بخشی از مقاله
مواد افزودني در پروژه هاي سد سازي
(کاربرد، مکانيزم واکنش، عوامل موثر بر عملکرد، معيارهاي انتخاب)
چکيده :
امتيازات فيزيکي و اقتصادي قابل ملاحظه اي که مواد افزودني براي بتن ايجاد مي کند و همچنين در بسياري موارد، مزاياي فني موجب رشد روز افزون کاربرد اين مواد در بتن شده است. اين مواد نه تنها امکان به کار بردن بتن را در شرايط پيچيده فراهم کرده اند که پيش از آن امکان استفاده از بتن در اين شرايط به دلايل مختلف فني وجود نداشت، بلکه امکان استفاده از گستره وسيع تري از مواد متشکله در مخلوط بتن را نيز به وجود آورده اند. سدها به علت نقش اساسي که در سيستم
اقتصادي، اجتماعي، سياسي کشور دارند و نيز به علت سرمايه گذاري کلاني که براي ساخت آنها مي شود، جز سازه هاي استراتژيکي محسوب مي شوند که لازم است از عملکرد و دوام مناسبي در دراز مدت برخوردارمي باشند.
ملاحظات اقتصادي مانند استفاده از مصالح در دسترس و کاهش مصرف سيمان، ضوابظ پايايي از جمله هوازايي، کاهش نفوذپذيري، آب بندي و کاهش نسبت آب به مواد سيماني، استفاده از مواد کمک سيماني مانند پوزولانها ، سرباره و دوده سيلسي براي بهبود خواص وپايايي بتن که
عموما منجر به افزايش آب مورد نياز مخلوط مي شوند، بهبود شرايط اجرايي مانند حمل و نقل، ريختن ومتراکم کردن بتن، بهبود خواص فيزيکي، مکانيکي و شيميايي بتن و امکان ادامه عمليات اجرايي و بتن ريزي در شرايط آب و هوايي مختلف از جمله مواردي هستند که استفاده از مواد افزودني در پروژه هاي سد سازي را اجتناب پذير مي کنند.
با توجه به اندرکنش مواد افزودني با مواد سيماني و ساير اجزاي تشکيل دهنده بتن و از آنجا که گستره وسيعي از مواد افزودني با نامهاي تجاري گوناگون موجود و در دسترس مي باشند، آگاهي از خصوصيات کلي، مکانيزم واکنش و عوامل مو ثر بر عملکرد اين مواد مي تواند در انتخاب آنها براي يک پروژه خاص، به ويژه پروژه سد سازي، سودمند باشد.
در اين مقاله پس از بررسي کاربرد، مکانيزم واکنش و عوامل موثر بر عملکرد مواد افزودني
متداول در پروژه هاي سد سازي، راهکارهايي براي انتخاب اين مواد براي يک پروژه سدسازي ارايه مي گردد.
۱- مقدمه
بتن يکي از مهمترين يکي از فراگيرترين مصالح ساختماني است که مصرف آن در پروژه هاي مختلف عمراني همگام با پيشرفت تکنولوژي رشد روزافزوني دارد.
امروزه براي بهبود خواص بتن، بالابردن کيفيت آن، کاهش نارسايي ها و تغيير بعضي از مشخصه هاي بتن از مواد افزودني موادي تغير از آب سنگدانه سيمان هيدروليکي و الياف هستند که (ACI ۱۱۶R) استفاده مي شود. مواد افزودني بنا به تعريف درست پيش از اختلاط يا درحين اختلاط به بتن افزوده مي شوند.
مواد افزودني به دو دسته کلي
١. مواد معدني
٢. مواد افزودني شيميايي
تقسيم مي شوند.
مواد افزودني شيميايي نيز بر حسب نوع عملکرد خود به گروه هاي مختلف (مانند هوازا، کاهنده هاي آب، کنگدگيرنده ها و …) تقسيم مي شوند. بررسي قرارخواهد گرفت. در انتها ملاحظاتي درباره کابرد اين نوع افزودني ها و راهکاري براي انتخاب مناسب آنها براي يک پروژه سدسازي ارايه مي گردد.
۲- دلايل کاربرد مواد افزوني در بتن سدها امتيازات فيزيکي و اقتصادي قابل ملاحظه اي که مواد افزودني براي بتن ايجاد مي کنند از يک سو و در بسياري موارد مزاياي فني از ديگر سو، موجبات رشد روزافزون کاربرد، اين مواد را در بتن فراهم آورده اند بلکه امکان استفاده وسيع تري از مواد متشکله در مخلوط را نيز بوجود آورده اند.
بطور کلي دلايل و مزاياي حاصل از استفاده مواد افزودني در بتن مصرفي در پروژه هاي سدسازي را مي توان به شرح زير دسته بندي کرد:
ملاحظات اقتصادي:
اغلب سعي مي شود که سنگدانه مورد نياز پروژه سدسازي را از منابع قرضه هاي نزديک به ساختگاه سد تامين شود. دستيابي به مشخصات مورد نظر سنگدانه پرهزينه و در شرايطي بسته به خصوصيات قرضه، ممکن است غير عملي باشد با استفاده از مواد افزودني مي توان بر بسياري از نارسايي هاي فيزيکي وشيميايي سنگدانه موجود غلبه کرد و از همان مصالح در دسترس براي ساخت بتن استفاده کرد. تحقيقات انجام شده توسط پرهيزکار و همکاران بيانگر اين واقعيت ايت که دوده سيليسي به عنوان يک افزودني معدني مي تواند به ميزان قابل توجهي انبساط ناشي از واکنش قليايي سنگدانه را کاهش دهد.با استفاده ازمواد افزودني شيميايي نيز مي توان بر بسياري از نقايص فيزيکي سنگدانه ها مانند کمبود ريز دانه ها غلبه کرد.بديهي است که در اين موارد بايد بين هزينه دستيابي به مشخصات مورد نظر از طريق تغيير قرضه، نصب تجهيزات اضافي، طولاني تر کردن فرايند توليد سنگدانه ازيک سو و بهبود خواص سنگدانه موجود با استفاده از مواد افزودني از سوي ديگر يک مقايسه اقتصادي انجام گيرد.
بهبود خواص بتن سخت شده:
استفاده از مواد افزودني خواص فيزيكي ، مكانيكي و شي ميايي بتن را ب
ه نحوي چشمگيري بهبود مي بخشد . مواد افزودني كاهنده آب با كاهش نسبت به آب به مواد سيماني و كاهش تخلخل بتن ،خواص مكانيكي آن مانند مقاومت فشاري، خمشي و سايشي را ( رمضانيان پور- ١٣٦٨ ) بهبود مي بخشند
كنترل گرمازايي در بتن حجيم: براي كاهش گرماي ناش ي از هيدراسيون در بتن هاي حجيم بايد از سيمان هاي با گرما زايي كم مانند پرتلند نوع ٤ و سيمان پوزلاني استفاده كرد . از آنجا كه سيمان پرتلند نوع ٤ در ايران توليد نمي شوديك راه عملي براي كاهش حرارت ناشي از هيدراسيون، كاستن از مقدار سيمان مصرفي در بتن است بدون آنكه لطمه اي به خواص بتن تازه و سخت شده وارد شود . اينكار با استفاده از مواد افزودني كاهنده آب و فوق روان كننده ها ام
كان پذير است . در صورت استفاده از سيمانهاي پوزلاني نيز، چون مقدار آب مورد نيازاستفاده از مواد كاهنده آب براي حفظ نسبت به آب مواد سيماني و نيز بهبود (Famili et at ۲۰۰۰) اين سيمانها بيشتر مي باشد كارآيي سودمند خواهد بود . استفاده از مواد افزودني كندگير كننده در كاهش سرعت گرمازايي در سنين اوليه (تا ٧ روز ) بسيار موثراست .بديهي است كه اين مواد تاثيري در كاهش مقدار كل گرماي حاصل نخواهد داشت .
چگونگي تاثير مواد افزودني شيميايي در بتن
مواد افزودني شيميايي را مي توان بر حسب چگونگي تاثير آنها در بتن به دو گروه:
١. مواد افزودني با اثر فيزيكي
٢. مواد افزودني با اثر شيميايي در بتن تقسيم كرد :
مواد افزودني كه اثر فيزيكي در بتن دارند معمولا مواد اثر كنن ده بر سطح هستند اينها مواد هستندكه در سطح مشترك بين دو فازآميخته نشدني متمركز مي شوند و نيروهاي فيزيكي - شيميايي موثر براين سطح مشترك را تغيير مي دهند اين مواد موجب كاهش نيروي كشش سطحي بيم مايع و جامد و يامايع و گاز مي شوند و باعث روان شدن بتن مي شوند يا ايجاد حباب هوا را بتن ميسر ميسازند. اين موادتغييري در روند هيدراسيون سيمان بوجود نمي آورند.
مواد افزودني كه اثر شيميايي در بتن دارند، موجب تغيير در روند هيدراسيون سيمان مي شوند .اين تغيير مي تواند در تاخير گيرش و يا تسريع گيرش و سخت شدن موثر باشد . به اين ترتيب مي توان زمان قابل كاركردن با بتن را كنترل كرد . و يا مقاومت هاي اوليه آنرا تغيير داد .
روان كننده ها و فوق روان كننده ها ( خوازاهاو كاهنده هاي نفوذپذيري ) بطور كلي مي توان گفت كه مواد افزودني كاهنده آب زودگيركننده ها و زود سخت كنندها ( اثر شيميايي در تن ) داراي اثر فيزيكي هستند و مواد افزودني كندگير كننده و تسريع كننده دارند. مواد افزودني كمك كننده تزريق داراي هر دو اثرفيزيكي و شيميايي هستند.
نوع تاثير:
فيزيكي
شيميايي
فيزيكي- شيميايي
نوع افزودنی:
كاهنده هاي آب
هوازاها
كاهنده هاي نفوذپذيري
كندگير كننده ها
كمك كننده هاي تزريق
هيدراسيون سيمان
از آنجا كه اندر كنش مواد افزودني و سيمان تاثير مستقيمي بر عملكرد مواد افزودني دارد، شيشه شايسته است كه ابتدا هيراسيون سيماني بطور اجمالي مورد بررسي قرار گيرد.
هيدراسيون عبارت است كه تركيب شدن آب با اجزاي تشكيل دهنده سيمان كه درنتيجه اين واكنش شيميايي ، عمل گيرش و سخت شدن انجام مي گيرد با وجود تحقيقات زيادي كه در مورد روندهي دراسيون سيمان انجام شده است تاكنون اين پديده به طوركامل شناخته نشده است و اختلاف نظرهايي كه مورد جزئيات آن وجود دارد . ولي جدا از اين اختلاف نظرها، روند كلي هيراسيون رامي توان به ترتيب زير توصيف كرد .
مرحله اول :
در اثر اختلاط سيمان با آب ، سولفات بصورت محلول در آمده و با آلومينات كلسيم وآلومينوفريت موجود در سيمان تركيب وجود اترينگايت را مي توان حدود ٣٠ ثانيه بعد از مخلوط . مي دهد ( اترينگايت ) شده و تشكيل سولفور آلومينات كلسيم نامحلول.( رمضانيان پور و همكاران ، ١٣٦٧ ). كردن سيمان با آب مشاهده كرد.
كريستالهاي اترينگايت در ابتدا بصورت رشته هاي نازك سوزني شكل هستند، با رشد اين كريستالها گيرش سيمان نيز آغاز مي هيدروكسيد كلسيم ساخته مي شود . (C۳۲ به ويژه ) شود. علاوه بر اين همانند بتدا بر اثر تركيب شدن آب با سيليكاتهاي سيمان
مرحله دوم :
را مشاهده كرد . اين ( CSH ) تقريب يك ساعت پس از اختلاط آ ب با سيمان مي توان كريستالهاي سيليكات كلسيم هيدراته
كريستالها كه بر اثر هيدراسيون سيليكاتهاي سيمان بوجود مي آيند در ابتدابه صورت رشته هاي نازكي هستند كه به راحتي در فضاي بين دانه هاي سيمان كه پر از آب است ، حركت و رشد مي كند با به هم چسبيدن اين رشته ها به يكديگر و چسبيدن آنها به ذرات سيمان
هيدراته نشده وساير محصولات هيدراسيون، بافت متخلخلي پديد مي آيد كه بر اثر ادامه هيدراسيون اين بافت متراكم ترمي شود مقاومت اوليه سيمان ناشي از رشد همين بافت اوليه است.
مرحله سوم:
در اين مرحله بر ا ثر ادامه عمل هيدراسيون ، داخل حفرات و خلل و فرجها پر مي شود و بتن متراكم تر غير قاب نفوذتر مي شود ومقاومت آن افزايش مي يابد .
آشنايي با مكانيزم واكنش و چگونگي تاثير مواد افزودني شيميايي در بتن و شناخت عوامل موثربر عملكرد آنها در بكارگيري مناسب تر آنها مفيد است .
مواد افزودني با اثر فيزيكي در بتن
مواد سيماني به همراه ريزترين مصالح سنگي )كمتر از ٢٥٠ ميكرون (، ريزدانه هاي بتن را تشكيل مي دهند . اين مواد ريز نقش تعيين كننده اي در ميزان آب ، كارآيي و تراكم بتن دارند . از آنجا كه موادافزودني كه با اثر فيزيكي نيز باعث تغيير خواص ياد شده مي شوند، لذا ريزدانه هاي بتن و مواد افزودني داراي اثر فيزيكي ، بر روي يكديگر اندكنش خواهند داشت .
مواد افزودني هوا زا
مولكولهاي قطبي آب نيز تمايل شديدي به جذب يكديگر دارند و براي جدا كردن آنها از يكديگربه انرژي قابل ملاحظه اي نياز است ، بنابراين آب داراي انرژي سطحي )كشش سطحي ( زيادي است مكانيزم واكنش افزودني هوازا كاهش كشش سطحي آب است .و يكسر آنها (hydrophobic) ” آب گريز ” مواد افزودني هوازا از مولكولهاي زنجيره طويلي تشكيل شده اند كه يكسر آنهااست . سر آب دوست آنها جذب مول كولهاي آب مي شود و سر آب گريز آنها موجب كاهش (hydrophilbic) ” آب دوست “كشش سطحي آب مي شود. كاهش كشش سطحي آب امكان ايجاد حباب هوا را ميسر مي سازد.
بامقاومت و الاستيسيته كافي در اطراف حبابهاي هوا پديد ( مانند حباب صابون ) مواد افزودني خوازا يك فيلم محكم و دافع آب مي آورد، بگونه اي كه حبابهاي هوا را در برگرفته و پايدار مي كند و از به هم پيوستن حبابها نيز جلوگيري بعمل مي آورد .
خاصيت دافع آب بودن اين فيلم از ورود آب به داخل حباب هوا جلوگيري مي كند . عمل هم زدن و اختلاط مخلوط موجب پراكنده شدن اين حبابها در بتن مي شود .حبابهاي هواي محبوس ، كه در همه بتن ها ايجاد مي شوند و در حقيقت تابعي از ويژگيهاي سنگدانه هستند، دارا
ي اندازه ١٠٠٠يا بيشتر هستند در حاليك حبابهاي هوايي كه به طور عمدي ايجاد مي شوند بطور عمده داراي قطري بين ١٠ تا ( ١ ميليمتر ) ميكرون ١٠٠ ميكرون هستند.
مواد افزودني روان كننده
جز فعال اصلي مواد افزودني روان كننده ، عوامل اثر كننده بر سطح است . اينها مواردي هستند كه در سطح مشترك بين دو فازآميخته نشدني متمركز مي شوند و نيروهاي فيزيكي - شيميايي موثر بر اين سطح را تغيير مي دهند . اين مواد جذب سطح دانه هاي سيمان مي ش مي شوند چگونگي تاثيرروان كننده ها برروي سيمان در شكل ٢ نشان داده شده است .
در مخلوطي كه از مواد روان كننده استفاده نشود، ذرات سيمان به يكديگر مي چسبند و لخته مي شوند . دراثر اين لخته شدگي قسمت از آب در فشاي بين ذرات لخته شده محبوس مي شود و از طرفي در نقاطي كه ذرات سيمان به يكديگر مي چسبند، سطح پيوستگي آنها براي هيداسيون اوليه در دسترس نمي باشد . مواد افزودني روان كننده با جلوگيري از لحته شدن ذرات سيمان ، مساحت سطح سيمان را ك ه مي تواند پذيرايي هيدارسيون اوليه باشد افزايش مي دهند و همچنين با جلوگيري از محبوس شدن درفضاي لخته شدگي ، مقدار لخته شدگي ، مقدار آب موجود براي هيدارسيون افزايش مي يابد بعلاوه بارمنفي ساكن اطراف ذرات سيمان سبب مي شود كه در اطراف هر ذره سيمان قشري از مولكو لهاي جهت داده شده آب ، كه از نزديك شدن ذرات به يكديگر جلوگيري مي نمايند. تشكيل گردد بنابراين ذرات سيمان قابليت تحرك بيشتر پيدا مي كنند و آب آزاد شده تحت اثر مجموعه لخته شده ، صرف روان سازي مخلوطي مي گردد و لذا كارآيي افزايش مي يابد.
مواد افزودني فوق روان كننده
مكانيزم واكنش فوق روان كننده ها شبيه مكانيزم واكنش روان كننده ها ولي با اثر قوي تر است . فوق روان كننده ها، پليمري هاي آلي محلول در آب هستند كه داراي رشته هاي دراز مولكولي هستند اين رشته هاي دراز مولكولي به دور ذرات سيمان مي پيچندو بار منفي زيادي به آنها مي دهند، به طوري كه يكديگر را دفع مي نمايند .اين امر منجر به پراكندگي و پخش سيمان مي گردد .
مواد افزودني با اثر شيميايي در بتن
همچنانكه گفته شد مواد افزودني با اثر ش يميايي در بتن بر روند هيداسيون سيمان تاثير مي گذارند . سيمانهاي مختلف داراي خواص شيميايي متفاوتي هستند و بنابراين واكنش هاي متفاوتي نسبت به مواد افزودني با خصوصيات شيميايي مختلف از خود نشان مي دهند .
مواد افزودني تسريع كننده موادد افزودني تسريع كننده سبب كاهش زمان گيرش ، افزايش
روند كسب مقاومت و يا هر دومي شوند . اين مواد در حقيقت روند هيدارسيون را تسريع مي كنند . بطور كلي اين مواد را مي توان به دودسته كلي مواد افزودني زودگير و مواد افزودني زود سخت كننده تقسيم كرد .
مواد افزودني زودگير (Setting accelerator)
مواد افزودني زودگير عموم با تسريع بين سولفات و آلوميناتها و تشكيل اترينگايت ، سرعت سخت شدن خمير سيمان را افزايش مي دهند . افزايش سرعت اين واكنش منجر به پديد آمدن كريستالهاي سوزني شكل كوچك اترينگايت مي شود . طول كريستالها دراين حالت ا ز طول كريستالهاي پديد آمده در خمير سيمان شاهد كوتاهتر خواهد بود . در هم فرو رفتن اين
اترينگايت هاي ظريف موجب تسريع زمان گيرش مي شود. كاربرد عمده اين مواد در بتن پاشي است .
(Hardening accelator) مواد افزودني سخت كننده موجب افزايش م قاومت هاي اوليه و نيز كاهش زمان گيرش مي شوند . تاثير اين مواد بر زمان C۳S اين مواد با تسريع واكنش گيرش كمتر از مواد افزودني زودگير است . مواد افزودني زود سخت كننده يا مانند كلريدها بعنوان يك كاتاليزور در واكنش عمل مي كنند و يا مانند كربناتها با هيدوكلسيم ت ركيب شده و كربنات كلسيم و يك قليايي نا محلول تشكيل مي C۳S هيدراسيون دهند. قليايي حاصل از واكنش موجب تسريع واكنش سيليكات و آلومينات مي شود.
عملكرد مواد افزودني در بتن
صرفنظر از جنس و مقدار مصرف مواد افزودني ، اجزاي تشكيل دهنده بتن ، شرايط محيطي، شرايط ساخت و حمل و ن حوه بتن ريزي نيز از جمله عواملي هستند كه بر عملكرد مواد افزودني در بتن تاثير مي گذارند.
مواد افزودني هوازا
مهمترين دليل هوازايي در بتن بهبود پايايي آن در برابر يخبندان و نمكهاي يخ زدا است . هنگاميكه آب يخ بزند، افزايش حجم پيدا مي كند . چنانچه تمهيداتي براي اين افزايش حجم در نظر گرفته نشود موجب پديد آمدن فشار در منافذ موبييه بتن مي شود . اگرمقدار اين فشار از مقاومت كششي بتن فراتررود سبب ايجاد ترك در بتن و در نهايت موجب فروپاشي بتن مي شود . تشكيل بلورهاي نيز موجب پديد آمدن فشار در بتن و خرابي بتن مي شود . حبابهاي هو ا در بتن فضاي ( ناشي از كاربرد نمكهاي يخ زدا ) نمك در بتن مورد نياز براي انبساط ناشي از يخ زدگي و فضاي لازم براي رشد بلورهاي نمك را فراهم مي آورد و از ايجاد فشار داخلي جلوگيري مي كند.
علاوه بر موارد گفته شده، هوازايي ساير خواص بتن را نيز، به ويژه براي مقاصد سدسازي ، بهبود مي بخشد.
كارآيي:
هوازايي كارآيي بتن به ويژه بتن هاي كم سيمان و خشن را بهبود مي بخشد . علت افزايش و بهبودكارآيي بتن و استفاده از مواد افزودني هوازا اين است كه حبابهاي هوا در اثر نيروهاي كشش سطحي كروي شكل مي شوند و مانند غلتكهاي با ا صطكاك سطحي كم و خاصيت الاستيسيته قابل ملاحظه ،عمل مي كنند. در حقيقت حباب هاي هوا نقش ريزدانه هاي بتن )مواد سيماني و ريزترين مصالح سنگي (را در كارآيي ياري مي كنند . همچنان كه در شكل سه نشان داده شده است ، براي بتني با رواني و كارآيي ثابت ، با افزايش مقدار هو ا مي توان از مقدار آب اختلاط و مقدار ماسه كاست . اين موضع براي بتن هاي كم سيمان مشهودتر است . در بتنهايي تواند بدون نياز به افزايش آب، كارآيي را ثابت نگه دارد از طرفي هرچه بزرگترين اندازه سنگدانه افزايش يابد، سنگدانه هاي درشت حجم بيشتري از ( ثابت W/C بتن را اشغال مي كنند و بنابراين براي جبران ريزدانه و حفظ كارآيي مي توان از هوازايي استفاده كرد.
در مورد ماسه هايي كه كمبود ذرات ريز دارند (زير الك نمره ٥٠ ) نيز مي توان با هوازا يي اي كمبود را تا حدود زيادي جبران كرد. هوازايي همچنين جداشدگي و آب انداختگي (به ويژه در بتنهاي كم سيمان و با سنگدانه هاي بزرگ ) را به ميزان قابل ملاحظه اي كاهش مي دهد .
مقاومت در برابر سولفات :
براي كارآيي ثابت چنانچه كاهش نسب آب به سيمان در نتيجه هوازايي در نظر گرفته شود، مقاومت بتن در برابر سولفات ها اثر هوازايي برعملكرد بتني كه در معرض خاك سولفاتي قرار داشته است (PCA - ۱۹۹۴) بهبود مي يابد . در يك كار مطالعاتي مورد بررسي قرار گرفته شده است نمونه به مدت ٥ سال در تماس با خاك سولفاتي بوده است . همچنان كه در شكل ٤ ديده مي شود هوازايي مقاومت در برابر سولفات بتن را، به ويژه در مقادير سيمان پايين تر، بهبود مي بخشد.
عملکرد بتن های هوازايي شده و بتن های هوازايي نشده ای که در معرض خاک سولفاتی قرار داشته اند.
مقاومت در برابر واكنش قليايي سنگدانه :
هوازايي انبساط مخرب ناشي از واكنش قليايي سنگدانه را كاهش مي دهد قليايي
هاي سيمان باسيليس سنگدانه هاي واكنش زا نشان مي دهند و پيامد آن ، كه توليد محصولات منبسط شونده است ،موجب منبسط شدن بتن مي شود . انبساط بيش از اندازه سبب خراب شدن بتن مي شود . هوازايي انبساط منشورهاي ملات ساخته شده با سنگدانه هاي واكنش زارا كاهش مي دهد اين موضوع به درستي در طراحي تونلهاي انحراف آب سد سيمره توسط مشاور در نظر گرفته شده است و امكان استفاده از سنگدانه هاي محلي كوچك به واكنش زايي را فراهم آورده است .ضمن اينكه امكان مطالعه و بررسي دراز مدت تاثير هوازايي بر واكنش قليايي سنگدانه را در حجمي وسيع پديد آورده است .
اثر مقدار هوا بر کاهش انبساط ناشی از واکنش قليايي سنگدانه
مقاومت :
در مخلوطهاي پر سيمان ، مقاومت ب تن با افزايش مقدار هوا كاهش مي يابد در مخلوطهاي كم سيمان و خشن ، مقاومت در اثر مقدار مناسب هوازايي افزايش مي يابد . اين موضوع به علت كاهش نسبت آب به سيمان و بهبود كارآيي اين نوع بتن ها در اثر هوازايي است . در مخلوطهاي مورد استفاده ، براي حفظ كارآيي ثابت ، متناسب با افزايش مقدار هوا مقدار آب كاهش داده شده است .
مواد افزودني كاهنده آب (روان كننده )
همانگونه كه از اسم مواد بر مي آيد، اثر مواد افزودني كاهنده آب ، كاستن از مقدار آب مخلوط (معمولا بين ٥ تا ١٠ %) است بنابراين هدف از بكار بردن مواد افزودني كاهنده آب مخلوط در بتن،كاس تن از نسبت آب به سيمان با حفظ كارآيي مورد نظر يا بهبود كارآيي در يك نسبت آب به سيمان معين خواهد بود . مواد افزودني كاهنده آب خواص بتن تازه ساخته شده با سنگدانه هاي با دانه بندي نامناسب را بهبود مي بخشد به عنوان مثال ، يك مخلوط خشن بتن حاوي مواد افزودني كاهن دهآب عموم جدا شدگي كم و قابليت جريان يافتن مطلوبي از خود بروز مي دهد.
كارآيي:
همچنان كه گفته شد عملكرد مهم مواد افزودني كاهنده آب افزايش كارآيي در نسبت آب به سيمان ثابت ، يا كاهش نسبت آب به سيمان در كارآيي ثابت است . عمل پخش كننده مواد افزودني كاهنده آب ع لاوه بر افزايش كارآيي بتن ، تاثيراتي نيز در پخش شدن حبابهاي هوا در آب دار به طوري كه اين افزودني ها، به ويژه موادي كه بر پايه ليگنو سولفات هستند، مي توانند تاثير هوازايي داشته باشند وجود اين حبابهاي هوا كارآيي بهبود مي بخشند و جداشدگي و آب انداختگي بتن را كاهش مي دهند.
نكته قابل توجه در مورد اين مواد، نرخ افت رواني (اسلامپ) بتن هاي حاوي اين مواد است . افت رواني بتن هاي حاوي مواد افزودني روان كننده )يا كاهنده آب (، به ويژه در زمانهاي اوليه ، بيشتر از بتن هاي بدون اين مواد است . در آزمايشهاي به عمل آمده براي مقايسه عملكرد مواد افزودني در آزمايشگاه سد مسجد سليمان مشخص شد كه چنانچه نسبت آب به سيمان ثابت نگه داشته شود، نرخ افت اسلامپ بتن حاوي روان كننده بيشتر از بتن بدو روان كننده است. در حالتي كه رواني اوليه ثابت نگهداشته شود و از ميزان آب كاسته شود نرخ افت اسلامپ شديدتر نيز خواهد شد. اين موضوع به علت كاهش نسبت آب به سيمان و تسريع هيدراسيون سيمان است . از طرفي بايد توجه داشت كه روان كننده ها، به ويژه آنها كه پايه ليگنوسولفوناتي دارند، ممكن است موجب تاخير در گيرش شوند.
يكي از اثرات پخش شدن ذرات سيمان ، در اثر استفاده از روان كننده ها، آن است كه مساحت سطح بيشتري از ذرات سيمان هيدراته خو اهند شد و بنابراين در مراحل اوليه، هيدراسيون با روند سريعتري پيشرفت مي نمايد و هيدراسيون به طور كاملتري انجام مي گيرد .بنابراين انتظار مي رود كه مقاومت بتن حاوي اين مواد در مقايسه با بتن با همان نسبت آب به سيمان ولي بدون مواد افزودني،افزايش نشان دهد . ولي د ر اين رابطه لازم است كه به دو عملكرد ديگر اين نوع مواد يعني هوازايي وكندگيري جزيي نيز توجه شود .هوازايي موجب كاهش مقاومت ، چه اوليه و چه نهايي مي شود ولي كندگيري كاهش مقاومت اوليه و در برخي موارد افزايش نهايي بتن مي شود بنابراين براي در نظر گرفتن اثر روان كننده ها بر مقاومت بتن بايد تاثير اين سه عامل به طور همزمان در نظر گرفته شود . نتايج مقاومت بتن با و بدون روان كننده (پايه ليگنو سولفوناتي ) براي مواد افزودني فوق روان كننده كاربرد عمده فوق روان كنند ه ها توليد بتن با كارآيي خيلي زياد و يا بتن با مقاومت خيلي زياد است.
كارآيي:فوق روان كننده ها كارآيي و رواني بتن را به ميزان ق ابل توجهي افزايش مي دهند . مقدار آب را با استفاده از فوق روان كنند ه هامي توان حدود ٢٠ تا ٣٠ درصد كاهش داد . فوق روان كنند ه ها كندگيري قابل توجهي به وجود نمي آورند )مگر نوع كندگير كنندهآنها(. تاثير فوق روان كننده ها در جلوگيري ازدوباره لخته شدن ذرات سيمان ف قط تا زماني ادامه پيدا مي كند كه تعداد كافي ازمولكولها فوق روان كننده در دسترس باشند تا سطوح ذرات سيمان مواجه شده با آب را بپوشانند . از آنجا كه بعضي از مولكولهاي فوق روان كننده در محصولات هيدراسيون سيمان محبوس م
ي شوند، از مقدار روان كننده كاسته مي شود و كا رآيي مخلوط به سرعت از دست مي رود.
پخش شدن و پراكندگي ذرات سيمان در اثر استفاده از فوق روان كننده ها، امكان هيدراسيون ذرات بيشتري از سيمان را فراهم مي آورد و هيدراسيون در مراحل اوليه با روند سريعتري پيشرفت مي نمايد . از طرف ديگر، از آنجا كه فوق روان كنند ه ها تاثير قابل ملاحظه اي بر كشش سطحمت اوليه و نهايي بتن هاي داراي فوق روان كننده براي نسبت هاي آب به سيمان ثابت ، افزايش مي يابد از طرف ديگر، فوق روان كنند هها براي كارآيي و رواني ثابت با كاهش نسبت آب به سيمان ، مقاومت بتن را افزايش مي دهد.
مواد افزودني كندگير كننده
عملكرد اصلي مواد افزودني كندگير كننده ، تاخير در گيرش خمير سيمان و همچنين كند كردن روال سخت شدن آن است . اين مواد با پوششي كه برروي ذرات سيمان پديد مي آورند مانع آبگيري سيليكاتها و يا مانع انحلال آهك و آلومين مي گردند.
كارآيي:مواد افزودني كندگير كننده با به تاخير انداختن گيرش ، زمان قابل كار كردن با بتن را افزايش مي دهند . اين مواد تاثير بر كارآيي و رواني اوليه ندا رند، به جزء آنهايي كه خاصيت روان كنندگي داشته باشند . اين مواد ميزان افت اسلامپ را كاهش مي دهند . كندگير كننده ها بسته به نوعشان ممكن است آب انداختگي را افزايش دهند (مانند گلوكونات )، آنرا كاهش دهند )مانند گلوكز (، و يا ممكن است مانند ليگنوسولفوناتها تاثيري بر آب انداختگي نداشته باشند . مواد افزودني كندگير كننده امكان حمل بتن در فواصل طولاني و نيز بتن ريزي در سطوح گسترده را، بدون خطر ايجاد درز سرد بين لايه هاي بتن ، فراهم مي آورند.
گرماي هيدراسيون:
از آنجا كه مواد افزودني كندگير روند هيدراسيون سيمان را كند مي ك نند، بنابراين ميزان گرماي هيدراسيون آزاد شده در سنين اوليه كاهش مي يابد بديهي است كه اين مواد تاثيري در كاهش مقدار كل گرماي حاصل از هيدراسيون نخواهند داشت .
تاثير يک نوع کندگير کننده بر چگونگي آزادشدن گرماي هيدراسيون
از آنجا كه مواد افزودني كندگير كننده ، روند هيدراسيون را كند مي كنند تاثير دوگانه اي بر مقاومت بتن دارند با كند شدن هيدراسيون ، مقاومت هاي اوليه كاهش مي يابد . در حاليكه به علت تشكيل كريستالهاي كوچكتر، منظمتر و به هم نزديكتر، بتن متراكم تر مي شود و مقاومت دراز مدت آن افزايش مي يابد.
مواد افزودني تسريع كننده همچنانكه گفته شد مواد افزودني تسريع كننده به دو دسته مواد افزودني زودگير و مواد افزودني زود سخت كننده تقسيم مي شوند.
مواد افزودني زودگي سرعت سفت شدن بتن را افزايش مي دهند و در همان اوايل واكنش ، گرماي زيادي C۳A، اين افزود ني ها با تسريع واكنش آزاد مي كنند.
كارآيي:اين مواد تاثيري بر كارآيي اوليه ندارند ولي زمان گيرش اوليه و نهايي را كاهش
مي دهند . استفاده از اين مواد به كمتر از ١٥ دقيقه مي رسد . در مورد افزودني بسيار زودگير، كه براي بند آوردن موقتي نشستي آب مورد استفاده قرار مي گيرند، گيرش در كمتر از يك دقيقه رخ مي دهد.
مقاومت:
استفاده از اين مواد معمولا موجب افزايش مقاومت هاي اوليه و كاهش مقاومت هاي دراز مدت مي شود . برخي از دلايل اين گيرش بسيار سريع C۳S، بالاتر، مختل شدن هيدراسيون C/S كاهش مقاومت عبارت از : تشكيل سيليكات كلسيم هيدارته با نسبت كه با توليد گرماي بيشتري همراه است ، و ساختاري متخلخل دارند . با افزايش مقدار مصرف اين نوع افزودني ، مقاومت هاي دراز مدت افت بيشتري پيدا مي كنند.
كاهش مقاومت اوليه بيشتر به اين دليل است كه تري اتانل آمين بر روي سطح آب جلوگيري مي نمايد و واكنش را به تاخيرمي اندازد.
مواد افزودني زود سخت كننده
همچنانكه كه گفته شد، مواد افزودني زود سخت كننده موجب تسريع هيدراسيون سيليكاتها وآلوميناتها مي شوند.
كارآيي: اين مواد تاثيري بر كارآيي اوليه مخلوط بتن ندارند . ولي زمان گيرش را كاهش مي دهند . تاثير اين مواد بر زمان گيرش ضعيف تر از تاثير افزودني هاي زودگير است ، ضمن آنكه در ساعات اوليه ، گرماي كمتري نيز نسبت به آنها توليد مي كند .
مقاومت : مواد افزودني زود سخت كننده مقاومت اوليه را افزايش مي دهند ولي تاثير آنها بر مقاومت نهايي ،بسته به مكانيزم واكنش شان ، متغير است بعنوان مثال ، كلريد كلسيم مقاومت دراز مدت را كاهش مي دهد در حاليكه فر مات كلسيم و نيترات مقاومت دراز مدت كربنات سديم و پتاسيم مقاومت نهايي را افزايش مي دهند.
از جمله عوامل موثر بر عملكرد مواد افزودني شيميايي مي توان به اجزاي تشكيل دهنده بتن )به ويژه تركيبات شيميايي سيمان (،دما، زمان اختلاط، فاصله حمل و نحوه بتن ريزي اشاره كرد .
عوامل موثر بر عملكرد ماده افزودني هوازا
ايجاد حباب هاي هوا در بتن (هوازايي)، مقدار و اندازه حبابهاي هوا در بتن علاوه بر آنكه به نوع ماده هوازا و مقدار مصرف آن بستگي دارد به عوامل ديگري مانند اجزاء تشكيل دهنده و شرايط ساخت، انتقال ، و ريختن بتن نيز بستگي دارد.
