بخشی از مقاله
بررسی نحوه عملکرد افزودنی هاي کاهنده آب (فوق روان کننده ها) بر بتن تازه و سخت شده
چکیده
هدف از این مطالعه، بررسی نحوه عملکرد افزودنی هاي کاهنده آب یا فوق روان کننده ها بر بتن تازه و سخت شده می باشد. بدین منظور، اثر سه نوع فوق روان کننده برکارایی بتن تازه، مورد بررسی قرار گرفت وکاربرد هرکدام بسته به شرایط ساخت، مشخص گردید. همچنین بطورکلی اثر فوق روان کننده ها، با و بدون استعمال فوق روان کننده بر کارایی بتن تازه و سخت شده، مورد بررسی قرار گرفت.
سؤال تحقیق:
در این تحقیق، به دنبال پاسخ به این پرسش هستیم که عملکرد افزودنی هاي فوق روان کننده بر روي بتن هاي تازه و سخت شده چگونه می باشد و تأثیر انواع آنها بر خواصی چون کارایی، جداشدگی، آب انداختگی و مقاومت فشاري چیست؟
روش تحقیق:
در این پژوهش، با مطالعه کتابخانه اي بتندر دو نوعِ با و بدون افزودنی فوق روان کننده، مقایسه آنها از لحاظ کارایی صورت گرفت و همچنین مقایسه چند فوق روان کننده و تأثیر هرکدام بر روي کارایی بتن تازه ونیز سنجش مقاومت فشاريِ بتن سخت شده در سنین مختلف، مورد بررسی قرار گرفته است.
نتیجه گیري:
نتیجه اي که ازمطالعات انجام شده بدست آمد، بدین شرح می باشد که فوق روان کننده ها بر کارایی بتن تازه، اثر مثبت و بسزایی دارند و مدت زمان محفوظ ماندن این کارایی، براي هر محصول متفاوت میباشد. لذا بسته به نوع مصرف و هدف و انتظارمان از بتن، باید نوع محصول را انتخاب نمود و نیز بر خواص دیگر بتن تازه مانند آب انداختگی و جدا شدگی، اثر منفی دارند که قابل مهار و کنترل میباشد. همچنین بر خواص بتن سخت شده نظیر -1 مقاومت هاي بتن(فشاري، خمشی، کششی، برشی، سایشی)، -2 ویژگیهاي مکانیکی(مدول ارتجاعی، ضریب پواسون و ...) و -3 پایایی آن به ویژه در کاهش نفوذپذیري در برابر آب، نمک هاي زیان آور و کلریدها تأثیري مثبت دارد.
کلمات کلیدي: افزودنی هاي کاهنده آب، فوق روان کننده ها، بتن، نسبت آب به سیمان، کارآیی.
2- مقدمه
بتن جسمی مرکب از سنگدانه ها و خمیر چسباننده است. سنگدانه هاي بتن معمولی از نوع طبیعی معدنی یا مصنوعی معدنی است و خمیر چسباننده آن شامل آب و سیمان پرتلند یا آمیخته می باشد. در بتن سخت شده ، ویژگیهاي مقاومتی ، پایایی و نفوذ پذیري از اهمیت زیادي برخوردار است. براي دستیابی به خواص مطلوب در بتن سخت شده به ناچار باید از مرحله بتن خمیري گذر کنیم و ویژگی هاي بتن خمیري و تازه در دستیابی به این خواص از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. کارآیی ، آب انداختن ، جداشدگی ، جمع شدگی و گیرش جزء خواص بتن تازه است که باید به آن توجه شود. نسبت آب به سیمان علاوه بر تأثیر جدي بر خواص بتن سخت شده ، بر خواص بتن تازه اثرگذار است.
مصرف افزودنی هاي روان کننده تحولی عظیم را در صنعت بتن بوجود آورد که با بکارگیري روان کننده هاي ممتاز (فوق روان کننده ها) به اوج رسید. قبل از کاربرد این مواد در بتن ، امکان تغییر کارآیی (روانی) بتن، فقط با تغییر مقدار آب و در نتیجه نسبت آب به سیمان در بتنی با سنگدانه معین و عیار سیمان خاص متصور بود. در صورتی که هدف، ثابت ماندن نسبت آب به سیمان باشد، باید عیار سیمان بتن را بالا برد تا با افزایش آب و کارآیی بتوان به دوام و مقاومت نسبتاً مطلوب و دلخواه دست یافت. در این حالت مقاومت و دوام چنین بتنی در مقایسه با بتنی با همین نسبت آب به سیمان ولی با آب و سیمان کمتر، پایین تر به نظر می رسید که خود نوعی ضعف و محدودیت به شمار می آمد (تدین، .(1389
همانگونه که عنوان شد کاهش نسبت آب به سیمان در افزایش -1 مقاومت هاي بتن (فشاري، خمشی، کششی، برشی، سایشی) ، -2 ویژگیهاي مکانیکی (مدول ارتجاعی ، ضریب پواسون و ...) و -3 پایایی آن به ویژه در کاهش نفوذپذیري در برابر آب، نمک هاي زیان آور و کلریدها مؤثر است. دوام بتن را در برابر تري و خشکی پی در پی ، یخبندان و آب شدگی پی در پی و موارد مشابه بهبود می بخشد و عامل مهمی است که همه خواص بتن را بهتر می کند.
امروزه ثابت شده استکه به ازاء نسبت آب به سیمانِ یکسان و ثابتمعمولاً، با کاهش عیار سیمان، مقاومت و دوام بتن افزایش می یابد و نفوذپذیري آن کم می شود. زیرا در نسبت آب به سیمان ثابت، درصد فضاي خالی در خمیر سیمان ثابت است و بنابراین با افزایش خمیر سیمان با توجه به افزایش سیمان وآب ، حجم کل فضاي خالی در بتن افزایش می یابد که به نوبه خود به افزایش نفوذپذیري و کاهش دوام منجر می شود (تدین، .(1389
خمیر سیمان در مرحله گیرش و سخت شدن، دچار جمع شدگی خمیري (خودزا و تبخیر و کاهش آب ) می شود؛ در حالی که سنگدانه حجم ثابتی را دارد. بنابراین در حد فاصل خمیر سیمان و سنگدانه ها، ترك هاي مویینه پدید می آید و حتی این ترك ها در خمیر سیمان نیز ایجاد می شود. هر قدر خمیر سیمان بیشتر شود و نقش پرکنندگی آن بیشتر گردد، احتمال ایجاد ترك هاي مویینه بیشتر می شود. بنابراین افزایش عیار سیمان بر مقاومت و دوام، تأثیر منفی باقی می گذارد و نفوذپذیري نیز زیاد می شودمسلماً. با افزایش خمیر سیمان ، حجم سنگدانه مصرفی به عنوان قید خمیر سیمان کم می گردد. پس به دلایل فوق، افزایش عیار سیمان با W/C2 ثابت به کاهش کیفیت بتن منجر می شود. اگر با فرض ثابت بودن آب ، عیار سیمان را افزایش دهیم ، با کاهش W/C روبرو خواهیم شد و افزایش در مقاومت و دوام را شاهد خواهیم بود که نتیجه کاهش W/C می باشد و نه عیار سیمان. اگر با حفظ W/C بخواهیم کارآیی را زیاد نماییم، آب و سیمان باید به همراه هم بیشتر شود که افزایش حجم خمیر
سیمان را در پی دارد. بنابر این در برخی منابع، تأثیر افزایش روانی را کاهش مقاومت و دوام دانسته اند که همان مفهوم فوق را با عباراتی دیگر در بر دارد.
مواد کاهنده آب به دو دسته عمده روان کننده و فوق روان کننده دسته بندي می شوند . دلیل افزودن این مواد به بتن را می توان بطور خلاصه چنین بیان نمود :
-1 بدون افزودن آب اضافی به بتن ، موجب کارآیی براي تولید بتن روان می گردند. به عبارت دیگر، باعث کاهش میزان آب مصرفی در ساخت بتن، بدون تقلیل کارآیی می شوند.
-2 موجب افزایش همزمان کار آیی و مقاومت، بدون نیاز به هزینه اضافی میگردند.
-3 سبب تقلیل میزان مصرف سیمان در بتن پر حجم ، بمنظور کاهش حرارت هیدراسیون می شود. در صورتی که نسبت آب به سیمان، یکسان و مقاومت تغییري نمی نماید. افزودن این مواد به بتن، اثرهاي جانبی زیان آوري که موجب کاهش مقاومت ودر نتیجه کاهش دوام بتن گردد را نخواهد داشت (تدین، .(1389
در این تحقیق، به دنبال پاسخ به این پرسش هستیم که عملکرد افزودنی هاي فوق روان کننده بر روي بتن هاي تازه و سخت شده چگونه می باشد و تأثیر انواع آنها بر خواصی چون کارایی، جداشدگی، آب انداختگی و مقاومت فشاري چیست؟
هدف از این مطالعه، بررسی اثرانواع روان کننده هاي بتن بر روي بتن تازه و سخت شده می باشدکه در این راستا ضمن معرفی روان کننده هاي مختلف و مکانیسم اثرگذاري آنها بر خواص بتن، تأثیر 3 دسته از فوق روان کننده ها و مقایسه آنها با یکدیگر در تأثیر بر کارآیی بتن، مورد مطالعه قرار گرفت.
در اینجا ما به مطالعه آرشیوي متغیر افزودنی هاي فوق روان کننده بتن با مطاله موردي دو نمونه از آنها وتأثیر آن بر میزان سیلان و کارآیی و همچنین مقاومت فشاري بتن در سنین مختلف می پردازیم :
تعریف متغیرها افزودنی ها :
افزودنی ها طبق ASTM C1253 ، به موادي غیر از آب ، سنگدانه ، سیمان هیدرولیکی و الیاف گفته می شود که در هنگام اختلاط و یا درست قبل از اختلاط به بتن یا اجزاء آن به مقدار جزئی، حداکثر پنج درصد وزنی سیمان اضافه می شود تا خاصیت جدیدي را در بتن خمیري یا سخت شده بوجود آورد (مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، .(1379 این مواد به دو گروه مواد افزودنی شیمیایی و مواد افزودنی معدنی تقسیم می شوند که باید با سیمان مصرفی سازگار باشد و قبل از مصرف عملکرد مؤثر بودن آنها باید مورد تأیید قرار گیرد (دفتر امور فنی، تدوین معیارها و کاهش خطرپذیري ناشی از زلزله، .(1383
بتن و ملات شاهد :
بتن و ملات ساخته شده بدون ماده افزودنی براي مقایسه با بتن حاوي ماده افزودنی به منظور بررسی اثرات ایجاد شده توسط ماده افزودنی و انطباق با ویژگیهاي میباشد.
ماده افزودنی چند منظوره :
مواد افزودنی که بر روي چند خاصیت بتن تازه یا سخت شده اثر میگذارند که به صورت گرد یا مایع هستنتند و یک یا جند ویژگی بتن تازه یا سخت شده را تغییر می دهند. وهدف از کاربرد آنها اصلاح برخی از این ویژگی هاست (دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان (وزرات مسکن و شهرسازي)، .(13854
ویژگی ها الف) ویژگی هاي کلی :
ویژگیهاي کلی در استاندارد شماره 2930 مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، با فرض پخش شدن یکنواخت ماده افزودنی در بتن(بخصوص مواد افزودنی پودري با اثرات کندکنندگی) براي مواد افزودنی می باشد که در جدول شماره 1 ارائه شده است.4
ب) ویژگیهاي اختصاصی :
این ویژگیها براي مواد افزودنی روان کننده و فوق روان کننده درجداول 2 تا 4 ارائه شده است.
دلایل استفاده از افزودنی هاي روان کننده در بتن الف) افزایش روانی (کارآیی) بتن و ملات ها
اگر این مواد را به بتن یا ملات بیفزاییم، روانی و کارآیی آن ها را اضافه تر می کند؛ بدون این که در مقادیر و نسبت سایر اجزاء بتن و ملات تغییري حاصل شود. این امرتحول مهمی را در صنعت ساخت و ساز، حمل و ریختن و تراکم بتن فراهم آورد، زیرا با داشتن W/C و W آب، امکان ریختن بتن روان تري را در قالب بوجود می آورد و می توانستند آن را به راحتی در قالب جایدهی کنند و متراکم نمایند. علی القاعده در این حالت نباید تغییري در مقاومت و دوام بتن و نفوذپذیري آن بوجود آید. اما تجربیات آزمایشگاهی نشان داد که علیرغم ثابت بودن W/C ، مقاومت و دوام بهبود می یابد و نفوذپذیري کم می شود. علت این پدیده را می توان پراکندگی و توزیع یکنواخت تر و بهتر سیمان در بتن و ملات دانست، زیرا سیمان از حالت کلوخه بودن خارج می شود و آب می تواند به نحو کاملتري اطراف دانه هاي سیمان را بگیرد و پخش شدگی بهتر و همگنی توزیع سیمان در بتن و ملات را شاهد خواهیم بود. البته در این حالت به دلیل افزایش روانی، باید نگران جداشدگی و آب انداختن بیشتر بتن باشیمولی. به دلیل توزیع بهتر سیمان و مجزا شدن ذرات آن از یکدیگر عملاً رشد مقاومتی بهتري را انتظار داریم.
ب) کاهش آب مصرفی (کاهندگی یا تقلیل آب)
اگر بخواهیم روانی بتن را ثابت نگهداریم ، می توان با مصرف این افزودنی ها ، مقدار آب را با توجه به قدرت کاهندگی آب و میزان مصرف این مواد کاهش داد. در این حالت اگر عیار سیمان بتن و ملات ثابت فرض شود ، نسبت آب به سیمان کاهش می یابد و مسلماً مقاومت و دوام بتن و ملات افزایش چشمگیري را نشان می دهد و نفوذپذیري کاهش خواهد داشت. یک طریقه ساخت بتن هاي آب بند و با نفوذپذیري کم ، کاهش W/C است. این قابلیت تحول عظیمی را در صنعت بتن بوجود آورد زیرا امکان افزایش دوام و مقاومت فراهم آمده بود. در این حالت حجم خمیر سیمان نیز کمتر می شود. کاهش آب انداختن و جمع شدگی از جمله مزایاي کاهش W/C می باشد.در واقع عملکرد اصلی این انوع افزودنی ، کاهش مقدار آب اختلاط به ازاء کارآیی ثابت بتن و ملات است .به عبارت دیگر با مصرف این افزودنی ها می توان روانی مشخصی را با نسبت آب به سیمان کمتر بدست آورد. معاونت نظارت راهبردي دفتر نظام فنی اجرایی، 1387)
ج) کاهش عیار سیمان بتن و ملات
اگر W/C و روانی بتن و ملات را ثابت نگهداریم ، با توجه به خاصیت کاهش آب که توسط این مواد ایجاد می شود ، می توان عیار سیمان را به همان نسبت کاهش دادبا. توجه به مطالبی که قبلاً مطرح گردید. علاوه بر کاهش جمع شدگی و ترك خودگی بتن و ملات در مرحله خمیري بودن ، جمع شدگی و ترك خوردگی بتن سخت شده نیز کاهش می یابد.این کاهش عیار سیمان در واقع باعث افزایش مقاومت و پایایی بتن و کاهش نفوذپذیري بتن می گردد.
علاوه بر این ممکن است کاهش عیار سیمان به عنوان یک هدف براي کاهش گرمازایی بتن باشد و یا یک هدف اقتصادي محسوب گردد. باید گفت با مصرف این مواد همواره نمی توان بتن یا ملات ارزانتري را ساخت و این هدف ممکن است با وجود قیمت هاي خاصی براي سیمان و افزودنی مورد نظر و میزان مصرف آن و تأثیر این مواد بر کاهش آب و در نتیجه کاهش سیمان عملی گردد. با کاهش قیمت هاي این مواد و افزایش قدرت تأثیر و کاهش میزان مصرف آن ها و هم چنین افزایش قیمت سیمان در سال هاي اخیر ، کاهش هزینه ساخت بتن با روان کننده ها در کشورهاي دیگر عملی شده و در ایران نیز گاه این کاهش محقق شده و انتظار می رود در آینده به طور کامل شاهد آن باشیم.
با توجه به فلسفه و دلایل مصرف افزودنی هاي روان کننده ( کاهنده آب) ، می توان مجموعه اي از اهداف فوق را نشانه روي کرد. بدین ترتیب مجموعه اي از اهداف فنی و اقتصادي ممکن است حاصل گردد اما به هر حال در این حالت ، تاکید و فشار بر یک هدف وجود ندارد.
موارد کاربرد افزودنی هاي کاهنده آب (روان کننده) امروزه کاربردهاي متعددي براي این مواد با قدرت کاهندگی متفاوت وجود دارد که به برخی از آن ها اشاره می شود:
-1 ریختن بتن در قطعات نازك و پر میلگرد با ساخت بتن روان تر
-2 بتن ریزي با لوله ترمی5 و بتن ریزي زیر آب
-3 بتن ریزي با پمپ و لوله با ایجاد بتن روان تر و کارآتر
-4 ایجاد نماهاي بهتر با ساخت و ریختن بتن روان تر
-5 ساخت بتن هاي خود تراکم یا خود تراز
6 -6 ساخت بتن پر مقاومت (با مقاومت زیاده
7 -7 ساخت بتن توانمند (با عملکرد بالا
)8 -8 ساخت بتن آب بند9
-9 ساخت بتن هاي با دوام در برابر یخ بندان و آب شدگی
-10 ساخت بتن هاي با دوام در برابر سولفاتها و سایر مواد شیمیایی
-11 ساخت بتن هاي مناسب مناطق خورنده براي کاهش نفوذ یون کلر در بتن و حفظ میلگردها -12 ساخت قطعات پیش ساخته و پیش تنیده
-14 ساخت بتن هاي حاوي دوده سلیسی
-15 ساخت بتن ها و ملات هاي تعمیري و ترمیمی
-16 پر کردن زیر صفحه کف ستون با ملات یا بتن روان
-17 ساخت ملات هاي روان براي تزریق در توده سنگدانه درشت و تولید بتن با سنگدانه پیش آکنده10
-18 تزریق دوغاب و ملات به داخل درزها و حفرات سنگ و خاك و پشت قطعات بتنی تونل ها .
مواد تشکیل دهنده افزودنی هاي کاهنده آب و طبقه بندي و دسته بندي آن ها افزودنی هاي روان کننده یا کاهنده آب را می توان از نظر نوع و ماده بکار رفته در آن ها ، قدرت روان کنندگی یا کاهندگی آب ، تک کاره بودن یا چند منظوره بودن دسته بندي و طبق بندي نمود.
الف) طبقه بندي روان کننده ها (کاهنده آب) از نظر نام مواد تشکیل دهنده این افزودنی ها را می توان با نام هاي کلی شیمیایی زیر دسته بندي و طبقه بندي کرداما به دلیل گستردگی آن ها نمی توانیم ادعا نماییم که نام همه آن ها را ذکر کرده ایم:
-1 مواد حباب زا متشکل از چربی هاي حیوانی یا گیاهی ، پروتئین ها ، صمغ ها و شیره هاي گیاهی ، پودر آلومینیوم و... .
-2 اسیدهاي لیگنو سولفونیت و نمک هاي آن ها ( لیگنوسولفونات ها
11 -3 مشتقات و مواد تغییر یافته یا اصلاح شده اسیدهاي لیگنوسولفونیت و نمک هاي آن ها
-4 اسیدهاي کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و نمک هاي آن ها12
-5 مشتقات و مواد تغییر یاقته یا اصلاح شده اسیدهاي کربوکسیلیک هیدروکسیلاتی و نمک هاي آن ها -6 فرم آلدئید ملامین سولفوناته فشرده
-7 فرم آلدئید نفتالین سولفوناته فشرده
-8 مخلوط ردیف هاي قبلی
-9 برخی کربوهیدرات ها اپلی ساکاریدها ، اسیدهاي شکر ، گلوکونات ها
-10 ترکیبات پلیمري خاص مانند سلولزها- اترها، مشتقات ملامین ، مـشتقات نفتـالین ، سـیلیکون هـا ، هیـدروکربورهاي سولفوناته
-11 برخی مواد غیر آلی مانند نمک هاي روي ، برات ها ، فسفات ها و کلریدها
-12 آمین ها و مشتقات آن ها
-13 اسیدهاي پلی کربوکسیلیک اترها و شتقات آن ها
-14 برخی پلیمرها مانند آکریلات ها.13
