در این مطلب  ۹ تاثیر میکروسیلیس در بتن و مشخصه های آن را بررسی کنیم. تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

میکروسیلیس و فرآورده های آن به عنوان یکی از بهترین مواد افزودنی معدنی بتن شناخته می شود. میکروسیلیس معمولا به منظور بهبود خواص بتن مورد استفاده قرار می گیرد.

اگر میخواهید میکروسیلیس را بیشتر و بهتر بشناسید پیشنهاد میکنم مقاله قبلی شناخت کامل میکروسیلیس را مطالعه کنید.

بیشتر بخوانید  میکروسیلیس : از سیر تا پیاز پودر میکروسیلیس و کاربرد و تاثیر آن در بتن

در سال های اخیر استفاده از میکروسیلیس و فرآورده های آن که توسط بسیاری از شرکت های تولید کننده محصولات شیمیایی ساختمان همانند رامکا، آبادگران و … تولید می گردد، رو به افزایش است.

پودر میکروسیلیس
پودر میکروسیلیس

در هر پروژه با توجه به اهداف مورد نیاز آن مانند مقاومت فشاری بالا و یا دستیابی به بتن نفوذ ناپذیر و مقاوم در برابر یخ زدگی، همچنین روانی و دمای بتن تازه، مقادیر متفاوتی از میکروسیلیس مورد استفاده قرار می گیرد.

به طور کلی میتوان گفت میکروسیلیس بر تمام آیتم های مقاومتی بتن از جمله مقاومت فشاری، کششی، خمشی، ضربه ای و سایشی تاثیر مثبت می گذارد. همچنین با کاهش نفوذپذیری بتن، بر تمام مشخص های دوامی بتن نیز تاثیر مثبت دارد.

تاثیر میکروسیلیس بر مقاومت بتن

همانطور که گفته شد استفاده از میکروسیلیس در بتن باعث افزایش انواع مقاومت بتن می گردد که در ذیل به تفصیل به ۵ نوع مقاومت بتن پرداخته می شود :

  • مقاومت فشاری بتن
  • مقاومت کششی بتن
  • مقاومت خمشی بتن
  • مقاومت سایشی بتن
  • مقاومت بتن در برابر ضربه

در ابتدا از تاثیر میکروسیلیس بر مهم ترین و رایج ترین مقاومت بتن یعنی مقاومت فشاری بتن شروع می کنیم :

  • تاثیر میکروسیلیس بر مقاومت فشاری بتن

متداول ترین آزمایش در بین آزمایشات بتن سخت شده، آزمایش مقاومت فشاری می باشد.

در بسیاری از تحقیقات انجام شده بر روی مقاومت فشاری ملات ها و بتن های حاوی میکروسیلیس، افزایش قابل توجهی در مقاومت فشاری بتن مقایسه با ملات ها و بتن های معمولی ایجادشده است.

عوامل متعددی بر میزان بهبود مقاومت بتن در مخلوط های حاوی میکروسیلیس اثر می گذارد که اصلی ترین آن ها به شرح زیر است:

  • نسبت آب به سیمان
  • خواص سیمان و مقدار آن
  • خواص سنگدانه و مقدار آن
  • طرح اختلاط بتن
  • مواد افزودنی بتن
  • عمل آوری بتن

تفاوت در مقاومت بالاتر ناشی از افزودن میکروسیلیس می باشد، همان گونه که در شکل زیر ملاحظه می گردد:

رابطه میان نسبت wc و مقاومت در بتن های حاوی  میکروسیلیس
رابطه میان نسبت wc و مقاومت در بتن های حاوی میکروسیلیس

مقاومت فشاری ملات ها با سیمان های مختلف و حاوی ۱۰٪  میکروسیلیس در حدود ۳۰٪ تا ۵۰٪ بالاتر از مقاومت نظیر سیمان های ساده در ۲۸ روز می باشد.

مقاومت ملات های حاوی میکروسیلیس به نسبت آب به سیمان بستگی دارد. در یک نسبت آب به سیمان ۰٫۴۸ تا ۱۵٪ جایگزینی میکروسیلیس به جای سیمان مقاومت افزایش یافته و تا ۲۵٪ جایگزینی میکروسیلیس به جای سیمان به آرامی کاهش می یابد.

مقاومت فشاری ملات های حاوی ۱۰٪ میکروسیلیس با کاهش ریزی سیمان پرتلند کنترلی کاهش می یابد؛ اما مقدار آن همیشه از سیمان پرتلند معمولی تا ۲۸ روز بیشتر می باشد.

در مخلوط های بتن حاوی میکروسیلیس، مقاومت اولیه (تا ۳ روز) ممکن است با مقادیر مختلف بسته به خواص میکروسیلیس مورد استفاده کاهش یابد. به ویژه هنگامی که نسبت آب به سیمان بیشتر از ۰٫۵ باشد.

در یک بررسی، سه سری بتن های حاوی میکروسیلیس با و بدون ماده حباب زا مورد استفاده قرار گرفت:

  1. اولین سری شامل ۲۸۴kg/m3 سیمان پرتلند معمولی با جایگزینی ۰٪، ۵٪، ۱۰٪ و ۱۵٪ وزنی سیمان توسط  میکروسیلیس و نسبت آب به سیمان ۰٫۶ بود.
  2. سری دوم شامل ۳۴۰kg/m3 سیمان پرتلند، سطوح جایگزینی مشابه میکروسیلیس و نسبت آب به سیمان ۰٫۵ بود.
  3. سری سوم، سیمان به ۴۳۱kg/m3 افزایش یافته و نسبت آب به سیمان به ۰٫۴ کاهش یافت.

مخلوط های بتن با افزودنی حباب هوا ساز، حاوی ۵٪ تا ۷٪ هوا بودند. کلیه مخلوط ها برای اسلامپ ثابت ۷۵mm تا ۱۰۰mm با افزودن فوق روان کننده با مقادیر مختلف طراحی شدند. شکل زیر نتایج به دست آمده در این بررسی را نشان میدهد.

مقاومت فشاری معمول بتن های حاوی دوده سیلیس با و بدون عامل حباب هواساز
مقاومت فشاری معمول بتن های حاوی دوده سیلیس با و بدون عامل حباب هواساز

نتایج زیر از این بررسی به دست آمده است:

  • بتن های حاوی میکروسیلیس و با نسبت آب به سیمان ۰٫۵ و ۰٫۶ هیچ گونه تغییر عمده ای در مقاومت فشاری ۳ روزه نشان نمی دهند، اما با نسبت آب به سیمان ۰٫۴، افزایشی در مقاومت فشاری با افزایش مقدار  میکروسیلیس از ۵٪ به ۱۵٪ را نشان می دهند.
  • صرف نظر از نسبت آب به سیمان در مخلوطهای بتن حاوی میکروسیلیس، مقاومت فشاری ۷ و ۲۸ روزه افزایش یافته و این افزایش متناسب با سطح جایگزینی سیمان با میکروسیلیس می باشد.
  • کاهش مقاومت فشاری بتن های با و بدون میکروسیلیس در کلیه مخلوط های حاوی حباب هوا مشاهده گردید. افت مقاومت در حدود ۵% برای هر درصد حباب هوا می باشد.
بیشتر بخوانید  حباب‌ساز بتن | حباب هواساز در بتن چیست و چه مواقعی باید از آن در بتن استفاده کرد؟

در یک بررسی دیگر، لولند و هوستد دریافتند که توانایی میکروسیلیس به عنوان یک جایگزین سیمان پرتلند در بتن، ۲ تا ۳ برابر مقدار متناظر با جرم معادل سیمان جایگزین شده می باشد، البته به شرط آنکه افزودن میکروسیلیس به همراه استفاده از افزودنی روان کننده در مخلوط باشد.

این به این معنی است که بهترین شکل استفاده از میکروسیلیس به صورت ژل میکروسیلیس می باشد.

بیشتر بخوانید  ژل میکروسیلیس : از سیر تا پیاز ژل میکروسیلیکا و کاربرد آن در بتن

به منظور تعیین کمی اثر میکروسیلیس بر مقاومت فشاری بتن، یک ضریب سیمان معادل (ضریب K) پیشنهاد شده است که K معادل جرم سیمان پرتلند لازم برای یک مخلوط بتن می باشد تا بتواند افزایش مقاومت یکسانی به اندازه جرم واحد میکروسیلیس را ایجاد نماید.

رابطه میان نسبت آب به سیمان و مقاومت فشاری بتن های حاوی میکروسیلیس مانند بتن های معمولی می باشد، البته به شرط آنکه مقدار میکروسیلیس در ضریب سیمان معادل K ضرب گردد.

بر اثر ذرات بسیار کوچک میکروسیلیس، افزودن آن به مخلوط های بتن، نیاز مخلوط بتن به آب را بالاتر برده و در نتیجه مقاومت فشاری را کاهش می دهد.

این مشکل به راحتی می تواند از طریق اضافه کردن افزودنی روان کننده (کاهنده آب) حل شود تا بتن حاوی میکروسیلیس با نسبت آب به سیمان حتی کمتر از بتن با سیمان پرتلند، مقاومت بیشتری داشته باشد.

باید به این مطلب توجه نمود که بتن حاوی میکروسیلیس نسبت به عمل آوری بتن بسیار حساس می باشد.

دوره عمل آوری رطوبتی برای بتن های حاوی میکروسیلیس مانند دیگر مواد پوزولانی بسیار مهم می باشد. خشک شدن اولیه بتن با میکروسیلیس ممکن است منجر به کاهش قابل ملاحظه مقاومت نهایی آن گردد.

بررسی ها درباره اثر عمل آوری بر خواص مقاومتی بتن های حاوی میکروسیلیس، کاهش تدریجی مقاومت فشاری بین ۹۰ روز تا ۲ سال در بتن های حاوی ۱۰٪  میکروسیلیس عمل آوری شده در هوا را نشان داده است، در حالی که نمونه های با عمل آوری رطوبتی هیچ گونه کاهش مقاومتی را نشان نداده اند.

به نظر می رسد که عمل آوری در هوا اثرات نامطلوبی بر مقاومت فشاری بلندمدت هر دو بتن های شاهد (کنترل) و حاوی میکروسیلیس بر جای می گذارد، اما این اثر برای بتن جاوی میکروسیلیس برجسته تر می باشد. این پدیده منجر به خود تنشی و ریزترک های احتمالی ناشی از خشک شدن بتن می گردد.

بتن های با مقاومت بسیار بالا را می توان با طرح مخلوط مناسب با میکروسیلیس تولید نمود. در سال های اخیر، مخلوط هایی با مقاومت فشاری ۱۲۰MPa در احداث ساختمانهای بلند در جهان مورداستفاده قرار گرفته است.

بیشتر بخوانید  بتن پرمقاومت | طرح اختلاط، روش ساخت و کاربرد های بتن با مقاومت بالا
  • تاثیر میکروسیلیس بر مقاومت کششی و خمشی بتن

مقاومت های خمشی و کششی بتن ها نیز با افزودن  میکروسیلیس به مخلوط ها افزایش می یابند.

رابطه میان مقاومت های خمشی، کششی و فشاری در بتن حاوی میکروسیلیس مشابه بتن سیمان پرتلند معمولی می باشد.

  • تاثیر میکروسیلیس بر مقاومت سایشی بتن

مقاومت سایشی بتن های حاوی میکروسیلیس به خاطر تشکیل سیلیکات کلسیم سخت و همچنین به خاطر کاهش ابعاد خلل فرج موجود در بتن، افزایش می یابد.

 هـر چـه درصـد میکروسـیلیس بیشـتر باشـد، مقاومت سایشی بتن افزایش می یابد و در صورت استفاده حداکثر ۱۰ %میکروسیلیس حدود ۱۵ %بهبود مقاومـت سایشـی در بتن مشاهده شده است، اثرات نسبت آب به سیمان و پرداخت سطحی هم در مقاومت سایشی بـتن خیلـی مهـم هسـتند.
مقاومت سایشی بتن نیز با مقاومت فشاری بتن رابطه ای منطقی دارد.

بیشتر بخوانید  سایش بتن چیست؟

آزمایش مقاومت سایشی بتن طبق استاندارد ASTM C779-a  و ASTM C994 انجام می شود.

ASTM C779-a مقاومت سایشی بتن
ASTM C779-a مقاومت سایشی بتن
  • تاثیر میکروسیلیس بر مقاومت بتن در برابر ضربه

مشاهدات و بررسی ها نشان داده است که مقاومت ضربه ای بتن حاوی میکروسیلیس از بتن های معمولی بیشتر است. معمولا بتن های دارای میکروسیلیکا انرژی ناشی از ضربه را بهتر مستهلک می کنند.
مقاومت در برابر ضربه در بتن با استفاده از استاندارد ACI 544 ارزیابی می گردد.

تاثیر میکروسیلیس بر کارآیی بتن

افزودن ذرات بسیار ریز میکروسیلیس به مخلوط های بتن، چسبندگی مخلوط را افزایش داده و کمی آن را سفت می کند. در نتیجه اسلامپ مخلوط های حاوی میکروسیلیس کمتر می باشد.

به منظور حفظ کارآیی، توصیه میشود که افزودنی های روان کننده (کاهنده آب) در مخلوط های بتن حاوی میکروسیلیس استفاده شود.

 آزمایش اسلامپ روش مناسبی برای اندازه گیری کارآیی مخلوط های بتن حاوی میکروسیلیس به نظر نمی رسد.

بر اثر چسبندگی بتن حاوی میکروسیلیس، این بتن اسلامپ کمتری را نسبت به مخلوط بتن معمولی مشابه نشان میدهد.

هنگامی که انرژی مانند لرزش به بتن تازه اعمال می گردد، ذرات کروی شکل میکروسیلیس به عنوان لغزاننده عمل نموده و قابلیت حرکتی بیشتری را به بتن با میکروسیلیس نسبت به بتن معمولی در اسلامپ مشابه می دهد. تفاوت میان این دو بتن از طریق روش آزمایش دونقطه ای قابل اندازه گیری می باشد.

نیاز به آب در بتن های حاوی میکروسیلیس در کارآیی ثابت، برحسب نوع و ریزی ذرات میکروسیلیس تغییر می کند.

با کاهش ذرات ریز دیگر در مخلوط، می توان نیاز آب برای مخلوط های بتن جاوی میکروسیلیس را تا حد بیشتری کاهش داد.

تاثیر میکروسیلیس بر جداشدگی و آب انداختگی بتن

افزودن میکروسیلیس به بتن تازه دارای یک اثر تثبیت کنندگی بر خواص جریانی آن میباشد.

این موضوع به ذرات بسیار ریز میکروسیلیس مربوط می گردد که چسبندگی را افزایش داده و تمایل به جداشدگی و آب انداختگی مخلوط بتن را کاهش می دهند.

جداشدگی پایین بتن حاوی  میکروسیلیس موجب جذابیت زیاد و مناسب بودن جهت عملیات پمپاژ و پاشش بتن می گردد. استفاده از  میکروسیلیس در بتن امکان ضخامت بیشتر لایه بتن و کاهش قابل توجه برگشت بتن به ویژه برای بتن پاشی رو به بالا را فراهم می نماید.

ذرات بسیار ریز میکروسیلیس در مخلوط های بتن همچنین اندازه کانال های جریان را کاهش داده و موجب چند قطعه شدن مسیرهای آب انداختگی می گردد.

همین موضوع دلیل آب انداختگی کم یا عدم آب انداختگی بتن حاوی میکروسیلیس می باشد.

این نوع بتن نیازمند عمل آوری رطوبتی بیشتری به منظور اجتناب از جمع شدگی پلاستیک به ویژه در محیطهای گرم می باشد.

پرداخت سطحی نهایی این بتن باید زودتر از بتن عادی آغاز گردد که دلیل آن همین آب انداختگی پایین می باشد.

تاثیر میکروسیلیس بر زمان گیرش بتن

بررسی ها نشان میدهد که افزودن  میکروسیلیس با مقادیر کم و تا ۱۰٪ به مخلوط بتن معمولی اثر کمی بر زمان گیرش داشته و یا بی اثر می باشد.

پیستلی گزارش نموده است که استفاده از ۲۴kg/m3 میکروسیلیس در یک مخلوط بتن حاوی ۲۳۷kg/m3 سیمان پرتلند معمولی، زمان گیرش اولیه و نهایی را به ترتیب ۲۶ و ۲۹ دقیقه افزایش میدهد.

تاثیر میکروسیلیس بر ضریب ارتجاعی ملات و بتن

در بسیاری از بررسی ها بر روی ضریب ارتجاعی (مدول الاستیسیته) ملات ها و بتن های حاوی میکروسیلیس، افزایش قابل توجهی در مقایسه با ملات ها و بتن های معمولی مشاهده شده است.

رمضانیانپور و همکاران ضریب ارتجاعی بتن های (مدول الاستیسیته بتن) حاوی  میکروسیلیس را مورد بررسی قرار داده اند. نتایج ضریب ارتجاعی سکانتی نمونه های بتنی حاوی مقادیر مختلف میکروسیلیس (۶٪ تا ۱۵٪) که در آزمایش های خزشی اندازه گیری شده است، در جدول زیر نشان داده شده است.

در حقیقت، نمونه های استوانه ای mm 80*270 در سنین ۷ و ۲۸ روزه تحت بارگذاری قرار گرفتند.

از آنجا که مدول سکانت به سطح تنش وارده و نیز نرخ بارگذاری مربوط می شود، کلیه نمونه های این پژوهش تنشی به اندازه ۱۰MPa را تحمل نموده و زمان اعمال این بار در حدود ۱۰ دقیقه بوده است.

ضریب ارتجاعی سکانت بتن های حاوی  میکروسیلیس (رمضانیانپور و همکاران)
ضریب ارتجاعی سکانت بتن های حاوی  میکروسیلیس (رمضانیانپور و همکاران)

نسبت تنش به مقاومت نمونه ها بین ۰٫۱۴ تا ۰٫۲۲ بوده است. همان گونه که در جدول زیر نشان داده شده است، افزایش سطح جایگزینی با  میکروسیلیس، مدول سکانت بتن را افزایش می دهد. باید توجه نمود که آب بندی نمونه ها اثری بر ضریب ارتجاعی آنها نداشته است.

بیشتر بخوانید  مدول الاستیسیته بتن

تاثیر میکروسیلیس بر تغییر حجم بتن

  • تاثیر میکروسیلیس بر جمع شدگی بتن

جمع شدگی مخلوط های بتن حاوی مقادیر مختلف میکروسیلیس توسط تعدادی از پژوهشگران مورد بررسی قرار گرفته است. کمیته های ۹۲-ACI209R  و همچنین CEB-FIP1990 نیز روش های پیش بینی را برای جمع شدگی ارائه نموده اند.

رمضانیانپور و همکاران جمع شدگی بتن های حاوی میکروسیلیس را بررسی نموده اند. شکل های زیر نتایج جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن های حاوی ۶ تا ۱۰ درصد میکروسیلیس را نشان داده و آنها را با دو آیین نامه مقایسه نموده اند.

در حقیقت، شکل های زیر نشان می دهند که در سنین اولیه، هر دو کمیته جمع شدگی ناشی از خشک شدن نمونه ها را کمتر از مقدار واقعی تخمین می زنند. با این وجود، در سنین بالاتر CEB و ACI به ترتیب جمع شدگی کل را کمتر و بیشتر از مقدار واقعی تخمین می زنند.

همچنین این شکل نشان میدهد که میکروسیلیس اثر قابل توجهی بر خشک شدن نمونه ها (جمع شدگی کل) ندارد.

مقدار متوسط جمع شدگی کل پس از ۵۸۷ روز از خشک شدن برای نمونه های mm 80*270 برابر ۵۲۴ مایکرو کرنش بوده است.

ذکر این نکته درخور توجه است که  میکروسیلیس تا حد قابل توجهی بر جمع شدگی نمونه های آب بندی شده اثر می گذارد. واضح است که اثر کلی افزودن میکروسیلیس افزایش جمع شدگی خودبه خودی می باشد.

این مطلب با نتایج دیگر پژوهشگران تطابق دارد. به عبارت دیگر، با افزایش سطح جایگزینی  میکروسیلیس، جمع شدگی خودبه خودی بتن افزایش می یابد.

جمع شدگی (a) نمونه های ۲۷۰mm ۸۰ و (b) نمونه های ۲۷۰mm۸۰
جمع شدگی (a) نمونه های mm 80*270  و (b) نمونه های mm 80*270
جمع شدگی نمونه های ۲۷۰mm ۸۰
جمع شدگی نمونه های mm 80*270

جدول زیر جمع شدگی کل، جمع شدگی خودبه خودی و همچنین تفاوت میان آنها را به جمع شدگی ناشی از خشک شدن می باشد، برای نمونه های mm 80*270 پس از ۵۸۷ روز خشک شدن نشان می دهد.

همان گونه که مشاهده می گردد، افزایش قابل ملاحظه ای در جمع شدگی خودبه خودی در سطوح بالای  میکروسیلیس وجود دارد.

در واقع، افزودن ۱۰% و ۱۵%  میکروسیلیس، جمع شدگی خود به خودی بتن را به ترتیب تا ۳۳% و ۵۰% افزایش میدهد. اثر میکروسیلیس بر جمع شدگی خودبه خودی از طریق اثر آن بر ساختار حفره ای و توزیع اندازه حفرات بتن و نیز واکنش پوزولانی آن قابل توضیح می باشد.

با توجه به سلوولد افزودن  میکروسیلیس با سطوح جایگزینی بالا، جمع شدگی خودبه خودی بتن را براثر کوچک سازی توزیع اندازه حفرات افزایش میدهد، چراکه در این صورت تنش مویینه بیشتر می گردد.

مقادیر جمع شدگی ناشی از خشک شدن، خود به خودی و کل در نمونه های ۲۷۰* ۸۰
مقادیر جمع شدگی ناشی از خشک شدن، خود به خودی و کل در نمونه های ۲۷۰* ۸۰

نتایج آزمایشگاهی قبلی بر روی ساختار حفره ای ملات ها با استفاده از روش تخلخل سنجی با جیوه نشان داده است که با افزایش مقدار میکروسیلیس، توزیع اندازه حفرات به سمت توزیع ریزتری جابجا شده و متوسط اندازه حفرات کاهش یافته و تخلخل کاهش می یابد.

مشخص شده است که افزودن  میکروسیلیس و همچنین مقدار آن بر جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خودخشک شدگی خمیر سیمان تا حد زیادی اثر می گذارد. به علاوه واکنش پوزولانی  میکروسیلیس که مشخص شده است که نسبت به خود خشک شدگی حساسیت کمتری دارد نیز موجب افزایش جمع شدگی خودبه خودی می گردد.

مقدار بالای جمع شدگی خود به خودی مخلوطهای بتن با مقاومت بالا که در اینجا بررسی می شود، بسیار دارای اهمیت می باشد، زیرا جمع شدگی خودبه خودی بتن در نتیجه واکنشهای شیمیایی حین هیدراسیون مواد سیمانی اتفاق افتاده و هیچ گونه ارتباطی با انتقال رطوبت از بتن به هوای محیط ندارد.

باید ذکر گردد که لولیکی و همکاران بر این باورند که این جمع شدگی در بتن با مقاومت بسیار بالا پس از ۱۰ روز متوقف می گردد. این بررسی نشان میدهد که یکی از راههای کاهش جمع شدگی خودبه خودی و نیز احتمال ترک خوردگی بتن با مقاومت بالا آن است که بیش از ۱۰% میکروسیلیس به بتن افزوده نشود.

بیشتر بخوانید  7 دلیل تغییر حجم بتن سخت شده
  • تاثیر میکروسیلیس بر خزش بتن

بررسی ها بر روی خزش بتن های حاوی میکروسیلیس نشان میدهد که در شرایط و بار اعمالی مشابه، خزش بتن حاوی میکروسیلیس نسبت به بتن عادی کمتر می باشد.

شکل های زیر نتایج خزش مخصوص یعنی خزش در واحد تنش، برای نمونه های استوانه ای mm 80*270 بارگذاری شده در سن ۲۸ روزه را نشان میدهند. از آنجا که نمونه ها در معرض تنش فشاری ۱۰MPa در طول کلیه آزمایشهای خزش بوده اند، مقادیر واقعی خزش اندازه گیری شده در آزمایشگاه ۱۰ برابر بیشتر از مقادیر نشان داده شده در این نمودارها می باشد.

بیان این نکته قابل توجه است که تنش فوق حتی در ضعیف ترین بتن این تحقیق، کمتر از ۳۰٪ مقاومت فشاری آن بوده است. این مطلب به معنی آن است که رابطه میان خزش و بار در کلیه نمونه ها خطی بوده است. خزش نمونه های آب بندشده که با ورقهای ضدآب آلومینیمی پوشش داده شده بودند، قابل مقایسه با خزش نمونه های در حال خشک شدن می باشد.

از آنجا که هیچ گونه انتقال رطوبتی بین نمونه های آب بندشده و هوای اطراف وجود ندارد، خزش آنها تحت عنوان خزش پایه نامیده میشود. همان گونه که مشاهده می گردد، تفاوت میان این خزش و خزش نمونه های آب بند نشده یا خزش کل که تحت عنوان خزش ناشی از خشک شدن نامیده می شود، در بتن کنترل قابل توجه نبوده و در نمونه های حاوی  میکروسیلیس تقریبا برابر صفر می باشد.

این بدان معنی است که هیچ گونه اندرکنشی میان خزش و جمع شدگی وجود نداشته و عوامل مؤثر بر نرخ خشک شدن، یعنی اندازه نمونه و رطوبت نسبی هوا، هیچ گونه اثری بر خزش نمونه های بتنی با مقاومت بالا بررسی شده در اینجا نداشته اند.

کمیته های ۹۲-ACI209R  و نیز CEB-FIP1990 روشهای پیش بینی خزش را ارائه نموده اند. پیش بینی های آنها با نتایج بررسی انجام شده توسط رمضانیانپور و همکاران در شکل های زیر مقایسه شده است. در حقیقت، شکل های زیر نشان میدهند که هر دو کمیته خزش نمونه های بررسی شده را بیش از حد واقعی تخمین زده اند.

خزش مخصوص نمونه های بارگذاری شده در سن ۲۸ روز (رمضانیانپور و همکاران)
خزش مخصوص نمونه های بارگذاری شده در سن ۲۸ روز (رمضانیانپور و همکاران)

خزش مخصوص نمونه های بارگذاری شده در سن ۲۸ روز (رمضانیانپور و همکاران)
خزش مخصوص نمونه های بارگذاری شده در سن ۲۸ روز (رمضانیانپور و همکاران)

همچنین می توان دید که میکروسیلیس دارای اثر قابل ملاحظه ای بر خزش اندازه گیری شده در آزمایشگاه می باشد.

این مقادیر برای نمونه های بارگذاری شده در سن ۷ و ۲۸ روزه پس از ۴۰۰ روز قرار گیری تحت بار در جدول زیر نشان داده شده است. روشن است که با افزایش نسبت میکروسیلیس، خزش کل بتن کاهش یافته است.

این یافته با نتایج پژوهش های دیگر تطابق دارد. دلیل کاهش فوق ممکن است ناشی از مقاومت فشاری بالاتر مخلوطهای بتن حاوی سطوح بالاتر میکروسیلیس در سن بارگذاری باشد؛ زیرا برخی پژوهشگران معتقدند که مقاومت فشاری بیشتر منجر به خزش کمتر می گردد.

خزش نمونه های ۲۷۰mm*۸۰ (میکرو کرنش)
خزش نمونه های ۲۷۰mm*۸۰ (میکرو کرنش)

تاثیر میکروسیلیس بر ریزساختار، تخلخل و نفوذپذیری بتن

ریزساختار بتن تحت تأثیر افزودن  میکروسیلیس به مخلوط قرار می گیرد. تأثیر اصلی عبارت است از کوچک سازی ساختار حفرهای خمیر سیمان. تخلخل کل ممکن است با افزودن  میکروسیلیس تغییر نکند اما حفرات بزرگ به حفرات کوچکتر تقسیم شده و در نتیجه ریزساختار خمیر سیمان تغییر می نماید .

اثر مقادیر مختلف  میکروسیلیس بر تخلخل در شکل زیر نشان داده شده است:

اثر میکروسیلیس بر تخلخل کل
اثر میکروسیلیس بر تخلخل کل

افزودن  میکروسیلیس به مخلوط بتن همچنین ناحیه انتقال (ITZ) بین خمیر سیمان و سنگدانه ها را بهبود می بخشد. مقدار هیدروکسید کلسیم در ITZ براثر واکنش پوزولانی میکروسیلیس کاهش می یابد.

این امر موجب کاهش تخلخل و نفوذپذیری بتنها در ناحیه انتقال شده و پیوستگی خمیر و سنگدانه ها را افزایش می دهد.

نفوذپذیری بتن همچنین تحت تأثیر افزودن  میکروسیلیس به مخلوطهای بتن قرار دارد. این تأثیر حتی از تأثیر بر مقاومت فشاری نیز مهم تر می باشد.

در یک کار پژوهشی، یک مخلوط بتن حاوی ۱۰۰kg / m3 سیمان پرتلند، ۲۰٪  میکروسیلیس و یک فوق روان کننده، نفوذپذیری تقریبا مشابه بتن معمولی حاوی ۲۵۰kg / m2 سیمان پرتلند را نشان داده است.

اثر  میکروسیلیس بر نفوذ آب به بتن به وضوح در شکل زیر مشاهده می شود. عمق نفوذ آب در بتن حاوی  دوده سیلیسی در حدود ۶ برابر کمتر از بتن معمولی می باشد.

نفوذپذیری آب در بتن های حاوی  میکروسیلیس همچنین در شکل زیر برای نمونه های مغزه های بتنی قابل مشاهده می باشد.

نفوذ آب به بتن حاوی  میکروسیلیس (1048 DIN)
نفوذ آب به بتن حاوی  میکروسیلیس (۱۰۴۸ DIN)
نفوذ آب به بتن های حاوی  میکروسیلیس با مقاومت فشاری تقریبا یکسان شکل 
نفوذ آب به بتن های حاوی  میکروسیلیس با مقاومت فشاری تقریبا یکسان شکل

تاثیر میکروسیلیس بر دوام بتن

دوام بتن معمولا با افزودن  میکروسیلیس بهبود می یابد. میکروسیلیس می تواند خواص شیمیایی و فیزیکی بتن را بهبود بخشد.

کاهش هیدروکسیدهای سدیم، پتاسیم و کلسیم در بتن های حاوی  میکروسیلیس مشاهده می گردد. یک ساختار حفرهای کوچک سازی شده در بتن سخت شده نیز ناشی از اثر فیزیکی  میکروسیلیس در صورت اضافه شدن به مخلوط بتن می باشد.

در زیر چند مورد از اثرات میکروسیلیس بر خواص دوامی بتن را مورد بررسی قرار می دهیم:

  • تاثیر میکروسیلیس بر کربناسیون ملات ها و بتن

میکروسیلیس مشابه دیگر مواد پوزولانی، هیدروکسید کلسیم سیمان را مصرف می کند.

این امر ممکن است موجب خطر کربناسیون بتن و ملات حاوی  میکروسیلیس گردد. از سوی دیگر، افزودن  میکروسیلیس، نفوذپذیری بتن را کاهش می دهد که ممکن است به کربناسیون کمتر منجر گردد.

این دو اثر متضاد میکروسیلیس بر کربناسیون بتن توسط پژوهشگران بسیاری گزارش شده است.

با این وجود، نتایج این دو اثر به عوامل دیگری مانند مقدار  میکروسیلیس، نسبت آب به چسباننده و رژیم عمل آوری بتنها وابسته می باشد که ممکن است مقدار هیدروکسید کلسیم و نفوذپذیری بتن را کاهش دهد.

در پژوهشی بر روی اثر  میکروسیلیس بر کربناسیون، استفاده از ۲۰٪  میکروسیلیس منجر به کاهش جزئی کربناسیون در مقایسه با مخلوط کنترل شده است.

نرخ کربناسیون می تواند به نسبت آب به سیمان بتن به جای افزودن  دوده سیلیسی مربوط گردد.

این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است که در آن  دوده سیلیسی تا ۱۵٪ در بتن های با نسبت آب به سیمان مختلف استفاده شده است.

عمق کربناسیون برای نسبت های مختلف آب به سیمان
عمق کربناسیون برای نسبت های مختلف آب به سیمان

برخی پژوهشگران تلاش نموده اند که عمق کربناسیون بتن های حاوی میکروسیلیس را به مقاومت فشاری آنها مربوط سازند.

آنها نتیجه گرفتند که برای یک مقاومت مشخص بتن کمتر از MPa ۴۰، کربناسیون بتن در بتن حاوی میکروسیلیس متناظر با افزایش نسبت آب به سیمان بیشتر از بتن های عادی میباشد.

بتن های دارای مقاومت بالای ۴۰MPa متناظر با یک نسبت آب به سیمان پایین، تغییر اندکی و یا ناچیزی را در نرخ کربناسیون نشان میدهند.

در آزمایش های کربناسیون تسریع شده مخلوط های بتن مختلف، هیچ گونه تغییر عمده ای در بتن های با و بدون میکروسیلیس در صورت مشابه بودن طرح مخلوط ها مشاهده نشده است.

بتن های حاوی میکروسیلیس معمولا با نسبت آب به سیمان پایین طراحی می شوند تا دوام آنها بهبود یابد.

اگر چنین بتن هایی به صورت مناسبی عمل آوری شوند، نباید نگرانی درباره کربناسیون در طول عمر بهره برداری آنها وجود داشته باشد.

  • تاثیر یون های کلرید بر دوام بتن های حاوی میکروسیلیس

یونهای کلرید در سنگدانه یا آب اختلاط و نیز از نمکهای یخ زدا و آب دریا، لایه غیرفعال محافظ بر روی آرماتور که آن را از خوردگی حفاظت می کنند را تخریب می نماید.

قلیایی بودن محلول حفره ای در بتن یک عامل مهم کنترل کننده لایه محافظ آرماتور می باشد.

نفوذپذیری بتن همچنین در کنترل نفوذ یون های کلرید بسیار مهم می باشد. بسیاری از پژوهشگران اثر ترکیبی نفوذپذیری و کاهش خاصیت قلیایی آب حفره ای بر خوردگی اعضای بتن مسلح را مطالعه نموده اند.

استفاده از میکروسیلیس در بتن اندکی خاصیت قلیایی آب حفره ای را کاهش داده و موجب کاهش در مقدار آستانه کلرید لازم برای آغاز خوردگی میلگردها می گردد.

در مقابل، استفاده از میکروسیلیس، نفوذپذیری و انتشار کلرید در بتن را کاهش می دهد.

اثر  میکروسیلیس بر انتشار کلرید در خمیرهای سیمان در نسبت های مختلف آب به سیمان در شکل زیر نشان داده شده است.

استفاده از  میکروسیلیس انتشار یونهای کلرید در خمیر سیمان را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش داده است.

استفاده از  میکروسیلیس با درصدهای مختلف برای جایگزینی سیمان پرتلند نشان میدهد که عمل نفوذ کلرید با افزایش مقدار  میکروسیلیس کاهش می یابد.

شکل زیر نشان میدهد که نفوذ در بتن های حاوی  میکروسیلیس همواره کمتر از مقدار متناظر در بتن های سیمان پرتلند معمولی می باشد.

بررسی های بسیاری کاهش نفوذ کلرید در ملات ها و بتن های حاوی  میکروسیلیس را در آزمایش نفوذ کلرید تسریع شده (RCPT) نشان داده اند.

شکل زیر مقادیر RCPT در ۲۸ روز برای بتن های حاوی ۷ درصد میکروسیلیس جایگزین سیمان با مقادیر مختلف سیمان را نشان می دهد.

بار عبوری از میان نمونه ها از ۳۵۰۰ کولمب در بتن های شاهد (کنترل) تا حدود ۱۰۰۰ کولمب در بتن های حاوی میکروسیلیس کاهش یافته است.

تأثیر  میکروسیلیس بر انتشار یون های کلرید
تأثیر  میکروسیلیس بر انتشار یون های کلرید
عمق نفوذ یون های کلرید در بتن های حاوی  میکروسیلیس
عمق نفوذ یون های کلرید در بتن های حاوی  میکروسیلیس

اثر  میکروسیلیس بر نتایج آزمایش نفوذ کلرید تسریع شده (رمضانیانپور)
اثر  میکروسیلیس بر نتایج آزمایش نفوذ کلرید تسریع شده (رمضانیانپور)
  • تاثیر میکروسیلیس بر مقاومت سولفاتی ملات ها و بتن

عملکرد ملاتها و بتن های حاوی  میکروسیلیس در محلول های سولفاتی بهتر از بتن های معمولی بوده است.

این مقاومت به سطح جایگزینی  میکروسیلیس و نوع سولفات بستگی دارد. گزارش شده است که  میکروسیلیس، مقاومت سیمان پرتلند نسبت به حمله های سولفات سدیم را به ویژه در سطوح بالای جایگزینی کاهش می دهد.

جایگزینی  میکروسیلیس تا ۷٪ رضایت بخش نبوده اما ۱۵٪ جایگزینی سیمان پرتلند معمولی با دوده سیلیسی و استفاده از سیمان پرتلند مقاوم به سولفات، مقاومت ملاتها حتی پس از ۴ سال غرقاب بودن در محلول سولفات را بهبود بخشیده است.

در یک بررسی میدانی برای بیش از ۲۰ سال در اوسلو، بتن ساخته شده از سیمان پرتلند معمولی و ۱۵٪ جایگزینی با  میکروسیلیس، مقاومتی در برابر تهاجم مانند بتن ساخته شده از یک سیمان پرتلند مقاوم به سولفات در معرض آب شیل زاج سفید (l/S03 5g و  ۲٫۸pH) را نتیجه داده است.

در بررسی دیگری از اثر محلول سولفات سدیم ۵٪ بر بتن حاوی ۱۰٪  میکروسیلیس، انبساط و مصرف سولفات در بتن تا حد چشمگیری کاهش یافته است.

عملکرد بهتر برای محلول سولفات سدیم ۱۰٪ با جایگزینی ۲۰٪ وزن سیمان با  دوده سیلیسی به دست آمده است.

عملکرد ملات ها و بتن های حاوی  میکروسیلیس در سولفات منیزیم من به محلول سولفات نسبتا متفاوت می باشد.

در یک محلول سولفات منیزیم ۳درصد (MgSO4)، مقاومت ملات های حاوی ۱۰٪  میکروسیلیس جایگزین سیمان تا ۳ سال پس از ازمایش بهبود یافت؛ اما در محلول سولفات منیزیم ۴٫۲٪ برای ۲ سال، مقاومت ملات های حاوی ۱۵٪  میکروسیلیس برای هر دو سیمان پرتلند معمولی و سیمان پرتلند مقاوم به سولفات تا حد چشمگیری کاهش یافت.

عملکرد ضعیف مشابه با افزودن  میکروسیلیس همچنین در تیرهایی از خمیر به ضخامت ۶mm در معرض محلول سولفات منیزیم ۶٫۶۷٪ مشاهده شده است.

همان گونه که در شکل زیر مشاهده می گردد، تفاوت زیادی میان میزان آسیب در سیمان پرتلند نوع I با ۱۰٫۵۲٪ C 3 A و سیمان پرتلند نوع V با ۲٫۲۶٪ C 3 A وجود نداشته، اما در هر دو مورد، جایگزینی ۱۵٪  میکروسیلیس موجب کاهش مقاومت و افزایش افت وزن شده است.

در ملات های حاوی  میکروسیلیس و در معرض یک محلول منیزیم، لایه سطحی واکنش ثانویه کمتری را نسبت به ملات سیمان معمولی نشان داده است.

این امر ناشی از تشکیل یک لایه دوگانه سطحی نازکتر از بروسیت و گچ و رسوب کمتر گچ می باشد. با وجود واکنش ثانویه کمتر، درجه کلی خرابی سطح در ملات های حاوی  میکروسیلیس بیشتر از مقدار متناظر در ملات های سیمان پرتلند معمولی بوده است.

تغییرات طول، وزن و مقاومت فشاری ملاتهای قرار گرفته در معرض محلولهای ۱۰ بز ,Na2SO و MgSO4 %۷/۷
تغییرات طول، وزن و مقاومت فشاری ملاتهای قرار گرفته در معرض محلولهای ۱۰ بز ,Na2SO و MgSO4 %۷/۷

  • تاثیر میکروسیلیس بر جلوگیری از واکنش قلیایی سنگدانه

ذرات بسیار کوچک  میکروسیلیس با قلیاهای موجود در خمیر سیمان واکنش داده و سیلیکات های قلیایی را تشکیل می دهند.

این شرایط موجب کاهش قلیاهای موجود در محلول حفرهای شده و از تهاجم به سنگدانه های سیلیسی واکنش پذیر جلوگیری می نماید.

مخلوطهای حاوی  میکروسیلیس همچنین نفوذپذیری کمتری داشته و از نفوذ آب لازم برای واکنش قلیایی سنگدانه در صورت استفاده از  میکروسیلیس انتظار می رود.

مقدار میکروسیلیس لازم برای جلوگیری از واکنش قلیایی سنگدانه معمولا کمتر از مقدار لازم دیگر مواد پوزولانی است که این امر ناشی از واکنش پذیری بالای  میکروسیلیس می باشد.

کاهش خاصیت قلیایی خمیر سیمان حاوی  میکروسیلیس که اساسا از هیدروکسیدهای سدیم و پتاسیم به وجود می آید، در شکل زیر نشان داده شده است.

یون هیدروکسیل (OH) همچنین با افزودن  میکروسیلیس کاهش می یابد. در بررسی دیگری غلظت OH که ۵٫۷٫ در محلول خمیر ساده پس از ۷۶ روز از هیدراسیون بوده است، با افزودن  میکروسیلیس به میزان ۵، ۱۰ و ۲۰٪ به ترتیب به مقادیر ۰٫۳، ۰٫۱۵ و ۰٫۰۷۵ کاهش یافته است.

وقتی  میکروسیلیس در خمیر سیمان استفاده میشود، غلظت Na و K پس از حدود ۴ روز به مقدار بیشینه رسیده و سپس با زمان کاهش می یابد. این پدیده به وضوح در شکل های زیر نشان داده شده است.

اثر ۵،۰، ۱۰ و ۱۵٪  میکروسیلیس بر غلظت یون ها در محلول حفره ای در ۶ ماه 
اثر ۵،۰، ۱۰ و ۱۵٪  میکروسیلیس بر غلظت یون ها در محلول حفره ای در ۶ ماه

"<yoastmark

در چندین کار پژوهشی، میکروسیلیس به منظور کاهش واکنشهای قلیایی سنگدانه مورداستفاده قرار گرفته است.

تقریبا در تمامی آزمایشهای تسریع شده ASR، انبساط میله های ملات در صورت استفاده از  میکروسیلیس کاهش یافته است.

هرچه مقدار جایگزینی با  میکروسیلیس بیشتر بوده، انبساط کمتری مشاهده شده است. ذکر این نکته قابل توجه است که  میکروسیلیس باید کاملا در مخلوط پخش شود.

در غیر این صورت حتی ممکن است مشکل ASR تشدید گردد. با این وجود، در آزمایش های بلندمدت، کاهش انبساط به اندازه ای که در آزمایش های تسریع شده مشاهده گردیده، قابل توجه نبوده است.

می توان نتیجه گرفت که برای هر سنگدانه واکنش پذیر، درصدهای متفاوت  میکروسیلیس باید در زمان های طولانی تر برای کاهش احتمالی واکنش قلیایی سنگدانه، مورد آزمایش قرار گیرد.

اثر  میکروسیلیس بر جلوگیری از ASR را می توان به روشنی در شکل زیر مشاهده نمود.

یکی از اولین استفاده های  دوده سیلیسی در کنترل واکنش قلیایی سیلیسی در ایسلند بوده است.

در اغلب بتنها هنگامی که سنگدانه های بالقوه واکنش پذیر استفاده می شدند، ۷٪  میکروسیلیس توصیه میشد.

رمضانیانپور و همکاران اثر مقادیر مختلف  میکروسیلیس بر جلوگیری از واکنش قلیایی سنگدانه با چهار سنگدانه واکنش پذیر را بررسی نموده اند.

نتایج کار آنها در جدول زیر نشان داده شده است. افزودن ۵٪  میکروسیلیس به نظر می رسد که در کنترل واکنش قلیایی سنگدانه برخی سنگدانه های واکنش پذیر مؤثر بوده است.

انبساط میله های ملات و منشورهای بتن در ۱۴ روز و یک سال (رمضانیانپور و همکاران)
انبساط میله های ملات و منشورهای بتن در ۱۴ روز و یک سال (رمضانیانپور و همکاران)
اثر  میکروسیلیس بر کاهش واکنش قلیایی سیلیسی
اثر  میکروسیلیس بر کاهش واکنش قلیایی سیلیسی
  • تاثیر میکروسیلیس بر یخ زدن و آب شدن (ذوب و یخبندان) بتن

داده های منتشرشده درباره یخ زدن آب شدن ملات ها و بتن های حاوی  میکروسیلیس متناقض میباشد.

در یک کار پژوهشی، منشورهای ملات حاوی تا ۲۵٪  دوده سیلیس با نسبت های مختلف آب به سیمان با و بدون افزودنی روان کننده و ماده حباب هوازا مورد بررسی قرار گرفتند.

پس از ۵۰ چرخه یخ زدن آب شدن، این نتیجه به دست آمد که استفاده از افزودنی های حباب هوازا و روان کننده به نظر نمی رسد که بهبود قابل توجهی را در مقاومت به سرمای ملات های حاوی دوده سیلیس موجب گردد.

برخی نویسندگان گزارش نموده اند که  میکروسیلیس مقاومت به یخبندان بتن های بدون حباب هوا را کاهش می دهد اما مقاومت بتن های حاوی حباب هوا را بهبود می بخشد.

آنها نتیجه گرفتند که سیمان های با  میکروسیلیس مقاومت به یخبندان را کاهش نمی دهند به شرط آنکه بتن ها حاوی مقدار مناسبی از عامل حباب هوازا و مقاومت های مشابه باشند.

به نظر می رسد که ترکیب میکروسیلیس و افزودنی حباب هوازا گزینه مطلوبی باشد. میکروسیلیس نفوذپذیری را کاهش داده و پایداری بهتر هوا در بتن تازه با یک فاصله حباب های یکنواخت را موجب می گردد و به این ترتیب بهترین مقاومت به یخبندان را نتیجه می دهد.

مقاومت پوسته شدن در حضور نمک برای بتن حاوی  میکروسیلیس و حباب هوا در یک آزمایش بلندمدت مشابه مخلوط بتن معمولی بدون  میکروسیلیس بوده است.

توجه به این نکته مهم است که جایگزینی میکروسیلیس به جای سیمان پرتلند با درصدهای بالا (۲۰ تا ۳۰٪) ممکن است منجر به مقاومت به یخبندان پایین حتی در مخلوط های حاوی حباب هوا گردد. این امر ممکن است موجب تغییراتی در مساحت سطح مخصوص و تغییراتی در فاصله حفرات هوا در مخلوطهای بتن گردد.

تاثیر میکروسیلیس بر مقاومت حرارتی بتن

میکروسیلیس در بتن باعث می شود که بتن در برابر حرارت مقاومت خوبی از خود نشان دهد. تحقیقات نشان می دهد که بتن حاوی میکروسیلیس تا دمای ۲۰۰ درجه نه تنها کاهش مقاومت نداشته بلکه افزایش مقاومت هم دارد.

بتن های حاوی میکروسیلیس تا دمای ۱۰۰۰ درجه مقاومت بهتری نسبت به بتن های بدون پودر میکروسیلیکا از خود نشان میدهد.

لذا استفاده از میکروسیلیس در سازه ای حساس مانند نیروگاه ها، پالایشگاه ها، راکتورهای انرژی اتمی و … امری اجتناب ناپذیر است.

 

منبع:
کتاب مواد جایگزین سیمان(پوزولان ها) خواص، دوام و توسعه پایدار (پروفسور علی اکبر رمضانیان پور)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap