روان کننده بتن

استانداردهای مختلف برای جلوگیری از بروز خوردگی فولاد و تخریب بتن در شرایط حاد محیطی و مخرب، نسبت آب به سیمان مصرفی در بتن را شدیداً محدود می‌نماید، این محدودیت باعث تولید مخلوط بتن خشن می‌شود. در شرایط آب و هوای گرم، افت شدید اسلامپ نیز مشکلات اجرایی را تشدید می‌نماید. استفاده از مواد افزودنی روان کننده برای مقابله جدی با افزایش آب مورد نیاز و حصول کارایی و روانی مطلوب از ضرورت‌های اساسی است تا بتوان علاوه بر تولید بتن غیر قابل نفوذ و متراکم با نسبت آب به سیمان کم، مراحل تهیه، حمل، ریختن، تراکم و پرداخت بتن را انجام داد.

این مواد، حاوی ترسازهای آنیونی زنجیر بلند با وزن مولکولی زیاد (20000 تا 30000) با تعداد زیادی از گروه های قطبی در زنجیر هیدروکربنی هستند. آنها، وقتی که در سطح ذرات سیمان جذب شوند، موجب آن می شوند که تر ساز، یک بار منفی قوی ای را بوجود بیاورد که به کاهش کشش سطحی آب اطراف، کمک قابل توجهی کند و روانی سیستم را به میزان زیادی افزایش دهد

در مقایسه با افزودنی کاهنده ی آب معمولی، می توان مقادیر نسبتا زیادی از مواد فوق روان کننده ، تا 1 درصد وزنی سیمان را بدون ایجاد آب انداختگی و تاخیر بیش از اندازه در گیرش، با وجود روانی در حد 200 تا 250 میلیمتر اسلامپ به مخلوط های بتنی اضافه کرد.

به احنمال زیاد، اندازه کلوییدی ذرات زنجیر بلند است که کانال های جریان آب، در حالت آب انداختگی در بتن را به گونه ای مسدود می کند که به طور کلی در بتن های دارای فوق روان کننده جدا شدگی اتفاق نمی افتد

به نظر می رسد که پراکندگی عالی ذرات سیمان در آب (شکل) میزان هیدراتاسیون را تسریع می کند؛ بنابراین، کند گیری به ندرت در بتن های حاوی فوق روان کننده مشاهده می شود؛ در عوض؛ در این نوع بتن ها، تسریع در گیرش و سخت شدگی معمول می باشد. در حقیقت، اولین نسل از فوق روان کننده ها، به خاطر از دست دادن سریع روانی یا اسلامپ، شهرت بدی پیدا کرد

   ماده ای که یا بدون تغییر روانی ، مقدار آب مخلوط بتن را به میزان زیادی کاهش میدهد، یا بدون تغییر مقدار آب، روانی بتن را به میزان زیادی افزایش می دهد و یا موجب کاهش زیاد آب و افزایش زیاد روانی بتن به طور همزمان می شود، فوق روان کننده یا کاهنده ی آب تری نامیده می شوند. این مواد یکی از جدید ترین و مؤثرترین انواع تقلیل دهنده های آب می باشند که در آمریکا بعنوان روان کننده های قوی نامگذاری شده اند.
روان کننده های قوی ملامین فرمالد ئید سولفاته شده ی تغلیظ شده یا نفتالین فرمالدئید سولفاته شدة تغلیظ شده می باشند، که در پراکنده ساختن سیمان مؤثر بوده و تا حدودی خاصیت کند گیر کنندگی دارند، اساسا استفاده از اسید های سولفاته شده باعث تسریع عمل پراکنش می شود. چون در سطح ذرات سیمان جذب شده و به آنها بار منفی می دهند و این باعث دفع ذرات از یکدیگر می شود. این فرآیند کارآیی را در یک نسبت آب به سیمان مشخص افزایش می دهد. به عنوان مثال می تواند اسلامپ 75 میلیمتر را تا 200 میلیمتر بالا ببرد.
می تواند اسلامپ 75 میلیمتر را تا 200 میلیمتر بالا ببرد.
اثر مواد به نحوی است که در درجه حرارت های بالا تر بهبود در کارآیی کمتر خواهد بود. بتن حاصل را می توان با
تراکم کم و یا بدون نیاز به تراکم در جا ریخت و در صورتی که دانه های درشت بتن طویل ، تختو یا خیلی شکسته نباشند و ریز دانه ها از 4 تا 5 درصد بیشتر باشند، چسبندگی بتن حفظ خواهد شد و جدایی یا آب انداختگی در آن ایجاد نخواهد شد. لازم به یاد آوری است که در هنگام طراحی قالبها باید در نظر داشت که بتن سیال می تواند فشار هیدرواستاتیکی کامل را به قالبها وارد آورد.
در دراز مدت خواص بتن به طور محسوسی تحت تأثیر این نوع افزودنی قرار نمی گیرد.نتایج آزمایشهای دراز مدت تا 13 سال که در دسترس می باشند نشان داده اند که این مواد اثر نامساعدی بر مقاومت دراز مدت بتن ندارند. اثر روان کنندگی زیاد این مواد برای مدت کوتاهی خواهد بود ( شاید ده دقیقه) و پس از حدود 30 تا 90 دقیقه کارآیی به حد معمولی خود باز می گردد. بدین دلیل لازم است که فوق روان کننده ها را درست قبل از درجا ریختن بتن به مخلوط اضافه نمود.
مصرف این نوع افزودنی معمولاً بیشتر از مصرف متداول برای روان کننده های عادی می باشد و از اثرات جنبی نا مطلوب آن هم بطور چشمگیری کاسته شده است. به عنوان مثال فوق روان کننده ها چون نمی توانند کشش سطحی آب را بطور محسوسی پائین بیاورند، در نتیجه مقدار قابل توجهی هوا وارد بتن نمی کنند. در عمل معمولاً روان کننده های قوی در ضمن مخلوط کردن به بتن اضافه می شوند و پس از اضافه کردن آنها مدت زمان کوتاهی به مخلوط کردن بتن ادامه می دهیم. در مورد بتن های آماده دو دقیقه بهم زدن پس از اضافه کردن روان کنندة قوی ضروری است.
بجز در مواردی که سیمان های با یکمقدار خیلی کم C3A بکار برده میشوند و مصرف این مواد باعث کندگیر کنندگی قابل ملاحظه ای میگردد بطور کلی مصرف این مواد تأ ثیر قابل ملاحظه ای بر گیرش بتن ندارد . فوق روان کننده ها تاثیری بر جمع شدگی ، خزش، مدول الاستیسیته و یا مقاومت بتن در برابر یخ زدن و آب شدن ندارند.
نظر با اینکه نفوذ نا پذیری نقش تعیین کننده ای در دوام بتن داشته و این خاصیت نیز به نسبت آب به سیمان بستگی دارد، لذا فوق روان کننده ها باید در این مورد نقش مثبت و مؤثری داشته باشند. در واقع نفوذ نا پذیری وقتی که آب اختلاط کاهش یابد، افزایش یافته و از طرف دیگر بتن روان و سیال دارای افزودنی و بتن بدون افزودنی با نسبت آب به سیمان ثابت، نفوذ نا پذیری مشابهی دارند. اما مصرف این مواد بر دوام بتنی که در معرض سولفاتها قرار می گیرد تأثیر ندارد. کار برد آنها با مواد افزودنی هوا ساز نیاز به احتیاط دارد زیرا در بعضی مواقع این مواد مقدار واقعی هوا ایجاد شده را کاهش می دهند. فوق روان کننده های اصلاح شده مخصوصی توسعه یافته اند که بنظر می رسد با مواد هواساز معمولی، بتن با حباب هوای رضایت بخشی می سازند. تنها عیب واقعی فوق روان کننده ها هزینه نسبتاً زیاد آنها می باشد که این امر بدلیل هزینه تولید زیاد این مواد که وزن مولکولی زیادی دارند است هزینه ی آن را می توان در محاسبات بهای بتن در نظر گرفت.
فوق روان کننده ها در تولید بتن های روان در مواقعی که محل بتن ریزی غیر قابل دسترس است و برای بتن ریزی در مقاطعی که تراکم آرماتور در آنها زیاد باشد ، دال کفها و یا جاده ها و نیز برای مواردی که نیاز به سرعت خیلی زیاد در بتن ریزی باشد ، کاربرد دارد. مورد مصرف دیگر فوق روان کننده ها در تولید بتن های با مقاومت خیلی بالا است که با کارآیی معمولی و نسبت آب به سیمان بسیار پایین به دست می آیند. نسبت های آب به سیمان تا حد پایین 0/25 بکار برده شده اند و مقاومت های 28 روزه در حدود 100Mpa بدست آمده اند.
به طور کلی فوق روان کننده ها میتوانند برای حصول یک کارآیی معین میزان آب بتن را بین 25 تا 35 درصد کاهش دهند( در مورد روان کننده های معمولی نصف این مقدار حاصل میشود) و مقاومت 24 ساعته بتن بین 50 تا 75 درصد افزایش می یابد و در عمرهای کوتاه تر حتی این افزایش بیشتر خواهد بود.

از آنجا که رسیدن به مقاومت بالا در بتن از اهداف دست اندرکاران کارهای بتنی در دو دهۀ اخیر بوده است، ابتدا این نوع بتن با مقاومت بیش از50Mpa ساخته شد. با پایین آوردن نسبت آب به سیمان تا حد 0/3 رسیدن به چنین مقاومتی بسیار آسان است. برای ساخت بتن هایی با مقاومت بیشتر و در حد 110-80 Mpa و برای تقویت ناحیۀ فصل مشترک سنگدانه درشت و خمیر سیمان مواد سیلیسی فعال و غیر بلوری به نام دوده سیلیس به کار گرفته شد. همزمان سنگدانه هایی با مقاومت بیشتر و با دانه بندی مناسب تر و با کنترل حداکثر اندازه ی سنگدانه در این مخلوط ها به کار رفت. امروزه شاهد ساخت ساختمان های بسیار بلند با چنین بتن های هستیم که مشخصات و طرح اختلاط یکی از این بتن ها در جدول شماره ی 1 آورده شده است.
از آنجا که در کاربرد این بتن گاه مقادیر بالایی سیمان و بیش از 400 کیلوگرم (حتی تا 500 کیلوگرم) مصرف می شد، علاوه بر گرانی این بتن، ترک هایی نیز حین ساخت به دلیل جمع شدگی لاستیکی و ناشی از خشک شدن بیشتر این بتن ها و نیز ترک های حرارتی به وجود آمد. همچنین با افزایش این مقاومت تردی و شکنندگی بتن نیز افزایش یافت. چنین بتنی نمی توانست در شرایط محیطی سخت و محیط های خورنده به علت وجود ترکهای زیاد، دوام قابل قبولی داشته باشد.
به منظور افزایش دوام حین افزایش مقاومت ضمن کاربرد دوده سیلیسو کم کردن آب و مصرف فوق روان کننده، مقدار سیمان کاهش یافته و در عوض مواد پوزولانی همچون دوده سیلیس، خاکستر بادی، سرباره ی کوره های آهنگدازی، خاکستر پوسته ی برنج و بالاخره پوزولان های طبیعی به صورت مواد ریزدانه جایگزین آن گردید. امروزه شاهد ساخت بتن هایی با دوام که نفوذپذیری کمی دارند و در مقابل حملات شیمیایی

کلرورها و سولفات ها و گاز کربنیکو بعضأ واکنش قلیایی پایدارتر می باشند، هستیم. برای مصرف این بتن در سازه های بلند و رفع نقیصه ی شکنندگی در پاره ای موارد از الیاف های کوتاه استفاده شده تا بدین وسیله نرمی این بتن ها افزایش یابد. 

اجزاء اصلی و فعال افزودنی های روان کننده ، عواملی با سطح فعال هستند که نیروهای فیزیوشیمیایی را در مخلوط بتن تغییر می دهند . یون های فعال سطحی توسط ذرات سیمان جذب می شوند که این باعث پیدایش بار منفی در ذرات سیمان و
ایجاد نیروی دافعه بین آنها می شود. در نتیجه پراکندگی سیمان در مخلوط تثبیت می شود . حباب های هوا هم حرکت داده می شوند و نمی توانند به دانه های سیمان متصل شوند. بار منفی همچنین باعث ایجاد یک پوشش از مولکول های آب دراطراف هر ذره ای شده و آنها را از هم جدا می کند. از این رو سهولت بیشتری برای حرکت ذرات وجود دارد و آب آزاد شده در اثر جلوگیری از توده ای شدن سیمان باعث روانی مخلوط شده و کارآیی آن را افزایش می دهد.

با این حال کلسیم لیگنوسولفونات نسبت به سدیم لیگنوسولفونات ارزان تر می باشد.به طور کلی لیگنوسولفونات به تنهایی به عنوان افزودنی کندگیر کننده یا افزودنی کاهنده آب کندگیر به کار میرود.

با وجود اینکه استفاده از لیگنوسولفونات به عنوان روان کننده بتن در دهه سی میلادی آغاز شده بود اما همچنان این ماده به عنوان رایج ترین ترکیب در تولید این افزودنی به کار می رود. وزن مولکولی لیگنوسولفونات از چند صد تا حدود صد هزار تغییر می کند اما به طور میانگین دارای وزن مولکولی در حدود 20000 تا 30000 می باشد. مولکول لیگنوسولفونات بسیار پیچیده بوده و می توان آن را به صورت پلیمری که واحد فنیل پروپان آن با هیدروکسیل (OH) , متوکسیل (OCH3), حلقه فنیل (C6H5) و گروه اسید های سولفونیک (SO3H) جایگزین شده است نشان داد.

این مواد، حاوی ترسازهای آنیونی زنجیر بلند با وزن مولکولی زیاد (20000 تا 30000) با تعداد زیادی از گروه های قطبی در زنجیر هیدروکربنی هستند. آنها، وقتی که در سطح ذرات سیمان جذب شوند، موجب آن می شوند که تر ساز، یک بار منفی قوی ای را بوجود بیاورد که به کاهش کشش سطحی آب اطراف، کمک قابل توجهی کند و روانی سیستم را به میزان زیادی افزایش دهد

در مقایسه با افزودنی کاهنده ی آب معمولی، می توان مقادیر نسبتا زیادی از مواد فوق روان کننده ، تا 1 درصد وزنی سیمان را بدون ایجاد آب انداختگی و تاخیر بیش از اندازه در گیرش، با وجود روانی در حد 200 تا 250 میلیمتر اسلامپ به مخلوط های بتنی اضافه کرد.

به احنمال زیاد، اندازه کلوییدی ذرات زنجیر بلند است که کانال های جریان آب، در حالت آب انداختگی در بتن را به گونه ای مسدود می کند که به طور کلی در بتن های دارای فوق روان کننده جدا شدگی اتفاق نمی افتد

به نظر می رسد که پراکندگی عالی ذرات سیمان در آب (شکل) میزان هیدراتاسیون را تسریع می کند؛ بنابراین، کند گیری به ندرت در بتن های حاوی فوق روان کننده مشاهده می شود؛ در عوض؛ در این نوع بتن ها، تسریع در گیرش و سخت شدگی معمول می باشد. در حقیقت، اولین نسل از فوق روان کننده ها، به خاطر از دست دادن سریع روانی یا اسلامپ، شهرت بدی پیدا کرد