تاثیرات افزودنی های بتن بر ویژگی های بتن سخت شده
مشخصه های فیزیکی اصلی و مهمی که به عنوان یک مصالح سازه ای مناسب شناخته می شود مقاومت فشاری بالا و سختی می باشند که عبارتند از توانایی حفاظت و محصور کردن فولاد و (از همه مهم تر) حفظ تمامی این ویژگی ها در طولانی مدت. اثراتی که افزودنی های کاهنده آب روی ویژگی های بتن دارند می تواند از نقطه نظر پارامترهای طراحی (یعنی پارامترهایی بتن در سنین نسبتا اولیه، معمولا 28 روزه) برای محاسبات سازه ای و جنبه های طولانی تر یا دوام، در نظر گرفته شود.
بتن مقاوم در برابر سولفات ها
پارامترهای طراحی سازه ای
سه ویژگی مهم بتن که در محاسبات مربوط به کارکردهای باربری (تحمل بار) استفاده می شود عبارت است از مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مدول الاستیسیته. برای بعضی کارکردهای مشخص مثلا سازه های نگه دارنده آب، نفوذپذیری یا تخلخل بتن هم یک معیار طراحی مناسب بوده و در نظر گرفته می شود.
الف- مقاومت فشاری
مقاومت فشاری در بتن های 28 روزه حاوی افزودنی های کاهنده آب از انواع لیگنوسولفونات و اسید هیدروکسی کربوکسیلیک تابعی از نسبت آب به سیمان می باشد که توسط قاعده Abram در شیوه بتن یا خمیر سیمانی تایید می گردد. اغلب ادعا می شود که مصالحی از این نوع، تولید مقاومت های فشاری 28 روزه بالاتر برای یک نسبت به آب به سیمان مشخص می کنند، اما نگارنده این کتاب در تجربه خویش به چنین نتیجه ای نرسیده است. اطلاعات معمول برای سنگدانه و سیمان های بریتانیایی در شکل 36-1 نشان داده می شود و چندین سنگدانه و انواع طرح اختلاط برای لیگنوسولفونات ها و عامل کاهنده آب اسید هیدروکسی کربوکسیلیک را در بر می گیرد. در نتیجه، برای مصالحی از این نوع، هیچ ملاحظه ویژه ای برای اهداف طراحی تا مقاومت 28 روزه به حساب آورده نمی شود.
افزودین های کاهنده آب هوازا نیاز به ملاحظات ویژه ای دارند؛ از آنجا که کاهش آب منجر به جبران کمبود مقاومت را می کند، حضور هوای محبوس منجر به کاهش مقاومت فشاری می گردد. با این حال تاثیر در نظر گرفتن میزان هوای محبوس، در قالب یک حجم معادل آب برای محاسبه نسبت سیمان به هوا یا آب اندازه گیری می شود. این فاکتور جدید را می توان برای تخمین مقاومت مورد انتظار از شکل 37-1 استفاده کرد.
شکل 36-1 رابطه میان نسبت آب به سیمان و مقاومت فشاری بتن حاوی لیگنوسولفونات و عوامل کاهنده آب اسیدی هیدروکسی کربوکسیلیکی
.jpg)
شکل 37-1 رابطه میان مقاومت مکعبی و مقاومت کششی (Kromlos)
ب- مقاومت کششی
مقاومت کششی می تواند به دو شیوه اندازه گیری شود: 1- مقاومت کششی مستقیم از نمونه های "dvmb bell"؛ 2- مقاومت کششی جداسازی شده از استوانه ها. به صورت جایگزین مقاومت خمشی را نیز می توان با منشورهای مستطیلی اندازه گیری کرد. روش های 1 و 2 مقادیر مشابهی را می دهند، در حالی که مقاومت خمشی در جایی که نیروهای اعمالی و بآیند در طبیعت به طور کامل کششی نباشند، به نوعی مقادیر بالاتر را نشان می دهند. مقادیر متداول در شکل 37-1 نشان داده شده که مبین رابطه میان مقاومت کششی و فشاری می باشند. داده های بسیار محدودی برای نشان دادن تاثیرات افزودنی های کاهنده آب بر روی رابطه میان مقاومت فشاری و مقاومت کششی در دسترس می باشد. با این حال، جدول 18-1 مقاومت های فشاری و خمشی کششی برای بعضی نتایج منتشر شده را به طور خلاصه وار آورده و همچنین شامل بعضی ارقام مقایسه ای برای بتن های کنترلی می باشد. می توان نتیجه گرفت که افزودنی های کاهنده آب از انواع لیگنوسولفونات و هیدروکسی کربوکسیلیک رابطه میان مقاومت فشاری و کششی و خمشی را تغییر نمی دهند.
ج- مدول الاستیسیته
در مورد اطلاعات مقایسه ای ثبت شده درباره مدول الاستیک بتن های حاوی افزودنی های کاهنده آب کمبود وجود دارد. بررسی در مورد اهمیت یک ماده لیگنوسولفوناتی در مخلوط های متناظر با استفاده از پنج سیمان متفاوت انجام شده و نتایج در جدول 19-1 به عنوان نسبتی از مخلوط حاوی افزودنی به مخلوط عاری از افزودنی با پارامترهای کارایی مشابه و مقاومت فشاری 28 روزه داده می شود. نشانه هایی جدی وجود دارد که پس از 28 الی 35 روز عمل آوری، اختلاف کمی در مدول الاستیسیته میان مخلوط های متناظر وجود خواهد داشت، و در سنین اولیه روند به سمت یک مدول بالاتر است. برمبنای کارهای انجام شده بر مواد اسید هیدروکسی کربوکسیلیکی، داده های جدول 20-1 به دست آمده است.
جدول 18-1 رابطه میان مقاومت فشاری و مقاومت های کششی و خمشی
| درصد کششی | درصد خمش میانگین | درصد مقاومت فشاری | نوع افزودنی | مرجع |
| کششی خمشی |
8.1
8.8
7.5 |
15.2
16.2
14.9 | {6.9
{9.3
ـ
ـ
ـ
ـ
{6.3
{8.9
ـ
ـ
ـ
{10.7
{8.5
{7.6
{10.6
{7.1
{7.8 | ـ
ـ
14.7
14.6
17.8
15.7
13.4
ـ
ـ
15.1
13.8
16.0
16.8
18.2
17.0
15.2
16.3
13.2 | هیدروکسی کربوکسیلیک اسید
بدون افزودنی
لیگنوسولفونات
| ]87[
]88[
]89[
]87[
]88[
]89[
]86[
]90[
]87[ |
د- نفوذپذیری یا تخلخل
نفوذپذیری بتن دوام بتن را می تواند تحت تاثیر قرار دهد (بخش 2-5-1). نفوذپذیری همچنین می تواند در طراحی سازه هایی باشد که به منظور مقاومت مقابل هد هیدرولیکی آب یا دیگر مایعات اثر گذار باشد. منافذ بزرگ معمولا به دلیل عبور پیوسته آب در بتن پدید می آیند. این منافذ به علت تراکم ضعیف یا ترک ها ایجاد می شوند. می توان توسط افزودنی های کاهنده آب (برای رسیدن به کارایی بیشتر با حفظ نسبت آب به سیمان) این آثار را به حداقل رسانید.
جدول 19-1 مدول الاستیک بتن حاوی یک عامل کاهنده آب لیگنوسولفوناتی به عنوان نسبتی از یک مخلوط ساده (Tam)
| میانگین | نسبت مدول دینامیکی سیمان | سن (روز) |
| 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
1.10
1.10
1.10
1.05
1.00
1.05
1.05
1.00
1.00
1.00
1.05
1.00 | 1.25
1.15
1.10
1.05
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00 | 1.05
1.00
1.05
1.05
1.00
1.05
1.05
1.05
1.05
1.00
1.05
1.00 | 1.00
1.05
1.05
1.05
1.00
1.05
1.05
1.05
1.05
1.00
1.05
1.00 | 1.10
1.10
1.10
ـ
1.05
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00 | 1.05
1.15
1.15
1.05
1.05
1.05
1.05
1.00
1.00
1.05
1.05
1.00 | 1
3
7
14
21
28
35
63
91
119
147
182 |
در نبود ترک ها و کانال های بزرگ در بتن، نفوذپذیری تابعی از نسبت خمیر آب به سیمان است. گراف ارائه شده در شکل 38-1 نشانگر رابطه لگاریتمی نسبت آب به سیمان و ضریب نفوذپذیری خمیر سیمان سخت شده است. بنابراین بتن با نسبت خمیر آب به سیمان 4/0 تقریبا غیر قابل نفوذ خواهد بود. عواملی کاهنده آب می تواند برای کاهش نسبت آب به سیمان استفاده گردند، بنابراین اطمینان حاصل می شود که نفوذپذیری در سطح حداقلی حفظ می گردد.
جدول 20-1 مدول الاستیک بتن های حاوی یک عامل کاهنده آب اسید هیدروکسی کربوکسیلیک (brookes)
| مدول الاستیسیته در 28 روزگی | مقاومت 28 روزه افزودنی | مقاومت 28 روزه افزودنی | نسبت آب به سیمان | نوع سنگدانه | تعداد اختلاط بتنی |
29.6
29.2
30.5
33.8
35.2
39.2
30.5
32.9
35.9
40.5
37.2
42.1 | 30.0
29.3
41.8
38.2
40.6
46.5
29.2
26.7
41.2
47.3
46.9
52.1 | نه
بله
بله
نه
بله
بله
نه
بله
بله
نه
بله
بله | 0.65
0.65
0.60
0.45
0.45
0.40
0.65
0.65
0.58
0.43
0.43
0.38 | کوراتز
سنگ آهک | 1.1
1.2
1.3
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
4.1
4.2
4.3 |
شکل 38-1 رابطه میان ضریب نفوذپذیری بتن و نسبت آب به سیمان
معمولا یک بتن با نسبت خمیر سیمان به آب 55/0 را می توان به 50/0 کاهش داد، به طوری که منجر به نفوذپذیری با مقداری کمتر از نصف مقدار اصلی (اولیه) شود.
نتیجه گیری کلی از داده ها آن است که هنگام طراحی یک مخلوط بتنی متشکل از افزودنی کاهنده آب از نوع معمولی یا دیرگیر کننده، خصوصیات بتن نهایی 28 روزه از روابط استفاده شده برای بتن عاری از افزودنی با نسبت آب به سیمان یکسان تبعیت می کنند.