آزمایش های غیر مخرب بر روی سازه صنعتی

آزمایش اولتراسونیک:

 این روش با نام سرعت امواج پالسی ماورای صوت نیز شناخته می شود . اساس آن بر مبنای تعیین سرعت عبور امواج پالسی ماورای صوت از میان اجسام قرار دارد . پالسهای ماورای صوت با اعمال یک تغییر ناگهانی پتانسیل از یک فرستنده محرک به یک کریستال پیزوالکتریک مبدل که ارتعاشی با فرکانس اصلی خود صادر مینماید ، ایجاد می شود . استفاده از مبدل هایی از جنس تیتانات باریم و تیتانات سرب برای این منظور مناسب می باشد .مبدل فرستنده در تماس با بتن و در امتداد ضخامت دیوار قرار می گیرد و لذا ارتعاشات پس از عبور از بتن توسط مبدل گیرنده که درتماس با سطح مقابل دیوار بتنی می باشد دریافت می شود . زمان عبور امواج پالسی از میان بتن توسط دستگاه گیرنده اندازه گیری شده واز تقسیم مسافت پیموده شده توسط پالس (که در حقیقت کوتاه ترین فاصله بین مبدلها می باشد) به زمان  ثبت شده ، سرعت عبور امواج پالس تعیین می شو د.

داده های حاصل از این آزمایش شامل ، تعیین عمق ترک و وجود حفره void در جسم بتن، تعیین میزان سرعت نفوذ صوت در بتن velocity speed  که بر اساس استاندارد های ASTM C215 و  IS 13311 ( Part 1 ) : 1992و طبق جدول زیر بیانگر کیفیت بتن خواهد بود. 

عکس های مربوط به تست های التراسونیک و چکش اشمیت بر روی سازه های صنعتی

شرکت فنی مهندسی کلینیک بتن ایران،همراه حرفه ای های عمران

ساخت بتن میکروسیلیسی ، حمل ، پیمانه کردن و اختلاط

ساخت بتن میکروسیلیسی تفاوتچندانی با ساخت بتن بدون میکروسیلیسی ندارد. شیوه ای که براساس آن میکروسیلیس خریداری می شود ، فله ای یا کیسه ای ، عامل اصلی در تعیین نحوه دقیق ساخت بتن است.

این بخش مقالات کلینیک بتن ایران به ساخت بتن میکروسیلیسیمی پردازد. مطالب این بخش شامل نگهداری مصالح ، پیمانه کردن بتن طی ساخت بتن ، و اختلاط بتن است. علاوه بر این ، احتیاط هایی برای مشکلاتی که ممکن است طی ساخت بتن به وجود آیند ، ارائه شده است.

1.7 ملاحظات کلی

هدف از ساخت بتن میکروسیلیسی ایجاد کمترین اختلاف در فرآیند ساخت بتن و در عین حال رسیدن به بتنی با کیفیت و عملکرد بالاست. عامل کلیدی که باید به خاطر سپرده شود ، این است که بتن میکروسیلیسی حاوی مقدار میکروسیلیس نسبتاً کم ، معمولاً 30 تا kg/m345 ، در مقدار بتن نسبتاً زیاد ، kg/m3400 و 2 برای یتن با وزن معمولی است. میکروسیلیس برای اینکه موثر باشد ، باید به دقت پیمانه شده و کاملاً پخش شود.

در این بخش ، ابتدا توصیه های کلی ارائه می شوند که برای ساخت بتن میکروسیلیسی کاربرد دارند.

ادامه مقالات به نوع میکروسیلیس مصرفی ، چگال شده فله ای یا چگال شده کیسه ای اختصاص دارد. شکل 1.7 بخش مربوط به هر یک از این دو نوع میکروسیلیس را نشان می دهد.

مطالب زیر به اقتضاء ، برای هر نوع میکروسیلیس پوشش داده شده اند :

انتقال
ملزومات نگهداری
تخلیه
پیمانه کردن
اختلاط
سایر موارد
بیشتر توصیه های کلی در آغاز یک پروژه برای کسانی که تجربه کار با بتن میکروسیلیسی را ندارند ، بیشتر جنبه احتیاطی دارند. به مرور زمان که تجربه کسب کردید ، می توانید این احتیاط ها را کنار بگذارید.

در ادامه چند توصیه کلی که برای تمام مخلوط های میکروسیلیسی کاربرد دارند ، ارائه می شود :

هوازایی. معمولاً الزامی است که میزان مصرف ماده ی افزودنی حباب هوازا (AEA) را به منظور هوازایی و حفظ مقدار حباب هوای مشخص شده برای بتن افزایش دهند.مقدار AEA لازم به طور معمول 150 تا 200% میزان مصرف در بتن بدون میکروسیلیس است. در مورد حفظ حباب هوا تاکنون مشاهده نشده است که بتن میکروسیلیسی پس از اینکه به میزان هوازایی لازم رسید ، متفاوت از بتن بدون میکروسیلیس رفتار کند.
یکنواختی مخلوط کن. توصیه های متعدد بیان می کنند که آزمایش یکنواختی ملوط کن طبق مشخصات فنی استاندارد بتن آماده ASTM C 94 ، کیفیت کامیون مخلوط کن های بتن میکروسیلیسی را تضمین می کند. چنین آزمایشی ضروری نیست ، مگر اینکه نگرانی خاصی در مورد یکنواختی بتن میکروسیلیسی را تضمین می کند. چنین آزمایشی ضروری نیست ، مگر اینکه نگرانی خاصی در مورد یکنواختی بتن میکروسیلیسی از یک کامیون به کامیون دیگر وجود داشته باشد. این آزمایش شامل مقایسه مقدار حباب هوا ، اسلامپ ، وزن مخصوص ، نسبت بندی مصالح سنگی و مقاومت فشاری بتن در قسمت های مختلفکامیون است. اگر چه این موارد ، پارامترهای مهمی هستند ، اما نمی توانند نشان دهنده پخش مناسب میکروسیلیس در مخلوط باشند. اگر مشخصات فنی پروژه بر مبنای عملکرد آزمایش خاصی  مانند آزمایش کلرید تسریع شده باشد ،‌آنگاه این آزمایش نیز باید به آزمایش های یکنواختی مخلوط اضافه شود. نتایج تمام آزمایش های انجام شده را برای تعیین اینکه آیا بتن به خوبی مخلوط شده است ، بررسی کنید.
دمای بتن. کنترل دما در بتن میکروسیلیسی به خصوص در بتن های با w/cm پایین می تواند یک مشکل باشد. اگر مقدار آب به اندازه ی کافی کم باشد ، آب نمی تواند تاثیری در کاهش دمای بتن داشته باشد. اگر در پروژه ای دمای بتن باید به دقت کنترل شود ، ممکن است ، مصرف یخ خرد شده یا نیتروژن مایع ضروری باشد.
پیمانه کردن. هرگز میکروسیلیس را به هر شکلی که باشد ، قبل از سایر اجزای تشکیل دهنده درون مخلوط کن نریزید. تماس بین میکروسیلیس و آب شستشو یا ملات درون جام ممکن است ، سبب گلوله شدن میکروسیلیس شود ، به گونه ای که میکروسیلیس طی اختلاط پراکنده نشود. توصیه های ویژه پیمانه کردن میکروسیلیس فله ای و کیسه ای بعداً در این بخش ارائه شده اند.
اختلاط. معمولاً ، بتن میکروسیلیسی با عملکرد بالا به میزان اختلاط بیشتری نسبت بتنی که به طور معمول ساخته می شود ، نیاز دارد. در مورد اختلاط کوتاهی نکنید. این مرحله جایی نیست که بخواهید به اقتصادی کردن پروژه فکر کنید.
اختلاط مجدد. همواره بتن را پس از رسیدن به کارگاه بتن ریزی مجدداً مخلوط کنید. معمولاً ، سی دور با سرعت اختلاط کافی است.
روش های شستشوی مخلوط کن. ممکن است ، شستن بتن میکروسیلیسی از مخلوط کن سخت تر از بتن معمولی باشد. توصیه های انجمن ملی بتن آماده (NRMCA) در مورد شستشوی بتن میکروسیلیسی از مخلوط کن در شکل 2.7 ارائه شده اند.

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.

واکنش میکروسیلس در بتن

مصرف میکروسیلیس باعث تغییرات مثبت در میکروساختار بتن میشود. این تغییرات به دوگونه مختلف مشاهده می شوند، اما از اهمیت یکسان برخوردارند. تغییر اول مربوط به مشارکت فیزیکی میکروسیلیس و تغییر دوم مربوط به واکنش شیمیایی آن است. در اینجا هر دو تغییر بطور مختصر شرح داده شده است:

مشارکت فیزیکی. مصرف میکروسیلیس سبب اضافه شدن میلیون ها میلیون ذره بسیار ریز به مخلوط بتن می شود. همان طور که مصالح سنگی ریزدانه در فضاهای خالی بین ذرات  مصالح سنگی درشت دانه قرار میگیرند، میکروسیلیس نیز در فضاهای خالی بین دانه های سیمان قرار میگیرد. این پدیده را انباشتگی ذرات یا میکرو- پرشدگی می نامند. حتی اگر میکروسیلیس بطور شیمیایی واکنش ندهد، نیز اثر میکرو- پرشدگی سبب بهبودهای به سزایی در ماهیت بتن می شود. جدول 3.2 و شکل2.2 مقایسه اندازه ذرات میکروسیلیس با سایر اجزای تشکیل دهنده بتن را برای درک بهتر مقدار ریزی این ذرات ارائه می دهند.
مشارکت شیمیایی. میکروسیلیس به دلییل مقدار بسیار بالای دی اکسید سیلیسیم آمورف، یک ماده پوزولانی بسیار واکنش پذیر در بتن است. هنگامی که سیمان پرتلند در بتن واکنش میدهد، هیروکسیدکلسیم آزاد می کند. میکروسیلیس با این هیدروکسیدکلسیم واکنش داده و یک ماده چسبنده دیگر به نام هیدرات سیلیکات کلسیم را تشکیل می دهد که بسیار شبیه هیدرات سیلیکات کلسیم  حاصل از سیمان پرتلند است. این ماده چسبنده خواص بتن میکروسیلیسی سخت شده را بهبود میدهد. 
4.2 مقایسه با سایر مواد سیمانی مکمل

جدول 4.2 مقایسه میکروسیلیس با سایر مواد سیمانی مکملی که بطور متداول مصرف میشوند، را ارائه میدهد. معمولا میکروسیلیس به دلیل مقدار دی اکسید سیلیسیم بیشتر و ریزی زیاد انداره ذره آن، بخصوص در سنین اولیه واکنش پذیری بسیار بالایی دارد.

جدول 3.2

مقایسه اندازه ذرات میکروسیلیس با سایر اجزای تشکیل دهنده بتن
ماده
اندازه سمی
یکاهای SI
ذره میکروسیلیس
غیرقابل تعریف
µm5/0
دانه سیمان
الک شماره 325
µm45
دانه ماسه
الک شماره 8
µm36/2
ذره مصالح سنگی درشت دانه
الک 4/3 اینچ
µm0/19
 

شکل 2.2 مقایسه انداره معمول ذرات میکروسیلیس. اگر فردی (با قد 8/1) هم اندازه یک ذره میکروسیلیس باشد، آنگاه دانه سیمان تقریبا به اندازه بنای بادبود واشنگتن (m 169) خواهد بود.

جدول 4.2

مقایسه مشخصات فیزیکی و شیمیایی : سیمان پرتلند ، خاکستر بادی ، سیمان سرباه ، و میکروسیلیس

توجه کنید که این مقادیر تقریبی اند. مقدار یک ماده ممکن است با آنچه در این جدول درج شده است ، متفاوت باشد.
خاصیت
سیمان

پرتلند
خلکستر بادی

رده ی F
خاکستر بادی

رده ی C
سیمان

سرباره
میکروسیلیس
مقدار SiO2 ، %
21
52
35
35
85 تا 97
مقدار Al2O3، %
5
23
18
12
ـــ
مقدار Fe2O3 ، %
3
11
6
1
ـــ
مقدار CaO ، %
62
5
21
40
1 >
نرمی سطح جانبی

m2/kg (نکته)
370
420
420
400
15.000

تا 30.000
چگالی ویژه
15/3
38/2
65/2
94/2
22/2
مصرف معمول در بتن
چسبنده اصلی
جایگزین سیمان
جایزین سیمان
جایگزین سیمان
بهبوددهنده خاصیت
نکته : سطح جانبی میکروسلیس با روش جذب نیتروژن اندازه گیری شده است. سطح جانبی سایر مواد با روش نفوذپذیری هوا (بلین) اندازه گیری شده است.
 

چرا میکروسیلیس در بتن مصرف می شود؟

میکروسیلیس به دلیل بهبود قابل توجه خواص بتن تازه و سخت شده در بتن مصرف میشود. اگرچه پتانسیل مصرف میکروسیلیس در بتن در اواخر دهه 1940 شناخته شد، اما این ماده تا زمانی که تکنولوژی دیگری در بتن توسعه نیافته بود، بطور کسترده مصرف نمیشد. این تکنولوژی عبارت از مصرف پراکنده سازهای قوی بود که با نام مواد افزودنی کاهنده قوی آب یا فوق روان کننده ها شناخته میشوند. مصرف و توسعه میکروسیلیس از زمانی در بتن امکان پذیر شد که این مواد افزودنی شیمیایی در بازار معرفی و پذیرفته شدند.

به خاطر داشته باشید که میکروسیلیس یک بهبوددهنده خواص ماده است و ماده جایگزینی برای سیمان نیست. خاکستربادی یا سرباره آسیاب شده کوره آهن گدازی را میتوان به جای سیمان بکار برد. توجه کنید که این مواد به وفور به همراه سیمان و میکروسیلیس به کار می روند.

این بخش به توضیح برخی از تاثیرات مصرف میکروسیلیس بر بتن تازه و سخت شده می پردازد. درباره مصرف میکروسیلیس به منظور افزایش قابلیت ساخت نیز بحث خواهد شد.

1.3 میکروسیلیس و بتن تازه

شکل 1.3 اثر میکروسیلیس بر بتن تازه را نشان می دهد. توجه کنید که دو اثر متمایز وجود دارد:

بتن چسبنده تر میشود و آب انداختگی کم یا عدم آب انداختگی را نشان می دهد. اگرچه برخی از پرداخت کاران تصور میکنند که این تاثیرات بتن ریزی و پرداخت کاری بتن را مشکل میسازد، اما این تاثیرات در اصل برای بتن تازه و سخت شده مزیت به حساب می آیند. این تاثیرات در این بخش بررسی خواهد شد.

1.1.3 افزایش چسبندگی

بتن ساخته شده از میکروسیلیس چسبنده تر از بتن بدون میکروسیلیس است و در نتیجه احتمال جداشدگی آن کمتر است. معمولا در هنگام بتن ریزی، برای جبران این چسبندگی بیشتر، از بتن میکروسیلیس با اسلامپ 40 تا mm50 بیشتر از بتن بدون میکروسیلیس استفاده میشود.

مزیت اصلی افزایش چسبندگی را می توان در شاتکریت سازه های جدید، تعمیر سازه های موجود، یا ساخت تکیه گاه در عملیات تونل سازی مشاهده کرد (شکل 2.3) مصرف میکروسیلیس در شاتکریت امکان پاشیدن لایه های ضخیم تر به خصوص هنگامی که عمل پاشیدن بالای سر انجام میشود، را فراهم می سازد و مقدار مصالح بازگشتی را بطور قابل توجهی کاهش می دهد. معمولا برای افزایش مقاوت خمشی شاتکریت میکروسیلیسی از الیاف فولادی استفاده می شود.

میکروسیلیس با تمام تسریع کننده هایی که به طور معمول در شاتکریت مصرف میشوند، سازگار است. هنگامی که شاتکریت پاشیده میشود، تمام مزایای میکروسیلیس در بتن سخت شده مشاهده میشوند. یک مزیت دیگر افزایش مقاومت اتصال شاتکریت میکروسیلیسی به مصالح زیرساخت و مقاومت اتصال بین لایه ها در شاتکریت هایی است که در چند لایه پاشیده می شوند.

2.1.3 کاهش آب انداختگی

از آنجا که سطح جانبی میکروسیلیس بسیار بالا و معمولا مقدار آب بتن میکروسیلیسی بسیار کم است، مقدار آب انداختگی این نوع بتن، در صورت وجود، بسیار کم است. در اغلب بتن ها وقتی مقدار میکروسیلیس حدودا به 5 درصد می رسد، آب انداختگی اتفاق نمی افتد.

هنگامی که اجزای تشکیل دهنده سنگین تر بتن (سیمان و مصالح سنگی) قبل از سفت شدن آن، تحت اثر نیروی گرانش نشست می کنند، بتن دچار آب انداختگی میشود. هنگامی اجزای سنگین تر نشست

می کنند، آب که سبک تر است به سمت بالا حرکت می مند. مقداری از این آب زیر ذرات مصالح سنگی یا فولادهای مسلح کننده محبوس شده و مقداری به سطح بتن می رسد.این حرکت آب چنانچه در شکل 3.3 نشان داده خواهد شد، در کانال هایی موسوم به موئینه انجام می شود. هنگامی که آب تبخیر میشود، این کانال ها به مثابه راه های میانبر برای ورود عوامل خورنده از قبیل یون های کلرید نمک های ضدیخ یا آب دریا به درون بتن عمل میکنند. بنابراین کاهش یا حذف این کانالها دوام بتن را بهبود می دهد.

شکل3.3 طرح آب انداختگی و کانال های موئینه . کاهش یا حذف آب انداختگی یکی از مزایای اضافه کردن میکروسیلیس به مخلوط بتن است.

عدم آب انداختگی ، علاوه بر بهبود دوام ، سبب پرداخت کاری موثرتر کف سازی های بتنی میکروسیلیسی میشود. در مورد بتن معمولی الزامی است که عملیات پرداخت کاری تا زمانی که آب انداختگی  بطور کامل متوقف نشده و تمام آب حاصل از آب انداختگی از سطح بخار شود، به تعویق بیفتد. در نتیجه یک دوره انتظار چندساعته پس از بتن ریزی و پرداخت کاری اولیه وجود دارد. پس از اینکه آب حاصل از آب انداختگی  ناپدید شد و بتن مقاومت کافی را کسب کرد، پرداخت کاری نهایی شروع میشود.

عملیات پرداخت کاری بتن میکروسیلیسی بدون آب انداختگی را میتوان از مرحله بتن ریزی تا مضرس سازی و عمل آوری بطور پیوسته انجام داد. این روش پرداخت کاری یک مرحله ای یا سریع نامیده میشود. و مزیت اصلی آن در سازه هایی است که در آنها میکروسیلیس احتمالا برای دوام سازه هایی همانند عرشه پل یا پارکینگ مشخص شده است. شکل 4.3 پرداخت کاری یک مرتبه ای بتن میکروسیلیسی در یک سازه پارکینگ را نشان می دهد. به غیر از مواردی که انجام پرداخت کاری خاصی الزامی است؛ پرداخت کاری بتن میکروسیلیسی را میتوان طی نیم ساعت پس از رسیدن بتن تکمیل کرد. پرداخت کاری به تفصیل در مقالات بعدی در وب سایت کلینیک بتن ایران شرح داده شده است.

2.3 میکروسیلیس و بتن سخت شده

شکل 5.3 اثر میکروسیلیس بر بتن سخت شده را نشان می دهد. توجه کنید که دو اثر متمایز وجود دارد: افزایش خواص مکانیکی همانند مقاومت و مدول الاستیسیته، و کاهش نفوذپذیری که دوام را مستقیما بهبود می دهد. این تاثیرات در این بخش بررسی خواهند شد.

1.2.3 افزایش خواص مکانیکی

میکروسیلیس به دلیل قابلیت تولید بتنی با مقاومت فشاری بالا در صنعت بتن مورد توجه قرار کرفته است. بهبودهایی نیز در سایر خواص مکانیکی همانند مدول الاستیسیته یا مقامت خمشی مشاهده شده است. اگرچه میکروسیلیس این خواص را بهبود می دهد، اما خاصیت اصلی که سبب توجه به میکروسیلیس شده، مقاومت فشاری آن است.

شکل 6.3 اثر میکروسیلیس بر مقاومت فشاری با استفاده از مقادیر مختلف سیمان، خاکستربادی، میکروسیلیس، و آب در بتن را نشان می دهد. منحنی های نشان داده شده منحنی های متداول از رفتاری هستند که از بتن میکروسیلیسی انتظار میرود. جند نکته مهم در این شکل وجود دارد:

افزایش مقاومت در تمکامی سنین متناسب است. در نتیجه نسبت مقاومت 3 یا 7 روزه به مقاومت 28 روزه، تقریبا ثابت است. این نسبت در بتن میکروسیلیسی تقریبا مشابه بتن بدون میکروسیلیس است. (برای مقاومت 3 روزه حدود 50 درصد و برای مقاومت 7 روزه حدود 70 درصد مقاومت 28 روزه).
 

شکل 6.3 کسب مقاومت چند مخلوط بتنی حاوی میکروسیلیس. مشخصات این مخلوط ها در جدول زیر درج شده اند.

معمولا اضافه کردن میکروسیلیس بیشتر مقاومت را افزایش میدهد. به هر حال مقدار آب، مقدار و نوع خاکستربادی در صورت مصرف، و میکروسیلیس در تعیین مقاومت فشاری و نرخ کسب مقاومت فشاری تاثیر دارند.
میکروسیلیس مهم ترین تاثیر خود را بر مقاومت 28 روزه بتن میگذارد. اگرچه بطور معمول کسب مقاومت بتن پس از 28 روز نیز ادامه دارد، اما نرخ کسب مقاومت آن آهسته تر است. این منحنی کسب مقاومت تفاوت زیادی با منحنی کسب مقاومت خاکستربادی رده ی F استاندارد ASTM C 618 دارد. خاکستر بادی رده ی F نیز مانند میکروسیلیس یک ماده کاملا پوزولانی است.
نتایج ارائه شده از پروژه های مختلفی گرفته شده اند که مصالح مختلفی در آنها مصرف شده است. هر نسبت اختلاط پیشنهادی را باید با استفاده از مصالح خاص پروژه خود آزمایش کنید.
در ادامه چند نمونه از مصرف بتن با مقاومت بالا در ساخت و ساز شرح داده شده اند.

کاربردهای ابتدایی بتن میکروسیلیسی با مقاومت بالا در ستون های سازه های بلند است که در شکل 7.3 نشان داده شده است. هنگام تحلیل چگونگی اعمال بارهای ساختمان به پی مشخص میشود که مصرف بتن

کسب مقومت چند مخلوط بتنی حاوی میکروسیلیس
مخلوط ها
سیمان

Kg/m2
خاکستر بادی

Kg/m2
میکروسیلیس

Kg/m2
میکروسیلیس %

(نکته 1)
W/CM
1 (نکته 3)
475
104
74
11
23/0
2 (نکته 2)
390
71
48
9
37/0
3 (نکته 3)
475
59
24
4
29/0
4 (نکته 2)
390
ــ
27
6
35/0
5 (نکته 2)
362
ــ
30
8
39/0
6 (نکته 2)
390
ــ
30
7
37/0
نکته 1. میکروسیلیس به صورت درصد جرمی از کل مواد سیمانی.

نکته 2. داده ها توسط شرکت Elkem تهیه شده است.

نکته 3. داده ها از Burg و Ost (1994). این مخلوط ها همان مخلوط های 8 و 9 در جدول 2.6 هستند.
 

با مقاومت بالا تا چه حد موثر بوده است. با افزایش مقاومت بتن می توان اندازه ستون را کاهش داد. علاوه بر کاهش اندازه ستون میتوان مقدار فولاد مسلح کننده مصرفی در ستونها را کاهش داده و از سیستم مسلح کننده ساده تری استفاده کرد. در مجموع فضای کف بیشتری بوجود می آید که در نواحی شهری مزیت اقتصادی مهمی محسوب می شود.

اخیرا اداره های راه و ترابری ایالات متحده در ساخت پلهای با عملکرد بالا از بتن با مقاومت بالا استفاده کرده است. این اداره ها در حالت کلی، این نوع بتن را برای حص.ل یک یاا چند هدف از سه هدف زیر به کار برده اند:

افزایش دهانه پل. شکل 8.3 پل ساخته شده توسط اداره راه و ترابری اوهایو را نشان می دهد که در آن یک دهانه جایگزین سه دهانه شده است که در پل قبلی در این محل وجود داشته اند.
کاهش تعداد شاه تیرها برای یک دهانه معین. شکل 9.3 پل ساخته شده توسط اداره راه و ترابری نیوهمپشایر که تعداد شاه تیرهای آن از هفت به پنج کاهش یافته است، را نشان می دهد.
کاهش ارتفاع مقطع برای یک دهانه معین. اداره راه و ترابری کلرادو بتن میکروسیلیسی با مقاومت بالا را برای پل نشان داده شده در شکل 10.3 به کار برده است. در اینجا یک پل دو دهانه ای جایگزین پل چهاردهانه ای قبلی شده است. شاه تیرهای جدید باریک تر از شاه تیرهای قدیمی اند و افزایش فاصله آزاد 450 میلیمتری را نشان می دهند.
 

2.2.3 کاهش نفوذپذیری

در بسیاری از موارد، دوام بتن با نفوذپذیری ان رابطه مستقیم دارد. میکروسیلیس در کاهش نفوذپذیری بتن نقش دارد. شکل 11.3 نفوذپذیری و اهمیت آن در بتن را توضیح میدهد. با کاهش نفوذپذیری، مدت زمان لازم برای ورود مواد شیمیایی خورنده به بتن که می توانند به بتن آسیب برسانند کاهش می یابد. در اینجا چند نمونه از چگونگی کاهش نفوذپذیری در سازه های واقعی آورده شده است.

آسیب کلریدی به فولاد مسلح کننده. خوردگی فولاد مسلح کننده مهم ترین و پرهزینه ترین خرابی بتن است. شکل 12.3 چگونگی وقوع خوردگی در بتن را نشان می دهد. چه کلرید از آب اقیانوس و چه از نمکهای یخ زدا وارد بتن شده باشد، نتیجه یکسان است. بتن های میکروسیلیسی بطور گسترده در مناطقی که بتن در معرض نمک از هر منبعی قرار دارد، به کار میروند. نفوذپذیری کاهش یافته این بتن میتواند طول عمر مورد انتظار برای سازه را افزایش دهد.
 

شکل های 13.3 و 14.3 بتن با آسیب ناشی از خوردگی را نشان می دهند. توجه کنید که آسیب خوردگی در بتن در چند مرحله زیر اتفاق می افتد:

1- یونهای کلرید به آرامی وارد بتن شده و به سطح فولاد مسلح کننده می رسند. خوردگی وقتی شروع میشود که مقدار معینی کلرید که به آن کمقدار حدی می گویند، به سطح فولاد برسد.

2- هنگامی که یونهای آهن از فولاد مسلح کننده جدا میشوند، در چند مرحله اکسید یا دچار زنگ زدگی میشوند. در هر مرحله حجم آهن افزایش می یابد

3- مدامی که مقدار زنگ زدگی افزایش می یابد، لکه های زنگ زدگی روی سطح بتن مشاهده می شوند. سپس ترک خوردگی مشاهده میشود. سرانجام ترک خوردگی سبب ورقه ورقه شدن و قلوه کن شدن پوشش بتنی روی فولاد مسلح کننده می شود.

حلقه سولفاتی. اگرچه ساختار شیمیایی سیمان پرتلند مصرفی در حلقه سولفاتی نقش دارد، اما تحقیقات نشان داده است که نسبت آب به مواد سیمانی (w/cm) نیز یک فاکتور بحرانی به حساب می آید. کاهش w/cm بطور موثری نفوذپذیری بتن را کاهش می دهد. اضافه کردن میکروسیلیس نفوذپذیری را تا حد بیشتری کاهش می دهد و سبب به تاخیر انداختن بیشتر به هرگونه واکنش مضر می شود.
حمله اسیدی یا سایر حمله های شیمیایی. پایدار بتن میکروسیلیسی در برابر حمله مواد شیمیایی خورنده تفاوت چندانی با بتن حاوی سیمان پرتلند معمولی ندارد. با این وجود نفوذپذیری کاهش یافته بتن میکروسیلیسی عمر سازه بتنی یا دوره زمانی بین تعمیرات را با کم کردن سرعت حمله افزایش میدهد. در صورتی که در یک پروژه محافظت در مقابل ماده شیمیایی خاصی الزامی باشد، آزمایش نمونه های حاوی مقادیر مختلف میکروسیلیس در برابر آن ماده شیمیایی شدیدا توصیه می شود.
کاهش نفوذپذیری تنها اثر میکروسیلیس بر دوام نیست. دلیل محکمی وجود دارد که وقتی این ماده به تنهایی یا با یک خاکستربادی مناسب بکار میرود، احتمال واکنش قلیایی-مصالح سنگی را در مواردی که مصالح سنگی واکنش پذیر مصرف شده اند، حذف میکند یا کاهش میدهد. مجددا انجام آزمایش برای تعیین مقادیر و انواع مناسب مواد سیمانی مصرفی در هر زمینه کاربردی توصیه میشود.

در نهایت مقاومت بالاتر بتن میکروسیلیی مقاومت سایش بتن راافزایش میدهد. برای بتن ساخته شده با مصالح سنگی خاص، مقاومت خمشی بالاتر منجر به مقاومت سایشی بالا میشود. کاربرد مقاومت بالا بتن میکروسیلیسی در زمینه هایی مانند مکانهای انتقال زباله، و حوضچه های آرامش در سدهای بزرگ کاربرد دارد.(شکل 15.3)

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.