بتن هوادهی شده چیست؟

بتن هوادهی شده محصول خاصی است که دارای حباب‌های هوای وارد شده در بتن می‌باشد. این کار فضایی را برای انبساط قطرات ریز آب در بتن در اثر یخ زدگی و ذوب شدن فراهم می‌کند و از ترک و آسیب بتن محافظت می‌نماید. حباب هوا به بتن اجازه می‌دهد تا زمانی که هنوز به صورت خمیری است، کارایی بیشتری داشته باشد. با این حال، افزودن حباب‌های هوا به بتن چندین مزیت عمده دارد که ما در این مقاله به آنها اشاره می‌کنیم.

بتن هوادهی شده چیست؟

یکی از بزرگ‌ترین پیشرفت‌ها در فناوری بتن، توسعه بتن هوادهی شده (Air-Entrained Concrete) است. این بتن حاوی حباب‌های هوای میکروسکوپی است که با ایجاد حفره‌های کوچکی برای انبساط آب در هنگام قرار گرفتن در شرایط یخ زدگی و ذوب، به کاهش فشار داخلی بتن کمک می‌کند.

حباب‌های کوچک هوا با اضافه کردن یک افزودنی سیمان به مخلوط بتن طی فرآیند اختلاط حاصل می‌شود. بنابراین، بتن هوادهی شده حاوی حباب‌های ریز هوا است که به طور یکنواخت در سراسر خمیر سیمانی توزیع شده‌اند.

شاید برای شما جالب باشد : طرح اختلاط بتن چیست؟

ویژگی‌های بتن هوادهی شده

خصوصیات بتن هوادهی شده به شرح زیر هستند:

  • تخلخل بتن را افزایش می‌دهد.
  • نفوذپذیری بتن در برابر آب و به طور کلی مایعات را کاهش می‌دهد.
  • به افزایش قوام بتن کمک می‌کند..
  • سطح سیالیت بتن را افزایش می‌دهد.
  • میزان آب انداختگی بتن را کاهش می‌دهد.
  • مقاومت بتن را در برابر چرخه‌های خیس شدن و خشک شدن افزایش می‌دهد که ممکن است بتن را مستعد ترک خوردگی و شکاف کند.
  • پتانسیل انقباض و ایجاد ترک در سطح بتن را کاهش می‌دهد.
  • حباب‌های هوا باعث کاهش چگالی کلی مخلوط بتن و همچنین افزایش بازده حاصل از مخلوط می‌شود.
  • بهبودی در سطح مقاومت بتن در برابر رسوب زدایی را فراهم می‌کند.
  • مقاومت عمومی بتن در برابر حملات سولفات‌ها را بهبود می‌دهد.

ویژگی های بتن هوادهی شده

اهمیت استفاده از بتن هوادهی شده

هنگام بتن ریزی در مناطقی با شرایط یخ زدگی، استفاده از بتن هوادهی شده به شدت توصیه می‌شود. شرایط انجماد و ذوب زمانی اتفاق میفتد که دمای محیط بین دمای بالای انجماد و دمای زیر انجماد در نوسان باشد. علاوه بر این، بتن هوادهی شده، مقاومت در برابر پوسته شدن و عمر مفید طولانی‌‌تری را ایجاد می‌کند. استفاده از بتن هوادهی شده برای جلوگیری از ایجاد ترک در بتن که بعداً منجر به افزایش تخریب سازه می‌شود، مهم است.

از سویی دیگر، عدم استفاده از هوا باعث می‌شود آب جایی برای فرار ندارد که این مهم در نهایت منجر به ایجاد ترک یا پوسته پوسته شدن در بتن می‌شود و طول عمر یک سازه را به شدت کاهش می‌دهد. این فرآیند برای تقریباً همه انواع بتن به شدت توصیه می‌شود و در درجه اول برای بهبود مقاومت یخ زدگی بتن در هنگام قرار گرفتن در معرض آب و یخ در زمستان مفید است.

روش‌های ترکیب هوا در بتن

  • استفاده از مواد تشکیل دهنده گاز مانند پودر آلومینیوم، پودر روی و پراکسید هیدروژن
  • استفاده از عوامل فعال سطحی مانند رزین‌های چوب طبیعی، چربی‌ها یا روغن‌های حیوانی یا گیاهی، نمک‌های قلیایی ترکیبات آلی سولفونه یا سولفاته
  • استفاده از عوامل پخش کننده سیمان
  • لیگنو سولفات کلسیم و نمک‌های کلسیم

خواص بتن هوادهی شده

بتن با هوادهی شده دارای خواصی بسیاری است که مهمترین آنها به شرح زیر هستند:

1- کارایی خوب

خاصیت کارپذیری این بتن به دلیل وجود حباب‌های هوایی است که به عنوان روان کننده بین سنگدانه‌ها وجود دارند. این حباب‌ها باعث کاهش نیاز آب و ماسه و در نتیجه افزایش مقاومت بتن می‌شود. همچنین جداسازی و آب انداختگی خمیر بتنی را کاهش می‌دهد.

2- مقاومت بالا

استحکام و نسبت آب به سیمان با یکدیگر نسبت معکوس دارند. هرچه نسبت آب به سیمان کمتر باشد، مقاومت فشاری بیشتر است. با استفاده از حباب هوا، نسبت آب به سیمان پایین نگه داشته می‌شود و از این رو پارامتر مقاومت بتن به خطر نمیفتد؛ اما دستیابی به بتن با مقاومت بالا با بتن هوادهی شده دشوار است.

3- دوام انجماد و ذوب

در محیط‌های سرد به دلیل دمای پایین، آب داخل بتن یخ زده و منبسط می‌شود. استفاده از این سیمان فضای مورد نیاز برای انبساط آب را فراهم می‌کند و در نتیجه اجازه نمی‌دهد که بتن تخریب شود. با این حال، حباب‌های هوا به عنوان مخزن برای آب منبسط شده عمل می‌کنند، در نتیجه فشار انبساط را کاهش داده و از آسیب بتن جلوگیری می‌کنند.

4- مقاومت سولفات

توانایی مقاومت در برابر حمله سولفات‌ها در بتن هوادهی شده بسیار زیاد است زیرا نسبت آب به سیمان را می‌توان پایین نگه داشت که این مهم از جمله سولفات ها جلوگیری می‌کند.

5- نفوذپذیری

نفوذپذیری بتن هوادهی شده بیشتر از بتن بدون هوا است زیرا حباب‌های هوا کانال‌های مویرگی را می‌شکنند. بنابراین، در موقعیت‌هایی که آب ‌بند بودن الزامی است، از بتن هوادهی شده استفاده کنید.

6- مقاومت در برابر یخ زدایی

برای از بین بردن یخ‌ها، از مواد شیمیایی یخ زدایی استفاده می‌شود. استفاده از این ماده شیمیایی لایه‌ای از فلس را در بتن تشکیل می‌دهد. بیمار هوادهی شده از پوسته پوسته شدن ناشی از مواد شیمیایی یخ زدا جلوگیری می‌کند و برای همه کاربردهایی که بتن با شرایط یخ زدگی در تماس است، توصیه می‌شود.

فواید بتن هوادهی شده

دلیل اصلی استفاده از بتن هوادهی شده، افزایش مقاومت بتن در برابر چرخه‌های متناوب انجماد و ذوب آب است که می‌تواند در دوره‌هایی که دمای محیط به زیر صفر درجه سانتی ‌گراد کاهش می‌یابد، رخ دهد. در چنین رویدادهایی، حباب‌های هوا ایجاد می‌شوند.

این حباب‌ها در بتن به عنوان محفظه‌های انبساط در برابر افزایش حجم حاصل از تبدیل آب به یخ عمل می‌کند که باعث کاهش فشار هیدرولیک و در نتیجه تنش‌های داخلی می‌شود. بنابراین، از خراب شدن پیشرونده که در بتن‌هایی که فاقد هوای محبوس شده هستند، جلوگیری می‌کند. حباب هوا مسئول ایجاد پلاستیسیته اضافی به مخلوط‌های بتن است.

بدیهی می‌باشد که هر چه محتوای هوا بیشتر باشد، درجه پلاستیسیته بیشتر است. حباب‌های هوای تشکیل ‌شده در بتن تازه به‌ عنوان یک سیال عمل می‌کنند و کارایی مخلوط را افزایش می‌دهند و به بتن اجازه می‌دهند تا با اصطکاک کمتری در قالب پخش شوند. همچنین تأثیر مثبت و قابل توجهی بر کارایی کلی بتن تازه دارد. این مهم حوادث جداسازی و آب انداختگی در بتن را کاهش می‌دهد که استفاده از آن را برای اهداف ساختمانی تسهیل می‌کند.

ایجاد هوا در بتن به طور قابل توجهی دوام این ماده کامپوزیت را بهبود می‌بخشد. این امر به ویژه در مورد بتن‌هایی که اغلب در معرض چرخه‌های انجماد و ذوب منظم قرار می‌گیرند نیز صادق است. هوای موجود به حفظ ساختار سخت شده بتن سخت در طول زمان کمک می‌کند و در نتیجه آن را بادوام‌تر می‌سازد. حباب‌های هوا باعث کاهش پوسته پوسته شدن سطح در بتن می‌شود که به دلیل استفاده از محصولات یخ زدایی مانند ضد یخ ایجاد می‌شود.

بتنی که تحت نفوذ هوا قرار گرفته است تا حد زیادی در برابر یخبندان مقاوم می‌باشد. ویژگی مقاومت در برابر یخبندان، این بتن را برای استفاده در آب و هوای سرد و برای پروژه‌های ساختمانی که در آن بتن نیاز به غوطه ور شدن در آب دارد، مناسب می‌سازد.

فواید بتن هوادهی شده

میزان هوای مورد نیاز در بتن هوادهی شده

برای محافظت در برابر یخ زدگی، میزان هوای مخلوط بتن معمولاً در محدوده 5 تا 7 درصد خواهد بود. بسته به مقدار هوای مشخص شده و برای دستیابی به مقاومت‌های مورد نظر، باید میزان سیمان را افزایش داد. اگرچه این حباب‌های هوا میکروسکوپی هستند اما وقتی مقدار هوا در مخلوط بتن افزایش می‌یابد، این موضوع بتن را ضعیف می‌کند.

به طور کلی، استفاده از مواد افزودنی حباب هوا به ازای هر یک درصد افزایش حجم فضای خالی هوا در یک مخلوط، حدود 5 درصد کاهش مقاومت را به همراه خواهد داشت. دلیل اینکه این اتفاق میفتد، این است که با ورود هوای بیشتر به مخلوط، بتن چگالی کمتری پیدا می‌کند و همچنین هوای بتن بیشتر می‌شود. با سیمان بیشتر، مخلوط بتن مقاومت بیشتری خواهد داشت. بنابراین، اگر یک مخلوط بتن نیاز به حباب هوا داشته باشد، معمولاً سیمان بیشتری در مخلوط وجود خواهد داشت تا افت مقاومت را جبران کند.

عوامل موثر بر هوادهی بتن

سیستم فضای خالی ایجاد شده با استفاده از عوامل حباب کننده هوا در بتن نیز تحت تأثیر مواد تشکیل دهنده و عملکرد ساخت و ساز است. مواد بتن مانند سیمان، ماسه، سنگدانه‌ها و سایر مواد افزودنی نقش مهمی در حفظ سیستم خالی هوا در بتن دارند. مشخص شده است که محتوای هوا با افزایش سطوح قلیایی سیمان افزایش می‌یابد و با افزایش قابل توجهی نرمی سیمان کاهش خواهد یافت.

سنگدانه ریز (ماسه) هوا را به دام میندازد. هرچه میانگین ماسه در کل سنگدانه بیشتر باشد، محتوای هوای بتن بیشتر خواهد بود. دانه بندی ریزتر بیشترین تاثیر را در جذب هوا خواهد داشت. بالعکس، دانه بندی درشت باعث کاهش حباب هوا می‌شوند. از آنجایی که استفاده از افزودنی‌های شیمیایی و معدنی علاوه بر عوامل حباب‌‌زا به یک امر رایج تبدیل شده است، مصرف‌ کنندگان بتن همواره نگران تأثیر این افزودنی‌ها بر سیستم خالی هوا و دوام بتن هستند.

اثر مواد افزودنی شیمیایی بر بتن هوادهی شده

اثرات کاهش ‌دهنده‌ها، کند کننده‌ها و شتاب ‌دهنده‌ها به‌ طور گسترده توسط بسیاری از محققان مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به محتوای هوای ناخالص به دست آمده در هنگام استفاده از افزودنی‌های کاهنده و کند کننده آب در بتن، مطالعات متعدد نشان داده‌اند که برای اکثر مواد، برای دستیابی به یک محتوای هوای مشخص به عامل کمتری برای جذب هوا نیاز است.

افزودنی‌های شیمیایی باید جدا از افزودنی‌های هوادهی شده اضافه شوند. هنگامی که از کاهنده‌های آب لیگنوسولفونات استفاده می‌شود، به عامل جذب هوا به مقدار کمتری مورد نیاز است زیرا لیگنوسولفونات‌ها ظرفیت هواگیری متوسطی دارند، اگرچه به تنهایی به عنوان عوامل جذب کننده هوا از خود واکنش نشان نمی‌دهند.

برای مقدار ثابتی از عامل حباب‌زا هوا، اثر کلرید کلسیم اضافه شده کمی افزایش می‌یابد. اگر کلرید کلسیم بیشتر از یک درصد وزن سیمان استفاده شود، این اثر بارزتر نیز می‌شود. برخی از فوق روان ‌کننده‌ها با سیمان‌ها و عوامل حباب ‌کننده هوا برهم کنش می‌کنند که این منجر به کاهش سطوح خاص و افزایش فاکتورهای جذب هوا می‌شود.

اثر مواد افزودنی معدنی بر بتن هوادهی شده

مواد افزودنی معدنی مانند خاکستر بادی و دوده سیلیس نیز بر تشکیل سیستم‌های خالی در بتن تأثیر می‌گذارند. محققان در مطالعه خود در مورد تأثیر خاکستر بادی بر پایداری هوای خالی بتن نشان دادند که بتن‌های حاوی خاکستر بادی سیستم‌های نسبتاً پایداری از فضای خالی ایجاد می‌کنند. با این حال، حجم هوای حفظ شده تحت تأثیر انواع خاکستر بادی متفاوت است.

در مخلوط‌های حاوی خاکستر بادی، مقدار عامل هوازا مورد نیاز گاهی بسیار بیشتر از مخلوط‌های مشابه بدون خاکستر بادی است. در یک سری مقالات، محققان نتایج یک مطالعه را در مورد عواملی که بر پایداری هوا در بتن تأثیر می‌گذارند، ارائه کردند. آنها دریافتند که دوده سیلیس هیچ تأثیر قابل توجهی بر تولید و پایداری سیستم هوای خالی در هنگام اختلاط و هم زدن مخلوط بتنی ندارد.

همچنین نشان داده شد که دوده سیلیس هیچ اثر مضری بر سیستم هوای خالی نخواهد داشت. دما همچنین می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر حباب هوا داشته باشد. درحقیقت، درصد حباب هوا با دما تغییر می‌کند. هر چه دما بیشتر شود، درصد حباب‌های هوا کمتر می‌شوند. کنترل و اندازه گیری محتوای هوا یک ویژگی مهم برای متخصصان است تا بدانند آیا بتن در برابر آسیب یخ زدگی و ذوب شدن مقاومت می‌کند یا خیر!

از آنجایی که میانگین فاصله خالی با افزایش محتوای هوا کاهش می‌یابد، یک محتوای هوای بهینه وجود خواهد داشت که در آن فضای خالی از ایجاد فشار بیش از حد به دلیل انجماد و ذوب جلوگیری می‌کند. بررسی محتوای هوای بتن تازه به طور منظم برای اهداف کنترلی مهم است. محتوای هوا باید نه تنها در میکسر بلکه در نقطه تخلیه بتن در قالب نیز آزمایش شود زیرا ممکن است هوا در اثر جابجایی و حمل و نقل از بین برود.

کلام آخر

هوا از طریق یک ماده افزودنی حباب‌زای هوا در مخلوط بتن اعمال می‌شود. در نهایت، نوعی بتن به نام بتن هوادهی شده تولید می‌شود. مقدار هوای موجود در یک مخلوط را می‌توان به گونه‌ای تنظیم کرد که با مشخصات بتن مورد نیاز همخوانی داشته باشد. برای این موضوع از مواد افزودنی حباب‌زا استفاده می‌شود. می‌توان گفت که که افزودن حباب‌های ریز به مخلوط بتن از طریق استفاده از افزودنی‌های حباب هوا یک فرآیند بسیار سودمندی است. بتن حاصل، چه تازه و چه سخت شده، بسیار بادوام‌تر از سایر مخلوط‌های فاقد این مواد افزودنی خواهد بود.

 

 

منابع:

https://theconstructor.org/concrete/air-entrained-cement/23745/

https://www.coralcast.com/the-benefits-of-air-entrained-concrete/