المضافات (الإضافات) الخرسانية - استخداماتها وآلية عملها وأنواعها الشائعة

تلعب المضافات (الإضافات) التي يتم خلطها مع الخرسانة دورا هاما في إكساب الخرسانة الطازجة أو المتصلبة بعض الخصائص المطلوبة حسب طبيعة الموقع وظروف التشغيل وكيفية استخدام القطاعات الخرسانية المختلفة.

ما هي المضافات الخرسانية؟

تعريف RILEM (الاتحاد الدولي لمختبرات الاختبار والبحث للمواد والتركيبات) حول الإضافات الخرسانية هو:

المواد المضافة للخرسانة أو المونة أو العجينة الأسمنتية هي مواد غير عضوية أو عضوية. تضاف إلى المكونات العادية لخليط الخرسانة ولكن لا تتجاوز عادة ٥٪ من كتلة الأسمنت أو العجينة الرابطة.

تتفاعل هذه المضافات مع الأسمنت المرطب عن طريق عمليات فيزيائية أو كيميائية أو فيزيائية كيميائية، فتقوم بتعديل واحدة أو أكثر من خصائص الخرسانة أو المونة أو عجينة الأسمنت إما في الحالة الطازجة أو الصلبة.

عادة ما تكون هذه الإضافات مركبات معقدة للغاية كيميائيًا باستثناء القليل، ومن غير المرجح أن تكون كذلك مركبات نقية ولكنها مرتبطة ببعض المركبات الكيميائية الثانوية الأخرى أو قد تكون تركيبات مختلطة.

ومن الصعب إلى حد ما على المهندس المدني فهمها من خلال طبيعتها الكيميائية، ولكن يمكن تقييم تأثيرها على الخرسانة الأسمنتية أو المونة أو العجينة عن طريق اختبارات بسيطة على الخرسانة أو المونة.

في معظم البلدان المتقدمة، أصبحت المضافات مكون جوهري وأساسي للخرسانة مثلها كمثل الأسمنت والركام والماء.

ما هي الحاجة إلى استخدام المضافات الخرسانية؟

إذا كنا نصب خرسانة منخفضة الدرجة، على سبيل المثال M20، فلا يمكن أن يكون هناك قلق بشأن قابلية تشغيل هذه الخرسانة، ولكن بعض رتب الخرسانة العالية أو الخرسانة الخاصة تتطلب استخدام بعض المضافات التي يكون الهدف منها إعطاء خصائص معينة على المنشأ أو مواجهة مشكلات خاصة بعملية الصب والظروف المناخية وما إلى ذلك.

نستخدم المضافات عندما نضطر إلى التقيد الصارم بنسبة منخفضة من الماء / الأسمنت وفقًا لمتطلبات التصميم. أو عندما نضطر أيضا إلى نقل الخرسانة عبر مسافات كبيرة أو إلى ارتفاعات كبيرة.

 قد نحتاج إلى قدرة تدفق عالية أو تشغيلية (تسهيل الصب) إما بسبب ازدحام التسليح أو ضيق القطاعات أو عدم القدرة على استخدام الهزازات، فنحن نحتاج في هذه الحالة إلى استخدام إضافات الخرسانة.

تتطلب جميع الجسور والكباري الرئيسية والمشاريع العملاقة مواد مضافة لخرسانة الصب، وغالبًا ما يتم تعويض تكلفة هذه المواد المضافة عن طريق التوفير في تكاليف العمالة، وتكاليف الصب أو تكاليف الأسمنت.

ما هي المضافات المعتادة الاستخدام؟

بالنسبة لمنطقتنا، فإن المضافات الكيميائية الأكثر شيوعًا هي الملدنات والملدنات الفائقة. تُعرف هذه أيضًا باسم مخفضات المياه ومخفضات المياه عالية المدى.

من المحتمل أن تكون هناك حاجة إلى المثبطات (مؤخرات الشك والتصلب)، خاصةً للخرسانة في الطقس الحار، أو الخرسانة الجاهزة التي يتم نقلها لمسافات بعيدة أو حتى بسبب الازدحام المروري.

أنواع أخرى من المواد المضافة هي:

• المسرعات
• مضافات حبس الهواء
• مساعدات الضخ
• مساعدات الخرسانة المرشوشة
• مثبطات التآكل
• وغيرها

المضافات الخرسانية المستخدمة في تشييد المباني

الخرسانة هي المادة الأكثر تنوعًا في مجال البناء. من أجل تعديل خصائص الخرسانة لجعلها أكثر ملاءمة في ظل مجموعة واسعة من الظروف المناخية، يتم استخدام مواد إضافية في الخرسانة. تغطي هذه المواصفة القياسية المواد المضافة الكيميائية والهوائية بما في ذلك الملدنات الفائقة، الصلبة أو السائلة أو المستحلب، والتي تضاف إلى الخرسانة الأسمنتية في وقت الخلط لتحقيق الخاصية المطلوبة في الخرسانة، في الحالة اللدنة أو الصلبة.

المضافات الخرسانية هي المكونات الموجودة في الخرسانة بخلاف الماء والركام والأسمنت التي تضاف إلى خليط الخلط مباشرة قبل أو أثناء الخلط.

فيما يلي المضافات شائعة الاستخدام:

• مضافات تقليل المياه
• مضافات حبس الهواء
• مضافات الشك والتصلب

١- مضافات تقليل المياه

تستخدم مضافات تقليل الماء في الخرسانة لتقليل كمية المياه في الخلطة. يمكن تحقيق الركود المطلوب، والاتساق المطلوب، والقوة المبكرة العالية، والمتانة الأفضل عن طريق إضافة هذة الإضافات. الملدنات والملدنات الفائقة هي مواد مضافة شائعة لتقليل المياه.

٢- مضافات الهواء المحبوس

يتم استخدام إضافات الهواء المحبوس بشكل عام لزيادة قابلية التشغيل ومقاومة التجمد والذوبان (مقاومة الصقيع) في الخرسانة. تولد هذه المواد المضافة فقاعات هواء لتسهيل الحماية من الصقيع. راتنجات الخشب الطبيعي، الدهون والزيوت الحيوانية والنباتية، بيروكسيد الهيدروجين ومسحوق الألمنيوم هي مواد مضافة لحبس الهواء وشائعة الاستخدام.

٣- مضافات الشك والتصلب

تتكون من مثبطات أو مؤخرات الشك ومعجلات أو مسرعات الشك

أ- مثبطات الشك

تستخدم هذه المضافات بشكل أساسي لزيادة زمن الشك والتصلب للخرسانة. المثبط الأكثر شيوعًا هو كبريتات الكالسيوم أو الجبس، والذي يستخدم كمكون في صناعة الأسمنت البورتلاندي.

ب- مسرعات الشك

المادة المضافة المسرعة هي مادة تضاف إلى الخرسانة لغرض تقليل زمن الشك وتسريع عملية تطوير القوة المبكرة للخرسانة. يتم استخدام الكلوريدات الذائبة والكربونات والسيليكات والأسمنت الألوميني لهذا الغرض.

آلية عمل المضافات الخرسانية - كيف تعمل المضافات؟

تعتبر العمليات الكيميائية أو الفيزيائية أو الكيميائية الفيزيائية للمضافات في الخرسانة الأسمنتية معقدة للغاية.

في الواقع، يعتبر الأسمنت نفسه مركبًا معقدًا للغاية مع مركبات رئيسية مثل سيليكات الكالسيوم وألومينات الكالسيوم، بالإضافة إلى احتوائه على العديد من الأملاح القلوية وأملاح الكالسيوم الأخرى.

 ومع ذلك، يمكن تبسيط عمل المواد المضافة من أجل الفهم، إلى:

(أ) الامتزاز

(ب) إزالة التلبد أو التشتت

(ج) الامتصاص الكيميائي أو التفاعل

في كثير من الأحيان، كل العمليات الثلاثة تحدث. يجب أن نعرف القليل عن هذه الأشياء حتى نتمكن من اختيار المواد المضافة لعملنا بشكل صحيح.

أي أن المضافات تعمل بواحد أو أكثر من العمليات السابقة كالتالي:

• التفاعل الكيميائي أثناء عملية إماهة الأسمنت، مما يؤدي عادةً إلى تسريع أو تأخير معدل تفاعل الإماهة في مرحلة واحدة أو في أكثر من مرحلة.
• الامتصاص (الامتزاز) على أسطح الأسمنت، مما يؤدي عادةً إلى تشتت أفضل للجزيئات (الملدنات والملدنات الفائقة).
• التأثير في التوتر السطحي للماء، مما يؤدي عادةً إلى زيادة احتباس الهواء.
• التأثير على ريولوجيا الماء (الاتساق)، مما يؤدي عادةً إلى زيادة اللزوجة اللدنة أو تماسك الخلطة.
• إدخال مواد كيميائية خاصة داخل الخرسانة المتصلدة يمكن أن ؤثر على خصائص معينة مثل قابلية تآكل التسليح المدمج أو عزل المياه. غالبًا ما تكون الفوائد التي يتم الحصول عليها من استخدام المضافات تكون في خصائص الخرسانة المتصلبة.

ومع ذلك، مع استثناء النقطة الأخيرة، فإن هذه العمليات تؤثر جميعها على خصائص الخرسانة الرطبة (الطازجة) في الفترة بين وقت الخلط والشك أو التصلب بطريقة أو بأكثر من الطرق التالية:

• تغيير معدل التصلب (التعجيل / التثبيط) وتغيير محتوى الهواء عن طريق زيادة (أو تقليل) الهواء المحبوس.
• تغيير اللزوجة اللدنة وتماسك واتساق الخلطة أو مقاومة النزف والانفصال الحبيبي.

عادة ما تكون إحدى هذه التأثيرات هي الخاصية الأساسية، الخاصية التي يتم استخدام المضافات من أجلها. ومع ذلك، يمكن أن تؤثر المضافة أيضًا على واحدة أو أكثر من خصائص الخرسانة الطازجة الأخرى. تسمى هذه بالتأثيرات الثانوية وغالبًا ما تكون هذه هي المفتاح لاختيار المضافة المناسبة لكل خلطة.

على سبيل المثال، قد تكون هناك حاجة إلى مضافة تقلل الماء لإعطاء نسبة منخفضة من الماء إلى الأسمنت من أجل زيادة القوة والمتانة، ولكن إذا كانت خلطة الخرسانة تفتقر إلى التماسك وتكون عرضة للنزف والانفصال، فإن مضافة تقليل الماء التي تزيد أيضًا من التماسك كتأثير ثانوي، ستكون مناسبًة لمنع النزف والانفصال.

أي أن الوظيفة الأساسية لهذه المضافة هي العمل كمخفض للمياه، أما الوظيفة الثانوية هي تحسين التماسك. قد يؤدي اختيار الإضافة غير الصحيحة إلى زيادة معدل النزف في الخلطة الخرسانية.

بسبب هذه الآثار الثانوية، قد تكون المضافة التي تعمل بشكل جيد في مصنع معين للخرسانة الجاهزة (يعتمد على مصدر معين لتوريد الأسمنت والركام) غير مناسبة تمامًا في مصنع آخر على بعد أميال قليلة حيث يتم استخدام مصدر ركام مختلف أو يتم استخدام مجموعة رابطة مختلفة (الأسمنت وغيره من المركبات).