5-2-3 – آني­گيرکننده­ها

آني­گيرکننده­ها^[5] نوعي زودگيرکننده هستند که زمان گيرش خمير سيمان (سفت­شدن) را به شدتکاهش مي­دهند (حدود 60 ثانيه) و گيرش آني[6]پديد مي­آورند. آني­گيرها براي انسداد نشت آب (نشت­بندي) يا پاشيدن بتن بر رويجداره­هاي مرطوب به کار مي­روند^[2].

5-2-4 – زودسخت‌کننده‌ها

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

5-3 – مكانيزم عملكرد شتاب‌دهنده‌ها

شتاب‌دهنده‌ها به طور عمده از نوع افزودني‌هاي با عملكرد شيميايي هستند وبا تاثير بر فرآيند آبگيري سيمان و ساختار 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 (C₃Aو C₄AF) بيشترين بخش سيمان را تشکيلمي‌دهند.

آلومينات­ها با سرعت خيلي زيادتري نسبت به سيليکات­ها هيدراته مي­شوند. درواقع, مشخصه­هاي سفت­شدن (از دست دادن رواني) و گيرش (جامد شدن) خمير سيمان پرتلندتا حدود زيادي به وسيله واکنش­هاي آبگيري آلومينات­ها کنترل مي­شوند. سيليکات­ها کهحدود 75 درصد سيمان پرتلند معمولي را تشکيل مي­دهند, نقش اصلي را در تعيين مشخصه­هايسخت­شدن (روند کسب مقاومت) به عهده دارند^[1].

واکنش‌هاي آبگيري سيليکات‌ها و آلومينات‌ها اگرچه از نظر شيميايي به دوشيوه جداگانه انجام مي‌شوند ولي در عمل مستقل از هم نيستند و بر يکديگر اندرکنشدارند. براي مثال، تسريع واکنش آلومينات‌ها گرماي زيادي آزاد مي‌کند که مي‌تواندبه تسريع واکنش سيليکات‌ها منجر شود. براي درک مکانيزم واکنش شتاب‌دهنده‌ها، با يکفرض ساده‌انگارانه و براي سادگي مي‌توان چنين انگاشت که در زمان شروع واکنش آبگيري،آلومينات‌ها بيشترين تاثير را بر گيرش و رفتار سفت‌شدن و سيليکات‌ها بيشترين تاثيررا بر سخت‌شدن و روند کسب مقاومت سيمان مي‌گذارند. دوباره تاکيد مي‌شود که در عملبه دليل پيچيدگي فرآيند آبگيري، مرز شفافي بين اين واکنش‌ها به اين صورت که بيانشد وجود ندارد.

5-3-1 – تسريع­کننده‌هاي (تندگيرکننده­هاي) بتن

تسريع­کننده‌ها (تندگيرکننده­ها) بسته به ترکيبات شيميايي که دارند، ممکناست عملکرد متفاوتي از خود نشان دهند ولي انتظار مي­رود عملکرد کلي آنها تسريعواکنش آلومينات‌هاي سيمان باشد.

در روند واکنش آبگيري سيمان، در همان ابتدا سولفات کلسيم (گچ) موجود درسيمان با سه‌کلسيم‌آلومينات (C₃A)واكنش نشان مي‌دهد و اترينگايت[8]پديد مي‌آورد. اترينگايت‌هاي تشکيل‌شده دانه‌هاي سيمان را مانند يک پوشش متراکمدربرمي‌گيرند و رسيدن آب به باقيمانده دانه‌هاي سيمان مانع مي­شوند و در نتيجهروند آبگيري آنها را با تاخير مواجه مي‌کنند. اين موضوع به حفظ کارآيي بتن در يکبازه‌ي زماني محدود کمک مي‌کند. زماني که همه سولفات موجود واکنش نشان دادند و بهاترينگايت‌ها چسبيدند، آلومينات اضافي موجود در محيط با اترينگايت‌ها واکنش نشانمي­دهند و سولفات‌ها را جدا مي‌کنند و تشکيل مونوسولفات مي‌دهند. نفوذپذيريمونوسولفات بيشتر از اترينگايت است و اجازه دسترسي آب به دانه‌هاي سيمان و ادامهروند واکنش آبگيري را فراهم مي‌کند. با افزودن تسريع­کننده‌هاي (تندگيرکننده­هاي)پايه آلوميناتي[9] به سيمان، مقدار آلومينات دردسترس براي واکنش و تبديل اترينگايت به مونوسولفات به طور ناگهاني افزايش مي‌يابدو روند آبگيري آلومينات­ها و در نتيجه سرعت گيرش بتن شتاب مي‌يابد^[3]. از ديدگاهي ديگر, تسريع­کننده­هاي(تندگيرکننده­هاي) بتن، عمدتا تبديل اترينگايت به مونوسولفات را شتاب مي­دهند^[6]. ضوابط عملکردي و الزاماتويژه براي افزودني­هاي تسريع­کننده (تندگيرکننده) بتن در جدول 5-1 نشان داده شدهاست^[10],[9].

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

تسريع واکنش آلومينات­ها معمولا منجر به آزادشدن گرماي زيادي مي­شود که برواکنش آبگيري سيليکات­ها نيز تاثير مي­گذارد و آن را سرعت مي­بخشد ولي انواعي ازتسريع­کننده‌ها (تندگيرکننده­ها) مانند تري‌اتانول‌آمين هم وجود دارند که واکنشآلومينات‌ها را با گچ (تشکيل اترينگايت) تسريع مي‌کنند ولي بر واکنش سيليکات‌هاتاثيري ندارند (در مواردي ممکن است حتي اين واکنش را کند هم کنند) ^[4].

نكته 5-1 – برخي از افزودني‌هاي با عملکرد شيميايي بسته به مقدارمصرف ممکن است اثر زودگيري يا کندگيري داشته باشند^[1].

5-3-2 – زودگيرکننده­هاي بتن­پاشي

زودگيرهاي بتن­پاشي مي­توانند عملکرد شيميايي يا فيزيکي داشته باشند.مکانيزم عملکرد زودگيرکننده­هاي با عملکرد شيميايي بسيار شبيه به تسريعکننده­هايعني تسريع واکنش آلومينات­ها است. بسياري از زودگيرکننده­هاي بتن­پاشي علاوه برشتاب دادن به فرآيند گيرش سيمان, روند سخت شدن (مقاومت زودرس) آن را نيز شتاب مي­دهند.

ضوابط عملکردي براي افزودني زودگيرکننده بتن­پاشي در جدول 5-2 آورده شدهاست^[11].

جدول 5-2– ضوابط عملکردي براي افزودني­هاي زودگيرکننده بتن­پاشي

زودگيرکننده­هاي با عملکرد فيزيکي نوعي اصلاح­­کننده رئولوژي[10]هستند که بدون دخالت در واکنش آبگيري, موجب سفت­شدن سريع بتن­پاشيده مي­شوند^[12]. از جمله اصلاح­کننده­هايرئولوژي مي­توان سيليکات سديم (آب شيشه) و سيليس کلوييدي رسوبي[11]را نام برد^[12].در حال حاضر به دليل اثرات کاهندگي که سيليکات 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 را بي­درنگ جذب مي­کند (رفتاري مانند خشک­کننده­هايجاذب آب) و سبب سفتي و افت سريع اسلامپ بتن مي­شود. بنابراين مقدار مصرف آن بهمقدار آب مخلوط بستگي دارد يعني هر چقدر آب اختلاط بيشتر باشد به سيليکات سديماصلاح­شده بيشتري براي دربندکشيدن آب مخلوط نياز است. 

5-3-3 – آني­گيرها

سه‌کلسيم‌آلومينات (C₃A)به تنهايي در ترکيب با آب واکنش شديد و انفجارگونه­اي پديد مي­آورد که منجر بهگيرش آني سيمان مي­شود. براي جلوگيري از گيرش آني, در هنگام آسياب کردن کلينکرمقداري سنگ گچ به آن اضافه و همزمان آسياب مي­کنند. پس از ترکيب سيمان با آب, گچموجود در سيمان با آلومينات­هاي آن واکنش نشان مي­دهد (تشکيل اترينگايت) و ازترکيب مستقيم آلومينات­ها با آب (واکنش انفجارگونه) و در نتيجه از گيرش آنيجلوگيري مي­کند^[1].

برخي از آني­گيرها مانند آلومينات سديم و پتاسيم به سرعت (بي­درنگ) با گچموجود در سيمان ترکيب مي­شوند و آن را از محيط خارج و از تشکيل اترينگايت (محصولواکنش گچ و آلومينات) در اطراف دانه­هاي سيمان جلوگيري مي­کنند. اين موضوع سبب مي­شودکه سه‌کلسيم‌آلومينات (C₃A)بتواند به طور مستقيم با آب ترکيب شود و گيرش آني پديد آورد^[4].

دسته­اي ديگر از آني‌گيرکننده­ها با افزايش بيش از اندازه آلومينات‌ها درمحيط، واکنش آبگيري سه‌کلسيم‌آلومينات (C₃A) و تشکيل اترينگايت را به شدت شتاب مي‌دهند (واکنش انفجاري) وگيرش آني[13] پديد مي‌آورند. اين واکنشگرماي زيادي در همان ابتدا آزاد مي‌کند که بر واکنش آبگيري ديگر ترکيبات سيمانپرتلند و رسوب کردن نمک­هاي کلسيم در محلول (تسريع آبگيري سيليکات­ها) نيز تاثيرمي‌گذارد^[6],[5].بسياري از زودگيرکننده‌ها پايه آلوميناتي در مقادير مصرف زياد مي‌توانند آني‌گيرکنندهنيز باشند^[3].

نكته 5-2 – برخي از آني­گيرکننده­ها مانند هيدروکسيدهاي فلزات قليايي, ميزان قليايي محيطرا به شدت افزايش مي­دهند و موجب تسريع انحلال و تجزيه سيليکات­ها و شتاب­دادن بهآبگيري سه­کلسيم­سيليکات (C₃S)مي­شوند^[4].اين رفتار که در حقيقت نوعي سخت­شدن آني به شمار مي­آيد بر گيرش پيشي مي­گيرد ومخلوط مستقيما از حالت خميري به حالت جامد درمي­آيد (حالت مياني سفت­شدن نامحسوسمي­شود).

5-3-4 – زودسخت‌کننده‌ها

مکانيزم عملکرد زودسخت­کننده­ها تسريع آبگيري سيليکات­ها 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 تجزيهسيليکات­هاي کلسيم, به ويژه سه­کلسيم­سيليکات (C₃S), تندتر از آهنگ پخش و پراکنده شدن يون­هاي ايجاد شده استبنابراين هاله­اي با غلظت زياد از 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)فوق­اشباع شود و لايه­اي از محصولات هيدراته شدهکه نفوذپذيري اندکي دارد, شروع به رسوب به سطح سيليکات­هاي سيمان کند^[5],[1].

يکي از ويژگي­هاي مهم آبگيري سه کلسيم سيليکات (C₃S) آن است که پس از يک شروع خيلي سريع واکنش با آب در ابتداياختلاط, اين واکنش کند مي­شود و اينگونه به نظر مي­رسد که متوقف شده است. دليل اينتوقف واکنش, نفوذپذيري اندک سيليکات­هاي هيدراته شده رسوب­کرده بر سطح سيليکات­هايهيدراته نشده است^[6]که ادامه واکنش آبگيري سيليکات­ها را متوقف مي­کند. دوره سکون واکنش زماني پايانمي­يابد که اين لايه تخريب شود و يا ساختار آن تغيير کند و نفوذپذيري آن افزايشيابد.    

زودسخت­کننده­ها به دو شيوه سخت­شدن را شتاب مي­دهند. اين مواد از يک سوبا افزايش مقدار يون کلسيم در محلول, مقدار ترکيبات آبگيري کلسيم­دار را افزايش وزمان تشکيل آنها را کاهش و ميزان رسوب آنها را افزايش مي­دهند. از سوي ديگر نسبتآهک به سيليس (C/S) را در سيليکات کلسيم هيدراته(C-S-H)  افزايش و در نتيجه نفوذپذيري لايه رسوب کرده برسطح سيليکات­ها را افزايش و دوره سکون واکنش آبگيري سيليکات­ها را کاهش مي­دهند.

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

ضوابط عملکردي و الزامات ويژه براي افزودني­هاي زودسخت­کننده بتن در جدول5-3 نشان داده شده است^[10],[9].

جدول 5-3– ضوابط عملکردي و الزامات ويژه براي افزودني­هاي زودسخت­کننده بتن (در رواني يکسان)

5 -4 – تركيبات شيميايي و مواد تشكيل‌دهنده

ترکيبات شيميايي و مواد تشکيل­دهنده شتاب­دهنده­ها معمولاً شامل مواد شيمياييزير هستند كه ممكن است به تنهايي و يا در تركيب با ساير موادآلي و غيرآلي، فعال و يا خنثي مورد استفاده قرارگيرند.

5-4-1 – تسريع­کننده­ها (تندگيرکننده­ها)

شناخته­شده­ترين تسريع­کننده (تندگيرکننده) بتن تري­اتانل­آمين است کهمعمولا براي جبران اثر کندگيرکنندگي برخي از کاهنده­هاي آب, به عنوان بخشي از اينافزودني­ها و همراه با آنها مورد استفاده قرار مي­گيرد. تري­اتانل­آمين به دليل آنکه با توجه به مقدار مصرف ممکن است اثر تندگيري (مقادير مصرف کم) يا اثر کندگيري(مقادير مصرف زياد) داشته باشد و نيز به دليل آن که واکنش آبگيري سيليکات­ها را بهتاخير مي­اندازد, کمتر به تنهايي به عنوان يک تسريع­کننده (تندگيرکننده) مورداستفاده قرار مي­گيرد^[4].

برخي ديگر از ترکيبات آلي در نسبت­هاي پايين آب به مواد سيماني اثرتندگيري دارند که از جمله اين ترکيبات مي­توان به اوره, اسيد اگزاليک, برخي ازترکيبات حلقوي, ترکيبات تغليظ­شده آمين­ها و فرمالدهايد اشاره کرد^[2]. بايد توجه داشت که برخي ازاين ترکيبات همانند تري­اتانل­آمين آبگيري سيليکات­ها را به تاخير مي­اندازند و درمقادير مصرف زياد 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 از زودگيرکننده (در مقدار مصرفکمتر) و زودسخت­کننده را به کار برد.

5-4-2 – زودگير‌كننده‌ها

زودگيرکننده­هاي بتن­پاشي (افزودني­هاي شاتکريت) مي­توانند خاصيت بازي,خنثي, يا اسيدي داشته باشند. زودگيرکننده­ها را بر پايه مقدار pH آنها مي­توان به دو دسته سوزآور[14]و ناسوزآور[15] تقسيم کرد. زودگيرکننده­هايناسوزآور که غيرخورنده[16]نيز ناميده مي­شوند, داراي ماهيتي تقريبا خنثي با مقدار pH بين 5 تا 9 هستند. نوع سوزآور که خورنده نيز ناميده مي­شود, دارايpH بين صفر تا 5 (اسيدي) يا بين9 تا 14 (بازي) است^[3]. 

از جمله زودگيرکننده­هاي سوزآور مي­توان به بسياري از نمک­هاي معدني حل­شوندهمانند آلومينات­ها, هيدروکسيدها, کربنات­ها, فلوروسيليکات­ها, سولفات آهن, فلورايدسديم, سولفيت آلومينيم, سيليکات­هاي قليايي, تيوسيانات­ها, و تيوسولفات­ها اشارهکرد^{[7],[5],[4],[2]}. سيليکات سديم اصلاح­شده^[3] و برخي از ترکيبات ويژه اسيدهاي قندي[17]در گروه زودگيرکننده­هاي ناسوزآور جاي مي­گيرند^[2].

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

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

5-4-3 – آني­گيرکننده­ها

بسياري از زودگيرکننده­ها مانند آلومينات­ها, هيدروکسيدهاي فلزهاي قليايي,کربنات­ها و سيليکات­ها در مقدار مصرف زياد مي­توانند موجب گيرش آني شوند. يکيديگر از آني­گيرها, سيمان بدون سنگ ­گچ (کلينکر آسياب­شده بدون سنگ گچ) است کهبراي انسداد نشت آب کاربرد فراواني دارد.

5-4-4 – زودسخت­کننده­ها

کلسيم کلرايد اولين زودسخت‌کننده‌اي است که از سال 1885 ميلادي مورداستفاده قرار گرفته است^[4].امروزه اين ماده به دليل تسريع خوردگي ميلگردهاي فولادي، در بتن مسلح کاربرد نداردولي مي‌تواند در بتن غير مسلح به کار رود^[2].

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

5-5 – كاربرد

تسريع­کننده­ها (تندگيرکننده­ها) به تنهايي کاربرد محدودي دارند و بيشتربراي جبران اثر کندگيرکنندگي برخي از روان­کننده­ها و به عنوان بخشي از افزودنيکاهنده آب به کار مي­روند^[4].کاربرد ديگر تسريع­کننده­ها (تندگيرکننده­ها) در کفسازي­هاي بتني است که با مالهپروانه­اي پرداخت مي­شوند. براي اين کاربرد خاص, تسريع­کننده­ها (تندگيرکننده­ها)در مخلوط­هايي که در انتها ريخته مي­شوند به کار مي­روند به گونه­اي که زمان گيرشمخلوط­هاي انتهايي و ابتدايي به يکديگر نزديک شود و بتوان همزمان تمام کف راپرداخت کرد^[6].در اجراي رولايه­ها[20]بر روي بتن تازه براي سرعت بخشيدن به گيرش و نزديک شدن زمان گيرش آنها به بتن زير,از تسريع­کننده­هاي گيرش (تندگيرکننده­ها) بتن استفاده مي­شود.

زودگيرکننده­ها در بتن­پاشي, به شيوه خشک يا تر, و براي کاهش زمان گيرش ياافزايش روند کسب مقاومت در تثبيت جداره­هاي حفاري شده به کار مي­روند. برخي اززودگيرکننده­ها در عمليات تزريق دوغاب سيمان در جاهايي که جريان آب در درزه و شکافوجود دارد و به منظور جلوگيري از شسته شدن دوغاب تزريق شده کاربرد دارند.

کاربرد عمده آني­گيرکننده­ها نشت­بندي آب تحت فشار هيدروستاتيکي است. ازآني­گيرکننده­ها در برخي از موارد بتن­پاشي به ويژه پاشيدن بتن يا ملات به جداره­هايمرطوب يا ريزشي نيز استفاده مي­شود. 

با استفاده از زودسخت­کننده­ها امکان دستيابي به مقاومت‌هاي زودرس فراهممي‌شود. از زودسخت‌کننده‌ها براي بتن‌ريزي در هواي سرد يا به منظور زود بازکردنقالب‌ها 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, مانند تعمير روسازي بزرگراه­ها,به کار مي­آيد.

نکته 5-5 – به طور کلي شتاب‌دهنده‌ها براي افزايش آهنگ کسب مقاومت تا 24 ساعت در دمايکم و تا 12 ساعت در دماي معمولي توجيه اقتصادي دارند. براي شتاب دادن به آهنگ کسب مقاومتدر ساير موارد, استفاده از فوق­روان­کننده يا فراروان­کننده به تنهايي پاسخگو و بهصرفه­تر هستند^[6].

نکته 5-6 – به طور کلي شتاب‌دهنده‌ها را نبايد به عنوان مواد ضديخ بتن تلقي نمود زيرادر مقادير مصرف متعارف، اين مواد نقطه انجماد بتن را تنها به ميزان اندكي (كمتر از2 درجه سانتي‌گراد) كاهش مي‌دهند^[2].

نكته 5-7 – افزودني‌هاي مورد استفاده براي بتن‌ريزي در هواي سرد که در ايران به نام"ضديخ بتن" ارايه مي‌شوند در حقيقت نوعي زودسخت‌کننده هستند که امکان دستيابيبه مقاومت‌هاي زودرس را در هواي سرد فراهم مي‌آورند. ضديخ بتن که براي کاهش نقطه انجمادبتن تازه و جلوگيري از يخ‌زدن آن مورد استفاده قرار مي‌گيرد در مبحث "افزودني‌هايمتفرقه" مورد بررسي قرار خواهد گرفت.

5-6 – تاثير شتاب­دهنده­ها بر ويژگی‌هایبتن تازه

افزودني‌هاي شتاب­دهنده بر برخي از ويژگي­هاي بتن تازه به شرح زير تاثيرمي‌گذارند.

5-6-1 -زمان گيرش

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

برخي از شتاب­دهنده­ها در مقادير مصرف زياد نه تنها زمان گيرش را کاهش نمي­دهندبلکه ممکن است باعث کندگيري هم شوند[2].

5-6-2 – مقدار هوا

برخي از شتاب­دهنده­ها احتمال تشکيل حباب­هاي هوا را در بتن تازه افزايشمي­دهند, بنابراين براي دستيابي به يک مقدار هواي مشخص در بتن حاوي شتاب­دهنده بهمقدار کمتري افزودني هوازا نياز است. گو اينکه ممکن است اندازه حباب­هاي هوا وضريب فاصله بين آنها افزايش پيدا کند و کارآمدي هوازايي کاهش يابد^[2].

5-6-3 - كارآيي و رواني

شتاب­دهنده­ها بر کارآيي و مقدار رواني بتن تاثيري ندارند ولي به دليلکاهش زمان گيرش, آهنگ افت رواني (اسلامپ) را افزايش مي­دهند.

 5-6-4 - آب انداختگي

شتاب­دهنده­ها به دليل تسريع واکنش آبگيري, مقدار و آهنگ آب­انداختن راکاهش مي­دهند^[7].

5-6-5 – حرارت آبگيري

شتاب­دهنده­ها بر مقدار حرارت آبگيري (هيدراته شدن) سيمان تاثير قابلملاحظه­اي ندارند ولي آهنگ آزاد شدن حرارت ناشي از آبگيري را شتاب مي­دهند^[7]. شتاب­دهنده­ها تاثيري برواکنش پوزولاني ندارند بنابراين در سيمان­هاي آميخته, تنها بر حرارت آبگيري بخشسيمان پرتلند تاثير مي­گذارند^[4].

5-7 - تاثير بر ويژگي‌های بتنسخت­شده

5-7-1 - مقاومت

تاثير شتاب­دهنده­ها بر مقاومت­هاي کوتاه­مدت و درازمدت و آهنگ کسب مقاومتبتن بستگي به نوع و مقدار مصرف آنها دارد.

تري­اتانل­آمين به دليل کُندکردن واکنش آبگيري سيليکات­هاي سيمان, آهنگکسب مقاومت و مقاومت­هاي کوتاه­مدت و درازمدت را نسبت به نمونه شاهد (بتن بدونشتاب­دهنده) تا حدودي کاهش مي­دهد^[4].

آني­گيرکننده­ها مانند کربنات­ها و هيدروکسيدهاي فلزات قليايي خاکي مقاومتفشاري 28 روزه را نسبت به نمونه شاهد ممکن است تا 40 درصد کاهش دهند^[4]. برخي ديگر از آني­گيرکننده­هامانند سيليکات­ها و آلومينات­ها نه تنها مقاومت کوتاه­مدت بلکه مقاومت­هاي درازمدترا نيز نسبت به نمونه شاهد کاهش مي­دهند^[2]. آلومينات سديم و پتاسيم ممکن است مقاومت­هاي درازمدت را نسبت بهنمونه شاهد تا 20 درصد کاهش دهند^[4].

زودگيرکننده­هاي پايه آلوميناتي و قليايي­ها روند کسب 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 در کسب مقاومت­هاي زودرس ندارند و مقاومت­هايدرازمدت را نيز کاهش نمي­دهند^[12],[3].زودگيرکننده­هاي بدون­قليايي مانند هيدروکسيد آلومينيم, سولفات و سولفيت آلومينيمدر مقادير مصرف متعارف آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس) و مقاومت درازمدت را نسبتبه نمونه شاهد بهبود مي­بخشند, هر چند که افزايش روند کسب مقاومت آنها کمتر از نوعقليايي است^[6],[4].

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

نکته 5-8 – در مورد زودگيرکننده­هاي بتن­پاشي که در واکنش آبگيري دخالت مي­کنند, انتظارمي­رود (نه به عنوان يک قانون کلي) که با افزايش تاثير زودگير بر زمان گيرش (کاهش هرچه بيشتر زمان گيرش), مقاومت درازمدت دچار کاهش بيشتري شود^[2]. از جمله عوامل موثر در اين کاهش مقاومت را مي­توان به تشکيلسيليکات کلسيم هيدراته (C-S-H)با نسبت آهک به سيليس (C/S) بيشتر, به هم خوردن نظم وآرامش فرآيند آبگيري C₃S,گيرش خيلي سريع که با آزاد شدن گرماي بيشتري همراه است, و ساختاري متخلخل­تر اشارهکرد^[7].

نکته 5-9 – منظور از کاهش مقاومت ناشي از کاربرد شتاب­دهنده­ها در بتن, افت مقاومت نيست.يعني اينگونه نيست که مقاومت درازمدت در بتن داراي شتاب­دهنده نسبت به مقاومت کوتاه­مدتآن افت پيدا کند. تاثير بر 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 سيمان دخالت مي­کنند (عملکردشيميايي) عموما جمع­شدگي و خزش را در بتن سخت­شده نسبت به نمونه شاهد افزايش مي­دهند^{[12],[7],[4],[2]}.در مورد شتاب­دهنده­هاي با عملکرد فيزيکي (اصلاح­کننده­هاي رئولوژي) اطلاعات زياديدر دسترس نمي­باشد.

5-7-3 – دوام (پايايي)

شتاب­دهنده­ها به ويژه زودسخت­کننده­ها, مقاومت در برابر خرابي ناشي ازچرخه­هاي يخ­زدن و آب­شدن و مقاومت در برابر پوسته­شدن ناشي از کاربرد نمک­هاي يخ­زدارا در عمر اوليه افزايش مي­دهند ولي به دليل افزايش اندازه و ضريب فاصله حباب­هايهوا (به بخش 5-6-2 مراجعه شود) ممکن است در عمر زيادتر موجب کاهش اين مقاومت­هاشوند^[7],[2].

کلسيم کلرايد مقاومت بتن­هاي ساخته شده با سيمان­هاي نوع I و II را در برابر حمله سولفاتيکاهش مي­دهد, اين اثر به ويژه در مقادير مصرف بيش از 2 درصد, نمايان­تر است. اينشتاب­دهنده در بتن­هاي داراي سيمان ضدسولفات (نوع V) چنين اثري ندارد^[7],[4],[2].در مورد تاثير ديگر شتاب­دهنده­ها بر مقاومت در برابر حمله سولفات­ها گزارشي دردسترس نمي­باشد.

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

شتاب­دهنده­هاي داراي يون کلر, احتمال خوردگي ميلگردهاي فولادي را در بتنافزايش مي­دهند^[7],[4],[2].برخي از شتاب­دهنده­ها مانند فرمات کلسيم, تيوسولفات سديم و نيتريت کلسيم واکنشخوردگي فولاد را کُند مي­کنند^[7],[2].استفاده از شتاب­دهنده­هاي بر پايه تيوسيانات­ها مانند تيوسيانات سديم, تا مقدارمصرف کمتر از 1% نقشي در تشديد خوردگي ميلگردهاي فولادي ندارند^[2].

5-7-4 – شوره­زدگي و 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 اندرکنش بين قليايي­هاي سيمان و کلسيم کلرايدپديد آيد. نوع نخست, پديدار شدن لکه­هاي روشن در زمينه تيره است که مشخصه مخلوطبتني است که نسبت قليايي­هاي سيمان آن به کلسيم کلرايد نسبتا کم باشد. نوع دومپديدار شدن لکه­هاي تيره در زمينه روشن است که مشخصه مخلوط بتني است که در آن نسبتقليايي­هاي سيمان به کلسيم کلرايد نسبتا زياد باشد^[2].

5-8 - تاثير مواد متشكله بتنبر کاركرد شتاب­دهنده­ها

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

با افزايش مقدار يا نرمي (ريزدانگي) سيمان، ميزان تاثيرگذاري شتاب­دهنده­هاافزايش مي­يابد و بنابراين براي دستيابي به يک مقدار مشخص از کاهش زمان گيرش ياافزايش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس), مقدار مصرف آنها 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 به مقاومت زودرس را در سيمان­هاي با مقدارگچ کمتر, بيشتر افزايش مي­دهد^[7].به عبارت ديگر, فرمات­کلسيم هنگامي شتاب­دهنده کارآمدتري است که نسبت C₃A به SO₃در 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 کسب مقاومت اوليه راکاهش مي­دهند گو اينکه ممکن است مقاومت 24 ساعته تا حدودي تسريع يابد^[2].

اطلاعات محدودي در باره اثر شتاب­دهنده­ها بر مقدار انبساط بتن­هاي حاويسيمان­هاي با جمع­شدگي جبران شده در دسترس است و بايد در خصوص تاثير اين افزودني­هادر مورد اين نوع بتن­ها بررسي بيشتري به عمل آيد^[2].

تاثير مواد متشکله بتن بر فراروان­کننده­ها, به عنوان يک زودسخت­کننده باعملکرد فيزيکي, در فصل دوم بررسي شده است.

5-9 - تاثير عوامل محيطی واجرايي

راندمان و ميزان کارآمدي افزودني­هاي شتاب­دهنده بر کاهش زمان گيرش وافزايش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس) در دماهاي کم (حدود 5 درجه سانتيگراد)بيشتر از دماهاي زيادتر است^[7].

هنگامي که از شتاب­دهنده­ها به همراه افزودني­هاي ديگر و يا از چند نوعشتاب­دهنده استفاده مي­شود, اين افزودني­ها بايد به طور جداگانه به مخلوط اضافهشوند. درهم آميختن افزودني­ها پيش از افزودن به مخلوط تنها در صورتي مجاز است کهقبلا آزمايش و تاييد شده باشد^[7].

زودگيرکننده­ها و اصلاح­کننده­هاي رئولوژي ممکن است با يکديگر ناسازگارباشند و نبايد با هم مخلوط شوند^[12]. 

5-10 - رهنمودهای اجرايي دركارگاه

کلسيم کلرايد بايد به شکل مايع به مخلوط بتن افزوده شود. از افزودن کلسيمکلرايد پودري به بتن پرهيز شود^[2].شتاب­دهنده­هاي گوناگون بايد در ظروف جداگانه دربسته و به دور از آلوده شدن با گردو غبار نگهداري شوند^[7].براي جلوگيري از تجزيه و به هم خوردن ترکيب, شتاب­دهنده­هاي مايع بايد به دور ازحرارت و يخزدگي نگهداري شوند. شتاب­دهنده­هاي مايع افزودني­هايي حاوي سوسپانسيونجامد در آب هستند که در انبارداري درازمدت ممکن است بخش جامد آنها ته­نشين شود, درصورت رخ­دادن چنين حالتي بايد اين افزودني­ها پيش از مصرف کاملا به­هم­زده شوند^[7].

بسياري از شتاب­دهنده­هاي پودري نسبت به رطوبت حساس هستند و به راحتيرطوبت محيط را جذب مي­کنند, اين افزودني­ها بايد در بسته­هاي نم­بند نگهداري شوند^[7].

5-11 - رهنمودهای كاربردی

حتي اگر اطلاعات كافي و معتبر از كاربرد يك شتاب­دهنده با عملکرد شيمياييدر دسترس باشد، به دليل تاثير ترکيبات شيميايي سيمان و عوامل محيطي بر کارکرد ايننوع افزودني, بهترين روش براي بررسي تاثير آن بر خواص بتن انجام آزمايش‌هايكارگاهي و آزمون­هاي پيش از اجرا[24]است. لازم است اين آزمايش‌ها با توجه به اوضاع جوي پيش بيني شده، روش و امكاناتعملي ساخت و اجرا يا پاشش بتن، و با استفاده از مصالح مصرفي كارگاه انجام پذيرد.در مورد شتاب­دهنده­هاي با عملکرد فيزيکي (اصلاح­کننده­هاي رئولوژي) اين موضوع ازحساسيت کمتري برخوردار است.

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

1- ساخت توقف‌گاه گاراژها.

2- بتن پيش تنيده به دليل امكان خطرات خوردگي فولاد.

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

4- بتن حاوي سنگدانه‌هاي واكنش­زا.

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

6- دال‌هاي كف كه توسط خشكه­پاشي دانه­هاي فلزي پرداخت مي‌شوند.

7- بتن­ريزي در هواي گرم.

8- بتن‌ريزي­هاي حجيم.

5-12 - ارزيابي و انتخاب شتاب­دهنده

در ارزيابي افزودني‌هاي شتاب­دهنده، علاوه بر موارد گفته شده در بخش 8-1فصل يکم، بايد در نظر داشت که به دليل اندرکنش اين افزودني­ها با آبگيري سيمان,مناسب­ترين روش براي ارزيابي و انتخاب شتاب­دهنده­ها استفاده از مخلوط­هاي آزمايشيو آزمون­هاي پيش از اجرا است. تکيه بر مدارک فني و تجربيات پيشين استفاده از يکنوع شتاب­دهنده به عنوان يک رهنمود و نه يک معيار براي ارزيابي مي­تواند مورد توجهقرار گيرد.

5-13 - كنترل كيفيت

يكنواختي و ثابت بودن مواد افزودني در مراحل مختلف پروژه و ارسال‌هايمتعدد به كارگاه بايستي كنترل شده و برابري آن با آزمايش‌هاي اوليه به اثبات برسد.آزمون­هاي لازم براي شناسايي و تاييد افزودني‌ها شامل: تعيين درصد مواد جامد، غلظتظاهري، طيف سنجي براي مواد آلي، مقدار كلرايد، درصد قليايي­ها (يون سديم و پتاسيم),درجه قليايي (pH)، و برخي از موارد ديگرهستند. آيين نامه‌هاي معتبر بين‌المللي و استاندارد‌هاي ساختماني ايران^[10] راهنمايي‌هاي لازم براي تعيينيكنواختي افزودني‌هاي شيميايي را به تفصيل بيان نموده‌اند. معمولا با كنترل رنگ،بو، شكل ظاهري و اندازه‌گيري غلظت و مقدار pHمي‌توان يكنواختي محموله‌هاي مختلف افزودني‌هاي وارده به كارگاه را تاييد يا ردكرد.

چنانچه شتاب­دهنده­اي براي مدت زماني طولاني انبار شده باشد و گرانروي, بويا رنگ ناهنجار داشته باشد بايد پيش از مصرف مورد آزمايش قرار گيرد.

5-14 - مراجع

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

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

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

4- Rixom, R. andMailvaganam, N. "CHEMICAL ADMIXTUIRES FOR CONCRETE", 3^rdEd., 1999, E & EN SPON.

5- Hewlett, "Lea'sChemistry of Cement and 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 in Concrete", 1995.

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

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

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

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

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