افزودنی‌های معدنی بتن

افزودنی‌های معدنی بتن (Mineral Admixtures) دسته ای از افزودنی های بتن می‌باشند که در زمان ساخت بتن، درصدی از وزن بتن را شامل می‌شوند و در هنگام مخلوط کردن ساختار بتن، به بتن افزوده می‌شوند. در حقیقت افزودنی‌های بتن، ذرات ریز مواد معدنی می‌باشند که با افزودن این گونه مواد معدنی به بتن، بعضی از خواص آن حفظ می‌شود و همچنین باعث ایجاد خواص تازه در بتن خواهد شد. در مواردی که مورد نیاز است، افزودنی‌های معدنی را برای یک بتن خاص به کار می‌برند و در نتیجه بتن‌های توانمندی تولید می‌شوند.

در این مطلب از سازه برتر شما را با افزودنی‌های معدنی بتن بیشتر آشنا خواهیم کرد، همراه ما باشید.

افزودنی معدنی بتن چیست؟

افزودنی‌های معدنی بتن، مواد آلومینی یا سیلیسی خوب تفکیك ‌شده ‌ای هستند که به مقدار زیادی، در حدود 20 تا 100 درصد وزنی سیمان پرتلند، به بتن اضافه می‌شوند. این نوع مواد به‌ طور خام یا پس از فعال‌ سازی حرارتی در افزودنی‌های معدنی بتن استفاده می‌شوند. این گونه مواد، محصولات زائد صنایع گوناگونی می‌باشند که به علت خواصی که دارند، قابلیت استفاده شدن در ساخت بتن را دارند.

کوره‌های متالوژیکی تولید چدن، واحدهای نیروگاهی برقی با سوخت زغال‌ سنگ، آلیاژهای فروسیلیسیم و فلز سیلیسیم، منابع مهم و اصلی مواد زائد صنعتی می‌باشند که به مقدار ده‌ها میلیون تن در سال، در خیلی از کشورهای صنعتی ساخته می‌شوند. دور ریختن این گونه مواد زائد صنعتی، باعث هدر دادن مواد و همچنین مسائل جدی آلودگی زیست‌ محیطی می‌شود. با کنترل کیفیت مناسب، مقدار زیادی از محصولات زائد صنعتی می‌توانند به شکل سیمان پرتلند آمیخته و یا به‌ عنوان افزودنی‌های معدنی بتن استفاده شوند.

زمانی ‌که خواص سیمانی کننده و یا پوزولانی یك نوع ماده به گونه ای باشد که بتواند به‌ عنوان جایگزینی برای سیمان پرتلند در بتن به کار رود، صرفه‌ جویی زیادی در هزینه و انرژی خواهد شد. صرف نظر از این که آیا مواد پوزولانی به ‌عنوان ماده متشکله سیمان پرتلند آمیخته به بتن و یا به شکل یک ماده افزودنی معدنی به بتن اضافه شده ‌اند، مکانیزمی که واکنش پوزولانی توسط آن، اثر مفیدی بر روی خواص بتن می‌گذارد، یکسان است.

کاربرد افزودنی‌های معدنی بتن

کاربرد افزودنی‌های معدنی بتن عبارتند از:

افزایش مقاومت در برابر ترك ‌خوردگی حرارتی، به دلیل حرارت کمتر هیدراتاسیون

نفوذ ناپذیری و بیشتر شدن مقاومت نهایی به‌ دلیل بهبود وضعیت منافذ و در نهایت کاهش خاصیت قلیایی

مقاومت بیشتر در برابر حملات شیمیایی مثل انبساط قلیایی – سنگدانه و آب سولفاتی

کاهش اثرات مخرب زیست محیطی

صرفه اقتصادی

انواع مواد افزودنی معدنی بتن

افزودنی‌های معدنی بتن در صنعت ساختمان دارای انواع گوناگونی می‌‍باشند که هر کدام از آن‌ها با توجه به ویژگی‌هایی که‌ دارند، عملکرد متفاوتی را در بتن ارائه می‌دهند. در ادامه چند نمونه از این نوع افزودنی‌ها را معرفی می‌کنیم:

کار بازیابی با استفاده از افزودنی معدنی بتن شاکریت

افزودنی معدنی بتن شاتکریت، یکی از انواع بتن تولید شده با فشار باد است که شامل سنگدانه‌هایی با اندازه mm10 می‌باشد و اغلب به نام شاتکریت شناخته می‌شود. از این نوع افزودنی، به طور ویژه برای کار بازیابی، یعنی زمانی که بتنی دچار نقص شده و یا از دست رفته است، استفاده می‌شود. این گونه مواد همچنین برای پیشگیری از آسیب‌های آینده که با اضافه شدن یک لایه بتن ایجاد می‌شوند، گزینه‌ی مناسبی است.

افزودنی معدنی شاتکریت، مزایایی همچون پیوند عالی و جمع‌شدگی نسبتا پایین و بتن ریزی آسان دارد. توجه کنید که این نوع فرآیند به خاطر کنترل سخت، نیازمند کارگران آموزش‌دیده است. بنابراین کیفیت کار به میزان مهارت کارگران استخدام شده بستگی زیادی دارد. فرآیند شاتکریت به دو شیوه «اختلاط خیس» یا «اختلاط خشک» اعمال می‌شود.

افزودنی معدنی بتن پلیمری

افزودنی معدنی بتن پلیمری، شامل مواد آلی یا ترکیبی از مواد معدنی و آلی و افزودنی‌های کاهنده آب می‌شود. این گونه افزودنی‌ها جهت افزایش روانی بتن در میزان معینی آب، یا کاهش میزان آب مصرفی با حفظ روانی و یا هر دو استفاده می‌شوند.

ممکن است که بعضی از بتن‌های پلیمری، اثرات جانبی مثل زودگیری، کندگیری، هوازایی یا زود سخت‌کنندگی در بتن را داشته باشند؛ ولی شما باید در زمان استفاده این نکته را در نظر داشته باشید.

افزودنی معدنی بتن الیافی

یکی از افزودنی‌های معدنی، بتن الیافی می‌باشد. افزودنی معدنی بتن الیافی، برای ساخت بتن‌هایی با مقاومت فشاری و کششی بالا و الیاف تقویت‌کننده داخل مخلوط بتن استفاده می‌شوند. برای تولید کردن بتن الیافی، ژل میکروسیلیس را به عنوان افزودنی بتن الیافی به کار می‌برند. این نوع مواد دارای قدرت جذب کنندگی بسیار بالایی هستند و دچار گسیختگی نمی‌شوند.

افزودنی معدنی بتن الیافی، به دو شکل الیاف مصنوعی و طبیعی استفاده می‌شود. این نوع افزدونی، یک نمونه‌ی جدید از گل‌هایی است که در زمان گذشته برای ساختن ساختمان‌های کاه‌گلی استفاده می‌شد. افزودنی معدنی بتن الیاف‌دار،‌ به گونه‌های مختلفی از جمله الیاف پلی پروپیلن، الیاف شیشه ای، فولادی و کربنی و ... تولید می‌شوند. به طور معمول مقدار مصرف افزودنی بتن الیافی 5% تا 8% در نظر گرفته می‌شود.

افزودنی معدنی بتن ضدیخ

هرچند که بتن با توجه به ویژگی‌ها و کیفیتی که دارد، از مقاومت مناسبی در برابر سرما برخوردار است، ولی با این وجود باز هم ممکن است بتن دچار یخ زدگی شود. از این رو جهت جلوگیری از یخ زدن، از افزودنی معدنی بتنی ضدیخ استفاده می‌کنند.

ضد یخ بتن، نوعی افزودنی معدنی بتن زود گیرکننده بر پایه نمک‌های کلسیم اسیدهای معدنی می‌باشد. این نوع ترکیبات با افزایش دادن غلظت یون کلسیم در بتن، سرعت زمان گیرش در بتن را بالا می‌برند. این گونه مواد در فصل زمستان که هوا سرد است و سرعت گیرش بتن کمتر می‌شود، به میزانی مناسب با بتن مخلوط می‌شوند و کمک می‌کنند که بتن در زمانی مناسب به سختی و گیرش برسد.

افزودنی معدنی بتن برای آب‌بندی

یکی از انواع افزودنی معدنی بتن، افزودنی معدنی بتن برای آب‌بندی می‌باشد که طیف وسیعی از محصولات را در بر می‌گیرد. افزودنی آب‌بند بتن را برای درست کردن سطوح نفوذناپذیر در بتن و جلوگیری از ورود مایعات به کار می‌برند.

بعضی از انواع این افزودنی، می‌توانند‌ با وارد شدن به داخل ترک‌های ریز بتن، آن‌ها را نسبت به نشت و نفوذ مایعات به داخل آنها عایق کنند. افزودنی بتن آب‌بندی، ماده‌ای غیراشتعال می‌باشد و سازگاری خوبی با محیط زیست دارد.

بعضی از افزودنی‌هایی که برای آب‌بندی بتن استفاده می‌شوند شامل ملات‌های آنی گیر، نفوذگرهای کریستال شونده، رزین‌های پلی یورتان، پلیمرهای دو جزیی و عایق الاستومری تک جزیی می‌شوند.

افزودنی‌های معدنی خنثی و رنگدانه‌ها

این نوع مواد به صورت سنگدانه در بتن استفاده می‌شوند، اما معمولا باعث افزایش مقاومت بتن نمی‌شوند. از طرفی دیگر باعث بهبود چسبندگی و کارایی بتن‌هایی خواهند شد که کمبود ریزدانه دارند.

رنگدانه‌هایی که برای ساخت بتن رنگی به کار می‌روند، شامل مواد معدنی زیر می‌باشند:

اکسید آهن: رنگ‌های سیاه، قرمز و زرد

اکسید کرم: رنگ سبز

اکسید تیتان: رنگ سفید

اکسید آبی کبالت: رنگ آبی

اکسید منگنز: رنگ‌های قهوه ای و سیاه

کربن سیاه: رنگ سیاه

مزایای افزودنی‌های معدنی بتن

افزودنی‌های معدنی بتن دارای مزایایی از جمله موارد زیر می‌باشند:

کاهش جداشدگی و آب انداختگی بتن

ذرات ریز موجود در افزودنی‌های معدنی بتن، سد راه منافذ حرکت مولکول‌های آب می‌شوند و باعث کاهش جداشدگی و آب انداختگی بتن می‌شوند.

کاهش تخلخل و نفوذپذیری بتن

کاربرد افزودنی های معدنی باعث از بین رفتن کریستال‌های نسبتا بزرگ هیدروکسید کلسیم شده و ساختار دانه‌ها را ریزتر می‌نماید. همچنین با ریزتر کردن ساختار منافذ، موجب کاهش تخلخل و نفوذپذیری می‌شوند.

بهبود کارآیی با استفاده از افزودنی‌های معدنی بتن

در مخلوط ‌های تازه‌ی بتنی که تمایل به جداشدگی و آب ‌انداختگی دارند، افزودن ذرات از هم جدا، به ‌صورت کلی کارآیی را با کاهش اندازه و حجم فضاهای خالی بهبود می‌بخشد. هرچقدر مواد افزودنی معدنی نرم‌تر باشند، میزان کمتری از آن جهت بیشتر کردن چسبندگی و کارآیی بتن تازه مخلوط شده لازم می‌باشد. بافت شیشه ای و اندازه کوچك خاکسترهای بادی و روباره‌ها، باعث کاهش میزان آب لازم برای روانی داده ‌شده می‌شوند.

باید توجه کرد که گرچه همه‌ی افزودنی‌های معدنی بتن، تمایل به بهبود کارایی و چسبندگی بتن تازه دارند، اما بسیاری از آن‌ها توانایی کاهش آب روباره‌ها و خاکستر های بادی را ندارند. برای یك روانی داده ‌شده بتن، به کار بردن مصالحی با مساحت سطح زیاد مثل خاکستر پوسته برنج، پومیس و دود سیلیسی متراکم، احتیاج به آب را افزایش می‌دهد. همچنین بیشتر پوزولان‌های طبیعی به ‌دلیل تمایل به جذب آب زیاد و غیر کروی بودن ذرات، در شرایط یکسان طرح اختلاط، باعث کاهش کارآیی می‌شوند.

دوام در برابر ترک خوردگی حرارتی

با فرض این که به‌ دلیل حرارت هیدراتاسیون، بیشترین دمای یك سازه حجیم در مدت یك هفته بعد از جانمایی بتن به ‌دست می‌‌آید، به کار بردن ماده افزودنی معدنی، امکان کاهش دما را با نسبت مستقیم با میزان سیمان پرتلند جایگزین ‌شده به ‌وسیله مواد افزودنی، ایجاد می‌کند. این عمل به این ‌دلیل است که در شرایط معمولی، این نوع مواد افزودنی به ‌میزان زیادی برای چند روز واکنش انجام نمی‌دهند. بر اساس قانون تجربی، تمام حرارت هیدراتاسیون تولید شده به وسیله‌ی واکنش‌های پوزولانی مشتمل بر مواد افزودنی معدنی، به مقدار نصف حرارت تولید ‌شده توسط هیدراتاسیون سیمان پرتلند در نظر گرفته خواهد شد.

دوام در برابر حملات شیمیایی

نفوذپذیری بتن از نظر بررسی نرخ خرابی بر اثر واکنش‌های مخرب شیمیایی مثل حملات سولفاتی و اسیدی و واکنش قلیایی سنگدانه از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد. از آنجایی که واکنش پوزولانی مواد افزودنی معدنی باعث اصلاح شرایط منفذی شده و نفوذپذیری را کمتر می‌کند، مطالعات آزمایشگاهی و کارگاهی، بهبود قابل ملاحظه ای را در دوام شیمیایی بتن‌های شامل مواد افزودنی معدنی نشان می‌دهند.

به صورت کلی تحقیقات علمی منتشر شده، نشان ‌دهنده‌ی بهبود مقاومت مصالح با اضافه کردن مواد افزودنی معدنی به بتن در برابر آب اسیدی، آب دریا و آب سولفاتی می‌باشد. این امر به ‌دلیل واکنش پوزولانی می‌باشد که همراه با کمتر کردن نفوذپذیری و همچنین کاهش میزان هیدروکسید کلسیم محصول هیدراته ‌شده است.

ساخت بتن توانمند

امروزه استفاده از مواد افزودنی مرغوب و پوزولان‌ها، نقش زیادی در ساخت مصالح ساختمانی همچون بتن‌های توانمند دارد. بتن توانمند، در واقع بتنی است که دارای یك خاصیت غیر معمول نسبت به بتن معمولی است. این نوع بتن‌ها با داشتن مقاومت زیاد،‌ عملکرد خوبی در فضاهای خورنده دارند و دوام زیادی را نشان می‌دهند.

استفاده از پوزولان‌های خاص می‌تواند همراه با فوق ‌روان ‌کننده‌ها، ضمن ساخت بتن‌هایی با مقاومت بیش از 50MPa، دوام قابل‌ توجهی را نیز ایجاد کنند. در سال‌های اخیر، با استفاده از 400 کیلوگرم سیمان و 100 کیلوگرم خاکستر بادی و با نسبت آب به سیمان‌های 0/32، مقاومت فشاری بیشتر از 70MPa در 56 روز به ‌دست‌آمده است. علاوه بر این با یک طرح اختلاط مناسب و ایجاد کردن فضای خالی کم در بین سنگدانه‌ها و با بهره بردن از دانه‌های ریز کوارتزی و دوده سیلیس و فوق ‌روان ‌کننده، بتن‌هایی با مقاومت 180MPa با روانی زیاد تولید می‌شوند و در صنعت بتن استفاده می‌شوند.

نکته: بتن یکی از پرکاربردترین موادی می‌باشد که برای انواع سازه‌ها استفاده می‌شود. جهت داشتن کیفیت بهتر و ایجاد مقاومت بیشتر بتن، اغلب افزودنی‌هایی به آن افزوده می‌شود. معمولا افزودنی‌های معدنی بتن، به هنگام فرآیند اختلاط بتن به صورت درصدی از وزن سیمان به وزن بتن افزوده می‌شوند. با این کار برخی از خواص بتن به شکلی مطلوب تغییر می‌کنند.

افزودنی معدنی بتن دارای انواع مختلفی است که هر کدام از آن‌ها مزایایی دارند. به هنگام استفاده از این گونه مواد افزودنی، باید به مقدار استفاده و کارایی آن توجه زیادی کرد، چرا که دقت نکردن به این مساله، می‌تواند مشکلات زیادی را برای بتن به وجود آورد.

افزودنی معدنی بتن چه استانداردهایی را داراست؟

با توجه به استاندارد جدید اروپایی EN 934 برای افزودنی معدنی بتن، استانداردهای جدیدی معرفی شده اند که شامل انواع اصلی مواد افزودنی می‌باشند. در حال حاضر این استانداردها، به پنج بخش تقسیم بندی می‌شوند، که شامل ملات، EN 934، مواد افزودنی برای بتن، بتن شاتکریت و گروت می‌شوند.

سخن پایانی

در سال‌های اخیر، برای این که بتن‌های ویژه و با دوام و مقاومت بالا تولید شود از مواد افزودنی بتن استفاده می‌شود. بتن‌های توانمند شامل، بتن‌های مقاوم و ضد شسته شدن، بتن‌های با دوام و با قابلیت کاربرد در زیر آب می‌باشند، که تمام این نوع بتن‌ها با خواص ویژه در شرایط خاص با افزودن مواد افزودنی بتن مانند مواد افزودنی معدنی بتن به دست می‌آیند.

به همین منظور، در این مقاله در خصوص مواد افزودنی معدنی بتن اطلاعاتی را به شما ارائه دادیم، امیدواریم که از خواندن این مطلب رضایت کافی داشته باشید. نظرات خود را با ما در میان بگذارید.