روان کننده بتن چیست و مضرات روان کننده بتن
روان کننده بتن چیست؟
روان کننده بتن درواقع ماده ای است که به مواد بتنی یا دیگر مواد افزوده می شود تا بتن نرم شود و خاصیت شکل پذیری آن افزایش یابد، علاوه بر آن حالت چسبندگی را در یتن کاهش داده و از اصطکاک حین کار در آن کم می کند. روان کننده ها معمولاً به پلیمرهایی مانند پلاستیک و یا به منظور سهولت در کار با مواد اولیه در حین ساخت و همچنین برای تأمین خواسته های کاربردی به بتن اضافه می شوند. این مواد اغلب به فرمولاسیون های بتنی اضافه می شود تا باعث کارایی بیشتر و سیال شدن آن ها برای ریخته گری شود. این مصالح اغلب قبل از قالب گیری و شکل پذیری به خاک رس، گچ و سایر خمیرها افزوده خواهد شد که البته برای این کاربردها، روان کننده ها تا حد زیادی با مواد پخش کننده همپوشانی دارند.
استفاده از روان کننده در بتن
در فناوری بتن، به روان کننده ها و فوق روان کننده ها کاهنده آب با برد بالا نیز گفته می شود. این مواد وقتی که به مخلوط بتن اضافه می شود تعدادی از خصوصیات از جمله بهبود کارایی و مقاومت را به آن می بخشند. مقاومت بتن با مقدار آب اضافه شده یعنی نسبت آب به سیمان معکوس بوده و به منظور تولید بتن قوی تر، آب کمتری مصرف خواهد شد. این موضوع باعث می شود که کار کردن با بتن دشوار تر شود، پس استفاده از روان کننده ها یا همان کاهنده های آب و فوق روان کننده ها و مواد مشابه دیگر بسیار ضروری باشد.
بسیاری از خصوصیات مهم بتن تحت تأثیر نسبت وزن آب به مواد سیمانی مورد استفاده در مخلوط قرار می گیرند. با کاهش مقدار آب، خمیر سیمان چگالی بالاتری خواهد داشت که نتیجه آن کیفیت خمیر بالاتر است. افزایش کیفیت خمیر باعث افزایش مقاومت فشاری و خمشی، نفوذ پذیری کمتر، افزایش مقاومت در برابر هوازدگی، بهبود پیوند بتن و آرماتورها، کاهش حجم تغییر در اثر خشک شدن و خیس شدن، کاهش تمایلات به ترک خوردگی و جمع شدگی می شود.
کاهش محتوای آب در یک مخلوط بتن باید به گونه ای انجام شود که فرآیند هیدراتاسیون سیمان کامل انجام شود و کارایی کافی بتن برای قرار دادن و یکپارچه سازی در حین ساخت حفظ شود. مقدار آب مورد نیاز سیمان برای تکمیل فرآیند هیدراتاسیون از 22/0 تا 25/0 است. کاهش بی مورد محتوای آب در یک مخلوط ممکن است منجر به تشکیل یک مخلوط سفت و سخت شود و باعث کاهش کارایی و افزایش مشکلات احتمالی در هنگام استفاده می شود.
مقدار مصرف روان کننده در بتن
کاهنده های آب، بازدارنده ها و فوق روان کننده ها مخلوطی برای بتن هستند که به منظور کاهش مقدار آب در یک مخلوط بتن با حفظ خواص جاری شونده ی یک مخلوط بتن، اضافه خواهد شد. در هنگام افزودن خاکستر پوزولانی به بتن برای بهبود مقاومت، اغلب از روان کننده ها استفاده می شود. این روش متناسب سازی مخلوط به ویژه هنگام تولید بتن با مقاومت بالا و بتن تقویت شده با الیاف بسیار محبوب است. معمولاً افزودن روان کننده 1-2٪ در واحد وزن سیمان کافی است و افزودن مقدار زیاد روان کننده باعث به وجود آمدن معایبی در بتن خواهد شد که در ادامه مقاله آمده است.
گاهی اوقات بعضی افراد غیر متخصص آب اضافی به بتن می افزایند، بدون این که از اثرات سوء آن بر خواص بتن آگاه باشند. استفاده از آب اضافی در بتن بسیار مضر است و هرگز نباید استفاده شود از طرف دیگر استفاده از آب اضافی کیفیت خوب ذاتی بتن مانند انسجام و همگنی مخلوط را کاهش نمی دهد بلکه باعث کاهش جداسازی بتن می شود.
دوز معمول فوق روان کننده بتن که برای افزایش کارایی بتن مورد استفاده قرار می گیرد از 1 تا 3 لیتر در متر مکعب بتن می باشد که در آن فوق روان کننده های مایع حدود 40٪ ماده فعال را شامل می شوند. به منظور کاهش بیشتر آب موجود در بتن یا سیمان از دوز بیشتری از آن یعنی به مقدار تا 20 لیتر در هر متر مکعب بتن از آن مورد استفاده قرار می گیرد. مقدار مصرف مورد نیاز برای یک مخلوط بتن منحصر به فرد بوده و توسط آزمایش خاصی تعیین می گردد.
مواد اولیه روان کننده بتن
روان کننده ها معمولاً از لیگنوسولفونات ها تولید می شوند که این ماده، یک محصول جانبی در صنعت کاغذ است. مواد فوق روان کننده نیز معمولاً از میعانات نفتالین سولفوناته یا ملامین فرمالدئید سولفوناته تولید می شوند و اگر چه محصولات جدیدتر بر پایه اتر های پلی کربوکسیلیک هم اکنون در دسترس هستند. در روان کننده های نرمال، مواد فعال به ذرات سیمان جذب می شود و بار منفی به آن ها می دهد که منجر به ایجاد دافعه بین ذرات خواهد شد. روان کننده های لیگنین، نفتالین و ملامین سولفونات از پلیمرهای آلی می باشند و مولکول های طولانی خود را به دور از ذرات سیمان می پیچند و بار بسیار منفی به آن ها خواهند داد تا یکدیگر را دفع کنند.
چهار نوع فوق روان کننده وجود دارد: ملامین سولفوناته، نفتالین سولفوناته، لیگنوسولفونات اصلاح شده و ترکیبی از دوزهای زیاد مواد افزودنی کاهنده تسریع کننده آب. فوق روان کننده های پایه ملامینه و نفتالین که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند. فوق روان کننده پلی کربوکسیل اتر (PCE) یا فقط پلی کربوکسیلات (PC)، متفاوت از روان کننده های بر پایه ی سولفونات عمل می کنند و به جای دافعه الکترواستاتیک، باعث پراکندگی سیمان با تثبیت استریک می شوند.
مزایای استفاده از روان کننده بتن
- افزایش کارایی برای ایجاد سهولت در قرار دادن بتن در مکان های غیر قابل دسترس.
- استفاده از روان کننده باعث بهبود کیفیت مطلوب پلاستیک یا بتن می شود. امروزه برای یا بتن انبوه با کارایی بالاتر استفاده از روان کننده یا فوق روان کننده به یک روش استاندارد تبدیل شده است.
- استفاده از روان کننده به یک روش جهانی برای کاهش نسبت آب به سیمان برای کارایی بهتر شناخته شده است و از طرفی کاهش نسبت آب به سیمان باعث افزایش مقاومت و بهبود دوام بتن خواهد شد. گاهی اوقات از روان کننده ها برای کاهش محتوای سیمان و گرمای هیدراتاسیون در بتن جرم استفاده می شود.
- ماهیت بتن با کیفیت خوب عملکرد خوبی نیز دارد. در شرایط مختلف، بتن با درجه کارایی مختلف مورد نیاز است و در شرایطی مانند تیرهای عمیق، مقاطع نازک با درصد زیاد آرماتور، اتصالات تیر و ستون پمپاژ بتن، بتن ریزی در هوای گرم و غیره درجه بالایی از کارایی لازم است که این مواد این کار را انجام می دهند. در این زمینه محدودیت ها و دشواری هایی برای بدست آوردن کارای مورد نظر وجود دارد.
معایب روان کننده بتن
تا اینجای مطلب متوجه شدیم، که روان کننده بتن و همچنین فوق روان کننده ها مواد افزودنی شیمیایی هستند که برای بهبود توانایی سیال شدن بتن به آن اضافه می شوند و به کاهش مقدار آب در بتن و بهبود مقاومت و دوام بتن ها کمک می کند. آن ها بدون کاهش کارایی بتن به کاهش میزان آب در بتن دست می یابند. پس افزودن مقدار زیاد روان کننده باعث تفکیک و از هم گسیختگی بیش از حد بتن حواهد شد که توصیه نمی شود. بسته به ماده شیمیایی خاصی که مورد استفاده قرار می گیرد، استفاده از روان کننده بیش از حد مجاز ممکن است منجر به تأخیر در اثر آن در بتن شود.
تفاوت روان کننده با فوق روان کننده بتن
فوق روان کننده بتن که به عنوان کاهنده های آب با دامنه بالا نیز شناخته می شود، افزودنی هایی می باشد که در ساخت بتن با مقاومت بالا مورد استفاده قرار می گیرد. روان کننده ها ترکیبات شیمیایی هستند که تولید بتن با تقریباً 15٪ محتوای آب کمتر را امکان پذیر می کند. مواد فوق روان کننده بتن باعث کاهش 30 درصدی آب خواهد شد، ضمن آنکه در جاهایی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به کاهش اختلاط آب بیشتر و شدید تر است. افزودن این مواد به بتن یا ملات باعث می شود که نسبت آب در سیمان کاهش یابد، بدون این که بر کارایی مخلوط تأثیر منفی بگذارد و تولید بتن با کارایی بالا را امکان پذیر می کند.
انواع مضرات روان کننده بتن
زمانی که استفاده از این فرآورده از حد استاندارد و اصولی فراتر می رود در واقع آغاز سناریو مضرات روان کننده بتن می باشد.در واقع ، در صورت استفاده بیش از حد از این افزودنی در ملات های سیمانی شاهد آب انداختن ملات، جدایی و پراکندگی ریز دانه های سیمان از ملات می گردد. در صورت بروز این مشکلات ، ملات سیمان پس از گیر و سفت شدن ، با مشکلات ظاهری مانند درز و ترک سطح سیمان و همچنین تخلخل و کرم سطح مورد نظر روبرو می شود.
در حقیقت ، پارامترهایی که میزان مصرف این محصول را برای دستیابی به درجه روانشناختی مطلوب در ملات تعیین می کند ، افت اولیه ، درجه روانکاری مطلوب و … است اگر به این اصول توجه نکنید و از این محصول بی رویه استفاده کنید ، نتایج نامطلوبی را مشاهده خواهیم کرد که مضرات روان کننده بتن نامیده می شود.
بر اساس بعضی از تعاریف ملات سیمانی زمانی بد تلقی می گردد که درجه روان بودن آن غیر متعارف باشد به عنوان مثال می توان گفت روان مانند سوپ باشد این یعنی عدم کیفیت و کارآیی و همچنین کرمو باشد و بدون یکپارچگی و این یعنی نهایت ضعف و ناکارآمدی. بتن با کیفیت بالا به گونه ای است که می توان آن را با تجهیزات کارگاهی متراکم کرد و قدرت چسبندگی آن به حدی است که در حین جابجایی و پاشش این ترکیبات شکسته نمی شوند. یک ملات سیمانی با این خصوصیات پس از تنظیم و سخت شدن مقاومت بالایی در برابر فشارها دارد.
هوازایی یکی از مضرات روان کننده بتن
به دلیل افت کشش سطحی آب مخلوط کننده ، گاهی اوقات در سیمان ملات های حباب ایجاد می شود. درصد هوایی که این محصولات وارد ملات می کنند معمولاً از 2 تا 6 درصد در نوسان است. با این حال ، درصدهای بالاتری گزارش شده است که با اصلاح ساختار شیمیایی و اعمال تغییرات، این مشکل برطرف خواهد شد. هوازایی که یکی از مضرات روان کننده بتن است، با استفاده از روان کننده ها حذف می شود. امروزه روان کننده های اصلاح شده و اصطلاحاً فوق روان کننده ها توانایی هوادهی ندارند، اگرچه ممکن است روی سیمان ها و سایر محصولات هوادهی تأثیر بگذارد و باعث تغییر هوای ملات شود.
در واقع ، با افزایش میزان جریان سیمان ملات های ، در عمل اختلاط یک شکل طبیعی از حباب ایجاد می شود که با استفاده از فوق روان کننده های افزایش دهنده ملات به بتن که در حین حرکت و فرآیند ملات سازی هوای آزاد به دام افتاده است ، این امکان فراهم می شود. بودن روان کننده های اصلاح شده هیچ هوادهی ایجاد نمی کنند و پس از اتمام مراحل اختلاط ، زیرا اجزای ملات به راحتی جابجا می شوند ، می توان آنها را در سوراخ های خالی قرار داد و ذرات هوای به دام افتاده را به سطوح بالای بتن می کشاند.
آب انداختگی و مضرات روان کننده بتن
در واقع ، تمام روان کننده های بتن باعث نفوذ آب به سیمان ملات های نمی شوند. این پدیده را می توان به عنوان مضرات روان کننده بتن نیز در نظر گرفت. به عنوان مثال ، نمک های اسید هیدروکسی کربوکسیلیک باعث افزایش پدیده خیس شدن در سیمان ملات های می شود ، در حالی که سایر ترکیبات اصلاح شده هیچ تأثیری بر روند خیس شدن ملات ندارند.
در واقع ، کاهش محتوای آب سیمان ملات های در برخی شرایط به دلیل هوازی بودن در ملات است.با استفاده از روان کننده های بزرگ ، می توان مشکل غرقابی و جداسازی سیمان ملات های را کاهش داد ، به استثنای مثال هایی که استفاده از این افزودنی بیش از مقدار بهینه بوده است. در حقیقت ، در بیشتر موارد ، کمبود آب ملات های سیمان و جداسازی تازه ملات های به دلیل استفاده از روان کننده ها نیست ، بلکه مشکل در سنگدانه ها و دانه بندی است. راه حل این مشکل اصلاح دانه بندی و افزایش مقدار ذرات ریز است.