بررسی نقش متاکائولین در افزایش مقاومت بتن

در صنعت ساختمان سازی، بتن جزء عناصر اصلی و یکی از پرکاربردترین ماده در ساختمان سازی به حساب می آید.

در هنگام قالب گیری برای ایجاد تراکم و دوام، بتن معمولی را متراکم می کنند و اگر این فرآیند به خوبی انجام نشود و نامناسب باشد، بتنی ضعیف و با کیفیت پایین حاصل می شود که درونش دارای حفره هایی است.

در دهه های اخیر مطالعات و اقدامات زیادی برای بهبود کیفیت بتن انجام گرفته است. یکی از موادی که برای بهبود خصوصیات بتن استفاده می شود متاکائولین می باشد.

در ترکیب بتن، وقتی به جای بخشی از سیمان، متاکائولین اضافه می کنیم، نتیجه حاصله بتنی با مقاومت فشاری بتن 110 مگاپاسکال بالاتر، تولید می شود.

بتنی که به دست می آید از نظر افزایش مقاومت در برابر دوره های یخ زدن و آب شدن، افزایش مقاومت در برابر نفوذ یون کلرید و انقباض خشک شدگی و غیره، با بتن تولید شده با دوده سیلیسی برابری می کند.

در طی دهه های اخیر، طبق نتایج مطالعات گسترده ای که روی اثرات مواد مختلف از جمله نقش متاکائولین در افزایش مقاومت بتن انجام شده است، یافته هایی به دست آمده است که در اینجا به آن ها اشاره می کنیم:

در مقایسه بتن متاکائولینی با سایر پوزولان ها، مشاهده می شود که بتن متاکائولینی مقاومت فشاری بیشتری در روزهای اول از خود نشان می دهد.

علاوه بر ایجاد مقاومت بالا در بتن، جایگزین کردن بخشی از سیمان با ماده متاکائولین باعث می شود که نسبت به میکرو سیلیس خواص ساخت پذیری بالاتر و بهتری داشته باشد.

در مقایسه با ذرات میکرو سیلیس، اندازه ذرات ماده متاکائولین به طور قابل توجهی بزرگ تر است یعنی حدود 20 تا 30 برابر بزرگ تر است و همین بزرگ تر بودن ذرات سبب می شود که ماده متاکائولین آب کمتری را نسبت به میکرو سیلیس تقاضا کند.

در نتیجه، برای اینکه این تقاضای آب رفع شود، مواد افزودنی فوق کاهنده ی آب (HRWR) به میزان کمتری نیاز است که این امر هم به نوبه خود باعث می شود تا در بتن پر مقاومت که دارای ماده متاکائولین است، گرایش به از دست دادن سطحی آب (دی هیدراسیون سطحی) کاهش یابد و در نتیجه باعث کاهش ترک خوردگی خمیری شود.

علاوه بر این، کارایی این نوع از بتن افزایش و هزینه ها کاهش می یابد و به صرفه اقتصادی است.

استفاده از میکرو سیلیس در بتن باعث می شود که آب انداختن و یا تراوش معنا داری رخ ندهد و جمع شدگی و ترک خوردگی ایجاد شود.

همان طور که قبلاً هم اشاره شده، متاکائولین رنگی سفید و روشن دارد که در مقایسه با ذرات میکرو سیلیس روشن تر است.

از این رو استفاده از متاکائولین باعث می شود که رنگ ملات و خمیر حاصله تیره نشود و از نظر زیبایی و از دید معماری، استفاده از متاکائولین به جای میکرو سیلیس در بتن حائز اهمیت باشد.

اضافه کردن متاکائولین به بتن باعث می شود که مقاومت بتن در برابر حملات سولفاتی بهبود یابد.

وجود متاکائولین در بتن پر مقاومت باعث کاهش نفوذ پذیری این بتن نسبت به یون های کلر شده و کلر کمتری به درون بتن نفوذ می کند و این امر به دلیل اصلاح ساختار منفذی است که در بتن رخ داده است.

در بتن متاکائولینی واکنش های قلیایی سنگدانه ها کنترل شده است.

چگالی متاکائولین (2/5) است و نسبت به چگالی سیمان که (3/1) است، کمتر است. با این حال، چون بتن متاکائولینی تراکم بالاتری نسبت به بتن تازه دارد، چگالی بتن متاکائولینی با بتن تازه زیاد فرق ندارد.

همان طور که گفته شد متاکائولین، پوزولانی است که سریع واکنش می دهد؛ بنابراین استفاده از متاکائولین و جایگزینی آن با بخشی از سیمان در بتن، باعث می شود که زمان گیرش اولیه بتن کاهش یابد، ولی مطالعات نشان داده است که بر زمان گیرش نهایی بتن تأثیری ندارد و در آن تغییری رخ نمی دهد.

طبق بررسی های انجام شده، میزان افزایش مقاومت فشاری در بتن با افزودن متاکائولین به آن، در کوتاه مدت یعنی 1 الی 3 روز نا چیز است ولی با گذر زمان در دراز مدت این میزان افزایش می یابد.

میزان افزایش مقاومت کششی در مقایسه با میزان افزایش مقاومت های خمشی و فشاری، در بتن پر مقاومت متاکائولینی بیشتر است.

مقاومت الکتریکی در بتن متاکائولینی تا سه برابر بیشتر می شود و این امر باعث می شود که وقتی سازه های بتنی در معرض یون کلر و نفوذ آن در بتن قرار می گیرند دچار خوردگی نشوند، زیرا نفوذپذیری بتنی که در آن متاکائولین به کار رفته است نسبت به یون کلر کاهش زیادی دارد.

استفاده از متاکائولین هم روی حالت تازه بتن و هم روی حالت سفت شده بتن تأثیرات مثبت و مطلوبی دارد.

باید به این نکته توجه داشت از آنجا که حرارت مورد نیاز دهیدراتاسیون برای تولید بتن متاکائولینی بسیار بالا است، توصیه می شود در پروژه های بتن ریزی حجیم، از این روش استفاده نشود.

از اواسط دهه 90 میلادی استفاده از متاکائولین در صنعت راه و ساختمان راه یافت. این ماده از کلسینه شدن کائولین تحت دمای خیلی بالا به دست می آید.

حرارت باعث خروج آب از کائولین می شود و ساختار بلوری کائولین را تخریب کرده و محصولی بی شکل و آمورف حاصل می شود. امروزه بتن های پر مقاومت در صنعت ساخت و ساز حرفی برای گفتن دارند.

عدم استفاده از این بتن ها و عدم دقت در کیفیت آن ها، باعث مشکلات متعددی از جمله خورده شدن، تخریب زودرس و کاهش شدید عمر مفید ساختمان می شود.

در محیط های خورنده (نظیر سواحل خلیج فارس)، استفاده از متاکائولین که گاهی اوقات حتی خواصی برتر از استفاده از ذرات میکرو سیلیس دارد، به شدت توصیه می شود.