ضدیخ بتن یا افزودنی تندگیر کننده ی سیمان، تفاوت ها، مزایا و معایب

سیمانکاری یا بتن ریزی در هوای سرد یکی از چالش های بزرگ در صنعت ساختمان می باشد. دمای پایین مشکلات زیادی را در فرآیند بتن ریزی ایجاد می کند. یکی از این مشکلات، یخ زدگی بتن است که طی آن آب موجود در بتن و سیمان یخ می زند و مانع واکنش هیدراته شدن سیمان با آب می شود.

به صورت کلی سرمای هوا باعث می شود تا هیدراسیون با سرعت کمتری انجام شود. به این ترتیب بتن ریزی و کسب مقاومت بتن با مشکلات زیادی روبرو می شود نهایتا باعث کاهش دوام و استحکام بتن شده تا جایی که سازه برای استفاده آنچه برایش طراحی شده، مناسب نخواهد بود. در طولانی مدت هم ممکن است ترک های در بتن به وجود بیاید یا بتن پوسته پوسته شود که به هیچ وجه مطلوب نیست.

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 پیوند هیدرولیک در سیمان و بتن تشکیل می‌ شود. 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.

ضدیخ بتن یکی از راه حل ها برای این قبیل مشکلات است. ضدیخ بتن در دو دسته بندکی کلی تولید و مصرف می شود:

• ضدیخ مایع
• ضدیخ پودری یا جامد

و همچنین:

• ضدیخ بتن بدون کلراید
• ضدیخ بتن کلرایدی (حاوی نمک یا ترکیبات قلیایی)

ضد یخ پودری

همان طور که پیش از این نیز در مورد آن صحبت کردیم، ضد یخ بتن نیز همانند دیگر مواد انواع مختلفی دارند و در شکل های مختلفی تولید و عرضه می شوند. شکل پودری یکی از انواع ضد یخ هاست. در ترکیب آن از نمک های مختلف معدنی و کلسیم کلراید استفاده شده است. این ضد یخ نیز با افزایش سرعت هیدراسیون، گرمای تولید شده در بتن را افزایش می دهد و ضمن گرم کردن بتن، واکنش سخت شدن آن را تسریع می نماید. هم چنین در عین حال به دلیل وجود نمک های معدنی در آن، نقطه انجماد آب موجود در بتن کاهش می یابد و این به آن معنی است که حتی در صورتی که هوا بسیار سرد باشد و گرمای تولید شده توسط واکنش هیدراسیون کافی نباشد، فرآیند یخ زدن بتن همچنان دشوار خواهد بود. البته این نوع ضد یخ به خاطر وجود یون کلراید در آن در بتن های مسلح مورد استفاده قرار نمی گیرد، چرا که یون کلراید با حمله به فولاد تقویت شده، آن را دچار خوردگی می کند که می تواند باعث ایجاد آسیب دیدگی شدیدی در بتن گردد.

در تولید این نوع از ضد یخ بتن، از ترکیب انواعی از نمک های معدنی و کلسیم کلراید خالص با یک نسبت خاص استفاده شده است. ضد یخ بتن پودری باعث افزایش گرمازایی در بتن و در نتیجه سرعت بالاتر گیرایی آن برای استفاده در سازه بتنی می گردد. ضد یخ بتن پودری با کاهش نقطه انجماد مخلوط آب و سیمان، فرایند یخ زدگی بتن را دشوارتر می کند.

باید این نکته ضروری را مدنظر داشت که استفاده از این نوع از ضد یخ بتن در بتن های مسلح، به علت این که بر پایه یون کلراید می باشند مجاز نمی باشند.

ضد یخ مایع

یکی دیگر از انواع ضد یخ ها که برای جلوگیری از یخ زدن بتن از آن ها استفاده می شود، ضد یخ بتن مایع هستند. در این نوع ضد یخ از ترکیباتی بر پایه نیتریت های سدیم و کلسیم استفاده شده است. ضد یخ مایع نیز همانند ضد یخ پودری سرعت فرآیند هیدراسیون را افزایش می دهد و این باعث می شود تا سرعت و حجم تولید گرما در بتن افزایش یابد. به این ترتیب دمای بتن بالاتر می رود و از احتمال یخ زدن بتن جلوگیری می شود. یکی از مزیت های مهم ضد یخ های مایع این است که می توان از آن ها در تمامی بتن ها خصوصا بتن های مسلح استفاده کرد. ضد یخ مایع فرآیند گیرش بتن را که به طور معمول حدود 12 ساعت طول می کشد را به 3 الی 5 ساعت کاهش می دهد. هم چنین این ضد یخ فاقد یون کلر است که باعث می شود تا به بتن آسیبی وارد نگردد.

در تولید ضد یخ بتن مایع از ترکیبی بر پایه نیتریت های سدیم و کلسیم استفاده شده است. ضد یخ بتن مایع باعث افزایش حرارت زایی فرایند هیدراسیون و افزایش سرعت گیرایی مخلوط آب و سیمان (گیرایی سریعتر بتن برای استفاده) می گردد. از مزیت های ضد یخ بتن پودری، سازگار بودن آن با انواع مختلف بتن می باشد و برای بتن های مسلح نیز قابل استفاده است.

در همه ی انواع ضدیخ هدف کلی کاهش نقطه‌ی انجماد آب موجود در بتن و در عین حال افزایش دمای بتن و در نتیجه کاهش زمان گیرش سیمان در فصل سرد می باشد. ضد یخ های بتن مواد شیمیایی هستند که ممولا تا دمای منفی 30 درجه سانتیگراد کاربرد دارند. استفاده از ضد یخ در فرآیند بتن ریزی در آب و هوای سرد، دارای اصول فنی ساده ای می باشد که باعث صرفه جویی 20 الی 50 درصدی زمان و انرژی در مقایسه با عمل آوری بتن با بخار، گرم کردن بتن و... می باشد.

تجربه بتن ریزی بدون گرم کردن بتن  و با استفاده از ضدیخ سیمان در کشورهای سردسیر نظیر روسیه بیش از 40 سال وجود دارد. ضد یخ ها در بتن درجا، بتن مسلح، سازه های یکپارچه پیش ساخته بتنی و... مورد استفاده قرار می گیرند. 

استفاده از ضد یخ بتن

میزان مصرف ضدیخ بتن، بسته به عیار بتن، دمای محیط، نوع ضدیخ و محل کاربرد می تواند بین 0.5 تا 3% وزنی مقدار سیمان موجود در بتن باشد.

نام دیگر ضدیخ بتن شتاب دهنده به واکنش هیدراسیون بتن می باشد. با افزودن ضد یخ به ملات سیمان، واکنش هیدراسیون با سرعت بالاتری انجام می شود و از آن جایی که واکنش گیرش سیمان به شدت گرماده است، باعث می شود تا دمای بتن تا حد مطلوبی بالا برود و مشکل یخ زدگی با اضافه کردن مقدار کمی ضدیخ بطور کلی رفع گرد و کیفیت بتن حفظ شود و بتن خیلی سریع تر به استحکام نهایی خود برسد.

از راه های قدیمی جلوگیری از یخ زدگی بتن، گرم کردن مصالح و خصوصا آب مصرفی در بتن می باشد. البته این روش تقریبا ناکارآمد بوده و صرفا انررژی زیادی را هدر میدهد. راه حل دیگر استفاده از مواد تسریع کننده گیرش سیمان می باشد، این مواد موجب افزایش سرعت هیدراتاسیون و بالا رفتن دمای کلی بتن می ‌شوند که باعث افزایش مقاومت بتن در زمان های اولیه گیرش نیز می شوند.

سومین راه حل و بهترین آن استفاده از ضد یخ بتن می ‌باشد 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 کاهش می دهد 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 24 ساعت اولیه برای جلوگیری از یخ زدگی سیمان اهمیت بیشتری دارد، گاهی 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 کاهش می یابد. همچنین 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. 

اطلاعات فنی در مورد ضدیخ بتن

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.

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 یاد شده 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 ضدیخ نباید از 10% بیشتر شود. ضد یخ های موجود در بازار ایران در دو حالت مایع و پودری عرضه می گردند و مشخصات آنها در فروشگاه آنلاین مالح ساختمانی بازار سفید قابل مشاهده می باشد. گاهی به جای ضدیخ زودگیر کننده های بتن مورد استفاده قرار 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 زودگیر بتن ترکیبات شیمیائی هستند که به بتن افزوده شده و سرعت هیدراتاسیون سیمان را افزایش می دهند. مصرف این مواد در فصول سرما، در کارخانه های تولید قطعات پیش ساخته و اجرای شاتکریت ها رایج می باشند.

مکانیسم عمل زودگیر بتن کاملا با مواد افزودنی ضدیخ بتن متفاوت است. این مواد معمولا نمک های کلسیم محلول در آب می باشند و در اینجا نقش اصلی را یون های کلسیم حل شده در محلول آب بتن ایفا می کند که با افزایش غلظت این یون، طبق اصل لوشاتلیه، سرعت واکنش هیدراتاسیون افزایش می یابد، در حالیکه در ضد یخ بتن، ماده افزودنی با ایجاد بی نظمی در بین مولکول های آب، مانع از یکپارچگی در شبکی کریستالی آب می شوند.

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 شدن بتن در هوای سرد را برشمرد. استفاده از این افزودنی ها می تواند منجر به کاهش جزیی مقاومت دراز مدت بتن گردد. باید توجه داشت که برخلاف ضدیخ های بتن، مقاومت زودگیر کننده های بتن در برابر یخ زدگی ارتباطی با کیفیت آن ندارد و با توجه به تفاوت مکانیزم عملکرد زودگیرر کننده ی بتن با ضدیخ بتن نباید این دو محصول را به این ترتیب با هم مقایسه نمود. افزودنی های تندگیر کننده به 4 گروه دسته بندی می شوند. 

انواع مواد افزودنی های زودگیر کننده ی بتن

1. نمک های غیرآلی محلول
2. افزودنی های دارای ترکیبات آلی محلول
3. افزودنی های با گیرش سریع ( مورد استفاده در بتن پاششی)
4. افزودنی های جامد متفرقه

از بین افزودنی های تندگیر کننده که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد، استفاده از کلسیم کلرید به دلیل تسریع فرآیند خوردگی آرماتورهای موجود در بتن در بسیار از آیین نامه ها محدود شده است. هرچند این نوع از افزودنی از قدیمی ترین و پرکاربرد ترین نوع افزودنی برای سازه های بتنی بدون آرماتور استفاده می شود. ترکیبات غیر کلریدی مورد استفاده در ساخت این افزودنی ها شامل نمک های فرمات ها، نیترات ها و تیوسیانات و بروماید است. برای بتن ریزی در شرایط هوای سرد راه حل های دیگری همچون استفاده از سیمان تیپ سه، افزایش مقدار سیمان و یا گرم کردن اجزای بتن و گرم کردن محیط کارگاه برای تندگیر در کسب مقاومت و جلوگیری از یخ زدگی نیز وجود دارد. در میان این روش ها در مواردی استفاده از سیمان تیپ یک به همراه مواد افزودنی تندگیر کننده اقتصادی تر می باشد. استفاده دیگری از این افزودنی ها در مخلوط های بتن استفاده شده برای بتن پاششی می باشد. علاوه بر آن استفاده از این مواد در مواقعی که دستیابی به مقاومت کوتاه مدت زیاد یا کاهش زمان گیرش نیاز می باشد نیز رایج است.

مزایای استفاده از ضد یخ بتن

مقاومت در برابر یخ زدگی - کاهش پس زدن در بتن‌های پاششی (شاتکریت) - افزایش سرعت اجرای کار (بازکردن سریع ‌تر قالب‌ ها) - افزایش مقاومت اولیه و نهایی بتن - کاهش میزان گرد و خاک در پاشش بتن به روش خشک

معایب استفاده از ضد یخ بتن

در صورت عدم رعایت زمان مصرف، سبب کاهش کارایی می ‌شود. به همین دلیل این مواد را باید در آخرین لحظه به بتن اضافه نمود. همچنین معمولا برای حل این مشکل، مواد زودگیر و روان کننده بتن را با هم مصرف می ‌نمایند. به عبارت دیگر در صورت نیاز به استفاده از مواد زودگیر، از مواد روان کننده زودگیر استفاده می‌ نمایند.

هدف استفاده از ضد یخ بتن

• جلوگیری از خسارت به بتن ناشی از یخ زدگی در زمان ‌های اولیه
• اطمینان ازرشد مقاومت مورد نیاز بتن جهت آن
• نگهداری از شرایط مطلوب برای بهبود استحکام بدون استفاده از گرمای اضافی در زمانبتن ریزی
• کنترل تغییر دمای سریع در بتن به منظور جلوگیری از ترک خوردگی
• محافظت دائمی از ساختار بتن
• باید توجه داشته باشید که بتن گرم قرار داده شده در بستر سرما، گرما از دست می‌دهد و افت دما پیدا می ‌کند. دانستن این مسئله بسیار مهم است که اگر ساختار به دلیل کیورینگ و محافظت نامناسب دچار خرابی شده باشد رسیدن بتن
• به مقاومت 28 روزه مخصوص بی فایده خواهد بود.
• بتنی که از یخ زدگی محافظت شده است تا وقتی که به مقاومت فشاری حداقل برسد به (3.45MPA)

دلیل قرار گرفتن در معرض یک چرخه یخ زدگی تنها دچار خرابی نمی ‌شود. بتنی که محافظت می‌شود و یا احتمالا عمل آوری می ‌گردد علی‌رغم قرار گرفتن در معرض هوای سرد به مقاومت بالقوه خودش می‌ رسد. به جز در گرما و محوطه حفاظتی، نیازی به تامین رطوبت خارجی برای عمل آوری در زمان هوای سرد نیست و یا این نیاز کمتر می ‌گردد.

ترکیبات ضدیخ بتن

ترکیب معدنی

ضد یخ های بتن(ضد یخ بتن پودری) رایج معمولا نمک های معدنی محلول در آب می باشند. رابطه بین شیمی نمک ها با قدرت آن ها به عنوان ضدیخ در جرم مولی آن هاست. هرچه جرم مولی نمک مورد نظر کمتر باشد، قدرت آن ضدیخ نیز بیشتر می شود.

مثلا نمک طعام یک ضد یخ بسیار مناسب می باشد، ضد یخ بتن با کلراید جهت ساخت و اجرای بتن‌های غیر مسلح و ملات‏ های سیمانی در سرما می باشند. لذا توصیه می شود برای ملات‏ هایی که در تماس مستقیم با آرماتور هستند و همچنین در سازه‌های پیش‌تنیده استفاده نشود.

انواع نمک ها و ترکیب آن ها در این خصوص مورد تحقیق واقع شده و به مصرف می رسند. با استفاده از ترکیبات مناسب می توان دمای انجماد بتن را به زیر منفی 30 درجه سانتیگراد و یا حتی کمتر رسانید و برای اینکار از مقادیر بیشتر ضدیخ در بتن باید استفاده کرد. گاهی تا 20 درصد وزنی سیمان ضدیخ در بتن استفاده می شود تا به هدف مطلوب رسید.

ترکیب آلی

ترکیبات آلی محلول در آب نیز که فراریت کمی دارند نیز عملکرد ضدیخی دارند. اتیلن گلیکول یکی از شناخته شده ترین این ترکیبات می باشد که به این منظور امکان استفاده دارد ولی از آنجا که مصارف زیاد آن در بتن، باعث اختلال در گیرش شده معمولا به مقدار زیاد در بتن استفاده نمی شوند. ضدیخ بتن بدون کلراید برای سازه‌های بتنی مسلح در شرایط آب و هوایی سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

خلاصه ی مطالب در مورد ضدیخ و زودگیر بتن:

• ضدیخ بتنو زودگیر بتن دو افزودنی متفاوت با عملکردهای متفاوت می باشند.
• آنچه در کشور ما در فصل سرما مصرف می شود، زودگیر بتن بوده و ضدیخ بتن نیست و این نام به غلط مصطلح شده است.
• میزان مصرف ضدیخ بتن بسیار بیشتر از میزان زودگیر بتن در واحد حجم بتن می باشد.
• زودگیر های بتن، نمک های کلسیم محلول در آب مانند، کلسیم نیترات، کلسیم فرمیات، کلسیم کلراید، کلسیم نیتریت و … می باشند ولی ضدیخ بتن معمولا نمک های معدنی محلول در آب با جرم مولی ترجیحا کم می باشند.
• ضدیخ های مصرفی در ماشین که از نوع ترکیبات آلی می باشند، مناسب بتن نمی باشند و در مقادیر بسیار کم همراه با نمکها در فرمولاسیونهای ضدیخ به کار می روند.
• در مناطقی که دوره زمانی انجماد آب محدود به چند ساعت می باشد، استفاده از ضدیخ لازم نیست و با تمهیدات مناسب و استفاده از زودگیر های بتن می توان به بتن های با کیفیت رسید. گاهی که دوره طولانی می شود بهتر است بتن ریزی متوقف شده و بعد از عبور از آن دوره بتن ریزی انجام داد.

جهت خرید ضد یخ بتن می‌توانید به فروشگاه آنلاین مصالح ساختمانی بازار سفید مراجعه نمایید و یا با 02145125 تماس حال نمایید.