مواد مکمل سیمان سازی

مقدمه

خاکستر پرندگان، تفاله های خرد شده کوره های بلند روی زمین، دود سیلیکا و پوزولان های طبیعی مانند متاکالین، سنگ رسی و خاک رسی سوزانده موادی هستند که – زمانی که با سیمان پُرتلند یا سیمان مخلوط استفاده می شدند – از طریق این مواد به عنوان مواد مکمل سیمان سازی (SCM'S) یا مواد مکمل سیمان سازی برای بهبود ویژگی های خاص مانند سیمان مانند کاهش فعل و انفعال زیان آور تراکم قلیایی استفاده می شوند.

از قدیم، خاکستر پرندگان، تفاله، دود سیلیکا و پوزولان  های طبیعی مانند خاک رس و سنگ رسی سوزانده در بتون استفاده می شدند. امروزه، به خاطر دسترسی ساده به این مواد، تولیدکنندگان بتون می توانند دو یا چند تا از این مواد را برای بهینه سازی ویژگی های بتون به کار برند. ترکیبات با استفاده از این سه مواد سیمان سازی – که ترکیبات سه تایی نامیده می شوند متداول تر می شوند.

زغالسنگ، روباره کوره بلند، خاکستر سبوس برنج یا دوده سیلیس. به همین منظور کارهای کمی در خصوص تولید، بهینه سازی و مهندسی کردن مصالح پوزولانی که به طور خاص در طرح های اختلاط سیمان های پرتلند استفاده می شوند، انجام شده است. متاکائولین یک پیشرو در میان نسل جدید چنین مصالحی می باشد.

استفاده از دوده سیلیس و دیگر افزودنی های شیمیایی برای بتن هایی با مقاومت های طراحی بیش از MP50 و یا مواردی که شرایط بهره برداری، شرایط جوی و یا ملاحظات هزینه های طول عمر سازه، استفاده از بتن های توانمند (HPC) را دیکته می کند، متداول می باشد.

تولید HRM به عنوان جایگزینی برای دوده سیلیس می باشد. معادل بودن در افزایش مقاومت و خصوصیات مربوط به دوام به اضافه چند ویژگی و مشخصه دیگر HRM شامل رنگ و کارپذیری، به طور مؤثرتری مرزبندی های طراحی مصالح HPC را توسعه داده و وسیع کرده است. مزایایی که از نظر خواص مهندسی در صورت استفاده از HRM حاصل می شود با عوارض جانبی اندکی همراه است. در صورتی که متاکائولین به طور مناسب تنظیم شود، بافت مخلوط بتن تازه، کارپذیری و قابلیت پرداخت در صورت جایگزینی HRM با ۱۵- ۵ % سیمان بهبود می یابد. ضمناً متاکائولین سفید رنگ است و محصولات سیمانی و بتنی سفید یا خاکستری را تیره نخواهد کرد.

متاکائولین یک سیلیکات آلومینیم آمورف سفید رنگ می باشد که دارای خواص پوزولانی می باشد و براساس استاندارد ASTM C 618 در رده پوزولان های کلاس (N پوزولان  های طبیعی خام یا کلسینه شده) قرار می گیرد. پیشوند متا (meta) در ادبیات برای نشان دادن "تغییر" به کار می رود. از لحاظ علمی این پیشوند به این منظور استفاده شده است تا عبارت "کمترین میزان هیدراته شده از یک گونه یا سری" را نشان دهد.

متاکالئولین به طور کامل قابل جایگزینی با پوزولان  توانمند (نظیر دوده سیلیس/ میکروسیلیس) است. درباره مقاومت فشاری، کاهش درصد افزودن متاکائولین برای ایجاد کارایی معادل با پوزولان  های قبلی ممکن خواهد بود. در ضمن امکان کاهش درصد فوق روانساز مورد نیاز برای طرح اختلاط حاوی متاکائولین در مقایسه با طرح اختلاط حاوی دوده سیلیس وجود دارد.

متاکائولن نیز همانند پوزولان  های دیگر با هیدروکسید کلیسم ایجاد شده بر اثر هیدراته شدن سیمان واکنش داده و سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) تولید می کند SiO₂ و Al₂O₃ بیشترین مواد شیمیایی تشکیل دهنده متاکائولن هستند. همان طور که در نمودار ۲ مشخص شده در هرم پوزولان ها متاکائولن در ناحیه میانی هرم قرار می گیرند.

سیمان های آمیخته پوزولانی بنا به ضرورت هایی از جمله مصرف انرژی کمتر، حفظ محیط زیست و کاهش قیمت سیمان در دنیا تولید شدند سیمان های آمیخته ای سرباره ای نیز به همین دلیل سال هاست که به بازار عرضه شده اند. کاهش در مصرف انرژی برای تولید کلینگر سیمان و کاهش تولید گازهای آلاینده ای که از سوختن مواد سوختنی حاصل می شود را از دلایل تولید و مصرف سیمان های آمیخته است و می توان با مصرف پوزولان های طبیعی یا مصنوعی از مصرف سوخت زیاد و تولید مواد آلاینده و گازهای نامطلوب جلوگیری کرد.

سیمان پورتلند پوزولانی

سیمان پرتلند پوزولانی حاوی حداکثر ۱۵% پوزولان  طبیعی مرغوب از دامنه کوه سبلان می باشند که از خواص ویژه کاربردی به شرح ذیل برخوردار است:

۱-    مقاومت در مقابل مواد شیمیایی و فاضلاب

۲-    مقاومت نهایی بالاتر

۳-    قابلیت نفوذ و کارپذیری بهتر برای ویبره شدن

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

۵-    خارج کردن املاح قلیایی از بتن

۶-    انبساط کمتر و قابل استفاده در بتن ریزی های حجیم

۷-    حرارت هیدراتاسیون کمتر در بتن ریزی های حجیم

۸-    بتن تشکیل شده از سیمان پوزولانی به علت نفوذ پذیری بهتر پوزولان و روانی آن دچار ترک خوردگی نمی شود.

۹-    جلوگیری از واکنش قلیائی – سیلیکا در سنگدانه های بتن مخصوصاً در سد سازی (سرطان بتن)

۱۰-حفظ منابع طبیعی به علت کاهش مصرف در سوخت و مواد اولیه سیمان

۱۱-کاهش آلودگی هوا به علت جایگزین شدن به جای کلینگر و کاهش مصرف سوخت های فسیلی

۱۲-کاهش میزان سایش تجهیزات در آسیاب های سیمان

۱۳-کاهش مصرف انرژی الکتریکی به علت کم سایش بودن در آسیاب های سیمان

۱۴-کاهش قیمت تمام شده در تولید سیمان

مصرف این سیمان در هوای گرم مخصوصاً معتدل و مرطوب بسیار مطلوب می باشد. در آب و هوای سرد به علت ویژگی هیدراسیون کمتر باید بتن تازه در مقابل یخ زدن محافظت می شود. این سیمان به دلیل ویژگی فوق و همچنین ماهیت پوزولان می بایست مدت زمان بیشتری بعد از بتن ریزی نگهدای شود تا آماده بارگزاری گردد. با رعایت این موارد می توان نتیجه ایده آل تری از مصرف سیمان پرتلند پوزولانی به دست می آورد.

سیمان تیپ یک

-        حرارت هیدراسیون بالا و نامناسب برای بتن ریزی های حجیم

-        انبساط نسبتاً بالا

-        مورد مصرف در مصارف عمومی

-        در محیط های خورنده شیمیایی مانند سولفات ها – کلر و … مقاوم نمی باشد.

-        دارای مقاومت فشاری بالا در کوتاه مدت (۳ و ۷ روزه)

سیمان تیپ دو

-        حرارت هیدراسیون بالا و نامناسب برای بتن ریزی های حجیم

-        انبساط کم

-        در محیط های خورنده شیمیایی مانند سولفات ها – کلر و … نسبتاً مقاوم می باشد.

-        در بتن ریزی های حجیم با رعایت استانداردهای مخصوص می توان از آن استفاده کرد.

-        مقاومت فشاری نهایی بالا (۲۸ روزه)

سیمان پوزولانی

بسیاری از خواص بتن بر اثر استفاده از مواد پوزولانی بهبود می یابد. برخی از این آثار ناشی از خواص فیزیکی شامل ریز بودن ذرات و بقیه ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی پوزولانی با سیمان است. کاهش نفوذ پذیری بتن؛ کاهش آب انداختن بتن بهبود پرداخت پذیری بتن؛ افزایش چسبندگی مخلوط و در نتیجه افزایش کارایی بتن ناشی از خصوصیات فیزیکی پوزولان  است.

کم بودن حرارت هیدراتاسیون؛ مقاومت در مقابل خوردگی ها توام سولفات و کلر مناسب بودن آن در بتن ریزی های حجیم از دیگر خصوصیات منحصر به فرد سیمان های پوزولانی است. نهایتاً می توان گفت بتن های ساخته شده از سیمان های پوزولانی دارای پایائی بیشتری نسبت به سیمان های معمولی هستند و سازه های مربوطه که در واقع سرمایه های ملی هستند به مدت طولانی پابرجا خواهند بود.

توصیه هایی در مورد کاربرد و نگهداری سیمان پوزولانی

معمولاً در مقایسه با کلینگر؛ پوزولان ها به سهولت پودر می شوند. بدین لحاظ با افزایش سطح دانه ها و ریز شدن آن ها نسبت به سطح سیمان معمولی در هنگام ساخت بتن نیاز به آب بیشتری وجود دارد.

وزن معینی از سیمان پرتلند پوزولانی در مقایسه با سیمان پرتلند هم وزن خود دارای حجم بیشتری است در نتیجه در موقع خرید چنانچه به صورت فله ای خریداری گردد و یا در موقع پیمانه کردن برای ساختن بتن باید به این نکته توجه شود.

در صورت نگهداری و یا انبار نمودن سیمان باید آنچنان انبار شود که دسترسی بدان برای بازرسی و تعیین هر محموله آسان باشد. همچنین تهویه انبار باید آنچنان مناسب باشد که از مرطوب شدن آن محافظت نماید و از کلوخه شدن ناشی از انبار را به حداقل برساند.

مواد پوزولانی

استفاده از مواد پوزولانی که امروزه در افزایش دوام بتن در برابر خرابی های متفاوت بسیار رایج است یکی از روش های افزایش مقاومت بتن در برابر سیکلهای یخبندان – ذوب یخ است. از جمله از این مواد میکروسیلیس است. این ماده در میان منافذ موئینه نفوذ کرده و باعث قطع لوله های مرتبط این نافذ می شود و با این کار یک بتن متراکم و با نفوذ پذیری پایین ایجاد می کند.

پودر خاک سنگ در بهبود مقاومت بتن در برابر چرخه یخبندان – ذوب یخ بخصوص در حضور میکروسیلیس اثر مطلوبی دارد. اثر این ماده در بهبود مقاومت بتن در برابر یخبندان در مخلوط های دارای مواد هوازا اندک است.

استفاده از ماده میکروسیلیس برای بهبود دوام بتن در برابر چرخه های یخبندان – ذوب مقاومتی نظیر نمونه های دارای مواد هوازا دارد و می توان برای به دست آوردن یک بتن بادوام نسبتاً مناسب در برابر یخ بندان از این ماده استفاده کرد.

ترکیب مواد هوازا و میکروسیلیس اثر مطلوبی بر افزایش مقاومت در برابر یخبندان دارد نمونه های بدست آمده از این طرح اختلاط دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر چرخه های یخبندان – ذوب – یخ هستند.

مواد پوزولانی دیگر نظیر خاکستر بادی و سرباره کوره آهن گدازی باعث کاهش نفوذ پذیری می شوند اما استفاده از این موارد باعث افزایش مصرف مواد هوازا و به عبارتی کاهش مقاومت در برابر یخ بندان می شود.

نمونه ای که از ترکیب میکروسیلیس و پودر خاک سنگ تهیه شده است دارای مقاومتی نظیر نمونه های مواد حباب زا و میکروسیلیس است و بسیار در برابر یخبندان مقاوم است.

مواد اولیه و مصالح مصرفی در آزمایش ها

سیمان: سیمان مصرفی از نوع پرتلند ضد سولفات متوسط (نوع دو) می باشد.

تعریف مواد میکروسیلیسی:

میکروسیلیس با نام تجایر میکروسیلیکا می باشد که با استاندارد ASTM C1240 دارد.

میکروسیلیس: مقدار میکروسیلیس مصرفی که به صورت جایگزین سیمان در بتن ها قرار گرفته اند طبق مراجعه مطالعات صورت گرفته حدود ۸ میکروسیلیس اثر مناسبی بر روی دوام دارد و با افزایش از این مقدار سیر صعودی اثر مطلوب آن کاهش می یابد.

جدول ۱: طرح اختلاط مورد استفاده در آزمایشگاه

جدول ۲: مشخصات شیمیایی میکروسیلیس کارخانه از نا مورد استفاده

مقادیر اجزای تشکیل دهنده نمونه ها

تمامی نمونه های بتن سبک لیکا با عیار سیمان Kg/m³ 550 و نسبت آب به سیمان ۴/۰ ساخته شده اند ابتدای طرح شاهد فاقد دوده سیلیسی ساخته شد. سپس یک طرح با جایگزینی ۱۰ درصد وزنی سیمان با دوده سیلیسی ساخته شد. سپس تمام مراحل ساخت و آزمایش بطور یکسان با سبک دانه پامیس تکرار شد. مقادیر مخلوط های بتن ها در جدول شماره ۳ و ۴ آمده است.

جدول ۱۰- مقادیر مخلوط های بتن سبک لیکا (متغیر میکروسیلیس) Kg/m³

جدول شماره ۱۱ – مقادیر مخلوط های بتن سبک پامیس (متغیر میکروسیلیس) Kg/m³

کسب و کار سالم و اصولی در اینترنت

:: موضوعات مرتبط: فنی و مهندسی , ,
:: بازدید از این مطلب : 2600

|

امتیاز مطلب : 6

|

تعداد امتیازدهندگان : 3

|

مجموع امتیاز : 3