تاثیر سولفات بر بتن خودتراکم حاوی متاکائولین و میکروسیلیس در چرخه ی ذوب و انجماد

بتن خود تراکم (scc) یک فن آوری نوپا در عرصه ساخت وساز دنیاست. این نوع بتن که کارایی بسیار بالایی دارد می تواند تحت اثر وزن خودش و بدون جدا شدن دانه ها در میان انبوه اجزای سازه ای جریان یابد. به عبارت دیگر این نوع بتن بدون نیاز به لرزاننده (ویبره) و به خاطر وزن خودش متراکم می شود. این نوع بتن شاخه جدید بتن با مقاومت متوسط به بالا می باشد که بدون ویبره کردن و تحت وزن خود داخل قالب را پر می کند بدون اینکه سنگ دانه های درشت از ملات جدا شوند [1]. در تحقیقات توماس و همکاران (1999) در مورد مواد جایگزین سیمان، در روز اول بتن حاوی دوده سیلیسی و سرباره نسبت به بتن متاکائولینی مقاومت بیشتری از خود نشان دادند. در روز اول مقاومت متوسط بتن حاوی دوده سیلیسی و سرباره به ترتیب 15 و 2/14 مگا پاسکال به دست آمد. درصورتی که برای بتن متاکائولینی این مقدار 3/11 می باشد؛ اما در روزهای بعدی شرایط تغییر کرده و مقاومت بتن متاکائولینی در روزهای 3, 7 و 28 در مقایسه با بتن حاوی دوده سیلیسی و سرباره بیشتر است [2]. مقایسه اثر دو ماده پوزولانی متاکائولین و میکروسیلیس که معمولا در بتن های معمولی انجام شده است، نشان می دهد، متاکائولین دارای فعالیت پوزولانی بیشتری در مقایسه با میکروسیلیس در روزهای اولیه است؛ اما مقاومت الکتریکی در بتن های حاوی متاکائولین تقریبا برابر با بتن های حاوی میکروسیلیس است [3]. در تحقیقات که توسط گونیسی (2007) در مورد بررسی مقاومت، انقباض و ساختار تخلخل بتن شامل متاکائولین انجام شد، متاکائولین با جایگزینی های 10% و 20% و در طرح هایی با نسبت آب به سیمان 35/0 و 55/0 استفاده شد. مشاهده شد که درصد جذب آب برای نسبت آب به سیمان 35/0 بعد از گذشت 90 روز عمل آوری طبق ASTM C642 به 2% نیز کاهش یافت [4]. تحقیقات انجام شده توسط شکرچی و همکاران (2009), نشان می دهد که جایگزینی بخشی از سیمان با میکروسیلیس به طور محسوس باعث کاهش نفوذپذیری نسبت به بتن فاقد میکروسیلیس می شود.. از دیگر نتایج این تحقیق بالا بودن نرخ پیشرفت مقاومت در بتن حاوی میکروسیلیس نسبت به بتن فاقد دوده سیلیس است؛ اما مقاومت نهایی افزایش قابل توجهی نداشته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که مقدار میکروسیلیس بهینه 5/7 تا 10 درصد از وزن سیمان است [5]. اخیرا شکرچی و همکاران نشان دادند که با جایگزینی 15 درصد متاکائولین با سیمان مصرفی، نفوذپذیری آب، نفوذپذیری گاز، میزان جذب آب و مقاومت الکتریکی کاهش می یابد [6]. خورندگی سولفاتی یکی از مکررترین و مضرترین فرآیند ها در سازه های بتنی می باشد. شکل و مقدار خرابی بتن به غلظت سولفات، نوع یون مثبت در محلول سولفاتی، محلول ریزساختار خمیر سیمان سخت شده، بستگی دارد. برخی از سیمان ها به سولفات منیزیم در مقایسه با سولفات سدیم حساسیت بیشتری دارند. مکانیزمی کلیدی، جایگزین کلسیم در سیلیکات هیدراته می باشد که قسمت زیادی از خمیر سیمان را تشکیل می دهد. این جایگزینی منجر به کاهش خاصیت سیمانی و چسبندگی می شود. تشکیل (هیدروکسید منیزیم) و سیلیکات منیزیم هیدراته، دلیلی بر وجود چنین حمله ای است. آب دریا یکی از عمده ترین محیط های چند عنصری طبیعی است که شکل پیچیده سیستم فیزیکی- شیمیایی با بتن دارد و شامل تشکیل الکترولیت های عموما با کلرور سدیم، سولفات منیزیم، سولفات و کلرور کلسیم می باشند و در فولاد پیل گالوانیک تشکیل می دهند. به طورکلی حمله آب دریا منجر به تشکیل اترینژیت و بروسیت و نمک فریدل در بتن می گردد. تشکیل اترینژیت با انبساط و افت ثانویه مقاومت همراه است که ناشی از ترک های موئین و تضعیف اتصال های شیمیایی می باشد. تشکیل بروسیت ناشی از واکنش شیمیایی تبادلی است که در تحکیم سهمی ندارد. آب های بیشتر دریاها ازنظر انواع و مقادیر نمک های غیرمحلول مشابه هستند. دراین ارتباط جهت حفاظت بتن معمولی از خوردگی ناشی از حمله ی سولفات باید تماس سیمان پرتلند و سولفات را توسط یک لایه ی محافظ و مناسب به حداقل رساند. انتخاب لایه ی محافظ تابعی از نوع مواد شیمیایی مخرب و عوامل محیطی و نیز بارهای وارده است. روش دیگر در ارتباط با این مسئله، استفاده از مواد جایگزین چسباننده ی مصالح دانه ای به جای سیمان پرتلند است که در مقابل حملات سولفاتی مقاومت موردنظر را دارا باشند. ازجمله ی این مواد می توان به متاکائولین و میکروسیلیس اشاره کرد.