روان کننده‌ها (کاهش دهنده آب )
روان کننده‌های بتن مواد آلی یا ترکیبی از مواد آلی و معدنی هستند که برای تامین اهداف زیر بکار می‌روند.
- رسیدن به مقاومت بالا از طریق کاهش نسبت آب به سیمان با حفظ کارپذیری بدون افزودنی‌های بتن.
- حفظ کارپذیری با کاهش مقدار سیمان برای کم کردن گرمای ناشی از هیدراسیون در بتن حجیم.
- افزایش کارپذیری جهت تسهیل بتن ریزی در محل‌های غیر قابل دسترسی.
روان کننده بتن
روان کننده بتن، ماده‌ای جهت افزودن به بتن است. بتن پس از اختلاط با این ماده، دارای نوعی نیروی دافعه میان ذرات سیمان می‌شود. این نیرو در اثر نوعی بار الکتریکی که حاصل افزودن بتن است به وجود می‌آید. در نتیجه‌ی آن، بتن حالتی نرم پیدا می‌کند.
افزودنی‌های کاهنده آب یکی از پرکاربردترین افزودنی‌های مورد استفاده در بتن هستند. روان کننده بتن، برای کاهش آب اختلاط در اسلامپ ثابت، ساخت بتنی با مقاومت بیشتر، دستیابی به مقاومت ثابت در عیار سیمان کمتر و یا افزایش اسلامپ بتن بدون نیاز به اضافه کردن آب به مخلوط بتنی استفاده می‌شود. این افزودنی‌ها موجب بهبود خواص سخت شده بتن و به خصوص افزایش مقاومت و دوام آن می‌شوند. همچنین با توجه به امکان کاهش عیار سیمان، استفاده از این افزودنی‌ها در بتن ریزی حجیم و بتن ریزی در هوای گرم برای کاهش گرمای هیدراتاسیون بسیار مناسب است. در صورت استفاده از این افزودنی‌ها در مخلوط بتنی بدون تغییر مقدار آب اختلاط، این افزودنی‌ها به عنوان روان کننده بتن عمل کرده که این ویژگی به بتن ریزی در سازه‌ای با تراکم آرماتور زیاد کمک کرده و عملیات تراکم را ساده تر می‌کند.
دسته اصلی مواد و ترکیبات روان کننده های بتن
- اسیدهای لیگنو سولفونیک (Lignosulphonic Acids) و نمک‌های آنها
- فرمول‌های اصلاح شده و مشتقات اسیدهای لیگنوسولفونیک و نمک‌های آنها
- اسیدهای کربوکسیلیک و هیدروکسیلات (Hydroxylated) ،(Carboxylic Acids) و نمک‌های آنها
- فرمول‌های اصلاح شده و مشتقات اسید کربوکسیلیک، هیدرواکسیلات و نمک‌های آنها
- مواد دیگر شامل نمک‌های روی، فسفات‌ها، کلریدها، کربوهیدرات‌ها، پلی ساکاریدها، اسیدهای قند، بعضی از مواد پلیمری مانند مشتقات ملامین، مشتقات نفتالین و غیره.
مکانیزم عمل افزودنی‌های روان کننده
زمانی که سیمان پرتلند با آب مخلوط می‌شود، به علت کم بودن نیروی دافعه بین ذرات سیمان، این ذرات به هم چسبیده و کلوخه‌هایی را تشکیل می‌دهند. در حضور روان کننده بتن، کلوخه‌های شکل گرفته باز شده و ذرات سیمان به صورت تقریباً مجزا پراکنده می‌شوند. کاهش نیروهای جذب کننده بین ذرات سیمان اجازه حرکت بیشتری را به آنها می‌دهد.
مکانیزم‌های مختلفی از قبیل جذب مولکول‌های آلی در لایه‌های مختلف، ایجاد غلافی از مولکول‌های آب، آزاد شدن آب بین ذرات سیمان، ایجاد تاخیر در فرآیند هیدراتاسیون سیمان و تغییر مورفولوژی، در توضیح اثر روان کنندگی افزودنی‌های کاهنده آب در نسبت آب به سیمان ثابت مطرح شده است.
انواع روان کننده‌های بتن
لیگنوسولفونات‌ها در روان کننده بتن
به طور کلی افزودنی‌های کاهنده آب بر پایه لیگنوسولفونات، مقدار مشخصی از هوا را به بتن اضافه می‌کنند. این ویژگی برای افزایش چسبندگی بتن‌های کم عیار و بتن‌های با ماسه زبر و دانه بندی نا‌مناسب مطلوب است. با این وجود استفاده همزمان از یک افزودنی حباب ساز با روان کننده بتن و افزودن آنها به طرح مخلوط به طور جداگانه تا زمانی که مقدار هوای مورد نیاز در بتن تامین شود، مطلوب‌تر خواهد بود. جهت کاهش مقدار هوای وارد شده در بتن، مقدار مشخصی از عامل ضد کف در فرآیند تولید افزودنی‌های کاهنده آب تجاری با پایه لیگنوسولفونات به آنها افزوده می‌شود. تریبوتیل فسفات، دی بوتیل فتالات، استر‌های بورات و مشتقات سیلیکون با مقادیر حدود یک در صد لیگنوسولفونات برای این منظور استفاده می‌شوند. با توجه به قیمت مناسب لیگنوسولفونات، علاقه به استفاده از این ترکیب، حتی در زمینه ساخت افزودنی‌های فوق روان کننده، همواره وجود داشته است. لیگنوسولفونات‌های اصلاح شده که از طریق انجام فرآیند‌های فیلتراسیون، شکر زدایی و یا سولفوناتاسیون به دست می‌آیند قابلیت رقابت با افزودنی‌های بر پایه سولفونات ملامین و سولفونات نفتالین را دارا هستند.
هیدروکسی کربوکسیلیک اسید‌ها
عموماً این ترکیبات به صورت مصنوعی ساخته شده و از آنجا که به عنوان ماده اولیه در صنایع دارویی و غذایی استفاده می‌شوند دارای درجه خلوص بالایی هستند. با این وجود می‌توان هیدروکسی کربوکسیلیک اسیدهای الیفاتیک را از تخمیر و اکسیداسیون کربوهیدرات‌ها تولید کرد و به همین دلیل به آنها اسیدهای شکر نیز گفته می‌شود. هیدروکسی کربوکسیلیک اسید‌ها می‌توانند به تنهایی به عنوان کندگیر کننده و یا افزودنی‌های کاهنده آب کندگیر مورد استفاده قرار بگیرند. برای استفاده به عنوان روان کننده بتن معمولی یا تند گیر کننده، این ترکیبات باید همانند افزودنی‌های کاهنده آب با پایه لیگنوسولفونات، با یک افزودنی تندگیر کننده ترکیب شوند.
افزودنی‌های روان کننده بتن تند گیر کننده
معمولاً برای کاهش اثر دیر کنندگی روان کننده بتن، مقادیر مشخصی از تندگیر کننده در این افزودنی‌ها وجود دارند. عوامل تندگیر کننده غیر کلریدی برای تولید افزودنی‌های کاهنده آب استفاده می‌شوند. این افزودنی‌ها باعث کاهش زمان گیرش بتن می‌شوند. میزان تسریع در زمان گیرش بسته به نوع افزودنی، دمای محیط و نوع سیمان به کار رفته متفاوت است.
در ساخت و ساز‌هایی نظیر ساخت قطعات پیش ساخته، کانال‌ها و پوشش تونل‌ها که قالب‌های بتن پیش از ۲۴ ساعت بعد از بتن ریزی باز می‌شوند، مقاومت کسب شده توسط بتن در سنین اولیه (مثلاً در ۱۲ یا ۲۴ ساعت) حائز اهمیت زیادی است. این مساله مستلزم تسریع زمان گیرش بتن برای کسب مقاومت کافی در سنین اولیه، برای امکان پذیر بودن باز کردن قالب‌ها و حمل و نقل قطعات بتنی است. همچنین برای بهبود عملیات پرداخت دال‌های بتنی، استفاده از روان کننده بتن تندگیر کننده به خصوص در بتن ریزی در هوای سرد بسیار سودمند است.
تاثیر روان کننده بر بتن در حالت تازه و خمیری
کاهش آب با روان کننده بتن
استفاده از افزودنی‌های کاهنده آب موجب کاهش مقدار آب اختلاط در اسلامپ ثابت می‌شود. کاهش مقدار آب اختلاط موجب افزایش مقاومت یا کاهش جمع شدگی و عیار سیمان می‌شود. این مقدار کاهش آب اختلاط به عوامل مختلفی مانند نوع افزودنی مورد استفاده، نحوه اضافه کردن افزودنی، میزان اسلامپ و نسبت آب به سیمان، نوع سیمان، عیار سیمان، نوع سنگدانه‌ها، نوع و میزان استفاده از افزونه‌ها مانند روباره و خاکستر بادی و نیز مقدار هوا بستگی دارد.
افزایش کارایی
در مقدار آب ثابت، اضافه کردن روان کننده بتن موجب افزایش کارایی بتن می‌شود. تاثیر روان کننده بتن در اسلامپ‌های بیشتر، بیش از تاثیر این افزودنی‌ها بر بتن‌های با اسلامپ کمتر (مقدار آب کمتر) بوده است. با این وجود آزمایش اسلامپ به تنهایی معیار مناسبی برای سنجش کارایی مخلوط بتن نیست. استفاده از رئو‌متر در تعیین کارایی، قابلیت جریان و ویسکوزیته مخلوط‌های بتنی سودمند است.
گیرش
یکی از تاثیرات اصلی افزودنی‌های کاهنده آب و مشتقات آن تاثیر بر زمان گیرش بتن است. انواع مختلف افزودنی‌های کاهنده آب بسته به نوع افزودنی تاثیر متفاوتی بر گیرش بتن دارند.
افت اسلامپ
بیشتر روان کننده بتن، کندگیر کننده نیز هستند و زمان موجود برای عملیات تراکم را افزایش می‌دهند. به همین علت، می‌توان خاصیت کاهش افت اسلامپ را برای این افزودنی‌ها قائل شد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که افزودنی‌های کاهنده آب و کندگیر کننده‌ها به طور کلی مشکلی بر روند افت اسلامپ بتن ایجاد نمی‌کند. با این وجود استفاده از افزودنی میزان افت اسلامپ را افزایش می‌دهد. در هنگام بررسی این نتایج باید بین استفاده از افزودنی در نسبت آب به سیمان ثابت و استفاده از افزودنی در اسلامپ ثابت تفاوت قائل شد. با وجود اینکه میزان افت اسلامپ در بتن‌های حاوی افزودنی بیش از بتن‌های بدون افزودنی بوده اما اسلامپ این بتن‌ها حتی بعد از ۲ ساعت بیشتر از بتن‌های بدون افزودنی بوده است.
مستقل از مکانیزم شیمیایی که باعث افزایش میزان افت اسلامپ در حضور افزودنی می‌شود، تاخیر چند دقیقه‌ای در زمان اضافه کردن افزودنی پس از اختلاط یا اضافه کردن مقدار بیشتری از افزودنی پس از کاهش کارایی، می‌تواند در موارد اجرایی مشکل افت اسلامپ بتن را، حداقل تا زمانی که اقدامات دیگری انجام شود، کاهش داده یا به طور کامل برطرف کند. روش‌های دیگر شامل تغییر تیپ سیمان یا کارخانه تولید کننده آن، تغییر نوع و یا مقدار افزودنی مورد استفاده و کاهش دمای بتن است.
مقاومت فشاری روان کننده بتن
کاهش آب اختلاط در اثر استفاده از روان کننده بتن موجب افزایش قابل توجه مقاومت ۲۸ روزه می‌شود. به طور کلی افزایش مقاومت حاصل در اثر استفاده از افزودنی کاهنده آب بیش از افزایشی است که از کاهش نسبت آب به سیمان انتظار می‌رود. به عبارت دیگر حتی با ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان، استفاده از مواد روان کننده بتن باعث بهبود مقاومت فشاری بتن می‌شود. این مساله بیشتر به علت تغییراتی است که افزودنی‌های کاهنده آب در ریز ساختار خمیر سیمان ایجاد می‌کنند و باعث می‌شوند از سیمان به صورت بهیته‌تری استفاده شود.
تخلخل
تاثیر افزودنی‌های کاهنده آب بر تخلخل خمیر سیمان یا ملات به درجه هیدراتاسیون و نسبت آب به سیمان بستگی دارد. در سنین بیشتر، در صورتی که استفاده از افزودنی تاثیر چندانی بر درجه هیدراتاسیون نگذاشته باشد، با کاهش نسبت آب به سیمان تخلخل خمیر سیمان کاهش می‌یابد. بنابراین فاز ملات بتن شاهد و بتن حاوی افزودنی که در آن هم عیار سیمان و هم مقدار آب اختلاط کاهش یافته و نسبت آب به سیمان ثابت مانده، دارای تخلخل و توزیع اندازه حفرات مشابهی است. در نسبت آب به سیمان ثابت، استفاده از افزودنی به میزان کمتری بر تخلخل و توزیع اندازه خلل و فرج تاثیر می‌گذارد.
مقاومت در برابر ذوب و یخ
به طور کلی مقاومت در برابر ذوب و یخ تابعی از مقدار هوای عمدی، نحوه توزیع حباب‌های هوا در خمیر سیمان و درجه اشباع خمیر سیمان و سنگدانه‌ها است. کاهش نسبت آب به سیمان یا افزایش کارایی بتن در اثر استفاده از روان کننده بتن، می‌تواند بر ماتریس خمیر سیمان و یا بر توزیع حباب‌های هوا تاثیر بگذارد. استفاده از روان کننده بتن بدون استفاده از عوامل حباب ساز برای تامین مقاومت در برابر یخ زدن بتن کافی نیست.
مقاومت در برابر کلر و خوردگی آرماتور
حضور یون‌های کلر می‌تواند موجب خوردگی آرماتور‌ها در بتن‌های مسلح و به ویژه در بتن‌های پیش تنیده شود. ورود یون‌های کلراید به داخل بتن می‌تواند از طریق اجزای سازنده بتن شامل افزودنی‌های مورد استفاده و همچنین از طریق قرار گرفتن در معرض این یون‌ها باشد. در مورد اول مقدار کل کلر موجود در بتن باید کمتر از مقادیر مشخص شده در ACI 318 باشد. در چنین شرایطی بر اساس مقدار کلر موجود در ترکیبات سازنده بتن، کلر موجود در افزودنی‌های کاهنده آب و تندگیر کننده باید بسیار کم و یا تقریباً در حد صفر باشد.
استفاده از روان کننده بتن نفوذپذیری بتن را کاهش می‌دهند و مقاومت بتن را در برابر حملات کلریدی افزایش می‌بخشند. بنابر این به دلیل کاهش نفوذپذیری در اثر استفاده از روان کننده بتن، بخصوص در شرایطی که مصالح در دسترس دارای مقادیری از کلر هستند، می‌توان مقدار کلر اولیه را کمی بیشتر در نظر گرفت.
تاثیر بر دوام بتن
دوام بتن نیز مانند سایر پارامتر‌ها به واسطه استفاده از مواد افزودنی تحت تاثیر قرار می‌گیرد. مقاومت در برابر پدیده ذوب و یخ، معمولاً به عنوان معیاری برای سنجش دوام بتن محسوب می‌شود. با این وجود، دوام بتن در واقع مقاومت بتن در برابر عوامل مهاجم شامل حملات سولفاته و کلراید نیز است.
جمع شدگی خمیری
کندگیر کننده‌ها و افزودنی‌های کاهنده آب کندگیر می‌توانند با تاخیر در زمان گیرش موجب تشدید جمع شدگی خمیری شوند، مگر در صورتی که از کاهش رطوبت بتن جلوگیری شود. در مواقعی که جمع شدگی پلاستیک علت ترک خوردن بتن است، استفاده از این افزودنی‌ها مشکل ترک خوردگی را افزایش می‌دهد. تنها در صورتی که سرعت زیاد هیدراتاسیون سیمان علت تشکیل ترک باشد کندگیر کننده‌ها و افزودنی‌های کاهنده آب کندگیر قادر خواهند بود تا مشکل تر خوردگی را رفع نمایند.
اهداف استفاده از افزودنی های بتن، کاهش دهنده آب
- برای افزایش کارپذیری بدون افزایش مقدار آب یا کاهش مقدار آب با ثابت نگهداشتن کارپذیری.
- برای کاهش یا ممانعت از نشست (Settlement).
- برای اصلاح نرخ یا ظرفیت آب آوری یا هر دو.
- برای کاهش جداشدگی دانه‌ها.
- برای بهبود بخشیدن به قابلیت پمپ شدن.
- برای تسریع نرخ کسب مقاومت.
- برای افزایش دوام.
- برای کاهش نفوذ پذیری.
- برای افزایش چسبندگی بتن به آرماتورهای فولادی
اثر روان کننده‌های بتن روی بتن سخت شده
مقاومت الکتریکی
- کاهش مقدار آب ناشی از بکار بردن روان کننده‌ها سبب افزایش مقاومت ۲۸ روزه ملات و بتن می‌شود. با ثابت نگهداشتن کارپذیری مقاومت بین ۲ تا ۲۰ درصد و گاه تا ۴۰ درصد افزایش می‌یابد.
- ممکن است مقاومت ۲۴ ساعته در اثر خاصیت به تاخیر انداختن گیرش بعضی از روان کننده‌های بتن کاهش یابد، اما در موارد دیگر افزایش در سرعت گیرش و کسب مقاومت مشاهده شده است.
- کسب مقاومت با لیگنو سولفونات کلسیم برای ملات ساخته شده از سیمان پرتلند بسیار چشمگیر ولی برای سیمان‌های پوزولانی و سرباره‌ای کم است.
- عموماً مصرف بیش از اندازه لازم (Over Dosage) روان کننده‌های زود گیر کننده بتن نه تنها گیرش را به تـاخیر می‌اندازد بلکه بخصوص در روزهای نخست مقاومت را کاهش می‌دهد.
تاثیر روان کننده‌های بتن روی خواص ملات و بتن
کاهش آب اختلاط (Mixing Water)
- کم کردن آب همراه با ثابت نگهداشتن کار پذیری به طور محسوسی مقاومت مکانیکی بتن را افزایش داده، خطر جداشدگی دانه‌ها را کم و یکنواختی و تراکم مخلوط را بهبود می‌بخشد.
- میزان کاهش آب در اثر مصرف این نوع مواد افزودنی مشروط بر اینکه اثرات نامطلوبی مشاهده نشود از ۵ تا ۱۵ درصد است. در بسیاری از موارد بخشی از این کاهش ناشی از خاصیت هوازایی (Air-Entraining) افزودنی های بتن است.
- مقدار واقعی کاهش آب بستگی به مقدار سیمان، نوع مصالح سنگی، پوزولان‌ها و مواد هوازا (در صورتی که در بتن بکار رفته باشد) و شرایط محیطی دارد. بنابراین ساختن مخلوط‌های آزمایشی برای بررسی و رسیدن به خواص بهینه و مطلوب و در ضمن اطمینان از عدم وجود عوارض جانبی نامطلوب مانند جداشدگی دانه‌ها، آب آوری (Bleeding) و کاهش کارپذیری با زمان (یا کم شدن اسلامپ) و… ضروری است.
افزایش کارپذیری (Workability)
- کارپذیری مخلوط با به کاربردن روان کننده بتن در حالتی که نسبت آب به سیمان ثابت نگاه داشته شود، بهبود می‌یابد.
- میزان تاثیر روان کننده بتن و مقدار مصرف بهینه آن بستگی به عوامل مختلفی که عموماً به طور همزمان عمل می‌کنند، دارد. از جمله ترکیب کانی کلینکر، نقش عمده‌ای دارد. بر همین اساس مقدار مصرف بهینه این نوع افزودنی بتن با افزایش مقدار آلومینات‌ها زیاد می‌شود.
روش افزودن مواد افزودنی بتن کاهش دهنده آب به بتن
- شن، ماسه و سیمان را با ۵۰ درصد آب اختلاط به مدت ۱۵ تا ۳۰ ثانیه هم بزنید.
- ماده افزودنی بتن را در مقداری آب (تا ۳۰ درصد آب اختلاط) حل کرده و آن را به تدریج به مخلوط فوق اضافه کنید.
- باقیمانده آب اختلاط را تا بدست آمدن کارپذیری (اسلامپ) مطلوب و مورد نظر به مخلوط بیافزاید.
کاربرد روان کننده در بتن
- بتن ریزی با استفاده از پمپ
- بتن ریزی تیرها و ستون‌ها و دیوارهای برشی
- بتن ریزی با مصالح سنگی که درصد جذب زیادی دارند
- قابل استفاده در بتن‌های مسلح و معمولی و ملات‌های سیمانی.
روان کننده دیرگیر
این ماده افزودنی جهت کاهش آب به سیمان و افزایش روانی و کارایی بتن با قابلیت ایجاد تأخیر در زمان گیرش اولیه است.
کاربرد
- بتن ریزی با استفاده از پمپ
- بتن ریزی تیرها، ستون‌ها و دیوارهای برشی
- قابل استفاده در بتن‌های مسلح و معمولی و ملات‌های سیمانی
- افزایش مقدار چسبندگی مصالح در بتن‌هایی که دانه بندی مناسبی ندارند
- بتن ریزی در فصل تابستان و مناطق گرمسیری
خواص و اثرات
- افزایش روانی و کارایی بتن
- سهولت پمپاژ بدون افزایش مقدار آب و افزایش مقاومت فشاری بتن
- جلوگیری از خزش و انقباض بتن
- تأخیر در زمان گیرش بتن مناسب جهت مناطق گرمسیری و استفاده در تابستان
- جلوگیری از خزش و انقباض بتن
- جلوگیری از بوجود آمدن ترک‌های سطحی
- کاهش نسبت آب به سیمان در حدود ۵ تا ۳۵ درصد
- افزایش مدت زمان کارایی بتن
روان کننده زودگیر
این افزودنی یک روان کننده زودگیر جهت افزایش روانی بتن و مناسب در آب و هوای سرد و زمستان است.
کاربرد
- بتن ریزی با استفاده از پمپ
- بتن ریزی با مصالح سنگی که درصد جذب زیادی دارند
- بتن ریزی تیرها و ستون‌ها و دیوارهای برشی
- بتن‌های حاوی ترکیبات پوز‌لانی
خواص و اثرات
- قابلیت کاهش آب اختالط به میزان حداقل ۵٪
- جهت بتن ریزی در آب و هوای سرد زمستان
- بهبود پرداخت پذیری بتن
- افزایش روانی و کارایی بتن
- سهولت پمپاژ بدون افزایش مقدار آب
- روان کننده با کارایی مطلوب
- افزودنی کاهنده و روان کننده بتن جهت بتن ریزی در شرایط آب و هوایی معتدل با حفظ اسلامپ در زمان محدود است.
روان کننده با کارایی مطلوب
افزودنی کاهنده و روان کننده بتن جهت بتن ریزی در شرایط آب و هوایی معتدل با حفظ اسلامپ در زمان محدود به کار می‌رود.
کاربرد
- بتن ریزی با استفاده از پمپ
- بتن درجا برای کاربردهای مختلف
- قابل استفاده در بتن‌های مسلح و معمولی و ملاهای سیمانی
خواص و اثرات
- کاهش نسبت آب به سیمان در حدود حداقل ۵٪
- افزایش مدت زمان کارایی بتن
- افزایش روانی و کارایی بتن
- سهولت پمپاژ بدون افزایش مقدار آب و افزایش مقاومت فشاری بتن
- کاهش جداشدگی در روانی مورد نظر
