تاثير مواد افزودني در كيفيت و كارايي بتن

سوالات تحقيق:

در اين مقاله به منظور دستيابي به پوششي نسبتا" كامل راجع به افزودني ها سعي شده است از هر 2 نوع مواد معدني و شيميايي يك موردبا توجه به کاربرد بیشتر در کارگاه ها انتخاب گردد و اثرات مختلف آن بر  روي بتن اعم از مقاومت ، دوام و پایداری و تغییرات مربوط به تراوایی بتن مورد بررسي قرار گيرد.

روش تحقیق:

در این آزمایشات مقاومت فشاری بتن در حالتهای مختلف اختلاط و درصدهای مختلف میکروسیلیس  برروی نمودار رسم شده است. لازم به ذکر است که در هر قسمت مقدار فوق روان کننده  از روی آزمون خطا بدست آمده و با بررسی  نمودارها مقدار بهینه مورد استفاده قرار گرفته است.مقاومت فشاری بتن حاوی میکروسیلیس در درصدهای آب به چسبنده 25%،30%،35% و 45% اندازه گیری شده است.همچنین مقدار افت اسلامپ در درصدهای مختلف میکروسیلیس ودر بازه های زمانی گوناگون  بر روی نمودار آورده شده است.در آخر هم میزان تراوایی و نفوذپذیری بتن حاوی میکروسیلیس بررسی گشته و تاثیرات آن روی توزیع تخلخل در خمیر سیمان و نفوذپذیری کلر در بتن با درصد جایگزینی مختلف میکروسیلیس و شدت خوردگی در بازه های زمانی از نظر می گذرد.

نتیجه گیری:

نتايج بيانگر آن است كه جايگزين كردن 10% - 15% ميكروسيليس بجاي سيمان باعث بالا بردن مقاومت و كاهش تراوايي بتن مي شود كه ميتوان علت آنرا افزايش چسبندگي بتن تحت اثر ميكروسيليس نام برد . همچنين ميتوان راجع به فوق روان كننده ( افزودني شيميايي مدنظر ) اين موضوع را بيان نمود كه استفاده از آن در حد مطلوب سبب كاهش ميزان آب مصرفي و افزايش مقاومت در حد مطلوب ميگردد.

كلمات كليدي : فوق روان کننده، بتن ، میکروسیلیس ، نفوذپذیری ، کارایی ، مقاومت

مقدمه:

از گذشته تلاشهای زیادی  برای بهبود کیفیت و کارایی بتن انجام گرفته است.یکی از روش هایی که تاثیر مطلوبی روی ویژگیهای بتن می گذارد استفاده از مواد افزودنی است.بطور کلی افزودنی ماده ای است غیر از آب،سنگدانه،سیمان و الیاف که به عنوان اجزای بتن استفاده می شود.افزودنی در کنار طرح اختلاط خوب می تواند به بهبود خواص بتن کمک کند.در این مقاله سعی شده است که دو نمونه از افزودنی های پر کاربرد یعنی فوق روان کننده و میکروسیلیس مورد بررسی قرار گیرد تا بتوان از آنها به درستی و در شرایط مختلف در بتن سود برد.که تاثیرات مواد ذکر شده روی مقاومت،اسلامپ،تخلخل،نفوذ پذیری و خوردگی بتن بحث شده است.

متن اصلی:

در این قسمت تاثیرات فوق روان کننده و میکرو سیلیس روی بتن به بحث گذاشته خواهد شد.راجع به فوق روان کننده می توان گفت که این ماده هم اکنون به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.مهمترین تاثیر آن روی بتن، اثر آن روی خمیر سیمان است که باعث پراکندگی خمیر سیمان در بین اجزای بتن می شود.اضافه کردن فوق روان کننده باعث جذب بار منفی بر سطح ذرات سیمان و ایجاد نیروی دافعه بین ذرات می شود(1و2).پراکندگی در ذرات سیمان به جذب الکترواستاتیک ناشی از جذب گروههای بار منفی مربوط است و این دفع به مقدار جذب فوق روان کننده روی ذرات سیمان بستگی دارد(3) که هر چه جذب بیشتر باشد(4) بهتر است.اثر فوق باعث کاهش مقدار آب مصرفی در بتن می باشد.فوق روان کننده های قوی می توانند نسبت آب به چسبنده را تا 30% کاهش دهند.فوق روان کننده ها بطور کلی به چهار دسته تقسیم بندی می شوند:

APد)                MLSج)              SNF              ب) SMFالف)

فوق روان کننده نوع دال(اکریلیک) که اخیرا گسترس یافته است، به مقدار بیشتری سبب کاهش آب می شود.هر چند که قیمت آنها نسبت به بقیه گرانتر است.جدول(1) تفاوت قیمت های این 4 دسته را نشان می دهد.

عملکرد فوق روان کننده بدین صورت است که با خنثی سازی نیروی جاذبه سطح ذرات سیمان توسط پلیمر های آنیونی سبب پراکندگی ذرات سیمان می شود.این جدا شدگی به دفع الکتریکی ناشی از گروههای بار منفی ربط دارد(شکل 3)که توسط پتانسیل زتا قابل اندازه گیری است. هر چه پتانسیل زتا بیشتر باشد این کار بهتر صورت می گیرد .

این مکانیزم راجع به فوق روان کننده های اکریلیک قابل توجیه نیست(5و6 ).(شکل 3) نشان می دهد که پتانسیل زتا دلیل اصلی روانی ناشی از فوق روان کننده    است.(شکل 4)graft chainاکریلیک نیست(7) می توان گفت که عملکرد آنها بیشتر به دلیل حضور

حالت های اضافه کردن فوق روان کننده  هم بر عملکردشان بی تاثیر نیست و می توان گفت که افزایش سریع فوق روان کننده ها کارایی کمتری نسبت به افزایش با تاخیر آن دارد. که این عملکرد با توجه به توانایی فوق روان کننده در جذب به سطح آبدار و بی آب سیمان است(8)

افت اسلامپ یکی از دغدغه های مهمی است که در استفاده از بتن وجود دارد ولی این مشکل را نمی توان با توجه به روش اضافه کردن حل نمود.به خصوص مواقعی که بتن در هوای گرم حمل می شود حفظ اسلامپ اولیه ضروری است.بتن هایی که  پس از مدتی به آنها آب اضافه می شود افت کمتری دارند(9).با توجه به نمودار شکل 5 می بینیم که افت اسلامپ عمومی برای بتن های با فوق روان کننده بیشتر است،ولی در نسبت های پائین آب به سیمان بتن های با فوق روان کننده آب کمتری را از طریق تبخیر و واکنش های شیمیایی سیمان از دست می دهد و بهتر است که از فوق روان کننده استفاده شود.

در شکل (6)و(7) اثرات دو نوع فوق روان کننده را مشاهده می کنید که نشان می دهد فوق روان کننده های اکریلیک کارایی بهتری دارند.(10)

است)Ap یک نوع از فوق روان کنندهCAE)

بطور کلی برای استفاده از فوق روان کننده های اکریلیک که قیمت بالاتری نسبت به بقیه دارند سعی می شود که از اختلاط آنها با   نوع ارزانتری از فوق روان استفاده می شود که نتایج مطلوبی در پی دارد. MLS کننده ها به خصوص

در ارتباط با میکروسیلیس هم می توان گفت که یک ماده پوزولانی است و می تواند به بهبود خواص بتن کمک کند.نقش میکروسیلیس در بهبود خواص میکانیکی، دوام، و ... حائز اهمیت است(11).بطور کلی تاثیر مثبت میکروسیلیس در بتن به خاطر دو مکانیزم:

1)فعالیت پوزولانی بالا و کاهش هیدروکسید کلسیم حاصل از هیدراتاسیون سیمان با آب و افزایش تولید ژل

2)نرمی زیاد و کاهش خلل و فرج بین ذرات ژل و سیمان و تاثیر مثبت بر تراکم و نفوذ پذیری بتن

میکرسیلیس باعث افزایش چسبندگی بین ذرات سیمان و سنگدانه می شود و بدین وسیله تراوایی بتن را کاهش می دهد.از ویژگی های مهم میکروسیلیس که به بهبود خواص بتن کمک می کند نرمی زیاد آن است.(0.01-0.3)دانه های میکروسیلیس که تقریبا 100 برابر از سیمان نرم ترند با پر کردن منافذ بتن، مقاومت آن را افزایش و نفوذپذیری را کاهش می دهد.(12و13)

در جریان هیدراتاسیون سیمان ، میکروسیلیس با هیدروکسید کلسیم ترکیب شده و آن را به سیلیکات کلسیم تبدیل می کند.این ژل دارای ظرفیت بالایی در ترکیب با یونهای خارجی است.میکروسیلیس باعث توزیع هموژن اجزا می شود و بتنی متراکم  و کم تخلخل بدست می دهد(.شکل8) نشان می دهد که با افزایش میکروسیلیس ، هیدروکسید کلسیم که برای بتن مضر است در خمیر سیمان کاهش میابد و با اضافه کردم 20% میکروسیلیس تقریبا همه هیدروکسید کلسیم از بین می رود.در فرآیند خوردگی ، واکنش کاتدی به آب و اکسیژن نیاز دارد.برای ادامه، واکنش آندی یونهای کلر ضروری است که این عناصر از محیط بدست می آیند.در نتیجه نفوذپذیری عامل مهمی در خوردگی بتن است.بطور کلی نفوذپذیری تابع تخلخل و اندازه منافذ است.که هرچه این منافذ بزرگتر باشند تاثیرشان بیشتر است.نظریه دیگر این است که وجود ذرات پوزولانی از ضخامت منطقه انتقالی بین خمیر سیمان و سنگدانه می کاهد.در محلول منافذ بتن ، یونهایی از قبیل آلومینیوم،کلسیم ،سیلیسیم و پتاسیم وجود دارند که یون پتاسیم سبب تحرک  بیشتر کلر می شود و سیلیسیم سبب کاهش تحرک کلر می شودکه زیادی آن در بتن میکروسیلیسی نفوذ کلر را کاهش می دهد.علاوه بر یونها،پیچ و خمهای بتن میکروسیلیسی بیشتر است و باعث ایجاد تاخیر در حرکت یون کلر می شود.بنابراین خوردگی بتن میکروسیلیسی کمتر از بتن معمولی است.خوردگی بتن تابع ساختار شیمیایی آن نیزمی باشد.بطور کلی در فرآیند خوردگی،بتن نقش الکترولیت را بازی می کند که باعث انتقال یونها می شود.یعنی هر چه مقاومت الکتریکی بتن بیشتر باشد از تحرک یونها کاسته می شود که در بتن میکروسیلیسی این مقاومت بیشتر است.

مصالح:

آزمایشات انجام شده بر روی نمونه های بتنی ساخته شده از سیمان پرتلند که مقاومت 28 روزه آن 54مگاپاسگال است،انجام شده است.در این آزمایشات از میکروسیلیس ساخت هند و فوق روان کننده اکریلیک مخلوط استفاده شده است.میکروسیلیس دارای 90.9% سیلیسیم اکسید و سطح مخصوص 1800 متر مربع بر گرم است.

روند انجام آزمایشات:

در این آزمایشات از فوق روان کننده اکریلیک مخلوط استفاده شده است و مقاومت فشاری بتن در حالتهای مختلف اختلاط برروی نمودار رسم شده است.سپس تاثیرات میکروسیلیس بر روی خواص بتن بررسی گردیده است.لازم به ذکر است که در هر قسمت مقدار فوق روان کننده  از روی آزمون خطا بدست آمده و نمودارها بررسی شده و از مقدار بهینه استفاده شده است.مقاومت فشاری بتن حاوی میکروسیلیس در درصدهای آب به چسبنده 25%،30%،35% و 45% اندازه گیری شده است.همچنین مقدار افت اسلامپ در درصدهای مختلف میکروسیلیس ودر بازه های زمانی گوناگون  بر روی نمودار آورده شده است.در آخر هم میزان تراوایی و نفوذپذیری بتن حاوی میکروسیلیس بررسی گشته و تاثیرات آن روی توزیع تخلخل در خمیر سیمان و نفوذپذیری کلر در بتن با درصد جایگزینی مختلف میکروسیلیس و شدت خوردگی در بازه های زمانی از نظر می گذرد.

بررسی نتایج:

نتیجه گیری:

1)فوق روان کننده اکریلیک از بقیه کارایی بیشتری دارد ولی صرفه اقتصادی نداشته، به همین دلیل سعی می شود از فوق روان کننده های مخلوط استفاده

نتیجه مطلوبی می دهد.MLS شود.که با بررسی ها مشخص شد که مخلوط 75% اکریلیک با 25%

2)استفاده از فوق روان کننده و میکروسیلیس در بتن خواص مقاومتی بتن را بهبود می بخشد.به طوریکه با استفاده از 10% میکروسیلیس در همه درصدهای آب به سیمان بیشترین مقاومت دیده می شود.همچنین با استفاده از یک فوق روان کننده مناسب و درصد آب به سیمان 25% بهترین نتایج حاصل می شود.

3)استفاده از فوق روان کننده باعث کاهش نسبت آب به سیمان شده و در 10% میکروسیلیس بهترین نتایج حاصل می شود.

4)در 10% میکروسیلیس کمترین مقدار فوق روان کننده نیاز است.

5)استفاده از میکروسیلیس در بتن ، در قطر های کمتر باعث کاهش نفوذپذیری بتن می شود و تخلخل بتن را به مقدار زیادی کاهش می دهد که این تاثیر با افزایش اندازه حفره ها نا محسوس تر است.

6)نفوذپزیری بتن حاوی میکروسیلیس در مقابل نفوذ کلر با افزایش درصد میکروسیلیس کاهش خواهد یافت و می بینیم نفوذپذیری بتن معمولی در مقابل کلر 20برابر بتن میکروسیلیس است.

7)میکروسیلیس باعث کاهش خوردگی بتن می شود و همانطوری که می بینیم در 7.5% کمترین مقدار خوردگی رخ می دهد،که این موضوع عامل بسیار مهمی در سازه هایی است که نیاز به جلوگیری از خوردگی در آنها ضروری است.

8)مکانیزم کاهش نفوذپذیری بتن بر اساس سه حالت زیر است:

الف)وجود ذرات پوزولانی از آبوری در منظقه انتقالی می کاهد.

ب)ذرات ریز پوزولان سبب بلوری شدن هیدروکسید کلسیم شده و ذرات ریز جایگزین ذرات بزرگتر می شوند.

باعث کاهش ضخامت منطقه انتقالی می شود.CSHبه 12CA(OH)2"> ج)واکنش شیمیایی تبدیل

9)شروع خوردگی در بتن میکروسیلیسی بعد از 645 روز و در بتن معمولی بعد از 108 روز است و شدت آن در بتن میکروسیلیسی 0.03 است که در مقابل بتن معمولی که 3.56 است خیلی کمتر است.

منابع:

1)E.H.kadri,S.aggoun,G.D.schutter: interaction between 12c3,"> silica fume and naphtalenne sulphonate superplasticiser in high performanve concrete(2009)

2) ) Ramachandran VS. Concrete admixtures handbook. 2nd ed. USA: Noyes

Publication; 1995. p. 670

3) Kazuhiro Y, Tazawa E, Kawai K, Enohata T. Adsorption characteristics of

superplasticisers on cement component minerals. Cem Concr Res

2002;32:1507–13

4) Kim B, Jiang S, Jolicoeur C, Aitcin P. The adsorption behaviour of PNS

superplasticiser and its relation to fluidity of cement pastes. Cem Concr Res

2000;30:887–93

5) M.collepardi,L.coppola,T.cerulli,G.ferrari,C.pistolesi,P.zaffaroni,F.Quck,”zero slump loss superplasticisered concrete , singapor

6)Y.O.TAnaks,Matsuo,A.ohta and M.ved “a new admixture for high performance concrete”(1996)

7)E sakai and M.daimon “dispersion mechanisms of alite stablizied by superplasticizer with naphthalene melamine or lingosulfonate-based polymer(1997)

8)M.collepradi , M corredi and M.  valente  “influence of polymerization of sulfonated nephtalene condensate and its interaction with cemenet”(1981)

9)S.M amderson and R.L carrasquillo ”the effect of withholding mixing water and retempering on properties of concrete(1998)

10)M.collepardi “the word of chemical admixture concrete”(1993)

11)کتاب خواص مكانيكي و فيزيكي ميكروسيليس، ايران، دكتر اسماعيل گنجيان

12) مواد مضاف و روان كننده ،دكتر طيبه پرهيزگار

منبع : سایت بتن پلاست