راهنمای جامع فرآورده‌های میکروسیلیسی و ژل میکروسیلیس بتن کپکو (CapcoGel)
 

یکی از نقاط ضعف بتن، مقاومت شیمیایی خمیر سیمان می باشد. خمیر سخت شده سیمان که محصول واکنش هیدراتاسیون سیمان پرتلند و آب می باشد، شامل طیف گسترده ای از مواد معدنی می باشد که مهمترین بخش آن، اولیگومری های سیلیکاتی می باشند که به کلسیم سیلیکات هیدارت معروف هستند. ساختار کریستالی این ترکیبات در ابعاد نانومتریک بوده و بصورت شبکه های در هم تنیده در خمیر سخت شده سیمان گسترش یافته اند. مقاومت های مکانیکی خمیر سیمان ناشی از این ترکیبات می باشد و همین ترکیبات هستند که با قدرت چسبندگی بسیار بالا، سنگدانه ها را به هم متصل و یکپارچه می کنند. ساختار شیمیایی کلسیم سیلیکات هیدرات بسیار پایدار بوده و حلالیت آن در آب در حد صفر می باشد و به دلیل پیوندهای شیمیایی بسیار مستحکمی که در ساختار خود دارند، واکنش پذیری شیمیایی بسیار کمی از خود نشان می دهند.

واکنش هیدراتاسیون سیمان، یک محصول دیگر دارد که کلسیم هیدورکساید می باشد و به پرتلندیت یا آهک آزاد معروف می باشد. این ماده سهم نسبتا بالایی را در حجم خمیر سخت شده به خود اختصاص می دهد، از نظر شیمیایی ترکیبی یونی بوده و پس از انحلال در آب، محلول قلیایی تشکیل می دهد. همین عامل باعث می شود که محیط بتن به شدت قلیایی باشد. قلیاییت بتن عامل مهمی در دوام بتن های مسلح می باشد و پرتلندیت با تامین این قلیاییت از خوردگی یونی بوده و پس از انحلال در آب، محلول قلیایی تشکیل می دهد. همین عامل باعث می شود که محیط بتن به شدت قلیایی باشد. قلیاییت بتن عامل مهمی در دوام بتن های مسلح می باشد و پرتلندیت با تامین این قلیاییت از خوردگی میلگردهای مدفون در بتن جلوگیری می کند. پرتلندیت خود به عنوان یک ماده قلیایی، واکنش پذیری بالایی نسبت به مواد اسیدی دارد و همین عامل، ضعف بتن در محیط های اسیدی است. علاوه بر آن، بسیاری از واکنش های تهاجمی بتن، به دلیل حلالیت پرتلندیت بتن می باشد. بسیاری از عوامل مهاجم نظیر یون سولفات و کلراید در حضور پرتلندیت به خمیر سخت بتن آسیب وارد می کنند.

مسئله دیگری که آهک آزاد دارد این است که مقاومت فشاری خیلی کمتری نسبت به کلسیم سیلیکات هیدرات دارد و از آنجا که حجم زیادی از خمیر سخت شده را به خود اختصاص می دهد، مقاومت های مکانیکی بتن را کاهش می دهد. برای جلوگیری از مشکلات و نواقص فوق الذکر، از پوزولان ها در بتن استفاده می شود. مواد پوزولانی، ترکیبات معدنی هستند که در ساختار آنها سیلیس با شکل آمورف وجود دارد. این نوع سیلیس، در محیط آبی می تواند با مواد قلیایی واکنش داده و تشکیل شبکه کریستال های سیلیکاتی بکند. در بتن که ماده قلیایی آهک آزاد است، محصول واکنش های پوزولانی، کلسیم سیلیکات هیدارت می باشد،یعنی همان ماده اصلی که از واکنش هیدراتاسیون سیمان انتظار داریم. دوده سیلیسی، خاکستر بادی، پوزولان های طبیعی، سرباره های آهنگدازی و زئولیت ها از مهمترین پوزولان های مصرفی در بتن می باشند.

میکروسیلیس که محصول جانبی صنایع آلیاژی فروسیلیسی می باشد، از اثربخش ترین پوزولان ها می باشد. اندازه ذراتی نزدیک به یک درصد ذرات سیمان دارد و به همین دلیل با کوچکترین تنشی ایجاد گرد و غبار می کند و باعث آلودگی محیط می ششود. برای مهار این چالش، لازم است که سوسپانسیونی آب پایه از این ماده تحت شرایط کنترل شده تولید شود و جهت مصرف در دسترس تولیدکنندگان بتن قرار گیرد.

میزان مصرف میکروسیلیس در بتن، مطابق توصیه های انجام شده در ادبیات فنی، بین 5 تا 10 درصد وزن سیمان توصیه می گردد. در مقادیر بالاتر از این محدوده، سرعت واکنش هیدراتاسیون کاهش یافته و در مقادیر کمتر نیز، میزان واکنش های پوزولانی در حد کمی وده و اثربخشی لازم جهت بهبود دوام حاصل نمی شود.

حضور میکروسیلیس در مقادیر بالا باعث کاهش در روانی شده و لازم است برای غلبه بر این مسئله از روان کننده نیز به مقدار مناسب در بتن استفاده کرد.

دوغاب میکروسیلیس و ژل میکروسیلیس دو دسته از این محصولات می باشد که توسط نمایندگی محصولات کپکو در خراسان رضوی ارائه می گردد. دوغاب میکروسیلیس فاقد هرگونه روان کننده بتن بوده و میزان میکروسیلیس بالاتری نسبت به محصولات ژل دارد. استفاده از دوغاب هم از لحاظ فنی و هم از نظر اقتصادی توجیه بالاتری نسبت به ژل میکروسیلیس دارد.

در مواردی که نیاز به میکروسیلیس در مقادیر بالا در بتن می باشد. محصولات ژل خطر آب انداختگی و تاخیر در گیرش بتن را افزایش می دهند و در مواردی که نیاز میکروسیلیس کم می باشد، مصرف کم ژل ممکن است روانی مورد نیاز را تامین نکند و به همین دلیل استفاده از ژل میکروسیلیس نیازمند آزمایش های بیشتر و بعضا اصلاحاتی در طرح مخلوط می باشند. محصول دوغاب میکروسیلیس فاقد مشکل فوق بوده و مصرف آن در بازه تعریف شده هیچگونه مشکلی در بتن ایجاد نمی کند و برای تامین روانی بتن، از یک ماده روان کننده مناسب، به میزان لازم استفاده می شود.

در دهه‌های اخیر، ارتقای پایایی، نفوذناپذیری و افزایش طول عمر مفید سازه‌های بتنی به اولویت اصلی پروژه‌های عمرانی مدرن تبدیل شده است. تهاجم عوامل مخرب شیمیایی نظیر یون کلرید در محیط‌های دریایی، سولفات‌های خاک و پدیده کربناتاسیون، از علل بنیادین زوال زودرس بتن مسلح به‌شمار می‌روند. شرکت همگرایان تولید (کپکو) با بهره‌گیری از دانش روز شیمی بتن و فناوری میکرو/نانوسیلیس، سبد کاملی از فرآورده‌های میکروسیلیسی و ژل‌های پوزولانی (CapcoGel) را طراحی و تولید کرده است تا بتن معمولی را به ماتریسی فوق‌متراکم، بادوام و با مقاومت مکانیکی بالا تبدیل نماید.

۱. میکروسیلیس (دوده سیلیسی) چیست و چه نقشی در بتن دارد؟

 

میکروسیلیس (Silica Fume) یک پوزولان فعال و با خلوص بالا است که به عنوان محصول جانبی در فرآیند تولید سیلیسیم فلزی یا آلیاژهای فروسیلیسیم در کوره‌های قوس الکتریکی به دست می‌آید. ذرات میکروسیلیس ابعادی حدود ۱۰۰ برابر ریزتر از ذرات سیمان پرتلند دارند و ساختار آن‌ها عمدتاً از دی‌اکسید سیلیسیم غیرکریستالی (آمولف) تشکیل شده است.

مکانیزم دوگانه اثرگذاری میکروسیلیس در ماتریس بتن:

• اثر فیزیکی (Micro-Filler Effect):

به دلیل ریزدانگی فوق‌العاده و سطح ویژه بسیار بالا ، ذرات میکروسیلیس فضاهای خالی بسیار ریز بین دانه‌های سیمان و

سنگدانه‌ها (Transition Zone) را پر کرده و تراکم بافت خمیر سیمان را به حداکثر می‌رسانند.

• اثر شیمیایی و پوزولانی (تولید کریستال‌های C-S-H):

دی‌اکسید سیلیسیم فعال با هیدروکسید کلسیم آزاد حاصل از فرآیند هیدراتاسیون سیمان که عاملی سست و آسیب‌پذیر در برابر حملات شیمیایی است واکنش داده و کریستال‌های متراکم و پایدار سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) تولید می‌کند.

۲. چرا به جای پودر خام، از ژل میکروسیلیس (کپکوژل) استفاده کنیم؟

اگرچه استفاده از پودر میکروسیلیس خواص بتن سخت‌شده را تقویت می‌کند، اما در عمل چالش‌های اجرایی و بهداشتی فراوانی دارد. غبارزایی شدید در کارگاه، خطرات ریوی برای نیروی کار، آگلومره شدن (کلوخه‌شدن) ذرات و افت ناگهانی کارایی و اسلامپ بتن از جمله این معایب هستند.

ژل میکروسیلیس (CapcoGel) یک فرآورده مهندسی‌شده و آماده مصرف (All-in-One) است که دوده سیلیسی فعال را با فوق‌روان‌کننده‌های پایه پلی‌کربوکسیلاتی، الیاف پلیمری و پایدارکننده‌های شیمیایی در قالبی خمیری و همگن تلفیق کرده است.

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│              مکانیزم عملکرد سه‌گانه کپکوژل (CapcoGel)          │
├────────────────────┬────────────────────┬───────────────────┤
│   اثر پوزولانی     │    اثر فیزیکی      │  اثر روان‌کنندگی   │
│ (تشکیل ژل C-S-H)   │ (پرکنندگی مویرگی)  │ (پلی‌کربوکسیلات)  │
└────────────────────┴────────────────────┴───────────────────┘

مزایای رقابتی کپکوژل نسبت به پودر خام

 

• حذف خطرات ایمنی و زیست‌محیطی: عدم تولید گرد و غبار معلق و حفظ کامل سلامت اپراتورهای بچینگ و کارگاه.
• پخش کاملاً یکنواخت در خمیر بتن: جلوگیری از کلوخه‌شدگی ذرات نانوسیلیس و تسریع واکنش‌های پوزولانی.
• کاهش چشمگیر نسبت آب به سیمان حضور فوق‌روان‌کننده‌های پیشرفته درون فرمولاسیون ژل، روانی بتن را بدون نیاز به افزودن آب مازاد تضمین می‌کند.
• سهولت فرآیند و کاهش خطای انسانی: ترکیب چند افزودنی مجزا (پوزولان، فوق‌روان‌کننده و الیاف) در قالب یک محصول واحد.

۳. معرفی انواع فرآورده‌های میکروسیلیسی شرکت کپکو

تیم تحقیق و توسعه شرکت همگرایان تولید (کپکو) متناسب با الزامات پروژه‌های عمرانی و شرایط اقلیمی متنوع، فرآورده‌های میکروسیلیسی را در تیپ‌های زیر عرضه می‌نماید.

الف) ژل‌های میکروسیلیس الیاف‌دار (CapcoGel-F)

حاوی الیاف پلی‌پروپیلن (PP) تقویت‌شده جهت مهار ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی (انقباض پلاستیک و خشک‌شدگی)، افزایش مقاومت ضربه‌ای و بهبود شکل‌پذیری بتن.

کاربرد ویژه: کف‌سازی‌های صنعتی، روسازی‌های بتنی، سازه‌های در معرض باد و تابش مستقیم خورشید.

ب) ژل‌های میکروسیلیس تنظیم‌کننده گیرش (اقلیمی)

 

• کپکوژل ویژه مناطق گرمسیر (Retarder): حفظ روانی و اسلامپ در دمای بالای محیط و کنترل حرارت‌زایی هیدراتاسیون در بتن‌ریزی‌های حجیم.

 

• کپکوژل ویژه مناطق سردسیر (Accelerator): تسریع گیرش اولیه و مقاومت‌زایی زودهنگام جهت محافظت از بتن تازه در برابر یخبندان.

ج) دوغاب میکروسیلیس (Silica Fume Slurry)

سوسپانسیون مایع همگن، پایدار و بدون رسوب بر پایه آب و دوده سیلیسی؛ طراحی‌شده برای ایستگاه‌های مرکزی تولید بتن و پروژه‌های مجهز به سیستم دوزینگ تزریق مایعات.

د) پودر میکروسیلیس فرآوری‌شده (Densified / Undensified)

دوده سیلیسی تغلیظ‌شده با خلوص بالا برای طرح‌های اختلاط اختصاصی و کارخانجات قطعات پیش‌ساخته بتنی.

۴. مقایسه تخصصی: ژل میکروسیلیس در برابر دوغاب میکروسیلیس

یکی از تصمیم‌گیری‌های کلیدی مهندسان طراح و مجریان، انتخاب میان دوغاب و ژل میکروسیلیس است. جدول زیر راهنمای مقایسه‌ای این دو فرآورده را نشان می‌دهد:

ب) ژل‌های میکروسیلیس تنظیم‌کننده گیرش (اقلیمی)

• کپکوژل ویژه مناطق گرمسیر (Retarder): حفظ روانی و اسلامپ در دمای بالای محیط و کنترل حرارت‌زایی هیدراتاسیون در بتن‌ریزی‌های حجیم.
• کپکوژل ویژه مناطق سردسیر (Accelerator): تسریع گیرش اولیه و مقاومت‌زایی زودهنگام جهت محافظت از بتن تازه در برابر یخبندان.

ج) دوغاب میکروسیلیس (Silica Fume Slurry)

سوسپانسیون مایع همگن، پایدار و بدون رسوب بر پایه آب و دوده سیلیسی؛ طراحی‌شده برای ایستگاه‌های مرکزی تولید بتن و پروژه‌های مجهز به سیستم دوزینگ تزریق مایعات.

د) پودر میکروسیلیس فرآوری‌شده (Densified / Undensified)

دوده سیلیسی تغلیظ‌شده با خلوص بالا برای طرح‌های اختلاط اختصاصی و کارخانجات قطعات پیش‌ساخته بتنی.

 

 

شاخص   ارزیابی	دوغاب میکروسیلیس (Slurry)	(CapcoGel) ژل میکروسیلیس
حالت فیزیکی	سوسپانسیون مایع رقیق و پمپاژپذیر	خمیری، ژله‌ای و با قوام یکنواخت
ترکیبات افزوده	آب + پودر سیلیس + پایدارکننده پایه	میکروسیلیس + فوق‌روان‌کننده + الیاف PP
نیاز به روان کننده مجزا	بله (باید در کارگاه جداگانه محاسبه و تزریق شود)	خیر (فوق‌روان‌کننده در فرمولاسیون تعبیه شده است)