افزودنی‌های شیمیایی بتن یکی از کلیدی‌ترین روش‌ها برای دستیابی به بتن‌های با کیفیت بالا، بادوام و پیشرفته هستند. این افزودنی‌ها، که می‌توانند شیمیایی یا طبیعی باشند، در حین اختلاط بتن به آن اضافه می‌شوند تا ویژگی‌های بتن تازه یا سخت شده، از جمله دوام، کارایی و مقاومت اولیه و نهایی را بهبود دهند.
فهرست مطالب
انواع افزودنی های شیمیایی بتن
افزودنی‌های بتن به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که شامل موارد زیر است:
- مواد افزودنی کاهش‌دهنده آب: این مواد به کاهش مقدار آب مورد نیاز در مخلوط بتن کمک می‌کنند و در نتیجه کارایی بتن را افزایش می‌دهند.
- مواد افزودنی کندگیر کننده: این افزودنی‌ها زمان گیرش بتن را افزایش می‌دهند و برای پروژه‌هایی که نیاز به زمان بیشتری برای کار دارند، مناسب هستند.
- مواد افزودنی فوق روان‌کننده: این مواد به افزایش کارایی بتن بدون افزایش آب کمک می‌کنند و به بهبود مقاومت بتن کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی تندگیر کننده: این افزودنی‌ها زمان گیرش بتن را کاهش می‌دهند و برای شرایطی که نیاز به تسریع در عملیات بتن‌ریزی وجود دارد، مناسب هستند.
- مواد افزودنی حباب‌زا: این مواد حباب‌های هوایی در بتن ایجاد می‌کنند که به افزایش مقاومت بتن در برابر چرخه‌های یخ و ذوب کمک می‌کند.
- مواد افزودنی پوزولانی: این افزودنی‌ها به بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی آب بند: این مواد به کاهش نفوذ آب در بتن کمک می‌کنند و از آسیب‌های ناشی از رطوبت جلوگیری می‌کنند.
- مواد افزودنی گازساز: این افزودنی‌ها در حین هیدراتاسیون گاز تولید می‌کنند و به ایجاد انبساط در بتن کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی ضد حباب هوا: این مواد به جلوگیری از تشکیل حباب‌های ناخواسته در بتن کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی ضد انبساط سنگدانه‌های قلیایی: این افزودنی‌ها به کنترل انبساط ناشی از واکنش‌های قلیایی در بتن کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی ضد آب شستگی: این مواد به جلوگیری از شستگی بتن در شرایط مرطوب کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی ملات: این افزودنی‌ها به بهبود خواص ملات‌های سیمانی کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی کاهنده جمع شدگی بتن: این مواد به کاهش ترک‌های ناشی از جمع شدگی در بتن کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی بازدارنده خوردگی: این افزودنی‌ها به محافظت از آرماتورهای فولادی در برابر خوردگی کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی چسباننده: این مواد به افزایش چسبندگی بتن کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی ضد قارچ، ضد باکتری و ضد عفونی‌کننده: این افزودنی‌ها به بهبود بهداشت و مقاومت بتن در برابر میکروارگانیسم‌ها کمک می‌کنند.
- مواد افزودنی رنگدانه بتنی: این مواد به ایجاد رنگ‌های مختلف در بتن کمک می‌کنند.
افزودنی های کاهنده آب
افزودنی‌های کاهنده آب، به عنوان یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی در صنعت بتن، به منظور کاهش میزان آب اختلاط در بتن با حفظ اسلامپ ثابت و افزایش مقاومت بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند. این افزودنی‌ها به بهبود ویژگی‌های بتن‌های ساخته شده با سنگدانه‌های نامناسب کمک کرده و در شرایطی که بتن‌ریزی با چالش‌هایی مواجه است، بسیار کارآمد هستند.استفاده از این افزودنی‌ها می‌تواند مقدار آب اختلاط را بسته به نوع ترکیب ماده افزودنی، بین ۵ تا ۱۲ درصد کاهش دهد. معمولاً مقدار مصرف این افزودنی‌ها بر اساس درصد وزنی سیمان تعیین می‌شود و مقادیر رایج استفاده از آن‌ها بین ۰.۵ تا ۱.۵ درصد وزن سیمان است. استفاده بیش از حد از این مواد ممکن است منجر به کندگیری بتن شود.
برای تعیین مقدار بهینه این افزودنی‌ها، باید به توصیه‌های تولیدکننده توجه کرد و آزمایش‌های طرح اختلاط با مصالح مورد استفاده در پروژه انجام داد. برخی از این افزودنی‌ها می‌توانند حباب‌های هوا در بتن ایجاد کنند که این نکته باید در نظر گرفته شود. ترکیبات اصلی این افزودنی‌ها معمولاً از مواد آلی تشکیل شده‌اند که ممکن است زمان گیرش بتن را به تأخیر بیندازند. برای جبران این مشکل، در برخی از این افزودنی‌ها از مقادیر کمی ترکیبات تسریع‌کننده استفاده می‌شود.
افزودنی‌های کاهنده آب به سه دسته تقسیم می‌شوند:
کاهنده آب معمولی
کاهنده آب کندگیر
کاهنده آب تسریع‌کننده
استفاده از این افزودنی‌ها به منظور کاهش نسبت آب به سیمان، بهبود خواص سخت شده بتن را به همراه دارد. همچنین، در صورت استفاده از این افزودنی‌ها برای افزایش روانی در نسبت آب به سیمان ثابت، به دلیل افزایش بهره‌وری مصرف سیمان، خواص سخت شده بتن نیز بهبود می‌یابد.
افزودنی‌های فوق روان‌کننده
افزودنی‌های فوق روان‌کننده، به عنوان یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی در صنعت بتن، تفاوت اصلی‌شان با افزودنی‌های کاهنده آب در میزان کاهش آب اختلاط است. این افزودنی‌ها می‌توانند مقدار آب اختلاط را بیش از ۱۲ درصد و در برخی موارد حتی بیش از ۳۰ درصد کاهش دهند. کاربردهای اصلی این افزودنی‌ها شامل تولید بتن‌های با کارایی معمولی و نسبت آب به سیمان پایین (کمتر از ۰.۳) و همچنین تولید بتن‌های روان و خودتراکم است.از جمله موارد مصرف این افزودنی‌ها می‌توان به ساخت قطعات پیش‌ساخته و بتن پیش‌تنیده اشاره کرد. این افزودنی‌ها به ویژه در بتن‌ریزی قطعات با عمق زیاد بسیار مؤثر هستند. یکی از چالش‌های گذشته در استفاده از این افزودنی‌ها، افت اسلامپ زیاد بتن‌های حاوی این ترکیبات بود. اما با معرفی ترکیبات مبتنی بر پلی‌کربوکسیلات، این مشکل برطرف شده و امکان افزودن فوق روان‌کننده‌ها به مخلوط بتنی در محل تولید فراهم گردید.
در گذشته، به دلیل افت شدید اسلامپ، این افزودنی‌ها قبل از بتن‌ریزی به مخلوط بتن اضافه می‌شدند. استفاده از افزودنی‌های فوق روان‌کننده در بتن‌هایی که طرح اختلاط مناسبی ندارند، می‌تواند منجر به بروز آب‌انداختگی شود. همچنین، استفاده بیش از حد از این افزودنی‌ها نیز می‌تواند به آب‌انداختگی بتن منجر گردد. با وجود اینکه این افزودنی‌ها باعث افزایش ضریب فاصله در سیستم توزیع حفرات بتن می‌شوند، مقاومت بتن در برابر پدیده ذوب و یخ را نیز افزایش می‌دهند. در صورت مشاهده افت اسلامپ و کاهش کارایی بتن، می‌توان با استفاده از این افزودنی‌ها، کارایی را بازیابی کرده و بدون افزودن آب اضافی، روانی بتن را مجدداً تأمین کرد. به طور کلی، نسبت آب به سیمان در بتن‌های حاوی این افزودنی‌ها کمتر از بتن‌های معمولی است و این امر به بهبود خواص سخت شده بتن کمک می‌کند.
افزودنی های حباب ساز
افزودنی‌های حباب ساز به منظور پایدارسازی حباب‌های هوای ایجاد شده در بتن استفاده می‌شوند. این حباب‌ها باید به طور یکنواخت در خمیر سیمان توزیع شوند و اندازه آن‌ها بین 10 تا 1000 میکرومتر باشد. وجود این حباب‌ها به افزایش مقاومت بتن در برابر چرخه‌های ذوب و یخ کمک می‌کند. در صورت یخ زدن آب موجود در روزنه‌های مویین بتن، تنش‌های زیادی ایجاد می‌شود که می‌تواند منجر به ترک خوردگی و پوسته شدن بتن شود.افزودنی‌های حباب ساز با قطع ارتباط بین روزنه‌های مویین، به عنوان مخازنی عمل می‌کنند که آب را در خود نگه می‌دارند و از وارد شدن تنش به بتن جلوگیری می‌کنند. به طور کلی، مقدار هوای مورد نیاز برای مقاومت در برابر چرخه‌های ذوب و یخ بین 3 تا 9 درصد حجم بتن است.
انتخاب مصالح مناسب و سازگاری بین عوامل حباب ساز و سایر اجزای بتن از اهمیت بالایی برخوردار است. این افزودنی‌ها همچنین می‌توانند کارایی و چسبندگی بتن را در حالت تازه افزایش دهند و به کاهش مقدار آب اختلاط کمک کنند.
افزودنی های کندگیر کننده
این افزودنی‌ها عمدتاً برای جبران اثرات هوای گرم و تسریع در گیرش بتن استفاده می‌شوند و با افزایش مدت زمان کارایی بتن، فرآیند تراکم آن را تسهیل می‌کنند. از مزایای استفاده از این افزودنی‌ها می‌توان به جلوگیری از تشکیل ترک در اثر تغییر شکل‌های قالب اشاره کرد. مقدار این افزودنی‌ها نیز بر اساس درصد وزنی سیمان تعیین می‌شود.ترکیبات سازنده افزودنی‌های کندگیرکننده شباهت زیادی به افزودنی‌های کاهنده آب دارند و به همین دلیل، این افزودنی‌ها نیز تا حدودی توانایی کاهش مقدار آب اختلاط را دارند. میزان تأخیر در زمان گیرش بتن‌های حاوی این افزودنی‌ها به عواملی مانند غلظت افزودنی، مقدار استفاده، طرح اختلاط بتن و دمای محیط بستگی دارد.
تأثیرگذاری این افزودنی‌ها بیشتر به مقدار تری‌کلسیم آلومینات و قلیایی سیمان وابسته است، به همین دلیل سیمان‌های مختلف نیاز به مقادیر متفاوتی از این افزودنی‌ها برای دستیابی به تأخیر یکسان در زمان گیرش دارند. زمان اضافه کردن این افزودنی‌ها نیز بر عملکرد آن‌ها تأثیرگذار است و بهترین نتیجه زمانی حاصل می‌شود که افزودنی بعد از مخلوط شدن سایر اجزای بتن به طرح مخلوط اضافه شود.
مواد افزودنی تندگیر کننده
مواد افزودنی تندگیر کننده به طور خاص برای استفاده در بتن ریزی در شرایط هوای سرد طراحی شده‌اند. این افزودنی‌ها به کاهش زمان گیرش و افزایش مقاومت اولیه بتن کمک می‌کنند، به ویژه در شرایطی که نیاز به تسریع در عملیات عمل آوری (کیورینگ) وجود دارد. برخلاف تصور عمومی، تندگیر کننده‌ها نقطه انجماد آب را کاهش نمی‌دهند و به همین دلیل نمی‌توان آن‌ها را به عنوان ضد یخ بتن معرفی کرد.استفاده از این افزودنی‌ها به کاهش زمان قالب‌برداری و در نتیجه کاهش هزینه‌های ساخت و ساز منجر می‌شود. از مزایای دیگر این افزودنی‌ها می‌توان به تسریع در ساخت و باز کردن سریع‌تر قالب‌ها اشاره کرد. با این حال، باید توجه داشت که استفاده از تندگیر کننده‌ها ممکن است به کاهش جزئی مقاومت درازمدت بتن منجر شود.
این افزودنی‌ها به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
نمک‌های غیر آلی محلول
افزودنی‌های دارای ترکیبات آلی محلول
افزودنی‌های با گیرش سریع (مناسب برای بتن پاششی)
افزودنی‌های جامد متفرقه
از میان این افزودنی‌ها، کلسیم کلرید به دلیل تسریع در خوردگی آرماتورها در بتن، در بسیاری از آیین‌نامه‌ها محدود شده است. ترکیبات غیر کلریدی شامل نمک‌های فرمات‌ها، نیترات‌ها و تیوسیانات‌ها می‌باشند.
افزودنی های قوام دار
مواد افزودنی قوام آور به عنوان یکی از اجزای کلیدی در تولید بتن با عملکرد خاص شناخته می‌شوند. با این حال، استفاده نادرست از این افزودنی‌ها، چه به صورت بیش از حد و چه کمتر از مقدار بهینه، می‌تواند مشکلات جدی در کیفیت بتن ایجاد کند. بنابراین، رعایت دستورالعمل‌های فنی ارائه شده توسط تولیدکنندگان این مواد و انجام آزمایش‌های رئولوژی بتن تازه قبل از بتن‌ریزی، ضروری است تا به مقدار مناسب و بهینه از این افزودنی‌ها دست یابیم.
افزودنی های نم بند یا آب بند
افزودنی‌های آب بند یا نم بند به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
-
مواد افزودنی آب بند:
این مواد به کاهش نفوذپذیری بتن کمک کرده و حرکت آزاد آب در داخل آن را محدود می‌کنند. این دسته از افزودنی‌ها با مسدود کردن راه‌های نفوذ آب به داخل بتن، از آسیب‌های ناشی از رطوبت جلوگیری می‌کنند.
-
مواد افزودنی نم بند:
این مواد دافع آب هستند و به کاهش تر شدن بتن ناشی از نفوذ آب در منافذ موئینه کمک می‌کنند.
مواد افزودنی آب بند معمولاً بر پایه ترکیبات دافع آب مانند صابون‌ها و اسیدهای چرب هستند که با هیدرات سیمان واکنش می‌دهند. در حالی که مواد افزودنی نم بند شامل ذرات جامد بسیار ریز هستند که می‌توانند در واکنش هیدراتاسیون شرکت کنند یا نکنند. این افزودنی‌ها به ویژه در سازه‌هایی که در معرض رطوبت، نمک و فشار هیدرواستاتیک قرار دارند، کاربرد دارند.
استفاده از این مواد به کاهش مشکلات ناشی از حرکت آب در بتن، مانند تخریب ناشی از چرخه ذوب و یخ، خوردگی، کربناتاسیون و شوره‌زدگی کمک می‌کند. به علاوه، این افزودنی‌ها با کاهش نفوذپذیری، دوام بتن را به ویژه در شرایط چرخه ذوب و یخ افزایش می‌دهند و از آب انداختگی بتن تازه جلوگیری می‌کنند.
افزودنی‌های کاهنده جمع شدگی
افزودنی‌های کاهنده جمع شدگی به منظور کاهش رطوبت بتن در حین خشک شدن و جلوگیری از جمع شدگی آن طراحی شده‌اند. جمع شدگی در حال خشک شدن می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی، انحنا در دال‌های بتن و کاهش فشار تاندون‌ها در بتن پیش‌تنیده شود. یکی از روش‌های مؤثر برای کاهش ترک‌های جمع شدگی، استفاده از کاهنده‌های قوی آب یا فوق روان‌کننده‌ها است.
روش دیگر، استفاده از افزودنی‌های جبران‌کننده جمع شدگی است که با ایجاد انبساط در بتن، اثر جمع شدگی را جبران می‌کنند. همچنین، افزودنی‌های کاهنده جمع شدگی 2 که در سال 1985 در ژاپن معرفی شدند، به طور شیمیایی مکانیزم جمع شدگی را تغییر می‌دهند بدون اینکه انبساطی ایجاد کنند. این افزودنی‌ها بر پایه ترکیبات آلی هستند و در بسیاری از سازه‌ها، از جمله سازه‌های بتنی پیش‌ساخته، سازه‌های نگهدارنده آب و دال‌های افقی مانند سقف‌ها و عرشه‌های پارکینگ کاربرد دارند.
افزودنی های کاهش دهنده خوردگی و سایر افزودنی های بتن
افزودنی‌های کاهش‌دهنده خوردگی یکی از چالش‌های اساسی در حفظ دوام بتن‌های مسلح به شمار می‌روند. خوردگی آرماتورهای فولادی در بتن، یک واکنش غیرقابل بازگشت است که بین فلز و محیط اطراف آن رخ می‌دهد و در نهایت منجر به زوال و تشکیل زنگ می‌شود. سالانه هزینه‌های زیادی برای بازسازی پل‌ها و سازه‌های زیرزمینی که تحت تأثیر خوردگی قرار دارند، صرف می‌شود. یکی از راه‌های مؤثر برای مقابله با این مشکل، استفاده از افزودنی‌های کاهنده خوردگی است. این مواد شیمیایی به مقدار کمی به بتن اضافه می‌شوند و می‌توانند سرعت خوردگی فولاد را کاهش دهند یا شروع آن را به تأخیر بیندازند.
وجود یون‌های کلرید در بتن می‌تواند فرآیند خوردگی را تسریع کند و لایه محافظ آرماتور را از بین ببرد. افزودنی‌های کاهنده خوردگی با کاهش تأثیر منفی این یون‌ها، به کاهش سرعت خوردگی کمک می‌کنند. این افزودنی‌ها بر اساس نوع واکنش‌هایی که در آن شرکت می‌کنند، به سه دسته آندی، کاتدی و آندی-کاتدی تقسیم می‌شوند. کاربرد این مواد به ویژه در بتن‌های با کیفیت بالا که در معرض شرایط محیطی سخت مانند آب دریا و هوای نمکی قرار دارند، بسیار مؤثر است. همچنین، این افزودنی‌ها می‌توانند بر گیرش اولیه و نهایی بتن و مقاومت آن تأثیر بگذارند.
افزودنی‌های گازساز
افزودنی‌های گازساز نوعی از افزودنی‌ها هستند که در مخلوط بتن تازه، در طول فرآیند هیدراتاسیون و قبل از گیرش اولیه خمیر سیمان، گاز تولید می‌کنند. این حباب‌های گازی به ایجاد انبساط در بتن، ملات یا گروت کمک می‌کنند. این افزودنی‌ها نباید با افزودنی‌های حباب‌ساز که فقط به پایداری حباب‌های هوای موجود در بتن کمک می‌کنند، اشتباه گرفته شوند.
از کاربردهای مهم این افزودنی‌ها می‌توان به تولید بتن اسفنجی، کاهش جمع شدگی گروت، بهبود یکنواختی بتن و تولید بتن متخلخل اشاره کرد. گازهای تولید شده شامل هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و هوا هستند. فلزاتی مانند آلومینیوم، منیزیم و روی معمولاً برای تولید گاز در بتن استفاده می‌شوند. سرعت انبساط و یکنواختی حباب‌های تولید شده از عوامل کلیدی در این فرآیند هستند.
افزودنی‌های بتن پاششی
افزودنی‌های بتن پاششی شامل مواد مختلفی مانند حباب‌سازها و کاهنده‌های آب هستند. این افزودنی‌ها به ویژه برای بتن پاششی طراحی شده‌اند و می‌توانند زمان گیرش را به شدت کاهش دهند. افزودنی‌های تسریع‌کننده در بتن پاششی می‌توانند زمان گیرش اولیه را به کمتر از یک دقیقه و زمان گیرش نهایی را به کمتر از 10 دقیقه کاهش دهند. با این حال، استفاده از این افزودنی‌ها ممکن است به کاهش مقاومت درازمدت بتن منجر شود.
این افزودنی‌ها به ایجاد لایه‌های بتنی پاششی بر روی یکدیگر کمک کرده و از هدر رفت مصالح جلوگیری می‌کنند. ترکیبات اصلی این افزودنی‌ها شامل آلومینات‌ها، کربنات‌ها و سیلیکات‌ها هستند.
افزودنی‌های عمل‌آوری بتن معمولاً به صورت مایع هستند و با ایجاد یک غشای نفوذناپذیر یا با نفوذپذیری کم، به حفظ رطوبت بتن کمک می‌کنند. این افزودنی‌ها به ویژه در شرایطی که بتن هنوز به گیرش نهایی نرسیده و نمی‌توان از آب برای عمل‌آوری استفاده کرد، کاربرد دارند. همچنین، در هوای سرد که استفاده از آب ممکن است منجر به یخ‌زدگی شود، این ترکیبات بسیار مفید هستند.
ملاحظات کلی در استفاده از افزودنی‌های شیمیایی بتن
استفاده از مواد افزودنی تنها با تأیید دستگاه نظارت مجاز است. قبل از به کارگیری این افزودنی‌ها، باید قابلیت استفاده آن‌ها از طریق آزمایش‌های مربوطه تأیید شود. همچنین، سازگاری بین چند نوع افزودنی که به طور همزمان استفاده می‌شوند و همچنین سازگاری آن‌ها با سیمان باید به دقت بررسی گردد.
- دقت در اندازه‌گیری مواد افزودنی بسیار حائز اهمیت است و باید اطمینان حاصل شود که عملکرد این افزودنی‌ها در طول زمان ثابت باقی می‌ماند. در فرآیند ساخت بتن مسلح، استفاده از کلرید کلسیم یا هر نوع افزودنی حاوی کلر (به جز ناخالصی‌های موجود در مواد اولیه) ممنوع است.
- مواد افزودنی باید با آبی که برای اختلاط بتن استفاده می‌شود، ترکیب شوند و به همراه سایر اجزای بتن به مخلوط‌کن اضافه گردند. همچنین، می‌توان این مواد را به تدریج در حین کار به مخلوط‌کن وارد کرد. توجه به مشخصات فنی ارائه شده توسط سازنده افزودنی‌ها ضروری است.
- به دلیل عدم یکنواختی در مصالح، ابزار و روش‌های بتن‌ریزی و همچنین شرایط محیطی، پیش‌بینی عدم سازگاری ممکن است دشوار باشد. برای ارزیابی این عدم سازگاری، ساخت مخلوط‌های آزمایشی و بررسی خواص آن‌ها امری ضروری است. انجام این آزمایشات در محل، نسبت به شرایط آزمایشگاهی، نتایج واقعی‌تری را به همراه خواهد داشت.
- نگهداری و انبار کردن مواد افزودنی بتن باید در شرایط مناسب و با رعایت دستورالعمل‌های سازنده انجام شود. برخی از این مواد به دلیل از دست دادن کیفیت، نباید برای مدت طولانی نگهداری شوند. در صورت وجود هرگونه تردید، انجام آزمایش مطابق با مشخصات ماده افزودنی توصیه می‌شود.
