بخشی از مقاله
اثرات میکرو سیلیس بر ساختار و مشخصات مکانیکی سیمان تیپ1 و ارائه درصد بهینه آن در ساخت بتن
خلاصه
مقاله فوق نتایج حاصل از نمونه هاي ساخته شده با سیمان تیپ 1 فارس نو به ازاي درصد هاي مختلف میکروسیلیس و نمونه هاي شاهد می باشد که براي تعیین زمان گیرش و تغییرات آن از روش استاندارد ASTM C191-82 و براي تعیین مقاومت فشاري از روش ASTM C109-90 و نمونه هاي مکعبی 5 × 5 استفاده شده است. در این تحقیق تاثیر میکروسیلیس بر روي سیمان تیپ 1 مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که افزایش میکروسیلیس می تواند زمان گیرش این نوع سیمان را کاهش دهد. همچنین درصد هاي مختلف میکروسیلیس بر روي مقاومت این نوع سیمان در دو حالت استفاده و عدم استفاده فوق روان کننده، نشان از بهبود مقاومت دارد.
کلمات کلیدي: زمان گیرش، میکروسیلیس، مقاومت فشاري، فوق روان کننده، بتن با مقاومت بالا.
1. مقدمه
در حال حاضر هر جا که سخن از بتن و رسیدن به مقاومت بالا است ردپایی از سیلیس به چشم می خورد این ماده معدنی که به شکلهاي مختلف چه در سنگهاي معدنی و چه به صورت مواد افزودنی (پودرهاي میکروسیلیس، نانوسیلیس و ژل هاي ساخته شده از آنها (شکل(( 1 در طرح هاي اختلاط دیده می شود داراي قابلیت هاي زیر می باشد:
- افزایش دوام، مقاومت مکانیکی و تراکم بتن
- مقاومت در برابر حمله سولفاتها و یون کلر
- کاهش دهنده نفوذپذیري و آب بند کننده
شکل– 1 الف: نماي ظاهري پودر میکروسیلیس ب: نماي ظاهري ژل میکرو سیلیس
دي اکسید سیلیسیم( ( sio2 میکرونی فعال و غیر متبلور می باشد که حاصل از فرآیند تولید فروسیلیسیم در کوره هاي قوس الکتریکی است و محصولی است که در مخلوط بتن همانند سیمان پرتلند تولید باند هیدرولیک نموده و به افزایش مقاومت فشاري، طول عمر مفید بتن و کاهش نفوذپذیري کمک شایانی می نماید و به همین علت از میکروسیلیس در موارد زیر استفاده می گردد:
- بتن هاي سازه اي معمولی و مقاومت بالا
- بتن هاي در معرض خوردگی شدید
- سازه هاي بتنی آبی مانند سدها، کانالها، استخرها، مخازن و اسکله ها
- قطعات بتنی پیش ساخته و پیش تنیده
- شاتکریت و ملاتهاي تعمیراتی
- کف سازي و نما سازي
همچنین محصولات نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که داراي گولهاي شکل بوده و با قطر کمتر از 100nm بصورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول، قابل انتشار میباشند، که مایع آن معمولترین نوع محلول نانوسیلیس می باشد. آزمایشات نشان داده اند که واکنش مواد نانو سیلیس ( Colloidal Silica ) با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکرو سیلیکا بسیار سریع تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزالانی مقدار بسیار بالاي میکرو سیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد.(شکل(2
شکل - 2 الف: نماي ذرات میکروسیلیس ب: نماي ذرات نانوسیلیس
2. هیدراتاسیون سیمان
در طی فرآیند هیدراتاسیون سیمان، سیلیکاتها و آلومیناتهاي سیمان هیدراته شده و به تدریج سخت می شوند که مهم ترین آنها C2S و C3S می باشند که مقاومت سیمان هیدراته شده به آنها بستگی دارد . در حقیقت حضور C3A در سیمان سودمند نیست و نقشی در مقاومت سیمان، بجز کمی در سن اولیه نداشته و بعد از سخت شدن سیمان، در معرض حمله سولفاتها با تشکیل سولفوآلومینات کلسیم سبب خرابی و فساد آن می گردد. C4AF که به میزان کمی در سیمان بوجود می آید در مقابل سه ترکیب اصلی دیگر نقش عمده اي در خواص سیمان ندارد ولی در ترکیب با سنگ گچ سیمان، سولفوفریت کلسیم تشکیل می دهد که هیدراتاسیون سیلیکاتها را تسریع می کند.
اما در هنگام اضافه کردن میکروسیلیکا به مصالح بتن، افزودنی میکروسیلیکا جایگزین بخشی از سیمان در مخلوط خشک بتن یا ملات می شود و Sio2 فعال آن در بتن سخت شده، با هیدروکسید کلسیم Ca(oH)2 آزاد محلول موجود در منافذ مویینه ساختار بتن ترکیب شده و تولید کریستالهاي سیلیکات نامحلول می کند و موجب تراکم ساختار خمیر سیمان، کاهش نفوذپذیري و افزایش مقاومت بتن می شود. البته باید توجه داشت که به علت سطح مخصوص زیاد این مصالح می بایست از یک روان کننده یا فوق روان کننده استفاده گردد.
3. روش آزمایش و مصالح مصرفی
در این آزمایش زمان گیرش سیمان از روش ASTM C191-82 تعیین می گردد بطوري که ابتدا سیمان بدون میکروسیلیس و سپس از سیمان و درصد هاي مختلف میکروسیلیس مطابق جدول 1 با داشتن میزان آب ثابت، براي ساخت نمونه و بدون روان کننده استفاده گردید.
جدول :1 مصالح مصرفی در آزمایش زمان گیرش سیمان
همچنین براي تعیین مقاومت سیمان از روش ASTM C109-90 و نمونه هاي مکعبی 5×5×5 به ازاي درصد هاي مختلف میکروسیلیس مطابق جدول 2 استفاده شد. نکته قابل توجه این است که مقدار مصالح سیمانی و نسبت آب به مصالح سیمانی ثابت در نظر گرفته شده است.
جدول :2 مصالح مصرفی در آزمایش مقاومت سیمان
در حالت بعد مطابق جدول 3 از میکروسیلیس به همراه فوق روان کننده نرمال (کربوکسیلات ( P116A استفاده شده است.
جدول :3 مصالح مصرفی در آزمایش مقاومت سیمان
4. محاسبات و نتایج
. 1 -4 زمان گیرش سیمان
با استفاده از دستگاه ویکات و تغییر میزان میکروسیلیس در نمونه ها مطابق جدول 1 زمان گیرش سیمان هر 15 دقیقه ثبت گردید (شکل (3 که این بازه زمانی، در لحظات پایانی گیرش با توجه به سرعت گیرش و جهت ثبت مقادیر نفوذ دقیق تر سوزن به 5 دقیقه کاهش یافت. همانطور که نمودارهاي شکل4، 5 و 6 نشان می دهند زمان گیرش سیمان با افزایش میکروسیلیس کاهش می یابد.
شکل: 3 آزمایش تعیین زمان گیرش سیمان توسط دستگاه ویکات
شکل: 4 نتایج بدست آمده براي زمان گیرش سیمان بدون میکروسیلیس
در شکلهاي 4 ، 5 و6 نتایج حاصل از نفوذ سوزن ویکات و گیرش سیمان به ازاي درصدهاي مختلف میکروسیلیس ترسیم شده است. زمان شروع گیرش با افزایش میکروسیلیس بخصوص براي درصد هاي بالاي %5 قابل توجه می باشد. البته این زمان براي مقادیر کمتر از %5 چون یک نوع جایگزینی بین سیمان و میکرو سیلیس اتفاق می افتد قابل قیاس نمی باشد.
شکل: 5 نتایج بدست آمده براي زمان گیرش سیمان با %5 و %7/5 درصد میکروسیلیس
شکل: 6 نتایج بدست آمده براي زمان گیرش سیمان با %10 و %12/5 درصد میکروسیلیس
