بررسی تاثیر نوع و ابعاد (سطح ویژه) نانوذرات سیلیسی بر خواص مقاومتی و دوام بتن و موادپایه سیمانی

عملکرد موفق دوده سیلیسی در بهبود قابل توجه خواص مکانیکی و دوام بتن باعث شده تا استفاده از مواد نانوسیلیسی در محصولات پایه سیمانی مورد توجه جدی محققین چه در سطح جهان و چه در داخل کشور قرار گیرد. خلوص نزدیک به 100 درصد مواد نانوسیلیسی در مقایسه با خلوص حدود 90 درصد دوده سیلیسی و همچنین سطح ویژه بالاتر این مواد که محدوده ای از 50 تا قریب به 1000 مترمربع برگرم را در بر میگیرد در مقایسه با سطح ویژه 20 مترمربع برگرم دوده سیلیسی سبب شده است تا عملکرد بسیار موثری از این ماده در ارتقاء خواص بتن مورد انتظار باشد. لیکن نتایج گزارش شده متنوع و در مواردی متناقض بوده و از عملکرد بسیار موثر تا عملکردهای پایین تر از دوده سیلیسی را شامل میشود. شایان توجه است که بر خلاف دوده سیلیسی که محصول جانبی صنایع تولید فروسیلیسیم میباشد، نانوسیلیس ها با روش های مختلف و با خواص متفاوت قابل تولید هستند و بنظر میرسد بخشی از تفاوت های گزارش شده توسط محققین در خصوص عملکرد نانوسیلیس ها در بتن ناشی از تفاوت در سطح ویژه و نوع این مواد باشد. با توجه به اینکه اثر تغییرات در خواص نانوسیلیس ها در عملکرد آنها در مواد پایه سیمانی قبلا به صورت منسجم موردبررسی قرار نگرفته بود تحقیق حاضر با هدف مشخص کردن تاثیر تغییرات در سطح ویژه دو نوع عمده از نانوسیلیس ها شامل نانوسیلیس های پایروژنیک و سل های نانوسیلیس روی عملکرد آنها در محصولات پایه سیمانی در مقایسه آنها با دوده سیلیسی انجام پذیرفت. نانوسیلیس های مورد مطالعه شامل نانوسیلیس های پایروژنیک aerosil 90، aerosil 200 و aerosil 300 با سطوح ویژه 90، 200 و 300 مترمربع برگرم و سل های نانوسیلیس شامل levasil100/45، levasil200/30 و levasil300/30 با سطوح ویژه 100، 200 و 300 مترمربع بر گرم بوده اند. مطالعات میکروسکوپی و بررسی های توزیع ابعادی نشانگر آن میباشند که نانوسیلیس های پایروژنیک در حالت کلوخه ای بوده و پخش موثر آنها در محیط های آبی با دشواری های بسیار همراه است. لیکن سل های نانوسیلیس دارای پخش مناسب به صورت ذرات مجزا و غیر کلوخه در محیط آبی میباشند. نتایج آزمایش های ترموگراویمتری روی خمیره های آهکی و سیمانی نشانگر سرعت واکنش پوزولانی بسیار سریع تر نانوسیلیس ها در مقایسه با دوده سیلیسی میباشد که با افزایش سطح ویژه سرعت واکنش آنها بیشتر میشود. ضمنا سرعت واکنش پوزولانی نانوسیلیس های پایروژنیک قدری بالاتر از سل های نانوسیلیس مشاهده گردید. همچنین نتایج نشانگر این هستند که نانوسیلیس ها اثر تسریع کنندگی بر هیدراسیون سیمان در سنین اولیه دارند اما با گذشت زمان سبب کاهش درجه هیدراسیون سیمان در مقایسه با نمونه های کنترل میگردند. برای سنجش تاثیر نانوسیلیس ها بر دوام و مقاومت مواد پایه سیمانی، آزمایش های مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، نفوذ یون کلرید و جذب آب انجام پذیرفت. بر اساس نتایج حاصله هرچند نانوسیلیس های ریزتر دارای نرخ واکنش پوزولانی بیشتر در سنین اولیه نسبت به انواع درشت تر هستند، لیکن نانوسیلیس های درشت تر دارای عملکرد بهتر در بهبود شاخصه های دوام همچون محدود کردن نفوذ یون کلر میباشند. جالب است که دوده سیلیسی که به مراتب سرعت واکنش پوزولانی کندتری نسبت به نانوسیلیس ها دارد در سن 28 روز بهتر از نانوسیلیس های ریز عمل نموده و رفتار مشابهی با نانوسیلیس های درشت داشته و در سن 90 روز حتی از نانوسیلیس های درشت نیز پیشی گرفته است، همچنین مشاهده گردید که نانوسیلیس ها اثر تسریع کنندگی بر روند کسب مقاومت مخلوط های سیمانی دارند، هرچند در سن 28 روز از مقدار ارتقاء اولیه در مقاومت بصورت قابل توجه کاسته میشود. در سن 90 روز عملکرد اغلب نانوسیلیس ها ضعیف تر از دوده سیلیسی میباشد. لذا بنظر میرسد که تنها مزیت نانوسیلیس ها نسبت به دوده سیلیسی عملکرد سریع تر آنها در ارتقاء خواص بتن در سنین اولیه باشد.