کاهنده های آب و روان کننده های بتن

کاهنده های آب

سیمان برای آبگیری کامل و انجام واکنش های شیمیایی خود به 23 تا 27  درصد وزنی آب نیاز دارد. آب مصرفی اضافی در مخلوط بتن صرف ایجاد بستری برای انجام واکنش (جذب سطح ملکولی)، روانی و کارآیی می شود. محبوس شدن آب اضافی در بتن منجر به پیدایش حفره ها و حباب های بزرگ در بتن سخت شده می شود و کاهش مقاومت های مکانیکی و پایایی (دوام) بتن را به همراه دارد. از سوی دیگر، تئلید و به کارگیری بتن با حداقل آب، همواره افزایش مشکلات و هزینه های اجرایی را به دنبال دارد. رایج ترین، اقتصادی ترین و آسان ترین روش برای حل این معضلات، استفاده از افزودنی های کاهنده آب است که از دهه 1930 میلادی به کار گرفته شده اند.

افزودنی های کاهنده آب مواد آلی یا ترکیبی از مواد آلی و معدنی هستند که برای افزایش روانی بتن در مقدار آب معین، یا کاهش مقدار آب مصرفی با حفظ روانی، یا هر دو به کار می روند. برخی از این افزودنی ها ممکن است دارای تاثیرات جانبی کُندگیری، زودگیری، زود سخت کنندگی یا هوازایی در بتن باشند که در هنگام مصرف بایستی در نظر گرفته شوند. ترکیبات و فرآیندهای مختلفی برای تولید کاهنده های آب به کار می روند که می توانند منجر به خواص جانبی گوناگون شوند. با اصلاح ساختار برخی از افزودنی های کاهنده آب که دارای اثر کندگیری هستند، می توان آنها را به کاهنده های آب خنثی یا حتی زودگیر تبدیل کرد یا اثر هوازایی آنها را به غیر هوازایی و در مواردی حتی هوازدایی (کاهش مقدار هوا) تغییر داد.

دسته بندی

افزودنی های کاهنده آب به سه گروه اصلی و هر گروه نیز بسته به خواص جانبی خود به دسته های دیگری تقسیم می شوند.

1- روان کننده ها

روان کننده ها که نخستین گروه کاهنده های آب هستند و کاربرد آنها از دهه 1930 میلادی آغاز شده است، بسته به خواص جانبی خود و براساس استاندارد ASTM C494 به دسته های زیر تقسیم می شوند:

• روان کننده (کاهنده آب) معمولی (Type A)
  
• روان کننده (کاهنده آب) کندگیر (Type D)
  
• روان کننده (کاهنده آب) زودگیر (Type E)

روان کننده ها در بسیاری از پروژه های کوچک و بزرگ و به ویژه در بتن های حجیم مانند بدنه سدها و تولید قطعات بزرگ بتنی به کار می روند و می توان آنها را پر مصرف ترین کاهنده های آب به شمار آورد. این افزودنی ها در مقادیر مصرف متعارف، مقدار آب اختلاط بتن را 5 تا 12 درصد کاهش می دهند و در مقادیر زیاد مصرف ممکن است تاثیرات جانبی همچون کندگیری بیش از اندازه یا هوازایی داشته باشند. به همین دلیل دامنه مقدار مصرف آنها محدود است. این افزودنی ها با نام های پلاستی سایرز، کاهنده آب یا روان کننده بتن عرضه و مصرف می شوند.

2- فوق روان کننده ها

فوق روان کننده ها که دومین گروه کاهنده های آب هستند و از دهه 1950 مورد استفاده قرار گرفته اند با عنوان بساکاهنده های آب شناخته می شوند. فوق روان کننده ها براساس استانداردهای ASTM C494 & C1017 به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

• فوق روان کننده معمولی (ASTM C494: Type F)
  
• فوق روان کننده کندگیر (ASTM C494: Type G) 

این افزودنی ها در مقادیر مصرف متعارف، مقدار آب اختلاط بتن را 12 تا 25 درصد کاهش می دهند و نسبت به روان کننده ها تاثیرات جانبی کمتری دارند ولی برخی از آنها در مقادیر مصرف بیش از اندازه موجب کندگیری یا هوازایی می شوند. از خصوصیات فوق روان کننده ها می توان گفت که عموماً فوق روان کننده ها در مقادیر مصرف خیلی کم، روانی کمتری نسبت به روان کننده ها (در مقدار یکسان) ایجاد می کنند.

نکته: به دلیل اثرات نامطلوب مصرف بیش از اندازه روان کننده ها، نمی توان آنها را در مقادیر زیاد به جای فوق روان کننده ها به کار برد.
نکته: در مقادیر مصرف بیش از اندازه فوق روان کننده ها در مخلوط های بتن با دانه بندی نامناسب، ممکن است جداشدگی و آب انداختگی افزایش یابد.

3- فرا روان کننده ها (Ultra high range water reducers)

این افزودنی ها که سومین گروه کاهنده های آب هستند از دهه ی 1990 میلادی مورد استفاده قرار گرفته اند و با نام های فوق روان کننده توانمند یا ابر روان کننده نیز شناخته می شوند. هر چند این افزودنی ها ویژگی های منحصر به فردی نسبت به فوق روان کننده ها دارند ولی در حال حاضر در همان دسته بندی فوق روان کننده ها یعنی ASTM C494: Type F & G و ASTM C1017: Type I & II جای می گیرند.

اگر چه می توان آنها را در گروه افزودنی های خاص (Type S) که از سال 2011 میلادی به استاندارد ASTM C494 اضافه شد قرار داد. این افزودنی ها مقدار آب اختلاط بتن را بیش از 25 درصد کاهش می دهند و نسبت به روان کننده ها و فوق روان کننده ها تاثیرات جانبی کمتری دارند. عموماً فرا روان کننده ها (در مقدار مصرف یکسان) دارند. ویژگی های منحصر به فرد این افزودنی ها از جمله تولید بتن های توانمند، خود تراز، خود متراکم و با مقاومت های خیلی زودرس و خیلی زیاد از یک سو و صرفه جویی در انرژی مصرفی، کاهش هزینه های اجرایی و سازگاری زیست محیطی از سوی دیگر، باعث گسترش روز افزون کاربرد آنها در کشورهای مختلف جهان شده است.

نکته: فرآیند تولید این افزودنی ها این امکان را فراهم می آورد که براساس نیاز هر صنعت یا مشخصات فنی و شرایط اجرایی هر پروژه، فرا روان کننده ای سازگار و مناسب تولید کرد (برازش پذیری).

نکته: مراکز تحقیقاتی جهان، شرکت های تولید کننده افزودنی های بتن و سازمان های مرتبط با صنعت ساخت و ساز همواره در جستجوی یافتن مواد شیمیایی جدید با کارآیی و تاثیر بهتر بر عملکرد مخلوط های بتنی هستند و احتمال پیدایش و عرضه محصولات جدید همچنان وجود دارد.

نکته: با توجه به خاصیت پخش کنندگی بسیار زیاد فرا روان کننده، تاثیر آن بر احتمال جداشدگی و آب انداختگی در مخلوط های بتن با دانه بندی نامناسب به مراتب بیشتر از سایر کاهنده های آب است.

مکانیزم عملکرد کاهنده های آب

کاهنده های آب از نوع افزودنی های با عملکرد فیزیکی هستند و تاثیر مستقیمی بر فرآیند آبگیری سیمان ندارند. بخش اصلی افزودنی های کاهنده ی آب، عوامل اثر کننده بر سطح هستند. عوامل اثر کننده بر سطح موادی هستند که در سطح مشترک بین دو فاز آمیخته نشدنی متمرکز می شوند و نیروهای فیزیکی شیمیایی موثر بر این سطح را تغییر می دهند. در مخلوطی که از مواد کاهنده آب استفاده نشود، ذرات سیمان به یکدیگر می چسبند و لخته می شوند. مکانیزم کلی عملکرد این افزودنی ها، کاهش کشش سطحی آب و نیروهای جاذبه بین ذرات و کمک به جدایش و بهبود پخش شوندگی دانه های سیمان از یکدیگر است. این مکانیزم علاوه بر فراهم کردن حرکت آزادانه ذرات سیمان به دلیل جدایش آنها از یکدیگر، آب محبوس در لخته های سیمانی را نیز آزاد و صرف بهبود روانی مخلوط بتن می کند. روان کننده ها به یکی از شیوه ای زیر نیروی جاذبه بین ذرات سیمان را کاهش می دهند و به پراکنده شدن آنها کمک می کنند.

• کاهش کشش بین سطحی 
  
• جذب چند لایه ای مولکول های آلی
  
• افزایش پتانسیل الکتروسینماتیکی
  
• ایجاد لایه ای از مولکول های آب احاطه کننده ذرات
  
• تغییر در ساختار ترکیبات هیدراته شده سیمان

مکانیزم کلی عملکرد فوق روان کننده ها، جدایش و پراکندن دانه های سیمان از یکدیگر به کمک نیروهای دافعه ناشی از بارهای الکتروستاتیکی است. ذرات سیمان در مراحل آسیاب و در اثر ترکیب با آب دارای بار سطحی الکتروستاتیکی می شوند، در این حالت تمایل دارند که به یکدیگر بچسبند. فوق روان کننده ها در زمان ختلاط، جذب سطح دانه های سیمان می شوند و به آنها بار منفی می دهند که منجر به ایجاد نیروی دافعه بین ذرات سیمان و پراکندن آنها می شوند.

این اثر به نام "پخش کنندگی" شناخته می شود. مکانیزم پخش کنندگی الکتروستاتیکی علاوه بر پخش کردن دانه های سیمان، آب محبوس در لخته های سیمانی را نیز آزاد و صرف بهبود روانی مخلوط بتن می کند فراروان کننده ها با توجه به ساختار مولکولی و با استفاده از همان اصل بارهای الکتروستاتیکی نه تنها ذرات سیمان را بهتر از روان کننده ها و فوق روان کننده ها پخش می کنند (تاثیر اولیه) بلکه به دلیل داشتن شاخه های جانبی در زنجیره مولکولی، از جذب شدن ذرات سیمان پخش شده نیز ممانعت به عمل می آورند (تاثیر ثانویه). تاثیر ثانویه فراروان کننده ها در اصطلاح شیمیایی "ممانعت فضایی" نامیده می شود که به دلیل ساختار و آرایش مولکول ها یا اتم های مجاور یکدیگر ایجاد می شود.

ترکیبات شیمیایی و مواد تشکیل دهنده

ترکیبات موادی که به عنوان کاهنده آب به کار می روند، معمولاً شامل مواد شیمیایی زیر هستند که ممکن است به تنهایی یا در ترکیب با سایر مواد آلی و غیر آلی، فعال یا خنثی مورد استفاده قرار گیرند.

1- روان کننده ها

گستره ی وسیعی از مواد روان کننده با ویژگی ها و خواص جانبی گوناگون تولید و ارائه می شوند که بخش اصلی مواد تشکیل دهنده آنها عبارتند از:

• مشتقات و ترکیبات اسید لیگنوسولفونیک و نمک های آنها (لیگنوسولفونات ها)
  
• مشتقات و ترکیبات اسید هیدروکسی کربوکسیلیک و نمک های آنها
  
• پلیمرهای هیدروکسیل دار
  
• مواد غیر یونی اثر کننده بر سطح

2- فوق روان کننده ها

بخش اصلی مواد تشکیل دهنده فوق روان کننده عبارتند از:

• لیگنوسولفونات های اصلاح شده
  
• نمک های تغلیظ شده ملامین سولفونات (ملامین فرم آلدهید سولفوناته)
  
• نمک های اسید نفتالین سولفونیک تغلیظ شده با وزن ملکولی بالا (نفتالین فرم آلدهید سولفوناته)
  
• سایر پلیمرهای مصنوعی مانند پلی استایرن سولفوناته، پلیمرهای هیدروکسیل دار، و برخی از کوپلیمرهای محلول در آب، یا ترکیبی از آنها

3-فراروان کننده ها

فراروان کننده ها عمدتاً بر پایه پلیمرهای مصنوعی زیر هستند:

• پلی کربکسیلیک اتر، اسید اکریلیک، متوکسی پلی اتیلن و انیدرید مالییک
  
• کوپلیمرهای کربوکسیلیک آکریلیک استر

کاربرد

افزودنی های کاهنده آب پاسخگوی نیازهای متعددی در کارگاه هستند که از آن جمله می توان به کاهش آب بتن، تولید بتن با مقاومت زیاد، صرفه جویی در مصرف سیمان بدون کاهش مقاومت بتن، افزایش کارآیی بتن بدون افزودن آب، بهبود خواص بتن هایی که دارای سنگدانه های خشن یا دانه بندی نامناسب هستند، سهولت در پمپاژ، بتن ریزی در مکان هایی که دسترسی کمتری دارند، یا ترکیبی از موارد فوق اشاره کرد.

روانی بتن که با اسلامپ سنجیده می شود، برای بتنی با نسبت ها و اجزای معین، به مقدار آب اختلاط بستگی دارد. عملکرد اصلی افزودنی های کاهنده ی آب، توانایی آنها در کاهش مقدار آب اختلاط است. براساس این عملکرد می توان کاربرد آنها را به سه شیوه در بتن مورد بررسی و ارزیابی قرار داد.

• با مصرف کاهنده آب ضمن ثابت نگه داشتن مقدار سیمان و روانی بتن، می توان مقدار آب اختلاط و در نتیجه نسبت آب به سیمان را کاهش داد (اثر کاهندگی آب اختلاط) و به بتنی با روانی یکسان و مقاومت مکانیکی بیشتر از بتن شاهد (بدون افزودنی) دست یافت.
• با مصرف کاهنده آب، ضمن ثابت نگه داشتن مقدار آب و سیمان بتن، روانی و کارآیی بتن افزایش 
  می یابد (اثر روان کنندگی).
• در برخی بتن ها با مصرف کاهنده آب ضمن ثابت نگه داشتن روانی و نسبت آب به سیمان، می توان آب اختلاط و مقدار سیمان اضافی را کاهش داد.

در حال حاضر بدون استفاده از افزودنی های کاهنده آب به ویژه فوق روان کننده ها و فراروان کننده ها دستیابی به برخی بتن های ویژه مانند خود تراز، بتن خود تراکم، بتن های با مقاومت خیلی زودرس و بی نیاز از بخاردهی، بتن خیلی روان و بتن توانمند، بسیار پرهزینه و در مواردی غیر ممکن است. اگر چه به نظر می رسد با افزایش مقدار سیمان مصرفی می توان به برخی از این ویژگی ها دست یافت ولی افزایش بیش از اندازه سیمان به دلیل تمایل ذرات سیمان به لخته شدن و افزایش چسبندگی بیش از اندازه مخلوط و افزایش مشکلات اجرایی از یک سو و افزایش تغییر شکل های دراز مدت بتن سخت شده (جمع شدگی و خزش) از سوی دیگر، نه تنها از نظر فنی راهکار مناسب و کارآمدی نیست بلکه غیراقتصادی نیز می باشد. برای دستیابی به این ویژگی ها، فراروان کننده ها به دلیل تاثیرات جانبی کمتری که نسبت به روان کننده ها و فوق روان کننده ها دارند، کاربرد گسترده تری دارند.

تاثیر کاهنده های آب بر ویژگی های بتن تازه

افزودنی های کاهنده آب علاوه بر کاهش مقدار آب مخلوط بتن تازه، بر برخی دیگر از خواص آن نیز تاثیر می گذارند.

1-زمان گیرش

زمان گیرش بتن به ترکیبات شیمیایی و اندازه ذرات سیمان، دما و نسبت آب به سیمان بستگی دارد. در بتنی با دما و نسبت آب به سیمان معین، کاهنده های آب به دلیل پخش کردن ذرات سیمان و به تاخیر انداختن به هم چسبیدن و لخته شدن ذرات و محصولات آبگیری سیمان به یکدیگر (گیرش فیزیکی)، کارایی بتن را افزایش و گیرش اولیه بتن را به تاخیر می اندازند. از سوی دیگر، پخش شدن ذرات سمان امکان آبگیری بهتر و همه جانبه ی آنها را فراهم می کند که می تواند تسریع واکنش و تولید محصولات آبگیری را به دنبال داشته باشد. بنابراین هر چقدر پخش کنندگی افزودنی های کاهنده آب بیشتر باشد (از روان کننده به فراروان کننده) تاثیر کندگیری آنها کاهش می یابد.

برخی از روان کننده ها مانند لیگنوسولفونات ها و اسیدهای هیدروکسی کربوکسیلیک در مقادیر مصرف متعارف و در دماهای 18 تا 38 درجه سانتی گراد معمولاً 1 تا 3 ساعت تاخیر در گیرش بتن بوجود  می آورند. با افزایش مقدار مصرف روان کننده ها، تاخیر در زمان گیرش بتن نیز افزایش می یابد. اغلب فوق روان کننده های در مقادیر مصرف متعارف، کندگیری قابل توجهی ندارند یا کندگیری آنها کاملاً کنترل شده است. در بتن هایی که با سیمان پرتلند نوع 5 ساخته می شوند و دارای فوق روان کننده هستند، صرف نظر از نسبت آب به سیمان و نوع فوق روان کننده مصرفی، زمان گیرش اولیه و نهایی حدود یک ساعت افزایش می یابد. بعضی از فراروان کننده ها زمان گیرش نهایی بتن را کاهش می دهند.

2-هوازایی

برخی از روان کننده ها کشش سطحی آب را کاهش می دهند و مقداری حباب هوا در بتن ایجاد می کنند. لیگنوسولفونات ها شناخته شده ترین کاهنده های آب هستند که خاصیت هوازایی دارند. مقدار هوای وارده توسط این مواد معمولاض بین 2 تا 6 درصد متغیر است، اگر چه مقادیر بیشتر نیز تاکنون گزارش شده است. هوازایی روان کننده ها را می توان با اصلاح فرمول شیمیایی کنترل کرد، معمولاً لیگنوسولفونات های اصلاح شده کمتر از یک درصد حباب هوا ایجاد می کنند. فوق وران کننده ها و فراروان کننده ها اصولاً خاصیت هوازایی کمتری دارند ولی ممکن است روی توان هوازایی برخی از سیمان ها و مواد هوازا تاثیر گذار باشند و باعث تغییر در میزان هوای بتن شوند. افزایش روانی مخلوط بتن به ازدیاد تشکیل حباب های هوا در حین اختلاط کمک می کند ولی بتن های محتوی فوق روان کننده در مقایسه با بتن شاهد (با روانی یکسان)، فرصت خروج آسان تر حباب های هوای محبوس را در حین عملیات انتقال و بتن ریزی فراهم 
می کنند. فوق روان کننده های برپایه ملامین در مقایسه با نوع نفتالینی نه تنها هوای محبوس کمتری ایجاد می کنند بلکه افت مقدار هوای سریع تری نیز دارند.

فراروان کننده ها عموماً خاصیت هوازایی ندارند و پس از اتمام اختلاط بتن به دلیل سهولت حرکت اجزای بتن، موجب جابجایی و جای گیری ذرات در درون فضاهای خالی بین یکدیگر می شوند و حباب های هوای محبوس را به سطح بتن می رانند. افزودنی های کاهنده آب در بتن های هوازایی شده، پایداری حباب های هوا را بهبود می بخشند و میزان تاثیر و راندمان افزودنی ��ای هوازا را افزایش می دهند.

3- کارآیی

کارآیی خصوصیتی از بتن یا ملات تازه است که آسانی یا دشواری اختلاط، ریختن، تراکم و پرداخت کردن آن را بیان می کند. موضوع کارآیی و سنجش آن همواره در بتن ریزی ها مطرح می شود ولی از آنجا که کارآیی بتن فقط به ویژگی های خود بتن به تنهایی بستگی ندارد و به عوامل دیگری مانند نوع کار و تجهیزات موجود در کارگاه نیز بستگی دارد لذا ابزار مناسبی برای سنجش کارآیی در کارگاه ها وجود ندارد. معمولاً روانی بتن که به وسیله آزمایش اسلامپ اندازه گیری می شود نشانه ای از کارآیی بتن به شمار 
می آید درحالی که ممکن است دو نمونه با روانی یکسان، دارای کارایی متفاوتی باشند. بتن های محتوی افزودنی های کاهنده آب معمولاً کارآیی بهتری از خود نشان می دهند و میل به جاگیری در قالب و پرداخت سطح آنها بهتر از بتن های با روانی مشابه ولی بدون افزودنی است. این موضوع به ویژه در مورد بتن های سفت (با اسلامپ خیلی کم) نمایان تر است. بتن حاوی این افزودنی ها تمایل کمتری به جداشدگی دارد (به شرط دقیق بودن دانه بندی) و در هنگام لرزاندن می توان روانی و تحرک بهتر اجزا را مشاهده نمود ضمن اینکه کارآیی بهتر این نوع بتن، نیاز به لرزاندن را کاهش می دهد و صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی و نیروی انسانی پدید می آورد.

هوازایی برخی از کاهنده های آب که به عنوان یک اثر جانبی مطرح می شود، در مخلوط های بتن با ریزدانه ناکافی می تواند چسبندگی داخلی بین دانه های سنگی را تا حدودی افزایش دهد (به فصل هوازاها مراجعه شود) و حالت خمیری و کارآیی بتن را بهبود بخشد.

4- آب انداختگی

تاثیر همه افزودنی های کاهنده آب بر آب انداختگی یکسان نیست، به عنوان مثال نمک های اسید هیدروکسی کربوکسلیک موجب افزایش آب انداختگی می شوند در حالیکه مشتقات و ترکیبات اصلاح شده آنها تاثیری بر پدیده آب انداختگی ندارند. لیگنوسولفونات ها و مشتقات آنها آب انداختگی بتن تازه را کاهش می دهند که بخشی از این خاصیت آنها به دلیل ایجاد حباب هوا در بتن است. فوق وران کننده ها و فراروان کننده ها معمولاً آب انداختگی و جداشدگی را کاهش می دهند به ز در مواردی که مقدار مصرف افزودنی بیش از اندازه باشد. گاهی آب انداختگی و جداشدگی بتن تازه پس از اضافه کردن فوق روان کننده و فراروان کننده ها به دلیل اشکال دانه بندی سنگدانه ها است و نه تاثیر منفی افزودنی، در چنین شرایطی با اصلاح دانه بندی به خصوص افزایش ریزدانه ها می توان جداشدگی را کاهش داد.

5- روند افت روانی (اسلامپ)

روند افت روانی که بیانگر مقدار کاهش روانی در واحد زمان است، در بتن های محتوی افزودنی کاهنده آب، بیشتر از بتن شاهد (با اسلامپ اولیه یکسان) است. بتن های حاوی فوق روان کننده در مقایسه با بتن های حاوی روان کننده که اسلامپ اولیه یکسانی داشته باشند از روند افت روانی بیشتری برخوردارند. فراروان کننده ها اگر چه نسبت به بتن شاهد روند افت روانی بیشتری دارند ولی نسبت به فوق روان کننده ها از توان حفظ روانی (اسلامپ) بیشتری برخوردارند.

یکی از مزایای اصلی استفاده از فوق روان کننده ها و فراروان کننده ها در بتن افزایش قابل توجه اسلامپ و روانی آن است ولی زمان قابل کارکردن به دلیل افت اسلامپ به شدت کاهش می یابد که می تواند سبب بروز مشکلات اجرایی شود. برای حل این مشکل در مورد فوق روان کننده ها می توان بخشی از فوق روان کننده را در محل ساخت بتن و بخش دیگر را در محل بتن ریزی به مخلوط اضافه کرد تا زمان قابل کار کردن افزایش یابد، یا از فوق روان کننده های کندگیر استفاده کرد. در مورد فراروان کننده ها می توان روانی بتن را در هنگام ساخت به گونه ای تنظیم کرد (با اسلامپ بالاتر) که روانی مورد نظر را در پای کار تامین کند یا در هنگام ساخت بتن، در صورت نیاز جهت سهولت در اختلاط و حمل، از یک روان کننده سازگار در مقادیر کم استفاده کرد و فراروان کننده را در پای کار به بتن افزود. فرصت کار با یک بتن به عوامل متعددی بستگی دارد که از آن جمله می توان به: نوع و مقدار افزودنی کاهنده آب، فاصله زمانی بین ساختن و ریختن بتن، زمان اضافه کردن کاهنده آب، مصرف سایر افزودنی های شیمیایی، ویژگی ها و درجه حرارت سیمان و بتن، روانی اولیه بتن و دمای محیط اشاره کرد.

6- پرداخت پذیری

روان کننده ها معمولاً در پرداخت سطح بتن بسیار موثرند درحالی که سطح بتن های محتوی فوق روان کننده به دلیل کاهش آب انداختگی و افت سریع روانی به سختی پرداخت می شوند، مضافاً اینکه تمایل به پوسته شدن و یا ترک های ناشی از جمع شدگی خمیری در این نوع بتن ها بیشتر است، به همین دلیل در اینگونه مواقع بایستی سطح بتن را با روش هایی چون مرطوب کردن، استفاده از مواد تاخیر دهنده تبخیر، یا هر روش مناسب دیگری از خشک شدن حفظ نماییم. این روش ها بایستی با دقت انجام پذیرند تا تاثیر نامناسبی بر دوام سطح بتن بوجود نیاورند.

7- تراکم پذیری

افزودنی های کاهنده های آب امکان حرکت و لغزش ذرات برر وی یکدیگر را در داخل مخلوط بتن فراهم می کنند و خواص ریولوژیک بتن تازه و رفتار آن را در هنگام ارتعاش و متراکم شدن بهبود می بخشند. برای متراکم کردن بتن های دارای افزودنی کاهنده آب در مقایسه با بتن شاهد به انرژی کمتری نیاز است. این اثر در بتن های با روانی (اسلامپ) کم و به ویژه در بتن های بدون اسلامپ نمایان تر است. در بتن های دارای مقادیر کافی فراروان کننده به دلیل سهولت حرکت و لغزش ذرات بر روی یکدیگر بدون نیاز به لرزاندن، اجزای بتن در اثر وزن خود فضاهای خالی را پر می کنند و متراکم می شوند (بتن خود متراکم) در حالیکه در بتن های بدون فراروان کننده به دلیل پدیده لخته شدگی ذرات سیمان و ریزدانه ها، هر چقدر هم که روانی افزایش یابد نمی توان به بتن خود متراکم دست یافت.

تاثیر بر ویژگی های بتن سخت شده

1-مقاومت

استفاده از مواد کاهنده آب اگر با کاهش نسبت آب به سیمان همراه باشد افزایش مقاومت را به دنبال دارد ضمن اینکه در صورت ثابت بودن نسبت آب به سیمان نیز به دلیل پخش کردن بهتر ذرات سیمان سبب بهبود فرآیند آبگیری و افزایش جزیی مقاومت می شود.

نکته: تاثیر کاهنده های آب بر مقاومت بتن صرفاً به دلیل تاثیر آنها بر بتن تازه در زمان های اولیه است و نه فعال بودن آنها در بتن سخت شده.
کاهنده های آب کندگیر، مقاومت 24 ساعته را به خصوص در مناطق گرمسیر افزایش می دهند، البته ممکن است مقاومت در ساعات اولیه بتن تحت تاثیر کندگیری کاهش یابد. کاهنده های آب در مقدار سیمان و روانی یکسان (در مقایسه با بتن شاهد) مقاومت بتن را افزایش می دهند یا برای رسیدن به مقاومتی مشخص باعث صرفه جویی قابل ملاحظه در مصرف سیمان می شوند.

اگر افزودنی فوق روان کننده همراه با کاهش آب بتن باشد مقاومت فشاری را تا 25 درصد یا حتی بیشتر افزایش می دهد. این افزایش مقاومت با استفاده از فراروان کننده ها به مراتب محسوس تر است و تولید بتن هایی با مقاومت فشاری 70 مگاپاسکال و بیشتر در شرایط کارگاهی به آسانی قابل طراحی و تولید می باشد. مقاومت خمشی بتن های دارای این افزودنی ها بهبود می یابد ولی نسبت افزایش آن در مقایسه با مقاومت فشاری کمتر است.

2- جمع شدگی (تکیدگی) و خزش

گزارش ها و اطلاعات متفاوتی در مورد تاثیر کاهنده های آب بر پدیده جمع شدگی و خزش وجود دارد. گرچه متناسب با کاهش مقدار آب بتن، جمع شدگی دراز مدت کمتر می شود و به همین منوال افزایش مقاومت فشاری بتن باعث کاهش خزش می شود ولی بطور کلی می توان گفت حتی مصرف مقادیر ثابتی از افزودنی ها زمانی که همراه با سیمان های مختلف مصرف می شوند، تاثیر متفاوتی بر جمع شدگی و خزش بتن سخت شده دارند.

3- دوام (پایایی)

به طور کلی کاهنده های آب به دلیل پخش کردن ذرات سیمان و بهبود فرآیند آبگیری و نیز بهبود تراکم پذیری، سبب کاهش تخلخل و جذب مویینگی می شوند و در نتیجه نفوذپذیری بتن کاهش و دوان آن در برابر عوامل مهاجم افزایش می یابد. در بتن های هوازایی شده، استفاده از کاهنده های آب سبب افزایش مقاومت جداره حباب های هوا و بهبود پایایی بتن در برابر چرخه های یخ زدن و آب شدن می شود.

تاثیر مواد متشکله بتن بر عملکرد کاهنده های آب

همانگونه که وجود یک افزودنی بر روی نسبت اجزا و ویژگی های بتن تاثیر می گذارند، خواص و مقدار اجزای تشکیل دهنده بتن نیز تاثیرات متقابلی بر عملکرد افزودنی دارد. مقدار، نوع و ترکیبات شیمیایی سیمان بر عملکرد کاهنده های آب تاثیر می گذارد. با افزایش مقدار سیمان، نسبت مصرف فوق روان کننده به سیمان کاهش می یابد. سیمان های نوع 2 و 5 در مقایسه با سیمان های نوع 1 و 3 به کاهنده آب کمتری نیاز دارند. ترکیبات شیمیایی سیمان به ویژه نسبت C3A/C3S و مقدار C3A در سیمان از راندمان روان کننده های لیگنوسولفوناتی کاسته می شود. با افزایش مقدار قلیایی های سیمان میزان تاثیر و حفظ روانی روان کننده ها در بتن کاهش می یابد.

در بتن هایی که برای کاهش نسبت آب به سیمان از کاهنده آب پایه سولفوناتی استفاده شده باشد، در مواردی که آهنگ انحلال پذیری یون های سولفات (SO4-) موجود در سیمان نامناسب و ناکافی باشد ممکن است آلومینات های سیمان با انتهای سولفوناته مولکول کاهنده آب (یعنی SO3-) واکنش نشان دهند و سبب افت روانی و اسلامپ در بتن تازه شوند.

شکل و بافت سطحی سنگدانه ها بر عملکرد کاهنده های آب تاثیر گذار است. سنگدانه های گرد گوشه در مقایسه با سنگدانه های تیزگوشه مقدار روان کننده کمتری را برای رسیدن به یک روانی مشخص لازم دارند. برای دستیابی به یک روانی مشخص هر چقدر بافت سطحی سنگدانه ها زبرتر باشد مقدار مورد نیاز افزودنی کاهنده آب افزایش می یابد.

پوزولان ها به جز خاکستر بادی، عموماً به دلیل افزایش چشمگیر سطح جانبی دانه ها و تمایل به لخته شدن، کارآیی و روانی بتن را به شدت کاهش می دهند و به همین دلیل توصیه می شود که در بتن های دارای پوزولان و به ویژه دوده سیلیسی از فوق روان کننده یا فراروان کننده استفاده شود. در مجموع مطالعه، بررسی و انجام آزمایش های کارگاهی برای مشخص کردن تاثیر مواد متشکله بتن  بر افزودنی های کاهنده آب به شدت توصیه می شود.

تاثیر عوامل محیطی و اجرایی

بدون شک عواملی مانند: دما، رطوبت، سرعت وزش باد، ماشین آلات و تجهیزات تولید و انتقال بتن، زمان بین تولید و ریختن بتن، زمان حمل و مهارت نیروهای اجرایی از جمله عوامل مهم و تاثیر گذار در عملکرد افزودنی های کاهنده آب می باشند.

به دلیل آنکه دما در زمان گیرش، کارآیی و روند کسب مقاومت اولیه بتن بسیار موثر است، برای دستیابی به نتایج موثر معمولاً افزودنی های کاهنده آب در سه گروه با تاثیرهای زودگیری، خنثی و دیرگیری عرضه می شوند.

رطوبت موجود در هوا و سرعت وزش باد بر زمان کارآیی بتن تاثیر می گذارند در نتیجه برای حفظ کارآیی در چنین شرایطی ممکن است مقدار مصرف یا حتی نوع کاهنده آب تغییر یابد.
با توجه به اینکه مقدار مصرف افزودنی های کاهنده آب به نسبت سیمان موجود در طرح اختلاط تعریف می شود، لازم است ماشین آلات تولید بتن از حساسیت کافی برای پیمانه کردن آب، سیمان، سنگدانه و مواد افزودنی برخوردار باشند. در غیر این صورت مقادیر متفاوتی در هر نوبت وارد مخلوط کن می شود و نتایج متفاوتی نیز در بر خواهد داشت.

رهنمودهای اجرایی در کارگاه

افزودنی های کاهنده آب در حالت مایع اندازه گیری و مصرف می شوند و چنانچه این افزودنی ها به شکل جامد (پودر) تحویل شوند، لازم است ابتدا بر طبق پیشنهاد تولید کننده محلولی با درصد جامد مناسب از آن تهیه و سپس مصرف شوند. چگالی افزودنی های ارسالی مایع یا آنهایی که در کارگاه به مایع تبدیل شده اند بایستی براساس معیار و استانداردی که تولید کننده معرفی می کند سنجیده و با آن مقایسه شود. برای این منظور می توان به سهولت و با استفاده از وسایلی چون مایع سنج یا چگالی سنج، درصد جامد و غلظت مناسب آن را بررسی نمود. این عمل بایستی در دمای استاندارد انجام و نتایج آن به عنوان بخشی از عمل کنترل کیفیت ثبت و نگه داری شود.

تمامی افزودنی های کاهنده آب در محدوده زمانی معین بر مخلوط بتن تاثیر می گذارند و به محض اتمام این محدوده زمانی، بتن به حالت قبل از مصرف افزودنی بر می گردد، بنابراین زمان افزودن آنها بایستی به گونه ای تنظیم شود که حداکثر کارآیی حاصل به دست آید. در حمل های طولانی بتن که احتمال اتمام خاصیت افزودنی وجود دارد، بهتر است که افزودنی در محل بتن ریزی به مخلوط اضافه تا فرصت کافی برای ریختن، لرزاندن، پرداخت و کارهای تکمیلی فراهم شود.

افزودنی های کاهنده آب را نباید به سیمان خشک اضافه کرد، بهتر است آنها را بعد از افزودن بخشی از آب اختلاط (به همراه آب تنظیم) به بتن اضافه کرد. در طرح اختلاط های دارای این افزودنی ها، به خصوص در بتن های با اسلامپ بیشتر از 70 میلی متر از لرزاندن (ویبره کردن) بیش از اندازه پرهیز شود زیرا باعث جداشدگی و آب انداختگی می شود. البته آب انداختگی مختصر در سطح بتن در انجام پرداخت سطحی مفید است.

رهنمودهای کاربردی

چنانچه اطلاعات کافی و معتبر از کاربرد یک افزودنی در دسترس نباشد، بهترین روش برای بررسی تاثیر افزودنی بر خواص بتن انجام آزمایش های کارگاهی است. لازم است این آزمایش ها با توجه به اوضاع جوی پیش بینی شده، روش و امکانات عملی ساخت بتن و با استفاده از مصالح مصرفی کارگاه انجام پذیرد. پارامترهایی که انتظار می رود در اثر به کار بردن کاهنده آب در طرح اختلاط بتن تغییر کنند عبارتند از: مقدار هوا، روانی، آب انداختن، جداشدگی، زمان و روند گیرش و مقاومت های مکانیکی.

قبل از شروع کار اصلی بهتر است تعداد کافی طرح اختلاط در آزمایشگاه کارگاه، تهیه و آزمایش شود و با مقایسه آنها طرح های بهینه برای اجرا برگزیده شوند. اگر چه راهنمایی های بسیار مفیدی در آیین نامه های معتبر بین المللی و استانداردهای ساختمانی ایران برای کاربرد افزودنی های شیمیایی وجود دارد ولی اغلب آنها برای شرایط استاندارد و آزمایشگاهی در نظر گرفته شده اند. بنابراین بهتر است ضمن پیروی از آنها اقدام به انجام آزمایش های کارگاهی نزدیک به شرایط واقعی کاربردی در کارگاه کرد.

همواره لازم است طرح اختلاط اینگونه بتن ها مجدداً بررسی شود. چنانچه یک طرح بتن دارای کارآیی و قابلیت پرداخت مناسب باشد و بخواهیم به آن افزودنی کاهنده آب بیافزاییم، مقادیر آب، سیمان یا مقدار هوا تغییر می کند و باعث تغییر در حجم کل بتن می شود. در اینگونه موارد برای جبران کاهش حجم کل، می توان به اندازه مقادیر کاهش یافته آب به سیمان، مقادیر متناسبی از ترکیب سنگدانه های ریز و درشت را به بتن اضافه کرد. روش طراحی و تنظیم مخلوط ها در ACI 211.1 شرح داده شده است.

با توجه به اینکه اغلب افزودنی های کاهنده آب، مواد محلول در آب هستند لازم است در هنگام محاسبه آب اختلاط و نسبت آب به سیمان، مقدار آب موجود در این افزودنی ها محاسبه و معادل آن از آب اختلاط کاسته شود ولی بخش جامد آنها که نسبت به حجم کل بتن ناچیز هستند معمولاً نادیده گرفته می شود.

مخازن نگه داری افزودنی ها باید به آسانی قابل شناسایی باشند و محلول ها در برابر آلودگی، تبخیر، رقیق شدن، دمای بسیار بالا و یخ زدگی محافظت شوند. توجه به زمان انبارداری هر افزودنی براساس توصیه تولید کننده آن ضروری است. اختلاط دو یا چند افزودنی با هم مجاز نمی باشد مگر اینکه سازگاری آنها با یکدیگر قبلاً توسط تولید کننده بلامانع اعلام شود، در غیر این صورت بایستی افزودنی ها به طور جداگانه پیمانه و به مخلوط اضافه شوند. برای مثال ممکن است روان کننده ای با یک ماده هوازا سازگاری نداشته باشد و بنابراین هر کدام باید در مخزن جداگانه نگه داری و با فاصله زمانی مناسب وارد مخلوط کن بتن شوند. با توجه به اینکه این افزودنی ها معمولاً در مقایدر بسیار کم و براساس نسبت های کوچک سیمان مصرف 
می شوند، لازم است لوازم اندازه گیری دقیقی برای پیمانه کردن آنها در کارگاه فراهم و آموزش های لازم در مورد حساسیت و تاثیرات منفی احتمالی ناشی از مصارف نادرست به کاربران داده شود.

ارزیابی و انتخاب افزودنی کاهنده آب

در ارزیابی افزودنی های کاهنده آب، موارد زیر نیز بایستی در نظر گرفته شوند. از آنجایی که این افزودنی ها عموماً مقاومت های بتن را افزایش می دهند و این فرصت را فراهم می آورند که مقدار سیمان کمتری مصرف شود، علاوه بر ایجاد صرفه جویی اقتصادی در طرح می توانند حرارت آبگیری را کاهش دهند که به خصوص در بتن ریزی های حجیم بسیار موثر است. توجه شود که استفاده از کاهنده های آب به خودی خود باعث کاهش حرارت آبگیری نمی شود بلکه کاهش مقدار سیمان این امر را میسر می سازد. با استفاده از روان کننده کندگیر می توان با اصلاح زمان گیرش حرارت زایی بتن را در سنین اولیه کاهش داد.

برای تولید بتن هایی با مقاومت زیاد (بیشتر از 40 مگاپاسکال) می توان از فوق روان کننده یا فراروان کننده با خاصیت کندگیری در مقادیر زیادتر استفاده نمود که هم باعث کاهش بیشتر آب می شود و هم تاخیری که در گیرش بتن به وجود می آید، موجب آرامش در روند کسب مقاومت اولیه می شود، بتن هایی که به آرامی کسب مقاومت اولیه می کنند عموماً دارای مقاومت های دراز مدت بیشتری هستند. استفاده از روان کننده کندگیر در مقادیر زیاد ممکن است گیرش بتن را دچار مشکل نماید. بتن های حاوی روان کننده زودگیر، سریع تر به مقاومت های اولیه دست پیدا می کنند ولی مقاومت های دراز مدت آنها از رشد کمتری برخوردار است. در طراحی بتن های توانمند استفاده از فوق روان کننده ها و فراروان کننده ها پیشنهاد می شود که می توان آنها را در مقادیر زیادتر و بدون تاثیرات جانبی نامطلوب مصرف نمود ولی بدلیل افت سریع کارآیی در اینگونه بتن ها همواره توصیه می شود که این افزودنی ها در محل مصرف به بتن اضافه شوند.

آیین نامه های معتبر و استانداردهای ساختمانی ایران، مشخصات افزودنی های کاهنده آب و روش ارزیابی آنها در شرایط استاندارد و کنترل شده از قبیل دما، مقدار سیمان، کارآیی، مقدار هوای موجود و سنگدانه های دانه بندی شده را تعیین نموده اند. این آیین نامه ها همچنین حداقل تغییراتی که این افزودنی ها در کاهش مقدار آب، کسب مقاومت، محدوده زمان گیرش، جمع شدگی و پایداری در برابر یخ زدگی و آب شدن به وجود می آروند را معین می کنند، ولی اکثر کاهنده های آب قادرند بهتر از حداقل های خواسته شده در آیین نامه ها کیفیت بتن را بهبود بخشند. به عنوان مثال برخی از روان کننده ها توانایی کاهش آب بتن به میزان بیش از 12 درصد را دارند و فوق روان کننده ها و فراروان کننده ها در برخی موارد تابیش از 30 درصد آب مصرفی را کم می کنند.

کنترل کیفیت

یکنواختی و ثابت بودن یک افزودنی در مراحل مختلف پروژه و ارسال های متعدد به کارگاه بایستی کنترل شده و برابری آن با آزمایش های اولیه به اثبات برسد. آزمون های لازم برای شناسایی و تایید افزودنی ها شامل: تعیین درصد مواد جامد، غلظت ظاهری، طیف سنجی برای مواد آلی، مقدار کلراید، درجه قلیایی (pH)، و برخی موارد دیگر می باشند. آیین نامه های معتبر بین المللی و استانداردهای ساختمانی ایران راهنمایی های لازم برای تعیین یکنواختی افزودنی های شیمیایی را به تفصیل بیان نموده اند. معمولاً با کنترل رنگ، بو، شکل ظاهری و اندازه گیری غلظت و مقدار pH می توان یکنواختی محموله های مختلف افزودنی های وارده به کارگاه را تایید یا رد کرد.