معرفی انواع روان کننده بتن و کاربرد آن ها

در این مطلب از خانه معماری انواع روان کننده بتن که منجر به کاهش آب موجود در بتن می شود را به همراه کاربرد و خواص آن ها به شما عزیزان معرفی خواهیم کرد. با ما همراه باشید.

روان کننده بتن چیست؟

روان کننده بتن ماده‌ای است که به بتن افزوده می شود. نوعی نیروی دافعه میان ذرات سیمان پس از افزودن این ماده در بتن که در اثر نوعی بار الکتریکی که حاصل افزودن بتن است ایجاد می شود. در نتیجه اختلاط این ماده با بتن، بتن حالتی نرم پیدا می‌کند. یکی از پرکاربردترین افزودنی‌های مورد استفاده در بتن، افزودنی‌های کاهنده آب‌‌ هستند. هدف از اضافه کردن روان کننده بتن، کاهش آب اختلاط در اسلامپ ثابت، ساخت بتنی با مقاومت بیشتر، دستیابی به مقاومت ثابت در عیار سیمان کمتر و همچنین افزایش اسلامپ بتن بدون نیاز به اضافه کردن آب به مخلوط بتنی است.

روان کننده های بتن به بهبود خواص سخت شده بتن و افزایش مقاومت و دوام آن کمک شایانی می کنند. با توجه به امکان کاهش عیار سیمان در بتن ریزی حجیم و بتن ریزی در هوای گرم برای کاهش گرمای هیدراتاسیون استفاده از این مواد گزینه بسیار مناسبی است. اگر از این افزودنی‌ها در مخلوط بتنی بدون تغییر مقدار آب اختلاط استفاده شود، این مواد به عنوان روان کننده بتن عمل می کنند. بدین ترتیب عملیات بتن ریزی در سازه‌ای با تراکم آرماتور زیاد ساده تر می شود.

مواد و ترکیبات اصلی انواع روان کننده بتن

‌ مواد و ترکیبات اصلی انواع روان کننده بتن عبارتند از: اسیدهای لیگنو سولفونیک و نمک‌های آنها؛ ‌فرمول‌های اصلاح شده و مشتقات اسیدهای لیگنوسولفونیک و نمک‌های آنها؛ ‌اسیدهای کربوکسیلیک و هیدروکسیلات و نمک‌های آنها؛ ‌فرمول‌های اصلاح شده و مشتقات اسید کربوکسیلیک‌، هیدرواکسیلات و نمک‌های آنها؛ ‌مواد دیگر شامل‌ نمک‌های روی، فسفات‌ها، کلریدها، کربوهیدرات‌ها، پلی ساکاریدها، اسیدهای قند‌، بعضی از مواد پلیمری مانند مشتقات ملامین و همچنین مشتقات نفتالین.

اهداف استفاده و کاربرد انواع روان کننده بتن

دلایل استفاده از انواع روان کننده بتن عبارتند از: افزایش کارایی و کارپذیری بدون افزایش مقدار آب یا کاهش مقدار آب با ثابت نگهداشتن کارپذیری. کاهش یا جلوگیری از نشست. اصلاح نرخ یا ظرفیت آب آوری. کاهش جداشدگی دانه‌ها و بهبود بخشیدن به قابلیت پمپ شدن. تسریع نرخ کسب مقاومت و افزایش دوام. کاهش نفوذ پذیری و افزایش چسبندگی بتن به آرماتورهای فولادی.

کاربردهای روان کننده بتن عبارتند از: بتن ریزی با استفاده از پمپ، بتن ریزی تیرها و ستون‌ها و دیوارهای برشی، بتن ریزی با مصالح سنگی که درصد جذب زیادی دارند. استفاده در بتن‌های مسلح و معمولی و ملات‌های سیمانی. در ادامه کاربرد و خواص انواع روان کننده های بتن را مورد بررسی قرار می دهیم:

‌انواع روان کننده بتن: روان کننده های زودگیر و دیرگیر

‌ روان کننده زودگیر یک روان کننده زودگیر برای افزایش روانی بتن و مناسب در آب و هوای سرد و زمستان است. ‌کاربرد های آن: بتن ریزی با استفاده از پمپ‌، بتن ریزی با مصالح سنگی که درصد جذب زیادی دارند. ‌بتن ریزی تیرها و ستون‌ها و دیوارهای برشی و بتن‌های حاوی ترکیبات پوز‌لانی می باشد. خواص و اثرات‌ آن: قابلیت کاهش آب اختالط به میزان حداقل ۵٪، ‌‌جهت بتن ریزی در آب و هوای سرد زمستان، ‌بهبود پرداخت پذیری بتن و ‌‌افزایش روانی و کارایی بتن و همچنین ‌سهولت پمپاژ بدون افزایش مقدار آب می باشد. روان کننده ای با کارایی مطلوب است که کاهنده و روان کننده بتن جهت بتن ریزی در شرایط آب و هوایی معتدل با حفظ اسلامپ در زمان محدود می باشد.

روان کننده دیرگیر ماده ای افزودنی برای کاهش آب به سیمان و افزایش روانی و کارایی بتن با قابلیت ایجاد تأخیر در زمان گیرش اولیه می باشد. کاربردهای آن: بتن ریزی با استفاده از پمپ، بتن ریزی تیرها‌، ستون‌ها و دیوارهای برشی‌، قابل استفاده در بتن‌های مسلح و معمولی و ملات‌های سیمانی، ‌افزایش مقدار چسبندگی مصالح در بتن‌هایی که دانه بندی مناسبی ندارند‌ و بتن ریزی در فصل تابستان و مناطق گرمسیری می باشد. خواص و اثرات آن: افزایش روانی و کارایی بتن، سهولت پمپاژ بدون افزایش مقدار آب و افزایش مقاومت فشاری بتن، جلوگیری از خزش و انقباض بتن، تأخیر در زمان گیرش بتن مناسب جهت مناطق گرمسیری و استفاده در تابستان، جلوگیری از خزش و انقباض بتن، جلوگیری از بوجود آمدن ترک‌های سطحی، کاهش نسبت آب به سیمان در حدود ۵ تا ۳۵ درصد و افزایش مدت زمان کارایی بتن می باشد.

انواع روان کننده بتن: روان کننده با کارایی مطلوب

روان کننده با کارایی مطلوب، افزودنی کاهنده و روان کننده بتن جهت بتن ریزی در شرایط آب و هوایی معتدل با حفظ اسلامپ است که در زمان محدود به کار می‌رود. ‌کاربردهای آن: بتن ریزی با استفاده از پمپ، بتن درجا برای کاربردهای مختلف و قابل استفاده در بتن‌های مسلح و معمولی و ‌ملاهای سیمانی می باشد. خواص و اثرات آن: ‌کاهش نسبت آب به سیمان در حدود حداقل ۵٪، افزایش مدت زمان کارایی بتن و افزایش روانی و کارایی بتن، سهولت پمپاژ بدون افزایش مقدار آب و افزایش مقاومت فشاری بتن و همچنین کاهش جداشدگی در روانی مورد نظر می باشد.

مکانیزم عملکرد مواد انواع روان کننده بتن

زمانی که سیمان پرتلند با آب مخلوط می‌شود، نیروی دافعه بین ذرات سیمان کم است و این باعث می شود تا ذرات به هم چسبیده و ‌کلوخه‌هایی تشکیل شود. با افزودن روان کننده بتن، کلوخه‌ها باز شده و ذرات سیمان به صورت تقریباً مجزا پراکنده می‌شوند. کاهش نیروهای جذب کننده بین ذرات سیمان باعث می شود تا حرکت بیشتری داشته باشند. مکانیزم‌های مختلفی از قبیل: جذب مولکول‌های آلی در لایه‌های مختلف، ایجاد غلافی از مولکول‌های آب، آزاد شدن آب‌ بین ذرات سیمان، ایجاد تاخیر در فرآیند هیدراتاسیون سیمان و تغییر مورفولوژی در توضیح اثر روان کنندگی مواد افزودنی کاهنده آب در نسبت آب به سیمان ثابت مطرح شده است‌.

انواع روان کننده بتن

لیگنوسولفونات‌ها

افزودنی‌های کاهنده آب که بر پایه لیگنوسولفونات هستند، مقدار مشخصی از هوا را به بتن می افزایند. این ویژگی منجر به افزایش چسبندگی بتن‌های کم عیار و بتن‌های با ماسه زبر و دانه بندی نا‌مناسب می شود. برای مطلوب تر شدن کیفیت بتن بهتر است از یک افزودنی حباب ساز با روان کننده بتن به طور همزمان استفاده شود. توجه داشته باشید افزودن آن‌ها به طرح مخلوط باید به طور جداگانه تا زمانی که مقدار هوای مورد نیاز در بتن تامین شود، صورت گیرد. برای کاهش هوای‌ وارد شده در بتن، مقدار مشخصی از عامل ضد کف در فرآیند تولید افزودنی‌های کاهنده آب تجاری با پایه لیگنوسولفونات به آنها اضافه می شود.

برای این منظور تریبوتیل فسفات، ‌دی بوتیل فتالات، استر‌های بورات و مشتقات سیلیکون با مقادیر حدود یک در صد لیگنوسولفونات مورد استفاده قرار می گیرند. قیمت مناسب لیگنوسولفونات باعث شده تا استفاده از این ترکیب، حتی در زمینه ساخت افزودنی‌های فوق روان کننده،‌ همواره مورد علاقه مصرف کنندگان باشد. یگنوسولفونات‌های اصلاح شده از طریق انجام فرآیند‌های فیلتراسیون، شکر زدایی و یا سولفوناتاسیون به دست می‌آیند. این ها از قابلیت رقابت با افزودنی‌های بر پایه سولفونات ملامین و سولفونات نفتالین برخوردار می باشند.

هیدروکسی کربوکسیلیک اسید‌ها

ترکیبات هیدروکسی کربوکسیلیک اسید‌ها عموماً به صورت مصنوعی ساخته می شوند و به عنوان ماده اولیه در صنایع دارویی و غذایی مورد استفاده قرار می گیرند. از این رو از درجه خلوص بالایی برخوردار هستند. هیدروکسی کربوکسیلیک اسید‌های الیفاتیک را همچنین می توان از تخمیر و اکسیداسیون کربوهیدرات‌ها تولید کرد. از این رو با عنوان اسید‌های شکر نیز شناخته می شوند. این ترکیبات به تنهایی می توانند به عنوان کندگیر کننده و یا افزودنی‌های کاهنده آب کندگیر استفاده شوند. به عنوان روان کننده بتن معمولی یا تند گیر کننده، باید مانند افزودنی‌های کاهنده آب با پایه لیگنوسولفونات با یک افزودنی تندگیر کننده ترکیب شوند.

نکته

برای کاهش اثر دیر کنندگی روان کننده بتن، معمولاً مقادیر مشخصی از تندگیر کننده در این ترکیبات و افزودنی‌ها وجود دارند. عوامل تندگیر کننده غیر کلریدی برای تولید افزودنی‌های کاهنده آب مورد استفاده قرار می گیرند. این افزودنی‌ها‌ کاهش زمان گیرش بتن را به همراه دارند. توجه داشته باشید میزان تسریع در زمان گیرش به نوع افزودنی، دمای محیط و نوع سیمان به کار رفته بستگی داشته و متفاوت است.

در ساخت قطعات پیش ساخته، کانال‌ها و پوشش تونل‌ها، قالب‌های بتن پیش از ۲۴ ساعت بعد از بتن ریزی باز می‌شوند و مقاومت کسب شده توسط بتن در سنین اولیه از اهمیت زیادی برخوردار است. این مساله مستلزم تسریع زمان گیرش بتن برای کسب مقاومت کافی در سنین اولیه، برای امکان پذیر بودن باز کردن قالب‌ها و حمل و نقل قطعات بتنی می باشد. برای بهبود عملیات پرداخت دال‌های بتنی، همچنین استفاده از روان کننده بتن تندگیر کننده به‌ خصوص در بتن ریزی در هوای سرد گزینه ای بسیار مناسب به شمار می رود.

انواع روان کننده بتن چه تاثیری بر بتن خمیری و تازه دارند؟

گیرش و افت اسلامپ

یکی از تاثیرات اصلی روان کننده بتن و افزودنی‌های کاهنده آب و مشتقات آن، تاثیر بر زمان گیرش بتن است. ‌انواع مختلف افزودنی‌های کاهنده آب بسته به نوع افزودنی تاثیر متفاوتی بر گیرش بتن دارند. بیشتر روان کننده بتن، کندگیر کننده هستند و زمان موجود برای عملیات تراکم را بالا می برند. از این رو خاصیت کاهش افت اسلامپ را برای این افزودنی‌ها می توان قائل شد. بر اساس‌ بررسی‌های انجام شده، افزودنی‌های کاهنده آب و کندگیر کننده‌ها مشکلی بر روند افت اسلامپ بتن ایجاد نمی‌کنند. با این حال افزودنی ها میزان افت اسلامپ را بالا می برند. توجه داشته باشید بین استفاده از افزودنی در نسبت آب به سیمان ثابت و استفاده از افزودنی در اسلامپ ثابت تفاوت هایی وجود دارد. میزان افت اسلامپ در بتن‌های حاوی افزودنی بیش از بتن‌های بدون افزودنی است. ولی اسلامپ این بتن‌ها تا ۲ ساعت بیشتر از بتن‌های بدون افزودنی بوده است.

اگر از مکانیزم شیمیایی که باعث افزایش میزان افت اسلامپ در حضور افزودنی می‌شود، چشم پوشی کنیم، تاخیر چند دقیقه‌ای در زمان اضافه کردن افزودنی پس از اختلاط یا اضافه کردن مقدار بیشتری از افزودنی پس از کاهش کارایی، می‌تواند در موارد اجرایی مشکل افت اسلامپ بتن را حداقل تا زمانی که اقدامات دیگری انجام شود، کاهش داده یا به طور کامل برطرف کند. روش‌های دیگر شامل: تغییر تیپ سیمان یا کارخانه تولید کننده آن، تغییر نوع و یا مقدار افزودنی مورد استفاده و کاهش دمای بتن می باشد.

کاهش آب و افزایش کارایی

استفاده از روان کننده بتن و افزودنی‌های کاهنده آب منجر به کاهش مقدار آب اختلاط در اسلامپ ثابت می‌شود. این کاهش مقدار آب اختلاط‌ در نهایت منجر به افزایش مقاومت یا کاهش جمع شدگی و عیار سیمان خواهد شد. میزان کاهش آب اختلاط بسته به عواملی از قبیل: نوع افزودنی مورد استفاده، نحوه اضافه کردن افزودنی، میزان اسلامپ و نسبت آب به سیمان، نوع سیمان، عیار سیمان، نوع سنگدانه‌ها، نوع و میزان استفاده از افزونه‌ها مانند روباره (سیمان سرباره ای) و خاکستر بادی و همچنین مقدار هوا متفاوت خواهد بود.

افزودن روان کننده بتن در مقدار آب ثابت، افزایش کارایی بتن را به همراه دارد. لازم به ذکر است تاثیر روان کننده بتن در اسلامپ‌های بیشتر، بیش از تاثیر این افزودنی‌ها بر بتن‌های با اسلامپ کمتر می باشد. با این حال آزمایش اسلامپ به تنهایی معیار مناسبی برای سنجش کارایی مخلوط بتن نخواهد بود. بهتر است از رئو‌متر در تعیین کارایی، قابلیت جریان و ویسکوزیته مخلوط‌های بتنی استفاده شود.

مقاومت در برابر ذوب و یخ، کلر و خوردگی آرماتور

مقاومت در برابر ذوب و یخ به طور کلی تابع مقدار هوای عمدی، نحوه توزیع حباب‌های هوا در خمیر سیمان و درجه اشباع خمیر سیمان و سنگدانه‌ها می باشد. کاهش نسبت آب به سیمان یا افزایش کارایی بتن در اثر استفاده از روان کننده بتن بر ماتریس خمیر سیمان و یا بر توزیع حباب‌های هوا تاثیر می گذارد. لازم به ذکر است استفاده از روان کننده بتن بدون استفاده از عوامل حباب ساز برای تامین مقاومت در برابر یخ زدن بتن کافی نمی باشد. وجود یون‌های کلر می‌تواند منجر به خوردگی آرماتور‌ها در بتن‌های مسلح به خصوص در بتن‌های پیش تنیده شود. ورود یون‌های کلراید به داخل بتن می‌تواند از طریق اجزای سازنده بتن شامل افزودنی‌های مورد استفاده و از طریق قرار گرفتن در معرض این یون‌ها باشد.

در مورد اول مقدار کل کلر موجود در بتن باید کمتر از مقدار مشخص شده در ACI 318 باشد که در این شرایط بر اساس مقدار کلر موجود در ترکیبات سازنده بتن، کلر موجود در افزودنی‌های کاهنده آب و تندگیر کننده باید بسیار کم و در حد صفر باشد. ‌استفاده از روان کننده منجر به کاهش نفوذپذیری بتن و افزایش مقاومت آن در برابر حملات کلریدی می شود. به دلیل کاهش نفوذپذیری بخصوص در شرایطی که مصالح در دسترس دارای مقادیری از کلر هستند، بهتر است که مقدار کلر اولیه را کمی بیشتر در نظر گرفت.

مقاومت فشاری و تخلخل

کاهش آب اختلاط منجر به افزایش قابل توجه مقاومت ۲۸ روزه می‌شود. افزایش مقاومت حاصل در اثر استفاده از افزودنی کاهنده آب بیش از افزایشی است که از کاهش نسبت آب به سیمان انتظار می‌رود. به بیانی دیگر با ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان، استفاده از مواد روان کننده بتن باعث بهبود مقاومت فشاری بتن خواهد شد. این موضوع به دلیل تغییراتی است که افزودنی‌های کاهنده آب در ریز ساختار خمیر سیمان به وجود می آورند که باعث می‌شوند سیمان به صورت بهیته‌تری مورد استفاده قرار گیرد.

تاثیر افزودنی‌های کاهنده آب بر تخلخل خمیر سیمان یا ملات بستگی به درجه هیدراتاسیون و نسبت آب به سیمان دارد. در سنین بیشتر، اگر استفاده از افزودنی تاثیر چندانی بر درجه هیدراتاسیون نداشته باشد، با کاهش نسبت آب به سیمان، کاهش تخلخل خمیر سیمان را شاهد خواهیم بود و فاز ملات بتن شاهد و بتن حاوی افزودنی که در آن هم عیار سیمان و هم مقدار آب اختلاط کاهش یافته و‌‌ نسبت آب به سیمان ثابت مانده‌، تخلخل و توزیع اندازه حفرات مشابهی دارد. استفاده از افزودنی به میزان کمتری بر تخلخل و توزیع اندازه خلل و فرج در نسبت آب به سیمان ثابت تاثیر می‌گذارد.

دوام بتن و جمع شدگی خمیری

دوام بتن مانند سایر پارامتر‌ها به واسطه استفاده از روان کننده بتن و افزودنی ها تحت تاثیر قرار می‌گیرد. مقاومت در برابر پدیده ذوب و یخ به عنوان معیاری برای سنجش دوام بتن به شمار می رود. با این حال دوام بتن همان مقاومت بتن در برابر عوامل مهاجم شامل حملات سولفاته و کلرید می باشد. کندگیر کننده‌ها و افزودنی‌ها از طریق تاخیر در زمان گیرش می توانند منجر به تشدید جمع شدگی خمیری شوند، مگر در صورتی که از کاهش رطوبت بتن جلوگیری شود. زمانی که جمع شدگی پلاستیک علت ترک خوردن بتن است، استفاده از این افزودنی‌ها مشکل ترک خوردگی را بیشتر می کند. اگر سرعت زیاد هیدراتاسیون سیمان دلیل تشکیل ترک باشد، کندگیر کننده‌ها و افزودنی‌ها می توانند مشکل ترک خوردگی را برطرف کنند.

انواع روان کننده بتن چه تاثیری بر بتن سخت شده دارند؟

کاهش مقدار آب که از بکار بردن روان کننده‌ها ناشی می شود منجر به افزایش مقاومت ۲۸ روزه ملات و بتن می‌شود. با ثابت نگه داشتن کارپذیری مقاومت بین ۲ تا ۲۰ درصد و گاه تا ۴۰ درصد افزایش پیدا می کند. مقاومت ۲۴ ساعته ممکن است در اثر خاصیت به تاخیر انداختن گیرش برخی از روان کننده‌های بتن کاهش پیدا کند. ولی در موارد دیگر افزایش در سرعت گیرش و کسب مقاومت مشاهده شده است. افزایش مقاومت با لیگنو سولفونات کلسیم برای ملات ساخته شده از سیمان پرتلند بسیار چشمگیر بوده ولی برای سیمان‌های پوزولانی و سرباره‌ای چندان زیاد نیست. لازم به ذکر است مصرف بیش از اندازه لازم از انواع روان کننده بتن و افزودنی های زودگیر کننده بتن، گیرش را به تاخیر می‌اندازد و مقاومت را به خصوص در روز های اولیه کاهش می‌دهد.

روان کننده ها چه تاثیری بر خواص ملات و بتن‌ دارند؟

‌کاهش آب اختلاط و ‌افزایش کارپذیری

کاهش آب همراه با ثابت نگه داشتن کارپذیری به طور محسوسی منجر به افزایش مقاومت مکانیکی بتن می شود و خطر جداشدگی دانه‌ها را کم و یکنواختی و تراکم مخلوط را بهبود می دهد. میزان کاهش آب در اثر مصرف این نوع مواد افزودنی مشروط بر اینکه اثرات نامطلوبی مشاهده نشود از ۵ تا ۱۵ درصد می باشد. بخشی از این کاهش در بسیاری از موارد ناشی از خاصیت هوازایی (Air-Entraining) افزودنی های بتن می باشد. مقدار واقعی کاهش آب به مقدار سیمان، نوع مصالح سنگی، پوزولان‌ها و مواد هوازا و همچنین شرایط محیطی بستگی دارد. بنابراین ساختن مخلوط‌های آزمایشی برای بررسی و رسیدن به خواص بهینه و مطلوب و در ضمن اطمینان از عدم وجود عوارض جانبی نامطلوب مانند جداشدگی دانه‌ها، آب آوری و کاهش کارپذیری با زمان و یا کم شدن اسلامپ و غیره ضروری می باشد.

کارپذیری یا Workability مخلوط با به کاربردن روان کننده بتن در حالتی که نسبت آب به سیمان ثابت نگه داشته شود، بهبود پیدا می کند. میزان تاثیر روان کننده بتن و مقدار مصرف بهینه آن به عوامل مختلفی که به طور همزمان عمل می‌کنند، بستگی دارد. از جمله این موارد می توان به ترکیب کانی کلینکر که نقش عمده‌ای دارد اشاره کرد. مقدار مصرف بهینه این نوع افزودنی بتن بر این اساس با افزایش مقدار آلومینات‌ها افزایش پیدا می کند.