مقدمه
پیدایش و گسترش بتن هوازاییشده در سالهای میانی دههی ۱۹۳۰ یکی از پیشرفتهای اساسی تکنولوژی بتن به شمار میآید. در اثر اختلاط و همزدن بتن، مانند هر ماده خمیری دیگر، حبابهای ریز و درشت هوا به طور اتفاقی و ناخواسته در بتن حبس میشوند. این حبابهای هوای حبسشده دارای شکل نامنظم بوده و اندازه آنها بزرگتر از ۱۰۰۰ میکرون (یک میلیمتر) است.
این حبابها ناپایدارند و بخش عمدهای از حبابهای درشت بهسرعت از بتن خارج میشوند. هوای حبسشده به نام «هوای محبوس» شناخته میشود. منظور از «هوازایی»، آن بخش از حبابهای ریز هوا است که بهطور عمدی در بتن ایجاد میشوند و با هوای محبوس تفاوت آشکار دارد. قطر این حبابها عمدتاً بین ۱۰ تا ۱۰۰ میکرون است.
برای هوازایی در بتن میتوان از افزودنیهای هوازا در حین اختلاط استفاده کرد. هرچند استفاده از سیمان هوازا نیز ممکن است، اما در حال حاضر در ایران سیمان هوازا تولید نمیشود. در این مقاله، هوازایی بتن با استفاده از افزودنیهای هوازا بررسی میشود.
۱. تعریف افزودنیهای هوازا
افزودنیهای هوازا بنا به تعریف، افزودنیهایی هستند که در حین اختلاط، با تأثیرگذاری بر نیروهای کشش سطحی آب، ساختاری همگن از ریزحبابهای ناپیوسته در بتن، ملات یا خمیر سیمان ایجاد میکنند.
این افزودنیها با تشکیل و تثبیت حبابهای هوا، مقدار هوای بتن را افزایش میدهند و برخلاف افزودنیهای گازساز یا کفزا، هیچگونه گاز یا کف ناشی از واکنش شیمیایی در بتن ایجاد نمیکنند.
۲. مکانیزم عملکرد هوازاها
هوازاها از نوع افزودنیهای با عملکرد فیزیکی هستند و تأثیر مستقیمی بر فرآیند آبگیری سیمان ندارند. این مواد عمدتاً از ترکیبات اثرکننده بر سطح تشکیل شدهاند و در سطح مشترک هوا–آب در خمیر سیمان عمل میکنند.
هوازاها با کاهش کشش سطحی آب، حبابهای هوای ناپایدار را به ریزحبابهای پایدار تبدیل میکنند. این افزودنیها دارای یک انتهای آبدوست و یک دنباله آبگریز هستند که موجب پایداری حبابهای هوا و جلوگیری از ترکیدن آنها میشود.
همچنین، بار الکتریکی ایجادشده روی حبابها از چسبیدن آنها به یکدیگر جلوگیری کرده و به جذب آنها به سطح ذرات سیمان و سنگدانه کمک میکند که نتیجه آن بهبود قوام و چسبندگی درونی بتن است.
۳. ترکیبات شیمیایی و مواد تشکیلدهنده
مواد هوازا با ویژگیها و خواص جانبی گوناگون تولید میشوند که مهمترین ترکیبات آنها عبارتاند از:
- رزینهای خنثیشده چوب
- نمکهای اسیدهای چرب
- نمکهای مواد پروتئینی
- سولفوناتهای آلکیل–آریل
- سولفاتهای آلکیل
- اتوکسیلاتهای فنل
۴. کاربرد افزودنیهای هوازا
افزودنیهای هوازا به دلایل زیر در بتن مورد استفاده قرار میگیرند:
- بهبود پایداری بتن سختشده در برابر چرخههای یخزدن و آبشدن
- بهبود ویژگیهای بتن تازه، بهویژه کارایی و قوام
هرچند هدف اصلی استفاده از این افزودنیها افزایش دوام بتن در شرایط یخبندان است، اما بهبود سایر خواص بتن باعث گسترش کاربرد آنها در مناطق معتدل و گرم نیز شده است.
۵. تأثیر هوازاها بر ویژگیهای بتن تازه
۵-۱. بازده حجمی
هوازایی موجب افزایش حجم بتن تازه میشود و این افزایش حجم باید در طرح اختلاط و محاسبات بازده حجمی لحاظ شود.
۵-۲. کارایی
حبابهای هوا مانند ساچمههای ریز عمل کرده و حرکت سنگدانهها را آسانتر میکنند. در نتیجه، روانی بتن افزایش یافته و برای دستیابی به روانی یکسان، آب کمتری مورد نیاز است.
۵-۳. آباندازی
در بتنهای با ریزدانه ناکافی، حبابهای هوا با پر کردن فضاهای خالی، آباندازی بتن را کاهش میدهند.
۵-۴. جداشدگی
افزایش حجم خمیر و بهبود چسبندگی داخلی ناشی از هوازایی، جداشدگی بتن را کاهش میدهد.
۵-۵. پرداختپذیری
در بتنهای کمسیمان، هوازایی پرداختپذیری را بهبود میبخشد، اما در بتنهای پرسیمان ممکن است موجب دشواری در پرداخت سطح شود.
۵-۶. تراکمپذیری
وجود حبابهای هوا حرکت ذرات را آسان کرده و تراکم بتن را با انرژی کمتر ممکن میسازد.
۶. تأثیر هوازاها بر ویژگیهای بتن سختشده
۶-۱. مقاومت
هوازایی موجب افزایش تخلخل خمیر سیمان و کاهش مقاومت بتن میشود. بهطور متوسط، هر ۱٪ افزایش هوا میتواند مقاومت بتن را ۳ تا ۵٪ کاهش دهد، هرچند کاهش نسبت آب به سیمان میتواند این اثر را جبران کند.
۶-۲. جرم حجمی
هوازایی جرم حجمی بتن تازه و سختشده را کاهش میدهد، اما این کاهش به حدی نیست که بتن سبک محسوب شود.
۶-۳. پایداری در برابر چرخههای یخزدن و آبشدن
حبابهای هوا مانند محفظههایی برای کاهش فشار ناشی از یخزدگی عمل میکنند و نقش اصلی در افزایش دوام بتن در این شرایط دارند. ساختار مناسب حبابها طبق معیارهای استاندارد ASTM C457 برای دستیابی به دوام کافی ضروری است.
۶-۴. پایداری در برابر واکنشهای انبساط زا
حبابهای هوا میتوانند محصولات انبساطی ناشی از حمله سولفاتی یا واکنش قلیایی–سیلیسی را در خود جای دهند و از ایجاد تنشهای مخرب جلوگیری کنند.
۶-۵. نفوذپذیری
با افزایش مقدار هوا، نفوذپذیری بتن در برابر مایعات کاهش مییابد.
۶-۶. مقاومت در برابر یخزداها
هوازایی مقاومت بتن را در برابر پوستهشدگی ناشی از نمکهای یخزدا افزایش میدهد، به شرط آنکه حبابها بهطور یکنواخت پخش شده باشند.
۷. تأثیر اجزای تشکیلدهنده بتن بر عملکرد هوازاها
سیمان، سنگدانههای درشت و ریز، آب اختلاط، پوزولانها، رنگدانهها و سایر افزودنیهای شیمیایی هرکدام میتوانند مقدار و پایداری حبابهای هوا را تحت تأثیر قرار دهند و نیاز به تنظیم مقدار افزودنی هوازا داشته باشند.
۸. تأثیر عوامل محیطی و اجرایی
نحوه اختلاط، دمای بتن، حملونقل، ارتعاش، اسلامپ و عملیات پرداخت از عوامل مهم مؤثر بر عملکرد افزودنیهای هوازا هستند. تغییر در هر یک از این عوامل میتواند مقدار و پایداری هوای بتن را افزایش یا کاهش دهد.
