بتن چیست و شامل چه افزودنی هایی است؟

بتن می تواند از انواع مختلف سیمان و پوزولان ها ، سرباره کوره ها، مواد افزودنی مختلف ، پلیمرها ، الیاف و غیره تهیه شود. به طور کلی بتن محصولی است که از مخلوط آب با سیمان و سنگدانه‌ های مختلف و واکنش آب با سیمان حاصل می‌شود و دارای ویژگی های خاص است.

گیرایش و هیدراتاسیون سیمان و تولید بتن

در فرآیند تولید بتن زمانی که سیمان در مجاورت آب قرار می گیرد فازهای تشکیل دهنده سیمان شروع به هیدراته شدن کرده و تولید کلسیم سیلیکات هیدراته می نمایند که منجر به گیرایش و سخت شدن بتن می شوند.

.

در شکل زیر واکنش هیدراتاسیون سیلیکات های کلسیم را می بینید.

در تصویر فوق H نماد ملکول آب می باشد.

واکنش اول مربوط به هیدراتاسیون تری کلسیم سیلیکات و واکنش دوم مربوط به هیدراتاسیون دی کلسیم سیلیکات می باشد.

همانطور که می بینید در اثر هیدراته شدن سیلیکات های کلسیم ، کلسیم هیدروکسید تولید می گردد. تری کلسیم سیلیکات نسبت به دی کلسیم سیلیکات ( با فرض مقدار وزن اولیه یکسان ) با مصرف تقریبا برابر آب بیشتر از دو برابر کلسیم هیدروکسید تولید می کند.

چند نکته مهم :

1- تفاوت اجزا تشکیل دهنده سیمان قبل از گیرایش و بعد از گیرایش

سیمان قبل از گیرایش مقدار بسیار کمی آهک آزاد دارد ( مقدار کمی آهک در مرحله کلینکر سازی به صورت واکنش نداده باقی میماند ) ولی بعد از گیرایش آهک آزاد هیدراته یکی از اجزا اصلی می شود

2-   سخت کننده های سیلیکاتی نفوذگر قرار است که با همین آهک آزاد تولید شده در اثر فرایند گیرایش واکنش داده و ضمن تبدیل آنها به کلسیم سیلیکات هیدراته باعث اصلاح و افزایش خواص سطوح بتنی شوند. بنابراین به همین دلیل گفته میشود که باید اجازه داد تا دوره گیرایش بتن (28 روز ) تکمیل شده و بعد این پرایمرها بر روی سطح بتن اعمال گردند.

3- شوره ای که بر روی سطوح بتنی تازه بعد از چند هفته اصولا به صورت شدید ایجاد می شود نیز مربوط به همین واکنش ها و مهاجرت کلسیم هیدروکسید به روی سطح می باشد.

اثرات کلسیم هیدروکسید آزاد تولید شده بر روی خواص بتن

آهک آزاد هیدراته شده ضرری برای بتن ندارد اما حداقل باعث ایجاد دو عامل زیر می شود.

1- ایجاد شوره کربناتی

جهت آشنایی بیشتر با مکانسیم تولید شوره های کربناتی و راه های شناخت و برطرف کردن آنها به نوشته مربوط به شناخت انواع شوره ها در همین وبسایت مراجعه کنید.

2- شسته شدن و خارج شدن از بتن و زیاد تر شدن منافذ بتن

اگر بتن در معرض شستشوی مداوم و یا بارش مداوم باران قرار بگیرید. آهک موجود در بتن به وسیله آب حل شده و از سطح خارج می شودکه باعث نفوذپذیری بیشتر سطح می شود.

کیفیت آب مصرفی در تولید بتن

کیفیت آب در بتن از آن جهت حائز اهمیت است که ناخالصی‌های موجود در آن ممکن است در گیرش سیمان و همچنین مقاومت بتن اثر نامطلوب گذاشته و سبب بروز لکه‌هایی در سطح بتن و حتی زنگ زدن آرماتور بشود.

در اکثر اختلاط‌ها آب مناسب برای بتن آبی است که برای نوشیدن مناسب باشد. به عنوان یک قاعده کلی هر آبی که pH  آن بین ۶ الی ۸ بوده و طعم شوری نداشته باشد می‌تواند برای بتن مصرف شود.

مقدار آب مصرفی بتن

مقدار آب مصرفی در داخل بتن بسیار با اهمیت است. به منظور تکمیل فرایند واکنش سیمان با آب ( هیدراتاسیون ) مقدار مشخصی آب مورد نیاز است.

در صورتی که این مقدار کمتر از آن حد باشد قسمتی از سیمان برای واکنش آب کافی دریافت نمی‌کند و واکنش نداده باقی می‌ماند.

در صورتی که بیش از مقدار مورد نیاز آب به مخلوط بتن اضافه شود پس از تکمیل واکنش، مقداری آب به صورت آزاد در داخل بتن باقی می‌ماند که پس از سخت شدن بتن باعث پوکی آن و نتیجتاً کاهش مقاومت خواهد شد.

مقدار آب لازم برای تکمیل واکنش به صورت پارامتر نسبت آب به سیمان تعریف می‌شود. این نسبت برای سیمان پرتلند معمولی حدود ۲۵ درصد است. با این مقدار آب بتن فاقد کارایی و روانی لازم خواهد بود و معمولاً نسبت آب به سیمان مورد استفاده در کارگاه‌ های ساختمانی بیش از این مقدار است.

برای عمل آوری یا ادامه یافتن فرایند هیدراتاسیون باید رطوبت نسبی حداقل ۸۰ درصد باشد. در صورتی که رطوبت کمتر از 80 درصد شود عمل آوری متوقف شده و درصورتی رطوبت نسبی به بالای ۸۰ درصد بازگردد فرایند هیدراسیون دوباره شروع خواهد شد.

پس از بتن ریزی باید بلافاصله توجه لازم به فرایند عمل آوری معطوف گردد.

عمل آوری عبارت است از حفظ رطوبت بتن تا زمانی که واکنش بین سیمان و آب تکمیل شود. این عمل می‌تواند به وسیله عایق کاری موقت، پاشش آب یا تولید بخار صورت گیرد.

از دیدگاه عملی، حفظ رطوبت بتن برای ۷ روز توصیه می‌شود. در شرایطی که این کار ممکن نباشد حداقل زمان عمل آوری بتن نباید کمتر از ۲ روز باشد.

پوزولان و ژل میکروسیلیس

پوزولان (خاکستر آتشفشانی) عبارتند از مواد سیلیسی ، یا سیلیسی-آلومینیومی که خود به تنهایی فاقد ارزش چسبانندگی بوده و یا دارای ارزش چسبانندگی کم هستند، اما به شکل بسیار ریز در مجاورت رطوبت طی واکنش شیمیایی با کلسیم هیدروکسید آزاد شده در اثر هیدراتاسیون در دمای معمولی ترکیب‌هایی با خاصیت سیمانی به وجود می‌آورند.

میکرو سیلیس در حقیقت یک سوپر پوزولان می باشد و می تواند نقش موثری در کیفیت بتن داشته باشد.

سنگدانه‌ ها

سنگدانه‌ ها در بتن تقریباً سه چهارم حجم آنرا تشکیل می‌دهند از اینرو کیفیت آنها از اهمیت خاصی برخوردار است. در حقیقت خواص فیزیکی، حرارتی و پاره‌ای از اوقات شیمیایی آنها در عملکرد بتن تأثیر می‌گذارد.

اندازه و سایز سنگدانه ها

بتن عموماً از سنگدانه‌ هایی به اندازه‌ های مختلف که حداکثر قطر آن بین ۱۰ میلیمتر تا ۵۰ میلیمتر می‌باشد ساخته می‌شود. توزیع اندازه ذرات به نام دانه بندی سنگدانه مرسوم است.

به طور کلی دانه‌ های با قطر بیشتر از چهار یا پنج میلیمتر به نام شن و کوچکتر از آن به نام ماسه نامگذاری شده‌اند. حد پایین ماسه عموماً ۰٫1 میلیمتر یا کمی کمتر می‌باشد.

انواع افزودنی‌ های بتن

مواد افزودنی بتن به دو گروه مواد افزودنی‌ های شیمیایی و مواد افزودنی‌ های معدنی تقسیم می‌شوند.

انواع معمول مواد افزودنی بتن به شرح زیر است.

• شتاب دهنده سرعت هیدراتاسیون بتن (زود گیر ها)
• کاهش دهنده سرعت گیرش بتن
• کیورینگ و عمل آورنده های بتن
• افزودنی‌ های حباب زا
• روان‌ساز بتن که به منظور افزایش کارایی و روانگرایی بتن بهمراه کاهش مقدار آب در آن استفاده می‌گردد.
• رنگدانه‌ها که می‌تواند برای تغییر رنگ بتن و زیبایی استفاده شوند.
• چسب بتن
• سخت‌کننده بتن

افزودنی های تسریع کننده‌ گیرایش بتن

افزودنی‌ هایی هستند که فرآیند گیرایش و سخت شدگی بتن را تسریع می‌کنند و مقاومت اولیه بتن را بالا می‌برند. چند نمونه از تسریع‌کننده‌ ها عبارتند از: کربنات سدیم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم، نمک‌های آهن و نیتریت کلسیم.

افزودنی های کند کننده‌ گیرایش بتن

افزودنی‌ هایی هستند که زمان گیرش بتن را به تأخیر می‌اندازند. این مواد در هوای خیلی گرم که زمان گیرش معمولی بتن کوتاه می‌شود و همچنین برای جلوگیری از ایجاد ترک‌های ناشی از گیرش در بتن ریزی‌های متوالی مفید می‌باشند.

به عنوان چند نمونه از کندگیر کننده‌ ها می‌توان از شکر، مشتقات هیدروکربنی و نمک‌های محلول روی نام برد.

به عنوان مثال اگر با یک کنترل دقیق ۰٫۰۵ وزن سیمان شکر به بتن اضافه کنیم، حدود چهار ساعت گیرش آنرا به تأخیر می افتد. مصرف ۰٫۲ تا یک درصد وزن سیمان از گیرش سیمان جلوگیری به عمل می‌آورد.

افزودنی های کاهنده مصرف آب بتن (روانساز ها و فوق روان‌کننده‌ ها)

همانطور که در بالا اشاره گردید اگر آب صرفا به اندازه مورد نیاز جهت هیدراتاسیون اجزای سیمان مصرف شود بتن به هیچ وجه روانی نخواهد داشت و قابل استفاده نخواهد بود. و از طرفی اضافه کردن آب زیاد هم باعث ایجاد خلل و فرج در بتن می شود. به همین دلیل جهت کاهش مصرف آب از روانساز ها استفاده می شود.

روانساز ماده ای است که یا بدون تغییر روانی، مقدار آب مخلوط بتن را کاهش می دهد یا بدون تغییر مقدار آب روانی بتن را افزایش می دهد و یا هم موجب کاهش آب و هم افزایش روانی بتن می گردد.

افزودنی های کاهنده آب ترکیبات مختلفی از مواد ارگانیک را در بر می گیرند که از متداولترین آنها می توان لینگوسولفانات ها و یا نفتالین فرمالدئید سولفونات و پلی کربوکسیلات ها اشاره کرد.

اساساً استفاده از سولفونات ها و کربوکسیلات ها باعث تسریع عمل پراکنش می‌شود. چون در سطح ذرات سیمان جذب شده و به آنها بار منفی می‌دهند و این باعث دفع ذرات از یکدیگر می‌شود. این فرایند کارایی را در یک نسبت آب به سیمان مشخص افزایش می‌دهد.

الیاف بتن :

بتن الیافی نوعی بتن است که در ساخت آن از الیاف استفاده می کنند و سیمان، آب، سنگدانه و مواد افزودنی را همراه با الیاف مخلوط می کنند ، الیاف باعث افزایش پیوستگی، مقاومت کششی ، کاهش ترک های بتن و افزایش نرمی بتن می گردد.

جنس الیاف و اندازه آنها به نوع مصرف بتن و مقاومت کششی مد نظر بستگی دارد. الیاف می تواند از جنس شیشه ، الیاف فلزی و یا الیاف پلیمری در دوگروه ماکرو و میکرو باشند که اندازه آنها معمولاً 3 الی 50 میلیمتر متغیر است .