به منظور فهم عمیق تر از تأثیر افزودنی های کاهنده آب بتن بر خصوصیات شکل پذیری بتن تازه و یافتن یک دید کلی از مکانیسم واکنش افزودنی های کاهنده آب بتن ، آشنایی با اثرات افزودنی های کاهنده آب بتن بر سیستم آب به سیمان می تواند سودمند باشد. عناوینی که با این نگاه می توان پیگیری نمود عبارتند از: الف) اثرات تغییر شکل و سطح اولیه و ب) اثرات بر روی فراورده های هیدراتاسیون محلول و غیر محلول و سرعت هیدراتاسیون.
ملاحظات مربوط به تغییر شکل (Rheological Consideration)
برخی خصوصیات بتن تازه را می توان به لحاظ تغییر شکلی خمیر سیمان موجود در بتن در نظر گرفت. بنابراین یک بتن با نسبت آب به سیمان بالا دارای میزان خمیری خواهد بود که از بتن با نسبت آب به سیمان پایین، روانی بیشتری خواهد داشت. «سیالیت» خمیر سیمان را می توان در قالب عبارات تغییر شکلی توسط گشتاور منتقل شده به مغزه ساکن درون یک استوانه بیرونی دوار که درون یک سیستم آب- سیمان اندازه گیری نمود. تنش برشی محاسبه شده در مغزه ساکن در مقابل سرعت اعمال شده برش، برای خمیرهای با نسبت های گوناگون آب به سیمان، سیستم هایی که دارای ارتباط های سرعت تنش- برش خطی هستند و با محور تنش برشی تقاطع دارند، اصطلاحاً جریان شکل پذیر از خود نشان می دهند و مقدار تقاطع به عنوان «تنش تسلیم» شناخته می شود. ویسکوزیته سیستم برابر با شیب خطی است که بر روی آن نسبت خطی برقرار است.
خصوصیات کلی سیستم بتن در حالت شکل پذیر تابعی از چندین پارامتر همچون نوع و اندازه سنگ دانه ها، میزان سیمان و خصوصیات آن و… است. اما جداسازی اثرات تغییر شکلی خمیر، مفید می باشد تا جایی که می توان اظهار داشت:
– یکنواختی (پیوستگی) یا سیالیت بتن تابعی از ویسکوزیته خمیر سیمان خواهد بود.
– به هم چسبندگی بتن تابعی از تنش تسلیم خمیر سیمان خواهد بود.
حالا بازگردیم به اثر افزودنی های کاهنده آب بتن بر روی تغییر شکل خمیرهای سیمان. از شکل 12-1 می توان مشاهده نمود که اضافه شدن این انواع افزودنی های کاهنده آب بتن ظاهراً تغییری در شکل رابطه نرخ برش- تنش- برش ایجاد نمی کند و صرفاً آن را به یک سطح پایین تر انتقال می دهد (ماده لیگنوسولفونات دارای ترپسیوتیل فسفات بوده که به آن اضافه شده بنابراین اثر هوای محبوس حذف می گردد.) در نمایی که از رابطه نشان داده در شکل 12-1 داریم، استفاده از مواد لزج با به هم چسبندگی به عنوان ابزاری برای ارزیابی افزودنی های کاهنده آب بتن مفید می باشد و شکل های 13-1 و 14-1 به ترتیب اثرات اضافه شدن سطوح دو افزودنی های کاهنده آب بتن بر ویسکوزیته سیمان و اثرات دو ماده در پیمانه های مصرفی معمول نسبت های آب به سیمان گوناگون را نشان می دهد. این اطلاعات حاکی از آن است کاهش های آب محتمل از دو نوع عوامل افزودنی های کاهنده آب بتن متفاوت هستند و وابسته به نسبت آب به سیمان در سیستم می باشد. لیگنوسولفونات ها به عنوان افزودنی های کاهنده آب بتن، مقداری هوا در داخل بتن حبس می کنند که می تواند کاهش آب حاصل را افزایش دهد.
اثرات سطح اولیه افزودنی های کاهنده آب بتن
خصوصیات تغییر شکلی خمیرهای سیمان مربوط به ماهیت جذب کننده و نیروهای رانشی است که میان سیمان و ذرات محصولات هیدراتاسیون سیمان موجود است و می تواند مطابق دسته بندی زیر باشد:
1- نیروهای واندروالسی جذب کننده به لحاظ مقدار بزرگ بوده، اما تنها در فواصل میان ذره ای تا 5 الی 7 میلی متر می باشد.
2- دافعه الکتریکی به لحاظ ماهیت کاتیونی ظرفیت های آزاد در سطح ذرات سیمان، به دلیل اتم های Caو Al و Si است. این رانش به لحاظ مقدار از نیروهای واندروالسی کوچکتر می باشد، اما به دلیل وجود یک یون ترکیبی و مولکولی آبی «پوششی» احتمالاً تا اندازه ی محسوسی در فواصل میان ذره ای تا 51mm وجود دارد.
بنابراین در خمیرهای سیمانی در جاهایی که ذرات در تماس نزدیک با هم واقع می شوند، تمایلی برای خمیرهای سیمانی برای تشکیل توده های بزرگ وجود می آید که به علت نیروهای واندروالسی کششی ذرات را به هم جذب می کند.
ضروری است که به مقادیر زیادی از اطلاعات و داده های تجربی توجه کنیم تا بتوانیم درک کنیم چگونه اضافه شدن مقادیر کوچک مواد ارگانیک می تواند این جاذبه میان ذره ای را تا حدی کاهش دهد. تاجایی که مقادیری زیاد آب می تواند از سیستم حذف شود و در عین حال خصوصیات تغییر شکل تغییری نکند از جمله این داده ها عبارتند از:
1- اضافه شدن عامل افزودنی های کاهنده آب بتن به فاز آبی با کاهش سریع در میزان افزودنی در محلول پی گیری می گردد، لذا افزایشی در میزان جذبی در سطح مشترک ذرات سیمان یا آب می بینیم. این تأثیر توسط یک جذب هم دما نشان داده می شود. به این نحو که چندین سطح متنوع افزودنی های کاهنده آب بتن، به سیستم آب به سیمان اضافه می شوند و لرزانده می شود. این لرزش مدتی ادامه می یابد تا جایی که مقدار باقی مانده در محلول تخمین زده شود. مقدار مواد روی سطح از اختلاف این دو مقدار محاسبه می شود.
2- افزودنی های کاهنده آب بتن به طور مساوی توسط تشکیل دهنده های سیمان هیدارته شده جذب نمی شود. لیگنوسولفونات کلسیم، ارقام جذب حداکثر تقریبی در جدول 5-1 نشان داده شده است.
به علاوه رونشین شدن هم دمایی (Adsorbtionlsotherm) در مراحل گوناگون هیدراتاسیون C3A مورد مطالعه قرار گرفته و نشان داده است که فرآورده های هیدراتاسیون اولیه (تا کمتر از 15 دقیقه) که بیشتر ظرفیت جذبی برای لیگنوسولفونات کلسیم دارد. این امر نشان می دهد که ممکن است مانده متشکله مثلاً C4AH19 برای فازهای شش تایی باشد که در جذب بالای اولیه مسئول هستند. شکل 16-1 نشانگر این تأثیر است. داده ها در مورد اسید سالیسیلیک (که یک اسید هیدروکسی کربوکسیلیک است) ما را به نتایج مشابهی می رساند، گرچه که سطوح جذب معمولاً پایین تر هستند.
3- چنان که در شکل 17-1 نشان داده شده است، انواع گوناگون افزودنی های کاهنده آب دارای خصوصیات رونشین شدن هم دمایی متفاوت هستند. افزودنی های کاهنده آب بتن هم به صورت کیفی اثرشان را بر سرعت هیدراتاسیون سیمان منعکس می کنند.
4- با وجود عدم آگاهی نسبت به مساحت سطح هیدارت های سیمان به منظور جذب در زمان اضافه شدن، به سختی می توان تخمین زد که چه تعداد لایه مولکولهای افزودنی های کاهنده آب بتن جذب می شوند، اما تلاش هایی که صورت گرفته حاکی از آن است که ممکن است بیش از 100 لایه با لیگنوسولفونات کلسیم و اسید سالیسیلیک در سطوح معمولی اضافه شدگی تشکیل شود. با این وجود، این محاسبات در افزودنی های کاهنده آب بتن بر مبنای مساحت سطح مخصوص 0/1 – 0/3 m2/g بود. در حالی که دیگر مطالعات تا اندازه قابل توجهی نشان دهنده ی مساحت های سطح بالاتر بوده است. همانطور که در جدول 6-1 نشان داده شده است. از هیدرات های C3A پیشین انتظار می رفت که حتی مساحت بالاتری هم داشته باشند. اگرچه تمام سطح در دسترس برای مولکول های نیتروژن، برای مولکولهای افزودنی های کاهنده آب بتن بزرگتر در دسترس نخواهد بود. مساحت سطح در دسترس برای افزودنی های کاهنده آب بتن تا حد 3-7 m2/g برای تشکیل تک لایه مولکول های افزودنی های کاهنده آب بتن مورد نیاز است. مقادیر آورده شده در جدول 6-1 نشان می دهد که این میزان حتی چند دقیقه پس از هیدراتاسیون از طرح در دسترس ممکن است مهیا شود. در سطوح بسیار بالاتر از آنچه که برای ویسکوزیته خمیر حداقلی مورد نیاز است، بسیار محتمل است که چندین لایحه (احتمالاً از نمک های آلومینیم غیر محلول باشند) شکل بگیرند. خاطر نشان می شود که چنانچه چند ده لایه مولکولی ساخته شوند، آنگاه استقرار آرایش فضایی اجزاء می تواند به همان میزان فاکتور مهمی باشد که رانش یونی در کاهش ویسکوزیته خمیر اهمیت دارد.
5- در مورد آن موادی از اافزودنی های کاهنده آب بتن که با دارا بودن خاصیت ظرفیت جذبی نسبت به تشکیل دهنده های سیمانی و قابلیت کاهش ویسکوزیته خمیر شناخته می شوند، یک رابطه خطی میان میزان جذب شده روی سطح و کاهش در ویسکوزیته خمیر در سطوح افزایشی وجود دارد. این داده ها می تواند برای یافتن یک شاخص کاهشی ویسکوزیته برای مواد گوناگون، با اندازه گیری شیب خط به دست بیاید.
6- ماهیت پیوند میان مولکول افزودنی های کاهنده آب بتن و سطح هیدارت های تشکیل دهنده سیمان در بسیاری مراجع به عنوان «گروه یونی بیرونی» توصیف شده است. مبنای کار افزودنی های کاهنده آب بتن نشان می دهد که انتقال ذرات سیمان (به هنگامی که مولکولهای لیگنوسولفونات روی سطح جذب می شوند) تحت تأثیر یک جریان الکتریکی است.
برای آشنایی با محصول و خرید افزودنی بتن روی لینک کلیک کنید .
منبع : کتاب مواد افزودنی شیمیایی بتن
