میکروسیلیس (Microsilica) چیست؟
میکروسیلیس که با عناوین دیگری چون پودر میکروسیلیس و دوده سیلیسی نیز شناخته میشود یک سیلیس آمورف یا غیربلوری از جنس دی اکسید سیلیکون بوده که از آن به عنوان یک محصول جانبی برای ساخت سیلیسیم یا آلیاژهای حاوی آن استفاده میشود. بر همین اساس میتوان از این ماده به عنوان یک محصول فرعی در کارخانه های ساخت سیلیسیم نیز نام برد.
در رابطه با تاریخچه استفاده از پودر میکروسیلیس میتوان گفت که استفاده از این ماده برای اولین بار به کشور نروژ برمیگردد. در این کشور به دلیل محدودیت های زیست محیطی مقدار زیادی دوده سیلیسی در اثر فرایند فیلتر نمودن بر جای مانده بود که به دنبال یک استفاده کاربردی از آن بودند. در این بین و در سال ۱۹۵۲ بالاخره از این ماده در بتن استفاده شد که با نتایج بسیار مهمی نیز همراه بود.
بتنی که در ساختار آن از میکروسیلیس استفاده میشد مقاومت بالاتری داشت و در مقایسه با بتن های حاوی سیمان پرتلند از عملکرد بهتری در محیط های سولفاتی برخوردار بود. همچنین استفاده از این ماده در طراحی ملات های بتنی باعث نفوذناپذیری آنها در برابر مواد شیمیایی میشود و از آن با عنوان مواد سازگار با محیط نیز یاد میگردد.
ژل میکروسیلیس و مواد تشکیل دهنده آن
ژل میکروسیلیس یک محصول کاربردی در بهبود عملکرد و کارایی بتن بوده که در ساختار آن از متریال مختلفی چون میکروسیلیس (سیلیکا فوم)، روان کننده ها، مواد پلیمری آب کننده، الیاف، مواد آنتی باکتریال و برخی افزودنی های خاص استفاده میشود. ماده اصلی تشکیل دهنده این ژل پودری با عنوان سیلیکا فوم بوده که از دودکش کارخانه های فروآلیاژ تهیه میشود.
همچنین در طراحی ژل میکروسیلیس از روان کننده ها و فوق روان کننده ها نیز استفاده میشود که این مواد به بهتر پخش شدن دوده سیلیسی در ساختار بتن کمک میکنند و مقاومت و کارایی آن را بالا میبرند. مواد پلیمری آب کننده از دیگر متریال مورد استفاده در طراحی این ژل بوده که به بهبود خواص و عملکرد دوده سیلیس در ساختار بتن کمک میکند.
در کنار این موارد و بسته به نیاز کاری از الیاف پلی پروپیلن نیز در کنار این متریال در ساختار بتن استفاده میشود که این کار به حذف ترک های مویی در بتن کمک میکند. البته استفاده از ژل میکروسیلیس الیاف دار در ساختار بتن بستگی به شرایط کاری آن دارد و میتوان از ژل های بدون الیاف نیز در این بتن ها استفاده کرد.
انواع ژل میکروسیلیس
ژل میکروسیلیس مورد استفاده در ساختار بتن بسته به کاربری که دارد در انواع مختلفی تولید میشود که در این بخش به معرفی آنها میپردازیم. این ژل ها ممکن است بر پایه مواد شیمیایی و در انواع مختلفی تولید شوند که از جمله آنها میتوان به ژل بر پایه کربوکسیلات، ژل بر پایه نفتالین و ژل بر پایه لینگو اشاره کرد.
ژل میکروسیلیس الیاف دار از دیگر انواع رایج این ژل ها بوده که در ساختار آنها از الیاف پروپیلن و الیاف فولادی استفاده میشود. البته خود ژل های الیاف دار را میتوان به چهار دسته ژل میکرو الیاف دار، ژل سیلیکا الیاف دار، پاور ژل الیاف دار و نانو ژل الیاف دار تقسیم بندی کرد. همچنین این ژل از نظر زمان گیرش در سه نوع ژل زودگیر، ژل نرمال و ژل دیرگیر در دسترس است.
ویژگی ها و خواص پودر میکروسیلیس
ویژگی ها و خواص پودر میکروسیلیس را میتوان به دو دسته خواص فیزیکی و خواص شیمیایی تقسیم بندی کرد که در این بخش به معرفی آنها میپردازیم. در رابطه با خواص فیزیکی این ماده میتوان گفت که از ذرات کروی شکل بسیار ریز تشکیل شده که بالای ۹۵ درصد این ذرات ابعادی کوچکتر از یک میکرون (با قطر متوسط ۰.۲۲ میکرون) دارند. همچنین مساحت سطح این ذرات بین ۱۵۰۰۰ الی ۳۰۰۰۰ m/kg متغیر است. در رابطه با چگالی مخصوص ذرات این ماده نیز میتوان گفت که چگالی مخصوص ذرات آن (۲.۲) در مقایسه با سیمان پرتلند کمتر است.
خواص شیمیایی پودر میکروسیلیس نیز به ترکیب مواد خام مورد استفاده در کوره و تا حدودی طرح کوره بستگی دارد. در رابطه با مقدار سیلیس موجود در دوده سیلیسی میتوان گفت که مقدار آن بالای ۸۰ درصد بوده و مقادیر قلیایی میکروسیلیس در اکسیدهای دیگری چون CaO، Fe2O3 و Al2O3 نسبتاً پایین است.
مقدار اکسید منیزیم معمولاً در آن پایین بوده ولی بالا بودن جزئی آن در دوده Fe – Cr – Si میتواند اثر منفی بر بتن داشته باشد. مقدار کربن موجود در این دوده ۰.۵ الی ۱.۵ درصد برآورد شده که به طور کلی کمتر از ۲ درصد خواهد بود.
اشکال مختلف میکروسیلیس چیست؟
میکروسیلیس بسته به نوع ساختار و کارایی که دارد میتواند اشکال مختلفی داشته باشد که از رایج ترین آنها میتوان به میکروسیلیس متراکم، غیرمتراکم، دوغابی و گلوله شده اشاره کرد. نوع متراکم این ماده از چگالی حجمی بالایی (حداقل از ۵۰۰ kg/m3) برخوردار بوده و همین موضوع نیز باعث شده استفاده از آن آسان تر و حمل و نقل آن ارزان تر باشد. در طرف مقابل نوع غیرمتراکم این ماده از چگالی ۲۰۰ الی ۳۰۰ kg/m3 برخوردار بوده و بکارگیری آن به ویژه در بخش صنعتی سخت تر است.
در کنار این موارد میتوان به شکل دوغابی این ماده اشاره کرد که از اختلاط نوع غیرمتراکم آن با آب تولید میشود و دارای چگالی مخصوص ۱۴۰۰ kg/m3 است. البته لازم به ذکر است که ذرات ریز دوده سیلیسی در حالت دوغابی اختلاط بهتری با ذرات بتن دارند و باعث میشوند مخلوط بتنی حالت همگنی بهتری داشته باشد.
در آخر نوع گلوله شده میکروسیلیس نیز در دسترس بوده که به صورت گلوله های ۰.۷ الی ۱ میلیمتری عرضه میشود و از چگالی ۶۰۰ kg/m3 برخوردار است. البته این شکل دوده سیلیسی به دلیل ساختار متفاوتی که دارد کاربرد چندانی در ساخت بتن ندارد.
مزایای استفاده از ژل میکروسیلیس
استفاده از ژل میکروسیلیس در ساختار بتن با مزایای بسیاری همراه بوده که از جمله آنها میتوان به تأثیر این ماده در بهبود خواص بتن و افزایش دوام آن اشاره کرد. همچنین استفاده از این ژل در بتن باعث کاهش آب انداختگی آن میشود و جداشدگی سنگدانه های بتن را کم میکند. در کنار این موارد استفاده از این ژل در ساختار بتن با افزایش مقاومت مکانیکی آن و همچنین بالا رفتن دوام و پایایی بتن در سیکل های انجماد و ذوب همراه خواهد بود.
از طرفی استفاده از این ماده در بتن باعث سهولت در پمپاژ بتن میشود و استهلاک ایجاد شده در تجهیزات بتن ریزی را کاهش میدهد. لازم به ذکر است که در کار با ژل میکروسیلیس دیگر نیازی به استفاده زیاد از آب به منظور بهبود خواص بتن نیست.
مزیت دیگر این ژل به تأثیر آن در طولانی شدن زمان گیرش بتن به ویژه در فصول گرما برمیگردد که از اهمیت بالایی برخوردار است. در آخر با استفاده از ژل میکروسیلیس در ساختار بتن میتوان به افزایش چسبندگی آن کمک کرد و میزان نفوذپذیری آن را در مقایسه با بتن های معمولی تا ۲۰ برابر کاهش داد.
معایب ژل میکروسیلیس
ژل میکروسیلیس در کنار مزایای بسیاری که دارد از یک سری معایب نیز برخوردار بوده که از جمله آنها میتوان آثار نامطلوب زیست محیطی این محصول در هنگام استفاده و پخش شدن آن در محیط کارگاه اشاره کرد.
بر همین اساس این دوده ها به ویژه در هنگام استفاده ممکن است اثرات نامطلوبی بر پوست افراد و دستگاه تنفسی آنها داشته باشد. از طرفی جمع شدگی این دوده ها در کنار هم و آبگیری نشدن کامل آنها در هنگام اختلاط میتواند باعث هسته زایی در ساختار بتن شود و خواص مکانیکی و دوام بتن را تحت تأثیر قرار دهند.
کاربردهای پودر میکروسیلیس در بتن
ژل یا پودر میکروسیلیس به دلیل خواص و مزایای بسیاری که دارد از کاربردهای گسترده ای برخوردار بوده که از جمله آنها میتوان به استفاده از آن در بتن های آب بند اشاره کرد. این ژل به دلیل برخورداری از مواد روان کننده تمام حفره های میکروسکوپی بتن را پر میکند و از نفوذ آب به ساختار بتن جلوگیری میکند. کاربرد دیگر ژل میکروسیلیس به استفاده از آن در ساخت بتن های با مقاومت بالا برمیگردد. دوده سیلیسی در مجاورت با سیمان بتن منجر به تشکیل سیلیکات کلسیم شده که تأثیر زیادی بر افزایش سختی و مقاومت بتن دارد.
همچنین از ژل یا پودر میکروسیلیس میتوان در ساخت بتن های متراکم و با دوام استفاده کرد و از آنها در شرایط کاری و محیطی سخت استفاده نمود. از دیگر کاربردهای این ماده میتوان به استفاده از آن در روسازی های بتنی، سازه های نازک بتنی، سازه های ساحلی، سازه های نگهداری آب، سازه های در معرض ضربه و بارهای دینامیکی، سازه های بتنی نظامی و پدافندی، سازههای بتنی مورد استفاده در سیکل های شدید ذوب و انجماد و غیره اشاره کرد.
تأثیرات پودر میکروسیلیس بر بتن تازه و سخت شده
از تأثیرات پودر میکروسیلیس بر بتن تازه میتوان به افزایش چسبندگی مواد بتن و کاهش اسلامپ بتن اشاره کرد. البته در کنار استفاده از آن در ساختار بتن لازم است از افزودنی های کاهنده آب در بتن نیز استفاده شود. از طرفی استفاده از این ماده در بتن تازه باعث افزایش خاصیت پرکنندگی بتن در قالب ها میشود.
همچنین از تأثیر پودر میکروسیلیس در جلوگیری از جدا شدن اجزای بتن و مانعی برای آب انداختگی آن نباید غافل شد. در کنار این موارد استفاده از این پودر در ساختار بتن تازه باعث بالا رفتن زمان گیرش آن به ویژه در تابستان نیز میشود. از تأثیرات پودر میکروسیلیس بر بتن سخت شده نیز میتوان به افزایش مقاومت و دوام آن، کاهش خزش بتن، بالا رفتن ضریب ارتجاعی آن، کاهش نفوذپذیری بتن و غیره اشاره کرد.
نقش ژل میکروسیلیس در کاهش نفوذ آب در بتن
همان طور که اشاره کردیم ژل میکروسیلیس نقش بسیار مهمی در کاهش نفوذ آب در بتن دارد که در این بخش قصد داریم به بررسی بیشتر این موضوع بپردازیم. در ابتدا لازم به ذکر است که این ژل از راه های مختلفی میتواند نفوذ آب در بتن را کم کند که افزایش چگالی بتن یکی از این موارد خواهد بود. با بالا رفتن چگالی بتن در اثر افزودن این ماده نفوذناپذیری آن نیز بیشتر میشود. همچنین استفاده از این ژل در بتن باعث تشکیل پل های هیدروژنی در ساختار آن میشود که نقش مهمی در کاهش نفوذپذیری آب در بتن دارند.
در کنار این موارد مواد ژلی موجود در ساختار بتن که در اثر اضافه کردن این پودر به مخلوط بتن ایجاد میشوند نیز به کاهش نفوذ آب در آن کمک میکنند. از این رو بتنی که در ساختار آن از ژل میکروسیلیس استفاده شده است از مقاومت و دوام بالایی در برابر آب و رطوبت برخوردار بوده و میتواند یک انتخاب مناسب و ایده آل برای استفاده در نواحی در معرض آب مانند سواحل و سازه های نگهداری آب باشد.
روش تولید میکروسیلیس چیست؟
فرایند تولید پودر میکروسیلیس طی چندین مرحله صورت میگیرد که در این بخش به صورت گام به گام به معرفی آنها میپردازیم. در گام اول در یک کوره قوس الکتریکی به کوارتز که از خلوص بالایی برخوردار بوده تا ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده میشود.
در گام دوم به کوره مورد نظر زغال سنگ، خرده های چوب و کک اضافه میشود که این کار باعث حذف اکسیژن از دی اکسید کربن میگردد. در گام سوم در پایین کوره الکتریکی آلیاژی جمع میشود.
در گام چهارم بخار دی اکسید سیلیسیم خارج شده از کوارتز تغلیظ میگردد که این ماده به صورت کره های ریزی در بالای کوره قابل مشاهده خواهد بود.
در گام پنجم دوده داخل کوره از طریق باد شدیدی که توسط یک سری پروانه های قدرتمند ایجاد میشود از داخل آن بیرون رانده میشود. در نهایت و در گام ششم این دوده ها به داخل کیسه های ویژه فیلتر شده روانه شده و در محفظه آنها نگهداری میشود.
میزان مصرف پودر میکروسیلیس در بتن
در رابطه با میزان مصرف میکروسیلیس در بتن میتوان گفت که مقدار آن بستگی به نوع بتن ساخته شده دارد. با این وجود میتوان یک مقدار متوسط برای آن در نظر گرفت که این مقدار معمولاً بین ۳ الی ۱۵ درصد وزن سیمان خواهد بود. البته در هنگام اضافه کردن دوده به ساختار بتن لازم است همان مقدار از وزن سیمان کم گردد.
در توضیح بیشتر این موضوع میتوان گفت که مقدار پودر مورد استفاده در ساخت بتن آب بند با ساخت بتن پرمقاومت متفاوت بوده که در هنگام استفاده از آن در ساختار بتن لازم است به نوع کاربری آن توجه شود. به عنوان مثال در ساخت بتن آب بند پودر میکروسیلیس ۳ الی ۱۰ درصد وزن سیمان را تشکیل میدهد که در این بازه مقدار نسبت ۷ درصد میتواند بسیار مفید و کاربردی باشد.
از طرفی در ساخت بتن پرمقاومت لازم است از مقدار بیشتری از این دوده استفاده گردد که معمولاً ۵ الی ۱۷ درصد وزن سیمان را به خود اختصاص میدهد. البته در این بین اجرای تست های آزمایشگاهی و کارگاهی نیز میتواند به تخمین مقدار و نسبت دقیق استفاده از این دوده ها کمک زیادی کند.
طریقه مصرف پودر میکروسیلیس در بتن
طریقه مصرف پودر میکروسیلیس در بتن با توجه به حالت استفاده از آن میتواند متفاوت باشد که در این بخش به سه مورد از روش های مصرف آن میپردازیم. در روش اول دوده سیلیسی خشک به مواد خشک بتن که در حال اختلاط هستند اضافه میشود.
البته اضافه کردن پودر به صورت خشک به مواد بتن میتواند با مشکلاتی چون پخش شدن دوده در هوا، کلوخه شدن این پودر و عدم ترکیب مناسب آن با دیگر مواد بتن همراه باشد. در روش دوم این بار پودر به بتن تازه و بعد از اختلاط کامل مواد در تراک میکسر اضافه میشود.البته در این روش همانند روش قبلی ممکن است پودر به طور کامل با مواد بتن ترکیب نشود و فرایند اختلاط آن نیز با پخش شدن دوده در هوا همراه باشد.
در روش سوم ابتدا پودر میکروسیلیس با قسمتی از آب بتن مخلوط شده و سپس به ساختار بتن اضافه میشود. پس در این روش نیاز به آماده سازی دوغاب میکروسیلیس بوده که استفاده از آن از پخش شدن دوده در هوا در هنگام اختلاط جلوگیری میکند. همچنین در این روش پودر به صورت یکنواخت تر در ساختار بتن پخش میشود.
استانداردها و ضوابط مربوط به میکروسیلیس
در کار با پودر یا ژل میکروسیلیس جهت بهره وری حداکثری از خواص و مزایای آن لازم است به یک سری استانداردها توجه شود که در این بخش به معرفی آنها خواهیم پرداخت. در استاندارد 1240ASTM C که به مشخصات فیزیکی و شیمیایی ژل یا پودر میکروسیلیس اشاره دارد به نحوه استفاده از آن در بتن و مواد ساختمانی پرداخته شده است.
استاندارد ۱۳۲۶۳ EN نیز که یک استاندارد اروپایی بوده در کنار پرداختن به مشخصات فیزیکی و شیمیایی این ژل به نحوه استفاده از آن در بتن و مواد ساختمانی شاره دارد. از دیگر استاندارهای رایج در این زمینه میتوان به استاندارد بین المللی ۱۳۴۰۶ ISO، استاندارد آمریکایی ACI 232.2R-03 و استاندارد اروپایی BS EN 1504-2اشاره کرد.
کلام پایانی
ژل میکروسیلیس یک ماده کاربردی در بهبود عملکرد بتن و اصلاح خواص آن بوده که از آن در زمینه های مختلف کاری از جمله بهبود آب بندی بتن و افزایش مقاومت و دوام آن استفاده میشود. این ماده کاربرد گسترده ای در نواحی ساحلی دارد که لازم است در آنها از بتن مقاوم و با خواص ویژه (با آب بندی بالا) استفاده شود. این پودر میزان چسبندگی سیمان در ساختار بتن را افزایش میدهد و استحکام و مقاومت آن را در شرایط کاری سخت بالا میبرد.
قیمت ژل یا پودر میکروسیلیس به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد که از جمله آنها میتوان به نوع و ساختار این ژل، کیفیت مواد بکار رفته در تولید آن، برند تولیدکننده و میزان مصرف آن در ساختار بتن اشاره کرد. در آخر جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد ویژگی ها و کاربردهای این ماده کاربردی میتوانید به وبسایت ام ک بتن مراجعه نمایید.