راهنمای استفاده از میکروسیلیس در بتن بخش پنجم : اثر میکروسیلیس بر خواص بتن سخت شده
پودر میکروسیلیس، یک ماده پوزولانی فرعی حاصل از تولید آلیاژهای فروسیلیس و سیلیکون است. این ماده به دلیل ریزی فوق‌العاده و خواص شیمیایی منحصر به فرد خود، به طور گسترده در تولید بتن با عملکرد بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. افزودن پودر میکروسیلیس به بتن، تغییرات قابل توجهی در خواص مکانیکی و دوام آن ایجاد می‌کند که موضوع اصلی این مقاله است. این مقاله بر اساس فصل 5 کتاب راهنمای استفاده از میکروسیلیس در بتن براساس گزارش ACI 234R-06 تهیه شده و به بررسی دقیق این تغییرات می‌پردازد.
ما در یک سلسله مقالات تلاش داریم به بررسی جامع اثر میکروسیلیس در صنعت ساختمان بر اساس گزارش ACI 234R-06 “کتاب راهنمای استفاده از میکروسیلیس در بتن” بپردازیم. برای درک بهتر مطالب و حفظ پیوستگی مطالب پیشنهاد می کنیم ابتدا مقالات قبلی با عنوان های راهنمای استفاده از میکروسیلیس در بتن بخش اول ، بخش دوم، بخش سوم و بخش چهارم را مطالعه نمایید.
خواص مکانیکی بتن حاوی پودر میکروسیلیس
افزودن پودر میکروسیلیس به بتن، خواص مکانیکی آن را به طور چشمگیری تحت تأثیر قرار می‌دهد. این تغییرات ناشی از فعل و انفعالات پیچیده بین پودر میکروسیلیس و اجزای سیمان و همچنین تغییر در ساختار میکروسکوپی بتن است.
مقاومت فشاری، توانایی بتن در تحمل بارهای فشاری است و یکی از مهم‌ترین خواص مکانیکی آن به شمار می‌رود. پودر میکروسیلیس به دو طریق عمده مقاومت فشاری بتن را افزایش می‌دهد:
-
- اثر پوزولانی: پودر میکروسیلیس حاوی مقدار زیادی دی‌اکسید سیلیسیم غیرکریستالی است. این ماده با هیدروکسید کلسیم آزاد شده در اثر هیدراتاسیون سیمان وارد واکنش پوزولانی می‌شود و سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) تولید می‌کند. این C-S-H اضافی، ساختار بتن را متراکم‌تر و مقاوم‌تر می‌سازد.
- اثر پرکنندگی: ذرات بسیار ریز پودر میکروسیلیس، فضاهای خالی بین ذرات سیمان را پر می‌کنند و تخلخل بتن را کاهش می‌دهند. کاهش تخلخل، باعث افزایش چگالی و در نتیجه، افزایش مقاومت فشاری می‌شود.
مطالعات نشان داده‌اند که افزایش مقاومت فشاری با افزایش درصد پودر میکروسیلیس تا حد معینی ادامه دارد و پس از آن ممکن است کاهش یابد. عوامل مختلفی مانند نوع سیمان، نسبت آب به سیمان و شرایط عمل‌آوری بر مقدار بهینه پودر میکروسیلیس تأثیر می‌گذارند. به طور کلی، افزایش مقاومت فشاری در سنین بالاتر بتن بیشتر مشهود است، زیرا واکنش پوزولانی به زمان نیاز دارد تا کامل شود.
مقاومت کششی بتن، توانایی آن در تحمل نیروهای کششی است. این خاصیت معمولاً به اندازه مقاومت فشاری مورد توجه قرار نمی‌گیرد، اما در برخی کاربردها مانند دال‌ها و تیرها اهمیت دارد. پودر میکروسیلیس با افزایش مقاومت فشاری، مقاومت کششی بتن را نیز افزایش می‌دهد. این افزایش ناشی از بهبود پیوند بین خمیر سیمان و سنگدانه‌ها و همچنین کاهش تخلخل بتن است.
- مدول الاستیسیته و نسبت پواسون
مدول الاستیسیته، معیاری از سفتی بتن است و نشان می‌دهد که بتن تا چه حد در برابر تغییر شکل الاستیک مقاومت می‌کند. پودر میکروسیلیس معمولاً مدول الاستیسیته بتن را افزایش می‌دهد، که نشان دهنده افزایش سختی آن است. نسبت پواسون، نسبت تغییر شکل جانبی به تغییر شکل محوری تحت بارگذاری است. این نسبت در بتن حاوی پودر میکروسیلیس تغییر چندانی نمی‌کند و در محدوده 0.16 تا 0.26 باقی می‌ماند.
خزش، تغییر شکل تدریجی بتن تحت بارگذاری مداوم است و جمع شدگی، کاهش حجم بتن ناشی از خشک شدن یا واکنش‌های شیمیایی است. پودر میکروسیلیس می‌تواند تأثیرات متفاوتی بر این خواص داشته باشد. در برخی موارد، پودر میکروسیلیس خزش را کاهش می‌دهد، در حالی که در برخی دیگر، به ویژه در بتن‌های با مقاومت بالا، ممکن است جمع شدگی خودزا افزایش یابد.
مقاومت خمشی، توانایی بتن در تحمل بارهای خمشی است. پودر میکروسیلیس با افزایش مقاومت و بهبود ساختار داخلی بتن، مقاومت خمشی آن را نیز افزایش می‌دهد. این افزایش به ویژه در بتن‌های با مقاومت بالا قابل توجه است.
مقاومت پیوندی، چسبندگی بین بتن و میلگرد است که نقش مهمی در انتقال نیروها در سازه‌های بتن مسلح دارد.براساس کتاب راهنمای استفاده از میکروسیلیس دربتن، پودر میکروسیلیس با ریزتر کردن ساختار خمیر سیمان و افزایش چسبندگی آن به سطح میلگرد، مقاومت پیوندی را بهبود می‌بخشد.
دوام بتن حاوی پودر میکروسیلیس
دوام بتن، توانایی آن در حفظ خواص خود در طول زمان و تحت تأثیر عوامل محیطی مختلف است. پودر میکروسیلیس با کاهش نفوذپذیری و بهبود مقاومت شیمیایی بتن، دوام آن را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
نفوذپذیری بتن، توانایی آن در عبور دادن آب و سایر مواد شیمیایی از داخل خود است. کاهش نفوذپذیری بتن حاوی پودر میکروسیلیس، یکی از مهم‌ترین مزایای آن است. این کاهش ناشی از دو عامل است:
-
- اثر پرکنندگی: ذرات ریز پودر میکروسیلیس، فضاهای خالی بین ذرات سیمان را پر می‌کنند و تخلخل بتن را کاهش می‌دهند.
- واکنش پوزولانی: محصولات هیدراته ناشی از واکنش پوزولانی پودر میکروسیلیس، ساختار داخلی بتن را متراکم‌تر و نفوذناپذیرتر می‌سازند.
کاهش نفوذپذیری، مقاومت بتن را در برابر عوامل مخرب مانند حمله سولفات، حمله یون کلراید و یخ زدن و آب شدن بهبود می‌بخشد.
- مقاومت در برابر حمله سولفات
حمله سولفات، یک فرآیند شیمیایی است که در آن یون‌های سولفات با اجزای بتن واکنش داده و باعث انبساط و تخریب آن می‌شوند. پودر میکروسیلیس با کاهش نفوذپذیری و کاهش میزان هیدروکسید کلسیم آزاد، مقاومت بتن را در برابر این نوع حمله افزایش می‌دهد.
- مقاومت در برابر حمله یون کلراید
یون‌های کلراید می‌توانند باعث خوردگی آرماتور در بتن مسلح شوند. پودر میکروسیلیس با کاهش نفوذپذیری بتن، از نفوذ یون‌های کلراید و در نتیجه خوردگی آرماتور جلوگیری می‌کند. این خاصیت، دوام سازه‌های بتنی در معرض محیط‌های دریایی و نمک‌های یخ‌زا را افزایش می‌دهد.
- مقاومت در برابر واکنش قلیایی-سیلیسی (ASR)
واکنش قلیایی-سیلیسی (ASR) یک واکنش شیمیایی مضر بین قلیایی‌های موجود در سیمان و برخی از انواع سنگدانه‌ها است. این واکنش منجر به تشکیل یک ژل انبساطی می‌شود که می‌تواند باعث ترک خوردگی و تخریب بتن شود. پودر میکروسیلیس با چند مکانیسم از وقوع ASR جلوگیری می‌کند:
-
- کاهش قلیاییت: پودر میکروسیلیس با واکنش با هیدروکسید کلسیم، قلیاییت آب داخل منافذ بتن را کاهش می‌دهد.
- کاهش نفوذپذیری: پودر میکروسیلیس ساختار بتن را متراکم‌تر می‌کند و نفوذپذیری آن را کاهش می‌دهد، که مانع از حرکت یون‌های قلیایی و واکنش آنها با سنگدانه‌های واکنش‌زا می‌شود.
- تغییر ترکیب C-S-H: پودر میکروسیلیس ترکیب شیمیایی محصول هیدراتاسیون اصلی سیمان (C-S-H) را تغییر می‌دهد، که ممکن است آن را در برابر حملات قلیایی مقاوم‌تر کند.
- مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن
چرخه‌های مکرر یخ زدن و آب شدن می‌توانند به دلیل انبساط حجم آب هنگام یخ زدن در داخل منافذ بتن، باعث ایجاد تنش و ترک خوردگی شوند. پودر میکروسیلیس مقاومت بتن را در برابر این چرخه ها بهبود می بخشد:
-
- کاهش اندازه منافذ: پودر میکروسیلیس ساختار منافذ بتن را ریزتر می کند و تعداد منافذ مویرگی بزرگ را کاهش می دهد. این منافذ بزرگ بیشتر مستعد پر شدن از آب و آسیب ناشی از یخ زدگی هستند.
- کاهش نفوذپذیری: همانطور که قبلاً گفته شد، پودر میکروسیلیس نفوذپذیری بتن را کاهش می دهد و مقدار آبی را که می تواند به داخل آن نفوذ کند و یخ بزند، محدود می کند.
- افزایش مقاومت خمیر سیمان: پودر میکروسیلیس مقاومت خمیر سیمان را افزایش می دهد و آن را در برابر تنش های ناشی از یخ زدگی مقاوم تر می کند.
با توجه به مطالب کتاب راهنمای استفاده از میکروسیلیس در بتن، برای دستیابی به حداکثر مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن در بتن حاوی پودر میکروسیلیس، استفاده از هوا حباب ساز نیز ضروری است.
- مقاومت در برابر سایش و فرسایش
سایش و فرسایش، فرآیندهایی هستند که در آن سطح بتن در اثر تماس مکانیکی با مواد دیگر یا جریان آب تخریب می شود. پودر میکروسیلیس مقاومت بتن را در برابر این فرآیندها افزایش می دهد:
-
- افزایش مقاومت فشاری: مقاومت فشاری بالاتر معمولاً با مقاومت بیشتر در برابر سایش مرتبط است.
- افزایش چگالی: پودر میکروسیلیس ساختار بتن را متراکم تر می کند و چگالی آن را افزایش می دهد، که سطح آن را در برابر سایش مقاوم تر می کند.
- بهبود پیوند بین سنگدانه و خمیر: پودر میکروسیلیس پیوند بین سنگدانه و خمیر سیمان را تقویت می کند و از جدا شدن ذرات سنگدانه در اثر سایش جلوگیری می کند.
سایر خواص بتن حاوی پودر میکروسیلیس
مقاومت الکتریکی بتن، توانایی آن در مقاومت در برابر عبور جریان الکتریکی است. این خاصیت در برخی کاربردهای خاص بتن، مانند سازه های مدفون در خاک یا سازه های در معرض جریان های الکتریکی سرگردان، اهمیت دارد.
پودر میکروسیلیس معمولاً مقاومت الکتریکی بتن را افزایش می دهد. این افزایش می تواند ناشی از موارد زیر باشد:
-
- کاهش تخلخل: تخلخل کمتر، مسیرهای کمتری را برای حرکت یون ها فراهم می کند و در نتیجه مقاومت الکتریکی را افزایش می دهد.
- ریزتر شدن ساختار منافذ: پودر میکروسیلیس اندازه منافذ را کاهش می دهد، که باعث افزایش پیچیدگی مسیرهای عبور یون ها می شود.
افزایش مقاومت الکتریکی می تواند خطر خوردگی آرماتور را کاهش دهد.
هدایت حرارتی بتن، توانایی آن در انتقال گرما است. این خاصیت در طراحی سازه هایی که نیاز به عایق حرارتی دارند، مانند ساختمان ها و مخازن، اهمیت دارد.
پودر میکروسیلیس ممکن است تأثیر کمی بر هدایت حرارتی بتن داشته باشد. در برخی موارد، کاهش جزئی در هدایت حرارتی گزارش شده است که احتمالاً به دلیل ریزتر شدن ساختار منافذ است. با این حال، این تغییر معمولاً قابل توجه نیست.
مقاومت بتن در برابر آتش، توانایی آن در حفظ خواص خود در دماهای بالا است. پودر میکروسیلیس می تواند به طور غیر مستقیم بر مقاومت در برابر آتش تأثیر بگذارد:
-
- کاهش نفوذپذیری: بتن متراکم تر با نفوذپذیری کمتر، رطوبت کمتری را در خود نگه می دارد. این می تواند خطر ترک خوردگی و پوسته پوسته شدن ناشی از فشار بخار در هنگام قرار گرفتن در معرض آتش را کاهش دهد.
- افزایش مقاومت: مقاومت اولیه بالاتر بتن حاوی پودر میکروسیلیس می تواند به عملکرد بهتر در دماهای بالا کمک کند.
با این حال، برای طراحی سازه های مقاوم در برابر آتش، در نظر گرفتن سایر عوامل مانند ضخامت عضو، نوع سنگدانه و پوشش محافظ ضروری است.
کاربرد پودر میکروسیلیس به همراه الیاف
پودر میکروسیلیس اغلب به همراه الیاف در بتن استفاده می شود. الیاف، مواد رشته ای هستند که برای بهبود خواص بتن به آن اضافه می شوند. انواع رایج الیاف عبارتند از:
- الیاف فولادی: برای افزایش مقاومت کششی، چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه.
- الیاف پلیمری: برای کاهش ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی و بهبود مقاومت در برابر ضربه.
ترکیب پودر میکروسیلیس و الیاف می تواند اثر هم افزایی داشته باشد:
- پودر میکروسیلیس خمیر سیمان را متراکم تر و قوی تر می کند، که به الیاف کمک می کند تا به طور موثرتری بار را تحمل کنند.
- الیاف از گسترش ترک ها جلوگیری می کنند، که به حفظ یکپارچگی بتن حاوی پودر میکروسیلیس کمک می کند.
این ترکیب برای کاربردهایی مانند:
- پوشش های بتنی
- قطعات پیش ساخته
- سازه های مقاوم در برابر زلزله
مناسب است.
کاربرد پودر میکروسیلیس در مخلوط های سه تایی
با توجه به کتاب راهنمای استفاده از میکروسیلیس در بتن به کاربرد میکروسیلیس در مخلوط های سه تایی نیز نگاهی می اندازیم.پودر میکروسیلیس می تواند به همراه سایر مواد سیمانی مکمل (SCM) در بتن استفاده شود SCM ها موادی هستند که تا حدی جایگزین سیمان پرتلند می شوند. نمونه های رایج عبارتند از:
- خاکستر بادی
- سرباره کوره بلند
مخلوط های سه تایی شامل سیمان پرتلند، پودر میکروسیلیس و یک SCM دیگر هستند. این مخلوط ها می توانند مزایای زیر را داشته باشند:
- بهبود دوام: ترکیب SCM های مختلف می تواند مقاومت بتن را در برابر انواع مختلف حمله شیمیایی بهبود بخشد.
- کاهش هزینه: SCM ها اغلب ارزان تر از سیمان پرتلند هستند.
- پایداری: استفاده از SCM ها مصرف سیمان پرتلند و انتشار دی اکسید کربن مربوط به تولید آن را کاهش می دهد.
تغییرات خواص با توجه به نوع، منبع و شکل تحویل پودر میکروسیلیس
خواص بتن حاوی پودر میکروسیلیس می تواند تحت تأثیر عوامل زیر قرار گیرد:
- نوع پودر میکروسیلیس: پودر میکروسیلیس می تواند به صورت پودری یا متراکم شده عرضه شود. پودر میکروسیلیس پودری ریزتر است و بهتر پخش می شود، اما کار با آن می تواند دشوارتر باشد.
- منبع پودر میکروسیلیس: خواص پودر میکروسیلیس می تواند بسته به فرآیند تولید و نوع آلیاژ مورد استفاده متفاوت باشد.
- شکل تحویل پودر میکروسیلیس: پودر میکروسیلیس می تواند به صورت دوغاب یا به صورت خشک به بتن اضافه شود.
برای اطمینان از عملکرد مطلوب، انجام آزمایش برای تعیین مناسب ترین نوع و مقدار پودر میکروسیلیس برای هر پروژه ضروری است.
با توجه به نکات بالا که با نگاهی بر کتاب راهنمای استفاده از میکروسیلیس در بتن، بررسی شده اند متوجه می شویم که پودر میکروسیلیس یک افزودنی همه کاره و مؤثر برای بتن است. توانایی آن در بهبود خواص مکانیکی و دوام، آن را برای طیف گسترده ای از کاربردها ارزشمند می سازد. با این حال، استفاده موفقیت آمیز از پودر میکروسیلیس مستلزم درک دقیق خواص آن و رعایت بهترین شیوه ها در اختلاط، قرار دادن و عمل آوری بتن است. که بهترین روش ، مشاوره با متخصصان این زمینه می باشد.برای اطلاع از این موارد در جهت دستیابی به نتیجه دلخواه می توانید با متخصصان و مشاوران ما در سایت های بتنو و ایران بتن تماس حاصل نمایید.
