در مناطق سردسیر، سازه‌های بتنی مرتباً در معرض چرخه‌های یخ‌زدگی و ذوب قرار می‌گیرند. وقتی آب در خلل و فرج بتن یخ می‌زند، انبساط آن فشار داخلی قابل‌توجهی ایجاد می‌کند که ممکن است منجر به ترک، پوسته‌شدگی و کاهش دوام سازه شود.در مناطقی مثل اردبیل، کردستان، آذربایجان‌ها، همدان، کوهستان‌ها و پروژه‌های شمالی، این پدیده یکی از
اصلی‌ترین دلایل تخریب زودهنگام بتن است. استفاده از افزودنی‌های هوازا (air-entraining admixtures) با ایجاد یک شبکه ریز از حباب‌های هوا، فضای لازم برای انبساط یخ را فراهم کرده و از تخریب سطحی و داخلی بتن جلوگیری می‌کند.
هوازا چیست و چرا نقش کلیدی دارد؟
هوازا یک افزودنی شیمیایی است که با کاهش کشش سطحی آب، باعث تولید حباب‌های ریز، پایدار و کروی هوا در بتن تازه می‌شود. این حباب‌های ریز به بتن کمک می‌کنند هنگام یخ‌زدگی:
-
فشار داخلی کاهش یابد
-
یخ در حباب‌ها منبسط شود
-
بتن کمتر ترک بخورد
-
آب و یون‌ها سخت‌تر وارد بتن شوند
به زبان ساده:
هوازا برای بتن مثل ضربه‌گیر برای خودرو است؛ فشارهای ناگهانی را جذب می‌کند.
چگونه هوازاها کار می‌کنند؟
هوازاها ترکیبات فعال سطحی هستند که در بتن تازه حباب‌های ریز و یکنواختی (معمولاً قطر ۱۰–۳۰۰ میکرون) تولید می‌کنند. این حباب‌های کروی به‌صورت پراکنده در ماتریس سیمانی قرار می‌گیرند و هنگام یخ‌زدگی، فشار انبساط را جذب می‌کنند؛ در نتیجه احتمال ترک‌خوردگی و پوسته‌شدگی کاهش می‌یابد. استانداردها و مطالعات فنی نشان می‌دهند که وجود سیستم حبابی مناسب، یکی از مهم‌ترین عوامل افزایش دوام بتن در برابر سیکل‌های یخ-زدگی/ذوب است.
مزایای عملی استفاده از هوازا در بتن‌ریزی اقلیم سرد
-
کاهش ترک‌های سطحی و افزایش مقاومت ظاهری و عملکردی بتن در چرخه‌های یخ-زدگی
-
کاهش پوسته‌شدگی ناشی از نمک‌های یخ‌زدای سطحی.
-
بهبود مقاومت نفوذی آب و یون‌ها (که زمینه‌ساز خوردگی آرماتورها می‌شود).
آموزش مکانیزم عملکرد هوازا
۱) تولید حباب‌ها در بتن تازه
مواد فعال سطحی موجود در هوازا، کشش سطحی آب را کاهش می‌دهد.
در نتیجه:
-
حباب‌های بسیار ریز تشکیل می‌شود
-
این حباب‌ها به شکل کروی باقی می‌مانند
-
در سراسر بتن پخش می‌شوند
-
با ویبراسیون عادی از بین نمی‌روند
۲) عملکرد هنگام یخ‌زدگی
در زمان یخ‌زدگی:
-
آب داخل منافذ منبسط می‌شود
-
اگر فضای خالی نباشد ، ترک ایجاد می‌شود
-
حباب‌ها مثل انبار کوچک عمل می‌کنند
-
یخ در این حباب‌ها انبساط خود را تخلیه می‌کند
۳) عملکرد در برابر نمک‌ها
نمک‌های یخ‌زدا سبب مقیاس‌شدگی (Scaling) می‌شوند.
وقتی حباب‌های هوا وجود داشته باشد:
-
سطح بتن محکم‌تر می‌شود
-
لایه نازک روی بتن کمتر پوسته می‌شود
بنابراین بتن تحمل بیشتری در برابر استفاده از نمک دارد.
عوامل موثر بر پایداری حباب‌ها (آموزش کاربردی برای کارگاه)
۱) اختلاط (Mixing)
-
کم بودن اختلاط → حباب ایجاد نمی‌شود
-
زیاد بودن اختلاط → حباب‌ها می‌ترکند
۲) دما
-
در دمای بالای ۳۵–۴۰ درجه پایداری هوا کمتر می‌شود
-
در هوای سرد کارایی بالاتر است
۳) ویبراسیون (تراکم بتن)
-
ویبراسیون زیاد → حباب‌ها فرار می‌کنند
-
ویبراسیون کم → بتن کرمو می‌شود
باید تعادل رعایت شود.
۴) نوع سیمان
-
سیمان‌های با قلیاییت بالا گاهی پایداری حباب را کم می‌کنند
-
سیمان‌های ریزتر → مصرف هوازا کمی بیشتر می‌شود
۵) وجود افزودنی‌های دیگر
-
بعضی فوقروانسازها حباب‌ها را کم می‌کنند
-
بعضی‌ها سازگار هستند
-
پس باید تست همزمان انجام شود
چند درصد هوا برای بتن مناسب است؟
| نوع سازه | شرایط محیطی | درصد هوای پیشنهادی |
| سازه exposed (در معرض یخ‌زدگی/نمک) | اقلیم سرد | ۵–۷٪ |
| بتن مانند پی، فونداسیون | تماس با خاک سرد | ۴–۵٪ |
| بتن حجیم | مناطق نیمه‌سرد | ۳–۴٪ |
| بتن‌های معماری، مقاوم‌سازی | وابسته به طراحی | متغیر |
چطور مطمئن شویم هوا درست ایجاد شده؟
برای کنترل کیفیت باید:
۱) آزمایش درصد هوا در بتن تازه
-
استاندارد ASTM C231 (روش فشاری – Air meter)
نتیجه: درصد هوای واقعی بتن در کارگاه مشخص می‌شود.
۲) بررسی ساختار حبابی در بتن سخت شده
-
استاندارد ASTM C457
این آزمایش نشان می‌دهد: -
اندازه حباب‌ها
-
فاصله حبابی
-
توزیع و یکنواختی آن‌ها
اگر ساختار حبابی طبق استاندارد باشد، بتن در برابر یخ‌زدگی بسیار مقاوم می‌شود.
محصول Struplast Air
Struplast Air افزودنی هوازای پایه‌آلی اصلاح‌شده‌ای است که برای ایجاد حباب‌های ریز، پایدار و یکنواخت طراحی شده است. این محصول در پروژه‌های صنعتی و ساختمانی نشان داده که می‌تواند هوای مؤثر بین ۴ تا ۷ درصد را پایدار نگه دارد، سازگاری با سیمان پرتلند دارد و در صورت طراحی اختلاط مناسب، کاهش محسوس در مقاومت فشاری ایجاد نمی‌کند. برای اطلاعات فنی بیشتر و برگه داده‌ها، صفحه محصول سازنده را ببینید.
نکات اجرایی و طراحی مخلوط برای اقلیم‌های سرد
-
هدف‌گذاری درصد هوای موثر بر اساس دانه‌بندی سنگدانه و اندازه حداکثر سنگدانه.
-
تنظیم مقدار هوازا همراه با آزمایش‌های میدانی تا درصد هوای مطلوب پایدار بماند.
-
توجه به تأثیر همزمان فوقروانسازها و دیگر افزودنی‌ها و انجام آزمایش‌های همزمان اختلاط.
-
پایش کیفیت در محل با آزمون‌های ASTM و میکروسکوپی برای تحلیل ساختار حبابی.
در سازه‌های بتنی واقع در اقلیم‌های سرد، هوازاها یک راهکار ساده ولی مؤثر برای کاهش آسیب‌های ناشی از چرخه‌های یخ‌زدگی/ذوب هستند. انتخاب صحیح محصول (مثل Struplast Air)، طراحی اختلاط دقیق، و کنترل کیفیت مداوم از پیش‌نیازهای بهره‌برداری طولانی‌مدت سازه‌هاست. بازار و تقاضا برای افزودنی‌های هوازا در سال‌های اخیر رشد داشته و پیش‌بینی می‌شود اهمیت این گروه افزودنی در پروژه‌های زیرساختی افزایش یابد.