میکروسیلیس و قابلیت ساخت و اثر آن در بتن

قابلیت ساخت یک جنبه دیگر برای بررسی اثر میکروسیلیس بر بهبود خواص بتن است. میکروسیلیس از این دیدگاه حقیقتا اثر چشم گیری بر بتن تازه و سخت شدهع دارد. میکروسیلیس قابلیت ساخت را ساده تر و در برخی موارد امکان پذیر میسازد. چند مثال در اینجا ارائه شده است:

پرداخت کاری یک مرتبه ای. در این مورد به دلیل عدم آب انداختگی بتن میکروسیلیسی، پرداخت کاری کف در یک عملیات یک مرتبه ای پیوسته به پایان می رسد. در نتیجه کارفرما کف سازی بهتری خواهد داشت و پیمانکار کف را در مدت زمان کوتاهتر و با تعداد نفرات کمتر به پایان می رساند.
کاهش حرارت هیدراسیون. اگرچه میزان حرارت هیدراسیون میکروسیلیس مشابه حرارت هیدراسیون سیمان پرتلند است، اما کسب مقاومت آن بسیار سریع تر میباشد. بنابراین با ایجاد توازن بین مقدار سیمان پرتلند و میکروسیلیس در یک مخلوط میتوان حرارت هیدراسیون را با ثابت نگه داشتن نرخ کسب مقاومت کاهش داد.

 اکثر اداره های راه و ترابری ایالات متحده آمریکا میکروسیلیس و خاکستربادی را به منظور کاهش حرارت هیدراسیونبتن مصرفی در عرشه پلها بکار میبرند. یک نوع متداول از چنین بتنی از اداره راه و ترابری کلرادو با نام مخلوط 10 در جدول2.6 نشان داده شده است. توجه کنید که کل مقدار مواد سیمانی در این بتن تقریبا با مقدار سیمان پرتلند تنها در اغلب مخلوط های قبلی برابر است. کاهش مقدار کل مواد سیمانی میزان حرارت را کاهش داده و به جلوگیری از ترک خوردگی زودرس کمک میکند.

استفاده از سه ماده سیمانی. یک تاکید همیشگی در مورد مصرف مواد پسماند همانند خاکستربادی و سرباره در بتن وجود دارد. اما ممکن است مقاومت اولیه بتن به عنوان یک پیامد آسیب ببیند. اضافه کردن مقادیر کم میکروسیلیس میتواند کاهش مقاومت اولیه را جبران کند. شکل 16.3 سازه ای را نشان می دهد که میکروسیلیس به منظور کاهش حرارت هیدراسیون و جبران افت مقاومت اولیه ناشی از مصرف حجم بالای خاکستربادی در آن استفاده شده است. معمولا ترکیب سه ماده سیمانی قیمت تمام شده بتن را کاهش میدهد. مخلوطهای حاوی سه ماده سیمانی را مخلوطهای سیمانی می نامند.
شاتکریت. شاتکریت میکروسیلیسی بطور گسترده به روش تر و خشک و با یا بدون الیافی فولادی به کار میرود. ماهیت چسبنده این شاتکریت امکان انجام بسیاری از کاربردها که سخت، غیراقتصادی، یا انجام آنها بدون استفاده از میکروسیلیس غیرممکن است را فراهم می سازد.

میکروسیلیس چیست ؟ کاربرد آن در بتن

کلینیک بتن ایران :: مقالات علمی بتن

میکروسیلیس ماده ای با واکنش پذیری بالاست...

1.1 میکروسیلیس چیست؟

میکروسیلیس ماده ای با واکنش پذیری بالاست که در مقادیر نسبتا کم برای افزایش خواص بتن بکار

می رود. این ماده محصول جانبی تولیدات فلزات خاص در کوره های قوس الکتریکی است. این مقاله به تعریف و نحوه تولید میکروسیلیس می پردازد.

تعریف میکروسیلیس

موسسه بتن آمریکا (ACI) میکروسیلیس را به عنوان سیلیس غیربلوری بسیارریز تولیدی در کوره های قوس الکتریکی که محصول جانبی تولید آلیاژهای سیلیسیم یا سیلیسیم فلزی است، تعریف می کند

(ACI116R). میکروسیلیس پودری خاکستری رنگ، تا حدی شبیه سیمان پرتلند یا خاکسترهای بادی است. شکل 1.1 میکروسیلیس متداول را نشان می دهد. به نظر میرسد این میکروسیلیس پس از خارج شدن از کوره نشان داده شده باشد.

معمولا میکروسیلیس در رده مواد مکمل سیمانی رده بندی میشود. این اصطلاح به موادی اطلاق می شود که همراه سیمان پرتلند در بتن مصرف می شوند. این مواد خواص زیر را از خود نشان می دهند:

پوزولانی. مواد دارای این خاصیت هنگامی که با آب مخلوط می شوند، مقاومت کسب نمی کنند. میکروسیلیس و خاکستربادی کم کلسیم از جمله این موادند که میکروسیلیس باید با ملزومات مشخصات فنی استاندارد میکروسیلیس مصرفی در مخلوط سیمانی ASTM C 1240 و خاکستربادی کم کلسیم باید با ملزومات مشخصات فنی استاندارد خاکستر ذغال سنگ و پوزالان های طبیعی خام و کلسینه شده رده F مصرفی در بتن ACTM C 618 مطابق باشد.
سیمانی، مواد داری این خاصیت هنگامی که با آب مخلوط میشوند، مقاومت کسب می کنند. سرباره کوره آهن گدازی آسیاب شده و خاکستربادی پرکلسیم از جمله این موادند که سرباره کوره آهن گدازی آسیاب شده باید با ملزومات مشخصات فنی استاندارد سرباره کوره آهن گدازی آسیاب شده مصرفی در بتن و ملات ها ASTM C 989، و خاکستربادی پرکلسیم باید با ملزومات خاکستربادی رده C یعنی ASTM C 618 مطابق باشد.
پوزولانی و سیمانی. ترکیبی از هر دو خاصیت بالا. برخی از خاکسترهای بادی از جمله این موادند. میکروسیلیس را به نامهای دیگری نیز می شناسند. در این راهنما اصطلاح میکروسیلیس طبق تعریف موسسه بتن آمریکا به کار برده شده است. سایر نامهای میکروسیلیس عبارتند از:
میکروسیلیس چگال شده
دوده سیلیس
میکروسیلیس تبخیر شده
مواد دیگری نیز وجود دارند که از نظر فیزیکی و شیمیایی کاملا شبیه میکروسیلیس اند. این مواد ممکن است محصول جانبی یا محصول اصلی یک کارخانه باشند. برخی از این مواد را میتوان در بتن بکار برد، اما معمولا قیمت آنها از این نوع کاربرد ممانعت می کند.

سیلیس ته نشین شده
سیلیس بخارشده
ژل سیلیس
ژل کلوئیدی
گرد سیلیس و خاک سیلیس. سیلیس بلوری اند اما مانند میکروسیلیس در بتن کاربرد ندارند.
2.1 تولید

میکروسیلیس محصول جانبی تولید فلز سیلیسیم یا آلیاژهای فروسیلیسیم در گدازه خانه های کوره های قوس الکتریکی است. این فلزات در بسیاری از صنایع از قبیل تولید آلومینیوم و آهن، ساخت چیپ ها کامپیوتری، و تولید سیلیسیم ها که بطور گسترده در روغن ها و درزگیرها مصرف میشوند، کاربرد دارند. اگرچه این مواد بسیار مفیدند، اما کاربرد محصول جانبی میکروسیلیس بیشتر در صنعت بتن است.

شکل 2.1 یک گدازه خانه را پیش از آنکه میکروسیلیس متصاعد شده از آن برای مصرف در بتن و سایر کاربردها جمع آوری شود، نشان می دهد. دودی که از کارخانه خارج میشود، همان میکروسیلیس است. امروزه در ایالات متحده آمریکا اجازه داده نمیشود که هیچ میکروسیلیسی در جو آزاد شودطرح شماتیک تولید میکروسیلیس در شکل 3.1 و طرح شماتیک گدازه خانه در شکل4.1 نشان داده شده است. میکروسیلیس در فیلترخانه های کیسه ای بسیار بزرگ جمع آوری شده و سپس بطور مستقیم یا پس از فرآوری های بیشتر که در مقالات بعدی در وب سایت کلینیک بتن ایران شرح داده خواهد شد برای مصرف در بتن توزیع می شود.

شکل 4.1 طرح شماتیک گدازه خانه برای تولید آلیاژ فروسیلیسیم یا سیلیسیم فلزی. میکروسیلیس در فیلتر های کیسه ای بزرگ جمع آوری میشود.

خواص میکروسیلیس و واکنشها در بتن

میکروسیلیس بر خواص بتن تازه و سخت شده اثر میگذارد. اینن تاثیرات از خواص فیزیکی و شیمیایی میکروسیلیس ناشی میشوند. این بخش به خواص و چگونگی اثر میکروسیلیس بر بهبود بتن تازه و سخت شده می پردازد.

1.2 خواص شیمیایی

خواص شیمیایی میکروسیلیس در جدول 1.2 نشان داده شده است.

در ادامه هریک از این خواص شرح داده خواهند شد. توجه کنید که خواص شیمیایی اصلی میکروسیلیس در مشخصات فنی آن که در مقالات کلینیک بتن ایران شرح داده خواهد شد ذکر شده است.

آمورف. این اصطلاح به زبان ساده بدین معنی است که میکروسیلیس یک ماده بلوری نیست. مواد بلورین در بتن حل نمیشوند. کلیه مواد قبل از واکنش دادن باید حل شوند. فراموش نکنید که یک ماده بلوری در بتن وجود دارد که از نظر شیمیایی مانند میکروسیلیس است. این ماده ماسه میباشد. اگرچه ماسه در اصل سیلیسیم دی اکسید (SiO2) است، اما بدلیل ماهیت بلوری اش واکنش نمیدهد.
سیلیسیم دی اکسید (SiO2). یک ترکیب واکنش پذیر در میکروسیلیس است. چگونگی واکنش میکروسیلیس در بتن در بخش 3.2 شرح داده شده است.
جدول 1.2

خواص شیمیایی میکروسیلیس
آمورف
سیلیسم دی اکسید > %85
عناصر کمیاب بسته به نوع دوده
 

عناصر کمیاب. ممکن است مواد دیگری نیز در میکروسیلیس وجود داشته باشند که این امر به دوده باقی مانده از فلز تولید شده در گدازه خانه بستگی دارد. معمولا این مواد تاثیری بر عملکرد میکروسیلیس در بتن ندارند. مشخصات فنی استاندارد محدودیت هایی را برای برخی از مواد که در این رده هستند مشخص کرده اند. این محدودیت ها در مقلات وب سایت شرح داده شده اند.
2.2 خواص فیزیکی

خواص شیمیایی میکروسیلیس در جدول 2.2 نشان داده شده است.

هر یک از این خواص در ادامه شرح داده خواهند شد. توجه کنید که خواص فیزیکی اصلی میکروسیلیس در مشخصات فنی آن که در مقالات کلینیک بتن ایران شرح داده خواهد شد ذکر شده است.

اندازه ذره. ذرات میکروسیلیس بی نهایت کوچک اند. بطوریکه بیش از 95 درصد ذرات از µm1 (یک میکرومتر) کوچکترند. اندازه ذرات اهمیت بسزایی در مشارکت فیزیکی و شیمیایی میکروسیلیس در بتن دارد. (چنانچه در ادامه شرح داده خواهد شد) عکس دانه های سیمان پرتلند و ذرات میکروسیلیس در شکل 1.2 نشان داده شده است.
چگالی انبوهی. اصطلاح دیگری برای وزن مخصوص است. چگالی انبوهی میکروسیلیس به فلزی که در کوره ساخته میشود و چگونگی طرز کار کوره بستگی دارد. از آنجا که معمولا  چگالی انبوهی میکروسیلیس پس از تولید بسیار پایین است، این ماده برای حمل در مسافت های طولانی ممناسب نیست. برای اطلاع از شکل های مختلف تولید میکروسیلیس به بخش مقالات وب سایت کلینیک بتن ایران رجوع کنید.
جدول 2.2

خواص فیزیکی میکروسیلیس
اندازه ذره (متداول) :         > µm 1
چگالی انبوهی :

(پس از تولید) : 130 تا kg/m3430

(چگال شده) : 480 تا kg/m2720
چگالی ویژه :                        2/2
سطح ویژه : 15.000 تا m2/kg 30.000
 

چگالی ویژه. یک عدد نسبی است که نسبت میکروسیلیس به آب (که چگالی ویژه آن 00/1است) را بیان میکند. این عدد در نسبت بندی بتن که در مقالات بعدی در وب سایت کلینیک بتن ایران شرح داده میشود، کاربرد دارد. چگالی ویژه میکروسیلیس حدود 2/2 است که تا حدی از سیمان پرتلند (که چگالی ویژه آن 15/3 است) سبکتر می باشد. بنابراین اضافه کردن میکروسیلیس به بتن، چگالی بتن را افزایش نمی دهد.
سطح ویژه. سطح ویژه عبارت از کل سطح جانبی جرم معینی از یک ماده است. از آنجا که ذرات میکروسیلیس بسیار کوچک اند، سطح ویژه آنها بسیار زیاد است. می دانیم هرچه ذرات ماسه کوچکتر باشند، به میزان آب بیشتری نیاز دارند، چنین موردی برای میکروسیلیس نیز صادق است و به همین دلیل است که هنگام مصرف میکروسیلیس در بتن از ترکیب آب با یک ماده افزودنی کاهنده یا فوق روان کننده استفاده میشود. سطح جانبی میکروسیلیس را باید با آزمایش ویژه ای به نام «روش BET» یا «روش جذب نیتروژن» تعیین کرد. سطح جانبی که بر اساس روش الک یا نفوذپذیری هوا تعیین می شود، برای میکروسیلیس بی معنی است.
 

انواع تیپ سیمانها و محل های مورد استفاده

ـ انواع سیمان

به طور کلی سیمانهای ساختمانی به دو نوع پرتلند و غیر پرتلند تقسیم می‌شوند. در قدیم ، قیر، گچ و آهک قسمت عمده سیمانهای غیر پرتلند را تشکیل می‌داد. لکن امروزه انواع مواد پلیمری به عنوان سیمانهای غیر پرتلند مورد توجه قرار گرفته‌اند .مواد پلیمری دارای خواص بسیار گوناگون و مفیدی هستند. البته پاره‌ای مشکلات خاص خود مانند عدم مقاومت در برابر آتش ، تغییر خواص در دراز مدت واز همه مهمتر قیمت بسیار بالا را هم دارند.

2ـ8 ـ انواع سیمان پرتلند بر مبنای استاندارد ایران

در استاندارد ایران ـ که بر مبنای استاندارد ASTM تدوین شده ـ سیمان پرتلند به پنج تیپ (نوع) تقسیم می‌شود که عبارتند از :

تیپ 1ـ سیمان پرتلند معمولی

تیپ 2ـ سیمان پرتلند اصلاح شده .

تیپ3ـ سیمان پرتلند زود سخت شونده .

تیپ 4ـ سیمان پرتلند با حرارت کم .

تیپ 5ـ سیمان پرتلند ضد سولفات .

تجهیزات لازم برای تولید هر پنج نوع سیمان فوق و خط تولید آنها مشابه است و عمده اختلاف در مقدار مواد اولیه و درجه حرارت کوره می‌باشد.

2ـ8 ـ1ـ سیمان پرتلند تیپ 1

همانطور که از نام سیمان پیداست، به طور معمول در کارها از این نوع سیمان استفاده می‌شود؛ مگر اینکه ویژگی خاصی مدنظر قرار گیرد. در استاندارد ایران سیمان تیپ 1 به سه دسته تقسیم می‌شود که عبارتند از : 325-1 ، 425-1، 525-1. این تقسیم بندی بر مبنای مقاومت 28 روزه نمونه‌های سیمانی است:

حداقل مقاومت 28 روزه سیمان پرتلند معمولی 325ـ1، 325 kg/cm3یا ,32.5Mpaاست.

2ـ8 ـ2ـ سیمان پرتلند تیپ 2

با اصطلاحاتی که در خط تولید این نوع سیمان صورت پذیرفته ، درصد C3A در آن به حداکثر 8% محدود شده است. این امر با کاستن از میزان خاک رس در مواد اولیه امکانپذیر است. چرا که C3A حاوی اکسید آلومینیوم ( Al2O3) است که این اکسید در خاک رس وجود دارد. لذا جهت کاهش باید از میزان خاک رس کاست.

کم شدن C3A باعث کاهش حرارت هیدراتاسیون و همچنین مقاوم شدن سیمان (و بتن) در برابر حمله سولفاتهاست . زیرا همانطور که در بخش 2ـ5 گفتیم، C3A در مجاورت آب با سولفاتها ترکیب شده ، ماده‌ای به نام اترنژیت به وجود می‌آورد که در اثر جذب آب متورم می‌شود و ایجاد ترک می‌کند (به این پدیده حمله سولفاتها گویند).

2ـ8ـ3ـ سیمان پرتلند تیپ 3

زمان گیرش این نوع سیمان، مشابه سیمان پرتلند معمولی است. اما مقاومت اولیه آن به سرعت زیاد می‌شود؛ به گونه‌ای که در سه روز ، به مقاومت هفت روزه تیپ 1 می‌رسد. یادآوری می‌‌کنیم که سیمان زود سخت شونده با سیمان زودگیر تفاوت دارد.مفهوم زودگیر یعنی زمان گیرش سریع که با مفهوم کسب مقاومت سریع متفاوت است. در این نوع سیمان، کسب مقاومت سریع با آزاد شدن گرمای هیدراتاسیون زیادی همراه است و لذا نباید از این نوع سیمان در بتن ریزیهای حجیم استفاده کرد. زیرا بتن در اثر گرمای زیاد هیدراتاسیون منبسط می‌شود و در همان حال گیرش حاصل می‌کند. اما پس از سرد شدن، پدیده انقباض بتن را تحت کشش قرار می‌دهد و باعث ایجاد ترکهایی در آن می‌شود. برای دستیابی به این نوع سیمان در مرحله تولید عمدتاً دو کار انجام می‌شود:

1ـ میزان C3S در سیمان را افزایش می‌دهند. همانطور که در بخش 2ـ5 متذکر شدیم، C3S وظیفه تامین مقاومت اولیه را بر عهده دارد.

2ـ در آسیاب نهایی آن را نرمتر از سیمان پرتلند معمولی می‌کنند (حدود3200cm2/gr).

در صورت عدم دسترسی به این نوع سیمان می‌توان از سیمان پرتلند معمولی 525-1 بهره جست.

امروزه مواد دیگری نیز به سیمان اضافه می‌کنند و سیمانهای خیلی زود سخت شونده و سوپر سخت شونده بدست می‌آورند. در مصرف این نوع سیمانها باید دقت داشت که دقیقاً مطابق روش ارائه شده در راهنمای آن عمل شود.

2ـ 8ـ4ـ سیمان پرتلند تیپ 4

در این نوع سیمان از طریق کم کردن میزان C3A C3S ،حرارت هیدراتاسیون را تا حد زیادی کاسته‌اند و از آن در بتن ریزیهای حجیم استفاده می‌کنند. البته میزان تولید این نوع سیمان در دنیا کم است و سعی می‌شود از سیمانهای جایگزین (همچون تیپ 5) استفاده شود.

در اینجا مناسب است بگوییم جهت کاستن حرارت هیدراتاسیون در بتن ریزی روشهای دیگری نیز وجود دارد که عبارتند از :

پیش سردکن: در این روش بجای آب از پودر یخ استفاده می‌شود . همچنین سعی بر آنست که سنگدانه‌ها حتی المقدور خنک باشند. بدین جهت شن و ماسه را از درون تونلهای خنک کننده عبور می‌دهند. به موازات آنها از میزان مصرف سیمان در بتن نیز تا حد امکان می‌کاهند. پس سردکن : در این روش ، لوله‌های مسی یا گلوانیزهمناسبی را در لابلای محدوده بتن ریزی قرار می‌دهند و هنگام بتن ریزی و در طول زمان عمل‌آوری، از میان آنها آب یا هوای سرد عبور می‌دهند. این لوله‌ها در بتن مدفون شده ، در آن باقی می‌ماند.

2ـ8 ـ5ـ سیمان پرتلند تیپ 5

در این نوع سیمان ـ که با هدف استفاده در جاهایی که در معرض حملات سولفاتی است ساخته می‌شود ـ درصد C3A به حداکثر 5% محدود شده است. از آنجا که حرارت هیدارتاسیون این نوع سیمان بسیار کمتر از حرارت هیدراتاسیون سیمان پرتلند معمولی است، می‌توان از آن در بتن ریزیهای حجیم استفاده کرد.

تذکر این نکته ضروری است که سرعت کسب مقاومت این نوع سیمان کمتر از تیپ 1 است؛ به طوری که در 28 روز، حدود 91% مقاومت 28 روزه سیمان تیپ 1 را بدست می‌آورد. لذا در برخی آیین‌نامه‌ها مقاومت 42 روزه این نوع سیمان به جای مقاومت 28 روزه آن لحاظ می‌شود.

2ـ9ـ بحثی پیرامون حملات سولفاتها

تا مدتها پس از بکارگیری سیمان پرتلند معمولی در بتن، در برخی مناطق بتن کم کم سفید شده ، پودر می‌شد و می‌ریخت. این معنا توسط یک مهندس سوئدی به نام شلتون کشف شد. شلتون نشان داد در مناطقی که مواد سولفاتی وجود دارد، سولفاتها پس از نفوذ به درون بتن با C3A ترکیب شده ، ماده‌ای به نام اترنژیت یا اترینگات به وجود می‌آورند . این ماده جدید در اثر جذب آب متورم و باعث ایجاد ترک در بتن می‌شود که به این روند، حملات سولفاتها گویند. برمبنای این کشف، کاهش میزان C3A در سیمان و تولید سیمانهایی چون سیمان پرتلند تیپ 5 به عنوان راه حل مقابله با حملات سولفاتها ارائه شد. در روند حملات سولفاتها، نکته مهم آنست که تخریب بتن در اثر پدیده شیمیایی ترکیب سولفات C3A نیست؛ بلکه به علت پدیده فیزیکی انبساط اترنژیت در اثر جذب آب است! بعدها مشخص شد که سولفاتها علاوه بر ترکیب با C3A ، به Ca(OH)2 نیز حمله کرده، در ترکیب با آن تولید سنگ گچ می‌کنند که این محصول هم در مجاورت آب و با جذب رطوبت، منبسط می‌شود و در بتن ایجاد ترک می‌کند. از طرفی دیده می‌شد که استفاده از سیمان ضد سولفات(تیپ 5) در مناطقی نظیر حاشیه خلیج فارس ـ که مواد سولفاتی به وفور وجود دارد ـ بر خلاف انتظار جوابگو نبوده، بتن تخریب می‌شود که نمونه این پدیده درتیرهای برق مشهود بود. با بررسیهای دقیقتر مشخص شد این تخریب در اثر حمله کلریدهاست نه سولفاتها؛ بدین شرح که با کاهش میزان ، در کنار افزایش مقاومت در برابر سولفاتها، نفوذپذیری نیز زیاد می‌شود و کلریدها راحت‌تر به داخل بتن راه می‌یابند. کلریدها به میلگرد حمله می‌کنند و در آنها خوردگی به وجود می‌آورند که در نهایت منجر به تخریب بتن می‌شود و از آنجا که در مناطق حاشیه خلیج فارس کلریدها نیز به میزان زیاد در محیط وجود دارند، این مشکل ظهور می‌کرد. جهت رفع این معضل، پیشنهاد شد در این مناطق از سیمانهایی استفاده شود که درصد C3A در آنها از 8% کمتر باشد؛ ولی کمتر از 5% نشود. که هم در برابر سولفاتها مقاومت کند و هم قابلیت نفوذ زیادی نداشته باشد. به طور کلی چنین نیست که هر جا مساله وجود سولفاتها در محیط مطرح باشد، از سیمان تیپ 5 استفاده شود . نوع سیمان مناسب در ارتباط با مقدار سولفات محیط مطابق جدول 2ـ1 می‌باشد. همچنین در مقابله با حملات سولفاتها ، علاوه بر انتخاب سیمان مناسب، باید به نکات دیگری نیز توجه داشت که در پدیده بسیار موثرند:

1ـسولفاتها تنها در حالت محلول قادر به حمله به بتن هستند. لذا یکی از راه‌های مقابله با حملات سولفاتها دور نگاهداشتن بتن از رطوبت است. نمونه این عملیات قلوه چینی پیرامون پی ساختمانها جهت جلوگیری از نفوذ آب به پی است. همچنین در ساخت بتن نباید از آب دارای سولفاتها استفاده کرد.

2ـ تر و خشک شدن متناوب ، حملات سولفاتها را تشدید می‌کند. این پدیده به ویژه در سازه‌های بتنی کنار دریا که تحت تاثیر جذر و مد هستند مشاهده می‌شود. 3ـ از آنجا که هر چه میزان آب به سیمان (W/C) در بتن بیشتر باشد، نفوذپذیری و پیرو آن حملات سولفاتها و کلریدها بیشتر است، حتی‌المقدور باید مقدار آب را تا حد امکان کاست و به جای آن از مواد روان کننده استفاده کرد.

جدول 2ـ1 : نوع سیمان مناسب در ارتباط با میزان سولفات محیط

اصولاً بتن در معرض دو گانه حمله است:

1ـ حمله داخلی .

2ـ حمله خارجی.

در حمله داخلی، مواد مخرب با مواد اولیه وارد بتن می‌شوند و گریزی از حضور آنان نیست. مثلاً سولفات از طریق سنگ گچ موجود وارد بتن می‌شود. ممکن است آب مصرفی خود دارای مواد واکنش‌زا باشد و … . تنها راه مقابله با این حملات، دقت در انتخاب مواد اولیه و خشک نگه داشتن بتن حاصله است. اینگونه حملات طی سالیان طولانی و آهسته آهسته ظاهر می‌شوند. در حمله خارجی، مواد مخرب از خارج به درون بتن نفوذ کرده، آن را تحت تاثیر قرار می‌دهند. مانند حمله کلریدها در خلیج فارس. این گونه حملات طی مدت زمان بسیار کوتاه تری (بین 6 ماه تا یک سال) ظهور می‌کنند و راه‌های مقابله با آن قبلاً شرح داده شد.

2ـ10ـ دیگر انواع سیمانهای پرتلند

2ـ10ـ1ـ سیمانهای پرتلند پزولانی

پزولانها مواد سیلیسی یا سیلیس آلومیناتی هستند که خود قابلیت چسبندگی ندارند؛ اما به صورت پودر در کنار رطوبت با آهک ترکیب می‌شوند و ترکیبات سیلیکات کلسیم به وجود می‌آورند که خاصیت چسبندگی دارند. در تهیه سیمانهای پرتلند پزولانی، درصد مشخصی از مواد پزولانی را به سیمان پرتلند می‌افزایند و با سیمان حاصل، خواص جدیدی را تامین می‌کنند. یکی از مهمترین خواص این سیمانها مقاومتشان در برابر حمله سولفاتها می‌باشد. پودر سیمان پرتلند در مجاورت آب ، ژل سیمانرا به وجود می‌آورد. 2(Ca(OH ماده‌ای است که در ژل سیمان یافت می‌شود و معایبی را به همراه دارد که عبارتند از:

1ـ آب هنگام خروج از لوله‌های مویین بتن، مقداری 2(Ca(OH را در خود حل و به خارج منتقل می‌کند. 2(Ca(OH در مجاورت هوا با CO2 ترکیب می‌شود و CaCo2+H2O را به وجود می‌آورد که پس از تبخیر آب آن به صورت سفیدکهایی بر سطح بتن ظاهر می‌شود.

2ـ جای 2(Ca(OH هایی که به صورت فوق از بتن خارج می‌شوند، خالی می‌ماند که این خود، عاملی در جهت افزایش نفوذپذیری بتن است.

3ـ 2(Ca(OH بستر مناسبی برای حمله سولفاتها به وجودمی‌آورد. زیرا سولفاتها به 2(Ca(OH حمله کرده، گچ به وجود می‌آورند . این گچ در اثر جذب رطوبت متورم می‌شود و همان مساله حمله سولفاتها به وقوع می‌پیوندد. پزولانها با 2(Ca(OH موجود در سیمان ترکیب می‌شوند و سیلیکات کلسیم به وجود می‌آورند که ماده‌ای است با خاصیت چسبندگی . در حقیقت پزولانها یک ماده مضر در سیمان را به ماده‌ای مفید تبدیل می‌کنند. تا مدتها گمان بر آن بود که مقابله با حمله سولفاتها فقط از طریق کاستن میزان C3A و استفاده از سیمان تیپ 5 میسر است. اما امروزه می‌دانند که میزان زیاد 2(Ca(OH نیز بستر مناسبی جهت حمله سولفاتها فراهم می‌کند و راه مقابله با آن استفاده از سیمان پرتلند پزولانی است. بر مبنای همین اصل ، همانگونه که در جدول 2ـ1 نیز مشاهده کردید، اگر درصد سولفات محیط بیش از 2% باشد، در کنار استفاده از سیمان تیپ 5 باید از مواد پزولانی استفاده کرد. سیمانهای پزولانی بر اساس میزان پزولان موجود در آنها به صورت ًسیمان پزولانی X%ًبیان می‌شوند. آیین نامه حداکثر میزان مجاز پزولان در سیمان پرتلند پزولانی را 15% می‌داند . البته در برخی سیمانها میزان پزولان تا مقادیری بسیار بیش از این هم می‌باشد؛ اما چنین سیمانهایی پرتلند محسوب نمی‌شوند. بلکه ًسیمانهای  پزولانی با خواص مربوط به خود هستند. حرارت هیدراتاسیون پرتلند پزولانی بسیار پایینتر از سیمانهای پرتلند معمولی است و لذا در بتن ریزیهای حجیم همچون سد سازیها کاربرد دارند. اما در زمستان که خطر یخ زدگی وجود دارد نباید از آنها استفاده کرد. همچنین مقاومت آنها تا پیش از یک سال کمتر از مقاومت سیمانهای عادی می‌باشد (نمودار شکل 2ـ21) و لذا از سیمانهای پرتلند پزولانی در قسمتهایی که نیاز به کسب مقاومت سریع است نمی‌توان استفاده کرد. مواد پزولانی به دو گونه در طبیعت یافت می‌شوند:

پزولانهای طبیعی ، شامل خاکسترهای آتشفشانی است که از دهانه کوه‌های آتشفشان خارج می‌شود و در اطراف این کوه‌ها به صورت پوکه جمع می‌شود. شاید قدیمیترینخاکستر آتشفشانی که در صنعت سیمان به کار گرفته شد، خاکسترهای موجود در دهکده پزولان در دامنه کوه آتشفشان وزوو در ایتالیا باشد ـ و نام پزولان نیز از همین جا کسب شده است ـ . استاندارد شماره 3433 ایران خواص پزولانهای طبیعی را به دقت بیان کرده است که در هر مورد، پزولان مورد نظر باید تجزیه و با استاندارد تطبیق داده شود. از مهمترین مشکلات پزولانهای طبیعی . غیر یکنواختی آنهاست که در تولید سیمان یکنواخت ایجاد مشکل می‌کند. امروزه پزولانهای طبیعیکاربرد چندانی ندارند. پزولانهای مصنوعی گونه دیگری از پزولانها هستند که برخلاف پزولانهای طبیعی، کاربردهای متعددی دارند. دو نوع عمده آنها عبارتنداز:

1ـ خاکستر بادی .

2ـ دوده سیلیسی .

خاکستر بادی از سوختن ذغال سنگ در کوره‌های نیروگاه برق ـ که از این ذغال سنگ به عنوان سوخت استفاده می‌کنندـ بدست می‌آید. این ماده بر خلاف دوده سیلیسیکه در دو کارخانه ًازناً در نزدیکی خرم آباد و ًسمنانً تهیه می‌شود، در ایران تولید نمی‌شود. جهت تهیه دوده سیلیسی ، با استفاده از برق فشار قوی، جرقه‌ای الکتریکی در انباشته‌ای از ذغال سنگ سیلیس به وجود می‌آورند. دوده‌ای که بدین طریق بدست می‌آید، همان دوده سیلیسی است. ذرات دوده سیلیسی 100 تا 200 بار کوچکتر از ذرات سیمان است و به دلیل همین نرمی زیاد هنگام استفاده از آنها یا باید میزان آب مصرفی را افزود یا از مواد روان کننده استفاده کرد.

2ـ10ـ2ـ سیمان پرتلند سرباره‌ای

به موادی که در بالای کوره بلند ذوب آهن جمع می‌شوند و به عنوان ضایعات صنعت فولاد شناخته شده‌اند، سرباره گویند. سرباره اگر به آهستگی سرد شود، حالت بلوری پیدا می‌کند که مصرف چندانی ندارد. اما اگر آن را به سرعت سرد کنیم، به صورت آمورف یا شیشه‌ای در می‌آیند که پس از پودر شدن، در صنعت سیمان کاربرد دارند. بدین منظور از جت آب سرد استفاده می‌شود. هنگام آسیاب کردن سرباره باید دقت داشت از آنجا که سختی سرباره بیش از سیمان است ، باید هر یک جداگانه آسیاب و در نهایت مخلوط شوند. در صورتیکه سیمان و سرباره با هم مخلوط شوند، بنا به دلایل فوق، ذرات سیمان نرمتر از سرباره‌ها خواهد شد. در ترکیب شیمیایی سرباره ها،سیلیکاتها، آلومینوسیلیکاتها و کلسیم وجود دارد که مقدار آنها در سرباره کوره‌های مختلف، متفاوت و به جنس مواد اولیه مصرفی کوره وابسته است. در ایران استاندارد شماره 3517 مشخصات سیمان های پرتلند سرباره‌ای ـ که شباهت به سیمانهای پرتلند پزولانی داردـ را بیان می‌کند. در این استاندارد، سیمانهای سرباره‌ای بر مبنایسرباره موجود در آنها به سه دسته تقسیم می‌شوند . جدول 2ـ2 گویای این اطلاعات است. سیمان ًپ س 5ً مقاومت بسیار خوبی،‌ حتی بهتر از سیمان پرتلند 5 ، در برابر حمله سولفاتها از خود نشان می‌دهد. با توجه به مواد اولیه در تولید سیمان پرتلند سرباره‌ای، معمولاً در نزدیکی کارخانه‌های ذوب آهن، یک کارخانه تولید سیمان نیز مشاهده می‌شود. مانند سیمان سپاهان در نزدیکی ذوب آهن اصفهان .

جدول 2ـ2 : انواع سیمان سرباره‌ای بر اساس استاندارد شماره 3517 ایران.

2ـ10ـ3ـ سیمان پرتلند بنایی

یکی از مصارف سیمان، تهیه ملات و استفاده از آن در آجرکاری است. بدین منظور ملات مورد استفاده باید خصوصیات ذیل را دارا باشد.

1ـ باید آب خود را حفظ کند. زیرا در حالت عادی، آجر در مجاورت ملات، آب ملات را جذب می‌کند و اصطلاحاً ملات را می‌سوزاند. چنین ملاتی به علت عدم وجود آب کافی برایهیدراتاسیون سیمان، چسبندگی و مقاومت مناسبی ندارد.

2ـ خشن نبوده، راحت پخش شود.

3ـ ترک خوردگی در آن تا حد امکان کم باشد.

ملاتی که از سیمان عادی تهیه می‌شود، خصوصیات فوق را ندارد. اولاً در برابر آجر آب خود را از دست می‌دهد. یعنی آجر آب آن را می‌کشد. برخی بنّاها برای کاستن این اثر آجر، آجرها را پیش از آجرکاری ًزنجابً می‌کنند. یعنی آنها را برای مدت معین در آب غوطه‌ور می‌نمایند. ثانیاً پخش کردن ملات ماسه سیمان چندان ساده نیست. به عبارتی این ملات خشن است . استادان بنّا برای رفع این مشکل ، به ملات سیمان، خاک رس یا آهک می‌افزایند . این مسایل متخصصان را به فکر تولید سیمانی با خواص مطلوب جهت کار بنایی واداشت. که نتیجه آن تولید سیمان پرتلند بنایی بود. در تولید این سیمان مقداری سنگ‌ آهکی را همراه سیمان آسیاب می‌کنند . با وجودیکه مقاومت این سیمان از سیمان پرتلند معمولی کمتر است (در حدود 200kg2/cm)، اما برای هدف منظور بسیار مناسب است. چرا که مقاومت خود قالبهای آجر چیزی در حدود 80kg2/cm است. لذا مقاومت زیاد ملات کارایی ندارد و در صورت رسیدن بار به این حد، آجرها خرد می‌شوند. لازم به ذکر است افت مقاومت سیمان به ازای افزودن تا 50% آهک ، در حدود 5% است. معمولاً جهت متمایز کردن سیمان پرتلند بنایی با سیمان پرتلند عادی. حداکثر 10% به آن پودر قرمز رنگ هماتیت ـ که در جزیره هرمز یافت می‌شودـ می‌زنند که نتیجه آن پودر صورتی رنگ سیمان خواهد بود. استاندارد شماره 3516 ایران، مشخصات سیمان پرتلند بنایی را بیان کرده است. دقت کنید از سیمان پرتلند بنایی به هیچ وجه نمی‌ توان در صنعت بتن استفاده کرد.

2ـ10ـ4ـ سیمان پرتلند آهکی

روش تولید این سیمان ـ که در آلمان به سیمان P.K.Z معروف است ـ مشابه سیمان پرتلند بنایی است با این تفاوت که در تولید سیمان پرتلند بنایی از همان پودر سنگ آهک ـ که از مواد اولیه کارخانه است ـ استفاده می‌شود؛ در حالیکه در تولید سیمان پرتلند آهکی از پودر آهک ویژه که دارای خواص معین در استانداردهای مربوط است استفاده می‌شود.

خواص این سیمان مشابه سیمان پرتلند معمولی است . در 28 روز مقاومت 330kg2/cmمی‌ دهد و لذا می‌توان آن را در تهیه بتن به کار برد. علت عمده تولید این نوع سیمان، مساله اقتصادی است.

2ـ10ـ5ـ سیمان پرتلند سفید

رنگ سیاه سیمان ناشی از ترکیبات آهن و منگنز موجود درآنست. لذا جهت از بین بردن آن ، باید ترکیبات عناصر فوق تا حد امکان محدود و کم شود (کمتر از 1%) . همچنین در آسیاب سیمان به جای استفاده از گلوله‌های فلزی ـ که در اثر سایش مقداری آهن وارد سیمان می‌کنند ـ از گلوله‌های سرامیکی استفاده شود. از طرفی ترکیبات آهن در سیمان نقش کاتالیزور را داشته، از افزایش دمای پخت جلوگیری می‌کنند. در صورت حذف این ترکیبات، دمای پخت تا حدود 1800 درجه بالا می‌رود که غیر اقتصادی است. به منظور مقابله، از کاتالیزور حرارتی کرایولیت (فلرورسدیم و آلومینیوم) استفاده می‌شود. کنترلهای مختلف در تولید این نوع سیمان سبب افزایش قیمت آن نسبت به سیمان پرتلند معمولی شده است.

با وجودیکه سیمان سفید فقط به دلیل مشخصه رنگ سفیدش (در نماسازی و اندود کاری) استفاده می‌شود، از لحاظ جنس باید کلیه خصوصیات سیمان پرتلند معمولی را دارا باشد. جهت تعیین میزان سفیدی این سیمان ، قرصی از آن را تهیه می‌کنند و در کنار قرص منیزیم زیر میکرسکوپ قرار می‌دهند. به هر قرص نوری یکسان می‌تابانند و میزان انعکاس از هر یک را محاسبه می‌کنند. با توجه به آنکه مبنای سنجش سفیدی سیمان، میزان بازتاب نور از سطح قرص منیزیم است، درجه سفیدی عبارتست از نسبت بازتاب نور توسط قرص سیمان سفید به بازتاب نور توسط قرص منیزیم . حداقل لازم برای این نسبت 80% در نظر گرفته شده است.

2ـ10ـ6ـ سیمان پرتلند رنگی

گاهی لازم است به دلایل نماسازی یا متمایز کردن قسمتی از سازه، بخواهیم بتن رنگی داشته باشیم. در اینصورت باید از سیمان پرتلند رنگی استفاده کرد. بدین منظور ، هنگام آسیاب نهایی سیمان ، کلینکر را با حداکثر 10% مواد رنگی (براساس جدول 2ـ3) آسیاب می‌کنند تا سیمان رنگ مورد نظر را پیدا کند. در صورتیکه بخواهند سیمان با رنگهای تیره تولید شود، از کلینکر سیمان پرتلند معمولی و در صورت لزوم به دستیابی به رنگهای روشن ، ازکلینکر سیمان پرتلند سفید استفاده می‌کنند.

جدول 2ـ3: مواد رنگ ساز مختلف برای تهیه سیمانهای رنگی گوناگون

به طور کلی مواد رنگی ساز باید دو خصوصیت عمده داشته باشند که عبارتنداز:

1- خنثی باشند. یعنی در واکنشهای هیدراتاسیون سیمان شرکت نکنند.

2ـ پایدار باشند. یعنی رنگ حاصل از آنها در اثر تابش آفتاب ، شرایط جوی و … تغییر نکند.

سیستم صحیح دستیابی به بتن یا سیمان رنگی همان است که ذکر کردیم. یعنی رنگ باید هنگام آسیاب شدن به سیمان افزوده شود . افزودن رنگ به بتن در کارگاه هنگام ساخت بتن صحیح نیست و کیفیت یکنواخت و قابل قبولی ندارد. این نوع سیمان در ایران تولید نمی شود.

2ـ10ـ7ـ سیمان ضد آب

قبلاً دیدیم که سیمان انبار شده در اثر جذب آب یا فاسد می‌شود. در صورتیکه بخواهند سیمانی را برای مدت طولانی یا در محیط مرطوب انبار کنند،آن را به صورت  ضد آب می‌سازند. بدین صورت که هنگام آسیاب کلینکر، درصدی اسیدهای چرب (اسید اولئیک ، اسید استئاریک یا اسید لاکتیک) به آن می‌افزایند . در این صورت لایه‌ای از چربی دور دانه‌های سیمان را گرفته ، از رسیدن رطوبت CO2 یا به آنها جلوگیری می‌کند. لذا این سیمان در انبار فاسد نمی‌شود. اما هنگامیکه با شن و ماسه در میکسر می‌ریزد، لایه چربی به علت اصطکاک بین سنگدانه‌ها و ذرات سیمان از بین می‌رود و سیمان به صورت عادی عمل می‌‌کند. این سیمان نیز در ایران تولید نمی‌شود.

2ـ10ـ8 ـ سیمان حفاری

کاربرد این سیمان منحصر در چاه‌های نفت است. در حفاریهای نفتی که عمق آن گاهی به حدود 6000 متر نیز می‌رسد، جهت جلوگیری از ریزش دیواره‌ها با قرار دادن لوله‌هایی درون چاه ، پشت آن را دوغاب سیمان ترزیق می‌کنند. سیمان مصرفی برای این منظور باید تامین کننده خصوصیات زیر باشد:

1ـ زمان گیرش اولیه آن طولانی (در حدود 3 ساعت) باشد تا فرصت کافی برای پمپ کردن آن به اعماق پایینی زمین وجود داشته باشد.

2ـ از آنجا که در دما در اعماق پایینی زمین ممکن است تا حدود نیز برسد، باید در برابر حرارت مقاوم باشد.

3ـ چون لایه ریزی آن از پایین به بالاست، مقاومت سیمان باید پس از گیرش به سرعت افزایش یابد. سیمان مناسب برای این اهداف، سیمان حفاری یا سیمان چاه‌های نفت است که بسیار گرانقیمت تر از سیمان پرتلند معمولی است و هرگز نباید از آن برای منظور دیگری استفاده کرد. در صورت ساخت بتن با این سیمان، این بتن تا چند روز حالت خمیری دارد و دیر سفت می‌شود. اما پس از سفت شدن مقاومت بسیاری بالایی خواهند داشت و تخریب آن فوق‌العاده دشوار است.

2ـ10ـ9ـ سیمان گسترش یابنده

جمع شدگی یکی از خصوصیات سیمان است که اگر تحت کنترل در نیاید، موجب بروز خساراتی خواهد شد. بحث جمع شدگی و راه‌های مقابله با آن ، مفصل و نیازمند مجال دیگری است. سیمان گسترش یابنده، نوعی سیمان است که در آن به گونه‌ای با مساله جمع شدگی مقابله شده است . در این سیمان ـ که اولین بار توسط دانشمند فرانسوی به نام لوزیه تهیه شد ـ به سیمان موادی می‌افزایند که هنگام مصرف منبسط شود و جمع شدگی سیمان را جبران کند. انبساط مذکور تحت کنترل است و یا برابر میزان جمع شدگی است که در این صورت سیمان حاصل ، بدون جمع شدگی است و یا بیش از آن است که در این صورت سیمان حاصل ، منبسط شونده یا پف کننده است. جهت تولید این نوع سیمان ، کلینکر را با درصدی مواد منبسط شونده آسیاب می‌کنند. لوزیه، مخلوط سنگ گچ ، گچ معمولی و سنگ بوکسیت را با هم حرارت داد و ترکیبسولفوآلومینات کلسیم را بدست آورد و از آنجا که این ماده در مجاورت با آب منبسط می‌شود، از آن به عنوان ماده مورد نیاز استفاده کرد. این فرایند در حقیقت حمله مصنوعی سولفاتها به حساب می‌آمد. ولی جهت کنترل این حمله و انبساط ، از ماده تثبیت کننده ًسرباره کوره آهن گدازی استفاده کرد. البته امروزه مواد گوناگون به عنوان ماده گسترش یابنده به کار می‌روند. سیمانها از لحاظ گسترش یافتن به چهار دسته به شرح جدول 2ـ4 تقسیم می‌شوند. نکته‌ای که در ارتباط با استفاده از این سیمانها باید متذکر شد، آنست که شیوه مصرف دقیقاً مطابق با آنچه تولید کننده بیان کرده باشد. در غیر این صورت ممکن است نتیجه مطلوب حاصل نشده ، خساراتی هم به بار آید .

نوع سیمان                                   میزان انبساط

بدون جمع شدگی                          حداکثر تا 4 میلیمتر در متر

با انبساط کم                                 4 تا 8 میلیمتر در متر

با انبساط متوسط                           8 تا 12 میلیمتر در متر

با انبساط زیاد                               12 تا 15 میلیمتر در متر

جدول 2ـ4 : انواع سیمان از لحاظ میزان گسترش یافتن

سیمانهای گسترش یابنده کاربردهای خاصی دارند که به برخی از آنها اشاره می‌شود.

الف ـ ترمیم روسازیهای بتنی

در روسازیهای بتی که یکپارچگی سطح مهم است، در صورتیکه بخشی از سطح سوراخ یا کنده شود، جهت پرکردن آن باید از سیمان گسترش یابنده استفاده کرد تا پس از حاصل کردن گیرش، منبسط شده ، کاملاً به دیواره‌های سوراخ بچسبد و یکپارچگی سطح را حفظ کند و از ظاهر شدن شکاف و درز جلوگیری نماید.

ب ـ ترمیم مخازن سیالات

در صورت بروز ترک یا درز در دیواره‌های بتنی مخازن سیالات ، ترک حاصل را نمی‌توان با سیمان عادی ترمیم کرد. چرا که پس از حاصل کردن گیرش ، باز در اثر پدیده جمع شدگی ، درز کوچکی باقی می‌ماند. بدین منظور از سیمان گسترش یابنده استفاده می‌کنند تا با فشار آوردن به دیواره‌های ترک ، آن را به خوبی مسدود نماید.

ج ـ ترمیم قوسها

قوسها سازه‌هایی هستند که نیروهای قائم را به صورت نیروهای فشاری به پی منتقل می‌کنند(شکل 2ـ23). لازمه این عملکرد، یکپارچه بودن عناصر سازنده قوس است. در صورت بروز انقطاع در این عناصر ، محل قطع باید به وسیله سیمان منبسط شونده ترمیم شود تا یکپارچگی فوق تامین گردد.

د ـ نصب ستونهای بلند

هنگام نصب ستونها باید در شاغولی بودن آنها بسیار دقت کرد. در غیر این صورت ستون کج نصب می‌شود که باعث خارج شدن بار از محور بارگذاری و تحمیل ممان خروج از مرکز می‌گردد. این مساله مخصوصاً در ستونهای بلند بسیار اهمیت دارد. چرا که انحرافات اندک پای ستون، در ارتفاعات به وضوح ظاهر می‌شود.

جهت نصب اینگونه ستونها ، آنها را بر روی صفحاتی فلزی جوش داده، به محل منتقل می‌کنند. بر روی صفحات سوراخهایی جهت عبور پیچ است. این پیچها قبلاً در پی تعبیه شده‌اند. با قرار دادن صفحات فلزی روی پیچها و تنظیم مهره‌های مربوط ، ستون را به صورت شاغول در می‌آورند. آنگاه اطراف صفحه تا روی پی را بسته ، درون آن رادوغاب سیمان گسترش یابنده تزریق می‌کنند تا پس از کسب مقاومت ، هم ستون شاغول باشد و هم قدرت باربری سیستم تامین شود.

2ـ11 ـ سیمان پرآلومین (برقی)

در خاتمه بخش سیمان، آشنایی با یک سیمان غیر پرتلند به دلیل خواص جالب آن مناسب به نظر می‌رسد. به دنبال کشف مساله حمله سولفاتها، یک دانشمند فرانسوی به نام ژول برد تحقیقاتی را جهت دستیابی به سیمانی مقاوم در برابر سولفاتها آغاز کرد. نتیجه این تحقیقات ، دستیابی به سیمان پرآلومین بود. در تولید این سیمان حدود 40% سنگ آهک را با 40% بوکسیت مخلوط نموده، 20% مواد دارای آهن و سیلیس می‌افزاییم و مخلوط را درون کوره حرارت می‌دهیم. کوره تولید سیمان برقی دارای یک قسمت قائم و یک قسمت افقی است که دما در قسمت افقی به بالاترین حد یعنی حدود 1600 درجه می‌رسد. در این دما ـ برخلاف روند تولید سیمان پرتلند که 25% مواد ذوب می‌شوند ـ کلیه مواد اولیه به صورت مذاب در می‌آیند. مواد مذاب از انتهای کوره خارج می‌شوند و داخل سینیهایی می‌‌ریزند تا به سرعت سرد شوند . حاصل، ورقه‌های شیشه‌ای مانند است که به دستگاه خردکن می‌روند و به صورت قطعات کوچکی در می‌آیند. این قطعات ، کلینکر سیمان برقی می‌باشند. کلینکر سیمان برقی را به آسیاب می‌برند و بدون افزودن هیچگونه ماده‌ای آن را آسیاب می‌کنند. نتیجه فرایند ، سیمان پرآلومین است که دارای رنگی تیره‌‌تر از سیمان پرتلند معمولی (تقریباً سیاه) می‌باشد. همانطور که گفته شد، هدف از تهیه این سیمان، مقاومت در برابر حمله سولفاتها، بود که به خوبی انجام پذیرفت. بعداً دیده شد که مقاومت این سیمان در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی بسیار سریعتر افزایش می‌یابد؛ به گونه‌ای که در یک روز، مقاومت 28 روزه سیمان پرتلند عادی را بدست می‌دهد (شکل 2ـ25). با توجه به اینکه این کشف، پس از جنگ جهانی دوم و آغاز دوران بازسازی در اروپا صورت پذیرفت، سیمان پرآلومین با اقبال فراوان و مصرف گسترده‌ای مواجه شد. لکن برخی‌ سازه‌هایی که در آن این نوع سیمان به کار رفته بود، خراب می‌شد. مدتها علت این امر پوشیده بود تا نهایتاً در دهه 1960 پدیده تبدیل کشف گردید. دانشمندان نشان دادند که این سیمان در دمای بین 20 تا 30 درجه مخصوصاً در محیطهای مرطوب دچار تغییرات شیمیایی شده ، چسبندگی خود را از دست می‌دهد که این امر باعث تخریب سازه‌های این نوع سیمان است. کشف پدیده تبدیل ، مصرف سیمان پرآلومین در کارهای ساختمانی را ممنوع کرد . امروزه کاربرد این سیمان در دماهای بسیار بالا یا پایین است؛ مثلاً در مناطق قطبی یا استوا. لکن مهمترین کاربرد آن ، استفاده به عنوان سیمان نسوز است. این سیمان تا دمای حدود 1600 درجه را به خوبی تحمل می‌کند و لذا می‌توان از آن در چسباندن آجرهای نسوز درون کوره سیمان بهره جست.

بررسی جذب آب بتن سبکدانه با لیکا

بکارگیری بتن های سبکدانه با لیکا برای مناطق بندری و سواحل کشور بویژه در حاشیه خلیج فارس و دریای عمان نیاز به مطالعه جدی دارد. پارامترهای مختلفی در این رابطه باید مورد توجه قرار گیرد. از جمله می توان به بررسی جذب آب این نوع بتن ها پرداخت. جذب آب حجمی اولیه 10 تا 60 دقیقه ، جذب آب حجمی نهائی 7 روزه ، جذب آب موئینه ، تعیین پارامترهای ثابت بتن ، ضریب جذب آب موئینه در حالت خشک شده در هوا.

- مقدمه

بکارگیری بتن های سبکدانه با لیکابرای مناطق بندری و سواحل کشور بویژه در حاشیه خلیج فارس و دریای عمان نیاز به مطالعه جدی دارد. پارامترهای مختلفی در این رابطه باید مورد توجه قرار گیرد. از جمله می توان به بررسی جذب آب این نوع بتن ها پرداخت. جذب آب حجمی اولیه 10 تا 60 دقیقه ، جذب آب حجمی نهائی 7 روزه ، جذب آب موئینه ، تعیین پارامترهای ثابت بتن ، ضریب جذب آب موئینه در حالت خشک شده در هوا و خشک شده در آون و ارتفاع موئینه برای بتن های سبکدانه سازه ای با لیکای ایران و با نسبت آب به سیمان کم در حالت های میکرو سیلیس دار و بدون میکرو سیلیس بدست آمده و با بتن سبکدانه غیر سازه ای و بتن معمولی مشابه مقایسه می گردد. همچنین ضریب همبستگی تعیین پارامترهای جذب آب موئینه مشخص شده است. برای بتن ها ، جذب آب مفهوم نفوذ پذیری را نشان می دهد و بویژه در مواردی که بتن دائما در معرض آب نمی باشد ، جذب آب موئینه می تواند از اهمیت برخوردار باشد.

2-روش تهیه نمونه ها

2-1- تعداد و نوع نمونه ها

برای بررسی بتن های سبکدانه سازه ای با لیکای از نظر جذب آب ، نمونه های مکعبی 10 سانتیمتری با نسبت های مورد نظر ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفت.

برای تعیین درصد جذب آب حجمی اولیه در زمانهای 10 و 20 و 60 دقیقه و درصد جذب آب حجمی 1 تا 7 روزه در دو حالت خشک شده در آون برای هر نوع مخلوط بتن ، 4 آزمونه مکعبی 10 سانتیمتری تهیه شد که دو آزمونه برای حالت خشک شده در هوا و دو آزمونه برای حالت خشک شده در آون بکار رفت. همچنین برای تعیین جذب آب موئینه و مشخص کردن حجم آب جذب شده در واحد سطح ( i ) در مدت 3 ، 6 ، 24 و 72 ساعت و در کنار آن پارامتر ثابت جذب C و پارامتر S ضریب جذب موئینه بتن با توجه به روند جذب آب موئینه در طول زمان ، 2 آزمونه مکعبی 10 سانتیمتری برای حالت خشک شده در هوا و دو آزمونه برای حالت خشک شده در آون بکار گرفته شد که جمعا 4 آزمونه را تشکیل می دهد.

2-2-شرایط نگهداری نمونه ها

آزمونه های بتنی پس از قالب گیری ، یک روز در قالب در زیر گونی چتائی مرطوب قرار گرفتند و پس از یک روز در تانک آب در دمای °c 22 به مدت 6 روز نگهداری گردید. آزمونه های 7 روزه به دو دسته تقسیم شدند و به مدت 14 روز در محیط آون با دمای °c 50 و محیط آزمایشگاهی با دمای °c20 تا °c 27 و رطوبت نسبی 40 تا 50 درصد قرار داده شدند. پس از این مدت هر دسته از آزمونه ها مورد آزمایش قرار گرفت.

2-3-شرایط آزمایش

نمونه های مربوط به آزمایش جذب حجمی در تانک آب قرار گرفت و در زمانهای 10 ، 20 و 60 دقیقه جذب آب اولیه حجمی ( سطحی ) تعیین گردید. سپس این کار ادامه یافت و در سنین 1 ، 2 ، 3 و 7 روزه و حتی در سنین 4 ، 5 و 6 روزه نمونه ها وزن شد و جذب آب حجمی نهائی تا ثابت شدن وزن نمونه بدست آمد ( طبق BS ) .

نمونه های مربوط به آزمایش جذب آب موئینه به نحوی روی ظرف محتوی آب حاوی لاجورد قرار گرفت که 10 میلیمتر آن همواره در آب بود و بقیه در هوا واقع شد. در سنین 3 ، 6 ، 24 و 72 ساعت نمونه ها توزین گردید ( طبق Rilem Cpc112 ) .

2-4مصالح مصرفی

برای ساخت نمونه ها از سیمان نوع 1 ، میکرو سیلیس تولید داخل ، شن لیکای تولید ایران با حداکثر اندازه 13 میلیمتر و ماسه لیکا با حداکثر اندازه 3 میلیمتر ، شن و ماسه معمولی معروف به خلیج و افزودنی فوق روان کتتده MS 432 استفاده شده است که در جدول مربوطه نوع مصالح مصرفی و مقادیر آنها در یک متر مکعب بتن متراکم تازه ، نسبت آب به سیمان و اسلامپ آنها ملاحظه می شود.

3-نتایج آزمایشها

نتایج آزمایشها در جدول زیر به صورت خلاصه ارائه می گردد.

همچنین نمودارها و منحنی هائی در رابطه با نتایج ارائه می شود.

4- نتیجه گیری

در مورد وجود یا عدم وجود میکروسیلیس نتیجه گیری می شود. میکروسیلیس مقدار جذب حجمی را کاهش می دهد ( هم برای نمونه های خشک شده در آون و هم برای نمونه های خشک شده در هوا )

در مورد نسبت آب به سیمان بتن سبکدانه سازه ای و اثر آن بر جذب آب نتیجه گیری می گردد. افزایش نسبت آب به سیمان موجب افزایش جذب آب حجمی می شود.

مقایسه بین نتایج بتن سبکدانه سازه ای و غیر سازه ای با بتن معمولی انجام می شود و مصرف بتن سبکدانه سازه ای و غیر سازه ای در محیط خورنده توصیه می گردد. ضریب جذب موئینه با وجود میکروسیلیس در بتون های خشک شده در آون و هوا کاهش می یابد و در بتن های سبکدانه ، ضریب جذب موئینه تفاوت چندانی با بتن های معمولی تدارد ؛ اما با افزایش نسبت آب به سیمان افزایش چشمگیری را نشان می دهد.

5-مراجع

[1] Emerson, M., "Mechanisms of Water Absorption by Concrete." , Transport and Road Research Laboratory; U.K; 1990.

[2] Potter, R., Ho, D., "Quality of Cover Concrete and Its Influence on Durability"; SP 100-25; International Conference on Concrete Durability, Vol.1; American Concrete Institute.

[3] McCarter, W.J., Emerson, M., and Ezirim. H; "Properties of Concrete in the Cover Zone: Developments in Monitoring Techniques", Magazine of Concrete Research, Vol.47; No. 172, Sept.1995; pp.243-251.

[4] RILEM Technical Recommendation for the Testing and Use of Construction Materials; CP 11.2; TC14-CPC; "Absorption of water by Concrete by Capillarity"; E & FN Spon; Chapman and Hall, 1994.

نویسنده : کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))

مواد افزودنی بتن الیافی(بتن الیافی)

بتن الیافی نوعی کامپوزیت است که با استفاده از الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن، مقاومت کششی و فشاری بتن الیافی، به صورت چشم گیری افزایش می یابد. این کامپوزیت (بتن الیافی)، یکپارچگی و پیوستگی خوبی داشته و امکان استفاده از بتن به عنوان یک ماده شکل پذیر جهت تولید سطوح مقاوم پرانحنا را فراهم می آورد برای ساخت بتن الیافی از افزودنی بتن یا ژل میکروسیلیس که حاوی الیاف می باشد میتوان استفاده کرد یا میتوان گفت که برای اضافه کردن الیاف به بتن و تولید بتن الیافی ژل میکروسیلیس که شامل الیاف پلی پروپیلن می باشد بسیار مناسب می باشد. بتن الیافی تولید شده با ژل میکروسیلیس از قابلیت جذب انرژی زیادی برخوردار است و تحت اثر بارهای ضربه ای به راحتی از هم گسسته نمی شود

نمونه تاریخی بتن الیافی، استفاده از کاهگل در بنای ساختمان است. در واقع بتن الیافی نوع جدید این تکنولوژی می‌باشد که الیاف طبیعی و مصنوعی جدید، جانشین کاه و سیمان جانشین گل به کار رفته در ترکیب کاهگل شده‌اند.

بتن الیافی تولید شده با ژل تخصصی، کلینیک فنی و تخصصی بتن خواص مناسبی همچون شکل‌پذیری بالا، مقاومت فوق‌العاده، قابلیت جذب انرژی و پایداری در برابر ترک خوردن بتن را دارا می باشد که متناسب با آن ها می توان موارد کاربرد فراوانی برای آن بتن الیافی یافت. به طور مثال در ساخت کف سالن‌های صنعتی، می توان از بتن الیافی به جای بتون آرماتوری متداول استفاده کرد. بتن الیافی از بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم‌ به‌ ضربه همچون سازه پناهگاه ها و انبارهای نگهداری مواد منفجره به شمار می رود و بنای شکل گرفته از بتن الیافی، قابلیت فوق العاده ای در جذب انرژی ضربه دارد. همچنین در ساخت باند فرودگاه ها به خوبی می توان از بتن الیافی کمک گرفت. موارد دیگری از به کارگیری بتن الیافی، ساخت قطعات پیش ساخته ساختمانی مانند پانل های سایبان و یا پاشش بتن روی سطوح انحنا‌دار همچون تونل ها می باشد. به‌ کارگیری بتن الیافی در بنای یک سازه علاوه بر موارد یاد شده از مزایایی همچون عایق بودن سازه در برابر صدا و سرعت بالای اجرا نیز برخوردار است. استفاده از بتن سبک ( مثل بتن الیافی ) به طور روز افزونی در حال افزایش است.

از دیگر کاربردهای بتن الیافی می توان به استفاده از آن در ساخت و سازهای بلند مرتبه، پل های بادهانه های بزرگ، سازه های دریایی، مصالح زیراساس برای روسازی راه و نیز به عنوان جاذب انرژی در سازه های نظامی مدفون اشاره کرد. امروزه با به کار بستن انواع الیاف شیشه، پلی‌پروپیلن، فولاد و دربرخی موارد کربن، تولید انواع بتن های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده و به‌کارگیری آنها درکشورهای پیشرفته دنیا مورد قبول بخش ساختمان و عمران واقع شده است. اما از آنجا که نحوه قرار گرفتن الیاف در بتن کاملاً تصادفی می باشد، از این بتن معمولاً نمی توان به نحو مطلوبی در ساخت تیرها و ستون‌ها بهره گرفت و در این نوع سازه ها استفاده از روش سنتی و شبکه بندی فولادی به‌صرفه تر و مناسب تر می باشد. لازم است به این نکته توجه شود که ناکارآمدی یک تکنولوژی جدید در نقاط ضعف خود نباید مانع نادیده گرفتن کاربردهای مناسب آن در نقاط قوت آن و عدم توجه به آن گردد. انواع الیافی که در بتن الیافی استفاده می شود در اشکال و اندازه های مختلفی تولید می شود شامل الیاف شیشه ای ، الیاف پلاستیکی و الیاف فولادی . پارامتر مناسب که یک رشته از الیاف را تعریف می کند نسبت ظاهری می باشد که نسبت طول الیاف به قطر معادل الیاف است. مقدار نسبت های ظاهری (l/d) معمولاٌ بین 30 تا 100 است .

میزان مصرف این محصول برای ساخت بتن الیافی

ژل الیاف دار بتن که برای ساخت بتن الیافی استفاده می شود را به میزان 5% الی 8% وزن سیمان مصرفی به بتن اضافه فرمایید. میتوان در زمان ساخت بتن الیافی در بچینگ و یا بعد از تولید بتن الیافی در تراک میکسر این ژل میکروسیلیس را اضافه کرد.

مزایا ژل میکروسیلیس الیاف دار:

با استفاده از این ژل برای ساخت بتن الیافی تمامی مقاومت های کششی و خمشی و همچننین مقاومت فشاری بتن الیافی افزایش میابد. هم چنین با استفاده از ژل میکروسیلیس برای ساخت بتن الیافی نفوذ پذیری آب و نفوذ پذیری عوامل مهاجم بیرونی کاهش میابد. لازم به ذکر است که بتن الیافی تولید شده با ژل میکروسیلیس مقاومت سایشی بالایی نیز دارد که میتوان از این بتن الیافی برای ساخت بتن ضد سایش نیز استفاده کرد

نویسنده : کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.(مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی وارائه دهنده خدمات فنی و مهندسی بتن)