پوزولان؛ کاربرد و مزایا
پوزولان چیست؟
پوزولان گونه‌ای خاکستر آتشفشانی ریزدانه‌است که در ساخت بتن کاربرد دارد.
پوزولان‌ها عبارتند از مواد سیلیسی، یا سیلیسی-آلومینی که خود به تنهایی فاقد ارزش چسبانندگی بوده یا دارای ارزش چسبانندگی کم هستند، اما به شکل بسیار ریز در مجاورت رطوبت طی واکنش شیمیایی با کلسیم هیدروکسید در دمای معمولی ترکیب‌هایی با خاصیت سیمانی به وجود می‌آورند. این واکنش را واکنش پوزولانی می نامند.
واژه پوزولان از پوزولی (به ایتالیایی: Pozzuoli) منطقه‌ای در ایتالیا گرفته شده که حدود ۲۰۰۰ سال پیش برای اولین بار در آنجا پیدا شده‌است.
اگر چه بتن دارای پوزولان، نسبت به بتن با سیمان پرتلند آهسته تر به مقاومت اولیه می‌رسد، اما مقاومت نهایی (به انگلیسی: ultimate strength) آن، برابر یا بیشتر از مقاومت بتن با سیمان پرتلند می‌باشد. شایان ذکر است با اختلاط بین سیمان و پوزولان نوعی سیمان آمیخته با عنوان سیمان پوزولانی تهیه می‌شود.
سوپر پوزولان
میکروسیلیس یک سوپر پوزولان است که در صورت کاربرد درست از آن تاثیر بسیار قابل توجهی در افزایش مقاومت و دوام سازهای بتنی دارد. میکروسیلیس در حرارت زایی بتن تا حد زیادی ناشی از همان مکانیزم‌هایی است که باعث افزایش دوام و مقاومت بتن می‌شود، در حقیقت خواص پرکنندگی و واکنش پوزولانی میکروسیلیس می‌تواند باعث کاهش میزان حرارت زایی بتن شود.
حرارت زایی یک گرم میکروسیلیس بیشتر از یک گرم سیمان پرتلند معمولی است و در مواردی بیشتر از ۲ برابر آن خواهد بود. اما مقاومت زایی بالاتر میکروسیلیس (۲ تا حدود ۴ برابر سیمان)، امکان کاهش مقدار کل مواد سیمانی بتن جهت دستیابی به یک مقاومت مشخص را فراهم نموده و بدین شکل استفاده از میکروسیلیس می‌تواند باعث کاهش حرارت زایی بتن شود.
انواع پوزولان‌ها
بر دو نوعند:
۱-پوزولان‌های طبیعی خام یا تکلیس شده: خاکسترهای آتشفشانی
۲-پوزولان‌های صنعتی: خاکستر بادی (به انگلیسی: fly ash) ، دوده سیلیس، سربازه کوره‌های آهن گذاری، خاکستر پوسته برنج، رس کلسینه
پوزولان های طبیعی
پوزولان های طبیعی شامل خاک های دیاتمه دار، شیل و چرت های اوپالینی، توف های شیشه ای، خاکستر های آتش فشانی و پوکه سنگ های طبیعی نمونه هایی از انواع پوزولان ها که به هنگام بیرون ریختن از دهانه آتش فشان ها به سرعت در هوا یا در زیر آب سرد شده به طوری که سیلیس موجود در آن بلوری نشده است و همچنین مواد دیگری مانند بعضی از رس ها شیل ها که برای بروز خواص پوزولانی نیاز به عملیات تکلیس دارند و از آن جمله می توان متاکائولین را نام برد.
متاکائولین از کلسینه شدن کائولین به دست می آید و در کنار واکنش های سیلیکاتی – قلیایی به کار می رود. ذخایر بزرگی از پوزولان های طبیعی در نقاط مختلف کشور وجود دارد که از آن جمله می توان تراس جاجرود ، پوکه سنگ هراز (دماوند) ، پوکه سنگ سهند و پوکه سنگ تفتان را نام برد. در صورتی که این پوزولان ها به صورت گرد با سیمان پرتلند مخلوط شوند، هیدرواکسید کلسیم که محصول آبگیری سیمان در مجاورت رطوبت است با این سیلیس بلوری نشده در دمای محیط تشکیل سیلیکات کلسیم می دهد و سیلیکات کلسیم چسباننده اصلی کلیه ملات های آبی است.
پوزولان های مصنوعی
پوزولان های مصنوعی واحد های نیروگاه های برقی که از ذغال سنگ به عنوان سوخت استفاده می کننند و کوره های متالورژیکی تولید چدن، فلز سیلیسیم و آلیاژهای فرو سیلیسیم مواد اصلی زاید صنعتی هستند که در این مراکز تولید می شوند. دوده سیلیسی یا میکروسیلیس محصول فرعی کوره های صنایع فرو آلیاژ و فرو سیلیس بوده و تولید شده از کوارتز با درجه خلوص زیاد و ذغال در کوره های الکتریکی با قوس مستغرق می باشد این فرآورده صنعتی با بیش از ۸۵ درصد سیلیس بلوری نشده با ذرات بی نهایت ریز و کروی شکل با قطر متوسط حدود ۰٫۱ الی ۰٫۲ میکرون (لازم به ذکر است که در همین جا عنوان گردد دانه سیمان به طور متوسط بین ۱۰ الی ۲۴ میکرون است) یک ماده به شدت فعال پوزولانی است. وزن مخصوص دوده سیلیسی حدود ۲٫۲ گرم بر سانتی متر مکعب است.
سیمان پوزولانی
سیمان پوزولانی یکی از مصالح ساختمانی است که تا حدودی ویژگی های سیمان پرتلند را به خود اختصاص داده اما از نظر ترکیب با آن متفاوت است. استفاده از این سیمان از نظر اقتصادی مقرون بصرفه است و اکثر پیمانکاران و سازندگان به منظور کاهش هزینه های پروژه از آن استفاده می کنند.
کاربرد سیمان پوزولانی
از سیمان پرتلند پوزولانی در تولید بتن معمولی، پروژه های سد سازی، ساخت اسکله و بندرها و بتن ریزی های حجیم، سازه های دریایی، سازه های هیدرولیکی، کارهای بتن ریزی گسترده و حجیم، شرایط بتن ریزی سخت، کارهای تزیینی و هنری، ملات سنگ تراشی و گچ کاری، در شرایط آب و هوایی گرم، لوله های فاضلاب پیش ساخته و موقعیت هایی که در معرض شدید سولفات قرار دارند، استفاده می شود.
یکی از مسائلی که همواره در پروژه های ساخت بنادر و اسکله ها مشکل ساز است، وجود یون های کلر و سولفات است که منجر به خوردگی این سازه ها می شوند. از این رو سیمان پوزولانی به منظور جلوگیری از خوردگی بتن در برابر این عوامل مصرف می شود. علاوه بر آن به علت ایجاد گرمای پایین در حین گیرش، این سیمان برای تولید بتن معمولی در مناطق گرمسیر کاربرد دارد.
مزایا سیمان پوزولانی
- با توجه به وضعیت بازار و افزایش قیمت مصالح ساختمانی، استفاده از سیمان پوزولانی از نظر اقتصادی مقرون بصرفه است. این سیمان هزینه های ساخت و ساز را کاهش می دهد.
- سیمان پرتلند پوزولانی سرعت تولید حرارت ناشی از هیدراتاسیون را در سیمان کاهش می دهد.
- احتمال ترک خوردگی سطح بتن به دلیل خصوصیات ممتاز فیزیکی و شیمیایی سیمان وجود ندارد.
- در صورت استفاده از سیمان پرتلند پوزولانی در بتن ریزی، حجم بتن ریزی به میزان قابل توجه کاهش می یابد.
- مصرف سیمان پوزولانی تا حد زیادی استفاده از سیمان در بتن را کاهش می دهد.
- استفاده از این ماده به مقدار چشمگیری منجر به کاهش هزینه های تولید سیمان می شود.
- کاهش میزان سوخت و مواد اولیه در تولید سیمان به حفظ منابع طبیعی کمک می کند.
- مصالح ساختمانی و آرماتورهای بتن را در برابر مواد خورنده محافظت می نماید.
- این سیمان مقاومت بالایی در برابر فاضلاب و مواد شیمیایی دارد.
- این ماده از واکنش قلیایی سیلیکا که در سنگ دانه های بتن اتفاق می افتد جلوگیری به عمل می آورد.
- استفاده از سیمان پوزولانی در مناطق گرم و مرطوب بسیار مطلوب است، اما در مناطق سردسیر بتن باید در برابر یخ بندان محافظت شود.
- این ماده پرداخت بتن را بهبود می بخشند و کارایی بتن را بالا می برند.
- مقاومت این سیمان در برابر املاح شیمیایی بالا است.
- از سیمان پرتلند می توان در بتن ریزی های حجیم استفاده نمود.
- حجم وزن مشخصی از این سیمان در مقایسه با وزن مشابه سیمان پرتلند بیشتر است.
- این سیمان در برابر کلریدها و حمله سولفات ها از مقاومت بسیار بالایی برخوردار است.
- مقاومت نهایی آن بالا می باشد.
- با استفاده از این سیمان، بتن آب بیشتری در خود نگه می دارد و کمتر آب می اندازد، در نتیجه ترک های عمقی و سطحی ایجاد نمی شود.
- بتنی که با این سیمان ساخته می شود، در مقایسه با سیمان معمولی در آب های شور و در برابر مواد خورنده مقاومت بالاتری دارد.
- سیمان پوزولانی ضد سولفات اصلاح شده است.
- حرارت هیدراتاسیون این سیمان پایین است، از این رو یک متریال دیرگیر به شمار می آید. به همین دلیل در بتن ریزی ها باید مدت زمان بیشتری از آن مراقبت شود تا بتوان به نتیجه قابل قبول دست یافت.
- از تخلخل بالایی برخوردار هستند و وزن بتن را به میزان قابل توجهی پایین می آورند.
معایب سیمان پوزولانی
وجود ترکیبات شیمیایی و مواد سیلیکاتی در سیمان مقاومت آن را در برابر عواملی که منجر به فرسایش و هوازدگی می شوند، کاهش می دهد. به همین دلیل در پروژه های بتن ریزی که احتمال این آسیب ها وجود دارد سعی می شود از سیمان پوزولانی استفاده نشود.
علاوه بر آن مقاومت فشاری این سیمان در روزهای اولیه استفاده بسیار پایین است و بعد از ۲۸ روز به کیفیت لازم دست خواهد یافت.
مشخصات فنی سیمان پوزولانی
زمان گیرش اولیه سیمان پوزولانی، حداقل ۳۰ دقیقه و زمان گیرش نهایی آن حداکثر ۶۰۰ دقیقه می باشد. مقاومت فشاری آن در ۳ روز اول حداقل ۱۳MPa، در ۷ روز حداقل ۲۲ مگاپاسکال و در ۲۸ روز حداقل ۳۳ مگاپاسکال می باشد. جمع شدگی و انقباض این محصول نباید بیشتر از ۱۵ درصد و عیار سیمان نباید از ۳۰۰ متر مربع در کیلوگرم بیشتر باشد.
تفاوت سیمان پوزولانی و سیمان پرتلند
برخی از افراد سیمان پوزولانی را کاملاً متفاوت از سیمان پرتلند می دانند، در حالی که سیمان پوزولانی از افزودن پوزولان ها به سیمان پرتلند حاصل می شود. گرمایی که از واکنش هیدراتاسیون سیمان پوزولانی ایجاد می شود در مقایسه با سیمان پرتلند کمتر است، از این رو از سیمان پوزولانی در مناطق گرمسیر استفاده می شود.
این سیمان در برابر یون های کلر و سولفات مقاومت بالایی دارد و به دلیل این ویژگی منحصر بفرد از این متریال در سدسازی استفاده می شود. علاوه بر آن افزودن پوزولان به سیمان پرتلند امکان استفاده از آن در بتن ریزی های حجیم را فراهم نموده است.
نکات نگهداری از سیمان پوزولانی
- نباید از تاریخ تولید بیشتر از یکسال گذشته باشد.
- در زمان ذخیره سیمان در انبار، باید دقت کنید که پاکت های سیمان در فاصله حداقل ده سانتی متری زمین و دیوار قرار داده شوند.
