ابر روان کننده‌های بتن
بتن
بتن یکی از مهمترین و رایج ترین مصالح ساختمانی است. در واقع این ماده جسم مرکبی است که از اجزای مختلفی شامل شن، ماسه، سیمان و آب ساخته شده است. کمتر ماده ساختمانی می‌توان یافت که تا این حد متنوع باشد. زیرا نه تنها با تغییر دادن میزان سیمان و آب بلکه با مصرف سیمان‌های مختلف و مصالح سنگی متفاوت می‌توان بتن‌هایی با خواص مختلف متناسب با نوع کار تولید کرد. تولید و مصرف بتن، همگام با پیشرفت تکنولوژی در پروژه های مختلف با درجه اهمیت متفاوت از یک ساختمان مسکونی در مساحت های کم تا پروژه های عظیم و زیربنایی نظیر نیروگاه های اتمی، سدها و تونل های آبرسانی، اسکله‌ها، پل‌ها و … پیش می‌رود. جایگزین کردن بتن با مصالح دیگر به لحاظ کاربرد متنوع آن تقریبا غیر ممکن و نشدنی است و از طرفی مطالعه بتن. بدون توجه به مواد تشکیل دهنده‌ی آن امکان پذیر نیست. امروزه علاوه بر مواد تشکیل دهنده اصلی بتن، یعنی سیمان، آب و سنگدانه اغلب از مواد دیگری در بتن استفاده می‌شود که مواد افزودنی نامیده می شوند. در حقیقت از مواد افزودنی می توان به عنوان یک عامل چهارم در ساخت بتن یاد کرد.
در برخی کشورهای صنعتی، استقبال از مواد افزودنی در بتن به حدی بوده است که تقریبا صد در صد بتن های ساخته شده حاوی یک یا چند نوع افزودنی می باشند. ضمن اینکه مواد افزودنی اقتصاد و کیفیت بتن را در شرایط مختلف تأمین می کنند، استفاده موفق از این مواد به مقدار زیادی به غنای دانش فنی در ارتباط با استفاده آنها در حین اجرا و نگهداری پس از اجرا بستگی دارد.این مواد که به میزان کمی به بتن اضافه می شوند در تکنولوژی بتن نقش مهمی ایفاء می‌کنند به عبارت دیگر مصرف این مواد در بتن به منظور:
- صرفه جویی در مصرف سیمان و در نتیجه کاهش هزینه بتن
- تطبيق خواص بتن با خواص مورد نظر از جمله افزایش زمان گیرش و یا به تأخیر انداختن آن،
- افزایش زمان کارایی
- بهبود خواص مکانیکی
- کاهش نفوذ پذیری و مقاومت در برابر یخبندان
کاربرد این مواد را بطور بی سابقه ای افزایش داده است
تاریخچه استفاده از مواد افزودنی
مصرف مواد افزودنی در بتن، پس از تولید صنعتی سیمان در سال ۱۸۵۰ میلادی آغاز گردید. ابتدا گچ (اولين کندگیر کننده) به عنوان تنظیم کننده زمان گیرش مورد استفاده قرار گرفت. در سال ۱۸۸۰ میلادی در فرانسه تحقیقاتی در ارتباط با مصرف کلرور کلسیم در بتن انجام شد که با اضافه کردن درصد معینی از این ماده به بتن. می توان از آن به عنوان تسریع کننده و یا کندگیر کننده گیرش استفاده نمود. در سال ۱۹۳۰ میلادی. مواد افزودنی و چگونگی اثر آنها بر بتن بررسی شد و تحقیقاتی در زمینه مواد کندگیرکننده گیرش از جمله کربنات سدیم، اکسید بر، فسفات تیتانیوم، کربنات آلومینیوم و اکسید روی انجام گرفت. از سال ۱۹۳۵ میلادی تولید مواد افزودنی در سطحی گسترده و به صورت تجاری آغاز گردید. به عنوان مثال در آمریکا تولیداتی از قبیل روان کننده ها، بیشتر بر پایه سولفیدها و کندگیر کننده هایی بر پایه فسفاتها و اکسید روی مورد توجه قرار گرفت و پس از این تاریخ بود که با توجه به ساخت و سازه های جدید و نیاز به یافتن روش هایی جهت بهبود کیفیت بتن و صرفه جویی در مصرف سیمان، پژوهشگران را بر آن داشت که تحقیقات همه جانبه‌ای را در ارتباط با اثر مواد مختلف بر بتن انجام دهند. که در این مورد مواد معدنی و آلی و در نتیجه تولید انواع مواد افزودنی مورد بررسی قرار گرفتند. مواد افزودنی به گروه های زیر طبقه بندی می شوند.
- مواد روان کننده
- مواد هوازا
- مواد کندگیر کننده
- مواد تسریع کننده
- مواد کمک کننده تزریق و مواد غلیظ کننده
- مواد کاهش دهنده نفوذ پذیری
فوق روان کننده ها
فوق روان کننده ها ترکیبات نسبتا جدیدی هستند که به عنوان افزودنی های بتن به شمار می روند. تولید و مصرف آنها از دهه‌ی۱۹۶۰در ژاپن و آلمان شروع شد. اولین بار نمکهای نفتالین فرمالدهید سولفونه شده در ژاپن و نمکهای ملامین فرمالدهید در آلمان استفاده شدند. افزودن این مواد به بتن باعث کاهش مصرف آب اختلاط، افزایش کارایی، افزایش مقاومت، کاهش حرارت هیدراسیون، تنظیم زمان گیرش بتن، کاهش اثرات جداشدگی، بهبود قابلیت پمپاژ، کاهش نرخ افت کارایی بتن و جلوگیری از مواد زیان آوری که باعث کاهش دوام بتن است، می شود. انجمن کارایی بتن در آمریکا فوق روان‌کننده‌ها را در سال ۱۹۷۶ به چهار دسته زیر تقسیم بندی کرد:
- نفتالین فرمالدهید سولفونه شده
- ملامین فرمالدهید سولفونه شده
- لیگنوسولفونات های اصلاح شده
- ترکیبات شیمیایی دیگر
البته در سال ۱۹۹۴ دسته پنجم که همان پلی کربوکسیلات ها می باشد نیز به این تقسیم بندی اضافه شد.
فوق روان کننده های پلی کربوکسیلاتی
فوق روان‌کننده پلی کربوکسیلاتی (PCE) نسل جدیدی از فوق روان‌کننده به دنبال توسعه فوق روان کننده های پلی (نفتالین سولفونات) (PNS)، پلی (ملامین سولفونات) (PMS) و استون فرمالدئید سولفیت (AFS) ایجاد شدند. این فوق روان‌کننده‌ها دارای مزایای طراحی مولکولی، کاهش آب زیاد و حفظ اسلامپ خوب است و اکنون به طور گسترده در تولید بتن استفاده می‌شود. با این حال، سازگاری ضعیف و فعل و انفعالات قوی آن با رس ها، قابلیت پراکندگی و کاهش آب آن را ضعیف می کند، کارایی بتن تازه را تحت تأثیر قرار می دهد و مقاومت و دوام بتن سخت شده را به طور جدی کاهش می‌دهد. کانی های رسی معمولاً در سنگدانه ها یافت می شوند. خاک رس کلسینه شده اغلب به عنوان جایگزین سیمان در تولید سیمان و بتن استفاده می شود. خاک رس های قبل و بعد از کلسینه شدن دارای مکان های فعال زیادی در لایه های میانی خود هستند و می توانند فوق روان‌کننده‌های پلی کربوکسیلاتی را جذب و از کار بیندازند که می‌تواند به طور قابل توجهی بر پراکندگی و راندمان کاهش آب آنها و خواص بتن تازه و سخت شده تأثیر بگذارد. مقدار PCE جذب شده توسط رسها قبل و بعد از کلسینه کردن بیشتر از سیمان است و عمدتاً بر اساس نوع خاک رس و غلظت یون در سیستم تعیین می‌شود مونت موریلونیت بیشترین جذب را نشان می‌دهد و پس از آن کائولینیت، فلدسپات و میکا قرار دارند.