الميتاكولين في الخرسانة: الخصائص، المزايا والعيوب

في هذا العصر، بلغت صناعة البناء ذروتها ولا يمكن للمرء أن يتخيل أي بناء بدون الخرسانة. الخرسانة هي جزء لا يتجزأ من أي بناء. تتكون الخرسانة من الأسمنت والرمل والركام والمواد المضافة الممزوجة بالماء. لا شك أن الخرسانة هي أهم مواد البناء لقابلية الخدمة والمتانة لأي هيكل خرساني، ولكن لها أيضًا جانبًا أكثر قتامة عندما يتعلق الأمر بسلامة البيئة.

إنتاج الأسمنت - انبعاثات ثاني أكسيد الكربون - المواد التكميلية

كما ناقشنا سابقًا وفي مقالات سابقة، تعتبر الخرسانة مادة أساسية للبناء وتستخدم بشكل كبير في جميع أنحاء العالم مما أدى إلى تصنيع واسع النطاق للأسمنت. ثبت من خلال العديد من الباحثين أن إنتاج الأسمنت يسبب تلوثًا بيئيًا شديدًا بسبب انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون. هذا خطير جدا. ومن ثم أصبح من الأهمية القصوى بالنسبة للباحثين إيجاد بديل أفضل يمكن أن يكون صديقًا للبيئة ومعقولًا من جميع النواحي. ومن ثم، فقد بدأوا العمل على البديل الاقتصادي والصديق للبيئة للأسمنت الذي يمكن أن يكمل جزئيًا معادن الأسمنت أو المواد الخام دون المساس بمعامل القوة. يمكننا أن نطلق على هذا النوع من المواد مثل مواد الإسمنت التكميلية أو المضافات البوزولانية أو المعدنية.

هناك أنواع مختلفة من المواد المتاحة مثل Metakaolin، والرماد المتطاير، وخبث فرن الصهر الحبيبي (GGBS)، وغبار السيليكا، ورماد قشر الأرز، وما إلى ذلك. هنا سنناقش حول Metakaolin وهو نوع من مواد الأسمنت التكميلية التي تستخدم في صنع خرسانة عالية القوة والتي تزيد في نفس الوقت من متانة الخرسانة.

رماد قش الأرز في الخرسانة: الاستخدامات ، إيجابيات وسلبيات وتأثيره على خصائص الخرسانة

الميتاكولين

الميتاكولين هو مادة بوزولانية عالية الجودة. الميتاكولين هو أحد أكثر المضافات المعدنية استخدامًا هذه الأيام. يساعد الخرسانة في الحصول على أداء أعلى واقتصادية. على عكس المضافات الأخرى، فهو ليس منتجًا ثانويًا لعملية صناعية (مثل GGBS) ولا منتجًا طبيعيًا تمامًا. يتم إنتاجه خصيصًا من طين الكاولين عالي الجودة. وفقًا لـ "P.Muralinathan، A. Joshua Daniel & S. Sivakamasundari" (نُشر في المجلة الدولية للرياضيات البحتة والتطبيقية) ، يتم إنتاج Metakaolin عن طريق تكلسات طين الكاولين النقي أو المكرر عند درجة حرارة تتراوح بين 650 إلى 850 ℃ . بمجرد اكتمال عملية الحرق، يتم طحنه بشكل صحيح لتحقيق النعومة المرغوبة لتحسين القوى المختلفة ومعايير خصائص مونة الأسمنت والخرسانة. طين الكاولين هو المادة الخام للميتاكولين. طين الكاولين هو معدن ناعم (مشبع بالمعادن غير عضوي) وأبيض اللون ويستخدم في صناعة الخزف. يُعرف طين الكاولين أيضًا باسم الطين الصيني أو الكاولينكلاي.

يتكون الميتاكولين من السيليكا والألومينا في شكل نشط ومثل مضافات معدنية أخرى، يتفاعل مع هيدروكسيد الكالسيوم في درجة حرارة الغرفة ويشكل هيدرات سيليكات الكالسيوم (C-S-H) - عجينة) مما يزيد من كثافة الخرسانة ويقلل من المسامية. وبالتالي، فهو يقلل من النفاذية ويزيد من متانة الخرسانة. الآن، عندما يتم استخدامه في الخرسانة، فإنه سيكون بمثابة حشو يخترق الفراغات (الفراغ) بين جزيئات الأسمنت مما ينتج عنه خرسانة غير منفذة بدرجة أكبر.

الأسماء التجارية للميتاكولين

فيما يلي بعض الأسماء التجارية لمنتجات Metakaolin الشائعة في السوق. أسماء الشركات المصنعة له مذكورة أيضًا جنبًا إلى جنب.

01. Sikacrete® M-100 - Sika

02. Snow Cem Meta Kaolin - Kaolin Techniques Private Limited

03. Grade: Kao Cem Metakaolin- Kaomin Industries

04. Metakao- Carbo Industrial Technologies

مزايا الميتاكولين في الخرسانة

يعطي استخدام Metakaolin المزايا المختلفة التالية،

استخدام الميتاكولين في الخرسانة يسرع زمن الشك الأولي للخرسانة.
يساعد في تطوير القوة المبكرة للخرسانة مما يسمح بإزالة القوالب في وقت مبكر وبالتالي يعزز معدل الإنتاج.
الميتاكولين يستهلك هيدروكسيد الكالسيوم وبالتالي يمنع تفاعل قلوي السيليكا. يزيد استخدام Metakaolin من مقاومة هجوم الكبريتات والهجوم الكيميائي وتأثير دورات التجمد والذوبان.
يقلل من الانكماش الناتج عن الجفاف والتزهير.
يحسن إحكام وعزل المياه وعدم نفاذية الخرسانة وبالتالي فهو آمن للاستخدام في هيكل الاحتفاظ بالمياه، والبنية البحرية، إلخ.
يمكنه زيادة المقاومة المتبقية للخرسانة المقاومة للحرارة بعد الحرق.
يزيد من قوة ومتانة الخرسانة.
يعطي قدرة رش جيدة.
خيار أخضر، مادة بناء صديقة للبيئة.
أنها مادة فعالة من حيث التكلفة بالمقارنة مع معاصريها.
بالمقارنة مع المضافات المعدنية الأخرى، فهي متوفرة بسهولة وبوفرة في السوق.

وبالتالي، إذا أخذت في الاعتبار المزايا المذكورة أعلاه، فستجد أنها تتغلب تقريبًا على جميع قيود الخرسانة العادية وتبرز كبديل أفضل.

عيوب الميتاكولين في الخرسانة

استخدام Metakaolin يقلل من قابلية التشغيل للخرسانة بسبب نعومته. ومن ثم يصبح من الضروري استخدام مخفضات المياه أو المواد الإضافية التي تحبس الهواء لتحقيق قابلية التشغيل المطلوبة.

ومع ذلك، يمكن تحسين الأداء من خلال مراعاة ما يلي:

زيادة مراقبة الجودة أمر ضروري للحفاظ على الخصائص المرغوبة. يجب أن تكون مراقبة الجودة متسقة حتى تكون فعالة.
اختيار المواد مهم بنفس القدر. الجودة الأفضل قد تكلف أكثر من تلك الأقل.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية للميتاكولين

وفقًا لـ "Sanjay N. Patil و Anil K. Gupta & Subhash S. Deshpande" (نُشر في IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE)) ، فيما يلي خصائص Metakaolin

الخصائص الكيميائية للميتاكولين هي كما يلي:

Silica (SiO2): 51-53%
Al2O3: 42-44%
CaO: <20%
Fe2O3: <2.20%
SO4: <0.5%
K2O: <40%
Loss of Ignition: <0.50 %

الخصائص الفيزيائية للميتاكولين هي كما يلي؛

الشكل المادي: مسحوق
اللون: أوف وايت ، رمادي
الثقل النوعي: 2.40 إلى 2.60
النعومة: 8000-15000 م 2 / كجم.

كيف يمكن إضافة الميتاكولين في الخرسانة؟

يمكن مزج الميتاكولين مع الأسمنت البورتلاندي العادي ويمكن استخدامه كبديل جزئي للأسمنت بوزنه.

"م. أجرى Narmatha والدكتور T. Felixkala (نُشر في مجلة IOSR للهندسة الميكانيكية والمدنية (IOSR-JMCE)) برنامجًا تجريبيًا للتحقيق في استخدام Metakaolin كبديل جزئي مع الأسمنت. قاموا بصب العينة برتبة M60 من الخرسانة بمستويات استبدال مختلفة مثل 5٪ ، 10٪ ، 15٪ ، 20٪ من Metakaolin. وخلصوا إلى أن استبدال الأسمنت بنسبة 15٪ بميتاكولين يتفوق على جميع الخلطات الأخرى.

تأثير الميتاكولين على خواص الخرسانة

الركود / قابلية التشغيل للخرسانة

وفقًا لـ 'Sunny A. Jagtap، Mohan N. Shirsath & Sambhaji L. Karpe' (نُشر في International Research Journal of Engineering and Technology- IRJET) ، يتم تقليل ركود الخرسانة أو قابلية تشغيل الخرسانة بشكل كبير مع زيادة كمية الميتاكولين بنفس نسبة الماء إلى الأسمنت بسبب نعومة الميتاكولين. ولكن يمكن تعويض ذلك باستخدام مضافات تقليل المياه (الملدنات) أو باستخدام مزيج من الرماد المتطاير في الخلطات.

القوة

يعطي استخدام الميتاكولين في الخرسانة قوة مبكرة لأن له تأثير حشو جيد بالإضافة إلى تأثير البوزولاني.

النفاذية

يعطي استخدام الميتاكولين في الخرسانة تكثيفًا معينًا للبنية الدقيقة للخرسانة بسبب التفاعل البوزولاني والهيدروليكي ويؤدي إلى قدر أكبر من عدم النفاذية.

مقاومة التفاعل القلوي

يتمتع الاستبدال الجزئي للميتاكولين بمقاومة أعلى ضد التمدد بسبب تفاعل قلوي السيليكا.

الانتشار الكيميائي

استخدام الميتاكولين في الخرسانة يقلل من نفاذية الكلوريد. كلما زادت كمية الميتاكولين، قلت النفاذية. كما أنه يعطي مقاومة أفضل ضد هجوم الكبريتات والمواد العدوانية الأخرى مثل الأحماض المعدنية والعضوية.

استخدامات خرسانة الميتاكولين

تستخدم خرسانة الميتاكولين أثناء بناء السدود والجسور وهياكل الاحتفاظ بالمياه والهياكل البحرية وما إلى ذلك.

كما أنها تستخدم في المباني الشاهقة لتحقيق قوة عالية للخرسانة.

تستخدم في تصنيع الخرسانة عالية القوة والأداء والوزن الخفيف.

يتم استخدامها في صب الخرسانة الكتلية.

كما أنها تستخدم في بناء:

الأرضيات الصناعية ، المستودعات ، مستودعات الحاويات ، الطرق ، محطات الطاقة النووية ، إلخ.

الخلاصة، يتم استخدام Metakaolin كمادة pozzolanic للاستبدال الجزئي للأسمنت لإنتاج الخرسانة عالية القوة. الخرسانة عالية القوة تتحمل الأحمال التي لا تستطيع تحملها الخرسانة العادية القوة. يزيد الميتاكولين من نمو قوة الخرسانة في وقت مبكر. يوفر متانة طويلة الأمد ويزيد من صلاحية الخرسانة. يمكن أن يؤدي استخدام هذه المادة الإسمنتية التكميلية في الخرسانة إلى تعويض التكاليف غير المباشرة الناشئة عن المشكلات البيئية والتقنية والاقتصادية الناتجة عن إنتاج الأسمنت.