برای ساختن بتن‌های ویژه در شرایط خاص نیاز به استفاده از افزودنی‌های بتن مختلفی می‌باشد. افزودنی‌های بتن مواد شیمیایی یا معدنی‌ای هستند که حین فرایند اختلاط بتن معمولاً به‌صورت درصدی از وزن سیمان به بتن اضافه میشود تا بعضی از خواص آن را به شکل مطلوبی تغییر دهد. میزان مصرف مواد مضاف در بتن کم بوده و این مواد افزودنی بسیار متنوع هستند و در محدوده بسیار وسیعی تقسیم‌بندی می‌شوند. مواد افزودنی بتن که می‌توان هم برای بتن تازه و هم برای بتن سخت شده به کار برد از اهمیت زیادی برخوردارند و موجب پیشرفت چشمگیر صنعت بتن شده‌اند. لذا شناخت و کسب آگاهی در رابطه با این مواد برای هر مهندس عمران ضروری است.
مواد افزودنی بتن چه مزایایی دارند؟
مواد افزودنی بتن دارای مزایای متعددی می‌باشد که به برخی از آن‌ها به‌طور موردی اشاره میشود:
– تسریع درروند کسب مقاومت اولیه
– کنترل واکنش‌های قلیایی سیمان با سنگدانه ها
– طولانی کردن زمان‌گیرش
– افزایش کارایی بدون افزایش نسبت آب به سیمان
– تهیه بتن پر مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن مکرر
– تنظیم و بهبود ویژگی‌های بتن
-کاهش هزینه‌های ساخت‌وساز
– کمک به توسعه پایدار
در حالت کلی دو نوع دسته‌بندی کلی داریم:
– مواد افزودنی شیمیایی
– مواد افزودنی معدنی
در زیر به مواد افزودنی پرکاربرد و مرسوم در مهندسی عمران اشاره می شود:
1- روان کننده‌ها و فوق روان کننده‌ها:
این افزودنی‌ها را با سه هدف در بتن استفاده می‌کنند:
الف) با کاهش نسبت آب به سیمان با کارایی ثابت، مقاومت بالاتر در بتن کسب می‌گردد.
ب) با افزایش مقدار سیمان به جهت کاهش دمای هیدراتاسیون سیمان در بتن‌های حجیم، کارایی ثابت در بتن کسب می‌گردد.
ج) باعث افزایش کارایی برای آسان نمودن رویه پر کردن مقاطع غیرقابل‌دسترس می‌شوند.
مدت اثر مواد افزودنی کاهنده آب موقتی است و طول مدت اثر آن بسته به نوع و ترکیب شیمیایی این مواد متغیر می‌باشد. به فوق روان کننده‌ها کاهنده قوی آب نیز گفته میشود زیرا به نسبت کاهنده‌های معمولی آب، ۳ الی ۴ برابر بیشتر میزان مصرف آب را کاهش می‌دهند.
در مقایسه با 5 تا 10 درصد کاهش آبی که با به کار بردن مواد افزودنی روان کننده معمولی ممکن میشود، با استفاده از فوق روان کننده‌ها، کاهش‌های آب در حدود 10 الی 25 درصد اغلب می‌تواند بدون کاهش روانی در بتن شاهد به دست آیند. بهبود خواص مکانیکی (افزایش مقاومت‌های فشاری و خمشی) به‌طورکلی متناسب با کاهش در نسبت آب به سیمان است.
2- افزودنی‌های حباب‌ساز:
مواد افزودنی حباب‌ساز موادی هستند که سبب ایجاد حباب‌های عمدی ریز هوا در بتن می‌شوند. بسیاری از مواد وجود دارند که قابلیت ایجاد حباب در خمیر سیمان را دارند، اما آنچه در مورد افزودنی‌های حباب‌ساز مهم است ایجاد حباب‌هایی با ساختار مناسب و پایدار می‌باشد. معمولاً مواد حباب‌زا با آهک موجود در سیمان در مجاورت آب ترکیب‌شده و حباب ریز تولید می‌کنند.
عملکرد اصلی مواد افزودنی هوازا، ایجاد حجم معینی از حباب‌های ریز میکروسکوپی و توزیع آن در بتن و ملات به‌منظور افزایش مقاومت بتن در برابر سیکل‌های یخبندان و ذوب می‌باشد. بهتر است ماده حباب‌زا به‌صورت مایع یا محلول به بتن اضافه شوند. افزودن بیش‌ازاندازه مواد افزودنی هوازا باعث تأخیر در هیدراتاسیون سیمان میشود و درنتیجه مقادیر زیاد هوازایی باعث کاهش متقابل مقاومت بتن خواهد بود.
3- کندگیر کننده‌ها:
این مواد به‌منظور به تأخیر انداختن گیرش بتن به کار می‌رود. نحوه عملکرد این نوع از افزودنی‌های بتن بدین‌صورت است که با ایجاد تأخیر درروند واکنش هیدراتاسیون سیمان، موجب کاهش سرعت‌گیرش و افزایش زمان آن میشود. استفاده از این نوع مواد افزودنی در سازه‌های بتنی باعث فراهم آوردن شرایط لازم جهت زمان حمل طولانی‌تر، فاصله حمل بیشتر و از بین بردن هزینه‌های جابجایی دستگاه‌های مخلوط‌کن مرکزی می‌شوند. کندگیرکننده‌ها همچنین برای مقاومت در برابر ترک‌خوردگی ناشی از جمع شدگی حاصل از تبخیر که در دال‌های افقی احتمال وقوع دارد، مورداستفاده قرار می‌گیرند.
4- تندگیر (زودگیر) کننده‌ها:
افزودنی‌های بتن تسریع‌کننده‌های گیرش و سخت شدگی موادی هستند که نرخ کسب مقاومت بتن را در زمان‌های آغازین گیرش بتن افزایش می‌دهند و یا زمان‌گیرش را کاهش می‌دهند و یا هر دو اثر را ایجاد می‌کنند. ابتدا از این نوع افزودنی‌ها در بتن‌ریزی در هوای سرد استفاده می‌شد اما به‌طورکلی اکنون می‌توان از آن‌ها برای کلیه مواردی که برای ما بحث زمان و مقاومت اولیه بتن مطرح است استفاده کرد. همچنین در ساخت قطعات پیش‌ساخته و پیش‌تنیده برای افزایش مقاومت اولیه و قالب برداری یا اعمال پیش‌تنیدگی به‌ویژه در قطعات پیش کشیده می‌توان از این افزودنی‌ها را بکار برد.
تسریع‌‌کننده‌ها اثر چندانی بر روی کارایی و مقدار هوای بتن ندارند. لذا نسبت‌های اجرای مخلوط مشابه با بتن شاهد خواهد بود. تنها درصورتی‌که این مواد به‌صورت مایع استفاده می‌شوند باید مقدار آب افزودنی را در محاسبه مقدار آب لازم طرح در نظر گرفت.
مقدار مصرف این نوع از افزودنی‌های بتن دقیقاً بستگی به نوع و ترکیب شیمیایی تسریع‌کننده، نوع سیمان مصرفی، مقادیر اجزاء مخلوط بتن، دمای ساخت بتن و بتن‌ریزی، دمای عمل‌آوری و … دارد. مقدار مصرف دقیق باید توسط آزمایشگاه و با در نظر داشتن شرایط محیطی واقعی مشخص‌شده باشد.
5- پوزولان ها:
عبارت‌اند از مواد سیلیسی‌ای که خود به‌تنهایی ارزش چسبانندگی نداشته یا دارای ارزش چسبانندگی کم می‌باشند. این مواد به شکل ذرات بسیار ریز در مجاورت رطوبت طی واکنش شیمیائی با آهک آزادشده از هیدراتاسیون سیمان در دمای معمولی ترکیباتی با خاصیت سیمانی به وجود می‌آورند. پوزولان ها به‌منظور کاهش آهنگ بروز آبگیری سیمان و از بین بردن قابلیت انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه ها بکار می‌روند. مهم‌ترین نوع پوزولان، میکرو سیلیس می‌باشد که در سالهای اخیر استفاده از آن افزایش‌یافته است.
پوزولان ها در چه مواردی مصرف دارند؟
– کاهش سرعت و میزان حرارت حاصل از فرایند آبگیری سیمان
– کاهش میزان سیمان
– بهبود کارایی بتن
– افزایش مقاومت بتن
– افزایش پایایی بتن از طریق کاهش نفوذپذیری
باید به این نکته توجه نمود که عملکرد پوزولانها برای هریک از موارد فوق باید قبل از مصرف مورد آزمایش قرار گیرد.
6- رنگدانه ها:
این مواد به‌عنوان سنگدانه در بتن مصرف می‌شوند ولی معمولاً موجب افزایش مقاومت بتن نمی‌شوند. از طرفی موجب بهبود کارایی و چسبندگی بتنهایی می‌شوند که کمبود ریزدانه دارند. بتن رنگی برای کاربردهای رنگی و معماری کاربرد زیادی دارد و می‌توان از آن به‌عنوان رنگ‌آمیزی محیطی بتن‌ها نیز استفاده کرد.
رنگدانه هایی که برای تولید بتن رنگی استفاده می‌شوند که شامل مواد معدنی می‌باشند به شرح زیر است:
– اکسید آهن: رنگ‌های قرمز، سیاه و زرد
– اکسید کرم: رنگ سبز
– اکسید آبی کبالت: رنگ آبی
– اکسید تیتان: رنگ سفید
– کربن سیاه: رنگ سیاه
– اکسید منگنز: رنگ‌های سیاه و قهوه‌ای
