میکروسیلیس و پودر میکروسیلیکا یک سیلیس آمورف یا غیر بلوری متشکل از دی اکسید سیلیکون است که در کوره‌های قوس الکتریکی به عنوان محصول جانبی تولید عنصر سیلیسیم یا آلیاژهای سیلیسیوم دار تولید می‌شود. این ماده در سایر صنایع نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ اما نقش یک پوزولان ممتاز برای بهبود خواص بتن را ایفا می‌کند. در این مقاله قرار است، آشنایی کاملی با پودر میکروسیلیس بتن، مزایا، تاریخچه،روش تولید، موارد مصرفی و.. داشته باشیم. تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.
تاریخچۀ میکروسیلیس
میکروسیلیس برای نخستین بار در اوایل دهه ۱۹۵۰ در کشور نروژ مورد آزمایش قرار گرفت. بتن‌های حاوی دودۀ سیلیس دارای استحکام بالاتری هستند. به طور کلی کارایی بتن‌های حاوی میکروسیلیس در محیط‌های سولفاتی بهتر از بتن‌های معمولی حاوی سیمان پرتلند است.
روش تولید میکروسیلیس
- کوارتز با خلوص بالا در یک کورۀ قوس الکتریکی در دمای حدود ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود.
- زغال سنگ، کُک و خرده‌های چوب برای حذف اکسیژن از دی اکسید کربن به کوارتز اضافه می‌شود.
- آلیاژ به دست آمده در زیر کوره جمع می‌شود.
- بخار دی اکسید سیلیسیوم که از کوارتز خارج می‌شود، اکسید شده و به صورت دوده‌های ریز در بالای کوره تغلیظ می‌شود.
- دوده‌ها توسط باد شدید حاصل از پروانه‌های قدرتمند به بیرون رانده می‌شوند.
- ذرات درشت‌تر چوب یا کربن نسوخته حذف می‌شوند و دوده به داخل کیسه‌های فیلتردار ویژه هدایت می‌شود.
شکل‌های مختلف میکروسیلیس
- میکروسیلیس غیر متراکم (با چگالی تقریبی ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) که استفاده از آن در صنعت بتن کاری دشوار است.
- میکروسیلیس متراکم (با چگالی بالای ۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) که حمل و نقل آن نسبت به پودر غیر متراکم ارزان‌تر است.
- میکروسیلیس گرانولی (دوده‌های با قطر حدود 7/0 تا 1 میلی‌متر). چگالی حجمی دوده سیلیسی گلوله‌ای بالای ۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است که استفاده از میکروسیلیس به حالت گلوله‌ای برای ساخت بتن مناسب نیست.
- میکروسیلیس دوغابی (با چگالی ۱۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) که از طریق اختلاط این ماده غیر متراکم با مقدار آب یکسان از نظر وزنی تولید می‌شود.این بتن به دلیل پخش بهتر ذرات سیلیس، بتن همگن‌تری به شمار می‌رود.
موارد مصرف میکروسیلیس در بتن و ملات
بتن‌های پُر مقاومت
بتن‌های با مقاومت بسیار بالا در محدوده ۱۲۰ تا ۱۸۰ مگاپاسکال، از یک طرح مخلوط ویژۀ مبتنی بر سنگدانه‌های ویژۀ میکروسیلیس و عامل کاهندۀ آب و روان کنندۀ بتن به میزان کافی تولید می‌شود.
بتن‌های با دوام
بتن‌های حاوی میکروسیلیس دارای انعطاف پذیری کمی هستند و در محیط‌های مهاجم، مقاومت بالایی دارند. از این ماده در بتن‌ها استفاده می‌شود. به این بتن‌ها، بتن توانمند (HPC) هم گفته می‌شود.
بتن پاششی یا شاتکریت
از این بتن در پروژه‌هایی استفاده می‌شود که در آنها ملات یا بتن پاشیده می‌شود. دودۀ سیلیس، چسبندگی بتن را بالا می‌برد و پیوستگی آن را بهبود می‌بخشد. واکنش پذیری و چسبندگی بالای بتن پاششی حاوی دوده سیلیسی، به گیرش سریع‌تر بتن کمک می‌کند و نیاز به استفاده از تسریع کننده برای گیرش اولیه بتن را کاهش می‌دهد.
بتن آب بندی
استفاده از میکروسیلیس در طراحی سازه بتنی در مشهد که نیاز به آب بندی دارند از اهمیت زیادی برخوردار است. این سازه‌ها معمولاً به صورت پُل، سد، تونل، کانال و مخازن آب می‌باشد. تأثیر اصلی میکروسیلیس عبارت است از کوچک کردن ساختار حفره‌های خمیر سیمان. تخلخل کل می‌تواند با افزودن این پودر تغییری نکند. اما حفره‌های بزرگ به حفره‌های کوچک‌تر تقسیم می‌شوند و در نتیجه ریزساختار خمیر سیمان تغییر می‌کند و باعث آب بندی و کاهش نفوذپذیری بتن می‌شود.
بتن کف سازی
معمولاً کف سازی‌ها باید نفوذپذیری کمی داشته باشند تا از استحکام بالایی برخوردار باشند. به همین دلیل مهم‌ترین مادۀ مورد نیاز برای آب‌بندی شدن آنها پودر میکروسیلیس است که روند سایش و فرسایش بتن را کاهش می‌دهد. از بتن‌های کف‌سازی برای باند فرودگاه‌ها و مکان‌هایی که ماشین آلات سنگین تردد می‌کنند استفاده می‌شود.
تأثیر میکروسیلیس بر بتن نرم
میکروسیلیس بر روی کارایی بتن تازه تأثیرگذار است. به این ترتیب که چسبندگی بتن را بالا می‌برد و در نتیجه اسلامپ بتن کم می‌شود. البته به این نکته نیز توجه داشته باشید که هر چند اسلامپ بتن کم می‌شود، ولی ویژگی پرکنندگی آن در قالب توسط ویبره افزایش پیدا می‌کند.
استفاده از میکروسیلیس در بتن تازه باعث پیشگیری از آب انداختن و جدا شدگی می‌شود و قوام بتن را افزایش می‌دهد. معمولاً مواد پودری ریزدانه که نقش فیلر را بازی می‌کنند، باعث افزایش قوام بتن می‌شوند.
میکروسیلیس در بتن تازه باعث افزایش زمان گیرش می‌شود که این موضوع در تابستان یا در اقلیم‌های گرم بسیار مؤثر است.
تأثیر میکروسیلیس بر بتن سخت شده
پودر میکروسیلیس تأثیرات زیادی روی بتن سخت شده دارد که عبارتند از:
- مقاومت بتن و ملات را افزایش می‌دهد
- ضریب ارتجاعی بتن را بالا می‌برد
- خزش بتن را کم می‌کند
- نفوذپذیری بتن را کاهش می‌دهد
- دوام بتن را بالا می‌برد
سقف مصرف میکروسیلیس
مقدار مصرف دودۀ سیلیسی در بتن بستگی به نوع بتن دارد. ولی به طور کلی مصرف این ماده در بتن بین ۳ تا ۱۵ درصد وزن سیمان می باشد؛ که در واقع به همان اندازه از وزن سیمان کم می‌شود. مقدار استفاده از این ماده برای رسیدن به دوام و آب بندی در بتن از ۳ تا ۱۰ درصد وزن سیمان می‌باشد.
مقدار استفاده از پودر میکروسیلیس برای رسیدن به مقاومت در بتن از ۵ تا ۱۷ درصد در نوسان است.
در برخی از گزارشات، استفاده از میکروسیلیس بیش از ۲۰ درصد وزن سیمان، موجب کاهش مقاومت بهتر شده است.
روش‌های اضافه شدن پودر میکروسیلیس به بتن
- اضافه شدن دودۀ سیلیسی به مواد خشک بتن در حال اختلاط: در این روش، احتمال پخش شدن میکروسیلیس در هوا و خوب ترکیب نشدن و کلوخه شدن آن وجود دارد. برای حل این معضل استفاده از میکسر و همزن بتن قوی توصیه می‌شود.
- اضافه شدن پودر میکروسیلیس به بتن تولید شدۀ آماده: این کار در تراک میکسر یا در بچینگ و پس از اختلاط کامل انجام می‌شود. در این روش نیز احتمال پخش شدن پودر میکروسیلیس در هوا وجود دارد.
- مخلوط شدن دودۀ سیلیسی با قسمتی از آب بتن و سپس اضافه شدن آن به بتن: این روش، بهترین روش برای اضافه شدن پودر میکروسیلیس به بتن می‌باشد.
استفاده از فوق روان کننده به همراه پودر میکروسیلیس به بتن
میکروسیلیس، آب بتن را جمع می‌کند و باعث ترک خوردن و اُفت کارایی بتن می‌شود. برای رفع این مشکل، استفاده از فوق روان کننده به همراه پودر میکروسیلیس پیشنهاد می‌شود؛ که این کار گذشته از آن که به توزیع بهتر میکروسیلیس در بتن کمک می‌کند، کارایی بتن را نیز افزایش می‌دهد و از اُفت اسلامپ بتن جلوگیری می‌کند. برای این موضوع می‌توان از ژل میکروسیلیس استفاده کرد که تلفیقی از پودر میکروسیلیس به همراه روان کننده است.
