کاربرد و روش مصرف انواع افزودنی های بتن
انتظارات گوناگون از كيفيت بتن جهت توليد بتني با كارآئي مناسب، در مرحله اول، و با مقاومت و دوام كافي در برابر شرايط محيطي گوناگون، در مرحله نهائي و سخت شده ، نقش افزودني هاي شيميايي در برآورده نمودن اين انتظارات رابرجسته ساخته است.
لزوم شناخت جامع و كامل دست اندركاران صنعت بتن با ويژگي هاي اين مواد و آشنايي با كاربرد آنها انجمن بتن ايران را بر آن داشت تا با تدوين نشريه فني ويژه افزودني هاي شيميايي بتن دو هدف مشخص را دنبال نمايد: ابتدا بيان ويژگي هاي اين مواد در چهارچوب آيين نامه و استانداردهاي داخلي و بين المللي ،و دوم ارايه طبقه بندي و لزوم كاربرد آنها مطابق با نياز كارگاه ها و شرايط اقليمي ايران .
اين مسئوليت بر عهده كميته افزودني هاي بتن كه گروهي از متخصصين دست اندركار توليد ،مصرف ودانش اين مواد را تشكيل مي دهند قرارگرفت .
اين كميته طي جلسات متعدد و با مطالعه و بررسي اطلاعات و مدارك فني موجود و مطابقت آنها با شرايط اقليمي ايران اقدام به تدوين نشريه فنی افزودنيهاي بتن نموده است كه با آماده شدن هر بخش به همراه فصلنامه انجمن بتن ايران در اختيار صاحبنظران قرار ميگيرد تا باارسال نظرات وپيشنهادات خود كميته را درتكميل وظيفه اي كه بعهده گرفته است ياري نمايند.
متن حاضر قسمت اول از اين مجموعه است که شامل کلياتی در باره افزودنی های شيميايی بتن می باشد. پس از درج كليه بخش ها درمجله انجمن و جمع آوري نظرات و پيشنهادات دريافت شده انجمن اقدام به چاپ نشريه فنی جامع افزودنيهاي بتن خواهد نمود.
از تمامي صاحب نظران ارجمند درخواست ميگردد جهت بهبود كيفيت و افزايش بار علمي اين نشريه نظرات ارزشمند و سازنده خود را به انجمن بتن ارسال دادند تا در ويرايش نهايي مورد توجه قرارگيرد.
واژه هاي كليدي : آني گير، آبگيري ، زودسخت كننده، پاياگر، فرا روان كننده، هوازا هوازدا، پيوند زا، رنگ بخش.
1- کليات
افزودني[1] ماده‌اي به غير از سيمان پرتلند، سنگدانه، و آب است که به صورت پودر (گَرد) يا مايع(آبکی)، به عنوان يکي از مواد تشکيل‌دهنده بتن و براي اصلاح خواص بتن، کمي قبل از اختلاط، در حين اختلاط و يا قبل ازدرجا ريختن به آن افزوده مي‌شود[1]. به عبارت ديگر، افزودني‌ها اجزايي از بتن به غير از سيمان هيدروليکي، آب، سنگدانه‌ها و الياف هستند كه براي اصلاح و بهبود خواص بتن و ملات تازه و سخت‌شده، به بتن افزوده مي‌شوند[2]. افزودنيهاي بتن به دو گروه مواد افزودني شيميايي و معدني تقسيم مي‌شوند.
افزودنيهاي شيميايي[2] از فرآوري، ترکيب کردن يا آميزه‌کاري مواد آلي و معدني در يک فرآيند شيميايي به دست مي‌آيند و در حالتهاي پودر يا مايع و در مقاديرکم معمولا تا حداکثر 5 درصد وزن مواد سيماني در زمان ساخت و اختلاط و يا درست پيش از ريختن بتن، به مخلوط اضافه مي‌شوند.
افزودنيهاي معدني[3] که يا به طور طبيعي يافت مي‌شوند و يا از محصولات جانبي صنعتي هستند، به سه دسته مواد خنثي، پوزولان‌ها، و مواد شبه سيماني تقسيم مي‌شوند[1] و براي بهبود و اصلاح خواص مخلوط‌هاي سيماني در مقادير مصرف عموما بيشتر از 5 درصد وزن سيمان و در زمان اختلاط به بتن افزوده مي‌شوند.
گستره اين نشريه (نوشتار) دربرگيرنده افزودنيهاي شيميايي بتن است و بررسي مواد افزودني معدني به ديگر نشريه‌هاي انجمن بتن ايران واگذار شده است.
1-1- اندرکنش بتن و افزودنيهاي شيميايي
افزودنيهاي شيميايي با مواد سيماني در حال هيدراته شدن( آبگيري 4) اندرکنش نشان مي‌دهند و بر اساس نوع عملکردشان به سه رده مواد افزودني با عملکرد فيزيکي، شيميايي، و فيزيکي- شيميايي تقسيم مي‌شوند[3].
مواد افزودني با عملکرد فيزيکي آن رده از افزودنيهاي شيميايي هستند که در فرآيند واکنش آبگيري[4] سيمان تاثير مستقيم ندارند گو اينکه ممکن است بر روند و آهنگ آن تاثير بگذارند. اين افزودني‌ها عموما تا پيش از گيرش اوليه بتن، تاثير و کارکرد خود را نشان مي‌دهند و تاثير آنها پس از گيرش، در بتن سفت‌شده و سخت‌شده ادامه نمي‌يابد[3]. از جمله اين افزودني‌ها مي‌توان به کاهنده‌هاي آب، هوازاها، گازسازها، کف‌زاها، هوازُداها، ضد آب‌شستگي‌ها، آسان‌کننده‌هاي پمپاژ، رنگ‌بخش‌ها، و پيوندزاها اشاره کرد.
مواد افزودني با عملکرد شيميايي يا در فرآيند و روند واکنش آبگيري سيمان پيش از گيرش تاثير مي‌گذارند و يا ريزساختار محصولات آبگيري را پيش و پس از گيرش، دستخوش تغيير مي‌کنند. بنابراين واکنش افزودنيهاي شيميايي علاوه بر زمان پيش از گيرش، ممکن است در مراحل سخت‌شدن بتن نيز ادامه يابد[3]. کُندگيرکننده‌ها، زودگيرکننده‌ها، زودسخت‌کننده‌ها (زودرَس‌کننده‌ها)، منبسط‌کننده‌ها، کنترل‌کننده‌هاي واکنش آبگيري (هيدراسيون)، و ناگيرکننده‌ها در زمره افزودنيهاي با عملکرد شيميايي هستند.
مواد افزودني با عملکرد فيزيکي- شيميايي اگرچه در فرآيند واکنش شيميايي آبگيري سيمان دخالت نمي‌کنند ولي با وارد شدن اين مواد شيميايي ويژه به درون بتن، برخي از واکنش‌هاي شيميايي يا رفتارهاي فيزيکي بتن سخت‌شده در آينده را کنترل مي‌کنند[3]. بازدارنده‌هاي خوردگي، کاهنده‌هاي انبساط واکنش قليايي سيليسي، نم‌بندها، کاهنده‌هاي تراوايي، قارچ‌کُش‌ها، ميكروب‌كش‌ها، و حشره‌كش‌ها در اين رده از افزودني‌ها قرار مي‌گيرند.
1-2- دسته‌بندي‌افزودني‌هاي شيميايي
افزودنيهاي شيميايي بر اساس نوع تاثير و کارکرد اصلي که در بتن دارند به هفت دسته کلي تقسيم مي‌شوند.
دسته 1 - کاهنده‌هاي آب
افزودنيهاي كاهنده براي افزايش رواني بتن در مقدار آب معين، يا كاهش مقدار آب مصرفي با حفظ رواني، يا هر دو به كار مي‌روند و شامل روان‌کننده‌ها، فوق روان‌کننده‌ها، و فراروان‌کننده‌ها مي‌شوند.
دسته 2 – هوازا ها
افزودني هائي هستند که در حين اختلاط، ساختاري همگن از ريزحباب‌هاي ناپيوسته در بتن، ملات، يا خمير سيمان پديد مي‌آورند و باعث بهبود کارآيي و افزايش دوام در برابر چرخه‌هاي يخ‌زدن و آب‌شدن مي‌شوند.
دسته 3 - کُندگيرکننده‌ها
کُندگيرکننده‌ها با کُندکردن روند آبگيري سيمان، گيرش بتن را به تاخير مي‌اندازند و شامل ديرگيرکننده‌ها و ناگيرکننده‌ها مي‌شوند.
دسته 4 – شتاب‌دهنده‌ها (تسريع‌کننده‌ها)
شتاب‌دهنده‌ها (تسريع‌کننده‌ها) با تندکردن روند آبگيري سيمان موجب زودگيري، زودسخت‌شدن، يا هر دو مي‌شوند. شتاب‌دهنده‌ها شامل زودگيرکننده‌ها، آني‌گيرها، و زودسخت‌کننده‌ها هستند.
دسته 5 - منبسط‌کننده‌ها
منبسط‌کننده‌ها براي افزايش حجم در بتن (ملات) تازه، جبران جمع‌شدگی بتن (ملات) سخت‌شده، يا ايجاد انبساط کنترل شده در بتن (ملات) سخت‌شده به کار مي‌روند. اين افزودني‌ها دربرگيرنده جبران‌کننده‌هاي جمع‌شدگي، گازسازها، و کف‌زاها هستند.
دسته 6 - پاياگرها (دوامبخشها)
پاياگرها با کاستن از درون‌رفت (نفوذ) عوامل زيان‌آور، پايش (محافظت) ميلگردها، يا کنترل واکنش‌هاي زيانبار، پايايي بتن سخت‌شده را بهبود مي‌بخشند. کاهنده‌هاي تراوايي، نم‌بندها، بازدارنده‌هاي خوردگي، و کاهنده‌هاي انبساط واکنش قليايي سيليسي در اين دسته از افزودني‌ها جاي مي‌گيرند.
دسته 7 - افزودنيهاي خاص (متفرقه )
افزودنيهاي خاص دسته‌اي از افزودنيهاي شيميايي با کاربرد ويژه و محدود هستند. ضديخ‌ها، رنگ‌بخش‌ها، هوازداها، آسان‌کننده‌هاي پمپاژ، ضد آب‌شستگي‌ها، کنترل کننده‌هاي واکنش آبگيري، پيوندزاها (لاتکس)، قوام‌بخش‌ها نمونه‌هايي از افزودني هاي خاص هستند.
1-3- کارکرد افزودنيهاي شيميايي
هر ماده افزودني با کارکرد اصلي آن تعريف و گروه‌بندي مي‌شود. کاركرد اصلي يك ماده افزودني عمده‌ترين اثر مورد انتظاري است كه بر بتن دارد و بيانگر عملکرد شاخص آن افزودني است. کاركرد فرعي، اثر يا اثراتي است كه ماده افزودني در مقياس كوچك‌تر از کاركرد اصلي بر بتن مي‌گذارد. برخي از افزودني‌ها ممکن است چند منظوره باشند و بر چند خاصيت بتن تازه يا سخت‌شده تاثير بگذارند. براي نمونه، کاهنده‌هاي آب کُندگير كننده علاوه بر کاهش مقدار آب، موجب کُندگيري بتن نيز مي‌شوند.
نکته 1-1- برخي از افزودني‌ها ممکن است داراي اثرات جانبي باشند. به طور مثال کارکرد اصلي افزودنيهاي كاهنده آب، كاهش آب بتن است ولي ممکن است اثرات جانبي کُندگيري يا هوازايي نيز داشته باشند. اثر جانبي تاثير ناخواسته و در مواردي حتي نامطلوبي است که افزودني بر ساير ويژگي‌هاي بتن دارد و بايد به خاطر داشت که با کارکرد فرعي تفاوت دارد.
نکته 1-2 - گسترش روزافزون انواع افزودني‌ها و کاربردهاي موثر آنها ممکن است به پيدايش افزودنيهاي جديدي بيانجامد که در اين دستهبندي هفت‌‌گانه جاي نگيرند. در چنين مواردي نقش آيين‌نامه‌ها، دستورالعمل‌ها و مشخصات فني خاص که از طرف توليدکنندگان و يا مجامع علمي معتبر بين‌المللي صادر مي‌شوند جايگاه ويژه‌اي براي ارزيابي و پذيرش اين افزودني‌ها به خود اختصاص مي‌دهند و معياري براي سنجش اين نوع مواد به شمار مي‌آيند.
1-4- دلايل و مزاياي استفاده از افزودنيهاي شيميايي
بتن بايد همگن، كارآ، پرداخت‌پذير، مقاوم، پايا ، و کم‌تراوا باشد. در بسياري از موارد با انتخاب مصالح و نسبت اختلاط مناسب و به کاربستن روش‌ها و استفاده از تجهيزات مناسب و افراد کارآزموده مي‌توان به اين ويژگي‌ها دست يافت. بهره‌گيري از افزودنيهاي شيميايي در کنار مزاياي بيشماري که دارند، دستيابي به اين ويژگي‌ها را امکان‌پذيرتر و آسان‌تر خواهد کرد. در اين راستا، مهمترين دلايل و مزاياي استفاده از افزودنيهاي شيميايي را مي‌توان به شرح زير دستهبندي کرد.
1-4-1 - كاهش هزينه ساخت و ساز
کاربرد افزودني‌ها مي‌تواند موجب صرفه‌جويي‌هاي گوناگوني گردد و علاوه بر جبران هزينه‌هاي ناشي از خريد افزودني، امتيازات اقتصادي نيز به همراه داشته باشد. کاهش هزينه‌هاي ساخت و ساز به سه دسته صرفه‌جويي مستقيم، غيرمستقيم، و نهان تقسيم مي‌شوند.
صرفه‌جويي مستقيم آن بخش از کاهش هزينه‌ها است که به آساني قابل محاسبه و سنجش است. از جمله اين صرفه‌جويي‌ها مي‌توان به کاهش مقدار سيمان و آب، افزايش بهره‌وري نيروي انساني، کم‌شدن زمان اجرا، سهولت و افزايش راندمان عمليات بتني، فراهم کردن امکان استفاده از سنگدانه‌ها و مصالح در دسترس، سهولت انتقال و ريختن بتن، سرعت بخشيدن در بازکردن قالب و سهولت در بسياري ديگر از موارد اجرايي اشاره کرد.
صرفه‌جويي غيرمستقيم، کاهش هزينه‌هاي حاصل از بهبود کيفيت بتن، افزايش مقاومت‌هاي مکانيکي، اطمينان از يکنواختي توليد، کاهش مشکلات و کاستي‌هاي هنگام اجرا، کاهش يا حذف دوباره کاري‌ها، بهبود شکل ظاهري و کاهش تعميرات سطوح بتني، و موارد بيشمار ديگري را دربرمي‌گيرد.
صرفه‌جويي نهان دربرگيرنده کاهش هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري است. از جمله اين موارد مي‌توان به کاهش استهلاک تجهيزات و ماشين‌آلات، کاهش احجام و ابعاد اعضاي سازه، امکان طراحي‌هاي متنوع، استفاده بهينه از زمين با طراحي سازه‌هاي بلندتر، و امکان حذف نماسازي اشاره کرد.
هر يک از افزودني‌ها ممکن است تنها يک يا چند مزيت اقتصادي را به ارمغان آورند که بايستي در هنگام محاسبه هزينه‌هاي صرفه‌جويي شده مورد ارزيابي قرار گيرند.
1-4-2 – تنظيم و بهبود ويژگي‌هاي بتن
اگرچه با انتخاب مصالح و نسبت اختلاط مناسب مي‌توان به بسياري از خواص مورد نظر بتن دست يافت ولي تنظيم و دستيابي به برخي از خواص بتن تازه و سخت‌شده با استفاده از افزودني‌ها، كارآمدتر، اقتصادي‌تر، و موثرتر از هر روش ديگري است. با استفاده از افزودنيهاي شيميايي مي‌توان خواص بتن تازه را متناسب با شرايط اجرايي و محيطي تنظيم و ويژگي‌هاي بتن سخت‌شده را مطابق با ضوابط فني و شرايط بهره‌برداري اصلاح کرد.
خواصي از بتن تازه را که مي‌توان با استفاده از افزودنيهاي شيميايي تنظيم کرد عبارتند از: افزايش کارآيي بدون مصرف آب اضافي، کاهش آب مصرفي بدون کاهش در کارآيي، تسريع و يا کندکردن گيرش اوليه و نهايي، ايجاد انبساط جهت جبران جمع‌شدگي، کاهش آب انداختن، حفظ قوام، کاهش جداشدگي دانه‌ها، بهبود پمپ‌شوندگي، اصلاح روند افت اسلامپ، و کنترل روند گرمازايي در سنين اوليه.
آن دسته از ويژگي‌هاي بتن سخت شده را که مي‌توان با استفاده از افزودنيهاي شيميايي اصلاح کرد يا بهبود بخشيد عبارتند از: تسريع و يا تاخير در روند کسب مقاومت، افزايش مقاومت‌هاي مکانيکي، بهبود پايايي، کاهش نفوذپذيري، کنترل انبساط و آسيب‌هاي ناشي از واکنش قليايي، افزايش چسبندگي به فولاد، بهبود چسبندگي بتن جديد به بتن موجود، توليد بتن يا ملات رنگي، و کنترل خوردگي ميلگرد.
1-4-3 - امکان اجرا در شرايط سخت و دشوار
برخي از افزودنيهاي شيميايي امکان اجرا و ادامه عمليات بتن‌ريزي را، با حفظ کيفيت خواسته‌شده، در شرايط آب و هوايي نامساعد فراهم مي‌آورند. براي مثال با استفاده از روان‌کننده‌هاي کندگير مي‌توان بتن را در مسافت‌هاي طولاني حمل يا تا فواصل زياد پمپ کرد؛ قوام‌بخش‌ها و ضد آب‌شستگي‌ها، عمليات بتن‌ريزي در زير آب را آسان‌تر مي‌کنند؛ زودسخت‌کننده‌ها امکان بتن‌ريزي در هواي سرد را فراهم مي‌کنند؛ و با استفاده از فراروان‌کننده‌ها مي‌توان بتن را در نقاط با دسترسي کم، مانند زير لوله‌هاي آبرسان به توربين در نيروگاه‌هاي برق‌آبي، بدون نياز به لرزاندن (بتن خودتراکم) اجرا کرد.
1-4-4 - غلبه بر پيشامد‌هاي ناگهاني
در حين عمليات بتن‌ريزي، احتمال رخداد پيشامد‌هاي ناگهاني و پيش‌بيني نشده‌اي مانند گرفتگي لوله‌هاي پمپ، دررفتن قالب، افت ناگهاني دما و ... وجود دارد. با کمک افزودنيهاي شيميايي مي‌توان بر برخي از اين پيشامدها غلبه کرد. نمونه‌اي از اين دست، استفاده از مواد کنترل‌کننده‌هاي آبگيري براي جلوگيري از گيرش و استفاده دوباره بتن ساخته شده در مواردي است که وقفه‌اي در اجرا پيش مي‌آيد.
1-4-5 - دستيابي به خواص ويژه
برخي از خواص و ويژگي‌هاي بتن، هر چقدر هم که در انتخاب مصالح و نسبت اجزاي بتن دقت شود، جز با استفاده از افزودني‌ها قابل دستيابي نيستند. از جمله اين ويژگي‌ها و خواص منحصر به فرد که تنها با استفاده از افزودنيهاي شيميايي به دست مي‌آيند مي‌توان به هوازايي، کف‌زايي، خودتراکمي، زودگيري، زودسخت‌شدگي، کُندگيري، و انبساط‌زايي اشاره کرد.
1-4-6 - هماهنگي با مسايل زيست محيطي و بهداشت کار
کاهش آلودگي‌هاي صوتي، افزايش ايمني و بهره‌وري نيروهاي کار (نيروي انساني)، کاهش گرماي حاصل از اصطکاک تجهيزات و ماشين‌آلات، دور نريختن و استفاده از بتن باقيمانده در ماشين‌آلات براي نوبت کاري بعدي (افزودني کنترل‌کننده آبگيري)، عدم نياز به شستشوي تجهيزات بتن‌سازي در پايان هر نوبت‌کاري و عدم تخليه آب شستشو در محيط (افزودني ناگيرکننده)، از جمله موارد دوستي با محيط زيست است که با کمک افزودنيهاي شيميايي قابل دستيابي هستند.
1-4-7 - کمک به توسعه پايدار
کاهش مصرف سيمان از يک سو با صرفه‌جويي در مصرف منابع طبيعي (مواد خام اوليه) و از سوي ديگر با کاهش گازهاي گلخانه‌اي ناشي از توليد سيمان، در راستاي کمک به حفظ محيط زيست و توسعه پايدار است. دستيابي به مقاومت‌هاي زودرس با استفاده از افزودني‌ها و بي‌نيازي به بخاردهي در روند توليد قطعات پيش‌ساخته که اصطلاحا "بي‌نياز از انرژي"[5] ناميده مي‌شود، به صرفه جويي در مصرف انرژي مي‌انجامد و به توسعه پايدار کمک مي‌کند. بهبود پايايي سازه‌هاي بتني در زمان بهره‌برداري که در اثر استفاده از مواد افزودني به دست مي‌آيد نيز با افزايش عمر مفيد سازه به توسعه پايدار کمک خواهد کرد.
نکته 1-3- صرف‌نظر از تمامي موارد گفته شده، بايد به خاطر داشت كه هيچ افزودني را، از هر نوع و مقداري كه باشد، نمي‌توان جانشيني براي طرح مخلوط و اجراي مناسب بتن انگاشت.
1-5- مشخصات افزودنيهاي شيميايي
افزودنيهاي مصرفي بايستي پاسخگوي نيازها و ضوابط آيين‌نامه بتن و استانداردهاي ملي ايران و استانداردهاي بين‌المللي معتبر مانند AASHTO, ASTM, BS, DIN, EN باشند. اين منابع مشخصات فني، حداقل انتظارات از مصرف، و نحوه تاثيرگذاري هر افزودني را به تفصيل بيان مي‌نمايند و راهنماي بسيار مناسبي براي استفاده افزودني‌ها هستند. در کنار اين استانداردها، توليدکنندگان اين افزودني‌ها همواره مشخصات فني دقيقي از محصولات خود و دامنه مصرف و تاثير آنها در بتن را ارايه مي‌نمايند که در مواردي مي‌توانند راهگشا باشند. اگرچه مشخصات فني ارايه‌شده توسط توليدکنندگان دربردارنده‌ي دامنه مصرف پيشنهادي هستند ولي مقدار مصرف افزودني بايد بر اساس نتايج به دست آمده با مصالح مصرفي در کارگاه موردنظر تعيين شود. برخي از استانداردهاي افزودنيهاي شيميايي در جدول شماره 1-1 آورده شده است.
1-6- نمونه‌برداري
براي آزمودن، ارزيابي و بازرسي افزودني‌ها بايستي نمونه‌هايي مطابق با دستورالعمل و مشخصات فني از پيش تعيين شده براي هر افزودني، برداشته شوند. چنين نمونه‌هايي بايد به روش نمونه‌گيري اتفاقي از واحد توليد، بسته‌بندي‌ها يا ظروف بازنشده، يا از محموله‌هاي فله‌اي که تازه وارد کارگاه شده‌اند برداشته شوند.
1-7- آزمودن
مواد افزودني با اهداف زير آزموده مي‌شوند:
الف- تعيين مطابقت با مشخصات فني.
ب- ارزيابي تاثير افزودني روي خواص بتن ساخته شده با مصالح كارگاهي تحت شرايط محيطي و روش‌هاي اجرايي مورد انتظار (پيش‌بيني شده).
پ- کنترل کيفيت و اطمينان از يکنواختي محموله‌هاي متعدد وارده به کارگاه.
ت- آشکارشدن هر گونه ناسازگاري افزودني با اجزاي تشکيل دهنده بتن، به ويژه سيمان، و پديدار شدن هر گونه اثر نامطلوب افزودني بر روي بتن.
توليدكننده مواد افزودني ملزم است گواهي نمايد كه هر محموله‌ي جداگانه با استانداردهاي ملي ايران يا با مشخصات فني ديگر آيين‌نامه‌هاي معتبر بين‌المللي پذيرفته شده در پروژه مطابقت دارد. مشخصات فني ارايه شده از سوي توليدکننده بايستي بيان‌کننده توانايي‌ها و محدوديت‌هاي کاربرد هر افزودني باشد.
شيوه‌ها و دستورالعمل‌هاي كنترل كيفيت که توسط توليدكنندگان مواد افزودني به کار مي‌روند بايد تضمين‌کننده يكنواختي محصول توليدي و مطابقت آن با ضوابط و ديگر شرايط استانداردهاي ملي ايران يا با مشخصات فني ديگر آيين‌نامه‌هاي معتبر بين‌المللي باشند. از آنجا كه روش‌هاي آزمايش و شيوه‌هاي کنترل کيفيت مورد استفاده توليد کنندگان ممكن است بر اساس خواص يك محصول ويژه پايه‌گذاري شوند، نمي‌توانند براي كاربرد عمومي يا استفاده توسط مصرف‌کنندگان به کار روند.
گو اينکه استانداردهاي ملي ايران يا ديگر آيين‌نامه‌هاي معتبر و بين‌المللي دستورالعمل گام به گام با ارزشي براي ارزيابي و انتخاب مواد افزودني فراهم مي‌كنند، بايد پيش از توليد بتن و استفاده مداوم از افزودني‌ها در توليد بتن، آزمايش‌هايي كه نشان دهنده عملكرد افزودني در شرايط کارکرد واحد بتن‌ساز همراه با مصالح مورد استفاده در ساخت بتن باشند انجام گيرد. يکنواختي و ناپراکندگي نتايج مربوط به هر ويژگي مورد نظر افزودني يا بتن، به همان اندازه‌ي ميانگين اين نتايج داراي اهميت است.
نکته 1-4- نتايج حاصله از مصرف و افزودني در يک کارگاه به معناي ويژگي مطلق آن افزودني نمي‌باشد و نمي‌توان اين نتايج را به ساير کارگاه‌ها تعميم داد و حتي تغييرات در نوع سيمان، سنگدانه‌ها، يا روش‌هاي بتن‌ريزي نيازمند تکرار آزمايش‌ها مي‌باشد.
نکته 1-5- پس از اطمينان از عملکرد يک افزودني در مراحل آزمايشگاهي، لازم است عملکرد آن در احجام واقعي ساخت بتن و در دستگاه بتن‌ساز نيز آزمايش و ارزيابي شود و در هنگام بتن‌ريزي با انجام نمونه‌گيري‌هاي منظم از يکنواختي بتن‌هاي توليد شده اطمينان حاصل گردد.
1-8- ارزيابي افزودني‌ها
از آنجا که ترکيبات و ويژگي‌هاي مواد سيماني، آب و سنگدانه و نيز نسبت اختلاط آنها تاثير به سزايي بر کارکرد افزودني‌ها دارند، ارزيابي هر افزودني بايد بر اساس نتايج بدست آمده با مصالح مصرفي کارگاه انجام گيرد.
در ارزيابي يك ماده افزودني، تاثير آن روي حجم مخلوط بايد در نظر گرفته شود. اگر اضافه كردن ماده افزودني بازده حجمي[6] مخلوط را تغيير دهد، همان‌گونه كه اغلب پيش مي‌آيد، تغيير در خواص بتن تنها به دليل تاثيرات مستقيم افزودني نخواهد بود و مي‌تواند ناشي از تغيير در نسبت اجزاي تشکيل‌دهنده بتن نيز باشد. در چنين مواردي ماده افزودني بايد مانند مواد سيماني، سنگدانه و آب به عنوان يكي از اجزاي تشکيل‌دهنده بتن در طرح اختلاط به شمار آيد.
چنانچه در بتن بيش از يک افزودني استفاده شود، ممکن است بر کارکرد يکديگر تاثير بگذارند. براي نمونه، در بتن داراي افزودني هوازا، استفاده از روان‌کننده مي‌تواند راندمان هوازا را افزايش دهد در حالي که برخي از فراروان‌کننده‌ها باعث کاهش راندمان آن مي‌شوند. در ارزيابي افزودني‌ها بايد تاثير متقابل آنها بر کارکرد يکديگر، بررسي و در نظر گرفته شود.
عوامل محيطي مانند دما و رطوبت تاثير چشمگيري بر رفتار بتن و بر کارکرد افزودني‌ها دارند. مواد افزودني كه کاركرد آنها در دماهاي معمول شناخته شده است ممكن است در دماهاي خيلي زياد يا خيلي كم، کاركرد بسيار متفاوتي داشته باشند. کاركرد هر ماده افزودني را بايستي در شرايط محيطي مورد انتظار در زمان اجرا ارزيابي کرد و به نتايج آزمايشگاهي که در دماهاي استاندارد انجام مي‌شوند، بسنده نکرد.
در ارزيابي کارکرد مواد افزودني بايد شرايط اجرايي مانند چگونگي و زمان اختلاط، نحوه و زمان حمل، دماي بتن تازه، چگونگي ريختن و پخش‌کردن بتن، نحوه متراکم‌کردن و پرداخت کردن بتن، و روش عمل‌آوري در نظر گرفته شوند زيرا هر يک از اين موارد مي‌توانند بر کارکرد افزودني تاثير بگذارند. براي نمونه، اختلاط بيش از اندازه باعث کاهش راندمان هوازاها مي‌شود.
زمان و نحوه افزودن مواد افزودني به مخلوط بتن نيز بر کارکرد آنها اثر مي‌گذارد که بايستي در ارزيابي آنها مورد توجه قرار گيرد. براي نمونه، چنانچه افزودنيهاي كاهنده آب را به مخلوط خشک سيمان و سنگدانه افزود راندمان آنها به شدت کاهش مي‌يابد در حالي که اگر آنها را بعد از افزودن بخشي از آب اختلاط و تشکيل خمير سيمان به بتن اضافه كرد، کارکرد بهتري خواهند داشت.
در ارزيابي اقتصادي هر افزودني بايستي افزايش هزينه ناشي از تهيه،حمل، نگهداري و افزودن آن را در کنار صرفه‌جويي‌هاي اقتصادي که افزودني در اجراي عمليات بتني به همراه دارد مورد بررسي و توجه قرار داد.
اگرچه کارکرد و تاثير اصلي يک ماده افزودني بر روي خواص بتن تازه و سخت شده معمولا ملاک اصلي ارزيابي و انتخاب افزودني است ولي مزيت‌هاي جنبي هر محصول نيز قابل توجه توليدکنندگان بتن آماده، پيمانکاران، مجريان و کارفرمايان مي‌باشد و از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. از جمله اين مزيت‌ها مي‌توان به خواصي چون: کارپذيري، سهولت پمپاژ و قالب پذيري، پرداخت سطح، کسب مقاومت‌هاي زودرس، استفاده سريع‌تر از قالب‌ها، شکل ظاهري سطوح بتني و حذف و يا کاهش زمان لرزاندن اشاره نمود.
براي کنترل کيفيت افزودني‌ها، علاوه بر يکنواختي مشخصات ظاهري، يکنواختي عملکرد آنها بر بتن نيز بايستي مورد ارزيابي قرار گيرد.
1-9- ملاحظاتي در مصرف مواد افزودني
مواد افزودني بايد با استانداردهاي ملي ايران يا ديگر آيين‌نامه‌هاي معتبر بين‌المللي مطابقت داشته باشند. علاوه بر اين بايد دستورالعمل‌ها و توصيه‌هاي ارايه شده از طرف توليدکننده مواد افزودني مورد توجه دقيق قرار گيرند. اثرات يک ماده افزودني بايد تا آنجا که ممکن است با استفاده از مصالح مصرفي مورد نظر و در شرايط کارگاهي ارزيابي شود. اين موضوع وقتي اهميت ويژه پيدا مي‌كند كه:
-
ماده افزودني پيش از اين با مصالح مورد نظر يا ترکيب آنها استفاده نشده باشد؛
-
استفاده از انواع ويژه مواد سيماني مورد نظر باشد؛
-
بيش از يك نوع افزودني مصرف شود؛ يا
-
اختلاط و بتن‌ريزي در دماهاي خارج از محدوده‌اي كه معمولاً براي بتن‌ريزي توصيه مي‌شود، انجام گيرد.
افزون بر اين، استفاده از افزودني‌ها ممکن است نيازمند اصلاحاتي در طرح اختلاط بتن باشد که از آن جمله مي‌توان به تغيير در نوع يا مقدار سيمان، تغيير در نوع يا دانه‌بندي سنگدانه، يا اصلاح نسبت اختلاط اشاره کرد. با تنظيم مقدار آب و مواد سيماني مخلوط و اصلاح نوع و طول زمان اختلاط، اثرات برخي از مواد افزودني به‌طور چشمگيري بهبود مي‌يابند.
بسياري از افزودني‌ها بيش از يك خاصيت بتن را تحت تاثير قرار مي‌دهند و حتي ممکن است روي خواص مطلوب تاثير نامطلوبي بگذارند. افزودني‌هايي كه خواص بتن تازه را اصلاح مي‌کنند ممكن است موجب سفت شدن زودهنگام يا كندگيري بيش از اندازه بتن شوند و مشکلاتي پديد آورند. با بررسي چگونگي تاثير افزودني‌ها روي مواد سيماني مورد مصرف، مي‌توان رفتارهاي گيرشي ناهنجار را شناسايي کرد. سفت شدن زود هنگام اغلب به دليل تغييرات در روند واكنش بين تري‌كلسيم‌آلومينات و يون سولفات موجود رخ مي‌دهد. کندگيري بيش از اندازه مي‌تواند ناشي از به تاخير افتادن آبگيري سيليكات كلسيم به دليل استفاده بيش از اندازه افزودني يا كاهش دماي محيط اطراف باشد.
از ملاحظات مهم ديگر در استفاده از مواد افزودني مي‌توان به محدوديت مقدار مجاز يون كلر در بتن اشاره کرد. اين محدوديت‌ها در آيين‌نامه بتن ايران داده شده است. معمولاً اين محدوديت‌ها به صورت حداكثر درصد يون كلر نسبت به جرم (وزن) سيمان بيان مي‌شوند، اگرچه گاهي مقدار يون کلر "حل‌شونده در آب" موجود در بتن نيز ملاک سنجش قرار ميگيرد. صرف‌نظر از آن‌كه اين حد چگونه تعيين مي‌شود، مصرف كننده بايد ميزان يون كلر موجود در افزودني مورد نظر را بداند تا در هنگام تعيين مقدار مصرف افزودني، از حدود تعيين شده براي مقدار يون کلر فراتر نرود.
نکته 1-6 - استفاده كننده بايد آگاه باشد كه حتی با فرض نبودن يون کلر در ساختار يک افزودنی شيميايی، همواره احتمال وارد شدن يون کلر از طريق آب مصرفی برای توليد افزودنی مايع وجود دارد، زيرا افزودني‌ها اغلب به كمك آب ساخته مي‌شوند كه حاوي مقادير كم ولي قابل اندازه‌گيري يون كلر هستند. بنابراين در برخورد با اصطلاحاتي نظير "بدون كلر" بايد احتياط کرد.
1-10- آماده‌سازي و پيمانه‌كردن مواد افزودني
استفاده موفقيت‌آميز از افزودني‌ها تا حدود زيادي به روش‌هاي آماده‌سازي و پيمانه‌کردن آنها بستگي دارد. هرگونه کوتاهي در آماده‌سازي و پيمانه‌کردن مي‌تواند تاثيرات چشمگيري بر خواص، عملكرد و يكنواختي بتن داشته باشد. بيشتر مواد افزودني رايج در بازار به صورت مايعات آماده مصرف هستند كه يا در هنگام اختلاط در مرکز بتن‌ساز به مخلوط يا در پاي کار به بتن افزوده مي‌شوند.
مواد افزودني پودري مانند رنگ‌دانه‌ها، منبسط‌كننده‌ها و آسان‌کننده‌هاي پمپاژ كه داراي مقدار مصرف اندک هستند اغلب به صورت دستي و با پيمانه اضافه مي‌شوند. برخی ديگر مانند شتاب‌دهنده‌ها، كاهنده‌هاي تراوايي، و پيوندزاها كه اغلب در مقادير كافي براي يك واحد وزنی سيمان و يا يک حجم بتن بسته‌بندي مي‌شوند.
طرح های اختلاط جديد برای توليد بتن با عملكرد بالا( بتن توانمند ) گاه به تعداد دو يا بيشتر، مواد افزودني آميخته مي‌شوند. اين افزودني‌ها در دستگاه توليد بتن به مخلوط بتن يا از مخزن مخصوص مواد افزودني كه روي كاميون مخلوط كننده (تراك ميكسر) سوار است در محل كار به بتن افزوده مي‌شوند. هرچند اندازه‌گيري و افزودن مواد شيميايی در دستگاه بتن ساز و يا مخزن تراك ميكسر غالباً به‌وسيله سيستم های توزين كننده پيشرفته مكانيكي يا الكترومكانيكي انجام می شود. يك مخزن ذخيره و مدرج بايد جزيي از سيستم باشد تا اپراتور واحد بتن بتواند يقين پيداكند كه مقدار لازم مواد افزودني به مخلوط بتن يا داخل مخزن تراك ميكسر اضافه شده است.
1-11- آماده‌سازي (ساخت)
مقدار ماده افزودني مورد مصرف نسبت به ساير مواد متشكله مخلوط كم است اما تاثير آن بسته به مقدار استفاده شده و زمان افزودن آن مي‌تواند بسيار قوي باشد.
بنابراين مواد افزودني بايد طوري تهيه شوند كه مصرف كننده را از غلظت مطلوب مواد شيميايي داخل آن مطمئن سازد. مواد افزودني اختصاصي عموماً به صورت مايعات آماده براي مصرف تامين مي‌شوند كه نيازي به آماده‌سازي بيشتر در محل مصرف ندارد. در واقع آماده‌سازي كارگاهي براي اين محصولات از طرف سازندگان آنها جداً منع مي‌شود. اما مواد افزودني معيني از اين قاعده مستثني هستند كه عبارتند از:
1- مواد افزودني كه به صورت غليظ شده تامين مي‌شوند تا هزينه‌هاي زياد باربری كه به دليل حمل احجام زياد آب برآن تحميل مي‌شود را به حداقل برساند.
2- كلروكلسيم پولکي كه توسط بعضي از توليدكنندگان بتن در واحد توليد بتن آماده در آب حل مي‌شود.
3- مواد افزودني پودري كه لازم است در كارگاه يا در محل مصرف تبديل به مايع شوند. اين عمل مستلزم نصب ماشين آلات مناسب، انتصاب نيروی انسانی مجرب، و رعايت دقيق دستورالعمل های توليد کننده جهت توليد افزودنی با غلظت و درصد جامد مناسب می باشد.
اين توليدات ممكن است برای ساختن محلول‌هاي استاندارد (مانند كلروكلسيم و افزودنيهاي پودري) يا رقيق كردن مايعات براي تسهيل در توزين و كاربرد مقدار مصرف توصيه شده توسط سازنده باشد. در توليد انبوه گارکاهی عدم توجه به نسبت های دقيق مواد و يا عدم تطبيق دستگاه همزن با غلظت محصول مشكلاتی مانند همزدن ناکافی، حل نشدن کامل مواد موثر، و رسوب اجزاء غير محلول به‌وجود آيد. در صورت بروز هرگونه مشكلي در مورد توليدات کارگاهی رعايت توصيه‌هاي سازنده لازم است.
همزدن ماده افزودني پودری بايد در مخزنی مجزا از مخزن ذخيره ماده افزودني كه به توزيع كننده متصل است انجام شود. ماده افزودني ذخيره شده بايد به طور روزانه يا زماني كه ماده جديد به آن افزوده مي‌شود با استفاده از هيدرومتر كنترل شود. مخزن ذخيره بايد مجهز به يك همزن براي نگهداري ماده افزودني به حالت معلق باشد، چون بسياري از محلول‌ها حتی با غلظت كم محتوي مقدار قابل توجهي ذرات ريز غير محلول ويا اجزاء فعالي هستند كه ممكن است به راحتي محلول نشده و يا در اثر سکون مايع رسوب کنند . ضروري است احتياط‌هاي لازم به عمل آيد تا حفظ حالت معلق يكنواخت قبل از اضافه كردن افزودنی تضمين شود.
1-12- انبار كردن
سه عامل در نگهداري مواد افزودني مهم هستند: سهولت در شناسايي، رطوبت و دمايي كه در آن نگهداري مي‌شوند، و وجود برچسب بر روی ظروف و بشكه‌ها بگونه ايکه محتويات آنها را به وضوح نشان دهد. مواد افزودني خشك (پودري) در مقايسه با سيمان پرتلند حساسيت بيشتري به دي‌اكسيد كربن و رطوبت دارند. لذا اين مواد بايد در كيسه هاي ضد رطوبت بسته‌بندي شوند و براي جلوگيري از كلوخه شدن آنها به دور از رطوبت و دماهاي زياد نگهداري شوند.
مخازن ذخيره مايعات بايد داراي دريچه‌هاي مناسب ورودي و بازشو باشند و اين دريچه‌ها بايد در هنگامي كه مورد استفاده قرار نمي‌گيرند كاملاً بسته شوند.
بيشتر مواد افزودني به جز بعضي از ضد رطوبت‌ها و مواد تسريع كننده بدون كلر و مواد هوازا به شكل محلول‌هايي هستند كه در 3- درجه سيليسيوس يخ مي‌زنند. بنابر اين بايد در مقابل يخ‌زدن حفاظت شوند. انباركردن بعضي از مواد مانند امولسيون‌ها نياز به مراقبت بيشتري دارد و دستورالعمل‌هاي سازنده آن بايد دقيقاً رعايت شود.
در مناطقی با زمستانهاي ملايم مي‌توان اكثر مواد را در بشكه و در انبارهاي محصور، بدون وسيله گرمايي، بدون نگرانی از يخ‌زدگي انباركرد. در زمستانهاي سخت امكانات ويژه‌اي براي جلوگيري از يخ‌زدن افزودنيهاي مايع بايد به‌كاربرد. استفاده از انبارهاي محصور وگرم در اين شرايط رايج است. لازم است از كليه تجهيزات شامل مخازن نگهداري، خطوط انتقال و خطوط متصل به بتن‌ساز نيز محافظت شود. در مناطق با آب و هواي معتدل استفاده از مخازن فلزي عايق‌بندي شده يا پلاستيكي نيز امكان‌پذير است. در شرايط يخ‌بندان و هوای سرد، مخازن ذخيره‌سازي و محتويات آنها يا بايد گرم شوند و يا در يك محيط گرم قرار داشته باشند. روش دوم به دلايل زير ترجيح داده مي‌شود.
1- چنانچه مخزن ذخيره مجهز به لوله‌هاي مارپيچ آب گرم يا بخار باشد، بايد دقت شود كه گرم كردن از حد مجاز ارايه شده توسط سازنده تجاوز نكند زيرا دماي زياد مي‌تواند بر برخي از اين مواد تاثير منفي داشته باشد.
2- بعضي از المنت‌هاي حرارتي ممكن است به‌طور موضعي ماده افزودني را بيش از اندازه گرم كنند و باعث تجزيه حرارتي و ايجاد گازهاي انفجاري شوند.
3- ممكن است اتصالات الكتريكي گرم كننده‌ها (نواري، ميله‌اي و غيره) قطع شوند و باعث يخ‌زدن ماده افزودني و يا آسيب ديدن سيستم حرارتی و دستگاه های اندازه گيری شوند .
4- معمولاً هزينه به‌كارگيري المنت‌هاي ميله‌اي و نواري بيشتر از هزينه گرم نگهداشتن يك انبار در بالاتر از دماي انجماد است.
5- يك انبار گرم نگهداري ماده افزودني نه تنها مخازن ذخيره، بلكه پمپ‌ها، دستگاه‌هاي اندازه‌گيري، شيرها و شيلنگ‌هاي ماده افزودني را از يخ‌زدگي و از ساير مسايل مانند گردوخاك، باران و افراد متفرقه حفاظت مي‌نمايد، به‌علاوه چون دماي نگهداري در طول سال كمتر در معرض تغييرات شديد قرار ميگيرد، گرانروي ماده افزودني ثابت‌تر مي‌ماند و دستگاه‌هاي اندازه‌گيري احتياج به تنظيم كمتري پيدا مي‌كنند.
6- اگر مخازن نگهداري و شلنگ‌ها، پلاستيكي باشند بايد دقت شود از گرم كردن بيش از اندازه آنها پرهيز شود تا اين مواد به نقطه نرم‌شدگي و پارگي نرسند.
7- سيستم هواكش مخازن بايد به گونه‌اي طراحی شود كه از ورود هرگونه مواد خارجي به داخل مخزن جلوگيري شود. به همين صورت براي اجتناب از آلودگي بايستی ب روی مجاري پركردن و ديگر بازشوها در مواقعي كه استفاده نمي‌شوند درپوش گذاشته شوند.
جدول 1-1 - استانداردهاي مواد افزودني شيميايي
|
گروه افزودني
|
نام افزودني
|
استاندارد
|
|
ايران
|
اروپا
|
آمريکا
|
|
ASTM
|
AASHTO
|
|
کاهنده‌هاي آب
|
روان‌کننده
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C494
|
AASHTO M 194
|
|
روان‌کننده کُندگير
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C494
|
AASHTO M 194
|
|
روان‌کننده تندگير
|
|
|
|
|
|
فوق‌روان‌کننده
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C494
|
|
|
فوق‌روان‌کننده کُندگير
|
|
|
ASTM C494
|
|
|
فراروان‌کننده
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C494 & C1017
|
|
|
هوازاها
|
هوازا
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C260
|
AASHTO M 154
|
|
کُندگيرکننده‌ها
|
ديرگيرکننده
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C494
|
AASHTO M 194
|
|
ناگيرکننده
|
|
|
|
AASHTO M 194
|
|
شتاب‌دهنده‌ها (تسريع‌کننده‌ها)
|
زودگير
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C494
|
|
|
زودسخت‌کننده
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C494
|
|
|
افزودني بتن‌پاشي
|
|
EN 934-5
|
ASTM C1141
|
|
|
منبسط‌کننده‌ها
|
جبران‌کننده جمع‌شدگي
|
|
|
ASTM C878
|
|
|
گازساز
|
|
EN 934-4
|
|
|
|
کف‌زاها
|
|
|
ASTM C869
|
|
|
پاياگرها (دوامبخشها)
|
بازدارنده خوردگي
|
|
BS 1881
|
ASTM G109
|
AASHTO T277
|
|
کاهنده واکنش قليايي
|
|
|
|
|
|
کاهنده تراوايي
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C836
|
|
|
نم‌بند / آب‌بند
|
ISIRI-2930
|
EN 934-2
|
ASTM C836
|
|
|
افزودنيهاي خاص
|
هوازدا
|
|
|
|
|
|
ضديخ
|
|
|
|
|
|
رنگ‌بخش
|
|
BS 1014
|
ASTM C979
|
|
|
آسان‌کننده پمپاژ
|
|
|
|
|
|
ضد آب‌شستگي
|
|
|
|
|
|
کنترل کننده واکنش آبگيري
|
|
|
|
|
|
پيوندزا (لاتکس)
|
|
BS 5270
|
|
|
|
قوام‌بخش
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-13- مراجع
1- آيين‌نامه بتن ايران (آبا)، تجديد نظر اول، نشريه شماره 120 سازمان مديريت و برنامه‌ريزي کشور.
2- ACI 212.3R – 04, "Chemical Admixtures for Concrete", MCP-ACI 2007.
3 – ايراجيان محمود، "كاربرد مواد افزودني در پروژه‌هاي سدسازي"، چهارمين كنفرانس بين‌المللي سدسازي، ايران، تهران، 1380.