عوامل محبوس کننده هوا بر خصوصیات بتن سخت شده

پارامترهای طراحی سازه ای

(الف) مقاومت فشاری

همیشه تصور می شود که محبوس کردن هوا در بتن موجب کاهش قابل ملاحظه مقاومت فشاری می شود. با این وجود، نشان داده شد که به علت تغییرات طرح اختلاط که نتیجه حضور حباب های هواست، بتن های حاوی %3-6 حجم هوا و میزان سیمان ثابت در بازه 200-400kgm3 تنها افت های اندکی در مقاومت خواهند داشت. در واقع، در میزان سیمان وجود کمتر هم می تواند افزایشی در مقاومت داشته باشیم (جدول 3-16).
با این حال، اینکه قادر باشیم مقاومت 28 روزه بتن های خاص حاوی میزان هوای موجود خیلی بیشتر را برای چگالی پیش بینی کنیم مفید می باشد. در این حالات، حجم هوای اضافی محبوس باید در قالب یک حجم معادل آب در نظر گرفته شود و به آبی که از قبل در اختلاط بود (پس از اجازه دادن برای جذب سنگدانه) اضافه گردد. این نسبت جدید آب به سیمان و نسبت هوا به سیمان می تواند برای تخمین زدن مقاومت 28 روزه از منحنی های استاندراد مربوط به شکل 1-37 استفاده شود. جدول 3-17 تغییر در نسبت آب به سیمان برای اهداف محاسباتی برای هر %1 هوای محبوس را ارائه می کند.

جدول 3-17 فاکتورهایی که باید به نسبت آب به سیمان افزوده شود تا اینکه مقاومت مورد

پیش بینی بتن هوازا را محاسبه کنیم.

(ب) مقاومت خمشی و کششی

ظاهرا هیچ داده منتشر شده ای پیرامون تاثیر هوای محبوس بر مقاومت کششی بتن موجود نیست، اما اطلاعات در زمینه مقاومت خمشی در دسترس است. در شکل 3-28 رابطه میان مقاومت فاشری و مقاومت خمشی برای مخلوط های بتنی هوازا و ساده نشان داده شده است. این گراف نشان می دهد که همان رابطه برای هر دو نوع بتن وجود دارد. با این وجود، مطالعات دیگر نشان داده که مقاومت خمشی بتن هوازا ممکن است که برای یک مقاومت فشاری مشخص در قیاس با یک بتن ساده بالاتر باشد. مقاومت خمشی قطعا به طور معکوس (منفی) تاثیر نمی پذیرد.

شکل 3-28 رابطه میان مقاومت های فشاری و خمشی بتن های مسطح و هوازا (برگرفته از Shacklock)

(ج) سختی

رابطه میان مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته برای تعدادی از بتن های مشابه در شکل 3-29 و شکل 3-30 نشان داده شده است. واضح است که حضور هوای محبوس رابطه معمولی را تغییر نمی دهد.
در نتیجه داده های موجود نشان می دهد که با تغییر دادن طرح اختلاط، برای جبران اثر هوای محبوس بر مقاومت، خصوصیات مهندسی بتن مشابه با بتن ساده که مقاومتی قابل مقایسه دارد، خواهد بود.

جنبه های مربوط به دوام

فاکتورهای مهم مربوط به قابلیت بتن برای ایفای نقش های سازه ای، معماری و حفاظتی پیش از این در مقالات دیگر وب سایت کلینیک بتن ایران (مهندسین مشاور اثر مهرازان پایدار) مورد بحث قرار گرفته است. اثری که عوامل هوازا بر این فاکتورها دارند، به جز مقاومت ذوب- انجماد، چندان بررسی نشده است. اما داده هایی که در اختیار داریم را در قسمت زیر می آوریم:

شکل 3-29 رابطه میان مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بتن های مسطح و هوازا

شکل 3-30 رابطه میان مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بتن های مسطح و هوازا (برگرفته از Shacklock)

(الف) مقاومت به مایعات مهاجم (خورنده)

نفوذپذیری بتن به مایعات آبی توسط اغلب عوامل هوازا کاهش می یابد و در قالب عمق نفوذ آب تحت فشار 8 N/mm-2 در 48 ساعت در شکل 3-31 به تصویر کشیده شده است. این مورد به شکل مقاومت بهبود یافته مقابل تهاجم توسط محلول های سولفاتی منعکس می گردد که با افت در سرعت موج ماورا صوت، (شکل 3-23) پدیدار گشته است.

(ب) مقاومت در برابر شرایط ذوب- انجماد

کارکرد عمده افزودنی های هوازا ارتقاء دادن مقاومت بتن در چرخه ذوب- انجماد است، مخصوصا در حضور نمک های ضدیخ، داده های فراوانی موجود است که ااثر مفید تحت این شرایط را نشان دهد. پیش از این (شکل 3-1) نشان داده شد که برای هر بتنی با نسبت آب به سیمان بزرگتر از 45/0 که در معرض شرایط ذوب انجماد قرار گیرد، هوای محبوس قابل توصیه است. جدول 3-14 درجه بندی نمونه های هوازا با یک زنجیره کوتاه عامل هوازا اسیدی چرب، در حضور نمک های ضدیخ، در قیاس با بتن کنترلی را به صورت خلاصه وار نشان می دهد.

پرطرفدارتریتن مطالب ما را از دست ندهید!
بررسی انواع مواد افزودنی بتن و کاربرد آنها
نمونه مکعبی و استوانه ای بتن
چسب بتن چیست

شکل 3-31 رابطه میان نفوذپذیری و میزان هوای موجود (Warris)

شکل 3-32 تخریب بتن مسطح و هوازا در محلول های سولفاتی (Wright)

جدول 3-18 هوای محبوس مقاومت ذوب انجماد بتن در حضور نمک های ضدیخ را بهبود می بخشد

هنگامی که آب منجمد می شود، حدودا %9 به لحاظ حجمی منبسط می شود. چنانچه این انبساط محدود گردد، نیروی قابل ملاحظه ای ایجاد می شود. فشارهای ایجاد شده در حالت محصور در جدول 3-19 نشان داده می شود. در خمیر سیمانی سخت شده یک مخلوط بتنی، مقداری از آب اصلی قرار گرفته در مخلوط به شکل محدودی به لحاظ شیمیایی نگه داشته می شود و به عنوان آب غیرقابل تبخیر شناخته می شود. باقی مانده آب، و هر آب اضافی که تحت شرایط اشباع در ژل، منفذهای مویین و در هر فضای خالی جا می گیرد، و قسمتی از این آب «تبخیرپذیر» به فرمی است که می تواند در دماهای پایین منجمد شود. جدول 3-20 نشانی از سهم آبی که می تواند یک فاز جامد در دمای -20°C را تشکیل دهد را ارائه می دهد. هنگامی که این آب منجمد می شود، در حفرات مویین مشخص است که محدودیتی در مقابل انبساط کلی نیست، اما با این حال نیروهای معتنابهی در ساختار مویین ایجاد می شود. چنانکه در شکل 3-33 نشان داده شده این امر به علت اصطکاک در دیواره های مویین، و همچنین برای پایان دادن حالت اشباع می باشد. به علت مقاومت کششی (یا پوست شدن) نسبتا پایین بتن در محدوده Nmm-26-2 نیروهای انبساطی برای ایجاد شکست کششی، نیاز نیست چندان بزرگ باشد.
در بتن هوازا، حباب های هوای ریز به عنوان یک سرریز برای انبساط یخ عمل می کند همانطور که در شکل 3-34 نشان داده می شود. این تاثیر بافاکتور های زیر قاعده مند می گردد:

جدول 3-19 فشارهای انبساطی اعمالی توسط یخ در یک سیستم کاملا محدود شده (مقید)

جدول 3-20 نسبت آبی که می تواند یخ منجمد را در -20°C به عنوان تابعی از نسبت آب به سیمان خمیر تشکیل دهد.

شکل 3-33 نیروهای انبساطی ایجاد شده در ساختار مویین در طی انجماد

شکل 3-34 حباب های هوا کوچک به عنوان مخزنی برای انبساط یخ عمل می کند.

1- میزان فضای هوا در دسترس در رابطه با انبساط آن بخشی از آب که در معرض انجماد است. در تئوری، میزان فضای خالی لازم حدود %4 حجم خمیر است اما در عمل به دلیل توزیع اندازه فضای خالی شکل گرفته، و به دلیل اینکه حجم کل فضاهای خالی نمی تواند با یخ پر شود، میزان هوای بیشتری مورد نیاز است. توصیه های صورت گرفته در جدول 3-21 نشان داده شده است.

جدول 3-21 میزان هوای موجود مورد توصیه برای اندازه سنگدانه حداکثر گوناگون

2- حباب ها نیاز است که خالی بوده و پر از آب نباشند. همچنین مهم است که اجازه دهیم انبساط صورت پذیرد و این کار با جهت گیری مولکول های عامل هوازای دنباله ی (مولکولی) آب گریز به درون فضاهای خالی حاصل می شود. چنانکه در شکل 3-35 تصویر شده است، این کار از «خیس خوردگی» سطح داخلی فضای خالی با زاویه تماس بالا جلوگیری می کند. زمانیکه یخ درون فضای خالی منبسط می شود، فشارهای بالاتر به راحتی بر این اثر غلبه می کند. حداقل تا بخشی، دلیل اینکه مواد غیر آب گریز همانند فنول اتوکسیلات علیرغم آنکه منجر به هوای محبوس می شود، موجب توسعه های چشمگیری در مقاومت ذوب انجماد بتن در قیاس با موادی که ایجاد حباب های آب گریز می کنند، می شود. همچنین رزین های چوبی خنثی شده و صابون های اسیدی چرب نیز به همین ترتیب هستند (جدول 3-22).

خورندگی آب دریا و سیکل ذوب و انجماد

3- طول ستون آب در مویینگی تا نقطه ای که در آن انبساط محتمل است. (L در شکل 3-35) این کار برای حداقل سازی اصطکاک دیواره است. برای آنکه اجازه داده شود ستون آب منجمد شونده حرکت کند و تابعی از فاکتور فاصله گذاری سیستم فضای خالی هوا باشد (فاصله میانگین میان حباب های هوای مجاور). جداسازی باید حداقل mm باشد تا کاملا موثر باشد، و ترجیحا نزدیک تر به یک پنجم یا یک دهم این مقدار باشد. چنانکه در جدول 3-23 نشان داده شده است، این فاکتور هم در توصیف اختلافات در عملکرد عوامل هوازا، متفاوت است.

شکل 3-35 دنباله (مولکولی) آب گریز مولکول های عامل هوازا از پر شدن حباب های هوا با آب جلوگیری می کند.

جدول 3-22 مقاومت ذوب- انجماد بتن هوازا توسط انواع مواد شیمیایی گوناگون افزودنی

جدول 3-23 اثر فاکتور فاصله گذاری روی دوام ذوب- انجماد