مشخصات افزودنی ها و مواد شیمیایی بتن

افزودنی ها و مواد شیمیایی بتن و مشخصات آنها

افزودنی ماده ای به غیر از سیمان پرتلند، سنگدانه، و آب است که به صورت پودر (گَرد) یا مایع (آبکی)، به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده بتن و برای اصلاح خواص بتن، کمی قبل از اختلاط، در حین اختلاط یا قبل از درجا ریختن به آن افزوده می شود. به عبارت دیگر، افزودنی ها اجزایی از بتن به غیر از سیمان هیدرولیکی، آب، سنگدانه ها و الیاف هستند که برای اصلاح و بهبود خواص بتن و ملات تازه و سخت شده، به بتن افزوده می شوند. افزودنی های بتن به دو گروه مواد فزودنی شیمیایی و معدنی تقسیم می شوند.

افزودنی های شیمیایی از فرآوری، ترکیب یا آمیزه کاری مواد آلی و معدنی در یک فرآیند شیمیایی به دست می آیند و در حالت های پودر یا مایع در مقادیر کم معمولاً تا حداکثر 5 درصد وزن مواد سیمانی در زمان ساخت و اختلاط یا درست پیش از ریختن بتن، به مخلوط اضافه می شوند.

افزودنی های معدنی که یا به طور طبیعی یافت می شوند یا از محصولات جانبی صنعتی هستند، به سه دسته مواد خنثی، پوزولان ها، و مواد شبه سیمانی تقسیم می شوند و برای بهبود و اصلاح خواص مخلوط های سیمانی در مقادیر مصرف عموماً بیشتر از 5 درصد وزن سیمان در زمان اختلاط به بتن افزوده می شوند.

گستره این نشریه (نوشتار) در برگیرنده افزودنی های شیمیایی بتن است و بررسی مواد افزودنی معدنی به دیگر نشریه های انجمن بتن ایران واگذار شده است.

اندر کنش بتن و افزودنی های شیمیایی

افزودنی های شیمیایی با مواد سیمانی در حال آبگیری (هیدراته شدن) اندر کنش نشان می دهند و براساس نوع عملکردشان به سه رده مواد افزودنی با عملکرد فیزیکی، شیمیایی، و فیزیکی – شیمیایی تقسیم می شوند.

مواد افزودنی با عملکرد فیزیکی آن رده از افزودنی های شیمیایی هستند که در فرآیند واکنش آبگیری سیمان تاثیر مستقیم ندارند، اگر چه ممکن است بر روند و آهنگ آن تاثیر بگذارند. این افزودنی ها عموماً تا پیش از گیرش اولیه بتن، تاثیر و کارکرد خود را نشان می دهند و تاثیر آنها پس از گیرش، در بتن سفت شده و سخت شده ادامه نمی یابد. از جمله این افزودنی ها می توان به کاهنده های آب، هوازاها، گازسازها، هوازُداها، ضد آب شستگی ها، آسان کننده های پمپاژ، رنگ بخش ها، و پیوندزاها اشاره کرد.

مواد افزودنی با عملکرد شیمیایی یا در فرآیند و روند واکنش آبگیری سیمان پیش از گیرش تاثیر می گذارند یا ریز ساختار محصولات آبگیری را پیش و پس از گیرش، دستخوش تغییر می کنند. بنابراین واکنش افزودنی های شیمیایی علاوه بر زمان پیش از گیرش، ممکن است در مراحل سخت شدگی بتن نیز ادامه یابد. کُندگیر کننده ها، زودگیر کننده ها، زود سخت کننده ها، منبسط کننده ها، کنترل کننده های واکنش آبگیری، و ناگیر کننده ها در زمره افزودنی های با عملکرد شیمیایی هستند.

مواد افزودنی با عملکرد فیزیکی – شیمیایی اگر چه در فرآیند واکنش شیمیایی آبگیری سیمان دخالتی نمی کنند ولی با وارد کردن مواد شیمیایی ویژه به درون بتن، برخی از واکنش های شیمیایی یا رفتارهای فیزیکی بتن سخت شده را در آینده کنترل می کنند. بازدارنده های خوردگی، کاهنده های انبساط واکنش قلیایی سیلیسی، نم بندها، کاهنده های تراوایی، قارچ کُش ها، میکروب کش ها، و حشره کش ها در این رده از افزودنی ها قرار می گیرند.

دسته بندی افزودنی های شیمیایی

افزودنی های شیمیایی براساس نوع تاثیر و کارکرد اصلی که در بتن دارند به هفت دسته کلی تقسیم 
می شوند.

دسته 1: کاهنده های آب

افزودنی های کاهنده آب برای افزایش روانی بتن در مقدار آب معین، یا کاهش مقدار آب مصرفی با حفظ روانی، یا هر دو مورد به کار می روند و شامل روان کننده ها، فوق روان کننده ها، و فراروان کننده ها 
می شوند.

دسته 2: هوازاها

افزودنی هایی هستند که در حین اختلاط، ساختاری همگن از ریز حباب های ناپیوسته در بتن، ملات، یا خمیر سیمان پدید می آروند و باعث بهبود کارآیی (کارپذیری) و افزایش پایایی در برابر چرخه های یخ زدن و آب شدن می شوند.

دسته 3: کُندگیر کننده ها

کُندگیر کننده ها با کُند کردن روند آبگیری سیمان، گیرش بتن را به تاخیر می اندازند و شامل کُندگیر کننده  معمولی و دیرگیر کننده ها می شوند.

دسته 4: شتاب دهنده ها (تسریع کننده ها)

شتاب دهنده ها (تسریع کننده ها) با تند کردن روند آبگیری سیمان موجب زودگیری، زود سخت شدگی، یا هر دو میشوند. شتاب دهنده ها شامل زودگیر کننده ها، آنی گیرها، افزودنی های بتن پاشی و زود سخت کننده ها هستند.

دسته 5: حجم زاها

حجم زاها برای افزایش حجم در بتن (ملات) تازه، جبران جمع شدگی بتن (ملات) سخت شده، یا ایجاد انبساط کنترل شده در بتن (ملات) سخت شده به کار می روند. این افزودنی ها شامل جبران کننده های جمع شدگی، گازسازها، و کف زاها هستند.

دسته 6: پایاگرها (دوام بخش ها)

پایاگرها با کاستن از درون رفت (نفوذ) عوامل زیان آور، پایش (محافظت) میلگردها، یا کنترل واکنش های زیانبار، پایایی بتن سخت شده را بهبود می بخشند. کاهنده های تراوایی، نم بندها، بازدارنده های خوردگی، و کاهنده های انبساط ناشی از واکنش قلیایی سیلیسی در این دسته از افزودنی ها جای می گیرند.

دسته 7: افزودنی های متفرقه

افزودنی های خاص دسته ای از افزودنی های شیمیایی با کاربرد ویژه و محدود هستند. ضد یخ ها، رنگ بخش ها، هوازداها، آسان کننده های پمپاژ، ضد آب شستگی ها، پیوندزاها (لاتکس ها)، قوام بخش ها 
نمونه هایی از افزودنی های خاص هستند.

کارکرد افزودنی های شیمیایی

هر ماده افزودنی با کاربرد اصلی آن تعریف و گروه بندی می شود. کارکرد اصلی یک ماده افزودنی عمده ترین اثر مورد انتظاری است که بر بتن دارد و بیانگر عملکرد شاخص آن افزودنی است. کارکرد فرعی، اثر یا اثراتی است که ماده افزودنی در مقیاس کوچک تر از کارکرد اصلی بر بتن می گذارد. برخی از افزودنی ها ممکن است چند منظوره باشند و بر چند خاصیت بتن تازه یا سخت شده تاثیر بگذارند. برای نمونه، کاهنده های آب کُندگیر علاوه بر کاهش مقدار آب، موجب کُندگیری بتن نیز می شوند.

نکته: برخی از افزودنی ها ممکن است دارای اثرات جانبی باشند. به طور مثال کارکرد اصلی افزودنی های کاهنده آب، کاهش آب، کاهش آب بتن است ولی ممکن است اثرات جانبی کُندگیری یا هوازایی نیز داشته باشند. اثر جانبی تاثیر ناخواسته و در مواردی حتی نامطلوبی است که افزودنی بر ویژگی های بتن دارد و باید به خاطر داشت که با کارکرد فرعی تفاوت دارد.

نکته: گسترش روز افزون افزودنی ها و کاربردهای موثر آنها ممکن است به پیدایش افزودنی های جدیدی بیانجامد که در این دسته بندی هفت گانه جای نگیرند. در چنین مواردی نقش آیین نامه ها، دستورالعمل ها و مشخصات فنی خاص که از طرف تولید کنندگان یا مجامع علمی معتبر بین المللی صادر می شوند جایگاه ویژه ای برای ارزیابی و پذیرش این افزودنی ها به خود اختصاص می دهند و معیاری برای سنجش این نوع مواد به شمار می آیند.

دلایل و مزایای استفاده از افزودنی های شیمیایی

بتن باید همگن، کارآ، پرداخت پذیر، مقاوم، پایا، و کم تراوا باشد. در بسیاری از موارد با انتخاب مصالح و نسبت های اختلاط مناسب، به کار بستن روش های درست، استفاده از تجهیزات مناسب و افراد کارآزموده می توان به این ویژگی ها دست یافت. بهره گیری از افزودنی های شیمیایی در کنار مزایای بیشماری که دارند، دستیابی به این ویژگی ها را امکان پذیرتر و آسان تر خواهد کرد. در این راستا، مهمترین دلایل و مزایای استفاده از افزودنی های شیمیایی را می توان به شرح زیر دسته بندی کرد.

1-کاهش هزینه ساخت و ساز

کاربرد افزودنی ها می تواند موجب صرفه جویی های گوناگونی شود و علاوه بر جبران هزینه های ناشی از خرید افزودنی، امتیازات اقتصادی نیز به همراه داشته باشد. کاهش هزینه های ساخت و ساز به سه دسته صرفه جویی مستقیم، غیر مستقیم، و نهان تقسیم می شوند. صرفه جویی مستقیم آن بخش از کاهش هزینه ها است که به آسانی قابل محاسبه و سنجش است. از جمله این صرفه جویی ها می توان به کاهش مقدار سیمان و آب، افزایش بهره وری نیروی انسانی، کم شدن زمان اجرا، سهولت و افزایش راندمان عملیات بتنی، فراهم کردن امکان استفاده از سنگدانه ها و مصالح در دسترس، سهولت انتقال و ریختن بتن، سرعت بخشیدن در باز کردن قالب و سهولت در بسیاری دیگر از موارد اجرایی اشاره کرد.

صرفه جویی غیر مستقیم، کاهش هزینه های حاصل از بهبود کیفیت بتن، افزایش مقاومت های مکانیکی، اطمینان از یکنواختی تولید، کاهش مشکلات و کاستی های هنگام اجرا، کاهش یا حذف دوباره کاری ها، بهبود شکل ظاهری و کاهش تعمیرات سطوح بتنی و موارد بیشمار دیگری را در بر می گیرد.

صرفه جویی نهان در برگیرنده کاهش هزینه های سرمایه گذاری است. از جمله این موارد می توان به کاهش استهلاک تجهیزات و ماشین آلات، کاهش احجام و ابعاد اعضای سازه، امکان طراحی های متنوع، استفاده بهینه از زمین با طراحی سازه های بلندتر، و امکان حذف نماسازی اشارع کرد.

هر یک از افزودنی ها ممکن است تنها یک یا چند مزیت اقتصادی را به ارمفان آوند که بایستی در هنگام محاسبه هزینه های صرفه جویی شده مورد ارزیابی قرار گیرند.

2- تنظیم و بهبود ویژگی های بتن

اگرچه با انتخاب مصالح و نسبت اختلاط مناسب می توان به بسیاری از خواص مورد نظر بتن دست یافت ولی تنظیم و دستیابی به برخی از خواص بتن تازه و سخت شده با استفاده از افزودنی ها، کارآمدتر، اقتصادی تر، و موثرتر از هر روش دیگری است. با استفاده از افزودنی های شیمیایی می توان خواص بتن تازه را متناسب با شرایط اجرایی و محیطی تنظیم و ویژگی های بتن سخت شده را مطابق با ضوابط فنی و شرایط بهره برداری اصلاح کرد.

خواصی از بتن تازه را که می توان با استفاده از افزودنی های شیمیایی تنظیم کرد عبارتند از: افزایش کارآیی بدون مصرف آب اضافی، کاهش آب مصرفی بدون کاهش در کارآیی، تسریع یا کندکردن گیرش اولیه و نهایی، ایجاد انبساط جهت جبران جمع شدگی، کاهش آب انداختن، حفظ قوام، کاهش جداشدگی دانه ها، بهبود پمپ شوندگی، اصلاح روند افت روانی، و کنترل روند گرمازایی در سنین اولیه.

آن دسته از ویژگی های بتن سخت شده را که می توان با استفاده از افزودنی های شیمیایی اصلاح کرد یه بهبود بخشید عبارتند از: تسریع یا تاخیر در روند کسب مقاومت، افزایش مقاومت های مکانیکی، بهبود پایایی، کاهش نفوذپذیری، کنترل انبساط و آسیب های ناشی از واکنش قلیایی، افزایش چسبندگی به فولاد، بهبود چسبندگی بتن جدید به بتن موجود، تولید بتن یا ملات رنگی، و کنترل خوردگی میلگرد.

3- امکان اجرا در شرایط سخت و دشوار

برخی از افزودنی های شیمیایی امکان اجرا و ادامه عملیات بتن ریزی را، با حفظ کیفیت خواسته شده، در شرایط آب و هوایی نامساعد فراهم می آروند. برای مثال با استفاده از روان کننده های کندگیر می توان بتن را در مسافت های طولانی حمل یا تا فواصل زیاد پمپ کرد؛ قوام بخش ها و ضد آب شستگی ها، عملیات بتن ریزی در زیر آب را آسان تر می کنند؛ زود سخت کننده ها امکان بتن ریزی در هوای سرد را فراهم می کنند؛ و با استفاده از فراروان کننده ها می توان بتن را در نقاطی که دسترسی کمی دارد، مانند زیر لوله های آبرسان به توربین در نیروگاه های برق آبی، بدون نیاز به لرزاندن (بتن خودتراکم) اجرا کرد.

4- غلبه بر پیشامدهای ناگهانی

در حین عملیات بتن ریزی، احتمال رخداد پیشامدهای ناگهانی و پیش بینی نشده ای مانند گرفتگی لوله های پمپ، در رفتن قالب، افت ناگهانی دما و ... وجود دارد. با کمک افزودنی های شیمیایی می توان بر برخی از این پیشامدها غلبه کرد. نمونه ای از این دست، استفاده از مواد کنترل کننده ها آبگیری برای جلوگیری از گیرش و استفاده دوباره بتن ساخته شده در مواردی است که وقفه ای در اجرا پیش می آید.

5- دستیابی به خواص ویژه

برخی از خواص و ویزگی های بتن، هر چقدر هم که در انتخاب مصالح و نسبت اجزای بتن دقت شود، جز با استفاده از افزودنی های قابل دستیابی نیستند. از جمله این ویژگی ها و خواص منحصر به فرد که تنها با استفاده از افزودنی های شیمیایی به دست می آیند می توان به هوازایی، کف زایی، خود تراکمی، زودگیری، زودسخت شدگی، کُندگیری، و انبساط زایی اشاره کرد.

6- هماهنگی با مسایل زیست محیطی و بهداشت کار

کاهش آلودگی های صوتی، افزایش ایمنی و بهره وری نیروهای کار (نیروی انسانی)، کاهش گرمای حاصل از اصطکاک تجهیزات و ماشین آلات، دور نریختن و استفاده از بتن باقیمانده در ماشین آلات برای نوبت کاری بعدی (افزودنی کنترل کننده آبگیری)، عدم نیاز به شستشوی تجهیزات بتن سازی در پایان هر نوبت کاری و عدم تخلیه آب شستشو در محیط (افزودنی ناگیر کننده)، از جمله موارد دوستی با محیط زیست است که با کمک افزودنی های شیمیایی قابل دستیابی هستند.

7- کمک به توسعه پایدار

کاهش مصرف سیمان از یک سو با صرفه جویی در مصرف منابع طبیعی (مواد خام اولیه) و از سوی دیگر با کاهش گازهای گلخانه ای ناشی از تولید سیمان، در راستای کمک به حفظ محیط زیست و توسعه پایدار است. دستیابی به مقاومت های زودرس با استفاده از افزودنی ها و بی نیازی به بخاردهی در روند تولید قطعات پیش ساخته که در اصطلاح "بی نیاز از انرژی" نامیده می شود، به صرفه جویی در مصرف انرژی می انجامد و به توسعه پایدار کمک می کند. بهبود پایایی سازه ای بتنی در زمان بهره برداری که در اثر استفاده از مواد افزودنی به دست می آید نیز با افزایش عمر مفید سازه به توسعه پایدار کمک خواهد کرد.

نکته - صرف نظر از تمامی موارد گفته شده، باید به خاطر داشت که هیچ افزودنی را از هر نوع و مقداری که باشد، نمی توان جانشینی برای طرح مخلوط و اجرای بتن انگاشت.

مشخصات افزودنی های شیمیایی

افزودنی های مصرفی بایستی پاسخگوی نیازها و ضوابط آیین نامه بتن و استانداردهای ملی ایران و استانداردهای بین المللی معتبر مانند AASHTO, ASTM, BS, DIN, EN باشند. این منابع مشحصات فنی، حداقل انتظارات از مصرف، و نحوه تاثیر گذاری هر افزودنی را به تفصیل بیان می کنند و راهنمای بسیار مناسبی برای استفاده افزودنی ها هستند. در کنار این استانداردها، تولید کنندگان این افزودنی ها همواره مشخصات فنی دقیقی از محصولات خود و دامنه مصرف و تاثیر آنها بر بتن را ارائه می نمایند که در مواردی می توانند راهگشا باشند. اگر چه مشخصات فنی ارائه شده توسط تولید کنندگاه در بردارنده ی دامنه مصرف پیشنهادی هستند ولی مقدار مصرف افزودنی باید براساس نتایج به دست آمده با مصالح مصرفی در کارگاه مورد نظر تعیین شود. 

نمونه برداری

برای آزمودن، ارزیابی و بازرسی افزودنی ها بایستی نمونه هایی مطابق با دستورالعمل و مشخصات فنی از پیش تعیین شده برای هر افزودنی، برداشته شوند. چنین نمونه هایی باید به روش نمونه گیری اتفاقی از واحد تولید، بسته بندی ها یا ظروف بازنشده، یا از محموله های فله ای که تازه وارد کارگاه شده اند برداشته شوند.

آزمودن

مواد افزودنی با اهداف زیر آزموده می شوند:

• تعیین مطابقت با مشخصات فنی.
  
• ارزیابی تاثیر افزودنی روی خواص بتن ساخته شده با مصالح کارگاهی تحت شرایط محیطی و روش های اجرایی مورد انتظار (پیش بینی شده).
  
• کنترل کیفیت و اطمینان از یکنواختی محموله های متعدد وارده به کارگاه.
  
• آشکار شدن هرگونه ناسازگاری افزودنی با اجزای تشکیل دهنده بتن، به ویژه سیمان، و پدیدار شدن هر گونه اثر نامطلوب افزودنی بر روی بتن.

تولید کننده مواد افزودنی ملزم است گواهی نماید که هر محموله ی جداگانه با استانداردهای ملی ایران یا با مشخصات فنی دیگر آیین نامه های معتبر بین المللی پذیرفته شده در پروژه مطابقت دارد. مشخصات فنی ارائه شده از سوی تولید کننده بایستی بیان کننده توانایی ها و محدودیت های کاربرد هر افزودنی باشد.

شیوه ها و دستورالعمل های کنترل کیفیت که توسط تولید کنندگان مواد افزودنی به کار می روند باید تضمین کننده یکنواختی محصول تولیدی و مطابقت آن با ضوابط و دیگر شرایط استانداردهای ملی ایران یا با مشخصات فنی دیگر آیین نامه های معتبر بین المللی باشند. از آنجا که روش های آزمایش و شیوه های کنترل کیفیت مورد استفاده تولید کنندگان ممکن است براساس خواص یک محصول ویژه پایه گذاری شوند، نمی توانند برای کاربرد عمومی یا استفاده توسط مصرف کنندگان به کار روند.

با اینکه استانداردهای ملی ایران یا دیگر آیین نامه های معتبر و بین المللی دستورالعمل گام به گام با ارزشی برای ارزیابی و انتخاب مواد افزودنی فراهم می کنند، باید پیش از تولید بتن و استفاده مداوم از افزودنی ها در تولید بتن، آزمایش هایی که نشان دهنده عملکرد افزودنی در شرایط کارکرد واحد بتن ساز همراه با مصالح مورد استفاده در ساخت بتن باشند انجام گیرد. یکنواختی و ناپراکندگی نتایج مربوط به هر ویژگی مورد نظر افزودنی یا بتن، به همان اندازه ی میانگین این نتایج دارای اهمیت است.

نکته: نتایج حاصله از مصرف یک افزودنی در یک کارگاه به معنای ویژگی مطلق آن افزودنی

نمی باشد و نمی توان این نتایج را به سایر کارگاه ها عمیم داد و حتی در همان کارگاه تغییرات در نوع سیمان، سنگدانه ها، یا روش های بتن ریزی نیازمند تکرار آزمایش ها می باشد. 

نکته: پس از اطمینان از عملکرد یک افزودنی در مراحل آزمایشگاهی، لازم است عملکرد آن در احجام واقعی سخت بتن و در دستگاه بتن ساز نیز آزمایش و ارزیابی شود و در هنگام بتن ریزی با انجام نمونه گیری های منظم از یکنواختی بن های تولید شده اطمینان حاصل شود.

عملکرد افزودنی ها از هر نوع و طبقه با یکی از شیوه های زیر بررسی می شوند. این شیوه ها ممکن است به تنهایی یا همراه با یکدیگر در تشخیص و انتخاب یک افزودنی مورد توجه قرار گیرند. 

1) نتایج حاصل از کاربرد موفقیت آمیز یک افزودنی در کارهای مشابه قبلی که تحت شرایط کنترل شده کارگاهی انجام شده باشد. در این روش بایستی تا حد امکان شرایط کار و مصالح مرجع انتخابی شبیه به شرایط کارگاه باشد.
2) انجام آزمایش های کارگاهی با مصالح و شرایط موجود در محل کارگاه.
3) کتب و نشریات فنی و اطلاعات ارائه شده از سوی تولید کننده ها.

با استفاده از روش های فوق محدوده مقادیر مصرفی و حد بهینه آن تعیین می شود و اثرات احتمالی ناشی از مصرف بیش از حد مورد بررسی قرار می گیرد ولی لازم است اطلاعات کاملی از عملکردهای قبلی یک افزودنی و نتایج آن که بیانگر محدوده مقادیر مصرف باشد در اختیار مصرف کننده قرار گیرد. بدیهی است که نتایج تاثیر یک افزودنی معین بر روی انواع سیمان، مقدار سیمان، نوع سنگدانه ها، شرایط آب و هوا و شرایط ساخت بتن متفاوت است ولی محدوده تعیین شده از سوی تولید کننده می تواند ملاک سنجش در هر کارگاهی قرار گیرد.

از آنجا که ترکیبات و ویژگی های مواد سیمانی، آب و سنگدانه و نیز نسبت اختلاط آنها تاثیر به سزایی بر کارکرد افزودنی ها دارند، ارزیابی هر افزودنی باید براساس نتایج بدست آمده با مصالح مصرفی کارگاه انجام گیرد.

در ارزیابی یک ماده افزودنی، تاثیر آن روی حجم مخلوط باید در نظر گرفته شود. اگر اضافه کردن ماده افزودنی بازده حجمی مخلوط را تغییر دهد، همانگونه که اغلب پیش می آید، تغییر در خواص بتن تنها به دلیل تاثیرات مستقیم افزودنی نخواهد بود و می تواند ناشی از تغییر در نسبت اجزای تشکیل دهنده بتن نیز باشد. در چنین مواردی ماده افزودنی باید مانند مواد سیمانی، سنگ دانه و آب به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده بتن در طرح اختلاط به شمار آید.

چنانچه، در بتن بیش از یک افزودنی استفاده شود، ممکن است بر کارکرد یکدیگر تاثیر بگذارند. برای نمونه، در بتن دارای افزودنی هوازا، استفاده از روان کننده می تواند راندمان هوازا را افزایش دهد در حالی که برخی از فراروان کننده ها باعث کاهش راندمان آن می شوند. در ارزیابی افزودنی ها باید تاثیر متقابل آنها بر کارکرد یکدیگر، بررسی و در نظر گرفته شود. عوامل محیطی مانند دما و رطوبت تاثیر چشمگیری بر رفتار بتن و بر کارکرد افزودنی ها دارند. مواد افزودنی که کارکرد آنها در دماهای معمول شناخته شده است ممکن است در ئماهای خیلی زیاد یا خیلی کم، کارکرد بسیار متفاوتی داشته باشند. کارکرد هر ماده افزودنی را بایستی در شرایط محیطی مورد انتظار در زمان اجرا ارزیابی کرد و به نتایج آزمایشگاهی که در دماهای استاندارد انجام می شوند، بسنده نکرد.

در ارزیابی کارکرد مواد افزودنی باید شرایط اجرایی مانند چگونگی و زمان اختلاط، نحوه و زمان حمل، دمای بتن تازه، چگونگی ریختن و پخش کردن بتن، نحوه متراکم کردن و پرداخت کردن بتن، و روش عمل آوری در نظر گرفته شوند زیرا هر یک از این موارد می توانند بر کارکرد افزودنی تاثیر بگذارند. برای نمونه، اختلاط بیش از اندازه باعث کاهش راندمان هوازاها می شود.

زمان و نحوه افزودن مواد افزودنی به مخلوط بتن نیز بر کارکرد آنها اثر می گذارد که بایستی در ارزیابی مورد توجه قرار گیرد. برای نمونه، چنانچه افزودنی های کاهنده آب به مخلوط خشک سیمان و سنگدانه افزوده شوند راندمان آنها به شدت کاهش می یابد در حالی که اگر بعد از افزودن بخشی از آب اختلاط و تشکیل خمیر سیمان به بتن اضافه شوند، کارکرد بهتری خواهند داشت.

در ارزیابی اقتصادی هر افزودنی بایستی افزایش هزینه ناشی از تهیه، حمل، نگه داری و افزودن آن را در کنار صرفه جویی های اقتصادی که افزودنی در اجرای عملیات بتنی به همراه دارد مورد بررسی و توجه قرار داد.

اگرچه کارکرد و تاثیر اصلی یک ماده افزودنی بر روی خواص بتن تازه و سخت شده معمولاً ملاک اصلی ارزیابی و انتخاب افزودنی است ولی مزیت های جانبی هر محصول نیز قابل توجه تولید کنندگان بتن آماده، پیمانکاران، مجریان و کارفرمایان می باشد و از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از جمله این مزیت ها می توان به خواصی چون کارآیی (کار پذیری)، سهولت پمپاژ و قالب پذیری، پرداخت سطح، کسب مقاومت های زودرس، استفاده سریع تر از قالب ها، شکل ظاهری سطوح بتنی و حذف یا کاهش زمان لرزاندن اشاره نمود.

برای کنترل کیفیت افزودنی ها، علاوه بر یکنواختی مشخصات ظاهری، یکنواختی عملکرد آنها بر بتن نیز بایستی مورد ارزیابی قرار گیرد.

ملاحظاتی در مصرف مواد افزودنی

مواد افزودنی باید با استانداردهای ملی ایران یا دیگر آیین نامه های معتبر بین المللی مطابقت داشته باشند. علاوه بر این باید دستورالعمل ها و توصیه های ارائه شده از طرف تولید کننده مواد افزودنی مورد توجه دقیق قرار گیرند. اثرات یک ماده افزودنی باید تا آنجا که ممکن است با استفاده از مصالح مصرفی مورد نظر و در شرایط کارگاهی ارزیابی شود.

این موضوع وقتی اهمیت ویزه پیدا می کند که:

• ماده افزودنی پیش از این با مصالح مورد نظر یا ترکیب آنها استفاده نشده باشد؛
  
• استفاده از انواع ویزه مواد سیمانی مورد نظر باشد؛
  
• بیش از یک نوع افزودنی مصرف شود؛ یا
  
• اختلاط و بتن ریزی در دماهای خارج از محدوده ای که معمولاً برای بتن ریزی توصیه می شود، انجام گیرد.

افزون بر این، استفاده از افزودنی ها ممکن است نیازمند اصلاحاتی در طرح اختلاط بتن باشد که از آن جمله می توان به تغییر در نوع یا مقدار سیمان، تغییر در نوع یا دانه بندی سنگدانه، یا اصلاح نسبت اختلاط اشاره کرد. با تنظیم مقدار آب و مواد سیمانی مخلوط و اصلاح نوع و طول زمان اختلاط، اثرات برخی از مواد افزودنی به طور چشمگیری بهبود می یابند. بسیاری از افزودنی ها بیش از یک خاصیت بتن را تحت تاثیر قرار می دهند و حتی ممکن است روی خواص مطلوب تاثیر نامطلوبی بگذارند. افزودنی هایی که خواص بتن تازه را اصلاح می کنند ممکن است موجب سفت شدن زودهنگام یا کندگیری بیش از اندازه بتن شوند و مشکلاتی پدید آورند.

با بررسی چگونگی تاثیر افزودنی ها روی مواد سیمانی مورد مصرف، می توان به دلایل رفتارهای گیرشی ناهنجار پی برد. سفت شدن زود هنگام اغلب به دلیل تغییر در روند واکنش بین تری کلسیم آلومینات و یون سولفات موجود رخ می دهد. کندگیری بیش از اندازه می تواند ناشی از به تاخیر افتادن آبگیری سیلیکات کلسیم به دلیل استفاده از اندازه افزودنی یا کاهش دمای محیط اطراف باشد.

از ملاحظات مهم دیگر در استفاده از مواد افزودنی می توان به محدودیت مقدار مجاز یون کلر در بتن اشاره کرد. این محدودیت ها در آیین نامه بتن ایران داده شده است. معمولاً این محدودیت ها به صورت حداکثر درصد یون کلر نسبت به جرم (وزن) سیمان بیان می شوند، اگر چه گاهی مقدار یون کلر "حل شونده در آب" موجود در بتن نیز ملاک سنجش قرار می گیرد. صرف نظر از آنکه این حد چگونه تعیین می شود، مصرف کننده باید میزان یون کلر موجود در افزودنی را بداند تا در هنگام تعیین نوع و مقدار مصرف افزودنی، حدود تعیین شده برای مقدار یون کلر را زیر پا نگذارد.

نکته: استفاده کننده باید آگاه باشد که حتی با فرض نبودن یون کلر در ساختار یک افزودنی شیمیایی، همواره احتمال وارد شدن یون کلر از طریق آب مصرفی برای تولید افزودنی مایع وجود دارد، زیرا افزودنی ها اغلب به کمک آب ساخته می شوند که حاوی مقادیر کم ولی قابل اندازه گیری یون کلر هستند. بنابراین در برخورد با اصطلاحاتی نظیر "بدون کلر" باید احتیاط کرد.

آماده سازی افزودنی ها

مواد افزودنی رایج در بازار به صورت مایعات یا پودرهای بسته بندی شده ارائه می شوند. برخی از این افزودنی ها، مانند کاهنده های آب و زودگیر کننده های مایع، آماده مصرف هستند و به طور مستقیم در مرکز بتن ساز به مخلوط یا در پای کار به بتن افزوده می شوند. برخی دیگر از این افزودنی ها پیش از افزوده شدن به مخلوط، نیازمند آماده سازی هستند. آماده سازی افزودنی ها پیش از مصرف شامل رقیق سازی یا مایع سازی (ترکیب با آب) است.

1- رقیق سازی

با توجه به ساختار و دقت ابزار و تجهیزات پیمانه و اضافه کردن مواد افزودنی مرکز بتن ساز، در مواردی لازم است که غلظت برخی از افزودنی های مایع کاهش یابد. گاهی برای کاهش هزینه های بسته بندی و حمل ممکن است برخی از افزودنی های مایع در غلظت های بیشتر از آنچه که برای مصرف نیاز است عرضه شوند، در چنین مواردی نیز بایستی افزودنی به اندازه کافی رقیق شود تا امکان پیمانه و اضافه کردن آن فراهم آید.

زمانی که تمام یا بخشی از افزودنی در پای کار به داخل تراک میکسر اضافه می شود، مانند کاهنده های آب، بهتر است که افزودنی با آب رقیق شود تا بهتر و همگن تر مخلوط شود.

مقدار مصرف برخی از افزودنی های مایع، مانند هوازاها، بسیار کم است. در این موارد صرف نظر از غلظت افزودنی، برای آنکه دقت اندازه گیری ابزار و تجهیزات پیمانه کردن مرکز بتن ساز جواب گو باشد بهتر است که این افزودنی ها را با نسبت مشخص با آب رقیق کرد.

نکته: در تمامی موارد رقیق سازی بایستی آب اضافه شده به افزودنی را در طرح اختلاط و ساخت بتن در نظر گرفت و توصیه های تولید کننده افزودنی را به کار بست.

2- مایع سازی (ترکیب کردن با آب)

برخی از افزودنی های شیمیایی مانند بعضی از زودسخت کننده ها و روان کننده ها، برای کاهش هزینه حمل و انبارداری و افزایش ماندگاری، به صورت پودرهای "حل شونده در آب" عرضه می شوند و بایستی در کارگاه با آب ترکیب شوند تا به صورت مایع آماده مصرف در آیند. این کار مستلزم نصب ماشین آلات مناسب، به کارگیری نیروی انسانی مجرب، و رعایت دقیق دستورالعمل های تولید کننده جهت تولید افزودنی با غلظت و درصد جامد مناسب می باشد. در تولید انبوه کارگاهی، بی توجهی به نسبت های دقیق مواد، یا ناهمخوانی دستگاه همزن با غلظت محصول می تواند مشکلاتی مانند همزدن ناکافی، حل نشدن کامل مواد موثر، و رسوب اجزای غیر محلول پدید آورد. در صورت بروز هرگونه مشکل در مورد تولیدات کارگاهی رعایت توصیه های تولید کننده لازم است.

ترکیب کردن و همزدن ماده افزودنی پودری با آب باید در مخزنی جدا از مخزن ذخیره ماده افزودنی آماده شده که به پیمانه ریز متصل است انجام شود. غلظت ماده افزودنی ذخیره شده باید به طور روزانه یا زمانی که ماده جدید به آن افزوده می شود کنترل شود. مخزن ذخیره باید مجهز به یک همزن برای نگه داری ماده افزودنی به حالت معلق باشد چون بسیاری از محلول ها حتی با غلظت کم دارای مقدار قابل توجهی ذرات ریز حل ناشدنی یا اجزای فعالی هستند که ممکن است در اثر سکون مایع رسوب کنند. پیش از پیمانه کردن و افزودن (پیمانه ریزی) مایع آماده شده باید از یکنواختی، پخش شدگی و معلق بودن ذرات جامد اطمینان حاصل شود.

پیمانه کردن و افزودن

موفقیت و کارآمد بودن استفاده از افزودنی ها تا حدود زیادی به دقت روش پیمانه ریزی و زمان افزودن آنها بستگی دارد. هرگونه خطا و کوتاهی در پیمانه ریزی می تواند تاثیرات چشمگیری بر خواص، عملکرد و یکنواختی بتن داشته باشد.

1-پیمانه ریزی افزودنی های مایع

بیشتر مواد افزودنی رایج در بازار به صورت مایعات آماده مصرف هستند که یا در هنگام اختلاط در مرکز بتن ساز به مخلوط اضافه یا در پای کار به بتن افزوده می شوند. برای پیمانه کردن و افزودن این مواد به مخلوط از دستگاه پیمانه ریز استفاده می شود. دستگاه پیمانه ریز هم می تواند در مرکز بتن ساز نصب و هم روی تراک میکسر سوار شود. پیمانه ریز از تعدادی پمپ، اندازه گر، زمان سنج، استوانه مدرج و شیر تشکیل شده است. پیمانه ریزها ممکن است براساس سنجش جرم (وزن) یا اندازه گیری حجم افزودنی ها کار کنند. مشخصات فنی، رواداری دقت، و کارآمدی دستگاه پیمانه ریز باید با استانداردهای ایران یا بین المللی معتبر مطابقت داشته باشد. موقعیت تخلیه افزودنی از مخزن استوانه ای مدرج و ریختن آن به داخل دیگ بتن ساز بایستی به گونه ای انتخاب شود که تمامی افزودنی به بتن در حال اختلاط افزوده شود و از چسبیدن به جداره داخلی دیگ و پره های همزن بتن ساز و هدر رفتن افزودنی جلوگیری شود. بهتر است که ورودی افزودنی به دیگ همزن در انتهای مسیر ورودی آب به دیگ نصب شود تا بتوان آن را همراه با آب به مخلوط افزود. علاوه بر این، روند و آهنگ تخلیه افزودنی ها از مخزن استوانه ای مدرج دستگاه پیمانه ریز باید قابل تنظیم و به گونه ای باشد که از یکنواختی توزیع افزودنی در مخلوط بتن اطمینان حاصل شود.

مخزن استوانه ای مدرج باید تا آنجا که ممکن است نزدیک به محل تخلیه به دیگ نصب شود. در صورت طولانی بودن مسیر تخلیه مخزن استوانه ای مدرج، احتمال آنکه بخشی از افزودنی در مسیر تخلیه باقی بماند و به مخلوط افزوده نشود زیاد خواهد بود. در هر حال بهتر است که راهبر مرکز بتن ساز تسلط کاملی بر مخزن استوانه ای مدرج داشته باشد و با در اختیار داشتن زمان سنج برقی در سیستم های خودکار، یا شیر تخلیه در سیستم های نیمه خودکار، بتواند زمان تخلیه را تنظیم کند تا از تخلیه کامل افزودنی پیمانه شده اطمینان حاصل شود.

در مواردی که بیش از یک افزودنی به مخلوط افزوده می شود باید از درهم آمیختن افزودنی ها پیش از مصرف پرهیز کرد مگر در مواردی که تولید کننده مواد افزودنی، آمیختن آنها را پیش از مصرف مجاز بداند در هر حال بهتر است که برای افزودن هر افزودنی از دستگاه پیمانه ریز جداگانه ای استفاده شود. چنانچه تمام یا بخشی از افزودنی در پای کار با استفاده از پیمانه ریز سوار شده بر روی تراک میکسر یا پیمانه دستی به بتن ساخته شده افزوده می شود بایستی توصیه های تولید کننده افزودنی در نظر گرفته شود.

2- پیمانه ریزی افزودنی های پودری

مواد افزودنی پودری مانند رنگ دانه ها، منبسط کننده ها و آسان کننده های پمپاژ که دارای مقدار مصرف اندک هستند اغلب به صورت دستی و با پیمانه در هنگام ساخت بتن به مخلوط اضافه می شوند. زودگیر کننده ها، کاهنده های تراوایی، و پیوندزاها نیز از دیگر افزودنی هایی هستند که به روش دستی افزوده  می شوند و اغلب در مقادیر مصرف کافی برای یک واحد جرمی (وزنی) سیمان یا یک حجم بتن بسته بندی می شوند. برخی از زودگیر کننده های بتن پاشی به صورت دستی و در پای کار به مخلوط افزوده می شوند.

انبار کردن

سه عامل در انبار کردن مواد افزودنی مهم هستند: سهولت در شناسایی، رطوبت و دمایی که در آن نگه داری می شوند، و وجود برچسب بر روی ظروف و بشکه ها به گونه ای که محتویات آنها را به وضوح نشان دهد. مواد افزودنی خشک (پودری) در مقایسه با سیمان پرتلند حساسیت بیشتری به دی اکسید کربن و رطوبت دارند لذا این مواد باید در کیسه های ضد رطوبت بسته بندی شوند و برای جلوگیری از کلوخه شدن آنها به دور از رطوبت و دماهای زیاد نگه داری شوند. مخازن ذخیره مایعات باید دارای دریچه های مناسب ورودی و بازشو باشند و این دریچه ها باید در هنگامی که مورد استفاده قرار نمی گیرند کاملاً بسته شوند.

بیشتر مواد افزودنی به جز بعضی از ضد رطوبت ها و مواد شتاب دهنده بدون کلر و مواد هوازا به شکل محلول هایی هستند که در 3 درجه سیلیسیوس یخ می زنند، بنابراین باید در مقابل یخ زدگی حفاظت شوند. در انبار کردن بعضی از مواد مانند امولسیون ها نیاز به مراقبت بیشتری است و دستورالعمل های سازنده آن باید دقیقاً رعایت شود.

در مناطقی با زمستان های ملایک می توان اکثر مواد را در بشکه و در انبارهای محصور، بدون نیاز به وسیله گرمایی، بدون نگرانی از یخ زدگی انبار کرد. در زمستان های سخت امکانات ویژه ای برای جلوگیری از یخ زدگی افزودنی های مایع باید به کار برد. استفاده از انبارهای محصور گرم در این شرایط رایج است. لازم است از کلیه تجهیزات شامل مخازن نگه داری، خطوط انتقال و خطوط متصل به بتن ساز نیز محافظت شود. در مناطق با آب و هوای معتدل استفاده از مخازن فلزی عایق بندی شده یا پلاستیکی نیز امکان پذیر است.

در شرایط یخ بندان و هوای سرد، مخازن ذخیره سازی و محتویات آنها یا باید گرم شوند یا در یک محیط گرم قرار داشته باشند. روش دوم به دلایل زیر ترجیح داده می شود:

1. چنانچه مخزن ذخیره مجهز به لوله های مارپیچ آب گرم یا بخار باشد، باید دقت شود که گرم کردن از حد مجاز ارایه شده توسط تولید کننده تجاوز نکند زیرا دمای زیاد می تواند بر برخی از این مواد تاثیر منفی داشته باشد.

2. بعضی از میله های (المنت های) حرارتی ممکن است به طور موضعی ماده افزودنی را بیش از اندازه گرم کنند و باعث تجزیه حرارتی و ایجاد گازهای انفجاری شوند.

3. ممکن است اتصالات الکتریکی گرم کننده ها (نواری، میله ای و غیره) قطع شوند و باعث یخ زدن ماده افزودنی یا آسیب دیدن سیستم حرارتی و دستگاه های اندازه گیری شوند.

4. معمولاً هزینه به کارگیری المنت های میله ای و نواری بیشتر از هزینه گرم نگه داشتن یک انبار در بالاتر از دمای منجمد است.

5. یک انبار گرم نگه داری ماده افزودنی نه تنها مخازن ذخیره، بلکه پمپ ها، دستگاه های اندازه گیری، شیرها و شیلنگ های ماده افزودنی را از یخ زدگی و از سایر مسایل مانند گرد و خاک، باران و افراد متفرقه حفاظت می نماید، به علاوه چون دمای نگه داری در طول سال کمتر در معرض تغییرات شدید قرار می گیرد، گرانروی ماده افزودنی ثابت تر می ماند و دستگاه های اندازه گیری احتیاج به تنظیم کمتری پیدا می کنند.

6. اگر مخازن نگه داری و شیلنگ ها از جنس پلاستیک باشند باید دقت شود از گرم کردن بیش از اندازه آنها پرهیز شود تا این مواد به نقطه نرم شدگی و پارگی نرسند.

7. سیستم هواکش مخازن باید به گونه ای طراحی شود که از ورود هرگونه مواد خارجی به داخل مخزن جلوگیری شود. به همین صورت برای اجتناب از آلودگی بایستی روی مجاری پر کردن و دیگر بازشوها در مواقعی که استفاده نمی شوند درپوش گذاشته شوند.