مواد حباب‌زا (حباب‌ساز)

مواد حباب‌زا (حباب‌ساز)
2-5-1- تعریف
مواد افزودنی حباب‌ساز موادی هستند که سبب ایجاد حبا‌ب‌های عمدی ریز هوا در بتن می‌شوند.

2-5-2- مقدمه
از دهه 40 میلادی، آثار و خواص افزودنی‌های حباب‌ساز در بتن بتدریج در آمریکا شناخته شد و بکار رفت. برخی کارخانه‌های سیمان در آمریکا، به تجربه دریافته بودند که افزودنی پیه گاو به کلینکر در هنگام آسیاب آن در کارخانه، عمل آسیاب کردن را تسهیل می‌بخشد. بعدها دریافتند که بتن‌های ساخته شده با این نوع سیمان‌ها از دوام مناسبی برخوردار بودند، در حالیکه بتن‌های مشابه با همان نسبت آب به سیمان خیلی سریعتر از بین می‌رفتند. این یافته‌ها بسیار مهم و عجیب تلقی شده و به کشف خواص یا ساختار میکروسکوپی خمیر سیمان حاوی حباب‌ها منجر گردید. امروزه مصرف این مواد بصورتی فراگیر شده است که در اغلب آیین‌نامه‌ها مصرف این مواد بویژه زمانی که بتن در معرض چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن مکرر قرار دارد، توصیه می‌شود یا الزامی دانسته شده است.

2-5-3- ترکیب
بسیاری از مواد وجود دارند که قابلیت ایجاد حباب در خمیر سیمان را دارند، اما آنچه در مورد افزودنی‌های حباب‌ساز مهم است ایجاد حباب‌هایی با ساختار مناسب و پایدار است. امروزه اکثر حباب‌زاهایی که به شکل تجاری در دسترس هستند، در یکی از دسته‌های زیر قرار می‌گیرند.

- نمک‌های صمغ‌های چوب (وینسول)، نمک‌های مواد پروتئینی
- نمک‌های اسیدهای نفتی
- نمک‌های آلی هیدروکربن‌های سولفوناته
- دترجنت‌های مصنوعی
- اسیدهای رزینی و چرب و نمک‌های آن‌ها

2-5-4- مکانیزم اثر حباب‌زاها
معمولاً مواد حباب‌زا با آهک موجود در سیمان در مجاورت آب ترکیب شده و حباب ریز تولید می‌کنند. حباب‌های هوای عمدی ایجاد شده در خمیر سیمان، ریز و پخش هستند. میلیاردها حباب ریز در یک متر مکعب بتن یا ملات توسط این مواد حباب‌زا بوجود می‌آید که کاملاً پخش و توزیع شده‌اند. وقتی بتن یا ملات در برابر چرخه‌های متوالی یخ‌زدن و آب‌شدن پایداری می‌کند که فاصله حباب‌ها از یکدیگر بیش از 2/0 میلی متر نباشد.
2-5-5- عوامل مؤثر بر مقدار حباب هوای ایجاد شده
درصد هوا و توزیع اندازه (دانه‌بندی) حباب‌های تولید شده در بتن حباب‌دار متأثر از تعدادی از عوامل می‌باشد که اهم آنها در زیر می‌آید.
- ماهیت (طبیعت و جنس) و مقدار افزودنی مصرفی
- ماهیت و مقدار مصالح مصرفی در بتن حبابدار
- اسلامپ یا روانی بتن
- روش اختلاط، حمل، تراکم و شرایط اجرایی بتن

الف) ماهیت و مقدار افزودنی مصرفی
نوع افزودنی بکار رفته در نوع حباب ایجاد شده، مقدار حباب ایجاد شده و اندازه حباب‌ها مؤثر است.

ب) مصالح مصرفی
شکل دانه‌بندی سنگدانه، وجود مواد آلی در سنگدانه، نوع و ریزی سیمان و ناخالصی‌های آب بر میزان مصرف مواد حباب‌زا و میزان حباب‌های ایجاد شده اثرگذار است. استفاده از سنگدانه دارای دانه‌بندی با بافت ریز، مصرف مواد حباب‌زا را برای رسیدن به میزان حباب معین افزایش می‌دهد. تیزگوشه بودن سنگدانه‌ها بخصوص در مورد ماسه‌ها مصرف حباب‌زا را افزایش می‌دهد. وجود مواد آلی در سنگدانه و آب به افزایش حباب‌زایی و کاهش مصرف حباب‌زا منجر می‌گردد.
افزایش در سختی یا قلیایی‌های آب، بر مصرف مواد افزودنی اثرگذار است. افزایش سختی آب موجب کاهش حباب‌زایی و افزایش مصرف مواد حباب‌زا و افزایش قلیایی‌های آب موجب کاهش مصرف مواد حباب‌زا می‌شود.
وقتی ریزی سیمان بیشتر می‌شود، مقدار مصرف ماده حباب‌زا باید بیشتر شود، زیرا حباب هوای کمتری ایجاد می‌شود. سیمان‌های زودگیر و همچنین سیمان‌های حاوی پوزولان و سیمانهای سرباره‌ای، معمولاً مقدار مصرف حباب‌زا را بیشتر می‌کنند. سیمان‌های با قلیایی بالا مقدار مصرف مواد حباب‌زا را کم می‌کند.
وقتی ریزدانه اعم از ماسه ریز یا مواد گذرنده از الک 75 میکرون (مواد ریزدانه) یا میزان سرباره، پوزولان یا پودر سنگ موجود در بتن بیشتر می‌شود، خاصیت حباب‌زایی کم شده و مصرف ماده حباب‌زا بیشتر می‌شود. همچنین مصرف افزودنی کلرید کلسیم حباب‌زایی را بیشتر می‌کند.
با مصرف مواد روان‌کننده معمولی، مقدار مصرف حباب‌زا به میزان یک سوم یا بیشتر کاهش می‌یابد. فوق‌روان‌کننده ممکن است خاصیت معکوس نیز داشته باشند. به هرحال با مصرف هر نوع افزودنی ممکن است کاهش یا افزایش حباب‌زایی را داشته باشیم.
وقتی مقدار سیمان افزایش یابد، مقدار مصرف مواد حباب‌زا افزایش می‌یابد. در عیار سیمان یا مواد سیمانی بیشتر از 400 کیلوگرم ممکن است اشکالاتی در حباب‌زایی بوجود آید.

پ) اسلامپ یا روانی بتن
وقتی نسبت آب به سیمان بیشتر شده و یا بعبارتی روانی بتن بالاتر رود، حباب‌زایی بیشتر شده و در نتیجه مصرف مواد حباب‌زا کاهش می‌یابد. البته در بتن‌های خیلی روان نیز ممکن است فاصله حباب‌ها زیاد شود و خاصیت آنها در بتن کم شود. در این حالت حباب‌های درشت‌تری تولید می‌شوند.





ت) روش اختلاط، حمل، تراکم و شرایط اجرایی بتن
اگر دمای بتن یا هوا زیاد شود، حباب‌ها کم و بزرگ‌تر می‌شوند و فاصله حبابها از هم زیاد می‌شود و مشکل جدی برای بتن حباب‌دار ایجاد می‌شود. در دمای بتن بیش از 22 درجه و در دمای هوای بیشتر از 26 درجه به تدریج کار کنترل حبابها مشکل شده و مصرف حباب‌زا افزایش می‌یابد، ولی به هرحال حباب‌ها اندازه و فاصله مناسب را نخواهند داشت.
نوع مخلوط‌کن، مقدار بتن مخلوط شده و سرعت و زمان (مدت) اختلاط بر حباب‌زایی موثر است. حجم کمتر و سرعت بیشتر مخلوط‌کن حباب‌زایی را بالا می‌برد، اما افزایش مدت اختلاط در ابتدا باعث افزایش حباب‌زایی (3 تا 5 دقیقه) و پس از آن به کاهش حباب‌ها منجر می شود. به هرحال فاصله حباب‌ها با افزایش مدت چندان زیاد نمی‌شود. با افزودن آب به مخلوط‌، ممکن است میزان حباب‌ها تغییر نماید. در مدت حمل بویژه در کامیون مخلوط‌کن، مقدار حباب‌ها کم می‌شود. پمپ کردن بتن معمولاً مقدار حباب‌ها را کم می‌کند.
همچنین لرزش‌هایی که برای تراکم بتن بکار می روند، به تدریج حباب‌های هوا را از بتن خارج می‌کنند، به خصوص اگر مقدار لرزاندن از یک حد تجاوز کند.

2-5-6- مقدار حباب هوای لازم در بتن
با توجه به شرایط محیطی از نظر یخبندان و آب‌شدگی یا سایر شرایط موجود در حین بهره برداری در هر آیین‌نامه‌ای درصد حباب هوای لازم مشخص می‌شود. مقدار حباب هوای لازم در بتن معمولاً به حداکثر اندازه سنگدانه مصرفی ارتباط دارد. معمولاً هرچقدر خمیر سیمان بتن کمتر باشد، درصد حباب هوای لازم در بتن کمتر می‌شود، در حالی‌که ممکن است عملاً‌ درصد حباب هوا در خمیر سیمان ثابت باشد.
هر چقدر شرایط محیطی حادتر باشد، درصد حباب هوای لازم بتن بیشتر می‌شود. با کاهش حداکثر اندازه سنگدانه بتن، درصد حباب هوای لازم افزایش می‌یابد. معمولاً حداکثر حباب هوای لازم در بتن‌های دارای حداکثر اندازه سنگدانه 10 میلی‌متر و در شرایط حاد، حداقل 5/7 درصد و برای حداکثر اندازه 150 میلی‌متر و شرایط متوسط، 3 درصد می‌باشد. بدیهی است برای حداکثر اندازه‌های 75/4 یا 38/2 میلی‌متر برای ملات‌ها ممکن است حباب هوا به حدود 10 درصد برسد و در خمیر سیمان در حدود 15 تا 20 درصد خواهد بود. رواداری مجاز درصد حباب هوای بتن معمولاً 1 تا 5/1 درصد در کارگاه می‌باشد.

2-5-7- اثرات مصرف
2-5-7-1- اثر بر روی خواص بتن تازه
الف) کارایی
مصرف مواد حباب‌زا در یک نسبت آب به سیمان ثابت، کارایی و اسلامپ بتن را بیشتر می‌کند. حتی هنگامی‌که تحت شرایطی اسلامپ یکسانی وجود دارد، بتن حاوی مواد حباب‌زا دارای کارایی بیشتر و چسبنده‌تر از بتن مشابه و فاقد حباب‌زا است، مگر اینکه عیار سیمان زیاد باشد.

• در عیار سیمان زیاد، بتن حبابدار به شدت چسبناک می شود و پرداخت سطح آن مشکل می گردد.

ب) آب انداختن و جداشدگی
جداشدگی و آب‌انداختن بتن تازه با استفاده از مواد حباب‌زا کاهش می‌یابد.

پ) جمع‌شدگی بتن تازه
با مصرف مواد حباب‌زا جمع شدگی بتن تازه در هنگام گیرش کاهش می‌یابد و یا حتی انبساط جزیی را به همراه می‌آورد. به هر حال در مجموع جمع شدگی خمیری کاهش می‌یابد.


2-5-7-2- اثر بر روی خواص بتن سخت شده
الف) مقاومت
وجود حباب‌های عمدی در بتن همانند وجود حباب‌های غیرعمدی، مقاومت بتن را کاهش می‌دهد، اما مقدار کاهش یکسان نخواهد بود. به ازای‌ هر یک درصد حباب هوای عمدی در بتن عملاً 3 درصد مقاومت کاهش می‌یابد، در حالی‌که ازای هر یک درصد حباب هوای غیرعمدی (Entrapped Air) که بدلیل عدم تراکم کافی بوجود می‌آید بیش از 5 درصد مقاومت کاهش می‌یابد. اگر عیار سیمان در بتن، متوسط تا زیاد باشد کاهش مقاومت ناشی از وجود حباب هوای عمدی افزایش می‌یابد. هر چند باید گفت اگر به کمک مواد حبابزا بتوانیم مقدار آب را کاهش دهیم، مقدار نسبت آب به سیمان کم شده و بخشی از این کاهش مقاومت جبران می‌شود (با فرض عیار سیمان و اسلامپ ثابت).

ب) نفوذپذیری
نفوذپذیری بتن سخت شده با وجود حبابهای ریز و پخش در خمیر سیمان به شدت کاهش می‌یابد که در افزایش دوام بتن مؤثر است.

پ) جذب آب
جذب آب مویینه بتن حباب‌دار نیز به مراتب کمتر از بتن معمولی است که این عامل نیز در افزایش دوام بتن موثر است.

ت) مقاومت در برابر چرخه‌های یخ‌زدن و آب شدن
مهمترین تأثیر مواد حباب‌زا در بتن سخت شده، افزایش پایایی بتن در برابر چرخه‌های متوالی یخ‌زدن و آب‌شدن است. وجود حباب های ریز و بسته که همچون یک ماسه ریز و نرم عمل می کنند، نفوذ پذیری را کاهش می‌دهد و همچنین انبساط ناشی از یخ‌زدن آب توسط این حباب ها تحمل می‌گردد و تنش‌های قابل توجهی را به خمیر سیمان منتقل نمی‌کند و دوام بتن بالا می‌رود.

ث) نفوذ پرتوهای رادیواکتیو
وجود حباب های عمدی به شدت به افزایش نفوذ پرتوها به بتن کمک می‌کنند و لذا استفاده از این افزودنی در بتن‌هایی که به عنوان سپر در برابر پرتوهای رادیواکتیو بکار می‌روند، به شدت زیان‌آور است.

ج) جمع شدگی ناشی از خشک شدن
در ملات‌ها و بتن وجود حباب باعث افزایش قابلیت نگهداری آب در بتن سخت شده می شود و جمع شدگی ناشی از خشک شدگی ملات و بتن سخت شده کاهش می یابد و از این نظر ترک خوردگی کم تر می‌گردد و دوام افزایش می‌یابد.

2-5-8- انبار کردن
مواد حباب‌زا به دو صورت جامد (پودر یا پولک) یا مایع تولید و مصرف می‌شوند. این مواد حتی بصورت مایع در اثر یخبندان آسیب نمی‌بینند، اما در دستورالعمل تولیدکنندگان جلوگیری از یخ زدن آنها توصیه می‌شود. معمولاً‌ تا 6 ماه نگه‌داری در شرایط مساعد مشکلی برای این مواد به وجود نمی‌آید، اما پس از 6 ماه انجام آزمایش بر روی آن‌ها و انطباق آن‌ها با مشخصات استاندارد ضروری به نظر می‌رسد.




2-5-9- نحوه مصرف
بهتر است ماده حباب‌زا بصورت مایع یا محلول به بتن اضافه شوند. مقدار مصرف مواد پودری بسیار کم است و نمی تواند به خوبی و با سرعت در بتن مخلوط و توزیع شود. معمولاً مواد پودری پروتئینی به میزان 4 تا 5 درصد در آب حل می‌شوند.
مقدار مصرف مواد افزودنی حبابزای مایع یا محلول، عملاً از حدود 05/0 تا 15/0 درصد وزن سیمان تغییر می‌کند که در مقایسه با سایر افزودنی ها ناچیز به نظر می‌رسد. برای مثال میزان مصرف مواد پودری پروتئینی در بتن عملاً 002/0 تا 007/0 درصد وزن سیمان خواهد بود که به شدت ناچیز است و هزینه بسیار کمی را به مصرف‌کننده تحمیل می‌کند.
مقدار مصرف افزودنی حبابزا با انجام آزمایش و دستیابی به مقدار حباب هوای مورد نظر و خواص مطلوب در بتن تعیین می‌شود و تابع عوامل مختلفی است که با تغییر نوع سنگدانه و سیمان یا مقدار آن‌ها، تغییر روانی بتن و دانه‌بندی سنگدانه تغییر می‌نماید.
حداکثر مقدار مصرف افزودنی حباب‌زا در بتن های سفت‌، پرسیمان، حاوی ماسه های ریز زیاد و مواد ریزتر از الک 75 میکرون، دارای سیمان ریز و در شرایط هوای گرم حاصل می‌گردد. مسلماً وقتی درصد حباب هوای بیشتری در بتن لازم است، مقدار ماده حباب‌زای مصرفی بیشتری بکار می‌رود.



مواد مهندسی ایمن بتن (M.l.C CO.):
http://www.micgrouh.com/
ما را شبکه های اجتماعی دنبال کنید
تلگرام : https://t.me/MICGROUH
اینستاگرام : https://instagram.com/_u/micgrouh?r=sun1
لینکدین : https://www.linkedin.com/in/mic-grouh-3243ab80