کنکاشی پیرامون خصوصیات بتن ترکیب شده با مواد افزودنی بتن

نویسنده : کلینیک بتن ایران

تاریخ ثبت : 15 اسفند ، 1400

کنکاشی پیرامون خصوصیات بتن ترکیب شده با مواد افزودنی بتن

خصوصیات بتن می تواند در قالب دسته بندی زیر در نظر گرفته شود:
- حالت شکل پذیر اولیه بتن تازه خصوصیاتی همچون کارایی، همانگونه که ز طریق آزمایش اسلامپ یا جدول جریان یا هوای موجود اندازه گیری می شود، می تواند توسط روش استاندارد مرتبط تعیین گردد.
- حالت شکل پذیر ثانویبه هنگامی که بتن جابه جا، حمل و ریخته شود؛ تغییرات در هوای موجود و کارایی ممکن است رخ بدهد و زمان گیرش می تواند به عنوان فاکتوری در اتمام عملیات باشد.
- حالت سخت شدگی در سنین نسبتا اولیه (معمولا 28 روز) که خصوصیات مکانیکی به عنوان مبنای الزامات سازه ای تعیین می شود.
- حالت سخت شدگی ثانوی در طی عمر بتن در محل اجرا، وقتی بتن باید نقش معماری یا سازه ای خود را بدون تخریب تحت شرایط سرویس برآورده کند.

روانی بتن

اثرات فوق روان کننده ها بر خصوصیات بتن شکل پذیر

هوای محبوس

انواع گوناگون فوق روان کننده ها هوای موجود در بتن تازه را تغییر م یدهند، البته با درجات متغیر و اثرات گوناگون که بستگی به شیوه مصرف فوق روان کننده های مورد استفاده دارد. در حالت کلی، موارد زیر حائز اهمیت است:
1- زمانیکه فوق روان کننده ها برای تولید بتن با کارایی بالا استفاده می شود، هوای بیشتری نسبت به بتن کنترلی محبوس خواهد شد. این مورد به خصوص در انواع SNF و پلی اکریلات دیده می شود. (در جایی که عوامل مغایر محبوس کننده هوا گاهی عمدا به فرمولاسیون ها افزوده می شود) و در مورد نوع SMF، تا حد کمتری به همین ترتیب است.
2- زمانیکه فوق روان کننده ها برای کاهش دادن نسبت آب به سیمان استفاده شود، به طور معمول هر افزایشی در هوای موجود، به خصوص در مخلوط های با سیمان موجود بالا حداقل خواهد بود. زمانی که الزام باشد که حتما چنین مخلوط هایی را با هوا محبوس کنیم، پیمانه مصرفی لازم برای به دست آوردن یک میزان هوای مشخص اغلب به اندازه قابل توجهی افزایش می یابد (ظاهرا به دلیل حد واسط آبی کاهش یافته در بتن).

جدول 2-3 پایداری هوا در بتن آماده

						طرح اختلاط
Kgm^-3330 Kgm^-3150 Kgm^-3800 Kgm^-31080 Kgm^-3260 Kg^-1100 MI18						سیمان آب ماسه شماره 67 ADVSP AEA دمای بتن
هوای محبوس
سطح مخصوص (mm^-1)	طول وتر	فاکتور فاصله (mm)	درصد هوای سخت شده	درصد پلاستیک	اسلامپ	زمان نمونه گیری
28.3 24.1 23.8	0.14 0.16 0.17	0.12 0.15 0.18	7.4 6.9 6.1	7.2 6.2 5.8	180 150 130	0.25 0.75 1.25

3- پایداری هوای محبوس در بتن که در آن فوق روان کننده به کار برده شده در آزمایشگاه مورد مطالعه قرار گرفته است. نوع SMF هوا را با سرعت بیشتری نسبت به SNF از دست می دهد. آزمایش های جامع انجام گرفته با یک نوع پلی اکریلات از فوق روان کننده ها در بتن آماده حاکی از آن است که نوع خاص مواد ارزیابی شده ایجاد یک سیستم با هوای منفذی خیلی پایدار می کند، همان طور که در جدول 2-3 نشان داده شده است.

کارایی

فوق روان کننده ها موجب افزایش های چشمگیری در کارایی می شوند. این افزایش کارایی از طریق اسلامپ یا توزیع جدول جریان اندازه گیری می شود. فوق روان کننده ها همچنین امکان کاهش های زیاد در نسبت های آب به سیمان را با حفظ کارایی فراهم می آورند. شکل 2-15 رابطه میان پیمانه مصرفی و کاهش آب برای یک فوق روان کننده متداول را نشان می دهد، در حالی که شکل 2-16 چگونگی ارتباط اسلامپ اولیه، پیمانه مصرفی، و توزیع جدول جریان را نشان می دهد . مانع اصلی در کاربرد علمی فوق روان کننده ها برای تولید بتن با کارایی بالا (تقریبا بتن خود متراکم شونده) عبارت از دوام کم در کارایی حداکثر است، که اغلب تنها به مدت 30 تا 40 دقیقه می باشد (البته فوق روان کننده های تولیدی در حال حاضر، زمان حفظ کارایی را تا 2 ساعت نیز رسانیده است- مترجم). این مورد برای یک فوق روان کننده نوع SMF در دماهای گوناگون در شکل 2-17 به تصویر کشیده شده است که در آن افت شدید اسلامپ در دماهای بالاتر خیلی بارز است.
نشانه هایی وجود دارد که سیمان های با C3A بالاتر موجب افت اسلامپ سریع تر بتن فوق روان شده می شود.
روی مواد پلی اکریلیت جدیدتر می توان به عنوان شیوه ای برای حفظ اسلامپ بالا در طی یک دوره زمانی طولانی تر حساب کرد. همچنان که در شکل 2-18 برای یک فرآورده از این نوع نشان داده شده، کارایی حداکثری به مدت بیش از دو ساعت حفظ می شود. این امر به دلیل نوع فوق روان کننده ی است که در حالت فعال «ممانعت فضایی» به جای رانش الکترواستاتیک عمل می کند.

شکل 2-15 کاهش آب حاصل شده توسط افزودن یک فوق روان کننده

شکل 2-16 رابطه میان اسلامپ اولیه، توزیع جدول روانی و مرحله مضاعف یک فوق روان کننده

شکل 2-17 تست های اسلامپ پس از بازه های گوناگون زماین برای بتن متشکل از 3 درصد SMF توسط وزن سیمان (Mailvaganam).

شکل 2-18 افت اسلامپ در دمای 21 درجه بتن های فوق روان شده با افزودنی های پلیمری CAE، OPC یا SNF. ارقام روی منحنی خای اسلامپ- افت نشان دهنده درصد اجزاء فعال فوق روان کننده توسط توده سیمان است.

زمان گیرش

اثری که فوق روان کننده ها روی زمان های گیرش بتن دارند وابسته به چند فاکتور است. این فاکتورها شامل نوع فوق روان کننده، ترکیب سیمان، و به خصوص اینکه افزودنی به بتن اضافه شده است یا اینکه کاهش در نسبت آب به سیمان صورت گرفته، می باشد. عموما می توان اظهار داشت که:
1- با افزودن مستقیم فوق روان کننده ها برای رسیدن به بتنی با کارایی بالا، زمان های گیرش اولیه و نهایی با ترتیب با > SNF > SMF پلی اکریلیت ها، افزایش می یابد. در پیمانه مصرفی معمولی، این افزایش به ندرت فراتر از دو ساعت می رود.
2- زمانیکه نسبت آب به سیمان کاهش یابد تا به اسلامپ مشابهی با یک اختلاط کنترلی برسیم، زمان گیرش به طور طبیعی بسیار شبیه به زمان گیرش می شود؛ احتمالا اندکی در حالت SNF و SMF و یک افزایش جزئی در حالت مواد پلی اکریلیتی داریم، در هر صورت در حالت معمولی این مدت بیشتر از یک ساعت نیست.

اثرات فوق روان کننده ها بر خصوصیات بتن سخت شده

مشخصه های فیزیکی اصلی بتن که فوق روان کننده ها را تبدیل به یک مصالح سازه ای منتخب کرده عبارتست از، مقاومت فشاری بالای آن و همچنین سختی و قابلیت آن برای حفظ فولاد مسلح می باشد. نکته حائز اهمیت این است که این خصوصیات در طی عمر خدمت دهی حفظ می شود و اینکه هر نوع افزودنی (همچون فوق روان کننده ها) هیچ اثر معکوسی روی این مشخصات نداشته باشد.

مقاومت فشاری

عموما، فوق روان کننده ها اثر معکوسی بر مقاومت بتن یا توسعه مقاومت آن، هنگامی که به منظور تولید بتنی با کارایی خیلی بالا و بدون کاهش آب استفاده شود، ندارد. در واقع مطالعات نشان داده است که با مصرف فوق روان کننده ها افزایش مقاومت هم رخ دهد، که در بعضی موارد می تواند قابل توجه باشد. همانطور که در شکل 2-19 برای یک ماده با پایه SMF نشان داده شده است. جدول 2-4 (ستون 3) داده ها را برای یک فوق روان کننده SNF نشان می دهد، که در آن مقاومت ها دقیقا مشابه مقاومت کنترلی می باشند.

شکل 2-19 توسعه مقاومت بتن روان با مقاومت بالا حاوی فوق روان کننده ملامینی در قیاس با بتن ساخته شده با 400 کیلوگرم سیمان پرتلند در مترمکعب (m3) در دامنه کارایی سخت تا پایین (25 تا 100 میلی متر در اسلامپ)

وقتی فوق روان کننده ها برای کاهش آب موجود مخلوط بتن استفاده گردد، افزایش در مقاومت به طور معمولی از منحنی Abram تبعیت می کند. علیرغم این امر، در نظر گرفتن تجمیع داده ها در شکل 2-20 حاکی از روند افزایشی مقادیر برای بتن فوق روان شده می باشد. همانطور که در جدول 2-5 نشان داده شده، این افزایش ها در مقاومت با استفاده از فوق روان کننده ها برای کاهش نسبت آب به سیمان در چندین نوع از سیمان ها و فوق کننده ها یکنواخت می باشد. این شکل همچنین حاکی از چگونگی تاثیرگذاری مشابه مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته می باشد.

جدول 2-4 مقاومت ذوب- انجماد بتن فوق روان شده (Rixom)

اضافه شدن افزودنی با بتن خود متراکم شونده	اضافه شدن افزودنی با کارایی معمولی	کنترلی	شماره اختلاط توضیح
8 4 3 1.0 2.5 2.2 ـ 3394 6.0 33.4 42.0 1.1 3.0 3.8 5.0 0.40 0.31 0.20 0.075 12	8 4 2 0.9 2.5 60 1.7 0.90 2430 12.9 40.2 64.3 0.8 1.0 1.8 2.6 0.15 0.08 0.02 0.30 32	8 4 2 101 0 60 1.8 0.87 2294 6.3 31.2 41.2 1.3 1.9 2.9 5.2 0.51 0.42 0.26 0.10 6	طرح اختلاط (نامنظم گردگوشه) شن mm10 سیمان ناحیه 3 OPC(kg) آب (لیتر) افزودنی (درصد وزن سیمان) خصوصیات بتن شکل پذیر اسلامپ (mm) درصد هوای محبوس فاکتور تراکمی چگالی kg/m^-3 خصوصیات بتن سخت شده (N/mm²) 1 روز 7 روز 28 روز جذب (درصد وزن مکعب خشک) 10 دقیقه 30 دقیقه 60 دقیقه 24 ساعتروش ISAT آزمون جذب سطحی اولیه 1881 5B، قسمت 5، 1970 نفوذپذیری 10 دقیقه 30 دقیقه 60 دقیقه آزمون تورم ذوب (درصد تورم در 50 سیکل) آزمون تعداد سیکل های تجزیه mg/mm²0.5

شکل 2-20 رابطه میان نسبت آب به سیمان و مقاومت فشاری بتن های حاوی فوق روان کننده ها

شکل 2-21 کرنش های جمع شدگی در هر دیوار مدل تمام شده در قیاس با منشورها در 91 روزگی

جدول 2-5 نسبت های مخلوط و خصوصیات بتن تازه و سخت شده (آب کاهش یافته)

مدل الاستیسیته (GPa)	خصوصیات بتن سخت شده		نسبت های مخلوط و خصوصیات بتن تازه		نسبت های مخلوط و خصوصیات بتن تازه			خصوصیات اختلاط	سری های اختلاط
	مقاومت خمشی منور با ابعاد 40×100×90 میلی متر		مقاومت فشاری استوانه با ابعاد 300×150 میلی متر		چگالی (Kg/m³)	اسلامپ (mm)	درصد هوای محبوس	نسبت W/C به وزن	میزان آب موجود (kg/m³)
روز 28	روز 91	روز 28	روز 7
32 37 37 36 32 37 37 36 32 36 35 35	6.1 7.0 7.0 6.6 6.0 6.9 7.2 7.3 5.0 6.2 5.7 6.2	37.8 48.5 47.6 49.6 49.9 42.4 55.0 55.8 38.0 46.2 48.5 50.3	32.8 44.0 39.3 42.6 36.6 47.6 47.6 47.6 32.2 40.3 42.5 42.4	26.8 37.3 35.5 36.3 25.6 36.3 36.9 35.0 19.1 31.9 33.0 32.8	2348 2362 2350 2360 2354 2362 2377 2385 2352 2364 2381 2379	75 80 70 80 85 90 75 75 90 75 80 85	5.2 5.6 6.0 5.6 4.9 5.6 5.3 4.8 5.4 5.4 5.3 5.2	0.49 0.40 0.40 0.40 0.49 0.40 0.40 0.40 0.48 0.38 0.38 0.38	147 120 120 120 147 120 121 121 144 117 118 118	مبنا تیپ ؟ ؟ ؟ ؟ ؟ ؟ ؟ ؟ ؟ ؟

*درشت دامنه سنگ آهک زبر با یک اندازه حداکثر mm19 ریزدانه ماسه طبیعی بود. افزودنی محبوس کننده هوا یک هیدروکربن سولفونات شده بود.
*SP-L, SP-N, M مربوط به فوق روان کننده های نوع ملامین، نفتالین و لیگنوسولفونات به ترتیب هستند.

جدول 2-6 داده ها در اندازه گیری خزش برای بتن کنترلی و فوق روان شده کاهنده آب

اندازه گیری خرش در استوانه های 300×150 میلی متر								خصوصیات بتن تازه		خصوصیات اختلاط			افزودنی ها
آزمون کرنش خزشی	نسبت تنش- کرنش	تنش اعمال شده			چگالی (kg/m³)	اسلامپ (mm)		درصد هوای محبوس	سیمان تیپ l	نسبت W/C به وزن		فوق روان کننده AEA	نوع فوق روان کننده AEA
1101 1085 1107 1157	0.44 0.43 0.43 0.43	15.2 19.6 20.3 19.8	37.4 50.8 51.1 48.7	34.5 45.2 47.4 46.0	2344 2365 2357 2377	80 75 80 40	5.3 5.4 6.0 3.4	1082 1106 1102 1111	298 304 303 305	0.49 0.40 0.40 0.40	0.31 1.18 3.15 0.34	ـ 23.6 9.1 25.6	کنترل ملامین نفتالین لیگنوسولفونات

* عامل محبوس کننده هوا

- کرنش خزش کلی حاصل از طریق ساخت جمع شدگی و کرنش الاستیک در بارگذاری از قرائت های کرنش.
- در روز های 334±10

جع شدگی و خرش

اغلب مطالعات در این حوزه حاکی از آن است که بتن فوق روان شده خصوصیات جمع شدگی و خرش مشابهی با بتن ساده دارد. شکل 2-21 نتایج جمع شدگی بتن فوق روان شده با فوق روان کننده بتن و ساده را به تصویر می کشد. در حالی که جدول 2-6 نتایج مشابهی را برای خرش نشان می دهد.

شکل 2-22 اثر افزودنی بر تغییر در وزن نمونه های بتنی آب و سولفات ذخیره شده

جدول 2-7 تعیین هوای منفذی در بتن سخت شده

تعیین میزان هوای خالی در بتن سخت شده					خصوصیات بتن تازه	شماره اختلاط
فاکتور فاصله در فضای خالی (mm)	مساحت سطح مخصوص (mm)	درصد فضای خالی در بتن	میزان خمیر	میزان هوا	ماهیت اختلاط	نسبت آب به سیمان
0.62 0.23 0.26 0.59 0.13 0.18 0.73 0.14 0.23	10 14 12 12 28 21 13 32 21	2.4 9.0 9.4 2.0 7.7 7.1 1.4 6.0 4.8	24.6 21.2 20.9 27.0 23.2 23.2 34.1 31.2 30.7	2.4 6.2 6.7 2.2 6.8 6.5 2.0 5.7 5.0	ساده هوای محبوس هوای محبوس و فوق روان شده ساده هوای محبوس هوای محبوس و فوق روان شده ساده هوای محبوس هوای محبوس فوق روان شده	0.070 0.70 0.70 0.50 0.50 0.50 0.35 0.35 0.35	1 2 3 4 5 6 7 8 9

* داده ها از منبع Ontario Hydro

- یک فوق روان کننده نفتالنی در یک پیمانه مصرفی 75/0 % توسط وزن سیمان استفاده شد.

دوام ذوب- انجماد

در آغازین روزهای کاربرد بتن فوق روانی شده، بعضی ملاحظات پیرامون مقاومت بتن با هوا محبوس شده حاوی فوق روان کننده ها برای چرخه ذوب- انجماد احاظ می شد. با این وجود، تحقیقات اخیر موارد زیر را نشان داده:
1- در بتن فوق روان شده با هوای محبوس، مقدار حداقل پذیرفته شده متداول فاکتور فاصله گذاری سیستم هوای منفذی (mm2/0) برای فراهم کردن حفاظت ذوب- انجماد مناسب معمولا فراتر می رود.
2- علیرغم این حقیقت که فاکتور فاصله گذاری حداقل فراتر می رود، ظاهرا مقاومت ذوب- انجماد بتن به طور معکوس تحت تاثیر قرار نمی گیرد. جدول 2-7 به روشنی چگونگی تاثیر یک فوق روان کننده SNF بر افزایش فاکتور فاصله گذاری سیستم هوای منفذی، در هر یک از سه مرحله آب به سیمان ارزیابی شده می دهد.