با ورود به فصل سرما، بتن ریزی در هوای سرد، یکی از چالش های بزرگ در صنعت بتن و از جمله دغدغه های مهم سازندگان و مشاوران است. از جمله مشکلات کاهش دما، مشکل یخ زدگی بتن است که در آن آب موجود در بتن یخ زده و مانع انجام عملیات هیدراسیون می شود. به صورت کلی کاهش دما منجر می شود تا هیدراسیون با سرعت کمتری انجام شود. به این ترتیب پروسه‌ی بتن ریزی و کسب مقاومت بتن با چالش های متعددی مواجه می شود و در نهایت منجر به کاهش دوام و مقاومت بتن می گردد. با گذشت زمان امکان به وجود آمدن ترک هایی در بتن نیز وجود دارد و یا ممکن است بتن در لایه های مختلف به صورت ورقه ورقه در آید. برای رفع این مشکل، ایده های مختلفی مطرح شده است که مهمترین آن ها استفاده از ضد یخ است. ضد یخ های بتن مواد شیمیایی هستند که به منظور پایین آوردن نقطه انجماد فاز مایع به آب اختلاط بتن اضافه می گردند و تا دمای منفی 30 درجه سانتی گراد کاربرد دارند.
کاربرد های عمده ضد یخ
- دمای انجماد آب را بسته به میزان مصرف آن ها، پایین می آورند. (هرچه ضدیخ بیشتری مصرف شود، دمای انجماد پائین تر می آید)
- تا حدی نقش تسریع کننده دارند و منجر می گردند تا واکنش های هیدراسیون سریعتر انجام گیرد و بنابراین دمای زمان گیرش بتن بالاتر می رود.
استفاده از ضد یخ در بتن ریزی در شرایط آب و هوای سرد، دارای اصول فنی ساده و سودمندی است که باعث صرفه جویی 20 الی 50 درصدی زمان و انرژی در مقایسه با عمل آوری با بخار، گرم کردن بتن و .... می شود. در روسیه بیش از 40 سال تجربه بتن ریزی بدون گرم کردن بتن وجود دارد، این امر با توجه به آب و هوای بسیار سرد روسیه است. ضد یخ ها در بتن درجا، بتن مسلح، سازه های یکپارچه پیش ساخته و ..... در دمای (هوا، زمین) زیر 5 درجه سانتی گراد و تا کمترین دمای روزانه منفی 30 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار می گیرند.
استفاده از ضد یخ بتن
محافظت از بتن به ویژه در 24ساعت اول که بتن هنوز تازه است، بسیار حائز اهمیت بوده و آب داخل منافذ در بتن نفوذ کرده و در حدود 1 درجه سانتی گراد شروع به یخ زدگی می‌کند. هنگامی که مقداری از آب یخ می‌زند غلظت یون داخل آب یخ نزده بالا می‌رود علاوه بر این، نقطه انجماد نیز بالا می‌رود. در حدود 3- تا 4- درجه سانتی گراد منافذی که به اندازه کافی داخل آن آب است یخ می‌زند در نتیجه هیدراسیون کاملاً متوقف می‌شود و بنابراین استحکام بتن، نیروهایی که بوسیله انبساط یخ تولید می شوند، ممکن است در یکپارچگی طولانی مدت بتن زیان آور باشد.
ضد یخ در حقیقت شتاب دهنده به واکنش هیدراسیون بتن است. با افزودن ضد یخ به بتن، تسریع سرعت واکنش هیدراسیون رخ خواهد داد و از آن جایی که این واکنش به شدت گرمازا است، در نتیجه سرعت تولید گرما در بتن بالا می رود و دمای بتن تا حد مطلوبی بالا می رود و احتمال یخ زدگی کاهش می یابد. هم چنین باعث می شود تا بتن خیلی سریع تر سخت شود. این به آن معنی است که بتن به سرعت مقاومت خودش را به دست می آورد و زمان زیادی به آن داده نمی شود تا دمایش پایین آید. در عین حال با گرمایی که از طریق واکنش هیدراسیون تولید می شود، دمای بتن بالا می ماند. ماده‌ای که به عنوان ضد یخ بتن از آن یاد می شود به شکل های مختلفی وجود دارد و مانند تمامی مواد دیگر دارای انواع مختلفی است و میزان مصرف ضد یخ، بر اساس توصیه کارخانه سازنده تعیین می شود.
در بتن ریزی در هوای سرد با استفاده از افزودنی های ضد یخ می توان دیگر افزودنی های بتن مانند هوازا، روان کننده، دیرگیر کننده و فوق روان کننده را استفاده کرد. میزان مصرف هوازا باید در آزمایشگاه دقیقا مشخص شود و به نوع سیمان و میزان مصرف ضد یخ بستگی دارد. زمانی که افزودنی های نامبرده همراه با ضد یخ استفاده می شوند، میزان مصرف بالاتری نسبت به حالت نرمال دارند. بیشترین میزان مصرف روان کننده بر پایه لیگنو برای مخلوط شدن نباید از 10% بیشتر شود.
بیشتر افزودنی های ضد یخ باعث ایجاد تاخیر در گیرش بتن می شوند. از آنجایی که میزان مصرف ضد یخ ها از افزودنی هایی که به منظور تاخیر در گیرش استفاده می شوند بسیار بیشتر می باشد، سخت شدن سیمان تسریع می شود و این مسئله گاهی اوقات بتن ریزی را مشکل می کند و همچنین استفاده از این افزودنی ها می تواند منجر به کاهش جزیی مقاومت درازمدت بتن گردد. استفاده از زودگیر کننده ها یا ضد یخ بتن عموما در بتن ریزی در شرایط هوای سرد صورت می گیرد . زودگیر کننده ها نقطه انجماد آب را کاهش نمی دهند از این رو اطلاق نام ضد یخ به این افزودنی ها درست نمی باشد.
خاصیت و اثرات زودگیر بتن
- استفاده از افزودنی زودگیر بتن سبب کاهش نسبت آب به سیمان در حدود 10 الی 15 درصد می گردد.
- استفاده از افزودنی زودگیر بتن سبب کاهش زمان مورد نیاز برای قالب بندی بتن و به دنبال آن کاهش هزینه های کلی ساخت و ساز می گردد.
- استفاده از افزدنی زودگیر بتن امکان کاهش 10 تا 15 درصدی سیمان مصرفی را برای بتن ایجاد خواهد کرد.
- اضافه کردن مکمل زودگیر بتن باعث افزایش روانی و افزایش اسلامپ و در نتیجه افزایش کارایی بیشتر بتن می شود.
- افزودنی زودگیر بتن باعث تسریع در زمان گیرش بتن می شود.
- استفاده افزودنی زودگیر بتن در طرح اختلاط بتن سبب سهولت در پمپاژ و کم شدن استهلاک ایجاد شده در تجهیزات بتن ریزی می گردد.
- متریال مورد مصرف در فرمولاسیون تولید افزودنی بتن زودگیر با انواع سیمان پرتلند سازگار می باشند.
- با افزودن مکمل زودگیر بتن می توان به جای استفاده از سیمان تیپ ۵ از سیمان تیپ ۲ در طرح اختلاط بتن استفاده کرد.
- با توجه به مواد زودگیرکننده موجود در ترکیب افزودنی زودگیر بتن حصول مقاومت فشاری زودرس تر امکان پذیر خواهد بود.
- مقاومت نهایی بتن توانمند شده به کمک افزودنی زودگیر بتن، ۲۰ الی ۵۰ درصد نسبت به بتن افزایش مقاومت خواهد داشت.
- مصرف افزودنی زودگیر بتن تا حدود بالای ۸۰ درصد نفوذناپذیری بتن را مرتفع می کند.
- افزودنی زودگیر بتن مانع از نفوذ یون کلر و سایر یون های مخرب شیمیایی به داخل بتن خواهد شد.
افزودنی های زودگیر کننده
- نمک های غیرآلی محلول
- افزودنی های دارای ترکیبات آلی محلول
- افزودنی های با گیرش سریع ( مورد استفاده در بتن پاششی)
- افزودنی های جامد متفرقه
از بین افزودنی های زودگیر کننده که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد، استفاده از کلسیم کلرید به دلیل تسریع فرایند خوردگی آرماتورهای موجود در بتن در بسیاری از آیین نامه ها محدود شده است. هرچند این نوع از افزودنی از قدیمی ترین و پرکاربردترین نوع افزودنی برای سازه های بتنی بدون آرماتور استفاده می شود. ترکیبات غیرکلریدی مورد استفاده در ساخت این افزودنی ها شامل نمک های فرمات ها، نیترات ها و تیوسیانات و بروماید است. برای بتن ریزی در شرایط هوای سرد راه حل های دیگری همچون استفاده از سیمان تیپ 3 افزایش مقدار سیمان و یا گرم کردن اجزای بتن و گرم کردن محیط کارگاه برای زودگیر در کسب مقاومت و جلوگیری از یخ زدگی نیز وجود دارد. در میان این روش ها در مواردی استفاده از سیمان تیپ 1 به همراه مواد افزودنی زودگیر کننده، اقتصادی تر می باشد. کاربرد دیگر این افزودنی در بتن پاششی میباشد. علاوه بر آن جهت دستیابی به مقاومت کوتاه مدت بالا یا کاهش زمان گیرش بتن نیز مد نظر می باشد.