راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن : الزامات میکروسیلیس در بتن های مختلف

انتخاب مشخصات مناسب

با توجه به ویژگی و کارکرد بتن های مختلف در صنعت ساختمان، نیاز به شناخت دقیق نحوه ی استفاده از میکروسیلیس در بتن و چگونگی کنترل کیفیت بتن حاوی میکروسیلیس  حیاتی می­ نماید.ما با نگاهی بر کتاب راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن و منابع دیگر در یک سلسله مقاله به بررسی  نقش میکروسیلیس در صنعت ساختمان می ­پردازیم. در این مقاله به نحوه اجرای میکروسیلیس در بتن های مختلف و کنترل کیفیت بتن حاوی میکروسیلیس خواهیم پرداخت. پیشنهاد می­کنیم برای درک بهتر مطالب، پیش از مطالعه ی این مقاله، مقاله ی راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن بخش اول را مطالعه نمایید.

تعیین مشخصات فنی برای میکروسیلیس و بتن میکروسیلیسی مستلزم آگاهی از کاربرد نهایی، شرایط محیطی، و الزامات دوام و عملکرد است.  استفاده از استاندارد ASTM C1240 برای میکروسیلیس الزامی است و مشخصات بتن باید شامل موارد زیر باشد:

• میزان میکروسیلیس به درصد وزنی سیمان
• نسبت آب به مواد سیمانی (w/c)
• مقاومت فشاری هدف در سن ۲۸ روز یا سایر سنین
• افزودنی‌های شیمیایی مورد نیاز (مانند روان‌کننده‌ها)
• طرح اختلاط پیشنهادی یا مورد تأیید

مقادیر پیشنهادی

بر اساس تجربیات اجرایی، معمولاً از ۵ تا ۱۵ درصد وزنی میکروسیلیس نسبت به سیمان استفاده می‌شود.

مستندسازی

در مشخصات باید به صراحت موارد زیر قید شود:

• نوع میکروسیلیس (فله، متراکم، دوغاب)
• نام و مشخصات تولیدکننده
• تطابق با ASTM C1240
• الزامات دوام مانند مقاومت در برابر کلرید، سولفات یا یخبندان
• نحوه کنترل کیفیت و نمونه‌گیری از بتن

مشخصات برای پروژه‌های خاص

در پروژه‌هایی مانند پل‌ها، اسکله‌ها یا مخازن آب، ممکن است نیاز به ترکیب سه‌گانه سیمان، خاکستر بادی و میکروسیلیس باشد. در این صورت باید نسبت ترکیب، مقاومت هدف، و خواص دوام مدنظر قرار گیرد. به عنوان مثال:

• بتن با دوام دریایی: میکروسیلیس ۸ تا ۱۰٪، خاکستر بادی ۱۵ تا ۲۰٪
• عرشه پل: میکروسیلیس ۷ تا ۱۰٪، نسبت w/c کمتر از ۰٫۴۰

کنترل کیفیت و تأییدیه‌ها

پیمانکار باید قبل از استفاده، گواهی‌های انطباق با ASTM C1240 و نتایج آزمون‌های اخیر را ارائه کند. همچنین ممکن است لازم باشد طرح اختلاط مورد بررسی آزمایشگاه کنترل کیفیت یا مهندس ناظر قرار گیرد.

دلایل اهمیت کنترل کیفی میکروسیلیس:

• جلوگیری از بروز مشکلات:

کنترل کیفیت میکروسیلیس از بروز مشکلاتی مانند کاهش مقاومت بتن، افزایش نفوذپذیری، و کاهش دوام بتن جلوگیری می‌کند.

• حفظ یکنواختی خواص:

با توجه به کمبود داده‌های جامع در مورد تأثیر میکروسیلیس بر خواص درازمدت بتن، حفظ یکنواختی خواص آن از اهمیت بالایی برخوردار است.

• افزایش کارایی بتن:

میکروسیلیس با کیفیت مطلوب، عملکرد بهتری در بتن دارد و به افزایش مقاومت، دوام، و کاهش نفوذپذیری بتن کمک می‌کند.

مراحل کنترل کیفی میکروسیلیس:

1. بررسی مشخصات ظاهری:
   • رنگ:میکروسیلیس باید رنگ خاکستری روشن و یکنواخت داشته باشد.
   • بافت:باید فاقد کلوخه و توده‌های بزرگ باشد و دارای بافتی پودری و یکنواخت باشد.

2. اندازه‌گیری اندازه ذرات:

• روش‌های آزمایشگاهی:از روش‌هایی مانند میکروسکوپ الکترونی یا لیزر پراکندگی برای تعیین اندازه ذرات استفاده می‌شود.
• استانداردها:اندازه ذرات باید منطبق با استانداردهای مربوطه باشد.

3. تعیین سطح ویژه:

• روش‌های آزمایشگاهی:از روش‌هایی مانند BET برای تعیین سطح ویژه میکروسیلیس استفاده می‌گردد.
• استانداردها:سطح ویژه باید با استانداردهای مربوطه منطبق باشد.

4. تعیین میزان سیلیس فعال:

• روش‌های آزمایشگاهی:از روش‌هایی مثل روش استاندارد ASTM C1240 برای تعیین مقدار سیلیس فعال استفاده می‌گردد.
• استانداردها:میزان سیلیس فعال باید با استانداردهای مربوطه مطابقت داشته باشد.

5. بررسی ناخالصی‌ها:

• روش‌های آزمایشگاهی:از روش‌های شیمیایی برای تعیین میزان ناخالصی‌ها استفاده می‌شود.
• استانداردها:میزان ناخالصی‌ها باید با استانداردهای مربوطه منطبق باشد.

6. آزمایش‌های عملکردی:

• آزمایش اسلامپ:برای بررسی کارایی بتن و توزیع یکنواخت میکروسیلیس در بتن
• آزمایش مقاومت فشاری:برای بررسی مقاومت فشاری بتن.
• آزمایش نفوذپذیری:برای بررسی نفوذپذیری بتن.

    7.بررسی یکنواختی:

• نمونه‌برداری:از نقاط مختلف نمونه‌برداری می‌شود تا از یکنواختی خواص میکروسیلیس در کل نمونه اطمینان حاصل شود.
• آزمایش‌های توزیع یکنواختی:برای بررسی یکنواختی میکروسیلیس در بتن.

استانداردهای میکروسیلیس:

با نگاهی بر کتاب راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن، به بررسی استانداردهای متداول میکروسیلیس می پردازیم:

• ASTM C1240

این استاندارد برای مشخصات میکروسیلیس در بتن تدوین شده است.

• ISO/IEC 17025

این استاندارد برای اعتبارسنجی آزمایشگاه‌های کالیبراسیون و آزمایش میکروسیلیس مورد استفاده قرار می­گیرد.

• آیین‌نامه ملی شماره 13278

این آیین‌نامه برای کنترل کیفی میکروسیلیس در بتن می­باشد.

تعریف مشخصات دقیق، کلید تضمین کیفیت و دوام بتن میکروسیلیسی است. استفاده از مدارک معتبر و مستندسازی دقیق مشخصات فنی، باعث کاهش مشکلات اجرایی و افزایش عمر مفید سازه خواهد شد.

استفاده از میکروسیلیس در پروژه‌ها باعث بهبود فرایند اجرا نیز می‌شود:

• امکان پرداخت سریع در بتن‌های تخت به دلیل عدم آب‌اندازی
• کاهش حرارت هیدراسیون با حفظ مقاومت (ترکیب با خاکستر بادی)
• استفاده از سه ماده سیمانی (سیمان، خاکستر بادی، و میکروسیلیس) برای کاهش هزینه و افزایش عملکرد
• استفاده مؤثر در شاتکریت خشک یا تر (با یا بدون الیاف فولادی)

این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که سازه‌هایی مانند عرشه پل‌ها، پارکینگ‌ها و سطوح در معرض سایش و خوردگی، به‌صورت سریع‌تر، مقاوم‌تر، و بادوام‌تر اجرا شوند.

طرح اختلاط بتن حاوی میکروسیلیس

طرح اختلاط بتن میکروسیلیسی بر اساس همان اصول کلی طرح اختلاط بتن معمولی است، اما حضور میکروسیلیس باعث ایجاد تغییراتی در برخی از اجزا و روابط می‌شود. در این فصل به چگونگی طراحی و تنظیم طرح اختلاط بتن حاوی میکروسیلیس برای کاربردهای مختلف پرداخته می‌شود.

انتخاب نسبت میکروسیلیس

با توجه به کتاب راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن، معمول‌ترین دامنه مقدار میکروسیلیس در مخلوط بتن بین ۵ تا ۱۰ درصد وزنی سیمان پرتلند است. در بتن‌های پرمقاومت ممکن است این مقدار به ۱۵ درصد نیز برسد. درصدهای بالاتر از ۱۵٪ معمولاً فقط در بتن‌های پرمقاومت ویژه استفاده می‌شوند. نسبت آب به مواد سیمانی معمولاً بین ۰٫۲۵ تا ۰٫۴۵ است. میکروسیلیس باید بخشی از مواد سیمانی تلقی شود.

نسبت آب به مواد سیمانی (w/c)

برای بتن‌های با دوام بالا، نسبت آب به مواد سیمانی باید کم باشد، معمولاً بین ۰٫۳۰ تا ۰٫۴۰. به دلیل ریزدانه بودن میکروسیلیس، بتن تمایل بیشتری به سفت شدن دارد، بنابراین استفاده از روان‌کننده‌های قوی (مانند فوق‌روان‌کننده‌های پایه پلی‌کربوکسیلات) ضروری است.

افزودنی‌های شیمیایی

میکروسیلیس به‌تنهایی زمان گیرش بتن را کاهش نمی‌دهد، ولی در حضور روان‌کننده‌ها ممکن است به‌دلیل افزایش انسجام، گیرش زودتر اتفاق افتد. افزودنی‌های زیر رایج هستند:

• روان‌کننده معمولی ASTM C494 نوع A یا D
• فوق روان‌کننده ASTM C494 نوع F یا G
• کندگیرکننده‌ها در شرایط آب و هوایی گرم

تنظیم مقدار شن و ماسه

به دلیل اینکه میکروسیلیس فضای بین ذرات سیمان را پر می‌کند، معمولاً نیاز به کاهش مقدار ماسه وجود دارد (تا ۵ درصد کل حجم ماسه). همچنین باید اطمینان حاصل کرد که نسبت حجمی سنگدانه‌های درشت به ریز در تعادل باشد.

طرح اختلاط نمونه

یک طرح اختلاط نمونه برای بتن با مقاومت ۴۰ مگاپاسکال و دوام بالا:

• سیمان پرتلند: ۳۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب
• میکروسیلیس: ۳۰ کیلوگرم بر مترمکعب (۸٫۶٪)
• آب: ۱۴۰ کیلوگرم بر مترمکعب (w/cm = 0.37)
• روان‌کننده: ۰٫۸٪ وزن سیمان
• ماسه: ۷۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب
• شن: ۱۰۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب

آزمایش و اصلاح طرح

پیش از اجرای گسترده، طرح اختلاط باید در شرایط مشابه پروژه اجرا و بررسی شود:

• اسلامپ
• مقاومت فشاری در سنین مختلف
• دوام در برابر نفوذ یون کلرید (ASTM C1202)
• جمع‌شدگی و خزش

با توجه به کتاب راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن و با توجه به نتایج آزمایشگاهی، ممکن است نیاز به تنظیمات جزئی در طرح اولیه باشد.طرح اختلاط بتن حاوی میکروسیلیس باید با دقت و آزمون همراه باشد. استفاده از نسبت بهینه میکروسیلیس، کنترل نسبت آب به مواد سیمانی، و بهره‌گیری از افزودنی‌های مناسب، تضمین‌کننده عملکرد مطلوب بتن خواهد بود.

استفاده از میکروسیلیس در کارخانه‌های بتن آماده

تحویل و نگهداری

میکروسیلیس ممکن است به یکی از سه شکل زیر به کارخانه بتن ارسال شود:

• فله (پودر خشک): نیاز به سیلوی مجزا دارد. باید خشک نگه‌داشته شود.
• متراکم (پودر فشرده): معمولاً فضای کمتری اشغال می‌کند، اما پیش از استفاده باید خوب پراکنده شود.
• دوغاب (سوسپانسیون آبی): به مخزن مایع مجزا نیاز دارد، باید هم زده شود تا ته‌نشین نشود.

در هر شکل، شرایط نگهداری شامل جلوگیری از ورود رطوبت، گردوغبار و آلودگی است. سیستم انتقال باید بسته و کنترل‌شده باشد.

دوزمصرف (پیمانه‌زنی)

تعیین دوز مصرفی دقیق میکروسیلیس اهمیت زیادی دارد:

• برای پودر خشک از سیستم توزین وزنی استفاده می‌شود.
• برای دوغاب از دوزر حجمی یا وزنی بهره گرفته می‌شود؛ باید چگالی دوغاب به‌درستی کنترل گردد.

حتماً سیستم‌های توزین کالیبره باشند و دفعات بارگیری در سیستم کنترل ثبت شود.

اختلاط در میکسر

ترتیب افزودن مواد بر اختلاط مؤثر است:

1. ابتدا شن و ماسه و بخشی از آب وارد می‌شوند.
2. سپس سیمان، میکروسیلیس و مابقی آب افزوده می‌شود.
3. افزودنی‌های شیمیایی در پایان اضافه می‌شوند.

اختلاط باید در زمان مناسب انجام شود (حداقل ۶۰ ثانیه یا مطابق استاندارد کارخانه)، و توزیع یکنواخت میکروسیلیس در مخلوط باید تأیید گردد.

مزایای استفاده از میکروسیلیس در بتن آماده:

• افزایش مقاومت:

میکروسیلیس مقاومت فشاری، کششی و خمشی بتن را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد

• کاهش نفوذپذیری:

با پر کردن فضاهای خالی و منافذ بتن، نفوذپذیری بتن در برابر آب و مواد شیمیایی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد

• افزایش دوام:

با کاهش نفوذپذیری، مقاومت بتن در برابر عوامل مخرب محیطی مانند یخ‌زدگی، مواد شیمیایی و خوردگی بالاتر می­رود

• بهبود کارایی:

میکروسیلیس می‌تواند به بهبود روانی و کارایی بتن کمک کند

• کاهش مصرف سیمان:

با توجه به واکنش‌پذیری بالای میکروسیلیس، می‌توان میزان سیمان مصرفی را در بتن کاهش داد

نکات مهم در استفاده از میکروسیلیس:

• مقدار مصرف:

مقدار مصرف میکروسیلیس عموماً بین 5 تا 10 درصد وزن سیمان است، اما این مقدار بسته به نیاز پروژه و شرایط محیطی می‌تواند متغیر باشد

• روش اختلاط:

برای اختلاط میکروسیلیس با بتن، از دو روش می­توان استفاده کرد: افزودن به صورت پودر در بچینگ یا استفاده از ژل میکروسیلیس

• اختلاط کامل:

در هر دو روش، اطمینان از اختلاط کامل میکروسیلیس با سایر اجزای بتن ضروری است

رعایت دستورالعمل‌ها:

هنگام استفاده از ژل میکروسیلیس، باید دستورالعمل‌های تولید کننده و توصیه‌های کارشناسان را به دقت مد نظر داشت

کنترل کیفیت بتن آماده حاوی میکروسیلیس

در کارخانه باید آزمون‌های کنترلی انجام شود:

• وزن واقعی میکروسیلیس مصرفی در هر بچ
• بررسی اسلامپ یا روانی
• نمونه‌برداری برای مقاومت فشاری
• ثبت دمای بتن در هنگام بارگیری

ایمنی کارکنان

کار با پودر خشک میکروسیلیس ممکن است ایجاد گردوغبار نماید. استفاده از ماسک تنفسی و تهویه مناسب ضروری است. در هنگام استفاده از دوغاب، از تماس پوست با مایع قلیایی باید پرهیز شود. موفقیت بتن میکروسیلیسی به دقت در نگهداری، دوز مصرف، اختلاط و کنترل کیفیت در کارخانه بستگی دارد. آموزش کارکنان و نگهداری صحیح تجهیزات، تضمین‌کننده تولید بتنی بادوام و یکنواخت خواهد بود.

ما در این مقاله با نگاهی بر کتاب راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن  به بررسی طرح اختلاط و کنترل کیفیت میکروسیلیس در بتن های مختلف پرداختیم. پیشنهاد می شود  بخش اول این سلسله مقالات با عنوان راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن بخش اول و بخش نهایی کتاب راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن  را در بخش بعدی مطالعه نمایید. همان طور که با نگاهی بر کتاب راهنمای کاربر میکروسیلیس در بتن، اذعان شد استفاده از میکروسیلیس در بتن علاوه بر خواص زیاد، در صورت استفاده نادرست می تواند مشکلات جدی برای بتن ایجاد کند. برای اطلاع از نحوه مصرف و دوز مصرف و تهیه میکروسیلیس می توانید از مشورت مشاوران ما در سایت های بتنو و ایران بتن استفاده نمایید.

منابع:

1. Holland, T. C. (2005). Silica Fume User’s Manual. FHWA-IF-05-016
2. ASTM C1240-04. Standard Specification for Silica Fume. ASTM International
3. ACI Committee 234. (1996). Guide for the Use of Silica Fume in Concrete. ACI 234R-96
4. Mehta, P. K., & Monteiro, P. J. M. (2014). Concrete: Microstructure, Properties, and Materials. McGraw-Hill
5. Neville, A. M. (2011). Properties of Concrete. Pearson Education Limited

مقالات ویژه:

بتن الیافی چیست؟ خصوصیات انواع الیاف های بتن  بررسی کامل مقدار مصرف الیاف پ پ در بتن بتن یو اچ پی‌ سی UHPS چیست؟ بتن جی اف آر سی چیست؟ سفید بام الیاف دار چیست؟ Silica fume users manual_ راهنمای مصرف میکروسیلیس Control of Cracking in Reinforced Concrete Structures _ کنترل ترک خوردگی در سازه های بتنی مسلح