بتن یکی از پرکاربردترین، شناخته شده ترین و قدیمی ترین متریال های مورد استفاده در سازه ها و صنعت ساختمانی است. با این حال بتن نیز مشکلات و نواقص خاص خودش را دارد و به همین منظور بسته به نوع پروژه ساختمانی، از انواعافزودنی بتن (Concrete Admixture) استفاده می کنند تا به ماده مدنظرشان دست پیدا کنند.
انواع افزودنی های بتن
افزودنی های بتن در تولید بتن همواره برای بهبود خواص مکانیکی و کارایی آن استفاده میشود. بنابر تعریف مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، افزودنی ماده ایست شیمیایی به غیر از سیمان پرتلند، سنگدانه و آب که به صورت پودر یا مایع، برای اصلاح خواص یک یا چند ویژگی بتن تازه یا سخت شده، کمی قبل از اختلاط یا در حین اختلاط به آن افزوده میشود. مقدار این افزودنیهای بتن کم است و در نسبتهای طرح اختلاط به حساب نمیآید. مقدار این مواد معمولا برحسب درصدی از مقدار سیمان به مخلوط اضافه میشوند که بنا به آنچه که در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان به آن اشاره شده حداکثر این مقدار برابر 5 درصد وزنی سیمان مصرفی است. مواد افزودنی اگر فقط بر روی یکی از خواص بتن تاثیر بگذارد تک منظوره و در غیر این صورت چند منظوره به حساب میآید. در تقسیم بندی بر اساس نوع ماده، مواد افزودنی های بتن به دو دسته مواد افزودنی شیمیایی و مواد افزودنی معدنی تقسیم میشوند.
براساس استاندارد ASTM C-494 افزودنیها به 8 دسته تقسیم بندی شدهاند، که عبارتند از:
- تیپ A: کاهنده آب– Water-Reducer (یا روان کننده–Plasticizer)
- تیپ B: کندگیر کننده(Retarder)
- تیپ C: تندگیر کننده(Accelerator)
- تیپ D: کاهنده آب و کندگیر کننده
- تیپ E: کاهنده آب و تندگیر کننده
- تیپ F: کاهنده قوی آب-High Range Water Reducer (یا فوق روان کننده-SuperPlasticizer)
- تیپ G: کاهنده قوی آب و دیرگیر کننده و
- تیپS: افزودنیهای با عملکرد خاص.
پرکاربردترین افزودنیهای بتن شامل مواد افزودنی حباب ساز (فوم بتن)، کاهنده آب، کندگیرکننده و تندگیر کننده میباشند. مواد افزودنی اگرچه از عناصر اصلی ساخت بتن به حساب نمیآیند، اما به اندازه ای موثر و رایج هستند که امروزه تولید بتن بدون افزودنی استثنا به حساب میآید.
افزودنی های معدنی بتن
افزودنیهای معدنی بتن به شکل ذرات بسیار ریز معدنی موجب بهبود برخی از خواص و یا ایجاد ویژگیهای خاصی در بتن میشود. تغییر رنگ بتن، بهبود کارایی و انسجام بتن تازه و همچنین ارتقای مقاومت و نفوذناپذیری بتن سخت شده از آثار استفاده از افزودنیهای معدنی در بتن هستند. افزودنیهای معدنی بتن به سه دسته کلی افزودنیهای معدنی خنثی و رنگدانه ها، پوزولانها که به عنوان مواد جایگزین یا مکمل سیمان شناخته میشوند، و افزودنیهای شبه سیمانی تقسیم بندی میشوند.
پوزولانها شامل مواد سیلیسی یا سیلیسی آلومینی هستند که به تنهایی فاقد ارزش چسبانندگی بوده، اما به شکل ذرات بسیار ریز در مجاورت رطوبت طی واکنش شیمیایی با هیدروکسید کلسیم، ترکیبهای با خاصیت سیمانی ایجاد میکنند. پوزولانها میتوانند در مقادیر مختلف جایگزین سیمان شده و باعث صرفه جویی در مصرف سیمان شوند.
کاهش سرعت و میزان حرارت ناشی از آبگیری سیمان، افزایش کارپذیری و مقاومت بتن و کاهش نفوذپذیری از ویژگیهای استفاده از پوزولانها در بتن میباشند. انواع پوزولانهای متداول شامل پوزولانهای خام مانند خاکسترهای آتشفشانی و پوزولانهای صنعتی مانند خاکستر بادی (Silica fume) و دوده سیلیسی (Fly Ash) هستند. یکی از پرکاربردترین پوزولانها میکروسیلیس است که میتواند خواص مقاومتی، دوام و … بتن را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.
مواد افزودنی شیمیایی
روان کننده ها یا افزودنی های کاهنده آب (Plasticizer or water-reducing Concrete admixture)
از انواع افزودنی بتن روان کننده ها هستند که با کاهش آب مورد استفاده برای مخلوط سازی استفاده می گردد. روان کننده ها در انواع روان کننده، فوق روان کننده (Superplasticizer) و ابر روانساز یا ابر روان کننده تولید می گردند که به ترتیب میزان مصرف آب را ۱۰، ۱۵ و ۲۵% کاهش می دهند. این مواد با کاهش نسبت آب به سیمان در طرح اختلاط، سبب افزایش مقاومت بدون نیاز به اضافه کردن بیشتر سیمان می شوند.
انواع افزودنی بتن دیرگیر کننده یا کندگیر کننده (Retarding Concrete Admixtures)
از انواع مواد افزودنی بتن، دیرگیر کننده یا کندگیر کننده ها هستند و همانطور که از اسمشان مشخص است سرعت گیرایی اولیه سیمان را کند می کنند و در نتیجه مدت زمان بیشتری طول می کشد تا بتن به گیرایی کامل برسد. از جمله این افزودنی های بتن می توان به روان کننده دیرگیر و فوق روان کننده بتن دیرگیر اشاره کرد. در مناطق و فصل هایی که دمای هوا بالاست و در اثر تبخیر آب بتن خیلی سریعتر سفت و سخت می شود، بهترین نوع افزودنی بتن هستند. از جمله مشکلات دیگری که با کمک این نوع افزودنیهای بتن رفع می شوند شامل جلوگیری از چسبندگی ناصحیح سطوح و حفرات ناخواسته در بتن و مشابه آن هستند.
مواد افزودنی به بتن زودگیر یا تندگیر کننده (Accelerating Concrete Admixtures)
همانطور که از نام این نوع از افزودنی های بتنی مشخص است به منظور گیرش سریع بتن استفاده می شوند یا به عبارتی سبب می شوند بتن زودتر به سفتی و درجه سختی لازم برسد. انواع افزودنی ضد یخ بتن و فوق روان کننده زودگیر در این دسته قرار می گیرند و عملکرد آنها از طریق افزایش سرعت هیدراتاسیون سیمان انجام می شود. گیرایی سریعتر بتن مزایایی مثل قالب گیری بهتر و سریعتر و عمل آوری سریعتر و همچنین امکان بتن ریزی در مناطق با دمای پایین و اقلیم های سرد و خشک را به همراه دارد. انواع افزودنی بتن زودگیر با بهترین کیفیت در بتن شیمی به فروش می رسند.
افزودنی های بتن حباب هواساز (Air Entraining Concrete Admixture)
یکی از جدیدترین نمونه های انواع افزودنی بتن، حباب هواسازها هستند که در برابر چرخه های پیوسته ذوب و انجماد، بتن دوام و ماندگاری بهتری خواهد داشت. به کمک افزودنی حباب هواساز می توان بتن های با عملکرد عالی داشت و جلوی جداسازی دانه های بتن را گرفت و میزان مدول الاستیسیته و وزن مخصوص را کاهش داد که به نوبه خود سبب افزایش مقاومت بتن در برابر انواع مواد شیمیایی خواهد شد. انواع افزودنی بتن حباب هواساز متشکل از رزین وینسول هستند و نمونه های با کیفیت ساخته شده از چربی، نمک قلیایی، روغن حیوانی و گیاهی و رزین طبیعی چوب هستند.
مواد افزودنی معدنی
مدل پوزولانی (Pozzolanic Concrete Admixture)
بهترین نوع افزودنی بتن برای بتن های با چگالی بالا، افزودنی های بر پایه پوزولان هستند که کاربرد این نوع بتن ها در سدها، مخازن آب و کلیه بخش هایی است که با آب در تماس می باشند. با کمک این نوع افزودنی ها می توانید ترک های حرارتی و گرمایی که در طی فرایند هیدراتاسیون ایجاد می گردند را کاهش دهید. همچنین به کمک افزودنی های پوزولانی می توان جلوی قلیایی شدن سنگدانه، آسیب های ناشی از مواد شیمیایی سولفات و آب شستگی را گرفت. به کمک افزودنی های پوزولانی می توان میزان مصرف سیمان را کاهش و مقاومت و کارایی بتن را بهتر ساخت. این مدل از انواع افزودنی های بتن در صنعت، مشتمل بر دو نوع طبیعی و مصنوعی هستند که پرکاربردترین آنها نمونه های مصنوعی مثل ژل سیلیکافیوم و میکروسیلیس هستند. انواع افزودنی بتن ضد سولفات در این دسته قرار می گیرند.
افزودنی های ضد انبساط سنگدانه قلیایی بتن (Alkali Aggregate Expansion Preventing Concrete Admixture)
این مدل از انواع افزودنی های بتن جلوی واکنش سیمان قلیایی با سیلیکای سنگدانه ها را می گیرند تا سنگدانه های قلیایی انبساط پیدا نکنند. در صورتی که این واکنش صورت بگیرد، ماده ژل مانند حاصل از آن انبساط حجمی ایجاد می کند که نتیجه آن ترک خوردگی و از هم گسستگی ساختار بتن است.
انواع مواد افزودنی چند منظوره بتن
در دسته بندی دیگری از انواع افزودنی بتن، کارایی و عملکرد آنها در چندین حوزه ملاک قرار می گیرد. به عنوان مثال در این دسته بندی بهترین انواع افزودنی بتن که چندین کارایی و عملکرد داشته باشند لیست می گردند که عبارتند از:
- افزودنی های کاهنده آب – روان کننده
- افزودنی های کاهنده آب معمولی – قوی یا فوق کاهنده – فوق روان کننده – ابر روانساز
- مواد افزودنی کندگیر کننده – کاهنده آب – روان کننده
- مواد افزودنی تندگیر کننده – کاهنده آب – روان کننده
- کندگیر کننده – کاهنده آب قوی – روان کننده قوی – فوق کاهنده های آب – فوق روان کننده ها
- ضمنا بد نیست بدانید که به این محصولات، انواع افزودنی بتن ترکیبی هم می گویند.
انواع مواد افزودنی بتن تک منظوره
این دسته از افزودنی ها به دلیل فقط یک اثر کلی و مهم بر روی بتن ایجاد می کنند به محصولات تک منظوره معروف شده اند که عبارتند از:
- افزودنی های بتن کندگیر کننده
- افزودنی های بتن تندگیر کننده
- افزودنی های بتن حباب هواساز
- افزودنی های نگهدارنده آب
- افزودنی های کاهنده آب
مزایای افزودنی های بتن
با استفاده از افزودنیهای بتن از مزایای زیر بهره مند خواهید شد:
- افزایش زمان گیرش بتن
- فعالیت آنتی باکتریایی به دلیل داشتن آنزیم های صنعتی
- کاهش قدرت اولیه بتن و افزایش قدرت کلی آن
- کاهش گرمای هیدراتاسیون و در نتیجه کاهش احتمال ترک خوردگی گرمایی
- بهبود مقاومت بتن در برابر اثر ذوب – انجماد
- کاهش مصرف سیمان و تولید بتن مقرون به صرفه
- افزایش کاربردپذیری و کارایی بتن
معایب افزودنی های بتن
برخی از معایب افزودنی ها که البته کلی نیستند و در برخی از آنها مشاهده می شوند عبارتند از:
- میزان بالای کلسیم کلرید که احتمال خوردگی فولاد (در بتن معمولی و نه در بتن مسلح) را افزایش می دهد
- قیمت بالای برخی از افزودنی ها
- افزایش انقباض در بتن ناشی از خشک شدن
- ایجاد مقاومت کم در برابر حملات سولفات