روان کننده بتن چیست؟

بتن به عنوان یک ماده پر مصرف در ابتدایی ترین حالت ممکن متشکل شده از آب، سیمان،شن،ماسه می باشد. ذرات سیمان به محض تماس با آب وارد یک مسیر واکنشی به نام هیدراتاسیون می شوند. این واکنش از انحلال بخش های انحلال پذیر سطوح ذرات سیمان آغاز شده و با انحلال یونها در آب و برخورد آنها با یکدیگر واکنش آغاز می شود. این واکنش با گرمای شدید همراه می باشد. بخش عمده این گرما ناشی از گرمای انحلال مواد است و مقداری نیز ناشی از واکنشهای گرمازای هیدراتاسیون. پس از مراحل اولیه تماس آب با سیمان، سطح ذرات سیمان تغییر ماهیت داده و از نظر الکتریکی به شکل ناهمگن باردار می شود. محصولات اولیه واکنش هیدراتاسیون عمدتاً ناشی از واکنش فازهای آلومیناتی می باشد که به محصولاتی منجر می شود که بار سطحی آن مناطق را از نظر الکتریکی مثبت می کند و یک دو قطبی الکتریکی در ذره مورد نظر ایجاد می کند. دو قطبی های ذرات سیمان به یکدیگر جذب شده و تشکیل کلوخه کرده و رشد می کنند. این کلوخه ها بسته به اندازه ای که دارند مقداری آب در خود به تله می اندازند و از میزان آب مؤثر جهت روان کنندگی خمیر سیمان می کاهند.

روان کننده های بتن، ترکیبات شیمیائی می باشند که قدرت جذب سطحی بر این مناطق باردار دارند. از آنجا که زتاپتانسیل سطح سیمان آبدیده مثبت می باشد، ترکیباتی که دارای گروه های عاملی منفی بر روی ساختار خود هستند می توانند با جذب بر سطح سیمان باعث خنثی شدن دو قطبی های سیمان شوند.

روان کننده ها باید دارای ساختاری باشند که علاوه بر گروه عاملی منفی، به خوبی در آب نیز حل شوند و ساختار آنها طوری باشد که بطور مؤثری بر سطح ذرات مستقر شوند. استفاده از مواد شیمیائی روان کننده ها و فوق روان کننده های بتن طی یک قرن گذشته به منظور کاهش میزان آب آزاد بتن و کسب خواص مناسب رئولوژی خمیر سیمان بوده است. این ترکیبات که عمدتا ساختار آلی داشته باعث می شوند اثربخشی ذرات سیمان در آب بالا رفته و خواص بهتری از خمیر به دست آید.

شکل گیری و توسعه روان کننده های بتن

پلی هیدروکسی کربوکسیلیک اسیدها

اولین دسته از موادی که به منظور کاهش میزان آب آزاد بتن به مصرف رسیده اند ترکیبات نمکهای پلی هیدروکسی کربوکسیلیک اسیدها می باشند. سدیم گلوکنات معروفترین این دسته می باشد. مشکلی که این دسته ترکیبات دارند اینست که در کنار بهبود روانی خمیر سیمان، سرعت واکنش هیدراتاسیون سیمان را به تاخیر می اندازند. این مسئله در مواقعی که مقدار مصرف آنها نسبت به سیمان افزایش می یابد تشدید می شود. مسئله دیرگیری خصوصا در فصول سرما می تواند به روند پروژه و حتی به کسب مقاومتهای کوتاه مدت آسیب جدی وارد کند.

لیگنو سولفونات‌ها

دومین دسته از مواد کاهنده آب آزاد بتن، ترکیبات لیگنوسولفوناتها و نمکهای آن می باشد. این ترکیبات با گروه های عاملی سولفوناتی توان جذب بر روی سطح سیمان را داشته و باعث دفع ذرات سیمان از یکدیگر می شوند. نمکهای سدیم و کلسیم این دسته ترکیبات در صنعت بتن تقریبا 80 سال در حال مصرف بوده و همچنان از روان کننده های اثربخش صنعت بتن می باشند. مشکل کندگیر کنندگی این ترکیبات نیز در ابتدا مسئله ساز بود و دلیل این مسئله حضور انواع کربوهیدراتها در مرحله اول تولید این محصولات بود. امروزه برخی تولیدکنندگان در مرحله نهائی تولید این محصولات، کربوهیدراتهای موجود را جداسازی می کنند که در این محصولات به مقدار قابل توجهی مسئله کندگیری حل شده است. معمولا برای تنظیم گیرش این دسته از روان کننده ها در فصول سرما باید زودگیر کننده هم مصرف کرد تا جبران کندگیری روان کننده را داشته باشد.

پلی نفتالن سولفونات‌ها

این ترکیبات اولین دسته روان کننده های پلیمری سنتزی بوده اند. ساختار شیمیائی این ترکیبات زنجیری پلیمری از نفتالن می باشد که بر روی نفتالن ها گروه عاملی سولفونات قرار داده می شود که بصورت نمک سدیم به بازار عرضه می شوند. گروه عاملی سولفونات مسئول جذب زنجیرهای نفتالنی بر روی ذرات سیمان هیدراته شده می باشد.

مزیت این دسته ترکیبات نسبت به لیگنو سولفوناتها، امکان تغییر ساختار آنها در حین تولید می باشد و با بهینه سازی ساختار این ترکیبات اثربخشی این ترکیبات بعنوان روان کننده افزایش بهبود می یابد. این دسته ترکیبات بعنوان فوق روان کننده بتن وارد این صنعت گردید.

یکی از مشکلات این نوع افزودنی ناسازگازی هائی است که با برخی سیمان ها از خود نشان می دهند. افت اسلامپ بتنی که با این روان کننده به روانی رسیده است یکی از چالشهای این دسته از روان کننده هاست. این مسئله بخصوص در بتن هائی که نیاز به روانی بالا می باشد محدودیت زاست. استفاده از کندگیر کننده ها همراه با نفتالن سولفوناتها به منظور حفظ روانی رایج می باشد.

پلی کربوکسیلات‌ها

پلی کربوکسیلاتها جدیدترین دسته از ترکیبات روان کننده بتن می باشند که از دهه 1980 وارد صنعت بتن شده اند. عملکرد بالای این ترکیبات و قابلیت تغییرات متنوع در ساختار مولکولی این ترکیبات پلیمری باعث شده است که تحول بزرگی در رئولوژی بتن طی این سالها ایجاد شود. تنظیم جرم مولکولی این پلیمرها، استفاده از انواع گروه های عاملی بر روی ساختار، تغییر در دانسیته بار الکتریکی از مهمترین امکانات طراحی این پلیمرها بوده که باعث شده است توانائی در تولید محصولات بسیار ویژه ای متناسب با سیمان، بتن و شرایط آب و هوائی فراهم بیاید.

گروه عاملی در این ساختارها، کربوکسیلیک اسیدها، سولفوناتها، فسفوناتها و دیگر آنیونهای فعال می باشد. آنیون کربوکسیلات به دلیل قلیائیت بالاتری که نسبت به یونهای سولفونات در نسل های قبلی روان کننده ها دارد، جذب قوی تری بر روی سطح ذرات سیمان دارد. روان کنندگی در این ترکیبات عمدتاً به دلیل دافعه فضائی ناشی از زنجیرهای جانبی است که بر روی زنجیر اصلی پلیمر می باشد. این زنجیرها به دلیل اینکه از نظر یونی غیر فعال می باشند، در محیط به شدت یونیزه شده خمیر سیمان، کمتر دچار تغییرات می شود و لذا قدرت دافعه خود را به مرور زمان حفظ می کند.

سوالات متداول روان کننده بتن

در این قسمت از بلاگ کپکوکالا به سوالاتی که عموما در مورد روان کننده بتن پرسیده می‌شود و دغدغه مهندسان در خصوص آشنایی با این محصول است پاسخ داده ایم:

1- انتخاب نوع روان کننده بتن به چه عواملی بستگی دارد؟

مهمترین عامل در تعیین نوع روان کننده، نسبت آب به سیمان می باشد. در گستره آب به سیمان بالای 50 درصد، روان کننده ها، بین 40 تا 50 درصد، فوق روان کننده ها و کمتر از 40 درصد ابر روان کننده ها مناسب می باشند.