در این مقاله، قصد داریم در مورد افزودنیهای بتن صحبت کنیم و انواع، کاربردها، مزایا و معایب آنها را بشناسیم. موادی که صنعت بتن را با پیشرفت‌های قابل توجهی همراه کردهاند و دائما در حال توسعه کاربردهای این ماده ساختمانی باارزش هستند. مطالعه این مقاله به شما کمک می‌کند تا با ویژگیهای جدیدی از بتن آشنا شوید که احتمالا تا به امروز از آن بی‌خبر بوده‌اید. بنابراین پیشنهاد می‌کنیم تا انتها با ما همراه باشید.
مقدمه
بتن یکی از مصالح ساختمانی محبوب قرن‌های اخیر است. این ماده که ترکیبی از سیمان پرتلند، شن، ماسه و آب میباشد، خواص مختلفی دارد که این خواص، بتن را به پرکاربردترین ماده در ساخت سطوح مقاوم به بار در صنایع عمرانی تبدیل نموده‌اند. بتن در ساخت فوندانسیون ساختمان‌ها، تیر و ستون‌های باربر، سقف‌ها و دیوارهای حائل، ساخت جاده‌ها، سدها، پل‌ها، باند فرودگاه‌ها و حتی المان‌های پیش ساخته شهری نظیر آلاچیق‌ها و برخی نمادهای تزئینی کاربرد دارد.
مهمترین ویژگیهای بتن، مقاومت فشاری بالا و سازگاری با محیطهای جغرافیایی و آب‌وهوایی گوناگون میباشد. بتن میتواند تا بیش از 20 مگاپاسکال فشار را تحمل کند. این خصوصیت، بتن را تبدیل به پای ثابت فوندانسیون ساختمان برای تحمل نیروی وزن بنا کرده است. چنین حدی از مقاومت فشاری بتن برای تمام سازههای مسکونی تا 4 یا 5 طبقه هم مناسب است. با این وجود، نیازهای صنعت عمران روز به روز گسترده‌تر میشود و به همین دلیل، گاهی نیاز است خواص بتن را برای مقاصد خاصی تقویت کنیم یا حتی خواص جدیدی را در آن به وجود آوریم تا بتن توانایی تحمل وزن بالای سازه یا شرایط محیطی نامساعد را به دست آورد. اینجاست که پای افزودنی‌ها وسط میآید. موادی که میتوانند در خواص بتن تغییراتی را به وجود آورند. 
افزودنی بتن چیست؟
در حالت پایه، بتن دارای مقادیر مشخصی از سیمان پرتلند، سنگدانههای مختلف به خصوص شن و ماسه و آب میباشد. هر نوع مادهای که به عناصر اصلی بتن یعنی سیمان، آب، شن و ماسه افزوده شود تا خاصیت جدیدی به بتن ببخشد یا خواص پایه‌ای آن را تقویت کند، افزودنی بتن نام دارد. این افزودنی‌ها ممکن است به دلایل مختلفی با بتن ترکیب شوند که بستگی به نیاز پروژه، شرایط محیط و انتخاب سازندگان دارد.
افزودنیهای بتن ترکیبات شیمیایی مختلفی دارند و میتوانند به صورت مواد شیمیایی آزمایشگاهی یا مواد مختلف موجود در طبیعت به بتن اضافه شوند. معمولا مقدار کل افزودنی‌هایی که به بتن اضافه میشود نباید از 10 درصد وزنی بتن بیشتر شود. باید توجه داشت که افزودن این مواد به بتن، یک‌دستی و فرم همگن بتن را از آن نگیرد زیرا توزیع خواص در سراسر بتن باید یکنواخت باشد. در هر صورت، افزودنی بتن باید کاملا حساب‌شده و با دقت به آن اضافه شود تا به بهای تقویت بتن، ضعف‌های شدیدتری در ساختار آن تولید نشود.
کاربرد افزودنی بتن
افزودنی بتن، برای جلوگیری از آسیب‌دیدگی سازههای بتنی به مخلوط بتن اضافه میشود. اگرچه بتن عمر بسیار طولانی و دوام بالایی دارد و اصلا وظیفه آن، تحمل بارهای شدید میباشد، اما باز هم می‌توان کیفیت و طول عمر آن را ارتقا داد. به علاوه، چنین مصالح ساختمانی مستحکمی نیز میتوانند به ایرادات مختلفی دچار شوند.
سازههای بتنی فرآیند ساخت دقیقی دارند که یکی از مهمترین مراحل آن، مرحله عملآوری است. این مرحله برای بتن مانند دوره کودکی برای انسان است. درست مانند انسان که شخصیت بزرگسالی‌اش وابسته به وقایع دوران کودکی میباشد، عملکرد و خاصیت بتن نیز با نحوه عملآوری آن ارتباط مستقیم دارد. بتن پس از ریخته شدن، در مدت زمانی بین 6 تا 14 روز به بیشترین مقدار مقاومت خود می‌رسد. این دوره زمانی اگر طولانی‌تر یا کوتاه‌تر شود یا توسط عوامل جوی مورد تهدید قرار بگیرد، منجر به بروز اشکالاتی در بتن میشود که مقاومت آن را می‌کاهد. برخی از این اشکالات عبارتاند از:
- ترک خوردگی
- قارچ زدن
- خوردگی
- یخزدگی
- تغییر رنگ
- کرمو شدگی
- آب شستگی
- پوسته شدن
البته معمولا این اشکالات به صورت ظاهری قابل رویت هستند. به هر حال، کاربرد افزودنی بتن، پیشگیری از وقوع این مشکلات یا حداقل طولانی‌تر کردن عمر مفید بتن است. افزودنیهای مختلف این توانایی را دارند که در دوران عملآوری یا در مدت استفاده از بتن، جلوی بروز ایرادات مختلف در آن را بگیرند. 
انواع افزودنی بتن
افزودنی بتن، میتواند خواص تقویتی یا جدید مختلفی به آن اضافه کند که بسته به انتظار مجریان و سازندگان از بتن، نوع افزودنی آن نیز متغیر است. افزودنیهای مختلفی امروزه برای بتن وجود دارد که بعضی از آنها فرم جامد بافتدار، بعضی فرم جامد پودری و بعضی دیگر حالت مایع دارند. در ادامه با مهمترین افزودنیهای بتن آشنا خواهیم شد.
کاهنده آب (روان‌کننده)
کاهنده‌های آب، یکی از رایج‌ترین افزودنیهای بتن هستند. این مواد با اضافه شدن به طرح اختلاط بتن، میزان آب مورد نیاز بتن را کاهش می‌دهند و از این طریق، کارایی بتن را افزایش داده، پیوند محکمتری بین بتن و فولاد آن برقرار میکنند و از ترک‌خوردگی، جداشدگی و کرموشدگی بتن جلوگیری میکنند.
کاهنده‌های بتن در سه نسل روان‌کننده، فوقروانکننده و ابرروانکننده تولید می‌شوند که به ترتیب می‌توان مقدار آب مورد نیاز بتن را تا 10، 15 و 25 درصد کاهش دهند. ماده سازنده این افزودنی‌ها لیگنوسولفات فلزات فعال یا پلیکربوکسیلات میباشد.
دیرگیرکننده (کندگیرکننده)
در شرایطی که دمای محیط بالاتر از حد معمول باشد، نرخ تبخیر آب در مخلوط بتن افزایش مییابد. این شرایط، سرعت خشک شدن بتن را به صورت کنترل نشده بالا می‌برد و میتواند منجر به ترک خوردن بتن یا بروز اشکالات ناشی از عملآوری ناقص شامل چسبندگی نامناسب یا ایجاد حفره در بتن شود. در این شرایط، افزودنیهای دیرگیرکننده برای کاهش سرعت عملآوری به بتن اضافه می‌شوند. برخی مواد شیمیایی مانند کلسیم سولفات یا مواد طبیعی نظیر نمکهای اسیدی، شکر و نشاسته میتوانند نقش دیرگیرکننده بتن را بر عهده بگیرند.
زودگیرکننده (تندگیرکننده)
در محیطهای سردسیر که دما از حد معمول پایین‌تر است، نرخ تبخیر آب کاهش شدیدی مییابد. در این شرایط، بتن به کندی عمل میآید. در صورت شدت یافتن سرما، حتی ممکن است آب درون بتن یخ بزند و به ساختار بتن آسیب وارد کند. در این شرایط از زودگیرکنندهها یا ضدیخ بتن استفاده میشود. این مواد میتوانند جلوی یخ زدن بتن را بگیرند و سرعت تبخیر آب آن را افزایش دهند. موادی نظیر کلسیم کلراید، سیلیکاژل، سیلیکافیوم و تری اتانول آمین از پرکاربردترین مواد زودگیرکننده بتن هستند.
- حباب هواساز: حبابهای هوا معمولا در بتن حضور دارند. این حبابها اگر درصد حجمی بالایی در بتن داشته باشند، میتوانند به ساختار بتن آسیب بزنند. معمولا با عملیات لرزش یا ویبره، این حبابها را حذف میکنند.
اما حبابها در صورتی که به صورت یکنواخت در حجم بتن وجود داشته باشند و اندازه آنها کوچک باشد، مفید واقع خواهند شد. حبابهای کوچک میتوانند اجازه انبساطهای ناشی از یخزدگی آب را بگیرند و علاوه بر کاهش وزن مخصوص، نوعی سپر محافظ برای بتن باشند. افزودنی حباب هواساز وظیفه ایجاد حبابهای کنترل شده در بتن را دارد. این افزودنی از ترکیبات رزین وینسول به دست میآید. - آببند یا نمبند: در صورتی که بتوانیم حفرههای ریز درون بتن را به وسیله مادهای پر کنیم، بتن حاصل نوعی بتن آببند خواهد بود. بتنهای آببند در برابر نفوذ آب مقاوم هستند یا به عبارت دیگر، ضدآباند. این نوع بتنها برای ساخت فضاهای آبی یا استخرها استفاده می‌شوند. افزودنی‌هایی که میتوانند بتن آببند یا نمبند تولید نمایند عبارتاند از: زینک سولفات، آمونیوم سولفات، آمونیوم کلراید و کلسیم کلراید.
- پوزولانی: افزودنیهای پوزولانی میتوانند چگالی بتن را افزایش دهند و بتن سنگینی تولید کنند که نقش دیوار محافظ در برابر آب نظیر سد را ایفا کند. از آنجا که نیروی اعمالی آب به سد بسیار بالاست، باید بتن سنگین و مقاومی در برابر آن استفاده شود که افزودنیهای پوزولانی میتوانند چنین بتنی را تولید کنند. خاک رس، خاکستر بادی، سیلیکافیوم و خاکستر پوسته برنج از جمله موادی هستند که میتوانند افزودنی پوزولانی بتن باشند.
- ضدحباب: برخی فعل و انفعالات شیمیایی میتوانند مقدار حبابهای موجود در بتن را افزایش دهند. این اتفاق ممکن است به مقاومت بتن آسیب وارد کند. برای جلوگیری از اتفاق، از افزودنیهای ضدحباب استفاده میشود تا حجم حبابها همواره در مقدار معین و کنترلشدهای باقی بماند. الکلهای غیر محلول در آب و سیلیکون‌ها از جمله مهمترین افزودنیهای ضدحباب به شمار می‌روند.
- ضدانبساط: در ساختار بتن، سیمان دارای خاصیت قلیایی است. اگر این ماده با سیلیکای (سیلیسیم دیاکسید) موجود در سنگدانه‌ها واکنش دهد، نوعی ماده خمیریشکل تولید میشود. تولید بیش از اندازه این ماده میتواند از درون به بتن فشار بالایی وارد کند و منجر به شکستگی آن شود. برای جلوگیری از این اتفاق، نوعی افزودنی موسوم به افزودنی ضدانبساط سنگدانههای قلیایی به ساختار بتن افزوده میشود. این افزودنی‌ها دارای پودر آمونیوم و نمک لیتیوم هستند.
- ضد آبشستگی: برخی از انواع بتن که در دائما در معرض آب هستند، به مرور زمان ممکن است دچار آبشستگی شوند. افزودن برخی انواع لاستیک طبیعی و مصنوعی به عنوان افزودنی به بتن، میتواند جلوی تخریب بتن بر اثر آبشستگی را بگیرد.
- ضد خوردگی: برای تقویت مقاومت کششی بتن، از فولاد درون ساختار آن استفاده میشود. فولاد در مجاورت رطوبت بتن، میتواند دچار خوردگی شده و مقاومت خود را از دست بدهد. افزودنیهای ضدخوردگی جلوی واکنش دادن فولاد و سایر ترکیبات بتن را می‌گیرد و به دوام بتن کمک می‌کند. ترکیباتی بر پایه سدیم نظیر سدیم نیترات و سدیم بنزوات میتوانند چنین خاصیتی برای بتن داشته باشند.
- ضد قارچ و ضدعفونی‌کننده: یکی از مشکلاتی که برای بتن به ووجود میآید، قارچ زدن آن است. باکتریها و قارچ‌ها ممکن است درون بتن شروع به فعالیت کنند و منجر به آلودگی آن شوند. افزودنیهای ضدقارچ و آنتیباکتریال، جلوی این فعالیت را می‌گیرد. ترکیبات دارای مس و فنول پلیهالوژنات از جمله مواد آنتیباکتریال بتن هستند.
- رنگ بتن: در سالهای اخیر، پای بتن به صنایع طراحی داخلی و طراحی نما هم باز شده است. بتن به سبب عمر طولانی و خاصیت ضدضربه خود، میتواند یک نمای بادوام و پایدار برای منازل باشد اما مشکلی که پیش روی طراحان داخلی است، محدودیت رنگ بتن است. بتن صرفا میتواند طیف رنگی خاکستری داشته باشد. برای حل این مشکل، موادی به بتن افزوده میشود که منجر به تغییر رنگ آن میشود. به عنوان مثال، رنگ قرمز با افزودن آهن به بتن حاصل میشود یا افزودن هیدروکسید آهن، رنگ زردی به بتن می‌دهد. رنگهای آبی، سبز، بنفش، مشکی و قهوهای نیز برای بتن قابل تولید هستند.
پرکاربردترین افزودنی بتن
افزودنیهای بتن به دلایل مختلفی به بتن افزوده می‌شوند. این مواد میتوانند در شرایط آب و هوایی مختلف یا برای پروژههای گوناگون، تاثیرات متفاوتی داشته باشند. به بیان دیگر، فاکتور تعیین‌کننده در مورد پرکاربردترین افزودنی بتن، شرایط پروژه است.
در جدول زیر، می‌توانید پرکاربردترین نوع بتن برای شرایط مختلف را مشاهده کنید.
|
شرایط و نوع پروژه |
پرکاربردترین افزودنی |
|
مناطق سردسیر |
افزودنی تندگیرکننده |
|
مناطق گرمسیر |
افزودنی کندگیرکننده |
|
سدها و پروزه‌های دیوار حائل آب |
افزودنی پوزولانی |
|
پروژههای بزرگی که به بتن مسلح نیازمندند |
افزودنی ضدخورندگی |
|
طراحی داخلی یا نما |
رنگهای بتن |
مزایا افزودنی بتن
استفاده از افزودنیهای بتن مزایای زیادی برای بتن دارد که بستگی به نوع افزودنی، میتواند متغیر باشد. به صورت کلی میتوانیم مزایای زیر را برای افزودنیهای بتن در نظر بگیریم:
- افزودنی‌ها میتوانند مقاومت بتن را به شکل قابل توجهی افزایش دهند.
- افزودنی‌ها میتوانند استحکام بتن در برابر نیروهای ضربهای وارد به آن را بیشتر کنند.
- افزودنی‌ها عمر مفید بتن را افزایش می‌دهند و جلوی بروز ایرادات برای بتن را می‌گیرند.
- افزودنی‌ها میتوانند بتن را در برابر واکنش‌های شیمیایی مقاوم کنند.
- افزودنی‌ها سرعت عملآوری بتن را کنترل میکنند.
معایب افزودنی بتن
افزودنیهای بتن به خودی خود ایراد خاصی ندارند و ضرر خاصی به بتن وارد نمی‌کنند اما در صورتی که مقدار استفاده آنها از حد مجاز فراتر رود یا بدون توجه به طرح اختلاط بتن، به مقدار بسیار زیاد، افزودنی به آن اضافه شود، ممکن است ویژگیهای نامطلوبی برای بتن ایجاد شود. به عنوان مثال:
- در صورتی که کندگیرکننده با حجم زیادی به بتن وارد شود، سرعت عمل آمدن بتن آنقدر کاهش مییابد که زمان بیش از حدی از پروژه تلف می‌کند.
- در صورتی که کاهنده آب به مقدار زیاد وارد مخلوط بتن شود، میتواند منجر به کاهش مقاومت محصول نهایی شود.
کلید حل این مشکل، دانستن سقف مجاز استفاده از افزودنی‌هاست. در صورتی که افزودنی‌ها به اندازه وارد بتن شوند، هیچ نوع ضرری برای بتن به همراه نخواهند داشت.
جمع بندی
بتن، از مهمترین مصالح صنعت عمران است که با مقاومت بالا و تطبیق مناسب آن با شرایط محیطی شناخته میشود. امروزه کاربرد بتن به اندازهای رسیده که گاهی لازم است خواص تقویتی در بتن ایجاد شود. برای ایجاد چنین خواصی، از افزودنیهای بتن استفاده میشود. این افزودنی‌ها، مواد طبیعی یا شیمیایی هستند که ویژگیهای به خصوصی در بتن به وجود می‌آورند و از مشهورترین انواع آنها میتوانیم به کاهنده آب، تندگیر و کندگیرکننده، ضدخورندگی، ضدقارچ، آببند و پوزولانی اشاره کنیم.
سوالات متداول
- آیا افزودنیهای بتن روی کارایی آن تاثیر دارند؟
افزودنی‌ها با کنترل شرایط عملآوری و فعالیت بتن، کارایی آنها را به شکل مثبتی تحت قرار می‌دهند. کارایی بتنی که در ساخت آن افزودنیهای مناسب استفاده شده، همواره بهتر از بتن معمولی خواهد بود.
- در محیطهای سردسیر و گرمسیر، به ترتیب چه نوع افزودنی مناسب است؟
در محیطهای سردسیر، نرخ تبخیر آب پایین بوده و حتی امکان یخ زدن آب درون بتن نیز وجود دارد. برای این حالت، ضدیخ بتن یا تندگیرکننده لازم است تا سرعت تبخیر آب را افزایش دهد. در وضعیت گرمسیر، شرایط کاملا برعکس میباشد و از کندگیرکننده استفاده میشود.
- تفاوت روان‌کننده، فوقروانکننده و ابرروانکننده در چیست؟
هر سه این مواد، از افزودنیهای کاهنده آب هستند که روان‌کننده 10 درصد، فوقروانکننده 15 درصد و ابرروانکننده تا 25 مقدار آب بتن را کاهش می‌دهد.
