سيمانهاي پوزولاني ونحوه توليد آنها تعريف پوزولان: پوزولان ماده سيليسي يا آلوميني-سيليسي است كه به خودي خود خاصيت چسبانندگي (ارزش سيماني) ندارد يا خاصيت چسبانندگي ناچيزي دارد ولي به شكل پودر ريزدانه و در مجاورت رطوبت و در دماي معمولي به صورت شيميايي با هيدروكسيد كلسيم واكنش نشان ميدهد و تركيباتي با ويژگي سيماني و چسباننده پديد مي آورد (ACI 116). پوزولان طبيعي چيست ؟ با توجه به اينكه براي اولين بار روميها در نزديكي خليج ناپل بنام پوزولي پوكه سنگ سرخي را استخراج و با آن همراه با آهك شكفته و آب ملاتي را مي ساختند پس از مدتها سختي قابل توجهي را بدست مي آورد لذا اين نوع سنگ را پوزولان وخواص مشابهي را كه برخي از سنگهاي آذرين يا مواد ديگري دارند خواص پوزولاني مي نامند منشا پوزولانها انفجارات آتشفشاني است پوزولانها حاصل خروج شديد مواد مذاب از دهانه كوههاي آتشفشاني است. كه در دامنه اين كوهها و نيز مجراهاي بين كوهها جريان يافته و در مجاورت هوا قرار مي گيرند شدت فوران باعث تشكيل ذرات بسيار ريزي مي شود كه با سرد شدن سريع ايجاد فاز هاي شيشه اي مي نمايند. پوزولانها عمدتا داراي مقادير زياد سيليس و آلومين هستند كه داراي خاصيت اسيدي بوده و ميل تركيب زيادي با آهك قليائيها دارند كه اين تركيبات ذاتا شيشه اي بوده و از اجزاء بسيار نرم و ريز و عناصر بي شكل تشكيل شده اند پوزولان براي آن كه بتواند با هيدروكسيد كلسيم واكنش نشان دهد (واكنش پوزولاني) بايد تا آنجا كه ممكن است ريزدانه شود. با افزايش ريزدانگي پوزولان, واكنش پوزولاني (Pozzolanic activity) آن افزايش مييابد و ويژگي پركنندگي (Filling) آن نيز بهبود مي يابد ويژگيهاي فيزيكي پوزولان گو اينكه پوزولانها ويژگيهاي بتن تازه و سخت شده را بهبود مي بخشند ولي عموما به دليل چگالي كمتر و ريزدانگي بيشتر نسبت به سيمان پرتلند, در وزن مساوي با سيمان پرتلند از حجم و سطح جانبي بيشتري برخوردارند كه سبب افزايش حجم و سطح خمير سيماني در اثر جايگزيني بخشي از سيمان با پوزولان در سيمان آميخته ميشود و تغيير رفتار رئولوژيكي بتن را به دنبال دارد. چگالي كمتر و ريزدانگي بيشتر پوزولانها سبب ميشود كه سيمانهاي آميخته براي دستيابي به رواني مشخص عموما به مقدار آب بيشتري نسبت به سيمان پرتلند نياز داشته باشند. در چنين مواردي براي پرهيز از مصرف آب اضافي يا افزايش نسبت آب به مواد سيماني در بتن داراي سيمان آميخته (يا پوزولان) استفاده از افزودنيهاي كاهنده آب اجتناب ناپذير است. نحوه توليد سيمان پرتلند آميخته: الف-آسياب همزمان كلينكر و پوزولان ب-آميختن سيمان پرتلند با پوزولان آسياب شده ج-تركيبي از دو روش انتخاب روش توليد به عوامل زير وابسته است : نوع مواد مكمل سيماني (مواد مختلف داراي قابليت هاي خردايش متفاوت هستند) ملاحظات اقتصادي (ميزان مصرف انرژي) سطوح جايگزيني ريزي يا توزيع اندازه دانه هاي مورد نياز خصوصيات مكانيكي و دوامي مورد انتظار مهم ترين تفاوت بين آسياب همزمان و جداگانه : يكسان نبودن توزيع اندازه دانه ها زيرا هنگام آسياب همزمان، اجزا بر يكديگر اثر ميگذارند (به دليل دارابودن قابليت هاي خردايش متفاوت). اين اثرات ميتوانند منجر به بهبود يا تضعيف فرايند آسياب گردند. ميزان مصرف انرژي را كاهش يا افزايش دهند. توزيع اندازه دانه ها را تغيير دهند. توزيع اندازه دانه ها بر رئولوژي، ميزان گرماي آزاد شده در سنين اوليه، تقاضاي آب، نرخ افزايش مقاومت و . . . اثر گذار است. خواص بتن با استفاده از سيمانهاي آميخته با پوزولان‌هاي طبيعي بتن تازه: زمان گيرش: كاربرد سيمانهاي آميخته با پوزولان‌هاي طبيعي به ويژه در مقادير بالاعموماً منجر به زمان گيرش بيشتر نسبت به سيمان پرتلند معمولي مي‌گردد. اين خاصيت در مناطق گرم كشور مطلوب ميباشد. براي مناطق سرد لازم است همانند سيمان هاي پرتلند تمهيدات بتن ريزي در هواي سردبكار برده شود. كارايي : به‌علت جذب آب بالاي اغلب پوزولان‌هاي طبيعي، مخلوط بتن تازه با افت كارايي يا اسلامپ همراه خواهد شد. به‌منظور تأمين كارايي لازم در بتن تازه، مي‌توان از روان‌كننده يا فوق‌روان‌كننده‌ها استفاده نمود. جداشدگي: به‌علت جذب آب و چسبندگي بالاي پوزولانها، خطر جدايي دوغاب و سنگدانه‌ها در بتن تازه كمتر خواهد بود. آب انداختن: آب انداختن بتن در حقيقت نوعي جدايي در بتن است كه در آن قسمتي از آب مخلوط به بالا و سطح بتن آمده و از دانه‌ها جدا ميشود. در حقيقت علت آن عدم توانايي ذرات جامد در نگهداشتن همه آب مخلوط بين خود و جلوگيري از ته نشين شدن آنها است. آب انداختن بتن لزوماً عملي زيانبار نيست. اگر اين عمل دست نخورده بماند (و آب بخار شود) نسبت آب به سيمان مؤثر مخلوط پايين آمده و مقاومت افزايش مييابد. اما در صورتي كه آب بالا آمده به همراه خود مقدار قابل توجهي ذرات ريز سيمان را به بالاي سطح بتن بياورد. لايه‌اي از شيره بتن روي سطح تشكيل ميشود. اين لايه در بالاي دال يك سطح كاملاً متخلخل و كم مقاومت در مقابل سايش پديد مي‌آورد. همچنين در بالاي هر قسمت بتن ريزي شده اين سطح ضعيف تشكيل ميشود كه چسبندگي آن با لايه بسيار بالا بسيار كم خواهد بود. به همين دليل همواره بايد شيره فوق با برس زدن و شستن از سطح بتن پاك شود. اگر چه آب انداختن به ميزان آب مخلوط بستگ دارد ليكن تا حد زيادي به خواص سيمان نيز وابسته است. آب انداختن بتن با ريزتر شدن سيمان كاهش مييابد و پاره‌اي از واكنشهاي سيمان را نيز در آن اثر ميگذارند. در سيمانهاي پوزولاني به‌علت جذب آب بالاتر، خطر آب‌افتادگي در بتن تازه كمتر خواهد بود. بتن سخت شده گرماي هيدراتاسيون: كاربرد سيمانهاي آميخته با پوزولان‌هاي طبيعي سبب كاهش حرارت هيدراسيون در بتن در سنين اوليه و در درازمدت ميباشد. اين خاصيت در مناطق گرمسير كشور و در ساخت بتن‌هاي حجيم نظير سدها، ديوارها، پي‌ها، علاوه بر كنترل ايجاد ترك‌هاي حرارتي، صرفه‌جويي قابل ملاحظه‌اي در كاهش انرژي مصرفي براي سرد كردن بتن دارد. مقاومت فشاري: در شرايط يكسان مقاومت سنين اوليه سيمانهاي آميخته با پوزولان‌هاي طبيعي كمتر از سيمانهاي پرتلند معمولي است ليكن در درازمدت (اغلب 90روزه) اين مقاومت برابر سيمانهاي معمولي شده و در سنين بالاتر به‌علت فعاليت پوزولاني حتي بيشتر نيز خواهد شد. با استفاده از پوزولان‌هاي طبيعي با فعاليت پوزولاني بالاتر و ريزتر آسياب كردن سيمان آميخته مي‌توان كاهش مقاومت سنين اوليه را نيز اصلاح نمود. در نمودار شكل شماره يك مقاومت فشاري اوليه ونهايي سيمان پرتلند تيپ يك در مقتيسه با سيمان پوزولاني اورده شده است. مدول الاستيسيته، جمع‌شدگي و خزش: نظير مقاومت، مدول الاستيسيته بتن‌هاي ساخته‌شده با سيمانهاي آميخته با پوزولان طبيعي در سنين اوليه كمتر و در درازمدت مي‌تواند حتي بيشتر از سيمانهاي پرتلند معمولي شود. جمع‌شدگي اين سيمانها معمولاً كمي بيشتر و خزش آنها كمي كمتر از بتن‌هاي ساخته‌شده با سيمانهاي پرتلند معمولي است كه البته همه موارد فوق با طرح اختلاط قابل اصلاح ميباشد. تخلخل و نفوذپذيري: واكنشهاي ثانويه پوزولانها و تشكيل ژل ثانويه سبب پرشدن حفرات و كاهش نفوذپذيري بتن ميشود. كاهش نفوذپذيري بتن‌هاي ساخته‌شده با سيمانهاي آميخته با پوزولان‌هاي طبيعي، سبب افزايش دوام اين بتن‌ها در محيط‌هاي مهاجم مختلف نسبت به بتن‌هاي ساخته‌شده با سيمان پرتلند مي‌گردد دوام بتن بتن با دوام بتني است كه بتواند شرايط محيطي را تحمل نمايد ودرطول ساليان معين كسيخته نشود. لزوما“ بالا بودن مقاومت اوليه بتن دليل بر با دوام بودن آن نمي باشد چه بسا دراكثرموارد سيمانهاي زود سخت شونده وبا مقاومت اوليه بالا دوام كمتري از سيمانهاي معمولي دارند سيمان با دوام سيماني است كه در موقع هيدراتاسيون (موقع مخلوط شدن آب به سيمان ) بيشترين مقدار سيليكات كلسيم هيدارته و كمترين مقدار هيدروكسيد كلسيم را توليد نمايد بواسطه اينكه يكي از عوامل اصلي تخريب سيمان ،انجام واكنش مابين هيدروكسيد كلسيم آزاد شده ناشي از هيدراتاسيون سيمان با سولفات مي باشد ازاين بابت در اولويت اول سيمانهاي پوزولاني ودر مراحل بعدي سيمانهاي با فازC3s,C3A پايين جزو سيمانهاي با دوام محسوب مي شوند. خرابي سولفاتي: در تجربيات درازمدت، عملكرد بتن‌هاي ساخته‌شده با سيمانهاي آميخته با پوزولان طبيعي بسيار بهتر از بتن‌هاي ساخته‌شده با سيمان پرتلند معمولي به‌علت C3A كمتر، مصرف هيدروكسيد كلسيم توسط پوزولان و نيز نفوذپذيري كمتر آنها بوده است. خرابي كلريدي و زنگ آرماتور: بتن‌هاي ساخته‌شده با سيمانهاي آميخته با پوزولان طبيعي به‌ويژه در مناطق خورنده دريايي و تهاجم يون كلريد، دوام بسيار بيشتري نسبت به ساير بتن‌ها نشان داده‌اند. با رعايت نسبت آب به سيمان مخلوط، عمل‌آوري مناسب و تأمين ضخامت پوشش كافي بتن روي آرماتور مي‌توان به دوام بسيار بالايي با اين بتن‌ها دست يافت. در ميانگذر درياچه اروميه كه محيط آن تواما" حاوي مقادير بالايي از كلر وسولفات مي باشد از سيمانهاي پوزولاني استفاده شده است درشكل نمودار شماره دو تاثير انواع سيمانها در درياچه اروميه اورده شده است .همانطوريكه ملاحظه مي گردد سيمان پوزولاني بيشترين وسيمان پرتلند تيپ 5 كمترين مقاومت فشاري طولاني مدت را دارا مي باشد. سيمانهاي پوزولاني به دو دليل عمده با دوام تر از بقيه سيمانها هستند : مقادير فازهاي C3s,C3A را پايين آورده وبا انجام واكنشهاي ثانويه هيدراتاسيون باعث كاهش مقداراكسيد كلسيم هيدراته (كه عامل فساد سيمان است) شده وباعث افزايس فاز سيليكات كلسيم هيدراته (كه عامل مقاومت زاي سيمان مي باشد) مي شود در شكل شماره 3 واكنش تاثير گذاري پوزولان در افزايش عامل مقاومت زاري سيمان آورده شده است. ريزبودن ذرات پوزولان منجر به كاهش تخلخل بتن شده و نفوذ ناپذيري آن را افزايش مي دهد. كربناسيون: با استفاده از طرح اختلاط مناسب و عمل‌آوري لازم، ميزان كربناسيون در بتن‌هاي حاوي سيمانهاي آميخته با پوزولان طبيعي در حد سيمانهاي پرتلند معمولي و گاه كمتر از آن گزارش شده است كه اين مي‌تواند دوام بتن‌هاي مسلح را در برابر خوردگي آرماتور افزايش دهد خرابي ناشي از واكنش قليايي سنگدانه‌ها (سرطان بتن): از خواص بسيار مناسب سيمانهاي آميخته با پوزولان طبيعي به‌ويژه در مقادير زيادتر پوزولان، كاهش و كنترل پديده مخرب واكنش قليايي سنگدانه‌ها بوده است. اين سيمانها به‌ويژه در بتن‌هاي حجيم سدها، در سازه‌هاي هيدروليكي، در پل‌ها و سازه‌هاي دريايي و نيز روسازي‌هاي بتني براي مقابله با اين پديده خرابي عملكرد بسيار مطلوبي داشته‌اند. خرابي ناشي از يخ زدن- آب شدن: با كنترل طرح اختلاط بتن به‌ويژه نسبت آب به سيمان و نيز كاربرد مواد هوازا نظير بتن‌هاي با سيمان معمولي عملكرد مشابهي در بتن‌هاي ساخته‌شده با سيمانهاي آميخته پوزولاني در محيط‌هاي سرد كه داراي چرخه‌هاي يخ‌زدن- آب شدن مي‌باشند، مشاهده گرديده است خرابي در محيط‌هاي اسيدي و فاضلاب‌ها: به‌علت مصرف هيدروكسيد كلسيم سيمان و كاهش قلياييت و نفوذپذيري كمتر بتن‌هاي ساخته شده با سيمانهاي آميخته پوزولاني، دوام اين بتن‌ها در مقابل محيط‌هاي مهاجم اسيدي و نيز حمله باكتريايي نظير فاضلاب‌ها بسيار بهتر از بتن‌هاي ساخته‌شده با سيمان پرتلند معمولي مي با راهكارهاي لازم براي ارتقاء كيفيت بتن استفاده شده از سيمانهاي پوزولاني 1-درمرحله حين توليد(درمحل كارخانه): 1-1-استفاده از پوزولان وسايرمواد افزودني با كيفيت بالا 2-1-استفاده از كلينكر با كيفيت بالا 3-1-تنظيم نرمي وتوزيع دانه بندي سيمان 4-1-استفاده از افزودني شيميايي مناسب در سيمان 2-در مرحله حين مصرف(در محل كارگاه): توجه ويژه به عمل آوري سيمانهاي پوزولاني يكي از موارد مهم در عمليات بتن ريزي وبعد ازآن، عمل آوري بتن است عمل آوري ، يعني نگه داشتن مقدار رطوبت و دماي بتن در حدي رضايت بخش در طي دوره اي مشخص ، كه بلافاصله پس از بتن ريزي و اتمام عمليات پرداخت آغاز ميشود. درسيمان پرتلند پوزولاني در جهت كامل نمودن واكنش ما بين اجزاء پوزولان با اكسيد كلسيم هيدراته با يستي عمل آوري بهتري صورت گيرد وحتي الامكان مدت زمان و مقدار پاشش آب به بتن هاي ساخته شده از سيمان پوزولاني بيشتر باشد درشكل شماره 4 تاثير عمل آوري در كيفيت سيمان پوزولاني وتيپ يك اورده شده است. تهيه وتنظيم : معصوم جنت-مشاوركنترل كيفي سيمان منابع: 1- خواص و كاربرد سيمان هاي پوزولان طبيعي ومسائل اجرايي- دكتررمضانيان پور 2- نقش مواد افزودني كاهنده آب در رفتار رئولوژيك سيمان آميخته-دكتر فاميلي
نمودار شماره يك :روند مقاومت فشاري سيمان پوزولاني مصرفي
(در مقايسه با سيمان پرتلند تيپ يك) نمودار شماره 2: مقايسه روند مقاومت فشاري سيمان پرتلند-پوزولاني در مقايسه با سيمان پرتلند تيپ يك وتيپ 5 در درياچه اروميه شكل شماره 3: مكانيسم واكنش سيمانهاي پوزولاني درراستاي افزايش فاز مقاومت زاي سيمان نمودار شمار 4: مقايسه عمل آوري سيمان پوزولاني در مقايسه با سيمان تيپ يك اختلاف بيش از 30% مقاومت فشاري بتن سيمان پوزولاني در شرايط مختف نگهداري اختلاف حدود 15%مقاومت فشاري بتن سيمان تيپ يك در شرايط مختف نگهداري |