فوق‌روان‌کننده‌ها (فوق‌کاهنده‌هاي آب)

فوق‌روان‌کننده‌ها (فوق‌کاهنده‌هاي آب)
2-2- فوق‌روان‌کننده‌ها (فوق‌کاهنده‌هاي آب) 2-2-1- تعريف فوق‌روان‌کننده‌ها (فوق‌کاهنده‌هاي آب) موادي هستند که امکان افزايش کارايي يک مخلوط بتني را در نسبت آب به سيمان ثابت و يا امکان کاهش مقدار آب را براي رسيدن به يک مقدار رواني مشابه با مخلوط شاهد را با تأثير بيشتر در مقايسه با روان‌کننده‌ها فراهم مي‌کنند. مدت اثر اين مواد موقتي است و طول مدت اثر آن بسته به نوع و ترکيب شيميايي اين مواد متغير مي‌باشد. 2-2-2- مقدمه فوق‌روان‌کننده‌ها (فوق‌کاهنده‌هاي آب) جهت حصول رواني بيشتر يک مخلوط بتني بدون افزايش مقدار آب و با حفظ نسبت آب به سيمان در عمليات بتن‌ريزي و تسهيل مراحل اجراي بتن استفاده مي‌شوند. در اين صورت دستيابي به خواص مطلوب مقاومتي و دوام بتن با کاهش مقدار آب در يک مخلوط بتني و با حفظ مقدار رواني امکان‌پذير است. اين مواد به دليل خواص ممتاز در ايجاد رواني بيشتر و امکان کاهش بيشتر آب مخلوط از افزودني‌هاي روان‌کننده متمايز گرديده‌اند. 2-2-3- ترکيب ‌ فوق‌روان‌کننده‌هاي (فوق‌کاهنده‌هاي آب) موجود و مورد مصرف را بطور کلي بر اساس ترکيبات شيميايي موجود در آنها مي‌توان در گروه‌هاي اصلي زير طبقه‌بندي کرد: - بتانفتالين سولفونات فرمالدئيد تغليظ شده - ملامين سولفونات فرمالدئيد تغليظ شده - ليگنوسولفونات‌هاي اصلاح شده - استرهاي اسيدهاي سولفونيک - نمک اسيدهاي کربوکسيليک/هيدروکربوکسيليک - اسيدهاي پلي کربوکسيليک اگرچه انواع بسياري از مواد با ترکيبات شيميايي متفاوت نيز وجود دارد و ادعا شده است که قابليت ايجاد رواني را در مخلوط‌هاي بتني دارند اما هنوز به لحاظ تجاري نتوانسته‌اند جاي خود را باز کنند و نمي‌توان آنها را در دسته‌هاي اصلي ذکر شده جاي داد. 2-2-4- مکانيزم عملکرد مکانيزم کار افزودني‌هاي فوق‌کاهنده آب با اساس نفتالين و ملامين بر پايه جذب سطحي قسمت آنيوني افزودني و سطح تماس آن با آب خالص است و به سطح مشترک آنها بستگي دارد. سر غيرقطبي پليمر قسمتي است که باعث جذب سطح سيمان مي‌شود و آب‌دوست بودن اين قسمت سبب ميل مخلوط به سوي انحلال مي‌شود. تأثير اساسي را افزايش بار منفي روي دانه‌هاي سيمان مي‌گذارد بدين ترتيب که ذرات سيمان يکديگر را دفع مي‌کنند (دافعه الکترواستاتيکي) و پراکندگي بوجود مي‌آيد. بنابراين نياز به آب کمتر شده که براي تهيه بتن با کارايي مناسب يک عامل ايده آل محسوب مي‌شود. بدون استفاده از افزودني‌هاي فوق‌کاهنده آب، اين ذرات ريز گرايش به لخته شدن دارند که اين پديده اقتضاي جاذبه نيروهاي مخالف سطح ذرات مجاور است. افزودني‌هاي فوق‌کاهنده آب با اساس کربوکسيليک بيش از افزودني‌هاي فوق‌کاهنده آب با اساس نفتالين يا ملامين، مکانيزم دوگانه الکترواستاتيک و دافعه را تقويت مي‌نمايند و پراکندگي سيمان را کنترل مي‌کنند. علاوه بر دافعه الکترواستاتيک، طرز قرار گرفتن مولکول‌ها و زنجيره فواصل آنها را نيز تنظيم مي‌کند (طرز استقرار اجزاء اتم در فضا به واسطه دافعه) و اين عامل به طور فيزيکي کمک مي‌کند تا ذرات سيمان جدا از يکديگر بمانند و اين اجازه مي‌دهد تا آب سطح تماس بيشتري از سيمان را احاطه کند. مکانيزم عملکرد مواد فوق‌روان‌کننده (فوق کاهنده آب) اساساً به قابليت آنها در جذب سطحي ذرات سيمان و اصلاح خواص و رفتار رئولوژي ماتريس سيمان مربوط است. مقدار و قدرت جذب سطحي اين مواد بستگي به ترکيب شيميايي و معدني سيمان، ريزي آن و همچنين مقدار فاز C3A دارد. تحقيقات نشان داده است که آلومينات کلسيم موجود در سيمان به سرعت مولکول‌هاي افزودني فوق‌روان‌کننده (فوق‌کاهنده آب) را جذب مي‌کند، حال آنکه سيليکات‌هاي کلسيم در ساعات اوليه هيدراسيون فقط مقدار کمي از اين مواد را به خود جذب مي‌کنند. افزايش رواني و کارايي بتن که با استفاده از اين مواد بدست مي‌آيد را مي‌توان به علل زير مربوط دانست. - به مقدار پتانسيل زتا (zeta) در لايه دوگانه الکتريکي که در سطح ذرات سيمان توسط گروه‌هاي قطبي زنجيره‌هاي فوق‌روان‌کننده جذب شده شکل گرفته است. - به وزن مولکولي ماده افزودني فوق‌روان‌کننده (فوق‌کاهنده آب) افت کارايي در مخلوط به روند کند کردن هيدراسيون سيمان بوسيله اين مواد مربوط مي‌شود. با کند شدن هيدراسيون افت کارايي کمتري در بتن تازه رخ مي‌دهد. 2-2-5- اثرات مواد فوق‌روان‌کننده (فوق‌کاهنده آب) مي‌توانند در دو حالت مورد استفاده قرار بگيرند. در يک حالت مي‌توانند رواني بيشتري را در يک نسبت آب به سيمان ثابت در مقايسه با بتن شاهد ايجاد کند (فوق‌روان‌کننده) و در حال ديگر بايد قادر باشند تا يک رواني ثابت را در مقايسه با يک بتن شاهد با کاهش آب مخلوط فراهم کنند (فوق‌کاهنده آب) كه در هر يک از اين حالات مورد استفاده قرار گيرند داراي اثراتي بر خواص بتن تازه و سخت شده هستند که در ادامه شرح داده مي‌شود: 2-2-5-1- بتن تازه الف) وزن مخصوص وزن مخصوص بتن تازه در حالتي که از اين مواد بعنوان فوق‌کاهنده آب استفاده شود، معمولاً افزايش مي‌يابد. ب) کارايي - رواني: مواد فوق‌روان‌کننده بطور چشمگيري، قابليت سياليت و رواني بتن را افزايش مي‌دهند. زماني که يک افزودني فوق روان‌کننده به بتن با مقدار آب ثابت اضافه مي‌شود، اسلامپ افزايش مي‌يابد. هر چه مقدار افزودني بيشتر باشد اسلامپ نيز بيشتر مي‌شود. معمولاً براي مقادير بيش از مقدار توصيه شده توسط سازندگان، اين افزودني‌ها اثري در افزايش اسلامپ ندارند و حتي ممکن است باعث ايجاد مشکلاتي مانند جداشدگي با آب‌‌انداختگي شوند. مقدار مورد نياز براي توليد بتن با رواني متفاوت به ويژگي‌هاي سيمان، اسلامپ اوليه، نسبت آب به سيمان (w/cm)، دما، زمان افزودن و تناسب ترکيبات بتن بستگي دارد. - چسبندگي: با استفاده از مواد فوق‌کاهنده آب چسبندگي مخلوط به مقدار زيادي بهبود مي‌يابد که اين در نتيجه کاهش مقدار آب در مخلوط بتن است. - مقدار هوا: مقدار هوا در مخلوط‌هاي داراي فوق‌روان‌کننده ممکن است به مقدار کمي افزايش يابد، بخصوص در مواردي که از فوق‌روان‌کننده به مقدار زياد استفاده شود. - افت اسلامپ: در يک کارايي اوليه مشابه، افت اسلامپ در يک مخلوط بتني داراي فوق‌کاهنده آب ممکن است بيش از مخلوط شاهد باشد. در نسبت آب به سيمان مشابه نيز، افت اسلامپ در يک مخلوط داراي فوق‌روان‌کننده ممکن است بيشتر و يا کمتر از مخلوط شاهد باشد و اين بستگي به عملکرد فوق‌روان‌کننده مصرفي دارد. - پمپاژپذيري: پمپاژپذيري بتن با استفاده از فوق‌روان‌کننده‌ها و فوق‌کاهنده‌هاي آب افزايش مي‌يابد که اين در نتيجه افزايش کارايي و ناشي از چسبندگي بهتر در مواردي است که از فوق‌کاهنده‌ها استفاده مي‌گردد. - جدايي: جدايي در اثر استفاده از افزودني‌هاي فوق‌روان‌کننده يا فوق‌کاهنده آب مشروط به اينکه نسبت‌هاي اجزاء مخلوط بتن بطور مناسب و صحيح طرح شده باشد، کاهش مي‌يابد. 2-2-5-2- مرحله گيرش الف) گيرش بطور کلي افزودني‌هاي فوق‌روان‌کننده به مقدار ناچيزي ممکن است زمان گيرش بتن را به تأخير اندازند. در حاليکه اين افزودني بعنوان فوق‌کاهنده آب و يا مقدار مصرف معمول مورد استفاده قرار گيرند اثر قابل ملاحظه‌اي بر گيرش ندارند. ب) جمع‌شدگي پلاستيک ترک خوردگي ناشي از جمع‌شدگي پلاستيک در صورت استفاده از مواد فوق‌کاهنده آب و در شرايطي که تبخير از سطح بتن زياد باشد ممکن است بيشتر شود، زيرا در اثر استفاده از اين مواد، آب‌انداختگي در سطح بتن کاهش مي‌يابد و سرعت تبخير از سطح از مقدار آب‌انداختگي بيشتر خواهد شد. پ) آب‌انداختگي: آب‌انداختگي در صورت استفاده از مواد فوق‌کاهنده آب کاهش مي‌يابد. در صورتيکه از اين مواد بعنوان فوق‌روان‌کننده استفاده شود و در مخلوط بتني دانه‌بندي سنگدانه مناسب نباشد آب‌انداختگي مي‌تواند افزايش يابد. 2-2-5-3- مرحله سخت شدن الف) مقاومت در صورت استفاده از اين مواد بعنوان فوق‌کاهنده آب، به دليل کاهش نسبت آب به سيمان در مخلوط، مقاومت بتن بطور قابل توجهي افزايش مي‌يابد. در حاليکه از اين مواد بعنوان فوق‌روان‌کننده استفاده شود در خواص مقاومتي بتن تغييري عمده و قابل توجه حاصل نمي‌شود، اما افزايش جزئي مقاومت گزارش شده است که به دليل پخش و توزيع بهتر سيمان در بتن، منطقي و قابل توجيه است. ب) تخلخل - جذب مويينه: جذب مويينه بتن در صورت استفاده از مواد افزودني در حالت فوق‌کاهنده آب بشدت کاهش مي‌يابد. - نفوذپذيري نفوذپذيري بتن بطور مستقيم با جذب مويينه که متأثر از نسبت آب به سيمان است، ارتباط دارد. لذا با استفاده از مواد افزودني فوق‌کاهنده آب، نفوذپذيري بتن به مقدار زيادي کاهش مي‌يابد. 2-2-6- نحوه مصرف افزودني هاي فوق‌روان‌کننده (فوق‌کاهنده آب) معمولاً بصورت محلول در آب مي‌باشند که مقدار مواد خشک موجود در آنها 30 تا 40 درصد وزني است. جهت مصرف اين مواد آنها را معمولاً به آب طرح اضافه مي‌کنند يا در مراحل پاياني اختلاط به مخلوط اضافه مي‌نمايند. اضافه کردن در مراحل پاياني اختلاط، سبب عملکرد بهتر اين مواد مي‌شود و توصيه مي‌شود اين روش استفاده شود. بعضي از اين مواد گاهي به شکل پودر مصرف مي‌شوند که قبل از اضافه کردن آب مخلوط، به سيمان يا سنگدانه اضافه مي‌شود که اين حالت بيشتر در ملات‌هاي خشک آماده و يا بتن‌هاي خشک که آب مخلوط در محل بتن‌ريزي اضافه مي‌گردد، بکار مي‌رود. مقدار مصرف بهينه اين مواد بر حسب نوع و خواص و ترکيب شيميايي آنها بسيار متفاوت است. همچنين به مواردي مانند نوع سيمان، دماي ساخت بتن و ... نيز بستگي دارد. مقدار مصرف صحيح اين مواد بايد قبلاً طبق توصيه‌هاي سازنده و در آزمايشگاه با در نظر داشتن شرايط محيطي و اقليمي در محل مصرف تعيين شود. 2-2-7- توصيه‌هاي مصرف • معمولاً زماني که براي تهيه يک بتن مناسب از افزودني فوق‌کاهنده آب استفاده مي‌شود، جداشدگي اتفاق نمي‌افتد. با اين وجود در نظر نگرفتن پيش بيني‌هاي لازم و عدم احتياط مي‌تواند سبب جداشدگي شود. نامتناسب بودن اجزاء بتن و اختلاط ناقص مي‌تواند سبب آب‌انداختگي و جداشدگي شود. • تناسب نادرست اجزاء بتن ممکن است در بتن‌هاي با اسلامپ کم آشکار نباشد، اما در بتن‌هاي روان با اسلامپ زياد اين نقص‌ها و کمبودها اهميت پيدا مي‌کنند و مي‌توانند سبب جداشدگي و يا آب‌انداختگي شوند. به همين علت است که جداشدگي در بتن‌هاي روان که با افزودني‌هاي فوق‌کاهنده آب ساخته مي‌شوند، بيشتر مشاهده مي‌شود. يک راه براي اطمينان يافتن از عدم جداشدگي، افزايش سنگدانه‌هاي ريز و استفاده از مصالح و سنگدانه‌ها با سطح زبرتر و توجه به دانه‌بندي سنگدانه و مواد ريز بتن است. • استفاده از يک افزودني فوق‌روان‌کننده/فوق کاهنده آب براي افزايش اسلامپ نبايد سبب افزايش آب‌انداختگي در يک بتن با نسبت‌هاي مناسب شود. به همين علت، در هنگام کار با افزودني‌هايي از نوع نمک اسيدهاي کربوکسيليک و هيدروکربوکسيليک که ميل به افزايش آب‌انداختگي بتن دارند بايد توجه لازم را نمود. آب‌انداختگي را مي‌توان از طريق تغيير ترکيب اجزاء بتن که در جلوگيري از جداشدگي نيز مؤثر است، کاهش داد. http://www.micgrouh.com/ هفت سین...