افزودنی بتن چیست؟

در این مقاله، قصد داریم در مورد افزودنی­‌های بتن صحبت کنیم و انواع، کاربردها، مزایا و معایب آنها را بشناسیم. موادی که صنعت بتن را با پیشرفت­‌های قابل توجهی همراه کرده­اند و دائما در حال توسعه کاربردهای این ماده ساختمانی باارزش هستند. مطالعه این مقاله به شما کمک می­‌کند تا با ویژگی­‌های جدیدی از بتن آشنا شوید که احتمالا تا به امروز از آن بی­‌خبر بوده­‌اید. بنابراین پیشنهاد می­‌کنیم تا انتها با ما همراه باشید.

مقدمه

بتن یکی از مصالح ساختمانی محبوب قرن­‌های اخیر است. این ماده که ترکیبی از سیمان پرتلند، شن، ماسه و آب می­‌باشد، خواص مختلفی دارد که این خواص، بتن را به پرکاربردترین ماده در ساخت سطوح مقاوم به بار در صنایع عمرانی تبدیل نموده‌­اند. بتن در ساخت فوندانسیون ساختمان­‌ها، تیر و ستون­‌های باربر، سقف­‌ها و دیوارهای حائل، ساخت جاده‌ها، سدها، پل­‌ها، باند فرودگاه‌­ها و حتی المان­‌های پیش ساخته شهری نظیر آلاچیق­‌ها و برخی نمادهای تزئینی کاربرد دارد.

مهم­ترین ویژگی­‌های بتن، مقاومت فشاری بالا و سازگاری با محیط‌­های جغرافیایی و آب­‌وهوایی گوناگون می­‌باشد. بتن می‌­تواند تا بیش از 20 مگاپاسکال فشار را تحمل کند. این خصوصیت، بتن را تبدیل به پای ثابت فوندانسیون ساختمان برای تحمل نیروی وزن بنا کرده است. چنین حدی از مقاومت فشاری بتن برای تمام سازه­های مسکونی تا 4 یا 5 طبقه هم مناسب است. با این وجود، نیازهای صنعت عمران روز به روز گسترده‌­تر می­شود و به همین دلیل، گاهی نیاز است خواص بتن را برای مقاصد خاصی تقویت کنیم یا حتی خواص جدیدی را در آن به وجود آوریم تا بتن توانایی تحمل وزن بالای سازه یا شرایط محیطی نامساعد را به دست آورد. اینجاست که پای افزودنی‌­ها وسط می­­‌آید. موادی که می­‌توانند در خواص بتن تغییراتی را به وجود آورند. 

افزودنی بتن چیست؟

در حالت پایه، بتن دارای مقادیر مشخصی از سیمان پرتلند، سنگدانه‌­های مختلف به خصوص شن و ماسه و آب می­‌باشد. هر نوع ماده‌­ای که به عناصر اصلی بتن یعنی سیمان، آب، شن و ماسه افزوده شود تا خاصیت جدیدی به بتن ببخشد یا خواص پایه‌­ای آن را تقویت کند، افزودنی بتن نام دارد. این افزودنی­‌ها ممکن است به دلایل مختلفی با بتن ترکیب شوند که بستگی به نیاز پروژه، شرایط محیط و انتخاب سازندگان دارد.

افزودنی‌­های بتن ترکیبات شیمیایی مختلفی دارند و می­توانند به صورت مواد شیمیایی آزمایشگاهی یا مواد مختلف موجود در طبیعت به بتن اضافه شوند. معمولا مقدار کل افزودنی­‌هایی که به بتن اضافه می‌­شود نباید از 10 درصد وزنی بتن بیشتر شود. باید توجه داشت که افزودن این مواد به بتن، یک‌دستی و فرم همگن بتن را از آن نگیرد زیرا توزیع خواص در سراسر بتن باید یکنواخت باشد. در هر صورت، افزودنی بتن باید کاملا حساب­‌شده و با دقت به آن اضافه شود تا به بهای تقویت بتن، ضعف­‌های شدیدتری در ساختار آن تولید نشود.

کاربرد افزودنی بتن

افزودنی بتن، برای جلوگیری از آسیب­‌دیدگی سازه­‌های بتنی به مخلوط بتن اضافه می‌­شود. اگرچه بتن عمر بسیار طولانی و دوام بالایی دارد و اصلا وظیفه آن، تحمل بارهای شدید می­‌باشد، اما باز هم می‌­توان کیفیت و طول عمر آن را ارتقا داد. به علاوه، چنین مصالح ساختمانی مستحکمی نیز می‌­توانند به ایرادات مختلفی دچار شوند.

سازه­‌های بتنی فرآیند ساخت دقیقی دارند که یکی از مهم‌­ترین مراحل آن، مرحله عمل­‌آوری است. این مرحله برای بتن مانند دوره کودکی برای انسان است. درست مانند انسان که شخصیت بزرگسالی‌­اش وابسته به وقایع دوران کودکی می­‌باشد، عملکرد و خاصیت بتن نیز با نحوه عمل­آوری آن ارتباط مستقیم دارد. بتن پس از ریخته شدن، در مدت زمانی بین 6 تا 14 روز به بیشترین مقدار مقاومت خود می­‌رسد. این دوره زمانی اگر طولانی­‌تر یا کوتاه‌­تر شود یا توسط عوامل جوی مورد تهدید قرار بگیرد، منجر به بروز اشکالاتی در بتن می­‌شود که مقاومت آن را می‌­کاهد. برخی از این اشکالات عبارت‌­اند از:

• ترک خوردگی
• قارچ زدن
• خوردگی
• یخ‌­زدگی
• تغییر رنگ
• کرمو شدگی
• آب شستگی
• پوسته شدن

البته معمولا این اشکالات به صورت ظاهری قابل رویت هستند. به هر حال، کاربرد افزودنی بتن، پیشگیری از وقوع این مشکلات یا حداقل طولانی­‌تر کردن عمر مفید بتن است. افزودنی­‌های مختلف این توانایی را دارند که در دوران عمل­‌آوری یا در مدت استفاده از بتن، جلوی بروز ایرادات مختلف در آن را بگیرند.    

انواع افزودنی بتن

افزودنی بتن، می­تواند خواص تقویتی یا جدید مختلفی به آن اضافه کند که بسته به انتظار مجریان و سازندگان از بتن، نوع افزودنی آن نیز متغیر است. افزودنی­‌های مختلفی امروزه برای بتن وجود دارد که بعضی از آنها فرم جامد بافت‎‌­دار، بعضی فرم جامد پودری و بعضی دیگر حالت مایع دارند. در ادامه با مهم­ترین افزودنی‌­های بتن آشنا خواهیم شد.

کاهنده آب (روان­‌کننده)

 کاهنده‌­های آب، یکی از رایج­‌ترین افزودنی­‌های بتن هستند. این مواد با اضافه شدن به طرح اختلاط بتن، میزان آب مورد نیاز بتن را کاهش می­‌دهند و از این طریق، کارایی بتن را افزایش داده، پیوند محکم­تری بین بتن و فولاد آن برقرار می­‌کنند و از ترک­‌خوردگی، جداشدگی و کرموشدگی بتن جلوگیری می­‌کنند.
کاهنده­‌های بتن در سه نسل روان­‌کننده، فوق­روان­‌کننده و ابرروان‌­کننده تولید می‌­شوند که به ترتیب می­‌توان مقدار آب مورد نیاز بتن را تا 10، 15 و 25 درصد کاهش دهند. ماده سازنده این افزودنی­‌ها لیگنوسولفات فلزات فعال یا پلی­کربوکسیلات می‌­باشد.

دیرگیرکننده (کندگیرکننده)

در شرایطی که دمای محیط بالاتر از حد معمول باشد، نرخ تبخیر آب در مخلوط بتن افزایش می­‌یابد. این شرایط، سرعت خشک شدن بتن را به صورت کنترل نشده بالا می­‌برد و می­‌تواند منجر به ترک خوردن بتن یا بروز اشکالات ناشی از عمل­آوری ناقص شامل چسبندگی نامناسب یا ایجاد حفره در بتن شود. در این شرایط، افزودنی­‌های دیرگیرکننده برای کاهش سرعت عمل­آوری به بتن اضافه می­‌شوند. برخی مواد شیمیایی مانند کلسیم سولفات یا مواد طبیعی نظیر نمک­های اسیدی، شکر و نشاسته می­‌توانند نقش دیرگیرکننده بتن را بر عهده بگیرند.

زودگیرکننده (تندگیرکننده)

در محیط‌­های سردسیر که دما از حد معمول پایین‌­تر است، نرخ تبخیر آب کاهش شدیدی می­یابد. در این شرایط، بتن به کندی عمل می­آید. در صورت شدت یافتن سرما، حتی ممکن است آب درون بتن یخ بزند و به ساختار بتن آسیب وارد کند. در این شرایط از زودگیرکننده­ها یا ضدیخ بتن استفاده می­شود. این مواد می­توانند جلوی یخ زدن بتن را بگیرند و سرعت تبخیر آب آن را افزایش دهند. موادی نظیر کلسیم کلراید، سیلیکاژل، سیلیکافیوم و تری اتانول آمین از پرکاربردترین مواد زودگیرکننده بتن هستند.

• حباب هواساز: حباب­های هوا معمولا در بتن حضور دارند. این حباب­ها اگر درصد حجمی بالایی در بتن داشته باشند، می­توانند به ساختار بتن آسیب بزنند. معمولا با عملیات لرزش یا ویبره، این حباب­ها را حذف می­کنند.
  اما حباب­ها در صورتی که به صورت یکنواخت در حجم بتن وجود داشته باشند و اندازه آنها کوچک باشد، مفید واقع خواهند شد. حباب­های کوچک می­توانند اجازه انبساط­های ناشی از یخ­زدگی آب را بگیرند و علاوه بر کاهش وزن مخصوص، نوعی سپر محافظ برای بتن باشند. افزودنی حباب هواساز وظیفه ایجاد حباب­های کنترل شده در بتن را دارد. این افزودنی از ترکیبات رزین وینسول به دست می­آید.
• آب­بند یا نم­بند: در صورتی که بتوانیم حفره­های ریز درون بتن را به وسیله ماده­ای پر کنیم، بتن حاصل نوعی بتن آب­بند خواهد بود. بتن­های آب­بند در برابر نفوذ آب مقاوم هستند یا به عبارت دیگر، ضدآب­اند. این نوع بتن­ها برای ساخت فضاهای آبی یا استخرها استفاده می‌­شوند. افزودنی‌­هایی که می­توانند بتن آب­‌بند یا نم­‌بند تولید نمایند عبارت­اند از: زینک سولفات، آمونیوم سولفات، آمونیوم کلراید و کلسیم کلراید.
• پوزولانی: افزودنی­‌های پوزولانی می­توانند چگالی بتن را افزایش دهند و بتن سنگینی تولید کنند که نقش دیوار محافظ در برابر آب نظیر سد را ایفا کند. از آنجا که نیروی اعمالی آب به سد بسیار بالاست، باید بتن سنگین و مقاومی در برابر آن استفاده شود که افزودنی­‌های پوزولانی می­‌توانند چنین بتنی را تولید کنند. خاک رس، خاکستر بادی، سیلیکافیوم و خاکستر پوسته برنج از جمله موادی هستند که می­توانند افزودنی پوزولانی بتن باشند.
• ضدحباب: برخی فعل و انفعالات شیمیایی می­‌توانند مقدار حباب­‌های موجود در بتن را افزایش دهند. این اتفاق ممکن است به مقاومت بتن آسیب وارد کند. برای جلوگیری از اتفاق، از افزودنی­های ضدحباب استفاده می‌­شود تا حجم حباب‌­ها همواره در مقدار معین و کنترل­شده­ای باقی بماند. الکل­های غیر محلول در آب و سیلیکون­‌ها از جمله مهم­ترین افزودنی­های ضدحباب به شمار می­‌روند.
• ضدانبساط: در ساختار بتن، سیمان دارای خاصیت قلیایی است. اگر این ماده با سیلیکای (سیلیسیم دی­اکسید) موجود در سنگ­دانه‌­ها واکنش دهد، نوعی ماده خمیری­شکل تولید می­‌شود. تولید بیش از اندازه این ماده می­تواند از درون به بتن فشار بالایی وارد کند و منجر به شکستگی آن شود. برای جلوگیری از این اتفاق، نوعی افزودنی موسوم به افزودنی ضدانبساط سنگدانه­های قلیایی به ساختار بتن افزوده می­‌شود. این افزودنی­‌ها دارای پودر آمونیوم و نمک لیتیوم هستند.
• ضد آب­شستگی: برخی از انواع بتن که در دائما در معرض آب هستند، به مرور زمان ممکن است دچار آب­‌شستگی شوند. افزودن برخی انواع لاستیک طبیعی و مصنوعی به عنوان افزودنی به بتن، می­‌تواند جلوی تخریب بتن بر اثر آب­شستگی را بگیرد.
• ضد خوردگی: برای تقویت مقاومت کششی بتن، از فولاد درون ساختار آن استفاده می­‌شود. فولاد در مجاورت رطوبت بتن، می­‌تواند دچار خوردگی شده و مقاومت خود را از دست بدهد. افزودنی­‌های ضدخوردگی جلوی واکنش دادن فولاد و سایر ترکیبات بتن را می­‌گیرد و به دوام بتن کمک می­‌کند. ترکیباتی بر پایه سدیم نظیر سدیم نیترات و سدیم بنزوات می­توانند چنین خاصیتی برای بتن داشته باشند.
• ضد قارچ و ضدعفونی­‌کننده: یکی از مشکلاتی که برای بتن به ووجود می‌­آید، قارچ زدن آن است. باکتری­ها و قارچ­‌ها ممکن است درون بتن شروع به فعالیت کنند و منجر به آلودگی آن شوند. افزودنی‌­های ضدقارچ و آنتی­باکتریال، جلوی این فعالیت را می­‌گیرد. ترکیبات دارای مس و فنول پلی­هالوژنات از جمله مواد آنتی­باکتریال بتن هستند.
• رنگ بتن: در سال­های اخیر، پای بتن به صنایع طراحی داخلی و طراحی نما هم باز شده است. بتن به سبب عمر طولانی و خاصیت ضدضربه خود، می­‌تواند یک نمای بادوام و پایدار برای منازل باشد اما مشکلی که پیش روی طراحان داخلی است، محدودیت رنگ بتن است. بتن صرفا می­‌تواند طیف رنگی خاکستری داشته باشد. برای حل این مشکل، موادی به بتن افزوده می­‌شود که منجر به تغییر رنگ آن می­شود. به عنوان مثال، رنگ قرمز با افزودن آهن به بتن حاصل می­شود یا افزودن هیدروکسید آهن، رنگ زردی به بتن می‌­دهد. رنگ­های آبی، سبز، بنفش، مشکی و قهوه­ای نیز برای بتن قابل تولید هستند.

پرکاربردترین افزودنی بتن

افزودنی­‌های بتن به دلایل مختلفی به بتن افزوده می­‌شوند. این مواد می­‌توانند در شرایط آب و هوایی مختلف یا برای پروژه­های گوناگون، تاثیرات متفاوتی داشته باشند. به بیان دیگر، فاکتور تعیین­‌کننده در مورد پرکاربردترین افزودنی بتن، شرایط پروژه است.

در جدول زیر، می‌­توانید پرکاربردترین نوع بتن برای شرایط مختلف را مشاهده کنید.

شرایط و نوع پروژه	پرکاربردترین افزودنی
مناطق سردسیر	افزودنی تندگیرکننده
مناطق گرمسیر	افزودنی کندگیرکننده
سدها و پرو­زه‌­های دیوار حائل آب	افزودنی پوزولانی
پروژه­‌های بزرگی که به بتن مسلح نیازمندند	افزودنی ضدخورندگی
طراحی داخلی یا نما	رنگ­‌های بتن

مزایا افزودنی بتن

استفاده از افزودنی­های بتن مزایای زیادی برای بتن دارد که بستگی به نوع افزودنی، می­تواند متغیر باشد. به صورت کلی می­توانیم مزایای زیر را برای افزودنی­های بتن در نظر بگیریم:

• افزودنی‌­ها می‌­توانند مقاومت بتن را به شکل قابل توجهی افزایش دهند.
• افزودنی‌­ها می‌­توانند استحکام بتن در برابر نیروهای ضربه­ای وارد به آن را بیشتر کنند.
• افزودنی‌­ها عمر مفید بتن را افزایش می­‌دهند و جلوی بروز ایرادات برای بتن را می­‌گیرند.
• افزودنی‌­ها می­‌توانند بتن را در برابر واکنش­‌های شیمیایی مقاوم کنند.
• افزودنی­‌ها سرعت عمل­آوری بتن را کنترل می‌­کنند.

معایب افزودنی بتن

افزودنی­‌های بتن به خودی خود ایراد خاصی ندارند و ضرر خاصی به بتن وارد نمی­‌کنند اما در صورتی که مقدار استفاده آنها از حد مجاز فراتر رود یا بدون توجه به طرح اختلاط بتن، به مقدار بسیار زیاد، افزودنی به آن اضافه شود، ممکن است ویژگی­های نامطلوبی برای بتن ایجاد شود. به عنوان مثال:

• در صورتی که کندگیرکننده با حجم زیادی به بتن وارد شود، سرعت عمل آمدن بتن آنقدر کاهش می‌­یابد که زمان بیش از حدی از پروژه تلف می­‌کند.
• در صورتی که کاهنده آب به مقدار زیاد وارد مخلوط بتن شود، می­‌تواند منجر به کاهش مقاومت محصول نهایی شود.

کلید حل این مشکل، دانستن سقف مجاز استفاده از افزودنی‌­هاست. در صورتی که افزودنی‌­ها به اندازه وارد بتن شوند، هیچ نوع ضرری برای بتن به همراه نخواهند داشت.

جمع بندی

بتن، از مهم‌­ترین مصالح صنعت عمران است که با مقاومت بالا و تطبیق مناسب آن با شرایط محیطی شناخته می­‌شود. امروزه کاربرد بتن به اندازه­ای رسیده که گاهی لازم است خواص تقویتی در بتن ایجاد شود. برای ایجاد چنین خواصی، از افزودنی­های بتن در فرایندد قالب بندی بتن استفاده می­‌شود. این افزودنی‌­ها، مواد طبیعی یا شیمیایی هستند که ویژگی­‌های به خصوصی در بتن به وجود می­‌آورند و از مشهورترین انواع آنها می­‌توانیم به کاهنده آب، تندگیر و کندگیرکننده، ضدخورندگی، ضدقارچ، آب­بند و پوزولانی اشاره کنیم.

برای مشاوره رایگان و انتخاب بهترین قالب بتنی برای پروژه خود، همین امروز با کارشناسان سازه گستر مدحت تماس بگیرید.

سوالات متداول

• آیا افزودنی­‌های بتن روی کارایی آن تاثیر دارند؟

افزودنی‌­ها با کنترل شرایط عمل­آوری و فعالیت بتن، کارایی آنها را به شکل مثبتی تحت قرار می­‌دهند. کارایی بتنی که در ساخت آن افزودنی­‌های مناسب استفاده شده، همواره بهتر از بتن معمولی خواهد بود.

• در محیط‌­های سردسیر و گرمسیر، به ترتیب چه نوع افزودنی مناسب است؟

در محیط­های سردسیر، نرخ تبخیر آب پایین بوده و حتی امکان یخ زدن آب درون بتن نیز وجود دارد. برای این حالت، ضدیخ بتن یا تندگیرکننده لازم است تا سرعت تبخیر آب را افزایش دهد. در وضعیت گرمسیر، شرایط کاملا برعکس می­باشد و از کندگیرکننده استفاده می­‌شود.

• تفاوت روان­‌کننده، فوق­روان­کننده و ابرروان­کننده در چیست؟

هر سه این مواد، از افزودنی‌­های کاهنده آب هستند که روان­‌کننده 10 درصد، فوق­روان­‌کننده 15 درصد و ابرروان­‌کننده تا 25 مقدار آب بتن را کاهش می­‌دهد.