فوق روان کننده‌ها نیز به عنوان کاهنده آب بـه میـزان بـالا شـناخته شـدند کـه بـه لحـاظ شیمیایی متفاوت از کاهنده هاي آب معمولی هستند و قادر به کاهش مقـادیر آب در حـدود ٪35 هستند. فوق روان کننده‌هاي اصلی، ملامین فرمالدئید و نفتالین سـولفونه شـده بودنـد . فـوق روان کننده‌ها یا کاهنده‌هاي بسیار مؤثر آب، با دوره کوتاه اثربخشی هسـتند و ظـاهرا اثـرات دائمـی نـدارد (بدون تأخیر یا دربرگیري هوا ). البته با معرفی فوق روان کننده‌هاب با پایه پلی کربوکسیلات اتر خیلی از این محدودیت‌ها برداشته شده است.

سه روش محتمل وجود دارد که افزودنی هاي فوق روان کننده ممکن است در بتن اسـتفاده شوند:

1. تولید بتن با نسبت آب به سیمان بسیار پایین: به منظوردستیابی به بتنی با مقاومت بالا، در حالی که محتواي سیمان حفظ شود، مقدار آب مخلوط کاهش می‌یابـد . کـارایی کـاهش یافتـه بـا ترکیب فوق روان کننده‌ها جبران می‌شود. با این روش، کاهش آب تا ٪35 و یا حتی بیشتر می‌تواند اتفاق بیافتد.

2.تولید بتن با مقدار سیمان کاهش یافته: فوق روان کننده‌ها می‌توانند براي تولید بـتن هـا بـا مقادیر سیمان کاهش یافته استفاده شوند، در حالی کـه نسـبت آب بـه سـیمان ثابـت نگهداشـته می‌شود. کاهش کارآیی بتن با ترکیب فوق روان کننده‌ها جبران می‌شود همچنین پخش شدگی بهتر ذرات سیمان در استفاده از فوق روان کننده ها تا حدودی جبران کم شدن سیمان می‌گردد.

3. تولید بتن روان: فوق روان کننده‌ها براي تولید بتن‌هاي روان، خود متراکم، خـود تـراز، آسان تراکم و … مـورد استفاده قرار گرفته اند. در این استفاده، هیچ تلاشی به منظور کاهش نسبت آب به سیمان یا مقدار سیمان انجام نشده است البته کاهش نسبت آب به سیمان و افزایش روانی توامان در بتن های پرمقاومت لازم الاجراست. در عوض، هدف افزایش جریان اسلامپ تا  750 میلیمتر و حتی بشتر بدون ایجاد هیچ گونه جداشدگی است تا بتن بتواند در بخش‌هاي با تراکم آرماتور بالا جریان یافته و متراکم شود.

طبقه بندي فوق روان کننده

فوق روان کننده‌ها یا سنتز می‌شوند و یا بـه عنـوان محصـولات جـانبی صـنعتی بـه دسـت می‌آیند. افزودنی‌هاي فوق روان کننده به طور کلی بـه چهـار گـروه تقسـیم مـی شـوند :

ملامـین فرمالدئید سولفونه شده SMF

Sulfonated melamine formaldehyde

نفتالن فرمالدئید سولفونه شده SNF

Sulfonated naphthalene formaldehyde

لیگنوسولفونات اصلاح شده MLS

Modified Lignosulfonate

پلی کربوکسیلات اترPCE

Polycarboxylate ether

شکل- فوق روان کننده بر پایه پلی کربوکسیلات اتر

ملامین فرمالدئید سولفونه شده :(SMF) ملامین فرمالدئید سولفونه شده از ملامـین بدست می آید که براي اولین بـار بـه تـري متیـل ملامـین تبـدیل شـده و سـپس بـا فرمالدئید واکنش نشان می‌دهد. سپس با سدیم بـی سـولفیت واکـنش داده مـی شـود و پلیمریزه می‌شود.

نفتالن فرمالدئید سولفونه شده :(SNF) نفتالن فرمالدئید سولفونه شده بـا سـولفودار کردن نفتالن با اسیدسولفوریک یا SO₃  بدست می‌آید و سـپس بـا فرمالدئیـد واکـنش داده می‌شود. سپس اسید به سدیم هیدروکسید افزوده می‌شود.

لیگنوسولفونات اصلاح شد :(MLS)پلیمرهاي پلی الکترولیت آنیونی محلول در آب هستند. لیگنوسولفونات اصلاح شده (MLS) توسط فـرآورده خمیـر چـوب مخصـوص کاغذ سازي با استفاده از خمیر سازي سولفیت تولید می‌شوند.

پلی کربوکسیلات اتر:(PCE)  این ترکیبات که PCs یا پلیمرهاي شانه اي نیز نامیده می‌شوند جدیدترین انواع افزودنی‌هاي فوق روان کننده بوده و برعکس نفتالین و ملامین فرمالدهید سولفوناته که عمدتا از یک ساختار واحد تشکیل شده اند، خانواده اي از محصولات با ساختارهاي شیمیایی متفاوت هستند.

اثر افزودنی فوق روان کننده‌ها بر بتن

اثر افزودنی فوق روان کننده بر بتن به نوع، مقـدار مصـرف و زمـان افـزودن ، نسـبت آب بـه سیمان، ماهیت و مقدار سیمان، سنگدانه، دما بستگی دارد. عموما،ً افزودنی فوق روان کننده بر بتن تازه و بتن سفت شده تاثیر خواهد گذاشت.

اثر فوق روان کننده‌ها بر بتن تازه

افزودنی‌هاي فوق روان کننده اثرات مختلفی بر بتن تـازه دارنـد وایـن اثـرات مـی تواننـد در پارامترهاي زیر مشـاهده شـو ند، ماننـد : کـاهش آب، کـارایی ، افـت اسـلامپ ، آب انداختن بـتن و جداشدگی، مقدار هوا و تکمیل (پرداخت) بتن.

کاهش آب: – افزودنی‌هاي کاهنده آب با مقادیر بالا باید نیاز به آب را حـداقل ٪12 کـاهش دهد. افزودنی کاهنده آب با مقادیر بالامی تواند بدون افزایش مقـدار آب بـه میـزان قابـل تـوجهی اسلامپ را افزایش دهد و ممکن است براي دستیابی به ترکیبی از این دوهدف؛ افزایش در اسلامپ با کاهش در میزان آب مورد استفاده قرار گیرد. مقدار کاهش آب که با یک فوق روان کننده خاص قابل دستیابی است، به مقدار مصرف و اسلامپ اولیه بستگی دارد.

کارایی: زمانی که افزودنی هاي فوق روان کننده در این مخلوط بامقـدار آب معـین ترکیـب می‌شوند، کارایی بتن افزایش می‌یابد. توانایی فوق روان کننده‌ها در افزایش اسلامپ بتن بـه نـوع، مقدارمصرف و زمان اضافه کردن فوق روان کننده، نسبت W/C، ماهیت و ویژگی و مقدار سـیمان ، سنگدانه، دما و غیره بستگی دارد. زمانیکه فوق روان کننده به بـتن افـزوده مـی شـود ، بـر مقـادیر اسلامپ تاثیر می‌گذارد. با افزودن فوق روان کننده به آب مخلوط، مقـدار اسـلامپ بـه طـور قابـل توجهی افزایش می‌یابد. با اضافه کردن افزودنی، چنددقیقه بعد از اینکه بتن با آب مخلوط می‌شود، حتی مقادیر بیشتراسلامپ نیز ممکن هستند. در محدوده دماي بین 5 تا 30 درجه سانتی گراد اختلاف اساسی در مقادیر اسلامپ حاصل از افزودن یک فوق روان کننده وجود ندارد.

شکل- اسلامپ بتن قبل از اضافه کردن فوق روان کننده بتن

شکل- اسلامپ بتن بعد از اضافه کردن فوق روان کننده پایه پلی کربوکسیلاتی

میزان افت روانی (اسلامپ): میزان افت اسلامپ با اضافه کردن کاهنـده آب، بـه ویـژه در بتن ساخته شده با افزودنی کاهنده آب به میزان بـالا ممکـن اسـت کـاهش یابـد. بـه دلیـل افـت اسلامپ، افزودنی کاهنده آب به میزان بالا ممکن اسـت در محـل کـار اضـافه شـود . زمـان کـار را می‌توان با استفاده دقیق افزودنی کاهنده آب و تأخیر دهنده بسط داد. بتن حاوي فوق روان کننده می‌تواند حدود 30 تا 60 دقیقه بیشتر از کارایی نرمال، کارایی را حفظ کند.

آب انداختگی و جداشدگی بتن: در صورت استفاده صحیح از فوق روان کننده آب انداختگی و جداشدگی در بتن رخ نمی دهد. اما درصورت بیشتر از توانایی تحمل بتن به آن فوق روان کننده اضافه شود اجزای بتن از هم جدا شده و پدیده جداشدگی اتفاق می افتد و بتن از حالت همگن خارج خواهد شد.

مقدار هوا: برخی از کاهنده‌هاي تجاري آب در مقادیر مصرف نرمال موجب افـزایش 2 تـا 3 درصدي هوا در بتن تازه می‌شوند. حتی درمقادیر بالاتر، حداکثر 7 تا 8 درصد هواي نیز مشاهده شده است. فوق روان کننده‌ها بر پایه ي SNF و لیگنوسولفونات‌هـا برخی از هواي موجود در بتن را به خود می کشند. ترکیب افزودنـی SNF گـاهی اوقـات منجـر بـه پدیده‌هایی می‌شود که آن را حباب زایی بتن می‌نامند.

تکمیل (پرداخت) بتن: – برخی از افزودنی هـاي کاهنـده آب باعـث بهبـود ویژگـی تکمیـل (پرداخت) بتن در مقایسه با بتنِ بدون افزودنی می‌شوند. در صورتی که تراکم بالای آرماتور دسترسی برای متراکم کردن با نیروی خارجی را دشوار کند استفاده از این افزودنی ها بسیار کمک کننده خواهد بود جهت رسیدن به بتن با روانی بالاو تراکم حداکثری در مقطع بتن ریزی شده.

اثر فوق روان کننده بر بتن سفت شده

اضافه کردن افزودنی فوق روان کننده به مخلوط بتن می‌توانـد برخـواص بـتن سـفت شـده مانند مقاومت، نفوذ پذیري، آبرفتگی و خزش تاثیر بگذارد.

مقاومت: – کاهش آب ناشی از عوامل کاهنده آب موجب یک افزایش اساسی در مقاومت 28 روز می‌شود. زمانی که افزودنی‌هاي کاهنده آب به میزان بالا با کاهش W/C در 28 روز استفاده می‌شوند، مقاومت فشاري می‌تواند به میزان ٪20 و یا بیشتر افزایش یابد. این امر به نظر می‌رسد به درجه بیشتر هیدراتاسیون درسال‌هاي بعدي که توسط این افزودنی‌ها سبب می‌شود مربوط گردند و از این رو منجر به مقاومت بیشتري حتی در نسبت یکسان آب به سیمان شـود.  در زمـان اولیـه مانند روز اول، به دلیل اثر تأخیر دهنده افزودنی ها در هیدراتاسیون اولیه سیمان، مقاومت فشاري بتن‌هایی که حاوي عوامل کاهنده آب، مانند لیگنوسولفونات، گلوکونیک اسید و سـاکاروز هسـتند، پایین تر از مقاومت فشاري مخلوط مرجع با همان نسبت یکسان آب به سیمان است. با این حـال، در روزهاي سوم و هفتم افزایش مقاومت به طور کلی بیشتر از روزهاي اول و 28 ام است. . افـزایش خـواص مکـانیکی یعنـی مقاومت فشاري و خمشی و مدول کشسانی به طور کلی با کاهش نسبت آب به سیمان بـه دسـت می‌آید.

نفوذپذیري: بتن تولید شده توسط افزودنی فوق روان کننده می تواند به آسانی در محل قرار داده شود؛ بنابراین، بتن حاصله، اگر به درستی به عمل آورده شود، می توانـد نفـوذ پـذیري بسـیار پایین ومقاومت خوبی در برابر نفوذ محلول‌هاي تهاجمی داشـته باشـد . مقاومـت بـتن تولیـد شـده توسط افزودنی فوق روان کننده نسبت به نفوذکلرید، مشابه یا اندکی بهتر از مقاومت بتن معمـولی نسبت به نفوذکلرید با همان نسبت آب به سیمان است. زمانی که افزودنی براي کاهش  W/Cاستفاده می‌شود، مقاومت بتن نسبت به نفوذ کلریدحتی بیشتر می‌شود.

شکل- بتن پرمقاومت ساخته شده با فوق کاهنده های آب پلی کربوکسیلات اتر