مقدمة
خرسانة عالية الأداء (HPC) هي مادة بناء حديثة اكتسبت شعبية كبيرة بسبب خصائصها الممتازة, مثل قوة عالية, متانة, وتقليل النفاذية. تم تصميم HPC خصيصًا لتلبية متطلبات مشاريع البناء الحديثة من خلال تقديم خصائص أداء محسنة. أحد المكونات الأساسية التي تساهم في تحسين أداء HPC هو استخدام المضافات المعدنية. في هذه المدونة, سنناقش دور المضافات المعدنية في HPC, مع التركيز بشكل خاص على دخان السيليكا.
ما هي المضافات المعدنية?
التعريف والأهمية
المضافات المعدنية, تُعرف أيضًا بالمواد الأسمنتية التكميلية (SCMs), هي مواد مقسمة بدقة تضاف إلى الخلطات الخرسانية لتحسين أدائها. هذه المواد مشتقة من مصادر طبيعية أو منتجات ثانوية صناعية وتستخدم لتحل محل جزء من الأسمنت في الخرسانة. استخدام المضافات المعدنية له العديد من المزايا, مثل:
- تعزيز متانة وأداء الخرسانة
- تقليل استهلاك الأسمنت
- تأثير أقل على البيئة وانبعاثات كربونية
- الفعالية من حيث التكلفة
بعض الأنواع الشائعة من الخلطات المعدنية تشمل الرماد المتطاير, خبث أفران الصهر المحبب (GGBFS), غبار السيليكا, والميتاكولين.
دخان السيليكا في الخرسانة عالية الأداء
ملخص
غبار السيليكا, المعروف أيضا باسم microsilica, منتج ثانوي لإنتاج السليكون وسبائك الحديدوزيليكون في أفران القوس الكهربائي. يتكون من جزيئات كروية دقيقة جدًا غنية بثاني أكسيد السيليكون (SiO2) المحتوى, والتي تتراوح عادة بين 85% و 98%. نظرا لخصائصه الفريدة, silica fume has become an essential component of خرسانة عالية الأداء mixtures.
خصائص دخان السيليكا
يُظهر دخان السيليكا العديد من الخصائص التي تجعله خليطًا معدنيًا عالي الفعالية لـ HPC, مثل:
- حجم الجسيمات: جزيئات دخان السيليكا دقيقة للغاية, بمتوسط قطر يبلغ حوالي 0.1 ميكرومتر, الذي 100 مرات أصغر من جزيئات الأسمنت. يساعد حجم الحبيبات الصغير هذا في تحسين كثافة التعبئة للخرسانة, مما يؤدي إلى تقليل النفاذية وزيادة القوة.
- نشاط البوزولاني: يُظهر دخان السيليكا نشاطًا عاليًا للبوزولاني, مما يعني أنه يتفاعل مع هيدروكسيد الكالسيوم (منتج ثانوي لترطيب الأسمنت) لتشكيل هيدرات سيليكات الكالسيوم الإضافية (CSH) هلام, عامل الربط الأساسي في الخرسانة. يساهم هذا التفاعل في تعزيز القوة, متانة, ومقاومة الهجمات الكيماوية.
- نسبة عالية من السيليكا: المحتوى العالي من SiO2 لدخان السيليكا يجعله خليطًا معدنيًا ممتازًا, حيث تشارك بنشاط في عملية الترطيب وتحسن البنية المجهرية للخرسانة.
مزايا استخدام دخان السيليكا في HPC
يوفر دمج دخان السيليكا في الخلطات الخرسانية عالية الأداء العديد من الفوائد, مشتمل:
- زيادة قوة الضغط: يمكن لدخان السيليكا أن يعزز بشكل كبير قوة الضغط للخرسانة عن طريق تحسين بنيتها المجهرية وزيادة تكوين هلام CSH. أظهرت الأبحاث أن الخلائط الخرسانية التي تحتوي على أبخرة السيليكا يمكن أن تحقق قوة ضغط تزيد 100 الآلام والكروب الذهنية.
- متانة محسنة: يؤدي استخدام دخان السيليكا في HPC إلى بنية مجهرية أكثر كثافة وغير منفذة, مما يعزز متانة الخرسانة. هذا يؤدي إلى زيادة المقاومة للمواد الكيميائية العدوانية, دخول الكلوريد, وهجمات الكبريتات.
- مقاومة محسنة للتآكل والتآكل: توفر البنية المجهرية الكثيفة لـ HPC المحتوية على أبخرة السيليكا مقاومة أفضل للتآكل والتآكل, making it suitable for applications such as industrial floors, طوابق الجسر, and hydraulic structures.
- Reduced alkali-silica reaction (ASR): Silica fume’s pozzolanic activity can help mitigate the risk of ASR in concrete. ASR is a deleterious reaction between the alkalis in cement and reactive aggregates, leading to the formation of a gel that swells and causes cracking in the concrete. By consuming the calcium hydroxide and reducing the alkalinity of the concrete, silica fume helps to minimize the potential for ASR.
- قوة الترابط المحسنة: يمكن أن يؤدي استخدام دخان السيليكا في HPC إلى تحسين قوة الترابط بين الخرسانة وقضبان التسليح, وهو أمر حاسم للأداء الهيكلي لعناصر الخرسانة المسلحة.
المحتوى الأمثل لدخان السيليكا في HPC
The optimum silica fume content in high-performance concrete mixtures can vary depending on the specific requirements of a project. عمومًا, يتراوح محتوى دخان السيليكا بين 5% و 15% بالوزن من مجموع المواد الأسمنتية. لكن, يمكن استخدام محتوى أعلى من دخان السيليكا للتطبيقات الخاصة التي تتطلب قوة ومتانة قصوى. من الضروري ضبط محتوى الماء وجرعة الملدنات الفائقة بشكل صحيح في مخاليط HPC التي تحتوي على أبخرة السيليكا لضمان قابلية التشغيل المناسبة وسهولة التنسيب.
مضافات معدنية أخرى لـ HPC
في حين أن دخان السيليكا هو خليط معدني عالي الفعالية للخرسانة عالية الأداء, إنه ليس الخيار الوحيد المتاح. تشمل المضافات المعدنية الشائعة الأخرى المستخدمة في HPC:
- الرماد المتطاير: منتج ثانوي لاحتراق الفحم في محطات توليد الطاقة, يُعرف الرماد المتطاير بخصائصه البوزولانية وقدرته على تحسين قابلية عمل الخلطات الخرسانية. غالبًا ما يتم استخدامه مع دخان السيليكا لتحسين أداء HPC.
- خبث أفران الصهر المحبب الأرضي (GGBFS): GGBFS هو منتج ثانوي لصناعة الحديد والصلب ويعرض خصائص الأسمنت والبوزولاني. عند استخدامها في HPC, يمكن لـ GGBFS المساهمة في تحسين قابلية التشغيل, انخفاض حرارة الماء, وزيادة القوة على المدى الطويل.
- ميتاكولين: يتم إنتاجه عن طريق تكليس طين الكاولين المنقى, الميتاكولين مادة بوزولانية شديدة التفاعل يمكنها تعزيز القوة بشكل كبير, متانة, ومقاومة الهجمات الكيميائية في HPC.
استنتاج
المضافات المعدنية, دخان السيليكا بشكل خاص, تلعب دورًا حاسمًا في تحسين أداء الخرسانة عالية الأداء. عن طريق تحسين البنية المجهرية للخرسانة, يساهم دخان السيليكا في زيادة قوة الضغط, متانة, ومقاومة الهجمات الكيماوية. لا يؤدي استخدام المضافات المعدنية في HPC إلى تحسين أداء المواد فحسب ، بل يعزز أيضًا الاستدامة عن طريق تقليل استهلاك الأسمنت واستخدام المنتجات الثانوية الصناعية.
