איזו השפעה יש להוספת חומרים מפחיתי מים על איכות וביצועי הבטון?

עם הבנייה והפיתוח המתמשך של פרויקטי בנייה, לבטון, כאחד מחומרי הבנייה הבסיסיים ביותר, יש השפעה משמעותית על איכות הבנייה הכוללת. על ידי הוספת חומרים מפחיתי מים לבטון, ניתן לשפר את הביצועים שלו ביעילות. עם זאת, המפתח לכך הוא שליטה נכונה במינון של חומרים מפחיתי מים. לכמות חומר הפחתת המים המוסף השפעה עצומה על האיכות והביצועים של הבטון. לכן, חיוני לשלוט במינון של חומר מפחית מים מנקודת מבט מיקרוסקופית על מנת לשפר את האיכות והביצועים של הבטון.

1. ניתוח הביצועים והתפקודים של חומרים מפחיתי מים

חומרים מפחיתי מים, הידועים גם כחומרי פיזור, הם תוספים חיצוניים המשמשים בניסוח בטון. בשימוש בתערובות בטון, הם עוזרים לשמור על יכולת עבודה טובה ובקרה יעילה על תכולת המים. כחומר פעיל שטח, חומר מפחית מים יכול לשפר את פעילות פני הבטון. חומרים מפחיתי מים שולטים ביעילות בכמות המים בתערובת הבטון, ובכך משפרים את החוזק, העמידות והאטימות של הבטון, מייעלים את ביצועיו ומספקים חומרי גלם טובים לפרויקטי בנייה. זה עוזר לעמוד בתקנים לבנייה ממוכנת, שולט על רעשי בנייה ומפחית את השימוש במלט.

למלט, בהיותו חומר גרגירי, יש בדרך כלל קוטר חלקיקים בין 7-80 מיקרון. הוא משובח במרקם וחומר אבקתי. חלקיקי מלט הם בדרך כלל בעלי משטח קוטבי, המפגינים הידרופיליות חזקה. לחלקיקים העדינים של המלט יש שטח פנים ספציפי גדול במיוחד. חומרים מפחיתי מים מבטיחים כי תוך שמירה על יכולת העבודה של הבטון, תכולת המים נשלטת, מה שבתורו משפר את יכולת העבודה של הבטון. ישנם מספר סוגים של חומרים מפחיתי מים, כולל חומרים מפחיתי מים רגילים וחומרים מפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה. חומרים מפחיתי מים רגילים מפחיתים בדרך כלל את תכולת המים ביותר מ-5%, ולאחר שבוע, חוזק הלחיצה של הבטון יכול לעלות ב-10%. לאחר חודש, חוזק הלחיצה עולה ב-5%. חומרים להפחתת מים ביעילות גבוהה יכולים להפחית משמעותית את תכולת המים, ולהבטיח שהבטון נשאר במצב נוזלי מאוד, עם שיעור הפחתת מים גבוה מ-10%. לאחר שלושה ימים, חוזק הלחיצה של הבטון יכול לעלות ב-25%. המאפיין הבולט ביותר של בטון בעל חוזק גבוה הוא נזילות גבוהה ויחס מים-צמנט נמוך. לכן, נדרשים חומרים להפחתת מים ביעילות גבוהה או שיטות מינון אולטרה. עם זאת, חיוני לשלוט במינון כראוי על מנת לשפר את ביצועי הבטון ואיכותו.

2. ההשפעה של מינון חומר מפחית מים ביעילות גבוהה על איכות וביצועי הבטון

1. השפעה על חוזק הלחיצה של בטון

אחת התכונות המכניות המרכזיות של הבטון היא חוזק הלחיצה שלו, המשפיע באופן משמעותי על שאר תכונות הבטון. בדרך כלל, חוזק הלחיצה של משחת מלט משפיע על חוזק הבטון. הנקבוביות, הצפיפות והחוזק של משחת מלט קשורים באופן הבא:
R=ARC(C/WB)
אֵיפֹה:
R - חוזק לחיצת בטון
א', ב' - קבועים אמפיריים
RC - חוזק מלט

באמצעות הנוסחה לעיל, ניתן להסיק שיחס המים-צמנט ומידת ההידרציה של משחת המלט משפיעים ישירות על חוזק הלחיצה של הבטון. הוספת חומר מפחית מים לבטון מפחיתה מאוד את יחס המים-צמנט ומפחיתה משמעותית את הנקבוביות של משחת הצמנט, מה שהופך אותה לדחוסה ומהודקת יותר. זה מביא לעלייה בחוזק הלחיצה של הבטון.

2. השפעה על עמידות הבטון

(1) השפעה על עמידות בהקפאה-הפשרה
יחס המים-צמנט ותכולת האוויר משפיעים רבות על עמידות הבטון בהקפאה-הפשרה. מחקרים הראו שעמידות הבטון בהקפאה-הפשרה עומדת ביחס ישר ליחס המים-צמנט שלו. על ידי הוספה מדעית של חומרים מפחיתי מים, ניתן לייעל ולשפר את עמידות ההקפאה-הפשרה של בטון. לבטון יש חללים בגדלים שונים, וגם תכונות המים בתוך הנקבוביות הללו משתנות בהתאם לגודל הנקבוביות. מבנה הבועות בבטון קשור לעמידותו בהקפאה-הפשרה. ההתנגדות להקפאה-הפשרה יכולה להשתפר כאשר תכולת האוויר גדלה בסביבות 2%, אך אם תכולת האוויר עולה על 6%, היא עלולה להפחית את חוזק הבטון ולהשפיע לרעה על עמידותו. תכולת האוויר האופטימלית היא בין 2%-5%.

(2) השפעה על קורוזיה של פלדה
בנייה מודרנית משתמשת לעתים קרובות במבני בטון מזוין. המוצקות, היציבות והעמידות של מבנים אלה קשורים לפחמימה של בטון. הנוכחות של פחמן דו חמצני באוויר מובילה לקורוזיה של בטון, הממיר בהדרגה סידן הידרוקסיד לסידן פחמתי, ובכך מאבד את הבסיסיות. אם פחמן דו חמצני חודר לחיזוק הפלדה, הוא עלול לשתות את שכבת הפסיבציה לאורך זמן, וכתוצאה מכך קורוזיה כימית של הפלדה. גם אם נעשה שימוש בתוספים עם כמויות מסוימות של כלוריד (Cl-), הוספה של חומרים מפחיתי מים מסייעת בשליטה על קצב הגז, ובכך משפרת את תכונות האנטי-קרבון של המלט ומפחיתה את הקורוזיה של פלדת חיזוק. הדבר משפר את עמידות הבטון ומבטיח שימוש ארוך טווח במבנה.

(3) השפעה על חדירות
יחס המים-צמנט קשור לחדירות הבטון. אם יחס המים-צמנט עולה על 0.55, כמות מי הערבוב תעלה על המים הנדרשים להידרציה בצמנט, ותותיר עודפי מים בתערובת. זה מגביר את הנקבוביות והחדירות של הבטון. עם זאת, אם יחס המים-צמנט נמוך מדי ולא מצליח להשיג את יכולת העבודה הרצויה, מבנה הבטון עלול להינזק, מה שישפיע לרעה על אטימותו.

3. השפעה על יכולת עבודה בטון

יכולת העיבוד של הבטון מושפעת מגורמים רבים, כולל סוג המלט, תכולת המים, כמות התערובות בשימוש, טמפרטורה וגורמים נוספים. כאשר גורמים אחרים עקביים, הסוג והמינון של החומר להפחתת המים ממלאים תפקיד משמעותי בעיבוד הבטון. בדרך כלל משתמשים בשפל למדידת יכולת העבודה, וערך השפל הוא פרופורציונלי לכמות החומר להפחתת המים בשימוש. בדרך כלל נצפה הדפוס הבא:
מינון חומר מפחית מים=0.5% ממשקל המלט, מה שמגביר את השפל. עם זאת, אם המינון עולה על 0.5%, הצניחה עלולה לרדת באופן משמעותי. המינון הטיפוסי של חומרים מפחיתי מים הוא בסביבות 0.25%, ולא כדאי לחרוג מכמות זו מכיוון שהיא עלולה להאיץ את ההגדרה. עבור חומרים מפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה, המינון הטיפוסי הוא בין 0.50%-0.75%.

4. השפעה על זמן התייצבות בטון

ביישומים הנדסיים מעשיים, זמן ההתייצבות של הבטון הוא קריטי לפעולות הבנייה. הוספה מתונה של מעכבים יכולה לשלוט ביעילות בזמן התייצבות הבטון. עם זאת, כאשר כמות החומר להפחתת המים עולה על רמה מסוימת, הדבר עלול להשפיע על זמן ההתייצבות של הבטון ואף להוביל לעיכוב בהתייצבות. הטמפרטורה משפיעה גם על הבטון עם חומרים מפחיתי מים. עם עליית הטמפרטורה, תגובת ההידרציה של המלט מואצת, מה שעלול להשפיע על השקע ומהירות ההתקשות של הבטון.

5. השפעה על מאפיינים ריאולוגיים של בטון

כדי להשיג בטון באיכות גבוהה, חיוני לשבור את מבנה הצמיגות, ולהבטיח שחלקיקי מלט מפוזרים במלואם בתווך המים. היווצרות ג'ל צמנט יכולה להיות מושפעת מגורמים שונים. אם מוסיפים לבטון שזה עתה מעורבב כמות מסוימת של חומר מפחית מים, המטען החשמלי על חלקיקי המלט גדל, מה שמוביל להגברת כוחות הדחייה בין חלקיקים, אשר בתורו משפיעים על הצמיגות. זה משפר את יציבות מערכת הפיזור ומשפר את יכולת הזרימה של הבטון. תרחית המלט מציגה מצבים שונים: מצבים מדוללים, קרישים ותיקוטרופיים. מצבים אלו נובעים מההפרדה והפירוק המתמשכים של המבנה הקרוש בתרחית המלט, המשקפים את קצב הגזירה וכתוצאה מכך לירידה בהתנגדות ובצמיגות. על ידי הוספת חומר מפחית מים ביחס ספציפי, מחזקים את המאפיינים התיקסטרופיים של הבטון. הסיבה לכך היא שלחלקיקי מלט יש תכונות ספיחה, והפוטנציאל החשמלי המתאים עולה. רטט מוגבר ישפר את יכולת הזרימה של הבטון, בעוד שהיעדר חומר מפחית מים יפחית את תכונותיו התיקוטרופיות.