دستورالعمل های استفاده از افزودنی های بتن

بازدهی هر افزودنی ممکن است بسته به غلظت آن در بتن زمان اضافه شدن آن به چرخه اختلاط و اجزاء گوناگون بتن تغییر کند. گرچه هر دسته از افزودنی ها توسط اثر اصلی آن (مثلا کاهش آب، کندی گیرش) تعریف می شود، ممکن است هر یک دارای یک یا چند اثر ثانوی هم باشند (کندی در گیرش، آب انداختگی بیشتر، هوای محبوس). یعنی ستفاده از آن ممکن است منجر به تاثیرات جانبی گردد. اثرات جانبی آن دسته از اصلاحاتی در ویژگی ها است که در بتن ایجاد شده، اگر چه نامحسوس باشد، اما هم اجتناب ناپذیرند و هم مستقل از کارکرد اصلی افزودنی می باشد. پیش از انتخاب یک افزودنی بتن برای کارکرد مشخص این اثرات کمکی باید از طریق آزمایش های میدانی و آزمایشگاهی با موادی که در پروژه قرار است بع کار رود، مورد ملاحظه قرار بگیرد.
در این بخش، اطلاعات درباره جنبه های عملی مربوط به کاربرد افزودنی ها در محل پروزه ارائه می گردد. علاوه بر جزییات که مستقیما مربوط به جنبه های فیزیکی تجهیزات ترکیب و توزیع و عملیات آنها می باشد، توجه خاصی به مشکلات مربوط به مصالح معطوف می شود. اغلب معضلات مورد بحث در این قسمت به طور مساوی به سه حوزه اصلی در ساخت بتن اعمال می شود، که عبارتند از بتن ترکیب شده در کارگاه و بتن ریزی، بتن آماده و بتن پیش ساخته.

ارزیابی و انتخاب افزودنی های بتن

افزودنی ها باید تحت مشخصه هایی خریداری شوند، از جمله اینکه خصوصیات مطلوب را قید کند، اثرات نامطلوب را خارج سازد و ارزیابی یکنواختی افزودنی از هر ترکیب به ترکیب دیگر را تامین می نماید. کاربر باید اطمینان حاصل کند که افزودنی های مورد ملاحظه مطابقت با ASTM یا دیگر مشخصه های قابل اعمال داشته باشد و تولید کننده افزودنی باید الزام گردد که گواهی کند بخش های گوناگون با الزامات استانداردها یا مشخصه های قابل اعمال همخوانی دارد. تولید کننده یا عرضه کننده افزودنی باید اطلاعات زیر را فراهم آورند:
1) ترکیب افزودنی با لحاظ نوع ذاتی اجزاء اصلی آن
2) ناسازگاری با دیگر افزودنی ها یا سیمان های خاص
3) پیمانه مصرفی معمول
4) اثرات مخرب پیمانه مصرفی خیلی بالا یا خیلی پایین
5) میزان کلرید
6) اینکه آیا در پیمانه مصرفی توصیه شده محبوس کننده هوا می باشد یا خیر
اطلاعات باید توسط عرضه کننده افزودنی پیرامون نتایج آزمایش های عملکرد آزمایشگاهی، به صورت جزئی و در مشخصه های استاندارد مرتبط فراهم گردد. این اطلاعات باید شامل نسبت های اختلاط مواد بتنی، پیمانه مصرفی افزودنی، اسلامپ یا مقدار فاکتور تراکم به دست آمده، زمان های گیرش، هوای موجود، مقاومت فشاری و اثرات افزودنی روی دیگر خصوصیات بتن باشد. با این وجود باید توجه شود که آزمایش های استاندارد اساسا با تاثیر افزودنی ها روی خصوصیات استاندارد بتن سفت شده تحت شرایط آزمایشگاهی خاص سرو کار دارد و تنها یک روش نمایشی ارزشمند برای انتخاب افزودنی ها را مهیا می کند. عرضه کننده بتن، پیمانکار و مالک پروژه ساختمانی ممکن است مجذوب دیگر خصوصیات بتن، به طور خاص کارایی، کیفیت های پمپاژ، بتن ریزی و کیفیت های عملیات تکمیلی، توسعه مقاومت اولیه و ویژگی های ساختمانی بتن همچون استفاده مجدد از قالب ها، ظاهر سطوح شکل گرفته و ... باشند.
این کارکردهای ثانوی و خصوصیات اضافی احتمالا اغلب به هنگام انتخاب سطوح شکل گرفته جدید افزودنی اهمیت بالایی بیایند و در تعیین پیمانه مصرفی افزودنی مورد توجه قرار بگیرند. افزودنی های مناسب برای یک کارکرد ویژه باید از طریق آزمون های اختلاط انجام گرفته تحت شرایط اجرایی کارخانه بتن ارزیابی شوند. بنابراین متابعت با مشخصه ها و یکنواختی فرآورده تعیین می شود و اندازه گیری صحیح از خصوصیات مهندسی مطلوب حاصل می شود. در ارزیابی افزودنی، مواد زیر باید به حساب آورده شود:
- تغییر در نوع یا منبع سیمان یا مقدار سیمان، یا یک اصلاح در دانه بندی سنگدانه ها یا نسبت های مخلوط ممکن است نیاز باشد.
- بسیاری افزودنی ها بر پیش از یک خصوصیت بتن تاثیر م یگذارد، گاهی روی خصوصیات مطلوب بتن اثر معکوس می گذارند.
- شرایط دمایی روی زمان گیرش و توسعه مقاومت اولیه اثر گذار است.
- اثرات برخی افزودنی ها به میزان محسوسی توسط چنین فاکتورهایی همانند میزان آب و سیمان موجود مخلوط، با نوع سنگدانه و دانه بندی و با نوع و طول اختلاط اصلاح می گردد.
- وقتی بیش از یک افزودنی باید استفاده شود، احتمالا پیمانه های مصرفی افزودنی ها مستلزم اطلاح هستند تا از اثرات نامطلوب بر بتن اجتناب شود.
- مخلوط های آزمایشی می تواند در بازه ای از مقادیر سیمان یا نسبت های آب به سیمان یا دیگر خصوصیات تهیه شود تا الزامات پروزه را در کنار هم برآورده کند. این کار همچنین تعیین هزینه استفاده از افزودنی برای کارکرد ویژه را ممکن خواهد ساخت.
چنین ارزیابی به خصوص در جایی اهمیت می یابد که:
1) افزودنی پیش از این استفاده نشده باشد.
2) انواع خاص سیمان مشخص شده باشند.
3) قرار باشد که بیش از یک افزودنی استفاده شود.
4) اختلاط و بتن ریزی در دماهایی انجام گیرد که عموما توصیه می شود بتن ریزی در محیط بیرون در آن محدوده دمایی باشد.
5) محدودیتی در میزان یون کلرید که در بتن مجاز است، به هنگام تولید وجود داشته باشد.
بسیاری تولید کنندگان افزودنی های خود را با نام «عاری از کارید» توصیف می کند، با این وجود افزودنی عاری از کلرید به واقع وجود ندارد، چون افزودنی ها اغلب با آبی ساخته می شوند که حاوی مقدار اندک یون کلرید می باشند. بنابراین برای ارزیابی احتمال اینکه استفاده از یک افزودنی مشخص، انطباق بتن با یک مشخصه که دارای چنین محدودیتی است را به خطر خواهد ��نداخت یا خیر، نیاز است که بدانیم میزان یون کلرید افزودنی به لحاظ اینکه با محدودیت مشخص شده در چه وضعیتی است اطلاع داشته باشیم. چنین محدودیت هایی به عنوان درصد حداکثری یون کلرید در وزن سیمان یا یون کلرید در واحد وزن (جرم) بتن بیان می گردد، یاب ه صورت یون کلرید «محلول در آب» در واحد وزن سیمان یا بتن بیان می گردد.
چنانچه در کاربرد اطلاعات در دسترس از افزودنی و نرخ پیمانه مصرفی پیشنهادی، محاسبات به گونه ای شود که انتظار رود که از الزام مشخصه فراتر خواهد رفت، افزودنی های جایگزین را باید در نظر گرفت.

یکنواختی افزودنی های بتن

یکنواختی افزودنی نقش محوری در به حداقل رساندن تغییرات بتن تولید شده بازی می کند. در نتیجه مهم است که از انطباق فرآورده با قیدها، مشخصه های استاندردها (CSA, BS, ASTM) و با مشخصه های فرآورده تمام شده در زمینه یکنواختی اطمینان پیدا کنیم. درجه کنترل یکنواختی بتن وابسته به طبیعت بحرانی سازه در حال ساخت را دارد، اما هرگونه به کارگیری قابل ملاحظه از افزودنی ها در عملیات که به طور پیوسته تولید بتن می کند. باید با نمونه گیری روزمره و آزمایش افزودنی برای تعیین یکنواختی در محل و از ترکیب به ترکیب فرآورده، همراه گردد. نمونه هایی که برای آزمایش و بازرسی انتخاب می شوند، باید به صورت تصادفی از محل تولید کارخانه، از بسته های باز نشده سابق یا مخازن، یا از محموله های حجیم بتن تازه به دست آمده باشد.
تست های کنترل کیفیت بیشتر برمبنای آزمایش های شاخص شیمیایی و فیزیکی خواهد بود، مثل میزان مواد جامد موجود، گرانش ویژه محلول ها و طیف سنجی ماوراء قرمز اجزاء تشکیل دهنده فعال می باشد. طرحی که از طیف سنگی ماوراء قرمز حاصل می شود به خصوص از این وجه سودمند است، چون همانند اثر انگشت مواد مطرح می باشند. یکنواختی ترکیبات افزودنی عرضه شده در طی ساخت و ساز می تواند به راحتی با منطبق کردن طرح نمونه عرضه شده در طی مذاکرات خریداری با ترکیباتی که از سایت پروژه حاصل می شود. چنین آزمایش هایی اگرچه تعیین کننده کیفیت فرآورده نیست، معمولا بیشتر برای حصول اطمینان از یکنواختی فرآورده ای که عرضه می شود تعیین می گردد.

احتیاط در به کارگیری افزودنی های بتن

پتانسیل کامل افزودنی ها هم در اقتصاد و هم در اهداف مهندسی مطلوب اغلب می تواند تنها با تغییرات در نسبت مخلوط بتنی به فعلیت در بیاید. همه افزودنی ها سازگار نیستند و توصیه تولید کننده باید پیش از اینکه دو یا تعداد بیشتری افزودنی با همدیگر استفاده شوند، یا به طور جداگانه به کار برده شوند در نظر گرفته می شود. در نتیجه مهم است که آزمون های آزمایشگاهی و میدانی به منظور انتخاب نوع و پیمانه مصرفی مناسب مورد استفاده، انجام بگیرد. اثرات حاصل از افزودنی با استفاده از مواد محل کارگاه و شرایط محل کار باید تعیین شود. چنانکه پیش از یان هم اشاره شد، این موارد به خصوص زمانی که نوع خاص سیمان ها مشخص می شوند اهمیت دارد. وقتی بیش از یک افزودنی قرار باشد استفاده گردد، یا وقتی اختلاط و بتن ریزی در شرایط دمای محیطی که از دماهای محیطی معمولا بالاتر یا پایین انجام می گیرد. برای چنین آزمون هایی، دزهای تا سه برابر معمولی باید لحاظ شود. بنابراین مسائل پتانسیل منتج از پیمانه مصرفی بیشتر می تواند تصدیق گردد.
دستورالعمل های تولید کننده باید به دقت، به هنگام استفاده از افزودنی دنبال شود. اثرات ویژه تولید شده در بتن با افزودنی ها وابسته دستورالعمل های فراهم آمده توسط تولید کننده افزودنی و شماری از فاکتورها همچون ترکیب سیمان، خصوصیات سنگدانه ها، حضور دیگر افزودنی ها و شرایط محیطی، اندرکنش افزودنی منتخب با این فاکتورها و حد این اثرات جانبی باید قبل از کاربرد در زمین تصدیق گردد. این اثر مطلوب نباید خیلی به تغییرات کوچک در میزان افزودنی مورد استفاده، یا در مقادیر دیگر اجزاء بتن استفاده شده باشد. چون اثرات ایجاد شده ممکن است با نقطه اضافه شدن در چرخه اختلاط تغییر کند. یک ترتیب اختلاط استاندارد باید تاسیس شود و افزودنی ها نباید در طی حمل و نقل، بتن ریزی و تراکم افزوده شوند. افزودنی ها از همه کلاس ها ممکن است که یا به شکل پودر یا مایع در دسترس باشند.
اگرچه ادامه توسعه افزودنی های جدید و بهبود یافته ارزیابی مجدد مربوط به فواید کاربرد افزودنی را تضمین می نماید، افزودنی هایی که هم اکنون به کار برده می شوند و خصوصیات بتن تازه را اصلاح می کنند. همچنین ممکن است موجب مشکلاتی از طریق سخت شدگی زود هنگام یا کندی در گیرش به صورت نامطلوب، گردد. سخت شدگی زود هنگام اغلب با ناسازگاری میان سیمان و افزودنی مورد استفاده پدید می آید. 
کندی گیرش می تواند توسط افزودنی با پیمانه مصرفی بیش از حد یا با پایین آوردن دمای محیط ایجاد شود، که البته هر دوی این موارد هیدراتاسیون کلسیم سیلیکات ها را به تاخیر می اندازد. میزان هوای موجود و زمان گیرش بتن در کارگاه  می تواند به طور قابل ملاحظه ای از بتن آزمایشگاهی با همان مواد و نسبت های مخلوط تغییر کند. دلیل رفتار گیرش غیر عادی و تغییر در میزان هوای موجود باید از طریق مطالعات چگونگی تاثیر افزودنی هایی که قرار است استفاده شود، تعیین شود. سپس همه گروه ها باید در آغاز از این احتمال آگاهی پیدا کنند و برای ایجاد تنظیمات در سرعت افزودن مواد (به خصوص افزودنی های هوازا) برای دستیابی به خصوصیات مشخص شده بتن در سایت پروژه، آماده باشند.
راهنمایی ویژه برای کاربرد افزودنی های تسریع کننده، افزودنی های محبوس کننده هوا، افزودنی های کاهنده آب و خود کنترل کننده، افزودنی ها برای بتن روان و افزودنی ها برای اهداف خاص در مقاله های  مرتبط وب سایت رسمی کلینیک بتن ایران(مهندسین مشور اثر مهرازان پایدار) ارائه می گردد. باید تاکید کرد که افزودنی ها ابزارهای اضافی کنترل کیفیت بتن را تامین می کنند. اما آنها نمی توانند اثرات نامطلوب ناشی از کاربرد مواد با کیفیت ضعیف نسبت بندی نارضایت بخش اختلاط بتن و روش های نامناسب را تصحیح کنند.

دستورالعمل های استفاده از افزودنی های بتن

نسبت بندی اختلاط با استفاده از کامپیوترها

بتن های مدرن روان هستند و مستلزم اندکی تراکم می باشند، آنها می تواند در اوج زمستان تحت شرایط قطبی بتن ریزی شوند و در شرایط خشک و بسیار گرم کارایی خود را حفظ می کنند. تعداد خصوصیاتی که باید متناسب گردند بیشتر است و همخوانی چنین عملکردهایی کاربرد طیفی از مواد سیمانی تکمیلی را تحمیل می نماید و اغلب ترکیبی از افزودنی ها را دیکته می کند. طراحی کردن چنین بتن هایی مستلزم درکی از روابط دقیق میان ترکیب اختلاط و خصوصیات آن در همه سنین می باشد. روش معمول محقق کردن چنین اطلاعاتی از طریق اختلاط آزمایشی می باشد. اگرچه چنین آزمون هایی ضروری هستند و تا زمان بسیار طولانی باقی خواهند ماند هم اکنون شبیه سازی کامپیوتری شیوه ای امن و سریع در طراحی یک اختلاط برای رسیدن به نتایج مطلوب در پایین ترین قیمت را ارائه می کنند. این شبیه سازی به عنوان یک راهنما برای تامین ترتیب مقدار و روندهای عمومی صورت بپذیرد. 
دو روش اصلی در شبیه سازی کامپیوتری داریم:
1) تاسیس مدل های ریاضی برای تعیین روابط دقیق میان ترکیب اختلاط و خصوصیات بتن
2) وارد کردن این مدل ها به نرم افزار کامپیوتری
در قسمت زیر مثالی استخراج شده از شبیه سازی های کامپیوتری است.

• تغییر در اسلامپ به علت اضافه شدن آب غیر خطی است، یعنی اسلامپ به آب برای اختلاط های با کارایی بالا بیشتر حساس است.
  
• یک میزان سیمان بهینه با توجه به اسلامپ وجود دارد، در جایی که حجم سیمان دقیقا خطرات ایجاد شده را به علت به هم پیوستن سنگدانه ها پر می کند. چنانچه بتن مگر باشد، افزودن یک فیلر اجازه می دهد که میزان آب موجود در اسلامپ ثابت کاهش یابد، بنابراین نسبت آب به سیمان کاهش و مقاومت افزایش می یابد. همانطور که تخلخل یک اختلاط با سنگدانه های مناسب اساسا وابسته به منحنی دانه بندی آن است میزان سیمان بحرانی با سنگدانه کنترل خواهد شد. این میزان بحرانی برای سنگدانه های سبک بیشتر از سنگدانه های گرد است و به موازات اینکه اندازه ماکزیمم افزایش می یابد، کاهش خواهد یافت.
  
• جایگزینی نسبی سیمان با خاکستر بادی کارایی را بهبود می بخشد اما مقاومت را تا 28 روز کاهش می دهد. در 90 روزگی مقاومت های حاصل خیلی مشابه با اختلاط های با 100% سیمان پرتلند هستند.
  
• پیمانه های مصرفی بالا یک فوق روان کننده جایگزینی میزان زیادی از سیمان را با خاکستر بادی مجاز می کند. در حالی که کارایی و مقاومت را حفظ می کند. این بتن با خاکستر بادی حجیم نمونه ای می باشد.
  
• سرباره در جایگزینی نسبی لزوما توسعه مقاومت در سنین اولیه را به تاخیر می اندازد.
  
• بدون یک افزودنی کاهنده آب، فوم سیلیکا فشرده کارایی را کاهش می دهد.
  
• برای بتن با مقاومت معمولی، یک اندازه حداکثر سنگدانه (MSA) بزرگتر مصرف بتن را کاهش می دهد.
  
• فوم سیلیکا افزایشی بیشتر در مقاومت با فوق روان کننده ها را ارائه می دهد.
  
• برای بتن با کارایی بالا، اثر MSA چشمگیر نیست. برخی محققان ادعا می کنند که یک اندازه سنگدانه کوچک تر ترجیح دارد.
  
• هوای محبوس برای کارایی خوب است، نه برای مقاومت.
  
• هوی محبوس مقاومت قابل دستیابی حداکثر را کاهش می دهد، اگرچه کارایی بالا عملی است.