افزودنی های شیمیایی بتن
مواد افزودنی معدنی ： مواد افزودنی معدنی نظیر پوزولان های طبیعی شامل زئولیت ، تراس ، توف ، متاکائولن و یا پوزولان های مصنوعی خاکستر بادی ، دوده سیلیس و نظایر آن جایگزین بخشی از سیمان می شود و با استفاده از آن می توان مقدار سیمان مصرفی را به طور معمول از ۵ تا۳۰ درصد کاهش داد.
این جایگزینی می تواند از جهات گوناگون بر حسب مورد از حیث مقاومت ، دوام ، کاهش حرارت هیدراتاسیون و نیز از نظر اقتصادی قابل توجیه باشد. علاوه بر آن با توجه به تولید قابل توجه گاز های گلخانه ای ناشی از تولید کلینکر سیمان پرتلند ، استفاده از افزودنی های معدنی که با کاهش مصرف سیمان همراه خواهد بود می تواند از حیث مسائل زیست محیطی توجیه شود.
برای آشنایی با نحوه عملکرد افزودنی های معدنی در بتن ابتدا باید به این نکته اشاره کرد که در فرآیند واکنش آب و سیمان پرتلند دو محصول مهم تولید می شود. اولین محصول که حدودا ۷۵ درصد خمیر سیمان سخت شده را تشکیل می دهد ، سیلیکات کلسیم هیدراته C_S_H است.این محصول مهمترین عامل تولید مقاومت و ایجاد دوام در بتن محسوب می شود ودر ابعاد نانومتری دارای ساختار پیچیده ای است. بسیاری از ویژگی های ارزشمند مهندسی بتن مرهون همین توده است. علاوه بر آن ،محصول دیگری به نام آهک هیدراته یا پرتلاندیت CH حدود ۲۰ تا ۲۵ درصد تولید می شود. اگر چه این هیدرات به دلیل قلیایی بودن محیط بتن را خصوصا برای حفاظت آرماتور ها مهیا می نماید ولی دارای ارزشمقاومتی خاص نمی باشد و در محیط های خورنده نظیر سولفات ها و اسید ها مقاومت ناچیزی دارد.حال چنانچه از مواد افزودنی معدنی به عنوان جایگزین بخشی از سیمان استفاده گردد، این مواد اغلب دارای سیلیس آمورف ( بیشکل ) هستند که تمایل زیاد به واکنش با آهک هیدراته دارد و محصول این واکنش یک نوع C_S_H خواهد بود.و با استفاده از این مواد یک هیدرات کم مقاومت و ضعیف در محیط های خورنده یعنی آهک هیدراته به یک هیدرات مقاوم یعنی سیلیکات کلسیم هیدراته تبدیل شود. علاوه بر آن در اغلب مواد افزودنی معدنی مقداری آلومین AL2O3 هم وجود دارد که در اثر واکنش های پوزولانی به سیلیکات های آلومینو کلسیم هیدراته C_S_A_H تبدیل میشود که به نوبه خود به بهبود خواص بتن خواهد انجامید.
مواد افزودنی شیمیایی : دسته دوم افزودنی در بتن , مواد افزودنی شیمیایی است که مقدار مصرف آن حسب مورد از چند دهم درصد سیمان تا حداکثر ۲ تا ۳ درصد وزن سیمان است. این مواد بر خلاف مواد افزودنی معدنی جایگزین سیمان نمی شوند. با استفاده از مواد شیمیایی با توجه به نوع مواد , خواص بتن تازه یا سخت شده و یا هر دو خواص تغییر می کند و بهبود می یابد. با این وجود ممکن است در مواردی استفاده از یک ماده افزودنی شیمیایی در حالیکه بهبود قابل ملاحظه ای در خواص بتن تازه نظیر روانی و یا گیرش ایجاد می کند , موجب کاهش مقاومت فشاری و یا افزایش جمع شدگی ناشی از خشک شدن گردد. به هر حال از دهه ۴۰ میلادی کاربرد مواد افزودنی شیمیایی در بتن آغاز شد و در دهه های بعد با گسترش زیادی مواجه گردید.
هدف از کاربرد مواد افزودنی بهبود یک یا چند خاصیت بتن تازه یا سخت شده است. برخی از افزودنی ها برای بهبود یک ویژگی به کار می روند در حالیکه بعضی دیگر به صورت همزمان بر چند ویژگی بتن تاثیر می گذارند. از طرفی دیگر برخی مواد افزودنی بر خواص بتن تازه تاثیر می گذارند درحالیکه برخی دیگر برای بهبود خواص بتن سخت شده به کار می روند. اصلی ترین اهداف کاربرد افزودنی های شیمیایی در بتن تازه را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد.
تغییر در زمان گیرش (کندگیری یا تندگیری ) شامل کنترل زمان گیرش اولیه و یا نهایی هم چنین دسترسی به زمان گیرش آنی
تغییر در خواص رئولوژی بتن تازه نظیر بهبود کارایی شامل روانی , تراکم پذیری , قابلیت جایگیری در قالب
کنترل آب انداختگی و جداشدگی , بهبود پرداخت پذیری و افزایش قابلیت پمپ پذیری
کاهش میزان مصرف آب با حفظ کارپذیری بتن
تغییر در خواص جمع شدگی خمیری و عمدتا کاهش آن
تغییر در لزجت بتن شامل کاهش یا افزایش آن
کاهش حرارت هیدراتاسیون از طریق کاهش مصرف سیمان
ایجاد انبساط جزئی در بتن
به صورت مشابه مهمترین تاثیرات مواد افزودنی شیمیایی در بتن سخت شده به شرح زیر است.
افزایش مقاومت بتن اعم از مقاومت کوتاه مدت و مقاومت نهایی
افزایش دوام بتن در شرایط محیطی سخت نظیر سیکل های یخ زدن و آب شدن , واکنش های قلیایی سنگدانه ها , سایش , حملات سولفات ها
بهبود سطح ظاهری بتن و نمای تمام شده آن
کاهش نفوذپذیری در برابر آب و هوا و کاهش انتشار پذیری در برابر یون کلر و سایر ترکیبات زیان آور محلول در آب
ایجاد انبساط و یا حذف جمع شدگی ناشی از خشک شدن
کنترل جذب آب مویینه در بتن و افزایش آب بندی
کنترل خوردگی میلگرد ها در بتن در معرض یون کلراید
کنترل واکنش های قلیایی – سیلیکاتی سنگدانه ها
پیشرفت های انجام شده در دانش و فناوری بتن بدون شک مرهون استفاده از انواع مختلف مواد افزودنی است که با استفاده صحیح از آنها امکان دستیابی به ویژگی هایی چون مقاومت , پایایی , کارپذیری عالی و نظایر آن فراهم می گردد. در واقع استفاده از مواد افزودنی باعث می گردد از ظرفیت واقعی مصالح مصرفی شامل سنگدانه ها و سیمان به نحو موثرتری استفاده شود. البته از این مطلب نباید اینطور برداشت شود که می توان در خواص مصالح مصرفی در بتن ضعف هایی را پذیرفت و انتظار داشت با کاربرد مواد افزودنی آن کاستی ها به طور کامل برطرف گردد. به عبارت دیگر استفاده از مواد افزودنی جای دانش و خرد مهندسی که هوشمندانه مصالح مناسب را انتخاب کرده و نسبت بندی می نماید را پر نمی کند.
تاریخچه
سابقه استفاده از مواد افزودنی در ساخت و ساز بسیار طولانی است. معروف است که رومیان از چربی های حیوانی ، شیر و خون برای بهبود مشخصات مصالح ساختمانی خود استفاده می کرده اند.استفاده از این مواد عمدتا به بهبود کارایی می انجامید، علاوه بر آن خون به دلیل دارا بودن هموگولوبین می توانست به نوعی تولید حباب های هوا بنماید که دوام مصالح ساختمانی را بهبود می بخشید. چینی ها از خمیر برنج ، روغن تانگ و ملاس برای بهبود خواص مصالح استفاده می کردند. در ایران نیز از تخم مرغ ، خاکستر کوره حمام ،پشم حیوانات و مواد مشابه برای ساخت ساروج و بهبود ویژگی های مصالح مورد استفاده در ساخت و ساز استفاده می نمودند. معماران قدیمی با استفاده از این مواد شاهکارهایی در دوره های مختلف تاریخی را بنا کرده اند که شاید بدون استفاده از این مواد ساخت این سازه ها امکان پذیر نمی بود. نمونه هایی از این سازه ها گنبد پانتئون رم در دوران امپراتوری رم که در زمان خود بلندترین ارتفاع گنبد را داشته و طاق عباسی طبس دوره صفویه که بلندترین سد دو قوسی دنیا در زمان خود بوده است و گنبد سلطانیه زنجان که در زمان خود بزرگترین گنبد آجری دنیا بود و اکنون بعد از سانتاماریا دلفیوره و ایاصوفیه سومین گنبد بزرگ دنیاست می باشند.
پس از انقلاب صنعتی و تحول روش های ساخت و ساز از یک سو و نیاز به سازه های خاص با ویژگی های جدید از سوی دیگر فصل جدیدی در ��اربرد استفاده از مواد افزودنی ایجاد نمود.اندیشه تحقیق و مطالعه درباره افزودنی ها بعد از تولید صنعتی سیمان در نیمه دوم قرن نوزدهم و شناخت ترکیبات و فرایند هیدراتاسیون ، ابتدا در مراکز علمی و آکادمیک مورد بررسی قرار گرفت و به تدریج کاربرد آنها در صنعت رواج پیدا کرد. روان کننده ها ، زودگیرکننده ها ، کندگیرکننده ها و حباب ساز ها به عنوان افزودنی های شیمیایی متداول در نخستین سال های دهه سوم قرن بیستم اختراع شدند. قدیمی ترین مستند علمی و فنی معتبر حکایت از آن دارد که روان کننده بر پایه نفتالین فرمالدهید سولفونات اولین ترکیب آلی است که در سال ۱۹۳۲ توسط یک شرکت آمریکایی اختراع و ثبت گردیدو سپس در طول دهه های ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ مصرف روان کننده های دیگر که بر اساس لیگنوسولفونات ها بودند رواج پیدا کرد. پس از آن در حدود سال های ۱۹۵۰ بود که مشتقات آلی دیگری مثل هیدروکسی کربوکسیلیک ، ترکیبات پلیمری و اسید های چرب رواج یافتند. بعضی از مواد افزودنی دیگر نظیر حباب ساز ها بطور اتفاقی با مشاهده و بررسی دوام بعضی رویه های بتنی در شمال آمریکا کشف شد. داستان کشف این مواد به این ترتیب بود که بررسی ها نشان می داد بعضی از این رویه ها در برابر شرایط محیطی سرما و یخبندان پایایی بیشتری دارند. رجوع به مدارک فنی پروژه و انجام آزمایشها نشان دادکه در تهیه سیمان این بخش از رویه های بتنی از چربی گاو به عنوان کمک آسیاب در عملیات سایش و آسیاب کردن کلینکر استفاده شده است. بررسی های جدیدتر نشان داد که این سیمان ها به دلیل تولید حباب های هوا موجب افزایش دوام بتن در برابر چرخه ذوب و یخ شده است.
انتشار گزارش های علمی و مقالات پژوهشی در مورد افزودنی های شیمیایی در سال های دهه ۴۰ میلادی آغاز شد که از میان آن ها می توان به نخستین گزارش تفضیلی کمیته فنی شماره ۲۱۲ موسسهACI در سال ۱۹۴۴ و اولین سمپوزیوم ASTM با عنوان اثر افزودنی های کاهنده آب و کنترل گیرش بتن در سال ۱۹۵۹ اشاره کرد.
متعاقب این سمپوزیوم ، موسسهASTM استاندارد C494 را در سال ۱۹۶۲ تدوین نمود که به موضوع افزودنی های شیمیایی بتن و معیار های پذیرش آن می پرداخت. این استاندارد به عنوان یکی از قدیمی ترین استاندارد های موجود در مورد مواد افزودنی شیمیایی بتن طی سال های مختلف با توجه به پیشرفت های انجام گرفته در دانش مواد افزودنی و بر مبنای تجربیات به دست آمده مورد بازنگری و تصحیح قرار گرفته است. آخرین نسخه این استاندارد در سال ۲۰۱۱ به روز شده است. استاندارهای مشابهی نیز در اروپا، استرالیا ، هند ،ژاپن و سایر کشور های دنیا تدوین شده است.
پیشرفت هایی که طی چند دهه اخیر در تکنولوژی بتن به وجود آمده است بدون شک به پیدایش و نوآوری های فراوانی که عرصه تکنولوژی مواد شیمیایی پدید آمده ارتباط دارد. استفاده از افزودنی های شیمیایی جدید موجب دستیابی به برتری های فنی و ویژگی های رفتاری برتر بتن و همچنین سهولت در اجرا و صرفه جویی در نیروی کار شده است، بنابراین ضروری است که دانش و فناوری کاربرد مواد افزودنی شیمیایی در ایران بیش از گذشته توسعه یابد
.
دسته بندی مواد افزودنی شیمیایی
افزودنی های کاهنده آب
هدف استفاده از افزودنی های کاهنده آب کاهش مقدار آب اختلاط در اسلامپ ثابت به منظور افزایش مقاومت، کاهش عیار سیمان در مقاومت ثابت و یا افزایش روانی و اسلامپ بتن در نسبت آب به سیمان ثابت می باشد. استفاده از این افزودنی ها مشخصات بتن های ساخته شده با سنگدانه های با دانه بندی نامناسب را بهبود بخشیده و برای بتن ریزی در شرایطی که قراردهی بتن با دشواری هایی همراه است مفید می باشد.معمولا استفاده از افزودنی های کاهنده آب مقدار آب اختلاط را بسته به ترکیبات ماده افزودنی از ۵ تا ۱۲ درصد کاهش می دهد. مقدار استفاده از این افزودنی ها بر اساس درصد وزنی سیمان بیان شده و مقادیر معمول استفاده از این ترکیبات در حدود ۰٫۵ تا ۱٫۵ درصد وزن مواد سیمانی در صورت استفاده از افزودنی محلول در آب می باشد. مقادیر بیشتر استفاده از این افزودنی ها معمولا موجب کندگیری بتن می گردد. تعیین مقدار مطلوب استفاده از این افزودنی ها باید بر اساس مقادیر پیشنهادی توسط تولید کننده و با ساخت طرح اختلاط های آزمایشی با به کارگیری مصالح مورد استفاده در پروژه مورد نظر صورت پذیرد. استفاده از برخی از این افزودنی ها موجب ایجاد حباب هوا در بتن شده و این مسئله باید همواره در استفاده از این افزودنی های شیمیایی مورد توجه قرار بگیرد ترکیبات سازنده این افزودنی ها عمدتا ترکیبات آلی بوده که می توانند باعث ایجاد تاخیر در زمان گیرش بتن شوند. برای جبران چنین مشکلی در برخی از این افزودنی ها از مقادیر کمی ترکیبات تسریع کننده استفاده می شود. بر این مبنا افزودنی های کاهنده آب بر اساس تاثیری که بر روند هیدراتاسیون سیمان می گذارند به سه دسته افزودنی های کاهنده آب معمولی ، کاهنده آب کندگیر کننده و کاهنده آب تسریع کننده تقسیم می شوند.استفاده از این افزودنی ها به منظور کاهش نسبت آب به سیمان طبیعتا موجب بهبود خواص سخت شده بتن می گردد. در صورت به کارگیری این افزودنی ها برای افزایش روانی در نسبت آب به سیمان ثابت نیز ، به دلیل افزایش بهره وری مصرف سیمان خواص سخت شده بتن بهبود پیدا می کند.
افزودنی های فوق روان کننده
مهمترین تفاوت این افزودنی ها با افزودنی های کاهنده آب مقدار کاهش آبی است که استفاده از این افزودنی ها ممکن می سازند. افزودنی های فوق روان کننده قادر هستند تا مقدار آب اختلاط را بیش از ۱۲ درصد و برخی از انواع آن حتی تا بیش از ۳۰ درصد کاهش دهند. مهمترین کاربرد های این افزودنی ها در تولید بتن های با کارایی معمولی و نسبت آب به سیمان کم (حتی کمتر از ۰٫۳) , تولید بتن های روان و خودتراکم در نسبت آب به سیمانی برابر یا کمتر از بتن های معمولی و توانایی همزمان در افزایش کارایی و کاهش نسبت آب به سیمان است. از مهمترین موارد مصرف این افزودنی ها در ساخت قطعات پیش ساختهو بتن پیش تنیده بوده و در بتن ریزی قطعات با عمق زیادبسیار سودمند می باشند. از مشکلات این افزودنی ها در گذشته افت اسلامپ زیاد بتن های حاوی این ترکیبات بود. با معرفی ترکیبات با پایه پلی کربوکسیلات این مشکل برطرف شده و امکان اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده به مخلوط بتنی در محل تولید بتن به وجودآمده است. در گذشته بدلیل افت اسلامپ شدید این افزودنی ها در پای کار و پیش از بتن ریزی به مخلوط بتن افزوده می شد. استفاده از افزودنی های فوق روان کننده در بتن هایی که طرح اختلاط مناسبی ندارند می تواند موجب بروز آب انداختگی گردد. همچنین استفاده بیش از اندازه این افزودنی ها آب انداختگی بتن را به همراه خواهد داشت. با وجود اینکه استفاده از این افزودنی ها موجب افزایش ضریب فاصله در سیستم توزیع حفرات بتن می شود, مقاومت در برابر پدیده ذوب و یخ را افزایش می دهد. در صورت مشاهده افت اسلامپ و از دست رفتن کارایی بتن , می توان با استفاده از این افزودنی ها کارایی بازیابی کرده و بدون اضافه کردن آب اضافه , روانی بتن را مجددا تامین نمود. با توجه به اینکه معمولا نسبت آب به سیمان بتن های حاوی این افزودنی ها کمتر از بتن های معمولی است,خواص سخت شده ی چنین بتن هایی بهبود می یابد.
افزودنی های کندگیر کننده
این افزودنی ها بیشتر برای جبران اثرات هوای گرم در تسریع گیرش بتن استفاده شده و با افزایش مدت زمانی که بتن دارای کارایی مناسبی است , قراردهی و تراکم آن را تسهیل می بخشد. از فواید استفاده از این افزودنی ها می توان به جلوگیری از تشکیل درز سرد در صورت توقف بتن ریزی , بهبود شرایط پرداخت بتن در هوای گرم و جلوگیری از تشکیل ترک در اثر تغییر شکل ها قالب اشاره کرد. مقدار این افزودنی ها نیز بر حسب درصد وزنی سیمان یبان می شود. ترکیبات سازنده افزودنی های کندگیر کننده مشابهت زیادی با افزودنی های کاهنده آب داشته و به همین دلیل این افزودنی ها تا حدودی توانایی کاهش مقدار آب اختلاط را نیز دارا هستند. میزان تاخیر ایجاد شده در زمان گیرش بتن های حاوی این افزودنی ها به عواملی چون غلظت افزودنی , مقدار استفاده از افزودنی , طرح اختلاط بتن و دمای محیط وبتن بستگی دارد. میزان تاثیرگذاری این افزودنی بیش از همه به مقدار تری کلسیم آلومینات(C3S) و مقدار قلیایی سیمان (K2O و Na2O) بستگی داشته و به همین دلیل سیمان های متفاوت مقادیر مختلفی از این افزودنی ها را برای دستیابی به مقدار یکسانی از تاخیر در زمان گیرش نیازمندند. زمان اضافه کردن این افزودنی ها نیز بر عملکرد آنها تاثیر گذاشته و بهترین عملکرد زمانی حاصل می شود که افزودنی بعد از مخلوط شدن سایر اجزای بتن با یکدیگر به طرح مخلوط اضافه شود.
مواد افزودنی تندگیر کننده
استفاده از تندگیر کننده ها عموما در بتن ریزی در شرایط هوای سرد صورت می گیرد. تندگیر کننده ها نقطه انجماد آب را کاهش نمی دهند از این رو اتلاق نام ضد یخ به این افزودنی ها درست نمی باشد. افزودنی های تندگیر کننده برای کاهش زمان گیرش و افزایش مقاومت اولیه بدست آمده بخصوص در بتن ریزی در هوای سرد به منظور تسریع در زمان شروع عملیات عمل آوری بتن و کاهش زمان عمل آوری استفاده می شوند. همچنین افزایش سرعت کسب مقاومت بتن بخصوص در سنین اولیه منجر به کاهش زمان مورد نیاز برای قالب بندی بتن و به دنبال آن کاهش هزینه های کلی ساخت و ساز می گردد. از مزایای استفاده از این افزودنی ها می توان باز کردن سریع تر قالب ها , تسریع ساخت, جبران تاثیر دیرگیری بتن در هوای سرد را برشمرد. استفاده از این افزودنی ها می تواند منجر به کاهش جزیی مقاومت دراز مدت بتن گردد. افزودنی های تندگیرکننده به چهار گروه طبقه بندی می شوند. افزودنی های شامل ۱-نمک های غیر آلی محلول, ۲-افزودنی های دارای ترکیبات آلی محلول, ۳-افزودنی های با گیرش سریع(مورد استفاده در بتن پاششی) , ۴-افزودنی های جامد متفرقه. از بین افزودنی های تندگیر کننده که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد , استفاده از کلسیم کلرید به دلیل تسریع فرآیند خوردگی آرماتور های موجود در بتن در بسیاری از آیین نامه ها محدود شده است. هر چند این نوع از افزودنی از قدیمی ترین و پرکاربردترین نوع افزودنی تندگیر کننده می باشد اما بدلیل کلر hdn موجود در آن , در بیشتر موارد تنها از این ماده افزودنی برای سازه های بتنی بدون آرماتور استفاده می شود. ترکیبات غیر کلریدی مورد استفاده در ساخت این افزودنی ها شامل نمک های فرمات ها , نیترات ها و تیوسیانات و بروماید است.
افزودنی های حباب ساز
هدف اصلی استفاده از افزودنی های حباب ساز , پایدار سازی حباب های هوا ی ایجاد شده در بتن در طی فرآیند ساخت بتن بوده تا بدین وسیله مقاومت در برابر چرخه ذوب و یخ افزایش یابد. حباب ها باید به صورت یکنواخت در خمیر سیمان پخش شده و دارای اندازه (در حدود ۱۰ تا ۱۰۰۰ میکرومتر) و فاصله مناسب از یکدیگر باشند تا مقاومت در برابر چرخه های پی در پی ذوب و یخ تامین گردد. همه فضای اشغال شده توسط آب در بتن به وسیله محصولات فرآیند هیدراتاسیون پر نشده و روزنه های مویین در بتن باقی می ماند که در شرایط اشباع این روزنه ها پر از آب هستند. در صورتی که آب موجود در این روزنه ها یخ بزند حجم آن افزایش پیدا کرده و تنشی را در بتن ایجاد می کند که بیش از مقاومت کششی بتن می باشد. در نتیجه بتن های بدون افزودنی های حباب ساز در چنین شرایطی ترک خورده و پوسته شدگی در آن اتفاق می افتد. حباب های هوای موجود در بتن ارتباط بین روزنه های مویین را قطع کرده و به صورت مخازنی عمل می کنند که آب در آن ها جمع شده و بدین ترتیب مانع از وارد شدن تنش به بتن می شود. با این وجود افزایش مقدار هوا در بتن کاهش مقاومت را در پی خواهد داشت. مقدار هوای مورد نیاز برای تامین مقاومت در برابر چرخه ذوب و یخ بر اساس حداکثر اندازه سنگدانه تعیین شده به طوری که با افزایش اندازه سنگدانه و به تبع آن کاهش مقدار خمیر مورد نیاز برای تامین یک کارایی ثابت , مقدار هوای مورد نیاز نیز کاهش می یابد. به طور کلی مقدار هوای مورد نیاز در بتن برای مقاومت در برابر چرخه ذوب و یخ در حدود ۳ تا ۹ درصد حجمی بتن می باشد. قراردهی , تراکم و پرداخت نامناسب بتن می تواند منجر به از دست رفتن حباب های هوا گردد. انتخاب مناسب مصالح در ساخت بتن های مقاوم در برابر چرخه ذوب و یخ بسیار مهم بوده چرا که عدم سازگاری بین عوامل حباب ساز با سایر اجزای بتن می تواند میزان اثرگذاری این ترکیبات را به مقدار زیادی کاهش دهد. به کارگیری این افزودنی ها موجب افزایش کارایی و چسبندگی بتن در حالت تازه شده , از این رو استفاده از این افزودنی ها امکان کاهش مقدار آب اختلاط را فراهم کرده و از این طریق تا حدودی کاهش مقاومت ایجاد شده در اثر حفظ حباب های هوا جبران می شود.
افزودنی های قوام آور
مواد افزودنی قوام آور از جمله مواد افزودنی هستند که با تغییر خاصیت رئولوژی خمیر سیمان از طریق افزایش لزجت خمیری , باعث تولید بتنی با عملکرد های خاصی می شوند. از جمله کاربرد های این دسته از مواد افزودنی می توان به کاربرد آنها در ساخت بتن خود تراکم, بتن زیر آب , بتن پیش تنیده , تزریق گروت , پوشش تونل ها , گروت سازه ای (جهت فراهم آوردن سطح هموار و مسطح برای پایه ماشین آلات) و گروت تزریقی اشاره کرد. برخی از اثرات استفاده از افزودنی های قوام آور شامل کاهش جداشدگی در بتن های با روانی زیاد, کاهش آب شستگی سیمان در بتن ریزی زیر آب , کاهش خطر جداشدگی در بتن هایی که پمپ می شوند و جبران کمبود فیلر در ماسه می باشد.ترکیبات پلیمری سازنده این افزودنی ها به گونه ای هستند که باعث افزایش تنش تسلیم و لزجت بتن شده و با کنترل رئولوژی مخلوط باعث بهبود بخشیدن به توزیع یکنواخت و معلق بودن ذرات سنگدانه ها می شود. علاوه بر آن , باعث کاهش تمایل به آب انداختگی و جداشدگی و ته نشینی می شود. از آنجا که مقدار استفاده از این نوع ماده افزودنی بسیار کم و در حدود ۰٫۵ تا ۲٫۵ لیتر در یک متر مکعب بتن است , باید مقدار افزودنی مورد نظر به دقت توزین شود.
با وجود مزیت های بسیار استفاده از مواد افزودنی قوام آور در بتن هایی با عملکرد خاص , در صورت استفاده از این مواد افزودنی با مقادیر بیشتر یا کمتر از مقدار بهینه, مشکلات فراوانی در بتن ایجاد خواهد شد. بنابراین لازم است به دستورالعمل های فنی که همراه با مواد افزودنی از سوی کارخانه تولید کننده ارائه می شود, توجه لازم را مبذول داشت و همچنین قبل از بتن ریزی در کارگاه با انجام آزمایش های رئولوژی بتن تازه , به مقدار مناسب و بهینه استفاده از مواد افزودنی قوام آور دست یافت.
افزودنی های آب بند یا نم بند
این دسته از مواد افزودنی همانطور که از نام آنها بر می آید دارای دو عملکرد هستند:
۱- مواد افزودنی آب بند به آن دسته از مواد اطلاق می شود که نفوذ پذیری بتن را کاهش داده و حرکت آزاد آب را در داخل بتن محدود می کنند. در واقع این دسته از مواد افزودنی , سبب مسدود شدن راه های نفوذ آب به داخل بتن می شوند.
۲- از سوی دیگر مواد افزودنی نم بند , مواد دافع آب بوده که تر شدن بتن را که معمولا به واسطه نفوذ منافذ موئینه آب ایجاد می شود , کاهش می دهند. این دسته از مواد افزودنی , با ایجاد لایه آب گریز بر سطح منافذ موئینه سبب کاهش نفوذپذیری بتن می شوند.
مواد افزودنی دسته اول عمدتا بر پایه مواد دافع آب شامل صابون و اسید های چرب که با هیدرات سیمان واکنش می دهند , بوده و دسته دوم ذرات جامد بسیار ریز خنثی با دو قابلیت شرکت در واکنش هیدراتاسیون و بدون شرکت در واکنش می باشند. مواد افزودنی آب بند و یا نم بند در مواردی که سازه بتنی در معرض رطوبت , نمک , آب های نمک دار یا فشار هیدرو استاتیک آب قرار دارد استفاده می شوند. همچنین جلوگیری از مشکلات مربوط به حرکت آب داخل بتن مانند تخریب ناشی از چرخه ذوب و یخ , خوردگی , کربناتاسیون و شوره زدگی با استفاده از مواد افزودنی کاهنده نفوذپذیری صورت می گیرد. این دسته از مواد افزودنی به دلیل کاهش میزان نفوذپذیری دوام بتن را به خصوص در شرایط قرارگیری در چرخه ذوب و یخ , افزایش داده و همچنین منجر به کاهش آب انداختگی بتن تازه می شوند.
افزودنی های کاهنده جمع شدگی
کاهش رطوبت بتن در حین خشک شدن آن ,سبب کاهش حجم بتن شده و به دنبال آن سبب جمع شدگی بتن می شود. جمع شدگی در حال خشک شدن بتن زمانی که منجر به ایجاد ترک ( به سبب وجود قید های داخلی یا خارجی بتن) , ایجاد انحنا در دال های بتن و کاهش فشار تاندون ها در بتن پیش تنیده می گردد بسیار نامطلوب است. یکی از راه هایی که به منظور کاهش ترک های جمع شدگی به کار می رود استفاده از کاهنده های قوی آب یا فوق روان کننده ها است. یکی دیگر از روش هایی که برای کم کردن اثر جمع شدگی در بتن به کار می رود, استفاده از افزودنی های جبران کننده جمع شدگی است. روش کار این موتد بر اساس ایجاد انبساط در بتن برای مقابله با اثر جمع شدگی آن می باشد. روش دیگر استفاده از افزودنی های کاهنده جمع شدگی است که در سال ۱۹۸۵ در ژاپن معرفی شدند. این افزودنی ها به طور شیمیایی مکانیزم جمع شدگی را بدون ایجاد انبساط تغییر می دهند. این افزودنی ها بر پایه ترکیبات آلی بوده که سبب کاهش کشش سطحی آب در منافذ موئینه شده و در نتیجه با کاهش نیروی کششی , جمع شدگی کاهش می یابد. استفاده از افزودنی های کاهنده جمع شدگی در بسیاری از موارد کاربرد دارد. از جمله این موارد می توان به سازه های بتنی پیش ساخته, سازه های نگه دارنده آب و بسیاری از دال های افقی از قبیل سقف, کف و عرشه پارکینگ ( یا پل) اشاره کرد. این نوع افزودنی به دلیل حداقل کردن ترک ها , سبب کاهش درز های انقباض و انحنا در دال می شود.
افزودنی های کاهش دهنده خوردگی
یکی از مسائل مهمی که در رابطه با دوام بتن های مسلح مطرح است, مسئله خوردگی آرماتور موجود در آن می باشد. خوردگی یک واکنش غیر قابل بازگشت بین ماده ( مانند فلز) و محیط اطراف می باشد که این واکنش در نهایت منجر به زوال ماده و تشکیل زنگ می شود. در سراسر دنیا هر ساله هزینه بسیاری صرف بازسازی پل , سازه های زیر زمینی و سازه هایی که در معرض تخریب ناشی از خوردگی هستند, می شود. یکی از راه های مقابله با خوردگی استفاده از افزودنی های کاهنده خوردگی است. کاهنده های خوردگی , مواد شیمیایی هستند که معمولا به مقدار کمی به بتن افزوده می شوند. مواد شیمیایی که به عنوان کاهنده های خوردگی استفاده می شوند, قابلیت کاهش خوردگی و یا به تعویق انداختن شروع خوردگی فولاد داخل بتن را دارند.
وجود کلرید باعث می شود که فرآیند خوردگی تسریع شده و لایه محافظ ایجاد شده بر روی سطح آرماتور از بین برود. وظیفه افزودنی های کاهنده خوردگی آن است که تاثیر منفی یون کلر را به حداقل رسانده و سرعت فرآیند خوردگی را کاهش می دهد. جلوگیری کننده های خوردگی بر اساس نوع واکنشی که در آن شرکت می کنند به سه دسته واکنش های آندی, کاتدی و آندی -کاتدی تقسیم می شوند. کاربرد مواد افزودنی کاهنده خوردگی , برای استفاده به جهت کاهش خوردگی ناشی از حضور یون کلر در بتن های با کیفیت خوب که در برابر شرایط محیطی نظیز آب دریا , هوای دارای نمک و نمک های یخ زدا قرار دارد, به کار می رود. از اثرات ثانویه این دسته از مواد افزودنی می توان به تاثیر این مواد بر گیرش اولیه و نهایی بتن و اثر بر مقاومت بتن اشاره کرد.
افزودنی های گازساز
افزودنی های گاز ساز دسته ای از افزودنی ها هستند که در مخلوط بتن تازه , در طول فرآیندهیدراتاسیون و قبل لز اینکه گیرش اولیه خمیر سیمان صورت بگیرد , حباب هایی از گاز تولید می کنند و به این ترتیب مقدار انبساط معینی را در بتن , ملات یا گروت ایجاد می نمایند. این دسته از افزودنی ها را که با ایجاد فعل و انفعالات شیمیایی با عناصر حاصل از هیدراتاسیون سیمان تولید گاز می کنند , نباید با افزودنی های حباب ساز که صرفا باعث پایداری حباب های ریز هوای موجود در بتن می شوند , اشتباه گرفته شوند. یکی از کاربرد های این افزودنی ها تولید بتن سبک اسفنجی است. این افزودنی ها برای کاهش میزان جمع شدگی گروت , بهبود یکنواختی بتن , تولید بتن متخلخل و خود تنیده استفاده شده و در پوشش های آب بند با پایه سیمانی نیز کاربرد دارد.
از جمله اثرات افزودنی های گاز ساز در بتن کنترل آب انداختگی و نشست بتن , بهبود خاصیت پرکنندگی گروت و ملات و تولید بتن سبک اسفنجی می باشد.گاز های تولید شده در افزودنی های گاز ساز عبارتند از : گاز هیدروژن , نیتروژن و هوا. انواع مختلفی از فلزات و برخی مواد دیگر برای تولید گاز در بتن به کار می روند. برای نمونه آلمینیوم, منیزیم و روی هیدروژن آزاد می کنند , هیدروژن پراکسید اکسیژن آزاد می کند , نیتروژن و ترکیبات آمونیاک منجر به تولید گاز نیتروژن می شوند و انواع خاصی از کربن فعال شده یا زغال کک شناور هوا آزاد می کنند. در بین این مواد پودر آلمینیوم بیشترین کاربرد را دارد. سرعت انبساط و مدت زمان آن و نیز یکنواخت بودن پخش و انداره حباب های تولید شده در این واکنش عوامل مهمی هستند که باید از قبل در نظر گرفته شوند. میزان تولید گاز نیز بسته به شرایط و نوع افزودنی تغییر می کند . میزان اثر بخشی و کارایی این دسته از افزودنی به عواملی نظیر مقدار افزودنی , دمای مخلوط و محیط, نرمی سیمان , نسبت و شرایط اختلاط وابسته است.
افزودنی های بتن پاششی