پوزولان به عنوان ماده ي جايگزين سيمان

 

پوزولان به عنوان ماده ي جايگزين سيمان

چكيده:

پوزولان ها مواد سيليسي و آلوميني هستند كه در مجاورت آب در حرارت معمولي با آهك تركيب شده و تشكيل مواد پايدار و نامحلول (ژل) داده و خاصيت سيماني شدن دارند. اقدام جهت شناسايي خاصيت پوزولان ها در بتن و ملات سال هاست كه به طور وسيعي در كشورهاي مختلف آمريكايي، اروپايي و ايران صورت گرفته است به نحوي كه به كارگيري اين مواد به عنوان ماده جايگزين سيمن در بتن در آيين نامه ها آورده شده است. در اين نوشتار به معرفي پوزولان ها از ديدگاه ASTM، حدود تركيبات شيميايي و طبقه بندي آن ها پرداخته شده است. همچنين معرفي مواد اصلي، چگونگي پيدايش و نيز بررسي مزاياي استفاده از پوزولان ها صورت گرفته است. از جمله مزاياي استفاده از پوزولانها، داشتن خصوصيات سيماني و در نتيجه صرفه ي اقتصادي، بالابردن مقاومت در برابر حمله اسيدها و قليايي سنگدانه ها و جلوگيري از ترك خوردن سطحي گسترده بتن، كاهش بتن ذيري، خاصيتي كه در ارتباط با آب بند بودن سازه هاي نگهدارنده آب و همچنين در ارتباط با حملات شيميايي مورد توجه مي باشد. بررسي مكانيزم حمله سولفات ها و تاثير پوزولان ها بر افزايش مقاومت بتن در برابر حمله سولفات ها، از طريق كاهش ميزان C3A در سيمان كه منجر به بالا بردن دوام بتن مورد تهاجم آب دريا مي شود، صورت مي گيرد.

 

مواد مكمل سيمان سازي

مقدمه

خاكستر پرندگان، تفاله هاي خرد شده كوره هاي بلند روي زمين، دود سيليكا و پوزولان هاي طبيعي مانند متاكالين، سنگ رسي و خاك رسي سوزانده موادي هستند كه – زماني كه با سيمان پُرتلند يا سيمان مخلوط استفاده مي شدند – از طريق اين مواد به عنوان مواد مكمل سيمان سازي (SCM'S) يا مواد مكمل سيمان سازي براي بهبود ويژگي هاي خاص مانند سيمان مانند كاهش فعل و انفعال زيان آور تراكم قليايي استفاده مي شوند.

از قديم، خاكستر پرندگان، تفاله، دود سيليكا و پوزولان  هاي طبيعي مانند خاك رس و سنگ رسي سوزانده در بتون استفاده مي شدند. امروزه، به خاطر دسترسي ساده به اين مواد، توليدكنندگان بتون مي توانند دو يا چند تا از اين مواد را براي بهينه سازي ويژگي هاي بتون به كار برند. تركيبات با استفاده از اين سه مواد سيمان سازي – كه تركيبات سه تايي ناميده مي شوند متداول تر مي شوند.

زغالسنگ، روباره كوره بلند، خاكستر سبوس برنج يا دوده سيليس. به همين منظور كارهاي كمي در خصوص توليد، بهينه سازي و مهندسي كردن مصالح پوزولاني كه به طور خاص در طرح هاي اختلاط سيمان هاي پرتلند استفاده مي شوند، انجام شده است. متاكائولين يك پيشرو در ميان نسل جديد چنين مصالحي مي باشد.

استفاده از دوده سيليس و ديگر افزودني هاي شيميايي براي بتن هايي با مقاومت هاي طراحي بيش از MP50 و يا مواردي كه شرايط بهره برداري، شرايط جوي و يا ملاحظات هزينه هاي طول عمر سازه، استفاده از بتن هاي توانمند (HPC) را ديكته مي كند، متداول مي باشد.

 

 

 

توليد HRM به عنوان جايگزيني براي دوده سيليس مي باشد. معادل بودن در افزايش مقاومت و خصوصيات مربوط به دوام به اضافه چند ويژگي و مشخصه ديگر HRM شامل رنگ و كارپذيري، به طور مؤثرتري مرزبندي هاي طراحي مصالح HPC را توسعه داده و وسيع كرده است. مزايايي كه از نظر خواص مهندسي در صورت استفاده از HRM حاصل مي شود با عوارض جانبي اندكي همراه است. در صورتي كه متاكائولين به طور مناسب تنظيم شود، بافت مخلوط بتن تازه، كارپذيري و قابليت پرداخت در صورت جايگزيني HRM با 15- 5 % سيمان بهبود مي يابد. ضمناً متاكائولين سفيد رنگ است و محصولات سيماني و بتني سفيد يا خاكستري را تيره نخواهد كرد.

متاكائولين يك سيليكات آلومينيم آمورف سفيد رنگ مي باشد كه داراي خواص پوزولاني مي باشد و براساس استاندارد ASTM C 618 در رده پوزولان هاي كلاس (N پوزولان  هاي طبيعي خام يا كلسينه شده) قرار مي گيرد. پيشوند متا (meta) در ادبيات براي نشان دادن "تغيير" به كار مي رود. از لحاظ علمي اين پيشوند به اين منظور استفاده شده است تا عبارت "كمترين ميزان هيدراته شده از يك گونه يا سري" را نشان دهد.

متاكالئولين به طور كامل قابل جايگزيني با پوزولان  توانمند (نظير دوده سيليس/ ميكروسيليس) است. درباره مقاومت فشاري، كاهش درصد افزودن متاكائولين براي ايجاد كارايي معادل با پوزولان  هاي قبلي ممكن خواهد بود. در ضمن امكان كاهش درصد فوق روانساز مورد نياز براي طرح اختلاط حاوي متاكائولين در مقايسه با طرح اختلاط حاوي دوده سيليس وجود دارد.

متاكائولن نيز همانند پوزولان  هاي ديگر با هيدروكسيد كليسم ايجاد شده بر اثر هيدراته شدن سيمان واكنش داده و سيليكات كلسيم هيدراته (C-S-H) توليد مي كند SiO₂ و Al₂O₃ بيشترين مواد شيميايي تشكيل دهنده متاكائولن هستند. همان طور كه در نمودار 2 مشخص شده در هرم پوزولان ها متاكائولن در ناحيه مياني هرم قرار مي گيرند.

 

سيمان هاي آميخته پوزولاني بنا به ضرورت هايي از جمله مصرف انرژي كمتر، حفظ محيط زيست و كاهش قيمت سيمان در دنيا توليد شدند سيمان هاي آميخته اي سرباره اي نيز به همين دليل سال هاست كه به بازار عرضه شده اند. كاهش در مصرف انرژي براي توليد كلينگر سيمان و كاهش توليد گازهاي آلاينده اي كه از سوختن مواد سوختني حاصل مي شود را از دلايل توليد و مصرف سيمان هاي آميخته است و مي توان با مصرف پوزولان هاي طبيعي يا مصنوعي از مصرف سوخت زياد و توليد مواد آلاينده و گازهاي نامطلوب جلوگيري كرد.

سيمان پورتلند پوزولاني

سيمان پرتلند پوزولاني حاوي حداكثر 15% پوزولان  طبيعي مرغوب از دامنه كوه سبلان مي باشند كه از خواص ويژه كاربردي به شرح ذيل برخوردار است:

1-    مقاومت در مقابل مواد شيميايي و فاضلاب

2-    مقاومت نهايي بالاتر

3-    قابليت نفوذ و كارپذيري بهتر براي ويبره شدن

4-    حفاظت مصالح و آرماتور درون بتون در مقابل نفوذ مواد خورنده

5-    خارج كردن املاح قليايي از بتن

6-    انبساط كمتر و قابل استفاده در بتن ريزي هاي حجيم

7-    حرارت هيدراتاسيون كمتر در بتن ريزي هاي حجيم

8-    بتن تشكيل شده از سيمان پوزولاني به علت نفوذ پذيري بهتر پوزولان و رواني آن دچار ترك خوردگي نمي شود.

9-    جلوگيري از واكنش قليائي – سيليكا در سنگدانه هاي بتن مخصوصاً در سد سازي (سرطان بتن)

10-حفظ منابع طبيعي به علت كاهش مصرف در سوخت و مواد اوليه سيمان

11-كاهش آلودگي هوا به علت جايگزين شدن به جاي كلينگر و كاهش مصرف سوخت هاي فسيلي

12-كاهش ميزان سايش تجهيزات در آسياب هاي سيمان

13-كاهش مصرف انرژي الكتريكي به علت كم سايش بودن در آسياب هاي سيمان

14-كاهش قيمت تمام شده در توليد سيمان

مصرف اين سيمان در هواي گرم مخصوصاً معتدل و مرطوب بسيار مطلوب مي باشد. در آب و هواي سرد به علت ويژگي هيدراسيون كمتر بايد بتن تازه در مقابل يخ زدن محافظت مي شود. اين سيمان به دليل ويژگي فوق و همچنين ماهيت پوزولان مي بايست مدت زمان بيشتري بعد از بتن ريزي نگهداي شود تا آماده بارگزاري گردد. با رعايت اين موارد مي توان نتيجه ايده آل تري از مصرف سيمان پرتلند پوزولاني به دست مي آورد.

 

سيمان تيپ يك

–        حرارت هيدراسيون بالا و نامناسب براي بتن ريزي هاي حجيم

–        انبساط نسبتاً بالا

–        مورد مصرف در مصارف عمومي

–        در محيط هاي خورنده شيميايي مانند سولفات ها – كلر و … مقاوم نمي باشد.

–        داراي مقاومت فشاري بالا در كوتاه مدت (3 و 7 روزه)

سيمان تيپ دو

–        حرارت هيدراسيون بالا و نامناسب براي بتن ريزي هاي حجيم

–        انبساط كم

–        در محيط هاي خورنده شيميايي مانند سولفات ها – كلر و … نسبتاً مقاوم مي باشد.

–        در بتن ريزي هاي حجيم با رعايت استانداردهاي مخصوص مي توان از آن استفاده كرد.

–        مقاومت فشاري نهايي بالا (28 روزه)

سيمان پوزولاني

بسياري از خواص بتن بر اثر استفاده از مواد پوزولاني بهبود مي يابد. برخي از اين آثار ناشي از خواص فيزيكي شامل ريز بودن ذرات و بقيه ناشي از فعل و انفعالات شيميايي پوزولاني با سيمان است. كاهش نفوذ پذيري بتن؛ كاهش آب انداختن بتن بهبود پرداخت پذيري بتن؛ افزايش چسبندگي مخلوط و در نتيجه افزايش كارايي بتن ناشي از خصوصيات فيزيكي پوزولان  است.

 

كم بودن حرارت هيدراتاسيون؛ مقاومت در مقابل خوردگي ها توام سولفات و كلر مناسب بودن آن در بتن ريزي هاي حجيم از ديگر خصوصيات منحصر به فرد سيمان هاي پوزولاني است. نهايتاً مي توان گفت بتن هاي ساخته شده از سيمان هاي پوزولاني داراي پايائي بيشتري نسبت به سيمان هاي معمولي هستند و سازه هاي مربوطه كه در واقع سرمايه هاي ملي هستند به مدت طولاني پابرجا خواهند بود.

توصيه هايي در مورد كاربرد و نگهداري سيمان پوزولاني

معمولاً در مقايسه با كلينگر؛ پوزولان ها به سهولت پودر مي شوند. بدين لحاظ با افزايش سطح دانه ها و ريز شدن آن ها نسبت به سطح سيمان معمولي در هنگام ساخت بتن نياز به آب بيشتري وجود دارد.

وزن معيني از سيمان پرتلند پوزولاني در مقايسه با سيمان پرتلند هم وزن خود داراي حجم بيشتري است در نتيجه در موقع خريد چنانچه به صورت فله اي خريداري گردد و يا در موقع پيمانه كردن براي ساختن بتن بايد به اين نكته توجه شود.

در صورت نگهداري و يا انبار نمودن سيمان بايد آنچنان انبار شود كه دسترسي بدان براي بازرسي و تعيين هر محموله آسان باشد. همچنين تهويه انبار بايد آنچنان مناسب باشد كه از مرطوب شدن آن محافظت نمايد و از كلوخه شدن ناشي از انبار را به حداقل برساند.

مواد پوزولاني

استفاده از مواد پوزولاني كه امروزه در افزايش دوام بتن در برابر خرابي هاي متفاوت بسيار رايج است يكي از روش هاي افزايش مقاومت بتن در برابر سيكلهاي يخبندان – ذوب يخ است. از جمله از اين مواد ميكروسيليس است. اين ماده در ميان منافذ موئينه نفوذ كرده و باعث قطع لوله هاي مرتبط اين نافذ مي شود و با اين كار يك بتن متراكم و با نفوذ پذيري پايين ايجاد مي كند.

پودر خاك سنگ در بهبود مقاومت بتن در برابر چرخه يخبندان – ذوب يخ بخصوص در حضور ميكروسيليس اثر مطلوبي دارد. اثر اين ماده در بهبود مقاومت بتن در برابر يخبندان در مخلوط هاي داراي مواد هوازا اندك است.

استفاده از ماده ميكروسيليس براي بهبود دوام بتن در برابر چرخه هاي يخبندان – ذوب مقاومتي نظير نمونه هاي داراي مواد هوازا دارد و مي توان براي به دست آوردن يك بتن بادوام نسبتاً مناسب در برابر يخ بندان از اين ماده استفاده كرد.

تركيب مواد هوازا و ميكروسيليس اثر مطلوبي بر افزايش مقاومت در برابر يخبندان دارد نمونه هاي بدست آمده از اين طرح اختلاط داراي مقاومت بسيار خوبي در برابر چرخه هاي يخبندان – ذوب – يخ هستند.

مواد پوزولاني ديگر نظير خاكستر بادي و سرباره كوره آهن گدازي باعث كاهش نفوذ پذيري مي شوند اما استفاده از اين موارد باعث افزايش مصرف مواد هوازا و به عبارتي كاهش مقاومت در برابر يخ بندان مي شود.

نمونه اي كه از تركيب ميكروسيليس و پودر خاك سنگ تهيه شده است داراي مقاومتي نظير نمونه هاي مواد حباب زا و ميكروسيليس است و بسيار در برابر يخبندان مقاوم است.

مواد اوليه و مصالح مصرفي در آزمايش ها

سيمان: سيمان مصرفي از نوع پرتلند ضد سولفات متوسط (نوع دو) مي باشد.

تعريف مواد ميكروسيليسي:

ميكروسيليس با نام تجاير ميكروسيليكا مي باشد كه با استاندارد ASTM C1240 دارد.

ميكروسيليس: مقدار ميكروسيليس مصرفي كه به صورت جايگزين سيمان در بتن ها قرار گرفته اند طبق مراجعه مطالعات صورت گرفته حدود 8 ميكروسيليس اثر مناسبي بر روي دوام دارد و با افزايش از اين مقدار سير صعودي اثر مطلوب آن كاهش مي يابد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 1: طرح اختلاط مورد استفاده در آزمايشگاه

نسبت آب به سيمان	درشت دانه (kg)	ماسه با پودر خاك سنگ	ماسه (kg)	روان كننده (g)	حباب زا (m-lit)	ميكروسيليس (kg)	آب (LIT)	سيمان (kg)	شماره و نام نمونه
55/0	992	___	835	___	___	___	176	320	PC
55/0	992	835	___	___	___	___	176	320	PC-P
4/0	992	___	979	6380	___	6/25	128	4/294	PC-P
4/0	992	979	___	6250	___	6/25	128	4/294	PC-S-P
4/0	992	___	855	5920	320	___	128	320	PC-A
4/0	992	855	___	5850	320	___	128	320	PC-A-P
4/0	992	___	875	5830	320	6/25	128	4/294	PC-S-A
4/0	992	875	___	5780	320	6/25	128	4/294	PC-S-A-P
7/0	992	___	855	___	___	___	210	300	SH

 

جدول 2: مشخصات شيميايي ميكروسيليس كارخانه از نا مورد استفاده

SO3	آهك آزاد	افت سرخ شدن	Mgo	CaO	Fe2o3	Al2O3	SiO2
45/0	___	10/2	60/0	24/2	00/2	55/1	1/91

 

مقادير اجزاي تشكيل دهنده نمونه ها

تمامي نمونه هاي بتن سبك ليكا با عيار سيمان Kg/m³ 550 و نسبت آب به سيمان 4/0 ساخته شده اند ابتداي طرح شاهد فاقد دوده سيليسي ساخته شد. سپس يك طرح با جايگزيني 10 درصد وزني سيمان با دوده سيليسي ساخته شد. سپس تمام مراحل ساخت و آزمايش بطور يكسان با سبك دانه پاميس تكرار شد. مقادير مخلوط هاي بتن ها در جدول شماره 3 و 4 آمده است.

جدول 10- مقادير مخلوط هاي بتن سبك ليكا (متغير ميكروسيليس) Kg/m³

شماره طرح	اسم طرح	درشت دانه سبك	ريز دانه سبك	سيمان c	ميكروسيليس s.f	B=C+s.f	آب w	فوق روان كننده	w/b	وزن مخصوص محاسباتي
1	L14	75/183	71/314	550	___	550	220	___	4/0	46/1268
2	L19	75/183	03/307	495	55	550	220	20/2	4/0	98/1262
3	L17	75/183	35/299	440	110	550	220	60/5	4/0	70/1258

جدول شماره 11 – مقادير مخلوط هاي بتن سبك پاميس (متغير ميكروسيليس) Kg/m³

شماره طرح	اسم طرح	درشت دانه سبك	ريز دانه سبك	سيمان c	ميكروسيليس s.f	B=C+s.f	آب w	فوق روان كننده	w/b	وزن مخصوص محاسباتي
1	Pp4	97/270	71/473	550	___	550	220	___	4/0	68/1514
2	Pp9	97/270	82/463	495	55	550	220	10/2	4/0	79/1504
3	Pp7	97/270	92/453	440	110	550	220	80/4	4/0	89/1494

برنامه هاي آزمايشگاهي

به دليل جذب آب زياد سبك دانه ها مصالح به صورت اشباع با سطح خشك مصرف شده اند. وزن هاي ارائه شده در جدول 3 و 4 براي مصالح، وزن اشباع با سطح خشك آن ها مي باشد. در ساخت نمونه هاي فشاري از قالب هاي استاندارد 10 سانتي متري استفاده گرديد. براي تعيين مقاومت فشاري و همچنين وزن مخصوص نمونه ها تعداد 3 نمونه براي آزمايش در هر سن ساخته شده و ميانگين نتايج آزمايشات هر سه نمونه ذكر گرديد. براي تعيين مقاومت كششي، از نمونه هاي استوانه اي 15  30 سانتي متري و روش آزمايش شكافت نمونه استوانه اي (آزمايش برزيلي) استفاده گرديد.

 

نتايج آزمايشات

تأثير جايگزيني سيمان با دوده سيليسي و مشخصه هاي مكانيكي بتن سبك ليكا و پاميس به ترتيب در جدول شماره 5 و 6 آمده است.

جدول شماره 12 – نتايج آزمايشات بتن سبك ساخته شده با ليكا، متغير ميكروسيليس

شماره طرح	اسم طرح	دوده سيليسي	متوسط مقاومت فشاري 7 روزه	متوسط مقاومت فشاري 14 روزه	متوسط مقاومت فشاري 28 روزه	متوسط مقاومت كششي 28 روزه
1	L14	___	8/10	5/12	1/15	73/1
2	L19	B %10	4/12	7/16	9/6	02/2
3	L17	B %20	0/12	2/16	5/17	19/2

جدول شماره 13 – نتايج آزمايشات بتن سبك ساخته شده با پاميس، متغير ميكروسيليس

شماره طرح	اسم طرح	دوده سيليسي	متوسط مقاومت فشاري 7 روزه	متوسط مقاومت فشاري 14 روزه	متوسط مقاومت فشاري 28 روزه	متوسط مقاومت كششي 28 روزه
1	PP 4	___	1/15	8/17	2/19	94/1
2	PP 9	B %10	9/15	3/18	6/20	29/2
3	PP 7	B %20	8/16	9/18	7/21	51/2

 

مشخصه هاي مكانيكي بتن سبك ليكا و پاميش با افزايش درصد دوده سيليسي افزايش يافته است. در نمودار شماره 1 و 2 به ترتيب اثر جايگزين در سطح هاي مختلف دوده سيليسي در سنين مختلف براي بتن سبك ليكا پاميس ساخته شده با نسبت آب به سيمان 4/0 بر مقاومت فشاري مشاهده مي شود.

در نمودار شماره 3 به ترتيب تأثير جايگزيني سيمان با 10 و 20 درصد دوده سيليسي بر مقاومت كششي بتن يبك ليكا و پاميس با نسبت آب به سيمان 4/0 به همراه نمونه شاهد بدون دودهد سيليسي مشاهده مي شود با توجه به نمودار با افزايش درصد دوده سيليس مقاومت كششي هر دو نوع بتن سبك افزايش يافته است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نمونه كوه هايي كه مواد پوزولاني در آن ها موجود است.

نتيجه گيري

مقايسه مشخصه هاي مكانيكي 28 روزه بتن سبك ليكا و پاميس حاوي نسبت هاي مختلف دوده سيليسي با نسبت آب به سيمان 4/0 در نمودارهاي شماره 4 و 5 آمده است.

سيمان پرتلند پوزولاني (انواع P, Lp وl (PM)  )

اين سيمان ها از آسياب كردن و مخلوط كردن پوزولان ها (خاكهاي طبيعي و مصنوعي جايگزين سيمان) با سيمان پرتلند ساخته مي شوند. بر طبق استاندارد ASTM C 618-84 پوزولان ها به مواد سيليسي يا سيليسي آلوميني اتلاق مي شودكه به تنهايي خاصيت گيرش و سيماني شدن را ندارند ولي به صورت ذرات ريز و در محاورت رطوبت با آهك آزاد شده از هيدراتاسيون سيمان و در درجه حرارت محيط، تركيباتي با خاصيت سيماني تشكيل مي دهند.

به طور كلي سيمان هاي پوزولاني به آرامي مقاومت پيدا كرده ليكن مقاومت دراز مدت آن ها نسبتاً بالاست، به جهت ديرگيري، مدت طولاني تري مي بايست از بتن ساخته شده از اين سيمان ها مراقبت نمود، شكل (2-6) افزايش مقاومت فشاري يك نمونه بتن با سيمان پرتلند (كنترل) و نمونه ساخته شده از خاكستر نرم يا بادي PFA را نشان مي دهد. البته اين *** بسته به ميزان درصد جايگزيني مادة پوزولاني و سيمان تغيير مي باشد.

استاندارد ASTM C 595-83a نوع سيمان پوزولاني IP را براي مصارف عادي و نوع P را براي زماني كه مقاومت اوليه بالا در بتن نيازي نيست، توصيه مي كند. نوع l (PM) در حقيقت سيمان پرتلند پوزولاني اصلاح شده مي باشد كه براي كارهاي معمولي به كار مي رود.

 

شكل (2-6) – افزايش مقاومت بتن ساخته شده از سيمان پرتلند معمولي (كنترل) و بتن با خاكستر نرم يا بادي (PFA)

در انواع سيمان هاي پوزولاني IP و P درصد جايگزين پوزولان  ها بين 40 تا 15 درصد كل مواد سيماني و در نوع l (PM) اين مقدار به كمتر از 15 درصد محدود مي گردد. براساس استاندارد BS4627 مقدار پوزولان در سيمان پرتلند پوزولاني به 20 درصد كل وزن محدود مي گردد. در حال حاضر در نظر است تا حداكثر 35 درصد به تائيد نهايي برسد. استاندارد BS 3892 مقدار درصد خاكستر نرم (PFA) را يك پوزولان متداول مي باشد، بين 25 تا 40 درصد وزني مشخص مي سازد. PFA در بتن سبب افزايش مقاومت در مقابل سولفات شده و مي تواند با سيمان هاي روباره آهنگدازي و سيمان هاي با حرارت زايي پايين به شرطي كه خواص لازم را داشته باشد، مخلوط شده و به كار رود. استفاده از اين پوزولان  در بتن هاي غلتكي سدها، در بتن هاي با خاصيت حرارت زايي پايين و در ساخت بتني مقاوم در مقابل محلول هاي شيميايي مخرب، سالهاست كه با آن جايگزين مي شوند. ليكن مزيت آن ها در بتن ريزي هاي حجيم مي باشد كه بايد حرارت توليد شده كنترل گردد. جايگزيني درصدي از سيمان پرتلند و پوزولان ها بايستي كاملاً روشن باشد. در واقع چون وزن مخصوص پوزولان ها (بين 4/2-9/1) به مراتب كمتر از وزن مخصوص سيمان (15/3) مي باشد، جايگزيني وزني آن ها نسبت بالا رفتن حجم كل مواد شيميايي مي شوند.

خاكستر پرندگان

خاكستر پرندگان، پس مانده متلاشي شده اي است كه نتيجه احتراق زغال پودر شده در پودر الكتريكي اي است كه توليد كننده گياهان است. در اثر تحريق در كوره، اكثر مواد فرار و كربن موجود در زغال ضد احتراق مي شوند.

–    در طول احتراق، ناخالصي دماي مواد معدني زغال سنگ در سوسپانسيون گداخته شده و از طريق گازهاي لوله تخليه از اتاق احتراق خارج مي شوند. در اين جريان مواد گداخته شده، سرد گرديده و داخل اجزاي شيشه اي كروي كه خاكستر پرندگان ناميده مي شود، سفت مي شوند. سپس خاكستر پرندگان از طريق ته نشين كننده هاي ساكن الكترونيك يا فيلترهاي كيسه اي از گازهاي لوله تخليه جدا مي شوند.

–    اكثر اجزاي خاكستر پرندگان، گويهاي جامد و بقيه گوي هاي ميان تهي مي باشند. اندازه اجزاي خاكستر پرندگان از كمتر cm 1 تا بيشتر از cm 100 به همراه اندازه نوعي اجزاء كه زير cm 20 اندازه گيري مي شود متفاوت است. سطح آن 300 تا Kg/m² 500 است.

براي خاكستر پرندگان بدون فشردگي محدود، تراكم زياد مي تواند از 540 تا Kg/m³  860 متفاوت باشد، در حاليكه با ارتعاش يا ذخيره سازي محدود مظروف، گسترده مي تواند 1120 تا Kg/m³  1500 باشد.

اساساً خاكستر پرندگان، شيشه سيليكات است كه حاوي سيليكا، آلومينيوم، آهن و كلسيم است. تركيبات فرعي، منيزيم، سولفار، سديم، پتاسيم و كربن هستند. تركيبات كريستالي به مقدار كمي وجود دارند. تراكم نسبي خاكستر پرندگان بين 1 تا 9، 2 تا 8 مي باشد و رنگشان خرمايي يا خاكستري است.

خاكسترهاي پرندگان Class C و Class F به عنوان تركيبات پوزولان  در بتون استفاده مي شوند.

– مواد Class F، خاكسترهاي پرندگان هستند كه داراي كلسيم اندك مي باشند و كمتر از % 5 كربن دارند، اما برخي از آن ها ممكن است به % 10 نيز برسد. مواد Class C داراي نسبت به خاكسترهاي Class F داراي محتوي هاي بيشتر كلسيم هستند. بسياري از خاكسترهاي Class C زماني كه در معرض آب قرار مي گيرند هيدرات شده و در كمتر از 45 دقيقه سفت مي گردند.

غالباً خاكستر پرندگان Class F در كنار توده مواد سيمان سازي در مقدار معين % 15 تا % 20 استفاده مي شوند و خاكستر پرندگان Class F در كنار توده مواد سيمان سازي در مقدارهاي معين % 15 تا % 40 به كار مي روند. بنابراين، زماني كه بتون بايد مقاوم مقياس گذاري مايع ضد يخ باشد، بايد حداكثر مقدار خاكستر پرندگان مورد استفاده در كنار توده مواد سيمان سازي % 25 باشد بايد حداكثر مقدار خاكستر پرندگان، تفاله و خاك رس سوزانده

دود سيليكا

دود سيليكا – كه به ميكروسيليكا يا دود سيليكا سوزانده ارجاع داده مي شود – ماده اي فرعي است كه به عنوان پوزولان  استفاده مي شود. اين محصول فرعي نتيجه كاهش كورتز خالص به همراه زغال سنگ در كوره قوس الكتريكي در توليد سيليكون يا آلياژ سيليكون آهني است.

– دود سيليكا به عنوان بخار اكسيد شده از كوره هاي C ْ 2000 بالا مي رود. زماني كه سرد مي شود، منقبض مي گردد و در كيسه هاي بزرگ پارچه اي جمع آوري مي گردد. سپس دود سيليكاي منقبض شده براي برداشتن ناخالصي هاي كنترل اندازه اجزا پردازش مي شوند.

– سپس دود سيليكاي منقبض شده ضرورتاً دي اكسيد سيليكون در شكل غير كريستالي مي باشد. چون آن يك ماده اي است كه شبيه خاكستر پرندگان در حال پرواز مي باشد داراي شكل كروي است. به همراه اجزايي كمتر از cm 1 در ديامتر و ديامتر متوسط حدود cm 1 و خيلي نرم مي باشد و حدود 1000 بار كمتر از اجزاي سيمان مي باشد.

– تراكم نسبي دود سيليكا در حيطه 20 و 2 تا 25 و 2 مي باشد اما مي تواند به زياد 5 و 2 نيز باشد. فشردگي انبوه دود سيليكا از 130 تا Kg/m³ 430 متفاوت مي باشد. دود سيليكا به شكل پودر سفت بوده اما در شكل مايع متداول تر است.

– دود سيليكا در كنار توده كل مواد سيمان سازي در مقادير بين % 5 و % 10 هستند. آن در كاربردهايي كه مقدار زيادي نفوذ ناپذيري نياز مي شود و در سيمان تقويت شده به كار مي رود.

در مواردي كه بايد سيمان مقاوم مقياس گذاري مايع ضد يخ باشد.

تفاله

تفاله خرد شده كوره هاي بلند، كه سيمان تفاله نيز ناميده مي شود، از تفاله كوره هاي بلند آهني ساخته مي شود. آن يك سيمان هيدراليكي غير فلزي است كه متشكل از سيليكات ها و آلومينيوم سيليكاتي كلسيم است كه در شرايط ذوب به طور همزمان به همراه آهن در كوره هاي بلند گسترش يافته است.

– تفاله ذوب شده در دماي حدود C ْ 1500 براي شكل دادن ماسه شيشه اي شبيه مواد خرد شده از طريق سفت شدن در آب به سرعت سرد مي شود. مواد خرشد شده كه كمتر از 45 ميكرون هستند داراي ظرافت سطح حدود 400 تا Kg/m² 600 هستند. تراكم نسبي در حدود 15 و 2 تا 95 و 2 است. تراكم انبوه از 1050 تا Kg/m³ 1375 متفاوت است.

– سيمان تفاله داراي اجزاي گوشه دار و سخت است و با وجود آب و Ca يا Na oH از طريق سيمان پرتند آماده مي شود، آن هيدرات شده و شبيه سيمان پرتلند در amanner قرار مي گيرد.

 

پوزولان هاي طبيعي

پوزولان هاي طبيعي براي چندين قرن استفاده شده اند. امروزه هنوز بسياري از ساختارهاي سيمان پوزولان  رومي، يوناني، هندي و مصري وجود دارد.

– رايج ترين پوزولان هاي طبيعي كه امروزه استفاده مي شوند مواد پردازشي هستند كه در تنور گرم شده و سپس به پودر نرم تر تبديل مي شوند، آن ها شامل:

– خاك رس سوزانده

– سنگ رس سوزانده

– متاكالين هستند.

تأثيرات روي سيماني كه به تازگي مخلوط شده است.

قوانين آب

– تركيبات سيمان حاوي خاكستر پرندگان است كه براي تنزل داده شده نياز به آب كمتري از سيماني است كه فقط در بردارنده سيمان پرتلند است. مشابهاً، تفاله بستگي به مقدارش نياز آب را از % 10 تا % 10 درصد كاهش مي دهد.

– نياز آب سيماني كه حاوي دود سيليكا است با افزايش مقادير دود سيليكا زياد مي شود، مگر اين كه كاهش آب لازم شود.

– پوزولان هاي طبيعي داراي اثر كمي بر روي نياز آب در مقدارهاي نرمال هستند.

قابليت استفاده

معمولاً خاكستر پرندگان، تفاله و برخي از پوزولان هاي طبيعي قابليت استفاده سيمان را در تنزلات مساوي بهبود مي دهد. در حالي كه ممكن است قابليت استفاده و كمك به سختي تركيب سيمان كاهش يابد.

 

رنگ پس دهي و جدا سازي

– به خاطر نياز كاهش يافته آب، سيمان ها به همراه خاكستر پرندگان كمتر از سيمان هاي دشت ها مانع رنگ پس دهي و جدا سازي مي گردند.

– ممكن است تفاله ها بدون هيچ تأثير بد بر روي جدا سازي درجه و مقدار رنگ پس دهي را كاهش دهند. تفاله هاي نرمتر از سيمان، رنگ پس دهي را كاهش مي دهند.

تنظيم زمان

– خاكستر پرندگان، تفاله هاي روي زمين و پوزولان هاي طبيعي تنظيم زمان بتون را افزايش مي دهند. ممكن است دود سيليكا تنظيم زمان بتون را كاهش دهد.

كراكينگ انقباض پلاستيك

ممكن است بتون دود سيليكا به خاطر تأثير ويژگي هاي اندك رنگ پس دهي مانع افزايش كراكينگ انقباض پلاستيك شود. در طول به پايان رسيدن و بعد از آن ها حفاظت صحيحي در مقابل خشك شدن لازم است. ساير مواد مكمل سيمان سازي كه به طور چشمگيري تنظيم زمان را افزايش مي دهند مي توانند ريسك انقباض پلاستيك را بالا برند.

عمل آوردن بتن

بتون كه در بردارنده مواد مكمل سيمان سازي است نياز به، عمل آوردن صحيح بتن دارد. عمل آوردن بتن بايد فوراً بعد از تمام شدن، آغاز گردد. به عمل آوردن مرطوب 7 روزه بتن يا به عمل آوردن پوسته بتن بايد به كار برده شود. برخي از سازمان ها حداقل براي به عمل آوردن تمام بتون هايي كه در بردارنده مواد پوزولاني هستند 21 روز مشخص مي كنند.

تأثيرات روز بتون سفت شده

استحكام

تمام مواد مكمل به استحكام بتون كمك مي كنند. بنابراين، استحكام بتون كه در بردارنده اين مواد است به همراه مواد سيمان سازي مي تواند بيشتر يا كمتر از بتون باشد.

استحكام مي تواند با يك يا تريكبي از موارد زير افزايش يابد:

– افزايش مقدار مواد سيماني در بتون

– افزودن مواد سيماني كه استحكام زيادي دارند.

– كاهش نسبت WIC

– استفاده از تركيب تسريع كننده

خشك كردن انقباض و لغزيدن

در زماني كه در محتويات معتدل استفاده مي شود، تأثير مواد مكملي روي خشك كردن انقباض و لغزيدن، كم است و داراي ارزش عملي اندكي مي باشد.

نفوذ پذيري و جذب

به عمل آوردن كافي بتون به همراه مواد تكميلي، نفوذ پذيري و جذب آب را كاهش مي دهد. دود سيليكا و ساير مواد پوزولاني مي تواند با استفاده از 1202 ASTM C تحت Coulombs 1000 مقاومت كلريد را بهبود دهد.

عکس های مربوط به بخش خاکستر پرندگان:

 

 

 

 

 

                             

منابع

1- رمضانيانپور، علي اكبر؛ پيدايش، منصور. «دوام بتن و نقش سيمان هاي پوزولاني»، نشريه شماره 274، تهران، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، 1376

2- باقري، عليرضا. «حرارت زايي بتن حاوي ميكروسيليس» مجموعه مقالات سمينار بين المللي كاربرد ميكروسيليس در بتن، نشريه شماره 243، تهران، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، 1376

3- وربرگ، جرج.ج. «مكانيزم خوردگي فولاد در بتن» مؤسسه بتن آمريكا (ACL)، ترجمه نرمين سيد عسگري، تهران، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، 1364

4- رمضانياپور، علي اكبر؛ پيدايش، منصور. «دوام بتن درحاشيه خليج فارس» پايان نامه كارشناسي ارشد دانشكده عمران دانشگاه صنعتي اميركبير، اسفند 1370

5- رمضانياپور، علي اكبر؛ پاشايي، رضا. «كرناتاسيون در سازه هاي بتن مسلح»، تهران، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، 1375

6- مركز تحقيقات ساختمان و مسكن

www.icce7th.com

   www.bhrc.ac.ir

www.civilica.com

6. SOROKA.I."Concrete in hot environments", National Building Research Institute, Faculty of Civil engineering, Technion. Israel Institute of teehnology, 1993

7. Bentur .A. Goldman .A. "Curing effects. Strength and properties of high strenghth silica fume concretes", J. Mater. Civ. Eng, l (1) (1988), pp. 46-58

8. RILEM Report. "Corrsion of steel in concrete", Report of the technical committee 60 CSC RILM, 1988

9. Gjorv, O.E "Steel corrosion in marine Concrete Structures:, An overview, Proceeding of symposium, honoring Professor Ben C, Gerwich. Jr, Department of civil Engineering, University of caliifornia at Berkeley, January 16, 17, 1989, pp/ 7

http:// www.ici.ir

http:// www.ngdir.ir

http:// www.ut.ac.ir