حباب ساز بتن
یکی از منحصربه فرد‌ترین محصولاتی که امروزه در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد، حباب ساز بتن یا هوا ساز بتن است که باعث می‌شود خواص بتن در حالت تازه و سخت شده، تقویت شود. وقتی که مواد حباب ساز به بتن افزوده می‌شود، حباب‌های ریز و یکنواخت هوا در داخل بتن و میان سنگدانه‌ها ایجاد می‌شود و بعد از سخت شدن بتن هم باقی می‌مانند. البته با توجه به تشخیص مسئول فنی، ممکن است افزودنی‌های دیگری هم به ترکیبات بتن آماده اضافه شود تا کیفیت مطلوب بتن افزایش یابد.
معمولا مواد حباب ساز در بتن ریزی پروژه‌هایی که شرایط آب و هوای سرد و تغییرات دمایی را تجربه می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. از همین رو کاربرد این محصول بیشتر در بتن ریزی جاده‌ها، فرودگاه‌ها، پیاده رو‌ها و ... است. در واقع یکی از اصلی‌ترین دلایل استفاده از حباب ساز بتن، محفاظت از بتن در برابر سیکل‌های یخ زدن و ذوب یخ است. مواد افزدونی هوا ساز بتن، می‌تواند به صورت پودری و یا مایع باشد که طبق دستورالعمل تولید کننده به بتن افزوده می‌شود. با ما همراه باشید تا بیشتر درباره این محصول اطلاعات کسب کنید.
تاریخچه افزودنی حباب ساز بتن
تاریخچه این محصول به دهه 1930 برمی‌گردد که در آمریکا به طور تصادفی کشف شد. در آن زمان، بعد از اتمام روسازی بتنی یک جاده، مشاهده کردند که بتن بعضی از قسمت‌های جاده در مقابل سرما و یخبندان مقاومت بیشتری از خود نشان داده است در حالیکه قسمت‌های دیگر روسازی بتنی، به علت سرما و یخبندان بسیار آسیب دیده بودند. بعد از بررسی‌های انجام شده، متوجه شدند که سیمان مناطقی که در برابر یخبندان مقاومت خوبی داشت، از آسیاب‌هایی به دست آمده‌اند که در گذشته برای خرد کردن چربی گاو در صنعت شمع سازی استفاده می‌شد.
از همین رو نتیجه گرفتند که چربی گاو مقاومت بتن در برابر تغییرات جوی را افزایش داده و در واقع همانند حباب ساز بتن امروزی عمل کرده است. بعد از آن، استفاده از حباب سازها در عمل آوری بتن به صورت آگاهانه انجام گرفت تا مقاومت بتن در مناطقی که دچار تغییرات دمایی زیادی می‌شود، افزایش یابد. در آن زمان، اکثر افزودنی‌های حباب ساز بر اساس نمک‌های رزین چوب بود که محصولات جانبی فرآیند بازیافت حلال‌های مختلف و کلوفون از تنه درخت کاج به شمار می‌رفتند. هوا ساز بتن در ابتدا با نام وینسولو به فروش می‌رفت اما بعد ها نام تجاری وینسول رزین را به خود گرفت. البته امروزه افزودنی‌های این محصول نسبت به گذشته دچار تغییرات زیادی شده است.
روش مصرف حباب ساز بتن
روش استفاده از مواد حباب ساز بدین صورت است که در ابتدا مقدار محاسبه شده از این افزودنی‌ها را با 2 برابر حجم از آب اختلاط بتن رقیق می‌کنند. افزودنی رقیق شده کم کم به بتن در حال اختلاط اضافه می‌شود. البته می‌توان این ماده را به مخلوط آماده بتن هم اضافه کرد و بعد از مخلوط کردن کامل، بتن ریزی را انجام داد. به ازای هر متر مکعب بتن، حداقل 1 دقیقه لازم است تا عملیات میکس انجام گیرد. بهترین زمان اضافه کردن مواد حباب ساز بتن، 5 دقیقه بعد از اختلاط کامل ترکیبات بتن است. نکته مورد توجه این است که نباید این مواد به طور مستقیم روی سیمان خشک ریخته شوند. برای عملکرد بهینه، شایسته است این افزودنی‌ها در بتن خوب دانه بندی شده، توزیع شود.
مواد حباب ساز بتن چیست؟
انواع افزودنی‌های هواساز بتن، در دو دسته مواد جامد و مایع طبقه بندی می‌شوند. انواع جامد شامل گوی‌های پلاستیکی توخالی، آجرهای خرد شده، رس یا شیل منبسط است که افزایش دوام و ماندگاری بتن در مقابل سیکل‌های پیوسته ذوب و یخ را باعث می‌شوند. با توجه به اینکه این مواد در برابر اثرات افزودنی‌های مختلف، روش‌های پرداخت نظیر ماله و شمشه کشی، مکمل‌های سیمانی و بتن ار خود مقاومت نشان می‌دهند، در انجام بعضی پروژه‌ها نسبت به حباب سازهای مایع، در اولویت قرار می‌گیرند.
حباب سازهای محلول که با نام سورفکتانت و یا فعال کننده‌های سطحی هم شناخته می‌شوند، مولکول‌های دو قطبی هستند که با توجه به گروه قطبی خود، در انواع آنیونی، کاتیونی، غیر یونی و آمفوتری طبقه بندی می‌شوند. بر اساس نمک‌های تشکیل دهنده نیز می‌توانند در دسته بندی‌های مختلفی مثل نمک‌های رزین چوب، پاک کننده‌های مصنوعی، نمک‌های لیگنین سولفوناته، نمک‌های اسیدهای نفت خام، نمک‌های مواد پروتئین دار، رزین وینسول، اسیدهای چرب و صنغی و نمک‌های آلی هیدروکربن‌های سوافوناته قرار بگیرند.
مقدار و میزان مصرف حباب ساز بتن چیست؟
افزودن مواد حباب ساز تحت تاثیر عوامل مختلفی مثل نوع سیمان، نسبت آب به سیمان، نوع سنگدانه‌ها و ... است اما به طور معمول، میزان توصیه شده برای استفاده از مواد حباب ساز بتن، 2/0 الی 5/0 درصد وزن سیمان مصرف شده است. در حالت طبیعی میزان هوای مجاز موجود در بتن بعد از افزودن این مواد، 4 تا 6 درصد است. برای اینکه مواد حباب ساز را اضافه کنید، باید آن را با کل آب اختلاط بتن یا بخشی از آن ترکیب کنید و سپس به مواد خشک بیفزایید.
هر چقدر که مواد حباب ساز بیشتر باشد، حباب‌های هوای بیشتری تولید خواهد شد اما اگر این میزان از مقدار مجاز تجاوز کند، تاثیر مثبتی در افزایش حباب‌های ایجاد شده نخواهد افتاد. مقدار مورد نیاز ماده حباب ساز بتن به شکل و دانه بندی سنگدانه‌ها، نوع و مقدار و ریزی سیمان، آب مصرفی، اسلامپ و ارتعاش، مخلوط کردن، درجه حرارت بتن، مواد افزودنی و مضاف مثل خاکستر ذغال سنگ و دوده کربن و سایر پوزولان‌ها، پرداخت زود هنگام بستگی دارد.
تاثیر استفاده از مواد حباب ساز بتن بر روی خواص فیزیکی و شیمیایی بتن چیست؟
استفاده از مواد حباب ساز بر روی بسیاری از خواص بتن تاثیر مثبت و گاهی منفی می‌گذارد مثل بهبود روانی و کارپذیری، افزایش میزان روانی بتن، کاهش جدا شدگی و آب انداختگی، کاهش جدا شدن دانه‌ها و آب انداختن بتن، افزایش مقاومت در برابر سیکل‌های یخ و ذوب، ارتجاعی و فنری شدن بتن، کاهش مقاومت فشاری، افزایش نفوذپذیری و ... .
1- مقاومت فشاری
اگر بخواهیم بتن دارای حباب هوا را با بتن بدون حباب در شرایط و مشخصات یکسان دارای مقاومت 28 روزه برابر کرد، باید نسبت وزنی آب به سیمان را در بتن دارای حباب هوا کاهش داد. در صورت ثابت ماندن مقدار هوا، مقاومت فشاری با نسبت آب به سیمان رابطه معکوسی پیدا می‌کند. بنابراین اگر نسبت آب به سیمان کمتر شود، میزان مقاومت افزایش می یابد. با این روش می‌توان کاهش مقاومتی که به خاطر حباب‌های هوا ایجاد شده را جبران کرد و یا آن را به حداقل رساند. البته این اثر جبرانی با مقدار سیمان مخلوطی نیز در ارتباط است. به گونه‌ای که کاهش مقاومت مخلوط‌های پر سیمان بیشتر از مخلوط‌های کم سیمان است. چون در مخلوط‌های پر سیمان، ایجاد حباب کمتر می‌تواند کارایی را افزایش دهد. در نتیجه در بتن‌های با عیار سیمان کم، باید مقدار معین هوا را بیشتر کرد تا بتوان به مقاومت فشاری بیشتری دست یافت.
2- نفوذپذیری
از دیگر تاثیراتی که مواد حباب ساز بتن دارد، این است که نفوذپذیری بتن را افزایش می‌دهد. برای اینکه بتن طول عمر و دوام بیشتری داشته باشد، باید نسبت به آب، اکسیژن، دی اکسید کربن و سایر مواد مضر نفوذ ناپذیر باشد. با کاهش میزان آب به سیمان می‌توان افزایش نفوذپذیری را جبران کرد. البته همیشه این گزینه قابل اجرا نیست و باید به فکر چاره‌ی دیگری بود.
3- کارایی
حباب ساز بتن باعث افزایش و بهبود کارایی بتن می‌شود. این مسئله در مخلوط‌هایی که از میزان سیمان کمی برخوردار هستند، بسیار تاثیرگذار است. چرا که ممکن است در چنین شرایطی مخلوط خشن به دست آید و کار کردن با آن سخت باشد. وجود حباب هوا در بتن باعث می‌شود حرکت سنگدانه‌ها روی هم راحت‌تر انجام گیرد و اسلامپ بتن بیشتر شود. بتنی که روان‌تر است، به آب کمتری هم نیاز خواهد داشت. بنابراین با بهبود حالت خمیری بتن، می‌توان به کارایی بهتری هم دست یافت.
4- دوام
افزودنی‌های حباب ساز بتن باعث می‌شوند دوام و پایداری بتن در محیط‌های سرد که سیکل ذوب و یخ به طور مداوم تکرار می‌شود، افزایش یابد. آبی که در بتن است یا باقی مانده از فرآیند هیدراسیون است و یا در اثر نفوذ خارجی وارد بتن شده، در هر صورت هنگام کاهش دما، این آب یخ می‌زند و دچار افزایش حجم می‌شود. افزایش حجمی که در اثر یخ زدن ایجاد شده، باعث می‌شود در بتن تنش‌های کششی رخ دهد که به دنبال آن، ترک‌های مویی ایجاد می‌شود.
اگر در بتن حباب وجود داشته باشد، فضای لازم برای انبساط آب در اثر یخ زدن فراهم می‌شود و بدین صورت، در اثر یخ زدن، بتن ترک نمی‌خورد و دچار پوسته پوسته شدن نمی‌شود. همچنین اگر به طور همزمان، بتن در معرض نفود یون‌های کلراید و یا سولفات هم قرار بگیرد، به علت ترک خوردگی، نفوذ این یون‌ها بیشتر می‌شود. در نتیجه به دنبال افزایش شدت خوردگی و حمله سولفاتی، دوام مفید سازه هم کمتر می‌شود. از همین رو استفاده از مواد حباب ساز بتن، تاثیر بسزایی در افزایش دوام بتن دارد.
5- عملکرد مواد حباب زا در جلوگیری از یخ زدگی
یکی از اصلی‌ترین نقش‌های افزودنی‌های حباب ساز بتن، افزایش مقاومت و پایداری بتن در مقابل دوره‌های یخ زدگی و ذوب شدن است. در صورتی که خمیر سیمانی مقاومت کافی اولیه داشته باشد، با استفاده از این محصول می‌توان مقاومت و پایداری بتن نسبت به این شرایط را بیش از پیش کرد.
6- عدم آب اندازی در بتن
در بتن‌هایی که از میزان ریزدانه کمتری برخوردار هستند، از هوا ساز بتن استفاده می‌شود تا حباب‌های ایجاد شده، نقش ریزدانه‌ها را ایفا کرده و بتوانند فضای خالی بین دانه‌های بزرگ‌تر را پر کنند.
کاربرد و علت استفاده از حباب ساز بتن
ویژگی‌ها و خواص افزودنی‌های هوا ساز در بتن باعث شده است که کاربردهای گسترده‌ای در صنعت ساخت و ساز داشته باشد. یخ زدگی و ذوب پیوسته آب درون بتن یکی از اصلی‌ترین دلایل ترک خوردن بتن است که باعث می‌شود دوام و طول عمر بتن کاهش یابد. مواد حباب ساز بتن باعث می‌شود مقاومت بتن‌ها در برابر انجماد آب و سردی هوا افزایش یابد. بهبود کارپذیری و قوام بتن تازه، افزایش پایداری و دوام بتن سفت شده، افزایش مقاومت و مقاوم سازی در برابر تاثیرات یخ زداها و پوسته پوسته شدن از دیگر علل استفاده از این محصول است.
استفاده از حباب ساز در بتن باعث می‌شود نیاز به ضد یخ بتن و آب بند بتن کاهش یابد، چرا که در بتن حباب دار، سیمان کمتری استفاده شده و قابلیت نفوذپذیری آن بسیار کمتر شده است. قابلیت بتن ریزی در مناطق مختلف و ساخت قطعات پیش ساخته بتنی، ساخت بتن با زمان مخلوط سازی طولانی، افزایش حالت ارتجاعی، کاهش میزان جدا شدن دانه‌ها و آب انداختگی مخلوط بتن از دیگر مواردی هستند که باعث کاربرد گسترده حباب ساز بتن در ساخت فرودگاه‌ها، سدها، کارخانجات تصفیه آب، جاده‌های بتنی، صنایع دریایی مختلف، صنایع شیمیایی و ... به خصوص در اقلیم‌های سرد شدهاند.
مواد مکمل حباب ساز بتن
با توجه به مطالبی که گفته شد، متوجه شدید که استفاده از مواد حباب ساز بتن، باعث می‌شود مقاومت فشاری بتن کاهش یابد. با اینکه این کاهش را می‌توان با کم کردن نسبت آب به سیمان، جبران کرد اما یکسری مواد مکملی هم وجود دارند که در صورت استفاده با افزودنی‌های اصلی حباب ساز، می‌توانند خواص بتن را بهبود بخشند. کاهش نسبت آب به سیمان می‌تواند علاوه بر جبران مقاومت، میزان نفوذپذیری بتن را هم کاهش دهد. با این وجود، انجام این کار باعث می‌شود که کارایی بتن که مهم‌ترین ویژگی آن محسوب می‌شود، کاهش یابد. برای جبران آن نیز می‌توان استفاده از روان کننده یا ابرروان کننده را اجرا کرد.
همچنین برای کاهش ترک‌های به وجود آمده در اثر ذوب و یخ، استفاده از الیاف می‌تواند گزینه مناسبی باشد. برای کم کردن نفوذپذیری و افزایش مقاومت کششی بتن که باعث کاهش ترک‌های ناشی از دوره‌های پیوسته ذوب و انجماد می‌شود، می‌توان در طرح اختلاط از میکروسیلیس استفاده کرد. این ماده علاوه بر بهبود خواص ذکر شده، می‌تواند مقاومت بتن در برابر پوسته پوسته شدن و اثر یخ زداهای شیمیایی را هم افزایش دهد. استفاده از میکروسیلیس در کنار افزودنی‌های حباب ساز بتن باعث می‌شود که کارایی و سختی بتن افزایش یابد و در برابر ورود مواد آب و سایر مواد مضر نفوذ ناپذیر شود. در واقع این مکمل‌ها علاوه بر اینکه روانی بتن را بیشتر می‌کنند، جدا شدن دانه‌های بتن و آب انداختن بتن تازه را کاهش می‌دهند.
تاثیر و نقش حباب در انواع بتن
دلیل اصلی استحکام یک سازه به نوع بتن آن برمی‌گردد از همین رو در ساخت و ساز و استفاده از بتن، باید به برخی نکات توجه داشت تا بعدا بتن دچار سستی و ناپایداری نشود. اگر بتن‌های خیس دچار یخ زدگی و ذوب متناوب شوند، بتن ترک می‌خورد و بر اثر فرسایش خرابی، عمق بیشتری پیدا می‌کند. وجود حباب‌های هوا در ملات باعث می‌شود آسیب‌های ناشی از افزایش حجم آب ملات در هنگام یخ زدن به حداقل برسد. در واقع اصلی‌ترین و عمده‌ترین دلیل استفاده از حباب ساز بتن، افزایش مقاومت و پایداری بتن است.
حباب‌های ریز کروی که تقریبا 100 الی 150 میکرون قطر دارند، باعث نابودی لوله‌های باریک موئینه موجود در بتن می‌شوندو آن‌ها را قطعه قطعه می‌کنند. یا اینکه حباب‌های ایجاد شده، در ابتدا و انتهای این لوله‌ها قرار می‌گیرند و انتهای آن‌ها آب بند می‌کنند و نمی‌گذارند آب به درون آن‌ها وارد شود. در نتیجه، فشار اسمزی درون لوله‌های موئینه از بین می‌رود و آب نمی‌تواند وارد بتن شود. همین موضوع در محافظت از بتن در برابر دوره‌های انجماد و ذوب نیز موثر است. در واقع حباب‌های هوا، بتن را در مقابل مایعات، گازها و حملات سولفاتی آب بندی می‌کنند تا دوام و طول عمر بیشتری پیدا کند.
ویژگی مواد حباب ساز بتن
همانطور که گفته شد، امروزه تعداد افزودنی‌های حباب ساز زیادی به صورت پودری و مایع در بازار بسیار افزایش پیدا کرده اما چیزی که در این میان مهم است، کنترل عملکرد مواد ناشناخته است که با استفاده از مخلوط‌های آزمایشی و طبق مشخصات ASTM C 260-77 یا BS 5075:Part2:1982 انجام می‌گیرد. به طور کلی، افزودنی‌های حباب ساز بتن باید به گونه‌ای باشند که به سرعت بتوانند سیستمی از حباب‌های ریز و مجزا را که در مقابل به هم پیوستن، مقاوم هستند، ایجاد کند.
حباب‌های ایجاد شده توسط حباب ساز باید تا حد ممکن کوچک باشند چرا که حجم کل حباب‌ها روی مقاومت بتن تاثیر می‌گذارند. افزودنی‌های حباب ساز بتن باعث اصلاح جداشدگی، افزایش کارپذیری، عدم آب اندازی می‌شوند. این مواد با میزان پخش مناسب در سطح بتن، پوشش یکنواختی به بتن می‌دهند و حدالامکان جداشدگی سنگدانه‌ها را اصلاح می‌کنند. بتن‌های دارای افزودنی‌های حباب ساز، از کارایی بیشتری نسبت به بتن‌های معمولی برخوردار هستند. همچنین استفاده از این افزودنی‌ها در ساخت بتن‌های سبک نیز بی تاثیر نیست.
منابع اصلی تولید کننده مواد حباب ساز
مواد مختلفی تحت عنوان مواد حباب ساز به بتن افزوده می‌شوند اما منابع اصلی، شامل چربی‌ها و روغن‌های گیاهی و حیوانی و اسیدهای چرب، رزین‌های طبیعی چوب و برخی رزین‌های نامحلول در آب که قبلا با هیدروکسید سدیم خنثی شدهاند، مواد شیمیایی معدنی و آلی سه منبع اصلی تولید کننده افزودنی‌های حباب ساز بتن هستند.
جمع بندی
برخی پروژه‌ها در مناطقی اجرا می‌شوند که تغییرات دمایی بسیار زیاد است و سیکل‌های یخ زدگی و ذوب شدن به طور پیوسته طی می‌شود. همانطور که می‌دانید چنین شرایطی می‌تواند دوام و طول عمر بناهای ساخته شده را تا حد زیادی تحت تاثیر قرار داده و کاهش دهد. از همین رو، محصولاتی به میان آمدند که توانستند به راحتی و با هزینه معقولی، این مشکل را رفع کنند. حباب ساز بتن، محصولی است که در جهت افزایش مقاومت، پایداری، قوام و چسبندگی بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. این افزودنی‌ها به طور عمدی، باعث تسهیل و تسریع پایداری و تشکیل حباب می‌شوند تا خصوصیات کلی بتن را بهبود بخشند.
واحد تحیق و توسعه شرکت پایهان بتن