افزودنی هاي معدنی و افزودنیهاي شیمیایی افزودنیهاي معدنی مواد کاملا ریز و پودري هستند که در مقادیر زیاد، بین 20 تا 100 در صد وزن سیمان، به مخلوط بتون افزوده می شوند. این مواد شبه سیمانی بیشتر براي کاهش هزینه، افزایش استحکام، کاهش نفوذپذیري در مقابل آب و تاثیر بر سایر خواص بتون نهایی و سخت شده، به کار می روند .
خاکسترهاي طبیعی ، Silica Fume و Fly Ashرا می توان در این دسته از افزودنی ها قرار داد.
در حین کار با بتون، براي بهبود خواص و کیفیت بتون در حین اختلاط، حمل و نقل، بتون ریزي، سخت شدن و همچنین غلبه بر برخی مشکلات غیرمترقبه، از افزودنیهاي شیمیایی استفاده می شو د. این افزودنیها غالبا سنتزي هستند و نسبت به افزودنیهاي معدنی در مقادیر بسیار کمتري استفاده می شوند .
طبقه بندي این افزودنی ها داراي استانداردهاي مشخصی است که در بخش استانداردها به آنها اشاره می شود. در تعریف استاندارد بریتانیا آمده است: " افزودنیهاي بتون موادي هستند که در هنگام آماده سازي بتون به آن افزوده میشوند و مقدار آنها کمتر از 5 درصد مقدار سیمان است. این مواد خواص بتون سیال یا سفت شده را تحت تاثیر قرار میدهد."
بررسی اجمالی تکنولوژي و روشهاي تولید و عرضه محصول در کشور و مقایسه آن با دیگر کشورها
از کلرید کلسیم، نیترات کلسیم و تیوسیانات سدیم میتوان به عنوان مواد تجاري معمول نام برد که به عنوان تسریعکننده بتون مورد استفاده قرار میگیرند. این ماده شیمیایی ابتدا با آب بتون مخلوط و سپس به مخلوط شن و ماسه و سیمان اضافه می شود. به این ترتیب براي ساخت بتون هاي زودگیر می توان بجاي استفاده از سیمان زودگیر از سیمان معمولی (پرتلند نوع I) همراه با این مواد شیمیایی استفاده نمود. بتون ساخته شده به این روش در مقابل فرسایش مقاومت بیشتري از خود نشان داده اما در مقابل حمله سولفات ها آسیب پذیرتر بوده و افت بتون نیز حدود 10 الی 15 درصد افزایش می یابد. اما در هر حال بدترین ضرر مواد شیمیایی کلردار اثر آن بر روي آرماتورها و ایجاد خوردگی در آنهاست. به این ترتیب با توجه به بند 2-5 از مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران استفاده از این نوع مواد تنها در بتون هاي بدون فولاد 3-9 مجاز بوده و میزان مصرف آن به 2 درصد وزنی سیمان محدود می شود.
ضدیخ بتون یک افزودنی بدون کلراید و بر پایه ترکیبات نیتروژنی میباشد. مواد نیتروژنی و کلسیم نیتروژنی به عنوان موادي که بازدارنده خوردگی میباشند نیز مطرح شدهاند، بر خلاف مواد پایه کلرایدي که مصرف آنها در بتن مسلح منع گردیده است.
به طور کلی کلرید کلسیم معمولا از طریق سه فرآیند میتواند تولید شود: فرآیند سنگ آهک- اسید هیدروکلریک، فرآیند Solvay و فرآیند آب نمک طبیعی. انتخاب فرآیند معمولا بر اساس نحوه تامین مواد اولیه، حمل و نقل و هزینه هاي انرژي تعیین میشود.
در طی فرآیند اول، سنگ آهک با اسید هیدروکلریک واکنش داده و کلرید کلسیم تولید می گردد.
CaCO3+2HCl ----> CaCl2 +CO2 +H2 O
اگر اسید هیدروکلریک با غلظت 36 درصد مورد استفاده قرار گیرد، محلول کلرید کلسیم تولیدي غلظتی در حدود 36 درصد خواهد داشت.
فرآیند Solvay ، رایجترین روش سنتز کلرید کلسیم میباشد. کلرید کلسیم در این فرآیند طبق واکنش زیر تولید می شود.
2 CaCO3 + 2NaCl -----> Na2 CO3 +CaCl
در شکل ( 3)، فرآیند سلوي نشان داده شده است.
در این فرآیند ابتدا کربنات کلسیم در یک کوره آهکزنی حرارت داده میشود که بر اساس این حرارت (پخته شدن کربنات کلسیم) اکسید کلسیم تولید میشود و دياکسید کربن آزاد میگردد. دماي کوره پخت 1300 کلوین میباشد. اکسید کلسیم تولید شده در کوره پخت به آهک زنده معروف است که با ریختن آب روي آن واکنش گرمازایی انجام میشود که گرماي واکنش باعث بخار شدن بخشی از آب میشود. در این واکنش، آهک بر اثر جذب آب، متورم شده و سپس به صورت گرد سفیدي در میآید که اصطلاحا آهک مرده نامیده میشود. با اضافه کردن آب به آهک مرده، آهک تبدیل به شیرآهک تبدیل میشود که اگر آن را صاف کنیم، محلول زلالی که در حقیقت محلول سیرشده هیدروکسید کلسیم در آب است، حاصل می شود که به آب آهک موسوم است. هیدروکسید کلسیم وارد برج بازیافت آمونیاك میشود. در این برج هیدروکسید کلسیم با جریانی از بی کربنات آمونیوم و کلرید آمونیوم که در برج کربناسیون تولید شده است مخلوط می گردد و توسط بخار گرم میشود. در این برج واکنشهاي زیر انجام میشود:
2NH4 HCO3 ----> NH 3+H2O+CO
2NH4Cl +Ca(OH)2 ----> 2NH3+2H2O+CaCl2
مخلوط آمونیاك و دياکسید کربن تولید شده در برج بازیابی آمونیاك براي اشباع آب شور ورودي به برج جذب آمونیاك، وارد برج جذب آمونیاك میگردد. کلرید کلسیم تولید شده در این برج به عنوان محصول جانبی فرآیند وارد مراحل آمادهسازي جهت فروش میگردد. یک محلول 30 درصد از آب شور اشباع شده با آمونیاك (آمونیاك تولید شده در برج بازیابی آمونیاك) وارد برج جذب آمونیاك میشود. ناخالصی هاي مختلف مانند نمکهاي کلسیم و منیزیم موجود در NaCl تجاري در واکنشی با دياکسید کربن رسوب می کنند. واکنشهایی که در این برج جذب صورت می گیرند به شرح زیر می باشند :
32NH3 +H2O+CO2 -----> 2(NH4)2 CO
CaCl2 + (NH4)2CO3 -----> CaCO3 +2NH4Cl
محلول آب ترکیب شده با آمونیاك در هنگام خروج از برج جذب از یک فیلتر رد میشود تا کربنات کلسیم و منیزیم رسوب یافته از آن جدا شوند. محلول آب ترکیب شده با آمونیاك پس از عبور از فیلتر وارد برج کربناسیون میگردد. برج کربناسیون یک برج بلند است که صفحات سوراخداري (سینی هاي سوراخ داري) روي آن نصب شده است. محلول آب ترکیب شده با آمونیاك از بالاي برج به سمت پایین آن چکه می کند و گاز دي اکسید کربن که در کوره آهکزنی از گرم شده کربنات کلسیم تولید شده است از پایین وارد برج میگردد. هنگامی که دي اکسید کربن از منافذ ریز سینی ها عبور میکند با آب ترکیب شده با آمونیاك واکنش می دهد و طی واکنش هاي زیر بیکربنات سدیم، بی کربنات آمونیوم و کلرید آمونیوم تولید میشود.
NH3 +H2O+CO2 -----> NH4HCO3
NaCl + NH4HCO3 -----> NaHCO3 + NH4Cl
محلول تولید شده در برج کربناسیون که شامل کریستال هاي 3NaHCO از پایین برج خارج شده و وارد فیلتر میشود تا 3NaHCO آن جدا گردد. بیکربنات سدیم بدست آمده در فیلتر به شدت در کوره آهک زنی براي تبدیل به کربنات سدیم حرارت داده میشود. دي اکسید کربن تولید شده از تولید کربنات سدیم در کوره آهک زنی وارد برج کربناسیون میشود.
فرآیند سوم فرآیندي است که از دریاچههاي نمک طبیعی جهت تولید کلرید کلسیم استفاده میشود. در این فرآیند 2Ca(OH) با منیزیم واکنش داده و 2Mg(OH) جدا میشود. سپس کلسیم حاصل با کلرید سدیم واکنش داده و کلرید کلسیم تولید میشود. در این روش هزینه مواد خام بسیار پایین است، در حالی که خلوص محصول به طور معمول کمتر از سایر فرآیندها می باشد.
