مواد افزودنی بتن

مواد افزودنی بتن

اسلاید 1: مواد افزودنی (Admixture Materials)ماده افزودنی ، ماده ای است به غیر از سیمان پرتلند،سنگدانه ،آب والیاف تقویتی که به صورت پودریا مایع ،به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده بتن وبرای اصلاح خواص بتن ،کمی قبل از اختلاط یا در حین اختلاط به آن افزوده می شود(ASTM C125).

اسلاید 2: سوابق وتجربیاتپس ازپیدایش مواد افزودنی حباب هوا ساز در سالهای 1940،کاربرد این ماده در هوای سرد ودر مناطقی که دمای هوا متناوبا به زیر صفر رفته وآب بتن یخ می زد ، رونق یافت .ساخت و استفاده از افزودنی های فوق روان کننده که ابتدا نوع نفتالین فرمالدیید آن در سالهای 1960 در ژاپن وسپس نوع ملامین آن در آلمان به بازار آمد، شاید نقطه عطفی بود که در صنعت افزودنی ها در بتن پیش آمد.80درصد بتن های تولید شده در امریکای شمالی شامل یک یا بیش از چند نوع افزودنی است(39درصد بتن های آماده ا زFly Ashوحداقل 70 درصد بتن تولید شده شامل کاهنده آب است).

اسلاید 3: اهداف استفاده از مواد افزودنی کمیته ACI 212 ،20مورد از عوامل استفاده از مواد افزودنی در تهیه بتن را فهرست نموده است که برخی به شرح ذیل می باشد:افزایش حالت خمیری بتن بدون افزایش مقدار آبکاهش آب انداختگی وجداافتادگی سنگدانه ها تعویق یا تسریع زمان گیرش بتن تسریع افزایش مقاومت در سنین اولیه کاهش میزان حرارت زاییافزایش دوام بتن در شرایط محیطی مشخص و...افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 4: افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)افزودنی های روان کننده (plasticizers) ، ASTM : C 494 تعریف وکاربردماده افزودنی روان کننده ویاکاهنده آب به منظور تقلیل آب مصرفی در شرایط یکسان روانی بتن ، یا افزایش روانی بتن در شرایط یکسان آب مصرفی به کار می رود.این نوع افزودنی بر پایه وینیل فتالئات که شامل روغنهای گیاهی است، می باشد. استفاده از این نوع افزودنی ممکن است مقدار آب لازم برای دستیابی به اسلامپ مورد نیاز را به میزان 5تا 10 درصد کاهش داده ویا اینکه میزان اسلامپ بتن تازه را در مقدار معینی از آب، افزایش دهند.ولذا اغلب در محل پروژه مصرف می گردند. افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 5: فوق روان کننده ها(کاهنده های قوی آب) superplasticizers - دارای مکانیزمی شبیه به روان کننده ها بوده، بجز آنکه مقدار بیشتری از آب مخلوط را کم می کنند. -محتوی پلیمرهای خطی هستندکه گر وههای اسید سولفونیت به شاخه های آن بطور منظم متصل می شوند(Verbek 1968) وفرمول تجاری آنها عمدتا در گروههای ذیل قرار می گیرد:1-فوق روان کننده بر پایه ملامین سولفونیت فرمالدیید(SMF)2-فوق روان کننده بر پایه نفتالین سولفونیت فرمالدیید(SNF)3-فوق روان کننده بر پایه لیگنو سولفونیت اصلاح شده (MLS)4-فوق روان کننده بر پایه مشتقات پلی کربوکسیلات* محدوده تاثیر فوق روان کننده ها در فاصله 30 تا 60 دقیقه بوده (بستگی به میزان مصرف وکارخانه سازنده) ولذا عمدتا در محل بتن ریزی مصرف می گردد.افزودنی های یاد شده ، عمدتا مطابق با استاندارد ASTMC-494-G تولید می گردند.افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 6: افزودنی کندگیر کنندهRetarding Admixture (ASTM : C 494 ) -افزودنیهای کندگیرکننده شامل مواد مضاف ارگانیک(کلسیم تصفیه نشده،سدیم نمک های اسید سولفونیکها،اسیدهای هیدروکربوکسیلیکها وکربو هیدروکربوهیدراتها) وغیر ارگانیک(اکسیدهای سرب وروی ،فسفاتها ، نمک های منیزیم و...) می باشند.-به منظور کند نمودن سرعت هیدراتاسیون اولیه سیمان وتمدید زمان گیرش بتن استفاده می شود.-استفاده از این نوع افزودنی به منظور غلبه بر تاثیر درجه حرارت هوا در تسریع فرایند هیدراتاسیون ودر نتیجه جلوگیری از ایجاد خسارت بربتن وهمچنین جلوگیری از بروز اتصال سرد مفید می باشد.اغلب افزودنی های کند گیر کننده ،عملکرد تقلیل آب بتن را نیز خواهند داشت و اغلب به آنها افزودنی های کند گیر کننده و کاهنده آب نیز اطلاق می گردد.-استفاده از این افزودنیها ممکن است ، روند گیرش اولیه بتن تازه راحداقل 1ساعت وتا حداکثر 3ساعت در محدوده دمایی 65تا 100 درجه فارنهایت به تاخیر می اندازد. افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 7: افزودنیهای تند گیرکننده Accelerating Admixturesاستفاده از این نوع افزودنی زمان گیرش بتن را تسریع می بخشد.موارد استفاده از آنها بیشتر بتن ریزی در هوای سرد ،قالب برداری زودتر از موعد،پرداخت سریع تر بتن ودر عین حال اعمال سریعتر بارگذاری های بعدی است.*در انتخاب نوع افزودنی تند گیر کننده (کیفیت) ونسبتهای مورد مصرف، بایستی دقت کافی به عمل آورد،زیرا در اکثر شرایط ،استفاده از این نوع افزودنیها ممکن است منجر به افزایش انقباض ناشی از خشک شدن بینجامد.افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 8: * استفاده از کلرید کلسیم به عنوان ماده افزودنی تسریع کننده(به دلیل ایجاد سفت شدگی بیش از حد بتن وخوردگی میلگردها) فقط در بتن غیر مسلح مجاز است. در این صورت مشخصات کلرید کلسیم باید مطابق باASTMD98 باشد و مقدار آن نباید از 2 درصد وزنی سیمان تجاوز کند. *به واسطه مشکلاتی که ممکن است کلرید کلسیم در بحث خوردگی میلگردها وافزایش انقباض در طی خشک شدن بتن ایجاد نماید، استفاده ازآلترناتیوهای دیگری نظیرتری تانولامین،تیوسینات سدیم و... ترجیح داده می شود. افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 9: طبقه بندی مواد افزودنی شیمیایی کاهنده آب وکنترل کننده گیرش (ASTM C494)نوع A: کاهنده آبنوع B:کند گیر کنندهنوع C:تسریع کنندهنوع D: کاهنده آب و کند گیر کنندهنوع E: کاهنده آب و تسریع کنندهنوع F: کاهنده قوی آبنوع G: کاهنده قوی آب وکند گیر کننده قویفرق بین مواد کاهنده آب معمولی (نوعهای A,D,E) وکاهنده قوی آب در این است که در مقایسه با مخلوط بتن شاهد با روانی مشخص ، کاهنده آب معمولی باید حداقل 5 درصدآب و کاهنده قوی آب حداقل 12 درصدآب را کاهش می دهد.افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 10: مواد افزودنی حباب هوازا ساز Air-Entraining Admixtures تعریفاینگونه مواد،سبب تشکیل حباب های بسیار ریز هوا شده که بطور یکنواخت وغیر پیوسته در حجم خمیر سیمان توزیع می گردند وبایستی پس از سخت شدن بتن نیز در آن باقی بمانند.* طبق مشخصات مندرج در استانداردهای ASTM C260وAASHTO M154 ،هر نوع ماده افزودنی که به عنوان ماده هوازا در بتن تازه مصرف می شود ،باید منجر به افزایش قابل توجه دوام بتن شود وهیچ یک از دیگر خصوصیات اساسی بتن را به مخاطره نیندازد.افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 11: کاربرد ،مزایا ومعایبمزایاافزایش پایایی بتن در برابر رطوبت، یخ زدن وآب شدنهای مکررافزایش مقاومت بتن در برابرپوسته شدکی سطحی ناشی از یخ زداهای شیمیاییافزایش کارایی بتن تازه کاهش نفوذ پذیری بتن سخت شده به مبزان فابل توجه کاهش جداافتادگی سنگدانه ها وآب انداختن بتنافزایش مقاومت بتن در برابرحمله آبهای سولفات دارمعایبکاهش مقاومت فشاری وخمشی بتن سخت شده که برای جبران آن بایستی اصلاحاتی در طرح اختلاط بتن انجام داد. لازم به ذکر است که میزان کاهش یاد شده در سنین 7و28 روز نبایستی بیش از 10درصد باشد.افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 12: بنیان واحدهای تشکیل دهنده مواد افزودنی حباب هوازا1-نمکها ورزین های چوب (تا اوایل دهه 1980)2-ترکیبات صابونی3-نمکهای اسیدهای نفتی4-اسیدهای چرب ونمکهای آنهاافزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 13: عملکرد مواد افزودنی حباب هوا ساز در بتن برای بتن ریزی در هوای سرد، از مواد افزودنی حباب هواساز وهمچنین کاهنده آب استفاده می گردد.افزودنیهای شیمیایی (Chemical Admixtures)

اسلاید 14: از آنجاییکه مواد افزودنی (شیمیایی)، به مقدار کم در زمان اختلاط بتن با مصالح واجزامتشکله آن مخلوط می گردد،وزن ماده افزودنی در تعیین نسبت های اختلاط دخالت داده نمی شود.

اسلاید 15: جایگزین های سیمان Cement Replacement Materials (CRM)-مواد طبیعی ویا محصولات زاید صنعتی هستند که می توانند به عنوان بخشی از سیمان پرتلند مورد مصرف در بتن جایگزین شوند.استفاده ازموادجایگزین سیمان ، به منظور بالا بردن دوام سازه های بتنی به خصوص در مناطق گرم وخورنده بسیار متداول شده است: -مواد سیمانی مانند روباره(محصول فرعی کوره بلندآهنگدازی)که با تغییرریز ساختار در فصل مشترک سنگدانه وسیمان باعث کاهش نفوذپذیری می گردد(شبه سیمانی ASTM C 989). موادجایگزین سیمان-مواد پوزولانی

اسلاید 16: مواد پوزولانیپوزلانها: عبارتند از مواد سیلیسی یا سیلیسی - آلومینی که خود به تنهایی فاقد ارزش چسبانندگی بوده و یا دارای ارزش چسبانندگی کم هستند، اما به شکل ذرات بسیار ریز در مجاورت رطوبت طی واکنش شیمیایی با هیدروکسید کلسیم در دمای معمولی ترکیبهایی با خاصیت سیمانی به وجود می آورند.

اسلاید 17: عملکرد مواد پوزولانی بر خواص بتن تازه-افزودن پوزولان به بتن باعث تبدیل منافذ بزرگ به کوچک شده واز نفوذپذیری بتن کاسته می شود. -فعالیت پوزولانی سبب می شود که هیدروکسید کلسیم موجود درخمیرسیمان مصرف شده ودر نتیجه ازمقدارآهک که عامل مهمی د ر آسیب دیدگی ناشی ازتهاجم سولفاتها محسوب می شود ، کاسته می شود.-پوزولان ،منطقه انتقالی بتن (وجه مشترک سنگدانه وخمیر) را با تبدیل آهک به تفویت کرده ودر نتیجه باعث بهبود خواص بتن می گردد. C-S-H

اسلاید 18: موادپوزولانیموادپوزولانی-پوزولانهای طبیعی یا سیما نهای طبیعی (تراس، ):شامل کفسنگها،پوکه سنگها،توفها وخاکسترهای آتشفشانی است که هنگام بیرون ریختن از دهانه آتشفشانها به سرعت در هوا یا آب سردشده،بطوریکه ، سیلیس موجود در آنها بلوری نشده است. -پوزولانهای مصنوعی (صنعتی):که بطور عمده شامل خاکستر بادی ، (Pulverized Fly Ash) ودوده سیلیسی است. Natural Pozzolans (Volcanic Ash)PFA(Silica Fume)

اسلاید 19: پوزولانهای طبیعیپوزولانهای طبیعی درحقیقت پوکه سنگها وخاکسترهای غیر بلوری باقیمانده از فعالیتهای آتشفشانی است. از جمله ذخایر موجود در کشور می توان به تراس جاجرود،پوکه سنگ هراز(دماوند)، پوکه سنگ سهندو پوکه سنگ تفتان اشاره نمود. عملکرد این نوع پوزولانها درایران: 1-افزایش مقاومت در دراز مدت2- عملکرد مناسب در برابر تهاجم یون کلرید وسولفات3-کاهش تخلخل ونفوذپذیری در صورت استفاده از روان کننده ها* در صورت انطباق ویژگیهای این ماده با مشخصات استاندارد،جایگزینی15تا40 درصدبجای سیمان مقدارمناسبی است.

اسلاید 20: پوزولانهای مصنوعی (صنعتی)دوده سیلیسی(میکرو سیلیس): -ناشی از بازیافت غبار در کارخانه های تولید آلیاژفروسیلیس -مقدار سیلیس فعال آن باید حداقل 85 درصد باشد.جایگزینی6تا8درصد این ماده بجای سیمان نتایج مطلوبی داشته است (ASTM C1240,M307).اثر دوده سیلیسی بر خواص بتن تازه ودوام آن:-افزایش سرعت هیدراتاسیون نیاز به روان کننده ویا فوق روان کننده خواهد داشت.-کاهش آب انداختگی وجداشدگی مخلوط تازه-کاهش نفوذ پذیری-پیوستگی بهتر در ناحیه انتقال خمیر سیمان وسنگدانهنکته : این ماده قبل از استفاده بایدبه صورت دوغاب در آید و دوغاب حاصل باید کاملا روان وعاری از ذرات بهم چسبیده دوده سیلیسی باشد، در غیر این صورت به عنوان سیلیس فعال در واکنش با قلیاییهاعمل کرده وباعث خرابی ناشی از واکنش قلیایی-سیلیسیمی گردد.(Silica Fume)

اسلاید 21: موارد کاربرد بتن حاوی ژل میکروسیلیس(SFC)-دستیابی به مقاومت بالا-مقاومت بالا در مقابل سایش-بهبود مقاومت های زودرس-افزایش مقاومت در برابر خوردگی-قابلیت کاربرد در تعمیرات

اسلاید 22: کاربرد ژل میکروسیلیس(SFC)، درتعمیرات

اسلاید 23: پوزولانهای مصنوعی (صنعتی)خاکستر بادی:-ماده ای است که از سوختن زغال سنگ حاصل می گرددوتوسط فیلترهای مخصوص، غبار جمع آوری می شود.حدود 85 درصد ذرات آن از اکسیدهای سیلیسیم،آلومینیوم،آهن،کلسیم و...تشکیل می شود.خاکستر بادی ، پوزولانی است که با وجود مقدار متنابهی از مواد آلومینیومی وسیلیسی، در حضور آب ودر ترکیب با آهک، خاصیت سیمانی پیدا خواهد نمودو چنانچه در تهیه بتن استفاده گردد، منجر به بهبود مقاومت ،کاهش جداافتادگی وسهولت بتن ریزی با پمپ می شود.در صورت انطباق ویژگیهای این ماده با مشخصات استاندارد(ASTM D618)،جایگزینی20تا50 درصدبجای سیمان مقدارمناسبی است(استاندارد3433ملی ایران).

اسلاید 24: موارد کاربرد بتن حاوی خاکستر بادی زیاد سازه های بتنیبتن مورد مصرف در سدها وسایر سازه های هیدرولیکی (RCC وبتن حجیم )روسازی های بتنی

اسلاید 25: مصرف خاکستر بادی در بتن برای اولین بار درکشور امریکا درسال 1929 در بتن سد هوور مورد استفاده قرار گرفت.Hoover Dam

اسلاید 26: میزان تولید وبهره برداری خاکستر بادی در دنیا(آمار سال 1998)نام کشورمیزان تولیدمیلیون تنمیزان بهره برداریمیلیون تن

اسلاید 27: نسبتهای اختلاط در یک پروژه کاربردی بتن حاوی خاکستر بادی زیاد

اسلاید 28: آثار خاکستر بادی برخواص بتن تازه وسخت شده:-افزایش کارایی بتن تازه-افزایش دمای اولیه بتن تازه به میزان قابل توجه کاهش می یابد، ودرنتیجه قابل مصرف در بتن حجیم می باشد.-کاهش نفوذ پذیری-مقاومت در برابر سولفات وکلرید ونیز کنترل واکنشهای قلیایی-شکل کروی ذرات آن سبب کاهش اصطکاک داخلی وافزایش روانی وکارایی بتن ،کاهش نفوذپذیری، میزان آب وافزایش قابلیت پمپاژ در مسیرهای طولانی تر می گردد.

اسلاید 29: opc: ordinary portland cement:سیمان پرتلندcsf: condensed silica fume :دوده سیلیسیGgbs روباره آهنگدازی :Pfa: polverized fly ash :خاکستر بادیground granulated blast fernace slag

اسلاید 30: مواد جایگزین سیمان نظیر میکروسیلیس، که برای اصلاح خواص بتن در کارگاه هنگام اختلاط به مواد متشکله بتن اضافه می شوند،افزونه نامیده می شوند و مقدار وزن آن در تعیین نسبت های اختلاط بحساب می آیند.