متاکائولین در بتن: خواص، مزایا و معایب آن!

در این عصر صنعت ساختمان در اوج خود قرار دارد و نمی توان هیچ ساخت و سازی را بدون بتن تصور کرد. بتن جزء لاینفک هر ساختمانی است. بتن از سیمان، ماسه، سنگدانه ها و مواد افزودنی مخلوط با آب تشکیل شده است. بدون شک، بتن مهمترین ماده ساختمانی برای قابلیت سرویس و دوام هر سازه ای است، اما در مورد ایمنی محیط نیز جنبه تیره تری دارد.

تولید سیمان – انتشار Co ₂ – مواد تکمیلی

همانطور که قبلاً بحث کردیم، بتن یک ماده عالی برای ساخت و ساز است و به طور عمده در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد که منجر به تولید در مقیاس بزرگ سیمان شده است. از طریق محققین مختلف ثابت شده است که تولید سیمان به دلیل انتشار گاز CO ₂ باعث ایجاد آلودگی شدید محیطی می شود . این کاملاً خطرناک است. از این رو، یافتن جایگزین بهتری که بتواند از هر نظر سازگار با محیط زیست و معقول باشد، برای محققان حیاتی و ضروری شد. از این رو، آنها شروع به کار بر روی جایگزین اقتصادی و سازگار با محیط زیست سیمان کرده‌اند که می‌تواند تا حدی مکمل مواد معدنی سیمان یا مواد خام باشد بدون اینکه پارامتر مقاومت را به خطر بیندازد. چنین موادی را می‌توانیم مواد سیمانی تکمیلی یا مواد افزودنی پوزولانی یا معدنی بنامیم.

انواع مختلفی از مواد موجود است مانند متاکائولین، خاکستر بادی ، سرباره کوره بلند دانه بندی شده (GGBS)، دوده سیلیس، خاکستر پوسته برنج و غیره. بتن با استحکام بالا بسازد که به طور همزمان دوام بتن را افزایش می دهد.

متاکائولین

متاکائولین یک ماده پوزولانی با کیفیت بالا است. متاکائولین یکی از پرکاربردترین افزودنی های معدنی این روزها است. این به بتن کمک می کند تا عملکرد و اقتصاد بالاتری داشته باشد. برخلاف سایرین، نه محصول جانبی یک فرآیند صنعتی (مانند GGBS) است و نه کاملاً یک محصول طبیعی است. این به طور ویژه از کائولن با کیفیت بالا تولید می شود. متاکائولین از کلسینه کردن خاک رس کائولینیت خالص یا تصفیه شده در دمای بین 650 درجه سانتیگراد تا 850 درجه سانتیگراد تولید می شود. . هنگامی که فرآیند سوزاندن کامل شد، به درستی آسیاب می شود تا به ظرافت مورد نظر برسد تا مقاومت ها و پارامترهای مختلف خواص ملات سیمان و بتن بهبود یابد. خاک رس کائولن ماده خام متاکائولین است. خاک رس کائولینیت یک ماده معدنی ریز و سفید رنگ است و از آن در ساخت ظروف چینی استفاده می شود. خاک رس کائولینیت به عنوان خاک رس چینی یا کائولنکل نیز شناخته می شود.

خاک رس کائولن

متاکائولین از سیلیس و آلومینا به شکل فعال تشکیل شده است و مانند سایر مواد افزودنی معدنی در دمای اتاق با هیدروکسید کلسیم واکنش داده و ژل سیلیکات کلسیم هیدرات (CSH) تشکیل می دهد که باعث افزایش چگالی بتن و کاهش تخلخل می شود. بنابراین باعث کاهش نفوذپذیری و افزایش دوام بتن می شود. در حال حاضر، هنگامی که در بتن استفاده می شود، به عنوان پرکننده عمل می کند که به فضای خالی (فضای) بین ذرات سیمان نفوذ می کند و در نتیجه به بتن غیر قابل نفوذتری تبدیل می شود.

مزایای متاکائولین در بتن

استفاده از متاکائولین مزایای مختلف زیر را به همراه دارد:

1. استفاده از متاکائولین در بتن باعث تسریع زمان گیرش اولیه بتن می شود.

2. به توسعه مقاومت بتن در سنین اولیه کمک می کند که باعث حذف زودهنگام قالب می شود و در نتیجه سرعت تولید را افزایش می دهد.

3. متاکائولین هیدروکسید کلسیم را مصرف می کند و در نتیجه از واکنش قلیایی – سیلیس جلوگیری می کند. استفاده از متاکائولین باعث افزایش مقاومت در برابر حمله سولفات، حمله شیمیایی و عمل یخ زدگی و ذوب می شود.

4. انقباض و شکوفه خشک شدن را کاهش می دهد.

5. آب بند بودن و نفوذ ناپذیری بتن را بهبود می بخشد، بنابراین برای استفاده در سازه های نگهدارنده آب، سازه های خارج از ساحل و غیره بی خطر است.

6. می تواند مقاومت باقیمانده بتن نسوز را پس از پخت افزایش دهد.

7. باعث افزایش مقاومت و دوام بتن می شود .

8. قابلیت اسپری خوب را می دهد.

9. این یک گزینه سبز، مصالح ساختمانی سازگار با محیط زیست است .

10. مقرون به صرفه در مقایسه با هم عصر خود است.

11. در مقایسه با سایر مواد افزودنی معدنی به راحتی و به وفور در بازار موجود است.

بنابراین، اگر مزایای ذکر شده در بالا را در نظر بگیرید، متوجه می شوید که تقریباً بر تمام محدودیت های بتن معمولی غلبه کرده و به عنوان جایگزین بهتری ظاهر می شود.

متاکائولین در بتن

معایب متاکائولین در بتن

01. استفاده از متاکائولین باعث کاهش کارایی بتن به دلیل ظرافت آن می شود. از این رو استفاده از کاهنده های آب یا افزودنی های حباب کننده هوا برای دستیابی به کارایی مطلوب ضروری است.

02. با این حال، عملکرد را می توان با در نظر گرفتن موارد زیر افزایش داد:

• افزایش کنترل کیفیت برای حفظ خواص مطلوب ضروری است. کنترل کیفیت بالا باید ثابت باشد تا موثر باشد.
• انتخاب مواد به همان اندازه مهم است. کیفیت بهتر ممکن است هزینه بیشتری نسبت به کیفیت پایین تر داشته باشد.

خواص شیمیایی و فیزیکی متاکائولین

خواص شیمیایی متاکائولین به شرح زیر است:

• سیلیس (SiO2): 51-53%
• Al2O3: 42-44٪
• CaO: <20٪
• Fe2O3: <2.20٪
• SO4: <0.5٪
• K2O: < 40٪
• اتلاف اشتعال: <0.50٪

خواص فیزیکی متاکائولین به شرح زیر است:

• شکل فیزیکی: پودر
• رنگ : سفید، خاکستری
• وزن مخصوص : 2.40 تا 2.60
• ظرافت: 8000-15000 متر مربع ^/ کیلوگرم.

چگونه می توان متاکائولین را به بتن اضافه کرد؟

متاکائولین را می توان با سیمان پرتلند معمولی مخلوط کرد و به عنوان جایگزین جزئی سیمان با وزن آن استفاده کرد. جایگزینی 15 درصد سیمان با متاکائولین نسبت به سایر مخلوط ها برتری دارد.

تاثیر متاکائولین بر خواص بتن

1. اسلامپ / کارایی بتن

اسلامپ بتن یا کارایی بتن به طور قابل توجهی با افزایش مقدار متاکائولین کاهش می یابد. متاکائولین با نسبت آب به سیمان یکسان به دلیل ظرافت متاکائولین. اما می توان آن را با استفاده از افزودنی های کاهنده آب ( روان کننده ها ) یا استفاده از ترکیب با خاکستر بادی در مخلوط ها جبران کرد.

2. نفوذپذیری

استفاده از متاکائولین در بتن به دلیل واکنش پوزولانی و هیدرولیکی ساختار ریز بتن را تراکم می کند و منجر به نفوذ ناپذیری بیشتر می شود.

3. مقاومت قلیایی – سیلیس

جایگزینی جزئی متاکائولین در برابر انبساط ناشی از واکنش قلیایی-سیلیس مقاومت بیشتری دارد.

4. انتشار شیمیایی

استفاده از متاکائولین در بتن باعث کاهش نفوذپذیری کلرید می شود. هر چه مقدار متاکائولین بیشتر باشد، نفوذپذیری آن کمتر است. همچنین مقاومت بهتری در برابر حمله سولفات ها و سایر مواد تهاجمی مانند اسید معدنی و آلی دارد.

استفاده از متاکائولین

1. متاکائولین هنگام ساخت سدها، پل ها و سازه های نگهدارنده آب، سازه های فراساحلی و غیره استفاده می شود.

2. همچنین در ساختمان های مرتفع برای دستیابی به بتن با مقاومت بالا استفاده می شود.

3. در ساخت بتن با مقاومت بالا، عملکرد بالا و سبک وزن استفاده می شود .

4. در بتن ریزی انبوه استفاده می شود.

5. همچنین در ساخت و ساز از:

• کفپوش صنعتی
• انبارها
• انبارهای کانتینری
• جاده ها
• نیروگاه های هسته ای و غیره

به طور خلاصه، متاکائولین به عنوان ماده پوزولانی برای جایگزینی جزئی سیمان و تولید بتن با مقاومت بالا استفاده می شود. بتن با مقاومت بالا بارهایی را تحمل می کند که یک بتن با مقاومت معمولی قادر به تحمل آن نیست. متاکائولین رشد مقاومت بتن در سنین پایین را افزایش می دهد. دوام طولانی مدت را فراهم می کند و قابلیت سرویس دهی بتن را افزایش می دهد. استفاده از این ماده سیمانی مکمل در بتن می تواند هزینه های غیرمستقیم ناشی از مسائل زیست محیطی، فنی و اقتصادی ناشی از تولید سیمان را جبران کند.