چکیده
حمله سولفاتی یک مکانیزم پیچیده از تعامل خمیر سیمان سخت شده با یون‌های سولفات می‌باشد. اترینگایت یکی از محصولات اصلی واکنش است که انبساط و خرابی را به دنبال دارد، اما هنوز ارتباط مستقیمی بین اترینگایت و یا جامدات تشکیل شده طی حمله سولفاتی با میزان انبساط مشاهده شده، وجود ندارد.
جایگزینی میکروسیلیس نقش موثری در بهبود زیر ساختار، کاهش نفوذپذیری و حجم محصولات تشکیل شده دارد. در این کار تحقیقاتی از مدل‌سازی ترمودینامیکی برای پیش‌بینی تغییرات مرتبط با واکنش‌های سولفاتی استفاده شده است. با کمک این مدل‌سازی علاوه بر بررسی نوع و حجم فازهای تشکیل شده طی حمله سولفاتی، عوامل موثر بر آن از جمله شیمی سیمان، میکروسیلیس و محلول سولفاتی با غلظت‌های مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل‌سازی نمونههای ملات در محلول سولفات منیزیم با غلظت 4 و 44 گرم بر لیتر انجام شده و جایگزینی 10 و 15 درصد میکروسیلیس در نظر گرفته شده است. محلول سولفات منیزیم در مقایسه با سایر محلول‌های سولفاتی خطرناک‌تر است و اثر خرابی بیشتر و تشکیل فازهایی با حجم بالاتر را به دنبال دارد. جایگزینی میکروسیلیس باعث مصرف آب آهک، افزایش ژل سیلیکاتی و کاهش فازهای مضر مانند اترینگایت و گچ می‌شود.
خرید الیاف فولادی
مقدمه
یکی از مهم‌ترین نگرانی‌ها در سراسر جهان، موضوع حمله سولفاتی و پیامدهای آن در دوام سازه‌های بتنی می‌باشد. به طور طبیعی سولفات‌های سدیم، پتاسیم، کلسیم و یا منیزیم در خاک، آب‌های زیرزمینی و حتی گاهی اوقات در سنگدانه‌ها حضور دارند. سولفات‌ها ممکن است در پساب‌های صنعتی و یا مواد زائد مانند صنایع صنایع مرتبط با تولید مواد شیمیایی نیز یافت شوند.تعامل بین مواد سیمانی با محلول‌های حاوی سولفات منجر به تشکیل واکنش‌هایی در مواد متخلخل می‌گردد. این واکنش‌ها افزایش بین مواد سیمانی با محلول‌های حاوی سولفات منجر به تشکیل واکنش‌هایی در مواد متخلخل می‌گردد. این واکنش‌ها افزایش حجم مواد جامد و انبساط را به دنبال دارند. از محصولات اصلی واکنش‌ها می‌توان به اترینگایت و همچنین گچ در غلظت‌های بالای محلول سولفاتی اشاره کرد. مشکل حمله سولفاتی برای مدت طولانی مورد مطالعه بوده است. هنوز دانش ما در مورد فرآیند واکنش‌هایی که اتفاق می‌افتد و رفتار مکانیکی بتن محدود می‌باشد. خرابی بتن در حمله سولفاتی به عوامل متعددی (شیمی سیمان، نسبت آب به سیمان، نوع و غلظت محلول سولفاتی و…) بستگی دارد که در مطالعات آزمایشگاهی برای پیش‌بینی رفتار بتن، در نظر گرفتن این عوامل ضروری است؛ اما پیاده‌سازی تمامی این عوامل در حمله سولفاتی، مقایس نمونه‌ها، به دست آوردن نتایج در حداقل زمان ممکن از مشکلات مطالعات آزمایشگاهی است. از این رو اهمیت مدل‌سازی‌های تئوری و نرم‌افزاری و همچنین ارائه روش‌های نوین در کنار مطالعات آزمایشگاهی، برای آنالیز و بررسی بهتری مکانیزم حمله سولفاتی با صرف زمان و هزینه کمتر، جهت دستیابی به نتایج قابل اطمینان، افزایش یافته است.
مطابق ASTM C-1240 جایگزینی میکروسیلیس از 5 تا 15 درصد، کاهش انبساط رضایت‌بخشی طی حمله سولفاتی از خود نشان داده است. وی و همکارانش اثر غلطت سولفات منیزیم بر ریزساختار و مقاومت ملاتهای سبک را که حاوی 15 درصد خاکستر بادی و 10 درصد میکروسیلیس بودند، بررسی کردند. با توجه به نتایج به دست آمده مکانیز خرابی ملاتهای سبک براساس غلطت محلول سولفاتی، نوع و درصد جایگیزینی مواد افزودنی تغییر کرده است. ملاتهای سبک حاوی میکروسیلیس عملکرد بهتری نسبت به نمونههای بدون مواد افزودنی و حاوی خاکستر بادی از خود نشان دادند. زلیک و همکارانش مقاومت سولفاتی نمونههای ملات سیمان پرتلند را با جایگزینی 2 تا 15 درصد میکروسیلیس که در معرض محلول سولفات منیزیم به مدت 6 ماه قرار داشتند را بررسی نمودند. نتایج نشان می‌دهد که میکروسیلیس تأثیر مثبتی در مقاومت سولفاتی داشته است و نمونههای ملاتی که حاوی بیش از 8 درصد میکروسیلیس بودند، مقاومت سولفاتی بیشتر و انبساط کمتری را نسبت به نمونههای شاهد از خود نشان داده‌اند.
مانند هر سیستم شیمایی دیگر، هیدراتاسیون سیمان و فرآیندهای فیزیکی- شیمیایی که به هنگام قرارگیری در معرض محیط‌های مهاجم منجر به تغییر در مواد سیمانی می‌گردند، همه از قوانین ترمودینامیک پیروی می‌کنند. در دهه‌های اخیر، اصلی‌ترین جنبه‌های شیمی سیمان بسیار مورد توجه واقع شده است و پیشرفت در این زمینه باعث گردیده که تیم‌های تحقیقاتی بسیاری در سراسر جهان به توسعه مدل‌های ترمودینامیکی به منظور بررسی بیشتر پیچیدگی سیستم‌های هیدراته شده و بهبود توانایی در پیش بینی عملکرد آن در طول زمان بپردازند. لوتنباخ و همکارانش با استفاده از ترکیب کدهای انتقال مدل‌سازی ترمودینامیکی به توصیف مکانیز حمله سولفاتی پرداخته‌اند. راستین و همکارانش از محاسبات ترمودینامیکی برای به دست آوردن درک بهتری از تغییرات در سیستم‌های سیمانی تازه و مقایسه ترکیبات اندازه‌گیری شده از محلول منفذی با شاخص‌های اشباع برای جامدات مختلف (آب آهک، ژل سیلیکاتی، اترینگایت و …) استفاده کرده‌اند. یکی دیگر از مدل‌ها توسط آتکینسون و هرن ارائه شده، این مدل بر اساس رابطه تجربی بین انبساط حجمی ساختار و مقدار اترینگات تشکیل شده است.
در این تحقیق برای درک بهتر حمله سولفاتی، از روش ترمودینامیکی برای مدل‌سازی رفتار نمونههای ملات ساخته شده از سیمان پرتلند معمولی و سیمان حاوی میکروسیلیس، استفاده شده است. مدل‌سازی ترمودینامیکی امکان پیش‌بینی ترکیب فازهای هیدارته شده تحت شرایط مختلف را فراهم می‌کند وهمچنین باعث کاهش در زمان هزیه مصرفی می‌گردد.
مشخصات مصالح مصرفی در مدل‌سازی
منبع: انجمن بتن ایران