديگر از افزودني‌هاپيش از افزوده‌شدن به مخلوط، نيازمند آماده‌سازي هستند. آماده‌سازي افزودني‌ها پيشاز مصرف شامل رقيق‌سازي يا مايع‌سازي (ترکيب با آب) است.

1-10-1- رقيق‌سازي

با توجه به ساختار و دقت ابزار و تجهيزاتپيمانه و اضافه‌کردن مواد افزودني مرکز بتن‌ساز، در مواردي لازم است که غلظت برخياز افزودني‌هاي مايع کاهش يابد. گاهي براي کاهش هزينه‌هاي بسته‌بندي و حمل ممکناست برخي از افزودني‌هاي مايع در غلظت‌هاي بيشتر از آنچه که براي مصرف نياز استعرضه شوند، در چنين مواردي نيز بايستي افزودني به اندازه کافي رقيق شود تا امکانپيمانه و اضافه کردن آن فراهم آيد.

زماني که تمام يا بخشي افزودني در پايکار به داخل تراک‌ميکسر اضافه مي‌شود، مانند کاهنده‌هاي آب، نيز بهتر است کهافزودني با آب رقيق شود تا بهتر و همگن‌تر مخلوط شود.

مقدار مصرف برخي از افزودني‌هاي مايع،مانند هوازاها، بسيار کم است. در اين موارد صرف نظر از غلظت افزودني، براي آن کهدقت اندازه‌گيري ابزار و تجهيزات پيمانه کردن مرکز بتن‌ساز جوابگو باشد بهتر استکه اين افزودني‌ها را با نسبت مشخص با آب رقيق کرد.

نکته 1-7 – در تمامي موارد رقيق‌سازي بايستي آب اضافه‌شدهبه افزودني را در طرح اختلاط و ساخت بتن در نظر گرفت و توصيه‌هاي توليدکنندهافزودني را به کار بست.

1-10-2 – مايع‌سازي (ترکيب کردن با آب)

برخي از افزودني‌هاي شيميايي مانند بعضياز زودسخت‌کننده‌ها و روان‌کننده‌ها، براي کاهش هزينه حمل و انبارداري و افزايشماندگاري[8]، بهصورت پودرهاي "حل‌شونده در آب" عرضه مي‌شوند و بايستي در کارگاه با آبترکيب شوند تا به صورت مايع آماده مصرف درآيند. اين کار مستلزم نصب ماشين‌آلاتمناسب، به کارگيري نيروی انسانی مجرب، و رعايت دقيق دستورالعمل‌های توليدکننده جهتتوليد افزودنی با غلظت و درصد جامد مناسب مي‌باشد.

در توليد انبوه کارگاهی، بي‌توجهي بهنسبت‌های دقيق مواد، يا ناهمخواني دستگاه همزن با غلظت محصول مي‌تواند مشكلاتیمانند همزدن ناکافی، حل نشدن کامل مواد موثر، و رسوب اجزاي غير محلول پديد آورد.در صورت بروز هر‌گونه مشكل در مورد توليدات کارگاهی رعايت توصيه‌هاي توليدکنندهلازم است.

ترکيب کردن و همزدن ماده افزودني پودریبا آب بايد در مخزنی جدا از مخزن ذخيره ماده افزودني آماده‌شده كه به پيمانه‌‌ريز[9] متصلاست انجام شود. غلظت ماده افزودني ذخيره شده بايد به طور روزانه يا زماني كه مادهجديد به آن افزوده مي‌شود كنترل شود. مخزن ذخيره بايد مجهز به يك همزن براينگهداري ماده افزودني به حالت معلق  باشدچون بسياري از محلول‌ها حتی با غلظت كم داراي مقدار قابل توجهي ذرات ريز حل ناشدنيو يا اجزاي فعالي هستند كه ممكن است در اثر سکون مايع رسوب کنند. پيش از پيمانه‌کردنو افزودن (پيمانه‌ريزي) مايع آماده شده بايد از يکنواختي، پخش‌شدگي و معلق بودنذرات جامد اطمينان حاصل شود. 

1-11- پيمانه‌کردن و افزودن

موفقيت و کارآمد بودن استفاده از افزودني‌هاتا حدود زيادي به دقت روش پيمانه‌ريزي و زمان افزودن آنها بستگي دارد. هرگونه خطاو کوتاهي در پيمانه‌ريزي مي‌تواند تاثيرات چشمگيري بر خواص، عملكرد و يكنواختي بتنداشته باشد.

1-11-1 – پيمانه‌ريزي افزودني‌هاي مايع

بيشتر مواد افزودني رايج در بازار بهصورت مايعات آماده مصرف هستند كه يا در هنگام اختلاط در مرکز بتن‌ساز به مخلوطاضافه يا در پاي کار به بتن افزوده مي‌شوند. براي پيمانه کردن و افزودن اين موادبه مخلوط از دستگاه پيمانه‌ريز استفاده مي‌شود. دستگاه پيمانه‌ريز هم مي‌تواند درمرکز بتن‌ساز نصب و هم روي تراک ميکسر سوار شود. پيمانه‌ريز از تعدادي پمپ، اندازه‌گر،زمان‌سنج، استوانه مدرج و شير تشکيل شده است. پيمانه‌ريزها ممکن است بر اساس سنجشجرم (وزن) يا اندازه‌گيري حجم افزودني‌ها کار کنند. مشخصات فني، رواداري دقت، وکارآمدي دستگاه پيمانه‌ريز بايد با استانداردهاي ايران يا بين‌المللي معتبر مطابقتداشته باشد.

موقعيت تخليه افزودني از مخزن استوانه‌ايمدرج و ريختن آن به داخل ديگ بتن‌ساز بايستي به گونه‌اي انتخاب شود که تماميافزودني به بتن در حال اختلاط افزوده شود و از ماليده شدن به جداره داخلي ديگ وپره‌هاي همزن بتن‌ساز و هدررفتن افزودني جلوگيري شود. بهتر است که ورودي افزودنيبه ديگ همزن در انتهاي مسير ورودي آب به ديگ نصب شود تا بتوان آن را همراه با آببه مخلوط افزود. علاوه بر اين، روند و آهنگ تخليه افزودني‌ها از مخزن استوانه‌ايمدرج دستگاه پيمانه‌ريز بايد قابل تنظيم و به گونه‌اي باشد که از يکنواختي توزيعافزودني در مخلوط بتن اطمينان حاصل شود. مخزن استوانه‌اي مدرج بايد تا آنجا کهممکن است نزديک به محل تخليه به ديگ نصب شود. در صورت طولاني بودن مسير تخليه مخزناستوانه‌اي مدرج، احتمال آن که بخشي از افزودني در مسير تخليه باقي بماند و بهمخلوط افزوده نشود زياد خواهد بود. در هر حال بهتر است که راهبر مرکز بتن‌ساز تسلطکاملي بر مخزن استوانه‌اي مدرج داشته باشد و با در اختيار داشتن زمان‌سنج برقي درسيستم‌هاي خودکار، يا شير تخليه در سيستم‌هاي نيمه‌خودکار، بتواند زمان تخليه راتنظيم کند تا از تخليه کامل افزودني پيمانه‌شده اطمينان حاصل کند.

در مواردي که بيش از يک افزودني به مخلوطافزوده مي‌شود بايد از درهم آميختن افزودني‌ها پيش از مصرف پرهيز کرد مگر درمواردي که توليدکننده مواد افزودني، آميختن آنها را پيش از مصرف مجاز بداند. در هرحال بهتر است که براي افزودن هر افزودني از دستگاه پيمانه‌ريز جداگانه‌اي استفادهشود.

چنانچه همه يا بخشي از افزودني در پايکار با استفاده از پيمانه‌ريز سوارشده بر تراک‌ميکسر يا پيمانه دستي به بتن ساختهشده افزوده مي‌شود بايستي توصيه‌هاي توليدکننده افزودني در نظر گرفته شود.

1-11-2 – پيمانه‌ريزي افزودني‌هاي پودري

مواد افزودني پودري مانند رنگ‌دانه‌ها،منبسط‌كننده‌ها و آسان‌کننده‌هاي پمپاژ كه داراي مقدار مصرف اندک هستند اغلب بهصورت دستي و با پيمانه در هنگام ساخت بتن به مخلوط اضافه مي‌شوند. زودگيرکننده‌ها،كاهنده‌هاي تراوايي، و پيوندزاها نيز از ديگر افزودني‌هايي هستند که به روش دستيافزوده مي‌شوند و اغلب در مقادير مصرف كافي براي يك  واحد جرمي (وزنی) سيمان و يا يک حجم بتن بسته‌بنديمي‌شوند. برخي از زودگيرکننده‌هاي بتن‌پاشي به صورت دستي و در پاي کار به مخلوطافزوده مي‌شوند.

1-12- انبار كردن

سه عامل در نگهداري مواد افزودني مهمهستند: سهولت در شناسايي، رطوبت و دمايي كه در آن نگهداري مي‌شوند، و وجود برچسببر روی ظروف و بشكه‌ها به گونه‌اي که محتويات آنها را به وضوح نشان دهد. موادافزودني خشك (پودري) در مقايسه با سيمان پرتلند حساسيت بيشتري به دي‌اكسيدكربن ورطوبت دارند. لذا اين مواد بايد در كيسه‌هاي ضد رطوبت بسته‌بندي شوند و برايجلوگيري از كلوخه‌شدن آنها به دور از رطوبت و دماهاي زياد نگهداري شوند.

 مخازن ذخيره مايعات بايد داراي دريچه‌هاي مناسبورودي و بازشو باشند و اين دريچه‌ها بايد در هنگامي كه مورد استفاده قرار نمي‌گيرندكاملاً بسته شوند.

بيشتر مواد افزودني به جز بعضي از ضدرطوبت‌ها و مواد شتاب‌دهنده بدون كلر و مواد هوازا به شكل محلول‌هايي هستند كه در3- درجه سيليسيوس يخ مي‌زنند. بنا بر اين بايد در مقابل يخ‌زدگي حفاظت شوند. درانباركردن بعضي از مواد مانند امولسيون‌ها نياز به مراقبت بيشتري است و دستورالعمل‌هايسازنده آن بايد دقيقاً رعايت شود.

در مناطقی با زمستان‌‌هاي ملايم مي‌تواناكثر مواد را در بشكه‌ و در انبارهاي محصور، بدون وسيله گرمايي، بدون نگرانی از يخ‌زدگيانباركرد. در زمستان‌هاي سخت امكانات ويژه‌اي براي جلوگيري از يخ‌زدگي افزودني‌هايمايع بايد به‌كاربرد. استفاده از انبارهاي محصور گرم در اين شرايط رايج است. لازماست از كليه تجهيزات شامل مخازن نگهداري، خطوط انتقال و خطوط متصل به بتن‌ساز نيزمحافظت شود. در مناطق با آب‌ و هواي معتدل استفاده از مخازن فلزي عايق‌بندي شده ياپلاستيكي نيز امكان‌پذير است. در شرايط يخ‌بندان و هوای سرد، مخازن ذخيره‌سازي ومحتويات آنها يا بايد گرم شوند و يا در يك محيط گرم قرار داشته باشند. روش دوم بهدلايل زير ترجيح داده مي‌شود.

1- چنانچه مخزن ذخيره مجهز به لوله‌هايمارپيچ آب گرم يا بخار باشد، بايد دقت شود كه گرم كردن از حد مجاز ارايه شده توسطتوليدکننده تجاوز نكند زيرا دماي زياد مي‌تواند بر برخي از اين مواد تاثير منفيداشته باشد.

2- بعضي از المنت‌هاي حرارتي ممكن است به‌طورموضعي ماده افزودني را بيش از اندازه گرم كنند و باعث تجزيه حرارتي و ايجاد گازهايانفجاري شوند.

3- ممكن است اتصالات الكتريكي گرم كننده‌ها(نواري، ميله‌اي و غيره) قطع شوند و باعث يخ‌زدن ماده افزودني  و يا آسيب ديدن سيستم حرارتی و دستگاه‌هایاندازه‌گيری شوند.

4- معمولاً هزينه به‌كارگيري المنت‌هايميله‌اي و نواري  بيشتر از هزينه گرمنگهداشتن يك انبار در بالاتر از دماي انجماد است.

5- يك انبار گرم نگهداري ماده‌ افزودنينه تنها مخازن ذخيره، بلكه پمپ‌ها، دستگاه‌هاي اندازه‌گيري، شيرها و شيلنگ‌هايماده افزودني را از يخ‌زدگي و از ساير مسايل مانند گرد و خاك، باران و افرادمتفرقه حفاظت مي‌نمايد، به‌علاوه چون دماي نگهداري در طول سال كمتر در معرضتغييرات شديد قرار مي‌گيرد، گرانروي ماده افزودني ثابت‌تر مي‌ماند و دستگاه‌هاياندازه‌گيري احتياج به تنظيم كمتري پيدا مي‌كنند.

6- اگر مخازن نگهداري و شيلنگ‌ها از جنسپلاستيك باشند بايد دقت شود از گرم كردن بيش از اندازه آنها پرهيز شود تا اين موادبه نقطه نرم‌شدگي و پارگي نرسند.

7- سيستم‌ هواكش مخازن بايد به گونه‌ايطراحی شود كه از ورود هرگونه مواد خارجي به داخل مخزن جلوگيري شود. به همين صورتبراي اجتناب از آلودگي بايستی روی مجاري پركردن و ديگر بازشوها در مواقعي كه استفادهنمي‌شوند درپوش گذاشته شوند.

جدول 1-1 - استانداردهاي مواد افزودني شيميايي

1-13- مراجع

1- آيين‌نامه بتن ايران (آبا)، تجديد نظر اول، نشريه شماره 120 سازمانمديريت و برنامه‌ريزي کشور.

2- ACI 212.3R – 04, "Chemical Admixtures forConcrete", MCP-ACI 2007.

3 – ايراجيان محمود، "كاربرد مواد افزودني در پروژه‌هاي سدسازي"،چهارمين كنفرانس بين‌المللي سدسازي، ايران، تهران، 1380.

4- فاميلي هرمز، "خواص بتن"، مترجم، 1378.

5- Rixom, R. and Mailvaganam, N. "CHEMICAL ADMIXTUIRES FORCONCRETE", 3rd Ed., 1999, E & EN SPON.

6- Ramachandran V.S., Malhotra V.M., Jolicoeur C., andSpiratos N., "SUPERPLASTICIZERS; Properties and applications inconcrete", CANMENT, 1998.

7- Hewlett, "Lea's Chemistry of Cement andConcrete", 4th Ed., 1998, Arnold.

8- Kosmatka S. H., Kerkhoff B., and Panarese W.C.,"Design and Control of Concrete Mixtures", 14th ed., PCA – 2002.

افزودني هاي شيميايي بتن

مشخصات فني و لزوم استفاده از آنها

بخش دوم:كاهنده هاي آب

سيمان براي آبگيري[10] كاملخود به 23 تا 27 درصد وزني آب نياز دارد[1].آب مصرفي اضافي در مخلوط بتن صرف ايجاد رواني و كارآيي مي‌شود. محبوس شدن آب اضافيدر بتن منجر به پيدايش حفره‌ها و حباب‌هاي بزرگ در بتن سخت شده مي‌شود و كاهشمقاومت‌هاي مكانيكي و پايايي (دوام) بتن را به همراه دارد. از سوي ديگر، توليد وبه كارگيري بتن با حداقل آب، باعث افزايش مشكلات و هزينه‌هاي اجرايي مي گردد.

 راهكاررايج‌‌، اقتصادي‌ و آسان براي حل اين معضلات، استفاده از افزودني‌هاي كاهنده آباست كه از دهه 1930 ميلادي به كار گرفته شده‌اند.

واژه هاي كليدي : افزودني ، روان كننده، فراوانكننده، فوق روان كننده، كاهنده آب

2-1 – تعريف

افزودني‌هاي كاهنده آب[11] موادآلي و يا تركيبي از مواد آلي و معدني هستند كه براي افزايش رواني بتن در مقدار آبمعين، يا كاهش مقدار آب مصرفي با حفظ رواني، و يا هر دو به كار مي‌روند.

برخي از اين افزودني‌ها ممكن است داراي تاثيراتجانبي كُندگيري، زودگيري، زود سخت‌كنندگي يا هوازايي در بتن باشند كه در هنگاممصرف بايستي در نظر گرفته شوند. تركيبات و فرآيندهاي مختلفي براي توليد كاهنده‌هايآب به كار مي‌روند كه مي‌توانند منجر به خواص جانبي گوناگون ‌شوند. با اصلاحساختار برخي از افزودني‌هاي كاهنده آب كه داراي اثر كندگيري هستند، مي‌توان آنهارا به كاهنده‌هاي آب خنثي يا حتي زودگير تبديل كرد يا اثر هوازايي آنها را به غيرهوازايي و در مواردي حتي هوازدايي (كاهش مقدار هوا) تغيير داد.

2-2 – دسته‌بندي

افزودني‌هاي كاهنده آب به سه گروه اصلي و هر گروهنيز بسته به خواص جانبي خود به دسته‌هاي ديگري تقسيم مي‌شوند.

2-2-1 – روان‌كننده‌ها

روان‌کننده‌ها[12] كهنخستين گروه كاهنده‌هاي آب هستند و كاربرد آنها از دهه 1930 ميلادي آغاز شده است[2]، بسته به خواص جانبي خود و بر اساس استاندارد ASTM C494 به دسته‌هاي زير تقسيم مي‌شوند:

• روان‌كننده (كاهنده آب) معمولي (Type A)

• روان‌كننده (كاهنده آب) كندگير (Type D)

• روان‌كننده (كاهنده آب) زودگير (Type E)

روان‌كننده‌ها در بسياري از پروژه‌هاي كوچك وبزرگ و به ويژه در بتن‌هاي حجيم مانند بدنه سدها و توليد قطعات بزرگ بتني به كارمي‌روند و مي‌توان آنها را پرمصرف‌ترين كاهنده‌هاي آب به شمار آورد. اين افزودني‌هادر مقادير مصرف متعارف، مقدار آب اختلاط بتن را 5 تا 12 درصد كاهش مي‌دهند و درمقادير زياد مصرف ممكن است تاثيرات جانبي همچون كندگيري بيش از اندازه يا هوازاييداشته باشند. به همين دليل دامنه مقدار مصرف آنها محدود است. اين افزودني‌ها بانام‌هاي پلاستي‌سايزر، كاهنده آب يا روان‌كننده بتن عرضه و مصرف مي‌شوند.

 2-2-2 – فوق ‌روان‌كننده‌ها

فوق‌روان‌کننده‌‌ها[13] كهدومين گروه كاهنده‌هاي آب هستند و از دهه 1950 مورد استفاده قرار گرفته‌اند باعنوان بساكاهنده‌هاي آب[14]شناخته مي‌شوند. فوق‌روان‌كننده‌ها بر اساس استانداردهاي ASTM C494 & C1017  بهدو دسته زير تقسيم مي‌شوند: 

• فوق روان‌كننده معمولي (ASTM C494: Type F)[15]

• فوق روان‌كننده كندگير (ASTM C494: Type G)[16]     

اين افزودني‌ها در مقادير مصرف متعارف، مقدار آباختلاط بتن را 12 تا 25 درصد كاهش مي‌دهند و نسبت به روان‌كننده‌ها تاثيرات جانبيكمتري دارند ولي برخي از آنها در مقادير مصرف بيش از اندازه[17] موجبكندگيري يا هوازايي مي‌شوند. عموما فوق روان‌كننده‌ها در مقادير مصرف خيلي كم،رواني كمتري نسبت به روان‌كننده‌ها (در مقدار مصرف يكسان) ايجاد مي‌كنند.

نكته 2-1 –به دليل اثرات نامطلوب مصرف بيش از اندازه روان‌كننده‌ها، نمي‌توان آنها را درمقادير زياد به جاي فوق روان‌كننده‌ها به كار برد.

نكته 2-2 –در مقادير مصرف بيش از اندازه فوق روان‌كننده‌ها در مخلوط‌هاي بتن با دانه‌بندينامناسب، ممكن است جداشدگي و آب‌انداختگي افزايش يابد.

2-2-3 – فراروان‌كننده‌ها (Ultra high range water reducers)

اين افزودني‌ها كه سومين گروه كاهنده‌هاي آبهستند از دهه‌ي 1990 ميلادي مورد استفاده قرار گرفته‌اند و با نام‌هاي فوق روان‌كنندهتوانمند[18] ياابرروان‌كننده نيز شناخته مي‌شوند. هرچند اين افزودني‌ها ويژگي‌هاي منحصر به فردينسبت به فوق روان‌كننده‌ها دارند ولي در حال حاضر در همان دسته‌بندي فوق ‌روان‌كننده‌هايعني ASTM C494:Type F & G و ASTM C1017: Type I & II جاي مي‌گيرند.

اين افزودني‌ها مقدار آب اختلاط بتن را بيش از 25درصد كاهش مي‌دهند. اين دسته از افزودني‌ها نسبت به روان‌كننده‌ها و فوق روان‌كننده‌هاتاثيرات جانبي كمتري دارند. عموما فراروان‌كننده‌ها در مقادير مصرف كم، تاثير روان‌كنندگيبيشتري نسبت به فوق روان‌كننده‌ها (در مقدار مصرف يكسان) دارند. ويژگي‌هاي منحصربه فرد اين افزودني‌ها از جمله توليد بتن‌هاي توانمند، خودتراز، خودمتراكم و بامقاومت‌هاي خيلي زودرس و خيلي زياد از يك سو و صرفه‌جويي در انرژي مصرفي، كاهشهزينه‌هاي اجرايي و سازگاري زيست‌محيطي از سوي ديگر، باعث گسترش روز افزون كاربردآنها در كشورهاي مختلف جهان شده است.

نكته 2-3 –فرآيند توليد اين افزودني‌ها اين امكان را فراهم مي‌آورد كه بر اساس نياز هر صنعتيا مشخصات فني و شرايط اجرايي هر پروژه، فراروان‌كننده‌ايي سازگار و مناسب توليدكرد.

نكته 2-4 –مراكز تحقيقاتي جهان، شركت‌هاي توليدكننده افزودني‌هاي بتن و سازمان‌هاي مرتبط باصنعت ساخت و ساز همواره در جستجوي يافتن مواد شيميايي جديد با كارآيي و تاثير بهتربر عملكرد مخلوط‌هاي بتني هستند و احتمال پيدايش و عرضه محصولات جديد همچنان وجوددارد.

نكته 2-5 –با توجه به خاصيت پخش‌كنندگي بسيار زياد فراروان‌كننده، تاثير آن بر احتمالجداشدگي و آب‌انداختگي در مخلوط‌هاي بتن با دانه‌بندي نامناسب به مراتببيشتر از ساير كاهنده‌هاي آب است.

2-3 – مكانيزم عملكرد كاهنده‌هاي آب

كاهنده‌هاي آب از نوع افزودني‌هاي با عملكردفيزيكي هستند و تاثيري مستقيمي بر فرآيند آبگيري سيمان ندارند. بخش اصلي افزودني‌هايكاهنده‌ي آب، عوامل اثركننده بر سطح هستند. عوامل اثركننده بر سطح[19]موادي هستند كه در سطح مشترك بين دو فاز آميخته نشدني متمركز مي‌شوند و نيروهايفيزيكي شيميايي موثر بر اين سطح را تغيير مي‌دهند. در مخلوطي كه از مواد كاهنده آباستفاده نشود، ذرات سيمان به يكديگر مي‌چسبند و لخته مي‌شوند. مكانيزم كلي عملكرداين افزودني‌ها، كاهش نيروهاي جاذبه بين ذرات و كمك به جدايش و بهبود پخش‌شوندگيدانه‌هاي سيمان از يكديگر است. اين مكانيزم علاوه بر فراهم كردن حركت آزادانه ذراتسيمان به دليل جدايش آنها از يكديگر، آب محبوس در لخته‌هاي سيماني را نيز آزاد وصرف بهبود رواني مخلوط بتن مي‌كند.

روان‌كننده‌ها به يكي از شيوه‌‌هاي زير نيرويجاذبه بين ذرات سيمان را كاهش مي‌دهند و به پراكنده‌شدن آنها كمك مي‌كنند[7]:

• كاهش كشش بين سطحي

• جذب چندلايه‌اي مولكول‌هاي آلي

• افزايش پتانسيل الكتروسينماتيكي

• ايجاد لايه‌اي از مولكول‌هاي آب احاطه‌كننده ذرات

• تغيير در ساختار تركيبات هيدراته شده سيمان

مكانيزم كلي عملكرد فوق‌روان‌كننده‌ها، جدايش وپراكندن دانه‌هاي سيمان از يكديگر به كمك نيروهاي دافعه[20] ناشياز بارهاي الكتروستاتيكي است[3].در بتن و ملات، دانه‌هاي سيمان و سنگدانه در اثر تركيب با آب داراي بار سطحيالكتروستاتيكي مي‌شوند، ذرات سيمان در اين حالت تمايل دارند كه به يكديگر بچسبند[2]. فوق‌روان كننده‌ها در زمان اختلاط، جذب سطح دانه‌هاي سيمان مي‌شوندو به آنها بار منفي مي‌دهند كه منجر به ايجاد نيروي دافعه بين ذرات سيمان وپراكندن آنها مي‌شوند. اين اثر به نام "پخش‌كنندگي"[21]شناخته مي‌شود. مكانيزم پخش‌كنندگي الكتروستاتيكي علاوه بر پخش كردن دانه‌هايسيمان، آب محبوس در لخته‌هاي سيماني را نيز آزاد و صرف بهبود رواني مخلوط بتن مي‌كند(شكل 2-1)[4].

فراروان‌كننده‌ها با توجه به ساختار مولكولي و بااستفاده از همان اصل بارهاي الكتروستاتيكي نه تنها ذرات سيمان را بهتر از روان‌كننده‌هاو فوق‌روان‌كننده‌ها پخش مي‌كنند (تاثير اوليه) بلكه به دليل داشتن شاخه‌هاي جانبيدر زنجيره مولكولي، از جذب شدن ذرات سيمان پخش شده نيز ممانعت به عمل مي‌آورند(تاثير ثانويه). تاثير ثانويه فراروان‌كننده‌ها در اصطلاح شيميايي "ممانعتفضايي"[22]ناميده مي‌شود[3]كه به دليل ساختار و آرايش مولكول‌ها يا اتم‌هاي مجاور يكديگر ايجاد مي‌شود[5].

2-4 – تركيبات شيميايي و مواد تشكيل‌دهنده

تركيبات موادي كه بعنوان كاهنده آب به‌كار مي‌روند، معمولاًشامل مواد شيميايي زير هستند كه ممكن است به تنهايي و يا در تركيب با ساير مواد آلي وغيرآلي، فعال و يا خنثي مورد استفاده قرارگيرند.

2-4-1 – روان‌كننده‌ها

گستره‌ي وسيعي از مواد روان‌كننده با ويژگي‌ها وخواص جانبي گوناگون توليد و ارايه مي‌شوند كه بخش اصلي مواد تشكيل‌دهنده آنهاعبارتند از[2], [6], [7]:

• مشتقات و تركيبات اسيد ليگنوسولفونيك و نمك‌هاي آنها (ليگنوسولفونات‌ها[23]).

• مشتقات و تركيبات اسيد هيدروكسي كربوكسيليك[24] و نمك‌هاي آنها.

·       پليمرهاي هيدروكسيل‌دار[25]

·       مواد غير يوني اثركننده بر سطح

2-4-2 – فوق‌روان‌كننده‌ها

بخش اصلي مواد تشكيل دهنده فوق روان‌كنندهعبارتند از [2], [6], [7]:

·       ليگنوسولفونات‌هاي اصلاح‌شده[26]

• نمك‌هاي تغليظ شده  ملامين سولفونات (ملامين فرم‌آلدهيد سولفوناته[27]).
• نمك‌هاي اسيد نفتالين سولفونيك تغليظ شده با وزن ملكولي بالا (نفتالين فرم‌آلدهيد سولفوناته[28]).
• ساير پليمرهاي مصنوعي مانند پلي‌استايرن سولفوناته[29]، پليمرهاي هيدروكسيل‌دار، و برخي از كوپليمرهاي محلول در آب[30]، يا تركيبي از آنها.

2-4-3 – فراروان‌كننده‌ها

فراروان‌كننده‌ها عمدتا بر پايه پليمرهای مصنوعيزير هستند:

• پلی‌کربکسيليک اتر، اسيد اکريليک، متوکسی پلی اتيلن، و انيدريد مالييک.
• كوپليمرهاي كربوكسيليك آكريليك استر.

2-5 – كاربرد

افزودني‌هاي كاهنده آب پاسخگوي نيازهاي متعـدديدر كارگاه هستند كه از آن جمله مي‌توان به كاهش آب بتن، توليد بتن با مقاومت زياد،صرفه‌جويي در مصرف سيمان بدون كاهش مقاومت بتن، افزايش كارآيي بتن بدون افزودن آب،بهبود خواص بتن‌هايي كه داراي سنگدانه‌هاي خشن و يا دانه‌بندي نامناسب هستند،سهولت در پمپاژ، بتن‌ريزي در مكانهايي كه دسترسي كمتري دارند، و يا تركيبي از مـواردفوق اشاره كرد[6].

رواني بتن كه با اسلامپ سنجيده مي‌شود، براي بتنيبا نسبت‌ها و اجزاي معين، به مقدار آب اختلاط بستگي دارد[1].عملكرد اصلي افزودني‌هاي كاهنده‌ي آب، توانايي آنها در كاهش مقدار آب اختلاط است.بر اساس اين عملكرد مي‌توان كاربرد آنها را به سه شيوه در بتن مورد بررسي وارزيابي قرار داد.

• با مصرف كاهنده آب ضمن ثابت نگهداشتن مقدار سيمان و رواني بتن، مي‌توان مقدار آب اختلاط و در نتيجه نسبت آب به سيمان را كاهش داد (اثر كاهندگي آب اختلاط) و به بتني با رواني يكسان و مقاومت مكانيكي بيشتر از بتن شاهد (بدون افزودني) دست يافت.
• با مصرف كاهنده آب، ضمن ثابت نگهداشتن مقدار آب و سيمان بتن، رواني و كارآيي بتن افزايش مي‌يابد (اثر روان‌كنندگي).

• در برخي بتن‌ها با مصرف كاهنده آب ضمن ثابت نگهداشتن رواني و نسبت آب به سيمان، مي‌توان آب اختلاط و مقدار سيمان اضافي را كاهش داد.

دستيابي به برخي بتن‌هاي ويژه مانند بتن خودتراز، بتنخودتراكم، بتن‌هاي با مقاومت خيلي زودرس و بي‌نياز از بخاردهي، بتن خيلي روان وبتن توانمند بدون استفاده از افزودني‌هاي كاهنده آب به ويژه روان‌كننده‌ها وفراروان‌كننده‌ها در حال حاضر بسيار پرهزينه و در مواردي غير ممكن است. اگرچه بهنظر مي‌رسد با افزايش مقدار سيمان مصرفي مي‌توان به برخي از اين ويژگي‌ها دست يافتولي افزايش بيش از اندازه سيمان به دليل تمايل ذرات سيمان به لخته‌شدن و افزايشچسبندگي بيش از اندازه مخلوط و افزايش مشكلات اجرايي از يك سو و افزايش تغيير شكل‌هايدرازمدت بتن سخت‌شده (جمع‌شدگي و خزش) از سوي ديگر، نه تنها از نظر فني راهكارمناسب و كارآمدي نيست بلكه بسيار غيراقتصادي هم هست. براي دستيابي به اين ويژگي‌ها،فراروان‌كننده‌ها به دليل تاثيرات جانبي كمتري كه نسبت به روان‌كننده‌ها و فوقروان‌كننده‌ها دارند، كاربرد گسترده‌تري دارند.

2-6 – تاثير كاهنده‌هاي آب بر ويژگی‌های بتن تازه

افزودني‌هاي كاهنده آب علاوه بر كاهش مقدار آبمخلوط بتن تازه، بر برخي ديگر از خواص آن نيز تاثير مي‌گذارند.

2-6-1 - زمان گيرش

زمان گيرش بتن به تركيبات شيميايي و اندازه ذراتسيمان، دما و نسبت آب به سيمان بستگي دارد. در بتني با دما و نسبت آب به سيمانمعين، كاهنده‌هاي آب به دليل پخش‌كردن ذرات سيمان و به تاخير انداختن به هم چسبيدنو لخته‌شدن ذرات و محصولات آبگيري سيمان به يكديگر (كندگيري فيزيكي)، گيرش اوليه ونهايي بتن را به تاخير مي‌اندازند. از سوي ديگر، پخش‌شدن ذرات سيمان امكان آبگيريبهتر و همه جانبه‌ي آنها را فراهم مي‌كند كه مي‌تواند تسريع واكنش و توليد محصولاتآبگيري را به دنبال داشته باشد. بنابراين هر چقدر كه قدرت پخش‌كنندگي افزودني‌هايكاهنده آب بيشتر باشد (از روان‌كننده به فراروان‌كننده)  تاثير كندگيري آنها كاهش مي‌يابد.

برخي از روان‌کننده‌ها مانند ليگنوسولفونات‌ها واسيدهاي هيدروكسي كربوكسيليك در مقادير مصرف متعارف و در دما‌هاي 18 تا 38 درجهسانتيگراد معمولاً 1 تا 3 ساعت تاخير در گيرش بتن بوجود مي‌آورند[2]. با افزايش مقدار مصرف روان‌كننده‌ها، تاخير در زمان گيرش بتن نيزافزايش مي‌يابد. اغلب فوق روان‌كننده‌ها در مقادير مصرف متعارف، كندگيري قابلتوجهي ندارند و يا كندگيري آنها كاملاً كنترل شده است. در بتن‌هايي كه با سيماننوع 5 ساخته مي‌شوند و داراي فوق‌روان‌كننده هستند، صرفنظر از نسبت آب به سيمان ونوع فوق‌روان‌كننده مصرفي، زمان گيرش اوليه و نهايي حدود يك ساعت افزايش مي‌يابد[8]. بعضی از فراروان‌كننده‌ها زمان گيرش نهايي بتن را كاهش مي‌دهند [3].

2-6-2 - هوازايي

برخي از روان‌كننده‌ها كشش سطحي آب را كاهش مي‌دهندو مقداري حباب هوا در بتن ايجاد مي‌كنند. ليگنوسولفونات‌ها شناخته شده‌ترين كاهنده‌هايآب هستند كه خاصيت هوازايي دارند. مقدار هواي وارده توسط اين مواد معمولاً بين 2تا 6 درصد متغير است، اگرچه مقادير بيشتر نيز تا كنون گزارش شده است[6]. هوازايي روان‌كننده‌ها را مي‌توان با اصلاح فرمول شيميايي كنترل كرد[6] ، معمولاً ليگنوسولفونات‌هاي اصلاح‌شده كمتر از يكدرصد حباب هوا ايجاد مي‌كنند. فوق‌روان‌کننده‌ها و فراروان‌کننده‌ها اصولاً خاصيت هوازاييندارند ولي ممكن است روي توان هوازايي برخي از سيمان‌ها و مواد هوازا  تاثيرگذار باشند و باعث تغيير در ميزان هوايبتن شوند[6].افزايش رواني مخلوط بتن به ازدياد تشكيل حباب‌هاي هوا در حين اختلاط كمك مي‌كندولي بتن‌هاي داراي فوق‌روان‌كننده در مقايسه با بتن شاهد (با رواني يكسان)، فرصتخروج آسان‌تر حباب‌هاي هواي محبوس را در حين عمليات انتقال و بتن‌ريزي فراهم مي‌كنند.فوق‌روان‌كننده‌هاي بر پايه ملامين در مقايسه با نوع نفتاليني نه تنها هواي محبوسكمتري ايجاد مي‌كنند بلكه افت مقدار هواي سريع‌تري نيز دارند[2].فراروان‌كننده‌ها عموما خاصيت هوازايي ندارند و پس از اتمام اختلاط بتن به دليلسهولت حركت اجزاي بتن، موجب جابجايي و جاي‌گيري ذرات در درون فضاي خالي بينيكديگر  مي‌شوند و  حباب‌هاي هواي محبوس را به سطح بتن مي‌رانند.

افزودني‌هاي كاهنده آب در بتن‌هاي هوازايي شده،پايداري حباب‌هاي هوا را بهبود مي‌بخشند و ميزان تاثير و راندمان افزودني‌هايهوازا را افزايش مي‌دهند[2].

2-6-3 - كارآيي

كارآيي[31]خصوصيتي از بتن يا ملات تازه است كه آساني يا دشواري اختلاط، ريختن، تراكم وپرداخت كردن آن را بيان مي‌كند[11].موضوع كارآيي همواره در بتن‌ريزي‌ها مطرح مي‌شود ولي در حال حاضر ابزار مناسبيبراي سنجش كارآيي در كارگاه‌ها وجود ندارد. معمولاً رواني بتن كه به وسيله آزمايشاسلامپ اندازه‌گيري مي‌شود ملاكي براي توصيف كارآيي بتن به شمار مي‌آيد در حالي كهممكن است دو نمونه با رواني يكسان، داراي كارايي متفاوتي باشند. بتن‌هاي محتويافزودني‌هاي كاهنده آب معمولاً كارآيي بهتري از خود نشان مي‌دهند و ميل به قالبپذيري و پرداخت سطح آنهـا بهتر از بتن‌هاي با رواني مشابه ولي بدون افزودني است.اين موضوع به ويژه در مورد بتن‌هاي سفت (با اسلامپ خيلي كم) نمايان‌تر است.

بتن محتوي اين افزودني‌ها تمايل كمتري به جداشدگينشان مي‌دهد[9]و در هنگام لرزاندن مي‌توان رواني و تحرك بهتر اجزا را مشاهده نمود ضمن اين كهكارآيی بهتر اين نوع بتن، نياز به لرزاندن را كاهش می‌دهد و صرفه جويی قابل توجهیدر مصرف انرژی و نيروی انسانی پديد مي‌آورد.

هوازايي برخي از كاهنده‌هاي آب كه به عنوان يكاثر جانبي مطرح مي‌شود، در مخلوط‌هاي بتن با ريزدانه ناكافي مي‌تواند چسبندگي داخليبين دانه‌هاي سنگي را تا حدودي افزايش دهد (به فصل هوازاها مراجعه شود) و حالتخميري و كارآيي بتن را بهبود بخشد.

 2-6-4 - آبانداختگي

تاثير همه افزودني‌هاي كاهنده آب بر آب‌انداختگييكسان نيست، به عنوان مثال نمك‌های اسيد هيدروكسی كربوكسليك موجب افزايش آبانداختگي مي‌شوند در حالي كه مشتقات و تركيبات اصلاح شده  آنها تاثيري بر پديده آب انداختگي ندارند. ليگنوسولفونات‌هاو مشتقات آنها آب انداختگي بتن تازه را كاهش مي‌دهند كه بخشي از اين خاصيت آنها بهدليل ايجاد حباب هوا در بتن است. فوق روان‌كننده‌ها و فراروان‌كننده‌ها معمولا آبانداختگي و جداشدگي را كاهش مي‌دهند به جز در مواردي كه مقدار مصرف افزودني بيش ازاندازه باشد[9].گاهي آب‌انداختگی و جداشدگي بتن تازه پس از اضافـه كردن فوق روان‌كننده و فراروان‌كننده‌هابه دليل اشكال در دانه‌بندي سنگدانه‌ها است و نه تاثير منفي افزودني، در چنينشرايطي با اصلاح دانه‌بندي به خصوص افزايش ريزدانه‌ها مي‌توان جداشدگي را كاهشداد.

2-6-5 - روند افت رواني (اسلامپ)

روند افت رواني[32] كهبيانگر مقدار كاهش رواني در واحد زمان است، در بتن داراي كاهنده آب بيشتر از بتنشاهد (با اسلامپ اوليه يكسان) است. بتن‌هاي حاوي فوق‌روان‌كننده در مقايسه با بتن‌هايحاوي روان‌كننده كه اسلامپ اوليه يكساني داشته باشند از روند افت رواني بيشتريبرخوردارند. فراروان‌كننده‌ها اگرچه نسبت به بتن شاهد روند افت رواني بيشتري دارندولي نسبت به فوق‌روان‌كننده‌ها از توان حفظ رواني (اسلامپ) بيشتري برخوردارند.

يكي از مزاياي اصلي استفاده از فوق‌روان‌كننده‌هاو فراروان‌كننده‌ها در بتن افزايش قابل توجه اسلامپ و رواني آن است ولـي زمان قابلكاركردن به دليل افت اسلامپ به شدت كاهش مي‌يابد كه مي‌تواند سبب بروز مشكلات اجراييشود. براي حل اين مشكل در مورد فوق‌روان‌كننده‌ها مي‌توان بخشي از  فوق روان‌كننده را در محل ساخت بتن و بخش ديگررا در محل بتن‌ريزي به مخلوط اضافه كرد تـا زمـان قابل كار كردن افزايش يابد يا ازفوق‌روان‌كننده‌هاي كندگير استفاده كرد. در مورد فراروان‌كننده‌ها مي‌توان روانيبتن را در هنگام ساخت به گونه‌ايي تنظيم كرد (با اسلامپ بالاتر) كه رواني مورد نظررا در پاي كار تامين كند يا در هنگام ساخت بتن، در صورت نياز جهت سهولت در اختلاطو حمل، از يك روان‌كننده سازگار در مقادير كم استفاده كرد و فراروان‌كننده را درپاي كار به بتن افزود.

 فرصت كاربا يك بتن به عوامل متعددي بستگي دارد كه از آن جمله مي‌توان به: نوع و مقداركاهنده آب، فاصله زمانی بين ساختن و ريختن بتن، زمان اضافه كردن كاهنده آب، مصرفساير افزودني‌هاي شيميايي، ويژگي‌ها و درجه حرارت سيمان و بتن، رواني اوليه بتن و دمايمحيط اشاره كرد.

 2-6-6 - پرداختپذيري

 روان‌کننده‌هامعمولاً در پرداخت سطح بتن بسيار مؤثرند درحاليكه سطح بتن‌هاي محتوي فوق روان‌كنندهبه دليل كاهش آب‌انداختگي و افت سريع رواني به سختي پرداخت مي‌شوند، مضافاً اينكهتمايل به پوسته شدن و يا تركهاي ناشي از جمع شدگي خميري در اين نوع بتن‌ها بيشتراست، به همين دليل در اينگونه مواقع بايستي سطح بتن را با روش‌هايي چون مرطوبكردن، استفاده از مواد تاخير دهنده تبخير، يا هر روش مناسب ديگري از خشك شدن حفظنماييم. اين روش‌ها بايستي با دقت انجام پذيرد تا تاثير نامناسبي بر دوام سطح بتنبوجود نياورند.

2-6-7 – تراكم‌پذيري

كاهنده‌هاي آب امكان حركت و لغزش ذرات بر روييكديگر را در داخل مخلوط بتن فراهم مي‌كنند و خواص ريولوژيك بتن تازه و رفتار آنرا در هنگام ارتعاش و متراكم‌شدن بهبود مي‌بخشند. براي متراكم‌كردن بتن‌هاي دارايكاهنده آب در مقايسه با بتن شاهد به انرژي كمتري نياز است. اين اثر در بتن‌هاي بارواني (اسلامپ) كم و به ويژه در بتن‌هاي بدون اسلامپ نمايان‌تر است. در بتن‌هايداراي مقادير كافي فراروان‌كننده به دليل سهولت حركت و لغزش ذرات بر روي يكديگربدون نياز به لرزاندن، اجزاي بتن در اثر وزن خود فضاهاي خالي را پر مي‌كنند ومتراكم مي‌شوند (بتن خود متراكم) در حالي كه در بتن‌هاي بدون فراروان‌كننده بهدليل پديده لخته‌شدگي ذرات سيمان و ريزدانه‌ها، هر چقدر هم كه رواني افزايش يابدنمي‌توان به بتن خود متراكم دست‌يافت.

2-7 - تاثير بر ويژگي‌های بتن سختشده

2-7-1 - مقاومت

استفاده از كاهنده آب اگر با كاهش نسبت آب بهسيمان همراه باشد افزايش مقاومت را به دنبال دارد ضمن اين كه در صورت ثابت بودننسبت آب به سيمان نيز به دليل پخش كردن بهتر ذرات سيمان سبب بهبود فرآيند آبگيري وافزايش مقاومت مي‌شود.

نكته 2-6- تاثير كاهنده‌هاي آب بر مقاومت بتنصرفاً به دليل تاثيرات آنها بر بتن تازه در زمان‌هاي اوليه است و نه فعال بودن آنهادر بتن سخت شده.

كاهنده‌هاي آب کندگير، مقاومت 24 ساعته را به خصوصدر مناطق گرمسير افزايش مي‌دهند، البته ممكن است مقاومت در ساعات اوليه بتن تحتتاثير كندگيـری كاهش يابد. كاهنده‌هاي آب در مقدار سيمان و رواني ثابت مقاومت بتنرا  افزايش مي‌دهند و يا براي رسيدن بهمقاومتي مشخص باعث صرفه جويي قابل ملاحظه در مصرف سيمان مي‌شوند.

اگر افزودن فوق روان‌كننده همراه با كاهش آب بتنباشد مقاومت فشاري را تا 25 درصد و يا حتي بيشتر افزايش مي‌دهد. اين افزايش مقاومتبا استفاده از فراروان‌کننده‌ها به مراتب محسوس‌تر است و توليد بتن‌هايی با مقاومتفشاری 70 مگاپاسکال و بيشتر در شرايط كارگاهی به آسانی قابل طراحی و توليد می‌باشد.مقاومت خمشي بتن‌هاي داراي اين افزودني‌ها بهبود مي‌يابد ولي نسبت افزايش آن در مقايسهبا مقاومت فشاري كمتر است.

2-7-2 – جمع‌شدگي (تكيدگي) و خزش

گزارش‌ها و اطلاعات متناقضي در مورد تاثير كاهنده‌هايآب بر پديده جمع‌شدگي و خزش وجود دارد. گرچه متناسب با كاهش مقدار آب بتن، جمعشدگي دراز مدت كمتر مي‌شود و به همين منوال افزايش مقاومت فشاري بتن باعث كاهش خزشمي‌گردد ولي بطور كلي مي‌توان گفت حتي مصرف مقادير ثابتي از افزودني‌ها زماني كههمراه با سيمان‌هاي مختلف مصرف مي‌شوند، تاثير متفاوتي بر جمع‌شدگي و خزش بتن سختشده دارند.

2-7-3 – دوام (پايايي)

به طور كلي كاهنده‌هاي آب به دليل پخش‌كردن ذراتسيمان و بهبود فرآيند آبگيري و نيز بهبود تراكم‌پذيري، سبب كاهش تخلخل و جذبمويينگي مي‌شوند و در نتيجه نفوذپذيري بتن كاهش و دوام آن در برابر عوامل مهاجمافزايش مي‌يابد.

در بتن‌هاي هوازايي‌شده، استفاده از كاهنده‌هايآب سبب افزايش مقاومت جداره حباب‌هاي هوا و بهبود پايايي بتن در برابر چرخه‌هاي يخ‌زدنو آب‌شدن مي‌شود.

2-8 - تاثير مواد متشكله بتن برعملكرد كاهنده‌های آب

همانگونه كه وجود يك افزودني بر روي نسبت اجزا وويژگي‌هاي بتن تاثير مي‌گذارد، خواص و مقدار اجزاي تشكيل‌دهنده بتن نيز تاثيراتمتقابلي بر عملكرد افزودني دارد.

مقدار، نوع، و تركيبات شيميايي سيمان بر عملكردكاهنده‌هاي آب تاثير مي‌گذارد. با افزايش مقدار سيمان، نسبت مصرف فوق‌روان‌كنندهبه سيمان كاهش مي‌يابد. سيمان‌هاي نوع 2 و 5 در مقايسه با سيمان‌هاي نوع 1 و 3 بهكاهنده آب كمتري نياز دارند. تركيبات شيميايي سيمان به ويژه نسبت C₃A/C₃S و مقدار C₃A و نيز مقدار قليايي‌ها بر عملكرد افزودني‌هاي كاهنده آب تاثير مي‌گذارند^[7]. با افزايش مقدار C₃A در سيمان از راندمان روان‌كننده‌هاي ليگنوسولفوناتي كاسته مي‌شود^[1]. با افزايش مقدار قليايي‌هاي سيمان ميزانتاثير و حفظ رواني روان‌كننده‌ها در بتن كاهش مي‌يابد^[1].

 شكل وبافت سطحي سنگدانه‌ها بر عملكرد كاهنده‌هاي آب تاثيرگذار است. سنگدانه‌های گردگوشه در مقايسه با سنگدانه‌هاي تيزگوشه مقدار روان كننده كمتری را برای رسيدن بهيك روانی مشخص لازم دارند. براي دستيابي به يك رواني مشخص هر چقدر بافت سطحيسنگدانه‌ها زبرتر باشد مقدار مورد نياز افزودني كاهنده آب افزايش مي‌يابد.

پوزولان‌ها به جز خاكستر بادي، عموما به دليلافزايش چشمگير سطح جانبي دانه‌ها و تمايل به لخته‌شدن، كارآيي و رواني بتن را بهشدت كاهش مي‌دهند و به همين دليل توصيه مي‌شود كه در بتن‌هاي داراي پوزولان و بهويژه دوده سيليسي از فوق‌روان‌كننده  يافراروان‌كننده استفاده شود.

در مجموع مطالعه، بررسی و انجام آزمايش‌هایكارگاهی برای مشخص كردن تاثير مواد متشكله بتن بر افزودنيهای كاهنده آب به شدتتوصيه می‌شود.

2-9 - تاثير عوامل محيطی و اجرايي

بدون شك عواملي مانند: دما، رطوبت، سرعت وزش باد،ماشين آلات و تجهيزات توليد و انتقال بتن، زمان بين توليد و ريختن بتن، زمان حمل،و مهارت نيروهاي اجرايي از جمله عوامل مهم و تاثير گذار در عملكرد افزودني‌هایكاهنده آب مي‌باشند.

به دليل آن كه دما در زمان گيرش، كارآيي و روندكسب مقاومت اوليه بتن بسيار مؤثر است، براي دستيابي به نتايج مؤثر معمولا افزودني‌هایكاهنده آب در سه گروه با تاثيرهای زودگيری، خنثی، و ديرگيری عرضه مي‌شوند.

رطوبت موجود در هوا و سرعت وزش باد بر زمانكارآيی بتن تاثير مي‌گذارند در نتيجه براي حفظ كارآيي در چنين شرايطي ممكن استمقدار مصرف و يا حتی نوع كاهنده آب تغيير ‌نمايد.

با توجه به اينكه مقدار مصرف افزودني‌های كاهندهآب به نسبت سيمان موجود در طرح اختلاط تعريف مي‌شود، لازم است ماشين آلات توليدبتن از حساسيت كافی برای پيمانه كردن آب، سيمان، سنگدانه، و مواد افزودنی برخوردارباشند. در غير اين صورت مقادير متفاوتی در هر نوبت وارد مخلوط‌كن مي‌شود و نتايجمتفاوتی نيز در بر خواهد داشت.

2-10 - رهنمودهای اجرايي در كارگاه

افزودني‌هاي كاهنده آب در حالت مايع اندازه‌گيريو مصرف مي‌شوند و چنانچه اين افزودني‌ها به شكل جامد (پودر) تحويل گردند، لازم استابتدا بر طبق پيشنهاد توليدكننده محلولي با درصد جامد مناسب از  آن تهيه و سپس مصرف شوند.

چگالي افزودني‌هاي ارسالي مايع و يا آنهايي كه دركارگاه به مايع تبديل شده‌اند بايستي براساس معيار و استانداردي كه توليد كنندهمعرفي مي‌كند سنجيده و با آن مقايسه گردد. براي اين منظور مي‌توان به سهولت و بااستفاده از وسايلي چون مايع‌سنج يا چگالي‌سنج، درصد جامد و  غلظت مناسب آنرا بررسي نمود. اين عمل بايستي دردماي استاندارد انجام و نتايج آن بعنوان بخشي از عمل كنترل كيفيت براي آينده ثبت ونگهداري گردد.

تمامی افزودني‌های كاهنده آب در محدوده زمانیمعينی بر مخلوط بتن تاثير مي‌گذارند و به محض اتمام اين محدوده زمانی، بتن به حالتقبل از مصرف افزودنی برمي‌گردد، بنابراين زمان افزودن آنها بايستی بگونه‌ای تنظيمشود كه حداكثر كارآيی حاصل گردد، بنابراين در حمل‌های طولانی بتن كه احتمال اتمامخاصيت افزودنی وجود دارد، بهتر است كه افزودني در محل بتن ريزی به مخلوط اضافه تافرصت كافی برای ريختن، لرزاندن، پرداخت، و كارهای تكميلی فراهم شود.

افزودني‌های كاهنده آب را نبايد به سيمان خشكاضافه كرد، بهتر است آنها را بعد از افزودن بخشي از آب اختلاط (به همراه آب تنظيم[33]) بهبتن اضافه كرد.

در طرح اختلاط‌های داراي اين افزودني‌ها، به خصوصدر بتن‌های با اسلامپ بيشتر از 70 ميليمتر از لرزاندن (ويبره کردن) بيش از اندازهپرهيز شود زيرا باعث جداشدگی و آب انداختگی مي‌شود. البته آب انداختگی مختصر در سطحبتن در انجام پرداخت سطحی مفيد است. 

2-11 - رهنمودهای كاربردی

چنانچه اطلاعات كافي و معتبر از كاربرد يك افزودنيدر دسترس نباشد، بهترين روش براي بررسي تاثير افزودني بر خواص بتن انجام آزمايش‌هايكارگاهي است. لازم است اين آزمايش‌ها با توجه به اوضاع جوي پيش بيني شده، روش وامكانات عملي ساخت بتن، و با استفاده از مصالح مصرفي كارگاه انجام پذيرد. پارامترهاييكه انتظار مي‌رود در اثر به كار بردن كاهنده آب در طرح اختلاط بتن تغيير‌كنندعبارتند از: مقدار هوا، رواني، آب انداختگي، جداشدگي، زمان و روند گيرش، و مقاومت‌هايمکانيکي.

قبل از شروع كار اصلي بهتر است تعداد كافي طرحاختلاط در آزمايشگاه كارگاه، تهيه و آزمايش گردد و با ثبت و مقايسه آنها طرح‌هايبهينه براي اجرا برگزيده شوند. اگرچه راهنمايي‌هاي بسيار مفيدي در آيين نامه‌هاي معتبربين‌المللي و استاندارد‌هاي ساختماني ايران براي كاربرد افزودني‌هاي شيميايي وجوددارد ولي اغلب آنها در شرايط استاندارد و آزمايشگاهي كنترل شده  نتيجه گيري شده‌اند. بنابراين بهتر است ضمنپيروي از آنها اقدام به انجام آزمايش‌هاي كارگاهي نزديك به شرايط واقعي كاربردي دركارگاه كرد.

همواره لازم است طرح اختلاط اين گونه بتن‌هامجدداً بررسي شود چنانچه يك طرح بتن داراي كارآيي و قابليت پرداخت مناسب باشد و بخواهيمبه آن افزودني كاهنده آب بيافزاييم، مقادير آب، سيمان و يا مقدار هوا تغيير مي‌كندو باعث تغيير در حجم  كل بتن مي‌شود. در اينگونهموارد براي جبران كاهش حجم كل، بايستي به اندازه مقادير كاهش يافته آب و سيمان،مقادير متناسبي از سنگدانه‌ها به بتن اضافه گردد تا نسبت سنگدانه‌هاي درشت به حجمكل بتن ثابت بماند. روش طراحي و تنظيم مخلوط‌ها  در ACI  211.1 شرح داده شده است.

با توجه به اينكه اغلب افزودني‌هاي كاهنده آب،مواد محلول در آب هستند لازم است در هنگام محاسبه آب اختلاط و نسبت آب به سيمان،مقدار آب موجود در اين افزودني‌ها محاسبه و معادل آن از آب اختلاط كاسته شود وليبخش جامد آنها كه نسبت به حجم كل بتن بسيار ناچيز هستند معمولا ناديده گرفته مي‌شوند.

مخازن نگهداري افزودني‌ها بايد به آساني قابلشناسايي بوده و محلول‌ها در برابر آلودگي، تبخير، رقيق شدن، دماي بسيار بالا و يخ‌زدگي،محافظت شوند. توجه به زمان انبارداري هر افزودني براساس توصيه توليدكننده آن ضرورياست. اختلاط دو يا چند افزودني با هم مجاز نمي‌باشد مگر اينكه سازگاري آنها بايكديگر قبلاً توسط توليدكننده بلامانع اعلام شود، در غير اين صورت بايستي افزودني‌هابه طور جداگانه پيمانه و به مخلوط اضافه گردند. مثلاً ممكن است يك روان‌كننده با يكهوازا با هم سازگاري نداشته باشند و هركدام در مخازن جداگانه نگهداري و با فاصلهزماني مناسب وارد مخلوط كن بتن شوند.

با توجه به اينكه اين افزودني‌ها معمولا درمقادير بسيار كم و بر اساس نسبتهای كوچک سيمان مصرف مي‌شوند، لازم است لوازماندازه‌گيری دقيقی برای پيمانه كردن آنها در كارگاه فراهم شده و در ضمن آموزش‌هایلازم در مورد حساسيت و تاثيرات منفی احتمالی ناشی از مصارف نادرست به كاربران دادهشود.

2-12 - ارزيابي و انتخاب كاهنده آب

عملكرد افزودني‌ها از هر نوع و طبقه با يكي ازشيوه‌هاي زير بررسي مي‌شوند. اين شيوه‌ها ممكن است به تنهايي و يا تواماً  در تشخيص و انتخاب يك افزودني مورد توجه قرارگيرند.

1)  نتايجحاصل  از كاربرد موفقيت آميز يك افزودني دركارهاي مشابه قبلي كه تحت شرايط كنترل شده كارگاهي انجام شده باشد. در اين روش بايستيتا حد امكان شرايط كار و مصالح مرجع انتخابي شبيه به شرايط كارگاه باشد.

2 ) انجام آزمايش‌های كارگاهی با مصالح و شرايطموجود در محل كارگاه.

3) كتب و نشريات فني و اطلاعات ارايه شده از سويتوليدكننده‌ها.

با استفاده از روشهاي فوق محدوده مقادير مصرفي و حدبهينه آن تعيين مي‌شود و اثرات احتمالي ناشي از مصرف بيش از حد مورد بررسي قرار مي‌گيردولي لازم است اطلاعات كاملي از عملكردهاي قبلي يك افزودني و نتايج آن كه بيانگرمحدوده مقادير مصرف باشد در اختيار مصرف كننده قرار گيرد. بديهي است كه نتايجتاثير يك افزودني معين بر روي انواع سيمان، مقدار سيمان، نوع سنگدانه‌ها، شرايط آبو هوا و شرايط ساخت بتن متفاوت است ولي محدوده تعيين شده از سوي توليدكننده مي‌تواندملاك سنجش در هر كارگاهي قرارگيرد.

از آنجايي كه اين افزودني‌ها عموماً مقاومت‌هايبتن را افزايش مي‌دهند و اين فرصت را فراهم مي‌آورند كه مقدار سيمان كمتري مصرفشود، علاوه بر ايجاد صرفه جويي اقتصادي در طرح مي‌توانند حرارت آبگيري را كاهش دهندكه بخصوص در بتن ريزي‌هاي حجيم بسيار مؤثر است. توجه شود كه استفاده از کاهنده‌هاي آب به خودي خود باعث كاهش حرارت آبگيرينمي‌شود بلكه كاهش مقدار سيمان اين امر را ميسر مي‌سازد. با استفاده از روان‌كنندهكندگير مي‌توان با اصلاح زمان گيرش حرارت‌زايي بتن را در سنين اوليه کاهش داد.

براي توليد بتن‌هايی با مقاومت زياد ( بيشتر از PSI 6000  يا MPa 41 ) مي‌توان از فوق روان‌کننده و يا فراروان‌كننده با خاصيتكندگيری در مقادير زيادتر استفاده نمود كه هم باعث كاهش بيشتر آب مي‌گردد و همتاخيري كه درگيرش بتن بوجود مي‌آيد، موجب آرامش در روند كسب مقاومت  اوليه مي‌شود، بتن‌هايي كه به آرامي‌كسب مقاومتاوليه مي‌كنند عموماً داراي مقاومت‌هاي دراز مدت بيشتري هستند. استفاده از روان‌كننده كندگير در مقادير زياد ممكن است گيرش بتنرا دچار مشكل نمايد بتن‌هاي حاوي افزودني زودگير كننده، سريعتر به مقاومت‌هاي  اوليه دست پيدا مي‌‌كنند ولي مقاومت‌هاي درازمدت آنها از رشد كمتري برخوردار است.

در طراحي بتن‌هاي توانمند استفاده از فوق‌روان‌كننده‌هاو فرا روان‌کننده‌ها پيشنهاد مي‌گردد كه مي‌توان آنها را  در مقادير زيادتر و بدون تاثيرات جانبي نامطلوبمصرف نمود ولي بدليل افت سريع كارآيي در اين گونه بتن‌ها همواره توصيه مي‌شود كهاين افزودني‌ها در محل مصرف  به بتن اضافهگردند.

آيين نامه‌هاي معتبر و استاندارد‌هاي ساختمانيايران، مشخصات افزودني‌هاي كاهنده آب و روش ارزيابي آنها در شرايط استاندارد و كنترلشده از قبيل دما، مقدار سيمان، كارآيي، مقدار هواي موجود و سنگدانه‌هاي دانه‌بنديشده را تعيين نموده‌اند. اين آيين نامه‌ها همچنين حداقل تغييراتي كه اين افزودني‌هادر كاهش مقدار آب، كسب مقاومت، محدوده زمان گيرش، جمع شدگي، و پايداري در برابر يخزدگي و ذوب به وجود مي‌آورند را معين مي‌كنند ولي اكثر كاهنده‌هاي آب قادرند بهتراز حداقل‌هاي خواسته شده در آيين‌نامـه‌ها كيفيت بتن را بهبود بخشند. به عنوانمثال برخي از روان‌كننده‌ها توانايي كاهش آب بتن به ميزان بيش از 12 درصد را دارندو فوق‌روان‌كننده‌ها و فراروان‌كننده‌ها در برخي موارد تا بيش از 30 درصد آب مصرفيرا كم مي‌كنند.

 2-13 - كنترل كيفيت

يكنواختي و ثابت بودن يك افزودني در مراحل مختلف پروژهو ارسال‌هاي متعدد به كارگاه بايستي كنترل شده و برابري آن با آزمايش‌هاي اوليه بهاثبات برسد. آزمونهاي لازم براي شناسايي و تاييد افزودني‌ها شامل: تعيين درصد جامد،غلظت ظاهري، طيف سنجي براي مواد آلي، مقدار كلرايد، درجه قليايي ( pH )، و برخي موارد ديگر مي‌باشند. آيين نامه‌هاي معتبر بين‌المللي واستاندارد‌هاي ساختماني ايران راهنمايي‌هاي لازم براي تعيين يكنواختي افزودني‌هايشيميايي را به تفصيل بيان نموده‌اند. اگرچه با كنترل رنگ، بو، شكل ظاهري و اندازه‌گيريغلظت و مقدار pH مي‌توان يكنواختي محموله‌هاي مختلف افزودني‌هايوارده به كارگاه را تاييد يا رد كرد.

2-14 - مراجع

1- فاميلي هرمز، "خواص بتن"، مترجم،1378.

2- Rixom, R. and Mailvaganam, N. "CHEMICAL ADMIXTUIRES FORCONCRETE", 3rd Ed., 1999, E & EN SPON.

3- " Guideline for Self-Compacting concrete",Japan Society of Civil Engineer 1998.

4 – ايراجيان محمود، "كاربرد موادافزودني در پروژه‌هاي سدسازي"، چهارمين كنفرانس بين‌المللي سدسازي، ايران،تهران، 1380.

5 – ياوري عيسي، "فرهنگ شيمي"،انتشارات فاطمي، 1375.

6- ACI 212.3R – 04, "Chemical Admixtures forConcrete", MCP-ACI 2006.

7- REILIM, "Application of Admixtures inConcrete", 1995.

8- Ramezanianpour, A.A., Sivasundaram, V., and Malhotra,V.M., "Superplasticizers: Their Effect on the strength Properties ofConcrete"; ACI Concrete International, Vol. 17, No. 4, 1995.

9- Ramachandran V.S., Malhotra V.M., Jolicoeur C., andSpiratos N., "SUPERPLASTICIZERS; Properties and applications inconcrete", CANMENT, 1998.

10- Hewlett, "Lea's Chemistry of Cement andConcrete", 4th Ed., 1998, Arnold.

11- Kosmatka S. H., Kerkhoff B., and Panarese W.C.,"Design and Control of Concrete Mixtures", 14th ed., PCA – 2002.

افزودني‌هاي شيميائي بتن

مشخصات فني و لزوم استفاده از آنها

بخش سوم : افزودني هاي هوازا

پيدايش و گسترش بتن هوازايي شده در سال‌هاي ميانيدهه‌ي 1930 يکي از پيشرفت‌هاي اساسي تکنولوژي بتن به شمار مي‌آيد. در اثر اختلاط وهم‌زدن بتن، مانند هر ماده خميري ديگر، حباب‌هاي ريز و درشت هوا به طور اتفاقي وناخواسته در بتن حبس مي‌شوند. حباب‌هاي هواي حبس‌شده داراي شکل نامنظم هستند واندازه آنها بزرگتر از 1000 ميکرون (يک ميليمتر) است. اين حباب‌ها ناپايدارند وبخش عمده‌اي از حباب‌هاي درشتي که به اين ترتيب ايجاد مي‌شوند به سرعت از بين مي‌روند.هواي حبس شده به نام "هواي محبوس[34]"شناخته مي‌شود. منظور از "هوازايي[35]"آن بخش از حباب‌هاي ريز هوا است که به طور عمدي در بتن ايجاد مي‌شوند و با هوايمحبوس تفاوت آشکار دارد. قطر حباب‌هايي که به طور عمدي در بتن ايجاد مي‌شوند(هوازايي) از اندازه حباب‌هاي محبوس کوچکتر و عمدتا بين 10 تا 100 ميکرون است.براي هوازايي در بتن از يک افزودني هوازا که در حين اختلاط به بتن افزوده مي‌شوداستفاده مي‌گردد. براي هوازايي مي‌توان از سيمان هوازا نيز استفاده کرد ولي در حالحاضر در ايران سيمان هوازا توليد نمي‌شود. در اين فصل به هوازايي در اثر کاربرد يکافزودني هوازا پرداخته مي‌شود.

واژه هاي كليدي: بتن هوازايي شده، افزودني هوازا، هوازايي، هوايمحبوس، بازده حجمي، قوام بتن، آب دوست، آب گريز.

1 – تعريف

افزودني‌هاي هوازا[36] ياهوازاها بنا به تعريف، افزودني‌هايي هستند که در حين اختلاط (با تاثيرگذاري برنيروهاي کشش سطحي آب)، ساختاري همگن از ريزحباب‌هاي ناپيوسته در بتن، ملات، ياخمير سيمان پديد مي‌آورند. افزودني‌هاي هوازا در حقيقت با تشکيل و تثبيت حباب‌هايهوايي که در حين اختلاط وارد بتن مي‌شوند، مقدار هواي بتن را افزايش مي‌دهند و برخلاف افزودني‌هاي گازساز يا کف‌زا هيچگونه گاز يا کفي در اثر واکنش شيميايي در بتنايجاد نمي‌کنند.

2 – مكانيزم عملكرد هوازاها

هوازاها از نوع افزودني‌هاي با عملكرد فيزيكيهستند و تاثير مستقيم ‌بر فرآيند آبگيري سيمان ندارند. اين افزودني‌ها عمدتا ازمواد اثركننده بر سطح تشکيل مي‌شوند. مواد اثركننده بر سطح[37]موادي هستند كه در سطح مشترك بين دو فاز آميخته نشدني متمركز مي‌شوند و نيروهايفيزيكي-شيميايي موثر بر اين سطح را تغيير مي‌دهند.

هوازاها در سطح مشترک هوا–آب در خمير سيمان عمل مي‌کنند و کشش سطحي آب راکاهش مي‌دهند و بدين ترتيب بخش عمده‌اي از حباب‌هاي هواي ناپايدار پديدآمده در حيناختلاط را به ريزحباب‌هاي پايدار تبديل مي‌کنند. اين افزودني‌ها عمدتا داراي يکانتهاي آب‌دوست[38]و يک دنباله آب‌گريز[39]هستند. انتهاي آب‌دوست آنها در آب مي‌ماند و دنباله آب‌گريز آنها در داخل حباب هواگرفتار مي‌شود و از داخل شدن آب به درون حباب (ترکيدن حباب) جلوگيري مي‌کند و موجبپايداري حباب‌هاي تشکيل‌شده مي‌شود^[8]. نمايي از چگونگي پايدار شدن حباب‌هاي هوا توسطافزودني هوازا در شکل 1 نشان داده شده است^[7]. انتهاي آب‌دوست که در سطح حباب و درتماس با آب قرار دارد با بار الکتريکي که به حباب‌ها مي‌دهد از يک سو با استفادهاز پديده دفع بارهاي همنام از به هم چسبيدن حباب‌ها به يکديگر جلوگيري مي‌کند (شکل2) و از سوي ديگر به جذب اين حباب‌ها به سطح ذرات سيمان و سنگدانه کمک (شکل3) ومانند يک عامل رابط و پيونددهنده بين ذرات سيمان و سنگدانه عمل مي‌کند و چسبندگيدروني[40](قوام) بتن را بهبود مي‌بخشد^[7]. 

3 – تركيبات شيميايي و مواد تشكيل‌دهنده

مواد هوازا با ويژگي‌ها و خواص جانبي گوناگونتوليد و ارايه مي‌شوند كه بخش اصلي مواد تشكيل‌دهنده آنها عبارتند از[2], [6], [7]:

• رزين‌هاي خنثي‌شده چوب*، Neutralized wood resins

• نمک‌هاي اسيدهاي چرب، Fatty-acid salts
• نمک‌هاي مواد پروتيني، Salts of proteinaceous materials

·       سولفونات‌هاي آلکيل-آريل، Alkyl-arylsulfonates

·       سولفات‌هاي آلکيل، Alkyl sulfates

·       اتوکسيلات‌هاي فنل، Phenol ethoxylates

4 – كاربرد

افزودني‌هاي هوازا به دلايل زير در بتن به کار مي‌روند:

·       بهبود پايايي بتن سخت‌شده به ويژه در برابر چرخه‌هاي يخ‌زدن و آب‌شدن

·       بهبود ويژگي‌هاي بتن تازه به ويژه کارآيي (کارپذيري) و قوام

هر چند دليل اصلي کاربرد افزودني هوازا بهبود پايايي دربرابر چرخه‌هاي يخ‌زدن و آب‌شدن است ولي اين افزودني ساير ويژگي‌هاي بتن را نيز بهاندازه‌اي بهبود مي‌بخشد که کاربرد آن در مناطق معتدل و گرم (بدون خطر يخبندان) رابا رشد روزافزون روبرو کرده است. 

5 – تاثير هوازاها بر ويژگي‌هاي بتن تازه

افزودني‌هاي هوازا علاوه بر افزايش مقدار هوايمخلوط بتن تازه، بر برخي ديگر از خواص آن نيز تاثير مي‌گذارند.

5-1 – بازده حجمي‌

از آنجا که هوازايي موجب افزايش حجم بتن تازه مي‌شود،در هنگام طرح اختلاط بايد اين افزايش حجم در محاسبات مربوط به بازده حجمي ‌و تعييننسبت اجزاي تشکيل‌دهنده بتن در نظر گرفته شود.

5-2 - كارآيي

حباب‌هاي هوا مانند ساچمه‌هاي ريزي عمل مي‌کنندکه حرکت سنگدانه‌ها بر روي يکديگر را، به ويژه در بتن‌هاي کم‌سيمان، آسانتر مي‌کنندو رواني (اسلامپ) بتن را افزايش مي‌دهند. به عبارت ديگر، در بتن‌هاي با روانييکسان، بتن هوازايي شده به مقدار آب کمتري نياز دارد^[5].

از آنجا که هوازايي، حجم خمير را در مخلوط بتنافزايش مي‌دهد، حالت خميري بتن‌هاي کم‌سيمان را بهبود مي‌بخشد و کارکردن با آنهارا آسان‌تر مي‌کند. اين موضوع به ويژه در بتن‌هاي کم‌سيمان که بزرگترين اندازهسنگدانه آنها بيش از 38 ميليمتر است بسيار چشمگيرتر است^[1].

نکته 1- در بتن‌هاي پرسيمان، هوازايي ممکن استحالت خميري بتن را به اندازه‌اي افزايش دهد که تاثير منفي بر کارپذيري مخلوط داشتهباشد.

هوازايي در مخلوط‌هاي بتن با ريزدانه ناكافي مي‌تواندچسبندگي داخلي بين سنگدانه‌ها را تا حدودي افزايش دهد (شکل 3) و حالت خميري وكارآيي بتن را بهبود بخشد. به همين دليل استفاده از افزودني‌هاي هوازا در اندودهايسيماني، چسبندگي و قوام اين اندودها را بهبود مي‌بخشد^[1].

5-3 - آب انداختن

در بتن‌هاي با ريزدانه ناکافي، حباب‌هاي هوا باتوجه به گستردگي اندازه‌شان مانند ريزدانه‌ها عمل مي‌کنند و با پرکردن فضاي خاليبين دانه‌هاي بزرگتر، آب‌انداختن بتن را کاهش مي‌دهند^[1].

5-4 - جداشدگي

هوازايي به دليل افزايش حجم بخش خمير مخلوط وبهبود چسبندگي داخلي، جداشدگي را کاهش مي‌دهد^[1]. اين موضوع به ويژه در بتن‌هاي کم‌سيمانيا با ريزدانه ناکافي نمايان‌تر است.

 5-5 - پرداخت پذيري

هوازايي در بتن‌هاي کم‌سيمان يا با ريزدانهناکافي مي‌تواند پرداخت‌پذيري مخلوط را بهبود بخشد ولي در بتن‌هاي پرسيمان ياپرماسه به دليل افزايش بيش از اندازه چسبندگي مخلوط ممکن است عمليات پرداخت سطحبتن را با مشکل روبرو کند^[1].

5-6 – تراكم‌پذيري

حباب‌هاي هوا به دليل عملکرد ساچمه‌اي، حركت ولغزش ذرات بر روي يكديگر را در داخل مخلوط بتن آسان‌تر مي‌كنند و خواص ريولوژيكبتن تازه و رفتار آن را در هنگام ارتعاش و متراكم‌شدن بهبود مي‌بخشند^[7]. براي متراكم‌كردن بتن‌هاي هوازايي شدهدر مقايسه با بتن شاهد به انرژي كمتري نياز است. اين اثر در بتن‌هاي با رواني (اسلامپ)كم و به ويژه در بتن‌هاي بدون اسلامپ نمايان‌تر است.

6 - تاثير بر ويژگي‌هاي بتن سختشده

6-1 - مقاومت

هوازايي باعث افزايش تخلخل خمير سيمان مي‌شود وکاهش مقاومت بتن را به دنبال دارد. در حالت کلي هر يک درصد افزايش هواي بتن مي‌تواندمقاومت آن را 3 تا 5 درصد کاهش دهد^[5].

براي رواني يکسان، هنگامي‌که در بتن‌هاي کم‌سيماناز سنگدانه‌هاي بزرگ استفاده مي‌شود، هوازايي الزاما منجر به کاهش مقاومت بتن نمي‌شود.هوازايي در بيشتر موارد، آب اختلاط مورد نياز و در نتيجه نسبت آب به سيمان را کاهشمي‌دهد و مي‌تواند اثر کاهش مقاومت ناشي از هوازايي در بتن را جبران ‌کند^[5].

6-2 – جرم حجمي

هوازايي به دليل افزايش تخلخل بتن، جرم حجمي‌بتنتازه و سخت‌شده را کاهش مي‌دهد. اين کاهش جرم حجمي بتن به اندازه‌اي نيست که بتنحاصله به عنوان بتن سبک به شمار آيد.

6-3 –پايايي در برابر چرخه‌هاي يخ‌زدن و آب‌شدن

ايجاد حباب‌هاي هوا در بتن، بيشترين تاثير را دربهبود پايايي آن در برابر چرخه‌هاي يخ‌زدن و آب‌شدن دارد^[4]. چنانچه خمير سيمان داراي حباب‌هاي هواباشد و ميانگين فاصله بين حباب‌هاي هوا خيلي بزرگ نباشد، اين حباب‌ها مانند محفظه‌هاييبراي جادادن آب يخ نزده عمل مي‌كنند و از فشار ايجاد شده در حفره‌‌ها و لوله‌هايمويين مي‌كاهند. عقيده عمومي ‌بر آن است كه خمير سيماني كه مقاومت كافي داشته باشدمي‌تواند به كمك هوازايي كاملاً در مقابل آسيب ناشي از يخ زدگي مصونيت يابد. بااين حال بايد در نظر داشت كه هوازايي به تنهايي نمي‌‌تواند مانع آسيب ديدگي بتن دراثر يخ زدگي شود زيرا بايد پديده يخ‌زدگي در سنگدانه را نيز در نظر داشت^[1].

تاثيرگذاري هوازايي بر بهبود پايايي در برابرچرخه‌هاي يخ‌زدن و آب‌شدن، علاوه بر مقدار هواي بتن، به فاصله و اندازه‌ي حباب‌هايهوا و به طور کلي به ساختار حباب‌هاي هوا بستگي دارد^[4]. روشي براي ارزيابي ساختار و سيستم حباب‌هايهوا در بتن سخت‌شده در ASTMC457تشريح شده است. چنانچه ويژگي‌هاي حباب‌هاي هوا به ترتيب زير باشد، مي‌توان آن رابه عنوان ساختاري با مقاومت کافي در برابر يخ‌زدن و آب‌شدن انگاشت^[4]:

• ضريب فاصله، L، (شاخصي که بيانگر فاصله بين حباب‌ها است) کم‌تر از 2/0 ميليمتر باشد.
• سطح ويژه (مساحت سطح حفره‌هاي هوا) به ازاي هر ميليمتر مکعب از حجم سيستم حباب‌هاي هوا کمتر از 24 ميليمتر مربع نباشد.
• تعداد حفره‌ها در يک پيمايش خطي 25 ميليمتري، به اندازه قابل ملاحظه‌اي بزرگ‌تر از مقدار عددي درصد هواي بتن باشد.

6-4- بهبود پايايي در برابر واکنش‌هاي انبساط‌زا

همانگونه که حباب‌هاي هوا مانند محفظه‌هايي برايکاهش فشار ناشي از يخ‌زدن عمل مي‌کنند، به روشي مشابه مي‌توانند براي جاي‌دادنمحصولات حاصل از انبساط در حمله سولفاتي يا واکنش قليايي سيليسي عمل کنند و ازپديد آمدن تنش‌هاي مخرب ناشي از انبساط اين محصولات جلوگيري کنند^{[1] و [7]}. کارآمد بودن هوازايي در برابر اينگونهواکنش‌هاي انبساطي مخرب نيازمند تحقيق و بررسي بيشتري است.

6-5- نفوذپذيري

نفوذپذيري بتن در برابر مايعات، با افزايش مقدارهواي بتن (ناشي از هوازايي) کاهش مي‌يابد. به طور کلي نفوذپذيري بتن هوازايي شدهکمتر از بتن هوازايي نشده است^[2].

6-6- مقاومت در برابر يخ‌زداها

هوازايي، مقاومت بتن در برابر پوسته‌شدگي ناشي ازکاربرد نمک‌هاي يخ‌زدا را افزايش مي‌دهد^[2]. براي توليد بتن مقاوم در برابر پوسته‌شدن لازماست حباب‌هاي هوا به طور يکنواخت پخش شوند. عدم يکنواختي مي‌تواند ناشي ازپراکندگي نامناسب حباب‌هاي هوا در حين اختلاط باشد.

7 - تاثير مواد متشكله بتن برعملكرد هوازاها

همانگونه كه وجود ماده افزودني هوازا روي نسبتاجزا و ويژگي‌هاي بتن تاثير مي‌گذارد، خواص و مقدار اجزاي تشكيل‌دهنده بتن نيزتاثير متقابل بر عملكرد هوازاها دارند.

7-1- سيمان

در محدوده مقادير متعارف سيمان و به ازاي درصد مصرفثابت هوازا نسبت به سيمان، مقدار هواي ايجاد شده با افزايش مقدار سيمان کاهش مي‌يابد^[1]. تقريبا افزايش هر 90 کيلوگرم سيمان درمتر مکعب بتن، مقدار هواي ايجاد شده در بتن (هوازايي) را حدود 1٪ کاهش مي‌دهد^[2].

در مقدار ثابت سيمان و ماده هوازا، افزايش ريزي ذراتسيمان به کاهش مقدار حباب‌هاي هوا منجر خواهد شد. براي دستيابي به مقدار هوازايييکسان، سيمان پرتلند نوع 3 که سيماني با ريزي زياد است در مقايسه با سيمان نوع 1با ريزي معمولي، ممکن است به دو برابر ماده افزودني هوازا نياز داشته باشد^[1].

سيمان‌هاي پرقليا در مقايسه با سيمان‌هاي کم‌قليا،به ازاي مقدار يکسان ماده هوازا، ممکن است حباب‌هاي هواي بيش‌تري ايجاد کنند. برايدستيابي به مقدار هواي يکسان، سيمان کم‌قليا در مقايسه با سيمان پرقليا ممکن استبه 20 تا 40  درصد (گاه تا 70 درصد) مادههوازاي بيش‌تري نياز داشته باشد. اگر در کارگاه از سيمان‌هاي گوناگون استفاده مي‌شودبايد براي هر نوع سيمان، مقدار ماده افزودني مناسب تعيين شود^[1].

7-2- سنگدانه درشت

اندازه سنگدانه درشت بر مقدار هواي بتن (هوازاييشده و معمولي) تاثير چشمگيري دارد. با کاهش بزرگترين اندازه سنگدانه، به دليلافزايش حجم ملات در مخلوط، مقدار هواي ايجاد شده به ازاي مقدار ثابت افزودني هوازاافزايش مي‌يابد. اين موضوع در بتن‌هاي با بزرگترين اندازه کوچکتر از 5/37 ميليمتربرجسته‌‌تر است و براي بتن‌هاي با سنگدانه‌هاي بزرگ‌‌تر از 5/37 ميليمتر، در اثرتغيير بزرگترين اندازه سنگدانه، مقدار هواي ايجاد شده تغيير چنداني نمي‌کند^[1].

7-3- سنگدانه ريز

مقدار سنگدانه ريز مخلوط بر مقدار هواي ايجاد شدهتاثير مي‌گذارد. افزايش سنگدانه ريز موجب مي‌شود که به ازاي مقدار معيني سيمان ويا ماده افزودني هوازا، مقدار بيش‌تري حباب هوا ايجاد شود (در بتن هوازايي نشدهنيز هواي محبوس بيش‌تر مي‌شود) ^[1].

بخش‌‌هايي از سنگدانه ريز که از الک نمره 30 مي‌گذرندو روي الک نمره 100مي‌مانند (دانه‌هاي بين 150 تا 600 ميکرون)، نسبت به دانه‌هايخيلي ريز يا درشت‌تر، حباب‌هاي هواي بيش‌تري را ايجاد مي‌کنند. اگر مقدار دانه‌هايعبوري (گذرنده) از الک نمره 100 (کوچکتر از 150 ميکرون) زياد باشد، باعث کاهشبسيار زيادي در حباب‌هاي هوا خواهد شد. سنگدانه‌هاي ريز از منابع گوناگون، حتي اگردانه‌بندي مشابهي داشته باشند، ممکن است مقادير متفاوتي حباب هوا ايجاد کنند. اينموضوع مي‌تواند ناشي از اختلاف در شکل و بافت سطحي دانه‌ها يا ناشي از آلودگي دانه‌هابا مقادير جزيي مواد آلي باشد^[1].

7-4- آب اختلاط

افزايش آب اختلاط باعث مي‌شود که آب بيش‌تري برايتشکيل حباب‌هاي هوا در محيط موجود باشد و به همين دليل باعث افزايش مقدار هوا مي‌شود.

افزودن مقدار کمي ‌آب به بتني با اسلامپ پايين،که حاوي مقادير زيادي از مواد افزودني کاهنده آب و هوازا باشد، مي‌تواند مقدار هواو اسلامپ بتن را به مقدار زيادي افزايش دهد. از سوي ديگر، افزودن آب به مخلوط‌هايخيلي روان ( با اسلامپ 200 تا 250 ميليمتر ) ممکن است مقدار هواي بتن را کاهش دهد^[1].

کيفيت آب اختلاط مصرفي نيز ممکن است بر مقدارهواي بتن تاثير گذارد. آب آلوده به جلبک مقدار هوا را افزايش مي‌دهد. آب بازيافتياز شستشوي مخلوط‌کن‌ها که حاوي مقادير زيادي مواد قليايي است نيز مي‌تواند مشکلآفرين باشد^[1]. تاثير مقدار قليايي‌ها بر هوازايي دربند 3-7-1 شرح داده شده است. آب‌هاي با سختي زياد در بيشتر موارد مقدار هواي بتنرا کاهش مي‌دهند^[1].

7-5- پوزولان‌ها و رنگدانه‌ها

وجود مصالح ريزدانه و ذرات کوچکتر از 20 ميکروندر مخلوط (صرف نظر از اين که پرکننده، پوزولان، يا رنگدانه باشد) موجب کاهش هوايبتن مي‌شود^[2]. خاکستر بادي، مواد رنگي مانند دودهکربن يا ساير مواد خيلي ريز به ازاي مقدار معيني از ماده افزودني، معمولاً مقدارحباب‌هاي هوا را کاهش مي‌دهند^[3]. اين موضوع به خصوص در مورد ريزدانه‌هايي کهدرصد زيادي کربن دارند صدق مي‌کند^[1].

استفاده از مقادير زياد سرباره يا دوده سيليسي دربتن ممکن است مقدار افزودني مورد نياز را، براي دستيابي به يک مقدار معين هوا، تادو برابر افزايش دهد^[1].

7-6- افزودني‌هاي شيميايي

مواد افزودني کندگيرکننده و کاهنده‌هاي آب، باپايدار کردن حباب‌هاي هوا، بازدهي مواد افزودني هوازا را 50 تا 100 درصد افزايش مي‌دهند.بنابراين، وقتي از اين مواد استفاده مي‌شود معمولا مقادير کم‌تري مواد افزودنيهوازا مقدار هواي مورد نظر را تامين خواهند کرد^[1]. همچنين زمان افزودن مواد افزودنيکاهنده آب يا کندگيرکننده به داخل مخلوط بر مقدار هواي ايجاد شده تاثير مي‌گذارد.به طور کلي هر چه اين افزودني‌ها ديرتر به مخلوط اضافه شوند مقدار هوا افزايش مي‌يابد.

کندگيرکننده‌ها ممکن است فاصله بين حفره‌هاي هوايبتن را افزايش دهند^[1]. برخي از مواد افزودني کاهنده آب ياکندگيرکننده‌ها با بعضي از مواد هوازا سازگاري ندارند. چنانچه اين مواد پيش ازآنکه به داخل مخلوط‌کن ريخته شوند با هم به آب اختلاط اضافه شوند، ممکن است رسوبتشکيل دهند. اين رسوب بخشي از حبابهاي هواي مخلوط بتن را از بين خواهد برد اما اينامر هرگز به آن معني نيست که اگر مواد افزودني ياد شده به طور جداگانه به بتناضافه شوند به طور کامل موثر نباشند.

فوق روان‌کننده‌ها (بساکاهنده‌هاي آب) بسته بهفرمول شيميايي‌ و اسلامپ بتن، ممکن است مقدار هواي بتن را افزايش يا کاهش دهند.فوق‌روان‌کننده‌هاي با پايه نفتالين به افزايش مقدار هوا گرايش دارند در حالي کهفوق‌روان‌کننده‌هاي با پايه ملامين ممکن است مقدار هوا را کاهش دهند يا بر مقدارهوا اثر اندکي داشته باشند^[1]. فراروان‌کننده‌ها عمدتا در مقادير مصرف زيادممکن است هواي بتن را کاهش دهند.

فوق‌روان‌کننده‌ها با افزايش ابعاد کلي حفره‌هايهواي ايجاد شده بر خصوصيات سيستم حفره‌هاي هواي بتن سخت شده تاثير مي‌گذارند. اينموضوع منجر به افزايش ضريب فاصله به مقاديري بيش ازحد متعارف مي‌شود که گاه بزرگتراز فاصله‌اي است که براي پايايي (دوام) در برابر يخ‌زدن و آب‌شدن مطلوب شمرده مي‌شود(بخش 3-6-3). با اين همه، آزمايش‌هاي انجام شده روي بتن‌هاي هوازايي‌شده حاوي فوق‌روان‌کنندهبا ضرايب فاصله قدري بزرگ‌تر نشان داده‌اند که اين بتن‌ها در برابر يخ‌زدن و آب‌شدناز دوام مطلوبي برخوردارند^[3]. اين موضوع ممکن است ناشي از کاهش نسبت آب بهسيمان در بتن‌هاي داراي فوق‌روان کننده باشد^[5].

شتاب‌دهنده‌هاي (تسريع‌کننده‌هاي) غيرکلريدي بستهبه ساختار شيميايي‌ خود ممکن است مقدار هوا را افزايش يا کاهش دهند ولي عموماً اثرناچيزي بر مقدار هوا دارند^[1].

8 - تاثير عوامل محيطي و اجرايي

چگونگي اختلاط، دما، انتقال و جابجاکردن، ارتعاشو لرزاندن، رواني (اسلامپ)، و پرداخت بتن از جمله عوامل مهم و تاثيرگذار بر عملكردافزودني‌هاي هوازا هستند.

8-1- اختلاط 

نحوه اختلاط يکي از مهم‌ترين عوامل موثر بر توليدحباب‌هاي هوا در بتن است. مقدار حبابهاي هوا بر حسب نوع و شرايط مخلوط‌کن، حجمبتني که مخلوط مي‌شود، و ميزان و مدت اختلاط تغيير مي‌کند. چنانچه تيغه‌هاي دستگاهمخلوط‌کن فرسوده شوند يا بتن سخت‌شده در داخل ديگ مخلوط‌کن يا روي تيغه‌هاي آنانباشته شود مقدار حباب‌هاي هوا در يک مخلوط مشخص به نحو چشمگيري کاهش مي‌يابد. بهعلت وجود اختلاف در زمان و نحوه اختلاط، ممکن است مقادير حباب‌هاي هواي بتن‌هايساخته شده در مخلوط‌کن‌هاي ثابت در مقايسه با بتن‌هاي ساخته شده در مخلوط‌کن‌هايمتحرک به نحوه چشمگيري تفاوت داشته باشند. وقتي حجم پيمانه بتن به نحو چشمگيري باظرفيت اسمي ‌مخلوط‌کن تفاوت داشته باشد، ممکن است مقدار هوا افزايش يا کاهش يابد.در مخلوط‌کن‌هاي بزرگ چنانچه حجم پيمانه بتن خيلي کوچک باشد حباب هواي ناچيزي دربتن ايجاد مي‌شود ولي با افزايش حجم پيمانه تا ظرفيت اسمي‌مخلوط‌کن، مقدار هوايايجاد شده افزايش مي‌يابد^[1].

با افزايش سرعت اختلاط تا حدود 20 دور درر دقيقه،مقدار هواي بيش‌تري ايجاد مي‌شود و با افزايش سرعت اختلاط به بيش از 20 دور دردقيقه مقدار هواي ايجاد شده کاهش مي‌يابد. زمان و سرعت اختلاط، در مخلوط‌هايگوناگون تاثير متفاوتي بر مقدار هوا مي‌گذارد. در هنگام اختلاط با برخي مخلوط‌کن‌هاو انواع خاصي از تجهيزات اختلاط، مقادير چشمگيري از هوا ممکن است هدر رود^[1].

8-2- دماي بتن

دماي بتن بر مقدار هواي آن تاثير مي‌گذارد. باافزايش دماي بتن به خصوص وقتي اسلامپ نيز افزايش يابد، حباب‌هاي هواي کم‌تري ايجادمي‌شود. اين اثر، به خصوص در هنگام بتن‌ريزي در هواي گرم مهم است. کاهش مقدار هوارا در صورت نياز مي‌توان با افزايش مقدار ماده افزودني هوازا جبران کرد. در بتنريزي در هواي سرد ماده افزودني هوازا ممکن است مقداري از تاثير خود را از دست بدهدزيرا در حين ساخت بتن از آب گرم استفاده مي‌شود. براي جبران اين افت، مواد افزودنيبايد پس از رسيدن مصالح به دماي تعادل به مخلوط اضافه شوند. اگر چه افزايش دمايبتن در حين اختلاط عموماً حجم هوا را کاهش مي‌دهد ولي ضريب فاصله و سطح ويژه حباب‌هايهوا تحت تاثير زيادي قرار نمي‌گيرند^[1].

8-3- انتقال و جابه جا کردن

به طور کلي مقداري از هواي بتن، تقريباً 1 تا 2درصد، در حين انتقال بتن از مخلوط‌کن به محل بتن‌ريزي هدر مي‌رود^[1]. مقدار هواي بتن در حين انتقال تحتتاثير پاره‌اي عوامل مانند زمان حمل، ميزان هم زدن يا ارتعاش در حين انتقال، دما،اسلامپ، مقدار آبي که دوباره اضافه مي‌شود، و نيز اجزاي تشکيل دهنده بتن قراردارد. مقدار هواي بتن در محل بتن ريزي و در حين بتن ريزي از طريق تخليه با شوت،جرثقيل و جام (باکت)، فرغون، گاري موتوري و بيل تقريباً ثابت باقي مي‌ماند. جابه‌جاکردن بتن با پمپ و تسمه نقاله طويل مي‌تواند به کاهش مقدارهواي بتن منجر شود. پمپ کردنبتن باعث کاهش مقدار هوا تا حدود 5/2 درصد مي‌شود^[1]. افت مقدار هوا در بتن روان در حيناختلاط و جابجايي حدود 5/1 درصد است^[1].

8-4- ارتعاش و لرزاندن بتن

ارتعاش و لرزاندن بتن موجب کاهش چشمگيري در مقدارهوا خواهد شد و بايد از ارتعاش طولاني مدت بتن هوازايي‌شده پرهيز کرد. هر چهاسلامپ زيادتر، مقدار هواي اوليه بيش‌تر، و مدت زمان ارتعاش طولاني‌تر باشد، درصدکاهش مقدار هوا حين ارتعاش زيادتر مي‌شود^[1]. چنانچه لرزاندن به درستي انجام گيرد، مقدار کمي‌از حباب‌هاي هوايي که عمداً ايجاد شده‌اند، از دست خواهند رفت. هوايي که حين جابه جايي بتن و ارتعاش از بين مي‌رود، اکثراً حباب‌هاي بزرگي را شامل مي‌شود که ازنظر مقاومت و دوام معمولاً نامطلوب‌اند^[1].

ارتعاشگرهاي دروني[41] بيش‌تراز ارتعاشگرهاي بيروني[42]مقدار هوا را کاهش مي‌دهند. مقدار از دست دادن هوا ناشي از ارتعاش با کاهش حجم بتنيا با افزايش بسامد[43]ارتعاش، افزايش مي‌يابد. بسامدهاي ارتعاش پايين‌تر (حدود 8000 دور در دقيقه) نسبتبه بسامدهاي بالاتر (حدود 14000 دور در دقيقه)، بر ضرايب فاصله و مقدار هواي بتنتاثير کم‌تري دارند. بسامدهاي بالا، پس از 20 ثانيه ارتعاش، مي‌توانند به نحوچشمگيري ضرايب فاصله را افزايش و مقادير هوا را کاهش دهند^[1].

8-5- اسلامپ

به ازاي مقدار ثابت از ماده افزودني هوازا، مقدارهواي بتن با افزايش اسلامپ تا حدود 175 ميليمتر، افزايش مي‌يابد و با افزايش بيش‌تراسلامپ، مقدار هوا کاهش مي‌يابد. ^[1]. افزايش رواني، امکان حرکت و لغزش دانه‌ها برروي يکديگر و به طور کلي عمل هم‌زدن و اختلاط را آسان‌تر و امکان تشکيل حباب‌هايهوا را بيش‌‌تر مي‌کند. در بتن‌هاي با رواني‌هاي زياد، احتمال پرشدن فضاي خالي بيندانه‌ها بزرگتر با دانه‌هاي ريزتر بيش‌تر مي‌شود و اين موضوع مي‌تواند به راندهشدن و از بين رفتن حباب‌هاي هوا منجر شود (بيانجامد).

افزودن هر 5 ليتر آب در يک متر مکعب بتن مي‌توانداسلامپ را تقريباً به اندازه 25 ميليمتر افزايش دهد^[5]. هر 25 ميليمتر افزايش اسلامپ در بتن‌هايبا اسلامپ پايين تا متوسط و با  مقدار مادهافزودني هوازا ثابت، مقدار هواي بتن را تقريباً نيم تا يک درصد افزايش مي‌دهد^[1]. اين مقادير تقريبي تا حدود زيادي بهدماي بتن، اسلامپ، نوع و مقدار سيمان و ماده افزودني مصرفي بستگي دارد.

8-6- پرداخت

شمشه‌کشي، ماله‌کشي، و عمليات متعارف ‌پرداختکردن که به درستي انجام شوند روي مقدار هوا اثر نمي‌گذارند. با اين وجود، عملياتپرداخت پيش از موقع ممکن است مقدار هواي ايجاد شده در سطح بتن را کاهش دهد و سطحبتن را مستعد پوسته شدن ‌کند. پرداخت بيش از اندازه نيز مي‌تواند باعث کاهش هوايايجاد شده در سطح بتن شود^[1].

9 - رهنمودهاي كاربردي

چنانچه اطلاعات كافي و معتبر از كاربرد يك افزودنيهوازا در دسترس نباشد، بهترين روش براي بررسي تاثير افزودني بر خواص بتن انجامآزمايش‌هاي كارگاهي است. اين آزمايش‌ها بايد با توجه به شرايط آب و هوايي موردانتظار، روش و امكانات عملي ساخت و اجراي بتن و با استفاده از مصالح مصرفي كارگاهانجام پذيرد. مقدار هوا، رواني، آب انداختن، جداشدگي، و مقاومت‌هاي مکانيکي ازجمله پارامترهايي هستند كه انتظار مي‌رود در اثر به كار بردن مواد هوازا در طرحاختلاط بتن تغيير‌كنند.

اگرچه راهنمايي‌هاي بسيار سودمندي در آيين نامه‌هايمعتبر بين‌المللي و استاندارد‌هاي ساختماني ايران براي كاربرد افزودني‌هاي شيمياييوجود دارد ولي اغلب آنها براي شرايط استاندارد و آزمايشگاهي در نظر گرفته شده‌اند.بنابراين بهتر است ضمن پيروي از آنها اقدام به انجام آزمايش‌هاي كارگاهي[44] نزديكبه شرايط واقعي كاربردي در كارگاه كرد.

از به کاربردن افزودني‌هاي هوازا به شکل پودربايد پرهيز شود. اين افزودني‌ها بايستي به صورت محلول به مخلوط بتن افزوده شوند.

از آنجا که عملکرد افزودني‌هاي هوازا به نوع وشدت اختلاط بستگي دارد، بايد آنها را در ايستگاه بتن‌ساز و در هنگام اختلاط به بتناضافه کرد و افزودن آنها در پاي کار به داخل ديگ کاميون مخلوط‌کن کارآمد نيست وتوصيه نمي‌شود.

براي نحوه نگهداري و انبارکردن افزودني‌هاي هوازابه بخش اول مراجعه شود.

به دليل اهميت موضوع و همچنان‌که پيش‌تر گفته شد،چون هوازاها با برخي از افزودني‌هاي ديگر و به ويژه با برخي از کاهنده‌هاي آبسازگاري ندارند و آميختن آنها پيش از ريختن در مخلوط بتن مي‌تواند منجر به توليدرسوب و کاهش راندمان افزودني‌ها شود بايد هوازاها به طور جداگانه پيمانه و بهمخلوط اضافه گردند.

با توجه به اين كه مقدار مصرف افزودني‌ها هوازابسيار اندک است (معمولا بين 05/0 تا 15/0 درصد جرم سيمان)، ابزار  اندازه‌گيري براي پيمانه كردن آنها در كارگاهبايد دقت بسيار زيادي داشته باشند. بهتر است که اين افزودني‌ها پيش از پيمانهکردن، با آب رقيق شوند تا خطاي پيمانه کردن آن‌ها به حداقل برسد.

آموزش کاربران و آگاه کردن آنان در مورد حساسيت واثرات منفي احتمالي ناشي از مصارف نادرست افزودني هوازا، الزامي و بسيار سودمندخواهد بود.

10 - ارزيابي و انتخاب ماده هوازا

براي ارزيابي و انتخاب افزودني هوازا، علاوه برموارد گفته شده در بندهاي 7 و 8  بخش اول،لازم است موارد زير نيز در نظر گرفته شوند.

چنانچه طرح بتن داراي كارآيي و قابليت پرداختمناسب باشد و ماده افزودني هوازا به آن افزوده شود، مقدار هواي بتن افزايش مي‌يابدو باعث تغيير در حجم كل بتن مي‌شود. از سوي ديگر، استفاده از افزودني هوازا موجببهبود رواني و چسبندگي داخلي بتن نيز مي‌شود. در اينگونه موارد براي جبران افزايشحجم مخلوط به دليل هوازايي، مي‌توان به اندازه مقدار هواي افزايش يافته از حجم آبيا سنگدانه ريز يا هر دو کاست.

مقدار مصرف افزودني هوازا براي دستيابي به يکمقدار مشخص هوا در بتن بايد بر اساس ساخت مخلوط‌هاي آزمايشي با مصالح مصرفي تعيينشود. مقادير مصرف واقعي در مواردي ممکن است با محدوده مصرف پيشنهادي توليدکنندهتفاوت قابل ملاحظه‌اي داشته باشد.

براي اصلاح تاثير مقدار هوا بر اسلامپ در مخلوطآزمايشي بتن هوازايي شده، به ازاي هر يک درصد افزايش يا کاهش مقدار هواي مخلوطآزمايشي مي‌توان مقدار آب اختلاط را به اندازه 5/2 کيلوگرم در متر مکعب بتن کاهشيا افزايش داد^[5].

مقدار هواي اندازه‌گيري شده در بتن هوازايي شده،مجموع هواي محبوس و هواي ايجاد شده (هوازايي) است. از آنجا که فقط حباب‌هاي عمديايجاد شده در مقاومت در برابر يخ‌زدن و آب‌شدن نقش دارند، براي اطمينان از مقاومتبتن هوازايي شده در برابر چرخه‌هاي يخ‌زدن و آب‌شدن نمي‌توان تنها به مقدار هواياندازه‌گيري شده بسنده کرد. براي اطلاعات بيشتر به بند 3-6 مراجعه شود.

11 - كنترل كيفيت

يكنواختي و ثابت بودن يك افزودني در مراحل مختلف پروژهو ارسال‌هاي متعدد به كارگاه بايستي كنترل شود و برابري آن با آزمايش‌هاي اوليه بهاثبات برسد. آزمون‌هاي لازم براي شناسايي و تاييد افزودني‌ها شامل: تعيين درصدمواد جامد، غلظت ظاهري، طيف سنجي براي مواد آلي، مقدار كلرايد، درجه قليايي ( pH )، و برخي موارد ديگر مي‌باشند.

معمولا با كنترل رنگ، بو، شكل ظاهري و اندازه‌گيريغلظت و مقدار pH مي‌توان يكنواختي محموله‌هاي مختلف افزودني‌هايوارده به كارگاه را تاييد يا رد كرد.

12 مراجع

1- Kosmatka S.H., Kerkhoff B., and Panarese W.C., "Designand Control of Concrete Mixtures",14^th ed., PCA – 2002.

2- Rixom, R. and Mailvaganam, N. "CHEMICALADMIXTUIRES FOR CONCRETE", 3^rd Ed., 1999, E & EN SPON.

3- ACI 212.3R – 04, "Chemical Admixtures forConcrete", MCP-ACI 2006.

4- ACI 201.2R – 01, "Guide to DurableConcrete", MCP-ACI 2006.

5- ACI 211.1 – 01, "Standard Practice for Selection ofProportions for Normal, Heavy weight, and Mass Concrete ", MCP-ACI 2006.

6- REILIM, "Application of Admixtures inConcrete", 1995.

7- Hewlett, "Lea's Chemistry of Cement andConcrete", 4^th Ed., 1998, Arnold.

  3- کُندگيرکننده‌ها

 موادی هستند که عموما به دو شکل زيربه مخلوط هایپايه سيمانی افزوده شده و گيرش آن ها را به تاخير می اندازند:

-       استفاده از روان کننده ها و يا فوق روان کننده هايی که تاثيرجانبی کندگيریدارند.

-       استفاده از يک ماده افزودنی کند گير کننده مستقل.

ايجاد تاخير درگيرش بتن در بسياری موارد مانند: بتن ريزی در هوای گرم و مناطق گرمسيری، حمل و نقلهای طولانی، کسب زمان لازم برای ريختن و پرداخت بتن، هماهنگی با سرعت حرکت قالبلغزنده، کنترل دمای آبگيری بخصوص در بتن های حجيم يا بروز وقفه در عمليات بتن ريزیضروری است که می تواند با استفاده از افزودنی های کند گير کننده امکان پذير شود.استفاده از کند گير کننده ممکن است بر طراحی و يا روند بتن ريزی تاثير گذارد:بعنوان مثال با کنترل دمای بتن  می توانمقاطع بزرگتری را طراحی و اجرا نمود، و يا نماهای تزئينی با استفاده از سنگدانههای نمايان بوجود آورد.

برخی ازسيمان ها دارای خاصيت کند گيری هستند و گيرش بتن را به تاخير می اندازند،تاخيرايجاد شده بايستی در محاسبه زمان گيرش مورد انتظار لحاظ گردد. حتی مشاهدهگرديده است که تغيير در ترکيبات يک نوع سيمان به خصوص ميزان قليايی ها تاثير قابلملاحظه ای بر زمان گيرش دارد.

3-1 – تعريف

افزودني‌هاي کند گير کننده[45] موادآلي و يا تركيبي از مواد آلي و معدني هستند كه براي حفظ کارايی بتن و يا ملات تازهبه مخلوط اضافه می شوند. رعايت دقيق دستورالعمل های سازنده و دقت در اندازه گيریمقادير مصرفی از اهميت بالايی بر خوردار است، زيرا همواره خطر عدم گيرش ناشی ازمصرف بيش از اندازه افزودنی های کند گير کننده وجود دارد.

افزودنيهای کندگيرکننده روندکسب مقاومت هایمکانيکی کوتاه مدت بتن را به تاخيرانداخته اما پس از عمرهای 5 و 7 روزه  رشد مقاومت جبران شده و در اغلب موارد ايجادآرامش در روند گيرش باعث حصول نتايج مقاومتی بهتر و توليد محصولاتی با تخلخل کمترنسبت به نمونه های فاقد افزودنی می گردد. اگر چه در زمانی که افزايش مقاومت هایمکانيکی نيز مد نظر قرار مي گيرد، استفاده از افزودنی های کاهنده آب با خاصيت کندگيری يا مصرف توام هر دو افزودنی توصيه می شود.

3-2 – دسته‌بندي

افزودني‌هاي کندگير کننده را می توان در دو گروهطبقه بندی نمود. گروه اول شامل کندگيرکننده های مستقل ( ASTM C-494 Type B )و ديگری تاثير کندگيری افزودنی های كاهنده آب( ASTM C-494 Type D&G) می باشند که قادرند زمان گيرش اوليه را براساس دسته بندی استاندارد ASTMC-494 ،آيين نامه بتن ايران و ديگر استانداردهای معتبر بين المللی از يک تا سه و نيم ساعتبه تاخير انداخته و پس از سپری شدن اين زمان، گيرش سيمان بطور طبيعی ادامه میيابد. گروه دوم شامل آن دسته از کند گير کننده های مستقل می باشد که قادرند ساعتهای طولانی ( حتی تا 72 ساعت) تاخير در گيرش بتن پديد آورند، مصرف بيش از اندازهاين مواد ممکن است باعث عدم گيرش سيمان و در نتيجه فاسد شدن بتن گردد( ناگيرکنندگی). اين نوع ناگير کننده ها درکنترل گيرش بتن باقی مانده در تراک ها جهت شستشویآسانتر در پايان روز، و يا نگهداری بتن توليد شده در طول شب و يا حتی تعطيلی آخرهفته استفاده می شوند.   اخيرا برای بتنپاشی در داخل تونل ها از اين نوع ناگيرکننده ها استفاده نموده و بتن را در داخلميکسر ساعت ها حفظ می نمايند. سپس با استفاده از افزودنی فعال کننده و يازودگيرکننده گيرش بتن آغاز شده و حتی با تنظيم مقدار زودگير کننده می توان گيرشاوليه بتن  پاششی را به چند ثانيه رسانيد.

3-3 – مكانيزم عملكرد کند گير کننده ها

فرايند گيرش و سخت شدن سيمان از طريق اندرکنشسيمان و آب ميسر ميشود، محصول اين ترکيب مواد سختی با نام ژل سيليکات کلسيمهيدراته شده( (  CSH  ميباشد، که در ضمن باعث آزاد شدن سريع يون هایکلسيم در محيط می شود. تجمع اين محصولات در اطراف ذرات موجود در مخلوط و ايجادلخته های بزرگترمنجر به تشکيل بتن خميری شده و در ادامه آن سخت شدن و کسب مقاومتبتن اتفاق می افتد.

با توجه به تعدد مواد اوليه مصرفی در توليدافزودنی های کند گير کننده و ترکيبات مختلف آن ها نمی توان مکانيزم  واحدی را برای عملکرد همه آن ها تعريف نمود،ولی بطور کلی عملکرد اين افزودنی ها به شکل های زير می باشد:

3-3-1- برخی از افزودنی های کند گير کننده باتجمع يون های کلسيم آزاد در اطراف مواد سيمانی هيدراته نشده از ادامه روند گيرشبرای مدت زمان معينی جلو گيری می نمايند، زمان تاخير در گيرش به عواملی چون نوع وترکيبات کند گير کننده، مقدار مصرف، و زمان افزودن به مخلوط بستگی دارد.

3-3-2- گروهی ديگر از اين افزودنی ها دارایعملکرد دوگانه هستند، بدين ترتيب که علاوه بر تشکيل غشايی در اطراف مواد سيمانیهيدراته نشده و جلو گيری از آب گيری آنها، دارای خاصيت پراکنده کنندگی ذرات بوده واز لخته شدن و تشکيل بتن خميری جلو گيری می نمايند. اين نوع مواد کند گير کننده ازتوان دير گيری بيشتری برخوردارند و ميتوانند بتن توليد شده را برای ساعت ها و ياروز های بعدی بشکل کاملا تازه نگهدارند.

3-4 – تركيبات شيميايي و مواد تشكيل‌دهنده

 موادي كهبعنوان كند گير کننده به‌كار مي‌روند، معمولاً شامل ترکيبات و مشتقات مواد شيمياييزير هستند كه ممكناست به تنهايي و يا در تركيب با ساير مواد آلي و يا معدنی مورد استفاده قرارگيرند:

- نمک ها و ترکيبات اسيد ليگنو سولفونيک

- برخی از نمک های اسيد نفتالين سولفونيک با جرمملکولی سنگين

- هيدروکربورها و گلوکنات ها

- شکر، ملاس و انواع مواد قندی

- نمک های اسيد کربوکسيليک

- نمک های غير ارگانيک برخی از فسفات ها و بوراتها

3-5 – كاربرد

همانند سايرافزودني‌هاي شيميايی بتن، كندگيرکنندهها نيز پاسخگوي نيازهاي متعـددي در كارگاه هستند، به خصوص در شرايط آب وهوايیايران که در منطقه گرم و خشک طبقه بندی می شود، همواره گيرش های زود هنگام باعثبروز مشکلات متعدد اجرايی می شوند. شايد تاکيد برتوجه ويژه به اين نوع افزودنی هاو قراردادن آن در طراحی بتن ضروری باشد. حتی در مواقعی که به لحاظ دسترسی به سيمانو مصالح مرغوب و وجود ابزار های مناسب توليد و مديريت کارگاهی سازمان يافته نيازیبه مصرف انواع ديگر افزودنی ها نباشد ولی روند گيرش ، کسب مقاومت بتن، پرداخت وعملآوری نامناسب باعث عدم توفيق در کسب ويژگی های بتن سخت شده گردد. افزودنی هایکندگيرکننده می توانند بسياری از مشکلات اجرايی و نتايج نا مطلوب بتن سخت شده رابرطرف نمايند.

اهم موارد کاربرد افزودنی های کندگيرکننده به شرحزير می باشد:

3-5-1- حمل و انتقال بتن- اغلب در مناطق شهریامکان ايجاد بتن ساز مرکزی در کارگاه وجود ندارد يا شرايط توليد 24 ساعته آن مهيانيست،  يا بدليل احجام بتن ريزی، ايجاد بتنساز مرکزی توجيه اقتصادی نداشته واستفاده از بتن آماده اجتناب ناپذير است. حتی دربرخی از پروژه های برون شهری مانند کارگاه های تونل سازی، يا گستردگی فضای کارگاه،خرابی و متوقف شدن کاميون حمل کننده و يا مناطق کوهستانی فاصله زمانی توليد اولينبخش بتن تا ريختن آخرين قسمت هر تراک موجب هيدراته شدن و حتی گيرش بخش قابل توجهیاز بتن قبل از ريختن آن می شود. در همه اين موارد افزودن کندگيرکننده برای ايجادتاخير در گيرش بتن متناسب با زمان حمل وانتقال بتن به درون قالب ضروری است.

3-5-2- بتن ريزی حجيم- دمای ايجاد شده در بتن هایحجيم ناشی از آب گيری مقادير زياد سيمان باعث پديد آمدن اختلاف شديد دما بين هستهميانی وسطوح بيرونی شده و منجر به بروز ترک های حرارتی می شود، در چنين مواردیعلاوه بر تمهيدات کارگاهی برای کاهش اختلاف دما، استفاده از کند گيرکننده باعثايجاد آرامش در روند آبگيری و در نتيجه کنترل دما می شود.

3-5-3- بتن ريزی باقالب های لغزنده- طراحی حرکتقالب های لغزنده به گونه ای است که جهت پرهيز از چسبندگی بتن به قالب لازم استتاخيرهای چند ساعته در گيرش بتن پيش بينی گردد. به علاوه، در صورت وجود آرماتور بافشردگی زياد در طراحی سازه احتمال عدم چسبندگی بين بتن و فولاد وجود دارد. اينپديده در زمانی که بتن دارای روانی لازم نبوده يا ويبره کامل ميسر نيست تشديد میشود. حضور کند گير کننده در طرح اختلاط بتن اين فرصت را فراهم می آورد که بتنريخته شده تحت نيروی وزن خود فضای موجود بين آرماتورها را بخوبی پر نموده وچسبندگی بين بتن و فولاد را افزايش دهد.

3-5-4- بتن ريزی شمع ها و ديوارهای عظيم- در چنينطرح های بتن ريزی علاوه برمشکل ايجاد دمای بيش از حد، لزوم پيوستگی سازه و عدمپيدايش درز های واريزاز يک سو و عدم امکان توليد و ريختن احجام بسيار زياد بطورپيوسته از سوی ديگر،کندگيری بتن هايی که زودتر ريخته می شونداجتناب ناپذيراست. اينمسئله در هنگام بتن ريزی عرشه پل ها و يا تير های بزرگ نيز دارای اهميت است و گيرشتدريجی و هماهنگ بتن باعث کاهش خطر خميدگی و انحراف سازه می شود.

3-5-5- پرداخت ونماسازی- در مواردی که سطح نهايینياز به پرداخت دارد يا به منظور ايجاد پيوند بهتر بتن با لايه روکش سطحی ،جلوگيری از خشک شدن سطح بتن به کمک کندکيرکننده ميسر می شود. ضمنا ايجاد نماهایتزئينی با سنگدانه های رنگی به کمک خميرها و يا کاغذ های آغشته به کندگيرکنندهانجام می شود.

3-5-6- شستشوی کاميون های حمل- عدم دسترسی به آبيا لزوم صرفه جويی در مصرف آن بخصوص در واحد های توليد بتن آماده، و در برخی مواردجهت پرهيز از آلايندگی محيط زيست در سال های اخير استفاده از نوعی کندگيرکننده رامتداول ساخته است که بجای شستشوی کاميون های حمل بتن در پايان هر نوبت کاری, گيرشبتن باقی مانده در ديگ را برای مدت زمان لازم به تاخير می اندازد.

3-6 – تاثير كندگيرکننده بر ويژگی‌های بتن تازه و سخت شده

 مهمتريننقش افزودني‌هاي كندگير کننده بر روی بتن تازه است ، و چنانچه در بند 5 بطور مشروحبيان گرديد کندگيرکننده ها تاثير غيرقابل انکاری بر روی بتن تازه در مراحل ساخت،حمل، انتقال، ريختن، پرداخت و روند کسب مقاومت دارند.

تاثير اين افزودنی ها بر روی بتن سخت شده نيزپيامد نقش آن ها بر روی بتن تازه می باشد و از آن جمله می توان به موارد زير اشارهنمود:

3-6-1- دوام- آرامش در روند گيرش باعث می شود تابتن به تدريج در قالب جای گيرد و حباب های درشت و مضر از لايه های درونی به طرفسطح آمده و خارج شوند. اين پديده منجر به توليد بتنی با تخلخل و نفوذ پذيری کمترميشود و در نتيجه آسيب پذيری بتن سخت شده بخصوص در مناطق دريايی کمتر خواهد بود.لازم به تاکيد است که در موضوع دوام بتن نقش ساير افزودنی های بتن مانند موادهوازا و کاهنده های آب غير قابل انکار است .

3-6-2- جمع شدگی و کنترل ترک- گيرش های سريع ياناهماهنگ بخش های مختلف بتن منجر به بروز ترک هاي حرارتی و جمع شدگی می شود. اينپديده در بتن های حاوی کندگيرکننده به شکل قابل ملاحظه ای کاهش می يابد. جمع شدگیدر هنگام خشک شدن در بتن هايی که فرصت جاگيری بهتر در قالب را دارند کمتر است و بهعبارت ديگر بخش عمده جمع شدگی در مرحله خميری اتفاق می افتد.

3-6-3-مقاومت نهايی- اگرچه افزايش مقاومت مکانيکیبتن سخت شده با طراحی دقيق اجزای بتن و کاهش آب مصرفی رابطه مستقيم دارد، ولی بتنهای حاوی کندگيرکننده به دليل گيرش يکنواخت و کاهش ترک های اجرايی و خشک شدن درمقايسه با بتن فاقد افزودنی، با وجود تاخير در کسب مقاومت اوليه، انتظار می روددارای مقاومت  فشاری وخمشی دراز مدت بيشتریباشند.

3-6-4- سطوح بتن- خروج حباب های درونی بتن وجاگيری بهتر بتن باعث پيدايش سطوح صاف تر درون قالب و سطح رويی بتن می شود. ضمناينکه بتن های حاوی کندگيرکننده در برابر تغيير شکل و خزش پايداری بهتری از خودنشان می دهند.

3-7- تاثير مواد متشكله بتن بر عملكردكندگيرکننده ها

اجزای تشکيل دهنده بتن و بخصوص ترکيبات سيمانتاثير قابل توجهی بر عملکرد افزودنی کندگيرکننده دارند. به عنوان مثال، افزايشميزان قليايی ها (  (Na2O+K2Oو آلومينات ها  باعث کاهش تاثير کندگيرکنندگی ميشوند و برعکس،سيمان های حاوی قليايی های کمتر و يا سليکات کلسيم بيشتر نياز کمتری بهکندگيرکننده دارند. اين مسئله لزوم انجام آزمايش های اوليه کارگاهی برای تعيينمقدار مصرف، و همچنين تداوم اين آزمايش ها بر روی هر محموله سيمان وارده به کارگاهرا ضروری می سازد.

وجود پوزولان ها در سيمان و يا افزودن موادپوزولانی به بتن  بر گيرش بتن اثر میگذارند و در نتيجه لازم است مقدار مصرف کندگيرکننده درهربار تغيير درمقاديرپوزولان ها مجددا بررسی شود. به عنوان مثال تغيير سيمان کارگاه از نوع 2 به سيمانپوزولانی باعث تاخير در زمان گيرش می شودو لازم است قبل از استفاده از سيمانپوزولانی مقادير جديدمصرف کندگيرگننده توسط آزمايش های کارگاهی تعيين شود.

3-8- تاثير عوامل محيطی و اجرايي

 دمامهمترين عامل محيطی است که بر عملکرد کندگيرکننده تاثيرمستقيم دارد. اصولا، يکی ازدلايل توصيه مصرف کندگيرکننده، مقابله با مشکلات بوجود آمده در هوای گرم می باشد.رطوبت، سرعت وزش باد، ماشين آلات و تجهيزات توليد و انتقال بتن، زمان حمل، و مهارتنيروهاي اجرايي از ديگر عوامل تاثير گذار در عملكرد افزودني‌های كندگيرگننده میباشند. بعنوان مثال مقدار مصرف کندگيرکننده در ساعات مختلف روز و شب متفاوت خواهدبود.

از آنجاکه مصرف بيش ازاندازه اغلب کندگيرکننده هامنجر به ديرگيرکنندگی مضر خواهدشد، دقت اندازه گيری و پيمانه کردن از اهميت ويژهای برخورداراست.

3-9- رهنمودهای اجرايي در كارگاه

معمولا افزودني‌هاي كندگيرکننده در حالت مايعاندازه‌گيري و مصرف مي‌شوند و چنانچه اين افزودني‌ها به شكل جامد (پودر) تحويلگردند، لازم است ابتدا بر طبق پيشنهاد توليدكننده محلولي با درصد جامد مناسب ازآنتهيه و سپس مصرف شوند.

چگالي افزودني‌هاي ارسالي مايع و يا آن هايي كهدر كارگاه به مايع تبديل شده‌اند بايد براساس معيار و استانداردي كه توليدكنندهمعرفي مي‌كند سنجيده و با آن مقايسه گردد. براي اين منظور مي‌توان به سهولت و بااستفاده از وسايلي چون مايع‌سنج يا چگالي‌سنج، درصد جامد و غلظت مناسب آنرا بررسينمود. اين عمل بايد در دماي استاندارد انجام و نتايج آن به عنوان بخشي از كنترلكيفيت ثبت و نگهداري گردد.

تمامی افزودني‌های کندگيرکننده در محدوده ی زمانیمعينی بر مخلوط بتن تاثير مي‌گذارند و به محض اتمام اين محدوده ی زمانی، آب گيریسيمان آغاز می شود. بنابراين، مقادير مصرف به گونه ای بايد تنظيم شود تا فرصت كافیبرای ريختن، لرزاندن، پرداخت و كارهای تكميلی فراهم گردد.

3-10- رهنمودهای كاربردی

چنانچه اطلاعات كافي و معتبر از كاربرد يك افزودنيدر دسترس نباشد، بهترين روش براي بررسي تاثير افزودني بر خواص بتن، انجام آزمايش‌هايكارگاهي است. لازم است اين آزمايش‌ها با توجه به اوضاع جوي پيش بيني شده، روش وامكانات عملي ساخت بتن و با استفاده از مصالح مصرفي كارگاه انجام پذيرد. پارامترهاييكه انتظار مي‌رود در اثر به كار بردن كندگيرکننده در طرح عمليات بتن ريزی تغيير‌كنندعبارتند از: زمان و روند گيرش، کاهش دما و اصلاح روند توليدآن، و تاخير دربازکردنقالب ها.

قبل از شروع كار اصلي بهتر است تعداد كافي طرحاختلاط در آزمايشگاه كارگاه تهيه و آزمايش گردد و با ثبت نتايج و مقايسه ی آنها طرح‌هايبهينه براي اجرا برگزيده شوند. اگرچه راهنمايي‌هاي بسيار مفيدي در آيين نامه‌هاي معتبربين‌المللي و استاندارد‌هاي ساختماني ايران براي كاربرد افزودني‌هاي شيميايي وجوددارد، ولي اغلب آن ها در شرايط استاندارد و آزمايشگاهي كنترل شده  نتيجه گيري شده‌اند. بنابراين، بهتر است ضمنپيروي از آن ها نسبت به انجام آزمايش‌هاي كارگاهي نزديك به شرايط واقعي كاربردي دركارگاه اقدام نمود.

همواره لازم است طرح اختلاط اين گونه بتن‌هامجدداً بررسي شود. چنانچه يك طرح بتن داراي كارآيي و قابليت پرداخت مناسب باشد ولازم شودکه به آن ماده كندگيرکننده افزوده شود، تغييری در مقادير آب، سيمان و يا مقدارحباب های ريز به وجود نمی آيد و در نتيجه نيازی به تغيير در نسبت های اجزای بتننمی باشد. با توجه به اينكه اغلب افزودني‌هاي کندگيرکننده مواد محلول در آب هستند،لازم است در هنگام محاسبه ی آب اختلاط و نسبت آب به سيمان، مقدار آب موجود در اينافزودني‌ها محاسبه و معادل آن از آب اختلاط كاسته شود. ولي بخش جامد آن ها كه نسبتبه حجم كل بتن بسيار ناچيز هستند معمولا ناديده گرفته مي‌شوند.

مخازن نگهداري افزودني‌ها بايد به آساني قابلشناسايي بوده و محلول‌ها در برابر آلودگي، تبخير، رقيق شدن، دماي بسيار بالا و يخ‌زدگي،محافظت شوند. توجه به زمان انبارداري هر افزودني براساس توصيه ی توليدكننده ی آنضروري است. اختلاط دو يا چند افزودني با هم مجاز نمي‌باشد وبايد آن ها را به طورجداگانه پيمانه و به مخلوط اضافه کرد. مگر اين كه سازگاري آن ها با يكديگر قبلاًتوسط توليدكننده بلامانع اعلام شود. برای مثال، ممكن است کندگيرکننده و روان‌كنندهی بخصوصی با هم سازگاري نداشته باشند و هركدام در مخازن جداگانه نگهداري و بافاصله زماني مناسب به مخلوط كن بتن افزوده شوند.

با توجه به اين كه اين افزودني‌ها معمولا درمقادير بسيارکم و بر اساس نسبت های كوچک به سيمان مصرف مي‌شوند، لازم است لوازماندازه‌گيری دقيق برای پيمانه كردن آن ها در كارگاه فراهم و در ضمن آموزش‌های لازمدر مورد حساسيت و تاثيرات نامطلوب احتمالی ناشی از مصارف نادرست به كاربران ارايهشود.

3-11- ارزيابي و انتخابكندگيرکننده

عملكرد افزودني‌ها از هر نوع و طبقه با يكي ازشيوه‌هاي زير بررسي مي‌شوند. اين شيوه‌ها ممكن است به تنهايي يا باهم در تشخيص وانتخاب يك افزودني مورد توجه قرار گيرند.

1)  نتايجحاصل از كاربرد موفقيت آميز يك افزودني در كارهاي مشابه قبلي كه تحت شرايط كنترلشده ی كارگاهي انجام شده باشد. در اين روش بايد تا حد امكان شرايط كار و مصالحمرجع انتخابي شبيه به شرايط كارگاه باشد.

2 ) انجام آزمايش‌های كارگاهی با مصالح و شرايطموجود در محل كارگاه و در شرايط دمايی مختلف.

3) كتب و نشريات فني و اطلاعات ارايه شده از سويتوليدكننده‌ها.

با استفاده از روش هاي فوق محدوده ی مقادير مصرفيو حد بهينه آن تعيين مي‌شود و اثرات احتمالي ناشي از مصرف بيش از حد مورد بررسيقرار مي‌گيرد. ولي، لازم است اطلاعات كاملي از عملكردهاي قبلي يك افزودني و نتايجآن كه بيانگر محدوده ی مقادير مصرف باشد در اختيار مصرف كننده قرار گيرد. بديهياست كه نتايج تاثير يك افزودني معين بر انواع سيمان، مقدار سيمان، نوع سنگدانه‌ها،شرايط آب و هوا و شرايط ساخت بتن متفاوت است. ولي، محدوده ی تعيين شده از سويتوليدكننده مي‌توانددرهرکارگاه ملاك سنجش قرارگيرد.

تاخيري كه تحت تاثير مصرف کندگيرکننده درگيرش بتنبوجود مي‌آيد، موجب آرامش در روند كسب مقاومت اوليه مي‌شود. بتن‌هايي كه به آرامي‌كسبمقاومت اوليه مي‌كنند عموماً داراي مقاومت‌هاي دراز مدت بيشتري هستند.

 3-12- كنترل كيفيت

يكنواختي و ثابت بودن يك افزودني در مراحل مختلف پروژهو ارسال‌هاي متعدد به كارگاه بايستي كنترل شده و برابري آن با آزمايش‌هاي اوليهاثبات گردد. آزمون هاي لازم براي شناسايي و تاييد افزودني‌ها شامل: تعيين درصد جامد،غلظت ظاهري، طيف سنجي براي مواد آلي، مقدار كلرايد، درجه قليايي ( pH ) و برخي موارد ديگر مي‌باشند. آيين نامه‌هاي معتبر بين‌المللي واستاندارد‌هاي ساختماني ايران راهنمايي‌هاي لازم براي تعيين يكنواختي افزودني‌هايشيميايي را به تفصيل بيان نموده‌اند. اگرچه با كنترل رنگ، بو، شكل ظاهري و اندازه‌گيريغلظت و مقدار pH مي‌توان يكنواختي محموله‌هاي مختلف افزودني‌هايوارده به كارگاه را تاييد يا رد نمود.

3-13- مراجع

1- خواص بتن، پروفسور نويل، ترجمه دکتر هرمز فاميلی / تيرماه 1378

2- آيين نامه بتن ايران- 2930 / تاريخ

3- Rixom, R. and Mailvaganam, N. "CHEMICALADMIXTUIRES FOR CONCRETE", 3rd Ed., 1999, E & EN SPON.

4- V.M.Malhotra, Super-plasticizers and other ChemicalAdmixtures in Concrete

5- ACI 212.3R – 04, "Chemical Admixtures forConcrete", and ACI 207-2006,''Mass Concrete", MCP-ACI 2006.

6- REILIM, "Application of Admixtures inConcrete", 1995.

7- Ramezanianpour, A.A., Sivasundaram, V., and Malhotra,V.M., "Superplasticizers: Their Effect on the strength Properties ofConcrete.

8- Tom Melbye, Sprayed Concrete./ 1994

5- شتاب‌دهنده‌ها

به باور همگاني، واکنش‌هاي اوليه ترکيبات سيمانپرتلند با آب درون محلول رخ مي‌دهند (درون محلولي‌اند) يعني ترکيبات در ابتدايونيزه مي‌شوند و سپس محصولات آبگيري در محلول شکل مي­گيرند. از آنجا که حلاليتمحصولات آبگيري محدود است، اين محصولات به شکل بلور رسوب می­کنند و از محلول خارجمي‌شوند. پديده‌هاي سفت‌شدن، گيرش و سخت‌شدن خمير سيمان پرتلند از فرآيند بلوري‌شدنپيشرونده محصولات آبگيري سرچشمه مي‌گيرند. بنابراين مي‌توان چنين انگاشت که باافزودن برخي از مواد شيميايي حل‌شونده به مخلوط سيمان پرتلند و آب مي‌توان بر آهنگيونيزه‌شدن ترکيبات سيمان يا بر روند بلوري‌شدن محصولات آبگيري تاثير گذاشت و درنتيجه، گيرش يا سخت‌شدن خمير سيمان را دستخوش تغيير کرد^[1].

نياز به سرعت بخشيدن روند کسب مقاومت، به ويژهبراي بتن‌ريزي در هواي سرد، و کاهش زمان گيرش بتن موجب پيدايش و گسترش افزودني‌هايشتاب‌دهنده بتن شده است. در اين بخش شتاب‌دهنده‌ها مورد بررسي قرار مي‌گيرند.

5-1 – تعريف

شتاب‌دهنده‌ها[46] باتندکردن روند آبگيري سيمان موجب کاهش زمان گيرش (زودگيري)، افزايش آهنگ کسب مقاومت(زودسخت‌شدن)، يا هر دو مي‌شوند^[2].برخي از افزودني‌ها با افزايش چسبندگي خمير، عملکردي مشابه شتاب‌دهنده‌ها دارند^[3].

5-2 – دسته‌بندي

شتاب‌دهنده‌ها بر اساس عملکرد و کاربردشان بهچهار گروه اصلي تسريع­کننده (تندگيرکننده), زودگيرکننده، آني‌گيرکننده،و زودسخت‌کننده تقسيم مي‌شوند. ممکن است در برخي موارد در عملکرد اين چهار گروهاصلي همپوشاني‌هايي وجود داشته باشد.

5-2-1 – تسريع­کننده‌ها (تندگيرکننده­ها)

طبق تعريف تسريع­کننده (تندگيرکننده)[47] مادهافزودني است که زمان گيرش و آغاز تغيير حالت مخلوط بتن از خميري به جامد (صلب) راکاهش مي­دهد^[10],[9] . به عبارت ديگر، تسريع­کننده‌ها(تندگيرکننده­ها) آهنگ سفت‌شدن[48] بتنو افت رواني (اسلامپ) آن را سرعت مي‌بخشند.

5-2-2 – زودگيرکننده­ها

زودگيرکننده, که افزودني زودگير بتن­پاشي(شاتکريت)[49]نيز ناميده مي­شود, طبق تعريف افزودني است که در حين پاشش يا پيش از پاشش به مخلوطافزوده مي­شود تا شتابي بسيار سريع در گيرش يا سخت­شدن مخلوط پاشيده شده پديد آورد^[12].محدوده زماني عملکرد زودگيرهاي بتن­پاشي بسيار کوتاه­تر از تسريع­کننده­هاي(تندگيرکننده­هاي) متعارف بتن است.