تحقیقات اخیر نشان می دهد که میکروسیلیس تاثیر بسیاری در کنترل انبساط بتن ناشی از ASR دارد و با میزان استفاده 10% یا کمتر استفاده از آن، آسیب های انبساط در منشور سنگدانه های واکنش زا از بین
می رود. این اتفاق به آسانی در محلول های قلیایی، که در آنها از ترکیب سیمان با میکروسیلیس استفاده شده است، مشاهده می شود.
گفتنی است میزان پایین بازدهی میکروسیلیس در کنترل انبساط در دراز مدت به وسیله تعدادی از کاربرها مورد سوال واقع شده است. تحقیقات نشان داده است که 10% میکروسیلیس واکنش ها را به تعویق
می اندازد یا کندتر می کند، اما این واکنش ها را کاملاً در سنگدانه های اپالین از بین نمی برد. مقدار 15% جایگزینیمیکروسیلیس نیز ممکن است برای استفاده با اپال کافی نباشد. کار با کریستوبالیت همچنین نشان می دهد که اساساً مقداری بیشتر از 10% میکروسیلیس، برای از بین رفتن دراز مدت انبساط نیاز است. خاطر نشان می شود، نظر به انجام بعضی مطالعات، برخی از سنگدانه ها ممکن است در بتن حاوی انواع سیلیس های با واکنش زایی کم، مناسب نباشد.
دیگر بررسی ها در کانادا برروی سنگدانه های واکنش زا حاوی موارد اثبات شده بیشتری درخصوص پتانسیل انبساط های زیانآور، در بتن با 10% میکروسیلیس است. میکروسیلیس ممکن است شرایطی را برای عقب انداختن واکنش های آسیب زننده برای مدت 2 سال یا بیشتر در منشورهای بتنی نگهداری شده در 38 درجه سانتی گراد، مهیا کند، اما دلایلی ارائه شده است که نهایتاً برای تعدادی از سنگدانه ها وقتی با سیمان های با قلیاییت بالا استفاده می شوند، انبساط ها از حد 04/0% تجاوز می کند.
در این زمینه مطالعات گسترده ای با نتایج متفاوت و متغیر به وسیله بررسی کنندگان بسیاری، حاصل شده است. منابع این تفاوت ها شامل موارد زیر است :
خصوصیات میکروسیلیس مورد استفاده و اثر بخشی حاصل از پراکندگی در بتن
واکنش طبیعی سنگدانه ها
مقدار قلیاییت سیمان پرتلند
نسبت بندی های مخلوط
انواع نمونه ها (ابعاد،بتن،یا ملات)
شرایط نگهداری ها
مدت زمان آزمایش کردن
با تمام این تفاوت ها به طور کلی می توان تجمیع نظرات محققان را به صورت زیر بیان کرد :
اگر چه رفتارهای نامطلوبی در برخی مطالعات با میزان جایگزینی 5% میکروسیلیس مشاهده شده است، اما کاهش انبساط با افزایش مقدار میکروسیلیس حاصل می شود.
اطلاعات نامطلوبی درخصوص تاثیر ترکیب میکروسیلیس ارزیابی شده موجود است. میکروسیلیس با مقدار کم SiO2 یا به طور غیرمعمولی با میزان Na2Oe بالا، نمی تواند تاثیر چشمگیری در کنترل انبساط داشته باشد.
در مقدار معمول میکروسیلیس (5 تا 10%)، انبساط با افزایش مقدار قلیاییت سیمان یا کل مقدار قلیاییت بتن افزایش می یابد.
اثر میکروسیلیس با واکنش طبیعی سنگدانه ها حاصل می شود و توانایی کم میکروسیلیس در کنترل انبساط اپال وکریستوبالیت با واکنش زایی بالا پایدار می شود.
میکروسیلیس سرعت انبساط را کندتر می کند، و مطمئناً تاثیر بیشتری در درصد جایگزینی دارد.
در صنعت ساخت و ساز ایسلند، میکروسیلیس با سیمان قلیایی بالا (تقریباً 5/1% Na2Oe) استفاده می شود و سنگدانههای با واکنش زایی بالا، در مسکن سازی های بتنی از سال 1979 به کار گرفته شده است. این نکته حائز اهمیت است که این روزها هیچ گزارشی مبنی بر وجود ASR در این بتن ها وجود ندارد.
در افریقای جنوبی حداقل جایگزینی میزان 15% میکروسیلیس برای کنترل ASR توصیه شده است. در درصدهای جایگزینی کمتر، مقدار قلیاییت فعال مخلوط سیمان- میکروسیلیس باید برای سنگدانه های ویژه، قبل از اینکه مورد استفاده قرار گیرد، کنترل شود. فعال بودن قلیایی ها با میکروسیلیس با تعیین انجام آزمون ASTM C 311 برای قلیایی های موجود یا محاسبه یا فرض 30% از کل قلیایی ها فعال هستند، تعیین می شود.
در CSA A23.2-27A، حداقل میزان میکروسیلیس مورد نیاز برای کنترل انبساط واکنش پذیری سنگدانه ها به موارد متععدی بستگی دارد. مقدار قلیایی ها در بتن به مدت زمان بهره برداری، اندازه اعضای سازه ای و شرایط محیطی بستگی دارد.میکروسیلیس با مقدار قلیاییت متجاوز از 1% Na2Oe، نمی تواند مورد استفاده قرار بگیرد، مگر اینکه درجه تاثیر میکروسیلیس بر سنگدانه های پای کار توسط آزمون، مطابق با CSA A23.2-28A به اثبات رسیده باشد.
استفاده از پوزولان های طبیعی
واژه پوزولان ها، پوشش دهنده انواع متفاوت سنگ دانه های طبیعی سیلیسی واکنش دار، از خاکسترهای آتشفشانی و مواد حاصل از چرخه موادی مثل سیلیس (رس یا سنگ رسی خشک شده یا متاکائولین) است. بعضی سنگدانه های واکنش دار در تولید مواد برای استفاده به صورت افزودنی پوزولانی در بتن مناسب اند. استفاده از پوزولان ها برای بتن در ACI 232.1R تشریح شده است. خصوصیات شیمیایی و فیزیکی آنها نیز در ASTM C 618 مشخص شده است.
در اولین نشریات و مقالاتی که در مورد ASR، گزارش شده است، انبساط ناشی از واکنش باید با استفاده از سیمانپوزولانی حاوی ریزدانه های سنگ رسی یا جایگزینی 25 درصد سیمان با قلیاییت بالا با 25% پومیس، کاهش داده شود. جایگزینی پومیس تاثیر بیشتری برکاهش انبساط نسبت به مقدار معادل آن با ماسه اتاوا دارد. مواد پوزولانی متعددی مورد آزمایش قرار گرفته است و تاثیر همه آنها در کنترل انبساط ASR که در آن مقدار مناسبی از افزودنی ها مورد استفاده بودند، به دست آمده است. پوزولان های طبیعی به طور گسترده ای با هم مخلوط می شوند و میزان مورد نیاز برای از بین بردن انبساط باید توسط آزمون ASTM C 441 یا ترجیحاً در بتن با سنگدانه های پای کار (ASTM C 1293) تعیین شود.
آزمون هایی برای ارزیابی تاثیر پوزولان ها و سرباره ها بر روی ASR
آزمون منشور ملات شیشه نشکن ASTM C 441 روش آزمودنی است که معمولاً برای ارزیابی تاثیر پوزولان ها و سربارهدر کنترل انبساط ناشی از ASR استفاده می شود. آزمون های اخیر با U.S.A.C.E و U.S.B.R نشان داده است که خاکستر بادی و سرباره تاثیر کمتری نسبت به پوزولان های طبیعی با سیلیس بالا دارند و استفاده از نسبت بندی متجاوز از 40%، بنا به تعریف مطرح شده در ASTM C 441 تاثیر می گذارد. پس از آن بسیاری از کاربرها از این آزمایش برای ارزیابی عملکرد پوزولان ها و سرباره استفاده کردند.
در ویرایش اخیر آزمون ASTM C 441، انبساط منشور ملات (نگهداره شده در دمای 38 درجه) ساخته شده با سیمان با قلیاییت بالا (95/0 تا 05/1% Na2Oe) و 25% خاکستر بادی (براساس حجم) یا 50% سرباره با کنترل منشورها (تنها سیمان) مقایسه و کاهش درصد پوزولان و سرباره محاسبه شده است. به عنوان گزینه ای دیگر می توان مصالح و میزان درصد مواد جایگزینی که به صورت واقعی در پروژه استفاده شده است را مورد استفاده قرار داد. در ASTM C 618 (مشخصات برای پوزولان طبیعی و خاکستر بادی) ملزم می کند که انبساط مخلوط آزمون (صرف نظر از مقدار قلیاییت سیمان مورد استفاده) نباید بیشتر از انبساط با قلیایی کم باشد. در ASTM C 989 (مشخصات فنی برای سرباره) بتنحاوی ملزومات ASR نیست، اما پیشنهاداتی در پیوست غیر الزامی آن، برای استفاده از ASTM C 441، انبساط در 14 روز به وسیله 75% کنترل یا نگهداشتن پایین تر از 020/0% وقتی با مواد پروژه استفاده می شود، کاهش می یابد. ویرایش های اخخیر این آزمون ملزم می کند سرباره جایگزین 20 درصد (براساس حجم)، مورد استفاده قرار گیرد. معیارهای مورد استفاده برای ارزیابی پوزولان ها یا سرباره در این آزمون، به دلیل محافظه کارانه بودن آن، همواره مورد نقد بعضی از کاربرهاست.
پتانسیل میکروسیلیس برای کاهش انبساط ASR آشکار است، البته اگر به میزان مشخص شده 25% حجمی در آزمون های مورد استفاده ASTM C 441 جایگزین شود. اغلب جمع شدگی ها بعد از 14 روز از زمان آزمایش مشاهده می شود. تحقیقات دیگری، مقادیر متفاوتی از جایگزینی را مورد استفاده قرار دادند و پی بردند که مقدار 10% در کاهش انبساط 14 روزه بیشتر از 75% در کنترل انبساط موثر است.
دیگر کاربردها بر مطابقت استفاده از 10% و حتی کمتر، از میکروسیلیس با این معیارها تاکید دارند. مطالعات نشان می دهد انبساط نمونه های میکروسیلیس بعد از 14 روز ادامه می یابد و پرسش هایی را برای اعتماد به آزمون های با زمان کم مطرح می کند.
یکی از مطمئن ترین روش ها برای ارزیابی تاثیر پوزولان ها و سرباره برروی انبساط حاصل از ASR، به وسیله انجام آزمون های آزمایشگاهی بدون شک آزمون انبساط مخلوط های بتنی برپایه شرایط مشابه آزمون ASTM C 1293 است. متاسفانه، این آزمون ممکن است تا 2 سال برای حصول اطلاعات رضایت بخش برای خاکستر بادی و سرباره طول بکشد و حتی دوره طولانی تری برای میکروسیلیس نیاز است. ارتباط و همبستگی مستدلی در مقایسه نتایج آزمون منشور بتنی(حد انبساط 2 ساله 04/0% در
ASTM C 1293) و در آزمون منشور ملات تسریع شده (حد انبساط 14 روزه 10/0% در
ASTM C 1567) وجود دارد. بسیاری از سازمان ها، راهنماها و پیش نویس ها برنامه های خود را برای تعیین کنترل ASR، پوزولان ها، سرباره یا ترکیب این مواد توسعه داده اند. راهنماها استفاده از ترکیب ازمون های منشور ملات ومنشور بتنی را برای ارزیابی پتانسیل واکنش زایی مخلوط های بتنی مطرح می کنند.
10-11 استفاده از افزودنی های شیمیایی
استفاده از افزودنی های شیمیایی برای جلوگیری از ASR در صنعت ساخت و ساز چندان گسترده نیست. این مواد شامل نمک های لیتیم و دیگر نمک ها شامل باریم و غیره است.
نمک های لیتیم
تحقیقات نشان می دهد که توانایی ترکیبات لیتیم (Li2CO3 , LiF , LiCI) برای کنترل ASR زیاد است اما ذکر این نکته مهم است که استفاده از لیتیم برای ساخت و سازهای صنعتی و با توجه به هزینه نسبتاً بالای آن قابل قبول نیست. بسیاری از تحقیقات نشان می دهد که استفاده از لیتیم در سال های اخیر مورد توجه بیشتری قرار گرفته است.
میزان لیتیم مورد نیاز برای کنترل انبساط زیان آور بستگی به مقدار قلیاییت بتن و واکنش های طبیعی سنگدانه هادارد. به طور کلی تحقیقات ثابت می کند که نسبت هایی در محدوده 6/0 تا 1 Li/(Na+K) عملکرد مناسبی در خنثی کردن انبساط ها از خود نشان می دهد. به هر حال باید توجه کرد که لیتیم ناکافی می تواند باعث افزایش انبساط و سودمندی لیتیم شود و به واکنش طبیعی سنگدانه ها بستگی دارد. چندین سند (براساس AASHTO) برای راهنمایی استفاده ازافزودنی لیتیم برای کنترل ASR ارائه می دهند.
دیگر افزودنی های شیمیایی
ترکیبات شیمیایی دیگری در کاهش انبساط ناشی از ASR پیدا شده است. اینها شامل موارد گوناگونی از نمک های باریم، سیلیکوفلوراید سدیم و آلکیل الکوکسی سیلان هستند که مورد مطالعه قرار گرفته اند، اما نتایج مطمئنی به دست نداده است. علاوه بر این تحقیقات تکمیلی برای اثبات تاثیر افزودنی های مختلف برای کنترل ASR به آزمایشات بیشتری نیاز دارد.