הסבר מוספים
מוספים בטון מייצרים: צמנט +אגרגטים +מים .לעיתים מוסיפים מוספים מוספים = חומרים שיכולים להוסיף לתערובת הבטון במטרה לשפר את תכונותיה בד"כ תכונות הבטון הטרי. קיימים: .1מוספים כימיים – כימיקלים שונים ,מסיסים במים. .2מוספים מינרליים – אבקות דקות (דקות כצמנט) מוספים כימיים ת"י 896 • אין הכרח להשתמש – משתמשים לעיתים די קרובות כדי להקל משפר תכונות. • שימוש במוסף לא מחפה על ליקויים בתערובת הבטון כגון יחס מים\צמנט לקוי. • תוספת המוסף היא קטנה יחסית – חלקי אחוז מהצמנט. מוספים חוסכי מים • תפקידם להקטין תצרוכת מים לבטון. • בטון טרי צריך להקנות סומך מסוים כדי שניתן יהיה להוביל אותו לצופף וכו'. • כדי לקבל סומך מסוים צריך תכולה מסוימת של מים – נקבע לפי טבלה. • מוספים אלה מאפשרים להקטין את תצרוכת המים תוך שמירה על סומך נדרש אופן פעולה סומך תערובת הבטון תלוי בחיכוך בין גרגירי הבטון -מים מקטינים חיכוך מגדילים סומך גרגירי הצמנט נוטים להתלכד למקבצים קטנים עקב כוחות קוהזיה: • מגדילים חיכוך • מים נלכדים בתוך המקבצים -אינם משפיעים על הסומך (פחות מים לסומך) מים לכודים מוסף מפחית מים – אופן פעולה • מוסף מפחית מים -מטען שלילי על פני שטח גרגירי הצמנט • גרגירי הצמנט נדחים זה מזה: – מקטין מקבצים – חיכוך ביניהם קטן – משחרר מים לכודים – יותר מים לסומך מוספים חוסכי מים מאפשרים חסכון במים: .1חסכון בצמנט .2בטון יותר חזק חיסכון בצמנט • כדי לשמור על איכות הבטון אך לשמור על בטון דליל צריך יותר מים ,פוגע בטיב הבטון ,מוסיפים יותר צמנט ואז בטון יותר יקר. • הוספת מוסף חוסך מים -פחות מים עם סומך רצוי – פחות צמנט (ליחס מים צמנט רצוי) • ניתן להקטין כמות מים עם מוסף עד ל .10%-ניתן להקטין תכולת צמנט ב 10% -ולהוזיל בטון. הגדלת חוזק הבטון הוספת מוסף (תכולת צמנט קבועה): • מקטין תצרוכת מים • מקטין יחס מים :צמנט מתקבל יחס מים צמנט נמוך יותר בסומך רצוי מגדיל חוזק הבטון -נקבוביות נמוכה וחוזק גבוה שיפור לכידות • מוספים חוסכי מים – מגבירים לכידות תערובת הבטון. • תערובת הבטון מורכבת מגרגירים בגדלים שונים ומשקל ספציפי שונה. • יש נטיה להיפרדות – סגרגציה -המים יוצאים מהתערובת ולוקחים איתם חומר דק -צמנט • מוספים משפרים לכידות הבטון -פחות רגיש לסגרגציה מתקבל בטון יותר אחיד יותר פלסטי – יותר עביד מוסף חוסך מים • מוסף יקר אך מאפשר חיסכון בתכולת הצמנט לכן לא מיקר כמעט את תערובת הבטון. • אם מוסיפים יותר מידי מוסף כדי לחסוך ביותר מים אזי סגרגציה גדלה מוספים על פלסטיים סופרפלסטיסייזרים – השפעה דומה למוסף חוסך מים מאפשרים הקטנה של 20%ויותר בתצרוכת המים מבלי להשפיע על תכונות הבטון שימושים: .1בטון חזק במיוחד .2בטון זורם .3בטון מיובא בטון חזק במיוחד • מוסיפים מוסף • מקטינים כמות מים ב20% - • משאירים כמות צמנט גורם :הקטנת יחס מים\צמנט משמעותית מתקבל :בטון חזק במיוחד – עם יחס מים צמנט הרבה יותר נמוך מתקבל בטון חזק בסומך רצוי בטון זורם • מוסיפים מוסף על פלסטי • משאירים כמות מים • משאירים כמות צמנט גורם :בטון דליל מאד -בטון זורם מתקבל :בטון זורם (דליל) ותערובת לכידה (ללא סגרגציה) קשה לקבל בטון דליל ע"י הוספת מים – בטון מתפרק ניתן לקבל בטון דליל ע"י מוסף על פלסטי. שימושים -בטון זורם – דליל אך לכיד: לאלמנטים צרים שלא ניתן לצופף במחטי ריטוט .ציפוף ע"י משקל עצמי. חוזק תלוי ביחס מים\צמנט בטון מיובא בטון מיובא -בטון שמיוצר במפעל ומובא לאתר בעיה :עלול להתקשות בתוך המערבל פתרון :מוסיפים מוסף כדי שיגיע במצב עביד • מוסיפים כ 2% -ממשקל הצמנט • סומך הולך וקטן עם הזמן • קצב ירידה בסומך עם מוסף גדל עם הזמן השפעת מוסף על פלסטי על סומך הבטון ללא מוסף זמן ,דקות ירד במבחן החמיטה עם מוסף מוספים מחישי התקשרות • מחישים גורמים לבטון להתחזק יותר מהר • עיקרי בשימוש CaCl2 :מגביר קורוזיה של פלדה – שימוש מוגבל שימושים: .1בתעשיה כשיש להגביר את השימוש בתבניות (פירוק מהיר של תבניות) – רוצים שהבטון יתחזק מהר יותר – בשימוש מועט .2תיקונים .3בתנאי קרה – כפור – כשהטמפרטורה יורדת מתחת לאפס – מים קופאים הידרציה נפסקת (בטון לא מתחזק) ,רוצים בטון שיתחזק מהר לפני שהמים קופאים. בארץ בשימוש מועט. מוספים מעכבי התקשרות דוחים את זמן התקשרות הצמנט – מוסיפים היום כמעט לכל בטון מיובא. שימושים: .1בטון מיובא – לדחות התקשרות שלא יתקשה בדרך .2עיכוב באתר – רוצים לדחות התקשרות – ביציקה יש תמיד עיכובים :אם יוצקים חלק מהבטון ואז צריך לחכות הבטון היצוק בינתיים מתקשה .יוצקים עוד שכבה -אם השכבה הקודמת התקשתה ההדבקה בין השכבה הישנה לחדשה נמוכה .נוצרים קווי תפר – סדק פוטנציאלי. – הדבקה של בטון טרי לבטון טרי תמיד יותר טובה – למנוע קווי תפר במהלך היציקה -מוסיפים מעכב מאפשר להגדיל את זמן תהליך היציקה. מוספים כולאי אויר • מוסף שסופח אליו אויר כשהבטון מתקשה נקבל בועות אויר בתוך הבטון – כליאת אויר. • בטון רגיל תכולת אויר כ 2%-בבטון כולא אויר תכולת האויר כ5- - 6%בנפח. • ע"י חומרים פעילי שטח שיוצרים מיצלות בתוך הבטון שבתוכם נכלא אויר שימושים כולאי אויר • תנאי קרה בטמפרטורות מתחת לאפס .המים בקרה קופאים בתוך הבטון – בקרח נפח גדל והבטון יכול להסדק ולהתפרק .נוכחות בועות האויר מאפשר שינויי נפח של הבטון. • הגדלת לכידות הבטון – מצמצת הפרשת מים מתוכו .מים נוטים לעלות לפני השטח (הפרשה) בעיקר בטמפרטורות חמות (כמו בישראל) .כולא אויר מצמצם את ההפרשה ע"י הקטנת חדירות הבטון – הגבלת תנועת המים בתוך הבטון. יש להוסיף כמות מוגבלת כדי לא להקטין חוזק ע"י הגדלת נקבוביות. מוספים סיכום מוספים חוסכי מים – 10% סופרפלסטיסייזרים 20% - ניתן להקטין בתצרוכת המים מבלי להשפיע על תכונות סומך של הבטון שימושים: .1בטון חזק במיוחד – הקטנת מים ,אין שינוי בכמות צמנט .2בטון זורם – אין שינוי במים וצמנט .3בטון מיובא מעכבים מחישים הגדלת תכולת אויר מוספים מיוחדים • מוסף יוצר קצף – לשפר את כושר הבידוד של הבטון. לצורך בידוד תרמי יש להגדיל באופן ניכר את תכולת החללים בבטון .נעשה ע"י מוספים יוצרי קצף – סבונים יוצרים מסבון +מים קצף – בטון קל – בטקל – מיוצר עם אגרגט דק בד"כ משמש בשיפועים של גגות – בטון עם משקל נמוך (משקל מרחבי נמוך) וכושר בידוד תרמי גבוה .בשיפוע רצוי בטון קל כי השיפוע מצריך כמות גדולה יותר של בטון -לכן בטון קל. מוספים מינרליים פוצולנים מקור השם עיר איטקלית - pozzoliבסביבתה נמצא טוף וולקני שנוצל כבר בימי הרומאים מוספים פוצולנים – טבעיים או מלאכותיים המכילים סיליקה אקטיבית. מוספים אלה אינם חומרי מליטה ,אך הסיליקה שבהם מגיבה עם הסיד (מימת הסידן) שבצמנט בטמפ' החדר (בד"כ סיליקה לא מגיבה עם סיד). התהליך מחייב :נוכחות רטיבות וגרגירים דקים לקבלת ראקציה בתגובה בין הסיליקה והסיד מתקבל גל הדומה באופיו ובתכונותיו לגל המתקבל בהידרציה של צמנט פורטלנד. מוספים פוצולניים מאחר ומגיבים עם מימת הסידן הם מגדילים את העמידות של הבטון לקורוזיה ,פחות מימת הסידן – עמידות ב: • מי ים • מים רכים • מים חומציים סוגי מוספים פוצולנים .1פוצולנה טבעית: מאפר וולקני – נמצא בקרקע כתוצאה מהתפרצות וולקנית .2פוצולנה מלאכותית: – אפר פחם מרחף )– (fly ash – מיקרוסיליקה )- (silica fume אפר פחם מתקבל בתחנות כוח אחרי השריפה נוצרים חלקיקי אפר דקים (כגודל הצמנט) שמרחפים בעשן .תופסים את העשן עם החלקיקים ומקבלים אפר פחם מרחף .בעל חלקיקים עגולים אפר פחם מכיל סיד ,סיליקה ואלומינה אקטיביים (כמו הצמנט). קיים בארץ ובעולם ומהווה בעיה אקולוגית ,תחנות הכוח בארץ כגון בחדרה עובדים על פחם. אפר פחם אפר פחם אחת התשובות לפסולת – שימוש כחומר מליטה 3 ,צורות: .1צמנט מעורב – עשוי מתערובת של 85% -65%צמנט פורטלנד 15%+אפר פחם טוחנים יחד (לא קיים בארץ). .2מוסיפים לצמנט פורטלנד עד - 10%השפעה קטנה בד"כ לצמנט חלש צ.פ .20 .צ.פ( 25 .קיים בארץ). .3מוסיפים באתר הבניה כפי שמוסיפים חול. מוסיפים אותו: .1מסיבה כלכלית – יותר זול מצמנט .2צמנטים מעורבים – עמידות בפני קורוזיה ,מקטין רגישות צמנט להתקפת סולפטים – משמש בסביבה ימית כיצד משפיע אפר הפחם על תכונות הבטון • טיב אפר הפחם תלוי בתכולת הפחם: • פחם סופח הרבה מים – יותר פחם תצרוכת מים יותר גדולה • כמות מים לסומך רצוי יותר גדולה – מקטין חוזק הבטון • בדיקת תכולת הפחם ע"י איבוד בקליה: • מחממים אפר ב 1000 -צלזיוס ,הפחם נשרף – משקל לפני ואחרי נותן תכולת פחם. • בישראל אפר מכיל 7-8%פחם. כיצד משפיע אפר הפחם על תכונות הבטון חוזק הבטון עם אפר פחם בהשוואה לבטון ללא אפר פחם מותר להחליף עד 40%מהצמנט עם אפר פחם ביחס מים צמנט זהה • חוזק יותר נמוך בין שני הבטונים • התפתחות חוזק יותר איטית (מספר חודשים): – מחייב אשפרה יותר ארוכה • התפתחות חום הידרציה יותר איטית – תהליך הידרציה איטי הגדרת יחס מים \ צמנט+אפר פחם מיקרוסיליקה חומר פוצולני מאד אקטיבי (מגיב עם סיד) • מוצר לוואי שנוצר בתעשית הסיליקון -מקבלים צורן Si וסיליקה SiO2 • מתקבלת סיליקה כמעט נקיה (מעל)90% - • גודל הגרגירים מאד קטן כ 0.1 -מיקרון – פי 100קטן מצמנט אבקה מאד דקה עם תכולה גבוהה של סיליקה ולכן מאד ראקטיבי – שטח ספציפי גדול (לתגובה) עם הרבה סיליקה מיקרוסיליקה צמנט Percent passing 100.0 80.0 Typical particle size distribution 60.0 40.0 20.0 0.0 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 Diameter, micrometers מוצרי מיקרוסיליקה בצורה מימית אבקה ללא טיפול אבקה צפופה אבקה ללא טיפול קשה לעבודה ולשינוע צפיפות נפחית מאד נמוכה בצורה מימית קל יותר לעבודה איחסון מיקרוסיליקה נוזלית אבקה צפופה צפיפות נפחית יותר גדולה קל יחסית לעבודה ולשינוע Silica Fume -- Physical Properties Particle size (typical) < 1 µ m Bulk density (as-produced) 130 to 430 kg/m3 (slurry) 1320 to 1440 kg/m3 (densified) 480 to 720 kg/m3 Surface area (BET) 13,000 to 30,000 m2/kg SI Comparison of Chemical and Physical Characteristics -Silica Fume, Fly Ash and Cement Silica Fume Fly Ash Cement SiO2 Content 85- 97 35 - 48 20 -25 Surface Area m2/kg 17,000 - 30,000 400 - 700 300 - 500 תכונות בטון עם מיקרוסיליקה • צורך הרבה מים לסומך רצוי • מוסיפים מוספים על פלסטיים להוריד כמות מים מוסיפים 10-15%לצמנט +מוסף על פלסטי תכונות • התפתחות חוזק שווה לבטון ללא מיקרוסיליקה • בטון חזק מאד 100מגפ"ס ויותר עם מוסף על פלסטי: – חומר דק מאד ממלא חללים בין גרגירי הצמנט – פחות נקבים גדולים • חדירות נמוכה – חללים ללא המשכיות – רגישות נמוכה להתקפות אגרסיביות • רגישות נמוכה להתקפת סולפטים • יותר פריך • בעייתי לנשימה – משווק בתוך מים (בד"כ) עם מיקרוסיליקה ללא מיקרוסיליקה בטון עם תכונות משופרות בטון יקר – מיקרוסיליקה יקרה בשימוש מוגבל צמנטים מיוחדים סיגים מתנורים גבוהים – blast furnace slag • • • • • • תוצר לוואי המתקבל בתהליך הפקת ברזל .מחממים עפרות ברזל לטמפרטורות של כ 1600 -צלזיוס. הברזל מכיל גם אלומינה וסיליקה. חומרים אלה נשארים במצב מוצק בטמפ הנ"ל וקשה להרחיקם מהתנור. כדי להרחיקם מוסיפים אבן גיר לתהליך. הסיד שנוצר בטמפ זו מתרכב עם האלומינה והסיליקה שבברזל ומתקבלים סיגים שבטמפ הקליה הם במצב נוזלי. סיגים אלה קלים מהברזל ומוצאים ע"י גריפה מהכבשן. סיגים – לייצור צמנטים מיוחדים • הרכבם תלוי בברזל ,אך באופן כללי הם מכילים: • סיד ,סיליקה ,ואלומינה ומעט ברזל. • תכולת הסיד נמוכה מזו של צמנט: – משתמשים בתכולה נמוכה של סיד כי בתכולה גבוהה לא ניתן לבצע את תהליך הנ"ל של הפרדת האלומינה והסיליקה מהברזל. סיגים • • • • לסיגים אלה כשהם במבנה אמורפי תכונות רדומות של חומר מליטה ניתן לעורר את תכונות המליטה שלהם ע"י אקטיביטור (גבס, סיד ,אלקלים חזקים). נכנסים לקטגוריה של חומרי מליטה ולא מוספים פוצולניים. לא מכילים מימת הסידן – יעיל בבעיות קורוזיה : מי ים ,מים חומציים ,מים רכים. צמנט פורטלנד סיגי • • • • • • 25-70%סיגים. מתחזק יותר לאט מצמנט פורטלנד רגיל חוזק דומה לצמנט פורטלנד אשפרה יותר ארוכה חום הידרציה נמוך – אלמנטים רבי נפח עמיד בהתקפת סולפטים – שימוש במבנים ימיים פיגמנטים • אבקות צבעוניות שמוסיפים לתערובת מלט ובטון – לגוון Matrix Modification Effect of Fly ash 25 Tensile Stress, MPa With fly ash 20 No fly ash 15 10 5 0 0 0.02 0.04 Strain, mm/mm 0.06 Matrix Modification Effect of Silica Fume 25 Tensile Stress, MPa 5% silica fume 20 15 10% silica fume 10 5 0 0 0.02 0.04 Strain, mm/mm 0.06 Effect of Rheology Properties Shear Stress, D/cm^2 8000 10% Silica fume 6000 No fly ash 4000 2000 With fly ash 5% Silica fume 0 10 13 16 19 22 Tensile Strength, MPa 25
© Copyright 2024