انواع روان کننده بتن

از دهه 30 میلادی، مواد روان‌کننده و خواص آن در بتن شناخته شدند و قبل از رواج کاربرد این مواد در بتن، امکان تغییر کارایی بتن فقط با تغییر مقدار آب و نسبت آب به سیمان متصور بود. اگر عیار سیمان ثابت نگه داشته شود، با افزایش مقدار آب کارایی زیاد می‌گردد، اما افزایش نسبت آب به سیمان کاهش مقاومت و دوام بتن را به همراه خواهد داشت. همچنین در صورت ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان، باید عیار سیمان هم زیاد شود که در این حالت نیز افزایش سیمان در مخلوط باعث مشکلاتی مانند جمع‌شدگی زیاد، گرمازایی و ... می‌گردد. با شناخت مواد روان‌کننده و رواج مصرف آن تحول بزرگی در صنعت بتن رخ داد و افزایش کارایی بتن بدون تغییر در نسبت آب به سیمان و دستیابی به مقاومت و دوام مناسب امکان‌پذیر شد.

روان کننده بتن درواقع ماده‌ ای است که به مواد بتنی یا دیگر مواد افزوده می ‌شود تا بتن نرم شود و خاصیت شکل پذیری آن‌ افزایش یابد، علاوه بر آن حالت چسبندگی را در یتن کاهش داده و از اصطکاک حین کار در آن‌ کم می کند. روان کننده‌ ها معمولاً به پلیمرهایی مانند پلاستیک و یا به منظور سهولت در کار با مواد اولیه در حین ساخت و همچنین برای تأمین خواسته‌ های کاربردی به بتن اضافه می‌ شوند. این مواد اغلب به فرمولاسیون ‌های بتنی اضافه می‌ شود تا باعث کارایی بیشتر و سیال شدن آن ‌ها برای ریخته گری شود. این مصالح اغلب قبل از قالب ‌گیری و شکل‌ پذیری به خاک رس، گچ و سایر خمیرها افزوده خواهد شد که البته برای این کاربردها، روان کننده ‌ها تا حد زیادی با مواد پخش کننده همپوشانی دارند

                                                                                                                                                                    روان کننده ها در بتن به منظور دست یابی به یک یا چند مورد از موارد ذیل در بتن مورد استفاده قرار می گیرد:

کاهش نسبت آب به سیمان با حفظ کارایی و رسیدن به مقاومتی بالاتر

بالا بردن کارایی و سادگی بتن ریزی در قالب خصوصا در سازه های بتن آرمه با میلگرد فشرده و موقعیت های غیر قابل دسترس

کاهش مقدار سیمان مصرفی با حفظ کارایی و در نتیجه کاهش حرارت ناشی از هیدراتاسیون در بتن

طابق با آیین نامه بتن ایران کاهنده های معمولی (روان کننده ها) حداقل 5 درصد و کاهنده های قوی (فوق روان کننده ها) حداقل 12 درصد آب اختلاط بتن را در کارایی ثابت ، نسبت به بتن شاهد تقلیل می دهند. افزودنی های کاهنده معمولی می تواند کندگیر کننده و یا تسریع کننده باشد در حالی که افزودنی های کاهنده قوی آب معمولا عملکرد کندگیر کننده دارند. در بتن های ساخته شده با بعضی از افزودنی های کاهنده آب ، با وجود کاهش مقدار آب ، افزایش قابل توجه در میزان جمع شدگی خشک بتن قابل مشاهده است.

مقررات ملی ساختمان حداکثر میزان مصرف مواد افزودنی را 5 درصد وزنی سیمان تعیین کرده است. استفاده از کلرید کلسیم فقط در بتن بدون فولاد مجاز است و حداکثر مقدار مصرف آن 2 درصد وزنی سیمان است. در هر حال مواد افزودنی نباید بیشتر از مقداری که تولید کننده مشخص کرده است مصرف شوند.

هنگامی که بتنی با نسبت آب به سیمان پایین ساخته می شود چنانچه از روان کننده در این بتن استفاده نگردد بتنی با یکنواختی یکسان به دست نمی آید. زیرا اولا آب دارای کشش سطحی زیاد است و ثانیا ذرات سیمان تمایل به جمع شدگی و به هم پیوستن و تشکیل گلوله های سیمانی را دارند. برای رفع این مشکل استفاده از روان کننده ها در بتن بسیار کارساز خواهد بود.

عملکرد اینگونه مواد افزودنی در بتن به این صورت است که این مواد همراه با آب جذب سطح سیمان می شوند و در سطح مشترک دو فاز آمیخته نشدنی بار منفی ایجاد می نماید و نیروهای فیزیکی و شیمیایی موثر بر سطح مشترک را تغییر می دهند. این بار منفی ایجاد شده نیروی دافعه ای بین کلیه ذرات بتن ایجاد می نماید و موجب پراکنده شدن آن ها و باعث پخش و یکنواختی بیشتر بتن می گردد. در اثر این بار منفی ایجاد شده ، حباب های هوا نیز دفع شده و نمی توانند به ذرات سیمان بچسبند و این بار منفی ایجاد شده از لخته شدگی که باعث محبوس شد قسمتی از آب بتن و متمرکز شدن بتن در یک محل می گردد جلوگیری می نماید در نتیجه به علت پخش شدن یکنواخت سیمان مساحت سطح سیمان را که می تواند در مقاومت شرکت کند افزایش می یابد و از طرف دیگر به علت عدم محبوس شدن آب در بین ذرات سیمان ، آب موجود برای هیدراتاسیون افزایش می یابد.

اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده در محل ساخت بتن : یکی از فواید اضافه کردن افزودنی های فوق روان کننده در محل تولید بتن این است که کنترل روانی بتن معمولاً توسط یک فرد مشخص انجام میشود.  در واحد مرکزی تولید بتن باید دستورالعمل ها و روش های برای اندازه گیری و کنترل نسبت آب به سیمان و اسلامپ بتن پیش از اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده وجود داشته باشد.  این روش ها میتواند شامل اندازه گیری اسلامپ سنج باشد . اسلامپ سنج دستگاهی مکانیکی است که معمولا در واحد های مرکزی تولید بتن استفاده شده شده و برای تخمین مقدار اسلامپ بتن از روی جریان الکتریکی مورد نیاز برای چرخش تیغه های مخلوط کن به کار می رود . در صورتی که از افزودنی های دیگری نیز در کنار افزودنی فوق روان کننده گردد، این افزودنی ها باید به صورت جداگانه در مخلوط کن اضافه شوند به صورتی که در حین توزیع بایکدیگر تماسی پیدا نکنند.

اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده در پای کار: در صورتیکه افزودنی فوق روان کننده در پای کار به مخلوط بتنی اضافه کردن اقدامات ابتدایی باید مطابق با آنچه پیش از این گفته شد انجام گردد از سوی دیگر در صورتیکه برای اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده از مخازن متصل به تراک  استفاده می شود اقدامات دیگری نیز باید در دستور کار قرار داده شوند. با توجه به اینکه این اقدامات چندان رایج نمی باشند رانندگان تراک  باید از قبل برای انجام این اقدامات آموزش های لازم را دیده باشند معمولاً در کارگاههای تولید بتن آماده افزودنی فوق روان کننده به وسیله پیمانه های توزین شده و توسط راننده در مخزن تراک ریخته می شود این فرآیند نیازمند هماهنگی هایی بوده راننده تراک باید از قبل نسبت به دریافت افزودنی فوق روان کننده بار بتن  آگاه شده باشد علاوه بر این رانندگان کامیون مخلوط کن باید آشنایی های لازم جهت کار کردن با شیر آلات و تجهیزات مربوط به  مخزن افزودنی را کسب کرده و از اینکه افزودنی به درستی در مخزن متصل به تراک تخلیه شده است مطمئن گردند.

در پای کار و پیش از اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده اسلامپ بتن باید اندازه گیری شده تا از قرار گرفتن روانی به تن در محدوده هدف معمولاً در محدوده 50 تا 75 میلیمتر اطمینان حاصل شود آغاز عملیات ساخت بتن باید نسبت به اقداماتی که میتوان در صورت عدم دستیابی به اسلام به هدف انجام داد تصمیم گیری بهترین نتیجه افزودنی به طور مستقیم بر روی بتن تخلیه گردد برای این کار باید بخش مخلوط کن کامیون در جهت مخالف بچرخد تا بهتون به سمت انتهای مخلوط کن آمده و امکان اضافه کردن افزود نیز به طور مستقیم بر روی بتن فراهم گردد در حین تخلیه افزودنی درون مخزن تراک  باید مراقب بود که برخورد افزودنی با تیغه مخلوط کن موجب سرازیر شدن افزودنی از شوت تراک  نگردد در چنین شرایطی در صورتیکه تراک در محل تخلیه بتن باشد احتمال تجمعی افزودنی در پمپ بتن و یا در بخشی از باکت  بتن ریزی وجود دارد بار بتن باید با سرعت اختلاط 18 تا 22 دور  در دقیقه مخلوط شده و تا زمانی که به توان مطمئن بود که روانی بتن در کل بار یکسان است عملیات اختلاط انجام گیرد چنین وضعیتی معمولاً نیازمند 70 تا 100 اختلاط در تراک می باشد.

مکانیزم عملکرد

مکانیزم کار افزودنی‌های فوق‌کاهنده آب با اساس نفتالین و ملامین بر پایه جذب سطحی قسمت آنیونی افزودنی و سطح تماس آن با آب خالص است و به سطح مشترک آنها بستگی دارد. سر غیرقطبی پلیمر قسمتی است که باعث جذب سطح سیمان می‌شود و آب‌دوست بودن این قسمت سبب میل مخلوط به سوی انحلال می‌شود. تأثیر اساسی را افزایش بار منفی روی دانه‌های سیمان می‌گذارد بدین ترتیب که ذرات سیمان یکدیگر را دفع می‌کنند (دافعه الکترواستاتیکی) و پراکندگی بوجود می‌آید. بنابراین نیاز به آب کمتر شده که برای تهیه بتن با کارایی مناسب یک عامل ایده آل محسوب می‌شود. بدون استفاده از افزودنی‌های فوق‌کاهنده آب، این ذرات ریز گرایش به لخته شدن دارند که این پدیده اقتضای جاذبه نیروهای مخالف سطح ذرات مجاور است. افزودنی‌های فوق‌کاهنده آب با اساس کربوکسیلیک بیش از افزودنی‌های فوق‌کاهنده آب با اساس نفتالین یا ملامین، مکانیزم دوگانه الکترواستاتیک و دافعه را تقویت می‌نمایند و پراکندگی سیمان را کنترل می‌کنند. علاوه بر دافعه الکترواستاتیک، طرز قرار گرفتن مولکول‌ها و زنجیره فواصل آنها را نیز تنظیم می‌کند (طرز استقرار اجزاء اتم در فضا به واسطه دافعه) و این عامل به طور فیزیکی کمک می‌کند تا ذرات سیمان جدا از یکدیگر بمانند و این اجازه می‌دهد تا آب سطح تماس بیشتری از سیمان را احاطه کند.

مکانیزم عملکرد مواد فوق‌روان‌کننده (فوق کاهنده آب) اساساً به قابلیت آنها در جذب سطحی ذرات سیمان و اصلاح خواص و رفتار رئولوژی ماتریس سیمان مربوط است. مقدار و قدرت جذب سطحی این مواد بستگی به ترکیب شیمیایی و معدنی سیمان، ریزی آن و همچنین مقدار فاز C3A دارد.

تحقیقات نشان داده است که آلومینات کلسیم موجود در سیمان به سرعت مولکول‌های افزودنی فوق‌روان‌کننده (فوق‌کاهنده آب) را جذب می‌کند، حال آنکه سیلیکات‌های کلسیم در ساعات اولیه هیدراسیون فقط مقدار کمی از این مواد را به خود جذب می‌کنند.

افزایش روانی و کارایی بتن که با استفاده از این مواد بدست می‌آید را می‌توان به علل زیر مربوط دانست.

- به مقدار پتانسیل زتا (zeta) در لایه دوگانه الکتریکی که در سطح ذرات سیمان توسط گروه‌های قطبی زنجیره‌های فوق‌روان‌کننده جذب شده شکل گرفته است.

- به وزن مولکولی ماده افزودنی فوق‌روان‌کننده (فوق‌کاهنده آب)

افت کارایی در مخلوط به روند کند کردن هیدراسیون سیمان بوسیله این مواد مربوط می‌شود. با کند شدن هیدراسیون افت کارایی کمتری در بتن تازه رخ می‌دهد.

توصیه‌هاي مصرف

معمولاً زمانی که برای تهیه یک بتن مناسب از افزودنی فوق‌کاهنده آب استفاده می‌شود، جداشدگی اتفاق نمی‌افتد. با این وجود در نظر نگرفتن پیش بینی‌های لازم و عدم احتیاط می‌تواند سبب جداشدگی شود. نامتناسب بودن اجزاء بتن و اختلاط ناقص می‌تواند سبب آب‌انداختگی و جداشدگی شود.

تناسب نادرست اجزاء بتن ممکن است در بتن‌های با اسلامپ کم آشکار نباشد، اما در بتن‌های روان با اسلامپ زیاد این نقص‌ها و کمبودها اهمیت پیدا می‌کنند و می‌توانند سبب جداشدگی و یا آب‌انداختگی شوند. به همین علت است که جداشدگی در بتن‌های روان که با افزودنی‌های فوق‌کاهنده آب ساخته می‌شوند، بیشتر مشاهده می‌شود. یک راه برای اطمینان یافتن از عدم جداشدگی، افزایش سنگدانه‌های ریز و استفاده از مصالح و سنگدانه‌ها با سطح زبرتر و توجه به دانه‌بندی سنگدانه و مواد ریز بتن است.

استفاده از یک افزودنی فوق‌روان‌کننده/فوق کاهنده آب برای افزایش اسلامپ نباید سبب افزایش آب‌انداختگی در یک بتن با نسبت‌های مناسب شود. به همین علت، در هنگام کار با افزودنی‌هایی از نوع نمک اسیدهای کربوکسیلیک و هیدروکربوکسیلیک که میل به افزایش آب‌انداختگی بتن دارند باید توجه لازم را نمود. آب‌انداختگی را می‌توان از طریق تغییر ترکیب اجزاء بتن که در جلوگیری از جداشدگی نیز مؤثر است، کاهش داد