گروه مقاله : مقالات و انتشارات
تاريخ انتشار : 1396/07/30 - 23:28
كد :213

سیمان پرتلند پوزولانی

سیمان پرتلند پوزولانی

به طور کلی پوزولان‌ها موادی هستند که به خودی خود خاصیت چسبندگی ندارند اما در کنار سیمان و آب، با آهک موجود در دمای معمولی ترکیب شده و خاصیت چسبندگی از خود نشان می‌دهند. اصل عبارت پوزولان مربوط به گدازه‌های آتشفشانی طبیعی و خاک‌های کلسینه است که با آهک، در دمای معمولی و در حضور آب واکنش نشان می‌دهد. در حال حاضر از این عبارت برای اطلاق به همه مواد سیلیکاتی آلومینیومی با خرد‌شدگی مطلوب اطلاق می‌شود که در حضور آب با هیدروکسید‌کلسیم (CH) واکنش شیمیایی داده تا مخلوطی را که دارای خواص سیمانی است، به وجود آورند. این تعریف کلی شامل مواد افزودنی مانند خاکستر بادی‌، دوده سیلیس‌ و خاکستر پوسته برنج‌ نیز می‌شود. استفاده از رس کلسینه به شکل متاکائولن نیز به عنوان یک افزودنی پوزولانی به مخلوط‌های سیمان و بتن در سال‌های اخیر مورد توجه فراوانی قرار گرفته است.

سیمان پرتلند پوزولان‌، ماده پوزولانی حداقل ۵ درصد و حداکثر ۱۵ درصد وزنی سیمان پرتلند پوزولانی را تشکیل می‌دهد. اغلب برای آن‌ که آب دریا و آب‌های سولفات‌دار در زمین‌های گچی در ملات سیمانی اثر بد نکند به ملات سیمان، پوزولان می افزایند.

سیمان پرتلند پوزولانی

تعریف پوزولان طبق استاندارد‌ ASTM-C 595 آمریکا ‌

پوزولان یک ماده سیلیسی یا سیلیسی-‌آلومیناتی است که به تنهایی خاصیت چسبانندگی جزئی داشته و یا نداشته، اما پودر نرم و همگن شده آن در حضور رطوبت و در درجه حرارت معمولی با هیدرکسید‌کلسیم وارد واکنش شیمیایی شده و ترکیباتی مشابه ترکیبات ملات‌های سیمان به وجود می‌آورد.

تعریف پوزولان طبق استاندارد ملی ایران به شماره ۳۴۳۲‌

پوزولان‌ها مواد سیلیسی یا سیلیسی-‌آلومینی هستند که به خودی خود خاصیت چسبانندگی کمی داشته و یا ندارند ولی به صورت گرد نرم در مجاورت رطوبت و در دمای معمولی با هیدروکسید‌کلسیم واکنش شیمیایی داده و ترکیباتی با خواص سیمان به وجود می‌آورند. از نظر زمین‌شناسی، پوزولان‌ها حاصل انفجارات آتشفشانی با ساختار سیلیسی و آلومینیومی است که میل ترکیبی زیادی با آهک و قلیایی‌ها دارند.

برتری‌های اقتصادی پوزولان‌ها

پوزولان‌ها به عنوان موادی ارزان‌ قیمت جایگزین بخشی از سیمان شده و موجب کاهش قیمت تمام شده سیمان می‌شوند. با استفاده از پوزولان‌ها نیاز به عملیات‌حرارتی پرهزینه مورد نیاز برای پخت کلینکر سیمان پرتلند نیست و آسیاب پوزولان به دلیل سختی کمتر آن، بسیار ساده‌تر از آسیاب کلینکر سیمان است.

برتری‌های فنی پوزولان‌ها

به طور کلی، پوزولان‌ها با ترکیب آهک هیدراته، که حاصل واکنش‌های هیدراته‌شدن فازهای اصلی سیمان بوده یا به صورت آزاد در ملات وجود دارند، موجب تشکیل سیلیکات‌کلسیم‌هیدراته می‌شوند که بر خلاف آهک ‌هیدراته که قابل انحلال در آب است و موجب تخریب بتن و ملات می‌شود.‌ ماده‌ای پایدار بوده و موجب بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی خمیر سیمان می‌شود.

پوزولان‌ها کاهش تخلخل‌، بهبود توزیع اندزه حفرات در بتن و ملات، کاهش نفوذ‌پذیری و افزایش پایایی بتن و ملات را به دنبال خواهند داشت و علاوه بر آن باعث بهبود منطقه انتقالی بین خمیر و سنگدانه می‌شوند‌ با ایجاد تاخیر در هیدراته‌شدن سیمان، باعث کاهش حرارت هیدراتاسیون شده و بنابراین‌ بتن‌ریزی‌های حجیم را ساده‌تر می‌کنند.

خاصیت پوزولانی

وقتی سیمان پرتلند به تدریج سخت می‌شود فازهای موجود در سیمان به خصوص آلیت و بلیت به تدریج هیدراته شده و هیدرکسید‌کلسیم (آهک آبدار) را آزاد می‌کند. هیدروکسید‌کلسیم آزاد شده به خاطر حلالیت زیاد ممکن است شسته شده و سبب فرسودگی بتن و ملات شود. هیدروکسید‌کلسیم و پوزولان‌ها هیچ‌کدام به تنهایی خاصیت چسبندگی ندارند، ولی سیلیکات‌کلسیم آبدار تشکیل شده از ارتباط این دو ترکیب، ارزش سیمانی(چسبندگی) دارد.

برای ارزیابی خاصیت پوزولانی سیمان‌های پوزولانی، ضریبی به نام ضریب فعالیت پوزولانی باید اندازه‌گیری شود. بر اساس استاندارد ASTM-C 618-84 ‌این ضریب نسبت مقاومت فشاری نمونه‌ای از این سیمان پوزولانی با درصد معینی جایگزینی با سیمان، به مقاومت فشاری مخلوط بدون پوزولان، است. همچنین ضریب فعالیت پوزولانی با آهک به نام فعالیت کل تعریف می‌شود.

طبیعت واکنش پوزولانی

اساس کاربرد مواد پوزولانی به جای بخشی از کلینکر در سیمان پرتلند، توانایی محیط قلیایی ناشی از هیدراته‌شدن سیمان، در شکستن شبکه‌های سیلیسی یا آلومینی‌-‌‌سیلیسی (در ذراتی که حاوی آنها هستند) برای تشکیل ژل C-S-H ‌است. واکنش باید در عمل با سرعت مفیدی انجام گیرد و شدت واکنش‌دهی یک پوزولان، در ابتدا توسط سطح ویژه، میزان و شدت واکنش‌دهی مواد شیشه‌ای موجود در آن تعیین می‌شود.

بررسی واکنش هیدراته‌شدن سیمان‌های پوزولانی با استفاده از پراش سنجی پرتو ایکس (XRD)

هنگامی‌ که سیمان پوزولانی با آب وارد واکنش می‌شود، دو فرآیند کاملاً متفاوتی اتفاق می‌افتد.

واکنش هیدروکسید‌کلسیم و ذرات پوزولانی اساساً یک واکنش سطحی است و احتمالاً لایه‌های خارجی ذرات بیشتر از لایه‌های داخلی به شکل سیلیکات‌کلسیم‌هیدراته (توبرموریت) باشند و مقدار Ca(OH)2 موجود در ترکیب پوزولان، در طی ماه‌های اولیه تا یک حد معینی کاهش می‌یابد. بنابراین پرتو‌ایکس، یکی از مناسب‌ترین روش‌های تشخیص و طبقه‌‌بندی مواد پوزولانی و ترکیبات دارای رفتار پوزولانی بر حسب میزان فعالیت آنها است.

طبقه بندی پوزولان‌ها

استاندارد آمریکا، ASTM-C-618 نیز ضمن تعریف و مشخص نمودن خواص پوزولان‌ها، آنها را مطابق جدول زیر طبقه‌بندی می‌نماید. این استاندارد برای پوزولان‌های طبیعی حداقل هفتاد ‌درصد از سه اکسید اصلی یعنی Fe2O3، Al2O3،SiO2 را لازم می‌داند و محدودیت حداکثر ده‌ درصد را برای افت اشتعال و سه درصد را برای رطوبت موجود در نظر می‌گیرد.

۱-     پوزولان رده N

پوزولان‌های طبیعی خام یا کلسینه، شامل :

خاک‌های دیاتومه

چرت‌های اپالین و شیل‌ها

توف‌ها و خاکسترهای آتشفشانی یا پومیس‌ها

بعضی شیل‌ها و رس‌های کلسینه شده

۲-     پوزولان رده F

خاکستر بادی با منشأ زغال سنگ قیری

۳-     پوزولان رده C

خاکستر بادی، خاکستر لیگنیت با منشأ زغال سنگ قیری

۴-     پوزولان رده S

هر نوع مواد دیگری شامل پومیس‌های عمل‌آوری شده و بعضی دیاتومه‌ها، رس‌ها و شیل‌های کلسینه شده

پوزولان‌ و تاثیر آن بر خواص ملات و بتن

آن‌‌چه بیش از بیش حضور پوزولان‌ها را به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده بتن و ملات مطرح می‌کند، بهبود در دوام، خصوصیات مکانیکی و رئولوژیکی بتن و ملات است. در فرآیند هیدراتاسیون سیمان، مقادیر زیادی از کلسیم‌هیدروکسید به صورت کریستالی تولید می‌شود که این لایه‌های کریستالی با نیروی چسبندگی مولکولی ضعیفی به هم متصل شده‌اند و در نتیجه نمی‌توانند خیلی به کسب مقاومت خمیر سیمان سخت شده کمک کنند. در این حالت حضور پوزولان‌ها باعث می‌شود که سیلیس موجود در آن‌ها با کلسیم‌هیدروکسید واکنش و آن را مصرف نماید. این امر به تولید بیشتر ژل C-S-H منجر می‌شود که میزان‌ ژل تولیدی تاثیر مستتقیمی در مقاومت اکتسابی بتن و ملات دارد.

مدول الاستیسیته و خزش

مقاومت ملات و سختی دانه‌های به کار رفته در آن‌ تاثیر بسیار زیادی در مدول الاستی‌سیته و خزش دارد. بنابراین ملات ساخته شده از مخلوط سیمان پرتلند-‌پوزولان با مقاومت کمتر در سنین پائین‌تر، دارای مدول الاستی‌سیته پائین و خزش بالاتر، نسبت به سیمان پرتلند می‌باشد. فاکتورهای موثر در خزش متفاوت است و می‌تواند به صورت فاکتورهای داخلی یا خارجی مطرح شود. فاکتور های داخلی به خواص ملات وابسته بوده در حالی‌که فاکتورهای خارجی به شرایط محیطی وابسته است.

انقباض

انقباض ملات‌های حاوی مواد پوزولانی بیشتر از ملات‌های معمولی است، زیرا مخلوط ملات سیمان پرتلند-‌پوزولان، برای رسیدن به کارایی مشخص به آب بیشتری نیاز دارد، در نتیجه انقباض و خشک شدن در آن‌ها بیشتر خواهد بود. انقباض و خزش جز خواص مقدماتی ملات هستند و بایستی عملکرد دقیق پوزولان در این خواص را به درستی درک کرد. درصد زیادی از ترک‌هایی که در ساختار ملات شکل می‌گیرد ناشی از مهار انقباض است.

تخلخل و نفوذ‌پذیری

یکی از مهم‌ترین خصوصیات پوزولان‌ها توانایی بالای آنها در کاهش حفره‌ها و کاهش نفوذپذیری ملات است.

انواع سیمان‌های پوزولانی

سیمان پوزولانی نوع S

این سیمان متشکل از ذرات آسیاب شده و ریز شده سرباره کوره‌های آهن‌گدازی، کلینکر سیمان، مقدار لازم سنگ‌گچ که همراه با یکدیگر آسیاب می‌شوند و افزودن مقدار کمی ماده هوازا به آن است. بیش از ۷۰ درصد وزنی این سیمان را سرباره تشکیل می‌دهد.

مقاومت فشاری ملات‌های ساخته شده با این نوع سیمان بالاتر است. بنابراین می‌توان آن را برای ساخت دیوارهای آجری که به بار طراحی شده بیشتری نیاز دارند، توصیه کرد. قابلیت آب نگهداری ملات این سیمان چندین بار بیشتر از ملات ماسه سیمان است، ترک خوردگی در آن کمتر بوده و خاصیت آب بندی بیشتری دارد. این سیمان در برابر حمله سولفات‌ها مقاوم بوده بنابراین استفاده از آن از شوره‌زدگی در آجرکاری جلوگیری می‌کند.

سیمان پوزولانی نوع (I(SM‌

این سیمان مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره کوره بلند است که سرباره، کمتر از ۲۵ درصد وزنی سیمان را تشکیل می‌دهد. مقاوم در برابر سولفات‌، با گرمای مناسب هیدارسیون استفاده می‌شود. از این سیمان در کارهای حجیم مانند سدسازی، کارهایی که در معرض حمله سولفات‌ها قرار دارند، بتن‌ریزی و اندودکاری در هوای گرم استفاده می‌شود‌.

سیمان پوزولانی نوع IP یا P

این سیمان مخلوطی از سیمان‌های پوزولانی مختلف، پرتلند و یا مخلوطی از پوزولان به کار رفته در نوع IS‌ است. ۱۵ تا ۴۰ درصد وزنی این سیمان، از پوزولان‌های یاد شده تشکیل شده است. از این نوع سیمان نیز در کارهای حجیم مانند سدسازی، بتن‌ریزی و اندودکاری در هوای گرم استفاده می‌شود ضمناً برای مقابله با سولفات‌های قوی نیز استفاده می‌شود.

‌سیمان پوزولانی نوع (I(PM‌

مخلوطی از سیمان پرتلند و چند نوع پوزولان مختلف است. که کمتر از ۱۵ درصد وزنی این سیمان را پوزولان‌ها تشکیل می‌دهند.

‌بارزترین نکات مثبت تولید سیمان‌ پوزولانی‌

نويسندگان شرکت دال ماندگار
ابزار تلگرام

آپلود عکسابزار تلگرام برای وبلاگ