هر آنچه که باید در خصوص میکروسیلیس و کاربرد آن در بتن بدانید

استفاده از میکروسیلیس و کاربرد آن در بتن و ساختمان سازی از اهمیت زیادی برخوردار است و فواید این ماده در بتن ریزی ثابت شده است. اثر میکروسیلیس در بتن، به گونه ای است که به عنوان یک ماده معدنی عالی می‌توان از آن به جای ماسه و سیمان استفاده کرد. در واقع، بتن یکی از مهمترین و پایه ای‌ترین مصالح ساختمان سازی محسوب می‌شود. بتن و میکرو سیلیس، به علت داشتن ترکیبات موثر و فوق العاده می‌توانند در موارد متفاوتی از ساخت و ساز به کار روند.

در این مطلب، به معرفی میکروسیلیس و کاربرد آن در بتن ریزی می‌پردازیم و مزایا و معایب میکروسیلیس را بیان می‌کنیم، شما هم می‌توانید جهت شناخت اثر میکروسیلیس در بتن با ما همراه باشید.

میکروسیلیس و کاربرد آن در بتن

میکروسیلیسMicrosilica) ) یا پودر میکروسیلیس یا دوده سیلیسی، سیلیس غیربلوری از جنس دی اکسید سیلیکون می‌باشد که در کوره‌های قوس الکتریکی به عنوان آلیاژهای حاوی سیلیسیم و یا محصول جانبی تولید عنصر سیلیسیم تولید می‌شود.

این نوع محصول در صنایع زیادی استفاده می‌شود، ولی به عنوان یک پوزولان ممتاز (سوپر پوزولان)، جهت بهبود کیفیت و خواص بتن شناخته می‌شود. درواقع میکروسیلیس، ماده ای است که واکنش پذیری بالایی دارد و با مقادیری کم برای بهبود خواص بتن استفاده می‌شود.

کاربرد میکروسیلیس در بتن و ملات، از اواخر سال ۱۹۷۰ شروع شد و برای بار اول این نوع افزودنی، برای تولید بتن پر مقاومت به کار برده شد. از دیگر کاربردهای میکروسیلیس، می‌توان به تولید انواع بتن شاتکریت، آب‌بند، با دوام و کفسازی و… اشاره نمود که در زیر به معرفی هر کدام از این‌ها می‌پردازیم.

بتن پرمقاومت

بتن‌های پر مقاومت، با توجه به طرح اختلاط ویژه‌ای که در آن میکروسیلیس، سنگدانه‌های ویژه و عامل کاهنده آب (روان کننده بتن) به کار برده شده است، تولید شده اند. تعدادی از بتن‌های پر مقاومت شامل موارد زیر می‌باشند:

اولین باری که از دوده سیلیسی استفاده شد، سال ۱۹۸۱ برای احداث پل نیوجارن در سوئد، جهت دست یافتن به مقاومت فشاری تا حدود MPa50 بود.

احداث یک آسمان‌خراش با ۶۵ طبقه در شماره ۳۱۱ واکر درایو جنوبی در شهر شیکاگو در سال ۱۹۹۰، یک مثال دیگر از استفاده از میکروسیلیس در بتن برای رسیدن به مقاومت ۸۳MPa است.

بلندترین ساختمان بتنی تا سال 1997 نیز، برج بتروناس در شهر کوالالامپور مالزی بود، که در آن بتن حاوی میکروسیلیس با مقاومت فشاری ۸۰MPa، برای ستون‌ها در پایین‌ترین سطح ممکن استفاده شد.

بتن بادوام

بتن‌های حاوی میکروسیلیس، دارای نفوذپذیری کمی می‌باشند و در فضاهای مهاجم دوام بالایی دارند. همین مورد باعث شده است که بیشتر برای مخلوط‌های بتن که نیاز به دوام بالاتری دارند، استفاده شوند. این نوع بتن که با نام بتن HPC یا توانمند شناخته شده است، امروزه بیشتر در پروژه‌های دریایی استفاده می‌شود. از جمله پروژه‌هایی که در آن از بتن بادوام استفاده شده است موارد زیر می‌باشند:

پروژه ترمیم حوضچه‌های سد کینزو در ایالات متحده: این پروژه، اولین پروژه ای بود که در آن از دوده سیلیسی در بتن، جهت افزایش دوام در مقابل خوردگی استفاده شد. استفاده از بتن توانمند در احداث چندین پروژه در عربستان، هتل ساحلی شیکاگوبیچ، برج بینونا در ابوذبی و امتداد فرودگاه دوبی نیز از موارد دیگر است.

همچنین احداث سازه‌های بتنی با دوام در منطقه خلیج فارس و خاورمیانه نیز به چشم می‌خورد، بر اساس مقررات ملی دوام بتن، در این نواحی استفاده از میکروسیلیس (دوده سیلیسی) در بتن برای جلوگیری کردن از حمله کلریدی و سولفاتی در سازه‌های بتنی توصیه شده است. مجتمع بندرعباس، سازه‌های بتنی پالایشگاه گاز عسلویه، مجتمع بندر نوشهر در شمال، مجتمع بندر امام و بعضی سدها، مانند کرخه، ستارخان و همچنین ساخت پل بزرگ خلیج فارس و … از جمله پروژه‌هایی در ایران هستند که در آنها از بتن بادوام استفاده شده است.

بتن شاتکریت - پاششی

یکی دیگر از کاربردهای میکروسیلیس، در پروژه‌هایی می‌باشد که در آن بتن یا ملات پاشیده می‌شود. دوده سیلیسی، باعث افزایش چسبندگی بتن تازه می‌شود و همچنین پیوستگی آن را بیشتر می‌کند. از این رو، ماده‌ی مفیدی برای هر دو بتن پاششی تر و خشک، جهت کاهش بازگشت مصالح بتن می‌باشد. همچنین، چسبندگی و واکنش‌پذیری بالای بتن پاششی (شاتکریت)، میزان تسریع‌کننده‌های مورد استفاده برای گیرش اولیه بتن را کم می‌کند یا نیاز داشتن به آنها را برطرف می‌کند.

بتن آب‌بند

به کار بردن میکروسیلیس در سازه‌های بتنی آب‌بند، مثل: پل‌ها، سدها، کانال‌ها، تونل‌ها و مخازن آب، به خاطر اثر این نوع افزودنی در کوچک‌ کردن ساختار حفره‌های خمیر سیمان، یکی از موارد ضروری می‌باشد. در حقیقت ژل میکروسیلیس، باعث می‌شود حفره‌های بزرگ خمیر سیمان به حفره‌هایی کوچک‌تر تبدیل شود. این کار با اینکه بر روی میزان تخلخل تغییری به وجود نمی‌آورد، ولی باعث کاهش نفوذپذیری بتن می‌شود و بتن را به یک بتن آب‌بند تبدیل می‌کند.

همچنین اضافه شدن میکروسیلیس به بتن، ناحیه انتقال بین سنگدانه‌ها و خمیر سیمان را بهبود می‌بخشد و در نهایت، میزان هیدروکسید کلسیم در ITZ بر اثر واکنش پوزولانی میکروسیلیس کاهش پیدا می‌کند. این کار باعث کاهش نفوذپذیری و تخلخل بتن‌ها در ناحیه انتقال می‌شود و پیوستگی سنگدانه‌ و خمیر را افزایش می‌دهد.

اثر میکروسیلیس بر نفوذپذیری مخلوط‌های بتنی، مهم‌تر از مقدار تأثیر آن بر مقاومت فشاری بتن می‌باشد. در تحقیقی مشخص شده است که، مخلوط بتنی حاوی100 kg/m3 سیمان پرتلند، یک فوق روان کننده بتن و ۲۰٪ میکروسیلیس، تخلخلی تا حدود بتن معمولی حاوی250 kg/m3 سیمان پرتلند را نشان می‌دهد، در صورتی که عمق نفوذ آب در بتن حاوی میکروسیلیس، حدود ۶ برابر از بتن معمولی کمتر است.

بتن کفسازی

بهره بردن از میکروسیلیس، از چندین جهت می‌تواند به بهره‌وری و کیفیت بتن‌های استفاده شده در کفسازی کمک کند. به عنوان مثال، معمولا بتن‌های کفسازی‌ باید دارای نفوذپذری کمی باشند تا دوام بالاتری داشته باشند. به همین دلیل بتن ترکیب شده با میکروسیلیس به خاطر داشتن خاصیت آب‌بندی، انتخاب مناسبی برای کفسازی‌ها است.

در کفسازی‌ها، به ویژه محل تردد ماشین آلات سنگین و کفسازی‌های فرودگاه‌ها، مقاومت ضربه ای و سایشی بتن اهمیت زیادی دارد. استفاده از دوده سیلیسی، می‌تواند مقاومت ضربه ای و سایشی بتن کفسازی را تا حدود زیادی افزایش بدهد.

کاربرد ژل میکروسیلیس

ژل میکروسیلیس نیز کاربردهای زیادی دارد که در ادامه به مهم‌ترین کاربرد های آن می‌پردازیم:

سازه‌های ضد انفجار و سنگین

ساخت مخازن ضد آب بتنی

کانال‌های ضد آب و سازه‌های دریایی

ساخت پل و اسکله

ساخت سدها و تونل آب

سازه‌های بتنی غیر مسلح و مسلح

اثر میکروسیلیس در بتن

میکروسیلیس در بتن تازه و سخت شده، اثرات بسزایی دارد که در ادامه بیان می‌کنیم:

تأثیر میکروسیلیس در بتن تازه

کاهش اسلامپ و افزایش چسبندگی بتن: استفاده از میکروسیلیس در طرح اختلاط بتن، باعث کاهش اسلامپ بتن و افزایش چسبندگی آن می‌شود، به همین دلیل ضروری است که همراه با استفاده از میکروسیلیس، افزودنی‌های کاهنده‌ی آب نیز به بتن اضافه شود. البته باید بدانید که اگرچه با استفاده کردن از میکروسیلیس اسلامپ بتن کاهش پیدا می‌کند، اما خاصیت پُر کنندگی بتن در قالب، به وسیله‌ی ویبره (کارایی بتن) افزایش پیدا می‌کند. به همین علت آزمایش اسلامپ، آزمایش خوبی برای اندازه‌ گرفتن کارایی بتن حاوی میکروسیلیس نمی‌باشد.

جلوگیری از جداشدگی و آب انداختگی: به طور طبیعی مواد ریزدانه پودری (میکروسیلیس) با کاهش جداشدگی و آب انداختگی، باعث افزایش قوام بتن می‌شوند.

افزایش زمان گیرش: این امر در هوای گرم و تابستان مفید است.

تأثیر میکروسیلیس در بتن سخت شده

میکروسیلیس، تاثیر زیادی بر روی بتن سخت شده دارد، که در زیر به طور خلاصه به چند نوع از آن اشاره می‌کنیم:

افزایش مقاومت ملات و بتن

بالا بردن ضریب ارتجاعی بتن

کاهش دادن خزش بتن

کم شدن نفوذپذیری بتن

افزایش دوام بتن

و…

میزان مصرف میکروسیلیس در بتن

مقدار مصرف میکروسیلیس با نوع بتنی که ساخته شده است کنترل می‌شود. ولی به صورت تئوری، مقدار استاندارد این نوع محصول در بتن معادل ۳ تا ۱۵% وزن سیمان می‌باشد و باید به همان مقدار از وزن سیمان کم بشود. در ادامه، به ارزیابی دو نمونه از میزان مصرف میکروسیلیس با توجه به تغییر نوع بتن ساخته شده می‌پردازیم.

ساخت بتن آب‌بند: مقدار مصرف میکروسیلیس در بتن برای دست یافتن به آب‌بندی مناسب و دوام کافی، با توجه به طرح اختلاط بتن بین ۳ تا ۱۰% وزن سیمان می‌باشد که میزان ۷% را می‌توان میانگین مناسبی برای آن دانست.

ساخت بتن پرمقاومت: برای رسیدن به بتنی که مقاومت بالایی داشته باشد، باید از ۵ تا ۱۷% وزن سیمان از میکروسیلیس در بتن استفاده کرد. از این رو، ۱۲% را می‌توان میانگین مناسبی برای ساخت بتن پرمقاومت دانست.

جهت رسیدن به اهداف خاص در ساخت بتن با میکروسیلیس، ضروری است که تست کارگاهی و آزمایشگاهی انجام شود و عدد دقیقی برای میزان مصرف میکروسیلیس در طرح اختلاط بتن مشخص شود. باید به این نکته توجه کنید که در برخی موارد، استفاده از میکروسیلیس بیش از ۲۰% وزن سیمان، باعث می‌شود مقاومت بتن کاهش پیدا کند.

روش مصرف میکروسیلیس در بتن

اضافه کردن میکروسیلیس خشک به مواد خشک بتن در حال اختلاط: با این روش با عواملی همچون خوب ترکیب نشدن و کلوخه شدن میکروسیلیس، پخش شدن میکروسیلیس در هوا و… رو به رو می‌شوید. البته استفاده از همزن قوی و میکسر در ساخت بتن، می‌تواند این مشکل را تا حدود زیادی برطرف کند.

اضافه کردن میکروسیلیس به بتن تازه در بچینگ یا تراک میکسر پس از اختلاط کامل همه‌ی مواد: با استفاده از این روش نیز مانند روش قبلی، تا حدودی احتمال دارد میکروسیلیس با بتن ترکیب نشود و در هوا پخش شود.

دوغاب میکروسیلیس یا همان مخلوط شدن دوده سیلیسی با بخشی از آب بتن و افزودن آن به بتن: در این روش، شما دوغاب میکروسیلیس را تولید کرده اید و سپس آن را به بتن اضافه می‌کنید. دوغاب میکروسیلیس به علت پخش یکنواخت در بتن خیلی مناسب است. همچنین از آن‌جایی که پودر میکروسیلیس ماده ای سمی است، پخش نشدن آن در هوا به سلامت افراد در دراز مدت کمک زیادی می‌کند.

مزایا و معایب میکروسیلیس در بتن

مزایای استفاده از میکروسیلیس در بتن

میکروسیلیس با پر کردن منافذ کوچکی که با سیمان و ماسه به راحتی پر نمی‌شوند، بافت محکم‌تری را در بتن ایجاد می‌کنند. در واقع میکروسیلیس با انجام واکنش شیمیایی با سیمان و ایجاد چسبندگی بیشتر با سیمان، مقاومت بتن را بالا می‌برد. البته مقدار مصرف میکروسیلیس در بتن، بستگی به استفاده ای که قصد داریم از این نوع محصول بکنیم دارد. استفاده از این ترکیبات سطح تمام شده بتنی را صاف‌تر می‌کند، به همین دلیل جهت ساخت پیست‌های مخصوص، کف سالن‌های ورزشی و یا به صورت کلی هر سطحی که صاف بودن آن مهم است، می‌توان از این گونه مواد در ترکیبات بتن استفاده کرد.

معایب استفاده از میکروسیلیس در بتن

گرد و غبار دوده سیلیسی، برای ریه‌های انسان ضرر دارد. علاوه بر این امکان دارد این نوع ذرات از راه چشم و پوست وارد بدن شوند و عوارضی جبران ناپذیر را برای سلامتی داشته باشند. به طور تقریبی تخمین زده شده است که سالیانه ۲۳۰ فرد به علت قرار گرفتن در معرض گرد و غبار میکروسیلیس در محل کار، دچار بیماری شده اند.

البته تمام کارگران دچار بیماری نمی‌شوند و در صورتی که به طور مستمر و به مدت طولانی در معرض دوده سیلیسی قرار بگیرند و نکات ایمنی، مانند استفاده از عینک، ماسک و دستکش را رعایت نکنند، احتمال دارد در معرض خطر قرار گیرند. به طور کلی عوارض سیلیس آمورف (میکروسیلیس غیربلوری) زیاد نمی‌باشد و تنها سیلیس ریزدانه بلوری، باعث ایجاد بیماری‌های ریوی مختلف خواهد شد. به همین دلیل لازم است در زمان استفاده از این نوع محصول، حتماً از عینک، ماسک و دستکش استفاده شود.

سخن پایانی

تولید یک بتن مقاوم و با کیفیت، جهت ساخت سازه‌های ویژه، نیاز به استفاده از ترکیبات جدیدی مثل میکروسیلیس دارد تا با استفاده از خصوصیات شیمیایی و فیزیکی این نوع مواد، مقاومت بتن افزایش پیدا کند. نکته ای در این میان باید به آن توجه کرد، استفاده کردن از افزودنی های بتن دارای استاندارد مجاز است.

وجود عدم تناسب بین میکروسیلیس و سایر ترکیبات اصلی بتن، یا باعث بی تاثیر شدن آنها می‌شود و یا باعث بر هم خوردن تعادل بتن می‌شود که در نتیجه آن، بتن ریزی با موفقیت انجام نمی‌شود و وقت و هزینه زیادی از دست خواهد رفت. برای استفاده درست از این نوع افزودنی‌ها، نیاز به استفاده از تجربه و دانش متخصصان در این زمینه داریم.

در این مقاله در خصوص میکروسیلیس و کاربردهای آن در بتن صحبت کردیم، امیدواریم که این مطلب برایتان مفید بوده باشد. نظرات خود را با ما در میان بگذارید.