شتاب دهنده بتن ؛ راهنمای جامع بررسی ویژگی ها و عملکرد زودگیر کننده بتن یا شتاب دهنده بتن
شتاب دهنده بتن ، زودگیر کننده بتن یا تسريع کننده گیرش بتن ماده افزودني است که زمان گيرش و آغاز تغيير حالت مخلوط بتن از خميري به جامد (صلب) را کاهش ميدهد. به عبارت ديگر، تسريع کننده‌ها (تندگيرکننده ها) روند سفت‌شدن بتن و افت رواني (اسلامپ) آن را سرعت می دهند.
در این مقاله قصد داریم به صورت مفصل افزودنی زودگیر کننده بتن یا شتاب دهنده بتن را بررسی کنیم:
بتن چیست؟
بتن مخلوطی از سیمان (یا مشابه آن) ،آب و سنگدانه(معمولا شن وماسه یا سنگ شکسته) و البته گاهی افزودنی هایی برای بهتر کردن خواص بتن می باشد.بتن تازه بدلیل داشتن خاصیت خمیری میتواند در هر قالب مورد نظر ریخته شود. خواص بتن قابلیت سفارشی شدن را برای تقریبا هرنوع کاربرد و عملکردی و در طیف گسترده ای از محیط های گوناگون دارند.
بتن ماده ایست بسیار اقتصادی و درصورتیکه از مخلوطی مناسب و مرتبط با کاربرد موردنظر استفاده شود می تواند کارایی خود را تا سالها با کمترین نیاز به نگهداری حفظ کند. گستره ای از انواع گزینه ها مانند رنگ، بافت وجزییات معماری در دسترس اند تا کیفیت و زیبایی بتن افزایش یابد.
افزودنی های بتن چیست ؟
تعریف کلی افزودنی ها را می توان به این شکل ذکر کرد که موادی هستند جهت ایجاد تغییراتی که در خواص و کیفیت بتن .
در آئین نامه و ضوابط اجرایی نیز تعاریف مختلفی از آن عنوان شده است ، که در مقاله افزودنی های بتن به طور کامل به آن ها اشاره شده است.
اما ساده‌ترین و جامع‌ترین تعریف افزودنی‌های بتن را استاندارد EN934-2 و استاندارد 2930 ملی ایران ISIRI 2930][1]] ، اینگونه بیان کرده که : افزودنی‌ها ، مواد شیمیایی محلول در آب هستند ( به ندرت به صورت پودر هستند ) که به بتن در حین ترکیب، به مقدار کمتر از 5% وزنی ماده سیمانی، برای اصلاح خواص بتن در حالت تازه و سخت شده، اضافه می‌گردند.
در این مقاله قصد بررسی افزودنی هایی را داریم که در سرعت گیرش بتن موثرند و آن را افزایش می دهند یعنی افزودنی هایی که سرعت گیرش را بالا می برد و زمان کمتری جهت گیرش بتن صرف می شود که به آن ها شتاب دهنده ها می گویند البته در مقابل افزودنی هایی که سرعت گیرش را پایین بیاوورند نیز وجود دارند که زمان بیشتری جهت گیرش بتن صرف می شود که به آن ها کندگیر کننده می گویند که در مقاله دیگری بررسی گردیده اند.
تعریف شتاب‌دهنده بتن
زودگیر کننده بتن یا تند گیر کننده یا شتاب‌دهنده بتن به موادی گفته می شود که باعث افزایش سرعت گیرش بتن می شود که البته بر حسب محل و خواسته مورد نیاز دارای انواع گوناگونی می باشند که در این مقاله بررسی خواهند شد.
شتاب‌دهنده بتن با تندکردن روند آبگيري سيمان موجب کاهش زمان گيرش (زودگيري) ، افزايش آهنگ کسب مقاومت (زودسخت‌شدن) ، يا هر دو مي‌شوند. برخي از افزودني‌ها با افزايش چسبندگي خمير، عملکردي مشابه شتاب‌دهنده‌ها دارند.
نياز به سرعت بخشيدن روند کسب مقاومت، به ويژه براي بتن‌ريزي در هواي سرد، و کاهش زمان گيرش بتن موجب پيدايش و گسترش افزودني‌هاي شتاب‌دهنده بتن شده است.
انواع شتاب‌دهنده بتن
شتاب‌دهنده بتن بر اساس عملکرد و کاربردشان به چهار گروه اصلي ذیل تقسيم مي‌شوند :
- تسريع کننده (تندگيرکننده)
- زودگيرکننده
- آني‌گيرکننده
- زودسختکننده
ممکن است در برخي موارد در عملکرد اين چهار گروه اصلي همپوشاني‌هايي وجود داشته باشد که در ادامه به بررسی هر یک می پردازیم :
- تسريع کننده‌ها (تندگيرکننده ها) : طبق تعريف تسريع کننده (تندگيرکننده) ماده افزودني است که زمان گيرش و آغاز تغيير حالت مخلوط بتن از خميري به جامد (صلب) را کاهش مي دهد . به عبارت ديگر، تسريع کننده‌ها (تندگيرکننده ها) آهنگ سفت‌شدن بتن و افت رواني (اسلامپ) آن را سرعت مي‌بخشند.
- زودگيرکننده ها : زودگيرکننده , که افزودني زودگير بتن پاشي (شاتکريت) نيز ناميده مي شود , طبق تعريف افزودني است که در حين پاشش يا پيش از پاشش به مخلوط افزوده مي شود تا شتابي بسيار سريع در گيرش يا سخت شدن مخلوط پاشيده شده پديد آورد . محدوده زماني عملکرد زودگيرهاي بتن پاشي بسيار کوتاه تر از تسريع کننده هاي (تندگيرکننده هاي) متعارف بتن است.
- آني گيرکننده ها : آني گيرکننده ها نوعي زودگيرکننده هستند که زمان گيرش خمير سيمان (سفت شدن) را به شدت کاهش مي دهند (حدود 60 ثانيه) و گيرش آني پديد مي آورند. آني گيرها براي انسداد نشت آب (نشت بندي) يا پاشيدن بتن بر روي جداره هاي مرطوب به کار مي روند.
- زودسخت‌کننده‌ها : زودسختکننده طبق تعريف ماده افزودني است که , با يا بدون تاثير بر روي زمان گيرش , روند کسب مقاومت هاي کوتاه مدت بتن را شتاب مي دهد (تسريع مي کند).
نحوه عملکرد زودگیر کننده بتن یا شتاب دهنده بتن
می دانیم که واکنش‌هاي اوليه ترکيبات سيمان پرتلند با آب به صورت محلول رخ مي‌دهند ، يعني ترکيبات در ابتدا يونيزه مي‌شوند و سپس محصولات آبگيري در محلول شکل مي گيرند. از آنجا که حلاليت محصولات آبگيري محدود است ، اين محصولات به شکل بلور رسوب می کنند و از محلول خارج مي‌شوند. پديده‌هاي سفت‌شدن، گيرش و سخت‌شدن خمير سيمان پرتلند از فرآيند بلوري‌شدن پيشرونده محصولات آبگيري سرچشمه مي‌گيرند. بنابراين مي‌توان چنين انگاشت که با افزودن برخي از مواد شيميايي حل‌شونده به مخلوط سيمان پرتلند و آب مي‌توان بر آهنگ يونيزه‌شدن ترکيبات سيمان يا بر روند بلوري‌شدن محصولات آبگيري تاثير گذاشت و در نتيجه، گيرش يا سخت‌شدن خمير سيمان را دستخوش تغيير کرد.
کاربرد زودگیر کننده بتن یا شتاب دهنده بتن
همانطور که در ابتدای مقاله گفته شد نياز به سرعت بخشيدن روند کسب مقاومت، به ويژه براي بتن‌ريزي در هواي سرد، و کاهش زمان گيرش بتن موجب پيدايش و گسترش افزودني‌هاي شتاب‌دهنده بتن شده است البته با توجه به چهار گروه از انواع شتاب دهنده ها ، کار برد هر یک نیز در موارد به خصوصی می باشد.
- تسريع کننده ها (تندگيرکننده ها) به تنهايي کاربرد محدودي دارند و بيشتر براي جبران اثر کندگيرکنندگي برخي از روان کننده ها و به عنوان بخشي از افزودني کاهنده آب به کار مي روند. کاربرد ديگر تسريع کننده ها (تندگيرکننده ها) در کفسازي هاي بتني است که با ماله پروانه اي پرداخت مي شوند. براي اين کاربرد خاص, تسريع کننده ها (تندگيرکننده ها) در مخلوط هايي که در انتها ريخته مي شوند به کار مي روند به گونه اي که زمان گيرش مخلوط هاي انتهايي و ابتدايي به يکديگر نزديک شود و بتوان همزمان تمام کف را پرداخت کرد. در اجراي رولايه ها بر روي بتن تازه براي سرعت بخشيدن به گيرش و نزديک شدن زمان گيرش آنها به بتن زير, از تسريع کننده هاي گيرش (تندگيرکننده ها) بتن استفاده مي شود.
- زودگيرکننده ها در بتن پاشي, به شيوه خشک يا تر, و براي کاهش زمان گيرش يا افزايش روند کسب مقاومت در تثبيت جداره هاي حفاري شده به کار مي روند. برخي از زودگيرکننده ها در عمليات تزريق دوغاب سيمان در جاهايي که جريان آب در درزه و شکاف وجود دارد و به منظور جلوگيري از شسته شدن دوغاب تزريق شده کاربرد دارند.
- کاربرد عمده آني گيرکننده ها نشت بندي آب تحت فشار هيدروستاتيکي است. از آني گيرکننده ها در برخي از موارد بتن پاشي به ويژه پاشيدن بتن يا ملات به جداره هاي مرطوب يا ريزشي نيز استفاده مي شود.
- با استفاده از زودسخت کننده ها امکان دستيابي به مقاومت‌هاي زودرس فراهم مي‌شود. از زودسخت‌کننده‌ها براي بتن‌ريزي در هواي سرد يا به منظور زود بازکردن قالب‌ها در دماي معمولي محيط استفاده مي‌شود. کاربرد ديگر زودسخت کننده ها در برخي از ملات هاي تعميراتي پايه سيماني است. اين موضوع به ويژه در تعمير نقاطي که زودهنگام تحت بارگذاري قرار مي گيرند, مانند تعمير روسازي بزرگراه ها, به کار مي آيد.
دقت کنید که در استفاده از شتاب دهنده بتن به نکات ذیل توجه کافی داشته باشید :
- به طور کلي شتاب‌دهنده بتن براي افزايش آهنگ کسب مقاومت تا 24 ساعت در دماي کم و تا 12 ساعت در دماي معمولي توجيه اقتصادي دارند. براي شتاب دادن به آهنگ کسب مقاومت در ساير موارد, استفاده از فوق روان کننده يا
فرا روان کننده به تنهايي پاسخگو و به صرفه تر هستند. - به طور کلي شتاب‌دهنده بتن را نبايد به عنوان مواد ضديخ بتن تلقي نمود زيرا در مقادير مصرف متعارف، اين مواد نقطه انجماد بتن را تنها به ميزان اندكي (كمتر از 2 درجه سانتيگراد) كاهش مي‌دهند. افزودني‌هاي مورد استفاده براي بتن‌ريزي در هواي سرد که در ايران به نام “ضديخ بتن” ارايه مي‌شوند در حقيقت نوعي زودسختکننده هستند که امکان دستيابي به مقاومت‌هاي زودرس را در هواي سرد فراهم مي‌آورند بنابراین در صورتی که نیاز به افزودنی ضد یخ با عملکرد واقعی جلوگیری از انجماد سریع آب تن داریم حتما این نکته رو مورد توجه قرار دهیم.
تاثیر شتاب‌دهنده بتن بر ویژگی‌های بتن تازه و سخت شده
- تاثير شتاب دهنده بتن بر ويژگی‌های بتن تازه : افزودني‌هاي شتاب دهنده بر برخي از ويژگي هاي بتن تازه به شرح زير تاثير مي‌گذارند.
- زمان گيرش : زمان گيرش بتن به تركيبات شيميايي و اندازه ذرات سيمان، دما و نسبت آب به سيمان بستگي دارد. شتاب دهنده ها در مقادير مصرف متعارف, زمان گيرش اوليه و نهايي را کاهش مي دهند. با استفاده از آني گيرکننده ها مي توان زمان گيرش را به 15 تا 30 ثانيه کاهش داد.برخي از شتاب دهنده ها در مقادير مصرف زياد نه تنها زمان گيرش را کاهش نمي دهند بلکه ممکن است باعث کندگيري هم شوند.
- مقدار هوا : برخي از شتاب دهنده ها احتمال تشکيل حباب هاي هوا را در بتن تازه افزايش مي دهند, بنابراين براي دستيابي به يک مقدار هواي مشخص در بتن حاوي شتاب دهنده به مقدار کمتري افزودني هوازا نياز است.
- كارآيي و رواني : شتاب دهنده ها بر کارآيي و مقدار رواني بتن تاثيري ندارند ولي به دليل کاهش زمان گيرش, آهنگ افت رواني (اسلامپ) را افزايش مي دهند.
- آب انداختگي : شتاب دهنده ها به دليل تسريع واکنش آبگيري, مقدار و آهنگ آب انداختن را کاهش مي دهند.
- حرارت آبگيري : شتاب دهنده ها بر مقدار حرارت آبگيري (هيدراته شدن) سيمان تاثير قابل ملاحظه اي ندارند ولي آهنگ آزاد شدن حرارت ناشي از آبگيري را شتاب مي دهند. شتاب دهنده ها تاثيري بر واکنش پوزولاني ندارند بنابراين در سيمان هاي آميخته, تنها بر حرارت آبگيري بخش سيمان پرتلند تاثير مي گذارند.
- تاثير بر ويژگي‌های بتن سخت شده :
- مقاومت : تاثير شتاب دهنده بتن بر مقاومت هاي کوتاه مدت و درازمدت و آهنگ کسب مقاومت بتن بستگي به نوع و مقدار مصرف آنها دارد. مثلا آني گيرکننده ها مانند کربنات ها و هيدروکسيدهاي فلزات قليايي خاکي مقاومت فشاري 28 روزه را نسبت به نمونه شاهد ممکن است تا 40 درصد کاهش دهند و یا برخي ديگر از آني گيرکننده ها مانند سيليکات ها و آلومينات ها نه تنها مقاومت کوتاه مدت بلکه مقاومت هاي درازمدت را نيز نسبت به نمونه شاهد کاهش مي دهند. (( منظور از کاهش مقاومت ناشي از کاربرد شتاب دهنده ها در بتن, افت مقاومت نيست. يعني اينگونه نيست که مقاومت درازمدت در بتن داراي شتاب دهنده نسبت به مقاومت کوتاه مدت آن افت پيدا کند. تاثير بر افزايش يا کاهش مقاومت, نسبت به نمونه شاهد (بدون شتاب دهنده) سنجيده مي شود.))
بنابراین قبل از استفاده از آن ها باید توضیحات مربوطه را از تولید کننده خواسته و به طور دقیق با مقاومت های مورد نظر پروژه بررسی نماییم حتی در صورت نیاز استفاده از نمونه های آزمایشی برای بررسی دقیق تر شرایط نیز توصیه می شود.
- جمع‌شدگي (تكيدگي) و خزش : شتاب دهنده هايي که در روند واکنش آبگيري سيمان دخالت مي کنند (عملکرد شيميايي) عموما جمع شدگي و خزش را در بتن سخت شده نسبت به نمونه شاهد افزايش مي دهند.
- دوام (پايايي) : شتاب دهنده بتن به ويژه زودسخت کننده ها, مقاومت در برابر خرابي ناشي از چرخه هاي يخ زدن و آب شدن و مقاومت در برابر پوسته شدن ناشي از کاربرد نمک هاي يخ زدا را در عمر اوليه افزايش مي دهند ولي به دليل افزايش اندازه و ضريب فاصله حباب هاي هوا ممکن است در عمر زيادتر موجب کاهش اين مقاومت ها شوند.
- شوره زدگي و تغيير رنگ سطح بتن : سديم کلرايد ممکن است موجب شوره زدگي سطح بتن شود. کلسيم کلرايد مي تواند سبب تغيير رنگ سطح بتن شود. دو نوع تغيير رنگ ممکن است بر اثر اندرکنش بين قليايي هاي سيمان و کلسيم کلرايد پديد آيد. نوع نخست, پديدار شدن لکه هاي روشن در زمينه تيره است که مشخصه مخلوط بتني است که نسبت قليايي هاي سيمان آن به کلسيم کلرايد نسبتا کم باشد. نوع دوم پديدار شدن لکه هاي تيره در زمينه روشن است که مشخصه مخلوط بتني است که در آن نسبت قليايي هاي سيمان به کلسيم کلرايد نسبتا زياد باشد.
تاثیر مواد متشکله بتن بر عملکرد شتاب‌دهنده بتن
مقدار، نوع، و تركيبات شيميايي سيمان بر کاركرد شتاب دهنده هايي که در واکنش آبگيري دخالت مي کنند (با عملکرد شيميايي) تاثير مي‌گذارد. از آنجا که اصلاح کننده رئولوژي (زودگيرکننده هاي با عملکرد فيزيکي) در واکنش آبگيري دخالت نمي کنند, انتظار مي رود که مواد متشکله بتن تاثيري بر کارکرد اين نوع از شتاب دهنده ها نداشته باشد.
البته با افزايش مقدار يا نرمي (ريزدانگي) سيمان، ميزان تاثيرگذاري شتاب دهنده بتن افزايش مي يابد و بنابراين براي دستيابي به يک مقدار مشخص از کاهش زمان گيرش يا افزايش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس), مقدار مصرف آنها مي تواند کاهش يابد.
تاثیر عوامل محیطی و اجرایی بر عملکرد شتاب‌دهنده بتن
راندمان و ميزان کارآمدي افزودني هاي شتاب دهنده بتن بر کاهش زمان گيرش و افزايش آهنگ کسب مقاومت (مقاومت زودرس) در دماهاي کم (حدود 5 درجه سانتيگراد) بيشتر از دماهاي زيادتر است.
هنگامي که از شتاب دهنده بتن به همراه افزودني هاي ديگر و يا از چند نوع شتاب دهنده استفاده مي شود, اين افزودني ها بايد به طور جداگانه به مخلوط اضافه شوند. درهم آميختن افزودني ها پيش از افزودن به مخلوط تنها در صورتي مجاز است که قبلا آزمايش و تاييد شده باشد.
نگهداری از شتاب‌دهنده بتن
يكنواختي و ثابت بودن مواد افزودني در مراحل مختلف پروژه و ارسال‌هاي متعدد به كارگاه بايستي كنترل شده و برابري آن با آزمايش‌هاي اوليه به اثبات برسد. آزمون هاي لازم براي شناسايي و تاييد افزودني‌ها شامل: تعيين درصد مواد جامد، غلظت ظاهري، طيف سنجي براي مواد آلي، مقدار كلرايد، درصد قليايي ها (يون سديم و پتاسيم), درجه قليايي (pH)، و برخي از موارد ديگر هستند. آيين نامه‌هاي معتبر بين‌المللي و استاندارد‌هاي ساختماني ايران راهنمايي‌هاي لازم براي تعيين يكنواختي افزودني‌هاي شيميايي را به تفصيل بيان نموده‌اند. معمولا با كنترل رنگ، بو، شكل ظاهري و اندازه‌گيري غلظت و مقدار pH مي‌توان يكنواختي محموله‌هاي مختلف افزودني‌هاي وارده به كارگاه را تاييد يا رد كرد.
چنانچه شتاب دهنده بتن براي مدت زماني طولاني انبار شده باشد و گرانروي, بو يا رنگ ناهنجار داشته باشد بايد پيش از مصرف مورد آزمايش قرار گيرد.
