تاثیرات شیمیایی میکروسیلیس بر روی سیمان‌های پرتلند (1400/08/18)

تاثیرات شیمیایی میکروسیلیس بر روی سیمان‌های پرتلند

با وجود اینکه واکنش‌های هیدراسیون و رفتار تعادلی انواع مخلوط‌های سیمان و میکروسیلیس، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است، اما ماهیت آن‌ها هنوز به طور کامل شناخته نشده است. بطور کلی می‌توان گفت که عملکرد تقویت شده‌ی سیمان‌های حاوی میکروسیلیس در قیاس با سیمان‌های بدون میکروسیلیس عمدتا ناشی از افزایش نرخ هیدراسیون و واکنش پوزولانی تسریع شده‌ی سیمان میکروسیلیس‌دار است. در مدل کلاسیک روند طی واکنش هیداسیون سیمان به شرح زیر است:

  1. به محض تماس سیمان با آب، گچ (کلسیم سولفات) موجود حل شده و ذرات کلسیم اکسید سطح ذرات سیمان را کاور می‌کند.
  2. سولفات آزاد شده بسرعت با C3A هیدراته شده واکنش می‌دهد و یک لایه سطحی از کلسیم سولفوآلومینات تشکیل داده و مانع از واکنش بیشتر فاز C3A می‌شود. واکنش مشابهی بین سولفات و فاز C4AF نیز رخ می‎دهد.
  3. در همین زمان فاز C3S شروع به هیدراته شدن کرده و منجر به تشکیل ساختار هیدرات سیلیکات کلسیم (CSH) می‌شود. این ساختار CSH بی شکل و آمورف است و تمایل به ایجاد یک لایه نازک بر روی بلورهای C3S دارد. تصور می‌شود که CSH به عنوان یک غشاء نفوذپذیر عمل می‌کند که یون‌های Ca+2 و OH را از حرکت به سمت فاز آب باز می‌دارد اما به آب اجازه نفوذ و هیدراسیون سیمان را می‌دهد.
  4. هجوم آب به سطح دانه‌های سیمان در نهایت فشار اسمزی را افزایش می‌دهد تا زمانی که لایه سطحی می‌ترکد و یون‌های Ca+2 و OH  آزاد می‌شود.
  5. تشکیل کریستال‌های کلسیم هیدروکسید (Ca(OH)2) آغاز می‌گردد.
  6. روند هیدراسیون C3S در هر دانه‌ی سیمان ادامه می‌یابد و ساختار CSH بصورت رگه‌های کوچک همواره رشد می‌کند تا در نهایت شروع به اتصال با سایر دانه‌های سیمان می‌کند.
  7. با ادامه واکنش‌ها پس از اینکه مخلوط انسجام کافی را بدست آورد و دیگر آنچنان قابل تغییر شکل نبود، واکنش‌ها تحت کنترل انتشار قرار می‌گیرد.
  8. اکنون یک ساختار هیدارت کلسیم سیلیکات رشته‌ای، متراکم و موضعی تشکیل شده است. این آخرین ساختار سیلیکاتی است که مسئول مقاومت و نفوذپذیری سیمان است.
  9. فاز C2S نیز مشابه رفتار C3S ولی بصورت بسیار آهسته‌تر واکنش داده و هیدراته می‌شود.

 واکنش پوزولانی میکروسیلس زمانی آغاز می‌شود که یون‌های مختلف (OH-,CA+2,K+,Na+) درون محلول قلیایی موجود در منافذ سیمان هیدراته شده، آزاد می‌گردند. ذرات میکروسیلیس به واسطه یون‌های هیدروکسید (OH-) دروت محلول قلیایی منافذ حل شده و تشکیل گروه‌های سیلانول می‌نماید (H2SiO4, H3SiO4, H4SiO4). یون‌های OH- و Ca+2 در داخل محلول منافذ توسط گروه‌های سیلانول جذب شده و منجر به تشکیل ساختار CSH در داخل این منافذ می‌شود:

همچنین وجود میکروسیلیس در سیستم به دلیل تکامل بیشتر محصولات حاصل از هیدراسیون، نرخ هیدراسیون را افزایش می‌دهد. در نقطه‌ی زمانی دقیقا قبل از تشکیل ساختار CSH پوزولانی، ذرات میکروسیلیس یک ماده‌ی واسط ژل مانند سیلیسی (ژل سیلیکا) را تشکیل می‌دهند. ذرات کوچک ژل سیلیکا با اشغال فضاهای بینابینی بین ذرات بزرگتر سیمان، در این فضاهای خالی به صورت توده‌ای بهم می‌پیوندند. حال انجام واکنش نیاز به آب دارد و در واقع ترکیب این ژل سیلیکا با یک سطح بسیار مرطوب و آب‌دار، نشان دهنده‌ی ذات و خاصیت جاذب رطوبت میکروسیلیس می‌باشد. سپس ساختار CSH تکمیلی ناشی از میکروسیلیس در مناطق بینابینی ایجاد می‌شود که یک سیستم کریستالی متراکم و رشد یافته CSH را در فضاهای خالی ایجاد می‌کند. در نتیجه، خمیر سیمان حاوی ذرات میکروسیلیس دارای منافذ باز کمتری نسبت به سیمان بدون میکروسیلیس است. پس المان سیمانی و یا بتنی حاصله نفوذپذیری کمتری خواهد داشت. همچنین آهک آزاد (Ca(OH)2) یا کلسیم هیدروکسیدی که طی فرآیند هیدراسیون سیمان آزاد می‌شود، با تشکیل CSH تکمیلی مصرف می‌شود و مقدار کمی از آن در محصول نهایی باقی می‌ماند.