انواع افزودنیهای شیمیایی بتن (روانکننده، فوق روانکننده، زودگیر، دیرگیر) + کاربردهای آن
افزودنیهای شیمیایی بتن شامل افزودنیهای عملآورنده، افزودنیهای تسهیلکننده پمپپذیری بتن، افزودنیهای بتن پاششی و افزودنیهای کاهنده جمعشدگی و … میباشند؛ داخل این مقاله از بلاگ کارخانه بتن آماده سنگ شکن غرب به بررسی کامل مواد افزودنی شیمیایی بتن میپردازیم.
افزودنیهای بتن به دو بخش کلی افزودنیهای معدنی و شیمیایی تقسیمبندی میشوند. دسته دوم مواد افزودنی که شیمیایی میباشند که در صنعت بتن پرمصرف میباشد. افزودنیهای شیمیایی بتن بر حسب درصد وزنی سیمان محاسبه میگردد، به این معنی که بر اساس مقدار مورد نیاز از چند دهم درصد تا 2 الی نهایتاً 5/2 درصد سیمان به طرح اختلاط اضافه میگردد.
در دنیای امروزی بتن به عنوان یکی از کاربردی ترین مصالح ساختمانی تلقی میشود. بتن رفتاری پیچیده و به مسائلی ماننده شرایط محیطی، نوع مصالح و روش اجرا دارد. در دهه های گذشته با پیشرفت دانش شیمی و علم مواد، استفاده از افزودنیهای شیمیایی به عنوان ابزاری مهم و کارآمد برای کنترل کارایی و کنترل خواص بتن به کار میرود. این افزودنیها حتی در مقادیر کم میتوانند عملکرد بتن را در حالت تازه و سختشده به طرز قابل توجهی تغییر دهند.
در واقع، افزودنیهای شیمیایی پلی میان علم و تجربه در فناوری بتن هستند. با درک دقیق از نوع و میزان مصرف هر افزودنی، میتوان به بتنهایی با مقاومت بیشتر، دوام بالاتر و رفتار قابل کنترلتر دست یافت؛ چه در شرایط سخت اقلیمی مانند هوای سرد و چه در پروژههای بزرگ با الزامات زمانی خاص.
انواع افزودنیهای شیمیایی بتن چیست؟
افزودنیهای شیمیایی موادی هستند که در زمان ساخت بتن، به جز سیمان، آب و سنگدانهها، به مخلوط بتن افزوده میشوند تا ویژگیهای بتن تازه یا سختشده را تغییر دهند و در نهایت عملکرد بتن را بهبود بخشد. این مواد معمولاً به صورت مایع یا پودر در مقادیر دقیق و کنترلشده استفاده میشوند. عموماً برای استفاده از افزودنیها در طرح مخلوط قبل از طراحی طرح اختلاط باید یک نمونه از طرح مخلوط مورد نظر را در مقادیر آزمایشی ساخته و ویژگیهای مورد نظر را آزمایش کنیم برخی از این آزمایشها برای بتن تازه عبارتاند از اسلامپ، درصد هوا، وزن مخصوص. همچنین برای بتن سخت شده میتوان از آزمایشهای مقاومت فشاری و جذب آب بتن را انجام دهیم. هدف اصلی از مصرف افزودنیها، دستیابی به عملکرد خاصی در بتن است که در حالت عادی، بدون آنها ممکن نیست.
به طور کلی افزودنیها را میتوان به شش گروه اصلی تقسیم کرد:
- افزودنیهای هوازا
- افزودنیهای کاهنده آب
- افزودنیهای فوقروانکننده
- افزودنیهای کندگیرکننده
- افزودنیهای شتابدهنده
- افزودنیهای خاص (مانند مهارکنندههای خوردگی، ضدیخها و کاهشدهندههای جمعشدگی)
افزودنیهای هوازا
در مواردی بسته به نیاز پروژه ایجاد حباب هوای عمدی در بتن مورد نیاز است؛ این افزودنیها با ایجاد حبابهای هوای ریز و یکنواخت در بتن، باعث افزایش دوام آن در برابر چرخههای یخزدگی و ذوب میشوند. این حبابها به عنوان فضاهای تخلیه جهت مهار فشار عمل کرده و از پوسته شدن یا ترکخوردن بتن در اثر انجماد آب جلوگیری میکنند. (کاربردی داخل فصول سرد سال به جهت افزایش دوام دربرابر سیکلهای ذوب و یخبندان)
بتنهای حاوی افزودنی هوازا برای سازههای در معرض بارندگی، رطوبت یا نمکهای یخزدا بسیار ضروری هستند. البته افزایش هوای محبوس، اندکی از مقاومت فشاری میکاهد؛ معمولاً هر یک درصد افزایش هوا حدود پنج درصد کاهش مقاومت ایجاد میکند. به همین دلیل، استفاده دقیق و تنظیم درست مقدار هوای هدف ضروری است.
افزودنیهای کاهنده آب در افزودنیهای شیمیایی بتن
هدف اصلی این افزودنیها کاهش مقدار آب اختلاط برای رسیدن به کارایی مورد نظر است. این مواد با کاهش چسبندگی میان ذرات سیمان و پخش یکنواخت آن، روانی بتن را افزایش میدهند بدون آنکه نسبت آب به سیمان بالا رود. نتیجه، بتنی با مقاومت بیشتر و نفوذپذیری کمتر است.
با انتخاب کاهنده های آب درست میتوان از این نوع افزودنی در آب و هوای گرم یا هنگام حملهای طولانی بتن استفاده کرد، زیرا افت اسلامپ را کنترل میکنند و جزو بهترین راهکارها برای بازیابی روانی خصوصا در شرایط آب و هوایی گرم سال میباشد در آییننامه ASTM C494 این مواد تحت عنوان Type A شناخته میشوند و اغلب در تمام پروژههای بتنی از مقیاس کوچک تا صنعتی کاربرد دارند.
افزودنیهای فوقروانکننده
فوقروانکنندهها نسل پیشرفتهای از کاهندههای آب هستند که میتوانند تا ۳۰ الی ۴۰ درصد از مقدار آب اختلاط را کاهش دهند. این افزودنیها امکان ساخت بتنهایی با عملکرد بهتر و بتنهای ویژه را فراهم میسازد، مانند بتنهای پرمقاومت، بتنهای فوقتوانمند و بتنهای خودتراکم.
در پروژههایی که نیاز به پمپپذیری بالا یا قالبهای متراکم دارند، این افزودنیها باعث یکنواختی خمیر سیمان و همگنی مخلوط، مقاومت، دوام و پرداختپذیری بهتر بتن میشوند. البته باید توجه داشت که برخی از این افزودنیها موجب افت سریع اسلامپ میشوند، بنابراین گاهی لازم است افزودنی در دو مرحله (در بچینگ و در کارگاه بصورت پایکــار) اضافه شود تا روانی و کارایی بتن حین پمپ و انتقال به محل اجرا حفظ گردد.
افزودنیهای کندگیرکننده
این نوع افزودنیها با کاهش سرعت واکنش هیدراسیون، زمان گیرش بتن را افزایش میدهند و به عبارتی فرآیند شیمیایی بتن را کند میکند؛ در شرایط آب و هوایی گرم یا در بتنریزیهای حجیم که زمان انتقال، تراکم یا پرداخت طولانی است، کندگیرها از گیرش زودرس و بروز ترکهای حرارتی جلوگیری میکنند و در نهایت فرصت بیشتری را برای انتقال، اجرا و تکامل فرآیند شیمیایی ایجاد مینماید. افزودنیهای کندگیر معمولاً با خاصیت کاهندگی آب ترکیب میشوند. استفاده از آنها به ویژه در مقاطع بزرگ مانند فونداسیونها یا سدها توصیه میشود تا زمان کافی برای عملیات پرداخت و تراکم وجود داشته باشد.
افزودنیهای شتابدهنده یا زودگیرکننده
برخلاف کندگیرها، شتابدهندهها برای تسریع گیرش و افزایش سرعت کسب مقاومت اولیه استفاده میشوند. این افزودنیها به خصوص در هوای سرد یا در پروژههایی که نیاز به باز کردن سریع قالبها دارند، اهمیت ویژهای دارند. رایجترین شتابدهنده، کلرید کلسیم (CaCl₂) است که در بتنهای غیرمسلح مجاز بوده و معمولاً تا ۲ درصد وزن سیمان استفاده میشود. اما در بتنهای مسلح و پیشتنیده به دلیل وجود کلر و احتمال خوردگی میلگرد، باید از شتابدهندههای بدون کلرید استفاده شود. این افزودنیها کمک میکنند بتن در ساعات اولیه به مقاومت لازم برای جلوگیری از یخزدگی برسد و خطر آسیب در سنین پایین کاهش یابد.
افزودنیهای خاص
علاوه بر انواع اصلی، افزودنیهای ویژهای نیز وجود دارند که برای کاربردهای خاص استفاده میشوند. این نوع از افزودنیهای در فازهای مختلف بتن کاربرد دارند؛ برای نمونه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- افزودنیهای عملآورنده بتن: جهت ایجاد غشایی روی سطح جهت کیورینگ بتن
- مهارکنندههای خوردگی: برای افزایش دوام در سازههای دریایی و بتن در تماس با یون کلرید.
- کاهشدهندههای جمعشدگی: برای جلوگیری از ترکهای ناشی از خشکشدن و جمعشدگی.
- افزودنیهای ضدیخ: در بتنریزیهای در آب و هوای سرد میتوان از این نوع افزودنی ها استفاده کرد تا از یخ زدن بتن جلوگیری کنند.
- افزودنیهای کنترلکننده ویسکوزیته و بهبود دهنده رئولوژی: برای اصلاح رفتار جریان بتنهای روان و بتنهای خودتراکم.
این افزودنیها بسته به نظر کارشناس بتن و شرایط پروژه و نوع سازه، میتوانند کیفیت بتن را به شکل قابل توجهی ارتقا دهند. لازم به ذکر است در برخی موارد استفاده از افزودنیهای بتن، امری ضروری برای دستیابی به حداقل مشخصات بتن میباشد.
ملاحظات مهم در استفاده از افزودنیهای شیمیایی بتن
استفاده از افزودنیهای شیمیایی باید همراه با شناخت کامل از سازگاری با سیمان، مقدار مصرف، زمان افزودن و شرایط محیطی باشد. در پروژههای واقعی، افزودنیها نباید بدون آزمایش میدانی و تأیید فنی مورد استفاده قرار گیرند. لازم است نمونههایی در شرایط مشابه کارگاهی ساخته شوند و مقاومتهای ۳، ۷ و 28 روزه ارزیابی گردد.
در هوای سرد، استفاده از شتابدهندههای بدون کلرید در کنار فوقروانکنندهها، روشی مطمئن برای حفظ کارایی و تسریع گیرش است. همچنین، وجود افزودنی هوازا برای بتنهای در معرض یخزدگی ضروری است تا دوام طولانیمدت بتن حفظ شود. باید توجه داشت که این افزایش در درصد هوا، مقاومت را به طور فاحشی کاهش ندهد. همیشه باید به یاد داشت که افزودنیها جایگزین مدیریت اجرایی صحیح نیستند. این مواد تنها ابزارهایی هستند که در کنار طرح اختلاط دقیق، عملآوری مناسب و کنترل دمای بتن میتوانند کیفیت نهایی را تضمین کنند.
جمعبندی
افزودنیهای شیمیایی نقشی کلیدی در کنترل رفتار بتن دارند. با انتخاب درست و مصرف دقیق آنها، میتوان مشخصات بتن را ارتقا داد و بسیاری از مشکلات اجرایی مانند گیرش زودرس، افت کارایی، یخزدگی یا ضعف مقاومت اولیه را برطرف کرد. امروزه واژه بتن، مفهومی پیچیدهتر و عمیقتر تلقی میشود و دیگر ترکیبی ساده از آب، سیمان و سنگدانه نیست؛ بلکه محصولی مهندسیشده است که با درک علمی از افزودنیها میتواند با هر شرایطی سازگار شود. از مقاومت در هوای سرد گرفته تا روانی بالا در مقاطع متراکم، افزودنیها مسیر دستیابی به بتن بادوام و کارآمد را هموار کردهاند.
