افزودنیهای معدنی
افزودنیهای معدنی به شکل ذرات بسیار ریز معدنی موجب بهبود برخی از خواص و یا ایجاد ویژگیهای خاصی در بتن میشود. تغییر رنگ بتن، بهبود کارایی و انسجام بتن تازه و همچنین ارتقای مقاومت و نفوذناپذیری بتن سخت شده از آثار اسفاده از افزودنیهای معدنی در بتن هستند. افزودنیهای معدنی به سه دسته کلی افزودنیهای معدنی خنثی و رنگدانهها، پوزولانها که به عنوان مواد جایگزین یا مکمل سیمان شناخته میشوند، و افزودنیهای شبه سیمانی تقسیم بندی میشوند.
پوزولانها شامل مواد سیلیسی یا سیلیسی آلومینی هستند که به تنهایی فاقد ارزش چسبانندگی بوده، اما به شکل ذرات بسیار ریز در مجاورت رطوبت طی واکنش شیمیایی با هیدروکسید کلسیم، ترکیبهای با خاصیت سیمانی ایجاد میکنند. پوزولانها میتوانند در مقادیر مختلف جایگزین سیمان شده و باعث صرفه جویی در مصرف سیمان شوند. کاهش سرعت و میزان حرارت ناشی از آبگیری سیمان، افزایش کارپذیری و مقاومت بتن و کاهش نفوذپذیری از ویژگیهای استفاده از پوزولانها در بتن میباشند. انواع پوزولانهای متداول شامل پوزولانهای خام مانند خاکسترهای آتشفشانی و پوزولانهای صنعتی مانند خاکستر بادی (Silica fume) و دوده سیلیسی (Fly Ash) هستند. یکی از پرکاربردترین پوزولانها میکروسیلیس است که میتواند خواص مقاومتی، دوام و ... بتن را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. به طور کلی تاثیر مثبت میکروسیلیس در بتن به علت دو مکانیسم است:
- فعالیت پوزولانی بالا و کاهش هیدروکسید کلسیم حاصل از هیدراسیون سیمان با آب و افزایش تولید ژل
- نرمی زیاد و کاهش خلل و فرج بین ذرات ژل و سیمان و تاثیر مثبت بر تراکم و نفوذپذیری بتن
میکروسیلیس باعث افزایش چسبندگی بین ذرات سیمان و سنگدانه میشود و به این وسیله تراوایی بتن را کاهش میدهد. دانههای میکروسیلیس که چندین برابر نرم تر از سیمان هستند، با پر کردن منافذ بتن، مقاومت را افزایش و نفوذپذیری بتن را کاهش میدهند.
افزودنیهای معدنی خنثی نیز بر مقاومت بتن تاثیری نداشته، و بر بهبود کارپذیری و چسبندگی بتن تاثیرگذارند. این مواد معمولا الزامات سنگدانههای بتنی را تامین کرده و به عنوان سنگدانه در بتن مورد استفاده قرار میگیرند.
رنگدانهها از دیگر افزودنیهای خنثی هستند که به جهت تغییر رنگ بتن مورد استفاده قرار میگیرند. افزودنیهای رنگی در سه شکل پودری، گرانول و یا بصورت مایع مورد استفاده قرار میگیرند. شکل پودری این افزودنی که سابقه بیشتری در استفاده دارد، به صورت ذرات میکروسکوپی و به قطر حدود یک دهم قطر دانههای سیمان میباشند. این دانهها بی اثر بوده و با ذرات سیمان واکنشی ندارند و فقط در طی هیدراسیون سیمان با آب رنگ دانههای سیمان را تغییر میدهند. ASTM C979 استاندارد مربوط به بتنهای رنگی یکپارچه است که مقدار مصرف و نوع مواد مصرفی باید مطابق آن باشند. دوز مصرفی معمولا بین 1 تا 7 درصد وزنی سیمان است و نباید از 10 درصد بیشتر شود، چراکه ممکن است بر مقاومت بتن تاثیر داشته باشد. اکسید آهن پرکاربردترین رنگدانه مصرفی در بتن است که در گذر زمان کمرنگ نشده و شسته نمیشود. رنگهای اصلی تولید شده توسط اکسید آهن شامل زرد، قرمز و سیاه میشود که توسط ترکیب آنها میتوان رنگهای متنوعی ایجاد کرد. رنگهای دیگر نظیر سبز از اکسید کروم و آبی از کبالت بدست میآیند که به علت هزینه بالاتر، کمتر مورد استفاده قرار میگیرند. بتنهای رنگی کاربردهای مختلفی دارند، از جمله در سازههای نمادار که هزینه نمای بالایی دارند مانند پلها، و یا سنگ فرش و روسازی راهها به منظور تفکیک محل عبور وسایل نقلیه و حتی نمای ساختمانها.
افزودنیهای شبه سیمانی نیز خاصیت پنهان هیدرولیکی دارند، و اگر به نحو مناسبی فعال شوند خاصیت سیمانی خواهند داشت. این افزودنیها فقط در محیط قلیایی با آب واکنشی مشابه سیمان پرتلند داشته و در مقایسه با پوزولانها بیشتر شبیه سیمان معمولی هستند. رایج ترین این نوع افزودنی روباره آهن گدازی است.