فوق روان کننده ها در بتن خود متراکم (SCC)
بتن خود متراکم ( SCC )به عنوان یک نوآوری مهم در صنعت ساخت و ساز، امکان جایگیری بتن تحت وزن خود بدون نیاز به ویبره را فراهم میکند. این نوع بتن با استفاده از افزودنیهای شیمیایی مانند فوق روان کننده بتن، روان کننده بتن و ابر روان کننده بتن، خواص کارایی، مقاومت و دوام بتن را بهبود میبخشد. در این مقاله، بر اساس بررسیهای انجام شده در مقالات علمی، اثر فوق روان کننده بر بتن، به ویژه در بتن SCC، مورد تحلیل قرار میگیرد. این بررسی نشان میدهد که استفاده از فوق روان کنندهها میتواند مقاومت بتن را افزایش دهد و مشکلات مربوط به تراکم در سازههای پیچیده را حل کند. مقاله حاضر به بررسی تاریخچه، روشهای طراحی، مطالعات تجربی و نتیجهگیری میپردازد.
بتن به عنوان یکی از پرکاربردترین مواد ساختمانی، از سیمان، سنگدانههای ریز و درشت و آب تشکیل شده است. خواصی مانند مقاومت بالا، قابلیت شکل پذیری، مقاومت در برابر آتش و هزینه پایین، بتن را به انتخاب اول در پروژههای ساختمانی تبدیل کرده است. با پیشرفت زیرساختها مانند ساختمانهای بلند، پلها و فرودگاهها، نیاز به بتنهایی با کارایی بالاتر افزایش یافته است. در این میان، بتن خود متراکم
(بتن SCC) نقش کلیدی ایفا میکند. بتن SCC بتن خاصی است که بدون نیاز به ویبره، تحت وزن خود جریان مییابد و قالب ها را در حضور آرماتورهای متراکم پر میکند.
فوق روان کننده بتن، که گاهی به عنوان ابر روان کننده بتن شناخته میشود، افزودنیهای شیمیایی هستند که ویسکوزیته بتن را کاهش میدهند و کارایی آن را افزایش میدهند. این افزودنیها شامل انواع پلیکربوکسیلات اتر (PCE)، سولفونات نفتالین فرمالدهید (NSF) و غیره هستند. اثر فوق روان کننده بر بتن نه تنها کارایی تازه بتن را بهبود میبخشد، بلکه میتواند بر مقاومت بتن در حالت سخت شده نیز تأثیر مثبت بگذارد. هدف این مقاله، بررسی اثرات این افزودنیها بر بتن SCC بر اساس مطالعات موجود است.
در سالهای اخیر، توسعه زیرساختها نیاز به بتنهایی با قابلیت تراکم بالا را افزایش داده است. مشکلات مانند کمبود نیروی کار، تراکم ناکافی و بتنریزی در مناطق با آرماتور متراکم، استفاده از بتن SCC را تبدیل به یک ضرروت کرده است. بتن با استفاده از فوق روان کننده بتن، میتواند جریان پذیری بالایی داشته باشد و دوام بیشتری ارائه دهد. در ادامه، به بررسی ادبیات مرتبط پرداخته میشود.
تاریخچه و توسعه بتن SCC
بتن خود متراکم برای اولین بار در دهه ۱۹۸۰ در ژاپن توسعه یافت. هاجیمه اوکامورا و همکاران (۲۰۰۳) در مورد تکنیک های دستیابی به بتن خود متراکم بحث کردند. آنها روش طراحی مخلوط بتن SCC را بر اساس مطالعات خمیر و ملات ، با تمرکز بر سازگاری با فوق روان کننده بتن پیشنهاد کردند. آزمایشهایی برای توانایی عبور، پر کردن، جریان پذیری و مقاومت در برابر جدایی دانه ها انجام شد. این مطالعات نشان داد که افزودنی فوق روان کننده نقش کلیدی در دستیابی به این خواص دارد.
بوراک فلکوغلو و همکاران (۲۰۰۷) سه نوع فوق روان کننده بتن مبتنی بر پلیکربوکسیلات را بررسی کردند. آنها اثر ابر روان کننده بتن بر زمان گیرش، کارایی بتن SCC و افزایش مقاومت بتن را مطالعه کردند. نتایج نشان داد که نسبت آب به سیمان نیز در حفظ کارایی مهم است. مخلوط با ۲.۳ درصد وزنی از نوع P3 بهترین نتایج را داشت، هرچند زمان گیرش طولانیتر و کاهش مقاومت اولیه مشاهده شد. این مطالعه تأکید کرد که اثر فوق روان کننده بر بتن میتواند مثبت باشد، اما نیاز به تنظیم دقیق دوز دارد.
انواع فوق روان کنندهها و اثرات آنها
اواانجلین کی و همکاران (۲۰۱۱) اثر سه نوع فوق روان کننده بتن شامل NSF، PCE و MPCE (پلیکربوکسیلات اتر اصلاحشده) را بر خواص مکانیکی و کارایی بتن SCC بررسی کردند. مقایسه نشان داد که PCE و MPCE نتایج بهتری ارائه میدهند. کارایی بتن با PCE برای مدت طولانیتری حفظ میشود، در حالی که MPCE کارایی بهتری برای زمان طولانیتر فراهم میکند. بنابراین، MPCE به عنوان بهترین روان کننده بتن از نظر خواص تازه و سخت شده و اقتصادی انتخاب شد.
سی. پارا و همکاران (۲۰۱۱) خواص سخت شده بتن SCC مانند مقاومت کششی ، مدول الاستیسیته و آزمون نفوذ جیوه (MIP) را بحث کردند. نتایج نشان داد که مقاومت کششی بتن SCC با پرکننده آهکی حدود ۱۵ درصد کمتر از بتن ویبره معمولی (NVC) است. رفتار تغییرشکل بتن SCC مشابه NVC است. افزودن پرکننده آهکی باعث بستهبندی بهتر ذرات میشود و ساختار متخلخل بتن SCC ریزتر است، که سفتی خمیر را افزایش میدهد. این مطالعه نشان میدهد که افزودنی فوق روان کننده میتواند مقاومت بتن را بهبود بخشد.
رافات صدیقه (۲۰۱۱) خواص بتن SCC با درصدهای مختلف خاکستر بادی کلاس F (۱۵ تا ۳۵ درصد) را بررسی کرد. پارامترهای خودتراکمی، خواص مقاومتی و دوام مورد مطالعه قرار گرفت. عمق کربناته با افزایش سن افزایش یافت و حداکثر در بتن با ۲۰ درصد خاکستر بادی مشاهده شد. کاهش نفوذپذیری یون کلرید در بتن با خاکستر بادی به کمتر از ۷۰۰ و ۴۰۰ کولومب در ۹۰ و ۳۶۵ روز رسید. این نتایج نشاندهنده اثر مثبت ابر روان کننده بتن همراه با خاکستر بادی بر دوام است.
کولومب واحد اندازهگیری نفوذپذیری یون کلرید (Chloride Ion Penetrability) اشاره دارد که بر اساس آزمایش نفوذپذیری سریع کلرید (Rapid Chloride Permeability Test یا RCPT) اندازهگیری میشود.
روشهای طراحی و آزمایشها
کریشنا مورتی و همکاران (۲۰۱۲) روش آزمایشی برای طراحی مخلوط بتن SCC پیشنهاد کردند. با ۲۹ درصد سنگدانه درشت، سیمان با متاکائولین و خاکستر بادی کلاس F جایگزین شد. سنگدانههای خردشده گرانیت ۱۶ و ۱۲.۵ میلیمتری به نسبت ۶۰:۴۰ استفاده شد. این ابزار طراحی ساده و کاربرپسند برای بتن SCC با یا بدون سیمان ترکیبی است.
جاناردانا ماگانتی و همکارانش در سال ۲۰۱۲ تحقیقی انجام دادند تا ببینند فوق روانکنندههای مبتنی بر NSF (سولفونات نفتالین فرمالدهید) و لیگنوسولفونات با سه نوع سیمان سرباره پرتلند چقدر سازگار هستند. آنها دو نوع مخلوط بتن با مقاومت ۲۵ و ۴۰ مگاپاسکال را آزمایش کردند. نتایج نشان داد که برای سیمان شماره ۳، مقدار کمتری از فوق روانکننده لازم است و در عین حال این بتن مقاومت بالاتری داشت. همینطور ، دورگش جادهاو در سال ۲۰۱۶ با استفاده از آزمون مخروط مارش بررسی کرد که افزودنیهای شیمیایی چقدر با سیمان سازگار هستند. این تحقیقات نشان میدهد که نوع سیمان تاثیر بسزایی بر عملکرد فوق روان کننده ها و مقاومت نهایی بتن دارد.
ناناک جی پامنانی و همکاران (۲۰۱۳) مطالعات تجربی برای یافتن دوز بهینه فوق روان کنندههای PCE با استفاده از آزمون مخروط مارش انجام دادند. سه برند مختلف بررسی شد و نتیجه گرفتند که همه سازگار هستند اما دوز بهینه متفاوت است.
اس. ام. ماهشواراپا و همکاران (۲۰۱۴) اثر سازگاری فوق روان کننده بتن بر کارایی، مقاومت اولیه و ویژگیهای سفتشدن خمیر و ملات OPC، PPC و PSC را مطالعه کردند. PCE بهتر از NSF با همه سیمانها سازگار است. دوز ۰.۸-۱ درصد برای ملات بیشتر از خمیر است.
ای. کی. شریواستاوا و همکاران (۲۰۱۶) مسائل سازگاری سیمان PPC با افزودنی کاهشدهنده آب NSF را مطالعه کردند. دوز برای یک برند ۰.۹ درصد و برای دیگری ۱.۱ درصد بود.
ناگاراجو. اس و همکاران (۲۰۱۸) اثر دوزهای مختلف افزودنی بر خواص تازه بتن SCC و مقاومت فشاری را بررسی کردند. هفت مخلوط M40 با ADVA960 (بر پایه پلیکربوکسیلات اتر) استفاده شد. بتن با ۰.۵ درصد دوز و ۵۵۰ کیلوگرم سیمان همه الزامات را برآورده کرد.
نتیجهگیری از بررسیها
از تحلیل مقالات، مشخص است که انواع فوق روان کننده بتن میتواند برای بتن SCC استفاده شود. تعیین نقطه اشباع با آزمون مخروط مارش رایج است. فوق روان کننده پلی کربکسیلات اتر بهترین نتایج در دوام، کارایی و مقاومت بتن ارائه میدهد.
نتیجهگیری
بتن خود متراکم با استفاده از روان کننده بتن و ابر روان کننده بتن، تحول بزرگی در صنعت ساخت ایجاد کرده است. اثر فوق روان کننده بر بتن شامل افزایش جریانپذیری، کاهش جدایی و بهبود مقاومت بتن است. مطالعات نشان میدهد کهفوق روان کننده پلی کربکسیلات اتر ( PCE ) بهترین گزینه است. برای تحقیقات آینده، تمرکز بر دوز بهینه و ترکیب با مواد معدنی پیشنهاد میشود. این مقاله بر اساس بررسی ادبیات، راهنمایی برای مهندسان فراهم میکند.
در دنیای ساختوساز مدرن، بتن خود متراکم ( SCC )با کمک فوق روانکنندههای پیشرفته، جریانپذیری عالی، کارایی بالا و دوام طولانیمدت را تضمین میکند. شرکت وندشیمی ساختمان، با بیش از 4 دهه تجربه در تولید افزودنیهای بتن، فوق روانکنندههای پلیکربوکسیلاتی (PCE) و NSF -based را عرضه میکند که بر اساس استانداردهای بینالمللی تست شده و سازگاری کامل با سیمانهای مختلف را دارند. این محصولات نه تنها ویسکوزیته بتن را کاهش میدهند، بلکه مقاومت فشاری، کششی و نفوذپذیری کلرید را تا ۳۰% افزایش میدهند و بسیار ایدهآل برای پروژههای پیچیده مانند ساختمانهای بلند، پلها و سازههای متراکم آرماتورهستند. جهت کسب اطلاعات بیشتر کافیست با همکاران ما در بخش فنی و فروش تماس حاصل فرمایید.
منابع
[1] A.K.Shrivastava and Munendra Kumar, “Compatibility issues of cement with water reducing admixture in concrete”, Perspectives in Science, April ۲۰۱۶.
[2] Burak Felekoglu and Hasan Sarikahya, “Effect of chemical structure of polycarboxylate-based superplasticizers on workability retention of self-compacting concrete”, Construction and Building Materials, Vol. ۲۲, pp. ۱۹۷۲-۱۹۸۰, August ۲۰۰۷.
[3] C.Parra, M. Valcuende and F. Gomez, “Split tensile strength and Modulus of elasticity of self-compacting concrete”, Construction and Building Materials Vol. ۲۵, pp. ۲۰۱-۲۰۷, January ۲۰۱۱.
[4] Durgesh Jadhav, “Compatibility of Chemical Admixture with Cement : Marsh Cone Test”, Proceedings of ۵۲nd International Conference, ۱۷ April ۲۰۱۶.
[5] Evangeline. K and Dr. M. Neelamegam, “Effect of Superplasticizer on Workability and Mechanical Properties of Self-Compacting Concrete”, National Conference on Advances in Traffic, Construction Materials and Environmental Engineering, ۲۰۱۱.
[6] Hajime Okamura and Masahiro Ouchi, “Self-Compacting Concrete”, Journal of Advanced Concrete Technology, Vol.۱, No. ۱, pp. ۵-۱۵, April ۲۰۰۳.
[7] Janardhana Maganti and V. Siva Prasada Raju, “Compatibility of Sulphonated Naphthalene Formaldehyde and Lignosulphonates based Superplasticizer with Portland Slag Cements,” Third International Conference on Sustainable Construction Materials and Technology, ۲۰۱۲.
[8] Krishna Murthy. N , Narasimha Rao A.V, Ramana Reddy I.V, Vijaya Sekhar Reddy .M, “Mix Design Procedure for Self Compacting Concrete”, IOSR Journal of Engineering, Vol. ۲(۹), pp. ۳۳-۴۱, September ۲۰۱۲.
[9] Nagaraju, S. Vijaya Bhaskar Reddy, T. Suresh, “Influence of Chemical Admixture Dosage on Fresh Properties of Self- Compacting Concrete”, International Journal of Engineering Science Invention, Vol. ۷, Issue ۶, Ver. I, pp.۶۹-۷۶, June ۲۰۱۸.
[10] Nanak.J.Pamnani , Palakkumar D.Patel, Dr.A.K.Verma, Jayeshkumar Pitroda, “Comparison and Optimization of Dosage of Different Superplasticizers for Self -Compacting Concrete using Marsh Cone Test”, IJEIT, Vol. ۲, Issue ۸, February ۲۰۱۳.
[11] Rafat Siddique, “Properties of Self-Compacting Concrete Containing Class F Flyash”, Materials and Design, Vol. ۳۲, pp ۱۵۰۱-۱۵۰۷, ۲۰۱۱.
[12] S.M.Maheshwarappa, Madhuvan.S, Chetan Kumar K.M, J.K.Dattatreya, “Effect of Superplasticizers Compatibility on the Workability , Early Age Strength and Stiffening Characteristics of OPC,PPC and PSC Pastes and Mortar”, International Journal of Research in Engineering and Technology , Vol. ۳, Issue ۳, May ۲۰۱۴.
[13] Self-Compacting Concrete, http://www.theconcreteportal.com/scc.html
