اثر ميكروسيليس بر نفوذ پذيري مخلوط هاي بتني مخازن ذخیره آب شرب و بتن حجيم

اثر ميكروسيليس بر نفوذ پذيري مخلوط هاي بتني

مخازن ذخیره آب شرب و بتن حجيم

مهندس مهران ایران پور ، حميدرضا طغياني، محمد صادقي

1- گروه  مهندسی عمران ، واحد لنجان ، دانشگاه آزاد اسلامي ، اصفهان - ايران

2 - دانشجوی رشته کارشناسی عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد لنجان ،اصفهان ، ایران

چكيده

امروزه با توجه به اينكه استفاده از ميكروسيليس در بتن هاي با مقاومت زياد بسيار رايج گشته است . دانستن اثر اين ماده بر روي خواص مختلف بتن بسيار حائز اهميت مي باشد. كاربرد ميكروسيليس در مخازن آب شرب و بتن حجيم مي تواند نقصيه ترك هاي حرارتي ناشي از حبس گرماي هيدراتاسيون و كم شدن مقاومت را رفع كند

سوالات تحقیق:

در این تحقیق سعی شده تأثیر افزایش میکروسیلیس در مقاومت کوتاه مدت 28 روزه و مقاومت بلند مدت 400 روزه مورد بررسی قرار گیرد که افزایش میکروسیلیس بر روی مقاومت کوتاه مدت و بلند مدت تأثیری دارد یا خیر؟ آیا افزودن میکروسیلیس تأثیری بر دوام در برابر یخبندان ، زمان گیرش ، نفوذ ناپذیری دارد یا خیر؟

روش تحقیق:

در اين مقاله اثر ميكروسيليس بر مخلوط هاي بتني مخازن آب شرب و بتن حجيم مورد بررسي قرار گرفته و بهترین حالت ممکن طبق مطالعات مقاومت کششی و فشاری نسبت به نمونه شاهد به دست آمده است.

نتیجه گیری:

افزایش میکروسیلیس در مقاومت کوتاه مدت 28 روزه نمونه های نگهداری شده در آب را افزایش می دهد ولی تأثیری بر روی مقاومت بلند مدت 400 روزه ندارد البته با افزودن میکروسیلیس به بتن که منجر به افزایش قابل ملاحظه مقاومت مکانیکی است ، مقاومت کششی زیاد شده و دوام آن در برابر یخبندان زیاد می شود و افزودن میکروسیلیس در حدود 10% وزن سیمان زمان گیرش را افزایش می دهد.

  کلمات کلیدی: میکرو سیلیس، ترك خوردگي، نفوذ ناپذیری ، زمان گیرش

   مقدمه    

 پيشرفت در زمينه علم مصالح و تحقيق روز افزون در مورد مواد متشكل بتني باعث دستيابي به مصالحي شده كه استفاده از آنها به نوبه خود توانسته است اثرهاي شگفتي در توليد بتن پرمقاومت برجاي مي گذارد. در بتن ریزي مخازن آب شرب و قطعات حجیم بتنی همواره حبس گرما و افزایش دماي بخش هاي مرکزي ناشی از هیدراتاسیون سیمان و آب مشکلاتی را در طرح اختلاط و اجرا ایجاد می کند  این افزایش دما ترکهاي حرارتی را سبب شده و مقاومت نهایی را نیز کم می کند ميكروسيليس از جمله موادي است كه توانسته است اين نقش رابه خوبي ايفاء نمايد. ميكروسيليس پودري است با وزن مخصوص فضايي 200 تا 300 كيلوگرم در متر مكعب با رنگ خاكستري متمايل به سفيد كه محصول جنبي توليد فروسيليسيم مي باشد. چهار عامل محيطي خوردگي آرماتور ، واكنش قليايي سنگدانه ها ، يخ زدگي و حمله ي سولفات ها مهمترين عواملي بوده كه موجبات خرابي زودرس در سازه هاي بتني را فراهم مي سازد. استفاده از ميكروسيليس چه به صورت جايگزين بخشي از مواد سيماني و به صورت مضاف توانسته است بخشي از مشكلات موجود در بتن هاي معمولي را از بيت ببرد و ويژگي ها و مشخصات بسيار بهتري را به بتن توليد شده ببخشد. به مرور زمان خواص فيزيكي و شيميايي ميكروسيليس شناسايي شد به طوري كه امروزه مصرف ميكروسيليس در بتن تنها يكي از ده ها زمينه ي مصرف آن در صنعت بوده و از اين ماده در صنايع پودرهاي شوينده ، پودرهاي عايقي ، سراميك هاي ديرگداز ، لنت ترمز جايگزين آزبست استفاده مي كند..

1- مزيت هاي كاربرد ميكروسيليس در مخازن آب و بتن هاي حجيم

• 1-1- افزایش مقاومت فشاري و کششی

           مقاومت بتن مهمترین معیار براي ارزیابی کیفیت بتن باشد.  در ساخت و سازهای معمولی قالبا تنها معیار پذیرش بتن ،مقاومت فشاری آن است . شاید این مسئله از آن جا ناشی می شود که بتنی با مقاومت فشاری رضایت بخش ، غالبا دیگر ویژگی ها را در حد متوسط خواهد داشت. در سال های اخیر کارشناسان  با بررسی  سازه های  بتن به ویژه درمحیط های خورنده وسخت، متوجه شدند که مقاومت فشاری بتن نمی تواند به تنهایی پاسخگوی کلیه ی انتظارات از بتن باشد و لازم است در طراحی بتن برای اهداف مختلف علاوه بر مسئله مقاومت و تحمل بارها ، بر خواص دیگر بتن به ویژه پایایی و دوام آن نیز توجه کافی شود.میکروسیلیس با دانه های ریزي که دارد با هیدروکسید کلسیم ناشی ازهیدراتاسیون سیمان ترکیب شده وترکیب ژل مانندی را می سازد. این ترکیب باعث کاهش تخلخل و بهم فشردگی ذرات متشکله بتن می باشدکه باعث افزایش مقاومت در بتن می شود.کریستال هاي بزرگ هیدروکسید کلسیم در فضای خالی بین سنگدانه ها قرار می گیرد وباعث افزایش تخلخل و مانع افزایش مقاومت می شود. میکروسیلیس با خاصیت پوزولانی خود با هیدروکسید کلسیم ترکیب شده و آن را به سیلیکات کلسیم هیدراته تبدیل می نماید که باعث افزایش مقاومت فشاری بتن است. با افزایش مقاومت فشاری بتن مقاومت کششی نیز بالا می رود که رابطه تنش کششی بتن با مقاومت فشاری بتن توسط کمیته  ACI636بصورت زیر می باشد:                                                   

مقاومت کششی بتن از دیگر خصوصیات مکانیکی آن می باشد به طور معمول مقاومت کششی بتن حدود 10 تا 15 درصد مقاومت فشاری آن است . بنابراین کلیه عوامل موثر بر مقاومت فشاری بر روی مقاومت کششی نیز تاثیر گذار خواهد بود.میتوان گفت با استفاده از میکروسیلیس در بتن وافزایش مقاومت فشاری حدودامقاومت کششی نیز دو برابرمی شود.

همچنین با افزایش مقاومت فشاري، مدول گسیختگی نیز  افزایش پیدا میکند،و باعث کاهش کرنش و خزش در بتن می شود.با افزایش مقاومت فشاری مدول الاستیسیته هم افزایش پیدا میکند که بر اساس آئین نامه ACI مدول الاستیسیته با افزایش مقاومت فشاري بتن به صورت زیر مرتبط است.

1-1روند رشد مقاومت نمونه های دارای مقدار مختلف میکرو سیلیس

2-1 -  استفاده از ژل میکرو سیلیس بجای مخلوط میکروسیلیس با فوق روان کننده ها

           استفاده از دوده سیلیس به همراه فوق روان كننده در بتن كه بصورت پودر بسیار ریز (کمتر از 1/0 میکرون) با جرم حجمی پائین 0/2Ton/M³  می باشد، مضراتی از قبیل عدم اختلاط كامل با بتن، مشكلات انبارداری، حمل ونقل، پرت مصرف وهمچنین مشكلات زیست محیطی وخطرات بهداشتی برای پرسنل محیط كار را به همراه دارد. مسائل و مشكلات فوق الذكر و پژوهشهای متعاقب منجر به فرآوری و تولید ژل میكروسیلیس گردیده و درسال 1380 در ایران عرضه گردید.ژل میكروسیلیس درواقع همان سیستم دوده سیلیسی و فوق روان كننده بصورت خمیری شكل و آماده مصرف میباشد كه ضمن دارا بودن قابلیت افزایش مقاومتهای شیمیائی و مكانیكی بتن ، مسائل و مشكلات سیستم دو جزئی دوده سیلیسی + فوق روان كننده را هم بطور اساسی حل كرده است. نتایج آزمایشگاهی مركز تحقیقات ساختمان و مسكن طبق استاندارد ASTM  C 1202 حاكـی از آن است كه استفاده از 7 تا 10 درصد ژل میكروسیلیس در ساختار بتن سبب كاهش مصرف آب و افزایش مقاومتهای مكانیكی بتن تا 30% میگردد. همچنین در مقایسه با تركیب میكروسیلیس وفوق روان كننده خواص و كارآئی بتن تا 10% افزایش نشان می دهد. یا بعبارت دیگر با اطمینان كامل می توان ژل میكروسیلیس را جایگزین سیستم (دوده سیلیس + فوق روان كننده ) نمود.علاوه بر ویژگیهای بارز و مشهود فیزیكی و شیمیائی ژل میكروسیلیس، قیمت رقابتی آن(درمقایسه با میكروسیلیس و فوق روان كننده) و كاهش هزینه های سربار از جمله حمل و نقل، تخلیه، بسته بندی و پرت مصرف، این محصول را در پروژه های عظیم ملی پرمصرف و بی بدیل ساخته است.

3- 1-  مقاومت فشاري بتن هاي داراي درصد هاي مختلف ميكروسيليس

         اين بخش مربوط به مقاومت فشاري بتن هاي داراي درصد هاي مختلف ميكروسيليس مي باشد. سنين مورد نظر 7 ،14 ،28 ، 42 ، 90 و 365 و 400 روزه بوده اند. البته همانطور كه پيش بيني مي شد مقاومت هاي 365 و 400 روزه چندان تفاوتي با يكديگر نداشتند در واقع مقاومت 400 روزه به اين دليل اهميت داشت كه نمونه هاي خزش قرار بود در اين سن بار برداري شوند و با داشتن مقاومت دقيق بتن در سن فوق اين امكان فراهم مي آمد كه ارتباط بين مدول الاستيسيته برگشتي و مقاومت فشاري بتن را تعيين نمود.در جدول 1 نتايج مقاومت فشاري نمونه هاي مكعبي 100*100*100 ميليمتر مكعبي در سنين مختلف آمده اند. همانطور كه ملاحظه مي شود ، افزايش مقاومت بتن هاي داراي ميكروسيليس پس از رسيدن به سن 90 روزه قابل صرفه نظر كردن است. موضوع فوق در مورد بتن بدون ميكروسيليس ( بتن كنترل ) اين تحقيق صادق نيست و به عنوان مثال مقاومت يك ساله ي آن به ترتيب حدود 26% و 14% نسبت به مقاومت سنين 28 و 90 روزه رشد داشته است. مقدار رشد مقاومت يك ساله نسبت به 28 روزه بتن بدون ميكروسيليس در كتاب معروف تكنولوژي بتن نوشته ي آقايان نويل و بروكس 25% عنوان شده است كه با نتيجه ي به دست آمده از اين پژوهش كاملاً هماهنگ است. نكته ي جالب توجه اين است كه در سن 400 روزه مقاومت بتن كنترل اين تحقيق و بتن هاي داراي درصد هاي مختلف ميكروسيليس تقريباً با هم برابر شده اند. مورد فوق در سن 28 روزه به هيچ وجه درست نيست و به عنوان مثال مقاومت بتن داراي 15% ميكروسيليس حدود 21% بيشتر از بتن كنترل بوده است. بتابر اين به نظر مي رسد كه اضافه كردن ميكروسيليس ، بر خلاف آنچه كه در كوتاه مدت مشاهده مي شود ، تأثيري بر روي مقاومت بتن در دراز مدت نداشته باشد اما آزمايش هاي مقاومت فشاري بر اساس BS 1881 : Part    111 : 1983  بر روي نمونه هايي كه تا قبل از قرار گرفتن در زير جك ، داخل آب نگهداري شده بودند انجام شده اند . پس در سازه هاي واقعي كه معمولاً در حدود يك هفته عمل آوري مرطوب مي گردند ، ممكن است نتيجه ي فوق درست نباشد. خوشبختانه در اين تحقيق سه نمونه ي مكعبي از هر مخلوط پس از رسيدن به سن 7 روزه از آب خارج و تا سن 400 روزه در محيط آزمايشگاه نگهداري گرديده اند. در جدول 2 نتايج مقاومت 400 روزه نمونه هاي فوق و نمونه هاي عمل آمده در آب بايكديگر مقايسه شده اند . همانطور كه ملاحظه مي شود عمل آوري در آب مقاومت بتن كنترل را در اي سن حدود 10% افزايش داده است ولي به بتن هاي داراي ميكروسيليس چندان  كمكي نكرده است .نكته ي قابل ذكر ديگر از اين مقايسه آن است كه بتن هاي ميكروسيليسي نگهداري شده در محيط آزمايشگاه نسبت به بتن كنترل حدود 9% افزايش مقاومت داشته اند. بنابر اين مي توان گفت كه ميكروسيليس مقاومت بلند مدت نمونه هاي در معرض خشك شدن را بالا مي برد ولي تأثيري بر روي مقاومت بلند مدت نمونه هاي نگهداري شده در آب ندارد. اين نكته را نيز نبايد از نظر دور داشت كه بتن هاي داراي ميكروسيليس را بايد حداقل تا رسيدن به سن 7 روزه نگهداري مرطوب نمود.

4- 1– مدول الاستيسيته

         مدول الاستيسيته در حالت كلي به مقاومت فشاري بتن وابسته است. اي ارتباط به نوع سنگدانه ، نسبت هاي اختلاط ، شرايط عمل آوري ، نرخ بارگذاري و روش اندازه گيري بستگي دارد . بيشتر اطلاعات موجود مربوط به مدول الاستيسيته استاتيكي است ، چرا كه اندازه گيري آن نسبت به اندازه گيري مدول الاستيسيته ديناميكي به مراتب ساده تر مي باشد. بر طبق آيين نامه ACI318  مدول الاستيسيته استاتيكي  برابر با نسبت تنش در 45 درصد مقاومت بتن به كرنش آن است . البته ASTM C 469  مدول فوق را برابر با نسبت اختلاف تنش بين 40 درصد مقاومت نهايي و تنش مربوط به كرنش 50 ميليونيم به اختلاف بين كرنش مربوط به دو تنش مذكور مي داند.در هنگام بار گذاري نمونه هاي خزش نيز مي توان از تقسيم كردن تنش وارد بر نمونه به كرنش اوليه آن مدول الاستيسيته سكانتي را به دست آورد. اين مدول در صورت متناسب بودن سرعت بارگذاري و مقدار تنش وارد بر نمونه ، به مدول الاستيسيته استاتيكي كاملاً نزديك مي باشد.

5- 1- نفوذ ناپذیری بتن

         رفتار پوزولانی میکروسیلیس در بتن، مهمترین خاصیتی است که باعث بوجود آمدن خواص قابل ملاحظه اي در بتن سخت شده می گردد. این ماده بواسطه شکل واندازه ذراتش؛ یک پوزولان خیلی فعال و پر کننده موثري است. با افزودن میکروسیلیس به بتن این ماده در جریان واکنش شیمیایی هیدراتاسیون وارد شده و باعث تبدیل کریستال های هیدروکلسیدکلسیم غیره مفید به ژل می شود. تولید این ژل باعث نشان دادن خاصیت پر کنندگی در میکروسیلیس می شود که باعث توزیع یکنواخت محصولات به دست آمده از هیدراتاسیون در مخلوط می گردد، که نهایتا ترکیب دو خاصیت پرکنندگی و پوزولانی میکروسیلیس در ایجاد یک جسم متراکم و کم تخلخل ، باعث کاهش نفوذپذیری بتن می شود.

کاهش نفوذپذیری باعث توزیع اندازه ای منافذ می گردد تعدادشان کاهش می یابد که این امر باعث میشود تا بتن حاوی میکروسیلیس مقاومت خوبی در برابر سولفات ها نیز از خود نشان دهد.می توان ادعا نمود که کاربرد میکروسیلیس به اندازه 20% وزن سیمان می تواند تقریبا تمام هیدروکلسیدکلسیم سیمان را از بین ببرد. بنابراین فعل وانفعالات پوزولانی میکروسیلیس باعث کاهش نفوذپذیری بتن می گردد که این خود باعث مقاوم بودن در برابر خوردگی می شود.

6-1-  زمان گیرش

          با به کار بردن میکروسیلیس در حدود 10 % وزن سیمان به دلیل این که حرارت زائی زیادی در واکنش هیدراتاسیون تولید می کند زمان گیرش را افزایش داده ولی با افزایش مقدار میکروسیلیس در بتن می توان از حرارت زائی آن کاست و زمان گیرش را پایین آورد.

7-1- دوام در برابر یخبندان

           با افزودن میکروسیلیس به بتن که منجر به افزایش قابل ملاحظه مقاومت مکانیکی است، مقاومت کششی نیز زیاد شده و دوام آن در برابر یخبندان زیاد می توان همچنین با کاهش تخلخل تعداد منافذ کاهش یافته و نحوه توزیع آن ها دچار تغییر می شود . و راه نفوذ * آب و در نتیجه یخ بسته می شود.

نتيجه گيري

• 1- افزايش مقاومت بتن هاي داراي ميكروسيليس پس از رسيدن به سن 90 روزه قابل صرف نظر كردن است.
• 2- افزايش ميكروسيليس مقاومت كوتاه مدت 28 روزه نمونه هاي نگهداري شده در آب را افزايش مي دهد ولي تأثيري بر روي مقاومت بلند مدت 400 روزه ندارد. البته ميكروسيليس مقاومت دراز مدت نمونه هايي كه صرفاً در سنين اوليه نگهداري مرطوب شده اند را در مقايسه با بتن كنترل افزايش مي دهد.
• 3- استفاده از 7 تا 10 درصد ژل ميكروسيليس در ساختار بتن سبب كاهش مصرف آب و افزايش مقاومت هاي مكانيكي بتن تا 30 درصد ميگردد.
• 4- با استفاده از ميكروسيليس در بتن و افزايش مقاومت فشاري و كششي نيز دوبرابر مي شود.

مراجع

• 1- مهران ایران پور،" تاثیر میکرو سیلیس بر خواص مکانیکی و فیزیکی بتن، "طرح پژوهشی دانشگاه آزاد اسلامی واحد لنجان، 1389
• 2- موسي مظلوم ،" مقاومت و مدول الاستيسيته سكانتي در بتن هاي با مقاومت زياد داراي ميكروسيليس،" اولين كنگره ملي مهندسي عمران ،NCCE 1383
• 3- عليرضا اسماعيلي ،" كاربرد ميكروسيليس و الياف فولادي در بتن حجيم و روش اجراء آن ( سد و مخازن بتني و...) ،" يازدهمين كنفرانس دانشجويان عمران سراسر كشور CESC2004
• 4- داود مستوفي نژاد ،" حامد حسين نظري منفرد ،" بررسي تأثير تر و خشك شدن متوالي بر بتن حاوي ميكروسيليس و پودر سنگ آهك در محيط حاوي سولفات منيزيم،" اولين كنگره ملي مهندسي عمران NCCE 1383
• 5- پرويز قدوسي،" اميرمازيار رئيس قاسمي ،" طيبه پرهيزكار،" بررسي جمع شدگي خميري بتن هاي حاوي ميكروسيليس

Micro Silica effect on the permeability of concrete mixtures
water storage tanks and large concrete

1. M. Iiranpoor¹ . H. Toghyani² . M. Sadeghi²

1-Department of Civil Engineering, Lenjan Branch, Islamic Azad University, Isfahan – Iran

2 - Civil undergraduate student Lenjan Islamic Azad University, Esfahan, Iran

Today, due to the widespread use of Micro-Silica in high resistance concrete, gaining the knowledge of the effects of this substance on various properties of concrete is very important. In concrete water tanks and large pieces of concrete, increasing imprisonment heat and temperature problems in the central parts of mixed design and implementation always make the temperature rise caused by thermal cracks and the ultimate strength also goes low. The use of Micro-Silica in potable water storage tanks and bulky concrete can remove the thermal cracks which occur due to imprisonment of hydration heat and decrease in resistance.

Research questions:

In this study, it is intended to explore the impact of Micro-Silica increase on short-term resistance in 28 days and on long-term resistance in 400 days in order to see whether thereby the resistance increases or decreases. Specifically, does the addition of Micro-Silica impact durability against freezing, setting time, and impermeability or not?

Method:
In this paper, the effect of Micro-Silica on concrete mixtures in concrete water storage tanks and bulky concrete were probed and the best possible condition based on tensile and compressive strength studies compared with the control sample was obtained.

Conclusion:
The increase in Micro-Silica led to short-term resistance increase in samples stored 28 days in water, but had no effect on long-term resistance in the 400-day period. However, the addition of Micro-Silica to concrete led to significant increase in mechanical strength, high tensile strength and durability against freezing; moreover, an addition of about 10% cement weight increased the setting time.

Keywords:

Micro silica, cracking, impenetrability, time setting