فوق روان کننده ها (فوق کاهنده های آب)

2-2- فوق روان کننده ها (فوق کاهنده های آب)
2-2-1- تعریف
فوق روان کننده ها (فوق کاهنده های آب) موادی هستند که امکان افزایش کارایی یک مخلوط بتنی را در نسبت آب به سیمان ثابت و یا امکان کاهش مقدار آب را برای رسیدن به یک مقدار روانی مشابه با مخلوط شاهد را با تأثیر بیشتر در مقایسه با روان کننده ها فراهم می کنند. مدت اثر این مواد موقتی است و طول مدت اثر آن بسته به نوع و ترکیب شیمیایی این مواد متغیر می باشد.

2-2-2- مقدمه
فوق روان کننده ها (فوق کاهنده های آب) جهت حصول روانی بیشتر یک مخلوط بتنی بدون افزایش مقدار آب و با حفظ نسبت آب به سیمان در عملیات بتن ریزی و تسهیل مراحل اجرای بتن استفاده می شوند. در این صورت دستیابی به خواص مطلوب مقاومتی و دوام بتن با کاهش مقدار آب در یک مخلوط بتنی و با حفظ مقدار روانی امکان پذیر است. این مواد به دلیل خواص ممتاز در ایجاد روانی بیشتر و امکان کاهش بیشتر آب مخلوط از افزودنی های روان کننده متمایز گردیده اند.

2-2-3- ترکیب
فوق روان کننده های (فوق کاهنده های آب) موجود و مورد مصرف را بطور کلی بر اساس ترکیبات شیمیایی موجود در آنها می توان در گروه های اصلی زیر طبقه بندی کرد:
- بتانفتالین سولفونات فرمالدئید تغلیظ شده
- ملامین سولفونات فرمالدئید تغلیظ شده
- لیگنوسولفونات های اصلاح شده
- استرهای اسیدهای سولفونیک
- نمک اسیدهای کربوکسیلیک/هیدروکربوکسیلیک
- اسیدهای پلی کربوکسیلیک

اگرچه انواع بسیاری از مواد با ترکیبات شیمیایی متفاوت نیز وجود دارد و ادعا شده است که قابلیت ایجاد روانی را در مخلوط های بتنی دارند اما هنوز به لحاظ تجاری نتوانسته اند جای خود را باز کنند و نمی توان آنها را در دسته های اصلی ذکر شده جای داد.

2-2-4- مکانیزم عملکرد
مکانیزم کار افزودنی های فوق کاهنده آب با اساس نفتالین و ملامین بر پایه جذب سطحی قسمت آنیونی افزودنی و سطح تماس آن با آب خالص است و به سطح مشترک آنها بستگی دارد. سر غیرقطبی پلیمر قسمتی است که باعث جذب سطح سیمان می شود و آب دوست بودن این قسمت سبب میل مخلوط به سوی انحلال می شود. تأثیر اساسی را افزایش بار منفی روی دانه های سیمان می گذارد بدین ترتیب که ذرات سیمان یکدیگر را دفع می کنند (دافعه الکترواستاتیکی) و پراکندگی بوجود می آید. بنابراین نیاز به آب کمتر شده که برای تهیه بتن با کارایی مناسب یک عامل ایده آل محسوب می شود. بدون استفاده از افزودنی های فوق کاهنده آب، این ذرات ریز گرایش به لخته شدن دارند که این پدیده اقتضای جاذبه نیروهای مخالف سطح ذرات مجاور است. افزودنی های فوق کاهنده آب با اساس کربوکسیلیک بیش از افزودنی های فوق کاهنده آب با اساس نفتالین یا ملامین، مکانیزم دوگانه الکترواستاتیک و دافعه را تقویت می نمایند و پراکندگی سیمان را کنترل می کنند. علاوه بر دافعه الکترواستاتیک، طرز قرار گرفتن مولکول ها و زنجیره فواصل آنها را نیز تنظیم می کند (طرز استقرار اجزاء اتم در فضا به واسطه دافعه) و این عامل به طور فیزیکی کمک می کند تا ذرات سیمان جدا از یکدیگر بمانند و این اجازه می دهد تا آب سطح تماس بیشتری از سیمان را احاطه کند.
مکانیزم عملکرد مواد فوق روان کننده (فوق کاهنده آب) اساساً به قابلیت آنها در جذب سطحی ذرات سیمان و اصلاح خواص و رفتار رئولوژی ماتریس سیمان مربوط است. مقدار و قدرت جذب سطحی این مواد بستگی به ترکیب شیمیایی و معدنی سیمان، ریزی آن و همچنین مقدار فاز C3A دارد.
تحقیقات نشان داده است که آلومینات کلسیم موجود در سیمان به سرعت مولکول های افزودنی فوق روان کننده (فوق کاهنده آب) را جذب می کند، حال آنکه سیلیکات های کلسیم در ساعات اولیه هیدراسیون فقط مقدار کمی از این مواد را به خود جذب می کنند.
افزایش روانی و کارایی بتن که با استفاده از این مواد بدست می آید را می توان به علل زیر مربوط دانست.
- به مقدار پتانسیل زتا (zeta) در لایه دوگانه الکتریکی که در سطح ذرات سیمان توسط گروه های قطبی زنجیره های فوق روان کننده جذب شده شکل گرفته است.
- به وزن مولکولی ماده افزودنی فوق روان کننده (فوق کاهنده آب)
افت کارایی در مخلوط به روند کند کردن هیدراسیون سیمان بوسیله این مواد مربوط می شود. با کند شدن هیدراسیون افت کارایی کمتری در بتن تازه رخ می دهد.

2-2-5- اثرات
مواد فوق روان کننده (فوق کاهنده آب) می توانند در دو حالت مورد استفاده قرار بگیرند. در یک حالت می توانند روانی بیشتری را در یک نسبت آب به سیمان ثابت در مقایسه با بتن شاهد ایجاد کند (فوق روان کننده) و در حال دیگر باید قادر باشند تا یک روانی ثابت را در مقایسه با یک بتن شاهد با کاهش آب مخلوط فراهم کنند (فوق کاهنده آب) که در هر یک از این حالات مورد استفاده قرار گیرند دارای اثراتی بر خواص بتن تازه و سخت شده هستند که در ادامه شرح داده می شود:


2-2-5-1- بتن تازه
الف) وزن مخصوص
وزن مخصوص بتن تازه در حالتی که از این مواد بعنوان فوق کاهنده آب استفاده شود، معمولاً افزایش می یابد.

ب) کارایی
- روانی: مواد فوق روان کننده بطور چشمگیری، قابلیت سیالیت و روانی بتن را افزایش می دهند. زمانی که یک افزودنی فوق روان کننده به بتن با مقدار آب ثابت اضافه می شود، اسلامپ افزایش می یابد. هر چه مقدار افزودنی بیشتر باشد اسلامپ نیز بیشتر می شود. معمولاً برای مقادیر بیش از مقدار توصیه شده توسط سازندگان، این افزودنی ها اثری در افزایش اسلامپ ندارند و حتی ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی مانند جداشدگی با آب انداختگی شوند. مقدار مورد نیاز برای تولید بتن با روانی متفاوت به ویژگی های سیمان، اسلامپ اولیه، نسبت آب به سیمان (w/cm)، دما، زمان افزودن و تناسب ترکیبات بتن بستگی دارد.

- چسبندگی: با استفاده از مواد فوق کاهنده آب چسبندگی مخلوط به مقدار زیادی بهبود می یابد که این در نتیجه کاهش مقدار آب در مخلوط بتن است.

- مقدار هوا: مقدار هوا در مخلوط های دارای فوق روان کننده ممکن است به مقدار کمی افزایش یابد، بخصوص در مواردی که از فوق روان کننده به مقدار زیاد استفاده شود.

- افت اسلامپ: در یک کارایی اولیه مشابه، افت اسلامپ در یک مخلوط بتنی دارای فوق کاهنده آب ممکن است بیش از مخلوط شاهد باشد. در نسبت آب به سیمان مشابه نیز، افت اسلامپ در یک مخلوط دارای فوق روان کننده ممکن است بیشتر و یا کمتر از مخلوط شاهد باشد و این بستگی به عملکرد فوق روان کننده مصرفی دارد.

- پمپاژپذیری: پمپاژپذیری بتن با استفاده از فوق روان کننده ها و فوق کاهنده های آب افزایش می یابد که این در نتیجه افزایش کارایی و ناشی از چسبندگی بهتر در مواردی است که از فوق کاهنده ها استفاده می گردد.

- جدایی: جدایی در اثر استفاده از افزودنی های فوق روان کننده یا فوق کاهنده آب مشروط به اینکه نسبت های اجزاء مخلوط بتن بطور مناسب و صحیح طرح شده باشد، کاهش می یابد.

2-2-5-2- مرحله گیرش
الف) گیرش
بطور کلی افزودنی های فوق روان کننده به مقدار ناچیزی ممکن است زمان گیرش بتن را به تأخیر اندازند. در حالیکه این افزودنی بعنوان فوق کاهنده آب و یا مقدار مصرف معمول مورد استفاده قرار گیرند اثر قابل ملاحظه ای بر گیرش ندارند.

ب) جمع شدگی پلاستیک
ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی پلاستیک در صورت استفاده از مواد فوق کاهنده آب و در شرایطی که تبخیر از سطح بتن زیاد باشد ممکن است بیشتر شود، زیرا در اثر استفاده از این مواد، آب انداختگی در سطح بتن کاهش می یابد و سرعت تبخیر از سطح از مقدار آب انداختگی بیشتر خواهد شد.


پ) آب انداختگی:
آب انداختگی در صورت استفاده از مواد فوق کاهنده آب کاهش می یابد. در صورتیکه از این مواد بعنوان فوق روان کننده استفاده شود و در مخلوط بتنی دانه بندی سنگدانه مناسب نباشد آب انداختگی می تواند افزایش یابد.

2-2-5-3- مرحله سخت شدن
الف) مقاومت
در صورت استفاده از این مواد بعنوان فوق کاهنده آب، به دلیل کاهش نسبت آب به سیمان در مخلوط، مقاومت بتن بطور قابل توجهی افزایش می یابد. در حالیکه از این مواد بعنوان فوق روان کننده استفاده شود در خواص مقاومتی بتن تغییری عمده و قابل توجه حاصل نمی شود، اما افزایش جزئی مقاومت گزارش شده است که به دلیل پخش و توزیع بهتر سیمان در بتن، منطقی و قابل توجیه است.

ب) تخلخل
- جذب مویینه: جذب مویینه بتن در صورت استفاده از مواد افزودنی در حالت فوق کاهنده آب بشدت کاهش می یابد.

- نفوذپذیری
نفوذپذیری بتن بطور مستقیم با جذب مویینه که متأثر از نسبت آب به سیمان است، ارتباط دارد. لذا با استفاده از مواد افزودنی فوق کاهنده آب، نفوذپذیری بتن به مقدار زیادی کاهش می یابد.


2-2-6- نحوه مصرف
افزودنی های فوق روان کننده (فوق کاهنده آب) معمولاً بصورت محلول در آب می باشند که مقدار مواد خشک موجود در آنها 30 تا 40 درصد وزنی است. جهت مصرف این مواد آنها را معمولاً به آب طرح اضافه می کنند یا در مراحل پایانی اختلاط به مخلوط اضافه می نمایند. اضافه کردن در مراحل پایانی اختلاط، سبب عملکرد بهتر این مواد می شود و توصیه می شود این روش استفاده شود. بعضی از این مواد گاهی به شکل پودر مصرف می شوند که قبل از اضافه کردن آب مخلوط، به سیمان یا سنگدانه اضافه می شود که این حالت بیشتر در ملات های خشک آماده و یا بتن های خشک که آب مخلوط در محل بتن ریزی اضافه می گردد، بکار می رود.
مقدار مصرف بهینه این مواد بر حسب نوع و خواص و ترکیب شیمیایی آنها بسیار متفاوت است. همچنین به مواردی مانند نوع سیمان، دمای ساخت بتن و ... نیز بستگی دارد. مقدار مصرف صحیح این مواد باید قبلاً طبق توصیه های سازنده و در آزمایشگاه با در نظر داشتن شرایط محیطی و اقلیمی در محل مصرف تعیین شود.

2-2-7- توصیه های مصرف
•معمولاً زمانی که برای تهیه یک بتن مناسب از افزودنی فوق کاهنده آب استفاده می شود، جداشدگی اتفاق نمی افتد. با این وجود در نظر نگرفتن پیش بینی های لازم و عدم احتیاط می تواند سبب جداشدگی شود. نامتناسب بودن اجزاء بتن و اختلاط ناقص می تواند سبب آب انداختگی و جداشدگی شود.
•تناسب نادرست اجزاء بتن ممکن است در بتن های با اسلامپ کم آشکار نباشد، اما در بتن های روان با اسلامپ زیاد این نقص ها و کمبودها اهمیت پیدا می کنند و می توانند سبب جداشدگی و یا آب انداختگی شوند. به همین علت است که جداشدگی در بتن های روان که با افزودنی های فوق کاهنده آب ساخته می شوند، بیشتر مشاهده می شود. یک راه برای اطمینان یافتن از عدم جداشدگی، افزایش سنگدانه های ریز و استفاده از مصالح و سنگدانه ها با سطح زبرتر و توجه به دانه بندی سنگدانه و مواد ریز بتن است.
•استفاده از یک افزودنی فوق روان کننده/فوق کاهنده آب برای افزایش اسلامپ نباید سبب افزایش آب انداختگی در یک بتن با نسبت های مناسب شود. به همین علت، در هنگام کار با افزودنی هایی از نوع نمک اسیدهای کربوکسیلیک و هیدروکربوکسیلیک که میل به افزایش آب انداختگی بتن دارند باید توجه لازم را نمود. آب انداختگی را می توان از طریق تغییر ترکیب اجزاء بتن که در جلوگیری از جداشدگی نیز مؤثر است، کاهش داد.

مواد مهندسی ایمن بتن ، مواد افزودنی بتن ، ضد یخ پودری باکیفیت ، ضد یخ با کلراید باکیفیت ، ضد یخ بدون کلراید باکیفیت ، گروت ریزی ، چسب بتن ارزان ، ضد یخ پودری ارزان ، گروت نوعی ملات آماده ، اسپیسر ارزا