در ابن مطالب، کاربرد افزودنی های بتن، خواص مواد افزودنی بتن، انواع افزودنی بتن، افزودنی های بتن ضد آب شستگی، افزودنی های ملات، افزودنی های بتن چسباننده، افزودنی های رنگ بتن، توضیح داده شده است.
کاربرد افزودنی های بتن
مواد افزودنی بتن به صورت گرد یا مایع برای اطلاح خواص بتن، اختلاط به بتن افزوده می شود. در این مقاله سعی داریم انواع مواد افزودنی های بتن و کاربرد های آن ها را بررسی کنیم. برای ساخت بتن های ویژه در شرایط خاص نیاز به استفاده از افزودنی های بتن مختلفی می باشد. پس از پیدایش مواد افزودنی حباب هواساز در سال های 1940 کاربرد این ماده در هوای سرد و در مناطقی که دمای هوا متناوب به زیر صفر رفته و آب بتن یخ می زند، رونق بسیار یافت. این ماده امروز یکی از پر مصرف ترین افزودنی ها در مناطق سرد نظیر شمال آمریکا و کانادا و بعضی کشورهای اروپایی است. ساخت افزودنی های فوق روان کننده که ابتدا نوع نفتالین فرمالدئید آن در سالهای 1960 در ژاپن و سپس نوع ملامین آن بعدا در آلمان به بازار آمد شاید نقطه عطفی بود که در صنعت افزودنی ها در بتن پیش آمد. ابتدا این مواد برای کاستن آب و به دست آوردن کارایی ثابت به کار گرفته شد و چند سال بعد با پیدایش بتن های با مقاومت زیاد نقش این افزودنی اهمیت بیشتری یافت. امروزه بتن های مختلفی برای منظور ها و خواص ویژه و نیز به منظور مصرف در شرایط خاص با این مواد ساخته می شود که از میان آنها به ساخت بتن های با مقاومت زیاد، بتن های با دوام زیاد، بتن های با مواد پوزولانی زیاد (سرباره کوره های آهن گدازی و خاکستر بادی)، بتن های با کارایی بالا، بتن های با الیاف و بتن های زیر آب و ضد شسته شدن می توان اشاره نمود.
حداکثر مواد افزودنی مصرفی در بتن
بتن های با کارآیی بسیار زیاد که چند سالی است از پیدایش آن در جهان و برای اولین بار در ژاپن نمی گذرد، تحول جدیدی در صنعت ساخت و ساز بتنی ایجاد کرده است. این بتن که نیاز به لرزاندن نداشته و خود به خود متراکم می گردد، مشکل لرزاندن در قالب های با آرماتور انبوه و محل های مشکل برای ایجاد تراکم را حل نموده است. این بتن علیرغم کارایی بسیار زیاد خطر جدایی سنگدانه ها و خمیر بتن را نداشته و ضمن ثابت بودن کارایی و اسلامپ تا مدتی طولانی می تواند بتنی با مقاومت زیاد و دوام و پایاپی مناسب ایجاد کند. در طرح اختلاط این بتن باید نسبت های خاصی را رعایت نمود. به عنوان مثال شن حدود 50 درصد حجم مواد جامد بتن را تشکیل داده و ماسه حدود 40 درصد حجم ملات انتخاب می شود. نسبت آب به مواد ریزدانه و پودری بر اساس خواص مواد ریز بین 9/0 تا 1 می باشد. با روش آزمون و خطا نسبت دقیق آب به سیمان و مقدار ماده فوق روان کننده مخصوص برای مصالح مختلف تعیین می گردد. از این بتن با استفاده از افزودنی دیگری که گرانروی بتن را می افزاید در زیر آب استفاده شده است. در موارد مختلف از استفاده و نگهداری بتن در سازه ها یا شرایط آب و هوایی و محیطی خاص نیاز به طرح اختلاط ویژه ی است که استفاده از افزودنی های بتن آن را میسر می سازد. در محیط هایی که نیاز به بتن ریزی سریع و یا مقابله با سرما و یخبندان و همچنین حفظ سازه در تماس دیمی با آب و مبارزه با عواملی که باعث از بین رفتن بتن می شود از افزودنی های بتن استفاده می شود. که در موارد مختلف نوع استفاده از ین افزودنی ها و مقدار ترکیبی آن قابل تغییر است.
خواص مواد افزودنی بتن
• تسریع در روند کسب مقاومت اولیه
• کنترل واکنش های قلیایی های سیمان با سنگدانه ها
• طولانی کردن زمان گیرش
• افزایش کارائی بدون نسبت آب به سیمان
• تهیه بتن پر مقاومت، بتن مقاوم در برابر یخ زدن و آب شدن مکرر
انواع افزودنی بتن
افزودنیهای بتن کاهنده ( آب روان کننده ها)
افزودنیهای بتن کاهنده آب، همانطور که از نام این دسته از افزودنیهای بتن مشخص است به منظور کاهش آب مورد استفاده در طرح اختلاط بتن مورد نظر استفاده می‌گردد. کارایی یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های بتن میباشد که با افزایش آب نیز افزایش پیدا می‌کند اما از طرفی با افزایش بیش از اندازه آب در طرح اختلاط بتن، مشخصه‌هایی نظیر مقاومت و دوام در بتن نیز تحت تاثیر قرار میگیرند.
افزایش کارایی بتن منجر به بهبود خواص مقاومتی بتن، چسبندگی بهتر بین بتن و فولاد، پیش گیری از ترک خوردگی بتن، جلوگیری از جداشدگی، جلوگیری از کرمو شدگی و جلوگیری از پدیده خونریزی در بتن می‌گردد.
افزودنیهای بتن کاهنده آب اغلب با نام روان کننده‌ها شناخته می‌شوند و در سه دسته روان کننده ها، فوق روان کننده‌ها و ابر روان کننده ها تقسیم می‌شوند. روان کننده ها، فوق روان کننده‌ها و ابرروان کننده‌ها آب اختلاط را هرکدام به ترتیب تا ۱۰% ، ۱۵% و ۲۵% کاهش می‌دهند. معمولا از لیگنوسولفونات‌های کلسیم، سدیم و آمونیوم به عنوان پایه روان کننده‌های معمولی یا می‌شود. از ابرروان کننده‌های نسل جدید عبارتند از : پلی کربوکسیلات ها، پایه‌های پلیمر آکریلیک‌ها و مولتی پلی کربوویلاترها.
افزودنیهای بتن دیرگیر کننده یا کندگیر کننده
در میان انواع افزودنی بتن افزودنی بتن دیرگیر کننده سرعت گیرش اولیه سیمان را کاهش می‌دهد و به طور کلی زمان گیرش نهایی بتن را افزایش می‌دهد. این افزودنی‌ها به عنوان کندگیر کننده‌ها نیز شناخته می‌شوند و در فصول و مناطقی که دمای هوا بالاست و بتن سفت و سخت می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد. گیرش سریع بتن در برخی اوقات منجر به ایجاد ناپیوستگی‌هایی در سازه ها، چسبندگی نامناسب سطوح، ایجاد حفره‌های غیر ضروری در بتن و … می‌‌گردند.لذا دیرگیر کننده‌ها به منظور جلوگیری از چنین مشکلاتی استفاده می‌شوند. اغلب ماده‌هایی نظیر کلسیم سولفات‌ها یا گچ نقش دیرگیر کننده‌ها را ایفا می‌کنند. نشاسته، فرآورده‌های سلولزی، شکر، نمک‌های اسید به عنوان دیرگیر کننده‌های دیگر نیز شناخته می‌شوند. برخی افزودنیهای بتن کاهنده آب (روان کننده ها) خود به عنوان افزودنی بتن دیرگیر نیز عمل می‌کنند و به نام روان کننده‌های دیرگیر نیز شناخته می‌شوند.
افزودنیهای بتن زودگیر کننده یا تندگیر کننده
در ادامه مرور انواع افزودنی بتن افزودنی بتن زودگیر کننده به منظور افزایش سرعت گیرش اولیه بتن مورد استفاده قرار میگیرند. این دسته از افزودنی بتن سرعت سخت شدگی بتن را افزایش می‌دهند و به عنوان ضد یخ بتن نیز شناخته می‌شوند.این افزودنی‌ها از آن جایی که سرعت هیدراتاسیون سیمان را افزایش می‌دهند در مراحل اولیه، مقاومت بیشتری را نیز به بتن خواهد داد.
کسب مقاومت سریع بتن در برخی موارد مانند قالب برداری سریع تر، زمان عمل آوری کوتاه تر، ساخت و بتن ریزی در مناطق سردسیر. مفید میباشد. اغلب ماده‌هایی نظیر تری اتانول آمین، کلسیم فرمات، سیلیکا فیوم، کلسیم کلراید، سیلیکا ژل و … به عنوان افزودنیهای ضد یخ بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. کلسیم کلراید ارزان‌ترین و رایج‌ترین ماده‌ای است که در زودگیر کننده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
افزودنیهای حباب هواساز بتن
افزودنیهای بتن حباب هواساز یکی از ابتکارات مهم در زمینه تکنولوژی بتن میباشد. نقش اصلی افزودنی حباب هواساز بتن افزایش دوام و بهبود عملکرد در برابر سیکل‌های ذوب و یخبندان میباشد. هنگام افزودن به بتن، این ماده افزودنی، میلیون‌ها حباب پراکنده در سراسر بتن ایجاد می‌کند و خواص بتن را بهبود می‌بخشد. همچنین افزودنی حباب هواساز بتن باعث بهبود کارایی بتن، جلوگیری از جداشدگی دانه‌ها و پدیده خونریزی در بتن، کاهش وزن مخصوص و مدول الاستیسیته در بتن، بهبود مقاومت شیمیایی بتن و کاهش میزان سیمان و ماسه و آب در بتن می‌گردد. حباب هواساز بتن بیشتر از رزین وینسول میباشد. این نمونه از انواع افزودنی بتن اغلب از رزین طبیعی چوب، نمک‌های قلیایی، چربی‌ها و روغن‌های حیوانی و گیاهی به دست می‌آید.
افزودنیهای بتن پوزولانی
افزودنیهای بتن پوزولانی اغلب در بتن‌های چگال مورد استفاده قرار میگیرند. بتن‌های چگال در ساخت دیوار حائل آب نظیر سد‌ها و مخازن آب‌ها و … مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین این نوع افزودنی بتن گرمای ناشی از هیدارتاسیون و ترک‌های حرارتی را کاهش می‌دهند. استفاده مناسب و با نسبت بهینه این افزودنی در بتن موجب کاهش ریسک‌هایی همانند پدیده قلیایی شدن سنگدانه ها، آب شستگی و حملات سولفاتی می‌شود. مواد پوزولانی که به عنوان افزودنی بتن مورد استفاده قرار میگیرند به دو نوع طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. پوزولان‌های طبیعی ماده‌هایی اعم از رس، شیل، توف‌های آتشفشانی و پومسیت‌ها هستند. پوزولان‌های مصنوعی موجود نیز اعم از سیلیکا فیوم، خاکستر بادی، سرباره کوره آهن گدازی، خاکستر پوسته برنج و … می‌باشند.
افزودنیهای بتن آب‌بند یا نم‌بند
افزودنی بتن آب‌بند یا نم‌بند اغلب به منظور ساخت بتن‌های مقاوم در برابر نفوذ آب و رطوبت مورد استفاده قرار میگیرند تا سطح بتن در برابر آب مقاوم گردد. علاوه بر خواص آب بندی، این افزودنی خاصیت زودگیری بتن به منظور سخت شدگی اولیه بتن را نیز دارا میباشد.
افزودنی بتن آب‌بند یا نم‌بند در سه حالت مایع، پودری و خمیر موجود است. اجزاء اصلی این ماده عبارتند از آمونیوم سولفات، زینک سولفات آمونیوم کلراید، کلسیم کلراید و سیلیکات سودا میباشد که از لحاظ شیمیایی مواد پرکننده فعال منافذ می‌باشند.
افزودنیهای گازساز بتن
عموما از پودر آلومینیوم، کربن فعال و هیدروژن پراکساید به عنوان افزودنیهای گازساز نام برده می‌شود. هنگامی که افزودنیهای گازساز به بتن اضافه می‌شود با هیدروکساید ناشی از هیدراتاسیون سیمان وارد واکنش می‌شود و حباب‌های ریز هیدروژن را در بتن به وجود می‌آورد. میزان تشکیل حباب‌های گاز در بتن به عوامل مختلفی مانند میزان افزودنی مورد استفاده، ترکیبات شیمیایی سیمان، دما، میزان ریز دانه بودن و … وابسته است. حباب‌های گاز تشکیل شده از نشست و پدیده خونریزی در بتن جلوگیری می‌کند.
همچنین از افزودنیهای گازساز در ساخت بتن‌های سبک نیز استفاده می‌گردد. برای مقابله با نشست و خونریزی بتن میزان مورد استفاده از این افزودنی در بتن در بین ۰٫۵% تا ۲% وزن سیمان میباشد. اما برای ساخت بتن‌های سبک با کیفیت بالا میزان ۱۰۰ گرم از این افزودنی به ازای هر کیسه سیمان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
افزودنیهای بتن ضد حباب هوا
در ادامه مرور انواع افزودنی بتن می رسیم به افزودنی بتن ضد حباب هوا اغلب به منظور حذف حباب‌های هوای اضافی ایجاد شده در بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی اوقات وجود برخی سنگدانه‌ها موجب آزاد شدن گاز در بتن شوند و هوای ایجاد شده در بتن از حد مجاز فراتر رود و بنابراین استفاده از این افزودنی در بتن می‌تواند مفید واقع گردد. موادی که عمدتا در این افزودنی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد عبارتند از تری بوتیل فسفات، سیلیکون ها، الکل غیر محلول در آب و …
افزودنیهای بتن ضد انبساط سنگدانه‌های قلیایی
انبساط سنگدانه‌های قلیایی در بتن در اثر واکنش سیمان قلیایی و سیلیکا موجود در سنگدانه‌ها اتفاق می‌افتد. این واکنش باعث ایجاد ماده‌ای ژل مانند می‌گردد و باعث انبساط حجمی در بتن می‌شود که در پی آن بتن ترک میخورد و از هم گسسته می‌شود.
استفاده از افزودنیهای بتن پوزولانی ضد انبساط موجب جلوگیری از این پدیده می‌شود و حتی در برخی از موارد استفاده از افزودنی بتن حباب هوا ساز نیز می‌تواند مفید واقع گردد. عموما افزودنی‌هایی که برای کاهش ریسک انبساط سنگدانه‌های قلیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد حاوی پودر آلومینیوم و نمک لیتیوم میباشد.
افزودنیهای بتن ضد آب شستگی
افزودنیهای بتن ضد آب شستگی عموما برای سازه‌های بتنی مدفون در آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. این افزودنی‌ها بتن را در برابر شستگی تحت فشار آب، مقاوم می‌کند. همچنین خواص چسبندگی بتن را نیز افزایش می‌دهد. این نمونه از انواع افزودنی بتن اغلب برگرفته از لاستیک‌های طبیعی و مصنوعی و غلیظ کننده‌های پایه سلولزی می‌باشند.
افزودنیهای ملات
افزودنیهای ملات به منظور بهبود مشخصه‌های ملات بر حسب نیاز اضافه می‌شوند. در برخی اوقات نیاز به تزریق سریع ملات و برخی اوقات نیاز به تزریق آهسته ملات به منظور نفوذ در ترک‌ها و شکاف‌های عمیق میباشد. از این رو، افزودنیهای مختلفی برحسب کاربرد به عنوان افزودنیهای ملات به کار برده می‌شوند. زودگیر کننده‌ها همانند کلسیم کلراید، تری اتانول آمین به عنوان افزودنی‌هایی ملات برای گیرش سریع ملات مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین اسید موسیک و گچ به عنوان دیرگیر کننده‌ها در افزودنیهای ملات به منظور کاهش سرعت گیرش ملات‌ها مورد استفاده قرار میگیرند. از افزودنیهای گازساز مانند پودر آلومینیوم به منظور جلوگیری از نشست پی‌ها در ملات استفاده می‌گردد.
افزودنیهای بتن بازدارنده خوردگی
خوردگی فولاد در سازه‌های بتن مسلح بسیار رایج است و این اتفاق هنگامی شدید‌تر می‌شود که سازه در معرض آب شور، فیوم‌های صنعتی و کلراید‌ها قرار داشته باشد. برای جلوگیری و کاهش سرعت پیشروی از چنین اتفاقی در بتن‌های مسلح از این نوع افزودنی‌ها استفاده می‌گردد. برخی از انواع افزودنی بتن بازدارنده خوردگی که در سازه‌های بتن مسلح مورد استفاده قرار می‌گیرد عبارتند از سدیم بنزوات، سدیم نیترات، سدیم نیتریت.
افزودنیهای بتن چسباننده
از افزودنی بتن چسباننده به منظور چسباندن و اتصال میان سطوح بتن سخت شده قبلی و بتن تازه جدید استفاده می‌شود. به طور معمول اگر بتن تازه روی سطح بتن سخت شده ریخته شود احتمال شکست بتن در فشار‌های شدید در محل اتصال این دو بتن بسیار افزایش میابد. برای تشکیل اتصال قوی بین سطوح بتن، افزودنیهای بتن چسباننده به سیمان یا ملات اضافه می‌شوند و قبل از ریختن بتن تازه جدید، روی سطح بتن سخت شده قبلی اجرا می‌شود. این نوع افزودنی بتن برای تعمیرات و … استفاده می‌شود.
افزودنیهای بتن چسباننده از امولسیون‌های آب هستند و از لاستیک‌های طبیعی و مصنوعی، پلیمر‌ها مثل پلی وینیل کلراید، پلی وینیل استات و … تشکیل می‌شوند.
افزودنیهای بتن ضد قارچ، ضد باکتری و ضد عفونی کننده
برای جلوگیری از رشد باکتری ها، میکروب‌ها و قارچ‌ها در بتن سخت شده از این نوع افزودنی بتن استفاده می‌شود. این افزودنی‌ها عباتند از فنول پلی هالوژنات، ترکیبات مس و امولسیون‌های دی الدرین.
افزودنیهای رنگ بتن
افزودنیهای رنگ بتن رنگدانه‌هایی هستند که در بتن ایجاد رنگ‌های متنوعی می‌کنند. این افزودنی‌ها هیچگونه تغییری در مقاومت بتن نخواهند گذاشت. عموما این افزودنی در مرحله اختلاط به سیمان اضافه می‌شود. سپس سیمان رنگی می‌تواند در بتن رنگ مورد نظر را ایجاد کند. برخی از ترکیبات رنگ‌ها و رنگ‌های حاصل از آنها در جدول زیر آورده شده است.