بتن مواد مضاف «فن آوری و کاربرد» (جلد اول) (ویرایش جدید)

مقدمه مترجم

افزودنی ‌ها و مواد مضاف بتن، موادی غیر از سیمان، سنگدانه ­ها و آب هستند که قبل و یا در حین اختلاط اجزاء بتن، به آن اضافه می ­شوند. نیازهای مختلف سازه ­ای و اجرایی باعث توسعة افزودنی­ها و مضاف­ های شیمیایی در ساخت بتن شده است. بطور طبیعی استفاده از این مواد هزینه ‌هایی در بردارد و قیمت تمام شدة بتن را بالا می­ برد. شاید در نگاه اول و از دید کسانی که خود را فقط مسئول تأمین مواد، مخلوط کردن و اجرا می ­دانند و در مقابل دوام و جواب­ دهی درازمدت سازة اجرا شده تعهدی نداشته و یا آشنایی علمی و تخصصی با فن­ آوری بتن ندارند، بکارگیری اضافه شونده ­ها غیراقتصادی باشد. اما با نگرشی علمی و دوراندیشانه و با احساس مسئولیت در مقابل حفظ سرمایه­ های ملی، این نکته را به خوبی می­توان تشخیص داد که اینگونه هزینه­ های اضافی در ساخت و اجرای سازه ­های بتنی، به خصوص در پروژه­ های زیربنایی و ماندگار، در مقابل پاسخی که از این افزودنی ­های معدنی و مضاف­ های شیمیایی در درازمدت گرفته می­ شود بسیار اقتصادی است. خسارات و هزینه ­های تعمیراتی که در درازمدت با اجرای سازه ­های ضعیف ایجاد می ‌شود ده­ ها برابر بیشتر از زمانی است که در ابتدای کار، با طراحی صحیح و مهندسی مخلوط ­های بتنی و استفاده از اضافه‌ شونده‌ ها، صرف می­ گردد. متأسفانه شاهد آن هستیم که در بسیاری از سازه ­های بتنی ساختمانی و صنعتی اجرا شده، اعضای بتنی که در تماس عوامل جوی و محیطی خورنده قرار دارند مدت کوتاهی پس از اجرا، به دلیل ضعف طراحی و اجرا دچار خوردگی در سطح یا گسیختگی از داخل می‌ شود به طوری که در بعضی محل ها امکان بازسازی آنها، به دلیل شدت آسیب به اعضای فولادی، وجود نداشته و سازه در وضعیت خطرناکی قرار می ‌گیرد. امروزه بدون استفاده از فن ‌آوری ‌های جدید در بحث طراحی مخلوط ­های سیمانی نمی ­توان انتظار داشت که سازه ­های بتنی حتی در بهترین شرایط محیطی، دوام و توان لازم را در درازمدت به دست آورند. پیشرفت­ های چشمگیری در ساخت سیمان­ ها و تولید مخلوط­ های سیمانی با استفاده از دستاوردهای علم شیمی و سیستم­ های اندازه­ گیری در دهه ­های اخیر صورت گرفته است. انجام کارهای تحقیقاتی به کمک مواد معدنی و شیمیایی، بخصوص مواد پس ­ماند صنعتی، منومرها و پلی ­مرهای جدید توانسته تحولی عظیم در دانش بتن ایجاد کند. روش ­های صنعتی ساخت بتن و مخلوط­ های سیمانی که در زمان خود اکتشافی خیره ­کننده به نظر می­رسید در اکثر ساخت و سازها منسوخ شده است و فن­ آوری بتن با بکارگیری مواد مضاف شیمیایی و افزودنی ­ها توانسته کیفیت سازه ­ها را با توانایی اعمال مانور در بعد و دوام سازه، تحت هر شرایط محیطی افزایش دهد. دانش مواد مضاف بتن به عنوان رشته ­ای جدید در فن ­آوری بتن شناخته می ­شود. به رغم پیشرفت ­های زیادی که در این زمینه صورت گرفته، کمبود منابع علمی و تکنیکی به زبان فارسی برای دانشجویان، دست اندرکاران تولید بتن، مهندسان مشاور و پیمانکاران ساخت، تعمیر و بازسازی سازه­ ها وجود دارد. یکی از مسائل اساسی آن است که مهندسان در کشور ما آنگونه که لازم است بر روی طراحی مخلوط­ های بتن و استفاده از مواد افزودنی کار نکرده ­اند و نسبت به دوام طولانی مدت سازه با توجه به نوع کاربری و محیط اجرا بی‌ توجه بوده‌ اند و توان خود را معطوف به مسائل محاسباتی طراحی و چگونگی اجرای سازه­ نموده ­اند. متأسفانه غفلت از کیفیت بتن، باعث فرسایش و تخریب سازه­ های عمرانی مهم پس از چند سال و در معرض عوامل جوی و محیطی شده که موجب تعمیرات و گاهی هدر رفت سرمایه­ های ملی می ‌شود. مؤسسة استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، نسبت به تدوین استانداردهای مشخصات و آزمون اضافه شونده­ ها، گام­ های مؤثری برداشته و کوشش بعضی تولیدکنندگان داخلی در جهت دستیابی به فن­آوری پیشرفته ساخت این مواد و بهبود مستمر کیفیت کارساز بوده، اما  کنترل و نظارت بر کیفیت کار، در بخش تولید، تأمین و اجرا، یک ضرورت فنی به شمار می‌ آید. این موضوع از آن جهت اهمیت دارد که در موارد زیادی عدم مرغوبیت و گاهی مضر بودن مضاف­ های شیمیایی، نتایج عکس به جا گذاشته و باعث عدم اطمینان مصرف­ کنندگان، دست ­اندرکاران و بهره ­برداران شده، بطوریکه ضرورت استفاده از این مواد را زیر سؤال برده است. این در حالی است که بکارگیری افزودنی ­های معدنی و مضاف­های شیمیایی بتن، در سه دهة اخیر جزء عناصر اصلی مخلوط ­های سیمانی شده و در بسیاری کشورها، استفاده از آنها در طراحی بتن، برای رسیدن به حد مجازی از کیفیت، الزام آئین ­نامه­ ای گردیده است.

در کشور ما یکی از مسائل اساسی، کمبود منابع علمی و فنی و دشواری مطالعة کتب و منابع خارجی توسط دانشجویان و کاربران فارسی زبان می ‌باشد. لذا با توجه به این مسائل، کمبود کتابی جامع به زبان فارسی در این زمینه، مترجم را که خود بیش از سی سال تجربة کار تحقیقاتی، آزمایشگاهی و تولید دارد بر آن داشت تا با ترجمه و تدوین این کتاب، مرجع قابل اعتمادی در اختیار علاقه ­مندان قرار داده و درصدد رفع نسبی این کمبود برآید. با امید به اینکه برای کلیة کاربران در کارگاه های تولید و اجرای بتن، آزمایشگاه­ ها یا دانشجویان کارشناسی ارشد و دست ‌اندرکاران صنعت ساخت و ساز مفید واقع شود.

مشغلة فراوان، جدید بودن این رشته و حساسیت مترجم در بکارگیری عملی تعدادی از مواد شیمیایی در طرح­ های اختلاط آزمایشگاهی و در تولید انبوه، موجب گردید که این ترجمه بیش از دو سال به درازا انجامد. اگر چه سعی شده ترجمه نثری روان و ساده داشته باشد و در عین حال امانت دارای نیز مراعات شود ولی هرگز ادعا نمی ­شود که کار خالی از نقص و بدون اشکال می ‌باشد. امید است اساتید دانشگاه ­ها، دانشجویان و کاربران در بخش­ های مختلف، واحدهای تولید، نظارت و آزمایشگاه ­ها بر بنده منت گذاشته و با تذکر، نواقص کار را یادآوری و در تصحیح اشتباهات اینجانب را یاری نمایند.

در کلیة مراحل ترجمه، تایپ، ویرایش و چاپ کتاب، عزیزانی با اینجانب همکاری نمودند که از همة آنان صمیمانه قدردانی می­کنم.

از سرکارخانم آزاده صادقی که زحمت تایپ اولیه و سپس جانمایی اشکال و جداول را به عهده داشته ­اند و در بازخوانی، اصلاحات بعدی را با حوصله و زحمت تحسین­ برانگیزی به انجام رساندند سپاسگزاری می ­نمایم.

ویرایش کتاب توسط برادر فاضل و ارجمندم جناب آقای کمال شاکری صورت گرفته که با وجود نقاهت پس از بیماری، با صرف وقت و دقت نظر، اشکالات بنده در نگارش را تا اندازه زیادی رفع نمودند. با آرزوی سلامتی کامل قدردان ایشان هستم.

از جناب آقای فربد شاکری دانشجوی ممتاز رشتة عمران که در برگردان تعدادی از جداول و اصطلاحات فنی، اینجانب را یاری نمودند تشکر می ­کنم.

وظیفة خود می ­دانم از مدیریت محترم انتشارات ارکان­دانش جناب آقای مهندس ترابیان، به خاطر مساعدت و تقبل چاپ و انتشار این کتاب و همچنین پرسنل کوشای آن مؤسسه از جمله سرکارخانمها نسرین مختاری مدیریت داخلی انتشارات، فاطمه چلمقانی که در تایپ و صفحه­آرایی کتاب زحمت فراوان کشیده ­اند و حمیده ختمی پناهی به خاطر طراحی روی جلد سپاسگزاری نمایم.

مراحل طولانی ترجمه، اصلاح و بازخوانی­ های کتاب جز با تلاش این عزیزان ممکن نبود.

در جلد دوم کتاب که اکنون در دست تهیه است و بیشتر حاوی مطالب و مباحث مربوط به مواد فعال سطحی از جمله کاهنده­ های آب، روان کننده ­ها، فوق روان­کننده­ ها، زودگیرها، دیرگیرها و مواد هوازا است علاوه بر منبع اصلی ترجمه، از منابع جدید و مقالاتی که در دو دهه اخیر در این زمینه منتشر شده ‌اند استفاده شده است. امید است با توفیقات الهی، کار جمع ­آوری، ترجمه و تدوین جلد دوم نیز به زودی به پایان رسد و در اختیار علاقه مندان قرار گیرد.

در این کتاب برای واژه Additive از واژة «افزودنی» و برای واژة Admixture از واژه «مضاف» استفاده شده است. قابل ذکر است افزودنی­ ها برای مواد معدنی و آنهایی که در حجم زیاد به بتن اضافه می ­شوند به کار رفته و مضاف­ ها برای موادی که در حجم کم مصرف و تحت فرمولاسیون شیمیایی خاصی در بتن مؤثر می ‌شوند استفاده شده است.

جلال شاکری

پاییز 1395

فهرست مطالب

فصل 1: دانش بتن

1-1  مقدمه

1-2 تشكيل سيمان پرتلند

1-3 تركيبات سيمان پرتلند

1-4 تركيبات اصلي سيمان

1-5 سيمان پرتلند

1- 6 خمير سيمان

1-7 مدل هاي سيمان هيدراته

1-8 ويژگي ‌هاي بتن

1-9 دوام بتن

فصل 2: روش ­ها و ابزارهای تحقیق

2-1 مقدمه

2-2 روش پراش پرتو ایکس

2-3  آناليز حرارتي افتراقي يا تشخيصي (DTA) Differential Thermal Analysis

2-4 ترموگراويمتري TG

2-5 طيف ‌بيني جرمی جذب اتمي

2-6 دماسنجي محيط رسانا (هم­دما)

2-7 روش­ های پتانسيومتري

2-8  آنالیز تشعشع ايكس ري

2-9 تجزيه به روش فعال ­سازی نوترونی (NAA)

2-10 طیف ­سنجی موسبار

2-11 طیف سنجی رزونانس مغناطيس هسته ­ای

2-12 طیف ­سنجی جذب اشعۀ مادون قرمز

2-13  ميكروسكوپ الكتروني

2-14 مساحت سطح (Surface Area)

2-15 پيكنومتر هليوم

2-16 ريز سختي (Microhardness)

2-17 تخلخل سنج جيوه‌ اي

2-18 شكل ­شناسي

2-19 پتانسيل زتا (Zeta potential)

2-20  اسلامپ كوچك

2-21 شیوة تري‌متيل سيلي‌لاسيون

2-22 شيوه ‌هاي ديگر

فصل3: مواد افزودنی معدنی

3ـ1 مقدمه

3ـ2 توصيف و دسته ‌بندي افزودنی‌ هاي معدني

3-3 مواد پوزولاني طبيعي

3-4 پس‌ماندهاي صنعتي به عنوان افزودنی ­هاي معدني

3-5 تأثير افزودنی‌ هاي معدني بر روي خواص بتن

3-6 روش ‌هاي آزمون براي ارزيابي مواد افزودني معدني

3-7 استفاده از مواد افزودني معدني از جنبه اقتصادي

3-8 جمع ­بندي نهايي

فصل 4: مواد مضاف برای کارهای تعمیراتی و بازسازی سازه ­های بتنی

4ـ1 مقدمه

4-2 ويژگي ‌هاي محصولات تعميراتي

4-3 بتن پرکننده

4-4 اصول فني در تعميرات خاص

فصل 5: مواد مضاف ضدیخ بتن

5-1 مقدمه

5-2 آماده ‌سازي و بكار بردن مضاف ‌هاي ضديخ

5-3 تأثير مواد افزودني ضديخ بر روي سيمان و تركيبات سيماني

5-4 تأثير مواد افزودني ضديخ بر روي خواص فيزيكي مخلوط‌ هاي بتن

5-5 خواص مكانيكي بتن

5-6 دوام

5-7 پيشرفت ‌هاي جديد در ده سال گذشته

5-8  استانداردهای مشخصات فني

فصل 6: مواد افزودني جهت جلوگيري از انبساط قليا ـ سنگدانه و خوردگی فولاد در بتن

6-1 مواد افزودنی بازدارندة خوردگي و انبساط قليا ـ سنگدانه

6-2 مواد افزودني بازدارنده خوردگي

فصل 7: بتن و ملات اصلاح شده با پلیمر

7-1 مقدمه

7-2 كاربردها

7-3 اصول ‌كلي

7-4 سيستم‌ هاي اصلاح با لاتكس

7-5 خواص سيستم‌هاي اصلاح شده و تغيير يافته با لاتكس (حالت تازه)

7-6 خواص بتن و ملات داراي لاتكس در حالت سخت ­شده

7-7 سيستم ­هاي اصلاح شده با پليمرهاي پودري قابل پراكنش مجدد

7-8  سيستم ­هاي اصلاح شده با پليمر قابل حل در آب

7-9 سيستم‌ هاي اصلاحي رزين مايع

7-10 سيستم‌ هاي اصلاح پليمري خاص

7-11 استانداردها و مشخصات

فصل 8: بتن با حجم زیادی از خاکستر بادی و سرباره

8-1 بتن غنی از خاکستر بادی

8-2 بتن با حجم زيادي سرباره

فصل 9: مضاف­ های متفرقه در بتن

9-1 مقدمه

9-2 مضاف‌ هاي عامل انبساط

9-3 رنگدانه ‌ها

9-4 مضاف ­های ضد نم و آب بند

9-5 کمک پمپ ­ها

9-6 مواد مضاف لخته کننده

9-7 مضاف ­های ضد باکتری، قارچ ‌کش و دافع حشره

9-8 مواد افزودنی مخصوص بتن‌ های پاشیدنی (Shotcrete)

9-9 مضاف ­های ضد شسته شدن بتن

فصل 10: مواد افزودنی برای سیمان ­های چاه نفت

10-1 مقدمه

10-2 دسته‌بندی مواد افزودنی­ سیمان­ های چاه نفت

10-3  کاربرد سیمان ‌ها و مواد افزودنی خاص چاه نفت

10-4 جمع ‌بندی

فصل 11: فرمولاسیون مواد افزودنی

11-1 مقدمه

11-2 نشريات مربوط به اختراع‌ ها

11-3 زودگيرها

11-4 مواد كاهنده آب

11-5 فوق روان‌كننده‌ ها

11-6 ديرگيرها

11-7 مواد هوازا

11-8 سيستم اصلاح با پليمر

11-9 مواد افزودني چندكاره و متفرقه

واژه­ یاب