استفاده از افزودنیهای سیمان در کاهش اثر مخرب سیکلهای یخ زدن

۷- استفاده از افزودنیهای سیمان در کاهش اثر مخرب سیکلهای یخ زدن-آب شدن(F-T) در بتن دریایی

افزودنی های سیمان(SupplementaryCementingMaterials) اغلب برای بهبود پایایی بتن، ترکیب می­شوند. این مواد شامل خاکستر بادی، فوم سیلیکا، سرباره آسیاب شده کوره بلند (GGBFS)، و دیگر مصالح پوزولانی طبیعی کلسینه شده از قبیل خاکستر پوسته برنج و شکل دهیدراته شده کائولینیت معدنی رسی(متاکائولین)، می­باشند. استفاده از افزودنیهای سیمان (SCMs) در بتن در حال افزایش است زیرا این مواد با هزینه کم ساخت، بهبود بعضی خواص فیزیکی و پایایی بتن در محیط های متهاجم را نتیجه می­دهند. برای مثال، تجربه نشان داده که خاکستر بادی، علیرغم سرعت واکنش کند، باعث بهبود کارآیی و افزایش مقاومت بتن در درازمدت، با استفاده از تبدیل کلسیم هیدروکساید (CH ) به هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H)، می­گردد. خاکستر بادی همچنین کاملاً در تولید بتن با نفوذپذیری کم مؤثر است. این ماده مخصوصاً مقاومت شیمیایی بتن را با استفاده از کاهش پتانسیل نفوذ یونی، جابجایی و تمرکزغلظت، افزایش داده، در نتیجه انبساط و ترک مرتبط با حمله سولفاتها، واکنش سیلیکای قلیایی و خوردگی را کنترل می­نماید(C.W. Chungetal., 2010).

به هرحال در رابطه با استفاده از SCMها در بتنِ در معرض سیکلهای F-T بازهم جای بحث وجود دارد. برای مثال، شرایط آب و هوای سرد درصد خاکستر بادی را به دلیل پتانسیل ایجاد شتاب منفی در سرعت گیرش بتن و رسیدن به مقاومت نهایی، محدود می­کند، بویژه موقعیکه در معرض سطوح بالای نمکهای یخزدا باشد. بعلاوه، استفاده از فوم سیلیکا به عنوان جانشین بخشی از سیمان همچنین اثر مثبت و منفی روی مقاومت در برابر F-T دارد. اندازه کوچکتر منافذ مویی در بتن حاوی فوم سیلیکا مقدار کل آب قابل یخ زدن را کاهش داده، درحالیکه یک ماتریس سیمانی با نفوذپذیری کم فشارهای داخلی ایجاد شده ناشی از جابجایی آب داخل خمیر سیمان به حفره های هوا در طول سیکلهای F-T ، را افزایش می­دهد. از این گذشته، حضور کربن در خاکستر بادی و فوم سیلیکا می­تواند مشکل پایداری حفره های هوا را ایجاد نماید. از آنجاییکه کربن ترکیب حباب زا را به تدریج جذب سطحی نموده و مانع از تولید بیشتر حبابهای هوای میکروسکوپی می­گردد، این ماده میزان کل هوای قابل دسترس در بتن سخت شده را کاهش می­دهدC.W. Chunget al., 2010).

اثر SCMها و مواد حباب زا(AirEntrainingAdmixture) بر پایایی بتن سیمان پرتلند، استفاده از این مصالح را بنیاد نهاده است. در واقع، کارآمدی SCM و AEA در افزایش مقاومت در برابر حملات فیزیکی و شیمیایی به طور وسیع گزارش شده استShonC.S. etal., 2004)ChandraS., 1997, ، (JoshiRC. etal., 1997، اما به هرحال، بیشترین تحقیقات تنها مشکل پایایی از قبیل آسیب سرمازدگی، خوردگی، حمله سولفات ها و واکنش سیلیکای قلیایی را نشان داده­اند.

عموماً، ضریب پخش یون کلراید(CoefficientofChlorideIonDiffusion)، نفوذپذیری و فاکتور پایایی(DF) دقیقاً مرتبط باهم هستند. هنگامیکه نفوذپذیری با استفاده از حباب زایی افزایش داده می­شود، CCID و DF هر دو افزایش می­یابند. CCIDچند نوع اختلاط قبل و بعد از تست F-T به صورت تابعی از میزان هوا و DF در نمودار شکل 3 ارائه شده است. برای بتن معمولی، آشکار است که مخلوط با میزان هوای بالاتر،CCID بالاتری از مخلوط با میزان هوای کمتر نشان می­دهد. همچنین بتن حاوی فوم سیلیکا نیز به استثنای حالتی که میزان هوا 6% است،همان روند را نشان می­دهد.

اما این روند برای مخلوطهای ترکیب شده با خاکستر بادی همیشه عمل نمی­کند. برای نمونه همانطورکه میزان هوای بتن حاوی خاکستر بادی از 2% به 4% افزایش می­یابد، فاکتور پایایی(DF) نیز از 7/10% به 1/10% کاهش می­یابد. علاوه برآن، هنگامی که میزان هوا به 6% افزایش می­یابد، DF برای بتن حاوی خاکستر بادی، علیرغم افزایش درCCID، از 99 به 6/98 کاهش می­یابد. این مسئله ممکن است به ویژگی توسعه مقاومت کم بعلاوه ناپایداری سیستم حفره های هوا ناشی از حضور کربن نسوخته در خاکستر بادی مربوط باشد. ازآنجاکه اندازه ذرات خاکستربادی تقریباً با اندازه ذرات سیمان یکسان است، توسعه مقاومت بتن حاوی خاکستربادی نشان داده که درجه واکنش پوزولانی وابسته به این است که ذرات خاکستربادی چگونه به طور مناسب در کنار ذرات سیمان هیدراته پخش شوند. این مسئله نقش اساسی بر توسعه ساختار میکروسکوپی بتن حاوی خاکستر بادی بازی می­کند، که CCID و DF را نیز تحت تأثیر قرار می­دهد.