افزودني هوازا بتن چيست؟

مکانیسم هوازایی

در زمان اختلاط، گردابه‌هایی ایجاد میشود که حباب‌های هوا را درخمیر و ملات به دام می‌اندازد. درغیاب عوامل هوازا، حباب‌های هوا که درخمیر یا ملات محبوس شده‌اند، پایدار نیستند وبه هم می‌‌پیوندند و حباب‌های درشت‌تری ایجاد می‌کنند. این حباب‌های درشت به سطح بالایی بتن منتقل و حذف می‌شوند. همچنین، ارتعاش از بین رفتن آخرین حباب‌های به دام افتاده را تسهیل می‌کند، به طوری که حجم نهایی هوای محبوس شده در بتن بسیار کم (معمولاً کمتر از 3%) است. این حباب‌های هوای محبوس شده دارای قطر 5-0.3 میلیمتر هستند که نزدیک به  قطر دانه‌های شن است. این حباب‌ها نمی‌توانند به طور موثر بتن را در برابر حمله چرخه‌های انجماد و ذوب محافظت کنند.

درزمان اختلاط بتن، اضافه کردن عامل هوازا باعث تشکیل حباب‌های هوای ریزتر متعددی می‌شود که بسیار پایدار هستند و به هم نمی پیوندند. این حباب‌های هوای ریز که عمداً وارد مخلوط بتن می‌شوند معمولاً مانند ذرات سیمان قطری برابر با 100-5 میکرون دارند. هنگام فرموله کردن یک مخلوط بتن، می‌توان حجم هوای وارد شده وساختار شبکه حباب را از طریق انتخاب نوع هوازا و دوز مناسب کنترل کرد.

عوامل هوازا مولکول‌های آلی با ترکیبات شیمیایی مختلف هستند که به عنوان سورفکتانت شناخته می‌شوند. این ترکیبات معمولاً یک پایانه آبدوست دارند که به یک زنجیره آبگریز متصل می‌شوند. انتهای آبگریز و آبدوست هوازا در فصل مشترک هوا-آب یا سیمان-آب جذب می‌شوند که باعث کاهش تنش سطحی در فصل مشترک هوا و آب می‌شود. هرچه غلظت سورفکتانت بیشتر باشد، کشش سطحی محلول کاهش می‌یابد، به طوری که هوازا به دلیل کاهش کشش سطحی درفصل مشترک هوا و آب، به تثبیت حباب‌های کوچک کمک می‌کند.

انتخاب هوازا مناسب

از آنجایی که افزایش میزان هوازا خارج از محدوده بهینه می‌تواند منجر به کاهش مقاومت بتن و افزایش ناگهانی اسلامپ شود برای انتخاب نوع هوازا و تنظیم کردن دوز مصرف آن باید توجه داشت که دو دسته کلی عوامل تاثیرگذار بر عملکرد هوازا باید به طور دقیق بررسی گردند.

1- مواد تشکیل دهنده طرح اختلاط

سیمان

به طور کلی در یک مقدار ثابت هوازا به سیمان، مقدار هوای ایجاد شده با افزایش مقدار سیمان کاهش می یابد. همچنین کاهش اندازه ذرات سیمان به کاهش مقدار حباب‌های هوا منجر خواهد شد. علاوه بر این، افزایش قلیایت سیمان باعث افزایش پایداری حباب‌های ایجاد شده میگردد، در نتیجه به دوز کمتری از هوازا نیاز است.

سنگدانه

شکل و بافت ذرات سنگدانه، توزیع اندازه دانه‌ها و حداکثر اندازه سنگدانه درشت ممکن است باعث کاهش حجم حباب شود. برای دوز ثابت سیمان و هوازا، با افزایش مقدار سنگدانه ریز، حجم هوای واردشده افزایش می‌یابد. ذرات ماسه با قطر بین 160 تا 630 میلی‌متر به جذب هوا کمک می‌کنند و برعکس، افزایش نسبت ذرات با قطر کمتر از 160 میلی‌متر به طور قابل ‌توجهی حجم هوای وارد شده را کاهش می‌دهد. برخی ازسنگدانه‌های آلوده به روغن یا مواد آلی ممکن است تغییرات زیادی در هوای ایجاد کنند.

آب

افزایش آب اختلاط باعث می‌شود که آب بیشتری برای تشکیل حباب‌های هوا در محیط موجود باشد و به همین دلیل باعث افزایش مقدار هوا می‌شود. افزودن مقدار کمی آب به بتنی با اسلامپ پایین، که حاوی مقادیر زیادی از مواد افزودنی کاهنده آب و هوازا باشد، می‌تواند مقدار هوا و اسلامپ بتن را به مقدار زیادی افزایش دهد. از سوی دیگر، افزودن آب به مخلوط‌های خیلی روان (با اسلامپ 200 تا 250 میلی متر) ممکن است مقدار هوای بتن را کاهش دهد.

مواد پوزولانی

استفاده از دوده  سیلیسی با دوز 10-5% جرم سیمان تأثیر بسیار کمی بر تولید حباب‌های هوا دارد. دربرخی موارد، دوده سیلیسی ممکن است سطح حجمی را کاهش دهد (حباب‌های کوچک‌تر) و کمی حجم هوا را افزایش دهد. این افزایش حجم هوا تنها زمانی مشاهده می‌شود که از یک فوق روان‌کننده برای کاهش میزان آب مخلوط استفاده شود.

استفاده از مقادیر زیاد سرباره یا دوده سیلیسی در بتن ممکن است مقدار افزودنی مورد نیاز را برای دستیابی به یک مقدار معین هوا، تا دو برابر افزایش دهد.

افزودنی‌های شیمیایی

مواد افزودنی کندگیر‌کننده و کاهنده‌های آب، با پایدارکردن حباب‌های هوا، بازدهی مواد افزودنی هوازا را افزایش می‌دهند. بنابراین، وقتی از این مواد استفاده می‌شود معمولاً مقادیر کمتری مواد افزودنی هوازا مقدار هوای مورد نظر را تامین می‌کند. همچنین زمان افزودن مواد افزودنی کاهنده آب یا کندگیرکننده به داخل مخلوط بر مقدار هوای ایجاد شده تاثیر میگذارد. به طور کلی هر چه این افزودنی‌ها دیرتر به مخلوط اضافه شوند مقدار هوا افزایش می‌یابد.

آزمایش‌های انجام شده روی بتن‌های هوازایی شده حاوی فوق روان کننده پلی‌کربوکسیلات نشان داده اند که این بتن‌ها در برابر چرخه‌های متوالی یخ زدن و آب شدن از دوام مطلوبی برخوردارند. این موضوع ممکن است ناشی از کاهش نسبت آب به سیمان در بتن‌های دارای فوق روان کننده باشد.

2- شرایط اختلاط

چگونگی اختلاط، دمای اختلاط، نحوه جابجایی و پمپاژ بتن از دیگر عوامل مهم و تاثیرگذار بر عملکرد افزودنی‌های هوازا هستند.

اختلاط

نوع میکسر بر مکانیسم ورود هوا و هم چنین توزیع حباب‌های هوا درخمیر و ملات (شکستگی و ادغام) تأثیر میگذارد. پارامترهای اختلاط (به عنوان مثال، توالی افزودن مواد، مدت زمان، سرعت، گشتاور، برش) بر تولید شبکه حباب تأثیر میگذارند. حجم بتن در میکسر نیز اهمیت خود را دارد. مقدار بسیارکم یا زیاد بتن در میکسر بر میزان برش مخلوط و تشکیل گرداب تأثیر میگذارد. فرسودگی پارو وهمچنین تمیزی آن ممکن است منجر به کاهش قابل توجه حباب‌های هوا و پراکندگی آنها شود، به طوری که گاهی اوقات لازم است زمان اختلاط برای به دام انداختن حجم هوای مورد نیاز افزایش یابد.

دما

افزایش دمای بتن باعث کاهش حجم هوای خارج شده می‌شود. در زمستان، زمانی که از آبگرم برای گرم کردن بتن استفاده می‌شود، هوازا کارایی خود را ازدست می‌دهد. درچنین شرایطی بهتر است پس از اینکه آب گرم دمای بتن را افزایش داد هوازا را به مخلوط اضافه کرد. درغیر اینصورت افزایش دوز هوازا ضروری خواهد بود.

نحوه انتقال

به طور کلی مقداری از هوای بتن، تقریباً 1 تا 2 درصد، در حین انتقال بتن از مخلوط کن به محل بتن ریزی هدر می رود. مقدار هوای بتن در حین انتقال تحت تاثیر پاره‌ای عوامل مانند زمان حمل، میزان همزدن یا ارتعاش در حین انتقال، دما، اسلامپ، مقدار آبی که دوباره اضافه می‌شود و نیز اجزای تشکیل دهنده بتن قرار دارد. مقدار هوای بتن در محل بتن‌ریزی و در حین بتن‌ریزی از طریق تخلیه با شوت، جرثقیل و جام (باکت)، فرغون، گاری موتوری و بیل تقریباً ثابت باقی می‌ماند. جابه جا کردن بتن با پمپ و تسمه نقاله طویل می‌تواند به کاهش مقدار هوای بتن منجر شود. پمپ کردن بتن باعث کاهش مقدار هوا تا حدود 2.5 درصد می شود. افت مقدار هوا در بتن روان در حین اختلاط و جابجایی حدود 1.5 درصد است.

مزایای استفاده از هوازا

1- افزایش مقاومت در برابر چرخه های یخ و ذوب

2- کاهش نفوذپذیری و در نتیجه افزایش خاصیت آب بندکنندگی

3- کاهش جداشدگی و آب انداختگی

4- بهبود روانی و کارپذیری