مواد افزودنی شیمیایی بتن

ماده‌ای غیر از آب، سنگدانه‌ها و سیمان که به عنوان ماده تشکیل‌دهنده بتن یا ملات برای کنترل تنظیم و سخت شدن سریع، افزایش کارآیی و حفظ خصوصیات سیمان مورد استفاده قرار می‌گیرد، افزودنی‌ بتن است. برای ساختن بتن‌های مخصوص و ویژه نیاز به استفاده از افزودنی‌های مواد شیمیایی و معدنی است، که طی فرآیند اختلاط بتن و به صورت درصدی از وزن سیمان به وزن بتن، افزوده می‌شود تا برخی از خواص آن به شکل مناسب تغییر کنند. مواد افزودنی در بتن را می‌توان هم برای بتن تازه و هم بتن سخت شده به کار برد. این فرآیند از اهمیت زیادی در صنعت بتن‌سازی برخوردار است. مواد افزودنی شیمیایی جزء ترکیب و مولفه‌های اساسی بتن مدرن هستند. اگرچه به مقدار کم مواد شیمیایی اضافه می‌شوند، اما خواص مهم بتن را کاملا اصلاح می‌کنند. مانند ادویه‌جات که در پخت و پز غذا تاثیر فراوانی دارند. مواد افزودنی شیمیایی تا حد زیادی، مکانیسم‌های کارآیی بتن را تغییر و اصلاح می‌کنند که عبارتند از:

• افزایش کارآیی مانند روانی، تراکم‌پذیری و قابلیت جای‌دهی و پرداخت
• کنترل زمان گیرش به خصوص گیرش اولیه و نهایی
• تغییر در زمان گیرش شامل گیرش سریع، کند و یا آنی
• کاهش خواص جمع‌شدگی خمیر و انبساط آن
• تغيير وزن مخصوص بتن تازه به ویژه در کاهش آن
• افزايش يا كاهش چسبناكي بتن و ملات
• جلوگیری از کاهش اسلامپ در فرآیند زمان
• بهبود کارایی بتن و ملات در طول زمان
• جلوگیری از نفوذ و نگهداری آب برای پس ندادن آن به آجر، سنگ، بتن و ملات سخت شده
• کاهش آب به ویژه در هنگام تبخیر از سطح بتن و ملات
• افزايش سرعت هيدراسيون و بالا رفتن سرعت مقاومت
• کاهش سرعت هيدراسيون و سرعت گرمازايی
• کاهش جذب و جلوگیری از نفوذ آب، آب مويينه، هوا، یون کلرید یا سایر مواد زیان آور در محلول آب در بتن
• بالا بردن دوام و مقاومت بتن و ملات در شرایط محیطی سخت مانند چرخه‌ یخ زدن و آب شدن، حمله سولفات‌ها، سایش، ضربه، واكنش‌زايی سنگدانه‌ها با قليايی‌ها
• بالا بردن کیفیت اتصال خمیر سیمان به سنگدانه در بتن
• ایجاد پوکی در بتن و ملات سیمان به منظور سبکی و تشکیل گاز
• بالا بردن کیفیت اتصال و چسبندگی بین بتن با مواد مختلف
• کاهش یا گسترش جزئی جمع شدگی بتن یا ملات سخت شده
• کاهش و کندسازی روند خوردگی میلگردهای بتن

چرا از مواد افزودنی استفاده می‌شود؟

در طول دهه‌های مختلف، مهندسین و پیمانکاران تلاش کرده‌اند تا بتن را با ویژگی‌های مشخص مانند مقاومت در برابر فشار بالا، کارایی و عملکرد زیاد و با دوام را برای پیچیدگی سازه‎‌های مدرن به دست بیاورد. در طی فرآیند اضافه کردن مواد افزودنی خصوصیاتی از جمله واکنش هیدراسیون، تنظیم زمان سرعت، کاهش آب، پراکندگی و جذب هوا، جلوگیری از عوامل نفوذپذیر، دوام و کارآیی بتن را اصلاح کنند. به طورکلی مواد افزودنی در بتن باعث تصحیح و بهبود یک یا چند خاصیت آن می‌شوند که عبارتند از:

• بالا رفتن کیفیت و بهبود کارآیی
• تسریع یا تعویق زمان گیرش
• کاهش آب انداختگی و جداشدگی
• بالا بردن میزان مقاومت بتن در برابر ضربه، ترک خوردگی، حرارت، سرما و یخ‌زدگی
• جلوگیری و کاهش خوردگی
• صرفه‌جویی در هزینه و میزان بتن مصرفی

انواع مواد افزودنی شیمیایی بتن

مواد افزودنی براساس عملکرد آن‌ها طبقه‌بندی می‌شوند که پنج ماده اصلی شامل روان‌کننده‌ها، فوق روان‌کننده‌ها، دیرگیر کننده ، زودگیر کننده و حباب هواساز بوده و دیگر مواد افزودنی شامل مهارخوردگی، کاهش انقباض، کاهش واکنش قلیایی، سیلیس، افزایش کارایی و اتصال، ضد رطوبت و رنگ‌آمیزی هستند.

مواد افزودنی شیمیایی کاهنده‌ آب:

مواد افزودنی شیمیایی کاهنده آب که به روان‌کننده‌ها نیز معروف هستند، معمولا حدود 5 تا 10 درصد مقدار آب مورد نیاز در مخلوط بتن را کاهش می‌دهند. همچنین با استفاده از مواد روان‌کننده‌ها مقدار سیمان مصرفی بدون کاهش مقاومت و دوام در ساختار بتن نیز کمتر می‌شود. مواد افزودنی شیمیایی کاهنده آب در ترکیبات زیادی به کار برده می‌شود تا علاوه بر کاهش هزینه‌های تولید بتن، به ذخیره انرژی و کاهش گاز مخرب دی‌اکسیدکربن نیز کمک کنند. به طور معمول بتن‌ها ترکیب شده با این ماده شیمیایی برای استفاده در پل‌ها، بتن‌های خودمتراکم و نمایان کاربرد دارند.

مواد افزودنی شیمیایی فوق روان‌کننده‌ها:

فوق روان‌کننده‌ها یا فوق‌کاهنده‌ آب، حدود 12 تا 30 درصد مقدار آب مورد نیاز برای مخلوط را کاهش می‌دهد. همچنین بسته به برند و میزان مصرف، مواد فوق‌روان‌کننده بین 30 تا 60 ثانیه طول می‌کشد تا اثر کنند، به همین خاطر این نوع افزودنی را در محل کار به بتن اضافه می‌کنند. به طور معمول از مواد افزودنی شیمیایی فوق روان‌کننده جهت استفاده در مقاطع با تراکم زیاد میلگرد، مقاطع خارج از ویبره زدن، و تولید بتن‌های بسیار مقاوم کاربرد دارد.

مواد افزودنی شیمیایی کند گیرکننده‌ها:

مواد افزودنی کندگیرکننده‌ها، زمان گیرش بتن و تغییر حالت مخلوط از خمیری به سخت را کاهش می‌دهند. همچنین این مواد سرعت واکنش بین سیمان و آب را کاهش داد و موجب تاخیر در مدت زمانی تغییر مخلوط از حالت پلاستیکی به حالت سخت می‌شوند. که مهم‌ترین کاربرد آن در روسازی‌های بتنی است.

مواد افزودنی شیمیایی زودگیرکننده‌ها:

زودگیرکننده منجر به افزایش سرعت واکنش بین سیمان و آب می‌شوند تا زمان تغییر حالت مخلوط از حالت پلاستیک به حالت سخت (زمان بین گیرش اولیه بتن و سخت‌شدن آن) یا زمان کسب مقاومت سنین اولیه را کوتاه سازنند. انواع ضد یخ‌های بتن، نمک‌های غیر آلی محلول، افزودنی‌های دارای ترکیبات آلی محصول، افزودنی‌های با گیرش اولیه (مورد استفاده در بتن پاشی) و افزودنی‌های جامد متفرقه، را می‌توان جزء مواد افزودنی شیمیایی زودگیرکننده‌ها قرار داد.

مواد افزودنی شیمیایی حباب‌ هواساز:

مواد افزودنی شیمیایی حباب هواساز به طور عمده برای افزایش مقاومت بتن در برابر چرخه متوالی یخ‌زدن و ذوب‌شدن و جلوگیری از جداشدگی، کاهش آب‌انداختگی، افزایش چسبندگی و کمک به کاهش تهاجم فیزیکی نمک (تبلور نمک) استفاده می‌شوند. هم‌چنین این مواد نفوذپذیری بتن را کاهش و حرکت نم موئینه را مهار می‌کنند. به طور معمول افزودنی‌های بتن را در حین ساخت بتن در ایستگاه تولید بتن (بچینگ) و یا قبل از مخلوط شدن به بتن اضافه می‌کنند.

اثربخشی افزودنی شیمیایی به بتن

اثربخشی افزودنی شیمیایی به بتن به عوامل مختلفی بستگی دارد که عبارتند از:

• نوع و مقدار سیمان
• مقدار آب
• مدت زمان اختلاط
• کاهش یا افزایش دمای بتن و هوا
• کاهش یا افزایش میزان آب و سیمان
• تغییر در درجه‌بندی سنگدانه