مواد افزودنی حباب هواساز و کاربرد های آنها در بتن

در طراحی و اجرای بتن های با دوام، به ویژه در شرایط آب و هوایی سخت و مناطق سردسیر، استفاده از مواد افزودنی حباب هواساز به عنوان یکی از اجزای کلیدی در بهبود عملکرد بتن شناخته می شود. این مواد افزودنی دسته ای از افزودنی های شیمیایی بتن هستند که با ایجاد حباب های بسیار ریز، پایدار و یکنواخت هوا در داخل مخلوط بتن، خواص فیزیکی و دوام آن را بهبود می بخشند.

این حباب ها که به طور عمدی و کنترل شده وارد بتن می شوند، به شکل کروی و با اندازه ای بین ۱۰ تا ۱۰۰ میکرون در سراسر حجم بتن پراکنده شده و دارای انواع زیر هستند:

1- مواد پایه صابونی (نمک های اسیدهای چرب): این افزودنی ها از ترکیب نمک های سدیم، پتاسیم یا آمونیوم با اسیدهای چرب طبیعی مانند اسید اولئیک یا اسید رزینیک تولید می شوند. عملکرد آن ها بر اساس کاهش کشش سطحی آب و ایجاد حباب های هوا در هنگام اختلاط بتن است.

2- مواد با پایه رزین چوب (رزین چوب سولفونه شده): این افزودنی ها از مواد طبیعی مانند رزین های درختی تولید و با فرآیند سولفونه کردن تقویت می شوند. این مواد قدرت بالایی در تشکیل حباب های ریز، پایدار و یکنواخت دارند و به طور گسترده در بتن های مقاوم در برابر یخ زدگی استفاده می شوند.

3- مواد سنتزی (سورفکتانت های مصنوعی): این افزودنی ها بر پایه ترکیبات شیمیایی مصنوعی مانند آلکیل بنزن سولفونات ها ساخته می شوند و از نظر ساختاری کاملاً مهندسی شده اند. این نوع از مواد، قابلیت تنظیم دقیق میزان حباب هوا را دارند و حباب ها را با یکنواختی بالا تولید می کنند.

4- ترکیبات ترکیبی یا چندجزئی: این دسته از مواد، ترکیبی از دو یا چند نوع ماده فعال سطحی طبیعی و مصنوعی هستند که به منظور افزایش کارایی، پایداری و سازگاری تولید شده اند.

ویژگی های بتن با حباب هوا

بتن دارای حباب هوا به دلیل ویژگی های مقاومتی و دوام بالا، گزینه ای مناسب برای سازه های در معرض شرایط محیطی سخت است، به شرط آنکه مقدار و پخش حباب ها به درستی کنترل شود. این ویژگی ها عبارتند از:

1. افزایش مقاومت بتن در برابر یخ زدگی و ذوب: حباب های هوا نقش ضربه گیر دارند و از ترک خوردگی ناشی از انبساط آب یخ زده در منافذ جلوگیری می کنند.
2. کاهش نفوذپذیری بتن: وجود حباب های ریز باعث کاهش پیوستگی مسیرهای عبور آب و یون های مهاجم می شود.
3. افزایش دوام بتن در شرایط آب و هوایی سخت: در مناطق سردسیر یا مناطقی با تغییرات دمایی شدید، استفاده از این افزودنی ها به شدت توصیه می شود.
4. بهبود کارایی و روانی بتن تازه: با کاهش اصطکاک داخلی میان ذرات، بتن راحت تر قابل پمپاژ و اجرا خواهد بود.
5. کاهش نسبت آب به سیمان در برخی مخلوط ها: در کنار سایر افزودنی ها، می تواند به بهینه سازی نسبت آب به سیمان کمک کند.

توجه داشته باشید که استفاده بیش از حد از ماده افزودنی حباب هواساز ممکن است موجب کاهش مقاومت فشاری بتن شود، بنابراین، تعیین مقدار بهینه توسط آزمایشگاه کنترل کیفیت پروژه، الزامی است.

ویژگی های مواد حباب هواساز

مواد افزودنی هواساز به عنوان یکی از مهم ‌ترین افزودنی ‌های شیمیایی، جایگاه ویژه‌ای در طراحی بتن‌ های مقاوم در برابر یخ ‌زدگی، ذوب و نفوذپذیری یافته‌اند. این مواد با ایجاد حباب ‌های ریز و یکنواخت در بتن، تاثیر قابل توجهی در دوام و عملکرد بتن در شرایط محیطی سخت دارند و دارای خصوصیات زیر هستند:

1. ایجاد حباب های ریز و یکنواخت
2. پایداری بالا در محیط قلیایی بتن
3. افزایش دوام بتن در برابر سیکل های یخ زدگی و ذوب
4. سازگاری با سایر افزودنی های بتن
5. قابلیت استفاده در انواع بتن ها
6. تاثیر محدود بر زمان گیرش بتن
7. قابلیت تنظیم مقدار هواگیری بتن
8. افزایش کارایی بتن تازه

در کنار این مزایا و ویژگی ها، توجه به نحوه انتخاب، مقدار مصرف، زمان اختلاط و سازگاری این افزودنی با سایر اجزای مخلوط بتن از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلیل، آگاهی از مشخصات فنی، استانداردهای مرتبط و شرایط کاربرد این مواد برای مهندسین و مجریان پروژه های عمرانی ضروری است.

در بخش های بعد، به بررسی دقیق تر انواع مواد حباب هواساز، نحوه عملکرد، مقدار مصرف مواد حباب هوا ساز و ملاحظات اجرایی آن ها در شرایط مختلف خواهیم پرداخت.

مقدار مصرف مواد حباب هوا ساز و عوامل مؤثر بر آن

مقدار مصرف مواد حباب هواساز معمولاً به صورت درصدی از وزن سیمان مصرفی در مخلوط بتن بیان می شود. این مقدار بسته به نوع ماده، شرایط محیطی و مشخصات فنی مورد انتظار، متغیر است. به طور معمول، میزان مصرف بین 0.02 تا 0.05 درصد وزن سیمان است، اما تعیین دقیق مقدار باید از طریق آزمایش های طرح اختلاط مشخص شود. هدف اصلی، رسیدن به مقدار هوای محبوس شده در محدوده ۴ تا ۷ درصد، بسته به نوع کاربرد و شرایط محیطی در بتن تازه است .

عوامل مؤثر بر مقدار مصرف مقدار مصرف مواد حباب هوا ساز عبارتند از:

1. نوع سیمان
2. نوع و دانه بندی سنگدانه ها
3. مقدار آب مصرفی
4. سرعت و مدت زمان اختلاط
5. دما و شرایط محیطی
6. وجود سایر افزودنی ها
7. نوع کاربرد بتن

اندازه گیری مقدار هوا

اندازه گیری مقدار هوا در بتن به منظور کنترل کیفیت و اطمینان از عملکرد مناسب افزودنی های حباب هواساز انجام می شود. این مقدار معمولاً به صورت درصد حجمی هوا نسبت به کل حجم بتن تازه بیان می شود. روش های اصلی اندازه گیری هوا عبارتند از:

1- روش فشارسنجی (روش A یا فشاری– ASTM C231):

رایج ترین روش برای بتن های معمولی با سنگدانه های غیر جاذب. با استفاده از دستگاه فشارسنج هوا (Air Meter) ، میزان هوای کل موجود در بتن تازه به طور مستقیم اندازه گیری می شود.

2- روش حجمی (روش B یا حجمی –  ASTM C173):

مناسب برای بتن های سبک یا دارای سنگدانه های جاذب. در این روش از آب و الکل برای جابجایی هوا و خواندن حجم استفاده می شود.

3- روش میکروسکوپی (برای بتن سخت شده – ASTM C457):

برای تحلیل دقیق نوع، اندازه و توزیع حباب های هوا در بتن سخت شده استفاده می شود. این روش با استفاده از مقاطع صیقلی و میکروسکوپ انجام می شود.

نکته مهم این است که تنظیم و کنترل مقدار هوا در بتن باید با دقت بالا انجام شود، زیرا کمبود یا اضافه بودن هوا می تواند به ترتیب باعث کاهش دوام یا افت مقاومت فشاری بتن گردد. جهت آشنایی بیشتر با انواع بچینگ و خرید، با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید.

وضعیت فضاهای هوا در بتن

فضاهای هوا در بتن به دو نوع اصلی تقسیم می شوند:

1. هوای محبوس شده (Entrapped Air): به صورت تصادفی در زمان اختلاط وارد بتن می شود، اندازه آن بزرگ و نامنظم است و معمولاً باعث کاهش مقاومت فشاری می شود. مقدار آن معمولاً بین ۱ تا ۲ درصد است.
2. هوای وارد شده (Entrained Air): به کمک مواد حباب هواساز به طور کنترل شده وارد بتن می شود. این حباب ها ریز، یکنواخت و پایدار هستند و باعث افزایش دوام بتن در برابر یخ زدگی، ذوب و نفوذپذیری می شوند. مقدار مطلوب آن بین ۴ تا ۷ درصد است.

توزیع یکنواخت حباب های هوا در بتن اهمیت زیادی دارد و بررسی و تعیین وضعیت فضاهای هوا در بتن تازه، با استفاده از دستگاه فشارسنج هوا (Air Meter)و در بتن سخت شده، از میکروسکوپ الکترونی یا مقاطع نازک برای ارزیابی شکل و توزیع حباب ها استفاده می شود.

نکته قابل توجه این است که پراکندگی یکنواخت و مناسب حباب های هوا در سراسر حجم بتن بسیار مهم است. حباب های متصل یا تجمع یافته، کارایی مورد انتظار را کاهش داده و ممکن است باعث ضعف موضعی در بتن شوند.

نکات اجرایی افزودنی های حباب هواساز در بتن

افزودنی های حباب هواساز یکی از مؤثرترین ابزارها در افزایش دوام و پایداری بتن در برابر شرایط محیطی سخت مانند یخ زدگی، ذوب و نفوذپذیری هستند. با این حال، تنها انتخاب یک افزودنی مناسب کافی نیست؛ بلکه نحوه استفاده و اجرای صحیح آن نقش تعیین کننده ای در دستیابی به نتایج مطلوب دارد. در این بخش، به مهم ترین نکات اجرایی مرتبط با استفاده از افزودنی های حباب هواساز اشاره می کنیم:

1. مقدار افزودنی باید با توجه به نوع سیمان، سنگدانه، شرایط محیطی و درصد هوای مورد نظر، در آزمایشگاه تعیین شود. مصرف بیش از حد باعث کاهش مقاومت فشاری می شود.
2. افزودنی های حباب هواساز معمولاً همراه با آب یا در انتهای مرحله اختلاط اضافه می شوند تا از تخریب حباب ها جلوگیری شود.
3. بتن باید به طور یکنواخت مخلوط شود تا حباب های هوا به صورت ریز و یکنواخت در سراسر بتن توزیع شوند. اختلاط بیش از حد ممکن است باعث از بین رفتن بخشی از حباب ها شود.
4. لرزاندن بیش از حد یا ویبراسیون زیاد می تواند حباب های ایجاد شده را تخریب کرده و عملکرد افزودنی را کاهش دهد. ویبره باید کنترل شده و استاندارد باشد.
5. در هوای گرم، حباب ها ناپایدارتر هستند و ممکن است زودتر از بین بروند؛ بنابراین در این شرایط باید افزودنی با پایداری بالاتر یا مقدار بیشتر استفاده شود. در هوای سرد، حباب ها پایداری بهتری دارند.
6. افزودنی حباب هواساز باید با سایر افزودنی های مصرفی در بتن مثل روان کننده، کندگیرکننده، کاهنده آب و… از نظر شیمیایی سازگار باشد.
7. مقدار هوای موجود در بتن باید در کارگاه و قبل از بتن ریزی با دستگاه فشارسنج هوا (Air Meter) اندازه گیری و بررسی شود.
8. محصول مورد استفاده باید دارای گواهینامه فنی معتبر، مشخصات فنی دقیق و تطابق با استانداردهایی نظیر ASTM C260 یا EN 934 باشد.

در مجموع، اجرای صحیح افزودنی های حباب هواساز مستلزم دقت در مقدار مصرف، روش اختلاط، شرایط محیطی و کنترل کیفی دقیق است تا عملکرد مورد انتظار در دوام و کیفیت بتن حاصل شود.

جمع بندی

همانطور که در این مقاله توضیح دادیم، مواد افزودنی حباب هواساز یکی از اجزای کلیدی در تولید بتن های بادوام، به ویژه در مناطق سردسیر و شرایط محیطی مهاجم به شمار می روند و با ایجاد حباب های ریز و یکنواخت هوا در بتن، نقش موثری در افزایش مقاومت بتن در برابر یخ زدگی، کاهش نفوذپذیری و بهبود عملکرد بلند مدت سازه دارند.

با این حال، دستیابی به حداکثر کارایی این مواد، نیازمند شناخت دقیق ویژگی ها، انتخاب صحیح نوع افزودنی، تعیین مقدار بهینه مصرف و رعایت نکات اجرایی در فرآیند ساخت و اجرا است. استفاده آگاهانه و علمی از این افزودنی ها می تواند راهکاری مؤثر برای افزایش عمر مفید سازه های بتنی در برابر آسیب های محیطی باشد.