ساختار شیمیایی و نحوه عملکرد افزودنی ها و فوق روان کننده های بتن

نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 1396/10/05

اکثر  مواد قوام آور بر پایه رشته مولکولی پلیمرهای سنگین هستند که میل ترکیبی زیادی با آب دارند . با برهم کنش گر.ه اصلی از مولکول ها با آب و سطح ریزدانه ها ، مواد قوام یک ساختمان سه بعدی را در فاز مایع مخلوط تشکیل می دهند که لزجت و / یا تنش تسلیم خمیر سیمان را افزایش میدهد . مقاومت این ساختار سه بعدی روی بتن اثر گذاشته که باعث افزایش تنش تسلیم می شود .
برخی از مواد قوام آور بر پایه مواد غیر آلی از قبیل سیلیس کلوئیدی هستند که دارای ساختار آمورف (بی شکل ) ذرات کوچک نامحلول و غیر قابل انتشار میباشند که اگر چه بزرگتر از اندازه مولکول هستند اما به اندازه کافی کوچک هستند که بدون ته نشینی در آب معلق باقی بمانند با برهم کنش یونی بین سیلیس و کلسیم سیمان  یک ژل  سه بعدی ایجاد می شود که باعث افزایش لزجت و یا تنش تسلیم خمیر سیمان می شود سه بعدی به کنترل رئولوژی مخلوط کمک می کنند و باعث بهبود بخشیدن به توزیع یکنواخت و معلم بودن ذرات سنگدانه ها می شود مواد قوام آور را می توان بر طبق کنش فیزیکی شان در بتن به صورت زیر طبقه بندی کرد :

1 – گروه A
این گروه شامل پلیمرهای مصنوعی و طبیعی محلول در آب است که منجر به افزایش لزجت  آب اختلاط می شوند  گروه A  شامل اترهای سلولوزی نشاسته ژلاتینی اکسید پلی اتیلن آلودگی نیز (نمک اسیدی که در سواحل آمریکا یافت می شود) ، کرجینن  (ماده کلویید ای که از جلبک دریایی قرمز خوراکی به دست می آید) ، پلی اکریلامید ، پلیمر های کربوکسی زینب و الکل پلی لینک می باشند.
2 – گروه B
لخته کنندهای آلی محلول در آّ ، که با تاثیر بر روی ذرات سیمان و افزایش لزجت از طریق افزایش جاذبه بین ذره ای به صورت جذب سطحی عمل می کنند . این مواد شامل استایرن دو پلیمره ( مایع روغنی که در تولید پلاستیک مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد ) با گروه کربوکسی ، پلی الکترولیت های مصنوعی و صمغ طبیعی می باشند.
3 – گروه c
امولسیونی از مواد آلی متنوع ، که منجر به افزایش جاذبه بین ذره ای شده و همچنین ذرات بسیار نرمی را در خمیر سیمان توزیع می کند . این گروه شامل موادی هستند که حاوی امولسیون آکرلیک و رس آبدار پراکنده شده هستند 
4 – گروه D
مواد غیر آلی با سطح مخصوص زیاد یا خصوصیت سطحی غیر معمول که ظرفیت نگه دارندگی آب در مخلوط را افزایش می دهند . این گروه شامل رس بسیار نرم ( بنتونیت ) ، سیلیکای آذرین ، سیلیکا فوم تغلیظ شده ، پنبه نسوز آسیاب شده و سایر مواد الیافی می باشند .
5 – گروه E
مواد غیر آلی ریزدانه های خمیر ملات را افزایش می دهند و به این وسیله باعث افزایش تیکسوتروپی مخلوط می گردند مانند خاکستر بادی ، آهک هیدراته ، کائولن ، خاک سنگ و سایر مصالح پوزولانی خام .
ساختار اولیه مواد گروه A ، رشته بلندی از شش کربن زنجیره ای که زنجیرها از دو طرف متصل هستند می باشد . این گروه موادی با وزن مولکولی بالا هستند که لزجت را در محلول از طریق پیوند هیدروژنی افزایش می دهند . برخی از افزودنی های خاص که عناصر هیدروفوبیک قابل توجهی ندارند ( از قبیل پلی ساکاریدهایی با وزن مولکولی زیاد ) در برابر نمک و کاتیون مقاوم تر بوده ، در برابر تغییرات pH و دما پایدار بوده و کف ( حباب های ریز ) تولید نمی کنند . این ویژگی به پیوندهای درون ذره ای هیدروژن بین قسمت های اصلی و کناره های زنجیره و نبود واکنش در سطح مشترک هوا / آب نسبت داده می شود . عملکرد پلیمر ها در بتن را بر اساس خصوصیات زیر می توان تفکیک کرد.

1 – قابلیت افزایش لزجت در مقادیر مصرف کم
2 - کاهش ته نشینی دانه های مخلوط در وضعیت خمیری
3 - کنترل آب انداختگی
4 – تحمل مقادیر زیاد نمک
5  سازگاری با سایر افزودنی ها از قبیل مواد کاهنده آب و فوق روان کننده
6 – قابلیت ایجاد لزجت مناسب در سرعت برشی کم

7 – 3 نحوه عملکرد
عملکرد کلیه مواد قوام آور تغییر دادن خاصیت رئولوژی در خمیر سیمان است بتن تازه می تواند به صورت پایه ای توسط تنش تسلیم لزجت خمیری تعریف شود:
تنش تسلیم نیروی مورد نیاز برای حرکت را بیان می کنند تنش تسلیم به کارایی بتن تازه بستگی دارد و می توانند توسط آزمایش هایی نظیر اسلامپ ارزیابی شود .

ساختار شیمیایی و نحوه عملکرد افزودنی ها و فوق روان کننده های بتن

1- لزجت خمیری مقاومت در مقابل جاری شدن ناشی از تنش های خارجی را بیان می کنند . لزجت توسط  اصطکاک داخلی ایجاد شده و سرعت جاری شدن بتن به لزجت  خمیری آن بستگی دارد.

 همانطور که در شکل 7-2 نشان داده شده است لزجت   خمیری در بتن خودتراکم را میتوان توسط اندازه گیری زمان T50  در هنگام آزمایش روانی اسلامپ یا توسط زمان جریان از قیف v شکل  ارزیابی کرد.

 ایجاد تعادل بین تنش تسلیم و لزجت  خمیری کلید اصلی دستیابی به خواص مناسب خود تراکمی در بتن است  مواد قوام آور  باعث تغییر خاصیت رئولوژی به تن از طریق افزایش لزجت  خمیری می شود از سوی دیگر معمولاً تا حدی باعث افزایش تنش تسلیم و کاهش روانی می شوند افزودنی هایی که تنش تسلیم را کاهش میدهند روان کننده نامیده می شوند که معمولاً همراه با مواد قوام آور برای بهینه کردن تنش تسلیم به کار می روند به عبارت دیگر استفاده از مواد اقوام آور باعث افزایش لزجت  روانی باید تنش تسلیم مخلوط بتن را با استفاده از مواد افزودنی روان کننده کاهش داد بنابراین مواد قوام آور یکی از  اعضای خانواده مواد افزودنی هستند که برای عملکردهای خاصی طراحی می شوند از قبیل :


1 - کاهش جداشدگی در بتن هایی بار روانی زیاد یا خود تراکم
2 - کاهش شسته شدن سیمان در بتن های زیر آب
3 - کاهش خطر جدا شدگی و آب انداختگی در به تنهای پمپ شونده
4 - جبران کردن دانه بندی ضعیف به خصوص کمبود ریز دانه ها در ماسه
5 - کاهش مقدار مواد پودری لازم در بتن خود تراکم
6 - کاهش آب انداختگی در بتن
7 - بهبود دادن مقاومت اولیه در بتن نیمه سخت شده
8 - بتن ریزی های حجیم ( زیرا از ایجاد حباب های هوا بر روی سطح بتن جلوگیری کرده و بدین وسیله نیاز به پرداخت زیاد   در سطح بتن را کاهش میدهد)
9 - برای تزریق گروت در مجراهای آرماتور بتن پیش تنیده

در صورت به کارگیری مواد قوام آور در بتون انتظار می رود که اثرات زیر مشاهده شود:

1 - خصوصیات چسبندگی قابلیت حرکت و خودت ترازی افزایش میابد
2 - زمان گیرش در بتن حاوی مواد قوا ما و بر پایه  سلولوز اتر  افزایش می آورد در بتن هایی که حاوی مواد قوام آور و آکریلیکی هستند زمان گیرش افزایش می یابد مگر زمانی که با فوق روان کننده ها ترکیب شوند.
3 – مقاومت در برابر جداشدگی هنگامی که بتن به داخل آب ( بوصورت سقوط آزاد ) ریخته می شود افزایش می یابد .
4 – با افزایش مقدار افزودنی مقدار pH و کدی آب کاهش می یابد .
5 – به دلیل قدرت نگهداری زیاد آب که این افزودنی ها در بتن به وجود می آورند به ندرت آب انداختگی به وجود می آید .
6 – برخی از افزودنی های گروه A ، B  و C  دارای خصوصیاتی ذاتی فعال سطحی یا سورفکتانت هستند که سبب کاهش کشش سطحی فاز آبی مخلوط می شوند .

سورفکتانت ها موادی هستند که به عنوان مواد افزودنی حبابساز در بتن به کار می روند . به این ترتیب مقدار افزودنی بیش از مقدار بهینه ممکن است منجر به ایجاد حباب هوای ناخواسته شود .

7 – مقدار اندکی کاهش مقاومت فشاری ، به خصوص در سنین اولیه در مخلوطهایی با مقدار سیمان متوسط حاصل می شود . مقدار کاهش مقاومت به مقدار افزودنی ، به مقدار هوای اضافی وارد شده در مخلوط ، به اسلامپ یا میزان روانی و همچنین میزان تاخیر افتادگی گیرش بستگی دارد.
8 – نوع افزودنی و میزان استفاده به نحوی که استفاده از مقدار آب بیشتر در مخلوط را ایجاب کند باعث افزایش جمع شدگی ناشی از خشک کردن خواهد شد .

در شکل 7 – 3 برای یتنی با نسبت آب به سیمان 45/0 مقدار آب شستگی برای 1،2،3 سقوط در دو حالت بتن شاهد و بتن حاوی مواد قوام آور نشان داده شده است . همانگونه که ملاحظه می شود با افزودن مواد قوام آور مقدار آب شستگی ( افت وزن بتن ) به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش یافته است .


ساختار شیمیایی و نحوه عملکرد افزودنی ها و فوق روان کننده های بتن



 سازگاری با سایر افزودنی ای شیمیایی

از آنجاییکه بسیاری از مواد گروه A  ، B و C دارای خصوصیات ذاتی فعال سطحی یا سورفکتانت ، در هنگام استفاده از این مواد با سایر افزودنی ها از قبیل کاهنده های آب باید اثرات جانبی آنها بر روی ویژگیهای بتن خمیری و سخت شده مانند تاخیر زمان گیرش یا هوای اضافی  وارد شده در نظر گرفته شود . مولکول های  موادی با فعالیت سطحی کمتر برای جذب شدن بر روی ذرات سیمان با مواد فوق روان کننده رقابت می کنند به این دلیل میزان استفاده از مواد فوق روان کننده باید افزایش پیدا کند .
البته باید توجه داشت که اکثر مواد شیمیایی علاوه بر اثرات مورد نظر ، تاثیرات ثانویه نیز بر بتن بر جای می گذارند و مواد قوام آور نیز از این دسته مستثناء نیستند . اکثر مواد قوام آور اثر کمی هم روی خواص بتن در حالت تازه و سخت شده دارند اما اگر در مقدار زیاد استفاده شوند روی زمان گیرش و یا روی مقدار و پایداری حباب های هوای وارد شده اثر می گذارند . استفاده کنندگان از مواد قوام آور باید به برگه ی مشخصات ماده افزودنی که توسط کارخانه سازنده ارائه می شود ، مراجعه کنند تا اطلاعات خاص را در مورد مقدار مصرف پیشنهادی و اثرات این ماده افزودنی دیگر ویژگی های بتن را بیابند .

      
سایر مقالات
کنترل بتن جهت انطباق با مقاومت مشخصه (نمونه کنترلی، نمونه آزمایشی، نمونه عمل آمده در آزمایشگاه)
کنترل بتن جهت انطباق با مقاومت مشخصه (نمونه کنترلی، نمونه آزمایشی، نمونه عمل آمده در آزمایشگاه)
جهت کنترل کیفیت مقاومت فشاری بتن مخلوط شده قبل از ریختن در قطعه اصلی بایستی موارد ذیل را در نظر گرفت.
ادامه مطلب
ملات ضد اسید فوران
ملات ضد اسید فوران
فوران یا به طور کلی‌تر ملات ضد اسید فوران، نوعی ملات دو جزئی است که با استفاده از رزین فوران (Furan Resin) طراحی و تولید می‌شود.
ادامه مطلب
طراحی و اجرای روشهای مقاوم سازی و تقویت  سازه بتنی
طراحی و اجرای روشهای مقاوم سازی و تقویت سازه بتنی
هنگامی که مقاومت سازه ی بتنی زیر مقدار تعیین شده در طراحی باشد ( دقیق تر اینکه با حذف ضریب های اطمینان، رده ی مقاومتی بتن باربر از عدد طراحی شده 15 درصد – یا بیشتر- پایینتر باشد) و این اعداد از طریق آزمون های مخرب یا غیر مخرب از بتن سخت به دست آمده و مورد اطمینان باشند.
ادامه مطلب
مواد افزودنی بتن الیافی (کامپوزیت)
مواد افزودنی بتن الیافی (کامپوزیت)
بتن الیافی (کامپوزیت)، یکپارچگی و پیوستگی خوبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد. برای ساخت بتن الیافی از افزودنی بتن یا ژل میکروسیلیس که حاوی الیاف می باشد می توان استفاده کرد یا می توان گفت که برای اضافه کردن الیاف به بتن و تولید بتن الیافی ژل میکروسیلیس که شامل الیاف پلی پروپیلن می باشد بسیار مناسب می باشد. بتن الیافی تولید شده با ژل میکروسیلیس از قابلیت جذب انرژی زیادی برخوردار است و تحت اثر بار های ضربه ای به راحتی از هم گسسته نمی شود.
ادامه مطلب