بتن (اجزای تشکیل دهنده، ویژگی‌ها، طرح مخلوط، انواع، آزمایش‌ها)
بخش ۳۶: افزودنی‌های بتن (قسمت هشتم: مواد حباب‌زا / حباب‌ساز / هوازا – معرفی، انواع، عملکرد، کاربرد و نحوه نگهداری و مصرف)
پیدایش و گسترش بتن هوازایی شده در سال‌های میانی دهه‌ی ۱۹۳۰ یکی از پیشرفت‌های اساسی تکنولوژی بتن به شمار می‌آید. در اثر اختلاط و هم‌زدن بتن، مانند هر ماده خمیری دیگر، حباب‌های ریز و درشت هوا به طور اتفاقی و ناخواسته در بتن حبس می‌شوند. حباب‌های هوای حبس‌شده دارای شکل نامنظم هستند و اندازه آنها بزرگتر از ۱۰۰۰ میکرون (یک میلی‌متر) است. این حباب‌ها ناپایدارند و بخش عمده‌ای از حباب‌های درشتی که به این ترتیب ایجاد می‌شوند به سرعت از بین می‌روند. هوای حبس شده به نام «هوای محبوس» (Entrapped air) شناخته می‌شود. منظور از «هوازایی» (Entrained Air) آن بخش از حباب‌های ریز هوا است که به طور عمدی در بتن ایجاد می‌شوند و با هوای محبوس تفاوت آشکار دارد. قطر حباب‌هایی که به طور عمدی در بتن ایجاد می‌شوند (هوازایی) از اندازه حباب‌های محبوس کوچکتر و عمدتا بین ۱۰ تا ۱۰۰ میکرون و با فواصل منظم حدود ۲۰۰ تا ۳۰۰ میکرون است.
برای هوازایی در بتن از یک افزودنی هوازا که در حین اختلاط به بتن افزوده می‌شود استفاده می‌گردد. برای هوازایی می‌توان از سیمان هوازا نیز استفاده کرد ولی در حال حاضر در ایران سیمان هوازا تولید نمی‌شود.
از دهه ۴۰ میلادی، آثار و خواص افزودنی‌های حباب‌ساز در بتن بتدریج در آمریکا شناخته شد و بکار رفت. برخی کارخانه‌های سیمان در آمریکا، به تجربه دریافته بودند که افزودنی پیه گاو به کلینکر در هنگام آسیاب آن در کارخانه، عمل آسیاب کردن را تسهیل می‌بخشد. بعدها دریافتند که بتن‌های ساخته شده با این نوع سیمان‌ها از دوام مناسبی برخوردار بودند، در حالیکه بتن‌های مشابه با همان نسبت آب به سیمان خیلی سریعتر از بین می‌رفتند. این یافته‌ها بسیار مهم و عجیب تلقی شده و به کشف خواص یا ساختار میکروسکوپی خمیر سیمان حاوی حباب‌ها منجر گردید. امروزه مصرف این مواد بصورتی فراگیر شده است که در اغلب آیین‌نامه‌ها مصرف این مواد بویژه زمانی که بتن در معرض چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن مکرر قرار دارد، توصیه می‌شود یا الزامی دانسته شده است.
انواع و نحوه عملکرد
افزودنی‌های هوازا (Air Entraining Admixtures) یا حباب‌ساز بنا به تعریف، افزودنی‌هایی هستند که در حین اختلاط (با تاثیرگذاری بر نیروهای کشش سطحی آب)، ساختاری همگن از ریزحباب‌های ناپیوسته در بتن، ملات، یا خمیر سیمان پدید می‌آورند. افزودنی‌های هوازا در حقیقت با تشکیل و تثبیت حباب‌های هوایی که در حین اختلاط وارد بتن می‌شوند، مقدار هوای بتن را افزایش می‌دهند و بر خلاف افزودنی‌های گازساز یا کف‌زا هیچگونه گاز یا کفی در اثر واکنش شیمیایی در بتن ایجاد نمی‌کنند. البته برخی معتقدند مواد حباب‌زا با آهک موجود در سیمان در مجاورت آب ترکیب شده و حباب ریز تولید می‌کنند.
هوازاها از نوع افزودنی‌های با عملکرد فیزیکی هستند و تاثیر مستقیم بر فرآیند آبگیری سیمان ندارند. این افزودنی‌ها عمدتا از مواد اثرکننده بر سطح تشکیل می‌شوند. مواد اثرکننده بر سطح (Surfactants / Surface active agents) موادی هستند که در سطح مشترک بین دو فاز آمیخته نشدنی متمرکز می‌شوند و نیروهای فیزیکی-شیمیایی موثر بر این سطح را تغییر می‌دهند.
هوازاها در سطح مشترک هوا–آب در خمیر سیمان عمل می‌کنند و کشش سطحی آب را کاهش می‌دهند و بدین ترتیب بخش عمده‌ای از حباب‌های هوای ناپایدار پدیدآمده در حین اختلاط را به ریزحباب‌های پایدار تبدیل می‌کنند. این افزودنی‌ها عمدتا دارای یک انتهای آب‌دوست و یک دنباله آب‌گریز هستند. انتهای آب‌دوست آنها در آب می‌ماند و دنباله آب‌گریز آنها در داخل حباب هوا گرفتار می‌شود و از داخل شدن آب به درون حباب (ترکیدن حباب) جلوگیری می‌کند و موجب پایداری حباب‌های تشکیل‌شده می‌شود. نمایی از چگونگی پایدار شدن حباب‌های هوا توسط افزودنی هوازا در شکل زیر نشان داده شده است.