انواع فوق روان کننده های بتن چه خصوصیاتی دارند؟

ماهیت بتن با کیفیت خوب، نیاز به کارایی مناسب است. در شرایط مختلف بتن با درجه کارایی متفاوت مورد نیاز است. در شرایطی مانند تیرهای عمیق، مقاطع نازک با درصد آرماتور بالا، اتصالات تیر و ستون، پمپاژ بتن، بتن ریزی ترمی، بتن ریزی در هوای گرم و غیره به درجه بالایی از کارایی نیاز است. روش‌های مرسوم برای بهبود کارایی، بهبود درجه‌بندی یا افزایش مقدار سنگدانه ریز یا با افزایش مقدار سیمان است. اینجاست که خصوصیات انواع فوق روان کننده‌های بتن مطرح می‌شود.

در این زمینه محدودیت‌ها و مشکلاتی برای دستیابی به کارایی بالا تحت مجموعه شرایط داده شده وجود دارد. در بیشتر موارد به طور کلی آب اضافی به بتن اضافه می‌شود (بدون توجه به اثرات سوء آن بر خواص بتن). استفاده از آب اضافی بسیار مضر است و هرگز نباید از آن استفاده کرد. استفاده از آب اضافی باعث بهبود کیفیت خوب ذاتی مانند انسجام و یکنواختی مخلوط نمی‌شود که باعث کاهش آب‌بندی و تفکیک بتن می‌شود.

امروزه بسیاری از انواع فوق روان کننده‌های بتن در بازار موجود است. این مواد افزودنی به عنوان روان کننده بتن بیشتر شناخته می‌شوند. ترکیبی از مواد آلی یا ترکیبی از مواد آلی و معدنی که باعث کاهش محتوای آب برای کارایی معین می‌شود یا کارایی بالاتری را در همان مقدار آب ایجاد می‌کند، به عنوان افزودنی‌های فوق روان کننده بتن شناخته می‌شود.

آشنایی با تعریف فوق روان کننده بتن

فوق روان کننده‌های بتن مواد افزودنی هستند که برای افزایش سیالیت یا کارایی خمیر سیمان یا بتن به مصالح اضافه می‌شوند. همچنین به بتن تازه یا اولیه اضافه می‌شود تا ویژگی‌های کارایی آن را تغییر دهد. فوق روان کننده بتن به عنوان کاهنده آب نیز نامیده می‌شود زیرا بتن را با کارایی یکسان در نسبت آب به سیمان کمتر تولید می‌کند. از این رو فوق روان کننده بتن به تولید مخلوط بتن با دوام بالا با محتوای آب یکسان کمک می‌کند.

فوق روان کننده‌ها (SPs) ترکیبات شیمیایی هستند که امکان تولید بتن با تقریبا ۱۵ درصد آب کمتر را فراهم می‌کنند. فوق روان کننده‌ها امکان کاهش محتوای آب را تا ۳۰ درصد یا بیشتر فراهم می‌کنند. این افزودنی‌ها در سطح چند درصد وزنی به کار می‌روند. روان کننده‌ها و فوق روان کننده‌ها عمل آوری بتن را به تاخیر می‌اندازند.

انواع فوق روان کننده های بتن

به طور کلی، فوق روان کننده‌های بتن را می‌توان به انواع مختلفی طبقه‌بندی کرد. لیگنوسولفونات‌های خالص، پلیمرهای مصنوعی کربوکسیلات، پلیمرهای مصنوعی سولفونه و پلیمرهای مصنوعی با مواد سیمانی با عملکرد مخلوط شامل انواع فوق روان کننده‌های بتن می‌شوند.

انواع فوق روان کننده‌های بتن در جایی استفاده می‌شوند که تعلیق ذرات به خوبی پراکنده شده برای بهبود ویژگی‌های جریان (رئولوژی) تعلیق‌ها مانند کاربردهای بتن مورد نیاز است. افزودن آن‌ها به بتن یا ملات امکان کاهش نسبت آب به سیمان را بدون تأثیر منفی بر کارایی مخلوط فراهم می‌کند و امکان تولید بتن خود قوام و بتن با کارایی بالا را فراهم می‌کند. آن‌ها عملکرد خمیر تازه سخت شونده را تا حد زیادی بهبود می‌بخشند. با کاهش نسبت آب به سیمان، مقاومت بتن افزایش می‌یابد.

افزودن انواع فوق روان کننده‌های بتن در کامیون در حین حمل و نقل یک پیشرفت نسبتا مدرن در صنعت است. مواد افزودنی اضافه شده در ترانزیت از طریق سیستم‌های خودکار مدیریت اسلامپ، به تولیدکنندگان بتن اجازه می‌دهد اسلامپ را تا زمان تخلیه بدون کاهش کیفیت بتن حفظ کنند. از این موارد برای پیشنهادات زیر استفاده می‌شود:

1. برای دستیابی به استحکام بالاتر با کاهش نسبت آب به سیمان در کارایی مشابه مخلوط بدون افزودنی.
2. برای دستیابی به کارایی یکسان با کاهش سیمان و کاهش گرمای هیدراتاسیون در بتن توده‌ای.
3. افزایش کارایی برای ایجاد سهولت در قرار دادن بتن در مکان‌های غیر قابل دسترس.

از انواع فوق روان کننده‌های بتن برای بهبود کیفیت مطلوب پلاستیک یا بتن سبز استفاده می‌شود. برای ساخت بتن مسلح یا بتن انبوه با کارایی بالاتر، امروزه استفاده از روان کننده بتن یا فوق روان کننده بتن به یک روش استاندارد تبدیل شده است. امروزه استفاده از فوق روان کننده به یک روش جهانی برای کاهش نسبت آب به سیمان برای کارایی معین تبدیل شده است. کاهش نسبت آب به سیمان باعث افزایش مقاومت و بهبود دوام بتن می‌شود. گاهی اوقات از روان کننده‌های بتن برای کاهش محتوای سیمان و گرمای هیدراتاسیون در بتن انبوه استفاده می‌شود.

کاربرد افزودنی های بتن و فوق روان کننده بتن

به طور کلی از مواد زیر به عنوان افزودنی های بتن و فوق روان کننده بتن استفاده می شود:

1. سولفات لیگنو و مشتقات و اصلاحات آن‌ها، نمک‌های هیدروکربن‌های سولفونات.
2. استرهای پلی گلیکول، اسید کربوکسیلیک اسیدهای هیدروکسیله و مشتقات و تغییرات آن‌ها.
3. کربوهیدرات‌ها.

از بین این مواد، لیگنو سولفات‌های سدیم، کلسیم و آمونیوم محبوب‌ترین هستند. مقدار فوق روان کننده استفاده شده از ۰.۱٪ تا ۰.۴٪ وزن سیمان متغیر است. در کارپذیری ثابت، کاهش آب اختلاط با استفاده از ۰.۱ تا ۰.۴٪ نرم کننده از ۵٪ به ۱۵٪ انتظار می‌رود که به طور طبیعی استحکام را افزایش می‌دهد. در همان نسبت آب به سیمان، افزایش کارایی ممکن است بسته به اسلامپ اولیه بتن، نوع سیمان، محتوای سیمان و دوز نرم کننده از ۳۰ میلی متر تا اسلامپ ۱۵۰ میلی متر متغیر باشد.

یک فوق روان کننده خوب سیالیت را در بتن یا ملات به روشی متفاوت از یک عامل حباب کننده هوا تولید می‌کند. با این حال برخی از فوق روان کننده‌ها نیز همراه با بهبود کارایی، مقداری هوا را به داخل می‌کشند. یک فوق روان کننده خوب نباید بیش از ۱ تا ۲ درصد هوا را در بتن وارد کند زیرا حباب هوا مقاومت بتن را کاهش می‌دهد.

به طور کلی یکی از رایج‌ترین مواد شیمیایی که به عنوان فوق روان کننده بتن استفاده می‌شود، لیگنو سولفونیک اسید به شکل نمک کلسیم یا سدیم آن است. این ماده شیمیایی یک محصول طبیعی است که از صنایع فرآوری چوب به دست می‌آید. مشاهده شده است که دوز توصیه شده نرمال نرم کننده به طور قابل توجهی بر زمان گیرش تأثیر نمی‌گذارد اما دوز بالاتر از مقدار تجویز شده ممکن است باعث تاخیر بیش از حد شود.

عملکرد روان کننده ها و فوق روان کننده های بتن چگونه است؟

فوق روان کننده‌های بتن به دلیل وجود مولکول‌های پلیمری موجود در آن، خاصیت پلاستیک‌سازی دارند. این مولکول‌ها وقتی با بتن مخلوط می‌شوند روی سطح دانه‌های سیمان جذب می‌شوند که یک گروه یونی ایجاد می‌کند که به سمت بیرون اشاره می‌کند. این موضوع در نهایت بار منفی به ذرات سیمان می‌دهد.
این ذرات سیمان با بار منفی باعث دافعه متقابل می‌شوند. این دافعه بین ذرات، لخته‌های ذرات را در سیستم آب/سیمان می‌شکند که منجر به هوای محبوس می‌شود.
به غیر از دافعه ایجاد شده، این ذرات سیمان توسط غلاف مولکول‌های آب جهت دار احاطه می‌شوند که از نزدیک شدن دانه‌های سیمان نیز جلوگیری می‌کند. این پدیده به عنوان مانع فضایی نامیده می‌شود. این اثر کلی باعث بیشترین روانکاری و سیالیت برای خمیر بتن می‌شود.

عمل اصلی فوق روان کننده‌های بتن تولید سیالیت در مخلوط و بهبود کارایی بتن، ملات یا گروت است. مکانیسم فرآیند را می‌توان به صورت زیر توضیح داد:

پراکندگی در فوق روان کننده بتن

سیمان پرتلند از آنجایی که بسیار ریز است، ذرات آن تمایل به حرکت و جمع شدن در پاکت‌های بتن خیس و تشکیل دسته‌ای از ذرات دارند. به عبارت دیگر سیمان تمایل به لخته شدن در بتن مرطوب دارد. این دسته از ذرات یا لخته‌های سیمان مقدار معینی از آب مورد استفاده در مخلوط را به دام می‌اندازند. بنابراین کل آب مورد استفاده در مخلوط برای تولید سیالیت در مخلوط در دسترس نیست.

اجزای فعال اصلی افزودنی‌های کاهنده آب، عوامل فعال سطحی هستند که در سطح مشترک بین دو فاز غیرقابل اختلاط متمرکز می‌شوند و نیروهای فیزیکوشیمیایی در سطح مشترک را تغییر می‌دهند.

هنگامی که از فوق روان کننده بتن استفاده می‌شود، عوامل فعال سطحی آن‌ها جذب می‌شوند و در سطح ذرات سیمان نگه می‌دارند، یعنی عوامل فعال سطحی روی ذرات سیمان جذب می‌شوند. در اثر این جذب، ذرات سیمان دارای بار منفی می‌شوند و نیروی دافعه‌ای روی ذرات ایجاد می‌کنند که ذرات را از یکدیگر دفع می‌کند و نیروی جاذبه ذرات را خنثی می‌کند و در نتیجه پراکندگی آن‌ها تثبیت می‌شود.

این نیروی دافعه پتانسیل زتا نامیده می‌شود که به پایه، محتویات جامد و مقدار فوق روان کننده بتن استفاده شده بستگی دارد. اثر کلی جذب فوق روان کننده بتن این است که ذرات سیمان جدا شده و پراکنده می‌شوند. با جداسازی ذرات سیمان، آب محبوس شده در داخل فلوها آزاد شده و برای تولید سیالیت در مخلوط در دسترس است. به دلیل فلوکولاسیون ذرات سیمان، اصطکاک بین ذره‌ای بین ذره به ذره و فلو به فلو وجود خواهد داشت. اما در شرایط پراکنده آب بین ذرات سیمان وجود دارد که منجر به کاهش اصطکاک بین ذرات می‌شود.

توانایی پراکندگی انواع فوق روان کننده‌های بتن (افزودنی‌های کاهنده آب) منجر به سطح بیشتری از سیمان در معرض هیدراتاسیون می‌شود. به همین دلیل استحکام اولیه بتن نسبت به بتن بدون افزودنی با نسبت آب به سیمان یکسان افزایش می‌یابد. همچنین به دلیل توزیع یکنواخت‌تر سیمان پراکنده در سرتاسر بتن، مقاومت طولانی‌مدت ممکن است بهبود یابد.

به طور کلی، این فوق روان کننده بتن برای همه انواع سیمان مؤثر هستند، اگرچه تأثیر آن‌ها بر استحکام در سیمان‌های با C۳A کم یا محتوای قلیایی کم بیشتر است. هیچ اثر مخربی بر سایر خواص طولانی مدت بتن مشاهده نمی‌شود. با این حال، اگر مواد افزودنی به درستی استفاده شود، دوام بهتر بتن پیدا می‌شود.

اثر تاخیری در فوق روان کننده های بتن

فوق روان کننده بتن روی سطح ذرات سیمان جذب می‌شود و یک لایه نازک تشکیل می‌دهد. این فیلم از واکنش هیدراتاسیون سطحی بین ذرات آب و سیمان تا زمانی که مولکول‌های کافی فوق روان کننده بتن در سطح مشترک ذرات یا محلول موجود باشد، جلوگیری می‌کند. با گیر افتادن پلیمرها در محصولات هیدراتاسیون، مقدار فوق روان کننده بتن موجود به تدریج کاهش می‌یابد. بسیاری از محققان بیان کرده‌اند که یک یا چند مکانیسم از موارد زیر ممکن است به طور همزمان رخ دهد:

1. کاهش کشش سطحی آب.
2. توسعه دافعه الکترواستاتیکی بین ذرات سیمان.
3. توسعه فیلم روان کننده بتن بین ذرات سیمان.
4. پراکندگی دانه‌های سیمان و رهاسازی آب محبوس شده با گلوله‌های سیمانی.
5. جلوگیری از واکنش هیدراتاسیون سطحی ذرات سیمان و باقی ماندن آب بیشتر برای سیالیت مخلوط.
6. تغییر در شکل و ساختار (مورفولوژی) محصولات هیدراتاسیون.
7. جلوگیری از تماس ذره به ذره.

ممکن است همه فوق روان کننده‌های بتن بسته به پایه روان کننده بتن، دوز و غلظت و غیره تا حدی کند کننده تنظیم شوند. از این رو توصیه می‌شود که کاربران دستورالعمل‌های سازنده را به طور کامل دنبال کنند.

طبقه بندی مواد فوق روان کننده بتن

بر اساس اصل کار، انواع روان کننده‌های بتن به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

1. روان کننده‌های بتن هیدروفیل: روان کننده‌های هیدروفیل با افزایش ترشوندگی مشخص می‌شوند که وظیفه اصلی آن افزایش ویژگی‌های پلاستیک و جریان بتن است.
2. هیدروفوبیزاسیون: این نوع فوق روان کننده‌های بتن مخلوط بتن را با مقدار زیادی هوا اشباع می‌کنند. بنابراین، می‌توان کشش رطوبت را در محلول کاهش داد و ویژگی‌های پلاستیکی بتن را افزایش داد.

مزایای انواع فوق روان کننده های بتن

مزایای اصلی استفاده از انواع فوق روان کننده‌های بتن عبارتند از:

1. کارایی بتن را بدون اضافه کردن آب اضافی بهبود می‌بخشد.
2. افزایش مقاومت بتن بدون افزایش محتوای سیمان.
3. ویژگی‌های مقاومتی فونداسیون بتنی تمام شده را تا بیست و پنج درصد افزایش دهید.
4. انواع فوق روان کننده‌های بتن تراکم را بدون استفاده از ویبراتور آسان می‌کنند.
5. جریان‌پذیری و چسبندگی خوب به سطح را بهبود می‌بخشد.
6. بتن با چگالی بالا با استفاده از انواع فوق روان کننده‌های بتن به دست می‌آید.
7. انواع فوق روان کننده‌های بتن رطوبت بتن را کاهش می‌دهند و آن را در برابر سرما مقاوم می‌کنند و از ترک خوردن آن جلوگیری می‌کنند.

علاوه بر مزایای ذکر شده در بالا، انواع فوق روان کننده‌های بتن بر زمان گیرش مخلوط بتن تأثیر می‌گذارند. افزودنی‌های بتن همچون گروت اپوکسی کارایی بتن و عملکرد نهایی پروژه را تحت تاثیر قرار می‌دهد، پس هنگام خرید محصولات شیمیایی ساختمان از کیفیت آن‌ها مطمئن شوید.