کاربرد مواد حباب زا در بتن چیست؟

بتن ها به طور کلی از سنگ دانه ها در ترکیبی از ملات سیمان حاصل می شوند. در مواردی علاوه بر این مواد که اجزای اصلی ساختار یک بتن هستند، مواد دیگری را هم به ترکیب بتن ها اضافه می کنند تا بتن به یک کیفیت مطلوب رسیده، نارسایی آن کم تر شده و یک سری از مشخصات آن هم تغییر کند.

در واقع کشف این ویژگی در بتن ها طی یک اتفاق تصادفی و کاملا پیش بینی نشده صورت گرفت. هنگامی که در راه های ایالت شمال شرقی آمریکا متوجه شدند که بخش هایی از سطح بتنی راه ها مقاومـت بیـشتری در برابر یخبندان و مواد یخ زدا از خود نشان داده و دوام بیشتری نسبت به قسمت های دیگر دارنـد.

هنگامی که آن ها به دنبال علـت این واقعه گشتند متوجـه شدند که وزن مخصوص بتن در قسمت های پایاتر کمی پایین تر است و بعد از انجام بررسی های میکروسکوپی مقطع مشخص شد که در این بتن ها تعداد بسیار زیادی حباب های ریز هوا وجود داشته است که باعث تقویت خواص بتن در حالت تازه و خشک شده گشته بود. 

مواد افزودنی که باعث تقویت دوام و استحکام بتن می شوند موجب ایجاد  حباب های ریز و یکنواختی از هوا در داخل بتن تازه شده و مقداری از هوای کنترل شده که معمولاً در حدود 5 درصد حجمی می باشد، به صورت حباب های کوچک فراوانی در اندازه های برابر و به طور یکنواخت در ساختار بتن ایجاد می کنند و به این ترتیب  از بتن های سـخت شده در برابر یخ زدگی و ذوب شدن یخ ها در طی عمر بتن محافظت می نمایند.

مواد افزودنی حباب ساز می توانند هم به صورت پودر و هم به شکل مایع به کار روند که بر اساس دستورالعمل تولید کننده آن ها با شروع ترکیب کردن بتن به آن اضـافه خواهد شد که در داخل بتن می توانند میلیون ها حباب هوا در اندازه های مختلف به وجود آورند.

چه موادی به عنوان حباب ساز در بتن ها به کار می روند؟

بتن هایی که در ساختار خود حباب های هوا دارند از چه ویژگی هایی برخوردار هستند؟

یکی از مهم ترین و برجسته ترین ویژگی های یک بتن تهیه شده با حباب های هوا در خلال آن، مقاوم بودن بتن در مقابل یخ زدن و ذوب شدن آن می باشد.  بتن نم دار و مرطوب همانند اکثر بتن هایی که در معرض هوای آزاد قراردارند، بر اثر یخ زدگی آب منبـسط شده و این عامل باعث ترکیدن آن می شود، اما در صورتی که از مادة حباب هوا سازدر بتن استفاده شود، حبابهای کوچک هـوا بـه عنـوان گزینه ای برای اطمینان حاصل کردن از فشار عمل کرده و اثر انبساط را خنثی می کنند.

برای توجیه این مسئله می توان به این شکل توضیح داد که آب در مجاری یا حفره های موئین خمیر سیمان سفت شده و به دنبال یخ زدن منبسط می شود. اگر چنان چه حجم انبساط آب بزرگ تر از فـضای قابـل دسترسـی باشد، آب مازاد که هنوز یخ نزده بر اثر فشار انبساط به جلو رانده می شود.

شدت این فـشار هیـدرولیکی بـستگی بـه نفـوذ پذیری خمیر سیمان،درجۀ غرقابی، فاصلۀ نزدیکترین حفره هوا که ازآب پرنشده ودرجه یخبندان دارد. اگر در هـرنقطـه فشار هیدرولیکی از مقاومت کششی خمیر سیمان بیشتر شود، باعث گسیختگی موضعی و ترك در محل خواهد شد. با تکرار سیکل یخ زدن و آب شدن در محیط خیس ، آب وارد ترک ها شده و سبب گسترش این گسیختگی می شود.

حباب هـوا در بتن به صورت مخزنی است که آب منبسط شده با فشارداخل آن شده و از فشار وارد شده بر بتن جلـوگیری مـی کند. همچنین مقاومت بتن را در برابر یخ زدن و آب شدن افزایش خواهد داد. بنابراین بتن هایی که ممکن است با آب اشباع و در جریـان سـیکل هـای یخ زدن و آب شدن قرار گیرند باید حتماً در آنها از مواد حباب ساز استفاده شود تا ماندگاری بتن افـزایش پیدا کند.

از دیگر ویژگی های بتن های حاوی مواد حباب زا می توان به مقاومت این گونه بتن ها در برابر مواد یخ زدا اشاره کرد.  برای از بین بردن یخ و برف از سطح خیابان ها، جاده ها، فرودگاه ها و سایر مکان ها از مواد شیمیایی یخ ـزدا مانند کلرور کلسیم و کلرور سدیم استفاده می گردد.

حال اگر این روسازی از بتن ساخته شده باشـد، اسـتفادة مـداوم از این مواد باعث پوسته شدن سطح رویه این سطوح خواهد شد. مقدار پوسته شدن به مقـدار و دفعـات مـصرف مـواد یـخ زدا بـستگی دارد. این پوسته شدگی به طور کلی فیزیکی بوده و ناشی از واکنش های شیمیایی یا آثار کریستالی نیـست.

حباب هـای هـوای موجود در بتن برای جلوگیری از پوسته شدن بسیار کاربردی هستند. بتن هوادار برای تمام جاده های بتنی توصیه می شود و برای تمام بتن هایی که در فصول سرد سال اصولا در معرض مواد یخ زدا قرار می گیرند، لازم و ضروری می باشد.

کاربردهای مواد حباب زا در بتن ها

 حبابهای هوای بسیار ریزی که ناشی از مصرف مواد حباب هوا ساز نمی باشند مانند بلبرینگ در بتن تازه عمل خواهند کرد. این حباب های کروی شکل به صورت ریزدانه هایی با اصطکاك سطحی خیلی کم و تراکم پذیری بالا در بتن عمل می کنند و به طور مؤثری باعث افزایش کارآیی در بتن حاصل می شوند.

قبل از به کار گیری بتن تهیه شده برای پی بردن به این که آیا بتن دارای کارآیی لازم، مقاومت و مقدار هوای کافی باشد، لازم است تا مخلوط های آزمایشی ساخته شود. در ادامه به بررسی چند مورد از بارزترین کارایی های بتن های حباب دار خواهیم پرداخت.

ایجاد مقاومت فشاری

برای اینکه بتن حاوی حباب هوا با بتن بدون حباب هوا در شرایط یکسان دارای مقاومت فـشاری 28 روزه برابر باشند، باید نسبت وزنی آب به سیمان را در بتن با حباب هوا کاهش داد. به عبارت دیگر وقتی که مقـدار هـوا ثابـت نگه داشته می شود، مقاومت رابطۀ معکوسی با نسبت آب به سیمان خواهد داشت.

کاهش نسبت آب بـه سـیمان و درنتیجـه افزایش مقاومت، کاهش مقاومتی را که عموماً با ایجاد حباب های هوا همراه است را جبران کرده و یا آن را به حداقل مـی رساند. این اثر جبرانی به مقدار سیمان مخلوط بستگی دارد. کاهش مقاومت مخلوط های پر سیمان بیش ازمخلوط های کم سیمان می باشد. زیرا در مخلوط های پر سیمان، حباب زایی به مقدار کمتری کآرایی را افزایش می دهد.

برای بتن هـای بـا عیار سیمان کم با افزایش مقدار معین هوا مقاومت افزایش می یابد و برای بتن های با عیار سیمان بیش از 330 کیلـوگرم در متر مکعب بتن، افت مقاومت را می توان با کاهش مقدار آب و ماسه با توجه به اینکه اسلامپ بتن ثابت می ماند به حـداقل رسانید.

مقاومت سایشی

 مقاومت فشاری مهمترین عامل تعیین کنندة مقاومت سایشی بتن اسـت بـه ایـن معنـا کـه بـا افـزایش مقاومـت فـشاری، مقاومت در برابر سایش نیز زیاد می شود. مقاومت سایشی بتن با حباب هـوا، بـا مقاومـت بـتن بـدون حبـاب هـوا (بـا همـان مقاومت فشاری)، تقریباً برابر است.

آب انداختن و جدا شدن

 وجود حباب های هوا در بتن در کاهش آب انداختگی نیز مؤثر می باشد. حباب های هوا ذرات جامد را بـه صـورت معلق نگه می دارند، به طوری که نشست آنها کاهش یافته و آب بیرون نخواهند آمد. بنابراین نفوذپذیری و تشکیل شیره کاهش یافته و مقاومت بتن در برابر یخبندان بهبود می یابد. با ایجاد حباب های هوا جدایی مواد نیز مشروط بر اینکه بتن تازه بـیش از حد مرتعش نگردد، کاهش می یابد.