یکی از جدیدترین مصالح ساختمانی که در اختیار طراحان و مهندسان قرار دارد، یک مخلوط بتنی بر پایه میکروسیلیس است که تنوع و قابلیت بتن سیمان پرتلند را افزایش می‌دهد. این فناوری جدید می‌تواند استحکام، دوام و نفوذ ناپذیری بتن را به طرز چشمگیری افزایش دهد و به بتن اجازه می‌دهد تا جایی که قبلا امکان پذیر نبوده، مورد استفاده قرار گیرد.
برنامه های کاربردی گسترده ای برای مخلوط های بتنی بر پایه سلیس وجود دارند و شامل ستون های سازه ای با مقاومت بالا، عرشه های پارکینگ با نفوذپذیری کمتر و سازه های هیدرولیکی مقاوم در برابر سایش می‌باشند. در این مقاله به شما خواهیم گفت که میکروسلیس چیست و چگونه در بتن عمل می‌کند. همچنین برخی از ملاحظات عملی که می‌بایست هنگام استفاده از بتن میکروسلیس بدان توجه داشته باشید را بیان خواهیم کرد.
میکروسلیس چیست؟
بخار سیلیس متراکم، یک محصول جانبی صنایع سیلیکون و فروسیلیس است؛ جایی که این فلزات در کوره های قوس الکتریکی غوطه ور تولید می‌شوند. با تولید فلز مذاب، یک گاز بر اساس سیلیس منتشر می‌شود. این بخار گازی با بالا آمدن سریع سرد می‌شود و به شکل ذرات بسیار ریز و شیشه ای کروی در می‌آید. بخار سیلیس متراکم، که به آن میکروسیلیس می‌گویند، در یک کیسه خانه جمع آوری می‌شود. (کیسه خانه سیستمی برای فیلتر کردن هوای گرم و گازهای خروجی از کوره است.)
تا چند دهه گذشته، ذرات میکروسیلیس یک محصول ضایعاتی تلقی شده و دور ریخته می‌شدند. با این حال، در دهه 1950 محققان اروپایی شروع به بررسی کاربردهای احتمالی میکروسیلیس، از جمله استفاده از آن در ترکیب با سیمان پرتلند کردند.
میکروسلیس از چه نوع ترکیبات فیزیکی و شیمیایی تشکیل شده است؟
ویژگی‌های فیزیکی میکروسیلیس نسبت به اجزای استاندارد بتن کاملا متفاوت است، اما ترکیب شیمیایی آن تقریبا مشابه با بتن است. میکروسیلیس یک ذره بسیار ریز با قطر متوسط 100 برابر ریزتر از ذرات سیمان است. وزن مخصوص میکروسیلیس کم و در حدود 2.2 است؛ در مقابل وزن مخصوص سیمان پرتلند 3.15 می‌باشد.
از آنجا که میکروسیلیس یک ماده بسیار ریز است، تراکم خام آن نیز بسیار کم است و از 9 تا 25 پوند در فوت مکعب (144 تا 400 کیلوگرم در متر مکعب) متغیر است. در مقابل چگالی حجم سیمان خشک 94 پوند بر فوت (506 کیلوگرم در متر مکعب) است.
از طرفی ترکیب شیمیایی میکروسیلیس تقریبا دی اکسید سیلیکون (SiO2) است.
میکروسیلیس چگونه به بهبود بتن کمک می‌کند؟
میکروسیلیس بتن را از طریق دو مکانیزم اصلی یعنی واکنش اولیه پوزولانی و اثر میکروفیلر بهبود می‌بخشد.
واکنش اولیه پوزولانی در میکروسلیس چگونه به بهبود بتن کمک می‌کند؟
هنگامی که آب به هیدراتاسیون سیمان پرتلند اضافه می‌شود، در یک واکنش شیمیایی هیدرات سیلیکات کلسیم و هیدروکسید کلسیم تشکیل می‌شود.
هیدرات سیلیکات کلسیم تشکیل شده حالت چسبنده دارد که سیستم را در کنار هم نگه می‌دارد. هیدروکسید کلسیم ضعیف تر به عنوان چسبنده عمل نمی‌کند و می‌تواند تا یک چهارم حجم محصولات هیدراتاسیون را اشغال کند. علاوه بر این، هیدروکسید کلسیم می‌تواند با دی اکسید کربن ترکیب شود و یک نمک محلول به وجود آورد که از بتن تراوش می‌شود و می‌تواند باعث گل آذین گردد که این مسئله خود یک مشکل معماری آشنا است.
هنگامی که مقادیر زیادی هیدروکسید کلسیم وجود داشته باشد، بتن ممکن است در برابر حمله سولفات، حمله شیمیایی و واکنش های نامطلوب قلیایی، تجمع بیشتری داشته باشد.
میکروسیلیس پوزولانی با هیدروکسید کلسیم و آب واکنش نشان می‌دهد و ژل سیلیکات کلسیم را تولید می‌کند و در عین حال محتوای هیدروکسید کلسیم را کاهش می‌دهد. این چسبندگی اضافی اتصال درون ماتریس بتن را بهبود می‌بخشد و نفوذپذیری را کاهش می‌دهد، از سویی کاهش هیدروکسید کلسیم نیز دوام بتن را بهبود می‌بخشد.
اثر میکروفیلر میکروسلیس به چه صورت باعث بهبود بتن می‌شود؟
دومین مکانیزمی که میکروسیلیس از طریق آن باعث بهبود کیفیت بتن می‌شود، “اثر میکرو فیلر” است. اندازه اکثر ذرات سیلیکای متراکم حدود 15 صدم میکرومتر است، در حالی که اندازه ذرات سیمان پرتلند معمولی 15 میکرومتر است. به دلیل این رابطه در اندازه، برای هر دانه سیمان در مخلوطی که 10 درصد وزن کل سیمان، میکروسلیس استفاده شده باشد، بیش از 50 هزار ذره میکروسلیس وجود دارد.
ظرافت فوق العاده میکروسیلیس به آن اجازه می‌دهد تا حفره های میکروسکوپی بین ذرات سیمان را پر کند. اثر ریزپرکننده یا همان میکروفیلر به دلیل کاهش نفوذپذیری و بهبود پیوند خمیری در بتن میکروسیلیس در مقایسه با بتن معمولی است.
ملاحظات استقرار، تکمیل و عمل آوری بتن میکروسلیس کدامند؟
- کار با بتن میکروسیلیس کار سختی نیست؛ اما از آنجایی که برای کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد، باید دقت شود که از شیوه های بتن ریزی با کیفیت خوب پیروی گردد.
- با افزودن میکروسیلیس به مخلوط، نیاز بتن به آب افزایش می‌یابد. درست مانند سنگدانه‌ها، ذرات میکرو سیلیس کوچک‌تر اما دارای سطح بیشتری هستند و در نتیجه تقاضای آب را افزایش می‌دهند.
- یکی از روش های جبران این اثر، افزایش محتوای آب است. با این حال، این کار منجر به بتن با کیفیت پایین می‌شود. استفاده از فوق روان‌کننده‌ها یا کاهنده آب با برد بالا، همراه با میکروسیلیس تقریبا به طور جهانی توصیه می‌شود.
- یکی از بزرگ ترین تفاوت ها در استفاده از بتن میکروسیلیس در هنگام اتمام کار اتفاق می‌افتد. افزودن میکروسیلیس عملا آب جاری را از بین می‌برد و آن را نسبت به بتن معمولی در برابر ترک‌خوردگی پلاستیکی مستعدتر می‌کند.
- عمل‌آوری بتن باید بلافاصله پس از اتمام عملیات آغاز شود و می‌تواند شامل مه‌گرفتگی و قرار دادن روکش مرطوب بر روی سطح باشد. توجه دقیق به عمل آوری بتن ضروری است. بتن میکروسیلیس نیز مانند هر نوع بتن دیگری وقتی خوب پخته شود عملکرد بسیار بهتری خواهد داشت.
- افزودن میکروسیلیس می‌تواند بر رنگ بتن خمیری و سخت شده نیز تأثیر بگذارد. به طور معمول، بتن میکروسیلیس خاکستری تیره تر نسبت به بتن معمولی است و بسته به میزان استفاده از میکروسیلیس در مخلوط بتن تقریبا سیاه می‌شود. البته با گذشت زمان روشن یا سفید خواهد شد.
میزان میکروسیلیس در بتن چقدر باید باشد؟
میکروسیلیس معمولا در دوزهایی بر اساس وزن سیمان مشخص می‌شود. دوزها بسته به کاربرد و سطح حفاظت مورد نیاز متفاوت هستند و معمولا میزان میکروسلیس قابل استفاده در مخلوط بتن، بین 5 تا 15 درصد وزن سیمان متغیر است.
استفاده از میکروسلیس در بتن چه مزیت هایی دارد؟
به دلیل ماهیت پوزولانی و ظرافت فوق العاده میکروسیلیس، استفاده از آن در بتن می‌تواند بسیاری از خواص بتن را بهبود بخشد و طیف وسیعی از کاربردها را ارائه دهد. مزایای استفاده از آن عبارتند از:
افزایش چشمگیر قدرت بتن با استفاده از میکروسلیس
- مقاومت فشاری بتن آماده بین psi 10000 تا 20000 ( 70 تا 140 مگاپاسکال)
- قدرت خمشی بتن psi1500 تا 2000 (10 تا 14 مگاپاسکال)
کاهش قابل توجه نفوذپذیری و افزایش مقاومت بتن با میکروسلیس
- نتایج آزمایش نفوذپذیری سریع کلرید زیر 1000 کولن
- کاهش نفوذپذیری آب و گاز
- مقاومت بالا که حفاظت در برابر خوردگی را فراهم می‌کند
بهبود دوام و ماندگاری بتن با کمک میکروسلیس
- مقاومت بیشتر در برابر حمله شیمیایی تهاجمی
- مقاومت بهتر در برابر حمله سولفات
- بهبود مقاومت در برابر سایش و فرسایش هیدرولیکی
- مقاومت بهتر در برابر واکنش پذیری معدنی قلیایی
این مزایا بتن میکروسیلیس را برای کاربردهای متعددی مناسب می‌کند؛ از جمله: تیرها و ستون‌های ساختاری، پارکینگ‌ها، گاراژها و سازه‌های دریایی و اسلب کارخانه‌های شیمیایی و همچنین سرریزهای سدها.
منابع:
https://gcpat.com/en/solutions/products/tb-0709-force-10000-d-microsilica-and-its-uses-concrete
https://microsilicachina.com/how-microsilica-works-in-concrete/
