بتن (اجزای تشکیل دهنده، ویژگی‌ها، طرح مخلوط، انواع، آزمایش‌ها)
بخش ۳۵: افزودنی‌های بتن (قسمت هفتم: فوق‌روان‌کننده‌ها یا کاهنده‌های قوی آب – تاثیر بر خواص بتن تازه و سخت‌شده، و نحوه مصرف و توصیه‌های مربوط به آن)
مواد فوق‌روان‌کننده (فوق‌کاهنده آب) می‌توانند در دو حالت مورد استفاده قرار بگیرند. در یک حالت می‌توانند روانی بیشتری را در یک نسبت آب به سیمان ثابت در مقایسه با بتن شاهد ایجاد کند (فوق‌روان‌کننده) و در حال دیگر باید قادر باشند تا یک روانی ثابت را در مقایسه با یک بتن شاهد با کاهش آب مخلوط فراهم کنند (فوق‌کاهنده آب). دو حالت فرعی دیگر که زیر مجموعه دو حالت مذکور هستند، کاهش مقدار سیمان مصرفی یا ترکیبی از حالات ذکر شده می‌باشد.
این مواد در هر یک از این حالات مورد استفاده قرار گیرند، دارای اثراتی بر خواص بتن تازه و سخت شده هستند که در ادامه شرح داده می‌شود. بسیاری از موارد ذکر شده در بخش روان‌کننده‌ها، در مورد این مواد با عملکرد قوی‌تری صادق می‌باشد.
تاثیر بر خواص بتن تازه
افزودنی‌های کاهنده قوی آب علاوه بر کاهش مقدار آب مخلوط بتن تازه، بر برخی دیگر از خواص آن نیز تاثیر می‌گذارند.
مقدار هوای بتن: مقدار هوا در مخلوط‌های دارای فوق‌روان‌کننده ممکن است به مقدار کمی افزایش یابد، بخصوص در مواردی که از فوق‌روان‌کننده به مقدار زیاد استفاده شود. این مواد بر توان هوازایی برخی از سیمان‌ها و مواد هوازا تاثیرگذار هستند و باعث تغییر در میزان هوای بتن می‌شوند. افزایش روانی مخلوط بتن به ازدیاد تشکیل حباب‌های هوا در حین اختلاط کمک می‌کند ولی بتن‌های دارای فوق‌روان‌کننده در مقایسه با بتن شاهد (با روانی یکسان)، فرصت خروج آسان‌تر حباب‌های هوای محبوس را در حین عملیات انتقال و بتن‌ریزی فراهم می‌کنند. فوق‌روان‌کننده‌های بر پایه ملامین در مقایسه با نوع نفتالینی نه تنها هوای محبوس کمتری ایجاد می‌کنند بلکه افت مقدار هوای سریع‌تری نیز دارند.
وزن مخصوص: وزن مخصوص بتن تازه در حالتی که از این مواد بعنوان فوق‌کاهنده آب استفاده شود، معمولاً افزایش می‌یابد.
کارایی: مواد فوق‌روان‌کننده بطور چشمگیری، قابلیت سیالیت و روانی بتن را افزایش می‌دهند. زمانی که یک افزودنی فوق روان‌کننده به بتن با مقدار آب ثابت اضافه می‌شود، اسلامپ افزایش می‌یابد. هر چه مقدار افزودنی بیشتر باشد اسلامپ نیز بیشتر می‌شود. معمولاً برای مقادیر بیش از مقدار توصیه شده توسط سازندگان، این افزودنی‌ها اثری در افزایش اسلامپ ندارند و حتی ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی مانند جداشدگی با آبانداختگی شوند. مقدار مورد نیاز برای تولید بتن با روانی متفاوت به ویژگی‌های سیمان، اسلامپ اولیه، نسبت آب به سیمان (w/cm)، دما، زمان افزودن و تناسب ترکیبات بتن بستگی دارد.
چسبندگی: با استفاده از مواد فوق‌کاهنده آب، چسبندگی مخلوط به مقدار زیادی بهبود می‌یابد که این در نتیجه کاهش مقدار آب در مخلوط بتن است.
روند افت روانی (اسلامپ): در یک کارایی اولیه مشابه، افت اسلامپ در یک مخلوط بتنی دارای فوق‌کاهنده آب ممکن است بیش از مخلوط شاهد باشد. در نسبت آب به سیمان مشابه نیز، افت اسلامپ در یک مخلوط دارای فوق‌روان‌کننده ممکن است بیشتر و یا کمتر از مخلوط شاهد باشد و این بستگی به عملکرد فوق‌روان‌کننده مصرفی دارد.
برای حل این مشکل می‌توان بخشی از فوق‌روان‌کننده را در محل ساخت بتن و بخش دیگر را در محل بتن‌ریزی به مخلوط اضافه کرد تـا زمـان قابل کار کردن افزایش یابد یا از فوق‌روان‌کننده‌های کندگیر استفاده کرد. همچنین می‌توان روانی بتن را هنگام ساخت به گونه‌ایی تنظیم کرد (با اسلامپ بالاتر) که روانی مورد نظر در پای کار را تامین نماید یا هنگام ساخت بتن، در صورت نیاز جهت سهولت در اختلاط و حمل، از یک روان‌کننده سازگار در مقادیر کم استفاده کرد و فوق‌روان‌کننده را پای کار به بتن افزود.
پمپ‌پذیری بتن: با استفاده از فوق‌روان‌کننده‌ها و فوق‌کاهنده‌های آب، پمپ‌پذیری افزایش می‌یابد که این در نتیجه افزایش کارایی و ناشی از چسبندگی بهتر در مواردی است که از فوق‌کاهنده‌ها استفاده می‌گردد.
جداشدگی: در اثر استفاده از افزودنی‌های فوق‌روان‌کننده یا فوق‌کاهنده آب مشروط به اینکه نسبت‌های اجزاء مخلوط بتن بطور مناسب و صحیح طرح شده باشد، جداشدگی کاهش می‌یابد.
آب انداختگی: در صورت استفاده از مواد فوق‌کاهنده آب، آبانداختگی کاهش می‌یابد. در صورتیکه از این مواد بعنوان فوق‌روان‌کننده استفاده شود و در مخلوط بتنی دانه‌بندی سنگدانه مناسب نباشد آبانداختگی می‌تواند افزایش یابد.
پرداخت‌پذیری: سطح بتن‌های محتوی فوق‌روان‌کننده به دلیل کاهش آبانداختگی و افت سریع روانی ممکن است به سختی پرداخت شوند، ضمن اینکه تمایل به پوسته شدن و یا ترک‌های ناشی از جمع شدگی خمیری در این نوع بتن‌ها بیشتر است. به همین دلیل در اینگونه مواقع باید سطح بتن را با روش‌هایی چون مرطوب کردن، استفاده از مواد تاخیر دهنده تبخیر، یا هر روش مناسب دیگری از خشک شدن حفظ نمود. این روش‌ها باید با دقت انجام پذیرد تا تاثیر نامناسبی بر دوام سطح بتن بوجود نیاورند.
تراکم‌پذیری: در بتن‌های دارای مقادیر کافی فوق‌روان‌کننده، به دلیل سهولت حرکت و لغزش ذرات بر روی یکدیگر بدون نیاز به لرزاندن، اجزای بتن در اثر وزن خود فضاهای خالی را پر می‌کنند و متراکم می‌شوند (بتن خودتراکم)، در حالی که در بتن‌های فاقد فوق‌روان‌کننده به دلیل پدیده لخته‌شدگی ذرات سیمان و ریزدانه‌ها، هر چقدر هم که روانی افزایش یابد نمی‌توان به بتن خودتراکم دست‌یافت.
گیرش: بطور کلی افزودنی‌های فوق‌روان‌کننده به مقدار ناچیزی ممکن است زمان گیرش بتن را به تأخیر اندازند. در حالیکه این افزودنی بعنوان فوق‌کاهنده آب و یا مقدار مصرف معمول مورد استفاده قرار گیرند اثر قابل ملاحظه‌ای بر گیرش ندارند. در بتن‌هایی که با سیمان نوع ۵ ساخته می‌شوند و دارای فوق‌روان‌کننده هستند، صرفنظر از نسبت آب به سیمان و نوع فوق‌روان‌کننده مصرفی، زمان گیرش اولیه و نهایی حدود یک ساعت افزایش می‌یابد. بعضی از فوق‌روان‌کننده‌ها زمان گیرش نهایی بتن را نیز کاهش می‌دهند.
جمع‌شدگی: ترک خوردگی ناشی از جمع‌شدگی پلاستیک در صورت استفاده از مواد فوق‌کاهنده آب و در شرایطی که تبخیر از سطح بتن زیاد باشد ممکن است بیشتر شود، زیرا در اثر استفاده از این مواد، آبانداختگی در سطح بتن کاهش می‌یابد و سرعت تبخیر از سطح از مقدار آبانداختگی بیشتر خواهد شد.
تاثیر بر خواص بتن سخت‌شده
اگر نسبت آب به سیمان و روانی بتن و ملات ثابت باشد، با توجه به خاصیت کاهشش شدید آب که توسط این مواد ایجاد می‌شود، می‌توان عیار سیمان را به همان نسبت کاهش داد. لذا جمع‌شدگی و احتمال ترک‌خوردگی در مرحله خمیری و همچنین در بتن سخت‌شده نیز کاهش می‌یابد. این کاهش عیار سیمان در واقع باعث افزایش مقاومت و پایایی بتن و کاهش نفوذپذیری بتن می‌شود. علاوه بر این ممکن است کاهش عیار سیمان به عنوان یک هدف برای کاهش گرمازایی بتن باشد و یا یک هدف اقتصادی محسوب گردد.
مقاومت بتن: در صورت استفاده از این مواد بعنوان فوق‌کاهنده آب، به دلیل کاهش نسبت آب به سیمان در مخلوط، مقاومت بتن بطور قابل توجهی افزایش می‌یابد. در حالیکه از این مواد بعنوان فوق‌روان‌کننده استفاده شود در خواص مقاومتی بتن تغییری عمده و قابل توجه حاصل نمی‌شود، اما افزایش جزئی مقاومت گزارش شده است که به دلیل پخش و توزیع بهتر سیمان در بتن، منطقی و قابل توجیه است.
اگر افزودن فوق روان‌کننده همراه با کاهش آب بتن باشد مقاومت فشاری را تا ۳۰ درصد و یا حتی بیشتر افزایش می‌دهد. با این مواد، تولید بتن‌هایی با مقاومت فشاری ۷۰ مگاپاسکال و بیشتر در شرایط کارگاهی به آسانی قابل طراحی و تولید می‌باشد. مقاومت خمشی بتن‌های دارای این افزودنی‌ها بهبود می‌یابد ولی نسبت افزایش آن در مقایسه با مقاومت فشاری کمتر است.
دوام (پایایی) بتن: جذب مویینه بتن در صورت استفاده از مواد افزودنی در حالت فوق‌کاهنده آب بشدت کاهش می‌یابد. نفوذپذیری بتن بطور مستقیم با جذب مویینه که متأثر از نسبت آب به سیمان است، ارتباط دارد. لذا با استفاده از مواد افزودنی فوق‌کاهنده آب، نفوذپذیری بتن به مقدار زیادی کاهش می‌یابد.
نحوه مصرف و توصیه‌های مربوط به آن
افزودنی های فوق‌روان‌کننده (فوق‌کاهنده آب) معمولاً بصورت محلول در آب می‌باشند که مقدار مواد خشک موجود در آنها ۳۰ تا ۴۰ درصد وزنی است. جهت مصرف این مواد آنها را معمولاً به آب طرح اضافه می‌کنند یا در مراحل پایانی اختلاط به مخلوط اضافه می‌نمایند. اضافه کردن در مراحل پایانی اختلاط، سبب عملکرد بهتر این مواد می‌شود و توصیه می‌شود این روش استفاده شود. بعضی از این مواد گاهی به شکل پودر مصرف می‌شوند که قبل از اضافه کردن آب مخلوط، به سیمان یا سنگدانه اضافه می‌شود که این حالت بیشتر در ملات‌های خشک آماده و یا بتن‌های خشک که آب مخلوط در محل بتن‌ریزی اضافه می‌گردد، بکار می‌رود.
مقدار مصرف بهینه این مواد بر حسب نوع و خواص و ترکیب شیمیایی آنها بسیار متفاوت است. همچنین به مواردی مانند نوع سیمان، دمای ساخت بتن و … نیز بستگی دارد. مقدار مصرف صحیح این مواد باید قبلاً طبق توصیه‌های سازنده و در آزمایشگاه با در نظر داشتن شرایط محیطی و اقلیمی در محل مصرف تعیین شود.
معمولاً زمانی که برای تهیه یک بتن مناسب از افزودنی فوق‌کاهنده آب استفاده می‌شود، جداشدگی اتفاق نمی‌افتد. با این وجود در نظر نگرفتن پیش بینی‌های لازم و عدم احتیاط می‌تواند سبب جداشدگی شود. نامتناسب بودن اجزاء بتن و اختلاط ناقص می‌تواند سبب آبانداختگی و جداشدگی شود.
تناسب نادرست اجزاء بتن ممکن است در بتن‌های با اسلامپ کم آشکار نباشد، اما در بتن‌های روان با اسلامپ زیاد این نقص‌ها و کمبودها اهمیت پیدا می‌کنند و می‌توانند سبب جداشدگی و یا آبانداختگی شوند. به همین علت است که جداشدگی در بتن‌های روان که با افزودنی‌های فوق‌کاهنده آب ساخته می‌شوند، بیشتر مشاهده می‌شود. یک راه برای اطمینان یافتن از عدم جداشدگی، افزایش سنگدانه‌های ریز و استفاده از مصالح و سنگدانه‌ها با سطح زبرتر و توجه به دانه‌بندی سنگدانه و مواد ریز بتن است.
استفاده از یک افزودنی فوق‌روان‌کننده/فوق کاهنده آب برای افزایش اسلامپ نباید سبب افزایش آبانداختگی در یک بتن با نسبت‌های مناسب شود. به همین علت، در هنگام کار با افزودنی‌هایی از نوع نمک اسیدهای کربوکسیلیک و هیدروکربوکسیلیک که میل به افزایش آبانداختگی بتن دارند باید توجه لازم را نمود. آبانداختگی را می‌توان از طریق تغییر ترکیب اجزاء بتن که در جلوگیری از جداشدگی نیز مؤثر است، کاهش داد.
پوزولان‌ها به جز خاکستر بادی، عموما به دلیل افزایش چشمگیر سطح جانبی دانه‌ها و تمایل به لخته‌شدن، کارآیی و روانی بتن را به شدت کاهش می‌دهند و به همین دلیل توصیه می‌شود که در بتن‌های دارای پوزولان و به ویژه دوده سیلیسی از فوق‌روان‌کننده استفاده شود. در ضمن به دلیل امکان کلوخه‌شدن این مواد در بتن و امکان ایجاد اثرات نامطلوب بر مقاومت و دوام، در بتن‌های دارای پوزولان و به ویژه دوده سیلیسی حتما از فوق‌روان‌کننده استفاده شود.
