آني­گيرکننده­ها

آني­گيرکننده­ها^[5] نوعيزودگيرکننده هستند که زمان گيرش خمير سيمان (سفت­شدن) را به شدت کاهش مي­دهند (حدود60 ثانيه) و گيرش آني^[6]پديد مي­آورند. آني­گيرها براي انسداد نشت آب (نشت­بندي) يا پاشيدن بتن بر رويجداره­هاي مرطوب به کار مي­روند^[2].

زودسخت‌کننده‌ها

زودسخت‌کنند‌ه^[7] طبقتعريف ماده افزودني است که, با يا بدون تاثير بر روي زمان گيرش, روند کسب مقاومت­هايکوتاه­مدت بتن را شتاب مي­دهد (تسريع مي­کند) ^[10],[9].

مكانيزم عملكرد شتاب‌دهنده‌ها

شتاب‌دهنده‌ها به طور عمدهاز نوع افزودني‌هاي با عملكرد شيميايي هستند و با تاثير بر فرآيند آبگيري سيمان وساختار محصولات آبگيري، اين واکنش را تسريع مي‌بخشند.آبگيري سيمان فرآيندي پيچيده است که در آن، ترکيبات مختلف سيمان علاوه بر واکنش باآب بر يکديگر نيز اندرکنش دارند. سيليکات‌ها (C₃S و C₂S) و آلومينات‌ها (C₃A و C₄AF) بيشترين بخش سيمان را تشکيل مي‌دهند.

آلومينات­ها با سرعت خيلي زيادتري نسبت به سيليکات­هاهيدراته مي­شوند. در واقع, مشخصه­هاي سفت­شدن (از دست دادن رواني) و گيرش (جامدشدن) خمير سيمان پرتلند تا حدود زيادي به وسيله واکنش­هاي آبگيري آلومينات­ها کنترلمي­شوند. سيليکات­ها که حدود 75 درصد سيمان پرتلند معمولي را تشکيل مي­دهند, نقشاصلي را در تعيين مشخصه­هاي سخت­شدن (روند کسب مقاومت) به عهده دارند^[1].

واکنش‌هاي آبگيري سيليکات‌ها و آلومينات‌ها اگرچه ازنظر شيميايي به دو شيوه جداگانه انجام مي‌شوند ولي در عمل مستقل از هم نيستند و بريکديگر اندرکنش دارند. براي مثال، تسريع واکنش آلومينات‌ها گرماي زيادي آزاد مي‌کندکه مي‌تواند به تسريع واکنش سيليکات‌ها منجر شود. براي درک مکانيزم واکنش شتاب‌دهنده‌ها،با يک فرض ساده‌انگارانه و براي سادگي مي‌توان چنين انگاشت که در زمان شروع واکنشآبگيري، آلومينات‌ها بيشترين تاثير را بر گيرش و رفتار سفت‌شدن و سيليکات‌ها بيشترينتاثير را بر سخت‌شدن و روند کسب مقاومت سيمان مي‌گذارند. دوباره تاکيد مي‌شود کهدر عمل به دليل پيچيدگي فرآيند آبگيري، مرز شفافي بين اين واکنش‌ها به اين صورت کهبيان شد وجود ندارد.

تسريع­کننده‌هاي (تندگيرکننده­هاي) بتن

تسريع­کننده‌ها (تندگيرکننده­ها) بسته به ترکيباتشيميايي که دارند، ممکن است عملکرد متفاوتي از خود نشان دهند ولي انتظار مي­رودعملکرد کلي آنها تسريع واکنش آلومينات‌هاي سيمان باشد.

در روند واکنش آبگيري سيمان، در همان ابتدا سولفاتکلسيم (گچ) موجود در سيمان با سه‌کلسيم‌آلومينات (C₃A) واكنش نشان مي‌دهد و اترينگايت^[8]پديد مي‌آورد. اترينگايت‌هاي تشکيل‌شده دانه‌هاي سيمان را مانند يک پوشش متراکم دربرمي‌گيرندو رسيدن آب به باقيمانده دانه‌هاي سيمان مانع مي­شوند و در نتيجه روند آبگيري آنهارا با تاخير مواجه مي‌کنند. اين موضوع به حفظ کارآيي بتن در يک بازه‌ي زماني محدودکمک مي‌کند. زماني که همه سولفات موجود واکنش نشان دادند و به اترينگايت‌هاچسبيدند، آلومينات اضافي موجود در محيط با اترينگايت‌ها واکنش نشان مي­دهند وسولفات‌ها را جدا مي‌کنند و تشکيل مونوسولفات مي‌دهند. نفوذپذيري مونوسولفات بيشتراز اترينگايت است و اجازه دسترسي آب به دانه‌هاي سيمان و ادامه روند واکنش آبگيريرا فراهم مي‌کند. با افزودن تسريع­کننده‌هاي (تندگيرکننده­هاي) پايه آلوميناتي^[9]به سيمان، مقدار آلومينات در دسترس براي واکنش و تبديل اترينگايت به مونوسولفات بهطور ناگهاني افزايش مي‌يابد و روند آبگيري آلومينات­ها و در نتيجه سرعت گيرش بتن شتابمي‌يابد^[3]. از ديدگاهي ديگر, تسريع­کننده­هاي(تندگيرکننده­هاي) بتن، عمدتا تبديل اترينگايت به مونوسولفات را شتاب مي­دهند^[6]. ضوابط عملکردي و الزامات ويژه براي افزودني­هاي تسريع­کننده(تندگيرکننده) بتن در جدول 5-1 نشان داده شده است^[10],[9].

جدول 5-1 – ضوابطعملکردي و  الزامات ويژه براي افزودني­هاي تسريع­کننده(تندگيرکننده) بتن (در رواني يکسان)

تسريع واکنش آلومينات­ها معمولا منجر به آزادشدنگرماي زيادي مي­شود که بر واکنش آبگيري سيليکات­ها نيز تاثير مي­گذارد و آن را سرعتمي­بخشد ولي انواعي از تسريع­کننده‌ها (تندگيرکننده­ها) مانند تري‌اتانول‌آمين هموجود دارند که واکنش آلومينات‌ها را با گچ (تشکيل اترينگايت) تسريع مي‌کنند ولي برواکنش سيليکات‌ها تاثيري ندارند (در مواردي ممکن است حتي اين واکنش را کند هم کنند) ^[4].

نكته 5-1 – برخي از افزودني‌هاي با عملکردشيميايي بسته به مقدار مصرف ممکن است اثر زودگيري يا کندگيري داشته باشند^[1].

زودگيرکننده­هاي بتن­پاشي

زودگيرهاي بتن­پاشي مي­توانند عملکرد شيميايي يافيزيکي داشته باشند. مکانيزم عملکرد زودگيرکننده­هاي با عملکرد شيميايي بسيار شبيهبه تسريع کننده­ها يعني تسريع واکنش آلومينات­ها است. بسياري از زودگيرکننده­هايبتن­پاشي علاوه بر شتاب دادن به فرآيند گيرش سيمان, روند سخت شدن (مقاومت زودرس)آن را نيز شتاب مي­دهند.

ضوابط عملکردي براي افزودني زودگيرکننده بتن­پاشي درجدول 5-2 آورده شده است^[11].

جدول 5-2 – ضوابطعملکردي براي افزودني­هاي زودگيرکننده بتن­پاشي

زودگيرکننده­هاي با عملکرد فيزيکي نوعي اصلاح­­کنندهرئولوژي^[10]هستند که بدون دخالت در واکنش آبگيري, موجب سفت­شدن سريع بتن­پاشيده مي­شوند^[12]. از جمله اصلاح­کننده­هاي رئولوژي مي­توان سيليکات سديم (آب شيشه)و سيليس کلوييدي رسوبي^[11]را نام برد^[12]. در حال حاضر به دليل اثرات کاهندگي کهسيليکات سديم بر مقاومت دارد^[4], از سيليکات سديم اصلاح‌شده^[12]استفاده مي­شود که در مقادير مصرف متعارف (کمتر از 20 درصد جرم سيمان) در واکنشآبگيري دخالت نمي‌کند و عملکردي شبيه چسب دارد و با افزايش آني خاصيت چسبانندگيخمير سيمان (در کمتر از 10 ثانيه)، از طبله کردن و واريز بتن پاشيده شده جلوگيريمي‌کند^[3]. سيليکات سديم اصلاح­شده آب درون مخلوط رابي­درنگ جذب مي­کند (رفتاري مانند خشک­کننده­هاي جاذب آب) و سبب سفتي و افت سريعاسلامپ بتن مي­شود. بنابراين مقدار مصرف آن به مقدار آب مخلوط بستگي دارد يعني هرچقدر آب اختلاط بيشتر باشد به سيليکات سديم اصلاح­شده بيشتري براي دربندکشيدن آبمخلوط نياز است.  

آني­گيرها

سه‌کلسيم‌آلومينات (C₃A) به تنهايي در ترکيب با آب واکنش شديد وانفجارگونه­اي پديد مي­آورد که منجر به گيرش آني سيمان مي­شود. براي جلوگيري ازگيرش آني, در هنگام آسياب کردن کلينکر مقداري سنگ گچ به آن اضافه و همزمان آسيابمي­کنند. پس از ترکيب سيمان با آب, گچ موجود در سيمان با آلومينات­هاي آن واکنشنشان مي­دهد (تشکيل اترينگايت) و از ترکيب مستقيم آلومينات­ها با آب (واکنشانفجارگونه) و در نتيجه از گيرش آني جلوگيري مي­کند^[1].

برخي از آني­گيرها مانند آلومينات سديم و پتاسيم بهسرعت (بي­درنگ) با گچ موجود در سيمان ترکيب مي­شوند و آن را از محيط خارج و ازتشکيل اترينگايت (محصول واکنش گچ و آلومينات) در اطراف دانه­هاي سيمان جلوگيري مي­کنند.اين موضوع سبب مي­شود که سه‌کلسيم‌آلومينات (C₃A) بتواند به طور مستقيم با آب ترکيب شود وگيرش آني پديد آورد^[4].

دسته­اي ديگر از آني‌گيرکننده­ها با افزايش بيش ازاندازه آلومينات‌ها در محيط، واکنش آبگيري سه‌کلسيم‌آلومينات (C₃A) و تشکيل اترينگايت را به شدت شتاب مي‌دهند(واکنش انفجاري) و گيرش آني^[13]پديد مي‌آورند. اين واکنش گرماي زيادي در همان ابتدا آزاد مي‌کند که بر واکنشآبگيري ديگر ترکيبات سيمان پرتلند و رسوب کردن نمک­هاي کلسيم در محلول (تسريعآبگيري سيليکات­ها) نيز تاثير مي‌گذارد^[6],[5]. بسياري از زودگيرکننده‌ها پايه آلوميناتيدر مقادير مصرف زياد مي‌توانند آني‌گيرکننده نيز باشند^[3].

نكته 5-2 – برخي از آني­گيرکننده­ها مانند هيدروکسيدهايفلزات قليايي, ميزان قليايي محيط را به شدت افزايش مي­دهند و موجب تسريع انحلال وتجزيه سيليکات­ها و شتاب­دادن به آبگيري سه­کلسيم­سيليکات (C₃S) مي­شوند^[4]. اينرفتار که در حقيقت نوعي سخت­شدن آني به شمار مي­آيد بر گيرش پيشي مي­گيرد و مخلوطمستقيما از حالت خميري به حالت جامد درمي­آيد (حالت مياني سفت­شدن نامحسوس مي­شود).

5-3-4 –زودسخت‌کننده‌ها

مکانيزم عملکرد زودسخت­کننده­ها تسريع آبگيريسيليکات­ها است. بخش اصلي فرآيند آبگيري سيليکات­ها از نوع واکنش درون محلولي است.در اين نوع واکنش, ترکيبات سيليکات­دار آبگيري نکرده در محلول به يون­هاي تشکيلدهنده­شان تجزيه مي­شوند و در فرآيند آبگيري, سيليکات­هاي هيدراته را تشکيل مي­دهند^[1]. در ابتدا, آهنگ تجزيه سيليکات­هاي کلسيم, به ويژه سه­کلسيم­سيليکات(C₃S), تندتراز آهنگ پخش و پراکنده شدن يون­هاي ايجاد شده است بنابراين هاله­اي با غلظت زياداز سيليکات­هاي هيدراته (C-S-H) که انحلال­پذيري کمي هم دارند, در مجاورت سطح ترکيبات ­سيليکاتکلسيم (C₃S و C₂S) تشکيل مي­شود. اين موضوع موجب مي­شود که بخش مايع به سرعت ازسيليکات­هاي هيدراته (C-S-H) فوق­اشباعشود و لايه­اي از محصولات هيدراته شده که نفوذپذيري اندکي دارد, شروع به رسوب بهسطح سيليکات­هاي سيمان کند^[5],[1].

يکي از ويژگي­هاي مهم آبگيري سه کلسيم سيليکات (C₃S) آن است که پس از يک شروع خيلي سريع واکنشبا آب در ابتداي اختلاط, اين واکنش کند مي­شود و اينگونه به نظر مي­رسد که متوقفشده است. دليل اين توقف واکنش, نفوذپذيري اندک سيليکات­هاي هيدراته شده رسوب­کردهبر سطح سيليکات­هاي هيدراته نشده است^[6] که ادامه واکنش آبگيري سيليکات­ها را متوقفمي­کند. دوره سکون واکنش زماني پايان مي­يابد که اين لايه تخريب شود و يا ساختارآن تغيير کند و نفوذپذيري آن افزايش يابد.     

زودسخت­کننده­ها به دو شيوه سخت­شدن را شتاب مي­دهند.اين مواد از يک سو با افزايش مقدار يون کلسيم در محلول, مقدار ترکيبات آبگيريکلسيم­دار را افزايش و زمان تشکيل آنها را کاهش و ميزان رسوب آنها را افزايش مي­دهند.از سوي ديگر نسبت آهک به سيليس (C/S) را درسيليکات کلسيم هيدراته (C-S-H)  افزايش و در نتيجهنفوذپذيري لايه رسوب کرده بر سطح سيليکات­ها را افزايش و دوره سکون واکنش آبگيريسيليکات­ها را کاهش مي­دهند.

نكته 5-3 – برخي از کاهنده­هاي آب به ويژهفراروان­کننده­ها با پراکنده نمودن دانه­هاي سيمان از يکديگر, سطح بيشتري از دانه­هارا در معرض واکنش آبگيري قرار مي­دهند. بنابراين براي يک مقدار مشخص از محصولاتآبگيري (C-S-H), اندرکنش بين دانه­هاي سيمان تسريع مي­شود و در نتيجه مقاومتافزايش مي­يابد^[6]. اين موضوع, همچنانکه در فصل دوم نيز اشارهشد, سبب شتاب دادن به آهنگ کسب مقاومت و زودسخت­شدن مي­شود.

ضوابط عملکردي و الزامات ويژه براي افزودني­هايزودسخت­کننده بتن در جدول 5-3 نشان داده شده است^[10],[9].

جدول 5-3 – ضوابطعملکردي و  الزامات ويژه براي افزودني­هايزودسخت­کننده بتن (در رواني يکسان)

5 -4 – تركيباتشيميايي و مواد تشكيل‌دهنده

ترکيباتشيميايي و مواد تشکيل­دهنده شتاب­دهنده­ها معمولاً شامل مواد شيميايي زير هستند كه ممكن است به تنهايي و يا در تركيببا ساير مواد آلي و غيرآلي، فعال و يا خنثي مورد استفاده قرارگيرند.

5-4-1 – تسريع­کننده­ها(تندگيرکننده­ها)

شناخته­شده­ترين تسريع­کننده (تندگيرکننده) بتن تري­اتانل­آميناست که معمولا براي جبران اثر کندگيرکنندگي برخي از کاهنده­هاي آب, به عنوان بخشياز اين افزودني­ها و همراه با آنها مورد استفاده قرار مي­گيرد. تري­اتانل­آمين بهدليل آن که با توجه به مقدار مصرف ممکن است اثر تندگيري (مقادير مصرف کم) يا اثرکندگيري (مقادير مصرف زياد) داشته باشد و نيز به دليل آن که واکنش آبگيري سيليکات­هارا به تاخير مي­اندازد, کمتر به تنهايي به عنوان يک تسريع­کننده (تندگيرکننده)مورد استفاده قرار مي­گيرد^[4].

برخي ديگر از ترکيبات آلي در نسبت­هاي پايين آب به موادسيماني اثر تندگيري دارند که از جمله اين ترکيبات مي­توان به اوره, اسيد اگزاليک,برخي از ترکيبات حلقوي, ترکيبات تغليظ­شده آمين­ها و فرمالدهايد اشاره کرد^[2]. بايد توجه داشت که برخي از اين ترکيباتهمانند تري­اتانل­آمين آبگيري سيليکات­ها را به تاخير مي­اندازند و در مقادير مصرفزياد ممکن است اثر کندگيري و ديرسخت­شدن از خود بروز دهند^[2].

با توجه به محدوديت­هاي کاربردي که تسريع­کننده­ها(تندگيرکننده­ها) دارند, معمولا براي تسريع گيرش بتن بهتر است ترکيبي اززودگيرکننده (در مقدار مصرف کمتر) و زودسخت­کننده را به کار برد.

5-4-2 – زودگير‌كننده‌ها

زودگيرکننده­هاي بتن­پاشي (افزودني­هاي شاتکريت) مي­توانندخاصيت بازي, خنثي, يا اسيدي داشته باشند. زودگيرکننده­ها را بر پايه مقدار pH آنها مي­توانبه دو دسته سوزآور^[14] و ناسوزآور^[15]تقسيم کرد. زودگيرکننده­هاي ناسوزآور که غيرخورنده^[16] نيزناميده مي­شوند, داراي ماهيتي تقريبا خنثي با مقدار pH بين 5تا 9 هستند. نوع سوزآور که خورنده نيز ناميده مي­شود, داراي pH بين صفر تا 5 (اسيدي) يا بين 9 تا 14 (بازي)است^[3].  

از جمله زودگيرکننده­هاي سوزآور مي­توان به بسياري از نمک­هايمعدني حل­شونده مانند آلومينات­ها, هيدروکسيدها, کربنات­ها, فلوروسيليکات­ها,سولفات آهن, فلورايد سديم, سولفيت آلومينيم, سيليکات­هاي قليايي, تيوسيانات­ها, وتيوسولفات­ها اشاره کرد^{[7],[5],[4],[2]}. سيليکاتسديم اصلاح­شده^[3] و برخي ازترکيبات ويژه اسيدهاي قندي^[17]در گروه زودگيرکننده­هاي ناسوزآور جاي مي­گيرند^[2].

زودگيرکننده­هاي بتن­پاشي از ديدگاهي ديگر به دو گروهقليايي^[18]و بدون­قليايي^[19]دسته­بندي مي­شوند. منظور از زودگيرکننده بدون­قليايي,افزودني است که مقدار کاتيون­هاي قليايي (Na⁺ و K⁺) آن کمتر از 1% باشد^[3]. اينموضوع براي کنترل احتمال واکنش قليايي سيليسي در مخلوط­هاي حاوي سنگدانه­هاي مستعداين واکنش است.

نكته 5-4– توجهشود که "بدون­قليايي" بودن زودگيرکننده الزاما به معني"ناسوزآور" بودن آن نيست ^[6].

5-4-3 – آني­گيرکننده­ها

بسياري از زودگيرکننده­هامانند آلومينات­ها, هيدروکسيدهاي فلزهاي قليايي, کربنات­ها و سيليکات­ها در مقدارمصرف زياد مي­توانند موجب گيرش آني شوند. يکي ديگر از آني­گيرها, سيمان بدون سنگ ­گچ(کلينکر آسياب­شده بدون سنگ گچ) است که براي انسداد نشت آب کاربرد فراواني دارد.

5-4-4 –زودسخت­کننده­ها

کلسيم کلرايد اولين زودسخت‌کننده‌اي است که از سال1885 ميلادي مورد استفاده قرار گرفته است^[4]. امروزهاين ماده به دليل تسريع خوردگي ميلگردهاي فولادي، در بتن مسلح کاربرد ندارد ولي مي‌توانددر بتن غير مسلح به کار رود^[2].

از زودسخت­کننده­هاي بدون کلرايد مي­توان به فرماتکلسيم, نيتريت­ها و نيترات­ها اشاره کرد^{[7],[5],[4],[2]}. بسياري از فراروان­کننده­ها, به ويژه پلي­کربوکسيلات­ها, آهنگکسب مقاومت را شتاب مي­دهند.

5-5 – كاربرد

تسريع­کننده­ها (تندگيرکننده­ها) به تنهايي کاربردمحدودي دارند و بيشتر براي جبران اثر کندگيرکنندگي برخي از روان­کننده­ها و بهعنوان بخشي از افزودني کاهنده آب به کار مي­روند^[4]. کاربردديگر تسريع­کننده­ها (تندگيرکننده­ها) در کفسازي­هاي بتني است که با ماله پروانه­ايپرداخت مي­شوند. براي اين کاربرد خاص, تسريع­کننده­ها (تندگيرکننده­ها) در مخلوط­هاييکه در انتها ريخته مي­شوند به کار مي­روند به گونه­اي که زمان گيرش مخلوط­هايانتهايي و ابتدايي به يکديگر نزديک شود و بتوان همزمان تمام کف را پرداخت کرد^[6]. در اجراي رولايه­ها^[20] بر رويبتن تازه براي سرعت بخشيدن به گيرش و نزديک شدن زمان گيرش آنها به بتن زير, ازتسريع­کننده­هاي گيرش (تندگيرکننده­ها) بتن استفاده مي­شود.

زودگيرکننده­ها در بتن­پاشي, به شيوه خشک يا تر, وبراي کاهش زمان گيرش يا افزايش روند کسب مقاومت در تثبيت جداره­هاي حفاري شده بهکار مي­روند. برخي از زودگيرکننده­ها در عمليات تزريق دوغاب سيمان در جاهايي کهجريان آب در درزه و شکاف وجود دارد و به منظور جلوگيري از شسته شدن دوغاب تزريقشده کاربرد دارند.

کاربرد عمده آني­گيرکننده­ها نشت­بندي آب تحت فشارهيدروستاتيکي است. از آني­گيرکننده­ها در برخي از موارد بتن­پاشي به ويژه پاشيدنبتن يا ملات به جداره­هاي مرطوب يا ريزشي نيز استفاده مي­شود. 

با استفاده از زودسخت­کننده­ها امکان دستيابي بهمقاومت‌هاي زودرس فراهم مي‌شود. از زودسخت‌کننده‌ها براي بتن‌ريزي در هواي سرد يابه منظور زود بازکردن قالب‌ها در دماي معمولي محيط استفاده مي‌شود^[6]. کاربرد ديگر زودسخت­کننده­ها در برخي از ملات­هاي تعميراتي پايهسيماني است. اين موضوع به ويژه در تعمير نقاطي  که زودهنگام تحت بارگذاري قرار مي­گيرند, مانندتعمير روسازي بزرگراه­ها, به کار مي­آيد.

نکته 5-5 – به طور کلي شتاب‌دهنده‌ها برايافزايش آهنگ کسب مقاومت تا 24 ساعت در دماي کم و تا 12 ساعت در دماي معمولي توجيهاقتصادي دارند. براي شتاب دادن به آهنگ کسب مقاومت در ساير موارد, استفاده از فوق­روان­کنندهيا فراروان­کننده به تنهايي پاسخگو و به صرفه­تر هستند^[6].

نکته 5-6 – به طور کلي شتاب‌دهنده‌ها رانبايد به عنوان مواد ضديخ بتن تلقي نمود زيرا در مقادير مصرف متعارف، اين موادنقطه انجماد بتن را تنها به ميزان اندكي (كمتر از 2 درجه سانتي‌گراد) كاهش مي‌دهند^[2].

نكته 5-7 – افزودني‌هاي مورد استفاده براي بتن‌ريزي در هواي سرد کهدر ايران به نام "ضديخ بتن" ارايه مي‌شوند در حقيقت نوعي زودسخت‌کنندههستند که امکان دستيابي به مقاومت‌هاي زودرس را در هواي سرد فراهم مي‌آورند. ضديخبتن که براي کاهش نقطه انجماد بتن تازه و جلوگيري از يخ‌زدن آن مورد استفاده قرارمي‌گيرد در مبحث "افزودني‌هاي متفرقه" مورد بررسي قرار خواهد گرفت.

5-6 – تاثير شتاب­دهنده­هابر ويژگی‌های بتن تازه

افزودني‌هاي شتاب­دهنده بر برخي از ويژگي­هاي بتنتازه به شرح زير تاثير مي‌گذارند.

5-6-1 - زمان گيرش

زمانگيرش بتن به تركيبات شيميايي و اندازه ذرات سيمان، دما و نسبت آب به سيمان بستگيدارد. شتاب­دهنده­ها در مقادير مصرف متعارف, زمان گيرش اوليه و نهايي را کاهش مي­دهند.با استفاده از آني­گيرکننده­ها مي­توان زمان گيرش را به 15 تا 30 ثانيه کاهش داد^[2].

برخي از شتاب­دهنده­ها در مقادير مصرف زياد نه تنهازمان گيرش را کاهش نمي­دهند بلکه ممکن است باعث کندگيري هم شوند^[2].

5-6-2 – مقدارهوا

برخي از شتاب­دهنده­هااحتمال تشکيل حباب­هاي هوا را در بتن تازه افزايش مي­دهند, بنابراين براي دستيابيبه يک مقدار هواي مشخص در بتن حاوي شتاب­دهنده به مقدار کمتري افزودني هوازا نيازاست. گو اينکه ممکن است اندازه حباب­هاي هوا و ضريب فاصله بين آنها افزايش پيداکند و کارآمدي هوازايي کاهش يابد^[2].

5-6-3 - كارآيي و رواني

شتاب­دهنده­ها بر کارآيي و مقدار رواني بتن تاثيريندارند ولي به دليل کاهش زمان گيرش, آهنگ افت رواني (اسلامپ) را افزايش مي­دهند.

 5-6-4 - آب انداختگي

شتاب­دهنده­ها به دليل تسريع واکنش آبگيري, مقدار و آهنگآب­انداختن را کاهش مي­دهند^[7].

5-6-5 – حرارتآبگيري

شتاب­دهنده­ها بر مقدار حرارت آبگيري (هيدراته شدن)سيمان تاثير قابل ملاحظه­اي ندارند ولي آهنگ آزاد شدن حرارت ناشي از آبگيري راشتاب مي­دهند^[7]. شتاب­دهنده­ها تاثيري بر واکنش پوزولانيندارند بنابراين در سيمان­هاي آميخته, تنها بر حرارت آبگيري بخش سيمان پرتلندتاثير مي­گذارند^[4].

5-7 - تاثير بر ويژگي‌های بتن سخت­شده

5-7-1 - مقاومت

تاثير شتاب­دهنده­ها بر مقاومت­هاي کوتاه­مدت و درازمدتو آهنگ کسب مقاومت بتن بستگي به نوع و مقدار مصرف آنها دارد.

تري­اتانل­آمين به دليل کُندکردن واکنش آبگيريسيليکات­هاي سيمان, آهنگ کسب مقاومت و مقاومت­هاي کوتاه­مدت و درازمدت را نسبت بهنمونه شاهد (بتن بدون شتاب­دهنده) تا حدودي کاهش مي­دهد^[4].

آني­گيرکننده­ها مانند کربنات­ها و هيدروکسيدهايفلزات قليايي خاکي مقاومت فشاري 28 روزه را نسبت به نمونه شاهد ممکن است تا 40درصد کاهش دهند^[4]. برخي ديگر از آني­گيرکننده­ها مانندسيليکات­ها و آلومينات­ها نه تنها مقاومت کوتاه­مدت بلکه مقاومت­هاي درازمدت رانيز نسبت به نمونه شاهد کاهش مي­دهند^[2]. آلومينات سديم و پتاسيم ممکن است مقاومت­هايدرازمدت را نسبت به نمونه شاهد تا 20 درصد کاهش دهند^[4].

زودگيرکننده­هاي پايه آلوميناتي و قليايي­ها روندکسب مقاومت را افزايش مي­دهند (مقاومت زودرس) ولي مقاومت­هاي درازمدت را کاهش مي­دهند^[6],[4]. سيليکات سديم بر آهنگ کسب مقاومت کوتاه­مدت(مقاومت زودرس) تاثيري ندارد ولي مقاومت­هاي درازمدت را تا 40 درصد کاهش مي­دهد^[4]. اصلاح­کننده­هاي رئولوژي, مانند سيليکات سديم اصلاح­شده, اثري درکسب مقاومت­هاي زودرس ندارند و مقاومت­هاي درازمدت را نيز کاهش نمي­دهند^[12],[3]. زودگيرکننده­هاي بدون­قليايي مانندهيدروکسيد آلومينيم, سولفات و سولفيت آلومينيم در مقادير مصرف متعارف آهنگ کسبمقاومت (مقاومت زودرس) و مقاومت درازمدت را نسبت به نمونه شاهد بهبود مي­بخشند, هرچند که افزايش روند کسب مقاومت آنها کمتر از نوع قليايي است^[6],[4].

کلسيم کلرايد در مقادير مصرف تا 2 درصد وزن سيمان,مقاومت­هاي کوتاه­مدت و درازمدت را نسبت به نمونه شاهد افزايش مي­دهد^[4],[2]. در مقادير مصرف بيش از 4 درصد مقاومت فشاريدرازمدت (بيش از يک سال) نسبت به نمونه شاهد کاهش مي­يابد^[4]. فرماتکلسيم مقاومت­هاي کوتاه­مدت و درازمدت را نسبت به نمونه شاهد بهبود مي­بخشد^[7],[4]. نيتريت کلسيم­ مقاومت­هاي کوتاه­مدت ودرازمدت را نسبت به نمونه شاهد افزايش مي­دهد^[7].تيوسولفات سديم و فرمالدهايد ممکن است مقاومت فشاري درازمدت را نسبت به نمونه شاهداندکي کاهش دهند^[7].

نکته 5-8 – در مورد زودگيرکننده­هاي بتن­پاشيکه در واکنش آبگيري دخالت مي­کنند, انتظار مي­رود (نه به عنوان يک قانون کلي) کهبا افزايش تاثير زودگير بر زمان گيرش (کاهش هر چه بيشتر زمان گيرش), مقاومتدرازمدت دچار کاهش بيشتري شود^[2]. از جمله عوامل موثر در اين کاهش مقاومت رامي­توان به تشکيل سيليکات کلسيم هيدراته (C-S-H) با نسبت آهک به سيليس (C/S) بيشتر, به هم خوردن نظم و آرامش فرآيند آبگيري C₃S, گيرش خيلي سريع که با آزاد شدن گرمايبيشتري همراه است, و ساختاري متخلخل­تر اشاره کرد^[7].

نکته 5-9 – منظور از کاهش مقاومت ناشي ازکاربرد شتاب­دهنده­ها در بتن, افت مقاومت نيست. يعني اينگونه نيست که مقاومتدرازمدت در بتن داراي شتاب­دهنده نسبت به مقاومت کوتاه­مدت آن افت پيدا کند. تاثيربر افزايش يا کاهش مقاومت, نسبت به نمونه شاهد (بدون شتاب­دهنده) سنجيده مي­شود.

5-7-2 – جمع‌شدگي(تكيدگي) و خزش

شتاب­دهنده­هايي که در روند واکنش آبگيري سيماندخالت مي­کنند (عملکرد شيميايي) عموما جمع­شدگي و خزش را در بتن سخت­شده نسبت بهنمونه شاهد افزايش مي­دهند^{[12],[7],[4],[2]}. در مورد شتاب­دهنده­هاي با عملکرد فيزيکي(اصلاح­کننده­هاي رئولوژي) اطلاعات زيادي در دسترس نمي­باشد.

5-7-3 –دوام (پايايي)

شتاب­دهنده­ها به ويژه زودسخت­کننده­ها, مقاومت دربرابر خرابي ناشي از چرخه­هاي يخ­زدن و آب­شدن و مقاومت در برابر پوسته­شدن ناشياز کاربرد نمک­هاي يخ­زدا را در عمر اوليه افزايش مي­دهند ولي به دليل افزايشاندازه و ضريب فاصله حباب­هاي هوا (به بخش 5-6-2 مراجعه شود) ممکن است در عمرزيادتر موجب کاهش اين مقاومت­ها شوند^[7],[2].

کلسيم کلرايد مقاومت بتن­هاي ساخته شده با سيمان­هاينوع I و II را در برابر حمله سولفاتي کاهش مي­دهد, اين اثر به ويژه در مقاديرمصرف بيش از 2 درصد, نمايان­تر است. اين شتاب­دهنده در بتن­هاي داراي سيمانضدسولفات (نوع V) چنيناثري ندارد^[7],[4],[2]. در مورد تاثير ديگر شتاب­دهنده­ها بر مقاومت در برابر حملهسولفات­ها گزارشي در دسترس نمي­باشد.

کلسيم کلرايد انبساط ناشي از واکنش قليايي سيليسي راافزايش مي­دهد^[2]. انتظار مي­رود که شتاب­دهنده­هاي قليايي(داراي يون­هاي Na⁺ و K⁺) احتمال واکنش قليايي سيليسي را در بتن­هاي حاوي سنگدانه­هايمستعد اين واکنش, افزايش دهند^[7].

شتاب­دهنده­هاي داراي يون کلر, احتمال خوردگيميلگردهاي فولادي را در بتن افزايش مي­دهند^[7],[4],[2]. برخي از شتاب­دهنده­ها مانند فرمات کلسيم,تيوسولفات سديم و نيتريت کلسيم واکنش خوردگي فولاد را کُند مي­کنند^[7],[2]. استفاده از شتاب­دهنده­هاي بر پايه تيوسيانات­هامانند تيوسيانات سديم, تا مقدار مصرف کمتر از 1% نقشي در تشديد خوردگي ميلگردهايفولادي ندارند^[2].

5-7-4 – شوره­زدگيو تغيير رنگ سطح بتن

سديم کلرايد ممکن است موجب شوره­زدگي^[21]سطح بتن شود^[7]. کلسيم کلرايد مي­تواند سبب تغيير رنگ^[22]سطح بتن شود^[2]. دو نوع تغيير رنگ ممکن است بر اثر اندرکنشبين قليايي­هاي سيمان و کلسيم کلرايد پديد آيد. نوع نخست, پديدار شدن لکه­هاي روشندر زمينه تيره است که مشخصه مخلوط بتني است که نسبت قليايي­هاي سيمان آن به کلسيمکلرايد نسبتا کم باشد. نوع دوم پديدار شدن لکه­هاي تيره در زمينه روشن است کهمشخصه مخلوط بتني است که در آن نسبت قليايي­هاي سيمان به کلسيم کلرايد نسبتا زيادباشد^[2].

5-8 - تاثير مواد متشكله بتن بر کاركرد شتاب­دهنده­ها

مقدار، نوع، و تركيبات شيميايي سيمان بر کاركرد شتاب­دهنده­هاييکه در واکنش آبگيري دخالت مي­کنند (با عملکرد شيميايي) تاثير مي‌گذارد. از آنجا کهاصلاح­کننده رئولوژي (زودگيرکننده­هاي با عملکرد فيزيکي) در واکنش آبگيري دخالتنمي­کنند, انتظار مي­رود که مواد متشکله بتن تاثيري بر کارکرد اين نوع از شتاب­دهنده­هانداشته باشد^[3].

با افزايش مقدار يا نرمي (ريزدانگي) سيمان، ميزانتاثيرگذاري شتاب­دهنده­ها افزايش مي­يابد و بنابراين براي دستيابي به يک مقدارمشخص از کاهش زمان گيرش يا افزايش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس), مقدار مصرفآنها مي­تواند کاهش يابد^[4].

سيمان­هاي با مقدار بيشتر سه‌کلسيم‌آلومينات (C₃A) مانند نوع I و II در مقايسه با سيمان­هاي با مقدار کم (C₃A) مانند نوع IV و V  براي دستيابي به يک مقدارمشخص از کاهش زمان گيرش يا افزايش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس), به مقدار کمتريشتاب­دهنده نياز دارند^[7],[2]. فرمات­کلسيم آهنگ کسب مقاومت و دستيابي بهمقاومت زودرس را در سيمان­هاي با مقدار گچ کمتر, بيشتر افزايش مي­دهد^[7]. به عبارت ديگر, فرمات­کلسيم هنگامي شتاب­دهنده کارآمدتري است کهنسبت C₃A به SO₃ در سيمان بزرگتر از 4 باشد^[7]. در سيمان­هاي زودسخت­شونده بر پايه کلسيم­فلوروآلوميناتي^[23](C₁₁A₇.CaF₂), کلسيم کلرايد و کربنات­پتاسيم زمان گيرش را افزايش و روند کسبمقاومت اوليه را کاهش مي­دهند گو اينکه ممکن است مقاومت 24 ساعته تا حدودي تسريع يابد^[2].

اطلاعات محدودي در باره اثر شتاب­دهنده­ها بر مقدارانبساط بتن­هاي حاوي سيمان­هاي با جمع­شدگي جبران شده در دسترس است و بايد در خصوصتاثير اين افزودني­ها در مورد اين نوع بتن­ها بررسي بيشتري به عمل آيد^[2].

تاثير مواد متشکله بتن بر فراروان­کننده­ها, بهعنوان يک زودسخت­کننده با عملکرد فيزيکي, در فصل دوم بررسي شده است.

5-9 - تاثير عوامل محيطی و اجرايي

راندمان و ميزان کارآمدي افزودني­هاي شتاب­دهنده برکاهش زمان گيرش و افزايش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس) در دماهاي کم (حدود 5 درجهسانتيگراد) بيشتر از دماهاي زيادتر است^[7].

هنگامي که از شتاب­دهنده­ها به همراه افزودني­هايديگر و يا از چند نوع شتاب­دهنده استفاده مي­شود, اين افزودني­ها بايد به طورجداگانه به مخلوط اضافه شوند. درهم آميختن افزودني­ها پيش از افزودن به مخلوط تنهادر صورتي مجاز است که قبلا آزمايش و تاييد شده باشد^[7].

زودگيرکننده­ها و اصلاح­کننده­هاي رئولوژي ممکن استبا يکديگر ناسازگار باشند و نبايد با هم مخلوط شوند^[12]. 

5-10 - رهنمودهای اجرايي در كارگاه

کلسيم کلرايد بايد به شکل مايع به مخلوط بتن افزودهشود. از افزودن کلسيم کلرايد پودري به بتن پرهيز شود^[2]. شتاب­دهنده­هايگوناگون بايد در ظروف جداگانه دربسته و به دور از آلوده شدن با گرد و غبار نگهداريشوند^[7]. براي جلوگيري از تجزيه و به هم خوردنترکيب, شتاب­دهنده­هاي مايع بايد به دور از حرارت و يخزدگي نگهداري شوند. شتاب­دهنده­هايمايع افزودني­هايي حاوي سوسپانسيون جامد در آب هستند که در انبارداري درازمدت ممکناست بخش جامد آنها ته­نشين شود, در صورت رخ­دادن چنين حالتي بايد اين افزودني­هاپيش از مصرف کاملا به­هم­زده شوند^[7].

بسياري از شتاب­دهنده­هاي پودري نسبت به رطوبت حساسهستند و به راحتي رطوبت محيط را جذب مي­کنند, اين افزودني­ها بايد در بسته­هاي نم­بندنگهداري شوند^[7].

5-11 - رهنمودهای كاربردی

حتي اگر اطلاعات كافي و معتبر از كاربرد يك شتاب­دهندهبا عملکرد شيميايي در دسترس باشد، به دليل تاثير ترکيبات شيميايي سيمان و عواملمحيطي بر کارکرد اين نوع افزودني, بهترين روش براي بررسي تاثير آن بر خواص بتنانجام آزمايش‌هاي كارگاهي و آزمون­هاي پيش از اجرا^[24] است.لازم است اين آزمايش‌ها با توجه به اوضاع جوي پيش بيني شده، روش و امكانات عمليساخت و اجرا يا پاشش بتن، و با استفاده از مصالح مصرفي كارگاه انجام پذيرد. درمورد شتاب­دهنده­هاي با عملکرد فيزيکي (اصلاح­کننده­هاي رئولوژي) اين موضوع ازحساسيت کمتري برخوردار است.

استفاده از شتاب­دهنده­هاي حاوي كلرايد‌ از جمله کلسيم کلرايد در موارد زير مجاز نيست^[8]:

1- ساخت توقف‌گاه گاراژها.

2- بتن پيش تنيده به دليلامكان خطرات خوردگي فولاد.

3- بتني كه حاوي آلومينيممدفون (مانند غلاف) باشد زيرا خوردگي شديد آلومينيم را مي‌تواند درپي داشته باشد،به ويژه اگر آلومينيم در تماس با فولاد مدفون و بتن در محيطي مرطوب قرار داشتهباشد.

4- بتن حاوي سنگدانه‌هايواكنش­زا.

5- بتني كه در معرض آب ياخاك سولفاتي قرار داشته باشد.

6- دال‌هاي كف كه توسط خشكه­پاشيدانه­هاي فلزي پرداخت مي‌شوند.

7- بتن­ريزي در هواي گرم.

8- بتن‌ريزي­هاي حجيم.

5-12 - ارزيابي و انتخاب شتاب­دهنده

درارزيابي افزودني‌هاي شتاب­دهنده، علاوه بر موارد گفته شده در بخش 8-1 فصل يکم، بايددر نظر داشت که به دليل اندرکنش اين افزودني­ها با آبگيري سيمان, مناسب­ترين روشبراي ارزيابي و انتخاب شتاب­دهنده­ها استفاده از مخلوط­هاي آزمايشي و آزمون­هايپيش از اجرا است. تکيه بر مدارک فني و تجربيات پيشين استفاده از يک نوع شتاب­دهندهبه عنوان يک رهنمود و نه يک معيار براي ارزيابي مي­تواند مورد توجه قرار گيرد.

5-13 - كنترل كيفيت

يكنواختي و ثابت بودن مواد 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 درصدمواد جامد، غلظت ظاهري، طيف سنجي براي مواد آلي، مقدار كلرايد، درصد قليايي­ها(يون سديم و پتاسيم), درجه قليايي (pH)، وبرخي از موارد ديگر هستند. آيين نامه‌هاي معتبر بين‌المللي و استاندارد‌هايساختماني ايران^[10] راهنمايي‌هاي لازم براي تعيين يكنواختيافزودني‌هاي شيميايي را به تفصيل بيان نموده‌اند. معمولا با كنترل رنگ، بو، شكلظاهري و اندازه‌گيري غلظت و مقدار pH مي‌توانيكنواختي محموله‌هاي مختلف افزودني‌هاي وارده به كارگاه را تاييد يا رد كرد.

چنانچه شتاب­دهنده­اي براي مدت زماني طولاني انبارشده باشد و گرانروي, بو يا رنگ ناهنجار داشته باشد بايد پيش از مصرف مورد آزمايشقرار گيرد.

5-14 - مراجع

1- Mehta and Monteiro, "CONCRETE;Microstructure, Properties, and Materials", 3^rd Ed, 2006,McGraw-Hill.

2- ACI 212.3R – 04, "Chemical Admixturesfor Concrete", MCP-ACI 2008.

3- Tom Melbye, "SPRAYED CONCRETE FORROCK SUPPORT", Degussa UGC, 2005, Switzerland.

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

5- Hewlett, "Lea's Chemistry of Cementand Concrete", 4^th Ed., 1998, Arnold.

6- John Newman and Ban Seng Choo,"Advanced Concrete Technology; Constituent Materials", 2003,Elsevier.

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

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

9- EN 934-2, "Admixture for concrete,mortar and grout-Part 2: Concrete admixture-Definitions, requirements,conformity, marking and labeling", July 2001.

10 –استانداردملي شماره 2930 ايران "بتن-مواد افزودني شيميايي-ويژگي­ها",موسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران, تجديد نظر اول

11-EN 934-5, "Admixture for concrete, mortar and grout-Part 5: Admixture forsprayed concrete-Definitions, requirements, conformity, marking and labeling",July 2001.

12- ACI 506R – 05, "Guide to Shotcrete",MCP-ACI 2008.