پراکندگی ذرات میکروسیلیس در دوغاب و مقایسه با ژل میکروسیلیس

27 دی 1395

پراکندگی ذرات میکروسیلیس در دوغاب و مقایسه با ژل میکروسیلیس

پراکندگی ذرات میکروسیلیس در دوغاب و مقایسه با ژل میکروسیلیس

پراکندگی ذرات میکروسیلیس در دوغاب و مقایسه با ژل میکروسیلیس

مقدمه:
بتن به عنوان پر مصرف ترین مصالح ساختمانی مصرفی در دنیا می باشد. نسبت بهای تمام شده بتن به استحکام آن پائین بوده و همین
امر باعث فراوانی مصرف این ماده و رشد قابل توجه آن در صنعت ساختمان داشته است. اجزای بتن شامل دو بخش اصلی می باشد ،
بخش اصلی سنگدانه می باشد و بخش فرعی سیمان هیدراته شده ای می باشد که نقش چسب را برای سنگدانه ها دارد. سیمان پرتلند در
واکنش با آب دو محصول اصلی دارد:
1- کلسیم سیلیکات هیدرات CSH که نقش چسب بین سنگدانه ها را دارد.
2- محصول جانبی آهک CH که در واکنش هیدراتاسیون سیمان آزاد می شود.
محصول جانبی آهک علاوه بر اینکه استحکام کمی دارد و بر استحکام بتن نقش منفی دارد، واکنش پذیری بالائی با مواد
شیمیائی اسیدی داشته و همچنین حلالیت نسبی در آب دارد.
غلبه بر این نقطه ضعف بتن، بخصوص در شرایط محیطی خورنده مثل سازه های بتنی صنعتی، سازه های دریائی و تاسیسات فاضلابی
بسیار حائز اهمین می باشد. اگرچه در سازه هائی که در تماس زیاد با آب و بخصوص جریان آب می باشند نیز مسئله دوام بتن قابل توجه
است.

- مواد پوزولانی
استفاده از پوزولان ها در بتن، به منظور غلبه بر نقص بتن به عنوان راهکار اصلی در سازه هائی می باشد که در محیط های خورنده
شیمیائی می باشند، راهکار اصلی می باشد. برای محیط های مرطوب، که فاقد مواد شیمیائی می باشند، استفاده از مواد آب بند کننده
می تواند دوام خوبی ایجاد کند. پوزولانها ترکیبات سیلیسی بوده که سیلیس آنها دارای ساختار آمورف بوده که واکنش پذیری بالائی با مواد
قلیائی از جمله آهک آزاد شده در واکنش هیدراتاسیون سیمان دارد و از آنجا که محصول واکنش پوزولان با آهک آزاد، همان کلسیم
سیلیکات هیدرات می باشد، علاوه بر افزایش مقاومت شیمیائی، عملاً استحکام بتن را نیز افزایش می دهد.
پوزولانهای طبیعی، خاکستر بادی  (Fly ash ) ، میکروسیلیس (Silica fume) ، سرباره آهنگدازی (GGBFS) و انواعی از زئولیتها جهت
واکنش پوزولانی در بتن به مصرف می رسند. استفاده از خاکستر بادی در دنیا رایجتر از بقیه می باشد ولی در ایران ماده میکروسیلیس
بسیار پر مصرف می باشد.

- میکروسیلیس (Silica Fume)
میکروسیلیس خاکستری است که در فیلتر دودکش های صنایع آلیاژی فروسیلیس رسوب می کند و پس از جدا سازی به صورت پودر
بسته بندی شده و بفروش می رسد. میکروسیلیس پودری با دانسیته پائین و سطح ویژه بسیار بالا بوده و اندازه ذرات آن در حد ذرات دود
سیگار می باشد و از لحاظ ریزی اندازه ذرات در بین پوزولانها منحصر به فرد می باشد. مشاهده شده که برخی سیلیس میکرونیزه را که
ساختار کریستالی دارد را به عنوان میکروسیلیس برای منظور پوزولانی معرفی کرده اند که قطعاً فاقد کارائی لازم را دارد و تست تمایز
سیلیس کریستالی با سیلیس آمورف، آزمون پراش اشعه ایکس می باشد.

- مشکلات مصرف میکروسیلیس
- مسائل بهداشت و ایمنی: میکروسیلیس بقدری نرم و سبک می باشد که سریعاً در هوا ایجاد غبار می کند و با آلودگی هوا باعث
مشکلات بهداشتی برای عوامل اجرائی پروژه می شود. اگرچه مطالعات حاکی از اینست که میکروسیلیس آمورف فاقد
سرطانزائی می باشد، ولی باعث ایجاد حساسیت در پوست و مخاط تنفسی می شود و لذا عوامل اجرائی برای استفاده از این
کالا بصورت پودر، حتماً باید لباس و ماسک ویژه در حین عمل را استفاده کنند.
- هزینه های حمل و نقل: حجم بالای این ماده نیز، هزینه های حمل و نقل و انبارش نسبتاً بالائی را به پروژه تحمیل می کند و
ضمناً پرت ناشی از حمل و نقل و مصرف نسبتاً بالائی دارد.
- پخش شوندگی: مسئله دیگری که در مصرف میکروسیلس آزار دهنده می باشد، پخش شوندگی این ذرات در ماتریس بتن
است. از آنجا که سطح مؤثر ذرات میکروسیلیس بالا می باشد، جاذبه بالای سطحی بالائی به یکدیگر داشته و در سطح
میکروسکوپیک این ذرات به هم چسبیده و تولید کلوخه می کند که این کلوخه ها به سختی در بتن پخش می شود. عدم
پخش شدگی این ذرات در بتن، باعث می شود که در بلند مدت ذرات واکنش نداده میکروسیلیس در بتن باعث واکنشهای
جانبی در بتن سخت شده و ایجاد ترک در بلند مدت در بتن کند که می تواند بر دوام بتن تاثیر منفی زیادی داشته باشد. لذا
برای اثر بخش بودن میکروسیلیس در بتن لازم است که تمهیدات خاصی در حین تولید بتن میکروسیلیسی مد نظر قرار داده
شود.

- سوسپانسیون میکروسیلیس
برای غلبه بر مشکلات مصرف میکروسیلیس، تشکیل یک سوسپانسیون میکروسیلیس داخل آب سالهاست که در دنیا به عنوان یک راه
حل اصلی مورد توجه قرار گرفته است. پودر میکروسیلیس به تنهائی در مقادیر کم در آب، به سرعت سفت شده و حالت خمیری پیدا می
کند که قابلیت استفاده آن در بتن از بین می رود. استفاده از دیسپرس کننده های سیمان نظیر پلی نفتالن سولفوناتها و پلی کربوکسیلات
ها در ابتدا مورد توجه قرار گرفته است. کارائی پائین در پخش کنندگی میکروسیلیس توسط این مواد روان کننده، باعث می شود که
دوغاب تولید شده در مقادیر درصد جامد بالای 04 % در مدت زمان کوتاهی افزایش ویسکوزیته بالائی پیدا کند که معمولاً تحت عنوان ژل
میکروسیلیس در بازار معروفند. علاوه بر مشکل بالا بودن ویسکوزیته که منجر به مشکلات اجرائی می شود، طراحی اختلاط بتن نیز با
پیچیدگی همراه است. اول اینکه نوع و میزان روان کننده ژل میکروسیلیس، بسته به میزان مصرف ژل در بتن طیف گسترده ای از روانی
را ایجاد می کند که خارج از کنترل طراح بتن می باشد و از آنجا که متغیر اصلی درصد پودر میکروسیلیس می باشد، این نقیصه تا حدی
آزار دهنده می باشد. در درصدهای پائین مصرف ژل، روانی بتن کم بوده و نیاز به یک روان کننده کمکی می باشد. در این حالت روان
کننده جدید می تواند باعث ایجاد کمپلکس با روان کننده ژل میکروسیلیس شود. در مقادیر مصرف بالای ژل میکروسیلیس نیز گاهاً
افزایش روانی بیش از اندازه ایجاد می شود که این نیز می تواند برای اجرا مشکل ساز باشد.
در جمع، استفاده از ژل میکروسیلیس، علاوه بر داشتن ویسکوزیته بالا، مسئله کمپلکس روان کننده را نیز همزمان دارد. ضمن اینکه توان
این روان کننده ها نیز برای جدا سازی ذرات میکروسیلیس بالنسبه پائین می باشد.
مطالعه بر روی دیسپرس کننده های مؤثرتر، منتج به موادی متفاوت از روان کننده های سیمان شده است. ترکیبات آلی و معدنی
مختلفی مورد مطالعه قرار گرفته اند که عمدتاً ترکیبات پلیمری می باشند که دارای گروه های عاملی یونیک نظیر کربوکسیلات، فسفات،
سولفات و دیگر عوامل بوده که اثر بخشی پخش را به مراتب بالا می برند.

- دوغاب میکروسیلیس
شرکت کپکو در مطالعه مشترکی با پژوهشگاه رنگ و رزین، به محصولی بر پایه پلی کربوکسیلیک اسیدها دست یافته است که به میزان
قابل توجهی اثربخشی توزیع ذرات میکروسیلیس در آب را افزایش می دهد. این ماده با نام تجاری Silurix 520 عرضه می شود. محصول
نهائی دوغابی با 04 % میکروسیلیس بوده که تحت عنوان Silury 500 به عرضه می رسد. این محصول کاملاً روان بوده و پخش شوندگی
ذرات آن بسیار بهبود یافته است. علاوه بر آن، این پخش کننده هیچگونه کمپلکسی با روان کننده های بتن ایجاد نکرده و هر نوع روان
کننده ای می تواند در کنار این دوغاب به مصرف برسد.
نتایج توزیع اندازه ذرات میکروسیلیس در سه محصول ژل میکروسیلیس نفتالنی، کربوکسیلاتی و دوغاب میکروسیلیس به ترتیب در
نمودار و جداول ذیل ارائه می شود:


 










همانگونه که از نتایج آزمون توزیع اندازه ذرات مشاهده می شود، تمایزات این سه محصول در جدول ذیل ارائه می گردد:




ویژگی متمایز دوغاب در d(0.5) 13 میکرون می باشد که نسبت به ژل کربوکسیلاتی 14 برابر و / می باشد که در دوغاب به میزان 3
13 میکرون می باشد که / نسبت به ژل نفتالنی تقریباً 30 برابر ریزتر می باشند. معنای این مسئله اینست که 04 % ذرات در دوغاب زیر 3
بسیار قابل توجه می باشد.
سطح ویژه دوغاب نیز نسبت به ژل به میزان 2 تا 14 برابر بیشتر می باشد که همین امر باعث افزایش واکنش پذیری پوزولانی
میکروسیلیس می شود.

- بهبود کیفیت بتن با دوغاب میکروسیلیس
نتایج تاثیر دوغاب دوده سیلیس Silury 500 بر مقاومت فشاری بتن در سنین یک، سه و 28 روزه در شکل زیر نشان داده شده
است. نتایج به دست آمده با بتن ساخته شده با پودر دوده سیلیس که به صورت خشک به مخلوط اضافه شده است مقایسه شده است.
طرح شماره یک به عنوان شاهد مورد آزمایش قرار گرفت که فاقد دوده سیلیس بوده و مواد سیمانی آن صرفا 044 کیلوگرم بر مترمکعب
سیمان پرتلند بوده است. دو طرح دیگر هر کدام به ترتیب حاوی 14 درصد دوده سیلیس و 24 درصد دوغاب دوده سیلیس به عنوان
جایگزین سیمان بوده اند. با در نظرگرفتن این نکته که دوغاب دوده سیلیس سیلیس Silury 500 دارای 04 درصد مواد جامد است
میزان کل دوده سیلیس در طرح 2 و 3 مشابه و برابر 04 کیلوگرم بر متر مکعب می باشند. از طرف دیگر مجموع مواد سیمانی در طرح 1
و 2 برابر 044 کیلوگرم بر مترمکعب بوده اما طرح آخر که با دوغاب دوده سیلیس ساخته شده نسبت به سایر طرح ها دارای مجموع مواد
سیمانی کمتری ) 344 کیلوگرم بر مترمکعب( بوده است.
با توجه به نتایج به دست آمده ملاحظه می شود که استفاده از دوده سیلیس به صورت پودر اضافه شده به مخلوط بتن و یا به
صورت دوغاب دوده سیلیس منجر به افزایش مقاومت فشاری در تمامی سنین شده است. افزودن دوغاب دوده سیلیس و دوده سیلیس
خشک در سن 28 روزه به ترتیب منجر به 14 و 13 درصد رشد مقاومت نسبت به نمونه بدون دوده سیلیس شده است این در حالی است
که در سنین اولیه این رشد مقاومت به ترتیب 23 و 20 درصد بوده است. این نتایج نشان دهنده عملکرد بهتر دوغاب دوده سیلیس در
سنین بیشتر بتن است به طوری که بتن شاهدی که در سن 28 روزه دارای مقاومت فشاری 04 مگاپاسکال بوده است با استفاده از
دوغاب دوده سیلیس نزدیک به 44 مگاپاسکال مقاومت کسب کرده است.



نتایج عملکرد دوغاب میکروسیلیس در بتن نیز حاکی از بهبود ویژگی ها می باشد. مقایسه بتن شاهد با عیار 044 در برابر بتن با عیار
344 که 14 درصد از عیار پودر میکروسیلیس بوده است، حاکی از افزایش استحکام و نفوذ ناپذیری بالاتر بتن بوده است که عملکرد قابل
توجهی را نشان می دهد.


منبع : http://www.021-89331.com/blog