بتن

عوامل کاهنده آب در بتن

عوامل کاهنده اب در بتن

خصوصیات ملات و بتن اصلاح شده با لاتکس

عوامل کاهنده آب در بتن وجود ماتریس هیدرات یا پلیمر سیمانی در LMM و LMC خصوصیات برتری را همچون مقاومت خمشی، به هم چسبیدگی عالی، ضد آب بودن فوق العاده، مقاومت ساییدگی بالا و مقاومت شیمیایی خوب، در قیاس با هنگامی که بتن و ملات سیمانی معمولی استفاده گردد نشان می دهد. با این وجود، درجه این مزیت ها وابسته به نوع پلیمر، نسبت پلیمر به سیمان، نسبت آب به سیمان، میزان هوای موجود و شرایط عمل آوری می باشد. برخی از خصوصیات ملات و بتن اصلاح شده با لاتکس موثر بر این فاکتورها در قسمت زیر آورده شده است.

۱- کارایی، گیرش، جدایی شیرآبه از سنگدانه (آب انداختگی) و جداسازی

زمانیکه یک افزودنی لاتکس استفاده می‎‌شود، میزان آب موجود مورد نیاز برای ایجاد یک اسلامپ مشخص به اندازه محسوسی می‌تواند کاهش یافته و میزان این کاهش با افزوده شدن نسبت پلیمر به سیمان افزایش می‌یابد. این تاثیر به واسطه حضور ذرات و هوای محبوس و عمل فروپاشندگی امولسیون سازهای روکنشگربوده که اثری روان ساز دارند و منجر به افزایش کارایی می‌شود.

عموما، زمان گیرش LMM و LMC در مقایسه با مخلوط های عادی بیشتر ادامه می‌یابد و میزان تاخیر وابسته به نوع پلیمر و نسبت پلیمر به سیمان مخلوط است. تاخیر در گیرش به واسطه حضور روکنشگرهایی است که در لاتکس‌ها وجود دارند، که نسبتا هیدراتاسیون سیمان را متوقف می‌کنند. به واسطه خصوصیات آب گریز کلوییدی لاتکس، کاهس آب ایجاد شده ناشی از کاربرد آنها و هوای محبوس در مخلوط‌های ملات و بتن، تمایل اندکی برای جدایی شیرآبه از سنگدانه و جداسازی وجود دارد.

جدول ۶-۱۳ اثر عمل آوری مرطوب و خشک ملات E اصلاح شده با SBR

 
Dry
 
۱۴.۸۰
۲۱.۲۵
۳۲.۷۵
۴۱.۳۵
 
۱۳۲۰

۱۱۵
۲.۲۱
 
Wet*
 
۱۴.۶۰
۲۲.۳۵
۳۵.۸۵
۴۲.۲۵
 
۳۲۴۰

جریان ۲۳۰C درصد
چگالی مرطوب (g/m۲)
نوع عمل آوری
مقاومت فشاری ۱۰۹
۲ روز عمل آوری
۴ روز عمل آوری
۷ روز عمل آوری
نفوذ یون کلریدی ۲۰۲
عمل آوری ۲۸ روزه

 

  • عمل آوری مرطوب در آب آهک اشباع تا زمان ۰ آزمایش؛ عمل آوری خشک در هوای آزمایشگاه ذخیره بود تا زمان آزمایش (حدود ۲۵°C و %۵۰ رطوبت نسبی)

۲- هوای محبوس

در صورت عدم حضور عامل‌های ضدکف که مولفه‌های اساسی امولسیون هستند، اغلب امولسیون‌های لاتکس منجر به ایجاد هوای محبوس زیادی می‌گردند. هوای محبوس از فعالیت روکنشگرهای لحاظ شده به عنوان امولسیون سازها یا تثبیت کننده‌ها در لاتکس‌های پلیمری نتیجه می‌شود. لاتکس‌های تجاری امروزی معمولا حاوی عامل ضد فوم شدگی (تشکیل فوم) مناسبی هستند، و هوای محبوس ناخواسته به اندازه قابل ملاحظه ای کاسته می‌شود. میزان هوای موجود ملات اصلاح شده با لاتکس می‌تواند در بازه ۵ تا %۲۰ قرار بگیرد، حال آنکه در مورد بتن اصلاح شده با لاتکس بسته به اندازه درشت دانه، هوای محبوس همانند بتن معمولی می‌تواند کمتر از %۲ هم باشد.

۳ - مقاومت: کششی، خمشی، پیوند فشاری و ساییدگی

بهبود کلی در پیوند سیمان هیدرات- سنگدانه و حضور لایه های پلیمری میان نفوذی در مجموعه ملات و بتن اصلاح شده با لاتکس، افزایش قابل توجهی به مقاومت کششی و خمشی می بخشد. با این وجود هیچ بهبودی در مقاومت فشاری در قیاس با بتن معمولی به وجود نمی‌آید.

فاکتورهای اصلی موثر بر خصوصیات مکانیکی ملات و بتن اصلاح شده با لاتکس عبارتند از:

  • طبیعت لاتکس پلیمری سیمان و سنگدانه مورد استفاده در اختلاط
  • پارامترهای نسبت اختلاط کنترل کننده همچون نسبت پلیمر به سیمان، نسبت آب به سیمان، نسبت مواد پرکننده به فضای خالی و میزان هوای موجود
  • روش های آزمایش و عمل آوری

طبیعت لاتکس پلیمری توسط نسبت مونومر در کوپلیمر تعیین می‌شود. اثرات نسبت پلیمر به سیمان برمقاومت در جدول زیر ارائه شده است.

اغلب بتن‌ها و ملات‌های اصلاح شده با لاتکس در مقایسه با ملات و بتن سنتی، چسبندگی خوبی با زیر لایه‌ها دارند (سفال، سنگ، آجر، فولاد و بتن قدیمی). عموما مقاومت پیوند، صرف نظر از نوع پلیمر مورد استفاده، در کشش و خمش با افزایش نسبت پلیمر به سیمان افزایش می‌یابد.

جدول ۶-۱۴ اثر نسبت پلیمر به سیمان بر خصوصیات ملات

D C B A خصوصیات ملات
۰.۱۵
۰.۴۰۲
۱۲۲
۲.۱۸
۸.۸۳
 
 
۱۸۶.۹
۱۸۶.۹
۱۸۰.۵
۱۸۰.۳
۱۸۰.۰
 
۳.۷
 
۱۳.۷۰
 
۸۸۰
۰.۱۰
۰.۴۰۱
۱۲۰
۲.۲۰
۸.۹۲
 
 
۱۸۵.۸
۱۸۱.۵
۱۸۰.۰
۱۷۹.۵
۱۷۹.۲
 
۳.۶
 
۱۲.۶۰
 
۱۳۲۰
۰.۰۵
۰.۴۰۰
۱۱۰
۲.۲۴
۸.۹۹
 
 
۱۸۰.۳
۱۷.۶۰
۱۷۵.۱
۱۷۴.۳
۱۷۴.۰
 
۳.۵
 
۹.۸۰
 
۳۱۰۰
۰.۰۰
۰.۳۹۴
۱۱۰
۲.۲۲
۸.۹۵
 
 
۱۸۰.۰
۱۷۵.۷
۱۷۴.۶
۱۷۴.۳
۱۷۴.۲
 
۳.۲
 
۷.۶۰
 
۳۸۴۰
استرین بوتادین
نسبت پلیمر به سیمان
نسبت آب به سیمان
چگالی مرطوب
درصد آب ملات
میانگین جرم نمونه ها با مقاومت
خمشی
۱ روز
۸ روز
۲۸ روز
۴۲ روز
۵۵ روز
درصد افت جرم
۵۵ روز
مقاومت خمشی
۵۵ روز
نفوذپذیری ۱۲۰۲C
۵۵ روز

این مقادیر می‌تواند تحت تاثیر تخلخل سنگ بستر و شرایط خدمت دهی آن قرار بگیرد. افزایش در مقاومت ساییدگی وابسته به نوع لاتکس و نسبت پلیمر به سنگدانه مورد استفاده است. عموما مقاومت ساییدگی تا اندازه قابل ملاحظه‌ای با افزایش در نسبت پلیمر به سیمان بهبود می‌یابد. ترکیب مواد افزودنی لاتکس با دیگر مواد افزودنی، همچون فوق روان کننده‌ها و فوم سیلیکا توسعه محسوسی را ایجاد نموده که توسط ملات‌های عدی حاصل نمی‌شود. مثلا، ملات مبنا که عاری از پلیمر است، دارای نسبت پیوند به مقاومت فشاری ۰.۲ می‌باشد. این در حالی است که ملات‌های حاوی %۱۵ پلیمر، %۱۵ پلیمر به علاوه فوق روان کننده و %۱۵ به علاوه فوم سیلیکا، نسبت پیوند به مقاومت فشاری خود را به ترتیب ۰.۳۸؛ ۰.۳۱ و ۰.۳۷ افزایش دادند.

به دلیل اینکه خود پلیمرها وابسته به دما هستند، خصوصیات مکانیکی LMMها و LMCها وابسته به طبیعت پلیمر و دمایی است که مواد در حین خدمت دهی با آن مواجه می‌شوند. به همراه افزایش دما، LMMها و LMCها عموما کاهش سریعی در مقاومت یا خیز از خود نشان می‌دهند. کاهش مقاومت در دماهایی که بالاتر از دماهای انتقال پلیمرها و نسبت‌های پلیمر بالاتر قابل ملاحظه است. محدودیت دمای حداکثر برای حفظ خصوصیات مقاومتی برابر ۱۵۰°C به دست می‌آید.

۴- تغییر شکل پذیری، مدول الاستیک و نسبت پواسون

اختلاف‌های زیاد میان مدول های لاتکس و هیدرات‌های سیمان (مدول‌های الاستیک Gpa 10-001/0 و GP 30-10، به ترتیب) موجب می‌شود اغلب LMMها و LMCها تغییر شکل پذیری و الاستیتیه بالاتری از بتن و ملات با سیمان معمولی داشته باشند. بسته به نوع پلیمر و نسبت پلیمر به سیمان، تغییر شکل پذیری و مدول الاستیک در وهله اول با افزایش در نسبت پلیمر به سیمان و بعد هم با کاهش در نسبت‌های بالاتر، روبه افزایش می‌رود. با این وجود نسبت پواسون خیلی کم تحت تاثیر واقع می‌گردد.

۵- جمع شدگی ناشی از خشک شدن، خزش و انبساط حرارتی

بسته به نوع پلیمر ونسبت پلیمر به سیمان، جمع شدگی ناشی از خشک شدگی LMM و LMC می‌تواند پایین‌تر یا بالاتر از بتن و ملات معمولی باشد. عموما جمع شدگی خشک با افزایش نسبت پلیمر به سیمان روبه کاهش می‌رود. نوع عمل آوری اثر قابل توجهی بر جمع شدگی خشک دارا می‌باشد؛ عمل آوری خشک جمع شدگی خشک را افزایش می‌دهد، اما صرف نظر از نوع پلیمر و نسبت پلیمر به سیمان، در ۲۸ روزگی تقریبا ثابت می‌گردد.

عموما در سطوح مصرفی کم لاتکس، کرنش خزشی و ضریب خزش ملات و بتن اصلاح شده با لاتکس به میزان قابل توجهی کمتر از ملات و بتن با سیمان معمولی است. خزش پایین احتمالا به واسطه میزان پلیمر کم بوده که امکان دارد بر الاستیسیته اثری نگذارد، اما مقاومت با بالا آوردن ظرفیت، پیوند مجموعه افزایش می‌یابد. همچننی هیدراتاسیون بهتری از طریق نگه داشت آب در ملات و بتن فراهم می‌آورد. ضریب انبساط حرارتی در حدود ۹-۱۰×۱۰-۶ خیلی مشابه با ضریب انبساط بتن است که برابر ۱۰×۱۰-۶ است.

۶- مقاومت آبی، مقاومت به نفوذ یون کلرید، مقاومت کربناتی و شیمیایی

حفرات بزرگ (در بازه µm 01/0 تا µm1/0) با لایه ممتد شکل گرفته در مجموعه LMM و LMC بسته می‌شود. در نتیجه جذب آب کاهش یافته، نفوذپذیری آب و انتقال بخار آب در ملات و بتن با سیمان معمولی را نشان می‌دهد. این تاثیر با بالا آمدن میزان پلیمر موجود و بخار نسبت پلیمر به سیمان افزایش می‌یابد (شکل زیر). نفوذ پذیری بیشتر آب همچنین مقاومت به ورود یون کلرید و بنابراین کاهش خوردگی ارتقاء می‌دهد.

 

تفاوت

برخلاف مقاومت‌های فزآینده ملات و بتن عادی، زمانی که اغلب LMMها و LMCها در آب قرار گیرند، رو به از دست دادن مقاومت می‌روند. برای مقاومت خمشی این روند بیشتر برجسته می‌گردد. با این وجود، چون مقاومت‌های خمشی اغلب LMMها و LMCها به اندازه قابل ملاحظه ای بیشتر از ملات و بتن معمولی می‌باشد و چون بخش زیادی از این مقاومت را حفظ می‌کنند، مشکلی در کارکردهای عملی آنها نیز وجود ندارد. با این وجود ملات‌های با پایه پلی ونیل استات مقاومت آبی ضعیفی دارند، زیرا آنها هیدرولیز قلیایی را زمانی که به طور پیوسته در معرض رطوبت قرار می‌گیرد، متحمل می‌شوند.

به دلیل تاثیرات بسته شدن حفرهای لاتکس، مقاومت کربناتی ملات و بتن اصلاح شده با لاتکس بهبود می‌یابد. شکل زیر درجه کربناسیون (عمق نفوذ) را نشان داده که هر دو در معرض واقع شدگی درونی و بیرونی رخ می‌دهد. مقدار مقاومت وابسته به نوع پلیمر، نسبت پلیمر به سیمان مورد استفاده در اختلاط و شرایط در معرض واقع شدگی کربن دی اکسید می‌باشد.

مقاومت شیمیایی

مقاومت شیمیایی عموما به عنوان روغن‌ها و چربی‌ها مناسب طبقه بندی می‌شوند، اما نسبت به محلول کننده‌های معدنی ضعیف می‌باشد. اگر چه مقابل قلیایی‌ها و اغلب نمک‌ها (به جز سولفات‌ها) مقاومت می‌کنند، مقاومت آنها به اسیدهای معدنی تنها اندکی نسبت به بتن معمولی در پیمانه های لاتکس معمولی مورد استفاده بهبود می یابد. مقاومت شیمیایی بالاتر با انتخاب یک پلیمر مقاومتر شیمیایی و نسبت پلیمر به سیمان بیشتر حاصل می گردد.

 عمق کربوناسیون ملات‌های اصلاح شده با لاتکس پس از در معرض واقع شدگی بیرونی و درونی ۱۰ ساله

۷- دوام ذوب انجماد

کاهش در اختلال، میزان آب موجود را کاهش داده و منجر به هوای محبوس می‌شود. هنگامی که لاتکس‌ها در اختلاطهای ملات و بتن به کار برده شوند، موجب می‌شوند تا نسبت به شرایط ذوب شدگی و انجماد خیلی مقاوم‌تر شوند. شکل زیر دوام ذوب انجماد درون آب (۱۸- تا ۴°C)از ترکیب آبی و خشک عمل آوری شده ملات‌های اصلاح شده PAESBR و EVA را نشان می‌دهد.

مقاومت یخ زدگی این ملات‌های تهیه شده با این لاتکس‌ها تا اندازه قابل ملاحظه ای حتی با نسبت‌های پلیمر به سیمان %۵ ارتقاء می‌یابد. با این وجود، افزایش در نسبت پلیمر به سیمان لزوما توسعه بیشتری در مقاومت ذوب انجماد ایجاد نمی‌کند. در مقایسه با زمانی که با ملات و بتن سنتی، LMM و LMC هنگامی که در معرض شرایط بیرونی واقه شوند، پرتونگاری (radia-tion) UV و کربناسیون هوازدگی بهتری را نشان می‌دهند.

کاربردها

بتن‌ها و ملات‌های اصلاح شده با لاتکس مواد مستعدی برای جلوگیری از خوردگی القاء شده با کلرید و برای تعمیر سازه‌های بتنی مسلح آسیب دیده هستند. ملات اصلاح شده با لاتکس تا حد زیادی به عنوان یک مصالح ساختمانی در روکش‌های عرشه پل، ترکیبات وصله زنی و برای عملیات تکمیلی و انجام تعمیرات در ایالات متحده و ژاپن استفاده می‌شود. مواد ضد آب منعطف از نوع هیدرات پلیمری با نسبت‌های خیلی بالای پلیمر به سیمان %۵ مورد استفاده قرار گرفته است. برخی از مزایایی که این مواد شامل انعطاف پذیری، کشیده شدن و مقاومت به ترک، و ویژگی‌های مقاومت شیمیایی و ضد آبی خوب می‌باشد.

 

LMC

LMC در کارکردهای مربوط به شاتکریت که مستلزم مسدود شدن سریع در برابر آب جاری است، استفاده می‌گردد. دو نوع LMC استفاده می‌شود: یک سیستم شاتکریت حاوی یک مونومر قابل پلیمرسازی در دمای محیطی که با سیمان پرتلند عادی واکنش می‌دهد و سیستم دیگری که از سیمان سخت شونده فوق سریع استفاده می‌کند. سیستم نوع اول با مخلوط کردن بتن با مونومر اکریلات منگنز تهیه می‌شود، به طوری که زمان گیرش می‌تواند در طی چند ثانیه کنترل شود. سیستم نوع دوم با اصلاح بتن با سیمان سخت شونده فوق سریع به همراه SBR تولید شده و برای اهداف تعمیراتی استفاده می‌شود.

 

استفاده LMC

LMC در بتن‌های زیر آبی برای ساخت و ساز و تعمیر استفاده می‌شود. الزامات مهم برای به دست آوردن قابلیت ضد شستگی همچون مقاومت جدایش، روانی، خصوصیات خود تراز شوندگی و آب انداختگی کمتر به وسیله افزودن مواد افزودنی پلیمری بالا برنده ویسکوزیته در نسبت‌های پلیمر به سیمان %۲-۰.۲ فراهم می آید. این افزودنی‌ها پلیمرهای قابل انحلال در آب هستند و تحت عنوان دو گروه، یعنی انواع سلولزی همچون متیل سلولز و هیدروکسیل اتیل سلولز و انواع پلی اکریلامیدی همانند پلی اکریلامید و اکریلات سدیم پلی اکریلامید طبقه بندی می‌شوند.

- استانداردها و مشخص ها

روش‌های آزمایش فعلی برای ملات‌ها و بتن‌های دارای اصلاح کننده‌های لاتکس عموما همان روش‌های ASTM هستند، تنها با اصلاحاتی اندک که برای پیاده کردن خصوصیات منحصر به فرد این مواد صورت می‌گیرد. تغییرات در آزمایش‌ها نوعا مربوط به مواردی همچون نسبت بندی، ترتیب اختلاط و عمل آوری می‌باشد. کار استانداردسازی بر روی روش‌های آزمایش و الزامات کیفی، تغییرات مورد نیاز در استانداردها را هدف قرار خواهد داد و رویه های اجرایی در ایالات متحده، ژاپن، انگلیس و آلمان در حال انجام می‌باشد. هم اکنون مشخصه‌های RILEM و دستورالعمل‌های آن برای بتن‌ها و ملات‌های اصلاح شده با پلیمر در دسترس می‌باشند.

 تعداد چرخه های ذوب انجماد در برابر مدول الاستیسیته دینامیکی نسبی ملات های اصلاح شده با لاتکس

- ترکیب شیمیایی و مکانیسم فعالیت

تثبیت کننده حاوی اسیدهای کربوکسیلیک و نمک‌های اسید آلی حاوی فسفر همچون هگزا متافسفات، پلی فسفات‌ها و فسفات‌ها می‌باشد. مکانیسم فعالیت ماده افزودنی تثبیت کننده ظاهرا به توقف توده شدگی CH و CSH مربوط می‌شود. هیدراتاسیون سیمان توسط مواد افزودنی بر همه فازهای هیدراتاسیون سیمان، از جمله کاهش C3A اعمال می‌شود. این ادعا با داده‌های کالری سنجی (شکل ۱۸-۶ و ۱۹-۶) و آزمایش اسکن الکترونی میکروسکوپی سطوح تثبیت شده و آلیت‌های فعال شده C3S تایید می‌گردد.

 

تثبیت کننده

تثبیت کننده نوعی عامل فعال سطحی بوده که برای جلوگیری از توده شدگی سطح هیدرات غنی یون کلسیم طراحی شده است. هنگامی که حلقه از قبل شکل گرفته باشد، تثبیت کننده‌ها رشد آنها را به تاخیر می‌اندازد و ساختار شناسی خارجی هیدرات های شکل گرفته بعدی را تغییر می‌دهند. توانایی تثبیت کننده‌ها برای متوقف کردن هیدرات های CSH و آرام کردن متوسط C3A آن نشان دهنده این است که در سیمان پرتلند تثبیت کننده از رشد اپتیاکتیک CSH یا C3S اولیه ممانعت می‌کند، حال آنکه تنها اندکی هیدرات‌های C3A را از رسوب دهی در محلول آرام می‌کند.

اگر چه فعالیت توده شدگی هیدرات را نمی‌توان مستقیما به افزودنی‌ها نسبت داد، داده‌هایی وجود دارد که به صورت غیر مستقیم این اثرات را نشان می‌دهد. برای مثال، جایگزینی ساختار اترینگیت بر آلیت و بیشتر باز شدن بافت اترینگیت بر C3A نشان می‌دهد که این افزودنی‌ها به شدت بر چگونگی شکل گیری هیدرات‌ها تاثیر می‌گذارند.

- اثرات روی خصوصیات بتن سخت شده

تولید کنندگان مدعی هستند که از افزودنی در مورد تاثیرش بر گیرش، هوای محبوس، مقاومت ذوب انجماد، مخلوط‌های حاوی خاکستر باید و سرباره، مقاومت‌های خمشی و فشاری، تغییر طول، استعداد ترک خوردگی و خوردگی و خزش آزمایش به عمل آمده است. داده‌های گزارش شده از آزمایشات و عملیات میدانی – جدول بالا) هیچگونه تاثیر زیان باری را که ناشی از این افزودین‌ها باشد، نشان نمی‌دهد.

بازگشت به لیست

دیدگاهی در مورد “عوامل کاهنده آب در بتن

  1. avafaa8 گفت:

    بسیار عالی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.