فوق روان کننده ها

کاهش دهنده های آب طیف بالا ( فوق روان کننده ها ) دسته ای از مواد افزودنی هستند که بطور چشمگیری کارپذیری (Workability) ملات ها و بتن ها را با ثابت نگهداشتن نسبت آب به سیمان افزایش می دهند .عموما تاثیر آنها روی کارپذیری موفق یا متغیر است . میتوان ملات ها و بتن های دارای یک کارپذیری یکسان را با مقدار کمتری آب _ با کاهش بیش از 12 درصد–بدون تاخیر ناخواسته در گیرش ،  مقدار اضافی هوا یا آب آوری مضر ،  ساخت .

پس فوق روان کننده ها می توانند:

الف) با یک نسبت آب به سیمان (W/C)، بتن با کارپذیری بالاتری نسبت به بتن ساده بسازند.

ب) در یک کارپذیری ثابت (یکسان) به مقدار قابل ملاحظه ای نسبت آب به سیمان را کاهش دهند،  که نتیجه آن تولید بتن با مقاومت بالا است .

مورد (الف) این اماکن را میدهد که بتوان از طریق افزودن فوق روان کننده ” بتن روان ” یا “Flowing Concrete”  تولید نمود که کاملا قابل پمپ شدن بوده و به خودی خود پخش می شود (Self Leveling) و برای تراکم به حداقل ویبراسیون نیاز دارد . در بتن روان پدیده جداشدگی دانه ها و جداشدن آب به علت چسبندگی داخلی مخلوط تازه حتی در روانی فوق العاده زیاد اتفاق نمی افتد و یا خیلی کمتر از موارد استفاده از روان کننده های معمولی است .

درمورد بند (ب) که استفاده از مواد افزودنی به عنوان کاهش دهنده آب است،  امکان ساختن بتن با مقاومت بالا ( مثلا 60 مگاپاسکال ) در فضا های کارگاهی با عمل آوری (Curing) معمولی و تا مقاومت های بسیار بالا ( مثلا 150 مگاپاسکال ) در صورتی که در عمل آوری از اتوکلاو استفاده شود،  وجود دارد.

ترکیبات:

فوق روان کننده های رایج برحسب ماهیت شیمیایی آنها در چند گروه اصلی تقسیم بندی می شوند:

• پلیمر بتا نفتالین سولفونات فرمالدئید (Beta-Naphtalene Sulphonate Formaldehyde Condensates)
• پلیمر ملامین سولفونات فرمالدئید(Melamine Sulphonate Formaldehde Condensate)
• لیگنو سولفونات اصلاح شده (Modified Ligno Sulphonate)
• استر های اسید سولفونیک (Esters of Sulfonic Acids)
• نمک های اسیدهای کربوکسیلیک ( هیدرواکسی کربوکسیلیک ) (Salt of Carboxylic / Hydroxy Carboxylic Acids)

مکانیزم عمل :

مکانیزم عمل فوق روان کننده عمدتا بر اساس قابلیت جذب شدن آنها روی ذرات سیمان و بهبود رفتار Rheologic ماتریس سیمان است، سرعت جذب فوق روان کننده ها بستگی به ترکیبات معدنی ، نرمی (سطح ویژه) و بخصوص مقدار C 3A (3Ca O.Al2 O3) سیمان دارد. مشخص شده است که آلومینات کلسیم مولکول های فوق روان کننده را بسیار سریع جذب می کند.

عمل افزایش کارپذیری  با استفاده از فوق روان کننده ها با خواص زیر توضیح داده می شود :

1. مقدار پتانسیل Zeta لایه الکتریکی دوبلی که روی ذرات سیمان توسط گروه های قطبی زنجیره های فوق روان کننده جذب شده ایجاد می شود.
2. وزن مولکولی فوق روان کننده ها و نرخ کاهش کارپذیری به مقدار زمان به تاخیر افتادن گیرش در هیدراسیون سیمان مربوط می شود.

چگونگی مصرف :

مواد افزودنی فوق روان کننده کاهش دهنده آب طیف بالا High-Range Water Reducer معمولا به صورت مایع با محتوای 30 تا 40 درصد وزنی ماده فعال جامد هستند، معمولا با آب اختلاط به مخلوط سیمان اضافه می شوند، مشخص شده است که افزودن آنها پس از افزودن آب اختلاط عملکرد بهتری دارد.

بعضی از مواد فوق روان کننده به صورت پودری مصرف می شوند؛ در این حالت این این مواد قبل از افزودن آب به مصالح و سیمان اضافه می شوند.

مقدار مصرف فوق روان کننده ها بستگی به نوع ماده دارد و باید بنا به توصیه تولید کننده مصرف شوند.

موارد مصرف :

موفقیت روان کننده ها در بازار ناشی از محاسنی است که به شرح زیر خلاصه می شود :

1) بعنوان کاهش دهنده آب طیف بالا.

کاهش نسبت آب به سیمان (W/C) که در نتیجه تمام ویژگی های بتن بهبود می یابد افزایش مقاومت فشاری و پیچشی ، کاهش نفوذپذیری ، خزش ، افت .

2) بعنوان فوق روان کننده مصرف می شود.

تولید بتن های دارای کیفیت خوب با کارپذیری بالا ، بتن ریزی آسان حتی در مواردی که آرماتورهای فولادی بسیار متراکم است .

خزش (Creep):

استفاده از کاهش دهنده های آب طیف بالا خزش را به دلیل کم شدن نسبت آب به سیمان بتن ، کاهش می دهد .

افت ناشی از خشک شدن (Drying shrinkage):

بطور عمده با مصرف کاهش دهنده آب طیف بالابدلیل کم شدن مقدار آب کاهش می یابد .
نشان داده شده است که وقتی بتن با ماده افزودنی تحت عنوان فوق روان کننده ساخته می شود ، افت آن برای همان درصد از کاهش رطوبت ، ( از دست دادن رطوبت ) بیشتر از بتن تولید شده با همان مقدار آب ولی بدون استفاده از فوق روان کننده است از طرف دیگر همچنین نشان داده شده است در شرایط یکسان عمل آوری (Curing) افت بتن دارای فوق روان کننده مشابه همان بتن (ساده) بدون ماده افزودنی است .

می توان نتیجه گرفت که سیمان خوب پخش شده در بتن دارای فوق روان کننده ساختار مویینه ظریف تری ایجاد می کند که نرخ از دست دادن رطوبت بتن را در شرایط محیطی متعارف کاهش میدهد ، بنراین افت یک بتن دارا فوق روان کننده عملا مشابه یک بتن معمولی ساخته شده با همان مقدار آب می شود .

تاثیر فوق روان کننده (کاهش دهنده آب طیف بالا) بر خواص بتن

مرحله تازه
1) وزن مخصوص
وزن مخصوص بتن با استفاده از مواد فوق روان کننده افزایش می یاد .

2) کارپذیری
فوق روان کننده ها بشدت ، قابلیت بتن را برای روان شدن افزایش م دهند .

3) چسبندگی (Cohesion)
چسبندگی با استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا ، در نتیجه کاهش آب بتن به مقدار زیادی افزایش می یابد .

4) مقدار حباب هوا
محتوای حباب هوای بتن ، اندکی افزایش می یابد ، بخصوص در مواردی که مقدار مصرف ماده افزودنی به عنوان فوق روان کننده زیاد باشد .

5) کاهش اسلامپ
با یک کارپذیری یکسان ، کاهش اسلامپ (Slump Loss) در بتن های دارای کاهش دهنده آب طیف بالا ، بالاتر از بتن بدون مواد افزودنی است . در یک نسبت آب به سیمان واحد ، کاهش اسلامپ بتن دارای فوق روان کننده ، بالاتر یا پایین تر از بتن شاهد است .

6) قابلیت پمپ شدن
قابلیت پمپ شدن بتن با استفاده از فوق روان کننده در نتیجه افزایش کارپذیری و در مورد استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا در نتیجه افزایش چسبندگی ، بهتر می شود .

7) جداشدگی دانه ها
جداشدگی دانه ها در هر دو موردی که از ماده افزودنی به عنوان فوق روان کننده یا کاهش دهنده آب طیف بالا استفاده می شود ، کاهش می یابد مشروط بر اینکه طراحی بتن صحیح باشد .

مرحله گیرش

1 ) گیرش (Setting)
بطور معمول وقتی ماده افزودنی به عنوان فوق روان کننده استفاده شود مختصری گیرش بتن را به تاخیر می اندازد . در حالیکه وقتی به عنوان کاهش دهنده آب با مقدار مصرف معمولی ( صحیح) استفاده شود تاخیر محسوسی نمی دهد .

2) افت پلاستیک (Plastic Shrinkage)
افت پلاستیک می تواند در اثر مصرف کاهش دهنده آب طیف بالا در شرایط محیطی که میزان تبخیر بیشتر ا ظرفیت آب آوری کاهش یافته بتن در اثر استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا باشد ، افزایش یابد .

3) آب آوری (Bleeding)
با استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا، کاهش می یابد . در صورت نادرست بودن طراحی آب آوری می تواند با اضافه کردن فوق روان کننده به بتن زیاد شود .

مرحله سخت شده

1) مقاومت
مقاومت هنگامی که از کاهش دهنده آب طیف بالا استفاده می شود  به دلیل کاهش آب بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد ، درحالیکه در مورد مصرف فوق روان کننده مقاومت اساسا بهبودی نمی یابد.

2) جذب موئینه (Capillary Absorption)
وقتی از کاهش دهنده آب طیف بالا استفاده می شود جذب موئینه بتن به شدت کاهش می یابد .

3) نفوذپذیری (Permeability)
نفوذپذیری بتن مستقیما به تخلخل موئینه آن که تحت تاثیر نسبت آب به سیمان است و خود می تواند با استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا کاهش یابد، مربوط شود .

4) سیکل انجماد و ذوب یخ
معمولا کاهش دهنده آب طیف بالا ( فوق روان کننده ) مقداری هوا در مخلوط بتن تولید میکند ولی بعضی از حباب های تولید شده هوا بزرگتر از حباب های تولید شده با عوامل هوازا هستند ؛ بنابراین برای افزایش دوام بتن در مقابل یخ زدگی و ذوب یخ ، مفید نیستند .

5) حمله محلول های مضر ( خورنده )
ایستادگی ( پایداری ) بتن ها در مقابل محلول های خورنده در اثر استفاده از کاهش دهنده آب طیف بالا بدلیل کاهش تخلخل موئینه بتن زیاد می شود. اگر ماده افزودنی به عنوان فوق روان کننده مصرف شود این پایداری را ایجاد نمی کند .