اثر عوامل هوازا روی خصوصیات بتن شکل پذیر

در مبحث اثر عوامل هوازا روی خصوصیات بتن شکل پذیر با در نظر گرفتن اثر مواد افزودنی هوازا بر خصوصیات بتن در حالت شکل پذیری، لازم است که متغیرهایی را که بر حجم هوای محبوس، پایداری سیستم هوای منفذی در طی حمل و نقل های آینده، فرآورده های ریخته شدن و تراکم، پایداری اختلاط و روش های طراحی اختلاط مربوط به یک مخلوط بتنی در نظر بگیریم. واضح است که چنین اختلاف هایی می تواند از منظر تغییر محسوسی که عوامل هوازا بر اجزاء خمیر سیمان می گذارد، قابل توجه باشد. یک مرحله مضاعف عامل هوازا یک حجم %4 اضافی را لحاظ خواهد کرد، اما این هوا متشکل از حباب هایی است که غالبا کمتر از 100µm قطر دارند، تنها حدود mm003/0 جدا، و مجموع Cm325000 از خمیر است.

حجم هوای محبوس

اغلب افزودنی های هوازا طوری تشکیل شده اند که به طور کل %6-3 هوا در حجم اغلب مخلوط های بتنی معمولی در سطوح پیمانه مصرفی توصیه شده آنها را داشته باشیم. با این حال، اغلب دیده می شود که پیمانه مصرفی آغازی مورد توصیه یا به هوای محبوس خیلی زیاد یا خیلی کم منجر می شود و اصلاحاتی باید صورت گیرد. در برخی موارد، اصلاح در پیمانه مصرفی قابل توجه است و می تواند به دلیل شماری از فاکتورهای اختلاط، اجزا یا فاکتورهای محیطی باشد. به طور جایگزین، کارکرد خاص ممکن است مستلزم هوای محبوس کمتر (برای توسعه پایداری مخلوط) باشد یا مستلزم هوای محبوس بیشتر (برای چگالی، یا دلایل مقاومت ذوب- انجماد پیشرفته) نسبت به سطوح معمولی داده شده در قسمت زیر است. از این وجه، داشتن درکی از شیوه ای که بسیاری متغیرها می تواند بر حجم هوای محبوس توسط این دسته از افزودنی تاثیر بگذارد سودمند است، و این موارد در قسمت زیر بحث می شود.

هوازا در بتن

(الف) پیمانه مصرفی

در هر مخلوطی، هر چه میزان عامل هوازای اضافه شده بیشتر باشد، حجم هوای محبوس بیشتر خواهد بود. شکل 3-16 و 3-17 حداکثر هوای موجود ممکن را از طریق افزایش پیمانه مصرفی افزودنی نشان می دهد. شکل 3-17 به طور خاص نشان می دهد که این مقدار ماکزیمم وابسته به خصوصیات سیمان است.

شکل 3-16 هوای موجود به عنوان تابعی از مرحله مضاعف افزودنی (Johnson)

شکل 3-17 هوای موجود به عنوان تابع مرحله مضاعف افزودنی برای سیمان های با نرمی متفاوت (Mayfield)

(ب) تکنیک های اختلاط

تغییر در هوای موجود در اختلاط تحت شرایط آزمایشگاهی برای دو سیمان مورد مطالعه قرار گرفته است، که نتایج در جدول 3-8 نشان داده شده است. داده ها حاکی از آن است که در حالتی که میزان سیمان اختلاط پایین تر باشد سطح ماکزیمم هوای محبوس به سرعت حاصل می شود و با ادامه اختلاط از دست می رود. در حالت اختلاط با میزان سیمان بالاتر همف مدت 5 الی 10 دقیقه ای نیاز است تا به هوای موجود حداکثر برسیم و پس از آن در ادامه اختلاط رفته رفته تنزل می یابد. آزمایش های میدانی در یک میکس کامل با همان افزودنی ها با استفاده از مخلوط 340 کیلوگرم بر متر مکعبی انجام شد .
این دو مطالعه نشان می دهد که محتمل نیست که بیش از حدود 1 درصد هوای محبوس با مخلوط شدن تا 30 دقیقه از دست برود.
ظرفیت اختلاط همچنین با استفاده از میکسر با اختلاط و افزودنی های بتنی یکسانی تغییر داده می شد. نتایج در جدول 3-10 داده شده است. اثر اندازه بچینگ خیلی اندک است و در مخلوط های با سیمان موجود بالاتر، همزمان با اینکه به ظرفیت مخلوط ها نزدیک می شویم، روند به سوی هوای موجود بالاتر است.

پربازدیدترین مطالب کلینیک بتن ایران
بررسی انواع مواد افزودنی بتن و کاربرد آنها
نمونه مکعبی و استوانه ای بتن
تفاوت شن و ماسه

(ج) خصوصیات سیمان

خصوصیات و کمیت سیمان استفاده شده در تولید بتن هوازا می تواند اثر شدیدی بر هوای موجود و یا پیمانه مصرفی افزودنی لازم برای یافتن هوای موجود لازم داشته باشد. این مورد توسط ارزیابی دوازده سیمان گوناگون در یک مخلوط مشابه با استفاده از یک پیمانه مصرفی استاندارد افزودنی انجام شد.

جدول 3-8 اثر زمان اختلاط روی سطح هوای محبوس در مخلوط های آزمایشگاهی

جدول 3-9 اثر زمان اختلاط روی سطح هوای محبوس در یک میکسر کامل

جدول 3-10 هوای موجود اندکی بالاتر حاصل می شود همزمان با اینکه حجم مخلوط به حجم ظرفیت مخلوط نزدیک می شود، به طور خاص برای مخلوط با میزان سیمان بالاتر

در نتیجه تغییرات زیاد در هوای موجود به علت تغییر در منبع سیمان کاملا محتمل است و اگر چه ممکن نیست که اثر همه متغیرهای سیمان را بشماریم، داده های زیر در این باره مرتبط هستند.

نرمی

نرمی سیمان یک فاکتور اصلی در تعیین مقدار لازم افزودنی هوازا برای لحاظ کردن یک مقدار مشخص هوای محبوس است. جدول 3-12 نتایج برای سه نوع سیمان که تنها در مساحت سطح مخصوص خود تغییر می کنند را نشان می دهد. اختلافات در نرمی سیمان می تواند منجر به دو برابر شدن یا نصف شدن الزامات مربوط به افزودنی شود. اما طی مطالعه ای که از آن داده های فوق استخراج شد، معلوم شد که اضافه شدن ml10 در هر ترکیب بتنی (بچ) باعث خواهد شد که یک الزام 3-6 درصدی برای هر سه سیمان داشته باشیم.

میزان سیمان موجود

مقدار هوای محبوس با افزایش میزان سیمان کاهش می یابد و معمولا افزایش در میزان سیمان  90 kg/m^3 ، حجم هوای محبوس در بتن را به حدود %1 حجم بتن کاهش خواهد داد.

جدول 3-12 مقدار عامل هوازای لازم برای به دست آوردن %4 هوا برای سیمان های مساحت سطح بالاتر افزایش می یابد.

میزان قلیایی 

بررسی صورت گرفته از ملات های حاوی سیمان هایی که تنها در میزان قلیایی بودن خود تفاوت می کردند، نشان داد که وقتی قلیایی (همانند Na2o) در آب در تماس با سیمان به حدود %8 وزن آب می رسد، میزان عامل هوازای لازم برای رسیدن به یک مقدار هوای مشخص حداقل می شود. این مورد در شکل 3-18 نشان داده می شود.

(د) کارایی

اگر اضافه شدن عامل هوازا در یک سطح ثابت حفظ می شود، یک مخلوط با کارایی بالاتر هوای بیشتری را نسبت به یک مخلوط با کارایی کمتر محبوس می کند. با این وجود، برای بتن با کارایی خیلی بالا با اسلامپ بزرگتر از mm180، هوا با سرعت بیشتری قبل از ریخته شدن از دست می رود.

شکل 3-18 اثر میزان قلیایی موجود سیمان ها بر ظرفیت های رزین های چوبی خنثی شده در بتن (Greening)

جدول 3-13 قلیایی بودن افزودنی به میزان هوای به دست آمده اثر می گذارد، به طور خاص با سیمان های با تجزیه قلیایی کم

(د) دما

دمای بتن تاثیر برجسته ای بر میزان هوای محبوس بتن با اضافه شدن سطح استاندارد افزودنی دارد؛ هر چه دما بالاتر باشد، میزان هوای موجود پایین تر خواهد آمد. یک مجموعه متعارف ااز نتایج در شکل 3-19 نمایش داده شده است. این تاثیر در مقادیر اسلامپ بالاتر بیشتر برجسته است.

(و) نوع سنگدانه و میزان آن

درشت دانه

هیچ سندی وجود ندارد که نشان دهد شکل درشت دانه یا ریشه آن به لحاظ زمین شناسی بر مقدار هوای محبوس حاصل، اثر گذار است. تنها استثناء وقتی است که سنگدانه های خیلی درشت زبر حاوی مقدار قابل توجهی گرد و غبار باشند و بتواند بر دانه بندی ریزدانه ها که در قسمت زیر مورد ملاحظه قرار می گیرد، اثر بگذارد.

ریزدانه

مقدار هوایی که در بتن محبوس می شود با افزایش در میزان ماسه افزایش می یابد و این مورد در شکل 3-20 برای طیفی از دانه بندی های ماسه در دو مخلوط بتنی نشان داده می شود. اصولا، هرگونه افزایش در میزان ماسه به اندازه %5، موجب افزایش در هوای موجود به قدر 1-1.5 درصد می گردد.

شکل 3-19 رابطه میان دما و هوای موجود در بتن

رابطه ای میان اندازه حباب ها که می تواند در یک سیستم حاوی ریزدانه ها با قطر 300-600µm جای بگیرد، موجود است و از حدود 30 تا 100µm تغییر می کند. چون سهم بزرگی از حباب های در بتن هوازا قطری کمتر از 100µm دارد، روشن است که اندازه ذره، اهمیت قابل توجهی در تعیین مقدار هوای محبوس دارد. در نتیجه، حتی در میزان ماسه ثابت، افزایش ذرات با این اندازه منجر به افزایش در هوای موجود می شود. این تاثیر روی شماری از مقادیر سیمان در شکل 3-21 نشان داده می شود.

(و) فیلرهای ریز و پزولان ها

وقتی مواد با ذرات ریز با قطری کمتر از 20µm در طرح اختلاط لحاظ شود، مقدار عامل هوازا باید رای یافتن هوای موجود مورد نیاز افزایش یابد. این تاثیر تا حد زیادی مستقل از نوع درشت دانه است. برخی نتایج در شکل 3-32 نشان داده شده است، که در آن مشخص است که تاثیر در حالت خاکستر بادی و پومیس قابل توجه است. اگر چه این ارقام مربوط به جایگزینی مقادیر بالای مواد سیمانی هستند، حتی در جایگزینی مقادیر بالای مواد سیمانی هستند، حتی در جایگزینی معمولی سطوح %30-20 خاکستر بادی، بتن مستلزم مقدار سه یا چهار برابر عامل هوازا در قیاس با یک بتن عاری از خاکستر بادی برای محبوس کردن همان حجم هوا می باشد. تاثیر خاکستر بادی بر هوای محبوس وابسته به میزان کربن موجود آن است (-LOIافت در احتراق).

شکل 3-20 تاثیر میزان سیمان موجود بر هوای محبوس بتن در دو مرحله مضاعف هوازا، مدول نرمی (FM) ماسه همچنین تغییر می کند (Craven).

شکل 3-21 تاثیر ریزدانه های با قطر 3-600µm بر هوای محبوس بتن (Craven)

(ح) حضور مواد افزودنی کاهنده آب

چنانچه بتن هوا داده شده حاوی یک عامل کاهنده آب از نوع لیگنوسولفوناتی یا اسید هیدروکسی کربوکسیلیک باشد، %60-50 در مقدار عامل هوازا می تواند در قیاس با یک مخلوط عاری از عامل کاهنده آب صورت بپذیرد.