ما هي خصائص الخرسانة الصلبة مع خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي؟
توفّر الخصائص الفيزيائية لخبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي (GGBFS) مزايا للخرسانة في حالة جديدة وكذلك في حالتها الصلبة. يوصى دائمًا بتصميم الخلطة الخرسانية، والتي من شأنها أن توفر لنا كتلة أكثر كثافة من الخرسانة، أيّ مادة صلبة خالية من الفراغات. يلعب خبث فرن الصهر الحبيبي دورًا مهمًا في جعل الكتلة الخرسانية خالية من الفراغات وبالتالي جعل الهيكل أقل نفاذية. فيما يلي سيتم ذكر خصائص الخرسانة الصلبة مع خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي:
- ضبط وقت خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي للخرسانة.
- مقاومة الانضغاط للخرسانة المحتوية على خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي.
- معالجة الخرسانة من خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي.
- لون خرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي.
- قوة الانحناء لخرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي.
- نفاذية الخرسانة مع خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي.
- معامل يونغ لمرونة الخرسانة مع خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي.
- انكماش الجفاف للخرسانة المحتوية على خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي.
- التغيير في خصائص البُنية المجهرية للخرسانة باستبدال الأسمنت بخبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي.
1- ضبط وقت خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي للخرسانة المتصلّبة:
لدى خرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي طلب أقل على المياه وهناك فرصة لزيادة وقت التثبيت للخرسانة. عندما تزداد كمية استبدال الأسمنت بواسطة خبث فرن الصهر الحبيبي، يزداد وقت الإعداد أيضًا. أضهرت دراسة أنه بالنسبة لـ 40%، 50% و 60% استبدال خبث فرن الصهر الحبيبي بالإسمنت سيزيد ساعة واحدة تقريبًا أكثر من وقت إعداد الخرسانة التقليدية (لكل من وقت الإعداد الأولي والنهائي).
2- مقاومة الانضغاط للخرسانة المتصلّبة المحتوية على خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي:
تعتمد مقاومة ضغط الخرسانة الخبثية بشكل أساسي على عدد من العوامل على سبيل المثال نوع الخبث والبراعة ومؤشر النشاط والكمية المستخدمة في الخلائط الخرسانية بالإضافة إلى عوامل أخرى مثل نوع الأسمنت ونسبة الماء إلى المواد الأسمنتية. بشكل عام، تزداد مقاومة الانضغاط للخرسانة الخبثية تدريجياً من 1-5 أيام وأقل من تلك الموجودة في الخرسانة بدون خبث، لكن قوة خبث الخرسانة تتطابق مع قوة الخرسانة المتحكّم بها من 7 إلى 28 يومًا.
علاوة على ذلك، فإنّ قوة ضغط الخرسانة الخبثية تتجاوز قوة الخرسانة مع عدم وجود خبث بعد 28 يومًا. علاوة على ذلك، يمكن معالجة الإنجاز المبكّر للقوة المنخفضة لخرسانة الخبث عن طريق إدراج دخان السيليكا. يعتمد تحسين تطوير القوة في سن مبكّرة على كمية الدخان المستخدم. أخيرًا، يمكن ملاحظة أن الاستبدال بنسبة 40% قدم أفضل أداء مقارنة بالخرسانة الخاضعة للرقابة ونسب الاستبدال الأخرى.
3- معالجة الخرسانة المتصلّبة التي تحتوي على خبث الفرن العالي الأرضي:
تُؤثر المعالجة غير الكافية للخرسانة بشكل كبير على درجة ومعدّل الماء، وبالتالي سيكون تكوين ترطيب قوة الإنتاج بطيئًا. تكون العواقب الضارة لعدم كفاية المعالجة أكثر عمقًا وبارزة في الخرسانة المدمجة مع نسبة عالية من الخبث. لذلك، لتجنّب عدم اليقين في القوة والمتانة، يتم معالجة الخرسانة التي تحتوي على أكثر من 30% من الخبث لفترة أطول مقارنة بالخرسانة بدون خبث. أخيرًا، يعتمد تمديد وقت معالجة خبث الخرسانة على عدد من العوامل بما في ذلك درجة الحرارة المحيطة، وكمية الأسمنت وأنواعه ودرجة حرارة الأسمنت المستخدم ونسبة استبدال الأسمنت.
4- لون خرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي المتصلّبة:
نظرًا للون الفاتح لخبث الفرن العالي، يكون لون خبث الخرسانة أفتح مقارنةً بالخرسانة التقليدية. علاوة على ذلك، يظهر اللون الأزرق والأخضر الغامق من خلال الجزء الداخلي من الخرسانة الخبثية ويمكن ملاحظته من الأجزاء المكسورة لخرسانة الخبث، على سبيل المثال، بعد اختبار مقاومة الانضغاط. سوف يُفقد هذا اللون بعد التعرّض الكافي للهواء. تعتمد درجة اللون على حالة المعالجة، ونسبة خبث الأفران العالية المستخدمة، ودرجة الأكسدة.
5- قوة الانحناء لخرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي المتصلّبة:
في غضون 7 أيام وما بعدها، تكون قوة الانحناء لخرسانة الخبث مساوية أو تتجاوز قوة الانحناء الخرسانية المتحكّم بها. إنّ قوة الانحناء الأكبر لخرسانة خبث الفرن العالي هي نتيجة الرابطة الأقوى التي تتحقّق في نظام الركام الأسمنتي الخبث بسبب شكل جزيئات الخبث وملمس السطح.
6- نفاذية الخرسانة المتصلّبة مع خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي:
يُزعم أن الخرسانة التي تحتوي على الخبث تعمل بشكل أفضل من حيث النفاذية مقارنة بالخرسانة الخاضعة للرقابة لأن خبث الفرن العالي في عجينة الأسمنت يُقلّل من حجم المسام وبالتالي تقل نفاذية خبث الخرسانة. علاوة على ذلك ، فقد تبين أن الخرسانة التي تحتوي على نسبة 75% من الخبث أظهرت أداءً مرضيًا في مياه البحر.
7- معامل يونغ لمرونة الخرسانة المتصلّبة مع خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي:
لا يوجد فرق كبير بين معامل مرونة الخرسانة الخبثية والخرسانة بدون خبث إذا كانت قوة كلا النوعين من الخرسانة متماثلة. تم الإبلاغ عن هذه النتيجة من قبل العديد من الباحثين مثل (Stutterheim و Nakamura et).
8- انكماش جفاف الخرسانة المتصلّبة مع خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي:
إنّ انكماش جفاف خبث الخرسانة أكبر من انكماش جفاف الخرسانة بدون خبث. بسبب الوزن النوعي المنخفض للخبث الذي يزيد من حجم عجينة الخرسانة عندما يحلّ الخبث محلّ جزء من الأسمنت على أساس الوزن.
9- البُنية المجهرية للخرسانة المتصلّبة مع خبث فرن الصهر الحبيبي الأرضي:
أظهرت الدراسات أن خبث فرن الصهر الحبيبي يُساعد في تقليل المسام داخل الخرسانة ممّا يجعل الخرسانة أكثر كثافة. يكتسب تفاعل ترطيب خبث فرن الصهر الحبيبي تفاعلين. يتضمن التفاعل الأول تنشيط جزيئات خبث فرن الصهر الحبيبي لجعلها تستعدّ للترطيب. يتم ذلك عن طريق البيئة القلوية لهيدروكسيد الكالسيوم (Ca (OH) 2) الناتجة عن التفاعل الأولي للأسمنت مع الماء. تُسهّل هذه البيئة القلوية تكوين منتج الماء عن طريق تفاعل البوزولاني الذي يتم إجراؤه بواسطة خبث فرن الصهر الحبيبي والقلويات.
هذا يعطي هلام هيدرات سيليكات الكالسيوم (C-S-H) في العجينة في البداية. يتباطأ معدّل التكوين هذا ويتم تطوير القوة بمرور الوقت. منتج ترطيب هيدرات سيليكات الكالسيوم (C-S-H) يجعل كتلة الخرسانة أكثر كثافة. المزيد من استبدال خبث فرن الصهر الحبيبي، والمزيد من تشكيل هيدرات سيليكات الكالسيوم (C-S-H)، وبالتالي كثافة الخرسانة. تساعد الخرسانة الأكثر كثافة في البُنية المجهرية الأكثر كثافة وانخفاض المسامية. تعتبر المسامية المنخفضة عاملاً له مقاومة لاختراق الماء، وبالتالي ضمان متانة الخرسانة.
بالمقارنة مع منتجات الترطيب من الأسمنت البورتلاندي العادي، هناك فرق في معدّل المنتجات المنتجة في خرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي. ستعمل نواتج الترطيب لهيدروكسيد الكالسيوم (Ca (OH) 2) الناتجة عن التفاعل الأولي على تنشيط تفاعل الخبث لتكوين كمية منخفضة من نسبة ثنائي أكسيد السيليكون وأكسيد الكالسيوم. هذا يُقلّل أيضًا من المنتجات التي تتكوّن من ترطيب الألومينا وهيدروكسيد الكالسيوم في المنتجات الأسمنتية أيضًا.
لقد وجد أن النشاط البوزولاني يزيد من نسبة ثنائي أكسيد السيليكون وأكسيد الكالسيوم، بسبب هيدرات سيليكات الكالسيوم (C-S-H) غير المستقر و هيدروكسيد الكالسيوم (Ca (OH) 2). لا يُقلّل استخدام خبث فرن الصهر الحبيبي من المسامية فحسب، بل يغير المسام أيضًا لتكون طبيعة أدقّ. سيساعد هذا في تغيير المعادن في ترطيب الأسمنت. هذا يعزز الحد من تغلغل أيون الكلوريد.
1- المسح الضوئي للأسمنت البورتلاندي العادي وخرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي المتصلّبة:
لوحظ من الدراسات التي أُجريت أن إضافة خبث فرن الصهر الحبيبي تعدّل منتجات الترطيب ومسامية الخرسانة. وقد لوحظ هذا بوضوح من خلال العرض الذي تم الحصول عليه من خلال المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). تم أخذ وجهة النظر لكل من الخرسانة الأسمنتية البورتلاندية العادية وكذلك الخرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي. كانت كمية الاستبدال 60% من الخرسانة بواسطة خبث فرن الصهر الحبيبي. لوحظ أن عددًا كبيرًا من المسام الشعرية بالحجم (0.05 إلى 60 ميكرون)، وكذلك هيدروكسيدات الكالسيوم، تشكّلت في الخرسانة الأسمنتية البورتلاندية العادية.
أظهر منظر خبث فرن الصهر الحبيبي محل الخرسانة أن الترينجيت يتشكّل في عدد قليل. يتكون إترينجيت من ترطيب ألومينات ثلاثي الكالسيوم (C3 A) بالماء والجِبس. الإيترينجيت ليس مستقرًا. يتكون من بلورات طويلة وليس لها أي مساهمة في القوة. تكون المسام الشعرية من 10 إلى 50 ميكرون وهي أقل كمية. تمتلئ هذه حتى بمنتجات التفاعل البوزولاني مثل هلام هيدرات سيليكات الكالسيوم (C-S-H). لوحظ أن البنية المجهرية للخرسانة التقليدية أكثر إحكاما.
لوحظ وجود عدد كبير من هيدروكسيد الكالسيوم وهو عبارة عن بلورات شبيهة بالصفائح، والتي هي بحد ذاتها بكمية زائدة كبيرة غير مرغوب فيها لأداء الخرسانة. أظهر شكل من أشكال خرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي الذي يوضح البنية المجهرية لمزيج خرسانة خبث فرن الصهر الحبيبي والرماد المتطاير تغيرًا أكبر في البُنية المجهرية. المنتجات الرئيسية حيث هلام هيدرات سيليكات الكالسيوم (C-S-H) وعدد قليل من الإيترينجيت. لم تكن هناك أي علامة على وجود جزيئات الرماد المتطاير وقد يكون هذا بسبب التفاعل الكامل للرماد المتطاير.
