انواع افزودنی حباب ساز بتن
در شرایط یخبندان آب موجود در بتن شروع به انجماد کرده و انبساط ناشی از این انجماد موجب به وجود آمدن فشارهای هیدرولیکی در بتن خواهد شد. به مرور زمان این فشارها موجب از هم گسیختگی در بتن خواهد شد. برای کاستن از اثر منفی این فشارهای هیدرولیکی از افزودنی حباب ساز بتن( هواساز بتن) استفاده می‌شود. البته گاهی استفاده از این افزودنی موجب کاهش میزان مقاومت در بتن خواهد شد اما در در صورتی که افزایش دوام بر کاهش میزان مقاومت ارجحیت داده شود، مانند روکش جاده‌ها و…این افزودنی کارساز خواهد بود.
در این مقاله به بررسی انواع افزودنی حباب‌ساز بتن خواهیم پرداخت. برای آشنایی با عملکرد افزودنی حباب ساز بتن می‌توانید مقاله دیگری با همین عنوان در سایت بتنو مطالعه نمایید.در ابتدا یک تعریف کلی از این افزودنی و عملکرد آن خواهیم داشت.
در آیین نامه بتن ایران( آبا) تعریف انواع افزودنی حباب ساز بتن به صورت زیر آمده است: این افزودنی‌ها موادی هستند که سبب تشکیل حباب‌های بسیار ریز هوا که به صورت یکنواخت در حجم بتن یا ملات توزیع شده‌اند می‌گردند. این حباب‌ها باید پس از سخت شدن بتن یا ملات در آن باقی بمانند.
حباب ساز هوا در دهه ۱۹۳۰ به صورت تصادفی در آمریکا کشف شد. در هنگام ساخت یک جاده متوجه شدند بخش‌هایی از جاده در برابر یخبندان مقاوم‌تر بوده است. پس از بررسی دریافتند سیمان مورد استفاده در آن بخش‌ها حاوی مقداری چربی گاو است. زیرا این سیمان‌ها از آسیاب‌هایی به دست آمده که در صنعت شمع سازی برای تکه کردن چربی گاو مورد استفاده قرار می‌گرفت. چربی گاو مانند افزودنی حباب ساز عمل کرده و موجب مقاومت بالاتر در بخش‌هایی از جاده گشته است.
پس از این کشف، استفاده از حباب ساز به صورت عمدی در بتن رایج شد. طبعا در آن زمان اکثر افزودنی‌های حباب ساز بر پایه نمک‌های رزین چوب بودند. نمک‌های رزین چوب محصول جانبی فرایند بازیافت حلال‌های مختلف از تنه درخت کاج به حساب می‌آمدند.
این نمک‌های رزین چوب در ابتدا با نام وینسول و سپس با نام وینسول رزین به بازار عرضه شدند. تا حدود ۵۰ سال بعد و ورود افزودنی‌هایی با منشأهای مختلف، همچنان از وینسول رزین به عنوان افزودنی حباب ساز استفاده می‌شد.
اکنون استفاده از افزودنی حباب ساز در صنعت ساختمان بسیار متداول شده است، به طور مثال در بیش از ۸۰ درصد بتن‌های سیمان پورتلند استفاده شده در روسازی جاده ها در آمریکا از افزودنی حباب ساز استفاده می‌شود.
انواع افزودنی حباب ساز بتن
انواع افزودنی حباب ساز بتن به دو دسته بندی کلی مواد جامد و محلول در آب قابل تقسیم هستند.
مواد جامد حباب‌ساز بتن
این مواد دارای خاصیت ایجاد حباب در بتن و در دسته بندی افزودنی حباب ساز بتن قرار نمی‌گیرند اما به دلیل حالت فیزیکی متخلخلی که دارند می‌توانند نقش حفره‌های هوا را در بتن اجرا کنند. از جمله این مواد می‌توان به گوی‌های پلاستیکی توخالی، آجر خرد شده، رس یا شیل منبسط شده اشاره کرد.
بررسی‌ها مشخص کرده است که در صورت استفاده از مواد غیر آلی، اندازه حفرات باید بین ۱.۱۸ تا ۳۰۰ میکرومتر و اندازه ذرات بین۰.۰۵ تا ۳ میکرومتر باشد. در این حالت تخلخل کلی مواد باید حداقل ۳۰ درصد باشد. در مواد جامد حباب ساز به دلیل ذات جامد و متخلخل بودن، عامل دیگر مانند دما، پرداخت، افزودنی‌های دیگرو… تاثیرگذار نیست، بنابراین بسته به نیاز پروژه گاهی استفاده از این مواد جامد ارجحیت دارد.
البته به دلیل ساختار داخلی این مواد که با ماتریس سیمان یکسان نبوده و موجب ایجاد ناهمگنی در بتن می‌شود، استفاده از این مواد همه گیر نیست و بخش اصلی افزودنی حباب ساز بتن را مواد محلول در آب تشکیل می‌دهند.
افزودنی حباب سازبتن محلول در آب
دومین دسته از انواع افزودنی حباب ساز بتن سورفکتانت ها هستند. این مواد در گروهی از مواد شیمیایی به نام سورفکتانت ها یا فعال ساز سطحی قرار می‌گیرند که دارای زنجیره بلند هیدروکربنی و جزو قطبی در دو سر خود می‌باشند.
سر قطبی تمایل به قرار گرفتن در آب دارد و سر غیر قطبی تمایل دارد در هوا قرار بگیرد.سورفکتانت ها در سر قطبی یک نمک دارند که هنگام حل شدن در آب، این سر قطبی تجزیه شده و بر اساس نوع گروه قطبی موثر در این مواد، یکی از اجزای نمک در عملکرد سورفکتانت ها موثر خواهد بود.
نوع یون تاثیرگذار در نمک موجود در سر قطبی سورفکتانت ها، براساس انواع گروه‌های قطبی به دسته‌های زیر تقسیم بندی می‌شوند.
عوامل آنیونی: سولفات که می‌تواند شامل ترکیبات هیدروکربن‌های سولفانات،. استرهای و 1-کربوکسیلات ها باشد از رایج‌ترین نوع آنیون‌های مورد استفاده است. بیشترین یون‌های مثبت مورد استفاده قرار گرفته در نمک سورفکتانت ها، گروه آنیونی سدیم، آمونیوم، تری اتانول آمونیوم و…است. رزین‌های وینسول خنثی شده نیز در دسته عوامل آنیونی قرار می‌گیرند.
2- عوامل کاتیونی: گروه‌های آمینی و آلکیلی ازدیگر مواد مورد استفاده در عوامل کاتیونی محسوب می‌شوند. از رایج‌ترین یون‌های کاتیونی مورد استفاده می‌توان آلکیل آمین هیدروکلرید ها و آلکیل تری متیل آمونیوم برومید نام برد.
3- عوامل غیر یونی: این دسته از عوامل فعال سطحی عموماً بدون بار الکتریکی محسوب می‌شوند اما وجود پیوندهای واندروالس در بین مولکول‌های تشکیل دهنده، این عوامل باعث ایجاد مقدار جزئی بار الکتریکی تشکیل دهنده گشته و موجب ایجاد جهت گیری قطبی می‌شود که از رایج‌ترین آنها می‌توان به آلکانول آمیدها و پلیمرهای آلکیلن اکسید اشاره کرد مانند پلی اتیلن گلایکول استرها و دی آلکانول آمیدها
4- عوامل آمفوتری : این دسته از عوامل فعال سطحی در سر قطبی خود از ترکیب اسید و باز تشکیل شده‌اند که می‌تواند شامل اسید و بازهای قوی یا ضعیف باشد. در این مواد اسید سر منفی و باز سر مثبت گروه قطبی را تشکیل داده‌اند. از رایج‌ترین این مواد می‌توان به کربوکسیلات‌های پایه ضعیف، کربوکسیلات‌های پایه قوی، سولفونات‌های پایه ضعیف و پایه قوی اشاره کرد.
به طور کلی می‌توان سورفکتانت ها را بر اساس نمک‌های تشکیل دهنده تقسیم بندی نمود.
آنیونی: نمک‌های رزین چوب، نمک های لیگنین سولفوناته شده، اسیدهای چرب و صمغی و نمک‌های آنها، نمک‌های آلی کربن‌های سولفوناته، نمک‌های مواد پروتئین‌دار، نمک‌های اسیدهای نفت خام، پاک کننده‌های مصنوعی.
کاتیونی: نمک‌های اسیدهای نفت خام، نمک‌های مواد پروتیین دار
غیر یونی: پاک کننده های مصنوعی، نمک های اسیدهای نفت خام
در طبقه بندی بالا منظور از کلمات آنیونی، کاتیونی و غیر یونی نوع گروه قطبی در سورفکتانت است. همانگونه که مشاهده می‌کنید فعال‌های سطحی آنیونی نسبت به دیگر عوامل فعال سطحی پرکاربردتر است که این به علت پایداری بالاتر حباب‌های ایجاد شده توسط این نوع فعال در بتن می‌باشد.
طبقه‌بندی و خصوصیات عملکردی افزودنی‌های رایج حباب هوا ساز بتن
| طبقه‌بندی و خصوصیات عملکردی افزودنی‌های رایج حباب هوا ساز بتن |
| طبقه‌بندی |
تعریف شیمیایی |
عملکرد |
| نمک‌های اسیدی حاصل از چوب |
نمک قلیایی با آلکانول آمین |
موجب تشکیل سریع حباب می‌شود. |
| وینسول رزین |
مخلوطی از اسیدهای سه حلقه‌ای، فنول‌ها و ترپن‌ها |
با هم زدن اولیه، حباب کمی ایجاد می‌شود. |
| حباب‌هایی با اندازه متوسط ایجاد می‌کند. |
| با بیشتر افزودنی‌ها سازگار است. |
| رزین چوب |
اسیدهای سه حلقه‌ای – جزء اصلی تشکیل‌دهنده |
موجب تشکیل سریع حباب می‌شود. |
| اسیدهای سه حلقه‌ای – جزء فرعی تشکیل‌دهنده |
با هم زدن اولیه، حباب کمی ایجاد می‌شود. |
|
حباب‌هایی با اندازه‌ی متوسط ایجاد می‌کند. |
|
با بیشتر افزودنی‌ها سازگار است. |
|
با سرعت کمتری حباب ایجاد می‌کند. |
| روغن تال |
اسیدهای چرب – جزء اصلی تشکیل‌دهنده |
ممکن است با طولانی شدن زمان هم زدن، میزان حباب‌ها افزایش یابد. |
| اسیدهای سه حلقه‌ای – جزء فرعی تشکیل دهنده |
نسبت به بقیه حباب‌سازها، کوچک‌ترین حباب‌ها را ایجاد می‌کند. |
|
با بیشتر افزودنی‌ها سازگار است. |
|
نسبت به فولکون‌های چربی با سرعت کمتری حباب ایجاد می‌کند. |
| اسیدهای چرب گیاهی |
اسیدهای چرب نارگیل، نمک‌های آلکانول آمین |
متناسب با افزایش زمان هم زدن، حباب‌ها کاهش می‌یابد. |
| نسبت به فولکون‌های چربی، حباب‌های بزرگ‌تری ایجاد می‌کند. |
| با بیشتر افزودنی‌ها سازگار است. |
| موجب تشکیل سریع حباب می‌شود. |
| با طولانی شدن زمان هم‌زدن میزان کمتری حباب از دست می‌رود. |
| پاک‌کننده‌های مصنوعی |
آلکیل – آریل اتوکسیلات‌ها |
حباب‌هایی با اندازه‌ی بزرگ ایجاد می‌کند. |
| با بعضی افزودنی‌های فوق روان کننده ناسازگار است. |
| می‌تواند برای ساخت بتن سبک کفی استفاده شود. |
| مواد افزودنی مصنوعی بهبوددهنده کارپذیری |
نمک قلیایی آلکانول آمین لیگنوسولفات |
معمولاً در ملات‌های بنایی استفاده می‌شود. |
| متفرقه |
باقی‌مانده نفتی اکسیژن‌دار |
در حال حاضر این مواد به ندرت برای ایجاد بتن دارای هوای اضافه استفاده می‌شوند. |
| مواد پروتئین‌دار |
| چربی حیوانات |
مواد اولیه انواع افزودنی حباب سازبتن محلول در آب، هم از نظر منابع تولید افزودنی و هم ازنظر روش تولید متفاوت و پیچیده هستند. در این مقاله به بررسی دو مدل پرکاربردتر از انواع افزودنی حباب سازبتن می‌پردازیم:
افزودنی حباب ساز هوا با مواد اولیه مشتقات حاصله از چوب
همان گونه که گفته شد در دهه‌های اول آشنایی با حباب ساز بتن، از رزین وینسول خنثی شده استفاده می‌شد که این رزین از محصولات فرعی بازیافت حلال‌های مختلف و صمغ درخت کاج است.
این رزین از ۶۰ درصد ترکیب‌های فنول، ۱۵ درصد موم و اسید رزین تشکیل شده است. رزین وینسول در ابتدا به کمک سدیم هیدروکسید خنثی شده و تبدیل به حالت محلول می‌شود تا امکان تشکیل صابون سدیم محلول فراهم آید. بعد از اضافه شدن در مخلوط بتنی، خنثی شدن به رزین این امکان را می‌دهد تا به صورت قشر نازکی در اطراف حباب‌ها در بیاید و نیازی به انجام واکنش اضافه با مشارکت مواد قلیایی ایجاد شده از هیدراتاسیون سیمان نداشته باشد.
در هنگام استفاده از رزین وینسول حباب‌های ایجاد شده در بتن نسبت به حباب‌های ایجاد شده توسط سایر عوامل حباب ساز دارای اندازه متوسطی هستند.
روغن تال یکی دیگر از موادی است که از فرایندهای انجام شده بر روی چوب تولید می‌شود. این مواد شامل اسیدهای چرب با زنجیره بلند هیدروکربنی که در انتها به گروه کربوکسیلیک ختم می‌شوند هستند. روغن های تال شامل اسید اولئیک غیر اشباع واسیدهای اشباع با دنباله کربنی ۸ تا ۱۰ اتم کربن مانند اسید کاربیک می‌باشند.
این مواد در مقایسه با سایر افزودنی‌های حباب ساز که پایه‌ای غیر از رزین وینسول دارند، حباب را با سرعت کمتری تولید می‌کنند، چون با طولانی شدن اختلاط اسیدهای بیشتری با مواد قلیایی شده در حین عمل هیدراتاسیون سیمان واکنش می‌دهند، حباب‌های تولید شده توسط این افزودنی از اندازه کوچک‌تری نسبت به حباب‌های تولید شده با سایر افزودنی‌ها برخوردارند.
پاک کننده‌های مصنوعی
در واکنش‌های تولید نفت سفید و روغن موتو، اسید سولفونیک معطر به عنوان محصول فرعی به همراه خاصیت پاک کنندگی بالا به دست می‌آید. اسیدهای سولفونیک آریل- آلکیل سولفونات است. سولفونات‌ها همراه با سود سوزآور خنثی شده و به شکل سدیم سولفات محلول در آب در می‌آیند. چند نمونه از این سولفونات‌ها را نام می‌بریم: ارتو و پاراسدیم دو دسیل بنزن سولفونات و سدیم دو دسیل سولفات.
در هنگام استفاده از پاک کننده‌های مصنوعی حباب ساز، به دلیل سرعت بالای تولید حباب‌های هوا، اندازه این حباب‌ها در مقایسه با سایر افزودنی‌های مشتق شده از چوب درشت تر است. از پاک کننده‌های مصنوعی بیشتر به دلیل تولید کف استفاده می‌شود. گاهی از پاک کننده‌های مصنوعی به همراه افزودنی کاهنده آب برای ایجاد افزودنی کاهنده آب و حباب ساز بهره می‌گیرند.
هدف از این مقاله آشنایی با انواع افزودنی حباب ساز بتن است در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر می‌توانید مقاله افزودنی حباب ساز بتن و مکانیزم افزودنی حباب ساز بتن را در سایت بتنو مطالعه نمایید.
روش مصرف انواع افزودنی حباب ساز بتن
همان گونه که شرح داده شد انواع افزودنی حباب ساز بتن به دو مدل مواد جامد و محلول در آب تقسیم بندی می‌شوند.
هنگام استفاده از مواد جامد به عنوان افزودنی حباب ساز توجه به ویژگی‌های پروژه و مواد جامد اهمیت بالایی دارد و نسبت به هر پروژه و خواص مواد جامد متفاوت است. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می‌توانید با مشاوران ما در سایت های ایران بتن و بتنو تماس حاصل نمایید.
در هنگام استفاده از مواد محلول در آب به عنوان افزودنی حباب سازبتن، مقدار هوای بتن باید بین ۴ تا ۶ درصد باشد وتوجه داشته باشید که عواملی مانند نوع سیمان، دمای محیط ، نوع سنگدانه و نسبت آب به سیمان و.. تاثیر زیادی در مقدار مصرف انواع افزودنی حباب سازبتن دارند. برای رسیدن به نتیجه بهینه انجام مداوم تست‌های کارگاهی ضرورت بالایی دارد. برای اشنایی با میزان مجاز و روش مصرف حباب ساز می‌توانید با مشاوران ما در سایت‌های ایران بتن و بتنو تماس بگیرید.
