به طور کلی، هوا در همه جا وجود دارد و نمی‌توان به راحتی و با روش‌های معمولی، هوای موجود در یک سامانه و یا یک محیط را از آن خارج کرد تا در نهایت، بتوان به یک محیط خالی از هوا دست یافت. بتن هم از این قاعده خارج نیست و به راحتی می‌توان حضور مولکولهای هوا در بتن را ثابت کرد. هوا نیز همانند دیگر عناصر سازنده بتن باید به طور کنترل‌شده‌ایی در بتن موجود باشد. در این مقاله، مفید و مضر بودن هوای مورد بررسی عمیق قرار گرفته است.
طریقه نفوذ هوا به بتن
وقتی به مخلوط مواد خشک سیمانی آب اضافه شود، واکنش هیدراتاسیون بین آب و سیمان آغاز می‌شود. این واکنش با آزاد کردن مقداری از ذرات هوا همراه است که این هوا در داخل خمیر و یا ژل سیمان محبوس می‌شود. در هنگام عمل‌آوری و متراکم نمودن بتن، ذرات هوا موجود در آن جابجا می‌شود. مولوکول‌های هوا به دلیل این که نمی‌توانند تمام فضای بین ذرات سیمان را پر کنند به دنبال مسیری به سمت بیرون، حرکت می‌کنند. بدین ترتیب، حفرات مویینه هوا در بتن تشکیل می‌شود. یکی دیگر از دلایل پدید آمدن ذرات هوا، عمل آوری و تراکم ناصحیح مخلوط بتن در همگام بتن‌ریزی می‌باشد. این مورد را می‌توان با به حداقل رساندن خطای انسانی و انتخاب دانه‌بندی مناسب ذرات، کنترل نمود. تا به اینجا مقاله، به ذرات هوای ناخواسته در بتن اشاره شد، حال می‌خواهیم به آن دسته از مولکولهای هوایی اشاره کنیم که به صورت دستی و مستقیما با دخالت انسان وارد مجموعه‌ی ماتریسی بتن می‌شود. این نوع از مولوکول‌های هوا با استفاده از افزودن مواد افزودنی حباب‌زا و یا مواد هوازی در بتن، قابل دست‌یابی هستند. مواد حباب‌زای بتنی امروزه همه جا در دسترس و موجود هستند.مواد حباب زای بتنی معمولا از مواد شیمایی و صنعتی ساخته شده اند. مواد شیمیایی که به صورت سنتی و از قدیم الایام برای ساخت حباب زای بتنی استفاده می‌شود، معمولا رزین‌های وینسول و نمک‌های بدست آمده از اسید‌های چرب هستند. البته اخیرا مواد جدیدی نیز وارد بازار شده‌اند که معمولا از از ترکیبات شیمیایی بدست آمده‌اند. مواد حباب‌زا در بتن، سبب افزایش مقاومت آن در برابر چرخه ذوب و یخبندان می‌شود. علاوه بر این با استفاده از اینمواد می‌توان از بتنی با چگالی کم بهره‌مند شد.
مکانیزم مواد حباب‌زا در بتن
مواد حباب‌زای بتنی دارای آنزیم‌هایی با سطوح فعال هستند، که وظیفه‌ی آن‌ها کاهش کشش سطحی بین مولکولی حباب های هوا می‌باشد. وقتی این مسئله محقق شد، آنگاه می‌توان به یک حباب هوا با سطح پایدار که تحت فشار از بین نمی رود دست یافت. از این طریق حجم مورد نیاز ما برای انبساط‌های در نظر گرفته شده که در ادامه به آن اشاره خواهد شد، تامین می‌شود. در صورتی که حباب هوای بتنی، دارای ساختاری با قطر ریز، منظم و متحدالشکل باشند، می‌توانند بهتر در برابر انبساط های ناخواسته مقاومت کنند.
مواد حباب زای بتنی چه کاربردی دارد؟
کاربرد اصلی مواد حباب زا، بدین شکل است که با ایجاد فضاهای خالی در داخل بتن امکان مانور بهتر در برابر پدیده‌های مضر را داخل بتن فراهم می نماید. پدیده‌های مضر در بتن به شرح زیر بیان می‌شود :
برای شناخت بیشتر پدیده‌های مضر بتن، ابتدا به یک مسئله پایه یعنی انبساط آب در دمای پایین‌تر از نقطه انجماد برخورد می‌شود در واقع وقتی آب وارد منافذ ریز بتن می‌شود و در شرایط آب و هوایی سرد یخ میزند، دچار انبساط شده و موجب گسترش منافذ می‌شود. این چرخه ادامه می‌یابد تا زمانی که ترک‌ها روی سطح بتن نمایان شوند و بتن ورقه ورقه شود. مواد حباب زای بتنی با به وجود آوردن حباب‌های هوا،فضای بیشتری در اختیار ذرات آب می‌گذارند. این فرآیند سبب می‌شود تا در هنگام یخ زدن آب موجود در منافذ بتن، فضای ایجاد شده توسط حباب‌های هوا، مانع به وجود آمدن فشار داخلی شوند و از ترک‌خوردگی بتن جلوگیری کنند.یکی دیگر از مسائل مهم در این بخش، مسئله مقدار حباب‌های هوا برای تامین فضای مورد نیاز انبساط در داخل بتن می‌باشد. در ادامه مقاله، این موضوع نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
میزان مصرف مواد افزودنی حباب زا
میزان دوز مصرف مواد افزودنی حباب زا، تابع عوامل مختلفی از قبیل دمای هوا، بعد سنگدانه‌ها و نسبت آب به سیمان می باشد. استانداردهای مختلفی برای تعیین میزان هوای مطلوب در داخل بتن وجود دارد ولی معمولا میزان هوایی بین 4.5 الی 7 درصد کل مجموعه بتن، لازم است.
مزایا و معایب: افزودنی‌های حباب زا معمولا قیمت مناسبی دارند و نکته مثبت درباره‌ی آن‌ها کاهش وزن کل بتن می‌باشد البته این مواد، به کارایی و روانی بتن هم کمک می‌کنند. اما بزرگترین عیب آن‌ها این است که در صورت مصرف دوز بیش از حد،مقاومت فشاری بتن را کاهش می‌دهند.
