افزودنی بتن

وظیفه اجزا تشکیل دهنده بتن چیست؟

هر یک اجزا تشکیل‌دهنده بتن، وظیفه مخصوص به خود را دارند. وظیفه سیمان، تبدیل بتن از حالت مایع به جامد است. با ترکیب آب با سیمان پرتلند و فراهم شدن رطوبت، دما و زمان کافی، مخلوط به وجود آمده شروع به سفت شدن می‌کند. به این فرآیند، عمل آوری یا «کیورینگ» (Curing) می‌گویند. عمل آوری سیمان پرتلند، توسط تبخیر آب انجام نمی‌شود؛ بلکه از طریق یک واکنش شیمیایی هیدراتاسیون یا آبپوشی صورت می‌گیرد. در واقع، آب طی فرآیند هیدراتاسیون به بخشی از بتن عمل آمده تبدیل می‌شود. به همین دلیل، نباید اجازه خشک شدن بتن در حین عمل آوری را داد. این کار می‌تواند مانع تکمیل هیدراتاسیون و جلوگیری از رسیدن مخلوط به مقاومت نهایی خود شود. با توجه به این مطالب، ممکن این سوال به وجود بیاید که «اگر آب و سیمان به تنهایی باعث عمل آوری بتن و سفت شدن آن می‌شوند، پس وظیفه شن و ماسه (سنگدانه) چیست؟»

مقطع بتن

مقطع بتن عمل آمده متشکل از سنگ آهک خرد شده و شن. ترکیب خمیری آب و سیمان اطراف سنگدانه‌ها را به طور کامل پوشش داده و تمام فضای خالی بین آن‌ها را پر کرده است.

خمیر سیمانی تمام سنگدانه‌های ریز و درشت را کنار یکدیگر نگه داشته و فضای خالی بین آن‌ها را پر کرده است. استفاده از ترکیب آب و سیمان خالی می‌تواند هزینه بالایی داشته باشد. بنابراین، استفاده از سنگدانه‌ها باعث کاهش هزینه کل می‌شود. به علاوه، استفاده از این مواد منجر به افزایش مقاومت و همچنین کاهش جمع شدگی (ناشی از خروج آب در حین عمل آوری) خواهد شد. در نهایت، کنار یکدیگر قرار گرفتن تمام این اجزا، بتن را به یکی از مناسب‌ترین مصالح ساختمانی تبدیل می‌کند. در ادامه، به معرفی انواع مختلف افزودنی‌ها و تاثیر آن‌ها بر روی خواص بتن می‌پردازیم.

افزودنی بتن چیست و چه کاربردی دارد؟

افزودنی‌های بتن، موادی هستند که دقیقا قبل از مخلوط کردن یا در حین مخلوط کردن به ترکیبات بتن اضافه می‌شوند. هدف از به کارگیری این مواد،‌ کاهش هزینه، تغییر خواص، بهبود کیفیت و افزایش بهره‌وری در حین عملیات‌های اختلاط، انتقال،‌ بتن‌ریزی و گیرش است. امروزه در بسیاری از مخلوط‌های بتن، یک یا چند افزودنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هزینه افزودنی‌ها به نوع و کیفیت آن‌ها بستگی دارد. به طور کلی، افزودنی‌ها به دو گروه افزودنی شیمیای و افزودنی معدنی تقسیم می‌شوند.

انواع افزودنی های شیمیایی بتن کدام هستند؟

افزودنی های شیمیایی بتن، به شش گروه دیرگیر کننده، حباب ساز، کاهنده آب، تسریع کننده، کاهنده جمع شدگی، روان کننده و ضد خوردگی تقسیم می‌شوند. در ادامه، به معرفی هر یک از این افزودنی‌ها و تاثیر آن‌ها بر روی خواص بتن می‌پردازیم.

دیرگیر کننده بتن

«دیرگیر کننده» (Set Retarding)، شروع واکنش شیمیایی مورد نیاز برای گیرش را به تاخیر می‌اندازد. این نوع از افزودنی‌ها معمولا برای مقابله با شروع زودهنگام گیرش به دلیل گرمای زیاد محیط مورد استفاده قرار می‌گیرند. به کارگیری دیرگیر کننده در هنگام ساخت پیاده‌روها باعث افزایش زمان موجود برای پرداخت بتن تازه، کاهش هزینه‌های اضافی ناشی از راه‌اندازی سایت بچینگ و کاهش احتمال رخ دادن ترک می‌شود. اضافه کردن دیرگیر کننده به دال بتنی، مقاومت این سازه در برابر ترک‌خوردگی را افزایش می‌دهد.

استفاده از دیرگیر کننده، زمان کافی برای پرداخت مناسب را فراهم می‌کند.

اکثر دیرگیر کننده‌ها به عنوان کاهنده آب و حباب ساز نیز عمل می‌کنند. شکر، به عنوان یک ماده دیرگیر کننده شناخته می‌شود. به ازای 0.06 درصد از این ماده خوراکی در یک واحد آب مورد استفاده برای ساخت بتن، زمان گیرش یک ساعت و 20 دقیقه افزایش می‌یابد.

حباب ساز بتن

«حباب ساز» (Air-Entrainment)، می‌تواند دوام بتن را در برابر تغییرات شدید دمایی افزایش دهد. این نوع از افزودنی‌ها باعث بهبود کارایی، کاهش آب انداختن و کاهش وارفتگی می‌شوند. حباب ساز، عملکرد در سرمای شدید و تغییرات آب و هوایی مداوم را بهبود می‌بخشد.

حباب های درون بتن

از دیگر مزیت‌های افزودنی حباب ساز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

    مقاومت بالا در برابر خیس شدن و خشک شدن مداوم

    کارایی بالا

    دوام بالا

حباب ساز مانند یک سپر فیزیکی در برابر ترک‌های ناشی از تنش‌هایی است که به دلیل افزایش حجم آب بر اثر تغییرات دمایی به وجود می‌آیند. این افزودنی‌ها با تمام افزودنی‌های دیگر سازگار هستند. با این وجود، به ازای استفاده از هر یک درصد حباب ساز، مقاومت فشاری به میزان پنج درصد کاهش می‌یابد.

کاهنده آب بتن

«کاهنده آب» (Water-Reducing)، امکان ایجاد یک اسلامپ دلخواه در نسبت آب به سیمان پایین‌تر از حد معمول را فراهم می‌کند. این نوع از افزودنی‌ها برای دستیابی به یک مقاومت مشخص با به کارگیری سیمان کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاهنده آب

تاثیر کاهنده آب بر روی ساختار بتن

با اضافه کردن کاهنده آب به بتن، خواص بتن بهبود می‌یابد و امکان استفاده از آن در شرایط سخت نیز فراهم می‌شود. این افزودنی معمولا در ساخت عرشه پل، لایه‌های بتنی با اسلامپ پایین و ترمیم بتن کاربرد دارد.

تسریع کننده بتن

«تسریع کننده» (Accelerating)، به منظور بهبود نرخ افزایش استحکام یا کاهش زمان گیرش آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. کلسیم کلراید به عنوان رایج‌ترین تسریع کننده شناخته می‌شود. اگرچه، وجود این افزودنی در بتن می‌تواند احتمال خوردگی تقویت‌کننده‌های فولادی (آرماتور) را نیز افزایش دهد. البته با تحکیم مناسب، پوشش کافی و طرح اختلاط مناسب می‌توان از رخ دادن مشکلات مربوط به خوردگی جلوگیری کرد. کاربرد اصلی تسریع کننده، تغییر خواص بتن در آب و هوای سرد است.

کاهنده جمع شدگی بتن

«کاهنده جمع شدگی» (Shrinkage Reducing) یا کاهنده انقباض در حین مراحل اولیه اختلاط به ترکیب بتن اضافه می‌شود. این افزودنی می‌تواند مدت زمان جمع شدگی اولیه و بلند مدت را کاهش دهد. کاهنده جمع شدگی برای شرایطی با احتمال رخ دادن ترک‌های ناشی از آب رفتگی یا وجود وجود ترک‌های نامطلوب برای مسائل اقتصادی یا فنی کاربرد دارد. در برخی از موارد، این افزودنی باعث کند شدن روند افزایش مقاومت در مراحل اولیه و نهایی گیرش می‌شود.

روان کننده بتن

«روان کننده» (Superplasticizer)، برای ساخت یک بتن روان با اسلامپ بالا (بین 17 تا 23 سانتی‌متر) به منظور استفاده در سازه‌هایی با تقویت‌کننده‌های زیاد به کار می‌رود. یکی دیگر از کاربردهای اصلی این افزودنی، ساخت بتن با مقاومت بالا در نسبت آب به سیمان 0.3 تا 0.4 است. تحقیقات نشان داده‌اند که ترکیب روان کننده با اکثر سیمان‌ها می‌تواند باعث افزایش کارایی شود. مانعی برای استفاده از این افزودنی به همراه حباب ساز وجود ندارد. البته در این حالت میزان حباب ساز به کار رفته نسبت به حالت معمولی بیشتر خواهد بود.

تاثیر روان کننده بر روی اسلامپ

تاثیر روان کننده بر روی اسلامپ

ضد خوردگی بتن

«ضد خوردگی» (Corrosion-Inhibiting)، یکی از انواع ویژه افزودنی‌ها محسوب می‌شود. این افزودنی به منظور کند کردن روند خوردگی تقویت‌کننده‌های فولادی داخل بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. ضد خوردگی می‌تواند میزان هزینه‌های ناشی از تعمیر و نگهداری سازه‌های بتن مسلح را در یک بازه 30 تا 40 ساله به طور قابل توجهی کاهش دهد. این نوع از افزودنی‌ها، تاثیر کمی بر روی مقاومت نهایی دارند. با این وجود، سرعت افزایش مقاومت در مراحل اولیه گیرش را افزایش می‌دهند. ضد خوردگی‌های ساخته شده از کلسیم نیترات، زمان گیرش را در بازه‌های دمایی مختلف عمل آوری کاهش می‌دهند. البته در صورت ترکیب این افزودنی با کندگیر کننده، اثر آن در کاهش زمان گیرش خنثی می‌شود.

تاثیر ضد خوردگی

تاثیر ضد خوردگی در محافظت از میله‌های تقویت‌کننده

چه موادی به عنوان افزودنی معدنی بتن استفاده می شوند؟

خاکستر بادی، سرباره کوره آهن گدازی، سیلیکا فیوم، خاکستر پوسته برنج و متاکائولین را می‌توان به عنوان پرکاربردترین افزودنی های معدنی بتن در نظر گرفت. در ادامه، به معرفی این افزودنی‌ها و تاثیر آن‌ها بر روی خواص بتن می‌پردازیم.

خاکستر بادی

«خاکستر بادی» (Fly Ash) به عنوان یک افزودنی معدنی در ترکیب بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. خاکستر بادی از احتراق زغال سنگ ساییده شده به وجود می‌آید. این ماده دارای دو نوع C و F است. نوع C خاکستر بادی مقدار زیادی کلسیم و خواصی مشابه با سیمان و پوزولان دارد. از طرف دیگر، نوع F خاکستر بادی دارای کلسیم کمتری بوده و خواص آن تنها مشابه با پوزولان است.

تاثیر خاکستر بادی بر روی بتن به صورت زیر است:

    افزایش کارایی

    افزایش زمان گیرش (سخت شدن بهتر و مقاومت بالاتر)

    کاهش وارفتگی و آب انداختن

    کنترل افزایش دمای بتن تازه (کاهش ترک خوردگی ناشی از این مسئله)

    افزایش خزش و جمع شدگی

    افزایش مقاومت در برابر اثرات گوگرد

    جلوگیری از واکنش مواد قلیایی

سرباره کوره آهن گدازی

«سرباره کوره آهن گدازی» (Ground Granulated Blast Furnace Slag) یا به اختصار «سرباره»، یک افزودنی معدنی بتن با وزن مخصوص کمی بالاتر از سیمان (2.8 تا 3) است.

تاثیر وجود سرباره در ترکیب بتن به صورت زیر است:

    افزایش زمان گیرش اولیه بدون تاثیر بر روی کارایی (به دلیل اندازه ذرات مشابه با سیمان)

    کاهش نرخ افزایش مقاومت

    افزایش مقاومت نهایی و دوام

    افزایش مقاومت در برابر خوردگی و واکنش‌های شیمیایی مضر