آشنایی با مکانیزم افزودنی‌های بتن برای استحکام سازه

به گزارش اخبار ساختمان، قبل از بحث در مورد افزودنی بتن جالب است بدانید که ۱۲ میلیون سال قبل از میلاد، از اختلاط میان سنگ آهک و مایع موجود در سنگ‌های کناری دیواره‌های مناطق نفت‌خیز اولین بتن‌ها به وجود آمدند. بعد از آن موضوع اصلی بر سر افزایش دوام این بتن‌ها بود. بتن‌ها تحت تأثیر عوامل بسیاری قرار داشت. از جمله کلوخه شدن ذرات، نسبت معکوس میزان آب مصرفی با مقاومت بتن، زود سفت شدن و ترک خوردن و استحکام ناکافی و ....

افزودنی‌ها موادی بودند که از قدیم برای رفع این موانع به مصالح ساختمانی اضافه می‌شدند. افزودنی‌های طبیعی مثل چربی‌های حیوانی، خون، تخم مرغ، خمیر برنج، خاکستر کوره حمام و پشم حیوانات و ... . تا به امروز که افزودنی‌های شیمیایی و افزودنی بتن پا به عرصه ظهور نهاده‌اند.

امروزه یکی از این افزودنی های بتن که به منظور کاهش میزان آب و جلوگیری از کلوخه شدن ذرات استفاده می‌شوند افزودنی‌های کاهنده آب در بتن هستند:

افزودنی‌های شیمیایی کاهنده آب در واقع به‌صورت یک گروه‌های شیمیایی تحت عنوان پراکنده‌ساز (Dispersant) عمل می‌کنند که مانع کلوخه‌ شدن (Flocculation) ذرات سیمان می‌شوند.

بیشتر بخوانید: بررسی کاربرد حباب سازها در افزایش مقاومت بتن

در ادامه مطلب پارسمان شیمی (تولیدکننده انواع افزودنی بتن)، ساختار شیمیایی افزودنی کاهنده آب را شرح داده که بحث افزودنی بتن را کمی علمی کرده است.

ساختار و مکانیزم افزودنی‌های کاهنده آب به‌عنوان افزودنی بتن:

پراکنده سازها اساساً موادی با سطح فعال بوده و شامل مولکول‌های ارگانیک با شاخه‌های اصلی بلند هستند که دارای یک گروه آب دوست قطبی (مانند –COO-، –SO۳-، –NH۴-) بوده و به وسیله گروه‌های قطبی (–OH) به شاخه‌های ارگانیک آب‌گریز غیر قطبی متصل هستند (شکل ۱).

​شکل ۱- ساختار مولکول پراکنده ساز در افزودنی بتن

در افزودنی بتن، گروه‌های قطبی جذب سطوح ذرات سیمان شده و انتهای آب‌گریز به سمت خارج از ذرات قرار می‌گیرد. سر آب دوست پلیمر، تنش سطحی آب را کاهش داده و پلیمر جذب شده، ذرات سیمان را به‌واسطه دافعه الکترواستاتیکی از هم دور می‌کند.

جذب افزودنی بتن باعث افزایش پتانسیل زتا (اختلاف پتانسیل بین ذرات سیمان و سطح لغزش آن در سیستم) شده و نهایتاً باعث ایجاد بار منفی روی ذرات سیمان می‌شود. با رشد واکنش هیدارسیون سیمان، بار الکترواستاتیکی کاهش یافته و کلوخه‌ای شدن مواد هیدراته شده آغاز می‌شود.

فوق روان‌کننده‌های بر پایه لیگنوسولفونات‌ها (نرمال و تصفیه شده)، سولفونات ملامین فرمالدهید و سولفونات نفتالن فرمالدهید که نوعی افزودنی بتن هستند، عمدتاً بر اساس مکانیزم کاهش افزایش پتانسیل زتا که منجر به ایجاد دافعه الکترواستاتیکی می‌شود، عمل می‌کنند.

بیشتر بخوانید: مواد ضروری که در سازه های بتنی باید استفاده کرد

این در حالی است که پلیمرهای دارای زنجیره اصلی و فرعی (Backbone and Graft Chains)، مانند پلی‌کربوکسیلات‌ها، آکریلیک استرها و... عمدتاً به واسطه ممانعت فضایی (Steric Hindrance) منجر به پراکندگی ذرات سیمان می‌شوند.

ممانعت فضایی مکانیزم بسیار مؤثرتری نسبت به دافعه الکترو استاتیکی است. در این پدیده در واقع زنجیره‌های جانبی بزرگ باعث جداسازی مولکول‌ها می‌شود. شکل ۲ مکانیزم ممانت فضایی در افزودنی بتن را نشان می‌دهد.

شکل ۲- مکانیزم ممانعت فضایی بین ذرات سیمان

دافعه الکترواستاتیکی افزودنی بتن، به ترکیب فاز محلول و میزان جذب فوق روان کننده بستگی دارد. در واقع جذب بیشتر افزودنی بتن، منجر به دافعه بهتر خواهد شد. پارامترهای تأثیرگذار در دافعه فضایی افزودنی بتن، نیز طول زنجیره اصلی و طول و تعداد زنجیره‌های جانبی است.

جهت حفظ اسلامپ بالاتر در افزودنی‌های پلی کربوکسیلاتی، این پلیمرها باید دارای زنجیره اصلی کوتاه‌تر و زنجیره‌های جانبی بلند با تعداد بیشتر باشند. این نوع افزودنی‌ بتن به دلیل مکانیزم دافعه فضایی که ایجاد می‌کنند از افزودنی‌های پایه سولفونات تأثیرگذاری بیشتری دارند و به طور کلی در مقادیر آب به سیمان پایین‌تر مشکلات کم‌تری رخ می‌دهد.

سایر مکانیزم‌های افزودنی بتن که منجر به پراکندگی ذرات سیمان و در نتیجه افزایش روانی مخلوط بتن می‌گردد عبارت است از کاهش تنش سطحی آب مخلوط و ایجاد خواص لوبریکانت به واسطه وزن مولکولی پایین پلیمرهای افزودنی بتن و قرارگیری آن‌ها بین ذرات مخلوط است.

ایسنا