تفاوت روان کننده های بتن بر پایه پلی کربوکسیلات با انواع روان کننده های بر پایه نفتالن، ملامین و لیگنو سولفونات

بتن آمیزه ای از سنگدانه، سیمان و آب می باشد که در نسبت های مناسب با هم مخلوط شده، قالب گیری شده و طی فعل و انفعالات شیمیائی که بین سیمان و آب رخ می دهد، به سختی و مقاومت می رسد. اخذ مقاومت در بتن در سنین مختلف از مهمترین اهداف تکنولژی بتن می باشد.

مهمترین مؤلفه در کسب مقاومت های بالا در بتن عبارت است از:

• رسیدن به تراکم های بالا در بتن

متراکم ترین بخش بتن، سنگدانه ها می باشند و بخش خمیر سیمان تراکم کمتر را دارد و لذا برای افزایش هر چه بیشتر مقاومت در بتن باید بتوانیم،

1. در حداقل مقادیر ممکن خمیر سیمان به طرح اختلاط برسیم.
2. تراکم خمیر سیمان را تا حد امکان بالا ببریم.

حداقل میزان خمیر سیمان بر اساس میزان حفرات بین مخلوط شن و ماسه مصرفی خشک تعریف می شود. خمیر سیمان باید علاوه بر پر کردن این حفرات آزاد، به میزان اضافی وجود داشته باشد تا به میزان لازم بین سنگدانه ها فاصله ایجاد کند. این فاصله باعث می شود اصطکاک بین سنگدانه ها کاهش یافته و بتن به روانی برسد.

هرچه میزان خمیر سیمان افزایش یابد روانی بتن بالا می رود ولی از آن طرف به دلیل افزایش درصد خمیر سیمان که نسبت به سنگدانه مقاومت کمتری دارد، بتن نهائی با کاهش مقاومت همراه می شود.

لذا با افزایش خمیر سیمان باید تا مقدار لازم تراکم خمیر افزایش یابد تا بر این کاهش مقاومت غلبه شود. این بحث بر روی تاثیر روان کننده ها بر افزایش تراکم خمیر سیمان و افزایش مقاومت بتن تاکید دارد.

تراکم خمیر سیمان

خمیر سیمان از دو بخش تشکیل شده است.

• آب
• سیمان

بخش سیمانی می تواند سیمان پرتلند و یا مخلوطی از سیمان پرتلند و مواد کمک سیمانی نظیر پوزولانها و فیلرها باشد.

سیمان 

دارای ذرات ریزی بوده که به اشکال و اندازه های مختلف حضور دارد. شیمی سطح ذرات سیمان از فازهای مختلف تشکیل شده است که وقتی در تماس با آب قرار می گیرند، هیدرولیز شده و هر فاز، رفتار متفاوتی در فرآیند هیدرولیز از خود نشان می دهند. واکنش های سیمان و آب از سطح ذرات سیمان شروع شده و تشکیل محصولات مختلفی می دهد که این محصولات به سمت آب جهتگیری کرده و با نفوذ آب به لایه های بعدی سطح سیمان این محصولات رشد کرده و به داخل آب ورود می کنند و نهایتا تمام فضای خالی بین ذرات سیمان پر شده و محصولات در هم تنیده شده و به استحکام بتن منجر می شود.

آب 

همان کاری که خمیر سیمان در بتن با سنگدانه ها می کند، آب نیز با ذرات سیمان دارد یعنی آب باید به میزانی باشد که حفرات بین سیمان را پر کرده و به میزانی اضافه باشد تا اصطکاک ذرات سیمان را از هم کاهش دهد. فرق ذرات سیمان با سنگدانه ها اینست که ذرات سیمان در تماس با آب فعال شده و دارای بار الکتریکی می شود و این بار الکتریکی بر روی سطوح ذرات بصورت ناهمگنی بوده و همین ناهمگنی باعث دوقطبی های الکتریکی کرده و باعث جذب ذرات سیمان به یکدیگر و تشکیل توده می کنند. این توده ها آب را در خود حبس کرده و اثربخشی روان کنندگی آب را می کاهد و لذا برای کسب کارپذیری و روانی بیشتر نیازمند آب بیشتری می باشیم که این آب مازاد به کاهش تراکم در خمیر سیمان و نهایتاً بتن هدف می شود.

روان کننده ها

موادی هستند که باعث خنثی سازی دوقطبی های الکتریکی سطوح سیمان شده و تشکیل توده های سیمانی را مانع می شوند و نتیجتاً آب محبوس در توده های سیمان را آزاد کرده و به خدمت روانی خمیر سیمان در می آورند. خصوصیت مشترک این روان کننده ها اینست که دارای گروه های عاملی یونی بوده که می توانند بر سطح یونیزه شده سیمان جذب شوند. از آنجا که سطح ذرات سیمان پس از هیدرولیز توسط آب، دارای بار مثبت می باشد، گروه های عاملی که بر روی روان کننده ها قرار دارند باید بار منفی داشته باشند تا جذب سطحی صورت پذیرد. دیگر خصوصیت این روان کننده ها ساختار مولکولی آنها می باشند. معمولا روان کننده های بتن ساختاری بزرگ مولکول دارند که تعدادی گروه عاملی آنیونی نظیر سولفات، کربوکسیلات و یا فسفونات بر روی این مولکول قرار دارد. بزرگی ساختار روان کننده ها باعث می شود این ترکیبات بر سطح سیمان از نقاط مختلف آنیونی با قدرت جذب شده و به راحتی جدا نشوند.

انواع روان کننده ها

امروزه دو نوع روان کننده در بتن به مصرف می رسند که مکانیسم عملکرد آنها با هم متفاوت می باشند.

• روان کننده های با مکانیسم یونی

ترکیبات روان کننده های قدیمی نظیر لیگنوسولفونات ها، نفتالن سولفونات ها و ملامین سولفونات ها با مکانیسم دافعه یونی باعث جداسازی ذرات سیمان از یکدیگر می شوند.

Poly naphthalene sulfonate

Sodium lignosulfonate

• روان کننده های با مکانیسم فضائی

پلی کربوکسیلات ها ترکیبات جدیدی از روان کننده های بتن می باشند که در سه دهه اخیر در صنعت بتن معرفی شده اند و مکانیسم جداسازی ذرات سیمان توسط آن ها با خاصیت دافعه فضائی می باشد. این ترکیبات پلیمرهائی هستند که از یک زنجیر اصلی تشکیل شده اند که بر روی این زنجیر اصلی، گروه های آنیونی مستقر می شوند و علاوه بر این گروه های عاملی یونی، زنجیر های جانبی نیز قرار می گیرند که این زنجیرها غیر یونی بوده محلول در آب می باشند. نسبت بین گروه های یونی و زنجیرهای جانبی، تعیین کننده خاصیت روان کنندگی در خمیر سیمان می شوند. گروه های یونی مسئول جذب بر روی سیمان و خنثی سازی بار الکتریکی سیمان بوده و زنجیر های جانبی مسئول دافعه ذرات سیمان از یکدیگر می باشند. زنجیرهای جانبی به سمت بیرون از سطح سیمان جهتگیری کرده و ایجاد یک مانع برای نزدیک شده ذرات سیمان به یکدیگر می شوند.

Polycarboxylate

ساختار شیمیائی پلی کربوکسیلات ها به گونه ای است که قابلیت طراحی و بهینه سازی ساختار مولکولی بر اساس نوع سیمان و انتظارات ما از رفتار خمیر سیمان داشته و نسبت به نسل های قدیم روان کننده ها توانمندی بسیار بالائی دارند.

اگرچه قدرت روان کنندگی در انواع پلی کربوکسیلات ها نسبت به انواع قدیمی بسیار بیشتر است، ولی این به معنای حذف روان کننده های قدیمی از صنعت افزودنی بتن نمی باشد. نوع روان کننده مصرفی بیشتر براساس طرح اختلاط بتن و ملاحظات اقتصادی انتخاب می شوند.

• روان کننده های بر پایه لیگنو سولفونات و نفتالن سولفونات
  

زمانی که انتظار ما از بتن، مقاومت های متوسط به پائین می باشد، می توان با کاهش میزان سیمان و افزایش نسبت آب به سیمان به هدف خود رسید. کاهش مصرف سیمان علاوه بر کاهش هزینه های اقتصادی، اثر مثبت زیست محیطی نیز دارد. برای این نوع بتن ها استفاده از روان کننده های بر پایه لیگنو سولفونات و نفتالن سولفونات ترجیح دارد.

این ترکیبات با قیمتهای کمتر، الزامات این نوع بتن ها را پوشش می دهند. علاوه بر موضوعات اقتصادی فوق، بتن های با مقاومت کم و متوسط در مواجهه با روان کننده های پر قدرت پلی کربوکسیلاتی، انعطاف کمی داشته و احتمال جدایش و آب انداختگی در آنها شدیدا افزایش می یابد. لذا از منظر فنی نیز برای این بتنها ترجیح مصرف روان کننده های ضعیف قدیمی تر غیر کربوکسیلاتی افزایش می یابد.

معمولا بتن های تولید شده در شرکت های بتن آماده با نسبت های آب به سیمان بالا تولید و حمل می شوند و روان کننده در محل اجرا به بتن افزوده می شود. استفاده از پلی کربوکسیلات ها برای این نوع بتن ها می تواند خطر آب انداختگی و جدایش را افزایش دهد. امروزه آمیزه هایی از پلی کربوکسیلات ها و لیگنو سولفوناتها به منظور بهینه سازی فنی و اقتصادی روان کننده ها رایج شده اند که نتایج خوبی نیز از آنها مشاهده می شود.

• انواع پلی کربوکسیلات ها

برای بتن های پر مقاومت که در آنها نسبت آب به سیمان پائین می باشد، روان کننده های قدیمی قدرت لازم برای جداسازی ذرات سیمان را به طور مؤثر نداشته و لازم است که از انواع پلی کربوکسیلات ها استفاده شود.