افزودنی های بتن

[امید عباسی]

سابقه

تاريخچه MRWR
نخستين افزودني MRWR واقعي در سال 1984 معرفي گرديد, اما آن تا اواخر سالهاي 1980 براي مصرف گسترده آزاد نگرديد. آن بطور رايج يكي از پر مصرف ترين افزودنيهاي MRWR مي باشد كه تشكيل مي شود از يك محلول ليگنوسولفونات با افزودنيهاي برازنده متعادل كننده گيرائي و بالابرنده مقاومت و قابليت پرداخت. آن در ابتدا براي مصرف با يك خاكستر بادي مساله داري گسترش يافت كه بوسيله يك شركت توليد كننده مشهور مخلوط آماده در يكي از ايالات غرب ميانه بكار برده مي شد. آن 5 تا 18 درصد كاهش آب و كارائي عالي را در سرتاسر يك گسترده وسيع اسلامپي از 125 تا 200 ميليمتر(5 تا 8 اينچ) ارائه مي دهد. مهمتر از همه, كلرايدي در بر ندارد و ويژگيهاي گيرايي نرمال را در سرتاسر گستره دوزبندي توصيه شده خود از (195 تا 955 ميلي ليتر / 100 كيلوگرم) 3 تا 15( Ftoz/cwt) ارائه مي دهد.

اين افزودني MRWRشرايط استاندارد ASTM C 494 ويژه افزودنيهاي نوع A و نوع F را برآورده مي سازد. و در اينجا به آن بعنوان MRWR-AF اشاره مي شود.

افزودنيهاي MRWR معرفي شده

در سال 1986, افزودنيهاي MRWR با معرفي مقياس وسيع يك محصول مبتني بر ليگنوسولفونات كاهنده آل نرمال با فوق روان كننده متعادل كننده گيرائي و بالا برنده مقاومت و قابل پرداخت بودن پيشقدم شدند. برخلاف افزودنيهاي كاهنده آب قراردادي اين افزودني MRWR درجه بالاتري از كاهش آب بدون اثرگذاري بر ويژگيهاي گيرائي را ارائه مي دهد .

در دماي محيطي برابر10 درجه سانتيگرادF)50( براي مخلوط هاي بتني با يك مقدار سيمان قراردادي 249 kg/m3 420 Lb/yd3 و اسلامپ 165 ميليمتري 6.5 اينچي بدست آمدند. اين افزودني MRWR كه در عين حال در بردارنده مواد غير كلرايدي است شرايط ASTM C 494 را براي افزودنيهاي نوع ذيل برآورده مي سازد و بدان
. بعنوان MRWR - A اشاره خواهد شد. ويژگيهاي كارآئي MRWR - AF مشابه با ويژگيهاي مربوط به MRWR - A مي باشد.

در سال 1988, اولين افزودني MRWR در بردارنده كلرايد (WRWR - CL) در درجه اول براي اصلاح زمانهاي گيرائي موجود در مخلوط هاي بتني در بردارنده خاكستر بادي يا سرباره كوره بلند پودر شده معرفي شد.

در مقايسه با MRWR-A در بردارنده غير كلرايد, MRWR-CL مي تواند كاهشهاي زمان گيرائي بگستره از حدود 30 تا 45 دقيقه را در مقادير دوزبندي بالاتر بر طبق ارگام نشان داده شده در جدول 1 ارائه دهد. شرايط ASTM C 494 را براي افزودنيهاي نوع A برآورده مي سازد. اطلاعات كارآئي ارائه شده در جدول 1 همچنين افزايشهاي قابل توجه موجود در مقاومت فشاري بتن هاي عمل شده با MRWR را در مقايسه با مورد مربوط به رفرانس ساده نشان ميدهد.

در سال 1993, اولين افزدني MRWR براي برآورده ساختن شرايط ASTM C 494 براي نوع B, كند كننده و نوع D افزدنيهاي كاهنده آب و كنده معرفي شد. اين افزدني نيز يك محلول از ليگنوسولفونات با اجزاي كنترل كننده گيرائي و بالا برنده قابليت پرداخت متناسب مي باشد. در اين مقابله آن به عنوان MRWR - BD اشاره مي شود. در مقايسه با افزودنيهاي كند كننده قراردادي, گستره دوزبندي براي MRWR-BD نسبتاً وسيع مي باشد. 3 تا 12195 ( floz/cwt) تا 780(ml/100kg) اما مشابه با گستره براي ديگر MRWR هاي شرح داده شده . گستره هاي دوزبندي مشابه به توليد كننده هاي مخلوط آماده براي (Toggle) قرارگيري در بين ديگر افزدني MRWR-BD و MRWR با حداقل اثر بر روي تقسيم به نسبت مخلوط به موقع مطلوب بودن كند شدن اجازه مي كنند.

اولين فرمول بندي مبتني / پلي كربوكسيلات
اولين افزودني MRWR مبتني بر يك تكنولوژي پلي كربوكسيلاتي برازنده (MRWR-PC) New Generation در اواسط سال 1997 ببازار معرفي شد. اگر چه براي صنعت بتن سازي در ايالات متحده نسبتاً جديد مي باشد, تكنولوژي پخش پلي كربوسيلاتي بطور گسترده اي از سال 1992 ببعد در ديگر قسمتهاي دنيا خصوصاً در خاور دور منطقه ژاپن بكار برده شده است.

در عرض چندين سال, در مصرف خاكستر بادي و يا سرباره كوره بلند سائيده شده نرم بعنوان جايگزيني قسمتي براي سيمان در بتن افزايش وجود داشته است. اين كار مي تواند به چند عامل مانند كمبودهاي سيمان منافع اقتصادي جايگزيني سيمان, كارپذيري اصلاح يافته و گرماي هيدراسيون پائين تر و اصلاحاتي در خواص سخت شده و دوام بتن نسبت داده شود. بهرحال كند شدن برجسته گيرائي, خصوصاً در دماهاي پائيت تر و گسترش مقاومت سن اوليه آهسته ناشي شونده از مصرف مقادير جايگزيني بيشتر اين مواد سيماني اضافي جلوگيري كرده اند. براي ارائه راه حلي براي اين مسائل توام شده با مصرف مقادير جايگزيني بيشتر خاكستر بادي و سرباره كوره بلند دانه ريز معرفي شده است. بي همتا مي باشد نه تنها بواسطه آنكه آن كلا مبتني بر وضع شيميايي متفاوتي مي باشد, بلكه بدان جهت كه آن اولين افزودني MRWR مي باشد كه گيرائي تسريع شده اي را با خاكستر بادي و يا مخلوط هاي سرباره كوره بلند دانه ريز ارائه مي دهد. همچنين در بردارنده سازندگان غير كلرايدي بالابرنده گيرائي بوده و شرايط ASTM C 494 را براي گيرنده هاي نوع A نوع C و نوع E برآورده مي سازد.
گستره دوزبندي توصيه شده براي MRWR-PC 8 تا 30( Froz/cwt )520تا 1950 (ml/100kg) مي باشد.

كارائي MRWR-PC با خاكستر بادي طبقه F

زمانهاي گيرائي اوليه بتن هاي خاكستر بادي دار عمل شده با MRWR- PC در مقايسه با (رفرانس) ساده تا 35 الي 65 دقيقه شتاب بخشيده شدند, و تا 45 الي 75 دقيقه نسبت به نمونه شاهد خاكستر بادي. علاوه بر اين, مقاومت هاي فشاري نمونه شاهد بتن هاي خاكستر بادي عمل شده با MRWR-PC يا اندكي بيشتر از مقاومت فشاري مشاهده ساده در تمام سنين آزمايشي بودند و يا قابل مقايسه با آن بودند. مقاومت فشاري مخلوط شاهد خاكستر بادي در تمام سنين آزمايش كمتر بود.

[امید عباسی]

مقاومت فشاري
مخلوط هاي خاكستر بادي عمل شده با MRWR-PC با مقاومت فشاري شاهد ساده در 3 روز قابل مقايسه بود, اما در ديگر سنين آزمايشي كمتر بود - يعني 7, 28 و 56 روزه مقاومت فشاري در سطح دوزبندي ( ml/100 kg) ( 24floz/ewt 1565) قابل مقايسه با مقاومت فشاري شاهد ساده در تمام سنين آزمايشي بود.

تمام مخلوط هاي خاكستر بادي عمل شده با MRWR-PC بطور بارزي مقاومت هاي فشاري بيشتري نسبت به مقاومت فشاري مخلوط شاهد خاكستر بادي در تمام سنين آزمايشي داشتند.

در ميزان جايگزين خاكستر بادي 35 درصدي, مخلوط هاي عمل شده با 1040, kg100 mk/1565 24floz/cet از MRWR-PC زمانهاي گيرائي اوليه و مقاومتهاي فشاري 3 روزي مشابه به موارد مربوط به شاهد ساده داشتند. بهرحال مقاومت هاي فشاري اين مخلوط هاي MRWR-PC در مقايسه به مقاومت فشاري شاهد ساده در سنين بعدي كمتر بودند, اما نسبت به مقاومت فشاري مخلوط شاهد خاكستر بادي در تمام سنين آزمايشي بقدر قابل توجهي بيشتر بودند. با خاكستر بادي طبقه C

اطلاعات كارآيي براي MRWR-PC و خاكستر بادي طبقه C در يك سطح جايگزيني 25 نشان می دهدکه اين بتن ها براي مقدار (307 kg/m3) 517 1b/yd3 مواد سيماني قراردادي, اسلامپ 125 ميليمتر (5 اينچي) و مقدار هواي 5 درصدي طراحي شدند MRWR-PC در يك دوزبنديkg 100ml/ 975 (15 Floz/cwt) ارزيابي شد. اين اطلاعات (داده ها) نشان مي دهند كه MRWR-PC بطور برجسته اي ويژگيهاي گيرايي بتن خاكستر بادي را اصلاح كرده است.

در مقايسه با مورد مربوط به شاهد ساده, گيرائي اوليه خاكستر بايد عمل شده با MRWR-PC تنها تا 46 دقيقه بتاخير افتاد يك اصلاح بيش از 3 ساعت مقايسه شده با شاهد خاكستر بادي عمل شده, كه زمان گيرائي اوليه اندكي بيش از 9 ساعت داشت از اين سه مورد, مخلوط MRWR-PC در تمام سنين آزمايش بالاترين مقاومت فشاري را داشت. شاهد خاكستر بادي پائين ترين مقاومت فشاري 3 روزي را بعلت كندشدن تجربه شده در اختيار داشت. MRWR-PC با سرباره كوره بلند دانه نرم اطلاعات كارآئي گيرائي اوليه و مقاومت فشاري براي MRWR-PC و سرباره كوره بلند گرانوله سائيده شده (GGBFS) در يك ميزان جايگزيني 50 درصدي در جدول 6 ارائه داده مي شوند. به اين بتن ها حباب هوادهي نشده بودند و براي داشتن يك مقدار قراردادي مواد سيماني برابر kg/m3 335 (564 (lb/yd3) و يك اسلامپ 150 ميليمتر (6 اينچي) طراحي شدند. MRWR-PC دوباره در يك دوزبندي kg 100/ ml 975 ارزيابي شد.

اين اطلاعات نشان ميدهند كه مصرف RWR-PC كاهش برجسته را در زمان گيرايي اوليه 1 ساعت و 22 دقيقه را نسبت به شاهد GGFS ببار آوردند. تفاوت موجود در زمان گيرايي در بين شاهد ساده و مخلوط MRWR-PC تنها در حدود 30 دقيقه بود. در رابطه با شاهد GGBFS, مقاومتهاي فشاري سن - اوليه زودرس بطور بارزي در رابطه با مخلوط MRWR-PC بيشتر بودند (مكانيزم پخش تكنولوژي پلي كربوكسيلات اختصاصي) يك مولكول اختصاصي مبتني بر شيمي پلي كربوكسيلاتي براي كاهش آب نشان داده شده بوسيله MRWR-PC مي باشد اين مولكول براي متفاوت بودن از ساختمانهاي شيميايي شيمي هاي برجسته موجود در دسترس صنعت بتن سازي مهندسي شده است (مانند ليگنوسولفوناتها, نفتالين سولفوناتها, ملامين سولفونتاتها) در حاليكه اين ها مي توانند بوسيله ًً زنجيرهاي پليمريًً با گروههاي سولفوناتي باردار در امتداد طول بسپار(5) (پليمر) مشخص شوند معماري مولكول اختصاصي مي تواند بوسيله مولكولهاي پلي كربوكسيلات اتري مشخص شوند كه به زنجيرهاي جانبي بلندي در نقاط مختلف روي ستون فقرات بسپاري (پليمري) چسبيده اند. اين ساختمان شانه مانند در شكل 3 ترسيم مي شود.

اين معماري مولكولي ويژگي هاي پخش كننده اي را ارائه مي دهد كه نسبت به مواد شيميايي پخش كننده موجود مزايايي دارند كه بوسيله مكانيزه به دافعه الكترواستاتيكي عمل مي كنند. پخش كننده هاي دافعه الكترواستاتيكي از آن جهت در بتن مؤثر مي باشنند كه آنها به سطوح ذرات باردار موجود در مخلوط بتني چسبيده اند و بر روي آنها جذب شده اند, از نظر بار الكتريكي همه ذرات را يكسان مي سازند, آنها همديگر را مانند دو قطب همنام آهن ربا دفع مي كنند. اين دافعه به پراكندگي مخلوط, روان بودن شديد
(بسته به دوزبندي) و كاهش آب ناشي شونده منجر مي شود. در هر حال, موقعي كه هيدراسيون سيمان شروع مي شود, اين بسپار (پليمر) بداخل فرآورده هاي هيدراسيوني جذب شده و شروع به از دست دادن تاثير خود مي كند اين كار به منعقد شدن (شكل 4) و كاهشي در كارپذيري منتهي مي شود شيمي پلي كربوكسيلاتي نيز بوسيله جذب سطحي عمل مي كند, اما آن بر روي جذب سطحي بعنوان تنها وسيله پخش خود متكي نمي باشد.

اين بعلت آن مي باشد كه زنجيرهاي جانبي روي معماري ملكول اختصاصي مكانيزم پخش كننده اضافي را ارائه مي دهند - يعني ممانعت فضائي كه ذرات را بدور از هم فشار مي دهد. در نتيجه موثر بودن آن در مقايسه با تاثير پخش كننده هاي دافعه الكترواستاتيكي شرح داده شده در پاراگراف قبلي مدت طولاني تري باقي مي ماند نتيجه ويژه عبارتست از نگاهداري بهتر كارپذيري و اسلامپ, كاهش آب بهتري در دوزبنديهاي مشابه و در مقايسه با پخش كننده هاي دافعه الكترواستاتيكي حساسيت سيماني كمتر.

ويژگي هاي افزودني هاي MRWR

علاوه بر قابليت كاهش آب گستره متوسط خود, اين افزودنيها ويژگيهاي ديگري را هم به بتن ارائه مي دهند كه پذيرش و كاربرد آنها را در محدوده صنعت بتن سازي آسان كرده اند. برخي از اين ويژگيهاي منحصر بفرد بقرار زيرند:

قابليت پرداخت افزايش يافته:

يكي از ويژگيهاي افزودنيهاي MRWR كه به كاربرد گسترده آنها منجر شده است عبارتست از ويژگي قابليت پرداخت افزايش يافته اي كه آنها به بتن ارائه مي دهند. اين ويژگي در درجه اول بعلت آثار آنها بر روي سرعت تراوش (Bleeding) بتن
مي باشد و روي سرعت سخت شدن قبل از گيرش ابتدائي اثر می گذارد.

در يك دماي محيطي برابر 32 درجه سانتيگراد f) 90 ) بتن عمل شده با افزودني نوع MRWR BD, اندكي طولاني تر تراوش (Bleeding) مي كند و در يك سرعت متفاوتي در مقايسه با بتن عمل شده با يك افزودني كند كننده قراردادي(معمولي). اگر چه كل حجم هاي آب تراويده در اين ارزيابي اصولاً يكسان بودند يك افزودني MRWR غالباً حجم كل آب تراويده را كاهش خواهد داد. سرعت سخت شدن بتن عمل شده با يك افزودني MRWR قبل از گيرش اوليه نوعاً كمتر از سرعت بتن عمل نشده مي باشد.

اين بدان معني است كه در ضمن دوره بحراني كه در آن بتن مي تواند پرداخت شود, ((پنجره پرداخت كردن)) (عموماً مربوط به يك مقاومت نفوذي كمتر از 0.4 Mpa) 50 Psi) نسبت به حدود گيرائي اوليه بتن عمل آمده با يك افزودني MRWR, آب تراويده كمتري در سطح بتن جمع مي شود و از اين رو, پرداخت مي تواند زودتر شروع شود. مدت تراوش اندكي طولاني تر نيز به ادامه (گسترش) پنجره پرداخت و كاهش احتمال پاشيدن عمدي آب در روي سطح بتن براي كمك به پرداخت كمك مي كند.

اثر تلفيق يافته افزودني MRWR بر روي سرعت تراوش و سرعت سخت شدن قبلا از گيرش اوليه عبارتست يك پنجره پرداختي بزرگتر, و بنابراين ويژگي قابليت پرداخت افزايش يافته.

قابليت پرداخت افزايش يافته بتن هاي عمل شده با افزودني MRWR در بررسي هاي آزمايشگاهي انجام شده توسط Bury و ديگران, با بكار بردن يك روش آزمايشي نشان داده شده است كه براي اندازه گيري اين منظور گسترش يافت كه چگونه باساني بتن مي تواند بدون دروني بودن ذاتي براي فرآيند پرداخت شدن, پرداخت شود. براي يك دوزبندي (ml/ 100 520 kg) floz / cwt از MRWR-AF, كاهشهايي در تلاش پرداخت كلي بطور آشكار گستره از 30 تا 56 درصد در بتن حباب هوا داده نشده و از 62 تا 76 درصد در بتن حباب هوا داده شده است. تلاش لازم براي پرداخت بتن در عرض دوره يكساعتي نيز تا 38 الي 52 درصد با يك دوزبندي 100 ml/ 260 floz/ cwt از MRWR - BDكاهش هاي موجود در تلاش پرداخت بطور خاصي در كاربردهاي صافكاري مطلوب مي باشند زيرا تمايلي براي پاشيدن آب بر روي سطح كار بعنوان يك كمك پرداخت كننده و پرداخت روئي (زياده از حد) تقليل مي يابند. در نهايت, اين كار مي تواند به اصلاحي در دوام سطح بتني منتهي شود .

[امید عباسی]

قابليت پمپاژ:

علاوه برا صلاح قابليت پرداخت, كارپذيري, قابليت پمپاژ و استقرار بتنهاي عمل شده با افزودني MRWR نيز بطور بارزي بهتر از مورد مربوط به بتن هاي عمل نشده و يا بتن هاي عمل شده با افزودني كاهنده آب معمولي (قراردادي) مي باشد. قابليت پمپاژ افزايش يافته بتن عمل شده با MRWR, فشارهاي پمپي كمتري را ببار مي آورد

با يك دوزبندي (780 ml/100 kg floz/cwt از MRWR-A فشار هيدروليكي تا (4( Mpa 500 Psi الي) Mpa7 1000 Psi( در مقايسه باPSI 500 10مگاپاسگال براي بتن شاهدي كاهش يافت كه با يك افزودني كاهنده آب فوق روان كننده نسل دوم عمل شده بود.

خط پمپاژ بطول 24 مترفوت بود. كاهشهاي مشابهي در فشارهاي پمپي در مورد پروژه مشاهده شده است كه در آنجا بتن عمل شده با افزودني هاي MRWR بكار برده شده است. بتن هاي عمل شده با اسلامپ هائي در حدود 90 ميليمتر براي پمپاژ گزارش شده است مثل اينكه اسلامپ ها حداقل 25 ميليمتر(1 اينچ) بوده اند. كاهشهاي موجود در فشارهاي پمپي مشاهده شده مي توانند بعلت اين حقيقت باشند كه افزودني MRWR بافت سطحي را براي مخلوط هاي بتني اضافه مي كنند و چسبندگي را كاهش مي دهند. اين ويژگيها همچنين پمپاژ بتن عمل شده با MRWR را در روي فواصل نسبتاً طولاني آسان مي سازند, همانطوريكه در مورد پروژه Orange تكزاس صدق مي كرد كه آنجا m3310 (405 yd3 ) از بتن در فاصله اي در حدود 1100 متر 3600 فوت 1100 متر پمپاژ گرديد. اين مخلوط بتني يك مقدار كل ماده سيماني برابر (335kg/m3) 5641b/yd3 با 20 درصد خاكستري بادي و 12 تا 780) 14 floz/ cwt تا 910 ML/100 kg) از- MRWA - R در برداشت . اسلامپ هاي قبل و بعد از پمپاژ بترتيب برابر 5/9 و 5/7 اينچ 190 و 240 ميليمتر بودند.

كاربردها و منافع افزودنيهاي MRWR

افزودني هاي MRWR در كاربردهاي بتن سازي جائي را پيدا كرده اند كه به كاهش آب گستره متوسط (5تا 18 درصد) بويژه در گستره اسلامپ محدوده متوسط (5 تا 8 اينچ) ( 125 تا 200) ميليمتر نياز دارد افزودنيهاي MRWR بطور متداول در بتنهايي با مقادير بالأتري از جايگزيني سيمان و در كاربردهاي زيرين بكار برده مي شوند

صافكاري Flatwork

پمپاژ كردن

سطوح شكل يافته و پيش ساخته

افزودنيهاي MRWR براي توليد كنندگان بتن مخلوط شده آماده و تنيده / پيش ساخته و همينطور پيمانكاران منافعي را فراهم مي سازند براي توليد كنندگان بتن, افزودنيهاي MRWR ويژگيهاي گيرايي كنترول شده و كارائي عالي (كارپذيري, قابليت پمپاژ و پرداخت افزايش يافته)در سرتاسر گستره وسيع اسلامپي, و مقاومت هاي اوليه و نهائي افزايش يافته فراهم مي سازند. منافعي براي پيمانكاران عبارتند از يكپارچگي آسانتر, پرداخت آسانتر و سريع تر, ظاهر سطحي عالي, و مهمتر از همه هزينه هاي كار و استقرار بتني در محل كاهش يافته.