انواع روان کننده بتن نرمال، دیرگیر و زودگیر بر پایه لیگنو سولفونات که به عنوان کاهنده آب نیز شناخته می شوند، خاصیت پراکندگی عالی ذرات معلق این افزودنی شیمیایی و عملکرد آن بر افزایش مقاومت، کارایی و کاهش میزان آب طرح اختلاط در ترکیبات سازه های آببند (ضدآب) ساخت بتن خود تراکم، تولید قطعات ضخیم بتنی و رفع معایب بتن ریزی های معمولی در کنار جنبه اقتصادی موجب کاربرد فزاینده روان کننده های مایع و پودری به عنوان بهترین و با سابقه ترین مواد شیمی مورد مصرف در ساختمان شده است.
در ادامه به مشخصات ظاهری، خواص ، تفاوت تاثیر افزودن انواع روان کننده، مضرات، نحوه تست و استفاده، تاریخ و شرایط نگهداری، روش محاسبه درصد و میزان قیمت، طریقه مصرف و خرید به طور مشروح می پردازیم.
انواع روان کننده های بتن
تاریخچه روان کننده بتن
لیگنوسولفونات ها به عنوان سورفکتانت های پلیمری تجدید پذیر و سازگار با محیط زیست از فرآیند خمیر سولفیت حاصل می شوند و برای بهبود عملکرد (اصلاح شیمیایی) طی فرآیند افزایش وزن مولکولی از طریق روش‌های مختلف، مانند پلیمریزاسیون قرار می گیرند.
اولین کاربرد ثبت شده لیگنوسولفونات در سال 1916 در کشور سوئد بوده، و از اواخر سال 1940 به طور گسترده در ایالات متحده استفاده شده است. تولید این محصول در آفریقای جنوبی، از زمان تأسیس یک کارخانه خمیر سلولزی در سال 1954 می باشد. لیگنوسولفونات ها با توجه به نقشی که در اصلاح رئولوزه بتن و ملات های سیمانی دارند هنوز هم به طور گسترده در صنعت ساختمان در سراسر جهان استفاده می شوند.
مواد تشکیل دهنده روان کننده بتن
لیگنوسولفونات ها که اغلب به اختصار LS نامیده می شوند، یکی از اولین روانکننده هایی بودند که به عنوان افزودنی (افزون بر سیمان پرتلند، مصالح سنگی و آب) به بتن اضافه شدند. چوب حاوی حدود 20 تا 30 درصد لیگنین است، لیگنین به عنوان بخشی از چوب بعد از سلولز دومین مولکول آلی فراوان روی زمین می باشد.
در طی خمیر سولفیت چوب، لیگنین سولفاته می شود، پیوند بین لیگنین و پلی ساکاریدها و همچنین پیوندهای درون لیگنین شکسته می شود و وزن مولکولی لیگنین کاهش می یابد. این فرآیند مولکول را محلول در آب می کند.
فاز مایع جدا شده از خمیر خام حاوی لیگنو سولفونات ها، نمک ها، قندها و مشتقات قند (الیگومرها و مونومرهای سلولز و همی سلولزهای چوب) است، وزن مولکولی لیگنوسولفونات ها بین 103 – 106 گرم در مول است.
بسته به منبع لیگنوسولفونات (چوب نرم یا چوب سخت) و فرآیند خمیرسازی و جداسازی، تنوع زیادی از انواع مختلف با توجه به ویژگی‌های ساختاری مانند تعداد گروه‌های عاملی، درجه سولفوناسیون، وزن مولکولی و یون‌های متقابل موجود است.
لیگنوسولفونات ها به صورت نمک های کلسیم، سدیم و منیزیم در دسترس هستند. لیگنو در فرمولاسیون به سایر روان کننده هانظیر: پلی نفتالین سولفونات (PNS) یا پلی ملامین سولفونات (PMS) ترجیح داده می شوند. لیگنو سولفونات به صورت پودر قهوه ای رنگ یا به صورت محلول های قهوه ای 30 تا 40 درصد عرضه می شوند.
یک نقشه شماتیک از بخشی از ساختار لیگنو سولفونات در تصویر ذیل آورده شده است که پیوندهای احتمالی و الگوی جایگزینی را در مولکول نشان می دهد
مزایا و معایب روان کننده بتن
انواع روان کننده های بتن بر پایه لیگنو به صرفه ترین جایگزین های گیاهی برای پلیمرهای مصنوعی کاهش دهنده های آب موجود در بازار هستند. برخی از مزایایی را که این محصول ارائه می کند عبارتند از:
- کنترل رئولوژیکی عالی.
- سازگار با اکثر مواد شیمیایی دیگر.
- بهبود مقاومت فشاری و دوام سازه بتنی.
- کاهش نفوذپذیری و نسبت آب به سیمان توأم با حفظ کارایی عالی.
- صرفه جویی در هزینه ها به واسطه قیمت مناسب در قیاس با سایر مواد افزودنی مشابه.
- تنظیم زمان گیرش (تأخیر و تسریع) با توجه به شرایط جوی و حجم بتن ریزی.
از آنجا که تقریباً یک چهارم کل مواد جامد موجود در محلول مشتق شده از خمیر سولفیت را قندها تشکیل می دهند، از جمله معایب این محصول می توان به اثر دیرگیری در هیدراتاسیون مخلوط های سیمانی اشاره کرد، لزا جهت تولید محصول با گیرش نرمال و زودگیر با روش های مختلفی مانند رسوب، عملیات حرارتی قلیایی یا اولترافیلتراسیون برای کاهش محتوای قند موجود را تصفیه و کاهش می دهند.
نحوه عملکرد روان کننده بتن
ذرات سیمان پرتلند بسیار ریز هستند و تمایل جدی به لخته شدن در بتن تازه دارند، و در اثر فرآیند لخته شدن سیمان در بتن مقدار معینی از آب مورد استفاده در مخلوط را نیز به دام می اندازند. بنابراین درصدی از کل آب مورد استفاده در تولید مخلوط برای تولید سیالیت در مخلوط تازه از دسترس خارج می گردد.
اجزای فعال اصلی افزودنی‌های روان کننده بتن، عوامل فعال سطحی هستند که در سطح مشترک بین دو فاز غیرقابل اختلاط متمرکز می‌شوند، در اثر این جذب، ذرات سیمان دارای بار منفی می شوند و نیروی دافعه ای روی ذرات ایجاد می کنند که ذرات را از یکدیگر دفع می کند و با خنثی کردن نیروی جاذبه ذرات پراکندگی آنها تثبیت می شود. این نیروی دافعه پتانسیل زتا نامیده می شود، و میزان آن به پایه محتویات جامد مصرفی و مقدار روان کننده استفاده شده بستگی دارد.
اثر کلی جذب روان کننده این است که ذرات سیمان جدا شده و پراکنده می شوند. با جداسازی ذرات سیمان، آب محبوس شده در داخل لخته های سیمانی آزاد شده و برای تولید سیالیت در دسترس مخلوط قرار می گیرند.
توانایی پراکندگی روان کننده ها (افزودنی های کاهنده آب) منجر به سطح بیشتری از سیمان در معرض هیدراتاسیون می شود. به همین دلیل استحکام اولیه بتن نسبت به بتن بدون افزودنی با نسبت آب به سیمان یکسان افزایش می یابد. همچنین به دلیل توزیع یکنواخت‌تر سیمان پراکنده در سرتاسر بتن، مقاومت طولانی‌مدت نیز بهبود می یابد.
به طور کلی، این روان کننده ها برای همه انواع سیمان مؤثر هستند، اگرچه تأثیر آنها بر استحکام در سیمان‌های با C3A کم یا محتوای قلیایی کم بیشتر است. همچنین، اگر مواد افزودنی به درستی استفاده شود، افزون بر کاهش نفوذپذیری، دوام بتن سخت شده در طول زمان بهره برداری نیز افزایش چشمگیری پیدا می کند.
تست روان کننده بتن
برای بررسی و آزمایش انواع روان کننده بتن و سایر مواد افزودنی بتن استاندارد ملی ایران (ISIRI 2930) موارد ذیل را به ترتیب درج شده پیشنهاد می دهد:
- بررسی یکنواختی و رنگ محصول از طریق آزمون چشمی (دچار جداشدگی و تغییر رنگ نسبت به مشخصات مندرج در برگه اطلاعات فنی نباشد)
- سنجش ترکیبات موثر (مطابق با EN 480-6)
- محاسبه PH (مطابق با استاندارد EN 480-6) این آزمون در بازه 1± قابل پذیرش است.
- اندازه گیری وزن مخصوص (طبق ISIRI 898)
- ارزیابی مقدار مواد جامد یا Solids Content محصول (مطابق EN 480-8)
- مقدار کلر (طبق استاندارد ISO 1158) این مقدار باید کمتر از 0⁄1 درصد وزنی باشد.
- قلیائیت (طبق EN 480-12)
- رفتار خوردگی
- آزمایش اسلامپ یا روانی بتن (بر اساس ISIRI 3203)
- مقاومت فشاری (طبق استاندارد ISIRI 3203)
- کنترل مقدار هوای محبوس در مخلوط بتن تازه (مطابق با استاندارد ملی ISIRI 3203)
- وارسی آب انداختگی (برحسب EN 480-4) خصوصا در ارتباط با ابر روان کننده های بتن.
- اندازه گیری زوان گیرش و نهایی (طبق EN 480-2) در مورد روان کننده های زودگیر (AG LSA) و دیرگیر (AG LSR) بتن.
نحوه محاسبه روان کننده بتن
مقدار افزودنی مصرفی باید در دوزهای مناسب باشد تا از جدا شدگی در بتن جلوگیری شود، لزا قبل از اقدام به استفاده از هر یک از مواد افزودنی و از آن جمله انواع روان کننده بتن باید با آزمایش های اولیه کارگاهی بررسی شود که درصد مورد نیاز با توجه به شرایط جوی، فاصله محل بچینگ و پمپاژ، نوع طرح اختلاط و عیار بتن افزودنی مناسب چه مقداری از بازه ارائه شده در برگه های اطلاعات فنی محصول است.
نحوه استفاده از روان کننده بتن
جهت افزودن فوق روان کننده به بتن می توان از دو روش: افزودن در محل ساخت بتن (بچینگ پلانت) و اضافه کردن در محل تخلیه (پای کار) و یا ترکیبی از این دو متد استفاده کرد، به این صورت که خصوصاً در فواصل طولانی حمل ابتدا مقداری از روان کننده جهت تنظیم زمان گیرش و کاهش نسبت آب به سیمان در کارخانه تولید بتن آماده به بتن افزوده و مابقی روان کننده (دوز یادآوری) در محل تخلیه با توجه به اسلامپ بتن تحویلی جهت تامین کاری لازم به تراک میکسر افزوده میشود.
از جمله مزایای افزودن فوق روان کننده های بتن همراه با آب اختلاط در محل تولید می توان به دقت بالای سیستم های توزین و اندازه گیری است، در ارتباط با ترکیب فوق روان کننده در محل تخلیه و افزودن محصول به تراک میکسر نیز باید علاوه بر در نظر گرفتن زمان کافی برای ترکیب مخلوط بتن تازه و فوق روان کننده به اسلام اولیه بتن موجود نیز دقت کافی داشته باشید.
حداکثر اسلامپ مجاز بتن با روان کننده
کمینه و بیشینه مقدار اسلامپ بتن بر اساس نوع قطعه بتنی مطابق با استاندارد مبحث 9 مقررات ملی ایران برای فنداسیون، دیوار، دال و پیاده رو های بتنی مسلح و غیر مسلح حداقل 25 میلیمتر و حداکثر 75 میلیمتر، برای تیر و ستون ها 25 تا 100 میلیمتر و این بازه مجاز برای بتن ریزی های حجیم 25 تا 100 میلیمتر است.
شرایط نگهداری روان کننده بتن
از جمله اقدامات احتیاطی در ارتباط با انبارداری و جابجایی ایمن انواع فوق روان کننده می توان به این نکته اشاره داشت که:
- در مورد حفاظت در برابر آتش و انفجار: نیازی به اقدامات خاصی نیست.
- و در مورد ذخیره سازی نیز می توان در یک انبار مشترک با سایر مصالح ساختمانی در شرایط خنک و خشک (درمحدوده دمایی 5+ تا 45+ درجه سانتیگراد) در بسته اولیه به دور از گرما و نور مستقیم خورشید نگهداری شود.
سوالات متداول
مواد تشکیل دهنده روان کننده بتن چیست ؟
ترکیبات انواع مایع روان کننده بتن به طور کلی عبارت است از: آب، پودر روان کننده لیگنو سولفونات، ضد کف یا دفومر (Defoamer) یک ماده ضد کپک نظیر فرمالدئید و عامل تنظیم کننده سرعت گیرش اولیه (تاخیر یا تسریع کننده هیدراتاسیون سیمان)
تفاوت انواع روان کننده بتن چیست ؟
انواع روان کننده بتن علاوه بر کاهش نسبت آب به سیمان قابلیت تنظیم زمان گیرش اولیه رانیز دارند که با توجه به حجم بتن ریزی، گرما یا سرمای هوا می توان از بین روان کننده های نرمال (برای شرایط معمولی) زودگیر و دیرگیر یکی را برای تامین کارایی بتن انتخاب کرد.
تاثیر روان کننده بر بتن چیست ؟
افزودن روان کننده به بتن در کنترل رئولوژی، کارایی (اسلامپ) و روانی بتن تازه موثر است. همچنین با افزایش مقاومت فشاری، کاهش نفوذپذیری سبب بهبود دوام بتن سخت شده می گردد.