افزودنی های زودگیر کننده و شتاب دهنده بتن

نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 1399/02/13

افزودنی های زودگیر کننده و شتاب دهنده بتن

شتاب دهنده ها

به باور همگانی، واکنش های اولیه ترکیبات سیمان پرتلند با آب درون محلول رخ می دهند (درون محلولی اند) یعنی ترکیبات در ابتدا یونیزه می شوند و سپس محصولات آبگیری در محلول شکل می گیرند. از آنجا که حلالیت محصولات آبگیری محدود است، این محصولات به شکل بلور رسوب می کنند و از محلول خارج می شوند. پدیده های سفت شدگی، گیرش و سخت شدگی خمیر سیمان پرتلند از فرآیند بلوری شدن پیشرونده محصولات

آبگیری سرچشمه می گیرند. بنابراین می توان چنین انگاشت که با افزودن برخی از مواد شیمیایی حل شونده به مخلوط سیمان پرتلند و آب می توان بر آهنگ یونیزه شدن ترکیبات سیمان بر روند بلوری شدن محصولات آبگیری تاثیر گذاشت و در نتیجه، گیرش یا سخت شدن خمیر سیمان را دستخوش تغییر کرد. نیاز به سرعت بخشیدن روند کسب مقاومت، به ویژه برای بتن ریزی در هوای سرد، و کاهش زمان گیرش بتن موجب پیدایش و گسترش افزودنی های شتاب دهنده بتن شده است. در این بخش شتاب دهنده ها مورد بررسی قرار می گیرند.
شاب دهنده ها با تند کردن روند آبگیری سیمان موجب کاهش زمان گیرش (زودگیری)، افزایش آهنگ کسب مقاومت (زودسخت شدن)، یا هر دو می شوند. برخی از افزودنی ها با افزایش چسبندگی خمیر، عملکردی مشابه شتاب دهنده ها دارند.

دسته بندی

شتاب دهنده ها براساس عملکرد و کاربردشان به چهار گروه اصلی تسریع کننده (تندگیر کننده)، زودگیر کننده، آنی گیر کننده، و زود سخت کننده تقسیم می شوند. ممکن است در برخی موارد در عملکرد این چهار گروه اصلی همپوشانی هایی وجود داشته باشد.

1- تسریع کننده ها (تندگیر کننده ها)

طبق تعریف تسریع کننده (تندگیر کننده) ماده افزودنی است که زمان گیرش و آغاز تغییر حالت مخلوط بتن از خمیری به جامد (صلب) را کاهش می دهد. به عبارت دیگر، تسریع کننده ها (تندگیر کننده ها) آهنگ سفت شدن بتن و افت روانی (اسلامپ) آن را سرعت می بخشند.

2- زودگیر کننده ها

زودگیر کننده، که افزودنی زودگیر بتن پاشی (شاتکریت) نیز نامیده می شود، طبق تعریف افزودنی است که در حین پاشش یا پیش از پاشش به مخلوط افزوده می شود تا شتابی بسیار سریع در گیرش یا سخت شدن مخلوط پاشیده شده پدید آورد. محدوده زمانی عملکرد زودگیرهای بتن پاشی بسیار کوتاه تر از تسریع کننده های (تندگیر کننده های) متعارف بتن است.

3- آنی گیر کننده ها

آنی گیر کننده ها نوعی زودگیر کننده بتن هستند که زمان گیرش خمیر سیمان (سفت شدن) را به شدت کاهش می دهند (حدود 60 ثانیه) و گیرش آنی پدید می آورند. آنی گیرها برای انسداد نشت آب 
(نشت بندی) یا پاشیدن بتن بر روی جداره های مرطوب به کار می روند.

4- زودسخت کننده ها

زودسخت کننده طبق تعریف ماده افزودنی است که، با یا بدون تاثیر بر روی زمان گیرش، روند کسب مقاومت های کوتاه مدت بتن را شتاب می دهد (تسریع می کند).

مکانیزم عملکرد شتاب دهنده ها

شتاب دهنده ها به طور عمده از نوع افزودنی های با عملکرد شیمیایی هستند و با تاثیر بر فرآیند آبگیری سیمان و ساختار محصولات آبگیری، این واکنش را تسریع می بخشند. آبگیری سیمان فرآیندی پیچیده است که در آن، ترکیبات مختلف سیمان علاوه بر واکنش با آب بر یکدیگر نیز اندر کنش دارند. سیلیکات ها (C2S , C3S) و آلومینات ها (C4AF , C3S) بیشترین بخش سیمان را تشکیل می دهند.
آلومینات ها با سرعت خیلی زیادتری نسبت به سیلیکات ها هیدراته می شوند. در واقع، مشخصه های سفت شدن (از دست دادن روانی) و گیرش (جامد شدن) خمیر سیمان پرتلند تا حدود زیادی به وسیله واکنش های آبگیری آلومینات ها کنترل می شوند. سیلیکات ها که حدود 75 درصد سیمان پرتلند معمولی را تشکیل می دهند، نقش اصلی را در تعیین مشخصه های سخت شدن (روند کسب مقاومت) به عهده دارند.
واکنش های آبگیری سیلیکات ها و آلومینات ها اگر چه از نظر شیمیایی به دو شیوه جداگانه انجام یم شوند ولی در عمل مستقل از هم نیستند و بر یکدیگر اندرکنش دارند. برای مثال، تسریع واکنش آلومینات ها گرمای زیادی آزاد می کند که می تواند به تسریع واکنش سیلیکات ها منجر شود. برای درک مکانیزم واکنش شتاب دهنده ها، با یک فرض ساده انگارانه و برای سادگی می توان چنین انگاشت که در زمان شروع واکنش آبگیری، آلومینات ها بیشترین تاثیر را بر گیرش و رفتار سفت شدن و سیلیکات ها بیشترین تاثیر را بر سخت شدن و روند کسب مقاومت سیمان می گذارند. دوباره تاکید می شود که در عمل به دلیل پیچیدگی فرآیند آبگیری، مرز شفافی بین این واکنش ها به این صورت که بیان شد وجود ندارد.

افزودنی های زودگیر کننده و شتاب دهنده بتن

1- تسریع کننده های (تندگیر کننده های) بتن

تسریع کننده ها (تندگیر کننده ها) بسته به ترکیبات شیمیایی که دارند، ممکن است عملکرد متفاوتی از خود نشان دهند ولی انتظار می رود عملکرد کلی آنها تسریع واکنش آلومینات های سیمان باشد.
در روند واکنش آبگیری سیمان، در همان ابتدا سولفات کلسیم (گچ) موجود در سیمان با سه کلسیم آلومینات (C3A) واکنش نشان می دهد و اترینگایت پدید می آورد. اترینگایت های تشکیل شده دانه های سیمان را مانند یک پوشش متراکم در بر می گیرند و رسیدن آب به باقیمانده دانه های سیمان مانع می شوند و در نتیجه روند آبگیری آنها را با تاخیر مواجه می کنند. این موضوع به حفظ کارآیی بتن در یک بازه ی زمانی محدود کمک می کند. زمانی که همه سولفات موجود واکنش نشان دادند و به اترینگایت ها چسبیدند، آلومینات اضافی موجود در محیط با اترینگایت ها واکنش نشان می دهند و سولفات ها را جدا می کنند و تشکیل مونوسولفات می دهند. نفوذپذیری مونوسولفات بیشتر از آترینگایت است و اجازه دسترسی آب به دانه های سیمان و ادامه روند واکنش آبگیری را فراهم می کند. با افزودن تسریع کننده های (تندگیر کننده های) پایه آلومیناتی به سیمان، مقدار آلومینات در دسترس برای واکنش و تبدیل اترینگایت به مونوسولفات به طور ناگهانی افزایش می یابد و روند آبگیری آلومینات ها و در نتیجه سرعت گیرش بتن شتاب می یابد. از دیدگاهی دیگر، تسریع کننده های (تندگیر کننده های) بتن، عمدتاً تبدیل اترینگایت به مونوسولفات را شتاب می دهند. ضوابط عملکردی و الزامات ویژه برای افزودنی های تسریع کننده (تندگیر کننده) بتن در جدول زیر نشان داده شده است.

جدول ضوابط عملکردی و الزامات ویژه برای افزودنی های تسریع کننده (تندگیر کننده) بتن (در روانی یکسان)

ردیفویژگیروش آزمونالزامات
1زمان گیرشEN 480زمان گیرش اولیه نباید بیشتر از 10 دقیقه و زمان گیرش نهایی نباید بیشتر از 60 دقیقه باشد (نتیجه دو آزمون از هر سه آزمون.
2مقاومت فشاریISIRI 3206- مقاومت فشاری 28 روزه مخلوط آزمایشی نباید کمتر از 75% مقاومت فشاری مخلوط شاهد باشد.
- مقاومت فشاری 90 روزه مخلوط آزمایشی نباید کمتر از مقاومت فشاری 28 روزه آن باشد.

تسریع واکنش آلومینات ها معمولاً منجر به آزاد شدن گرمای زیادی می شود که بر واکنش آبگیری سیلیکات ها نیز تاثیر می گذارد و آن را سرعت می بخشد ولی انواعی از تسریع کننده ها (تندگیر کننده ها) مانند تری اتانول آمین هم وجود دارند که واکنش آلومینات ها را با گچ (تشکیل اترینگایت) تسریع می کنند ولی بر واکنش سیلیکات ها تاثیری ندارند (در مواردی ممکن است حتی این واکنش کند هم بشود).
نکته- برخی از افزودنی های با عملکرد شیمیایی بسته به مقدار مصرف ممکن است اثر زودگیری یا کندگیری داشته باشند.

2- زودگیر کننده های بتن پاشی

زودگیر کننده های بتن پاشی می توانند عملکرد شیمیایی یا فیزیکی داشته باشند. مکانیزم عملکرد زودگیر کننده های با عملکرد شیمیایی بسیار شبیه به تسریع کننده ها یعنی تسریع واکنش آلومینات ها است. بسیاری از زودگیر کننده های بتن پاشی علاوه بر شتاب دادن به فرآیند گیرش سیمان، روند سخت شدن (مقاومت زودرس) آن را نیز شتاب می دهند.
ضوابط عملکردی برای افزودنی زودگیر کننده بتن پاشی در جدول زیر آورده شده است.

جدول ضوابط عملکردی برای افزودنی های زودگیر کننده بتن پاشی

ردیفویژگیروش آزمونالزامات
1زمان گیرشEN 480زمان گیرش اولیه نباید بیشتر از 10 دقیقه و زمان گیرش نهایی نباید بیشتر از 60 دقیقه باشد (نتیجه دو آزمون از هر سه آزمون.
2مقاومت فشاریISIRI 3206- مقاومت فشاری 28 روزه مخلوط آزمایشی نباید کمتر از 75% مقاومت فشاری مخلوط شاهد باشد.
- مقاومت فشاری 90 روزه مخلوط آزمایشی نباید کمتر از مقاومت فشاری 28 روزه آن باشد.

زودگیر کننده های با عملکرد فیزیکی نوعی اصلاح کننده رئولوژی هستند که بدون دخالت در واکنش آبگیری، موجب سفت شدن سریع بتن پاشیده می شوند. از جمله اصلاح کننده های رئولوژی می توان سیلیکات سدیم (آب شیشه) و سیلیس کلوییدی رسوبی را نام برد. در حال حاضر به دلیل اثرات کاهندگی که سیلیکات سدیم بر مقاومت دارد، از سیلیکات سدیم اصلاح شده استفاده می شود که در مقادیر مصرف متعارف (کمتر از 20 درصد جرم سیمان) در واکنش آبگیری دخالت نمی کند و عملکردی شبیه چسب دارد و با افزایش آنی خاصیت چسبانندگی خمیر سیمان (در کمتر از 10 ثانیه)، از طلبه کردن و واریز بتن پاشیده شده جلوگیری می کند. سیلیکات سدیم اصلاح شده آب درون مخلوط را بی درنگ جذب می کند (رفتاری مانند خشک کننده های جاذب آب) و سبب سفتی و افت سریع اسلامپ بتن می شود. بنابراین مقدار مصرف آن به مقدار آب مخلوط بستگی دارد یعنی هر چقدر آب اختلاط بیشتر باشد به سیلیکات سدیم اصلاح شده بیشتری برای دربند کشیدن آب مخلوط نیاز است.

3-آنی گیرها

سه کلسیم آلومینات (C3A) به تنهایی در ترکیب با آب واکنش شدید و انفجار گونه ای پدید می آورد که منجر به گیرش آنی سیمان می شود. برای جلوگیری از گیرش آنی، در هنگام آسیاب کردن کلینکر مقداری سنگ گچ به آن اضافه و همزمان آسیاب می کنند. پس از ترکیب سیمان با آب، گچ موجود در سیمان با آلومینات های آن واکنش می دهد (تشکیل اترینگایت) و از ترکیب مستقیم آلومینات ها با آب (واکنش انفجار گونه) و در نتیجه از گیرش آنی جلوگیری می کند.
برخی از آنی گیرها مانند آلومینات سدیم و پتاسیم به سرعت (بی درنگ) با گچ موجود در سیمان ترکیب می شوند و آن را از محیط خارج و از تشکیل اترینگایت (محصول واکنش گچ و آلومینات) در اطراف دانه های سیمان جلوگیری می کنند. این موضوع سبب می شود که سه کلسیم آلومینات (C3A) بتواند به طور مستقیم با آب ترکیب شود و گیرش آنی پدید آورد. دسته ای دیگر از آنی گیر کننده ها با افزایش بیش از اندازه آلومینات ها در محیط، واکنش آبگیری سه کلسیم آلومینات (C3A) و تشکیل اترینگایت را به شدت شتاب می دهند (واکنش انفجاری) و گیرش آنی پدید می آورند. این واکنش گرمای زیادی در همان ابتدا آزاد می کند که بر واکنش آبگیری دیگر ترکیبات سیمان پرتلند و رسوب کردن نمک های کلسیم در محلول (تسریع آبگیری سیلیکات ها) نیز تاثیر می گذارد. بسیاری از زودگیر کننده ها پایه آلومیناتی در مقادیر مصرف زیاد می توانند آنی گیر کننده نیز باشند.

نکته - برخی از آنی گیر کننده ها مانند هیدروکسیدهای فلزات قلیایی، میزان قلیایی محیط را به شدت افزایش می دهند و موجب تسریع انحلال و تجزیه سیلیکات ها و شتاب دادن به آبگیری سه کلسیم سیلیکات (C3A) می شوند. این رفتار که در حقیقت نوعی سخت شدن آنی به شمار می آید بر گیرش پیشی می گیرد و مخلوط مستقیماً از حالت خمیری به حالت جامد در می آید (حالت میانی سفت شدن نامحسوس می شود).

4- زود سخت کننده ها

مکانیزم عملکرد زودسخت کننده ها تسریع آبگیری سیلیکات ها است. بخش اصلی فرآیند آبگیری سیلیکات ها از نوع واکنش درون محلولی است. در این نوع واکنش، ترکیبات سیلیکات دار آبگیری نکرده در محلول به یون های تشکیل دهنده شان تجزیه می شوند و در فرآیند آبگیری، سیلیکات های هیدراته را تشکیل می دهند. در ابتدا، آهنگ تجزیه سیلیکات های کلسیم، به ویژه سه کلسیم سیلیکات (C3A)، تندتر از آهنگ پخش و پراکنده شدن یون های ایجاد شده است بنابراین هاله ای با غلظت زیاد از سیلیکات های هیدراته (C-S-H) که انحلال پذیری کمی هم دارند، در مجاورت سطح ترکیبات سیلیکات کلسیم (C3A و C2S) تشکیل می شود. این موضوع موجب می شود که بخش مایع به سرعت از سیلیکات های هیدراته (C-S-H) فوق اشباع شود و لایه ای از محصولات هیدراته شده که نفوذپذیری اندکی دارد، شروع به رسوب به سطح سیلیکات های سیمان کند.
یکی از ویژگی های مهم آبگیری سه کلسیم سیلیکات (C3S) آن است که پس از یک شروع خیلی سریع واکنش با آب در ابتدای اختلاط، این واکنش کند می شود و اینگونه به نظر می رسد که متوقف شده است. دلیل این توقف واکنش، نفوذپذیری اندک سیلیکات های هیدراته شده رسوب کرده بر سطح سیلیکات های هیدراته نشده است که ادامه واکنش آبگیری سیلیکات ها را متوقف می کند. دوره سکون واکنش زمانی پایان می یابد که این لایه تخریب شود یا ساختار آن تغییر کند و نفوذپذیری آن افزایش یابد.
زودسخت کننده ها به دو شیوه سخت شدن را شتاب می دهند. این مواد از یک سو با افزایش مقدار یون کلسیوم در محلول، مقدار ترکیبات آبگیری کلسیم دار را افزایش و زمان تشکیل آنها را کاهش و میزان رسوب آنها را افزایش می دهند. از سوی دیگر نسبت آهک به سیلیس (C/S) را در سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) افزایش و در نتیجه نفوذپذیری لایه رسوب کرده بر سطح سیلیکات ها را افزایش و دوره سکون واکنش آبگیری سیلیکات ها را کاهش می دهند.
نکته - برخی از کاهنده های آب به ویژه فراروان کننده ها با پراکنده نمودن دانه های سیمان از یکدیگر، سطح بیشتری از دانه ها را در معرض واکنش آبگیری قرار می دهند. بنابراین برای یک مقدار مشخص از محصولات آبگیری (C-S-H)، اندر کنش بین دانه های سیمان تسریع می شود و در نتیجه مقاومت افزایش می یابد. این موضوع، همچنان که در فصل دوم نیز اشاره شد، سبب شتاب دادن به آهنگ کسب مقاومت و زودسخت شدن می شود.
ضوابط عملکردی و الزامات ویژه برای افزودنی های زودسخت کننده بتن در جدول زیرنشان داده شه است.

جدول - ضوابط عملکردی و الزامات ویژه برای افزودنی های زودسخت کننده بتن (در روانی یکسان)

ردیفویژگیروش آزمونالزامات
1مقاومت فشاریISIRI 3206- در دمای C°20، مقاومت 24 ساعته مخلوط آزمایشی (حاوی زودسخت کننده) نباید کمتر از 120% مخلوط شاهد (بدون زودسخت کننده) باشد.
- در دمای C°20، مقاومت 28 روزه مخلوط آزمایشی نباید کمتر از 90% مخلوط شاهد باشد.
- در دمای C°5، مقاومت 48 ساعته مخلوط آزمایشی نباید کمتر از 130% مخلوط شاهد باشد.
2مقدار هوای بتن تازهISIRI 3520مقدار هوای مخلوط آزمایشی می تواند حداکثر تا 2% بیشتر از مخلوط شاهد باشد، مگر تولید کننده مقدار دیگری را مشخص کرده باشد.


ترکیبات شیمیایی و مواد تشکیل دهنده

ترکیبات شیمیایی و مواد تشکیل دهنده شتاب دهنده ها معمولاً شامل مواد شیمیایی زیر هستند که ممکن است به تنهایی یا در ترکیب با سایر مواد آلی و غیر آلی، فعال یا خنثی مورد استفاده قرار گیرند.

1- تسریع کننده ها (تندگیر کننده ها)

شناخته شده ترین تسریع کننده (تندگیر کننده) بتن تری اتانل آمین است که معمولاً برای جبران اثر کندگیر کنندگی برخی از کاهنده های آب، به عنوان بخشی از این افزودنی ها و همراه با آنها مورد استفاده قرار می گیرد. تری اتانل آمین به دلیل آن که با توجه به مقدار مصرف ممکن است اثر تندگیری(مقادیر مصرف کم) یا اثر کندگیری (مقادیر مصرف زیاد) داشته باشد و نیز به دلیل آنکه واکنش آبگیری سیلیکات ها را به تاخیر می اندازد، کمتر به تنهایی به عنوان یک تسریع کننده (تندگیر کننده) مورد استفاده قرار می گیرد.
برخی دیگر از ترکیبات آلی در نسبت های کمتر آب به مواد سیمانی اثر تندگیری دارند که از جمله این ترکیبات می توان به اوره، اسید اگزالیک، برخی از ترکیبات حلقوی، ترکیبات تغلیظ شده آمین ها و فرمالیدهاید اشاره کرد. باید توجه داشت که برخی از این ترکیبات همانند تری اتانل آمین آبگیری سیلیکات ها را به تاخیر می اندازند و در مقادیر مصرف زیاد ممکن است اثر کندگیری و دیر سخت شدن از خود بروز دهند. با توجه به محدودیت های کاربردی که تسریع کننده ها (تندگیر کننده ها) دارند، معمولاً برای تسریع گیرش بتن بهتر است ترکیبی از زودگیر کننده (در مقدار مصرف کمتر) و زودسخت کننده را به کار برد.

2- زودگیر کننده ها

زودگیر کننده های بتن پاشی (افزودنی های شاتکریت) می توانند خاصیت بازی، خنثی، یا اسیدی داشته باشند. زودگیر کننده ها را بر پایه مقدار pH آنها می توان به دو دسته سوزآور و ناسوزآور تقسیم کرد. زودگیر کننده های ناسوزآور که غیرخورنده نیز نامیده می شوند، دارای ماهیتی تقریباً خنثی با مقدار pH بین 5 تا 9 هستند. نوع سوزآور که خورنده نیز نامیده می شود، دارای pH بین صفر تا 5 (اسیدی) یا بین 9 تا 14 (بازی) است. از جمله زودگیر کننده های سوزآور می توان به بسیاری از نمک های معدنی حل شونده مانند آلومینات ها، هیدروکسیدها، کربنات ها، فلوروسیلیکات ها، سولفات آهن، فلورید سدیم، سولفیت آلومینیم، سیلیکات های قلیایی، تیوسسسسیانات ها، و تیوسولفات ها اشاره کرد. سیلیکات سدیم اصلاح شده و برخی از ترکیبات ویژه اسیدهای قندی در گروه زودگیر کننده های ناسوزآور جای می گیرند. زودگیر کننده های بتن پاشی از دیدگاهی دیگر به دو گروه قلیایی و بدون قلیایی دسته بندی می شوند. منظور از زودگیر کننده بدون قلیایی، افزودنی است که مقدار کاتیون های قلیایی (Na+ و K+) آن کمتر از 1% باشد. این موضوع برای کنترل احتمال واکنش قلیایی سیلیسی در مخلوط های حاوی سنگدانه های مستعد این واکنش است.
نکته - توجه شود که "بدون قلیایی" بودن زودگیر کننده الزاماً به معنی "ناسوزآور" بودن آن نیست.

افزودنی های زودگیر کننده و شتاب دهنده بتن

3- آنی گیر کننده ها

بسیاری از زودگیر کننده ها مانند آلومینات ها، هیدروکسیدهای فلزهای قلیایی، کربنات ها و سیلیکات ها در مقدار مصرف زیاد می توانند موجب گیرش آنی شوند. یکی دیگر از آنی گیرها، سیمان بدون سنگ گچ (کلینکر آسیاب شده بدون سنگ گچ) است که برای انسداد نشت آب کاربرد فراوانی دارد.

4-زودسخت کننده ها

کلسیم کلراید اولین زودسخت کننده ای است که از سال 1885 میلادی مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه این ماده به دلیل تسریع خوردگی میلگردهای فولادی، در بتن مسلح کاربرد ندارد ولی می تواند در بتن غیر مسلح به کار رود. از زودسخت کننده های بدون کلراید می توان به فرمات کلسیم، نیتریت ها و نیترات ها اشاره کرد. بسیاری از فراروان کننده ها، به ویژه پلی کربوکسیلات ها، آهنگ کسب مقاومت را شتاب می دهند.

کاربرد

تسریع کننده ها (تندگیر کننده ها) به تنهایی کاربرد محدودی دارند و بیشتر برای جبران اثر کندگیر کنندگی برخی از روان کننده ها و به عنوان بخشی از افزودنی کاهنده آب به کار می روند. کاربرد دیگر تسریع کننده ها (تندگیر کننده ها) در کفسازی های بتنی است که با ماله پروانه ای پرداخت می شوند. برای این کاربرد خاص، تسریع کننده ها (تندگیر کننده ها) در مخلوط هایی که در انتها ریخته می شوند به کار می روند به گونه ای که زمان گیرش مخلوط های انتهایی و ابتدایی به یکدیگر نزدیک شود و بتوان همزمان تمام کف را پرداخت کرد. در اجرای رولایه ها بر روی بتن تازه برای سرعت بخشیدن به گیرش و نزدیک شدن زمان گیرش آنها به بتن زیر، از تسریع کننده های گیرش (تندگیر کننده ها) بتن استفاده می شود.
زودگیر کننده ها در بتن پاشی، به شیوه خشک یا تر، و برای کاهش زمان گیرش یا افزایش روند کسب مقاومت در تثبیت جداره های حفاری شده به کار می روند. برخی از زودگیر کننده ها در عملیات تزریق دوغاب سیمان در جاهایی که جریان آب در درزه و شکاف وجود دارد و به منظور جلوگیری از شسته شدن دوغاب تزریق شده کاربرد دارند. کاربرد عمده آنیگیر کننده ها در برخی از موارد بتن پاشی به ویژه پاشیدن بتن یا ملات به جداره های مرطوب یا ریزشی نیز استفاده می شود.
با استفاده از زودسخت کننده ها امکان دستیابی به مقاومت های زودرس فراهم می شود. از زودسخت کننده ها برای بتن ریزی در هوای سرد یا به منظور زود باز کردن قالب ها در دمای معمولی محیط استفاده می شود. کاربرد دیگر زودسخت کننده ها در برخی از ملات های تعمیراتی پایه سیمانی است. این موضوع به ویژه در تعمیر نقاطی که زودهنگام تحت بارگذاری قرار می گیرند، مانند تعمیر روسازی بزرگراه ها مطرح 
می شود.
نکته - به طور کلی شتاب دهنده ها برای افزایش آهنگ کسب مقاومت تا 24 ساعت در دمای کم و تا 12 ساعت در دمای معمولی توجیه اقتصادی دارند. برای شتاب دادن به آهنگ کسب مقاومت در سایر موارد، استفاده از فوق روان کننده یا فراروان کننده به تنهایی پاسخگو و به صرفه تر هستند.
نکته - به طور کلی شتاب دهنده ها را نباید به عنوان مواد ضدیخ بتن تلقی نمود زیرا در مقادیر مصرف متعارف، این مواد نقطه انجماد بتن را تنها به میزان اندکی (کمتر از 2 درجه سانتی گرد) کاهش 
می دهند.
نکته - افزودنی های مورد استفاده برای بتن ریزی در هوای سرد که در ایران به نام "ضدیخ بتن" ارایه می شوند در حقیقت نوعی زودسخت کننده هستند که امکان دستیابی به مقاومت های زودرس را در هوای سرد فراهم می آورند. ضدیخ بتن که برای کاهش نقطه انجماد بتن تازه و جلوگیری از یخ زدن آن مورد استفاده قرار می گیرد در مبحث "افزودنی های متفرقه" مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

تاثیر شتاب دهنده ها بر ویژگی های بتن تازه

1- زمان گیرش

زمان گیرش بتن به ترکیبات شیمیایی و اندازه ذرات سیمان، دما و نسبت آب به سیمان بستگی دارد. ستاب دهنده ها در مقادیر مصرف متعارف، زمان گیرش اولیه و نهایی را کاهش می دهند. با استفاده از آنی گیر کننده ها می توان زمان گیرش را به 15 تا 30 ثانیه کاهش داد.
برخی از شتاب دهنده ها در مقادیر زیاد نه تنها زمان گیرش را کاهش نمی دهند بلکه ممکن است باعث کندگیری هم شوند.

2-مقدار هوا

برخی از شتاب دهنده ها احتمال تشکیل حباب های هوا را در بتن تازه افزایش می دهند، بنابراین برای دستیابی به یک مقدار هوای مشخص در بتن حاوی شتاب دهنده به مقدار کمتری افزودنی هوازا نیاز است. گو اینکه ممکن است اندازه حباب های هوا و ضریب فاصله بین آنها افزایش پیدا کند و کارآمدی هوازایی کاهش یابد.

3- کارآیی و روانی

شتاب دهنده ها بر کارآیی و مقدار روانی بتن تاثیری ندارند ولی به دلیل کاهش زمان گیرش، آهنگ افت روانی (اسلامپ) را افزایش می دهند.

4- آب انداختگی

شتاب دهنده ها به دلیل تسریع واکنش آبگیری، مقدار و آهنگ آب انداختن را کاهش می دهند.

5-حرارت آبگیری

شتاب دهنده ها بر مقدار حرارت آبگیری (هیدراته شدن) سیمان تاثیر قابل ملاحظه ای ندارند ولی آهنگ آزاد شدن حرارت ناشی از آبگیری را شتاب می دهند. شتاب دهنده ها تاثیری بر واکنش پوزولانی ندارند بنابراین در سیمان های آمیخته، تنها بر حرارت آبگیری بخش سیمان پرتلند تاثیر می گذارند.

تاثیر بر ویژگی های بتن سخت شده

1-مقاومت

تاثیر شتاب دهنده ها بر مقاومت های کوتاه مدت و درازمدت و آهنگ کسب مقاومت بتن بستگی به نوع و مقدار مصرف آنها دارد.تری اتانل آمین به دلیل کُندکردن واکنش آبگیری سیلیکات های سیمان، آهنگ کسب مقاومت و مقاومت های کوتاه مدت و درازمدت را نسبت به نمونه شاهد (بتن بدون شتاب دهنده) تا حدودی کاهش می دهد.آنی گیر کننده ها مانند کربنات ها و هیدروکسیدهای فلزات قلیایی خاکی مقاومت فشاری 28 روزه را نسبت به نمونه شاهد ممکن است تا 40 درصد کاهش دهند. برخی دیگر از آنی گیر کننده ها مانند سیلیکات ها و آلومینات ها نه تنها مقاومت کوتاه مدت بلکه مقاومت های دراز مدت را نیز نسبت به نمونه شاهد کاهش می دهند. آلومینات سدیم و پتاسیم ممکن است مقاومت های دراز مدت را نسبت به نمونه شاهد تا 20 درصد کاهش دهند.

زودگیر کننده های پایه آلومیناتی و قلیایی ها روند کسب مقاومت را افزایش می دهند (مقاومت زودرس) ولی مقاومت های دراز مدت را کاهش می دهند. سیلیکات سدیم بر آهنگ کسب مقاومت کوتاه مدت (مقاومت زودرس) تاثیری ندارد ولی مقاومت های دراز مدت را تا 40 درصد کاهش می دهد. اصلاح کننده های رئولوژی، مانند سیلیکات سدیم اصلاح شده، اثری در کسب مقاومت های زودرس ندارند و مقاومت های درازمدت را نیز کاهش نمی دهند.
زودگیر کننده های بدون قلیایی مانند هیدروکسید آلومینیم، سولفات و سولفیت آلومینیم در مقادیر مصرف متعارف آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس) و مقاومت درازمدت را نسبت به نمونه شاهد بهبود می بخشند، هر چند که افزایش روند کسب مقاومت آنها کمتر از نوع قلیایی است. کلسیم کلراید در مقادیر مصرف تا 2 درصد وزن سیمان، مقاومت های کوتاه مدت و درازمدت را نسبت به نمونه شاهد افزایش می دهد. در مقادیر مصرف بیش از 4 درصد مقاومت فشاری درازمدت (بیش از یک سال) نسبت به نمونه شاهد کاهش می یابد. فرمات کلسیم مقاومت های کوتاه مدت و درازمدت را نسبت به نمونه شاهد بهبود می بخشد. نیتریت کلسیم مقاومت های کوتاه مدت و درازمدت را نسبت به نمونه شاهد افزایش می دهد. تیوسولفات سدیم و فرمالدهاید ممکن است مقاومت فشاری دراز مدت را نسبت به نمونه شاهد اندکی کاهش دهند.
نکته -در مورد زودگیر کننده های بتن پاشی که در واکنش آبگیری دخالت می کنند، انتظار می رود (نه به عنوان یک قانون کلی) که با افزایش تاثیر زودگیر بر زمان گیرش (کاهش هر چه بیشتر زمان گیرش)، مقاومت درازمدت دچار کاهش بیشتری شود. از جمله عوامل موثر در این کاهش مقاومت را می توان به تشکیل سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) با نسبت آهک به سیلیس (C/S) بیشتر، به هم خوردن نظم و آرامش فرآیند آبگیری C3S، گیرش خیلی سریع که با آزاد شدن گرمای بیشتری همراه است، و ساختاری متخلخل اشاره کرد.
نکته - منظور از کاهش مقاومت ناشی از کاربرد شتاب دهنده ها در بتن، افت مقاومت نیست. یعنی اینگونه نیست که مقاومت درازمدت در بتن دارای شتاب دهنده نسبت به مقاومت کوتاه مدت آن افت پیدا کند. تاثیر بر افزایش یا کاهش مقاومت، نسبت به نمونه شاهد (بدون شتاب دهنده) سنجیده می شود.

2-جمع شدگی (تیدگی) و خزش

شتاب دهنده هایی که در روند واکنش آبگیری سیمان دخالت می کنند (عملکرد شیمیایی) عموماً جمع شدگی و خزش را در بتن سخت شده نسبت به نمونه شاهد افزایش می دهند. در مورد شتاب دهنده های با عملکرد فیزیکی (اصلاح کننده های رئولوژی) اطلاعات زیادی در دسترس نمی باشد.

3- دوام (پایایی)

شتاب دهنده ها به ویژه زودسخت کننده ها، مقاومت در برابر خرابی ناشی از چرخه های یخ زدن و آب شدن و مقاومت در برابر پوسته شدن ناشی از کاربرد نمک های یخ زدا را در عمر اولیه افزایش می دهند ولی به دلیل افزایش اندازه و ضریب فاصله حباب های هوا (به بخش 5-6-2 مراجعه شود) ممکن است در عمر زیادتر موجب کاهش این مقاومت ها شوند. کلسیم کلراید مقاومت بتن های ساخته شده با سیمان های نوع I و II را در برابر حمله سولفاتی کاهش می دهد، این اثر به ویژه در مقادیر مصرف بیش از 2 درصد، نمایان تر است. این شتاب دهنده در بتن های دارای سیمان ضدسولفات (نوع V) چنین اثری ندارد. در مورد تاثیر دیگر شتاب دهنده ها بر مقاومت در برابر حمله سولفات ها گزارشی در دسترس نمی باشد. کلسیم کلراید انبساط ناشی از واکنش قلیایی سیلیسی را افزایش می دهد. انتظار می رود که شتاب دهنده های قلیایی (دارای یون های Na+ و K+) احتمال واکنش قلیایی سیلیسی را در بتن های حاوی سنگدانه های مستعد این واکنش، افزایش دهند. شتاب دهنده های دارای یون کلر، احتمال خوردگی میلگردهای فولادی را در بتن افزایش می دهند. برخی از شتاب دهنده ها مانند فرمات کلسیم، تیوسولفات سدیم و نیتریت کلسیم واکنش خوردگی فولاد را کُند می کنند. استفاده از شتاب دهنده های برپایه تیوسیانات ها مانند تیوسیانات سدیم، تا مقدار مصرف کمتر از 1% نقشی در تشدید خوردگی میلگردهای فولادی ندارند.

4- شوره زدگی و تغییر رنگ سطح بتن

سدیم کلراید ممکن است موجب شوره زدگی سطح بتن شود. کلسیم کلراید می تواند سبب تغییر رنگ سطح بتن شود. دو نوع تغییر رنگ ممکن است بر اثر اندرکنش بین قلیایی های سیمان و کلسیم کلراید پدید آید. نوع نخست، پدیدار شدن لکه های روشن در زمینه تیره است که مشخصه مخلوط بتنی است که نسبت قلیایی های سیمان آن به کلسیم کلراید نسبتاً کم باشد. نوع دوم پدیدار شدن لکه های تیره در زمینه روشن است که مشخصه مخلوط بتنی است که در آن نسبت قلیایی های سیمان به کلسیم کلراید نسبتاً زیاد باشد.

تاثیر مواد متشکله بتن بر کارکرد شتاب دهنده ها

مقدار، نوع و ترکیبات سیمان بر کارکرد شتاب دهنده هایی که در واکنش آبگیری دخالت می کنند (با عملکرد شیمیایی) تاثیر می گذارد. از آنجا که اصلاح کننده رئولوژی (زودگیر کننده های با عملکرد فیزیکی) در واکنش آبگیری دخالت نمی کنند، انتظار می رود که مواد متشکله بتن تاثیری بر کارکرد این نوع از شتاب دهنده ها نداشته باشد. با افزایش مقدار یا نرمی (ریزدانگی) سیمان، میزان تاثیرگذاری شتاب دهنده ها افزایش می یابد و بنابراین برای دستیابی به یک مقدار مشخص از کاهش زمان گیرش یا افزایش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس)، مقدار مصرف آنها می تواند کاهش یابد.

سیمان های با مقدار بیشتر سه کلسیم آلومینات (C3A) مانند نوع I و II در مقایسه با سیمان های با مقدار کم (C3A) مانند نوع IV و V برای دستیابی به یک مقدار مشخص از کاهش زمان گیرش یا افزایش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس)، به مقدار کمتری شتاب دهنده نیاز دارند. فرمات کلسیم آهنگ کسب مقاومت و دستیابی به مقاومت زودرس را در سیمان های با مقدار گچ کمتر، بیشتر افزایش می دهد. به عبارت دیگر، فرمات کلسیم هنگامی شتاب دهنده کارآمدتری است که نسبت C3A به SO3 در سیمان بزرگتر از 4 باشد. در سیمان های زود سخت شونده بر پایه کلسیم فلوروآلومیناتی (CaF2 C11 A7)، کلسیم کلراید و کربنات پتاسیم زمان گیرش را افزایش و روند کسب مقاومت اولیه را کاهش می دهند گو اینکه ممکن است مقاومت 24 ساعته تا حدودی تسریع یابد. اطلاعات محدودی درباره اثر شتاب دهنده ها بر مقدار انبساط بتن های حاوی سیمان های با جمع شدگی جبران شده در دسترس است و باید در خصوص تاثیر این افزودنی ها در مورد این نوع بتن ها بررسی بیشتری به عمل آید. تاثیر مواد متشکله بتن بر فراروان کننده ها، به عنوان یک زودسخت کننده با عملکرد فیزیکی، در فصل دوم بررسی شده است.

تاثیر عوامل محیطی و اجرایی

راندمان و میزان کارآمدی افزودنی های شتاب دهنده بر کاهش زمان گیرش و افزایش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس) در دماهای کم (حدود 5 درجه سانتی گراد) بیشتر از دماهای زیادتر است. هنگامی که از شتاب دهنده ها به همراه افزودنی های دیگر، یا از چند نوع شتاب دهنده استفاده می شود، این افزودنی ها باید به طور جداگانه به مخلوط اضافه شوند. در هم آمیختن افزودنی ها پیش از افزودن به مخلوط تنها در صورتی مجاز است که قبلاً آزمایش و تایید شده باشد. زودگیر کننده ها و اصلاح کننده های رئولوژی ممکن است با یکدیگر ناسازگار باشند و نباید با هم مخلوط شوند.

رهنمودهای اجرایی در کارگاه

کلسیم کلراید باید به شکل مایع مخلوط بتن افزوده شود. از افزودن کلسیم کلراید پودری به بتن پرهیز شود. شتاب دهنده های گوناگون باید در ظروف جداگانه دربسته و به دور از آلوده شدن با گرد و غبار نگه داری شوند. برای جلوگیری از تجزیه و به هم خوردن ترکیب، شتاب دهنده های مایع باید به دور از حرارت و یخزدگی نگه داری شوند. شتاب دهنده های مایع افزودنی هایی حاوی سوسپانسیون جامد در آب هستند که در انبارداری درازمدت ممکن است بخش جامد آنها ته نشین شود، در صورت رخ دادن چنین حالتی باید این افزودنی ها پیش از مصرف کاملاً به هم زده شوند.
بسیاری از شتاب دهنده های پودری نسبت به رطوبت حساس هستند و به راحتی رطوبت محیط را جذب می کنند، این افزودنی ها باید در بسته های نم بند نگه داری شوند.

رهنمودهای کاربردی

حتی اگر اطلاعات کافی و معتبر از کاربرد یک شتاب دهنده با عملکرد شیمیایی در دسترس باشد، به دلیل تاثیر ترکیبات شیمیایی سیمان و عوامل محیطی بر کارکرد این نوع افزودنی، بهترین روش برای بررسی تاثیر آن برخواص بتن انجام آزمایش های کارگاهی و آزمون های پیش از اجرا است. لازم است این آزمایش ها با توجه به اوضاع جوی پیش بینی شده، روش و امکانات عملی ساخت و اجرا یا پاشش بتن و با استفاده از مصالح مصرفی کارگاه انجام پذیرد. در مورد شتاب دهنده های با عملکرد فیزیکی (اصلاح کننده های رئولوژی) این موضوع از حساسیت کمتری برخوردار است. استفاده از شتاب دهنده هایحاوی کلراید از جمله کلسیم کلراید در موارد زیر مجاز نیست.
1- ساخت توقف گاه ها.
2- بتن مسلح و پیش تنیده به دلیل امکان خطرات خوردگی فولاد.
3- بتنی که حاوی آلومینیم مدفوع (مانند غلاف) باشد زیرا خوردگی شدید آلومینیم را می تواند در پی داشته باشد، به ویژه اگر آلومینیم در تماس با فولاد مدفون و بتن در محیطی مرطوب قرار داشته باشد.
4- بتن حاوی سنگدانه های واکنش زا.
5- بتنی که در معرض اب یا خاک سولفاتی قرار داشته باشد.
6- دال های کف که توسط خشکه پاشی دانه های فلزی پرداخت می شوند.
7- بتن ریزی در هوای گرم.
8- بتن ریزی های حجیم.

ارزیابی و انتخاب شتاب دهنده

در ارزیابی افزودنی های شتاب دهنده، باید در نظر داشت که به دلیل اندرکنش این افزودنی ها با آبگیری سیمان، مناسب ترین روش برای ارزیابی و انتخاب شتاب دهنده ها استفاده از مخلوط های آزمایشی و آزمون های پیش از اجرا است. تکیه بر مدارک فنی و تجربیات پیشین استفاده از یک نوع شتاب دهنده به عنوان یک رهنمود و نه یک معیار برای ارزیابی می تواند مورد توجه قرار گیرد.

کنترل کیفیت

یکنواختی و ثابت بودن مواد افزودنی در مراحل مختلف پروژه و ارسال های متعدد به کارگاه بایستی کنترل شده و برابری آن با آزمایش های اولیه به اثبات برسد. آزمون های لازم برای شناسایی و تایید افزودنی ها شامل: تعیین درصد مواد جامد، غلظت ظاهری، طیف سنجی برای مواد آلی، مقدار کلراید، درصد قلیایی ها (یون سدیم و پتاسیم)، درجه قلیایی (pH)، و برخی از موارد دیگر هستند. آیین نامه های معتبر بین المللی و استانداردهای ساختمانی ایران راهنمایی های لازم برای تعیین یکنواختی افزودنی های شیمیایی را به تفصیل بیان نموده اند. معمولاً با کنترل رنگ، بو، شکل ظاهری و اندازه گیری غلظت و مقدار pH می توان یکنواختی محموله های مختلف افزودنی های وارده به کارگاه را تایید یا رد کرد. چنانچه شتاب دهنده ای برای مدت زمانی طولانی انبار شده باشد و گرانروی، بو یا رنگ ناهنگار داشته باشد باشد پیش از مصرف مورد آزمایش قرار گیرد.

سایر مقالات
روان کننده ها و افزودنی های دیگر
روان کننده ها و افزودنی های دیگر
روان کننده ها میزان آب مورد نیاز مخلوط را کاهش می دهند و کارایی را بهبود می بخشند، ملات چسبنده تر شده و بهتر در قالب جای می گیرد.
ادامه مطلب
ویبراتور، بهینه سازی مقاومت و دانسیته و دوام بتن
ویبراتور، بهینه سازی مقاومت و دانسیته و دوام بتن
فرکانس ویبراتور، کلیدی است که ما را قادر می نماید بتن تازه را به بتنی یکپارچه تبدیل نمائیم. در صورتیکه فرکانس ویبراتور خیلی کم باشد، ویبراتور به درستی نمی تواند بتن را یکدست و یکپارچه نماید و چنانچه فرکانس ویبراتور خیلی زیاد باشد، به علت ازدیاد هوای داخل بتن، مقاومت ان در برابر خرابیهای ناشی از سیکلهای انجماد و ذوب شدن قابل ملاحظه ای پیدا می کند. اپراتورها و کارگران نیز تحت تاثیر فرکانس ویبراتور قرار می گیرند، چرا که کاهش فرکانس، مدت زمانی که اپراتور بایستی ویبراتور را در بتن تازه به منظور دست یابی به بتنی یکپارچه و یکدست قرار دهد، افزایش پیدا می یابد. به دلایل فوق الذکر، تصمیم بر آن شد که یک بازنگری دقیق در ارزیابی فرکانس ویبراتور در عملکرد قالبهای خود ویبره، ویبراتورهای دستی و ویبراتورهای نصب شده بر روی قالبهای رونده مخصوص ساخت پیاده روها و کف خیابانهای بتنی (Slip Form Pavers) صورت پذیرد.
ادامه مطلب
عوامل آسیب دیدن بتن و نقص در ساخت و ساز
عوامل آسیب دیدن بتن و نقص در ساخت و ساز
یکی دیگر از عوامل معمول و متداول آسیب دیدگی بتن، نقایص و اشتباهاتی است که در هنگام بتن‌ریزی رخ می‌دهد و باعث ایجاد بتن لانه زنبوری، تخلخل، تغییر شکل و اشتباهات ابعادی می‌شود.
ادامه مطلب