ضد یخ بتن یا افزودنی تندگیر کننده
بتن ریزی در هوای سرد یکی از چالش های بسیار بزرگ در صنعت ساخت و ساز می باشد. هوای سرد مشکلات زیادی را برای پروسه ی بتن ریزی می آفریند. یکی از این مشکلات، مشکل یخ زدگی بتن است که در آن آب موجود در بتن یخ می زند و مانع انجام عملیات هیدراسیون می شود. به صورت کلی هم دمای پایین باعث می شود تا هیدراسیون با سرعت کمتری انجام شود. به این ترتیب کل پروسه ی بتن ریزی و کسب مقاومت بتن با مشکلات زیادی روبرو می شود. نتیجه ی این ها می تواند کاهش دوام و استحکام بتن باشد که باعث می شود تا سازه برای استفاده آنچه برایش طراحی شده، مناسب نباشد. در طولانی مدت هم ممکن است ترک های در بتن به وجود بیاید یا بتن به صورت ورقه ورقه در بیاید که به هیچ وجه دلخواه ما نیست. برای رفع این مشکل، ایده های مختلفی مطرح شده است که مهم ترین آن ها استفاده از ضد یخ است. اما ماده‌ای که به عنوان ضد یخ بتن از آن یاد می شود به شکل های مختلفی وجود دارد و مانند تمامی مواد دیگر دارای انواع مختلفی است. اما هدف در تمامی آن ها یکی است. اول این نقطه‌ی انجماد آب موجود در بتن را به طریقی کاهش دهیم. همچنین در عین حال دمای داخل بتن را افزایش دهیم.
ضد یخ های بتن مواد شیمیایی هستند که به منظور پایین آوردن نقطه انجماد فاز مایع به آب اختلاط بتن اضافه می گردند و تا دمای °C 30- کاربرد دارند. استفاده از ضد یخ در بتن ریزی در شرایط آب و هوای سرد، دارای اصول فنی ساده و بسیار سودمند می باشد که باعث صرفه جویی 20 الی 50 درصدی زمان و انرژی در مقایسه با عمل آوری با بخار، گرم کردن بتن و… می باشد.
در روسیه بیش از 40 سال تجربه بتن ریزی بدون گرم کردن بتن وجود دارد، این امر با توجه به آب و هوای بسیار سرد روسیه می باشد. ضد یخ ها در بتن درجا، بتن مسلح، سازه های یکپارچه پیش ساخته و… در دمای (هوا، زمین) زیر °C5 و تا کمترین دمای روزانه °C 30- مورد استفاده قرار می گیرند.
✔ استفاده از ضد یخ بتن
ضد یخ بتن نام دیگری نیز دارد و آن شتاب دهنده به واکنش هیدراسیون بتن است. با افزودن ضد یخ به بتن، واکنش هیدراسیون با افزایش سرعت مواجه می شود و از آن جایی که این واکنش به شدت گرماده است، سرعت تولید گرما در بتن بالا می رود. این موضوع باعث می شود تا دمای بتن تا حد مطلوبی بالا برود و مشکل یخ زدگی دیگر بتن را تهدید نکند. هم چنین باعث می شود تا بتن خیلی سریع تر سخت بشود. این به آن معنی است که بتن به سرعت مقاومت خودش را به دست می آورد و زمان زیادی به آن داده نمی شود تا دمایش پایین برود. در عین حال با گرمایی که از طریق واکنش هیدراسیون تولید می شود، دمای بتن بالا می ماند.
اولین راه حل گرم کردن مصالح و خصوصا آب مصرفی در بتن است. البته این روش تقریبا ناکارآمد بوده و صرفا نیروی زیادی را می‌طلبد. برای دومین راه حل می‌توان استفاده از مواد تسریع کننده را در نظر گرفت. این مواد موجب افزایش سرعت هیدراتاسیون و بالا رفتن دمای حاصل از هیدراتاسیون می شود. مقاومت بتن در سنین اولیه نیز افزایش می‌یابد.سومین راه حل و بهترین آن استفاده از ضد یخ بتن می باشد (برای مثال مشخصات MTO ANTIFREEZ را مطالعه کنید) زیرا یک ضد یخ بتن خوب با تسریع در روند هیدراتاسیون، سرعت گیرش اولیه بتن را بالا برده و در نتیجه میزان آب اشباع در بتن را کاهش می دهد، از طرفی نقطه انجماد آب موجود در بتن را پایین آورده و به همین علت شرایط بند 2 را نیز برآورده می کند و بهترین راه برای آن استفاده از ضد یخ بتن می باشد.
بتنی که در هوای سرد ریخته می شود تنها در صورتی دارای مقاومت و دوام لازم برای رعایت الزامات سرویس مدنظر می باشد، که به صورت مناسبی تولید، ریخته و محافظت شود.
با وجود اینکه آن زمان شناخته می شود ولی در طول 24 ساعت اولیه برای جلوگیری از یخ زدگی حفاظت در بهار و پاییز نیز لازم است. وقتی بتن یخ می زند چه اتفاقی می افتد؟ آب داخل منافذ در بتن در حدود 1 درجه سانتی گراد (30 درجه فارنهایت) شروع به یخ زدگی می کنند.
هنگامی که مقداری آب یخ می زند غلظت یون داخل آب یخ نزده بالا می رود علاوه بر این، نقطه انجماد نیز بالا می‌رود. در حدود -3 تا -4 درجه سانتی گراد (25 تا 27 درجه فارنهایت)، منافذی که به اندازه کافی داخل آن آب است یخ می‌زند در نتیجه هیدراتاسیون کاملا متوقف می شود و بنابراین استحکام بتن، نیروهایی که به وسیله انبساط یخ تولید می شوند (حجم یخ اشغالی حدود 9٪ بیشتر از آب) ممکن است در یکپارچگی طولانی مدت بتن زیان آور باشد.
✔ عملکرد های ضد یخ بتن
دسته اول نقطه انجماد فاز مایع بتن را پایین می آورند، همچنین زودگیرها و دیرگیرهایی ضعیف هستند که بر گیرش و سخت شدگی سیمان تاثیر می گذارند، از جمله محصولات الکترولیت مانند: ANTIFREEZ SN و ANTIFREEZ SC. محصولات الکترولیت ضعیف مانند: ANTIFREEZ AM و غیرالکترولیت مانند: ANTIFREEZ U می باشند.
دسته دوم افزودنی های دو یا سه سیستمی می باشند. هیدراتاسیون سیمان را تسریع کرده و همچنین خصوصیات ضد یخ را دارا می باشند.علاوه بر این دو گروه اصلی، مابقی خصوصیات ضعیفی از ضد یخ ها را دارا می باشند. گیرش و سخت شدن سیمان را تسریع می کنند و به صورت قابل توجهی میزان گرمای مراحل اولیه سخت شدن سیمان در بتن ریزی زمستانی را افزایش می دهند. این افزودنی ها در شکل گیری سریع ساختار متراکم مویینه سیمان شرکت می کنند، مانند: ANTIFREEZ FS و .ANTIFREEZ AS
✔ اطلاعات فنی افزودنی های ضد یخ بتن
بیشتر افزودنی های ضد یخ باعث ایجاد تاخیر در گیرش بتن می شوند. از آنجایی که میزان مصرف ضد یخ ها از افزودنی هایی که به منظور تاخیر در گیرش استفاده می شوند بسیار بیشتر می باشد، سخت شدن سیمان تسریع می شود و این مسئله گاهی اوقات بتن ریزی را مشکل می کند.ANTIFREEZ زمان گیرش و سخت شدن سیمان را کاهش می دهد، همچنین بر روی ساختار خمیر سیمان و مقاومت در برابر یخ زدگی بتن تاثیر قابل توجهی دارد. این محصول همراه با کندگیر کننده ها یا روان کننده ها مورد استفاده قرار می گیرد. میزان مصرف روان کننده به نوع سیمان و میزان مصرف ضد یخ بستگی دارد.در بتن ریزی در هوای سرد با استفاده از افزودنی های ضد یخ می توان دیگر افزودنی های بتن مانند هوازا، روان کننده، دیرگیر کننده و فوق روان کننده را استفاده کرد. میزان مصرف هوازا باید در آزمایشگاه دقیقا مشخص شود. زمانی که افزودنی های نامبرده همراه با ضد یخ استفاده می شوند، میزان مصرف بالاتری نسبت به حالت نرمال دارند.
بیشترین میزان مصرف روان کننده بر پایه لیگنو برای مخلوط شدن با (ANTIFREEZ (SN+CC) و ANTIFREEZ CCNN نباید از 10% بیشتر شود.ضد یخ های کلینیک بتن ایران در دو حالت مایع و پودری عرضه می گردند و مشخصات آن از طریق بخش محصولات – افزودنی های بتن کلینیک بتن ایران- قابل بازیابی است.استفاده از تندگیر کننده ها یا ضد یخ بتن عموما در بتن ریزی در شرایط هوای سرد صورت می گیرد. تندگیر کننده ها نقطه انجماد آب را کاهش نمی دهند از این رو اطلاق نام ضد یخ به این افزودنی ها درست نمی باشد. افزودنی های تندگیر کننده برای کاهش زمان گیرش و افزایش مقاومت اولیه به دست آمده به خصوص در بتن ریزی در هوای سرد به منظور تسریع در زمان شروع عملیات عمل آوری بتن و کاهش زمان عمل آوری استفاده می شوند. همچنین افزایش سرعت کسب مقاومت بتن به خصوص در سنین اولیه منجر به کاهش زمان مورد نیاز برای قالب بندی بتن و به دنبال آن کاهش هزینه های کلی ساخت و ساز می گردد. از مزایای استفاده از این افزودنی ها می توان باز کردن سریع تر قالب ها، تسریع ساخت، جبران تاثیر دیرگیر کننده بتن در هوای سرد را برشمرد. استفاده از این افزودنی ها می تواند منجر به کاهش جزیی مقاومت دراز مدت بتن گردد. افزودنی های تندگیر کننده به 4 گروه طبقه بندی می شوند.
✔ دلایل ایجاد افزودنی ضدیخ بتن
ایده ی ساده و اصلی برای استفاده از این نوع افزودنی در بتن، جلوگیری از تبدیل آب به یخ می باشد. تا زمانی که آب به صورت مایع است، پروسه ی هیدراسیون ادامه می‌دهد. آب و سیمان با یکدیگر واکنش می دهند و ماده ای که تحت عنوان چسب سیمان می شناسیم را تشکیل می دهد. این واکنش تا حد زیادی تحت تاثیر و تابع دمای محیط می باشد و هر چه دما پایین تر رود، سرعت واکنش نیز افت می کند.
وقتی افزودنی ضد یخ به آب اضافه می شود، این ماده‌ی شیمیایی ساختارهایی را که در آب وجود دارد و باعث می شود تا آب به شکل جامد در بیاید را تحت تاثیر قرار می‌دهد. به عبارت دیگر می توان گفت این ساختار را از بین می برد. ترکیبات شیمیایی زیادی وجود دارند که به عنوان ضد یخ در آب عمل می کنند. پیش از این ممکن است با افزودنی های ضد یخ با تعریف دیگری نیز آشنا شده باشید که آن تعریف هم درست است: افزودنی ضد یخ در واقع باعث کاهش نقطه ی انجماد در آب می شود تا آب در دمای صفر درجه یخ نزند.
آیین نامه بتن ایران
مطابق آیین نامه بتن ایران (آبا) هوای سرد به وضعیتی اطلاق می گردد که برای سه روز متوالی شرایط زیر برقرار باشد:
– دمای متوسط هوا در شبانه روز کمتر از 5 درجه سانتی گراد باشد.
– دمای هوا برای بیشتر از نصف روز از 10 درجه سانتی گراد زیادتر نباشد.
