مقاله درباره نفوذپذیری و پایداری

[do_widget id=yarpp_widget-3] از میان تمام نانو ذرات بکار رفته در بتن, نانوسیلیس پرکاربردترین ماده مورد استفاده در مواد سیمانی به منظور بهبود رفتار بتن میباشد. با توجه به خاصیت پر کنندگی نانوسیلیس, توزیع یکنواخت این ذرات در بتن باعث افزایش تراکم مواد سیمانی و در نتیجه افزایش میکرو و نانو ساختارهای تشکیل دهندهی بتن و افزایش استحکام بتن میشود [40].
علاوه بر ﺗﺄثیر فیزیکی استفاده از نانوسیلیس در بتن, واکنشپذیری بالای این ماده به دلیل درصد زیاد سیلیس موجود در آن و همچنین سطح مخصوص بالای نانوسیلیس میباشد. بر اساس تحقیقات انجام شده, هر چه اندازهی ذرات مواد سیمانی کوچکتر باشد, سطح مخصوص آنها افزایش یافته و در نتیجه میزان فعالیت پوزولانی افزایش مییابد (شکل 2-10) [40].
شکل ‏210- منحنی سطح مخصوص مواد تشکیل دهندهی بتن بر حسب اندازهی ذرات آنها [44]
به دلیل اندازه کوچک ذرات نانوسیلیس و درصد بالای ژل C-S-H تولید شده توسط این ماده, کارایی بتن به شدت کاهش مییابد. بنابراین برای بهبود کارایی بتن باید از مواد روان کننده به میزان لازم استفاده شود.
به طور کلی نانوسیلیس با دو مکانیزم بر مشخصات بتن ﺗﺄثیر میگذارد [38]:
1- اثر هسته زایی
ذرات نانوسیلیس به دلیل ریزدانگی و چسبندگی بالا در ملات سیمان قرار گرفته و حفرات را پر میکنند. این ذرات مانند سنگدانه, نقش اسکلت را برای ملات سیمان ایفا میکنند و با مصرف درصد بالایی از هیدروکسسید کلسیم ناشی از فرآیند هیدراسیون سیمان, باعث افزایش مقاومت و کاهش تخلخل بتن میشوند.
2- اثر پوزولانی
ذرات نانوسیلیس به سرعت با هیدروکسسید کلسیم ناشی از فرآیند هیدراسیون سیمان واکنش میدهند که در نتیجهی آن سیلیکات کلسیم تولید میشود. با توجه به سطح مخصوص بالای ذرات نانوسیلیس, این واکنش در مقیاس بیشتر و سریعتری نسبت به دیگر مواد پوزولانی صورت میگیرد. در نتیجهی این واکنش, نفوذپذیری بتن کاهش مییابد و اتصال ملات سیمان به سنگدانهها محکمتر میشود. در رابطه (2-4), چگونگی ﺗﺄثیر نانوسیلیس در فرآیند هیدراسیون سیمان ارائه شده است.
From nanosilica
From nanosilica
(‏24)
From C3S
From C3S
C3S + H2O + Nano SiO2 Ca2+ + H2SiO42- + H2SiO42- +
C-S-H
C-S-H
اضافیC-S-H
اضافیC-S-H

Ca(OH)2
Ca(OH)2
همانطور که در رابطهی (2-4) مشخص است, در اثر اضافه کردن نانوسیلیس به مواد سیمانی, H2SiO42- تولید شده با کلسیم موجود در ترکیب واکنش میدهد. در نتیجهی این واکنش هیدرات سیلیسکات کلسیم تولید میشود. C-S-H تولید شده بین مواد سیمانی پراکنده شده و با پر کردن منافذ موجود در مواد سیمانی باعث افزایش تراکم و پایداری بتن میشود.
استفاده از نانوسیلیس در بتن باعث افزایش سرعت و حرارت هیدراسیون سیمان میگردد. افزایش سرعت فرآیند هیدراسیون به دلیل سطح مخصوص بالای ذرات نانوسیلیس در بتن و در نتیجه تولید مقدار زیادی بلور سیلیسکات کلسیم میباشد. همانطور که گفته شد, سیلیسکات کلسیم تولید شده فضاهای خالی موجود در مواد سیمانی را میپوشاند. در واقع در این حالت اثر هسته زایی نانوسیلیس باعث تسریع در فرآیند هیدراسیون میشود [38, 45]. در شکل 2-11, وضعیت ریز ساختاری بتن قبل و بعد از فرآیند هیدراسیون سیمان برای حالتی که از سیمان به تنهایی استفاده شده و همچنین حالتی که درصدی از نانوسیلیس جایگزین سیمان شده, نشان داده شده است.