افزودنی بتن؛ همه ی آنچه باید قبل از مصرف افزودنی های بتن بدانید!

افزودنی های بتن موادی به غیر از سیمان، آب، سنگدانه و الیاف می باشند که اندکی قبل از اختلاط یا در هنگام اختلاط به مخلوط بتن اضافه می شوند، این افزودنی ها به منظور اصلاح بعضی از خواص بتن از قبیل کارپذیری، مقاومت، آب بندی و دوام می باشند. برای استفاده از افزودنی ها باید به اثرات دراز مدت آنها بر روی بتن توجه کرد.

اغلب به جای استفاده از یک سیمان خاص، این امکان وجود دارد که برخی از خواص سیمان های متداول را با ترکیب یک ماده تحت عنوان “افزودنی بتن” مناسب، تغییر داد. در برخی از موارد چنین ترکیبی تنها راه رسیدن به تاثیر مطلوب است. مقدار مواد افزودنی بتن کم می باشد بنابراین در تعیین نسبت های اختلاط به حساب نمی آیند.

در این مقاله انواع افزودنی های بتن که برای اصلاح بعضی از خواص بتن، یا موارد دیگر باید استفاده کنیم را به طور کامل توضیح داده ام.

۹ نکته که هنگام استفاده از افزودنی بتن باید به آنها توجه کنیم؟

۱. استفاده از این مواد تنها با تصویب دستگاه نظارت مجاز است.

۲. قابلیت استفاده از افزودنی ها باید قبل از استفاده و به کمک آزمایش اثبات شود.

۳. سازگاری چند ماده ی افزودنی بتن که به صورت همزمان میخواهیم از آنها استفاده کنیم و همچنین سازگاری مواد افزودنی بتن با سیمان باید مورد بررسی قرار گیرد.

۴. اندازه گیری مواد افزودنی باید با دقت انجام شود.

۵. ثابت ماندن عملکرد افزدونی های بتن در طول زمان باید مشخص شود.

۶. در ساخت بتن مسلح نباید از کلرید کلسیم یا هر ماده افزودنی حاوی کلر به غیر از ناخالصی های مربوط به مواد تشکیل دهنده ماده افزودنی استفاده شود.

۷. حداکثر میزان مصرف مواد افزودنی ۵ درصد وزنی سیمان است.

۸. حداکثر مقدار مصرف کلرید کلسیم در بتن غیر مسلح ۲ درصد وزنی سیمان است.

۹. مواد افزودنی بتن را یا باید با آبی که برای اختلاط در بتن استفاده خواهیم کرد، مخلوط کرده و به همراه سایر اجزای بتن به داخل مخلوط کن ریخت و یا اینکه آن را به صورت تدریجی به مخلوط کن در حین کار وارد می کنیم.

انواع مواد افزودنی بتن

• مواد افزدونی حباب هواساز
• مواد افزودنی کاهنده ی آب
• مواد افزودنی کندگیر کننده
• تسریع کننده های پوزولان ها
• مواد افزودنی روان کننده
• و مواد رنگی

در ادامه اکثر افزودنی های بتن که در کشور مورد استفاده قرار می گیرند، معرفی می گردند. نکته ای که باید بدانید این است که اطلاعات ذکر شده در این قسمت بر مبنای مشخصات منتشر شده از طرف تولید کنندگان این محصولات تهیه شده اند، بنابراین صحت مطالب برعهده تولید کنندگان می باشد. همچنین باید استفاده کننده قبل از استفاده از مواد افزودنی باید از اطلاعات هر ماده ی افزودنی مطمئن شود.

افزودنیهای مربوط به افزایش دوام بتن

الف) میکروسیلیس (Silica Fume)

میکروسیلیس، یکی از محصولات فرعی حاصل از کوره های قوس الکتریکی تولید الیاژهای فروسیلیس است که حاوی ۹۰% سیلیس غیر کریستالی و به شکل ذرات پودری با قطر متوسط ۰.۱ میکرون است. این ماده بسیار پوزولانی بوده و جهت مصرف در بتن به عنوان یک جزء سیمانی بسیار مناسب می باشد.

استفاده از میکروسیلیس در بتن موجب فواید زیادی از جمله کاهش ترکهای ناشی از هیدراتاسیون سیمان، افزایش دوام در برابر سولفاتها و ابهای اسیدی و نیز افزایش مقاومت می شود. از این رو می توان از آن در بتن ریزیهای اسکله های دریایی، شمعها، ستون ها و قطعات پیش ساخته، فونداسیون ماشین آلات و امثالهم استفاده کرد. امروزه استفاده از میکروسیلیس در کشورهای توسعه یافته، بسیار گسترش یافته است. دز بتن، برابر با ۱۰ تا ۱۵% وزن سیمان مصرفی می باشد و لذا به همان میزان می توان از مقدار سیمان مصرفی کاست.

معمولا توصیه می گردد که همواره با میکروسیلیس، از یک افزودنی فوق روان کننده سازگار با آن استفاده شود. میکروسیلیس با وزن مخصوصی بین ۳۰۰ تا ۷۰۰ کیلوگرم بر متر مكعب غالبا در کیسه های ۴۰۰ الی ۲۰۰ کیلویی و یا به صورت فله فروخته می شود.

حمل و نقل، نگهداری و مصرف میکروسیلیس به علت وزن حجمی کم و ریزی ذرات آن مشکل و پرهزینه بوده و از آنجایی که هنگام اضافه شدن به بتن، اختلاط به طور کامل و مطلوب انجام نمی گیرد لذا خصوصیات بهینه آن به طور کامل ظهور نمی کند. به علاوه از نظر محیط زیست و شرایط بهداشتی نیز همواره برای مصرف کنندگان مشکل آفرین بوده است.

جهت رفع مشکلات فوق ژل میکروسیلیس به عنوان جایگزین سیستم قدیمی میکروسیلیس + فوق روان کننده تولید و عرضه شده است.

ب) ژل میکروسیلیس {(Silica Fume Gel (Modified}

این ماده افزودنی، محصولی ابتکاری است که در بسیاری از پروژه های جنوب کشور مورد استفاده قرار گرفته است. این محصول را می توان در کلیه سازه هایی که نیاز به مقاومت در برابر عوامل شیمیایی خورنده دارند، از قبیل اسکله ها و مخازن مواد شیمیایی، استفاده کرد.

این محصول در حالت طبیعی به صورت ژله ای بوده و به رنگ خاکستری می باشد. ژل میکروسیلیس با وزن مخصوص حدود ۱۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب قابلیت انبار شدن به مدت ۶ ماه (با درب بسته و به دور از یخ زدگی) را دارا است.

در کل پس از باز کردن درب بسته بندی ژل میکروسیلیس، باید بلافاصله نسبت به استفاده از آن اقدام نمود. مصرف ژل میکروسیلیس خشک شده مجاز نیست. توصیه می گردد که می توان با افزودن ۷ تا ۱۰ درصد وزن سیمان مصرفی، ژل میکروسیلیس در زمان ساخت بتن و چند دقیقه مخلوط کردن آن به راندمان مناسب دست یافت.

سایر موارد مصرف ژل میکروسیلیس افزایش اسلامپ، افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذپذیری است. ژل میکروسیلیس به سه صورت دیرگیر، زودگیر و معمولی تولید می شود.

افزودنیهای مربوط به روانسازی بتن

الف) فوق روان کننده هایی بر پایه لیگنو سولفونیت اصلاح شده

مصرف این فوق روان کننده که حالت مایع دارد موجب کاهش نفوذپذیری، افزایش مقاومت و دوام بتن می گردد. مصرف این نوع فوق روان کننده می تواند اسلامپ ۴ را تا حدود ۱۰ افزایش دهد. با استفاده از این ماده افزودنی می توان بتن ریزی سازه های فوق العاده مسلح، سقفها، ستونهای ظریف و قطعات حجیم را به راحتی انجام داد. با استفاده از این ماده، نیاز به ویبراسیون بتن به حداقل رسیده و بدون آب افتادگی می توان به تراکم لازم دست یافت. نکته مهم در استفاده از این نوع روان کننده دقت به عدم وجود کلر در ترکیب آن می باشد.

مقدار مصرف این نوع فوق روان کننده برابر با ۰.۸ تا ۱.۵ درصد وزن سیمان مصرفی است که باید به آب بتن اضافه گردد. زمان لازم برای دستیابی به اختلاط کامل نیز حداقل یک دقیقه به ازای هر متر مکعب بتن است.

به کمک این ماده می توان تا ۱۰% میزان مصرف آب بتن را کاهش داد. زمان مجاز انبارداری آن نیز تا یکسال در شرایط به دور از یخ زدگی است.

ب) فوق روان کننده هایی بر پایه ملامین سولفونیت فرمالدئید اصلاح شده

این نوع فوق روان کننده به صورت مایع و پودری تولید شده و یک نوع تجاری آن که تحت عنوان MS – 1R است دارای خاصیت دیرگیر کنندگی می باشد. بنابراین به طور همزمان می تواند در مناطق گرم و بتن ریزی های خیلی حجیم مورد استفاده قرار گیرد.

میزان مصرف نوع مایع این فوق روان کننده ۱ تا ۱.۵ درصد وزن سیمان مصرفی است، که باید به آب بتن اضافه شده و حدود ۲ دقیقه مخلوط گردد. در نوع پودری نیز باید ۰.۳ تا ۰.۶ درصد وزن سیمان از این پودر را به مصالح خشک اضافه کرد.

توصیه می گردد که در صورت فاصله حمل زیاد، نیمی از فوق روان کننده مذکور را در هنگام ساخت بتن و مابقی را در محل بتن ریزی به محموله افزود. بهتر است قبل از حدود ۶ ماه انبارداری (در شرایط به دور از یخ زدگی و تابش مستقیم آفتاب) نسبت به مصرف این نوع فوق روان کننده اقدام نمود.

ج) فوق روان کننده هایی بر پایه نفتالین سولفات اصلاح شده

روش و میزان مصرف و طریقه انبارداری این نوع از فوق روان کننده مشابه با نوع تشریح شده در بند «الف» است.

ضد یخ بتن

این مواد عموما به صورت مایع تولید شده و دارای وزن مخصوصی در حدود ۱۳۰۰ کیلوگرم در مترمکعب می باشند. ضدیخ های بتن با کاهش نقطه انجماد آب امکان بتن ریزی حتی در دمای حدود ۱۵- درجه سانتی گراد، را فراهم می سازند.

در پاره ای از موارد خاصیت هوازایی ضد یخها باعث بالا رفتن مقاومت بتن در مقابل سیکلهای متناوب یخ زدگی و آب شدن می شود. مقدار مصرف ضدیخ در بتن رابطه مستقیم با دمای محیط دارد. در محاسبه دمای محیط نیز حداقل دمایی که ممکن است بتن در طول زمان گیرش خود با آن مواجه شود، باید ملاک محاسبه قرار گیرد. به عنوان یک راهنمای کلی می توان به جدول زیر توجه نمود.

دیرگیر کننده بتن

استفاده از دیرگیر کننده ها تقریبا به صورت یک ضرورت در بتن ریزیهای حجیم و نیز بتن ریزی در مناطق گرمسیر درآمده است.

دیرگیر کننده ها با تأثیر مستقیم بر روی هیدراتاسیون سیمان، تقریبا یک ساعت گیرش بتن را به تأخیر می اندازند. این مواد به دلیل کاهش گرمای هیدراتاسیون، بتن را در مقابل انبساط های حرارتی مصون نگه می دارد. به علاوه به کمک استفاده از اینگونه مواد افزودنی می توان از ایجاد ترکهای سطحی در بتن جلوگیری کرد. دیرگیر کننده ها را باید به مصالح خشک افزود و پس از اختلاط کامل، آب مصرفی جهت ساختن بتن را به آن اضافه کرد. عموم دیرگیر کننده ها را می توان تا یک سال در محیط های سرپوشیده و خشک انبار کرد.

زودگیر کننده های بتن و شاتکریت

دوسری از رایج ترین زودگیر کننده های بتن که در بازار ایران رواج دارند تحت عناوین تجاری ۱- AS و ۱- AA شناخته میشوند. زودگیر کننده ۱۰۱ – AA نیز برای زودگیر شدن شاتکریت به کار می رود. در ادامه به معرفی این محصولات که از مشخصات منتشره توسط سازندگان آنها استخراج شده، پرداخته می شود.

الف) زودگیر کننده بتن ۱- AS

این زودگیر کننده بر پایه مواد رزینی بوده که علاوه بر خاصیت زودگیری، از قدرت روان کنندگی بالایی برخوردار است و مکانیسم عملکرد آن بر پایه شوک حرارتی به بتن نیست و به همین خاطر مقاومت نهایی بتن را نیز حداقل تا ۲۰%  افزایش می دهد. این زودگیر کننده را باید به آب اختلاط افزود و به مدت ۲ دقیقه مخلوط کرد و سپس مصالح سنگی و در آخر سیمان را اضافه نمود. میزان مصرف ۱- AS حدود ۰.۸ درصد الی ۱.۵ درصد وزن سیمان مصرفی است و تا یکسال در محیطهای دربسته قابل نگهداری است.

ب) زودگیر کننده بتن ۱- AA

این زودگیر کننده بر پایه مواد شیمیایی فعالی ساخته می شود که با سیمان وارد واکنش شیمیایی شده و با سرعت بخشیدن به هیدراتاسیون سیمان، گیرش بتن را تسریع می نماید. این ماده زمان گیرش بتن را حداقل یک ساعت کاهش میدهد. این محصول را باید به مخلوط خشک سیمان و مصالح سنگی اضافه کرد و به مدت ۳ دقیقه مخلوط نمود. آب مصرفی نیز جهت ساختن بتن در انتها به مخلوط اضافه می شود. میزان مصرف ۱- AA حدود ۱٪ إلى ۳٪ و حداکثر تا ۴٪ وزنی سیمان می باشد.

ج) زودگیر کننده بتن پاشیدنی (شاتکریت) ۱۰۱ – AA

این زودگیر کننده در بتن پاشی به روش مخلوط خشک به کار می رود و مقدار مصرف آن ۲% تا ۴% وزن سیمان می باشد. برای تسریع بیشتر در زمان گیرش میزان مصرف به ۵% تا ۶% وزن سیمان افزایش می یابد.

نکته بسیار مهم آن است که در صورت مصرف بیش از ۹% وزن سیمان، مقاومت فشاری کاهش خواهد یافت.

افزودنی های آب بند کننده بتن

یکی از مشکلات شایع در ساخت منابع ذخیره آب، آب بند نمودن آنها است، پس مهم ترین عوامل اب بندی نشدن سازه های بتنی می توان به وجود منافذ ریز ناشی از انتخاب نامناسب مصالح، ساخت و عمل آوری و اجرای بد و ضعیف بتن، وجود شکافهای ریز ناشی از ترک خوردن بتن بر اثر انقباض و انبساط، قراردادن زودهنگام بتن در معرض سرما و یا گرمای شدید و در نتیجه ضعیف و یا پوک شدن آن، عایق کاری نامناسب اولیه و یا صدمه دیدن عایق کاری در حین اجرا و نیز استفاده نکردن از نوارهای آب بند (واتراستاپ) و یا مصرف نادرست آن اشاره کرد.

واتراستاپها معمولا از جنس P.V.C انعطاف پذیر هستند و جهت آب بندی درزهای انبساط در کانالها، استخرها و حوضچه های بتنی، تونلها، منابع آب و آب بندی بین کف و دیوار و محل قطع بتن مورد استفاده قرار می گیرد.

نوارهای آب بند نوین طوری طراحی شده اند که نصب آنها در حین عملیات توسط گیره های مخصوص به راحتی انجام شود. همچنین این واتراستاپها به راحتی بروش جوشکاری P.V.C قابل جوش دادن می باشند. در این روش دو سر واتراستاپ توسط دستگاه هویه تا حد پلاستیک گرم شده سپس بر روی یکدیگر قرار گرفته فشار داده می شوند تا اتصال برقرار گردد. روش دیگر برای اتصال دو قطعه واتراستاپ استفاده از چسب P.U می باشد. در این حالت حدود ۳۰۰ میلی متر از هر قطعه واتراستاپ را به چسب های مخصوص آغشته کرده و پس از خشک شدن آنها را کمی گرم کرده و با فشار بر روی هم قرار میدهند تا به خوبی یکدیگر را جذب کنند.

روش های آب بندی سازه های بتنی را می توان به دو دسته روشهای کلاسیک و مدرن تقسیم بندی نمود. در روش کلاسیک با استفاده از ملاتی دو جزئی شامل پودر ترمیم کننده و رزین که در بازار به اسامی ۱۱۰-VA و ۱-RM وجود دارند می توان به شرح زیر اقدام به آب بندی سازه نمود:

ابتدا یک حجم ۱۱۰-VA با ۲ الی ۳ حجم آب مخلوط شده سپس با اضافه کردن پودر ۱-RM ملات خمیری شکلی ساخته شود. از این ملات جهت انجام پوشش به روش ذیل استفاده می شود.

• سطح زیر کار باید کاملا تمیز و عاری از هرگونه گرد و غبار و آلودگی نفتی و روغنی شود.
• شکافهای عمیق به وسیله ملات ضد آب پر شود.
• یک لایه اولیه توسط رزین رقیق شده به وسیله پیستوله و یا برس بر روی زیر کار کشیده شود.
• پس از خشک شدن لایه اولیه، یک لایه نازک از ملات ضدآب به ضخامت ۲ میلی متر إلى ۳ میلی متر بر روی سطح کشیده می شود. خاصیت کارپذیری فوق العاده عالی این ملات، این کار را به راحتی گچ کاری امکان پذیر می سازد.

چون لایه اجرا شده بسیار نازک است مسئله عمل آوری و نگهداری آن فوق العاده حائز اهمیت است. برای این منظور باید یک لایه با استفاده از رزین رقیق شده با پیستوله یا برس بر روی سطح کشیده شود.

در روش مدرن با استفاده از موادی نظیر ماده ای با نام تجاری Penetron پوشش سازه بتنی را صد در صد نفوذناپذیر می کنند.

الف) افزودنی های پودری

این مواد عموما پس از اختلاط با سیمان و آب موجود در بتن، قشری آب گریز (هیدروفوبیک) در داخل منافذ و روی سطح بتن ایجاد کرده و ارتباط این مجاری را با هم قطع می کنند و در نتیجه نفوذپذیری بتن کاهش می یابد. این نوع ماده افزودنی آب بند کننده را باید به میزان ۱% إلى ۳% وزن سیمان مصرفی، همراه با سیمان به بتن اضافه نمود و عمل اختلاط را تا به دست آمدن مخلوطی یکنواخت و همگن ادامه داد.

ب) افزودنی های مایع

عدم فشردگی لازم و وجود خلل و فرج در بتن، علت عمده عدم مقاومت بتن در مقابل نفوذ آب و سایر عوامل شیمیایی است. این مسئله موجب عدم آب بندی منابع و مخازن بتنی از قبیل استخرهای آب و فاضلاب، سدها و منابع آب می گردد. این مسئله همچنین موجب نفوذ مواد شیمیایی مانند سولفاتها و كلرورها به داخل بتن می شود. افزودنیهای آب بند کننده، با ایجاد فشردگی بیشتر در بتن، مقاومت آن را در برابر نفوذ آب و سایر املاح شیمیایی افزایش داده و به علت کاهش میزان آب مصرفی، میزان فضاهای خالی و منافذ ریز داخل بتن را کاهش می دهد. نکته بسیار مهم آن است که عموما در صورت مصرف همزمان این افزودنیها با سیمان تیپ ۵ (ضدسولفات)، به میزان بیش از ۰.۵ درصد وزن سیمان، زمان گیرش بتن بسیار زیاد شده و حتی می تواند به عدم گیرش بتن بینجامد.

میزان مصرف (دز) معمول آب بند کننده ها در حدود ۲% إلى ۳% وزن سیمان است که باید به آب مصرفی اضافه شده و به اندازه یک دقیقه به ازای هر متر مکعب بتن مخلوط گردد. توصیه می گردد که به منظور دستیابی به حداکثر کارایی، نسبت آب به سیمان زیر ۰.۴۵ نگه داشته شود.

امروزه از ماده دیگری به نام آنی گیر سیمان نیز به منظور آب بند نمودن سازه ها استفاده می گردد. آنی گیر سیمان محلولی است که پس از اضافه شدن به سیمان باعث کاهش زمان گیرش آن به کمتر از یک دقیقه می شود. از این محلول برای جلوگیری از نشت شدید آب در سازه های بتنی، منابع و مخازن، زیرزمینها و به طور کلی کلیه مواردی که نیاز به جلوگیری موقت و یا دائم نشت آب باشد استفاده می شود. مصرف عمده آنی گیر سیمان در عملیات ترمیمی یا ساخت و ساز بر روی سطوح خیس است. در این موارد ابتدا باید سطح را خشک نمود تا عملیات ترمیمی یا ساخت و ساز بر روی آن امکان پذیر باشد.

روش و میزان مصرف بدین صورت است که یک حجم محلول آنی گیر سیمان را با دو حجم سیمان مخلوط و استفاده می کنند. روش معمول مصرف به این صورت است که محلول آنی گیر سیمان را در ظرف مناسبی ریخته و سیمان را به طور یکنواخت و سریع به آن اضافه نموده و به سرعت و به مدت کوتاهی مخلوط کرده تا خمیر یکنواختی به دست آید و بلافاصله با دست آن را در محل نشت قرار داده و فشار می دهند تا سفت شود. زمان گیرش مخلوط ۳۰ الی ۴۵ ثانیه از زمان آغاز مخلوط کردن می باشد. افزایش دمای محیط و مواد باعث سرعت انجام واکنش و کوتاه تر شدن زمان گیرش می شود. جهت طولانی تر کردن زمان گیرش، باید آنی گیر و سیمان را به روشی مناسب مثلا با استفاده از یخچال سرد نمود.

افزودنی های هواساز بتن

عملکرد اصلی مواد افزودنی هوازا، ایجاد حجم معینی از حبابهای ریز میکروسکپی و توزیع آن در بتن و ملات به منظور افزایش مقاومت بتن در برابر سیکلهای یخبندان و ذوب می باشد.

وجود تعداد زیاد حبابهای میکروسکپی هوا که به طور جدا از هم در داخل بتن قرار می گیرند باعث خنثی شدن فشارهای ناشی از یخ زدن ذرات نفوذی آب و یا تورم ناشی از تبلور سولفاتها گردیده و دوام و پایداری بتن را به طور قابل ملاحظه ای افزایش میدهد. میزان معمول مصرف افزودنیهای هوازا در بتن بین ۰.۲ درصد تا ۰.۰۲ درصد وزن سیمان بوده که مستقیما به آب مصرفی بتن اضافه می شود، البته میزان دقیق مصرف این مواد باید در کارگاه به صورت آزمایشی مشخص گردد. در هر صورت نوع سیمان و نرمی آن، نسبت های آب به سیمان و ماسه به سیمان و مقدار سیمان مصرفی از عوامل مؤثر در میزان لازم برای افزودنی های هوازای بتن می باشند.

افزودنی های منبسط کننده بتن

به طور معمول بتن پس از گیرش قدری جمع می شود. برای جلوگیری از این پدیده در مواردی که جمع زدگی بتن باعث بروز مشکل در کار می شود، می توان از افزودنی های منبسط کننده استفاده نمود. یک افزودنی منبسط کننده ماده ای است با خاصیت انبساطی که اگر در هنگام تهیه بتن به آن اضافه شود، علاوه بر کاهش نسبت آب به سیمان و جلوگیری از آب انداختن بتن، باعث افزایش مقاومت مکانیکی و جلوگیری از انقباض بتن شده و نهایتا استحکام و عمر سازه بتنی را افزایش می دهد.

استفاده از این افزودنی در ساخت ملات های سیمانی مقاوم، فونداسیون ماشین الات سنگین، جرثقیلها، ستون های حمال سازه های سنگین فلزی و سایر موارد مشابه توصیه می شود. این افزودنی بسته به میزان انبساط مورد نیاز و مقاومتهای لازم و همچنین دانه بندی بتن، به مقدار ۰.۵ درصد الی ۱.۵ درصد وزن سیمان مصرفی در حین تهیه ملات به آن اضافه می شود.

از مزایای استفاده از این نوع افزودنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• جلوگیری از جمع شدگی طبیعی بتن
• کاهش نسبت آب به سیمان
• فزایش مقاومت مکانیکی
• جلوگیری از آب انداختن بتن
• ایجاد روانی در بتن

منبع: عمران وب – کتاب اجرای ساختمان بتن آرمه پرفسور رهایی و مهندس نعمتی