کاربرد، مکانیزم واکنش، عوامل موثر بر عملکرد، معیارهای انتخاب)
محمود ایراجیان ١
چکیده :
امتیازات فیزیکی و اقتصادی قابل ملاحظه ای که مواد افزودنی برای بتن ایجاد می کند و همچنین در بسیاری موارد، مزایای فنی موجب رشد روز افزون کاربرد این مواد در بتن شده است.
این مواد نه تنها امکان به کار بردن بتن را در شرایط پیچیده فراهم کرده اند که پیش از آن امکان استفاده از بتن در این شرایط به دلایل مختلف فنی وجود نداشت، بلکه امکان استفاده از گستره وسیع تری از مواد متشکله در مخلوط بتن را نیز به وجود آورده اند.
سدها به علت نقش اساسی که در سیستم اقتصادی، اجتماعی، سیاسی کشور دارند و نیز به علت سرمایه گذاری کلانی که برای
ساخت آنها می شود، جز سازه های استراتژیکی محسوب می شوند که لازم است از عملکرد و دوام مناسبی در دراز مدت برخوردارمی باشند.
ملاحظات اقتصادی مانند استفاده از مصالح در دسترس و کاهش مصرف سیمان، ضوابظ پایایی از جمله هوازایی، کاهش نفوذ
پذیری، آب بندی و کاهش نسبت آب به مواد سیمانی، استفاده از مواد کمک سیمانی مانند پوزولانها ، سرباره و دوده سیلسی برای بهبود خواص وپایایی بتن که عموما منجر به افزایش آب مورد نیاز مخلوط می شوند، بهبود شرایط اجرایی مانند حمل و نقل، ریختن ومتراکم کردن بتن، بهبود خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی بتن و امکان ادامه عملیات اجرایی و بتن ریزی در شرایط آب و هوایی مختلف از جمله مواردی هستند که استفاده از مواد افزودنی در پروژه های سد سازی را اجتناب پذیر می کنند.
با توجه به اندرکنش مواد افزودنی با مواد سیمانی و سایر اجزای تشکیل دهنده بتن و از آنجا که گستره وسیعی از مواد افزودنی با نامهای تجاری گوناگون موجود و در دسترس می باشند، آگاهی از خصوصیات کلی، مکانیزم واکنش و عوامل مو ثر بر عملکرد این مواد می تواند در انتخاب آنها برای یک پروژه خاص، به ویژه پروژه سد سازی، سودمند باشد.
در این مقاله پس از بررسی کاربرد، مکانیزم واکنش و عوامل موثر بر عملکرد مواد افزودنی متداول در پروژه های سد سازی، راهکارهایی برای انتخاب این مواد برای یک پروژه سدسازی ارایه می گردد.
عملکرد مواد افزودنی مکانیزم واکنش کلمات کلیدی : مواد افزودنی
۱- مقدمه
بتن یکی از مهمترین یکی از فراگیرترین مصالح ساختمانی است که مصرف آن در پروژه های مختلف عمرانی همگام با پیشرفت تکنولوژی رشد روزافزونی دارد.
امروزه برای بهبود خواص بتن ، بالابردن کیفیت آن، کاهش نارسایی ها و تغییر بعضی از مشخصه های بتن از مواد افزودنی
موادی تغیر از آب سنگدانه سیمان هیدرولیکی و الیاف هستند که (ACI ۱۱۶R) استفاده می شود. مواد افزودنی بنا به تعریف
درست پیش از اختلاط یا درحین اختلاط به بتن افزوده می شوند.
مواد افزودنی به دو دسته کلی
١. مواد معدنی
٢. مواد افزودنی شیمیایی
تقسیم می شوند.
مواد افزودنی شیمیایی نیز بر حسب نوع عملکرد خود به گروه های مختلف (مانند هوازا، کاهنده های آب، کنگدگیرنده ها و …)آورده شده است. ACI ۲۱۲.۳R و PCA تقسیم می شوند. دسته بندی مبسوط تری از مواد افزودنی در نشریه
در این مقاله کاربرد، مکانیزم واکنش، و عوامل موثر بر عملکرد مواد افزودنی شیمیایی متداول در پروژه های سد سازی، مانند
روان کننده ها، دیرگیر کننده ها، هوازاها و مواد کمکی تزریقی مورد بررسی قرارخواهد گرفت. در انتها ملاحظاتی درباره کابرد این نوع افزودنی ها و راهکاری برای انتخاب مناسب آنها برای یک پروژه سدسازی ارایه می گردد.
۲- دلایل کاربرد مواد افزونی در بتن سدها امتیازات فیزیکی و اقتصادی قابل ملاحظه ای که مواد افزودنی برای بتن ایجاد می کنند از یک سو و در بسیاری موارد مزایای فنی از دیگر سو، موجبات رشد روزافزون کاربرد، این مواد را در بتن فراهم آورده اند بلکه امکان استفاده وسیع تری از مواد متشکله در مخلوط را نیز بوجود آورده اند.
بطور کلی دلایل و مزایای حاصل از استفاده مواد افزودنی در بتن مصرفی در پروژه های سدسازی را می توان به شرح زیر
دسته بندی کرد:
ملاحظات اقتصادی:
اغلب سعی می شود که سنگدانه مورد نیاز پروژه سدسازی را از منابع قرضه های نزدیک به ساختگاه سد تامین شود. دستیابی به مشخصات مورد نظر سنگدانه پرهزینه و در شرایطی بسته به خصوصیات قرضه، ممکن است غیر عملی باشد با استفاده از مواد افزودنی می توان بر بسیاری از نارسایی های فیزیکی وشیمیایی سنگدانه موجود غلبه کرد و از همان مصالح در دسترس برای ساخت بتن استفاده کرد. تحقیقات انجام شده توسط پرهیزکار و همکاران بیانگر این واقعیت ایت که دوده سیلیسی به عنوان یک افزودنی معدنی می تواند به میزان قابل توجهی انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه را کاهش دهد.با استفاده ازمواد افزودنی شیمیایی نیز می توان بر بسیاری از نقایص فیزیکی سنگدانه ها مانند کمبود ریز دانه ها غلبه کرد.بدیهی است که در این موارد باید بین هزینه دستیابی به مشخصات مورد نظر از طریق تغییر قرضه، نصب تجهیزات اضافی، طولانی تر کردن فرایند تولید سنگدانه ازیک سو و بهبود خواص سنگدانه موجود با استفاده از مواد افزودنی از سوی دیگر یک مقایسه اقتصادی انجام گیرد.
بهبود خواص بتن سخت شده:
استفاده از مواد افزودنی خواص فیزیکی ، مکانیکی و شی میایی بتن را به نحوی چشمگیری بهبود می بخشد . مواد افزودنی کاهنده آب با کاهش نسبت به آب به مواد سیمانی و کاهش تخلخل بتن ،خواص مکانیکی آن مانند مقاومت فشاری، خمشی و سایشی را ( رمضانیان پور- ١٣٦٨ ) بهبود می بخشند
کنترل گرمازایی در بتن حجیم: برای کاهش گرمای ناش ی از هیدراسیون در بتن های حجیم باید از سیمان های با گرما زایی کم مانند پرتلند نوع ٤ و سیمان پوزلانی استفاده کرد . از آنجا که سیمان پرتلند نوع ٤ در ایران تولید نمی شودیک راه عملی برای کاهش حرارت ناشی از هیدراسیون، کاستن از مقدار سیمان مصرفی در بتن است بدون آنکه لطمه ای به خواص بتن تازه و سخت شده وارد شود . اینکار با استفاده از مواد افزودنی کاهنده آب و فوق روان کننده ها امکان پذیر است . در صورت استفاده از سیمانهای پوزلانی نیز، چون مقدار آب مورد نیازاستفاده از مواد کاهنده آب برای حفظ نسبت به آب مواد سیمانی و نیز بهبود (Famili et at ۲۰۰۰) این سیمانها بیشتر می باشد کارآیی سودمند خواهد بود . استفاده از مواد افزودنی کندگیر کننده در کاهش سرعت گرمازایی در سنین اولیه (تا ٧ روز ) بسیار موثراست .بدیهی است که این مواد تاثیری در کاهش مقدار کل گرمای حاصل نخواهد داشت .
چگونگی تاثیر مواد افزودنی شیمیایی در بتن
مواد افزودنی شیمیایی را می توان بر حسب چگونگی تاثیر آنها در بتن به دو گروه:
١. مواد افزودنی با اثر فیزیکی
٢. مواد افزودنی با اثر شیمیایی در بتن تقسیم کرد :
مواد افزودنی که اثر فیزیکی در بتن دارند معمولا مواد اثر کنن ده بر سطح هستند اینها مواد هستندکه در سطح مشترک بین دو فازآمیخته نشدنی متمرکز می شوند و نیروهای فیزیکی - شیمیایی موثر براین سطح مشترک را تغییر می دهند این مواد موجب کاهش نیروی کشش سطحی بیم مایع و جامد و یامایع و گاز می شوند و باعث روان شدن بتن می شوند یا ایجاد حباب هوا را بتن میسر میسازند. این موادتغییری در روند هیدراسیون سیمان بوجود نمی آورند.
مواد افزودنی که اثر شیمیایی در بتن دارند، موجب تغییر در روند هیدراسیون سیمان می شوند .این تغییر می تواند در تاخیر گیرش و یا تسریع گیرش و سخت شدن موثر باشد . به این ترتیب می توان زمان قابل کارکردن با بتن را کنترل کرد . و یا مقاومت های اولیه آنرا تغییر داد .
روان کننده ها و فوق روان کننده ها ( خوازاهاو کاهنده های نفوذپذیری ) بطور کلی می توان گفت که مواد افزودنی کاهنده آب
زودگیرکننده ها و زود سخت کنندها ( اثر شیمیایی در تن ( دارای اثر فیزیکی هستند و مواد افزودنی کندگیر کننده و تسریع کننده دارند. مواد افزودنی کمک کننده تزریق دارای هر دو اثرفیزیکی و شیمیایی هستند
نوع تاثیر نوع افزودنی
فیزیکی
فیزیکی
فیزیکی
شیمیایی
شیمیایی
فیزیکی- شیمیایی
کاهنده های آب
هوازاها
کاهنده های نفوذپذیری
کندگیر کننده ها
تسریع کننده ها
کمک کننده های تزریق
هیدراسیون سیمان
از آنجا که اندر کنش مواد افزودنی و سیمان تاثیر مستقیمی بر عملکرد مواد افزودنی دارد، شیشه شایسته است که ابتدا هیراسیون سیمانی بطور اجمالی مورد بررسی قرار گیرد.
هیدراسیون عبارت است که ترکیب شدن آب با اجزای تشکیل دهنده سیمان که درنتیجه این واکنش شیمیایی ، عمل گیرش و
سخت شدن انجام می گیرد با وجود تحقیقات زیادی که در مورد روندهی دراسیون سیمان انجام شده است تاکنون این پدیده به طورکامل شناخته نشده است و اختلاف نظرهایی که مورد جزئیات آن وجود دارد . ولی جدا از این اختلاف نظرها، روند کلی هیراسیون رامی توان به ترتیب زیر توصیف کرد .
مرحله اول :
در اثر اختلاط سیمان با آب ، سولفات بصورت محلول در آمده و با آلومینات کلسیم وآلومینوفریت موجود در سیمان ترکیب
وجود اترینگایت را می توان حدود ٣٠ ثانیه بعد از مخلوط . می دهد ( اترینگایت ) شده و تشکیل سولفور آلومینات کلسیم نامحلول.( رمضانیان پور و همکاران ، ١٣٦٧ ). کردن سیمان با آب مشاهده کرد
کریستال های اترینگایت در ابتدا بصورت رشته های نازک سوزنی شکل هستند، با رشد این کریستالها گیرش سیمان نیز آغاز می هیدروکسید کلسیم ساخته می شود . (C۳۲ به ویژه ) شود. علاوه بر این همانند بتدا بر اثر ترکیب شدن آب با سیلیکاتهای سیمان