بتن حباب دار و افزودنی‌های حباب هواساز از صفر تا صد در یک مقاله
در صنعت عمران جهت بهبود خواص بتن از برخی افزودنی‌ها استفاده می‌شود که یکی از این مواد، افزودنی حباب هواساز است که جهت ساخت بتن حباب دار استفاده می‌شود. البته شایان ذکر است که جهت ساخت این نوع بتن از سیمان هوازا نیز استفاده می‌شود.
در ادامه در رابطه با استاندارهای بتن با حباب هوا ، تاثیر مواد حباب زا در بتن به طور کامل همراه با فیلم جهت دید بهتر شما توضیح خواهیم داد. پس این مقاله جامع و کامل از آکادمی عمران را از دست ندهید!
بررسی بتن حبابدار با فیلم
قبل از خواندن ادامه مطلب، جهت درک بهتر بتن حبابدار و کاربرد آن فیلم زیر را مشاهده کنید.
بتن حباب دار چیست؟
از بزرگ‌ترین پیشرفت‌های تکنولوژی بتن، پیدایش و گسترش بتن حباب دار است. امروزه ایجاد حباب هوا در بتن برای بهبود مقاومت آن در برابر یخ زدن و آب شدن انجام می‌شود.
بتن حباب دار با استفاده از یک سیمان هواساز یا افزودن مواد افزودنی حباب هوا ساز در زمان اختلاط، تولید می‌شود.
برخلاف حفره‌های هوای حبس شده در بتن‌ها که به میزان زیادی به ویژگی دانه‌ها وابسته است و باید به کمک ویبره از آن خارج شود، حبابهای عمدی از لحاظ اندازه بسیار کوچک هستند و در بتن باقی می‌مانند.
به طوری که حدود 90 درصد آن‌ها قطری برابر یا کوچک‌تر از 100 میکرومتر و 60 درصد آن‌ها قطری کمتر از 20 میکرومتر دارند.
قطر حباب های هوا بسیار متغیر است. قطر تعداد بسیار کمی از آن‌ها به بزرگی 2 تا 4 میلی‌متر است.
همان طور که در شکل زیر معلوم است، در بتن هوادار ، حباب‌ها به هم مرتبط نیستند، بلکه در سراسر خمیر به خوبی توزیع شده‌اند.
در یک یارد مکعب (0.76 مترمکعب) بتن با حباب هوا که میزان هوای آن در حدود 4 تا 6 درصد حجمی بوده و اندازه حداکثر دانه آن 40 میلی‌متر است، ممکن است حتی به مقدار 400 میلیون حباب در متر مکعب نیز وجود داشته باشد.
فاصله و اندازه حفره‌های هوا عوامل مهمی هستند که به مؤثر بودن حبابهای هوا کمک میکند.
برای آشنایی با تمامی کاربردها و ترکیبات بتن روی لینک آبی رنگ کلیک کنید.
استانداردهای بتن هوازایی شده یا بتن حبابدار
پس از پاسخ به سوال ” بتن حبابدار چیست ” سراغ استانداردهای این مخلوط برویم:
ASTM C457 روشی جهت ارزیابی سیستم هوا-تخلخل بتن است. (توصیه‌های استاندارد برای تعیین میکروسکوپی مقدار هوا-تخلخل و پارامترهای سیستم هوا–تخلخل در بتن سخت شده)
بیش از 30 ساعت آموزش حرفه‌ای ولی رایگان دفترفنی و ساختمان‌سازی
اکثر مراجع ویژگی‌های هوا – تخلخل زیر را نشان‌دهنده سیستمی با مقاومت کافی در برابر یخ زدن و آب شدن در نظر می‌گیرند:
- ضریب فاصله محاسباتی یعنی معادل حداکثر فاصله از هر نقطه در خمیر سیمان تا لبه نزدیک‌ترین حفره هوا، باید کمتر از 0.2 میلی‌متر باشد.
- سطح مخصوص یعنی مساحت سطح حفره‌های هوا باید 25 میلی‌متر مربع در هر میلی‌متر مکعب حجم هوا–تخلخل یا بیشتر باشد.
- تعداد حفره‌ها در یک پیمایش خطی 25 میلی‌متری باید حداقل 1.5 تا 2 برابر بزرگتر از مقدار عددی درصد هوای بتن باشد.
عملیات کنترل که امروزه در کارگاه‌ها انجام می‌شوند، تنها اندازه‌گیری حجم هوا در بتن تازه مخلوط شده را شامل می‌شود.
اندازه‌گیری حجم هوا به تنهایی ارزیابی کامل خواص مهم سیستم هوا–تخلخل را امکان پذیر نمی‌کند، اما ایجاد حبابهای هوا زمانی که حجم هوا در جزء ملاتی (مصالح رد شده از الک شماره 4 یا الک با شبکه 4.75 میلی‌متری) حدوداً 9 درصد باشد، ایجاد حبابهای هوا به طور کلی جهت مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن، مؤثر در نظر گرفته می‌شود.
تاثیر مواد حباب ساز بتن
در ادامه این مقاله جامع به خواص بتن هواساز یا هوادار می‌رسیم:
• کارایی
حباب هواساز کارایی بتن را بهتر میکند. این امر در مخلوط‌هایی که میزان سیمان کمی دارند، بسیار مؤثر است.
چون در این صورت ممکن است مخلوط خشن بوده و کار کردن با آن مشکل باشد.
اگر نمی‌دانید کارایی بتن دقیقاً به چه چیزی گفته می‌شود روی لینک آبی کلیک کنید.
• مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن
با استفاده از مواد افزودنی حباب زا در بتن ، حتی زمانی که یخ زداهای مختلفی استفاده می‌شود، مقاومت بتن سخت شده در برابر یخ زدن و آب شدن، به میزان قابل توجهی بهتر می‌شود.
همچنین هنگامی که آب در بتن یخ میزند، منبسط شده و فشاری ایجاد میکند تا مخلوط را منهدم کند.
در این زمان، حبابهای موجود در بتن هوادار همانند مخازنی عمل می‌کنند که آب اضافی به داخل آن‌ها با فشار راه پیدا میکند.
پس این فشار آزاد شده و مانع از خرابی بتن می‌شود.
فشاری که در اثر انبساط آب در زمان یخ زدن ایجاد می‌شود، به مقدار زیادی به فاصله‌ای که آب باید تا نزدیک‌ترین حفره هوا جهت آزاد شدن طی کند، بستگی دارد.
پس حفره‌ها باید به اندازه کافی به هم نزدیک باشند تا فشار ایجاد شده از مقاومت کششی بتن بیشتر نشود.
یکی از راه‌حل‌هایی که جهت افزایش مقاومت کششی استفاده می‌شود، استفاده از میلگردهای کششی است.
• مقاومت در برابر یخ زداها
مواد شیمیایی یخ زدا جهت از بین بردن یخ و برف استفاده می‌شوند، اما این مواد می‌توانند سبب پوسته پوسته شدن سطح بتن شوند.
خرابی عمدتاً یک عمل فیزیکی است، پس متأثر از واکنش‌های شیمیایی یا فشارهای کریستالی نیست.
پوسته شدن در اثر یخ زداها هنگام یخ زدن در بتن‌هایی که حباب هوا ندارند یا کم دارند، گمان می‌رود که به دلیل تشکیل فشارهای اسمزی متقابلی باشد که علاوه بر فشارهای هیدرولیکی معمولی در هنگام یخ زدن آب در بتن تولید می‌شود.
فشار اسمزی (فشار تورگور یا فشار اسموتیک) باید بر مایع وارد شود تا مانع حرکت آن مایع از بین یک غشای نیمه تراوا (دارای تراوایی نسبی) شود.
این فشارها، بحرانی شده و اگر حفره‌های هوا که مانند شیرهای اطمینان عمل می‌کنند، وجود نداشته باشند سبب پوسته پوسته شدن بتن می‌شود.
ایجاد حبابهای هوا در بتن برای جلوگیری از پوسته شدن سطح مؤثر است و برای همه مخلوط‌ها که در تماس با مواد شیمیایی یخ زدا هستند، پیشنهاد می‌شود.
• مقاومت در برابر سولفات‌ها
با ایجاد حباب هواساز در بتن مقاومت آن در برابر سولفات‌ها افزایش می‌یابد.
بتنی که با نسبت آب به سیمان کم، سیمان کافی با مقدار تری کلسیم آلومینات کم و حبابهای هوا (با استفاده از مواد حباب زای بتن) ساخته شده باشد، بیشترین میزان مقاومت را در برابر حمله آب‌های خاک سولفاته یا آب دریا خواهد داشت.
• مقاومت
هنگامی که میزان هوا ثابت نگه داشته شود، مقاومت به شکل معکوسی با نسبت آب به سیمان تغییر میکند.
بتن حباب دار می‌تواند نسبت آب به سیمان کمتری در مقایسه با بتن‌های غیر حبابدار داشته باشد و کاهش مقاومت را که به طور کلی با ایجاد حبابهای هوا همراه است به حداقل برساند.
نمونه‌ای از رابطه بین مقاومت فشاری 28 روزه و نسبت آب به سیمان روی بتن هوادار :
دستیابی به مقاومت بالا با بتن حباب هوا ، ممکن است بعضاً مشکل باشد.
هنگامی که اسلامپ ثابتی مدنظر باشد، هر دو بتن حبابدار و بدون حباب هوا، به آب بیشتری نیاز دارند.
اگر می‌خواهید در رابطه با مفهوم اسلامپ بیشتر بدانید، مقاله ” اسلامپ بتن ” را از دست ندهید!
اگرچه بتن هوازایی شده با کاهش آب اختلاط همراه است، اما مخلوط‌هایی با مقدار سیمان بالا، به آب بیشتری نیاز دارند.
بنابراین افزایش مقاومت دلخواه به خاطر سیمان اضافی، با افزودن آب خنثی می‌شود.
با این حال در تمامی حالات، فواید دیگری همانند دوام و کارایی بهبود می‌یابد.
• مقاومت در برابر سایش
میزان مقاومت سایشی بتن بدون حباب و دارای حباب ساز تقریباً با هم برابر است.
مقاومت فشاری مهم‌ترین عامل جهت تعیین میزان مقاومت سایشی است. به این معنا که با افزایش مقاومت فشاری، مقاومت در برابر سایش نیز افزایش می‌یابد.
• آب بندی
بتنی که مواد افزودنی حباب هواساز دارد، در مقایسه با انواع بدون حباب هوای آن از لحاظ آب بندی بهتر است.
بتن حباب دار به طور کلی نسبت آب به سیمان کمتری داشته و غیرقابل نفوذ است.
در جایی که آب بندی مدنظر باشد، باید از بتن هوازایی شده استفاده کرد.
مواد حباب زا کدام اند؟
شاید برایتان سوال باشد که منظور از حباب ساز بتن چیست ؟ در این بخش به شما پاسخی جامع خواهیم داد تا انواع موادی که در ساخت این نوع مخلوط استفاده می‌شود را بدانید.
ساخت بتن هواساز یا هوادار با یکی از موارد زیر صورت می‌گیرد:
- افزودن مواد حباب هواساز در مخلوط کن
- استفاده از سیمان هوازا
- ترکیب این دو روش
بدون در نظر گرفتن روش مورد استفاده، کنترل کافی در تمام مدت، جهت تأمین مقدار هوای مناسب نیاز است.
1. مواد افزودنی حباب هواساز یا حباب زا
مواد افزودنی حباب هواساز که به مخلوط کن افزوده می‌شوند، باید با آزمایش ASTM C260 با عنوان “مشخصات استاندارد برای مواد افزودنی حباب‌زای بتن مطابقت داشته باشند.
مواد افزودنی حباب ساز به طور کلی طبق جدول زیر است (اگر با استفاده از تلفن همراه این مقاله را می‌خوانید، جهت مشاهده بهتر جدول، گوشی خود را بچرخانید.)
| طبقه بندی | تعریف شیمیایی | عملکرد |
| نمک‌های اسیدی حاصل از چوب | نمک قلیایی یا آلکانول آمین | سبب تشکیل سریع حباب در بتن حباب دار می‌شود. |
| وینسول رزین | مخلوطی از اسیدهای سه حلقه‌ای، فنول‌ها و ترپن‌ها | با هم زدن اولیه، حباب کمی ایجاد می‌شود.
حباب‌هایی با اندازه متوسط ایجاد میکند. با بیشتر افزودنی‌ها سازگار است. |
| رزین چوب | اسیدهای سه حلقه‌ای – جز اصلی تشکیل دهنده
اسیدهای سه حلقه‌ای – جز فرعی تشکیل دهنده |
موجب تشکیل سریع حباب می‌شود.
با هم زدن اولیه، حباب کمی ایجاد می‌شود. حباب های هواساز با اندازه متوسط ایجاد میکند و با بیشتر افزودنی‌ها سازگار است. با سرعت کمتری حباب ایجاد میکند. |
| روغن تال | اسیدهای چرب – جز اصلی تشکیل دهنده
اسیدهای سه حلقه‌ای – جز فرعی تشکیل دهنده |
ممکن است با طولانی شدن زمان هم زدن میزان حباب های هواساز افزایش یابد.
نسبت به بقیه مواد افزودنی حباب هواساز ، کوچکترین حباب‌ها را ایجاد میکند. با بیشتر افزودنی‌ها سازگار است. نسبت به فولکون‌های چربی با سرعت کمتری حباب ایجاد میکند. |
| اسیدهای چرب گیاهی | اسیدهای چرب نارگیل، نمک‌های آلکانول آمین | متناسب با افزایش زمان هم زدن، حباب‌ها کاهش می‌یابد.
نسبت به فولکون‌های چربی، حبابهای بزرگ‌تری ایجاد میکند. با بیشتر افزودنی‌ها سازگار است. موجب تشکیل سریع حباب می‌شود. با طولانی شدن زمان هم زدن میزان کمتری حباب از دست می‌رود. |
| پاک کننده‌های مصنوعی | آلکیل – آریل اتوکسیلات‌ها | حباب‌هایی با اندازه بزرگ ایجاد میکند.
با برخی از افزودنی‌های فوق روان کننده ناسازگار است. می‌تواند برای ساخت بتن سبک کفی استفاده شود. |
| مواد افزودنی مصنوعی بهبود دهنده کارپذیری | نمک قلیایی آلکانول آمین لیگنوسولفات | معمولاً در ملات‌های بنایی کاربرد دارد. |
| متفرقه | باقی‌مانده نفتی اکسیژن دار
مواد پروتئین دار چربی حیوانات |
در حال حاضر این مواد به ندرت برای ساخت بتن هوازایی شده یا بتن با حباب هوا استفاده می‌شود. |
2. سیمان هوازا
سیمان های هوازا باید بر اساس مشخصات موجود در C 595 و ASTM C150 باشند.
جهت تولید این سیمان‌ها، مواد افزودنی حباب هواساز مورد قبول (مصالحی که با مشخصات ASTM C226 مطابقت داشته باشد) با کلینکر سیمان در زمان تولید درهم آسیاب می‌شوند.
سیمان های حباب زا در حالت کلی مقدار حباب هوای کافی جهت تطبیق با بسیاری از شرایط کارگاهی فراهم می‌سازند.
با این حال، مقدار هوای مقرر الزاماً در بتن به دست نخواهد آمد.
در صورتی که حجم حبابهای هوا به اندازه کافی نباشد، ممکن است لازم باشد تا از ماده حباب هوا ساز در مخلوط کن نیز استفاده شود.
کدام روش بهتر است؟
هر یک از روش‌ها مزایای خاص خود را دارند.
در کارگاه‌هایی که کنترل دقیق ممکن نباشد، سیمان هواساز خصوصاً جهت اطمینان از حصول میزان مناسبی از هوای موردنیاز مفید است.
این سیمان‌ها، امکان اشتباه دستی یا مکانیکی را با افزودن یک ماده افزودنی در زمان ساخت مخلوط، از بین خواهند برد.
به جهت تأمین شرایط کارگاهی، با تغییر ماده افزودنی حباب هواساز، حجم حبابهای هوا به آسانی تنظیم می‌شود.
با تغییرات در تناسب دانه‌ها و دانه بندی، زمان اختلاط، دما و اسلامپ می‌توان انتظار داشت که میزان هوا نیز تغییر کند.
برای اطلاعات بیشتر در رابطه با دانه بندی بتن و نکات آن به مقاله ” سنگدانه ” مراجعه کنید.
ترتیب پیمانه مواد و اختلاط مصالح بتن، زمانی که از ماده افزودنی حباب‌زا استفاده می‌شود، اثر قابل توجهی بر حبابهای ایجاد شده در مخلوط دارد، بنابراین سازگاری در پیمانه کردن جهت حفظ کنترل کافی است.
زمانی که حبابهای هوا بیش از حد باشند، با استفاده از افزودنی دیگر به نام ماده کف زدا (حباب زدا) می‌توان آن‌ها را کاهش داد.
به جهت کاهش مقدار هوا به حد مجاز، فقط باید حداقل مقدار ممکن از مصالح حباب زدا استفاده شود.
مقادیر بیش از اندازه ممکن است اثرات سوئی بر خواص بتن داشته باشد.
عوامل مؤثر در مقدار هوای بتن حباب دار
• دانه درشت
اندازه حداکثر دانه درشت و میزان سیمان موجود در مخلوط، اثر مشخصی روی مقدار هوای بتن حباب دار و بدون حباب هوا دارد.
هنگامی که اندازه حداکثر دانه، به بیش از 40 میلی‌متر افزایش پیدا میکند، تغییر اندکی در مقدار هوا ایجاد می‌شود.
برای دانه‌ها با اندازه‌های کوچک‌تر، مقدار هوا با کاهش اندازه دانه‌ها به دلیل حجم ملات، به شدت افزایش می‌یابد.
در محدوده معمولی میزان سیمان، با افزایش مقدار سیمان از مقدار هوا کم می‌شود.
با این حال، مطالعات نشان می‌دهند که عامل هوا– تخلخل–فاصله عموماً با افزایش میزان سیمان کم می‌شود.
برای مقدار هوای معین، سطح مخصوص افزایش یافته و بنابراین دوام بهبود می‌یابد.
افزایش ریزی سیمان همچنین سبب کاهش مقدار حباب هوا در بتن خواهد شد.
سیمان‌هایی با قلیایی زیاد در مقایسه با سیمان‌هایی قلیایی کم اما با همان میزان مواد افزودنی حباب هواساز ممکن است حبابهای هوای بیشتری ایجاد کنند.
پس زمانی که بیشتر از یک منشاء سیمان در کارگاه بتن سازی استفاده می‌شود، تمهیداتی لازم است تا از تعیین مقررات ماده افزودنی متناسب با هر نوع سیمان اطمینان حاصل شود.
• دانه ریز
افزون بر در نظر گرفتن تأثیرات دانه درشت، می‌توان دانه ریز را نیز بررسی کرد.
همان طور که در شکل زیر معلوم است، افزایش میزان دانه ریز برای مقدار معینی سیمان یا ماده افزودنی حباب‌زا، سبب ایجاد مقدار بیشتری از حباب هوا در بتن می‌شود.
دانه‌های ریزی که از الک‌های شماره 100 تا شماره 30 (تور سیمی 160 تا 630 میکرومتر) می‌گذرند، نسبت به دانه‌های خیلی ریز یا خیلی درشت، حباب هواساز بیشتری ایجاد می‌کنند.
مقدار قابل توجهی از مصالحی که از الک شماره 100 (160 میکرومتر) گذشته باشد، سبب کاهش بسیار زیادی از حبابهای هوا می‌شوند.
دانه‌های ریز با منابع مختلفی ممکن است مقادیر متفاوتی حباب هوا ایجاد کنند، حتی اگر دانه‌بندی متشابهی داشته باشند.
این مسأله ممکن است به دلیل اختلاف در شکل و بافت سطحی یا آلودگی دانه‌ها با مقادیر جزئی مصالح آلی باشد.
• اسلامپ و ارتعاش
اثر اسلامپ و ارتعاش روی مقدار هوای بتن در شکل زیر نشان داده شده است:
توجه شود که میزان هوا با افزایش اسلامپ تا حدود 150 میلی‌متر افزوده می‌شود و با افزایش بیشتر اسلامپ کاهش می‌یابد.
با این حال، در تمامی اسلامپ‌ها حتی ارتعاش به مدت 15 ثانیه، سبب کاهش قابل ملاحظه‌ای در مقدار هوا خواهد شد.
نسبت آب به سیمان به دو روش روی صفات مشخصه هوا–تخلخل بتن مؤثر است.
افزایش نسبت آب به سیمان، تمایل به افزایش اندازه حباب های هوا در بتن دارد و در مقدار هوای ثابت، عامل تخلخل–فاصله را بسیار افزایش می‌دهد.
هر دو این تغییرات دوام بتن را کاهش می‌دهند.
از ارتعاش بتن به مدت طولانی باید اجتناب کرد. برای اکثر مخلوط‌ها، تراکم موردنظر با 5 تا 15 ثانیه ارتعاش به دست خواهد آمد.
برای مطالعه بیشتر در مورد تمام نکات تراکم و ویبره زدن و همچنین آشنایی با وسایل ویبره به مقاله ” ویبراتور بتن “ سر بزنید.
هرچقدر میزان اسلامپ بیشتر باشد، درصد کاهش مقدار هوا در زمان ارتعاش زیادتر می‌شود.
با این حال، اگر ارتعاش به صورت درست انجام شود، مقدار کمی از حبابهای هواساز عمدی از بین خواهند رفت.
هوایی که در زمان حمل و نقل و ارتعاش متوسط از بین می‌روند، اکثراً حباب های هواساز بزرگی هستند که از نقطه نظر مقاومت معمولاً نامطلوب هستند.
برای آشنایی با مهم‌ترین انواع وسایل حمل و نقل مقاله ” حمل بتن ” را مطالعه کنید.
اندازه متوسط حفره‌های هوا کاهش می‌یابد و ضریب هوا – تخلخل – فاصله نسبتاً ثابت باقی می‌ماند.
• دمای بتن
همان طور که در شکل زیر معلوم است، دمای بتن بر روی مقدار هوای موجود در بتن اثر می‌گذارد:
هنگامی که دمای بتن افزایش یابد، حبابهای هوا کمتری ایجاد می‌شود.
همچنین با افزایش اسلامپ، اثر دما ملموس‌تر می‌شود.
این اثر خصوصاً در بتن‌ریزی در هوای گرم مهم است. زیرا بتن، احتمالاً به اندازه کافی گرم است.
کاهش مقدار هوا در مواقع ضروری، با افزایش مقدار مواد افزودنی حباب هواساز می‌تواند جبران شود.
در بتن‌ریزی در هوای سرد، ماده افزودنی حباب زا ممکن است مقداری از تأثیر خود را از دست بدهد زیرا در حین ساخت، آب گرم استفاده می‌شود.
برای جبران این افت، مواد افزودنی باید زمانی ریخته شوند که دمای مصالح، فرصت رسیدن به تعادل را داشته باشد.
اگر چه میزان افزایش دمای مخلوط بتنی در زمان اختلاط، عموماً حجم هوا را کاهش می‌دهد، ولی ضریب فاصله و سطح مخصوص خیلی کم تحت تأثیر قرار می‌گیرند.
• عمل اختلاط
عمل اختلاط، مهم‌ترین عامل تولید بتن حباب دار است.
برای آشنایی با تمامی نکات طرح اختلاط مقاله ” طرح اختلاط بتن ” را مطالعه کنید.
توزیع یکنواخت حبابهای هوا برای بتن‌های مقاوم در برابر پوسته شدگی ضروری است.
غیر یکنواختی ممکن است در اثر عدم پراکندگی کافی حبابهای هوا در زمان اختلاط باشد. در تولید بتن آماده، حفظ اختلاط کافی در تمامی مدت، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
مقدار حبابهای هوا بر اساس نوع و شرایط مخلوط کن، مقدار بتنی که مخلوط می‌شود و میزان اختلاط متغیر است.
اگر تیغه‌های مخلوط کن فرسوده شوند یا بتن سخت شده در داخل مخلوط کن یا روی تیغه‌های آن روی هم انباشته شود، مقدار حبابهای هوا در مخلوط داده شده، به میزان قابل توجهی کاهش پیدا میکند.
به دلیل اختلاف در زمان و عمل اختلاط، ممکن است مقادیر حبابهای هوای بتن‌های ساخته شده در مخلوط کن‌های ثابت، در مقایسه با بتن‌های ساخته شده در مخلوط کن‌های متحرک به طور قابل توجهی متفاوت باشند.
برای آشنایی با انواع مخلوط کن‌ها و میکسرها مقاله ” مخلوط کن بتن ” را مطالعه کنید.
اگر مخلوط کن‌ها کمتر از ظرفیت اسمی خود پر شوند، ممکن است افزایش در مقدار هوا، و اگر بیشتر پر شوند، کاهش در مقدار هوا رخ دهد.
با این حال، در بتن‌سازی‌های بسیار کوچک، مقدار حبابهای هوا ایجاد شده، بسیار کم است.
تأثیر سرعت و تداوم اختلاط روی مقدار هوای بتن تازه و ساخته شده با مخلوط کن‌های متحرک طبق شکل زیر است:
عموماً با افزایش سرعت اختلاط، حباب هوای بیشتری در مخلوط بتنی ایجاد می‌شود.
در آزمایش‌هایی که اطلاعات موجود در تصویر بالا از آن‌ها به دست آمده، مقدار هوا در زمان اختلاط به حد بالایی رسیده و با طولانی کردن زمان اختلاط، کاهش تدریجی در مقدار هوا به وقوع می‌پیوندد.
تصویر زیر تأثیر به هم زدن ممتد را روی مقدار هوا نشان می‌دهد.
تغییرات در مقدار هوا با طولانی کردن زمان به هم زدن می‌تواند با رابطه بین اسلامپ و مقدار هوا بیان شود.
برای بتن‌هایی که اسلامپ زیادی دارند، مقدار هوا با ادامه به هم زدن افزایش پیدا میکند.
به هم زدن به مدت طولانی، اسلامپ را کاهش بیشتری داده و مقدار هوا را نیز کاهش می‌دهد.
برای اسلامپ‌های کمتر، مقدار هوا با به هم زدن ممتد کاهش می‌یابد و از اسلامپ آن نیز کاسته می‌شود.
زمانی که به بتن جهت بازگشتن به اسلامپ اولیه مجدداً آب افزوده می‌شود، مقدار هوا به مقدار قبلی خود باز نمی‌گردد.
تأثیر عمده طولانی کردن اختلاط و به هم زدن بتن با حباب هوا، کاهش هرچه بیشتر اسلامپ است.
• مواد افزودنی و مواد رنگی
خاکستر بادی، دوده کربن یا سایر مصالح ریزدانه برای مقدار معینی از یک ماده افزودنی، معمولاً میزان حبابهای هوا را کاهش می‌دهند.
این مسأله خصوصاً برای خاکستر بادی، به ویژه با افزایش درصد کربن آن صادق است.
مواد افزودنی کاهنده آب و مواد افزودنی کندگیر کننده، کارآمدی مواد افزودنی حباب هواساز را 50 تا 100 درصد افزایش می‌دهند.
بنابراین مقادیر کمتر مواد افزودنی حباب زا معمولاً مقدار هوای مورد نظر را تأمین خواهند کرد.
همچنین زمان اضافه کردن این مواد افزودنی به داخل مخلوط، در ظرفیت حباب‌زائی آن‌ها مؤثر است.
کندگیرکننده‌ها ممکن است فاصله حفره‌ها را در بتن افزایش دهند، برخی از مواد افزودنی کاهنده آب یا کندگیرکننده با برخی از مواد حباب زا سازگاری ندارند.
اگر این مواد پیش از اینکه به داخل مخلوط کن ریخته شوند، با هم به آب اختلاط افزوده گردند، ممکن است رسوبی تشکیل شود.
این رسوب ته نشین شده و بسیاری از حبابهای هوای مخلوط بتنی را از بین خواهد برد.
آب اختلاط مصرفی، خود نکات خاصی دارد که بهتر است بدانید. برای آشنایی با این نکات مقاله ” آب اختلاط بتن ” را مطالعه کنید.
اما این هرگز به این معنا نیست که اگر مواد افزودنی ذکر شده در هر بار بتن‌سازی به صورت جداگانه به آن افزوده شوند، به طور کامل مؤثر نباشند.
مقدار کمی کلرور کلسیم گاهی در هوای سرد برای تسریع در سخت شدن بتن مصرف می‌شود.
اگر این ماده به شکل محلول به طور جداگانه به مخلوط اضافه شود، می‌تواند به گونه‌ای موفقیت آمیز با مواد افزودنی حباب هواساز استفاده شود.
با این حال، اگر کلرور کلسیم به طور مستقیم با برخی از مواد افزودنی حباب زا در تماس قرار گیرد، یک واکنش شیمیایی می‌تواند رخ دهد که منجر به کاهش تأثیر ماده افزودنی شود.
• پرداخت قبل از موقع
عملیات پرداخت پیش از موقع می‌تواند سبب موارد زیر شود:
- آب انداختن بیش از اندازه در سطح بالای مخلوط بتنی
- افزایش نسبت آب به سیمان در سطح
- افت در مقدار حباب هوا
در نتیجه بتن مستعد پوسته پوسته شدن می‌شود.
برای مطالعه بیشتر در مورد نکات پرداخت بتن و وسایل آن به مقاله ” پرداخت بتن “ مراجعه کنید.
آزمایش‌های مقدار حباب هواساز در بتن حباب دار
سه روش جهت تعیین حباب هوا در بتن تازه مخلوط شده وجود دارد.
اگر چه این روش‌ها فقط حجم هوا را اندازه‌گیری می‌کنند و صفات مشخصه هوا–تخلخل را اندازه نمی‌گیرند، اما با تست‌های آزمایشگاهی نشان داده شده است هنگامی که از مصالح حباب زا که بر اساس مشخصات ASTM باشد مصرف شود، این روش‌ها عموماً بیانگر سیستم هوا–تخلخل کافی است.
آزمایش‌های کنترل کیفیت برای مقدار هوای بتن تازه مخلوط شده، باید به صورت منظم بلافاصله پس از تخلیه مخلوط کن به منظور کنترل‌های عادی مخلوط انجام شود.
همچنین به دلیل اثرات حمل و نقل، بتن‌ریزی و ارتعاش باید بعد از ریختن آن و متراکم کردن آن، نمونه‌های آزمایش مقدار هوا متناوباً و به مقدار زیاد گرفته شود.
متراکم کردن مخلوط بتنی نکات خاصی دارد، که در مقاله ” ویبراتور بتن ” به طور کامل توضیح داده شده است.
روش‌های استاندارد تعیین مقدار هوای بتن تازه مخلوط شده به شرح زیر است:
• روش فشاری ASTM C231
روش آزمایش استاندارد برای مقدار هوای بتن تازه مخلوط شده توسط روش فشاری
مورد استفاده برای آزمایش‌های کارگاهی تمام بتن‌ها به جز آن‌هایی که با دانه‌های بسیار متخلخل و سبک ساخته می‌شوند.
• روش حجمی ASTM C173
روش آزمایش استاندارد برای مقدار هوای بتن تازه مخلوط شده از طریق روش حجمی
مورد استفاده برای آزمایش‌های کارگاهی تمام بتن‌ها، خصوصاً برای بتن‌های ساخته شده با دانه‌های متخلخل و سبک مفید است.
وقتی که دانه‌های بزرگتر از 50 میلی‌متر استفاده می‌شوند، آن‌ها باید با دست برداشته گردند و اثر برداشتن آن‌ها در نتیجه گیری کل مقدار هوا محاسبه شود.
• روش وزنی ASTM C138
روش آزمایش استاندارد برای وزن مخصوص، بازدهی و مقدار هوا (اندازه گیری وزنی) برای بتن
این روش به دانش دقیق دانسیته نسبی و حجم‌های مطلق مواد مخلوط بتنی نیاز دارد. برای آزمایش کارگاهی غیرعملی است، اما به طور رضایت بخشی در آزمایشگاه می‌تواند مصرف شود.
یک روش بسیار ساده برای کنترل تقریبی مقدار هوای بتن تازه مخلوط شده، با هوا سنج جیبی است که در شکل زیر نشان داده شده است:
نمونه‌ای از ملات بتنی در ظرف گذاشته می‌شود، سپس با الکل پر شده و طوری تکان داده می‌شود که شست روی انتهای باز قرار می‌گیرد تا هوا را از ملات جدا کند.
مقدار تقریبی هوا با مقایسه پایین آمدن سطح الکل، توسط نمودارهای کالیبره شده تعیین می‌شود؛ آزمایش در چند دقیقه می‌تواند انجام شود.
این آزمایش خصوصاً در کنترل مقدار هوا در ناحیه‌های کوچک نزدیک سطح که ممکن است به دلیل عملیات پرداخت نامناسب، باعث کاهش مقدار هوا شوند، مفید است.
با این حال این آزمایش، جانشینی برای روش‌های دقیق‌تر فشاری و حجمی به شمار نمی‌رود.
درصد هوای مجاز بتن چقدر است؟
مقدار هوایی که در بتن حبابدار باید مصرف شود، به موارد زیر وابسته است:
- نوع سازه
- شرایط آب و هوایی
- تعداد سیکل‌های یخ زدن و آب شدن
- مدت زمان مجاورت با یخ‌زداها، خاک‌‌ها یا آب‌های مهاجم
- تا حدودی به مقاومت مشخصه مخلوط بتنی
مخلوط بتنی با نسبت آب به سیمان کم در مقایسه با بتن‌های باکیفیت پایین از نظر دوام، نیاز به حبابهای هوای زیادتری ندارند.
مقررات آئین نامه ساختمان‌های بتن آرمه (ACI 318-77) بیان می‌دارد، بتنی که در معرض دماهای یخبندان بوده و تا زمانی که بعد از عمل آوری، مرطوب باشد، حبابهای هوای آن باید در حدود مقادیر جدول زیر باشد: (اگر با استفاده از تلفن همراه این مقاله را می‌خوانید، جهت مشاهده بهتر جدول، گوشی خود را بچرخانید.)
| کل مقدار هوا، بر حسب درصد حجم بتن | اندازه حداکثر اسمی دانه درشت | |
| میلی‌متر | اینچ | |
| 10 تا 6 | 10 | 3/8 |
| 9 تا 5 | 12.5 | ½ |
| 8 تا 4 | 19 | ¾ |
| 6.5 تا 3.5 | 25 | 1 |
| 6 تا 3 | 37.5 | 1.5 |
| 5.5 تا 2.5 | 50 | 2 |
| 4.5 تا 1.5 | 75 | 3 |
راه حل دیگر
روش دیگر در تعیین درصد هوای مجاز در بتن، مبنا قرار دادن طرح مخلوط بر مقدار هوای جزء ملاتی است.
حدود 9 درصد هوا در جزء ملاتی بتن باید صرف نظر از تغییرات در مقدار سیمان، اندازه حداکثر دانه، روانی و نوع دانه درشت، مقدار هوای توصیه شده را از نظر دوام تأمین شود.
برای دستیابی به مقدار 9 درصد می‌توان از آزمایش ASTM C185 با عنوان “روش آزمایش استاندارد برای مقدار هوای ملات سیمان هیدرولیکی” استفاده کرد.
در این آزمایش، ملات از دانه‌های ریز یک اندازه استفاده می‌شود (برخلاف دانه‌های ریز با دانه بندی خوب که در اجرا استفاده می‌شود) و در نتیجه آزمایش گفته شده برای 19 درصد هوا (به جای 9 درصد) طرح می‌شود.
سپس مقدار ماده حباب‌زای مصرفی در آزمایش ملات، برای طرح اجرایی مخلوط بتنی استفاده می‌شود.
برای برخی بتن‌ها همانند بتن با مقدار سیمان زیاد، مقدار آب کم و روانی با اسلامپ کمتر از 25 میلی‌متر، دوام مورد نیاز با مقادیر هوای کمتر از آنچه که در جدول بالا نشان داده شده است، تأمین می‌شود.
اینگونه معلوم شده است که یک سیستم هوا–تخلخل مناسب با استفاده از سیمان حباب زا یا مقداری مواد افزودنی حباب هواساز که درصد هوای لازم در جدول بالا را در اسلامپ 75 تا 100 میلی‌متر ارائه می‌دهد، می‌تواند به دست آید.
هنگامی که حبابهای هوا برای محافظت در برابر یخ زدن و آب شدن یا یخ زداها لازم باشند، مقادیر هوای داده شده در جدول بالا می‌تواند حدود یک سوم کاهش یابد.
حجم‌های کوچک‌تر حبابهای هوا به کاهش آب انداختن و جدا شدن دانه‌ها کمک می‌کنند و کارآیی و قابلیت پرداخت بتن را بهبود می‌بخشند.
کاربرد مواد حباب زا در بتن
بنابر توضیحات ارائه شده در این مقاله، کاربردهای بتن هوازایی شده شامل موارد زیر است:
- افزایش دوام و پایداری بتن در برابر چرخه‌های یخ شدن و آب شدن
- مقاومت در برابر پوسته پوسته شدن در اثر یخ زداها
- افزایش میزان کارایی مخلوط بتنی و نفوذناپذیری بتن سخت شده به مقدار بالا
- بهبود کارایی و روانی
- دادن حالت ارتجاعی و فنر مانند به مخلوط بتنی
- کاهش جداشدگی دانه‌ها
- کاهش آب انداختن مخلوط بتن
برای اینکه بیشتر با نکات اجرای ساختمان آشنا شوید توصیه می‌کنیم آموزش اجرای ساختمان را از دست ندهید.
مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران
سلام. ممنون از مقاله ولی توضیح ندادید که چطوری تخلخل و حفره در بتن باعث عدم کاهش مقاومت فشاری و افزایش مقاومت در برابر یخبندان میشه. اصلا لیسه ای کردن سطح بتن برای تقویت نفوذناپذیری بتن و افزایش مقاومت در برابر یخبندان انجام میشه. حالا بتن حبابدار استفاده بشه و از طرفی سطحش با ماله پروانه ای لیسه ای بشه کارایی بتن حبابدار چه خواهد بود؟
سلام در زمستان آب به داخل بتن نفوذ کرده و یخ میزند. با یخ زدن حجمش زیاد شده و بتن میترکد. اگر بتن حبابدار باشد آب فضای حباب ها را موقع یخ زدن پر میکند و بتن نمی ترکد. کاهش مقاومت بتن هم به دلیل همین تخلخل عمدی است که در بتن ایجاد کردیم.
عالی عالی
سلام وقت بخیر
ممنون از حسن نظر شما
سلام وقت بخیر
اضافه کردن ماده افزودنی حباب هوازا به مخلوطی که وضعیت مطلوبی دارد چه پیامدی خواهد داشت؟
سلام، وقت بخیر
اگر در حد مجاز اضافه شود سبب افزایش اسلامپ و مقاومت در برابر سیکل یخ زدن آب در بتن و سایر ویژگی‌های مثبت ارائه شده در مقاله می‌شود.
اما به طور کلی استفاده از مواد حباب زا کمی سبب کاهش مقاومت بتن شده که چون بتن حباب دار می‌تواند نسبت آب به سیمان کمتری در مقایسه با بتن‌های غیر حبابدار داشته باشد، می‌توان با کاهش نسبت آب به سیمان، کاهش مقاومت را به حداقل رساند.
موفق باشید