بخشی از مقاله
بررسي فضاهاي خالي بتن و استفاده از پوزولانهاي سيليسي در کاهش نفوذپذيري بتن
چکيده
براي بتن هاي با نسبت اختلاط مناسب که کاملاً هيدراته شدهاند، حداقل ميزان فضاي خالي حدود ده درصد است .
خمير سيمان که بعداً به حالت جامد در مي ايد حاوي بخش اعظمي از اين فضاي خالي است به نحوي که مقدار آن حداقل ٢٨ درصد کل فضاهاي خالي بتن است . بزرگي اين فضاها در خمير سيمان هيدراته شده در ابعاد ميکروسکوپي است ولي مولکول هاي آب ميتوانند از آ ها عبور کرده و به خمير سيمان نفوذ نمايند. بنابراين ، بهترين بتن ها هم تحت تأثير نفوذ آب واقع ميشونند، کرچه به ميزان آب نفوذي بسيار اندک. تحقيقات نشان ميدهد که با افزودن ميکروسيليس به بتن ، که داراي فعاليت پوزولاني بسيار شديد است و بيش از ٨٥ درصد سيليس بلوري نشده دارد، باعث افزايش پايايي بتن از طريق کاهش نفوذپذيري آن مي شود. با اين نگرش که مواد سيليسي باعث کاهش نفوذپذيري و در نتيجه باعث افزايش پايايي بتن ميشوند در اين مقاله به بررسي تأتيرنانو سيليس روي کاهش نفوذپذيري بتن پرداخته شده است که نشان داده خواهد شد به علت فعاليت بسيار شديد پوزولاني نانو سيليس ، کاهش نفوذپذيري را براي بتن هاي حاوي اين ماده خواهيم داشت .
کلمات کليدي : نانو سيليس ، نفودپذيري ، ميکروسيليس ، منافذ بتن
١. مقدمه
نفوذپذيري بتن عبارتاست از مجموعه منافذ در داخل انبوه خمير سخت شده سيمان و همچنين در منطقه فصل مشترک بين خمير سيمان و سنگدانه ها (ناحيه انتقال) و ريز ترکهاي ناحيه انتقال . نفوذناپذيري بتن در اب ، اکسيژن، دياکسيدکربن و ساير مواد مضر از مشخصه هاي اصلي مؤثر بر پايايي بتن است .
نفوذپذيري بتن تحت تأثير مواد تشکيل دهنده و روش هاي ساخت آن قرار ميگيرد. منافذ مرتبط با نفوذپذيري، منافذي هستند که قطرآن ها حداقل ١٢٠ الي ١٦٠ نانومتر باشد، اين منافذ بايد پيوسته باشند، منافذ سنگدانه ها معمولاً ناپيوسته هستند و از طرفي با خمير سيمان احاطه شده اند، بطوري که منافذ سنگدان ها معمولاً سهمي در نفوذپذيري بتن ندارد.
قابليت نفوذپذيري بتن مثل هر ماده ديگر، تابع مقدار فضاهاي خالي آن نيست ، بلکه اين خاصيت ، بيشترتابع اندازه، نحوه توزيع و پيوستگي اين فضاها مي باشد.
براي افزايش پايايي بتن بايد نفوذپذيري ان را با رعايت موارد زير تقليل داد :
١- استفاده از سيمان مناسب
٢- بهينه سازي عيار سيمان
٣- انتخاب صحيح و مناسب نسبت هاي اختلاط بتن
٤- استفاده از افزودنيهاي شيميايي مانند: روان کنندها ، موادحباب زا و...
٥- کاهش و محدود نمودن نسبت اب به مواد سيماني(سيمان و پوزولان و موادشبه سيماني)
٦- تأمين حداکثر تراکم با وسايل و روشهاي مناسب
٧- عمل اوري دقيق و کافي با روش هاي مناسب .
بطور کلي انچه در اين مقاله به ان پرداخته شده است بررسي اثرات بر روي نفوذپذيري بتن با اضافه کردن نانو سيليس به بتن معمولي ميباشد، که در قسمت هاي بعدي به ان اشاره مي شود.
٢.فضاهاي خالي در بتن
در داخل بتن چهار نوع فضا وجود دارد که عبارتند از :
١- فضاهاي محتوي هوا که در موقع مخلوط کردن و جا دادن بتن در آن تشکيل ميگردد يا عمداً از افزودن مواد هوازا به مقدار ٢ تا ٦ درصد به شکل هاي حباب هاي ريز درست ميشود تا خاصيت يخ زدن و اب شدن (Freez-Thaw) بتن را بهبود بخشد.
٢- فضاهاي ميکروسکپي بسيار ريز ژل که حاصل هيدراته شدن سيمان و شکل گرفتن ژل سيمان است .
٣- فضاهاي ميکروسکوپي بسيار ريز مويين که اساساً مربوط به هواي حل شده در اب مخلوط بتن است .
٤- فضاهاي با ابعاد مختلف که در دانه هاي مصالح سنگي سبک و طبيعي پيدا مي شود.
از ديگر فضاهاي داخلي که در اين مقاله ، مورد بحث قرار نمي گيرند، ميتوان از ترکهاي داخلي حاصل از تغييرات رطوبت و درجه حرارت ، فضاهاي به وجود امده در زير ذرات مصالح سنگي ناشي از اب آوري بتن به واسطه نسبت اب به سيمان بالا و فضاهاي لانه زنبوري شکل که به خاطر تراکم کم مخلوط بتن يا خشکي بيش از حد آن تشکيل ميشود، نام برد.
اگر از حجم فضاهاي خالي مصالح سنگي (خلل و فرج آنها) صرف نظر شود، يک بتن با کيفيت عالي در مراحل ابتدايي حاوي حجم فضايي در حدود ٢٠ تا ٢٥ درصد است که در مراحل تکميلي مقدار آن به ١٠ تا ١٥ درصد ميرسد و نيز امکان دارد که اين مقدار از ١٠ درصد کمتر شود. بنابراين در بتن فضاهاي خالي وجود دارد که امکان عبور آب از درون آنها و در نتيجه از داخل بتن را فراهم مي سازد.
٣. فضاهاي محتوي هوا
اندازه فضاهاي محتوي هوا که به صورت غير عمدي در بتن محبوس شدهاند در حدود چند ميليمتر است ، در حالي که قطر فضاهاي خالي محبوس شده عمدي از ٠.٠٧ تا ١ ميليمتر ( ٠.٠٥ تا ٠.٠٠٣ اينچ ) است که درون خمير سيمان بتن پخش شده اند.اين فضاها به صورت حباب هاي مجزا و منفرد هستند که با يکديگر مرتبط نمي باشند. گزارشهاي موجود حاکي از ان است که ازدياد نفوذپذيري به فضاي توليد شده عمدي بستگي ندارد. با افزودن مواد هوازا ميتوان از نسبت درصد آب به سيمان کاست ضمن اينکه کارايي بتن ثابت مي ماند. اين عمل در کاهش حجم فضاهاي مويين خمير سيمان بسيار مؤثر است .
ذرات مخلوط خمير سيمان تازه به علت دفع نيروهاي الکترواستاتيکي، تقريباً به طور يکنواخت توزيع مي گردد. زماني که اب خمير سيمان از بين برود، فضاهاي منفذي به يکديگر متصل شده و تشکيل فضاهاي مويين را ميدهند که قطر آن ها بين ٣-١٠×١٣ – ٦-١٠×٨ متغير است . حجم فضاهاي مويين در خمير سيمان بانسبت آب به سيمان ٠٤=w.c تقريباً برابر با ٥٦ درصد کل خمير خواهد بود.
زماني که خمير سيمان تازه مخلوط ميشود، تمام فضاهاي آن به صورت مويين اند و وقتي که سيمان هيدراته مي شود، فضاهاي مربوط به ژل نيز تشکيل مي گردند. هر دانه سيمان با آب واکنش انجام داده و ژل کلسيم سيليکات هيدراته را تشکيل ميدهد و اين ترکيب ، سيمان هيدراته نشده را احاطه مي کند. با گذشت زمان، زنجير هاي مولکولي به صورت الياف خيلي ريز در ژل سيمان ظاهر مي گردند.فضاهاي بين الياف ريز به نام فضاهاي ژل موسومند.
بعد از اينکه دانه هاي سيمان به طور کامل هيدراته شدند، ژل حاصله به دليل اضافه حجم ، فضاي بيشتري را لازم دارد که مقدار آن ٦٠ درصد بيشتر از فضاهاي اوليه دانه هاي سيمان است . در نتيجه اين عمل ، انبساط به درون فضاهاي مويين کشيده مي شود. بنابراين ، با هيدراته شدن سيمان از حجم فضاهاي مويين کاسته شده، در حالي که به حجم فضاهاي ژل اضافه ميگردد.نتيجه اين جابجايي سودمند به کاهش نفوذپذيري منتهي خواهد شد زيرا فضاهاي ژل بسيار کوچک اند و قطرآنها از ٧-١٠*١ تا ٦-١٠*٨ ميليمتر در تغيير است .
در آزمايش هاي نفوذپذيري يک تغيير ناگهاني در ميزان نفوذپذيري موقعي مشاهده مي شود که تشکيل ژل سيمان، فضاهاي مويين را به شدت تحت تأثير قرار داده و باعث مسدود شدن آن ها گردد يا به عبارت ديگر تشکيل مويينگي به طور نا پيوسته عمل نمايد.زمان لازم براي تحقق اين شرايط را براي خميرهاي سيمان با نسبت هاي آب به سيمان برابر با ٠.٤ ، ٠.٥ ، ٠.٦ ، ٠.٧ به ترتيب حدود ٣ روز ، ١٤ روز ، ٦ ماه و يک سال تخمين زده اند. بنابراين ، در بتن هاي با کيفيت عالي که نسبت ٠.٤٥ - ٠٤=w.c رعايت ميشود، ميزان نفوذپذيري حتي در زما هاي کوتاه مدت نيز اندک است .
٤. خلل و فرج موجود در مصالح سنگي بتن
ميدانيم که مصالح سنگي حدود ٧٥ درصد حجم بتن را اشغال ميکند. فضاي منفذي مجاز در مصالح سنگي طبيعي ميتواند حجمي در حدود صفر تا ٢٠ درصد آن را داشته باشد که معمولاً اين مقدار در حدود صفر تا ٥ درصد مشاهده شده است . اندازه منافذ نسبتاً بزگ است زيرا قابليت نفوذ آن عيناً شبيه خمير سيماني است که حجم فضاي آن ٥٠ درصد باشد.حجم فضاي خالي (خلل و فرج) مصالح سنگي سبک وزن، زياد و مرتبط به هم است که مقدار آن از ٣٠ درصد تا ٦٠ درصد متغير است ، به طوري که در مقابل حرکت يا نفوذپذيري آب مقاومت کمي از خود نشان مي دهد.
لايه اي که خمير سيمان به دور مصالح سنگي ايجاد مي کند باعث نفوذناپذيري مصالح مي شود که همين امر نشان دهنده اين است که مصالح سنگي در غير قابل نفوذ نمودن بتن ، نقشي بازي نمي کنند.
٥. نانو سيليس و نفوذ پذيري بتن
