بخشی از مقاله
چکیده
در سال های اخیر مطالعات زیادی بر روی نانو ذرات سیلیس انجام شده است، با این هدف که بتوان با استفاده از این ماده، مشخصات بتن را بیش از پیش بهبود بخشید. استفاده از نانو سیلیس ویژگی های مکانیکی و دوامی بتن را بهبود بخشیده و با افزایش عمر مفید سازه ها، کاهش آلودگی های زیست محیطی را بدنبال داشته و دستیابی به توسعه پایدار را تسهیل مینماید.
در پژوهش حاضر، به بررسی بکار گیری ذرات نانو سیلیس کلوئیدی با سطوح ویژه 100 و - m2 /g - 300، بر ویژگی های دوامی ملات سیمان پرداخته شده است. بدین منظور با انجام آزمایش های مختلف دوامی شامل مقاومت الکتریکی در سنین عمل آوری 3، 7، 28 و 56 روز، نفوذ پذیری تسریع شده یون کلر در سنین عمل آوری 28 و 56 روز و آزمون جذب آب در سن 28 روز، رفتار این نوع ذرات مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می دهد نانو سیلیس با سطح ویژه کمتر، عملکرد بهتری در افزایش مقاومت الکتریکی و کلریدی و نیز کاهش جذب آب در مقایسه با نانو سیلیس ریز تر دارد.
مقدمه
خوردگی میلگرد ناشی از کلرید یک نگرانی بزرگ برای سازه های بتن مسلح در محیط های کلریدی می باشد. در محلول قلیایی بتن، یک لایه اکسید غیر قابل نفوذ شکل می گیرد و به سطح فلز می چسبد. این فیلم پایدار بوده و فلز را از خوردگی باز می دارد. به خوبی مستند است که در حضور مقدار کافی یون های کلرید، این لایه بازدارنده تخریب شده و خوردگی آغاز می شود.
بنابر این خطر خوردگی ناشی از کلرید به آسانی با مهاجرت یون کلر از طریق خمیر سیمان افزایش می یابد. خوردگی فلز در بتن یک پروسه الکترو شیمیایی است.
پیشرفت خوردگی تحت تاثیر مقاومت بتن بین آند و کاتد است. به عبارت دیگر مقاومت الکتریکی یک فاکتور قطعی در کنترل میزان خوردگی فلز می باشد
اساسا مقاومت الکتریکی و کلریدی بتن، به ساختار خلل و فرج بتن مربوط می شود. یک ساختمان میکروسکوپی متراکم تر می تواند مقاومت الکتریکی و کلریدی بالایی را برای بتن فراهم کند. افزودنی های پوزولانی مانند دوده سیلیس می توانند یک ساختمان میکروسکوپی چگال تر، نا پیوسته تر و پیچ و خم دار را با استفاده از واکنش های پوزولانی ایجاد کنند. در نتیجه این مواد می توانند بطور قابل ملاحظه ای مقاومت الکتریکی بتن و نیز مقاومت در برابر نفوذ یون کلر را افزایش دهند. در این خصوص، عملکرد دوده سیلیس در افزایش این ویژگی ها محقق شده است
تشابهات ساختاری مواد نانو سیلیس غیر بلوری با دوده سیلیس به تلاشی چشمگیر در بررسی تاثیر نانو سیلیس بر ویژگی های مخلوط های سیمانی منجر شده است. در سال های اخیر مطالعاتی تاثیر نانو سیلیس را بر مقاومت کلریدی بتن بررسی کرده اند.
Zhang و [19] Islam و Zhang و همکارانش [20]، مشاهده کرده اند که شار عبوری از بتن های حاوی خاکستر بادی و سرباره با %2 پودر سیلیس و با سطح ویژه 200 m2/g و اندازه ذرات 12 نانو متر، کمتر از شار عبوری از بتن حاوی خاکستر بادی و سرباره در سن 28 روز می باشد. Ozyilsirim و [21] Zedetosky ، بیان کردند با جایگزینی %3 ذرات نانو سیلیس با اندازه ذرات 22 نانو متر، شار عبوری از بتن در حدود %45 در مقایسه با بتن کنترل در سن 28 روز کاهش می یابد.
نانو سیلیس ها انواع مختلفی دارند و نیز دارای سطوح ویژه متفاوتی هستند. قابل ذکر است که نانو سیلیس ها می توانند به روش های متنوعی تولید شوند و لذا ویژگی های متفاوتی را بدست می دهند. نانو سیلیس ها می تولنند با سطوح ویژه متفاوت در گستره 50 m 2/g تا 1000 m2/g تولید شوند. بنابر این مطالعات و تحقیقات گسترده ای در زمینه بررسی تاثیر انواع نانو سیلیس ها بر ویژگی های بتن مورد نیاز است.[22] به دلیل تفاوت های موجود بین ویژگی های سطح نانو سیلیس، برای مثال یک نانو سیلیس با سطح ویژه 50 نمی تواند مانند یک نانو سیلیس با سطح ویژه 670 در مخلوط های سیمانی عمل کند
با توجه به مطالب عنوان شده در بالا، هدف از انجام پژوهش پیش رو بررسی تاثیر نانو سیلیس با سطوح ویژه مختلف بر ویژگی های دوامی ملات سیمان می باشد. لذا در راستای این هدف، آزمایش های مقاومت الکتریکی، نفوذ تسریع شده یون کلر - - RCPT و جذب آب بر روی نمونه های حاوی نانو ذرات سیلیس کلوئیدی انجام شده است.
برنامه آزمایشگاهی مواد و مصالح مورد استفاده
آب مورد استفاده برای ساخت نمونه ها، آب شرب گرمسار بود و برای انجام آزمایش نفوذ تسریع شده یون کلر از آب مقطر استفاده شد. سیمان مصرفی در این پژوهش با رده مقاومتی 25 مگا پاسکال از شرکت سیمان مشهد تهیه گردید. سیمان مصرفی به صورت کیسه های 40 کیلویی استفاده شد که به منظور حصول اطمینان از سیمانی همگن، محتویات تمام کیسه ها با یکدیگر ترکیب شدند.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی سیمان مصرفی در جداول 1 و 2 آورده شده است. فوق روان کننده بر پایه پلی کربوکسیلات با خاصیت کاهندگی آب بالا، مطابق با استاندارد ASTM C 494 [24] به منظور دستیابی به روانی مناسب در این پژوهش به کار گرفته شد. ماسه مصرفی از شرکت متوساک واقع در غرب تهران تهیه شد. این مصالح دارای وزن مخصوص 2/63 ، جذب آب 2/59 و مدول نرمی 3/17 می باشد. دانه بندی ماسه مصرفی الزامات استاندارد [25] ASTM C 33 را بر آورده می کند. نانوسیلیس های به کار گرفته شده با نام تجاری Levisal، از نوع کلوئیدی با دو سطح ویژه مختلف می باشند. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی این مواد نیز در جدول 3 ارائه گردیده است.
جدول :1 خصوصیات شیمیایی سیمان مصرفی
جدول :2 خصوصیات فیزیکی سیمان مصرفی
جدول :3 ویژگی های فیزیکی و شیمیایی نانو سیلیس های کلوئیدی به کار رفته در پژوهش
طرح مخلوط های ملات
برای بررسی اهداف مورد نظر پژوهش، 3 طرح، شامل یک طرح کنترل و 2 طرح حاوی نانو سیلیس نوع - Levisal 100 - 1 و نانو سیلیس نوع - Levisal 300 - 3، ساخته و مورد آزمایش های دوامی واقع شده اند. نسبت آب به سیمانی که برای طرح ها در نظر گرفته شد 0/4 می باشد. از نانو سیلیس در نسبت جایگزینی 1/ 5 درصد وزنی سیمان برای ساخت این مخلوط های دو جزئی استفاده شده است . مقدار آب اشباع با سطح خشک، برای تمام طرح ها مقدار ثابت 25 گرم و بر اساس اطلاعات داده شده در جدول 4، مقدار ماسه برای تمام طرح ها برابر 1550 گرم می باشد. مطابق جدول 4 طرح کنترل که شماره 1 به آن اختصاص داده شده است، تنها شامل آب، سیمان و ماسه است و فاقد نانو سیلیس می باشد.
طرح های 2 و 3، طرح های دو جزئی هستند که در آن ها تاثیر جایگزینی 1/5 درصد نانو ذرات سیلیس نوع 1 و 3 بر خواص دوامی ملات های سیمانی ساخته شده، مورد بررسی قرار گرفته شده است. در جدول 4، مقادیر اجزاء طرح های ساخته شده ارائه شده است. همچنین به منظور ثابت نگه داشتن نسبت آب به مواد سیمانی در مقدار 0/4، از مقادیر مختلف فوق روان کننده جهت دستیابی به کارایی مطلوب، استفاده گردیده است.
در جدول 5، می توان درصد فوق روان کننده ای که برای هر طرح مورد استفاده قرار گرفته است را مشاهده نمود. مقدار فوق روان کننده مصرفی را می توان به عنوان شاخصی از تاثیر کاربرد مواد مکمل سیمانی بر نیاز آبی ملات در نظر گرفت. با توجه به نتایج ارائه شده در جدول 5، مصرف فوق روان کننده در مقایسه با مخلوط کنترل با کاربرد نانو سیلیس افزایش می یابد که این افزایش در مخلوط حاوی نانو سیلیس نوع 3 بیشتر می باشد.
جدول :4 مقادیر اجزاء مخلوط های ساخته شده
جدول :5 درصد فوق روان کننده های مخلوط ها
