افزودنی حباب ساز بتن چیست و چه کاربردی دارد؟

افزودنی‌های حباب ساز باعث تقویت خواص بتن تازه و سخت شده می‌شوند. در واقع افزودنی حباب هوا ساز در بتن، باعث ایجاد حباب‌های یکنواخت و ریز هوا در داخل بتن تازه خواهد شد و میزان هوای کنترل شده ای (به طور معمول حدود 5 درصد حجمی) به صورت میلیون‌ها حباب کوچک هم اندازه و یکنواخت در مخلوط بتن به وجود می‌آورد و از بتن سخت شده در مقابل دوره‌های ذوب یخ و یخ زدگی، در طول عمر بتن محافظت می‌کنند.

افزودنی‌های حباب زا را که ممکن است به شکل مایع یا پودر باشد، بر اساس دستورالعمل تولید کننده، با شروع مرحله‌ی مخلوط نمودن بتن به آن اضافه می‌کنند، این گونه مواد در بتن میلیاردها حباب هوا با قطرهای مختلف ایجاد می‌کنند و باعث تقویت خواص بتن می‌شوند. در این مطلب، آشنایی بیشتری با افزودنی‌های حباب ساز بتن خواهیم داشت، با ما همراه باشید.

افزودنی حباب ساز بتن

قبل از توضیح کاربرد افزودنی حباب ساز بتن که یکی از مهمترین افزودنی های بتن است، باید گفت که یکی از بهترین پیشرفت‌های تکنولوژی در ساخت بتن، پیدایش بتن حباب دار است. در واقع ایجاد حباب هوا در بتن، باعث مقاومت بیشتر آن در برابر یخ زدگی و آب شدن می‌شود.

بتن حباب دار با به کار بردن یک سیمان هواساز و یا اضافه کردن مواد افزودنی حباب هوا ساز در موقع اختلاط، ایجاد می‌شود. برعکس حفره‌های هوای محبوس شده در بتن‌ها که به مقدار زیادی به ویژگی دانه‌ها بستگی دارد و باید با کمک ویبره از آن خارج بشود، حباب‌های عمدی، از نظر اندازه خیلی کوچک می‌باشند و در بتن باقی می‌مانند.

تاریخچه افزودنی حباب ساز بتن

در اوایل دهه‌ی 1930 در کشور آمریکا، عوامل حباب ساز امروزی به صورت اتفاقی کشف شدند. در آن زمان بعد از عملیات اجرای یک جاده با استفاده از روسازی بتنی، مشاهده شده بود که بتن برخی از قسمت‌های جاده در برابر یخبندان و سرما مقاوم بودند. ولی دیگر قسمت‌های روسازی بتنی در برابر یخبندان و سرما خیلی آسیب دیده بودند.

بعد از بررسی‌ بیشتر متوجه شدند که سیمان استفاده شده در بخش‌هایی که بتن مقاومت خوبی در مقابل یخبندان دارد، از آسیاب‌هایی بدست آمده است که در صنعت شمع‌سازی، جهت خرد کردن چربی گاو استفاده می‌شدند، از این رو دانستند که چربی گاو به عنوان حباب ساز عمل کرده است و مقاومت بتن را افزایش داده است، پس از آن عوامل حباب ساز در بتن، مورد استفاده‌ی بیشتری قرار گرفت.

در آن زمان اکثر افزودنی‌های حباب ساز بر اساس نمک‌های رزین چوب در صنعت ساختمان بودند، این گونه مواد، از بازیافت حلال‌های کلوفون و متنوع از تنه‌ی درخت کاج بدست آمده بودند. در ابتدا آن‌ها با نام وینسولو و بعد از مدتی با نام تجاری وینسول رزین عرضه شدند. تا حدود پنجاه سال بعد، یعنی تا سال ۱۹۸۰ از وینسول خنثی شده رزین برای حباب سازی استفاده می‌کردند، تا اینکه انواع دیگری از افزودنی‌ها با منشأهای متفاوت ارائه شدند، زیرا منابع وینسول رزین محدود است.

کاربرد افزودنی حباب ساز بتن

در این بخش از سازه برتر چند مورد از بارزترین کارایی‌های بتن حباب دار را معرفی می‌کنیم:

ایجاد مقاومت فشاری

برای اینکه بتن بدون حباب هوا با بتن حاوی حباب هوا در شرایطی یکسان، مقاومت فشاری 28 روزه برابر با هم داشته باشند، باید نسبت وزنی آب به سیمان را در بتن حاوی حباب هوا کمتر کرد. در واقع زمانی که مقدار هوا ثابت باشد، مقاومت رابطه‌ی عکسی با نسبت آب به سیمان دارد.

کم کردن نسبت آب به سیمان و در نهایت افزایش مقاومت، کاهش مقاومتی را که در اثر حباب‌های هوا ایجاد شده است جبران می‌کند و یا این که آن را به حداقل ممکن می‌رساند. این اثر جبرانی بستگی به میزان سیمان مخلوط دارد. کاهش مقاومت مخلوط هایی که پر از سیمان است، بیشتر از مخلوط‌ هایی است که کم سیمان هستند، چرا که در مخلوط های پر سیمان، حباب زایی به میزان کمتری باعث افزایش کآرایی می‌شود.

برای بتن‌هایی با مقدار سیمان کم با بالا بردن مقدار معین هوا، مقاومت بیشتر می‌شود و برای بتن‌هایی با سیمان بیشتر از 330 کیلوگرم در متر مکعب بتن، کاهش مقاومت را می‌توان با کاهش مقدار ماسه و آب و با توجه به اینکه اسلامپ بتن ثابت است به حداقل رساند.

مقاومت در برابر یخ زداها

مواد شیمیایی یخ زدا، برای از بین بردن برف و یخ به کار می‌روند، ولی این گونه مواد می‌توانند باعث پوسته پوسته شدن سطح بتن شوند. معمولا خرابی یک عمل فیزیکی می‌باشد، بنابراین در اثر فشارهای کریستالی یا واکنش‌های شیمیایی نیست. پوسته پوسته شدن در اثر یخ زداها در زمان یخ زدن در بتن‌هایی که دارای حباب هوا نیستند و یا کمتر دارند، گمان می‌رود که به خاطر تشکیل شدن فشارهای متقابل اسمزی باشد که علاوه بر فشارهای معمولی هیدرولیکی در زمان یخ زدن آب در بتن ایجاد می‌شود.

فشار اسمزی (فشار اسموتیک یا فشار تورگور) باید بر مایع وارد شود تا باعث جلوگیری از حرکت آن مایع از میان یک غشای نیمه تراوا (دارای تراوایی نسبی) شود. این گونه فشارها، بحرانی می‌شوند و در صورتی که حفره‌های هوا که شبیه شیرهای اطمینان عمل می‌کنند نباشند، باعث پوسته پوسته شدن بتن می‌شود. حباب‌های هوا در بتن برای ممانعت از پوسته پوسته شدن سطح تاثیرگذار است و برای تمام مخلوط‌ها که با مواد شیمیایی یخ زدا در تماس هستند، توصیه می‌شود.

مقاومت سایشی

مقاومت فشاری، عامل مهم و تعیین کننده‌ی مقاومت سایشی بتن می‌باشد، به این معنی که با افزایش یافتن مقاومت فشاری، مقاومت در برابر سایش هم بیشتر می‌شود. تقریبا مقاومت سایشی بتن بدون حباب هوا، با مقاومت بتن با حباب هوا، برابر است.

کاهش آب انداختن و جدا شدگی بتن

حباب‌های هوا در بتن، باعث کاهش آب انداختگی نیز می‌شوند. حباب‌های هواساز ذرات جامد را به شکل معلق نگه می‌دارند، به گونه ای که نشست آنها کاهش پیدا می‌کند و آب بیرون نمی‌آید. از این رو تشکیل شیره و نفوذپذیری کاهش می‌یابد و باعث افزایش مقاومت بتن در برابر یخبندان می‌شود. با تشکیل حباب‌های هوا، جداشدگی مواد هم مشروط بر این که بتن تازه زیاد مرتعش نشود، کاهش پیدا می‌کند.

مقاومت در برابر سولفات‌ها

با استفاده از افزودنی حباب ساز در بتن، مقاومت آن در مقابل سولفات‌ها بالا می‌رود. بتنی که نسبت آب به سیمان در آن کم باشد و از سیمان کافی با میزان تری کلسیم آلومینات کم و حباب‌های هوا درست شده باشد، بیشترین مقدار مقاومت را در مقابل حمله آب دریا یا آب‌های خاک سولفاته خواهد داشت.

مواد تشکیل دهنده‌ی افزودنی حباب ساز در بتن

مواد تشکیل دهنده‌ی افزودنی‌های حباب زا بتن، شامل مواد شیمیایی به صورت آلی و معدنی مانند، روغن‌های گیاهی و حیوانی همراه با اسیدهای چرب موجود در ساختار آن‌ها و همچنین رزین‌های طبیعی موجود در چوب می‌باشد.

عوامل تاثیرگذار در مقدار هوای بتن حباب دار

دانه درشت

میزان سیمان موجود در مخلوط و اندازه دانه درشت، بر روی مقدار هوای بتن بدون حباب و حباب دار هوا تاثیر می‌گذارد. زمانی که اندازه دانه، بیشتر از 40 میلی‌متر باشد، تغییر کمی در مقدار هوا به وجود می‌آید. برای دانه‌هایی که اندازه‌های کوچک‌تری دارند، مقدار هوا با کوچکتر شدن اندازه دانه‌ها به دلیل حجم ملات، افزایش پیدا می‌کند. معمولا مقدار سیمان، با افزایش میزان سیمان از مقدار هوا کم می‌شود.

مطالعات نشان داده است که عامل تخلخل، هوا و فاصله، با افزایش مقدار سیمان کم می‌شود. برای مقدار هوای مشخص، سطح مخصوص افزایش می‌یابد و بنابراین دوام بتن را بهبود می‌بخشد. سیمان‌هایی که قلیایی زیادی دارند، نسبت به سیمان‌هایی با قلیایی کم، ولی با همان مقدار مواد افزودنی حباب هواساز، حباب‌های هوای بیشتری را ایجاد می‌کنند. بنابراین هنگامی که بیشتر از یک منشاء سیمان برای بتن سازی به کار می‌رود، ضروری است تا از تعیین مقررات ماده افزودنی متناسب با هر نوع سیمان مطمئن شد.

دانه ریز

افزایش مقدار دانه ریز برای میزان معینی از ماده افزودنی حباب‌زا یا سیمان، باعث ایجاد مقدار زیادی از حباب هوا در بتن خواهد شد. دانه‌های ریزی که از الک‌های شماره 100 تا شماره 30 می‌گذرند، درمقایسه با دانه‌های خیلی درشت یا خیلی ریز، حباب هواساز بیشتری را تولید می‌کنند.

مقدار زیادی از موادی که از الک شماره 100 (160 میکرومتر) گذشته باشد، باعث کاهش قابل توجه حباب‌های هوا خواهد شد. ممکن است دانه‌های ریز با منابع گوناگونی، مقادیر مختلفی از حباب هوا را ایجاد کنند، حتی در صورتی که دارای دانه‌بندی مشابهی باشند. ممکن است این مورد به علت اختلاف در بافت سطحی و شکل و یا آلودگی دانه‌ها با مقدار کمی مصالح آلی باشد.

ارتعاش و اسلامپ

مقدار هوا با افزایش اسلامپ تا حدود 150 میلی‌متر اضافه می‌شود و با افزایش بیشتر اسلامپ کمتر می‌شود. درعین حال، در همه‌ی اسلامپ‌ها حتی ارتعاش به مدت 15 ثانیه، باعث کاهش در مقدار هوا می‌شود.

نسبت آب به سیمان با دو روش بر روی صفات مشخصه هوا–تخلخل بتن تاثیر گذار می‌باشد. زیاد شدن نسبت آب به سیمان، تمایل به بالا بردن اندازه حباب‌های هوا در بتن دارد و در هوای ثابت، عامل تخلخل–فاصله را به طورقابل ملاحظه ای افزایش می‌دهد. همه‌ی این نوع تغییرات دوام بتن را کمتر می‌کنند.

از ارتعاش بتن برای زمانی طولانی باید پرهیز کرد. برای بیشتر مخلوط‌ها، تراکم موردنظر با 5 تا 15 ثانیه ارتعاش به دست می‌آید. میزان اسلامپ هر چقدر بیشتر باشد، کاهش مقدار هوا در هنگام ارتعاش بیشتر است. البته، در صورتی که ارتعاش به طور درستی اجرا شود، میزان کمی از حباب‌های هواساز عمدی از بین می‌روند. هوایی که در زمان ارتعاش متوسط و در زمان حمل و نقل از بین می‌روند، اغلب حباب‌های بزرگ هواسازی می‌باشند که معمولا از نظر مقاومت نامطلوب هستند.

دمای بتن

دمای بتن بر روی میزان هوای موجود در بتن تاثیرگذار است، زمانی که دمای بتن بالا برود، حباب‌ هوای کمتری به وجود می‌آید. علاوه بر این با افزایش اسلامپ، تاثیر دما بیشتر خواهد شد. این اثر در بتن‌ریزی در هوای گرم اهمیت بیشتری دارد. چرا که بتن، به اندازه کافی گرم است. کم شدن مقدار هوا در مواقع ضروری، می‌تواند با افزایش میزان مواد افزودنی حباب هواساز جبران بشود. در بتن‌ریزی در هوای سرد نیز، ممکن است ماده افزودنی حباب زا مقداری از اثر خود را از دست بدهد، زیرا در زمان ساخت، از آب گرم استفاده می‌شود.

جهت جبران کردن این افت، باید مواد افزودنی هنگامی ریخته شوند که دمای مصالح ساختمانی، فرصت رسیدن به تعادل را داشته باشد. البته با وجود این که میزان افزایش دمای مخلوط بتنی در موقع اختلاط حجم هوا را کم می‌کند، اما سطح مخصوص خیلی کم و ضریب فاصله تحت تأثیر قرار می‌گیرند.

عمل اختلاط

عمل اختلاط، یک عامل مهم برای تولید بتن حباب دار می‌باشد. توزیع یکنواخت حباب‌ هوا برای بتن‌های مقاوم در برابر پوسته شدگی لازم به نظر می‌رسد.

ممکن است یکنواخت بودن به دلیل عدم پراکندگی کافی حباب‌های هوا در موقع اختلاط باشد. برای تولید بتن با دوام و آماده، حفظ کردن اختلاط کافی در تمام مدت، اهمیت زیادی دارد. میزان حباب‌های هوا با توجه به شرایط و نوع مخلوط کن، مقدار بتنی که مخلوط می‌شود و مقدار اختلاط تغییر پیدا می‌کند.

در صورتی که تیغه‌های مخلوط کن فرسوده باشند و یا بتن در داخل مخلوط کن و یا بر روی تیغه‌های آن روی هم انباشته باشند، میزان حباب‌های هوا در مخلوط داده شده، به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می‌‌یابد. ممکن است به دلیل اختلاف در عمل اختلاط و زمان، مقدار حباب‌های هوای بتن‌های تولید شده در مخلوط کن‌های ثابت، نسبت به بتن‌های تولید شده در مخلوط کن‌های متحرک متفاوت باشند.

در صورتی که مخلوط کن‌ها کمتر از ظرفیت خود پر شوند، افزایش در مقدار هوا و در صورتی که بیشتر پر شوند، مقدار هوا کاهش می‌یابد. درعین حال در بتن‌سازی‌های کوچک، میزان حباب‌های هوای ایجاد شده، خیلی کم است. معمولا با بالا رفتن سرعت اختلاط نیز، حباب هوای بیشتری در مخلوط بتنی به وجود می‌آید.

مواد رنگی و مواد افزودنی

دوده کربن، خاکستر بادی و یا دیگر مصالح ریزدانه برای میزان مشخصی از یک ماده افزودنی، به طور معمول مقدار حباب‌های هوا را کاهش می‌دهند. این مورد به خصوص برای خاکستر بادی، به ویژه با بالا رفتن درصد کربن آن صدق می‌کند.

مواد افزودنی کندگیر کننده و مواد افزودنی کاهنده‌ی آب، باعث افزایش کارآمدی مواد افزودنی حباب هواساز تا حدود 50 تا 100 درصد می‌شوند. از این رو معمولا مقدار کمتر مواد افزودنی حباب زا، میزان هوای مورد نظر را تأمین می‌کنند. همچنین به هنگام افزودن این نوع مواد افزودنی به داخل مخلوط، در ظرفیت حباب‌زائی آن‌ها تاثیر می‌گذارد. ممکن است کندگیرکننده‌ها فاصله بین حفره‌ها را در بتن بیشتر کنند، بعضی از مواد افزودنی کند گیر کننده یا کاهنده آب با بعضی از مواد حباب زا سازگاری خوبی ندارند.

در صورتی که این نوع مواد قبل از ریخته شدن به داخل مخلوط کن، با هم به آب اختلاط اضافه شوند، ممکن است رسوبی ایجاد شود، این رسوب ته نشین شده، مقدار زیادی از حباب‌های هوای مخلوط بتنی را از بین می‌برد.

ولی این به این معنی نیست که در صورتی که مواد افزودنی در هر بار بتن‌سازی به طور جداگانه به آن اضافه شوند، به طور کامل تاثیرگذار نباشند. گاهی در هوای سرد مقدار کمی کلرور کلسیم برای تسریع در سخت شدن بتن استفاده می‌شود.

اگر این نوع ماده به طور جداگانه و به شکل محلول به مخلوط افزوده شود، می‌تواند به صورتی موفقیت آمیز همراه با مواد افزودنی حباب هواساز استفاده شود. در عین حال، در صورتی که کلرور کلسیم مستقیما با بعضی از مواد افزودنی حباب زا در تماس باشد، می‌تواند یک واکنش شیمیایی رخ دهد که نتیجه‌ی آن کاهش تأثیر ماده افزودنی است.

سخن پایانی

با توجه به توضیحات ارائه شده در این مقاله، افزودنی حباب ساز باعث پایداری و افزایش دوام بتن در برابر چرخه‌های یخ شدن و آب شدن می‌شود، همچنین این گونه افزودنی‌ها، از پوسته پوسته شدن بتن جلوگیری می‌کنند، میزان کارایی بتن را افزایش می‌دهند و حالت انعطاف پذیری به بتن می‌دهند.

در این مطلب موارد کاربرد افزودنی حباب ساز بتن برای شما توضیح داده شد، امیدواریم که این محتوا برای شما سودمند باشد. نظرات خود را با ما در میان بگذارید.