مثبطات الخرسانة

ما هي مثبطات الخرسانة؟

تستخدم مثبّطات الخرسانة لتأخير وقت التثبيت الأولي للخرسانة حتى ساعة. تستخدم بشكل عام في ظروف الطقس الحار لمواجهة التصلّب السريع بسبب ارتفاع درجة الحرارة، ممّا يتيح الوقت للخلط والنقل والوضع. تعمل المثبطات أيضًا كمخفضات للماء. في هذه المقالة سنناقش آلية التخلّف وأنواع المثبّطات وتأثير المثبّطات على خصائص ومزايا الخرسانة.

آليات التخلف لمثبطات الخرسانة:

يؤدي إضافة المثبّط، المذاب في ماء الخلط أو رشه على سطح الخرسانة، إلى مقاطعة تفاعلات الترطيب مؤقتًا، ممّا يخلق فترة خمول أطول. الآليات التي تظهر تعتمد على مزيج من نوع المثبط ونوع الأسمنت. فمن المهم أيضًا إدراك أن آليات التخلف مؤقتة. وبعد فترة يمكن التنبؤ بها، تختفي تأثيرات الآليات ويستمر الترطيب. هناك أربع طرق مختلفة تحدث بها عملية التخلّف بين المثبّط والأسمنت سيتم ذكرهم تالياً.

1- الامتصاص الكيميائي لمثبطات الخرسانة:

في هذا النوع على سطح جسيمات الأسمنت، يتم امتصاص خليط كيميائي. تخلق هذه الطبقة من المزيج المثبط طبقة واقية حول جزيئات الأسمنت. بسبب حاجز الانتشار هذا، يتم إعاقة جزيئات الماء للوصول إلى سطح جزيئات الأسمنت غير المائي ويتم إبطاء الترطيب. والنتيجة هي عدم وجود كمية كبيرة من منتجات الترطيب لإضفاء الصلابة على عجينة الأسمنت بحيث يبقى المعجون بلاستيكيًا لفترة أطول.

2- التنوي والنمو لمثبطات الخرسانة:

عند إضافة الماء إلى الأسمنت، يتم إطلاق أيونات الكالسيوم وأيونات الهيدروكسيل من سطح جزيئات الأسمنت. عندما يتم الوصول إلى قيمة حرجة لتركيز هذه الأيونات، تبدأ نواتج الماء ثنائي كبريتيد الكربون وكبريتيد الكربون في التبلور. يتم امتصاص الخليط الكيميائي، يتم دمجه في الأسمنت، بواسطة نوى هيدروكسيد الكالسيوم، ممّا يمنع نمو نوى هيدروكسيد الكالسيوم حتى مستوى معين من التشبّع الفائق.

3- التعقيد لمثبطات الخرسانة:

خلال الدقائق القليلة الأولى، يتم تكوين نوع من المجمعات مع أيونات الكالسيوم، التي تطلقها حبيبات الأسمنت. يؤدي تكوين هذه المجمعات إلى زيادة قابلية ذوبان الأسمنت. أثناء الترطيب، في ظل وجود خليط مثبّط، سيحدث تركيز متزايد من أيون هيدروكسيد الكالسيوم والسيليكون والالمنيوم والحديد في المرحلة المائية من عجينة الأسمنت. إنّ تراكم أيونات الكالسيوم والهيدروكسيل في المحلول يمنع ترسيب هذه الأيونات لتكوين هيدروكسيد الكالسيوم. بهذه الطريقة، يتم إعاقة الترطيب.

4- هطول الأمطار:

يشبه الترسيب تقريبًا الامتصاص الكيميائي ولكن في حالة الترسيب، يتم تكوين نوع من المشتقات غير القابلة للذوبان من المثبّط عن طريق تفاعل مع المحلول القلوي للغاية. لهذا السبب، يرتفع الرقم الهيدروجيني للمحلول أكثر من 12 بعد الدقائق القليلة الأولى من التلامس بين الماء والأسمنت. حيث يؤدي ترسيب الطلاءات الواقية من هذه المشتقات غير القابلة للذوبان حول جزيئات الأسمنت إلى منع ترطيب الأسمنت. تعمل الطبقة الواقية كحاجز انتشار بحيث لا تتمكن جزيئات الماء من الاتصال الجيد بجزيئات الأسمنت.

أنواع مثبطات الخرسانة:

المثبطات مقسّمة إلى فئتين حسب طبيعة المثبّطات وهما:

1- مثبطات عضوية:

1. مشتّت تَقليل الزوجة.
   
2. أحماض هيدروكسي كربوكسيليك وأملاحها.
   
3. الفوسفونات الطبيعية.
   
4. السكريّات.
   

2- مثبطات غير عضوية أو كيميائية:

1. الفوسفونات الكيميائية.
   
2. مادة بورات.
   
3. أملاح الزنك.
   

تأثير مواد التثبيط على خواص الخرسانة:

1- قوة الخرسانة:

تكون مقاومة الانضغاط الأولية للخرسانة التي تضاف إليها مواد التثبيط، أقل من مقاومة الانضغاط لخرسانة مماثلة والتي لم تتم معالجتها بمضافات مثبّطة.

2- قابلية العمل والقيم الريولوجية للخرسانة:

المضافات المثبّطة لها أيضًا تأثير ضئيل على قابلية تشغيل الخرسانة. يمكن أن تسبب زيادة في الركود الأولي بمقدار 60-100 مم.

3- خسارة الركود الخرسانة:

أثبتت مواد التثبيط أنها فعالة جدًا في الحد من فقدان الركود وبالتالي زيادة قابلية التشغيل الأولية.

4- الدخول الجوي للخرسانة:

المضافات المثبطة لا تدخل الهواء عادة ولكن هناك بعض أنواع المثبطات التي تفعل ذلك. هذه المواد التي تعتمد على حمض الهيدروكسي كاربوكسيليك قد تُقلّل فعليًا من محتوى الهواء.

5- دورات التجميد والذوبان للخرسانة:

غالبًا ما تستخدم المواد الإضافية المكسورة للهواء لتحسين مقاومة تجميد الذوبان في الخرسانة. وعندما يبدأ الماء في الخرسانة بالتجميد، تعمل خلايا الهواء كغرف تمدد مجهرية للمياه المتجمدة.

6- نزيف الخرسانة:

نظرًا لأن المواد الإضافية المؤجلة تؤخر بداية عملية الإعداد، فمن المرجح دائمًا أن تنزف الخرسانة المتخلفة.

7- حرارة الترطيب للخرسانة:

لا تُقلّل مواد التثبيط الناتج الحراري للخرسانة ولكنها تؤخر ارتفاع درجة حرارة الذروة بفاصل زمني مماثل لتلك التي تم بها تأخير الخرسانة.

8- تشوه الحجم للخرسانة:

لا يتأثر انكماش الزحف والجفاف بشكل كبير بإدراج مواد التثبيط ولكن قد يزداد انكماش البلاستيك قليلاً.

9- متانة الخرسانة:

إذا تمت معالجة الخرسانة بشكل صحيح، فيجب أن تكون الخرسانة المتخلفة متينة مثل الخرسانة العادية المماثلة.

مزايا المثبطات في الخرسانة:

1. وضع الخرسانة المعقدة أو الحشو.
   
2. تشطيب السطح المعماري الخاص وتشطيب الركام المكشوف.
   
3. تعويض التأثير المتسارع لدرجات الحرارة المرتفعة نحو المجموعة الأولية.
   
4. منع تكوين المفاصل الباردة في المصاعد المتتالية.