فوق روان سازها
فوق روان ساز ها در حال حاضر، نقش مهمی در توسعه ی بتن با کارایی بسیار بالا دارند. بتن با کارایی بسیار بالا، موادی جدید مبتنی بر پایه ی سیمانی، دارای تخلخل بسیار پایین می باشند، که علاوه بر این در تدوین شان از ذرات بسیار کوچک و واکنش پذیر (قطر < 5/0 میلی متر) استفاده شده است که، به عنوان پر کننده، فضای بین ذرات بزرگتر را پر می کنند. و منجر به تولید مواد بسیار متراکم، با مقاومت بالا می شود. از نقطه نظر دیگر، این مواد جدید به مقدار کمی آب نیاز دارند، زیرا لازم است، تنها مقدار کمی از هیدرات ها به هم متصل شده، تا یک توده ی متراکم از جامد بوجود آید. در یک مخلوط از ذرات خشک که شامل مقدار کمی آب می-باشد، بار الکتریکی موجود بر سطح ذرات جامد، باعث تجمع ذرات و جلوگیری از توزیع خوب آب، بین ذرات جامد می شود، که در نهایت از توزیع مطلوب هیدرات های تشکیل شده بین ذرات جلوگیری می کند و سیالیت کاهش می یابد. فوق روان ساز ها کشش سطحی آب را کاهش می دهد و علاوه بر آن به آب اجازه می دهد تا بین ذرات جامد نفوذ کند و آب به نفوذ پذیری کافی برسد. سطح بالایی از سیالیت را می توان با وجود محتوای کم آب، با استفاده از مقدار کمی فوق روان ساز حفظ نمود. وقتی فوق روان ساز ها در یک مقدار معین از سیمان با کار پذیری مشخص، استفاده می شوند، آب مورد نیاز را به میزان زیادی کاهش داده و باعث افزایش مقاومت فشاری اولیه و نهایی می شوند. این مواد افزودنی، همچنین می توانند جمع شدگی خشک و تنش حراراتی بتن را، در یک کارپذیری مشخص و یک نسبت آب به سیمان ثابت، به دلیل نسبت بالا تر سنگدانه به سیمان، کاهش دهند .
فوق روان ساز ها، به دلایل زیر در مخلوط های سیمانی استفاده می شوند:
- افزایش کار پذیری در یک ترکیب درصد مشخص از مخلوط، برای افزایش قابلیت جا به جایی
- کاهش آب در مخلوط، در نتیجه کاهش نسبت آب به سیمان که منجر به افزایش مقاومت و بهبود دوام می شود.
- کاهش آب و سیمان همراه با هم در یک کار پذیری و مقاومت مشخص، به منظور صرفه جویی در سیمان و کاهش خزش، جمع شدگی و تنش حرارتی ایجاد شده توسط هیدراتاسیون سیمان.
یک کاهنده نرمال آب قادر است آب مورد نیاز را در حدود 10 تا 15 درصد کاهش دهد. کاهش بیشتر را می توان در مقادیر بالا تر به دست آورد، اما این عمل ممکن است اثرات نامطلوب بر روی گیرش، محتوای هوا، آب انداختگی، جدایش، و شرایط سخت شدن بتن داشته باشد.
فوق روان ساز ها از لحاظ شیمیایی، از کاهنده های معمولی آب متفاوت هستند و قادر هستند محتوای آب را در حدود 30 درصد کاهش دهند. آنها برای اولین بار در ژاپن و بعد از آن در اوایل سال 1960 در آلمان معرفی شدند، که دارای دو نوع مختلف، بر پایه ی نفتالین و ملامین هستند. با این حال، این فوق روان ساز ها، دارای یک نقطه ضعف جدی هستند. جریان پذیری بالای بتن حاوی فوق روان ساز ها، به طور کلی حدود 30 تا 60 دقیقه می باشد و سپس به سرعت کاهش می یابد. این پدیده با عنوان افت اسلامپ نامیده می شود. به تازگی فوق روان ساز های پایه ی پلی کربوکسیلات را می توان همراه با آب اختلاط به بتن اضافه کرد. این فوق روان ساز ها به طور گسترده ای در تولید بتن با کارایی بالا، مانند بتن با مقاومت بالا و بتن خود متراکم استفاده می شوند. به رغم جریان پذیری بالای بتن خود متراکم، هیچ گونه جدایی بین ملات و سنگدانه درشت، اتفاق نمی افتد. آب بیش از حد، باعث افزایش تخلخل مویین در بتن و کاهش دوام بتن می باشد. با توجه به این مسئله، در ژاپن، فوق روان ساز های جدید بدون افت اسلامپ و با تاخیر کمتر در هیدراتاسیون سیمان در اوایل سال 1990 تولید شدند .
فوق روان سا زها در واقع یک نوع سورفاکتانت هستند. لازم است که این مواد پخش کنندگی عالی داشته و اثر تعویقی کمی بر روی واکنش های هیدراتاسیون سیمان داشته باشند.
از آنجایی که، فوق روان ساز ها باید میل قوی بین مواد جامد و مایع به منظور پراکنده کردن ذرات سیمان در آب داشته باشند، مواد مناسب به عنوان فوق روان ساز ها، گروه پنچ سورفاکتانت ها، که شامل هر دو گروه آب دوست و آب گریز در ساختارشان هستند، می باشند. انواع 1 و 2 (1:پایه نفتالین، 2:پایه ملامین)، به اصطلاح نسل اول فوق روان ساز ها هستند که در محل، بلافاصله قبل از قرار دادن و قالب گیری، اضافه می شوند. با این حال، استفاده از آن ها در مخلوط با از دست رفتن اسلامپ مشخص همراه است. بنابراین فوق روان ساز-های جدید، که از فوق روان ساز های، نوع اول و دوم متفاوت هستند، در دست تحقیق و توسعه می باشند. آنها را می توان به عنوان نسل دوم از فوق روان ساز ها در نظر گرفت. آنها به عنوان کوپلیمرهای نوع سوم طبقه بندی می شوند. نوع سوم فوق روان ساز ها، دارای یک زنجیره ی پیوندی از اکسید پلی اتیلن و یک گروه کربوکسیل در ساختار مولکولی خود می باشند، و دارای قدرت پخش بسیار بالا وتوانایی حفظ اسلامپ می باشند. نحوه‌‌ی پراکنده سازی فوق روان سازها را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود:
1) دافعه ی الکتریکی
پخش ذرات ظریف مانند ذرات کلوئیدی، معمولا در نتیجه ی بار یون ها می باشد. ذرات با بار سطحی مشابه یکدیگر را دفع می کنند و از تراکم جلوگیری می شود. هیدرات ها ی سیلیکات کلسیم در خمیر سیمانی هیدراته، به شکل ذرات بسیار کوچک و به هم پیوسته هستند. از این رو روش شیمیایی کلوئیدی به سامانه های سیمانی اعمال می شود. فوق روان ساز های نسل اول بر روی سطح ذرات سیمان جذب شده و یک بار سطحی منفی ایجاد می کنند. در نتیجه، دافعه الکترواستاتیکی بین ذرات سیمان، باعث پراکندگی ذرات سیمان شده و سیالیت خمیر سیمان افزایش می یابد.
2) دافعه فضایی
فوق روان ساز های نسل دوم، کوپلیمرهای پلی کربوکسیلات، شامل اکسید پلی اتیلن به عنوان یک زنجیر پیوندی و گروه کربوکسیل در زنجیر اصلی می باشند. توانایی جداسازی یون گروه کربوکسیل از گروه سولفونیک ضعیف تر است. از این رو کوپلیمر هایی شامل گروه کربوکسیل جذب کمتری نسبت به فوق روان ساز-های نسل اول دارند. اقدام پخش سیمان توسط کوپلیمر پلی کربوکسیلات نه تنها وابسته به دافعه الکترواستاتیکی مشخص است، بلکه، قابلیت پخش کوپلیمر پلی کربوکسیلات ممکن است تا حدی، به دلیل لایه محافظ حجیم حاصل از جذب زنجیره های پلیمر ی بر روی ذرات سیمان و جلوگیری از تراکم باشد.