تاثیر میکروسیلیس در بتن در برابر آتش

تاثیر میکروسیلیس بر آتش

سازه بایستی قادر به حفظ پایداری و مقاومت خود در زمان آتش سوزی برای محافظت از جان انسانها باشد. بتن از سالها پیش به عنوان اساسی ترین مصالح ساختمانی شناخته شده است. از گذشته های دور، بتن را دارای خواص ضد حریق میدانستند. به همین سبب بیشترین نگرانی از سازه های بتنی در زمان آتش سوزی مربوط به آرماتورها و جاری نشدن آنها بوده است. اما با توسعه تکنولوژی بتن، نگاهها به بهبود خواص مکانیکی بتن برای افزایش مقاومت آن در برابر حریق معطوف شد. نتایج تحقیقاتی که در گذشته انجام شده، بیانگر این مسئله است که بتنهای پرمقاومت عملکرد مناسب تری نسبت به بتنهای معمولی به هنگام حریق دارند. یکی از پوزولان هایی که سالهاست تاثیر مثبت آن روی افزایش  مقاومت و سایر خواص مکانیکی بتن شناخته شده، میکروسیلیس است. 

مقاومت در برابر آتش مفهومی است که در رابطه با اعضای ساختمان و نه خود ماده مطرح میشود؛ اما نکته قابل توجه آن است که خواص ماده بر عملکرد آن عضو سازه تاثیری غیر قابل چشم پوشی می گذارد. 

تاثیر آتش بر بتن 

هنگامی که بتن در معرض آتش قرار می گیرد، دو مزیت از خود بروز میدهد: غیر قابل احتراق است (در مقایسه با چوب ) عایق مناسبی است (در مقایسه با فولاد) با این حال، دو مشکل اساسی در این زمینه وجود دارد: اول آنکه هنگامی که بتن در معرض آتش قرار می گیرد، خواص مکانیکی آن به علت افزایش دمایی که مصالح تجربه میکنند و تغییرات فیزیکی و شیمیایی آنها، کاهش مییابد، و دوم پدیده ای است که به نام ورقه ورقه شدن انفجاری شناخته میشود و در پی آن بخشی از بتن از بین میرود و ابعاد عضو بتنی کاهش مییابد و فولاد که بایستی توسط کاور بتنی محافظت شود، در معرض حرارت مستقیم قرار میگیرد و کارایی خود را از دست میدهد. در نتیجه، باربری عضو بتنی به خطر می افتد.

از بین رفتن خواص مکانیکی بتن، میتواند به علت تغییرات زیر در خود مصالح رخ دهد:

1-تغییرات فیزیکی و شیمیایی در خمیر سیمان

2-تغییرات فیزیکی و شیمیایی در سنگدانه ها

ناسازگاری حرارتی بین خمیر سیمان و سنگدانه ها ناشی از برابر نبودن ضریب انبساط حرارتی این دو میباشد

همچنین عوامل محیطی زیر نیز بر خواص مکانیکی بتن تحت آتش دخیل هستند

1-مقدار درجه حرارت

2-نرخ گرمایش

3-بارگذاری وارده

4-آب بندی سطح بتن، که بر میزان تبخیر رطوبت بتن موثر است

تا پیش از دهه 1970 دانشمندان با انجام آزمایشهایی به نتایج عجیبی رسیده بودند؛ و آن اینکه بتن در زمان تحمل دمای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد همچنان گسیخته نمیشود. علت عجیب بودن این نتایج آن بود که تفاوت کرنش سنگدانه ها و انبساط خمیر سیمان تحت حرارت آنقدر زیاد است که در محدوده کرنش های الاستیک قرار نمی گیرد. تا آنکه با معرفی پارامتر"کرنش حرارتی" پاسخ این سوال پیدا شد. کرنش حرارتی در حین نخستین گرمایی که (و نه سرما) تحت بارگذاری به بتن میرسد، افزایش مییابد.

 از آنجایی که دمای بالای 100 درجه سانتیگراد صرفا تابعی از دما و (نه زمان) میباشد، مدلسازی ریاضی آن برای یک آتش سوزی کوتاه مدت، کاری آسان است. کاهش مقاومت فشاری بتن تا دمای حدود ۸۴ درجه سانتیگراد، پس از سرد شدن قابل بازگشت است. بر این اساس، نرخ کاهش مقاومت گرمایی بتنی که تا دمای  300-200 درجه سانتیگراد گرم می شود، بیشتر از نرخ کاهش مقاومت گرمایی بتن در آغاز است. اکثر بتن ها، بیشترین کاهش مقاومت را در دمای 300 درجه سانتیگراد تجربه میکنند؛ البته این موضوع به نوع سنگدانه ها و خمیر سیمان و طرح مخلوط نیز بستگی دارد.

 شبیه پدیده های دیگر، عوامل زیادی، پاسخ بتن به آتش را کنترل میکنند. ترکیب بتن از این لحاظ با اهمیت است؛ زیرا هم خمیر سیمان و هم سنگدانه شامل اجزایی هستند که بر اثر حرارت تجزیه میگردند. تراوایی بتن، اندازه قطعه و روند افزایش حرارت نیز با اهمیت می باشند؛ زیرا آنها حاکم بر توسعه فشارهای داخلی، که از محصولات گازی ناشی از تجزیه ایجاد میشوند، هستند.

آزمایشهای آتش نشان داده اند که میزان ریز ترکها، و در نتیجه مقاومت بتن، و رفتار واقعی بتن در معرض دمای زیاد، نتیجه چندین عامل همزمان وابسته به هم است

تاثیرات آتش بر سایر خواص مکانیکی بتن

کاهش شدید ضریب کشسانی بتن در دمای 500 درجه سانتیگراد
کاهش چسبندگی بتن و آرماتور که پس از دمای 400 درجه سانتیگراد، سبب لغزش آرماتور میگردد 

بهینه ترین درصد تاثیر میکروسیلیس در بتن در برابر آتش

نکته مشترکی که در تمام طرح های ساخته شده مشهود است، کاهش مقاومت فشاری بعد از قرار گرفتن در معرض حرارت میباشد.
بهینه ترین درصد میکروسیلیس برای حصول بتن با بیشترین مقاومت در دمای 25 درجه سانتیگراد (دمای اتاق)  7/8 درصد میباشد. در حالی که با افزایش دما این درصد کاهش یافته و در نهایت در دمای 1000 درجه به 5/8 درصد رسیده است. دلیل تاثیر میکروسیلیس در بتن در برابر آتش را باید در مقیاس میکروسکوپی مورد بحث و تحلیل قرار داد چرا که این ماده شیمیایی در دماهای مختلف ممکن است دچار تغییرات و واکنشهای شیمیایی شود و در واکنش با سیمان عملکردهای متفاوتی از خود نشان دهد.

تاثیر دوده سیلیسی بر مقاومت بتن

تاثیر دوده سیلیسی بر مقاومت بتن پودری واکنشی

در سال های اخیر بیشترین نرخ پیشرفت سریع در محدوده تکنولوژی بتن رخ داده است. افزایش رقابت در ساخت و ساز و ترکیب استفاده از مصالح و فناوری های نوین، موقعیت بتن را به عنوان یک ماده ساختمانی بیش از پیش ارزشمند کرده است. بدون تردید امروزه بتن جایگاه ویژه ای در صنعت ساختمان دارد و پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در دنیا است که کاربرد آن روز به روز فراگیرتر می شود، ولی هنوز تولید و مصرف آن با اصول توسعه پایدار سازگار نشده است. پهنه وسیع کاربرد بتن از ساختمان های کوچک و بزرگ تجاری، آموزشی و مسکونی گرفته تا سازه های مهم و حیاتی این مرز و بوم، همه و همه از عواملی هستند که ما را مجاب می نمایند تا با بهبود کیفیت تولید و افزایش هر آنچه بیشتر طول عمر مفید آن بکوشیم. از مهم ترین مشکلات موجود در ساختمان های بتنی، بزرگ شدن ابعاد مقاطع در اثر افزایش ارتفاع کل ساختمان می باشد، در نتیجه به علت افزایش وزن مرده سازه، نیروی زلزله که تاثیر مستقیم با بار مرده دارد افزایش پیدا می کند که برای حل این مشکل و استفاده از مقاطع کوچکتر نیازمند به استفاده از بتن های پر مقاومت  می باشیم محدوده مقاومت فشاری مشاهده شده در بتن پودری واکنش پذیر دارای الیاف فولادی از 15٠ مگا پاسکال تا 800 مگا پاسکال می باشد،

البته طرح اختلاط مربوط به مقاومت 80٠ مگاپاسکال در دسترس نمی باشد. این مقاومت فوق العاده مدیون مصالح مصرفی می باشد که در ساخت بتن پودری واکنشی بکار میرود و شامل سیمان ، ماسه سیلیسی حاوی کوارتز، دوده سیلیسی، در بعضی موارد الیاف فولادی، آب و فوق روان کننده مناسب است. ترکیب این مواد با هم باعث ایجاد یک حجم فشرده می شود که خواص مکانیکی بتن را بهبود بخشیده و نفوذ پذیری را به حداقل ممکن می رساند.

یکی از اصول اولیه رسیدن به مقاومت بالا ایجاد تناسب بهینه بین مواد جدید می باشد. اجرای سازه های بتن آرمه به عنوان سازه هایی اقتصادی و با دوام، پژوهشگران را به یافتن روش هایی برای افزایش هرچه بیشتر مقاومت بتن واداشته است که در این راه موفقیت های زیادی نیز حاصل شده است.
یکی از روش هایی که به عنوان روشی کارآمد برای تهیه بتن با مقاومت بالا بکار گرفته شده است، استفاده از مواد معدنی ریز با خواص پوزولانی است که از جمله مهمترین این مواد می توان از دوده سیلیسی بر مقاومت بتن نام برد. این ماده دیگر به عنوان محصول جانبی حاصل از صنایع سیلیکون و آلیاژ فروسیلیکون، ماده ای زائد نیست و یک ماده پوزولانی تثبیت شده است که قادر به بهبود خواص تولیدات سیمان پرتلند می باشد. استفاده از دوده سیلیسی در تکنولوژی سیمان و بتن در چند سال اخیر افزایش قابل توجهی یافته است.

این پوزولان مشخصه های فیزیکی و شیمیایی خمیر تازه سیمان و همچنین ریز ساختار خمیر را پس از سخت شدن بهبود می بخشد.

نقش دوده سیلیسی در خواص مهندسی بتن تازه به ویژه خواص رئولوژی (نظیر : چسبندگی و کارایی)، خواص مکانیکی (نظیر: مقاومت های فشاری، کششی، خمشی، مقاومت پیوستگی با آرماتور، خزش و جمع شدگی) و دوام ( نظیر: مقاومت در برابر خرابی ناشی از حملات شیمیایی، فرسایش و سیکل های ذوب و یخبندان)حائز اهمیت است..

تأثیر مثبت دوده سیلیسی در بتن عموماً به دلیل سطح ویژه بالا و ریزی بسیار زیاد ذرات آن است که باعث پر کردن خلل و فرج بین ذرات سیمان می گردد.

همچنین دانه بندی سنگدانه ها عامل تعیین کننده ای در مقدار کارایی مخلوط بتن تازه دارد و کارایی بتن نیز به نوبه خود بر مقدار آب و سیمان لازم در مخلوط اثر گذار است، از این رو باعث کنترل جداشدگی و آب انداختگی در بتن گردیده و بر نحوه جای دهی و پرداخت سطح بتن تاثیر می گذارد . همانگونه که تکنولوژی بتن با مقاومت بالا در حال توسعه است تعریف بتن با مقاومت بالا نیز تغییر کرده است.

سنگدانه های ریزتر، مقاومت بالاتری را برای بتن ایجاد می کنند. اصلاح سنگدانه، کاهش نیاز به سیمان و یا بهبود شرایط بتن با عیار ثابت می توانند گام های اساسی در اقتصادی کردن طرح اختلاط باشند و از آنجایی که حجم قابل توجهی از بتن را سنگدانه تشکیل می دهد و از طرفی در بتن های با مقاومت زیاد، خمیر سیمان مقاومت کافی را به علت استفاده از دوده سیلیسی و نسبت آب به سیمان بسیار کم دارد لذا احتمال اینکه شکست بتن در اثر شکست سنگدانه رخ دهد بیشتر می باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که نوع سنگدانه و

دانه بندی آن در مقاومت فشاری بتن با مقاومت بالا تاثیر به سزایی دارد.

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی دوده سیلیسی بر مقاومت بتن

مواد معدنی مختلفی برای ساخت بتن های مقاوم وجود دارند، از این مواد برای بهبود و توسعه کارایی بتن تازه و دوام بتن سخت شده استفاده می شود. یکی از این مواد پوزولانی نظیر دوده سیلیسی می باشد. این ماده بسیار نرم و به صورت ذره های بی نهایت ریز می باشد٠و مرکب از مواد غیر بلوری با قطر های بین 1/. تا 2/. میکرون است و جرم مخصوص آن 2 /. گرم بر سانتی متر مکعب دارای بزرگترین سطح مخصوص با مقدار تقریبی 20 مترمربع بر گرم میباشد چگالی ظاهری این ماده  200 گرم بر متر مکعب میباشد. هدف اصلی کاربرد این ماده ابتدا به عنوان جایگزین بخشی از سیمان و به منظور کاهش قیمت تمام شده بتن، بوده ولی با افزایش قیمت تمام شده تولید این ماده، مقرون به صرفه نبود ولی نقش خود را به عنوان یک ماده افزودنی برای به دست آوردن خواص مورد نظر و سبب مقاومت بیشتر، حفظ نمود. میزان سیلیس در دوده سیلیسی معمولاً 85 تا 98 درصد است که به نوع محصول و کوره و کارخانه بستگی دارد. ذرات این مواد 50 تا 100 مرتبه از ذرات سیمان کوچکتر و به عنوان مواد پر کننده بین اجزاء متشکله بتن عمل نموده و نه تنها باعث چسبندگی بین ذرات سیمان می شود، بلکه چسبندگی بین سیمان و سنگدانه را نیز افزایش می دهد

نرمی بسیار زیاد دوده سیلیسی سبب افزایش نسبت آب به مواد سیمانی جهت حفظ کارایی مخلوط های بتن می شود که افزودن فوق روان کننده به مخلوط های حاوی دوده سیلیسی به حفظ محتوای مطلوب آب در بتن کمک می کند.

خواص بتن تازه با استفاده از دوده سیلیسی بر مقاومت بتن

تحقیقات نشان می دهد که معمولاً مقدار آب لازم برای ثابت نگه داشتن اسلامپ مورد نظر بر حسب مقدار دوده سیلیسی اضافه شده به مخلوط، تقریبا به صورت خطی تغییر می کنند دوده سیلیسی اگر تنها به کار برده شود بر ویژگی های مربوط به کارایی بتن تازه اثر منفی می گذارد و از روانی آن می کاهد و برای باز گرداندن روانی بتن به حالت بتن بدون دوده سیلیسی، باید مقدار آب اختلاط افزایش داده شود ولی اگر از دوده سیلیسی همراه با مواد روان کننده استفاده شود دانه های بسیار ریز و کروی شکل دوده سیلیسی از هم جدا شده در حد فواصل دانه های سیمان پراکنده گشته و به نوبه خود، همانند ساچمه به حرکت دانه ها بر روی هم و روانی مخلوط کمک می کند.

مقدار مطلوب دوده سیلیسی

آزمایشات نشان میدهد که دوده میکروسیلیس به عنوان یک ماده مکمل نقش اساسی را در افزودن مقاومت بتن و بهبود خواص دیگر آن ایفا می کند. بتن با دانه بندی 300 تا 600 میکرون ماسه سلیسی و 25 درصد دوده میکرو سیلیس نسبت به سیمان بیشترین مقاومت فشاری را در بتن پودری واکنشی به دست میدهد.

سه روش تست و بازرسی بتن کدامند؟

در کارهای عمرانی معمولاً بتن مورد استفاده به دو شکل ساخت در محل کارگاه و یا بتن آماده می باشد. با کنترل عوامل طرح اختلاط بتن از قبیل دانه بندی، نسبت آب به سیمان و غیره می توان بتنی مرغوب تولید نمود اما عدم دقت کافی در مرحله بتن ریزی و عمل آوری باعث بروز اختلال در مقاومت فشاری بتن می شود. سرعت نامطلوب بتن ریزی ، عدم تراکم مناسب بتن یا ویبره نکردن کافی بتن باعث ایجاد ناپیوستگی موضعی و عدم همگنی در عضو بتن ریزی شده می شود. لذا در اکثر این نوع از بتن ریزی ها شاهد نواقصی در ظاهر بتن هستیم که به آن در اصطلاح کرمو شدن بتن می گویند. اما هیچگاه از درون عضو اطلاعی نداریم و این امر نهفته می ماند تا وقوع حادثه یا تخریب عضو مورد نظر؛ با وجود روش های نوین می توان این شک را تا حدودی برطرف کرد و از سالم و یکپارچه بودن عضو مورد نظر اطمینان حاصل نمود. 

روش هایی در انجام این امر مرسوم است که ابتدایی ترین آن مغزه گیری (کرگیری) از عضو مورد نظر است.
این کار خود باعث صدمه زدن به عضو مورد نظر می شود و آزمایشات ما را محدود به چند نقطه از عضو می نماید.روش دیگر استفاده از چکش اشمیت است که درصد خطای آن بالا می باشد اما به عضو آسیبی وارد نمی کند. با پیشرفت علم و تولید دستگاه های تست فراصوت بتن (اولتراسونیک) این امر میسر گشته است تا بدون آسیب رساندن به عضو مورد نظر از همگن بودن درون آن و عدم وجود ناپیوستگی اطمینان حاصل نماییم.

۱- آزمایش مغز گیری از بتن:
یکی از ساده ترین روش های تست و بازرسی بتن و تشخیص نا همگنی های داخلی بتن، روش مغزه گیری (کرگیری) می باشد . این روش همانطور که در تصویر مشاهده می شود، با استفاده از دستگاه مغزه گیر از نقطه مورد نظر نمونه برداری می شود.مقاومت نمونه مورد نظر با استفاده از آزمایش فشاری بتن ارزیابی می شود و می توان با دقت بالایی مقاومت عضو مورد نظر در آن نقطه را تخمین زد .این آزمایش از دسته آزمایشات مخرب است زیرا به عضو آسیب وارد کرده و محل قطعه حفاری شده در صورت عدم تخریب عضو حتی پس از ترمیم آن باعث تمرکز تنش می شود.

2- آزمایش چکش اشمیت:
چکش اشمیت روشی است که بر اساس تحلیل نیروی برگشت ضربه، از سطح جسم مورد نظر استوار است. این روش از دسته آزمایشات غیر مخرب محسوب می شود و به عضو آسیبی وارد نمی کند اما از دقت کافی برخوردار نمی باشد و درصد خطا در این روش از روشهای دیگر بیشتر است.

3- آزمایش اولتراسونیک بتن:
برترین آزمایش و دارای استاندارد جهانی

روش التراسونیک بهترین روش جهت آزمایش های غیر مخرب است که می توان به آن اشاره کرد که توسط یک دستگاه با 2 پراب یکی صوت و دیگری گیرنده که در نهایت می تواند شکست صوت را در بتن پیدا کند و توسط کامپیوتر آنالیز و اعلام نتیجه میشود در این آزمایش عمق ترک در بتن و مقاومت بتن تعیین می گردد