دانلود تحقیق مواد افزودنی بتن

چکیده:

با وجود آنکه مواد افزودنی مثل اجزای تشکیل دهنده بتن مثل سیمان، ماسه و آب جزء اجزای اصلی نباشد ولی به مقدار زیادی در بتن استفاده می شود. لذا جزء اجزای مهم بوده و کمتر می توان از آن چشم پوشی کرد.

معمولاً بجای آنکه از یک سیمان بخصوصی که تمامی خواص مورد نظر ما را در خود تأمین کند، استفاده از یک سیمان معمولی که در آن مواد افزودنی بکار رفته باشد. «موادی که بتواند خواسته ما را برآورده کنند» ترجیح داده می شود.

به عبارت دیگر، بهترین و تها راه ممکن برای رسیدن به بتنی با شرایط ایده آل استفاه از مواد افزودنی مناسب می باشد.

واژه های کلیدی:

سیمان، بتن، مواد افزودنی، آب، استاندارد ASTM، استاندارد BS، گیرش کندگیرکننده، تسریع کننده، روان کننده، فوق روان کننده، کلرید کلسیم.

2 مواد افزودنی بتن

مقدمه:

«علت رشد زیاد کاربرد مواد افزودنی آن است که این مواد قادرند امتیازات فیزیکی و اقتصادی قابل ملاحظه ای برای بتن ایجاد نمایند. این امتیازات شامل بوجود آمدن امکان کاربرد بتن در شرایطی که پیش از آن مشکلات قابل توجه یا حتی غیرقابل حل وجود داشت نیز می گردد. مواد افزودنی همچنین امکان استفاده از گستره وسیع  تری از مواد متشکله در مخلوط بتن را بوجود می آورند و در حالیکه مواد افزودنی همیشه ارزان قیمت نمی باشند. ولی اجباراً باعث هزینه های اضافی نمی گردند، زیرا کاربرد آنها می تواند منجر به صرفه جویی اقتصادی گردد.»

«آدام نویل، ترجمه کامران مالکی، 1370، ص 295» «در عمل مواد افزودنی بصورت محصولات تجاری عرضه می شوند و در بعضی موارد، بروشورهای تبلیغاتی حاوی ادعاهای متفاوت و گسترده ای از فواید این مواد می باشند. در حالیکه این ادعاها ممکن است صحت داشته باشند ولیکن برخی از این فواید بصورت غیرمستقیم و بعنوان عواقب شرایط ویژه اتفاق می افتند. و لذا مهم است که قبل از مصرف این مواد اثرات ویژه آنها شناخته شوند.»

«همان ، ص 256»

3 مواد افزودنی بتن

نکاتی چند در مورد مواد افزودنی :

«مواد افزودنی می توانند بصورت جامد یا مایع مصرف شوند که حالت مایع آن بیشتر متداول است. زیرا مایع سریعتر و بصورت یکنواخت تر در جریان مخلوط نمودن بتن پخش می شود. مقدار مصرف مواد افزودنی مختلف که معمولاً بصورت درصدی از جرم سیمان مخلوط بیان می شود توسط تولیدکنندگان آنها توصیه شده است؛ اما این مقادیر مصرف، اغلب برحسب شرایط متغیرند. قدرت تأثیر هر ماده افزودنی می تواند برحسب مقدار مصرف آن در بتن و نیز مواد متشکله مخلوط تغییر نماید. در مورد برخی از مواد افزودنی، میزان مصرف مربوطه عبارتست از: مقدار مواد جامد و نه کل جرم ماده افزودنی بصورت مایع. بطور کلی مواد افزودنی نباید با پوست بدن یا چشم تماس حاصل نمایند.»

«آدام نویل، کامران مالکی، 1370، ص 296»

4 مواد افزودنی بتن

انواع مواد افزودنی:

«مواد افزودنی عموماً براساس عملکرد آنها در بتن، طبقه بندی می شوند که دو استاندارد ASTM , BS در این زمینه عمومیت بیشتری دارند:

طبقه بندی آئین نامه «ASTM 494_92» بشرح زیر است:

نوع A کاهنده آب «روان کننده»

نوع B کندگیرکننده

نوع C تسریع کننده

نوع D کاهنده آب و کندگیرکننده

نوع E کاهش دهنده آب و تسریع کننده

نوع F کاهش دهنده زیاد آب «فوق روان کننده»

نوع G کاهش دهنده زیاد آب و کندگیرکننده

استانداردهای بریتانیایی برای مواد افزودنی عبارتند از: بخش اول

BS 5075 : 1982 که مواد افزودنی تسریع کننده، کندگیرکننده و کاهش دهنده آب را مورد بحث قرار می دهد؛ و بخش سوم آئین نامه BS 5075 : 1985 که فوق روان کننده ها را مطرح نموده است.

احتمال دارد که این استانداردها با استانداردهای اروپایی Pr EN 937.2 جایگزین شوند.»

«نویل آدام، ص 295، ص 296، کامران مالکی، 1370»

5 مواد افزودنی بتن

مواد افزودنی کندگیرکننده (Re tarders)

«افزودنی هایی وجود دارند که کار گیرش بتن را که با آزمایش و /// اندازه گیری می شود، به تأخیر می اندازند. در مورد چنین افزودنی هایی در ASTM C 494_82 و BS 5075 توضیح داده شده است.

کندگیرکننده ها در هوای خیلی گرم که زمان گیرش معمولی بتن کم می شود و نیز برای جلوگیری از ایجاد ترک های ناشی از گیرش بتن در بتن ریزی های متوالی، مفید می باشند. معمولاً با یک اضافه کردن یک ماده افزودنی کندگیرکننده در سختی بتن تأخیر ایجاد می شود و این خاصیتی است که در ایجاد سطح پرداخت شده مفید می باشند.»

«صمد دیلمتانی، 1369، ص 161»

کاربرد کندگیرکننده ها در بعضی مواقع می تواند بر طراحی و روش اجرای سازه اثر بگذارند. «مکانیسم عمل کندگیرکننده ها هنوز بصورت قطعی روشن نشده است. احتمال دارد که که این مواد، رویش بلورها یا مورفولوژی را اصلاح نمایند، بصورتی که بوسیله سطح غشاهای سیمان هیدارته، که به سرعت تشکیل می شوند، جذب گردیده و رویش هسته های هیدروکسیدکلسیم را کند می نمایند. این اثرات باعث ایجاد موانع مؤثرتری برای هیدارتاسیون بیشتر، در مقایسه با حالتی که کندگیرکننده، وجود نداشته باشد، می گردد.

مواد افزودنی در نهایت همراه با مواد هیدارته شده از محلول خارج می گردند. دقت زیادی در بکار بردن کندگیرکننده ها لازم است، زیرا مقدار ناصحیح آنها می تواند کاملاً از گیرش و سخت شدن بتن جلوگیری به عمل آورد.»

«آدام نویل، کامران مالکی 1370، ص 302»

6 مواد افزودنی بتن

«یکی از کندگیرکننده ها شکر است و عملکرد آن به نحوی است که اگر در حد 9.5 درصد وزنی سیمان به بتن اضافه شود، گیرش سیمان را 4 ساعت به تأخیر می اندازد و اگر در حد 1/0 وزنی سیمان به بتن اضاف6ه شود، گیرش سیمان به کلی متوقف می شود.

از این مقدار شکر می توان برای جلوگیری از گیرش بتن در مواقعی که میکسر خراب شده و قابل تخلیه نسبت استفاده کرد.»

«داوود مستوفی نژاد، 1377، ص 60»

«بر طبق آئین نامه ASTM C 494_92 لازم است که در مقایسه با مخلوط شاهد، مواد افزودنی نوع B حداقل گیرش اولیه را یک ساعت به تأخیر اندازد، اما این تأخیر نباید بیش از سه و نیم ساعت باشد. مقاومت فشاری از عمر سه روز به بعد می تواند ده درصد کمتر از مقاومت بتن شاهد گردد. الزامات بخش اول آئین نامه BS 5075 تا حد زیادی مشابه اند.»

«آدام نویل، کامران مالکی، 1370، ص 304»

7 مواد افزودنی بتن

مواد افزودنی تسریع کننده (accelevators)

«تسریع کننده ها افزودنی هایی هستند که سخت شدگی بتن را تسریع می کنند. و مقاومت اولیه بتن را بالا می برند. این نکته قابل توجه است که لزومی ندارد. افزودنی ها اثر بخصوصی روی زمان گیرش داتشه باشند، هرچند در عمل زمان گیرش بوسیله افزودنی هایی که در ASTM و BS به عنوان تیپ A طبقه بندی شده اند کاهش می یابد.

در ضمن افزودنی های تندگیرکننده ای هم وجود دارند که مخصوصاً زمان گیرش را کم می کنند. نمونه ای از افزودنی های تندگیرکننده، کربنات سدیم است که به منظور ایجاد گیرش سریع در پلاسترهای سیمانی مورد استفاده در نماها بکار می رود و اثرات منفی در مقاومت ملات بجای می گذارد. ولی با ایجاد گیرش سریع، کارهای تعمیراتی سریع را امکان پذیر می سازد.»

کلرورآلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئوروسدیم، آلومینات سدیم و نمک های آهن نمونه های دیگری از افزودنی های تسریع کننده می باشند که باید برای استفاده از هر کدام آنها مطالعاتی کامل از نتایج کارشان هست.

«صمد دیلمقانی، 1369، ص 159»

«متداول ترین تسریع کننده ای که طی دهه های متمادی بکار برده شده است، کلریدکلسیم «cacl2» می باشد. کلریدکلسیم در تسریع نمودن هیدراتاسیون کلسیم عمدتاً c3s مؤثر است. این امر احتمالاً در اثر تغییرات مختصر در قلیایی آب منفذی یا به صورت کاتالیزور در واکنش های هیدراتاسیون می باشد.

اگرچه امروزه مکانیزم این ماده افزودنی بصورت ناقص شناخته شده است ولی شکی وجود ندارد که کلریدکلسیم ماده ای تسریع کننده، ارزان قیمت و مؤثر می باشد اما عیب عمده ان حضور یون های کلرید در اطراف میلگردها و یا سایر فولادهای مدفون سریعاً موجب خوردگی می گردد. بدین سبب استانداردها و آئین نامه های مختلف استفاده از کلریدکلسیم را در بتن مسلح ممنوع کرده اند. حتی در مورد بتن های غیرمسلح وقتی که دوام بتن بخاطر عوامل خارجی در خطر باشد، کاربرد کلریدکلسیم می تواند مضر باشد.»

«نویل آدام، کامران مالکی، 1370، ص 297»

عیب دیگری که استفاده از کلریدکلسیم دارد گرفتن آب و خشک کردن بتن تا حدود 10 الی 15% و شاید بیشتر می باشد و بر این اساس ممکن است ///

8 مواد افزودنی بتن

بتن نیز منجر گردد در مقابل این اثرات نامطلوبی که cacl2 در بتن از خود بجای می گذارد یک خاصیت خوب دیگری دارد و آن افزایش مقاومت بتن در برابر سایش و خوردگی است که این اثر مثبت برای همیشه در بتن باقی می ماند. بطوری که وقتی بتن بدون میلگرد را در بخار عمل می آوریند cacl2 موجب افزایش مقاومت بتن می شود.

نیتریت کلسیم و نیترات کلسیم از تسریع کننده های احتمالی هستند که شاید بتوانند تا حدی مهارکننده خوردگی باشند.

فرمات کلسیم فقط زمانی اثر می کند که سیمانی که قرار است با آن ترکیب شود نسبت c3A به so3 در آن حداقل 4 بوده و همینطور مقدار cacl2 آن هم کم باشد. دو تا از دانشمندان به نامهای «Testolin , Massazza» پس از انجام آزمایش هایی به این نتیجه رسیدند که فرمات کلسیم، می تواند مقاومتی را که بتن در حالت معمولی «بدون افزودن افزونه» طی 9 ساعت به آن می رسد را به نصف کاهش دهد.

9 مواد افزودنی بتن

مواد افزودنی کاهش دهنده آب (روان کننده ها) (Plasticizers)

همانطور که از اسم این /// مواد معلوم است، اثر این مواد کاهش دادن میزان آب مصرفی در اختلاط بتن می باشد. البته با حفظ کارایی و یا حتی بهبود کارایی بتن این مواد همانگونه که بیان شد نسبت آب به سیمان را پایین می آورند و تا حدی اثر نامطلوب استفاده از یک دانه بندی نامناسب برای تولید و تهیه بتن را بهبود می بخشد.

در ضمن این مواد افزودنی را می توان در بتن پمپ شده که توسط «قیف و لوله» یکدفعه ریخته و مصرف می شوند بکار برد.

«دو گروه اصلی مواد افزودنی روان کننده عبارتند از:

الف) اسیدهای لیگنو لفونیک و نمک های آنها

ب) اسیدهای هیدروکسی کربوکسلیک و نمک های آنها

اصلاحات و مشتقات این مواد به عنوان روان کننده کندگیرکننده عمل نمی کنند و حتی ممکن است رفتار تسریع کنندگی داشته باشند.»

«نویل آدام، کامران مالکی، 1370، ص 306»

«تقلیل دهنده های آب به سه منظور زیر بکار می روند:

1 رسیدن به مقاومتی بالاتر، نسبت به بتن بدون افزودنی، با کاهش نسبت آب به سیمان و یک کارایی ثابت.

2 رسیدن به یک کارایی مشخص با کاهش مقدار سیمان مصرفی و نتیجتاً کاهش حرارت هیدراتاسیون در توده بتن.

3 افزایش کارایی و سادگی بتن ریزی در قالب هایی با آرماتور انبوه و موقعیت های غیرقابل دسترسی»

«علی اکبر رمضانیان پور، محمدرضا شاه نظری، 1361، ص 162»

مواد افزودنی روان کننده با پراکنده کردن ذرات سیمان در بین مخلوط بتن علاوه بر اینکه باعث می شوند ذرات سیمان با آب بیشتر تماس پیدا کنند، هیدراتاسیون سیمان را نیز بهتر می کنند و به همین خاطر در درازمدت مقاومت بتنی که با مواد روان کننده ساخته شده به مراتب بیشتر یک بتن معمولی است و تأثیر کوتاه مدت این مواد بیشتر بر روی سیمان هایی دیده می شود که مقدار C3A در آنها کم است.

10 مواد افزودنی بتن

باید به این نکته توجه کرد که اگر از مواد روان کننده به درستی و با یک نسبت مناسب استفاده شود، دوام بتن در درازمدت بیشتر می شود و هیچ گونه اثر دیگری بر روی بتن بخاطر استفاده از این مواد مشاهده نمی شود.

11 مواد افزودنی بتن

مواد افزودنی فوق روان کننده (Superplasticizers)

«این مواد یکی از جدیدترین و مؤثرترین انواع تقلیل دهنده های آب می باشند که در امریکا به عنوان روان کننده های قوی و در ASTM بعنوان تیپ «F» نامگذاری شده اند.

افزودنی هایی هم وجود دارند که در ضمن تقلیل آب به میزان زیاد باعث مقداری تأخیر در گیرش هم می شوند و به عنوان تیپ G طبقه بندی شده اند.

مصرف این نوع افزودنی فوق روان کننده ها معمولاً بیشتر از مصرف متداول برای روان کننده های عادی می باشد و از اثرات جنبی نامطلوب آن هم بطور چشمگیری کاسته شده است.»

«/// ، ص 164»

«چهار گروه اصلی فوق روان کننده وجود دارد: افشرده ملامین فرم آلدئید سولفاته شده، افشرده های نفتالین فرم آلدئید سولفاته شده، لیگنوسولفونات های اصلاح شده و سایرین مانند استرهای اسید سولفونیک و استرهای هیدرات کربن»

«آدام نویل، کامران مالکی، 1370، ص 310»

فرایند تولید این مواد که به صورت مصنوعی هم تولید می شوند بسیار پیچیده بوده و به همین دلیل، طبیعتاً مواد گران قیمتی هم می باشند. ولی از آنجا که این مواد برای هدف مشخصی تولید می شوند و لذا می توان ماهیت آنها را بهبود بخشید و نیز با توجه به اینکه به دلیل:

1 کم بودن میزان ناخالصی این مواد، زیاده روی در مصرف آن اثر بدی ندارد.

2 جرم مولکولی بالای آن که باعث افزایش کارایی آن می شود. باز هم در مقابل قیمت بالایشان مقرون به صرفه می باشند.

مشخص ترین اثری را که رشته های دراز مولکول مواد فوق روان کننده دارند، آن است که به دور ذرات و دانه های سیمان می پیچند و باعث می شوند که سیمان دارای یک بار منفی شود که همان باعث دفع ذرات سیمان از یکدیگر می شود. و این همان کاریست که در واقع آن درون بتن انجام می دهد از این بهبود پخش شدگی سیمان در بتن و در نتیجه کاهش میزان آب مصرفی می توان به دو صورت استفاده برد:

12 مواد افزودنی بتن

اول از طریق تولید بتن با کارایی خیلی زیاد و دوم با استفاده از تولید بتن با مقاومت خیلی بالا.

«بطور کلی فوق روان کننده ها می توانند برای حصول کارایی معین، میزان آب بتن را بین 25 تا 35 درصد کاهش دهند و مقاومت 24 ساعته بتن بین 50 تا 75 درصد افزایش می یابد و حتی افزایش بیشتری در عمرهای کوتاهتر رخ می دهد.»

«نویل آدام، کامران مالکی، 1370، ص 311»

13 مواد افزودنی بتن

مواد افزودنی آب بند کننده

«بتن به دلیل وجود کشش سطحی در منافذ موئینه خمیر سیمان هیدارته شده، آب را از طریق مکش موئینه به داخل کشیده و جذب می نماید. هدف مواد افزودنی آب بند کننده جلوگیری از این نفوذ آب به داخل بتن است. عملکرد آنها تا حد زیاد به آن بستگی دارد که یا فشار اعمال شده توسط آب کم باشد، و یا بالا آمدن موئینه آب، یا آنکه فشار هیدرواستاتیک اعمال شده باشد.

مواد افزودنی آب بند کننده می توانند به چندین صورت عمل نمایند، اما اثر اصلی آنها آب گریز نمودن بتن است. مفهوم این عمل آنست که زاویه تماس بین آب و دیواره های منافذ موئینه افزایش یابد به طوری که آب از منافذ به بیرون رانده شود.

یک اثر مواد افزودنی آب بندکننده از طریق واکنش با هیدروکسیدکلسیم موجود در خمیر هیدراته شده سیمان صورت می گیرد.

اثر دیگر مواد افزودنی آب بندکننده آن است که در هنگام تماس با خمیر سیمان هیدراته شده به آن می چسبند و به دلیل قلیایی بودن سیمان، امولسیون «آب بندکننده» را به ذرات کوچک تقسیم می کنند.»

«نویل آدام، ص 39»

«نکته نهایی که باید در مورد افزودنی آب بندکننده ذکر نمود آن است که به علت آنکه ترکیب دقیق آنها نامعلوم است، اطمینان یافتن از آنکه حتماً فاقد کلرید باشند، اهمیت حیاتی دارد. و همچنین این مواد باید از مواد دافع آب که مبنای صمغ های سیلیکونی دارند و در روی سطح بتن اعمال می شوند تمیز داده شود.»

«همان، ص 320»

14 مواد افزودنی بتن

افزودنی های چسبنده

«این نوع افزودنی ها امولسیون های پلیمری هستند که چسبندگی بتن تازه را به بتن سخت شده افزایش می دهند و لذا بیشتر برای کارهای تعمیراتی بکار می روند. امولسیون ها یک محلول کلوئیدی از پلیمرها در آب هستند و با استفاده از آنها بتنی با شیوه (LMC) یا با پلیمر (PPCC) تولید می شود. اگر چه پلیمرها گران قیمت اند ولی مقاومت کششی و /// و نیز دوام بتن را افزایش می دهند، همانگونه که چسبندگی را افزایش می دهند.»

«آدام نویل، صمد دیلمقانی، ص 168»

مواد افزودنی هوازا:

«مواد افزودنی هوازا سبب می شوند حبابهای بسیار ریز هوا، در بتن ایجاد شود. به مواد افزودنی هوازا گاهی مواد مضاف ایجاد کننده حباب هوا و به بتن حاصله در اصطلاح بتن هوادار می گویند.»

تن هوادار معمولاً در محدوده 4% الی 8% هوا ///

قابل توجه است که حبابهای هوا در بتن به دو دسته اند:

1 حبابهای غیرعمدی که درشت تر از 5% میلیمتر و اکثراً با ابعادی در حدود چندین میلیمتر هستند.

2 حبابهای عمدی که ریزتر از 05/0 میلیمتر هستند.