ژل میکروسیلیس

ژل میکروسیلیس (Microsilica Gel)

یکی از افزودنی‌‌های پیشرفته و مدرن بتن، شامل فوق روان کننده بتن، پودر میکروسیلیس و الیاف پلیمری است که عمدتاً نقش آب‌بندی بتن را دارند. ژل میکروسیلیس در زمان اختلاط با بتن، خواص افزودنی‌های درون خود را به بتن می‌دهد و در نهایت، بتنی روان با نفوذپذیری کم و مقاومت خمشی بالا تولید می‌کند.

ژل میکروسیلیس، با تقویت خواص مکانیکی بتن و کاهش خلل و فرج بتن به دلیل سیلیس موجود در خود، گستره استفاده از بتن را افزایش می‌دهد؛ بخصوص در سازه‌هایی که با محیط مخرب خود بتن را به تدریج فرسوده می‌کنند. این افزودنی پایداری بتن را در برابر آب و رطوبت و یون‌های فعال مثل کلر سولفات حفظ می‌نماید.

اندازه یک نمونه میکروسیلیس، باید کمتر از یک میکرومتر باشد. به طور دقیق 99% از 0.5 میکرومتر و 95% از 0.2 میکرومتر، باید کوچک‌تر باشد. بنابر تعریف نانو مواد، چون اکثر این مواد از 100 نانومتر ریزتر هستند، در رده نانوذرات قرار می‌گیرند. سطح ویژه این مواد در حدود 20 مترمربع بر گرم است. این مواد که بسیار پوزولانی هستند، به دلیل ریز بودن، آب مورد نیاز بتن را افزایش می‌دهند.

ژل میکروسیلیس چیست؟

ژل میکروسیلیس، افزودنی ترکیبی بتن برای بهره بردن از چند خاصیت مفید افزودنی بتن است. مواد تشکیل‌دهنده آن شامل: پوزولان، ترکیبات نفتالین یا ملامین، پلی‌کربوکسیلات، الیاف پلیمری و مواد دیرگیر بتن است.

بنابر پروژه و شرایط محیطی، میزان مصرف و نوع ژل مورد نیاز تعیین می‌شود. ترکیبات اولیه هر ژل میکروسیلیس قابل تنظیم است. در پروژه‌ای که بتن بسیار روان مورد نیاز است، از ترکیبات ابر روان کننده‌دار استفاده می‌شود. وقتی نیاز به مقاومت خمشی یا کششی وجود داشته باشد، استفاده از الیاف در این افزودنی بسیار به مقاومت بتن کمک می‌کند. اما اگر هدف از ساخت بتن، دوام و آب‌بندی باشد، نوع سیلیس و میزان مواد پرکننده افزودنی بسیار مؤثر خواهد بود.

فرمول و اجزاء ژل میکروسیلیس

در فرمول ژل میکروسیلیس بتن، از دوده سیلیس به عنوان ماده اصلی و ترکیبات روان کننده‌ها به عنوان مکمل استفاده شده و مشکلات و محدودیت‌های سیستم دو جزئی سیلیس و روان کننده برطرف شده است.

برای مثال در محیط مرطوب مثل دریا یا خاک فعال مثل کویر، بتن باید به شدت غیر قابل نفوذ باشد، زیرا ورود عوامل مخرب به بتن با خوردن میلگرد شروع شده و در نهایت، کل سازه را تخریب می‌کند، در حالی که اضافه شدن ژل میکروسیلیس به بتن، سبب جلوگیری از نفوذ مواد مضر به بتن و حفظ درازمدت سازه می‌شود.

در پروژه‌ای که نیاز به چسبندگی و پیوستگی بتن به همراه مقاومت در برابر ضربه وجود دارد، استفاده از ژل میکروسیلیس الیافی بسیار توصیه شده است. مصرف این ژل در کشورهای پیشرفته به دلیل خواص بسیار عالی رو به گسترش است. 

به طور دقیق بین 40 تا 50 درصد ژل میکروسیلیس از دوده سیلیس یا سیلیکا تشکیل شده است. روان کننده‌های بتن و الیاف و مواد پلیمری آب‌بند کننده نیز به مقدار لازم برای هر نوع از این مواد به کار می‌روند. در این ترکیبات از آب به عنوان حلال و مواد آنتی باکتریال برای گندزدایی استفاده می‌شود. معمولاً برخی از افزودنی‌های دیگر که در زمان گیرش مؤثر هستند نیز به این مواد اضافه می‌شود. با توضیحات بالا متوجه خواهید شد که دسته‌بندی ژل میکروسیلیس بتن بسیار گسترده و متنوع است و با اندکی تغییر در میزان مصالح تشکیل‌دهنده، می‌توان نوع خاصی از این ژل را تولید کرد.

انواع ژل میکروسیلیس (شرح انواع ژل میکروسیلیس‌های رامکا)

سوپر ژل میکروسیلیس پرو Pro: این ماده خواص رئولوژیک بتن در حالت خمیری را بهبود می‌بخشد؛ به گونه‌ای که در بتن ساخته شده با این ژل، تمام نتایج آزمایشات کیفی بتن افزایش چشم‌گیری خواهد داشت.

سوپر ژل میکروسیلیس پرو که مخلوطی از دوده سیلیسی، روان کننده بتن و الیاف پلی پروپیلن است، دوام و پایداری بتن را افزایش داده و نفوذپذیری بتن را کم می‌کند. در واقع، وجود فوق روان کننده نفتالینی و ملامینی در این افزودنی، باعث روانی و تراکم بتن شده و از آن در برابر عوامل مخرب کلر سولفات محافظت می‌کند. الیاف پلی پروپیلن نیز برای افزایش مقاومت خمشی بتن به کار گرفته می‌شود. در نظر داشته باشید میزان مصرف این ماده در بتن حدود 5 الی 10 درصد وزن سیمان توصیه شده است.

پاور ژل میکروسیلیس اولترا: این محصول از رامکا بر پایه پلی‌کربوکسیلات اتر تولید شده و مناسب برای استفاده در انواع بتن آب‌بند و خودمتراکم است. استفاده از این محصول، باعث بهبود مقاومت فشاری و خمشی بتن شده و نفوذپذیری را کم می‌کند.

این افزودنی دارای مقادیر زیاد سیلیس آمورف است. ساختار غیرکریستالی این ژل با آهک موجود واکنش نشان داده و سیلیکات کلسیم مستحکمی ایجاد می‌کند. پرکنندگی خاصیت ذرات میکروسیلیس سبب پر شدن فضای خالی بتن و کاهش نفوذپذیری آن می‌شود. این افزودنی بتن در حدود 3 الی 6 درصد وزن سیمان به بتن اضافه می‌شود.

دوغاب میکروسیلیس میکرو: این محصول از دیگر محصولات رامکا است که برای دوام و پایایی بتن به کار می‌رود. با تراکم بالای بتن، نفوذپذیری آن کاهش یافته و در برابر عوامل شدید محیطی ثبات پیدا می‌کند. دوغاب میکروسیلیس، محلولی آبی بوده و مشکلات کلوخه شدن میکروسیلیس به هنگام افزودن به بتن را ندارد. این ماده قابلیت اضافه شدن به کامیون حمل بتن را نیز دارد.

افزودنی مذکور در مخلوط بتن، هدایت الکتریکی ایجاد می‌کند. ماده اصلی روان کننده بتن در این ژل بر پایه لیگنوسولفونات است و حدوداً 3 الی 16 درصد وزن سیمان برای استفاده از این ژل مناسب است.

مکمل بتن پلاس: مکمل بتن پلاس محصول دیگری است که همانند دیگر ژل‌های شرکت، حالت خمیری بتن را بهبود بخشیده و در نتیجه، نفوذپذیری آن را کم می‌کند. الیاف پلی‌پروپیلن موجود در این محصول، نه تنها از ترک خوردن ریز بتن جلوگیری می‌کند، بلکه مقاومت سایشی بتن را هم به شدت افزایش می‌دهد؛ تا حدی که بتن کف کانال ساخته شده با این افزودنی هرگز تخریب نمی‌شود.

از این ماده در صنایع سنگ مصنوعی نیز استفاده می‌شود. نوع ماده روان کننده بتن در این محصول بر پایه کربوکسیلات اتر با غلظت کمتر از نوع پاور ژل است. این ماده بسیار از لحاظ هزینه به صرفه و جایگزین مناسب پاور ژل است و استفاده از آن بر اساس درصد وزنی سیمان، حدود 3 الی 6 درصد می‌باشد.

کاربرد ژل میکروسیلیس در بتن

• ساخت بتن آب‌بند و بادوام
• ساخت بتن با مقاومت بالا
• مناسب برای ساخت سازه‌های هیدرولیکی و دریایی
• مقاوم در برابر سیکل یخبندان
• ساخت پل
• نیاز به بتن روان
• کاهش وزن سازه
• نیاز به مقاومت در برابر ضربه و زلزله
• افزایش عمر مفید سازه بتنی و کاهش هزینه تعمیر و نگهداری
• وجود بتن‌ریزی در مقاطع نازک
• شاتکریت
• روسازی بتنی و کفسازی صنعتی

مزایای ژل میکروسیلیس در بتن

ژل میکروسیلیس بتن از چند ماده تشکیل شده است. هر یک از این مواد مزایای خود را دارند. طراحان مواد شیمیایی میزان هر یک از این مواد را به شکل بهینه اثرگذاری تنظیم کرده‌اند. سازگاری این مواد با هم، سبب تکمیل روند قدرت و استحکام بتن می‌شود؛ برای مثال سیلیس به تنهایی روش مصرف و نگهداری دشواری دارد، زیرا به خوبی در بتن حل نمی‌شود، مصرف آب بتن را در اثر جذب آب دوده بالا می‌برد، مشکلات تنفسی برای کاربران ایجاد می‌کند و در نهایت، هدر رفت آن به هنگام مصرف تنها بسیار زیاد است. این در حالی است که اگر این با روان کننده و آب و روغن‌های دیگر ترکیب شود، همه مشکلات اجرایی این ماده تبدیل به مزایای مفید در بتن تازه و خشک شده می‌شود.

از جمله مزایای دیگر این محصول، می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• جلوگیری از خوردگی فولاد و میلگرد داخل بتن
• کاهش ابعاد سازه
• بهبود پمپاژ بتن
• افزایش چسبندگی بتن و فولاد
• میکروسیلیکا حدود 5 تا 15 درصد جایگزین سیمان می‌شود (کاهش حرارت‌زایی سیمان)
• کاهش ترک خوردگی بتن در هوای گرم
• تأخیر یا تسریع زمان گیرش بتن

معایب ژل میکروسیلیس در بتن

معایب ژل میکروسیلیس در بتن برای هر نوع از ژل متفاوت است. در ادامه برخی از معایب موردی را مشاهده خواهید کرد:

• عدم توانایی برای تأمین بتن با روانی بالا، مثل بتن خودمتراکم
• محدودیت استفاده هم‌زمان چند افزودنی در بتن
• قیمت بالای این مواد، سبب دلسردی نسبت به استفاده از این مواد شده
• عدم شناخت کافی مجریان بتن، از ماده ژل میکروسیلیس و اثرات آن بر بتن
• گران بودن ژل با ترکیبات پلی‌کربوکسیلاتی
• تأخیر در گیرش و دشواری کار قالب‌برداری
• عدم امکان استفاده پودر سیلیکا به صورت مستقیم در بتن، به دلیل وزن مخصوص کم و برداشت اشتباه مجریان و کاربران نسبت به این موضوع در ژل
• در سازه‌های بتنی مجاور آب، آلاینده آب به دلیل وجود سیلیسیم، تغییرات بیشتری از خود نشان می‌دهد.

خواص و تأثیر ژل میکروسیلیس در بتن

میکروسیلیس یک ماده پوزولانی است. هیدرات سیلیکات کلسیم، نتیجه واکنش پوزولان و آب و هیدروکسید کلسیم است. با این واکنش، سیلیکا تقریباً کل CH را مصرف می‌کند. در ادامه تولید C-S-H حفرات مویینه را پر می‌کند. همین موضوع سبب پر شدن خلل و فرج بتن می‌شود. جلوگیری از واکنش CH با یون‌های دیگر از تولید محصولات مضر جلوگیری می‌کند. این ماده مانع از واکنش سنگدانه قلیایی و یون کلر در بتن می‌شود. از دیگر خواص حضور ژل میکروسیلس در بتن می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• کاهش نسبت آب به سیمان
• افزایش روانی
• تأمین کارایی طولانی مدت بتن
• پمپاژ راحت بتن
• کاهش مصرف سیمان با حفظ مقاومت نمونه بتن
• سازگاری با مصالح مختلف بتن و انواع سیمان
• کاهش هزینه پروژه در معرض حملات شیمیایی و بارگذاری دینامیکی
• کاهش نفوذپذیری و جذب آب بتن
• کاهش جدا شدن دانه بتن و آب انداختگی بتن
• جلوگیری از لب پَر شدن قطعات پیش‌ساخته بتنی، مثل سنگ مصنوعی
• جبران کاهش کیفیت سیمان به دلایل مختلف
• کاهش ترک در اثر از دست دادن آب
• چسبندگی بیشتر بتن و آرماتور 
• جلوگیری از ترک و انقباض و جمع‌شدگی

مقدار و روش مصرف ژل میکروسیلیس در بتن

میزان مصرف ژل میکروسیلیس در بتن از 5 تا 20 درصد وزن بتن متغیر است. برای کم و زیاد کردن این میزان با کارشناسان متخصص افزودنی بتن مشورت فرمایید.

ژل میکروسیلیس بتن را می‌توان پس از اختلاط کامل بتن به آن اضافه کرد. امکان اختلاط ژل با آب و افزودن به مصالح اولیه بتن نیز وجود دارد. در هر دو روش باید از اختلاط کامل و ایجاد بتن یکنواخت اطمینان پیدا کرد. در نظر داشته باشید اگر این محصول پس از ساخت بتن به تراک اضافه شود، لازم است به مدت 5 دقیقه در بتن میکس شود.

روش مصرف رایج دیگر، مخلوط کردن ژل با آب و سیمان و در نهایت، افزودن آن به بتن است. استفاده دقیق از محصول در بتن سبب تقویت خواص آن می‌شود. ولی وقتی این ژل به میزان لازم به بتن اضافه نشود، اسلامپ بتن کم نشده و گیرش به سرعت انجام می‌شود. بدین‌ترتیب، توان جذب آهک در مدت زمان کم بسیار ضعیف بوده و قابلیت و ویژگی نهایی بتن تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد. این محصول در حالت سکون شبیه ژله است. قبل از مصرف باید خوب هم زده شود تا حالت مایع به دست آورد.

مکانیزم اثر ژل میکروسیلیس در بتن

در جدول زیر که نتایج آزمایشات تجربی است، در سازه‌های گوناگون میزان کاهش مصرف سیمان بررسی شده است. در کل تغییرات مشاهده شده به دلیل تغییر سایز هوا در بتن و ریز کردن هر حباب است؛یعنی تغییری در کل حجم هوا به وجود نمی‌آید، ولی هر ذره هوا کوچک‌تر می‌شود.

مقدار مصرف ژل میکروسیلیس	سازه مورد مطالعه	سیمان مصرفی	کاهش سیمان بعد از استفاده ژل میکروسیلیس
5%	استخرها و تصفیه‌خانه آب	تیپ 1 تیپ 2 یا 5	5% 8%
6%	تصفیه‌خانه بزرگ آب	تیپ 1 تیپ 2 یا 5	5% 8%
7%	سد بتنی	تیپ 2 یا 5	5%
8%	سازه انتقال آب (مخزن و مسیر)	تیپ 2 یا 5	8%
9%	پل و سازه نگهبان	تیپ 1 تیپ 5	5% 8%

مثلاً در مطالعه موردی روی یک نمونه ژل مشخص شد یک نمونه بتن با عیار 350 و 10% ژل سیلیکا مقاومت 10 روزه بالاتری نسبت به بتن معمولی بدون افزودنی با عیار 400 دارد.

در مورد اثر ژل میکروسیلیس در بتن، مقاومت فشاری 55% افزایش پیدا می‌کند. نفوذپذیری بتن نیز در اثر ترکیب این افزودنی 25% کاهش می‌یابد. در نمونه قوی ژل مصرف شده، عمق نفوذ آب حتی تا 20% عمق بدون افزودنی کاهش می‌یابد.

قیمت و خرید ژل میکروسیلیس

برای خرید ژل میکروسیلس بتن به راحتی می‌توان از طریق سایت‌های فروش مواد شیمیایی ساختمان یا افزودنی بتن اقدام کرد. این روش در زمان و هزینه صرفه‌جویی می‌کند. استفاده از نوع مرغوب ژل میکروسیلیس شاید هزینه بیشتری نسبت به نمونه عادی داشته باشد، ولی در نهایت تأثیر بسیار مفید بر نتایج بتن خشک شده خواهد داشت.

قیمت مواد ژل بر مبنای ساختار آن تعیین می‌شود. نوع الیاف‌دار هزینه بیشتری نسبت به نمونه عادی دارد. در ژلی که حاوی ابر روان کننده بتن است، هزینه بسیار بالاتر از مواد لیگنوسولفوناتی است.

از این ماده معمولاً در پروژه‌های عمومی با مسئولیت تعمیر و نگهداری استفاده می‌شود. پس هزینه اولیه خرید مقداری ژل میکروسیلیس در آینده از هزینه‌های جانبی آینده می‌کاهد.

مشخصات فنی ژل میکروسیلیس

به صورت یک دوغاب غلیظ تهیه و تولید می‌شود. رنگ آن خاکستری است. یون کلر و مخاطرات زیست محیطی ندارد. چگالی آن 1.4 تا 1.6 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. خلوص دوده سیلیس این ژل بیشتر از 90% است.

این ماده قابلیت حل شدن در آب را دارد. در برخی از ترکیبات ژل میکروسیلیس اسید چرب هیدروفوبیک وجود دارد. به دلیل ریز بودن سیلیکا و نرمی زیاد این ماده، بتن ساخته شده با این افزودنی حالت خمیری بسیار مناسبی دارد. این ماده با جذب آهک آزاد و تغییر آن به سیلیکات کلسیم باعث زیاد شدن بازدهی و کیفیت بتن خواهد شد.

حفاظت و ایمنی ژل میکروسیلیس

میکروسیلیس یک ماده سرطان‌زا است. به همین علت استفاده از ژل میکروسیلیس رواج پیدا کرده است. این مواد خطرساز و مضر برای سلامت انسان نیستند، ولی در صورت تماس با پوست و چشم، باید سریعاً با آب سرد شسته شود.

برای ترکیب این ماده با بتن توجه به خاصیت اسیدی و بازی آب مصرفی در بتن اهمیت ویژه‌ای دارد. در ساخت این مواد، یون کلر به کار نرفته و از این رو، مناسب برای سازه‌های بتن آرمه هستند. به دلیل وجود آب در ژل، نقطه انجماد آن صفر درجه سلسیوس است.

استفاده از دستکش و ماسک در زمان استفاده از این ژل الزامی است، زیرا این مواد از طریق پوست جذب شده و مضرات زیادی از جمله سرطان را در پی خواهد داشت.

بسته‌بندی و نگهداری ژل میکروسیلیس

در سطل 25 کیلوگرمی، تا یک سال امکان نگهداری آن وجود دارد، اما بهتر است دمای ‌نگهداری از 5 درجه سلسیوس کمتر نباشد و در صورت یخ زدن، به هیچ وجه با حرارت یخ زدایی نشود.

در انبارداری این ماده، چینش ظروف و مراقبت از بسته‌بندی امر مهمی است و باید ترتیب ورود و خروج کالا به انبار رعایت شود. در نظر داشته باشید نور مستقیم خورشید این مواد را تحت‌تأثیر قرار داده و در طولانی مدت سبب ایجاد لخته در آن می‌شود.

استانداردهای ژل میکروسیلیس

یکی از استاندارهای بین المللی که ویژگی‌های ژل میکروسیلیس و بتن ساخته شده با این ژل را مورد بررسی قرار داده، استاندارد ASTM C1240 است.

استاندارد BS 5075 به بررسی میزان مجاز یون کلر در افزودنی بتن می‌پردازد و برای آن محدودیت لازم را تعیین کرده است. در استاندارد BS EN 13263-1 به طور مفصل در مورد ژل میکروسیلیس بتن پرداخته شده است.

در تمام استانداردهای موجود، ترکیب ژل میکروسیلیس با دیگر افزودنی‌های بتن منع شده و این کار فقط باید تحت دستگاه نظارتی انجام شود.

منبع ++