การแนะนำ

คอนกรีตประสิทธิภาพสูง (HPC) เป็นวัสดุก่อสร้างสมัยใหม่ที่ได้รับความนิยมอย่างมากเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม, เช่น ความแข็งแรงสูง, ความทนทาน, และลดการซึมผ่าน. HPC ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อตอบสนองความต้องการของโครงการก่อสร้างสมัยใหม่โดยนำเสนอคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น. องค์ประกอบที่สำคัญประการหนึ่งที่ช่วยให้ประสิทธิภาพการทำงานของ HPC ดีขึ้นคือการใช้ส่วนผสมของแร่ธาตุ. ในบล็อกนี้, เราจะหารือเกี่ยวกับบทบาทของส่วนผสมของแร่ธาตุใน HPC, โดยเน้นที่ซิลิกาฟูมเป็นพิเศษ.

ส่วนผสมของแร่ธาตุคืออะไร?

ความหมายและความสำคัญ

ส่วนผสมของแร่ธาตุ, หรือที่เรียกว่าวัสดุประสานเสริม (SCM), เป็นวัสดุที่แบ่งละเอียดซึ่งเติมลงในส่วนผสมคอนกรีตเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ. วัสดุเหล่านี้ได้มาจากแหล่งธรรมชาติหรือผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมและถูกนำมาใช้เพื่อทดแทนซีเมนต์ในคอนกรีต. การใช้ส่วนผสมของแร่ธาตุมีข้อดีหลายประการ, เช่น:

• เพิ่มความทนทานและสมรรถนะของคอนกรีต
• ลดปริมาณการใช้ปูนซีเมนต์
• ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
• ลดค่าใช้จ่าย

ส่วนผสมของแร่ธาตุทั่วไปบางประเภท ได้แก่ เถ้าลอย, ตะกรันเตาหลอมแบบเม็ดละเอียด (GGBFS), ซิลิกาฟูม, และเมทาคาโอลิน.

ซิลิกาฟูมในคอนกรีตสมรรถนะสูง

ภาพรวม

ซิลิกาฟูม, หรือที่เรียกว่าไมโครซิลิกา, เป็นผลพลอยได้จากการผลิตโลหะผสมซิลิกอนและเฟอโรซิลิคอนในเตาอาร์คไฟฟ้า. ประกอบด้วยอนุภาคทรงกลมที่ละเอียดมากซึ่งอุดมไปด้วยซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) เนื้อหา, ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 85% และ 98%. เนื่องจากมีคุณสมบัติเฉพาะตัว, ซิลิกาฟูมได้กลายเป็นส่วนประกอบสำคัญของ คอนกรีตประสิทธิภาพสูง สารผสม.

คุณสมบัติของซิลิกาฟูม

ซิลิกาฟูมแสดงคุณสมบัติหลายประการที่ทำให้เป็นส่วนผสมของแร่ธาตุที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับ HPC, เช่น:

• ขนาดอนุภาค: อนุภาคของซิลิกาฟูมนั้นละเอียดมาก, โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.1 ไมโครเมตร, ซึ่งเป็น 100 เล็กกว่าอนุภาคซีเมนต์หลายเท่า. ขนาดอนุภาคขนาดเล็กนี้ช่วยในการปรับปรุงความหนาแน่นของคอนกรีต, นำไปสู่การซึมผ่านที่ลดลงและเพิ่มความแข็งแรง.
• กิจกรรมปอซโซลาน: ซิลิกาฟูมมีฤทธิ์ปอซโซลานสูง, ซึ่งหมายความว่าจะทำปฏิกิริยากับแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (ผลพลอยได้จากการให้ความชุ่มชื้นของซีเมนต์) เพื่อสร้างแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรตเพิ่มเติม (CSH) เจล, สารประสานหลักในคอนกรีต. ปฏิกิริยานี้ก่อให้เกิดความแข็งแรงเพิ่มขึ้น, ความทนทาน, และทนทานต่อการโจมตีของสารเคมี.
• ปริมาณซิลิกาสูง: ปริมาณ SiO2 สูงของซิลิกาฟูมทำให้เป็นส่วนผสมของแร่ธาตุที่ดีเยี่ยม, เนื่องจากมีส่วนร่วมในกระบวนการให้ความชุ่มชื้นและปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของคอนกรีต.

ข้อดีของการใช้ซิลิกาฟูมใน HPC

การรวมซิลิกาฟูมเข้ากับส่วนผสมคอนกรีตประสิทธิภาพสูงมีประโยชน์หลายประการ, รวมทั้ง:

• เพิ่มกำลังอัด: ซิลิกาฟูมสามารถเพิ่มกำลังรับแรงอัดของคอนกรีตได้อย่างมากโดยการปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคและเพิ่มการก่อตัวของเจล CSH. การวิจัยพบว่าส่วนผสมคอนกรีตที่มีซิลิกาฟูมสามารถรับแรงอัดได้มากกว่า 100 MPa.
• ปรับปรุงความทนทาน: การใช้ซิลิกาฟูมใน HPC ทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคที่หนาแน่นขึ้นและผ่านไม่ได้มากขึ้น, ซึ่งช่วยเพิ่มความทนทานของคอนกรีต. ส่งผลให้มีความต้านทานต่อสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเพิ่มขึ้น, คลอไรด์เข้า, และการโจมตีของซัลเฟต.
• เพิ่มความทนทานต่อการเสียดสีและการสึกกร่อน: โครงสร้างจุลภาคที่หนาแน่นของ HPC ที่มีซิลิกาฟูมช่วยให้ทนทานต่อการเสียดสีและการกัดเซาะได้ดีขึ้น, ทำให้เหมาะสมกับการใช้งาน เช่น พื้นอุตสาหกรรม, ชั้นสะพาน, และโครงสร้างไฮดรอลิก.

• ลดปฏิกิริยาอัลคาไลและซิลิกา (ASR): กิจกรรมปอซโซลานของซิลิกาฟูมสามารถช่วยลดความเสี่ยงของ ASR ในคอนกรีตได้. ASR เป็นปฏิกิริยาที่เป็นอันตรายระหว่างด่างในซีเมนต์และมวลรวมที่เกิดปฏิกิริยา, ทำให้เกิดเจลพองตัวและเกิดการแตกร้าวในเนื้อคอนกรีต. โดยการบริโภคแคลเซียมไฮดรอกไซด์และลดความเป็นด่างของคอนกรีต, ซิลิกาฟูมช่วยลดโอกาสเกิด ASR.
• ความแข็งแรงของพันธะที่ดีขึ้น: การใช้ซิลิกาฟูมใน HPC สามารถนำไปสู่การเพิ่มแรงยึดเหนี่ยวระหว่างคอนกรีตและเหล็กเส้นเสริมแรง, ซึ่งมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก.

ปริมาณซิลิกาฟูมที่เหมาะสมใน HPC

ปริมาณซิลิกาฟูมที่เหมาะสมที่สุด ส่วนผสมคอนกรีตประสิทธิภาพสูง อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของโครงการ. โดยทั่วไป, ปริมาณซิลิกาฟูมอยู่ระหว่าง 5% และ 15% โดยน้ำหนักของวัสดุประสานทั้งหมด. อย่างไรก็ตาม, สามารถใช้ปริมาณซิลิกาฟูมที่สูงขึ้นสำหรับการใช้งานพิเศษที่ต้องการความแข็งแรงและความทนทานสูง. จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องปรับปริมาณน้ำและปริมาณสารลดน้ำพิเศษในสารผสม HPC ที่มีซิลิกาฟูมอย่างเหมาะสม เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทำงานได้อย่างเพียงพอและง่ายต่อการจัดวาง.

ส่วนผสมแร่อื่น ๆ สำหรับ HPC

ในขณะที่ซิลิกาฟูมเป็นส่วนผสมของแร่ธาตุที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับคอนกรีตสมรรถนะสูง, ไม่ใช่ตัวเลือกเดียวที่มี. สารผสมแร่ธาตุทั่วไปอื่นๆ ที่ใช้ใน HPC ได้แก่:

• เถ้าลอย: ผลพลอยได้จากการเผาไหม้ถ่านหินในโรงไฟฟ้า, เถ้าลอยเป็นที่รู้จักจากคุณสมบัติของปอซโซลานและความสามารถในการปรับปรุงความสามารถในการทำงานของส่วนผสมคอนกรีต. มักใช้ร่วมกับซิลิกาฟูมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ HPC.
• ตะกรันเตาถลุงแร่แบบบดละเอียด (GGBFS): GGBFS เป็นผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า และแสดงคุณสมบัติของทั้งซีเมนต์และปอซโซลาน. เมื่อใช้ใน HPC, GGBFS สามารถช่วยปรับปรุงความสามารถในการทำงาน, ลดความร้อนของความชุ่มชื้น, และเพิ่มความแข็งแกร่งในระยะยาว.
• Metakaolin: ผลิตโดยการเผาดินขาวคาโอลิไนต์บริสุทธิ์, เมตาคาโอลินเป็นวัสดุปอซโซลานที่มีปฏิกิริยาสูงซึ่งสามารถเพิ่มความแข็งแรงได้อย่างมาก, ความทนทาน, และต้านทานการโจมตีทางเคมีใน HPC.

บทสรุป

ส่วนผสมของแร่ธาตุ, โดยเฉพาะซิลิกาฟูม, มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มสมรรถนะของคอนกรีตสมรรถนะสูง. โดยการปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของคอนกรีต, ซิลิกาฟูมช่วยเพิ่มกำลังอัด, ความทนทาน, และทนทานต่อการโจมตีของสารเคมี. การใช้สารผสมแร่ธาตุใน HPC ไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมความยั่งยืนด้วยการลดการใช้ซีเมนต์และใช้ประโยชน์จากผลพลอยได้จากอุตสาหกรรม.