بتن میکروسیلیسی، بتن سیمانی با پرتلند معمولی است که با میکروسیلیس اصلاح شده است. بتن میکروسیلیسی جایگزین LMC یا بتن با اسلامپ پایین است. رویه های بتنی میکروسیلیسی باعث به تعریق افتادن نفوذ کلر به دلیل فراهم کردن مخلوطی با نفوذپذیری کمتر و چگالی تر می شود. به علاوه این رویه ها دارای مقاومت بیشتر در برابر سایش و افزایش مقاومت اولیه، نهایی و اصلاح و ارتقای پیوند با سطح زیرین هستند.

رویه های میکروسیلیسی در رویه های بالایی پل ها و عرشه های توقفگاهی پارکینگ و محافظت سازه های بتنی در برابر حمله شیمیایی محیطی استفاده می شود. بتن های میکروسیلیسی مستعد ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی پلاستیک و خشک شدگی اند. اگر میکروسیلیس به مخلوط بتن در انهای دوره اختلاط اضافه شود، مشابه افزودنی های دیرگیر کننده، عمل می کند. اضافه شدن میکروسیلیس به بتن مخلوطی چسبنده ایجاد می کند و بنابراین مشکلات بیشتری در پرداخت کاری پدید می آورد. رویه های بتنی میکروسیلیسی تحت ترک خوردگی لایه های زیرین نیز قرار دارند.

معمولا میکروسیلیس در رده مواد مکمل سیمانی رده بندی میشود. این اصطلاح به موادی اطلاق می شود که همراه سیمان پرتلند در بتن مصرف می شوند. این مواد خواص زیر را از خود نشان می دهند:

پوزولانی. مواد دارای این خاصیت هنگامی که با آب مخلوط می شوند، مقاومت کسب نمی کنند. میکروسیلیس و خاکستربادی کم کلسیم از جمله این موادند که میکروسیلیس باید با ملزومات مشخصات فنی استاندارد میکروسیلیس مصرفی در مخلوط سیمانی ASTM C 1240 و خاکستربادی کم کلسیم باید با ملزومات مشخصات فنی استاندارد خاکستر ذغال سنگ و پوزالان های طبیعی خام و کلسینه شده رده F مصرفی در بتن ACTM C 618 مطابق باشد.

سیمانی، مواد داری این خاصیت هنگامی که با آب مخلوط میشوند، مقاومت کسب می کنند. سرباره کوره آهن گدازی آسیاب شده و خاکستربادی پرکلسیم از جمله این موادند که سرباره کوره آهن گدازی آسیاب شده باید با ملزومات مشخصات فنی استاندارد سرباره کوره آهن گدازی آسیاب شده مصرفی در بتن و ملات ها ASTM C 989، و خاکستربادی پرکلسیم باید با ملزومات خاکستربادی رده C یعنی ASTM C 618 مطابق باشد.

پوزولانی و سیمانی. ترکیبی از هر دو خاصیت بالا. برخی از خاکسترهای بادی از جمله این موادند. میکروسیلیس را به نامهای دیگری نیز می شناسند. در این راهنما اصطلاح میکروسیلیس طبق تعریف موسسه بتن آمریکا به کار برده شده است. سایر نامهای میکروسیلیس عبارتند از:

• میکروسیلیس چگال شده
• دوده سیلیس
• میکروسیلیس تبخیر شده

مواد دیگری نیز وجود دارند که از نظر فیزیکی و شیمیایی کاملا شبیه میکروسیلیس اند. این مواد ممکن است محصول جانبی یا محصول اصلی یک کارخانه باشند. برخی از این مواد را میتوان در بتن بکار برد، اما معمولا قیمت آنها از این نوع کاربرد ممانعت می کند.

سیلیس ته نشین شده

سیلیس بخارشده

ژل سیلیس

ژل کلوئیدی

گرد سیلیس و خاک سیلیس. سیلیس بلوری اند اما مانند میکروسیلیس در بتن کاربرد ندارند.

تولید

میکروسیلیس محصول جانبی تولید فلز سیلیسیم یا آلیاژهای فروسیلیسیم در گدازه خانه های کوره های قوس الکتریکی است. این فلزات در بسیاری از صنایع از قبیل تولید آلومینیوم و آهن، ساخت چیپ ها کامپیوتری، و تولید سیلیسیم ها که بطور گسترده در روغن ها و درزگیرها مصرف میشوند، کاربرد دارند. اگرچه این مواد بسیار مفیدند، اما کاربرد محصول جانبی میکروسیلیس بیشتر در صنعت بتن است.

خواص میکروسیلیس و واکنشها در بتن

میکروسیلیس بر خواص بتن تازه و سخت شده اثر میگذارد. اینن تاثیرات از خواص فیزیکی و شیمیایی میکروسیلیس ناشی میشوند. این فصل به خواص و چگونگی اثر میکروسیلیس بر بهبود بتن تازه و سخت شده می پردازد.

خواص شیمیایی

خواص شیمیایی میکروسیلیس در جدول 1.2 نشان داده شده است.

در ادامه هریک از این خواص شرح داده خواهند شد. توجه کنید که خواص شیمیایی اصلی میکروسیلیس در مشخصات فنی آن که در فصل 4 شرح داده خواهد شد ذکر شده است.

آمورف. این اصطلاح به زبان ساده بدین معنی است که میکروسیلیس یک ماده بلوری نیست. مواد بلورین در بتن حل نمیشوند. کلیه مواد قبل از واکنش دادن باید حل شوند. فراموش نکنید که یک ماده بلوری در بتن وجود دارد که از نظر شیمیایی مانند میکروسیلیس است. این ماده ماسه میباشد. اگرچه ماسه در اصل سیلیسیم دی اکسید (SiO2) است، اما بدلیل ماهیت بلوری اش واکنش نمیدهد.

سیلیسیم دی اکسید (SiO2). یک ترکیب واکنش پذیر در میکروسیلیس است.

عناصر کمیاب بسته به نوع دوده

عناصر کمیاب. ممکن است مواد دیگری نیز در میکروسیلیس وجود داشته باشند که این امر به دوده باقی مانده از فلز تولید شده در گدازه خانه بستگی دارد. معمولا این مواد تاثیری بر عملکرد میکروسیلیس در بتن ندارند. مشخصات فنی استاندارد محدودیت هایی را برای برخی از مواد که در این رده هستند مشخص کرده اند. این محدودیت ها در فصل 4 شرح داده شده اند.

خواص فیزیکی

خواص شیمیایی میکروسیلیس در جدول 2.2 نشان داده شده است.

هر یک از این خواص در ادامه شرح داده خواهند شد

اندازه ذره. ذرات میکروسیلیس بی نهایت کوچک اند. بطوریکه بیش از 95 درصد ذرات از µm1 (یک میکرومتر) کوچکترند. اندازه ذرات اهمیت بسزایی در مشارکت فیزیکی و شیمیایی میکروسیلیس در بتن دارد.

چگالی انبوهی. اصطلاح دیگری برای وزن مخصوص است. چگالی انبوهی میکروسیلیس به فلزی که در کوره ساخته میشود و چگونگی طرز کار کوره بستگی دارد. از آنجا که معمولا  چگالی انبوهی میکروسیلیس پس از تولید بسیار پایین است، این ماده برای حمل در مسافت های طولانی ممناسب نیست.

جدول

چگالی ویژه. یک عدد نسبی است که نسبت میکروسیلیس به آب (که چگالی ویژه آن 00/1است) را بیان میکند. این عدد در نسبت بندی بتن که در فصل 6 شرح داده میشود، کاربرد دارد. چگالی ویژه میکروسیلیس حدود 2/2 است که تا حدی از سیمان پرتلند (که چگالی ویژه آن 15/3 است) سبکتر می باشد. بنابراین اضافه کردن میکروسیلیس به بتن، چگالی بتن را افزایش نمی دهد.

سطح ویژه. سطح ویژه عبارت از کل سطح جانبی جرم معینی از یک ماده است. از آنجا که ذرات میکروسیلیس بسیار کوچک اند، سطح ویژه آنها بسیار زیاد است. می دانیم هرچه ذرات ماسه کوچکتر باشند، به میزان آب بیشتری نیاز دارند، چنین موردی برای میکروسیلیس نیز ��ادق است و به همین دلیل است که هنگام مصرف میکروسیلیس در بتن از ترکیب آب با یک ماده افزودنی کاهنده یا فوق روان کننده استفاده میشود. سطح جانبی میکروسیلیس را باید با آزمایش ویژه ای به نام «روش BET» یا «روش جذب نیتروژن» تعیین کرد. سطح جانبی که بر اساس روش الک یا نفوذپذیری هوا تعیین می شود، برای میکروسیلیس بی معنی است.

واکنش ها در بتن

مصرف میکروسیلیس باعث تغییرات مثبت در میکروساختار بتن میشود. این تغییرات به دوگونه مختلف مشاهده می شوند، اما از اهمیت یکسان برخوردارند. تغییر اول مربوط به مشارکت فیزیکی میکروسیلیس و تغییر دوم مربوط به واکنش شیمیایی آن است. در اینجا هر دو تغییر بطور مختصر شرح داده شده است:

مشارکت فیزیکی. مصرف میکروسیلیس سبب اضافه شدن میلیون ها میلیون ذره بسیار ریز به مخلوط بتن می شود. همان طور که مصالح سنگی ریزدانه در فضاهای خالی بین ذرات  مصالح سنگی درشت دانه قرار میگیرند، میکروسیلیس نیز در فضاهای خالی بین دانه های سیمان قرار میگیرد. این پدیده را انباشتگی ذرات یا میکرو- پرشدگی می نامند. حتی اگر میکروسیلیس بطور شیمیایی واکنش ندهد، نیز اثر میکرو- پرشدگی سبب بهبودهای به سزایی در ماهیت بتن می شود. جدول 3.2 و شکل2.2 مقایسه اندازه ذرات میکروسیلیس با سایر اجزای تشکیل دهنده بتن را برای درک بهتر مقدار ریزی این ذرات ارائه می دهند.

مشارکت شیمیایی. میکروسیلیس به دلییل مقدار بسیار بالای دی اکسید سیلیسیم آمورف، یک ماده پوزولانی بسیار واکنش پذیر در بتن است. هنگامی که سیمان پرتلند در بتن واکنش میدهد، هیروکسیدکلسیم آزاد می کند. میکروسیلیس با این هیدروکسیدکلسیم واکنش داده و یک ماده چسبنده دیگر به نام هیدرات سیلیکات کلسیم را تشکیل می دهد که بسیار شبیه هیدرات سیلیکات کلسیم  حاصل از سیمان پرتلند است. این ماده چسبنده خواص بتن میکروسیلیسی سخت شده را بهبود میدهد.

 مقایسه با سایر مواد سیمانی مکمل

جدول مقایسه میکروسیلیس با سایر مواد سیمانی مکملی که بطور متداول مصرف میشوند، را ارائه میدهد. معمولا میکروسیلیس به دلیل مقدار دی اکسید سیلیسیم بیشتر و ریزی زیاد انداره ذره آن، بخصوص در سنین اولیه واکنش پذیری بسیار بالایی دارد.