تسریع کننده ها
دو فاکتور اثر گذار بر واکنش فرآیندهای مرطوب و خشک بتن عبارتند از: (1) طرح اختلاط و (2) شرایط محیطی که در طی مدت بتن ریزی حاکم است. فاکتورهای طرح اختلاط شامل نوع سیمان و میزان آن، نسبت آب به سیمان، سازگاری افزودنی سیمان و حضور دیگر افزودنی ها می باشد. سیمان با محتویات C3A بالاتر، همچون تیپ I و III واکنش های سریع تری از سیمان با محتویات C3A پایین همچون تیپ های IV و V دارند. سیمان نرم تر و محتویات با سیمان بالا واکنش را تسریع می نمایند. تغییرات از ترکیبی به ترکیب دیگر در سیمان و افزودنی سازگاری مخلوط را تغییر داده که منجر به مقاومت اولیه و تغییر مقاومت کمتر می گردد. افزودنی های سنتی مورد استفاده برای پمپاژ (در فرآیند اختلاط مرطوب) اغلب واکنش تسریع کننده ی سیمانی را به تاخیر می اندازد.
دیگر پارامترهای اختلاط که در طی بتن ریزی تاثیر می گذارد، عبارتست از پیمانه مصرفی افزودنی، دمای اختلاط و دمای محیط، نسبت آب به سیمان، پیش هیدراتاسیون سیمان و تاخیر در اضافه شدن افزودنی می باشد. افزودنی با پیمانه مصرفی بالا ایجاد گیرش آنی کرده و موجب اختلاطی شده که به واسطه قدری خشک زیاد قابل ریختن نمی باشد. از طرفی، افزودنی های با پیمانه مصرفی پایین می تواند منجر به زمان گیرش دیرتر و ارجاع به حالت اولیه اختلاط گردد. دماهای بالا و پایین به ترتیب (>30°C , <10°C) گیرش را تسریع کرده و زمان گیرش را طولانی تر می سازد و لذا نتایجی مشابه با پیمانه های مصرفی بالا و پایین به دست می آید. پیش هیدراتاسیون سیمان به واسطه حضور رطوبت در سنگدانه و تاخیر در اضافه کردن افزودنی منجر به مقادیر مقاومت اولیه کمتر می شود.
افزودنی های کندگیر بتن
تاثیر تسریع کننده ها بر هر دو زمان گیرش و توسعه مقاومت اولیه بسیار خاص می باشد. این تاثیر نه تنها به نوع تسریع کننده خاص و سیمان مورد استفاده، بلکه به برند و کارخانه تولید کننده سیمان هم بستگی دارد. بسیاری از تسریع کننده های سوزآورتر می توانند دارای اثر زیان بارتری بر ویژگی های شاتکریت در سنین بالاتر باشند، حال آنکه در تسریع گیرش بسیار موثر عمل می کنند. بنابراین، آزمایش سازگاری پیش از ساخت و ساز همه اجزاء شاتکریت کاربردی در یک پروژه مشخص به به صورت اجباری در نظر گرفته می شود. آزمایش های ترکیبات سیمان افزودنی برای زمان گیرش، و آزمایش مقاومت فشاری مکعب های ملات ساخته شده در آزمایشگاه می توانند نتایج گمراه کننده ای داشته باشد. در نتیجه چنین آزمایش هایی با صفحات آزمایش پرتابی مورد استفاده با این مواد، تجهیزات و خدمه شاتکریت برای استفاده در پروژه پیشنهاد شد.
فوم سیلیکا
به علت نرمی فوق العاده و شفافیت بالا، فوم سیلیکا ماده پوزولانی بسیار موثری تلقی می گردد، به این معنا که قادر به واکنش موثر با فرآورده هیا هیدراتاسیون سیمان پرتلند می باشد (به طوری که مواد سیمانی ثانویه در هیدرات کردن بتن و شاتکریت را ایجاد می کند). کلسیم هیدروکسید تولید شده با هیدرات کردن سیمان پرتلند تا اندازه بالایی در واکنش های پوزولانی بعدی مصرف می شود. این امر بر ریز ساختارها تاثیر گذاشته و منجر به فرآورده ای با نفوذ پذیری و خصوصیات جذبی خیلی پایین می گردد که نسبت به خرابی در بسیاری از محیط های خورنده شیمیایی مقاوم می باشد.
اثرات بر خصوصیات شکل پذیر و سفت شده بتن و ملات
تسریع کننده ها
روش ریختن شاتکریت، آن را از بتن عادی متمایز می سزد. در نتیجه توسعه خصوصیات فیزیکی و مکانیکی همچون مقاومت، جمع شدگی، نفوذپذیری و دوام در شاتکریت بسیار متفاوت از این موارد در بتن عادی است. این اثرات به خصوص در طی سنین اولیه و سنین بعدی قابل توجه می باشند.
- یکنواختی اختلاط: میزان سیمان زیاد و پیمانه مصرفی بهینه مصرفی تسریع کننده (%6-3) معمولا تولید مخلوط های به هم چسبیده ای کرده که ساخت لایه را ممکن می سازند. با این وجود، بسته به پیمانه مصرفی افزودنی، اختلاط می تواند چسبندگی خوبی نشان دهد یا تولید یک اختلاط کاملا خشک نماید.
- گیرش اولیه و نهایی: در سطوح پیمانه مصرفی بهینه، زمان گیرش اولیه می تواند به 4 تا 3 دقیقه کاهش یابد، حال آنکه زمان گیرش نهایی می تواند بین 12 تا 15 دقیقه تغییر نماید. مصرف پیمانه های بالاتر حتی این مدت را بیشتر نیز کاهش می دهند.
- مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته: در پیمانه های بهینه 2 الی 4 درصد، مقادیر مقاومت اختلاط های حاوی افزودنی معمولا به نسبت اختلاط های متناظر دارای افزودنی، کمتر (%20-15) می باشد. چنانچه پیمانه مصرفی فراتر از 4 درصد شود، کاهش مقاومت چشمگیری خواهیم داشت. لذا عملا وقتی پیمانه مصرفی بیش از 6 درصد شود، الزامات مربوط به عدم کاهش مقاومت بیش از %30 بتن کنترلی رعایت نمی گردد. با این حال، تح شرایط خاصی همچون توقف نشت آب چنین کاهش هایی قابل قبول هستند. عموما، فاکتورهایی که به نظر اثر زیان آوری بر مقاومت نهایی دارند، مقاومت اولیه بتن را ارتقاء می دهند. رابطه میان مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته مشابه با بتن معمولی است، یعنی چنانچه عمل آوری مناسب تامین می شود، این مقادیر به همراه سن افزایش می یابد.
- مقاومت های کششی و خمشی: این مقادیر معمولا از آنچه که از مقادیر مقاومت فشاری انتظار می رود، پایین تر است. این مورد احتمالا تاثیر ورقه شدن و دیگر نقصان های شاتکریت بر روی مقاومت کششی را انعکاس می دهد. مقادیر مقاومت خمشی نیز از وضعیت مشابهی برخوردار است.
- مقاومت پیوند: مقاومت پیوند بالا می تواند بین لایه های شاتکریت و سطح سنگ برای هر دو فرآیندهای اختلاط خشک و مرطوب هنگامی که افزودنی ها استفاده می شوند، حاصل گردد. مقاومت پیوند ابتدا تا پیمانه مصرفی %2 افزایش می یافته و از آن پس با افزوده شدن بیشتر کاهش می یابد.
- جمع شدگی: مقادیر بالاتر برای اختلاط های حاوی افزودنی در قیاس با اختلاط های متناظر بدون افزودنی به دست می آید. جمع شدگی با میزان افزودنی و آب اختلاط بیشتر، هم برای شاتکریت خشک و هم مرطوب افزایش می یابد.
- دوام: اغلب افزودنی های تسریع کننده به طور معکوس روی مقاومت بتن در ذوب و انجماد اثر می گذارد. اخیرا استفاده وسیع از فوم سیلیکا، کاربرد پیمانه های پایین تر تسریع کننده ها را ممکن ساخته و همچنین در ارتقاء مقادیر تخلخل مشارکت کرده است. در نتیجه دوام چنین بتن هایی رشد محسوسی می کند.
- نفوذپذیری: به دلیل آنکه افزودنی ها شرایط ریختن بتن را بهبود می بخشند و جدایش را حداقل می سازند، تصور بر این است که نفوذپذیری می بایستی ارتقاء یابد. با این حال، آزمایش های واقعی نشان می دهد که این اثر حاشیه ای بوده و مقادیر به دست آمده مشابه با مخلوط های بدون افزودنی می باشد. با این وجود، اختلاط های حاوی فوم سیلیکا نفوذپذیری بهتری را نشان می دهند.
فوم سیلیکا
افزودن فوم سیلیکا به شاتکریت با اختلاط خشک به میزان %15-10 وزن سیمان پرتلند، به طور قابل توجهی خصوصیات به هم چسبنده و چسبیدگی شاتکریت اعمال شده تازه را بهبود می بخشد. فوم سیلیکا اختلاط چسبنده و بسیار متراکم را ایجاد می کند. اصلاحات عملی مربوط به این ویژگی ها شامل مواردی به ترتیب زیر می باشند:
- بدون مقاومت: شاتکریت فوم سیلیکا به شسته شدن با آب خیلی مقاوم است. بنابراین این شاتکریت متناسب با عملیاتی است که در آن شاتکریت اعمال شده تازه در معرض آب روان یا جاری شدن جزر و مدی قرار بگیرد، مثلا بازسازی سازه های دریایی در ناحیه میان جزر و مدی، ساخت دیواره خاکریز، و کانال کشی شهر از جمله این موارد هستند.
- ضخامت کاربردی: این ماده توانایی اعمال ماده بالاسری را تنها در یک پاس آن هم با ضخامتی که با شاتکریت سنتی غیرقابل دست یابی است را ممکن می سازد. سطح عمودی می تواند به هر ضخامت مطلوبی در یک پاس تنها، بدون استفاده از تسریع کننده ها و همچنین بدون پاره شدن یا جدا شدن شاتکریت شکل پذیر ساخته شود.
- چسبیدگی: به خصوص در نواحی خیس، چسبیدگی شاتکریت فوم سیلیکا با اختلاط خشک شکل پذیر به اندازه قابل توجهی افزایش می یابد. مثلا، چسبیدگی در نواحی همچون قفل ها، بارانداز خشک، تونل ها و حتی سازه های نشست پذیر، تنها از طریق کاربرد غلظت های بالای تسریع کننده های شاتکریت می تواند حاصل گردد.
- ارجاع به حالت اولیه: به دلیل توسعه چسبندگی و به هم چسبندگی، مقدار بازگشت به حالت اولیه به طور چشمگیری کاسته می شود. در آزمایش های کنترل شده، ارجاع به حالت اولیه یک شاتکریت با اختلاط خشک سنتی که با ضخامت mm50 به سطح بالاسری نرم دال های بتنی اعمال شود، در %40 جرم اندازه گیری شد (ارجاع به حالت اولیه در یک مشما صورت گرفته و توزیع شد). ارجاع به حالت اولیه تحت شرایط یکسان به %25 جرم در شاتکریت فوم سیلیکا با اختلاط خشک کاهش یافت.
- مقاومت فشاری: آزمایش های صورت گرفته روی مغزه های استخراج شده از صفحات آزمایش برای کنترل کیفیت نشان می دهد که شاتکریت فوم سیلیکا ایجاد مقاومت های فشاری بالاتر و نفوذپذیری پایین تری در شاتکریت سخت شده نسبت به جایی که تسریع کننده ها استفاده می شود، ایجاد می نماید.
پربازدیدترین مطالب ما را دنبال کنید!
دستورالعمل هایی برای کاربرد
افزودن، توزیع و اختلاط، خطرات و تدابیر امنیتی، عرضه و ذخیره
نرخ های افزوده شدن تسریع کننده های پودری عموما در بازه %6-2 وزن سیمان است. تسریع کننده های مایع با نسبت های حجمی به نسبت های تسریع کننده به آب در بازه 1:20 تا 1:1 ترکیب می شود. محتویات جامد مختلف از تسریع کننده های مایع گوناگون باید در ملاحظات مربوط به اندازه گیری با نسبت حجمی افزودنی به حساب آید. غلظت های بهینه در همه کارکردها استفاده نمی شود و جایی که لازم باشد گیرش سریع و مقاومت اولیه بالا حاصل شود، از پیمانه های بالا استفاده می شود. با این حال، برخی آیین نامه ها کاهش مقاومت حداکثر مجاز برای اختلاط تسریع یافته را مقید کرده و محدودیتی را به میزان افزودنی اعمال می نمایند.
افزودنی های تسریع کننده پودری مورد استفاده در شاتکریت با اختلاط خشک معمولا با استفاده از در بازکن مته ای یا توزیع کننده از نوع چرخ دنده ای به بتن یا ملات اضافه می شوند. پودر توسط نیروی گرانش به لوله حلزونی شکل در بازکن می رود، به یک لوله با دقت منتقل می شود و سپس به درون یک واگن به قیف حاوی اختلاط تخلیه می شود. نرخ افزوده شدن با افزایش یا کاهش دادن سرعت دورانی در بازکن تنظیم می شود. توزیع کننده افزودنی معمولا بالای انتقال دهنده بار دستگاه شاتکریت قرار می یگرد. با این تمهید توزیع نسبتا یکنواخت افزودنی برای مواد ورودی فراهم می آید. سرعت تحویل افزودنی باید با سرعت تحویل مواد گذرنده از توزیع کننده یکسان سازی شود. بنابراین نسبت های اختلاط توزیع کننده سیمانی مطلوب حاصل می شود. هنگامی که افزودنی های مایع در فرآیند خشک استفاده شوند، آنها از یک مخزن فشرده سازی شده به خط آب در یک پایانه تزریق جداگانه در نزدیکی نازل تزریق می گردد. نسبت صحیح حجمی آب با تنظیم مقدار کنترل تغذیه افزودنی حاصل می شود. عموما پیش میرا کردن شاتکریت فوم سیلیکا با اختلاط خشک بسته بندی شده توصیه می شود. این کار نه تنها میزان غبار تولید شده توسط شاتکریت را می کاهد، بلکه یکنواختی و به هم چسبیدگی شاتکریت اعمالی را نیز بهبود می بخشد.
در حال حاضر تنها روش قابل اعتماد توزیع کردن افزودنی های شاتکریت پودری به طور مستقیم به اختلاط مرطوب با سرعت یکنواخت در نازل، به کار بردن یک تغذیه کننده سرعت سنج می باشد. در این روش پودر ابتدا فشرده سازی می شود، سپس هنگامی که در تغذیه کننده جای داده می شود و تدریجا از شریان هوایی به سمت نازل رانده می شود. تسریع کننده با دیگر اجزاء شاتکریت در محل نازل مخلوط می شود و به سطح ریخته شده بتن انتقال می یابد. مقدار افزودنی اضافه شده با سرعت پیشرفت سنج درون تغذیه کننده کنترل می شود. روش توزیع افزودنی های مایه به یک اختلاط خیس لزوما به همان ترتیبی است که در عملیات اختلاط خشک استفاده می شود، به استثناء اینکه افزودنی به جای خط آبی به شریان هوا تزریق می شود.
به منظور حداقل سازی ارجاع به حالت اولیه، ترکیب دقیق اجزاء باید انجام گیرد. سنگدانه باید به خوبی با سیمان در فرآیند اختلاط خشک پوشانده شود. چون افزودنی های شاتکریت جمع شدگی را ارتقاء می دهند، ضروری است که سطوح ریخته شده به مدت حداقل 7 روز مرطوب نگه داشته شود. شرایط دمایی محیطی باید در سطحی حفظ شود که هوا در تماس با سطح شاتکریت، حداقل به مدت 7 روز بالاتر از انجماد باقی بماند.
شاتکریت با اختلاط خشک واقعی، شامل فوم سیلیکا به یک فرم بسته بندی شده از پیش مخلوط شده به بازار عرضه می شود. به طور نمونه در کیسه های کاغذی kg30 یا کیسه های حجیم kg600 می باشند. شاتکریت های فوم سیلیکا با اختلاط خشک هم به فرم درشت دانه و هم ریزدانه عرضه می شود، بعضی با تسریع کننده ها و برخی بدون آنها و یا الیاف فولادی در کیسه ها می باشند.
افزودنی های پودری به رطوبت حساس هستند، در نتیجه آنها باید در کیسه هایی با پوشش پلاستیکی در یک محل مرتفع و خشک ذخیره شوند.
کیسه های تسریع کننده باید بر روی پالت ها حداقل به فاصله cm5 از سطح زمین قرار گیرند. مواد در کیسه های شکلفته شده (بلافاصله پس از آنکه کیسه ها آسیب دیده می شوند) باید استفاده گردیده یا دور انداخته شود. عمر مفید پودر به یک دوره 8-6 ماهه تحت شرایط ذخیره مناسب می باشد. معمولا فعالیت پس از 6 ماه شروع به کاهش چشمگیری می کند. مواد سوزآور موجود در افزودنی ها می تواند موجب واکنش هایی در پوست انسان گردد. واکنش ها از سوزش های متوسط گرفته تا سوختگی های شدید صورت می گیرد. اغلب اجزاء به عنوان سوزنده های اساسی طبقه بندی می شوند. با افزودنی های مایع سوختگی ها می تواند بلافاصله اتفاق بیفتد. به واسطه آسیب های جدی که برای چشم ها و پوست رخ می دهد، تجهیزات شخصی برای همه افزادی که در اطراف دستگاه شاتکریت و نازل هستند الزامی است. این تجهیزات شامل پیراهن های آستین بلند و پوشش های تمام قامت می باشد. به علاوه پیش از کار، کرم های حفاظتی باید به نواحی از پوست که در معرض مواد شیمیایی سوزآور هستند، استعمال گردد. البته پس از آنکه با یک کرم حفاظتی اقدامات لازم به عمل آمده باشد، یک راه درمانی پیشنهادی شستن پوست با آب و آب کشیدن با سرکه می باشد. در تمام مواردی که چشم در معرض قرار بگیرد، مستلزم مراجعه فوری به پزشک است؛ اقدام فوری نیز شستن چشم با مقدار زیادی آب می باشد.
مشخصه ها
بعضی مشخصه های شاتکریت مستلزم آن است که افزودنی های تسریع کننده از 494ASTM C متابعت نماید، مشخه استاندارد برای افزودنی های شیمیایی (مثل گیرش سریع)، اما 494ASTM C تنها تا قسمتی قابل اعمال است. مشخصه ها برای یکنواختی، بسته بندی، ذخیره، نمونه گیری و بازرسی مقید شده برای تیپ C افزودنی های تسریعع کننده هنوز هم مرتبط به این تسریع کننده های گیرش تند هستند، اما روش های آزمایش برای گیرش و مقاومت اصلاح می شوند. استاندارد ACI «رویه اجرایی توصیه شده برای شاتکریت» (66-506 ACI) اعمال شاتکریت بتن برای انواع مختلف ساختمان را تبیین می کند. در این استاندارد روش های کاربرد و الزامات تجهیزات برای فرآیندهای اختلاط خشک و خیس ارائه می شود و آزمایش شاتکریت همچنین با بعضی جزئیات پوشش داده می شود.
عموما معیار عملکرد لازم و پارامترهای یکنواختی فرآورده قید شده در مشخصه های شاتکریت به صورت زیر است:
- نوع و ترکیب
- درصد غلظت اجزاء فعال
- میزان کلرید
- حداکثر درصدی که تسریع کننده استفاده می شود.
- سازگاری با سیمانی که باید استفاده شود، به همان نحوی که از سوی الزامات زمان های گیرش اولیه و نهایی، مقاومت های اولیه و نهایی تعریف می شود.
- تغییر پیمانه مصرفی بر مبنای منطقه و نوع سازه یا الزام مقاومتی