بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به اهمیت حفظ منابع آب و توزیع بهینه آن و همچنین افزایش سطح رفاه جوامع و توسعه سازههای تفریحی و خدماتی آبی و در نتیجه آن ساخت سازههای گوناگون در تماس با آب تحت فشار شامل مخازن، تونلها، استخرها و ... افزایش روز افزونی یافته است. همچنین به دلیل هزینههای بسیار بالای آببندی سازهها پس از اجرا، موضوع آببند ساختن حجم بتن تولیدی مورد توجه ویژهای قرار گرفته است. جهت تولید بتن آب بند مواردی مانند نسبت آب به مواد سیمانی، عیار مواد سیمانی، کیفیت مصالح مصرفی، طرح اختلاط مناسب، استفاده از پوزولان و مواد افزودنی آب بند کننده و البته اجرای مناسب بتن اهمیت فراوانی دارد.
در این پژوهش با توجه به اینکه در بسیاری از پروژههای کشور، بتن در شرایط بتن آماده استفاده میگردد، شرایط این نوع بتن درنظر گرفته شده است و 5 طرح اختلاط شامل یک طرح شاهد و 4 طرح حاوی دوغاب میکروسیلیس در نسبتهای مصرف وزنی سیمان برابر 6، 10، 14 و 20 درصد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دهنده کاهش موثر عمق نفوذ آب در درصدهای 10، 14 و 20 درصد بوده و همچنین تغییر چندانی از درصد 10 تا 20 نداشتهایم و همچنین در درصد مصرفی 6 درصد، عمق نفوذ به طور موثری کم نشده و نسبت به درصد مصرف 10 درصد اختلاف زیادی دارد.
همچنین با توجه به عدم کاهش آب اختلاط، به میزان آب حاوی دوغاب به دلیل شبیه سازی شرایط بتن آماده، نسبتهای آب به سیمان طرحهای حاوی دوغاب بالاتر بوده است ولی مقاومت فشاری در طرحهای 10، 14 و 20 بیشتر و یا برابر شاهد بوده که این امر نشان دهنده این است که کاهش مقاومت حاصل از افزایش نسبت آب به سیمان را دوغاب میکروسیلیس جبران میکند، ولی در درصد مصرفی 6 درصد این موضوع دیده نشده است.
واژههای کلیدی: دوغاب میکروسیلیس، بتن، نفوذ، مقاومت فشاری
مقدمه
امروزه موضوع آببندی حجم بتنهای تولیدی یکی از مسائل مهم در صنعت ساخت و ساز میباشد. با توجه به اینکه آببندی پس از اجرای بتن امری بسیار هزینه بر میباشد و مواد بسیار گوناگونی برای ایجاد آببندی حجمی در بتن در دنیا ابداع و مصرف میگردد، مطالعات بیشتر روی این مواد امری ضروری میباشد. در این تحقیق با توجه به استفاده زیاد محصولات حاوی میکروسیلیس در بازار ایران، به بررسی تاثیر دوغاب میکروسیلیس پرداخته شده است. همچنین با توجه به اینکه در بازار ساخت و ساز ایران بیشتر از افزودنیهای بتن در شرایط بتن آماده استفاده میگردد - افزودنی بتن به تراک بتن آماده اضافه میگردد - ، شرایط این بتن درنظر گرفته شده است.
تحقیقات گذشته نشان میدهد میکروسیلیس مشابه با انواع دیگر پوزولانها منجر به ایجاد ساختاری با حفرههای ریزتر و کوچکتر شدن فصل مشترک سنگدانه و سیمان گشته که در نهایت باعث کاهش نفوذپذیری بتن و همچنین بهبود خواص مکانیکی شامل مقاومت فشاری بتن میگردد.
میکروسیلیس یک محصول مصنوعی و فرعی حاصل از کورههای قوس الکتریکی در جریان تولید فلز سیلیسیم یا آلیاژهای سیلیسیم بخصوص آلیاژهای فروسیلیس نیز میباشد. این ماده با داشتن بیش از 80 درصد سیلیس با حالت غیر کریستالی و به شکل ذرات بینهایت ریز با قطر متوسط 0/1 میکرون یک ماده پوزولانی قوی است میکروسیلیس یک ماده پوزولانی و بسیار واکنش پذیر به دلیل نرمی زیاد و مقدار زیاد دی اکسید سیلیکون غیر متبلور موجود در آن است.
مکانیسم میکروسیلیس در بتن می تواند اساسا تحت سه نقش توضیح داده میشود : - 1 - ریز ساختن اندازه منافذ و متراکم سازی ماتریس، - 2 - واکنش با آهک آزاد و - 3 - ریز سازی سطح مشترک بین خمیر سیمان و سنگدانه .در بتن ویژگیهای فصل مشترک بین ذرات سنگدانه و خمیر سیمان نقش مهمی در پیوند خمیر سیمان و سنگدانهها دارد. میکروسیلیس اضافه شده ضخامت فاز انتقال در ملات و درجه جهت گیری کریستالهای CH در آن را تحت تاثیر قرار می-دهد. ضخامت در مقایسه با ملات فقط شامل سیمان پرتلند معمولی کاهش مییابد و درجه جهتگیری کریستالهای CH در فاز انتقال با اضافه کردن میکروسیلیس کاهش مییابد. بنابراین خواص مکانیکی و دوام بتن به دلیل افزایش مقاومت سطحی یا باند بهبود مییابد.
برخی از مزایای استفاده از میکروسیلیس عبارتند از: مقاومت فشاری بالا در اوایل عمر بتن، مقاومت کششی و خمشی و مدول الاستیسیته بالا، افزایش سختی، پیوستگی بالا، بالا بردن دوام بتن، نفوذپذیری بسیار کم در برابر نفوذ کلرید و آب، افزایش مقاومت در برابر سایش، مقاومت نسبت به حمله شیمیایی کلریدها، اسیدها، نیتراتها و سولفاتها و مقاومت الکتریکی بالا و نفوذ پذیری کم .[8]
به طور کلی میکروسیلیس به سه صورت پودر خشک، ژل و دوغاب میکروسیلیس در پروژهها مورد مصرف قرار میگیرد که با توجه به مشکلات ایمنی و عدم پخش شدگی مناسب پودر خشک در بتن برای غلبه بر این مشکلات، 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 میکند که قابلیت استفاده آن در بتن از بین میرود. استفاده از دیسپرس کنندههای سیمان نظیر پلینفتالن سولفوناتها و پلی کربوکسیلاتها در ابتدا مورد توجه قرار گرفته است. کارائی پائین در پخشکنندگی میکروسیلیس توسط این مواد روانکننده، باعث میشود که دوغاب تولید شده در مقادیر درصد جامد بالای %40 در مدت زمان کوتاهی افزایش ویسکوزیته بالائی پیدا کندکه 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 گستردهای از روانی را ایجاد میکند که خارج از کنترل طراح بتن می باشد و از آنجا که متغیر اصلی درصد پودر میکروسیلیس میباشد، این نقیصه تا حدی آزار دهنده میباشد. در درصدهای پائین مصرف ژل، روانی بتن کم بوده و نیاز به یک روانکننده کمکی میباشد. در این حالت روانکننده جدید میتواند باعث ایجاد کمپلکس با روانکننده ژل میکروسیلیس شود. در مقادیر مصرف بالای ژل میکروسیلیس نیز گاهاً افزایش روانی بیش از اندازه ایجاد می شود که این نیز میتواند برای اجرا مشکل ساز باشد در جمع، استفاده از ژل میکروسیلیس، علاوه بر داشتن ویسکوزیته بالا، مسئله کمپلکس روانکننده را نیز همزمان دارد. ضمن اینکه توان این روان کنندهها نیز برای جدا سازی ذرات میکروسیلیس بالنسبه پائین میباشد.
مطالعه بر روی دیسپرس کننده های مؤثرتر، منتج به موادی متفاوت از روانکننده 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 میبرند و توانایی ایجاد سوسپانسیونی پایدار از آب و میکروسیلیس در درصدهای خشک بالا را دارند که به این دسته محصولات، دوغاب میکروسیلیس گفته میشود. این محصولاتکاملاً روان و با درصد پودر میکروسیلیس بیشتر نسبت به ژل میکروسیلیس بوده و پخش شوندگی ذرات آن بسیار بهبود یافته است. علاوه بر آن، این پخشکننده هیچگونه کمپلکسی با روانکنندههای بتن ایجاد نکرده و هر نوع روانکنندهای میتواند در کنار این دوغاب به مصرف برسد.
-2 تأثیر میکروسیلیس بر نفوذپذیری بتن بر اساس مطالعات انجام شده اثر میکروسیلیس مشابه با انواع دیگر پوزولانها منجر به ایجاد ساختاری با حفرههای ریزتر و کوچکتر شدن فصل مشترک سنگدانه و سیمان میگردد که در نهایت باعث کاهش نفوذپذیری میگردد. به طور کلی نفوذپذیری بتن، تابع مقدار تخلخل و توزیع اندازه منافذ در محیط بتن است. منافذ بزرگتر از 0/1 میکرون در میزان نفوذپذیری تأثیر بسزایی دارد. در مورد اثر میکروسیلیس در ساختار منافذ، گاه نتایج متناقضی دیده میشود، ولی اکثر محققان اظهار میدارند که با افزودن میکروسیلیس به بتن منافذ کوچکتر خواهند شد. تحقیقات متعددی نشان داده است که نفوذپذیری بتن معمولی در برابر کلر حدود 20 برابر بتن میکروسیلیسی است .
Igarashi و همکاران - 2005 - به ارزیابی تخلخل مویرگی و توزیع اندازه منافذ در بتن با مقاومت بالا حاوی 10 درصد میکروسیلیس در سنین اولیه پرداختند. آنها به این نتیجه رسیدند که بتن حاوی میکروسیلیس کمتر منافذ درشت کمتری نسبت به بتن های معمولی، حتی در سنین اولیه از 12 و 24 ساعت دارد . با مطالعه اثر میکروسیلیس 5 - و 10 درصد جایگزینی - بر روی تخلخل مخلوط بتن، کاهش تخلخل با سن به دلیل اضافه کردن میکروسیلیس را مشاهده کردند.
به مطالعه اثر میکروسیلیس و استایرن بوتادین لاتکس - SBR - در ساختار ناحیه انتقال سطحی - ITZ - بین خمیر پرتلند سیمان و سنگدانهها - بازالت - پرداخت. مشاهده شد که استفاده از 10 درصد میکروسیلیس، در رابطه با خمیر سیمان، باعث کاهش 36 درصدی در ضخامت ناحیه انتقال ماتریس سنگدانه نسبت به بتن شاهد میشود .
Song و همکاران - 2010 - در تحقیقات خودنشان دادند که نفوذپذیری بتن را میتوان با اضافه کردن میکروسیلیس که باعث ایجاد ساختار چگالتر بتن میشود، کاهش داد. نفوذپذیری بتن با جایگزینی میکروسیلیس تا 8 درصد به طور چشمگیری کاهش مییابد و همچنین نفوذپذیری تا زمانی که جایگزینی میکروسیلیس از 8 تا 12 درصد افزایش می یابد، نیز کاهش می دهند. با این حال، با جایگزینی بیش از 12 درصد میکروسیلیس نفوذپذیری افزایش یافته است. علاوه بر این نشان دادند نرمی میکروسیلیس نیز نقش عمدهای در نفوذ پذیری بتن حاوی میکروسیلیس دارد. اگر نرمی افزایش یابد، نفوذپذیری کاهش مییابد.
مشاهده کرد که گنجاندن میکروسیلیس 0 - تا 15 درصد به عنوان جایگزین سیمان - منجر به کاهش قابل توجهی در تخلخل در بتن میشود . با این حال، کاهش تخلخل تا درصد جایگزینی 10 درصد میکروسیلیس به صورت عمده مشاهده شد ولی در درصدهای بیشتر از 10 مقدار کاهش تخلخل ناچیز بود و یا حتی افزایش یافت .
البته لازم به ذکر است که کاهش نفوذپذیری بتن میکروسیلیسی در مقابل آب و اکسیژن کاملاً محرز نشده و گاه نتایج متناقضی در تحقیقات دیده می شود. شاید بتوان با اطمینان گفت که این ساختار شیمیایی بتن میکروسیلیسی است که باعث کاهش نفوذپذیری در برابر کلر میشود و فرضیهای که مکانیزم کاهش نفوذپذیری را تنها بر اساس ساختار فیزیکی - منافذ - توجیه میکند، چندان قابل اتکاء نباشد. برا این اساس، فرضیهای بیان میدارد که مقدار بعضی از یونها که باعث کاهش تحرک یونهای کلر در محیط بتن می شود، در خمیر سیمان میکروسیلیسی کمتر از خمیر سیمان معمولی است.
برنامه آزمایش
در این تحقیق مجموعا 5 طرح اختلاط مورد بررسی قرار گرفت که شامل یک طرح شاهد و 4 طرح حاوی دوغاب میکروسیلیس در درصدهای مصرف وزنی سیمان برابر 6، 10، 14 و 20 درصد مورد بررسی قرار گرفت. عیار سیمانی ثابت و برابر 350 کیلوگرم درنظر گرفته شد. نسبت آب به مواد سیمانی برای طرح شاهد 0/4 درنظر گرفته شد و دوغاب میکروسیلیس به این طرح شاهد در درصدهای مختلف اضافه شد که با توجه به اینکه دوغاب میکروسیلیس حاوی 50 درصد پودر میکروسیلیس و 50 درصد آب بوده است، نسبت آب به مواد سیمانی برای طرحهای با درصدهای مصرفی 6، 10، 14 و 20 برابر 0/42، 0/43، 0/44 و 0/45 بوده است. درواقع %50 از دوغاب میکروسیلیس اضافه شده به عنوان آب و %50 دیگر به عنوان مواد سیمانی درنظر گرفته شده است.
مصالح مصرفی
سیمان مصرف شده برای ساخت آزمونهها، سیمان پرتلند تیپ دو ساوه میباشد. مصالح سنگی درشتدانه مورد استفاده به صورت شکسته و آهکی و مصالح سنگی ریزدانه به صورت گرد گوشه و سیلیسی- آهکی میباشند.
