مکانیزم عملکردی فوق روان‌کننده‌های بتن
مکانیزم دافعه الکتروستاتیک
مهمترین ویژگی افزودنی‌هاي فوق روان کننده، توانایی این افزودنـی هـا در پراکنـده کـردن ذرات سیمان می‌باشد. مشاهدات انجام شده توسط میکروسکوپ الکترونی نشـان مـی دهـد کـه در سوسپانسیون آب و سیمان، کلوخه‌هایی بزرگ از ذرات سیمان تشکیل می‌شـود . بـا اضـافه کـردن افزودنی فوق روان کننده این کلوخه‌ها از هم باز شده و ذرات سیمان پخش می‌گردند.
با تشکیل کلوخه‌هاي سیمان، آب در این کلوخه‌ها به تله افتاده و باعث می‌شـود تـا کـارایی مخلوط نسبت به حالتی که دانه هاي سیمان از هم جدا باشند کاهش یابد. افزودنی‌هاي فـوق روان کننده به سطح ذرات سیمان جذب شده و کلوخه هاي ایجاد شده را از هم باز می‌کننـد و بـه ایـن ترتیب دانه‌هاي سیمان به صورت مجزا و غیر چسبیده در مخلوط حضور خواهند داشت که این امر باعث آسان تر شدن حرکت نسبی آنها شده و روانی مخلوط را افزایش می‌دهد.
این مکانیزم تغییري در حجم مخلوط ایجاد نکرده و تنها باعث آزاد شدن آب به تلـه افتـاده در کلوخه ها می‌گردد. در این شرایط تماس بین ذرات سیمان کاهش یافته و استفاده بهینه تري از سیمان موجود صورت می‌گیـرد زیـرا بـا احاطـه شـدن تمـام سـطح ذرات سـیمان ، واکـنش هـا ي هیدراتاسیون به نحو مناسب تري انجام می‌گردد.
اگر فرض شود که بتوان آب آزاد شده از میان کلوخه‌هاي سیمان را از مخلوط بتنی جدا کرد چنین شرایطی روانی به همان مقدار پیش از اضافه کردن افزودنی، کاهش خواهد یافـت در حـالی که مقدار کل آب موجود در مخلوط و در نتیجه نسبت آب به سیمان کاهش می‌یابد. در این صورت فاصله بین ذرات سیمان نیز کمتر شده و مقدار کمتري از فرآورده‌هاي واکنش‌هـاي هیدراتاسـیون براي پر کردن فضاهاي خالی بین ذرات سیمان براي وقوع گیرش و افزایش مقاومت خواهد بود در چنین شرایطی مقاومت کوتاه مدت افزایش می‌یابد. علاوه بر این، فضاي مابین ذرات سیمان سرعت بیشتري توسط فرآورده‌هاي واکنش هیدراتاسیون پر شده که این خود باعث افزایش مقام در سنین بالاتر می‌گردد. در نهایت حفرات کمتري در بتن به جا خواهد ماند که باعث کاهش حفرات مویینه و در نتیجه افزایش دوام بتن می‌گردد.
بارهاي منفی ذرات افزودنی فوق روان کننده موجب جذب شدن آن به یون‌هاي مثبت کلسیم موجود بر روي سطح ذرات سیمان می‌گردد. پس از جذب شدن افزودنی بر سـطح ذرات سـیمان، پراکنـده شـدن ذرات سیمان از طریق دو مکانیزم دافعه الکتروستاتیکی و ممانعت فضایی صورت می‌گیرد.
مکانیزم دافعه الکتروستاتیک
دافعه الکتروستاتیکی مکانیزم اصـلی در افزودنـی هـاي فـوق روان کننـده بـا پایـه نفتـالین فرمالدهید سولفوناته و ملامین فرمالدهید سولفوناته مـی باشـد. ایـن مولکـول هـا داراي گـروه هـا ي -SO3Na هستند آن به -SO3و +Na تجزیه می‌شوند. بخش -SO3 متصل به افزودنی باقی مانده و در آن بار منفی ایجاد می‌کند. بخشی از این بار الکتریکی باعث اتصال ذرات افزودنی به دانه هـاي سیمان شده و بقیه آن به سمت خارج از دانه‌هاي سیمان جهت گیري کرده و باعث باردار شدن آن می‌شود. بار الکتریکی منفی روي ذرات سیمان باعـث دفـع ذرات مجـاور یکـدیگر مـی‌گـردد . ایـن مکانیزم موجب شده تا دانه‌هاي سیمان به صورت جدا از هم امکان حرکت کردن را داشته باشند .
ممانعت فضایی
مکانیزم دیگري که باعث ایجاد خاصیت روان کنندگی در بتن مـی گـردد مکـانیزم ممانعـت فضایی است. ممانعت فضایی مکانیزم اصلی در عملکرد افزودنی‌هاي فوق روان کننده بـا پایـه پلـی کربوکسیلات می‌باشد. این مولکول‌ها حامل گروههاي-CO2Na هسـتند کـه در آب بـه -CO2 و +Na تجزیه می‌شوند. -CO2 متصل به ذرات افزودنی باقی مانده و تا حدودي بار منفی ایجاد می‌کند که سبب اتصال ذرات افزودنی به دانه‌هاي سیمان می‌گردد. گروههاي پلـی اتـري طویـل بـه سـمت خارج دانه هاي سیمان جهت گیري کرده و به صورت فیزیکی مانع از نزدیک شـدن ذرات سـیمان مجاور به یکدیگر می‌گردد. به این ترتیب دانه هاي سیمان مجزا از یکدیگر بـاقی مـی ماننـد . انـدازه گیري پتانسیل زتا نشان می‌دهد که برعکس ترکیبات با پایـه نفتـالین فرمالدهیـد سـولفوناته ، بـار منفی ایجاد شده در دانه‌هاي سیمان در ترکیبات حاوي افزودنی‌هاي فوق روان کننده با پایـه پلـی کربوکسیلات چندان قابل توجه نمی‌باشد. اما این به آن معنا نیست که افزودنی‌هـاي بـا پایـه پلـی کربوکسیلات قدرت کاهندگی آب کمتري دارند بلکه قـدرت ایـن افزودنـی هـا در روان کننـدگی و کاهندگی آب بسیار بیش از افزودنی‌هاي نفتالینی، ملامینی و لیگنوسولفوناتی است.
کـاهش آب
افزودنی هاي فوق روان کننده معمولا براي کاهش مقدار آب اختلاط بتن در اسـلامپ ثابـت استفاده می‌گردند. این افزودنی‌ها باید قادر باشند تا مقدار آب اختلاط را حداقل 12 درصد کـاهش دهند، با این وجود برخی از این افزودنی ها قابلیت کاهش آب اختلاط به میزان حتـی بـیش از 30 درصد را نیز دارا هستند. میزان کاهش آب به مقدار افزودنی مورد استفاده و هـم چنـین اسـلامپ اولیه بتن بستگی دارد. استفاده ي بیش از مقدار مشخصی از افزودنی تاثیري در کاهش مقـدار آب نخواهد داشت. به طور کلی با افزایش عیار سیمان میتوان آب اختلاط را در روانی ثابت بـه مقـدار بیشتري کاهش داد. گزارش‌هاي موجود نشان می دهد که براي کاهش مقدار آب به میـزان یکسـان مقدار بیشتري از افزودنی‌هاي با پایه ملامین فرمالدهید سولفوناته در مقایسه با افزودنی‌هاي با پایه نفتالین فرمالدهید سولفوناته نیاز می‌باشد. مقدار کاهش آب اختلاط حاصله در صورت استفاده از مقادیر کم این افزودنی‌ها می‌تواند مشابه با عملکرد افزودنی‌هاي کاهنده آب معمولی باشد.
کــارپذیري
افزودنی‌هاي فوق روان کننده کارپذیري بتن یا کارایی بتن را که به وسیله دستگاه اسلامپ یا میز اسلامپ اندازه گیري می‌شود، به میزان زیادي افزایش داده و یا امکان کـاهش مقـدار آب را در عـین ثابـت ماندن کارایی فراهم می‌کنند. افزایش مقدار اسـتفاده از افزودنـی بـیش از حـدي مشـخص، تـاثیر بیشتري بر کاهش مقدار آب اختلاط در روانی ثابت و یا به عبارتی افزایش اسلامپ نخواهد داشـت. این مقدار افزودنی که با عنوان مقدار اشباع شناخته می شود، بیشترین مقدار موثر افزودنی بـوده و استفاده بیش از این مقدار تاثیري بر افزایش روانی بتن نخواهد داشت. زمان اضافه کردن افزودنـی هم بر مقدار روانی و اسلامپ بتن تاثیرگذار است. با اضافه کـردن افزودنـی بـه همـراه آب اخـتلاط اسلامپ به مقدار قابل توجهی افزایش پیدا می‌کند. رسیدن به اسلامپ‌هاي بیشتر با اضـافه کـردن افزودنی دقایقی پس از اضافه کردن آب به مخلوط امکان پذیر است.
مقاومت فشاري
افزودنی‌هاي فوق روان کننده به تنهایی تاثیر چندانی بر مقاومت فشاري بـتن ندارنـد بلکـه ، تاثیر این افزودنی‌ها بر مقاومت بتن به صورت غیر مستقیم از کاهش نسبت آب بـه سـیمان ناشـی شده و عموما از منحنی‌هاي قانون آبرام پیروي می‌کند. استفاده از یک افزودنـی فـوق روان کننـده غیر کندگیر کننده براي کاهش آب اختلاط در یک روانی و عیار سیمان ثابت، مقاومـت فشـاري را در همه سنین به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. در نسبت آب به سیمان ثابت، مخلـوط هـاي داراي افزودنی فوق روان کننده به دلیل پراکندگی بهتر ذرات سیمان، تا حدي مقاومت بیشتري از خود نشان می‌دهند. میتوان با استفاده از یک افزودنی تندگیر کننده در ترکیب بـا فـوق روان کننده مورد استفاده، تغییرات مقاومت در سنین اولیه را بهبود بخشید.
جــمع‌بندی
افزودنی‌های فوق روان‌کننده بتن با توانایی پراکندگی ذرات سیمان و تجزیه کلوخه‌ها، روانی و کارایی مخلوط را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهند. این مکانیزم که از طریق دافعه الکتروستاتیکی (در پایه‌های نفتالین و ملامین) و ممانعت فضایی (در پایه پلی‌کربوکسیلات) صورت می‌پذیرد، آب به دام افتاده در کلوخه‌ها را آزاد کرده و با کاهش نسبت آب به سیمان، مقاومت و دوام بتن را بهبود می‌بخشد. این افزودنی‌ها معمولاً تا 12 تا 30 درصد آب اختلاط را کاهش داده و با تنظیم مقدار استفاده، می‌توانند کارپذیری بتن را بهینه کنند، هرچند بیش از حد مشخص (مقدار اشباع) اثر اضافی ندارند. تأثیر اصلی آنها بر مقاومت فشاری به‌صورت غیرمستقیم از طریق کاهش آب و بهبود پراکندگی ذرات سیمان است که با رعایت قانون آبرام، مقاومت را در همه سنین افزایش می‌دهد.
31 بار تعداد مشاهده مقاله
