هوازای بتن چیست؟ کاربردهای هوازای بتن

هوازای بتن، یکی از قدیمی ترین و رایج ترین افزودنی های بتن می باشد. هزینه کمی به بتن تحمیل کرده ولی بسیاری از خواص بتن را بهبود داده و راندمان بتن (Yield) را نیز افزایش می دهند که از نظر اقتصادی مهم می باشد.

بتن دارای ساختار اسفنجی بوده که به میزان زیادی خلل و فرج و حفرات ریز و درشت در ساختار خود داشته و از آنجا که ساختار شیمی بتن، آب دوست است، تمایل به جذب آب از محیط خود داشته که این آب به داخل شبکه و حفرات بتن نفوذ کرده و جای می گیرد. در زمانی که دمای هوا به زیر صفر می رسد، آبهای موجود در بتن یخ زده و باعث شکست در ساختار کریستالی بتن شود. وقتی این پدیده بارها و بارها تکرار می شود، به مرور بتن یکپارچگی خود را در سطح کریستالی از دست می دهد و با کاهش مقاومت شدید روبرو می شود.

برای مقابله با این پدیده لازم است که طرح مخلوط بتن به خوبی متناسب با این شرایط تعریف شود. افزایش مقاومت و تراکم بتن با طرح های اختلاط مناسب و استفاده از روان کننده های بتن، در مقابله با این پدیده بسیار مؤثر می باشد. هرچند که این راهکار زمان استهلاک بتن را به تاخیر می اندازد و پدیده ذوب و انجماد اثر خود را در بازه زمانهای طولانی تری خواهد گذاشت و لذا علاوه بر راهکار فوق، استفاده از مواد هوازا برای مقابله با ذوب و انجماد بسیار مؤثر می باشد.

بتن حبابدار چیست؟ ترکیباتی هستند که باعث پایدار شدن هوای محبوث در بتن می شوند. حباب های هوا که به خوبی در بتن توزیع شوند، شبیه به سوپاپ اطمینان عمل کرده و زمانی که یخ زدگی اتفاق می افتد، آب با فشار پوسته حباب های هوا را شکسته و به این حباب ها راه می یابد و فشار ناشی از انجماد از بین می رود. لازم به ذکر است که هر حباب هوائی مناسب اینکار نیست. حباب های مورد نظر برای این مسئله باید به میزان مناسبی کوچک اندازه بوده و فاصله بین آن ها نیز در حد مناسبی باشد (spacing factor) و به همین خاطر معمولا برای غلبه بر پدیده ذوب و انجماد، باید بین 5 تا 7 درصد هوا با مشخصات تعریف شده به بتن تزریق شود. در مقادیر کمتر، فاصله حبابها از هم زیاد شده و آب به راحتی نمی تواند خود را به یکی از آنها برساند و همین مسئله باعث شکست در بافت بتن می شود.

مواد افزودنی هوازا با ساختارهای شیمیائی مختلف می باشند. مکانیسم عمل این ترکیبات، کاهش کشش سطحی آب بوده و عملا یک سورفکتانت می باشند. ویژگی آنها باید به گونه ای باشد که بتوانند حبابهای با اندازه مناسب را در بتن پایدار کنند و حبابهای خیلی درشت و خیلی ریز مناسب هدف مورد نظر نمی باشد.

کاربردهای هوازا

در این بخش به بررسی کاربرهای این افزودنی بتن خواهیم پرداخت.

• مهمترین خاصیت هوازاها افزایش قابل توجه دوام بتن در برابر سیکلهای ذوب و انجماد

هر بتنی که در معرض تغییرات دمائی اطراف نقطه انجماد آب می باشد باید از این افزودنی استفاده کند. کاهش دما به زیر نقطه انجماد آب باعث می شود که آب داخل کانال های موئینه بتن منجمد شده که با افزایش حجم حدود 10درصدی همراه می باشد که فشار زیادی به شبکه بتن وارد کرده و موجب انحدام بتن می شود.

پل ها، پیاده روها، نیوجرسی های جاده ها، مخازن نگهداری آب، سدها، ستون های خارجی ساختمانها، مثال هایی از این دسته سازه ها می باشند.

پل ها و نیوجرسی ها شرایط حادتری دارند از آنجا که علاوه بر تجربه سیکل ذوب و انجماد، فشارهای ناشی از تبلور مواد شیمیائی ضد یخ ها را نیز تحمل کنند. میزان هوای بین 3 تا 8 درصد، بسته به وضعیت محیط سازه و سایز بزرگترین سنگدانه برای دوام بتن پیشنهاد می شود. میزان درصد هوا نسبت به حجم کل بتن می باشد.

وینسول رزین یکی از معروفترین هوازاها می باشد. ولی انواع ترکیبات طبیعی و سنتزی در این منظور به مصرف می رسند. امروزه مزیتهای بتن هوادار به قدری مشهود است که سیمان های هوازا به بازار عرضه می شوند.

سورفکتانتهای سنتزی هم به این منظور به مصرف می رسند که باید توجه داشت ساختار آنها متناسب با نیاز یک ماده هوازا باشد و صرف اینکه هوای بتن افزایش یابد، نمی تواند متضمن افزایش مقاومت بتن در برابر دوره های ذوب و انجماد باشد.

اثربخشی یک هوازا باید توسط آزمایشهای مختلف به اثبات برسد و افزایش هوای بتن به تنهائی برای این منظور کافی نیست. مهمترین آزمون، آزمون دوره ذوب و انجماد می باشد که طبق روشهای استاندارد انجام می گیرد.

مکانیسم عمل هوازا در بتن

شیمی افزودنی هوازا، شیمی سورفکتانتی می باشد. ساختار دو قطبی که یک سر مولکول آب دوست و سر دیگر آبگریز می باشد. با پخش شدن این ترکیبات در آب، باعث کاهش کشش سطحی آب می شوند. این مسئله باعث می شود که حباب های هوا بتوانند در سطح آب پایدار شده و مولکول های هوازا یک سد محافظی بر روی حجم هوا ایجاد کرده و به پایداری حباب ها کمک می کنند.

هوایی که با هوازا به بتن اضافه می شود نسبتا پایدار بوده و باید به خوبی با اختلاط مناسب در ماتریس بتن بطور یکپارچه ای پخش شوند. افزایش هوای بتن منجر به افزایش کارپذیری و یا روانی بتن تازه می شود. حباب های هوا مانند ذرات ریز سنگدانه عمل کرده و باعث افزایش روانی در بتن می شوند. هوا باعث افزایش چسبندگی در بتن شده و از آب انداختگی و جدایش بتن جلوگیری می کند که بسیار در کیفیت بتن مؤثر می باشد.

حباب های هوا در بتن سخت شده فضای انتظاری می باشند که چنانچه افزایش حجم ناشی از انجماد آب یا هر واکنش دیگری شکل گرفت، به این منطقه خالی وارد شده و تنش حاصله از بین می رود.

با اینحال با افزایش مقدار هوا، مقاومتهای مکانیکی بتن کاسته می شود که با دیگر افزودنی های بتن باید آنها را جبران کرد.

حبابهای داخل بتن دو دسته می باشند:

1. حباب های ریز و درشتی که به دلیل اختلاط بتن در آن به دام می افتند که به Air entrapped معروفند
2. حباب های با سایز کوچک، پایدار و یکپارچه ای که با استفاده از هوا زاها در بتن ایجاد می شوند. این حبابها باید سایز کوچکی داشته باشند و بخصوص پایدار بوده و به یکدیگر نچسبند و فاصله بین آنها از حد معینی بیشتر نشود. به این فاصله spacing factor می گویند.