افزودنی های بتن موادی هستند که برای بهبود عملکرد در شرایط مختلف مورد استفاده می گیرند. بتن معمولی از سه جزء اصلی سیمان پورتلند، آب و ماسه تشکیل می شود. در مصارف معمولی خواص چسپندگی و سختی سیمان بسیار مورد اهمیت هستند اما در مصارف صنعتی و خاص  علاوه بر چسپندگی و سختی خواصی همچون ضد آب بودن، ضد خوردگی بودن و ... نیز اهمیت فراوان دارند. برای بهبود خواصی که ذکر شد، از افزودنی هایی استفاده می شود که قبل و یا در حین اختلاط اجزا باهم به ملات افزوده می شوند.

بر اساس پیش بینی ها میزان تقاضای سیمان و بتن تا سال 2020 به حدود 920 میلیارد متر مکعب خواهد رسید و همچنین میزان تقاضا برای افزودنی های آن با رشد 7% سالیانه رو به رو خواهد بود.

 

 افزودنی های بتن

 

افزودنی های بتن

افزودنی ها را بر اساس عملکرد می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

  • مواد هوازا
  • مواد کاهش دهنده آب
  • پلاستی سایزرها
  • مواد شتاب دهنده
  • مواد کند کننده
  • کنترل کننده های هیدراتاسیون
  • بازدارنده های خوردگی
  • کاهش دهنده های انقباض
  • افزودنی های رنگی
  • سایر افزودنی ها که بسته به نوع استفاده برای بهبود کارایی، نفوذ پذیری، کف و ... مورد استفاده قرار می گیرند.

بتن باید کارآمد، تمیز، قوی و با دوام باشد و همچنین در برابر آب و سایش مقاومت خوبی داشته باشد. این خواص (به جز مواردی که نیاز به هوازایی باشد) معمولا به سادگی و با هزینه کم از طریق انتخاب مواد اولیه درست قابل دستیابی هستند.

دلایل اصلی که باعث می شوند از افزودنی ها استفاده کنیم عبارتند از:

  1. پایین آوردن هزینه اعمال و ساخت.
  2. بهبود خواص .
  3. حفظ کیفیت در طول مراحل اختلاط، حمل و نقل، پخت و ... در شرایط آب و هوایی متفاوت.
  4. غلبه بر شرایط اضطراری که در طول عملیات ممکن است به وجود بیاید.

در ادامه به برخی از افزودنی های اصلی، کارکرد و مثال هایی برای هرکدام خواهیم پرداخت.

 

 افزودنی های هوازا:

این مواد جهت ایجاد و تثبیت حباب های میکروسکوپی هوا افزوده می شوند. این کار دوام و پایداری در برابر تغییرات دمایی را به صورت قابل توجهی افزایش می دهد، مقاومت را در برابر مواد شیمیایی مضر افزایش داده و کارایی بتن تازه را بهبود می بخشد. از جمله موادی که برای این منظور استفاده می شوند، می توان به نمک های رزین طبیعی (وینسول رزین)، نمک های لیگنین سولفونات، آلکیل بنزن سولفوناته و نمک های هیدروکربنی سولفوناته اشاره کرد.

 

مواد کاهش دهنده:

این مواد برای کاهش نسبت آب به سیمان، کاهش میزان سیمان و یا افزایش روانی در بتن مورد استفاده قرار میگیرند. کاهنده های آب به طور متوسط میزان آب را 5 تا 10 درصد کاهش می دهند. افزودن این مواد باعث افزایش کارایی و زمان جاگیری کمتر خواهد شد. لیگنوسولفونات ها، اسید کربوکسیلیک هیدروکسیلات و کربوهیدرات ها از جمله مواد مورد استفاده در این زمینه هستند.

 

افزایش دهنده های قدرت چسپندگی و استحکام:

این ترکیبات برای افزایش قدرت استحکام بتن و چسپندگی آن به سایر سطوح استفاده میشوند. پلی وینیل کلراید، پلی وینیل استات، اکرلیک ها و کوپلیمرهای بوتادین-استایرن نمونه هایی از این دست مواد هستند.

 

بازدارنده های خوردگی:

بتن در شرایط و زمان های مختلف می تواند در معرض موادی قرار گیرد که قابلیت خورندگی داشته باشند. کلسیم نیترات، سدیم نیترات، سدیم بنزوات و آمین های استری از جمله بازدارنده های خوردگی هستند. 

 

افزودنی های رنگی:

رنگ ها برای متمایز کردن و استفاده در کاربردهای تزئینی اضافه می شوند. از این مواد میتوان به آهن اکسید، کرومیوم اکسید، تیتانیوم اکسید و فتالوسیانین اشاره کرد.

 

افزودنی های بتن

 

کاهش دهنده انقباض (جمع شدگی):

ملات در هنگام پخت ( سفت شدن) دچار انقباض می شود و اگر این مقدار بیش از حد باشد بر روی خواص و کیفیت آن تاثیر منفی می گذارد. پروپیلن گلیکول و پلی اکسی آلکین آلکیل اتر جهت کاهش میزان انقباض مورد استفاده قرار می گیرند.

 

کنترل کننده های هیدراتاسیون:

این مواد از دوبخش تشکیل شده اند: 1. یک تثبیت کننده یا تضعیف کننده هیدراتاسیون اجزای سیمان 2. یک فعال کننده( این ماده هنگامی که به بتن افزوده می شود، هیدراتاسیون طبیعی را دوباره فعال می کند). اسیدهای کربوکسیلیک و نمک های اسیدی ارگانیک حاوی فسفر برای این منظور استفاده می شوند.

 

علاوه بر موارد فوق که به آنها اشاره شد، پلیمرها نوع خاصی از افزودنی ها هستند که می توانند خواص بتن را در جهات بسیاری بهبود ببخشند. افزایش چسپندگی، افزایش مقاوت تنشی و فشاری، جلوگیری از خوردگی، جلوگیری از نفوذ آب و ... از کارکردهای افزودنی های پلیمری است.

 

افزودنی های پلیمری

مواد پلیمری با توجه به خواصی که دارند امروزه در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند و میزان درخواست بالایی در بازار دارند. به طور کل دو نوع بتن های پلیمری و اصلاح شده در ساختار خود دارای پلیمر هستند.

 

بتن های پلیمری

این ترکیبات هیچگونه سیمانی در ساختار خود ندارند و اجزای آن عبارتند از یک مونومر(پس از پخت به پلیمر تبدیل می شود)، عامل پخت ( باعث پیوند مولکول های پلیمری بوجود آمده می شود)، کاتالیست ( زمان پخت را کاهش و شرایط پخت (دما، فشار و ...) را تسهیل میکند) و برخی افزودنی ها که به منظور بهبود عملکرد و افزایش کارایی به آن افزوده می شوند.  بتن های اصلاح شده خود نیز به دو دسته تقسیم می شوند:

 

 افزودنی های بتن

 

 

بتن های اصلاح شده با تزریق پلیمر

وجود خلل و فرج در بتن باعث می شود که هم سطح زیادی از آن در معرض محیط (هوا، آب، مواد شیمیایی و ...) قرار گیرد و هم از پیوستگی آن کم شود. هر چه سطح بیشتری در معرض محیط باشد، میزان اثر گذاری محیط بر بتن بالاتر خواهد رفت و قاعدتا آسیب هایی که به آن می رسد هم بیشتر می شود. کاهش پیوستگی نیز مشخصا بر روی مقاومت تاثیر نامطلوب می گذارد.

در مواردی که سالم ماندن بتن و مقاومت آن از اهمیت بالایی برخوردار است، مواد پلیمری به داخل این خلل و فرج ها تزریق شده (گاز یا مایع) و با پر کردن منافذ و اتصال قوی ای که می تواند ایجاد کند، باعث ترمیم و بهبود مقاوت آن می شود. تزریق پلیمر به دلیل سخت بودن و پیچیدگی هایی که دارد، عموما در مراکز تخصصی و بر روی بتن های پیش ساخته انجام می گیرد. در این روش ابتدا هوای موجود در منافذ را خارج کرده و سپس ماده پلیمری را به داخل آن تزریق می کنند. استفاده از این روش مقاومت را در برابر مضرات ناشی از یخ زدگی به طور قابل توجهی افزایش می دهد.

پلیمرهایی که برای این کار به بتن افزوده می شوند عموما دارای ویسکوزیته پایینی هستند و تعدادی از آنها عبارتند از متیل متاکریلات، اپوکسی، استایرن و ... . عوامل و روش پخت نیز بر اساس نوع پلیمر و هدف از تزریق پلیمر متفاوت هستند.

 

بتن های سیمان پلیمری

در این نوع مواد بر خلاف آنچه که در تزریق پلیمر دیدیم، سیمان و پلیمر قبل از ساخت بتن باهم مخلوط می شوند. انواع مختلفی از این نوع بتن ها وجود دارد که با توجه به خواص مورد انتظار تولید می شوند. میزان پلیمر موجود درآنها عموما بین 10 تا 15 درصد وزن سیمان است که البته با توجه به شرایط می تواند تغییر کند. سیمان پورتلند، پلیمر، مواد جانبی(شن، ماسه،سنگ و ..)، آب (در صورت نیاز) و عامل پخت اجزای اصلی این نوع بتن ها هستند. پلیمر و سایر مواد در یک میکسر با یکدیگر مخلوط می شوند و سپس به آنها عامل پخت اضافه می شود.

پلیمرهای افزودنی می تواند شامل پلی استایرن، رزین های اپوکسی، پلی استرهای غیر اشباع (همانند پلی استر غیر اشباع ارتوفتالیک) و پلی متاکریلات ها باشد. از عامل های پخت محبوب نیز می توان به آمیدوآمین ها اشاره کرد. هر کدام از پلیمرهای مورد اشاره می تواند خواص مختلفی در بتن ایجاد کند و برای انتخاب پلیمر مناسب باید به هدف از تولید آن توجه کرد. به عنوان مثال متاکریلاتها خواص ضد آبی خوبی دارند و از سوی دیگر استایرن ها در برابر فشار مقاومت بهتری دارند. در برخی موارد می توان ترکیبی از چند پلیمر را برای بهبود خواص چندگانه مورد استفاده قرار داد.

 

منابع

Kosmatka, S. H., & Panarese, W. C. (1988). Design and control of concrete mixtures (No. EB001. 13T).

Global Concrete and Cement Market to Exceed USD 921 Billion by 2020, According to Technavio. (2016, April 12). Retrieved March 12, 2019, from https://www.businesswire.com/news/home/20160412005088/en/Global-Concrete-Cement-Market-Exceed-USD-921

ACI Committee 548, Polymers in Concrete, & Fowler, D. W. (1992). Guide for the Use of Polymers in Concrete. American Concrete Institute.