از تولید تا کاربرد، یک ماده انقلابی در صنعت بتن و فراتر از آن
میکروسیلیس، که با نامهای دوده سیلیسی (Silica Fume) یا خاکستر سیلیس نیز شناخته میشود، یکی از ارزشمندترین محصولات جانبی صنایع متالورژی است که نقش آن در خواص بتن و سایر مصالح ساختمانی غیرقابل انکار است. این ماده فوقریز و بسیار پوزولانی، در طی فرآیند تولید فروسیلیس و آلیاژهای سیلیسیم در کورههای قوس الکتریکی با دمای بسیار بالا تولید میشود.
هنگامی که کوارتز با خلوص (سیلیس) در دمای حدود ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد با کک یا زغال سنگ احیا میشود، علاوه بر فلز مذاب، حجم بسیار زیادی از گازهای داغ حاوی بخار سیلیس (SiO) متصاعد میشوند. این بخارات در تماس با هوای خنک خارج از کوره، اکسید شده و به ذرات بینهایت ریز و کروی شکل دیاکسید سیلیس (SiO₂) تبدیل میشوند که سپس توسط سیستمهای پیشرفته فیلتراسیون (مانند فیلترهای کیسهای یا الکترواستاتیک) جمعآوری میشوند. این محصول جمعآوری شده، همان میکروسیلیس است که به دلیل منشأ تولید، یک ماده کاملاً دوستدار محیط زیست محسوب میشود، چرا که از تبدیل یک پسماند صنعتی آلاینده (بخارات سیلیس) تولید می شود.
ذرات میکروسیلیس به طرز خارقالعادهای ریز هستند؛ به طوری که میانگین قطر آنها حدود ۰.۱ تا ۰.۳ میکرون (۱۰۰ تا ۳۰۰ نانومتر) است، یعنی حدود ۱۰۰ بار ریزتر از ذرات سیمان. این اندازه فوقریز، همراه با شکل کاملاً کروی و ترکیب شیمیایی غنی از سیلیس غیربلوری (آمورف) که معمولاً بیش از ۹۰٪ SiO₂ دارد، پایه اصلی خواص بینظیر این ماده را تشکیل میدهد.
مهمترین ویژگی میکروسیلیس، فعالیت پوزولانی بسیار بالای آن است. پوزولانها موادی سیلیسی یا آلومیناسیلیسی هستند که خود به تنهایی خاصیت سیمانی ندارند، اما در مجاورت رطوبت و هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)₂) که طی فرآیند هیدراتاسیون سیمان تولید میشود، با آن واکنش داده و ترکیبات پایدار و ژلمانندی به نام سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) تشکیل میدهند. این ژل، همان مادهای است که اساس مقاومت و انسداد بتن را تشکیل میدهد.
کاربرد میکروسیلیس در بتن، تحولی شگفتانگیز ایجاد کرده است. هنگامی که بین ۵ تا ۱۲ درصد میکروسیلیس را جایگزین وزن سیمان میکنند، بهبودهای کیفی چشمگیری در خمیر سیمان و در نتیجه بتن نهایی حاصل میشود. از آنجایی که ذرات میکروسیلیس بسیار ریزتر از ذرات سیمان هستند، فضای خالی بین دانههای سیمان را به طور فیزیکی پر میکنند و ساختار بتن را بسیار فشردهتر و کمتراوا میسازند. این امر به تنهایی باعث کاهش نفوذپذیری بتن در برابر آب و یونهای مخرب مخصوصاً کلراید (که عامل اصلی خوردگی آرماتور در سازههای دریایی و پلها است) میشود. اما اثر مهمتر، واکنش پوزولانی است که میکروسیلیس انجام میدهد. این واکنش، هیدروکسید کلسیم آزاد در بتن را که یک ماده ضعیف و محلول است مصرف کرده و آن را به ژل C-S-H اضافی تبدیل میکند. نتیجه نهایی، افزایش قابل توجه مقاومت فشاری (اغلب تا بیش از ۷۰ مگاپاسکال و حتی بیشتر)، مقاومت خمشی و مقاومت سایشی بتن است. همچنین، این فرآیند ساختار مویینههای داخل بتن را مسدود کرده و دوام بتن را در برابر حملات شیمیایی سولفاتها، چرخههای ذوب و یخ و کربناسیون به میزان فوقالعادهای افزایش میدهد.
به دلیل همین ویژگیها، مصرف میکروسیلیس امروزه در پروژههای خاص و حساسی که نیاز به بتن با عملکرد بالا (HPC) و بتن با دوام بسیار بالا (UHPC) دارند، یک ضرورت انکارناپذیر است. از جمله این پروژهها میتوان به سازههای دریایی مانند اسکلهها، سکوهای offshore و دیوارهای ساحلی، پلهای با دهانه بلند، سازههای واقع در محیطهای خورنده صنعتی، سدها و تونلها (به ویژه تونلهای تحت فشار که نیاز به آببندی کامل دارند)، کفهای صنعتی مقاوم در برابر سایش، و حتی در تولید محصولات پیشساخته بتنی با کیفیت بسیار بالا اشاره کرد. علاوه بر صنعت بتن، میکروسیلیس کاربردهای وسیعی در تولید نسوزهای با چگالی و استحکام بالا، به عنوان پرکننده (filler) در صنایع پلیمر و رنگ، و به عنوان ماده اولیه در برخی فرآیندهای شیمیایی پیدا کرده است.
در پایان باید خاطرنشان کرد که اگرچه استفاده از میکروسیلیس میتواند باعث کاهش کارایی اولیه (اسلامپ) بتن شود، اما این چالش به سادگی با استفاده از روانکنندهها و فوقکاهندهها برطرف میشود. بدون شک، میکروسیلیس با تبدیل یک پسماند صنعتی به یک ماده ارزشمند، نمادی از صنعت پایدار است که توانسته است با ارتقای کیفی مصالح ساختمانی، به ساخت سازههایی ایمنتر، بادوامتر و مقرونبهصرفهتر برای نسلهای آینده کمک شایانی کند.
جهت دریافت مشاوره فنی رایگان، کارشناسان ما آماده پاسخگویی هستند.
