گروه مهندسی بتن آزما

میکروسیلیکا ماده‌ای پودر مانند و بدون بو، غیر قابل احتراق ودر دما و فشار محیط پایدار می‌باشد. دمای ذوب این ماده ۲۳۰۰ درجه سانتیگراد است این ماده شامل رنگ‌های سفید وخاکستری بوده که عموما رنگ آن از خاکستری کم رنگ تا خاکستری پررنگ متغیر است.

میکروسیلیس چیست

رنگ میکروسیلیس بسته به منشاء و نحوه تولید متفاوت بوده و با توجه به این که سیلیس بدون رنگ است رنگ میکرو سیلیکا عمدتا به وسیله سایر ترکیبات به غیراز، SIO2 نظیر کربن و اکسید آهن تعیین می‌شود. رنگ تولیدی میکروسیلیکا در این روش خاکستری می‌باشد. لازم به توضیح است که در فرآیند تولید فروسیلیسیم به ازای تولید هر تن فروسیلیسیم در حدود ۳۰۰ کیلو گرم محصول فرعی میکروسیلیکا بدست می‌آید.

پودر میکروسیلیکا یا میکروسیلیس با نام‌های Amorphous silica , Silica fume و دوده سیلیکافیوم نیز شناخته می‌گردد. میکروسیلیکا در آب حل نمی‌شود و با آن واکنش انجام نمیدهد ولی در محلول هیدروکسید سدیم یا پتاسیوم قابل حل بوده وبا فلوراید یا اسیدهیدروفلوریک واکنش می‌کند این محصول قابل اشتعال نبوده وموجب اشتعال سایر مواد را فراهم نمی‌کند. نوع غبار از نقطه نظر ساختار ومشخصات فیزیکی بی‌شکل و آمورف بوده و با ذرات سیلیس متصاعد ه از کارخانجات سنگبری ماسه ریخته گری واحدهای سند بلاست و معادن سنگ سیلیس که ساختار کریستالی داشته و منشاء بیماریهای ریوی می‌باشد، متفاوت بوده و ایجاد بیماریهای حاد ریه نخواهد کرد.

روند تولید پودر میکروسیلیس

فرآیند تولید فروسیلیسیم همراه با تولید میزان نسبتاً زیادی گازهای حاصله از درون منطقه واکنشی است که عمدتاً حاوی گازهای sio، co است که این دو گاز در سطح شارژ کوره سوخته و به co2 و غبارهای حاوی sio2 تبدیل می‌شوند و توسط دودکش‌ها تا خارج از ساختمان کوره هدایت می‌شوند این گازها بعد از یک سری مراحل میانی وارد غبارگیر شده و ذرات میکرو سیلیکا به صورت آمورف و بدون ساختار کریستالی توسط یک سری مکانیزم‌ها از گازها جدا می شود و سپس بسته بندی شده و به بازار ارائه می شود.

سالیان درازی غبار حاصله از کوره‌های قوس فروسیلیسیم ضایعات این فرآیند محسوب می‌شد ولی با پیشرفت تکنولوژی و یافتن موارد مصرف مختلفی برای این ضایعات (به خصوص در بتن، ملات و سنگ مصنوعی) هم اکنون این غبارها با نام تجاری میکروسیلیکا به عنوان محصول جانبی این فرآیند در قیمت های مختلف به فروش می‌رسد.

لذا جهت استفاده بهتر از غبارات حاصله از این فرآیند، سیستم‌های غبار گیری نیز با گذشت زمان تکامل زیادی پیدا کرده است. از این محصول برای تولید انواع ژل میکروسیلیس استفاده شده که با توجه به نوع ماده افزودنی کاهنده آب بکار رفته در تولید میکروسیلیس ژل شده به انواع: دوغاب میکروسیلیکا، مکمل بتن، پاور ژل، سوپر ژل، ژل میکروسیلیس آب بند الیاف دار و ... تقسیم میشوند.

کابرد پودر میکروسیلیکا

 امروزه پودر میكروسیلیكا در موارد مختلفی استفاده می شود كه به صورت خلاصه در ذیل برخی از این ارایه شده است:

کاربرد پودر میكروسیلیكا در بتن و سیمان

استفاده ازغبار میكروسیلیكا در بتن و سیمان در سالیان اخیر رشد فراوانی داشته است میكروسیلیكا به پخش شدن یكنواخت و بالا بودن حجم محصولات هیدراسیون در بتن به عنوان یك پوزلان ( pozzolan ) عمل می كند از طرف دیگر با توجه به ریز بودن دانه ها به عنوان یك پر كننده ( filler ) باعث كاهش اندازه حفره ها درخمیر سیمان می شود. در نتیجه استفاده از میكروسیلیكا در بتن باعث ایجاد خواص زیر می شود:

• افزایش مقاومت فشاری
• تاثیر میکروسیلیس در افزایش مقاومت بتن در برابر سایش
• خواص ویژه در کاهش نفوذپذیری
• افزایش مقاومت دربرابر سولفات‌ها
• بهبود مقاومت در برابر خوردگی

مقدار مصرف میکروسیلیکا پودری در بتن به طور معمول ۵ تا ۲۰ درصد وزن سیمان است. راندمان میکروسیلیکا حدود ۳ برابر سیمان است. به عبارت دیگر می‌توان یک کیلوگرم میکروسیلیکا را جایگزین سه کیلوگرم سیمان کرد. بدون اینکه کیفیت و استحکام آن کاهش یابد. این پدیده را می‌توان به عنوان عامل کاهش مصرف سیمان محسوب نمود ولی در هر حال باعث حذف سیمان نخواهد شد.

وجود ذرات میکروسیلیکا در مخلوط بتن، میزان آب مورد نیاز جهت اختلاط را کاهش می‌دهد به همین دلیل بتون حاصله پایدارتر و چسبنده تر است و عملیات بتن ریزی با سهولت بیشتری انجام می‌شود. همچنین میکروسیلیکا را می‌توان مستقیما در تولید سیمان نیز به کار برد.

زمانی که سیمان و آب مخلوط می‌شوند دو واکنش اصلی صورت می‌گیرد. محصولات این دوواکنش عبارتند از: سیلیکات کلسیم هیدراته و هیدروکسید کلسیم. محصول اول، عمدترین فاز پیوندی در بتن را موجب می‌شود و محصول دوم، ماده‌ای ماکروکریستالی است که به سهولت حل شونده بوده و تاثیر چندانی بر استحکام بتن ندارد.

کاربرد میکروسیلیس پودری در تولید قطعات پلیمری

هنگامی که محصولات پلیمری اکسترود می‌شوند می‌توان از میکروسیلیکا به عنوان یک پر کننده وتقویت کننده در جهت بهبود بخشیدن استحکام ضربه‌ای وسفتی آن‌ها استفاده نمود. همچنین میکروسیلیکا باعث بهبود این فرآیند درجهت تولید سطوح صاف‌تر شده ونیز افزایش راندمان تولید می‌شود.

کاربرد پودر سیلیکافیوم در تولید محصولات دیرگداز

میکروسیلیکا را می‌توان در تولید بتن‌ های نسوز که از سیمان‌های کلسیم - آلومینات تولید می‌شوند به کاربرد، در عین حال این ماده میتواند در تولید انواع دیگر مواد نسوز نیز مورد استفاده قرار گیرد. دراین موارد به کارگیری میکرو سیلیکا باعث بهبود پیوندهای سرامیکی شده و خواص محصول به میزان قابل توجهی بهبود داده می شود.

دیگر کاربردهای پودر سیلیکافیوم

جهت تولید انواع مختلف سیلیکات‌ها می‌توان از میکروسیلیکا استفاده نمود چرا که میکروسیلیکا قابلیت واکنش پذیری بالایی داشته ومی تواند به راحتی با دیگر عناصر وارد واکنش و تشکیل سیلیکات دهد. همچنین پودر میکروسیلیکا به عنوان پودرهای پوششی پودر‌های عایق مواد کمکی در سیستم محفظت کاتالیکی وبرای جذب انتخابی یون‌ها در صنایع شیمیایی به کار گرفته شود.
در هر حال با توجه به گسترش تولید فروآلیاژها وهمچنین افزایش حجم غبار میکرویلیکای ایجاد شده، مصارف دیگری در صنایعی که ظرافت واستحکام را همزمان باید داشته باشند برای میکرو سیلیکا پیش بینی می‌گردد.

آنالیز شیمیایی فرمول میکروسیلیس

مولفه‌های اصلی شیمیایی میکروسیلیکا به شرح زیر می‌باشد:

آمورف (Amorphous) این مشخصه نشان می‌دهد که میکروسیلیکا یک ماده کریستالی نیست، مواد کریستالی در بتن غیر قابل حل هستند، مواد کریستالی موجود در بتن مانند ماسه از نظر شیمیایی مانند میکروسیلیکا بوده ومحتوي SIO2 هستند ولی بدلیل ماهیت کریستالی با سیمان واکنش شیمیایی انجام نمی‌دهند.

اکسید سیلیکون (Sio2) این مواد در واقع مواد واکنش دهنده در میکروسیلیکا هستند.

عناصر جزیی (trace elements) ممكن است مواد اضافی در میکروسیلیکا بر اساس مواد اولیه مصرفی در فرآیند تولید د ر کوره‌های قوس وجود داشته باشند که بهمراه میکروسیلیکا بازیابی می‌گردند. این مواد تاثیری بر عملکرد میکروسیلیکا در بتن ندارند ولی ممکن است در برخی استانداردها محدودیت‌هایی برای میزان ان اعمال گردد.

مطابق استاندارد بین المللی ASTM c1240 حداقل میزان SIO2 آمورف 85 درصد، رطوبت ماکزیمم 3 درصد ومیزان L.O.L حداکثر 6 درصد خواهد بود.

مشخصات فیزیکی پودر میکروسیلیس

اندازه دانه‌بندی (particle size) ذرات میکروسیلیکا بینهایت کوچک هستند اندازه ذره میکروسیلیکای مورد استفاده در بتن هم از نظر شیمیایی و هم از نظر فیزیکی بسیار مهم هستند. برآورد می‌گردد جایگزینی ۱۵ درصد میکروسیلیکا با سیمان تقریبا ۲۰۰۰۰۰۰ ذره میکروسیلیکا با یک ذره سیمان خواهد بود. مطابق استاندارد ASTM c1240 نود درصد اندازه دانه بایستی کمتر از ۴۵ میکرون باشد.

سطح ویژه (Specific surface) میکروسیلیس سطح ویژه کل مساحت یک مقدار مشخص از یک ماده است که در یک سطح استاندارد پخش شده باشد بدلیل اینکه ذرات میکروسیلیکا خیلی کوچک هستند مساحت سطحی آن خیلی بزگ خواهد شد بنابراین جذب آب بیشتری خواهد داشت.

چگالی یا وزن مخصوص میکروسیلیس (density) دانسیته اندازه گیری شده در آزمایشگاه مرکز تحقیقات سیمان برای میکروسیلیکا حدود ۲/۱۹ تا ۲/۲۱ در مقایسه با دانسیته سیمان که حدود ۳ گرم بر سانتیمتر مکعب است می‌باشد. دانسیته فله‌ای میکروسیلیکا (bulk density) معمولا کمتر از ۲۵۰ کیلو گرم بر متر مکعب است وبستگی به شرایط کوره‌ای دارد که در آن تولید می‌گردد ولی با توجه به مشکلات مربوط به حمل و نقل و بسته‌بندی با تکنیک‌های خاصی به حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب می‌رسد.

مقاومت پوزولانی (pozzolanic strength) مطابق استاندارد ASTM c1240 مقاومت پوزولانی بایستی حداقل ۱۰۵ باشد.

مواد افزودنی تولید شده با میکروسیلیس

ژل میکروسیلیس جزء بهترین فرآورده‌های افزودنی شیمی ساختمان بتن بوده که با استفاده از آن در ملات‌های بتنی یک ملات نفوذ ناپذیر در برابر مواد شیمیایی مانند یون‌های کلر و سولفات، نمک و جریان‌های متناوب مکانیکی به وجود می‌آید. این ماده پرکاربرد را با نام‌های دیگری مانند چسب بتن، چسب آب بند، پاور ژل، ژل سیلیکا و پودر میکروسیلیس هم در صنعت ساختمان می‌شناسند.
این افزودنی بتن پس از ترکیب با بتن می‌تواند هرگونه خلل و فرج در آن را بپوشاند و به عنوان یک جایگزین مناسب بسیاری از افزودنی‌های بتن، قرار می‌گیرد. ترکیبات ژل میکروسیلیس از چند جزء اصلی تشکیل شده است. در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم:

ژل میکروسیلیکا

ای محصول یک سوپر پوزولان چند منظوره ترکیبی از مواد افزودنی بر پایه تکنولوژی سیلیکافیوم تولید و دارای مواد فعال SiO2 ویژه تولید بتن های با مقاومت بالا، نفوذ پذیری پایین ، کار پذیری بالا و مقاوم با دوام است.

ژل میکروسیلیس الیاف دار

ژل میکروسیلیس الیاف دار یک افزودنی مهم بتن برای افزایش مقاومت و دوام و نفوذ پذیری کمتر بوده که در این نوع از فوق روان‌کننده کربوکسیلاتی استفاده می شود.

میکروسیلیس ژل شده

در تمامی فضاهایی که نیاز به بتن با دوام است، از این ژل مکمل برای آب بندی و افزایش دوام و آب بندی می توان استفاده شود.

ژل میکروسیلیکا الیاف دار

بر پایه سلیکافیوم الیافی افزودنی چند منظوره پیشرفته جهت ارتقا کیفیت بتن، افزایش مقاومت فشاری و کاهش مقدار سیمان مصرفی و جذب آب کاربرد دارد.

پاور ژل میکروسیلیکا

وجود دوده سیلیسی در ترکیب با فوق روان کننده بتن بر پایه کربوکسیلات اتر در این ژل سبب تشکیل ترکیب سیلیکات کلسیم سخت شده که با وجود روان‌کننده ها در فرمولاسیون این ژل مقاومت بتن افزایش جدی می یابد.

سوپر ژل میکروسیلیس الیاف دار

این ژل از ابر روانساز کربوکسیلاتی تشکیل شده و با وجود الیاف پلی پروپیلن مقاومت کششی، خمشی و سایش بتن را ارتقا می دهد.

دوغاب ژل میکروسیلیکا

ترکیبی از افزودنی های شیمیایی آب بند کننده ، آب گریز و سوپر پوزولان، بر پایه تکنولوژی سیلیکا فیوم ویژه آب بندی ساختار بتن با خاصیت افزایش مقاومت فشاری، ارتقای دوام و روانی بتن است.

ژل میکروسیلیس آب بند الیاف دار

این ژل میکروسیلیس به دلیل وجود مواد روان‌کننده در ساختار آن به راحتی موجب آب بندی بتن شده و تمامی حفرات میکروسکوپی بتن را پر کرده و مانع نفوذ آب در فرآیند تولید بتن می شود.