چرا میکروسیلیس در بتن مصرف می شود؟
چرا میکروسیلیس در بتن مصرف می شود؟
میکروسیلیس به دلیل بهبود قابل توجه خواص بتن تازه و سخت شده در بتن مصرف می شود.اگر چه پتانسیل مصرف میکروسیلیس در بتن در اواخر دهه 1940 شناخته شد ، اما این ماده تا زمانی که تکنولوژی دیگری در بتن توسعه نیافته بود ، به طور گسترده مصرف نمی شد.
این تکنولوژی عبارت از مصرف پراکنده سازهای قوی بود که با نام مواد افزودنی کاهنده قوی اب یا فوق روان کننده ها شناخته می شوند.مصرف و توسعه میکروسیلیس از زمانی در بتن امکان پذیر شد که این مواد افزودنی شیمیایی در بازار معرفی و پذیرفته شدند.
به خاطر داشته باشید که میکروسیلیس یک بهبود دهنده خواص ماده است و ماده جایگزینی برای سیمان نیست.خاکستربادی یا سرباره آسیاب شده کوره آهن گذاری را می توان به جای سیمان به کار برد.توجه کنید که این مواد به فور همراه سیمان و میکروسیلیس به کار می روند.
میکروسیلیس و بتن تازه
توجه کنید که دو اثر متمایز وجود دارد:
بتن چسبنده تر می شود و آب انداختگی کم یا عدم آب انداختگی را نشان می دهد.اگرچه برخی از پرداخت کاران تصور می کنند که این تاثیرات بتن ریزی و پرداخت کاری بتن را مشکل می سازد ، اما این تاثیرات در اصل برای بتن تازه و سخت شده مزیت به حساب می آیند.
- افزایش چسبندگی : بتن ساخته شده از میکروسیلیس چسبنده تر از بتن بدون میکروسیلیس است و در نتیجه احتمال جداشدگی آن کمتر است.معمولا در هنگام بتن ریزی، برای جبران این چسبندگی بیشتر، از بتن میکروسیلیسی با اسلامپ 40 تا 50 mm بیشتر از بتن بدون میکروسیلیس استفاده می شود.
مزیت اصلی افزایش چسبندگی را می توان در شاتکریت سازه های جدید، تعمیر سازه های موجود ، یا ساخت تکیه گاه در عملیات تونل سازی مشاهده کرد.مصرف میکروسیلیس در شاتکریت امکان پاشیدن لایه های ضخیم تر به خصوص هنگامی که عمل پاشیدن بالای سر انجام می شود ، را فراهم می سازد و مقدار مصالح بازگشتی را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.معمولا برای افزایش مقاومت خمشی شاتکریت میکروسیلیسی از الیاف فولادی استفاده می شود.
میکروسیلیس با تمام تسریع کننده هایی که به طور معمول در شاتکریت مصرف می شوند ، سازگار است.هنگامی که شاتکریت پاشیده می شود ، تمام مزایای میکروسیلیس در بتن سخت شده مشاهده می شوند.یک مزیت دیگر، افزایش مقاومت اتصال شاتکریت میکروسیلسی به مصالح زیر ساخت و مقاومت اتصال بین لایه ها در شاتکریت هایی است که در چند لایه پاشیده می شوند.
- کاهش آب انداختگی :از آنجا که سطح جانبی میکروسیلیس بسیار بالا و معمولا مقدار آب بتن میکروسیلیسی بسیار کم است ، مقدار آب انداختگی این نوع بتن ، در صورت وجود ، بسیار کم است.در اغلب بتن های وقتی میکروسیلیس حدودا به 5 درصد می رسد ، آب انداختگی اتفاق نمی افتد.
هنگامی که اجزای تشکیل دهنده سنگین تر بتن (سیمان و مصالح سنگی ) قبل از سفت شدن آن ، تحت تاثیر نیروی گرانش نشست می کنند ، بتن دچار آب انداختگی می شود.هنگامی که اجزای سنگین تر نشست می کنند ، آب که سبک تر است به سمت بالا حرکت می کند.مقداری از این آب زیر ذرات مصالح سنگی یا فولادهای مسلح کننده محبوس شده و مقداری به سطح بتن می رسد.این حرکت آب ، در کانال هایی موسوم به کانال های موئینه انجام می شود.هنگامی که آب تبخیر می شود، این کانال ها به مشابه راه های میان بر برای ورود عوامل خورنده از قبیل یون های کلرید نمک های ضد یخ یا آب دریا به درون بتن عمل می کنند.بنابراین ، کاهش یا حذف این کانل ها دوام بتن را بهبود می دهد.
عدم آب انداختگی ، علاوه بر بهبود دوام ، سبب پرداخت کاری موثرتر کف سازی های بتنی میکروسیلیسی می شود.در مورد بتن معمولی الزامی است که عملیات پرداخت کاری تا زمانی که آب انداختگی یه طور کامل متوقف نشده و تمام آب حاصل از آب انداختگی از سطح بخار شود ، به تعویق بیفتد.در نتیجه ، یک دوره انتظار چند ساعته پس از بتن ریزی و پرداخت کاری اولیه وجود دارد.پس از اینکه آب حاصل از آب انداختگی ناپدید شد و بتن مقاومت کافی را کسب کرد ، پرداخت کاری نهایی شروع می شود.
عملیات پرداخت کاری بتن میکروسیلیسی بدون آب انداختگی را میتوان از مرحله بتن ریزی و عمل اوری به طور پیوسته انجام داد.این روش پرداخت کاری "یک مرتبه ای" یا "سریع" نامیده می شود و مزیت اصلی آن در سازه هایی است که در آنها میکروسیلیس احتمالا برای دوام سازه هایی همانند عرشه پل یا پارکینگ مشخص شده است.به غیر از مواردی که انجام پرداخت کاری خاصی الزامی است، پرداخت کاری بتن میکروسیلیسی را می توان طی نیم ساعت پس از رسیدن بتن تکمیل کرد.توجه کنید که دو اثر متمایز وجود دارد:
- افزایش خواص مکانیکی همانند مقاومت و مدول الاستیسیته ،
- کاهش نفوذ پذیری که دوام را مستقیما بهبود می دهد.
میکروسیلیس به دلیل قابلیت تولید بتنی با فشاری بالا در صنعت بتن مورد توجه قرار گرفته است.بهبودهایی نیز در سایر خواص مکانیکی همانند مدول الاستیسته یا مقاومت خمشی مشاهده شده است.اگر چه میکروسیلیس این خواص را بهبود می دهد، اما خاصیت اصلی که سبب توجه به میکروسلیس شده ، مقلومت فشاری آن است.
در ادامه چند نمونه از مصرف بتن با مقاومت بالا در ساخت و ساز شرح داده شده اند.
کاربردهای ابدایی بتن میکروسیلیسی با مقاومت بالا در ستون های سازه بلند است.هنگام تحلیل چگونگی اعمال بارهای ساختمان به پی مشخص می شود که مصرف بتن با مقاومت بالا تا چه حد موثر بوده است.با افزایش مقاومت بتن می توان اندازه ستون را کاهش داد.علاوه بر کاهش اندازه ستون می توان مقدار فولاد مسلح کننده مصرفی در ستون ها را کاهش داده و از سیستم مسلح کننده ساده تری استفاده کرد.در مجموع فضای کف بیشتری به وجود می آید که در نواحی شهری مزیت اقتصادی مهمی محسوب می شود.
اخیرا، اداره های راه و ترابری ایالات متحده در ساخت پل های با عملکرد بالا از بتن با مقاومت بالا استفاده کرده است.این اداره ها در حالت کلی ، این نوع بتن را برای حصول یک یا چند هدف از سه هدف زیر به کار برده اند:
- افزایش دهانه پل
- کاهش تعداد شاه تیرها برای یک دهانه معین
- کاهش ارتفاع مقطع برای یک دهانه معین.
در بسیاری از موارد ، دوام بتن با نفوذ پذیری آن رابطه مستقیم دارد.میکروسیلیس در کاهش نفوذ پذیری بتن نقش دارد.با کاهش نفوذ پذیری، مدت زمان لازم برای ورود مواد شیمیایی خورنده به بتن که می توانند به بتن آسیب برسانند ، کاهش می بابد.
- آسیب کلریدی به فولاد مسلح کننده .خوردگی فولاد مسلح کننده مهم ترین و پر هزینه ترین خرابی بتن است.چه کلرید ار آب اقیانوس و چه از نمک یخ زدا وارد بتن شده باشد، نتیجه یکسان است.بتن های میکروسیلیسی به طور گسترده در مناطقی که بتن در معرض نمک از هر منبعی قرار دارد، به کار می روند.نفوذ پذیری کاهش یافته این بتن می تواند طول عمره مورد انتظار برای سازه را افزایش دهد.
- یون های کلرید به آرامی وارد بتن شده و به سطح فولاد مسلح کننده می رسند.خوردگی وقتی شروع می شود که مقدار معینی کلرید که به آن مقدار حدی می گویند، به سطح فولاد برسد.
- هنگامی که یون های آهن از فولاد مسلح کننده جدا می شوند، در چند مرحله اکسید یا دچار زنگ زدگی می شوند.در هر مرحله حجم آهن افزایش می یابد.
- مدامی که مقدار زنگ زدگی افزایش می یابد ، لکه های زنگ زدگی روی سطح بتن مشاهده می شوند.سپس ، ترک خوردگی سبب ورقه ورقه شدن و قلوه کن شدن پوشش بتنی روی فولاد مسلح کننده می شود.
- حمله سولفاتی.اگر چه ساختار شیمیایی سیمان پرتلند مصرفی در حمله سولفاتی نقش دارد، اما تحقیقات نشان داده است که نسبت آب به مواد سیمانی نیز (w / cm) یک فاکتور بحرانی به حساب می آید.کاهش w/cm را به طور موثری نفوذ پذیری بتن را کاهش می دهد.اضافه کردن میکروسیلیس نفوذ پذیری را تا حد بیشتری کاهش می دهد و سبب به تاخیر انداختن بیشتر هر گونه واکنش مضر می شود.
- حمله اسیدی یا سایر حمله های شیمیایی.پایداری بتن میکروسیلیسی در برابر حمله مواد شیمیایی خورنده تفاوت چندانی با بتن حاوی سیمان پرتلند معمولی ندارد.با این وجود ، نفوذ پذیری کاهش یافته بتن میکروسیلیسی عمر سازه بتنی یا دوره زمانی بین تعمیرات را با کم کردن سرعت حمله افزایش می دهد.در صورتی که در یک پروژه محافظت در مقابل ماده شیمیایی خاصی الزامی می باشد ، آزمایش نمونه های حاوی مقادیر مختلف میکروسیلیس در برابر این ماده شیمیایی شدیدا توصیه می شود.
کاهش نفوذ پذیری تنها اثر میکروسیلیس بر دوام نیست.دلیل محکمی وجود دارد که وقتی این ماده به تنهایی یا با یک خاکستر مناسب به کار می رود، احتمال واکنش قلیایی مصالح سنگی را در مواردی که مصالح سنگی واکنش پذیر مصرف شده اند، حذف می کند یا کاهش می دهد.مجددا انجام آزمایش برای تعیین مقادیر و انواع مناسب مواد سیمانی مصرفی در هر زمینه کاربردی توصیه می شود.
در نهایت ، مقاومت بالاتر بتن میکروسیلیسی مقاومت سایشی بتن را افزایش می دهد.برای بتن ساخته شده با مصالح سنگی خاص ، مقاومت خمشی بالاتر منجر به مقاومت سایشی بالا می شود.کاربرد مقاومت بالا بتن میکروسیلیسی در زمینه هایی مانند مکان های انتقال زباله ، و حوضچه های آرامش در سدهای بزرگ کاربرد دارد.
قابلیت ساخت یک جنبه دیگر برای بررسی اثر میکروسیلیس بر بهبود خواص بتن است.میکروسیلیس از این دیدگاه حقیقتا اثر چشم گیری بر بتن تازه و سخت شده دارد.میکروسیلیس قابلیت ساخت را ساده تر و در برخی موارد امکان پذیر می سازد.چند مثال در اینجا ارائه شده است:
- پرداخت کاری یک مرتبه ای.در این مورد ، به دلیل عدم آب انداختگی بتن میکروسیلیسی ، پرداخت کاری کف در یک عملیات یک مرتبه ای پیوسته به پایان می رسد.در نتیجه ، کارفرما کف سازی بهتری خواهد داشت و پیمانکار کف را را در مدت زمان کوتاه تر و با تعداد نفرات کمتر به پایاین می رساند.
- کاهش حرارت هیدراسیون.اگرچه میزان حرارت هیدراسیون میکروسیلیس مشابه حرارت هیدراسیون سیمان پرتلند است، اما کسب مقاومت آن بسیار سریع تر می باشد.بنابراین ، با ایجاد توازن بین مقادیر سیمان پرتلند و میکروسیلیس در یک مخلوط می توان حرارت هیدراسیون را با ثابت نگه داشتن نرخ کسب مقاومت کاهش داد.
اکثر اداره های راه و ترابری ایالات متحده میکروسیلیس و خاکستربادی را به منظور کاهش حرارت هیدراسیون بتن مصرفی در عرشه پل ها به کار می برند.توجه کنید که کل مقدار مواد سیمانی در این بتن تقریبا با مقدار سیمان پرتلند تنها در اغلب مخلوط های قبلی برابر است.کاهش مقدار کل مواد سیمانی میزان حرارت را کاهش داده و به جلوگیری از ترک خوردگی زودرس کمک می کند.
- استفاده از سه ماده سیمانی.یک تتاکید همیشگی در مورد مصرف پسماند همانند خاکستر بادی و سرباره در بتن وجود دارد.اما ممکن است ، مقاومت اولیه بتن به عنوان یک پیامد اسیب ببیند.اضافه کردن مقادیر کم میکروسلیس می تواند کاهش مقاومت اولیه را جبران کند.معمولا، ترکیب سه ماده سیمانی قیمت تمام شده بتن را کاهش استفاده شده است.مخلوط های حاوی سه ماده سیمانی را "مخلوط های سه تایی" می نامند.
- شاتکریت.شاتکریت میکروسیلیسی به طور گسترده به روش تر و خشک و با یا بدون الیافی فولادی به کار می رود.ماهیت چسبنده این شاتکریت امکان انجام بسیاری از کاربردها که سخت ، غیر اقتصادی ، یا انجام آنها بدون استفاده از میکروسیلیس غیر ممکن است ، را فراهم می سازد.