آشنایی با روان کننده بتن و انواع آن

روان کننده بتن به عنوان عامل کاهنده آب و بالا بردن اسلامپ بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. بتن مخلوطی شامل سنگدانه، آب و سیمان است. بتن سازه ای که در کارخانه بتن آماده تولید می‌شود معمولاً شامل 20 درصد سیمان، 10درصد آب و 70درصد سنگدانه است. نقش آب در تولید بتن بسیار حیاتی و مهم می‌باشد. روان کننده بتن، با افزایش عدد اسلامپ بدون آنکه خواص منفی در بتن ایجاد شود، کارایی و شکل پذیری بتن افزایش می‌یابد. مهمترین نقش آب شرکت در واکنش هیدراسیون سیمان و روان کردن بتن می‌باشد.

فایده کاهش آب بتن چیه؟

اولین اسمی که میشه روی روان کننده بتن گذاشت کاهنده آب هست ولی میخوایم بدونیم که کم کردن آب بتن چه فایده ای داره؟ بسیاری فکر میکنن که روان کننده مانند چسب ذرات رو بهم اتصال میده و از این طریق مقاومت بتن رو افزایش میده. باید بگم که این قاعده معنا و مفهومی نداره و کاملا اشتباهه. روان کننده ها ذرات با بار منفی هستند و وقتی به بتن اضافه میشن تنها کاری که انجام میدن اینه که ذرات سیمان و آب که بهم چسبیدن رو ازهم جدا میکنن و اجازه میده آب به راحتی بین ذرات سیمان حرکت کنه. این کار باعث میشه که بتن سفت شما به طور ناگهانی تبدیل به یک بتن روان و سیال بشه. خب حالا سوال اینجاست که اینکار رو وقتی میشه با آب انجام داد چرا باید روان کننده بریزیم؟ یعنی چرا با آب بتن رو شل نکنیم؟

آب زیاد باعث میشه سنگدانه و سیمان به خوبی متصل نشن بهم. یعنی کیفیت اتصال مرز بین سنگدانه و سیمان خیلی ضعیف میشه و در نتیجه مقاومت بتن روهم کم میکنه. آب بتن پس از مدتی تبخیر میشه و جای خالی اون بصورت حفره های ریز میکروسکوپی باقی میمونه پس نتیجه میگیریم هرچقدر آب بتن رو کمتر کنیم این حفره های ریز هم کمتر میشن.

افزودن روان کننده بتن منجر به افزایش سیالیت بتن تازه و بالا رفتن استحکام و دوام بتن(به علت کاهش نسبت آب به سیمان) می‌شود. میزان اثربخشی روان کننده ها به عواملی مثل ماهیت شیمیایی و وزن مولکولی پلیمر، اندازه ذرات توزیع و ترکیب بایندرف میزان مصرف و دما وابسته است. بنابراین انتخاب یک روان کننده مناسب نیازمند داشتن اطلاعات کافی در مورد آن است. یکی از مهم ترین پارامترها میزان دُز مصرفی روان کننده است که باید به خوبی کنترل شود زیرا مصرف کم باعث کاهش کارایی و مصرف زیاد آن منجر به جداشدگی ذرات سیمان و سنگدانه (به اصطلاح اوردُز) بتن میشه. لیگنوسولفونات ها، ملامین ها، نفتالین ها و پلی کربوکسیلات اتر به عنوان پایه و بیس تمامی روان کننده ها مورد استفاده قرار می‌گیرد که هرکدام خواص مخصوص به خود را دارند. روان کننده های لیگنو باعث تاخیر در گیرش و روان کننده های نفتالین باعث تسریع گیرش سیمان می‌شوند که به روان کننده بتن دیرگیر و روان کننده بتن زودگیر معروف هستند. روان کننده های پلی کربوکسیلات نسخه پیشرفته کاهنده های آب هستند و هم دژ مصرف پایین و هم حفظ اسلامپ بلندمدت دارند.

با افزایش میزان آب در مخلوط بتن معمولاً خاصیت خمیری آن افزایش می یابد ولی همواره باید به این نکته توجه داشت که رعایت کردن نسبت آب به سیمان در مخلوط بتن از حد استاندارد فراتر و یا پایین تر نباشد. روان کننده بتن بر پایه مواد آلی و شیمیایی فرموله شده و با کاهش میزان مصرف آب منافذ مویینه بتن را کاهش می‌دهد و به دوام هر چه بیشتر بتن کمک می‌کند. بتن ریزی در شرایط آب و هوایی گرم بسیار سخت و طاقت فرساست و معمولاً در این شرایط آب و هوایی بتن کارایی خود را از دست می‌دهد.

در گذشته برای برطرف کردن این مشکل به مخلوط بتن آب اضافه می‌کردند تا بتن دوباره کارایی خود را به دست آورد. با اینکه افزودن آب به بتن بسیار زیان آور بود ولی تنها روش ممکن همین بود. افزودن آب باعث جدا شدن اجزای بتن از هم میشد و همین عامل از کیفیت بتن در دراز مدت کم می‌کرد. محققان و دانشمندان علوم مواد و متالورژی در حدود سال ۱۹۳۰ میلادی با انجام آزمایش های فراوان موفق به تولید روان کننده بتن شدند که می توانست میزان مصرف آب در بتن را کاهش دهد و از طرفی باعث افزایش کارایی و روانی آن شود.

شاید براتون سوال پیش اومده باشه که چرا وقتی با آب میشه بتن رو شُل کرد مهندسین اینقدر اصرار دارن که با روان کننده بتن شُل بشه ؟ روان کننده چه خاصیت مفیدی داره که اینقدر پرمصرف شده؟؟؟؟؟؟ مهم ترین و اصلی ترین چیزی که میتونه بتن مارو مستحکم و نفوذناپذیر کنه فقط و فقط یک عامل هست و اون هم پایین بودن نسبت آب به سیمانِ. یعنی توی بتن هر چقدر آب کمتری مصرف بشه، بتن پرمقاومت تر و از یک طرف نفوذپذیری کمتری هم داره و آب و مواد شیمیایی به راحتی نمیتونن بهش نفوذ کنن و از درون خرابش کنن.

حالا چرا آب زیاد مقاومت بتن رو کم میکنه ؟؟؟؟؟ چون بعد از خشک شدن بتن حفره های ریز زیادی داخل بتن به وجود میاد که هم باعث باعث میشه تحت فشار مقاومتش کم بشه و هم آب به راحتی به داخل بتن نفوذ کنه. پس نتیجه میگیریم هرچقدر آب بتن کمتر باشه یا به اصطلاح بتن سفت تر خالی بشه مقاومت بیشتری داره. استاندارد آب بتن نصف مقدار سیمان هست. یعنی مثلا در بتن عیار 400 شما مجاز هستین که 200 لیتر آب برای ساختن بتن مصرف کنید ولی با این مقدار آب بتن خیلی سفت هست و پمپ کردن و ریختن و ویبره کردن این بتن خیلی سخته و بعد از باز کردن قالب سطح بتن کرمو میشه.

حالا اینجاست که آیین نامه روان کننده بتن رو الزامی میکنه و نمیذاره بتن رو با آب شُل کنیم. ذرات سیمان وقتی با آب ترکیب میشن تمایل دارن به هم بچسبن و نتیجه اش میشه کاهش روانی بتن. روان کننده میاد با ایجاد یک بار قطبی ذرات سیمان و آب رو از هم جدا میکنه و اجازه میده آب به راحتی بین ذرات سیمان حرکت کنه و نتیجه اش میشه افزایش کارایی بتن. حالا با روان کننده ما یک بتن با میزان آب استاندارد داریم که هم به راحتی پمپ میشه هم ویبره میخوره و هم کرمو نمیشه.

خلاصه مطلب این بود که روان کننده خودش باعث افزایش مقاومت نمیشه و از طریق کاهش میزان مصرف آب بتن رو پرمقاومت میکنه. یعنی اگردوتا نمونه بتن با طرح اختلاط یکسان داشته باشیم و توی هر دوتا نمونه 200 لیتر آب زده باشیم و به یکی از این بتن ها بیایم روان کننده اضافه کنیم مقاومت فشاری هر دو نمونه یکسان میشه چون میزان آب یکسان بوده فقط تفاوت اینجاست بتنی که روان کننده داره شُل تره. حالا اگه دوتا نمونه بتن با طرح اختلاط یکسان داشته باشیم و  بیایم  یک نمونه رو با آب به اسلامپ 15 برسونیم و یک نمونه رو با روان کننده به اسلامپ 15 برسونیم. قطعا اون بتنی که روان کننده داره مقاومتش بیشتره چون آب کمتری داره.فاکتور اصلی و مهم فقط میزان آب بتن هست و روان کننده فقط به عنوان عامل کاهنده آب فعالیت میکنه و از این طریق مقاومت رو بیشتر میکنه.

در ابتدا این مواد کاهنده آب بتن نامیده شد. با ساخت و کشف کاهنده آب یک مشکل اساسی و مهم در صنعت بتن رفع شد.استفاده از مواد کاهنده آب در بتن باعث آسان شدن بتن ریزی در شرایط آب و هوایی گرم و همچنین بتن ریزی های حجیم شد و رفته رفته رواج زیادی پیدا کرد. باحل این مشکل اساسی در صنعت بتن روان کننده بتن به یکی از پرمصرف ترین مواد دنیا تبدیل شد. به طور تقریبی یک چهارم از حجم بتن را سیمان تشکیل می دهد.

تولید سیمان یک فرایند زیست تخریب پذیر است و هرچقدر در میزان مصرف سیمان صرفه جویی به عمل آید به محیط زیست آسیب کمتری وارد خواهد شد. میزان روان بودن بتن باید به گونه ای باشد که بتوان در زمان کم آن را کاملا متراکم کرد و پس از ریختن در قالب به خوبی تمامی قسمت ها را پر کند به طوری که پس از باز کردن قالب ها هیچ نقطه ای کرمو نباشد. شکل پذیری بتن در قالب یک عامل مهم در پیشروی بتن ریزی است.

بیشتر بخوانید : با ژل میکروسیلیس الیاف دار بیشتر آشنا شوید.

انواع روان کننده بتن

روان کننده بتن از لحاظ فرمول شیمیایی طبق آیین نامهASTM آمریکا به سه گروه کلی تقسیم می‌شود.

روان کننده پلی کربوکسیلاتی

این دسته از روان کننده بتن برپایه پلی کربوکسیلات اتر تولید شده‌اند. روان کننده های پلی کربوکسیلات به دلیل مزایای فراوانی که داشت خیلی زود پا به عرصه رقابت نهاد و با استقبال فراوانی در صنعت تکنولوژی بتن مواجه شد. از مهم ترین ویژگی های این دسته از روان کننده ها می توان به کاهش شدید آب مصرفی بتن و حفظ کارایی بتن برای مدت طولانی تر اشاره کرد.

از مزایای اصلی این دسته از روان کننده ها نسبت به نسل های قبلی می توان به توجیه اقتصادی، حباب‌سازی کمتر، دُز مصرف پایین‌تر اشاره کرد و همین عوامل باعث شد در سرتاسر دنیا به محبوب‌ترین و رایج‌ترین افزودنی بتن تبدیل شود.  با کشف روان کننده های پلی کربوکسیلات متخصصین و طراحان  موفق به تولید بتنهای خود تراکم، آب بند و بتن های اکسپوز شدند.

روان کننده لیگنوسولفوناتی

این دسته از روان کننده بتن برپایه مونومرهای لیگنوسولفونات تولید می‌شود. این مونومرها باعث کاهش محسوس آب مصرفی در بتن و همچنین حفظ کارایی و روانی بتن در مدت زمان بالاتر می‌شود. این روان کننده ها به روان کننده بتن دیرگیر معروف هستند.  استفاده از این روان کننده ها در فصول گرم سال به حفظ اسلامپ بتن و کارایی آن کمک زیادی  می‌کند. از معایب روان کننده های لیگنوسولفونات می‌توان به دُز مصرف زیاد در مقایسه با روان کننده های پلی کربوکسیلات و همچنین عدم استفاده در شرایط سرما، هوازایی زیاد و در برخی موارد به کاهش مقاومت بتن اشاره نمود.

روان کننده نفتالین سولفوناتی

روان کننده بتن نفتالین سولفونات برپایه مونومرهای ملامین سولفونات و نفتالین سولفونات تولید می شود. این روان کننده ها قادر به کاهش آب مصرفی بتن و حفظ  اسلامپ و کارایی بتن می‌شود. این روان کننده ها به روان کننده بتن زودگیر معروف هستند و در فصول سرد سال برای کاهش زمان گیرش بتن بسیار مفید هستند. در پروژه هایی نیاز به قالب برداری سریع است استفاده از این روان کننده ها توصیه می‌شود. از معایب این روان کننده ها می توان به دُز مصرف بالا و همچنین عدم حفظ اسلامپ برای زمان طولانی اشاره کرد.

زمان اضافه کردن روان کننده کی است؟

آقا ما یک پستی گذاشتیم که روان کننده بتن رو پای کار چطور استفاده بکنیم و یک خیل عظیمی از کامنت‌ها به سمت پست سرازیر شد که این کار کار اشتباهیه، این کار کار غلطیه، نباید این کارو انجام داد. شما اصلا محاسباتشو انجام ندادید، این کار خطرناک و غیره. ببینید روان کننده رو ما پای کار اولاً باید اضافه بکنیم یا نکنیم؟ اول این رو ما تکلیفمون رو مشخص بکنیم. روان کننده رو پای کار اگر بگم کلاً اضافه نکنه پس اصطلاح ریدوز کردن آمریکا اومده کلاً زیر سؤال. یعنی اصلاً ریدوز کردن وجود نداره.

ریدوز کردن به معنای اضافه کردن روان کننده پای کاره. حالا من چرا روان کننده را پای کار اضافه می‌کنم به تراک میکسر ؟ به دو دلیل این کارو انجام میدم دلیل اول اینه که من توی طرح اختلاطم اینو پیش‌بینی کردم مثلاً بتن خود تراکم می‌خوام بسازم به هر دلیلی سیمانم زود گیره، مسافتم زیاده نمی‌تونم اون روانی در واقع اسلام فلویی که توی بچینگ می‌گیرم رو توی محل هم داشته باشم میام یک بخشی از روان کننده رو توی بچینگ اضافه می‌کنم که آب به سیمانم بتونم کاهش بدم تو بچینگ. روانی داشته باشم که بتونم تولید کنم و تخلیه کنم تو تراک و یک بخشی از روان‌کننده بتن رو هم در محل پروژه اضافه می‌کنم که می‌خوام رو اون اسلام فلویی که می‌خوام رو اونجا به دست بیارم و بتن رو بریزم. پس تو حالت اول من پیش‌بینی‌های لازم را هم انجام میدم و در محل پروژه روان کننده رو اضافه می‌کنم به تراک میکسر. یه حالت دیگه‌ای هم هست که بتن من به هر دلیلی سفت میشه حالا سیمانم ممکنه بالا باشه بتن سفت بشه، هوا ممکنه گرم باشه، ممکنه ترافیک بشه، ممکنه پمپ خراب بشه تراک خراب بشه یا هر دلیل دیگه‌ای و من می‌خوام بتن سفت شده رو تخلیه بکنم. اینجا به جای اینکه بیام آب استفاده بکنم خب از روان‌کننده استفاده می‌کنم. حالا شاید این سوال براتون به وجود بیاد که زمان حمل افزایش داشته اصلاً نباید تخلیه بشه.

بعضی مواقع هستش که نریختن اون بتن از ریختنش ضررش بیشتره یعنی من ممکنه اگر این بتن رو بریزم، سازه دچار مشکلاتی مثل پیوستگی بشه و یا ممکنه استخر باشه و درز سرد ایجاد بشه و آب نشت بده. اون بتن رو می‌ریزم در هر صورت و باید اون بتن ریخته بشه، اینجوری نیست که بتن رو ریجکت بکنم و برگشت بدم پس اونجا من میام روان کننده استفاده می‌کنم. صرفاً اون روان کننده برای افزایش کارایی و پمپ‌پذیری ازش استفاده می‌کنم. اما یه سری نکات وجود داره در رابطه با روش اضافه کردن. یه روشش اینه که شما روان کننده رو میدی دست راننده راننده می‌بره روان کننده رو بالای تراک میکسر گالن ۲۰ لیتری میدی دستش خالی می‌کنه بله این کار خطرناکه و بهتره که انجام نشه اگر انجام میشه باید نکات ایمنی در رابطه با اون رو ما در نظر بگیریم و کار بهترش اینه که ما گیج روی تراک میکسرهامون نصب بکنیم و این گیج به صورت اتومات روان کننده رو اضافه بکنن به وسط تراک یعنی روان کننده شلیک بشه بره وسط تراک میکسر که هم میکس بهتری انجام بشه نسبت به اون حالت اول چون حالت اول شما می‌ریزه رو پره‌های اولی یه بخشش می‌چسبه به پره‌ها بعد باید آب بگیرید پره‌ها رو بشورید یه مقداری دقیق نمیشه و همون بحث خطرناک بودنش. تو حالت دوم هم روان کننده رو شلیک می‌کنید وسط تراک میکسر که بهتر میکس بشه با بتن و هم اینکه اون خطرات ناشی از بالا رفتن راننده از نردبون خطرناک تراک میکسر که خودمم چند بار نزدیک بود از اون بالا پرت بشم پایین رو نخواهد داشت. پس روان کننده بتن رو ما در تراک میکسر هم می‌تونیم اضافه بکنیم.

مزایای روان کننده بتن

اصلی‌ترین و کاربردی ترین مزیت روان کننده بتن کاهش آب مورد نیاز برای کارایی و روانی بالای بتن است. این مواد سازگاری بالایی با سایر افزودنی ها مانند حباب ساز ها دارند و به همین خاطر مصرف آن برای کارخانه های بتن آسان است.

برخی از خواص روان کننده بتن به شرح زیر است:

کاهش نسبت آب آب به سیمان

کاهش تخلخل و نفوذ پذیری بتن

افزایش شکل پذیری و کارایی بتن در آب و هوای گرم

کاهش مصرف سیمان

کاهش تنش های حرارتی بتن و در نتیجه کاهش ترک

جلوگیری از سخت شدن بتن در هوای گرم

حفظ کارایی و اسلامپ در مدت زمان بتن ریزی

کاربرد روان کننده بتن

مکانیزم مواد روان کننده بتن، ایجاد بار هم‌نام بین ذرات سیمان است. این مواد خاصیت قطبی دارند و اطراف ذرات سیمان را احاطه می‌کنند و پس از چسبیدن ذرات سیمان را دوقطبی می‌کنند. به این ترتیب از چسبندگی سیمان و آب کاسته می‌شود و آب به راحتی در بین ذرت سیمان حرکت می‌کند. با این مکانیزم میزان مصرف آب در بتن کاهش یافته و از طرف دیگر روانی و کارایی بتن افزایش می‌یابد. با اضافه کردن روان کننده بتن میزان فضای آزاد بین ذرات سیمان افزایش یافته و درنتیجه آب با سیمان بهتر تماس پیدا می‌کند و فرآیند هیدراسیون بهبود می‌یابد.

اگر اهمیت سازه ای بتن زیاد باشد ملزم هستیم تا میزان آب بتن را با استفاده از روان کننده بتن کاهش دهیم. یکی از مواقعی که باید حتما از روان کننده در بتن استفاده شود، شرایط آب و هوایی گرم است. در دمای بالاتر از 35درجه سانتیگراد، آب بتن با سرعت بیشتری تبخیر می‌شود و بتن به سرعت کارایی خود را از دست می‌دهد. در صورت اضافه کردن روان کننده بتن کارایی و روانی بتن در مدت زمان بیشتری حفظ می‌شود و عملیات پمپاژ تسهیل می‌گردد.

علاوه بر افزایش کارایی، روان کننده باعث کاهش تخلخل بتن می‌شود. روان کننده باعث می‌شود فاصله بین ذرات سیمان و سنگدانه پس از خشک شدن به حداقل ممکن برسد و در نتیجه مقاومت فشاری بتن افزایش یابد. کاهش تخلخل بتن فقط منجر به افزایش مقاومت فشاری نمی‌شود. با کاهش تخلخل میزان نفوذپذیری بتن کم می‌شود. با کاهش نفوذپذیری مقاومت بتن در برابر مواد خورنده و شیمیایی بالا می‌رود و در به دوام بتن کمک زیادی می‌کند. این کاهش نفوذپذیری می‌تواند منجر به آب بند شدن بتن شود و در مخازن بتنی از هزینه‌های زیاد آب بندی مخزن جلوگیری کند.

خواص و اثرات روان کننده بتن

مکانیزم اصلی و شیوه اثرگذاری روان کننده بتن، پخش کردن ذرات سیمان است. پخش کردن ذرات سیمان از طریق باردار کردن آنها انجام می‌شود. پس از ایجاد این مکانیزم عملیات هیدراسیون سیمان به تاخیر افتاده و سرعت گیرش کمتر می‌شود. در پی پراکنده شدن ذرات سیمان ناشی از بار قطبی روان کننده ها، مقاومت اولیه بتن نسبت به بتن شاهد کاهش می‌یابد و عملیات کیورینگ و عمل آوری در بتن باید در سنین اولیه به خوبی انجام شود. در صورت عدم رعایت نکات عمل اوری در سنین اولیه مقاومت نهایی 28روزه بتن کاهش خواهد یافت.

از جمله اثرات روان کننده بتن:

ایجاد تراکم زیاد بین ذرات و کاهش نفوذپذیری

جلوگیری از ایجاد اتصال سرد بین فواصل بتن ریزی

کاهش میزان مصرف سیمان و در نتیجه کاهش تنش های حرارتی هیدراسیون

کاهش آب انداختگی و جدا شدن ذرات مخلوط بتن

افزایش میزان چسبندگی بتن به فولاد و میلگرد

میزان مصرف روان کننده بتن

در قسمت های قبلی گفتیم که روان کننده بتن دارای سه نوع می‌باشد که شامل پلی کربوکسیلات، روان کننده نفتالین سولفونات و روان کننده لیگنو سولفونات می‌باشد. میزان مصرف روان کننده بتن نسل جدید(پلی کربوکسیلات) نسبت به نسل های قدیمی کمتر است. همواره به یاد داشته باشید که میزان مصرف روان کننده در بتن بسیار حائز اهمیت است. به عنوان مثال اگر بجای 10کیلوگرم روان کننده، 20 کیلوگرم روان کننده به بتن اضافه شود کل مخلوط بتن غیرقابل مصرف خواهد بود.

افزایش میزان مصرف روان کننده بتن منجر به آب انداختگی و جداشدن ذرات بتن از هم می‌شود و به اصطلاح عامیانه بتن اوردُز می‌کند. میزان مصرف روان کننده های پلی کربوکسیلات بین 0.3 تا 0.8 درصد وزن سیمان و روان کننده لیگنو و نفتالین بین 0.6 تا 1.5 درصد وزن سیمان است.

در اینستاگرام ما را دنبال کنید.