باتوجه به استفاده ی زیادی که از بتن در صنعت ساخت و ساز می شود، امروزه به کمک تکنولوژی های جدید ی که در مورد بتن انجام گرفته توانسته اند از موادی جدید که می توانند جایگزین سیمان ها در بتن شوند استفاده کننداین مواد که به عنوان یکی از مهمترین مواد افزودنی در تولید بتن و سیمان شناخته می شوند در بهبود خواص بتن و کاهش تأثیرات زیست محیطی اهمیت بی شماری دارند، از میان مهم ترین موادی که مورد توجه قرار گرفته است، پوزولان ها هستند که در حالت طبیعی چسبندگی ندارند و در اثر مخلوط شدن با آهک و آب، موادی با ویژگی چسبندگی بسیار بالا ایجاد می شود.استفاده از پوزولان ها در ساخت بتن هم باعث کاهش هزینه می شود و هم باعث افزایش کیفیت و عملکرد بتن ها می شود. در این مطلب قصد داریم ضمن تعریف جامعی ازپوزولان، به بررسی انواع و کاربردهای آن در صنعت ساختمان پرداخته و نقش آنها در عملکرد بهتر و پایداری بتن و سازه ها را مورد بررسی قرار دهیم.
آنچه در این مقاله می‌خوانید
ریشه واژه پوزولان چیست؟
اصل این واژه ” pozzolana ” یا “pulvis puteolanus” نام منطقه ای در ایتالیا است. این ماده که از سنگ های آذرین آتشفشانی تشکیل شده بود، حدود ۲۰۰۰ سال پیش برای اولین بار در ایتالیا کشف شد. در دوران قرون وسطی، از پوزولان برای اولین بار به عنوان یک ماده افزودنی بتن استفاده کردند. امروزه واژه “پوزولان” به هر نوع ماده معدنی یا آلی اشاره دارد که به عنوان یک ماده افزودنی در تهیه بتن استفاده می شود.
پوزولان چیست و چه کارایی دارد؟
پوزولان، یک نوع ماده معدنی یا آلی (سیلیسی _ آلومیناتی )است که وقتی با آب و کلسیم هیدروکسید (یا گوگرد) در بتن یا ملات ترکیب شود، واکنشی شیمیایی ایجاد می کند. این واکنش شیمیایی منجر به تشکیل مواد نرم و پایدار با چسپندگی بالادر بتن خواهد شد. این مواد معمولاً به عنوان یکی از روش های کاهش مصرف سیمان و افزایش مقاومت بتن در برابر محیط های خورنده مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از پوزولان می تواند منجر به کاهش گازهای گلخانه ای و مصرف انرژی در تولید بتن شودکه این خود از نظر زیست محیطی نقشی با ارزش و مفید دارد.
انواع پوزولان
پوزولان ها که از مهم ترین مواد افزودنی در تولید بتن و سیمان شناخته شده اند به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند:
1.پوزولان های طبیعی:
این نوع پوزولان ها از منابع طبیعی مانند خاک های سیمانی، خاک رس، زمین دیاتومه و … به دست می آیند. این مواد از طریق فرآیندهای طبیعی مانند فعالیت های آتشفشانی یا فرسایش سنگ ها تولید می شوند.
2.پوزولان های مصنوعی:
پوزولان های مصنوعی مانند شیشه، سیمان و فولاد دارای ترکیب و ساختاری هستند که در طبیعت به صورت خالص یافت نمی شوند. این پوزولان ها از ذوب، مخلوط کردن و واکنش های شیمیایی پوزولان های طبیعی به دست می آیند. پوزولان های مصنوعی کاربردهای فراوانی در ساختمان سازی، مهندسی، حمل و نقل، صنعت، کشاورزی و غیره دارند. پوزولان های مصنوعی از طریق فرایندهای صنعتی و تولید انبوه تهیه شده که این امر باعث کاهش هزینه ها و قیمت آنها می شود.
انواع پوزولان های طبیعی
1.پوزولان های آتشفشانی:
این دسته شامل پوزولان هایی مانند خاک های دیاتمه دار توف، پومیس و آمیاز است که از فعالیت های آتشفشانی ناشی می شوند. این پوزولان ها معمولاً سخت، مقاوم در برابر فشار و حرارت و دارای دوام زیاد هستند.
2.پوزولان های رسوبی:
پوزولان های رسوبی از تجزیه و فرسایش سنگ های قدیمی مانند کائولین، اپال، سیلیس و آترین ایجاد می شوند. این پوزولان ها معمولاً نرم تر بوده و دارای مقاومت کمتری نسبت به نوع آتشفشانی هستند. خاک رس یک پوزولان رسوبی است که از تجزیه مواد معدنی قدیمی تر حاصل شده و کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارد.
3.پوزولان های آلی یا زیستی:
موادی هستند که از منابع آلی مانند چوب، سویا و پسمانده های کشاورزی مشتق می شوند. این پوزولان ها قادرند اتصال قوی بین ذرات سیمان ایجاد کنند. آنها همچنین از منابع تجدیدپذیر به دست می آیند و سازگار با محیط زیست هستند.
کاربردهای پوزولان چیست؟
پوزولان ها موادی هستند که بیشتر به عنوان افزودنی ها یا جایگزین های سیمان در صنایع ساختمانی و تولید بتن مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد معمولاً به صورت پودری و از فعالیت های مواد صنعتی مانند زغال سنگ یا خاک رس به دست می آیند. اگر می پرسید کاربردهای پوزولان چیست، باید بگوییم که مهمترین آن ها شامل موارد زیر می شوند:
تولید بتن:
پوزولان ها به عنوان افزودنی ها در تولید بتن مورد استفاده قرار می گیرند. آنها می توانند باعث بهبود خصوصیات بتن شامل مقاومت و نفوذپذیری شده و انقباض بتن را کاهش دهند.
تولید سیمان:
پوزولان ها ممکن است به عنوان جایگزین سیمان در تولید مواد سیمانی مورد استفاده قرار گیرند. این کاربرد می تواند منجر به کاهش مصرف سیمان و بهبود خواص آن شود.
تولید کاشی و سرامیک:
پوزولان ها می توانند در تولید کاشی و سرامیک به کار روند؛ همچنین در پوشش ها و بتن های مقاومتی برای ساختمان ها و انبارهای ذخیره سازی نیز استفاده شوند.
تولید فولاد:
پوزولان هایی مانند آهن به عنوان ماده اولیه در فرایند تولید فولاد به کار گرفته می شوند. آهن پس از ترکیب با کربن، فولاد خام را تشکیل می دهد.
کشاورزی:
استفاده از پوزولان ها به عنوان مواد افزودنی در خاک کمک می کند تا خواص فیزیکی و شیمیایی خاک بهبود یافته و برای کشاورزی مناسب تر باشد.
مزایای استفاده از سیمان پوزولانی
به دلیل حالت چسپندگی که این ماده در ترکیب با مواد دیگر دارد، تاثیر پوزولان در بتن بسیار مفید و کاربردی است. از مزایای سیمان های پوزولانی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مقرون به صرفه و اقتصادی بوده و مقاومت بتن را افزایش می دهد.
- سیمان حاوی پوزولان ها میزان تولید حرارت و گرما از طریق هیدراتاسیون را در سیمان کمتر می کند.
- با استفاده از پوزولان می توان مقدار مصرفی سیمان در بتن را کمتر کرد.
- این سیمان های حاوی پوزولان مقاومت زیادی در مقابل مواد شیمیایی و فاضلاب ها دارند.
- به دلیل ویژگی های زیاد شیمیایی و فیزیکی سیمان احتمال ترک خوردگی در سطح بتن وجود ندارد.
- با تاثیر پوزولان در بتن موجب کاهش هزینه تولید سیمان می شوید.
- سیمان های پوزولان از میلگردها و حتی مصالح ساختمانی که در بتن وجود دارد، در مقابل مواد خورنده حفاظت می کنند.
- در صورت استفاده از سیمان پوزولانی در زمان بتن ریزی حجم بتن کاهش پیدا می کند.
- در مقابل سرما و یخ زدگی هم بسیار مقاوم است.
واکنش و تاثیر پوزولان ها در بتن
موادی به نام آهک و هیدروکسید کلسیم با آهک می تواند 25/0 از سیمان را که هیدراته شده را به وجود بیاورد. البته این مواد به تنهایی در مقاومت یا دوام بتن موثر نیست. زمانی که به این مخلوط پوزولان اضافه می شود با مخلوط شدن با آهک واکنش پوزولانی ماده ای به نام سیلیکات کلسیم بیشتر و اضافی تولید می کند. این مواد تازه تولید شده موجب چسبندگی بتن ها می شوند. پس می توان با مقدار اندکی آهک در مجاورت سیمان و پوزولان به تاثیر پوزولان در بتن و واکنش هایی دست پیدا کرد که عبارت اند از:
- افزایش تراکم
- کمتر شدن میزان مصرف سیمان
- افزایش مقاومت بیشتر بتن
- از بین رفتن یا کمتر شدن سیمان به واکنش های قلیایی _ سیلیس
کاربرد پوزولان در بتن
امروزه در کل دنیا برای تولید بتن با خاصیت مقاومت و دوام زیادتر در مقابل حمله شیمیایی و تنش های حرارتی از پوزولان ها استفاده می کنند. تاثیر پوزولان در بتن بسیار چشمگیر بوده و کیفیت و خاصیت آن را بهتر و بیشتر می کند. کاربردهای پوزولان در بتن به مواد زیر می توان اشاره کرد:
- کمتر شدن میزان سیمان و صرفه جویی اقتصادی
- افزایش مقاومت بتن
- کم شدن سرعت و اندازه حرارت فعالیت آبگیری سیمان
- بهبود شبکه های توزیع اجزای بتن
- افزایش مقاومت و پایایی بتن توسط کمتر شدن نفوذ پذیری
سیمان پوزولانی
سیمان پوزولانی یا معدنی از ترکیب آهک (CaCO3) و سیلیکات های معدنی مانند سیلیس (SiO2) به وجود می آید. در فرایند تولید سیمان، ابتدا مواد اولیه خرد و آسیاب شده را با هم مخلوط می کنند. سپس این مخلوط در دمای بالا کوره تفت داده می شود. در نتیجه واکنش های شیمیایی رخ داده و کانی های سیمانی مانند سیلیکات های کلسیم تشکیل خواهند شد. این کانی ها باعث ایجاد خاصیت چسبندگی قوی و مقاومت بتن می شوند. براساس استاندارد ملی ایران، سیمان های پوزولانی به دو دسته زیر تقسیم خواهند شد:
1.سیمان پرتلند:
متداول ترین نوع سیمان پوزولانی که بین ۵ تا ۱۵ درصد آن از ماده پوزولانی تشکیل شده است. این سیمان دارای مقاومت فشاری و چسبندگی مناسب بوده و با نشانه پ. پ. عرضه می شود.
2.سیمان پرتلند ویژه:
در ترکیب شیمیایی این نوع سیمان چیزی در حدود ۱۵ تا ۴۰ درصد ماده پوزولانی وجود دارد. این سیمان همچنین داری خواص مقاومتی بالاتری در برابر فرسایش شیمیایی و شرایط محیطی سخت است.
بتن های پوزولانی
بتن های پوزولانی متناسب با نوع پوزولانی که به عنوان جایگزین یا افزودنی استفاده می شود، متفاوت هستند. در اینجا دو مورد از بتن های پرکاربرد پوزولانی را معرفی می کنیم:
خاکستر بادی(Fly Ash Concrete) :
یکی از پرکاربردترین بتن های پوزولانی، بتن خاکستر بادی است. خاکستر بادی به عنوان یک ماده پوزولانی بسیار رایج و اقتصادی، از زباله های صنعتی نیروگاه ها تولید می شود. استفاده از این ماده به عنوان جایگزین سیمان می تواند به کاهش هزینه ها و کاهش اثرات منفی بر محیط زیست کمک کند.
بتن سیلیس فیوم(Silica Fume Concrete) :
سیلیس فیوم یک ماده پوزولانی بسیار فعال و با کیفیت است که به عنوان پوزولان در بتن مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع بتن به خصوص برای سازه هایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر نفوذپذیری دارند، استفاده می شود.
پوزولان و بتن خودتراکم
درسالهای اخیر توسعه درتکنولوژی بتن این امکان را فراهم نموده است تابتوان بتن های توانمندی تولید نمود که کارایی و مقاومت آن فراتر ازکارایی و مقاومت بتن معمولی باشد بتن خودتراکم بتنی است که تحت تاثیر نیروی ثقلی جریان یافته و بدون نیاز به اثرخارجی لرزاندن ازمیان میلگردها عبور نموده و کل فضای قالب را پروبه خودی خود متراکم میگردد.
درپژوهشی که انجام گرفت در آن امکان استفاده اززئولیت به عنوان یک پوزلان طبیعی و سنگدانه بازیافتی بتن به عنوان یک ماده بازیافتی دربتن خودتراکم بررسی گردید طرح اختلاط بتن خودتراکم دراین تحقیق بااستفاده ازروش تاگوچی بهینه شده است درمرحله بعد درصدهای متفاوت پوزولان زئولیت برحسب وزن سیمان 0%و،%25 ،%20 ،%15 ،%10و30درصد به بتن خودتراکم بازیافتی افزوده شده و ازمایشهای مقاومت فشاری مقاومت کششی مقاومت خمشی روی آن صورت گرفته شده است ازطرف دیگر یک طرح اختلاط بتن خود تراکم بازیافتی حاوی 15درصد میکروسیلیس ساخته شده و ازمایشهای ذکر شده روی آن صورت گرفتند نتایج ازمایشات صورت گرفته برروی بتن خودترکم حاوی پوزولان زئولیت طبیعی نشان ازتاثیر مثبت استفاده ازاین مواددربتن خودتراکم می باشد.
معادن پوزولان
پوزولان ها مواد معدنی هستند که از طریق فرآیندهای طبیعی و دگرگونی سنگ های آذرین به وجود می آیند. مهم ترین معادن پوزولان شامل موارد زیر هستند:
معادن سیلیس:
سیلیس یکی از مهم ترین پوزولان های معدنی است. مهم ترین معادن سیلیس در استان های خراسان رضوی، فارس، کرمان، یزد و قزوین واقع شده اند.
معادن آلومینا:
معادن آلومینا عمدتاً در استان های آذربایجان غربی و آذربایجان شرقی وجود دارند که شامل معادن بوکسیت و کائولینیت هستند.
معادن سنگ آهن:
ایران دارای منابع عظیمی از سنگ‌آهن است. مهم ترین معادن سنگ آهن در استان های کرمان، یزد و خراسان رضوی قرار دارند.
معادن بنتونیت:
ایران معادن مهمی از منابع بنتونیت دارد که پس از فعال سازی می تواند به عنوان پوزولان در بتن مورد استفاده قرار گیرد. مهم ترین این معادن در استان فارس واقع شده است.
سخن پایانی
در این مطلب با تعریف جامعی از پوزولان آشنا شدیم و دریافتیم که پوزولان چیست و چه کاربرد و چه مزایایی دارد. علاوه بر آن به معرفی و بررسی گسترده ای از پوزولان ها و نقش آنها در بهبود خواص بتن پرداختیم. پوزولان ها به عنوان موادی فعال و مفید در صنعت ساختمان و بتن شناخته می شوند. استفاده از پوزولان ها در بتن و مواد ساختمانی می تواند منجر به بهبود خواص مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی، کاهش نفوذپذیری و کاهش تولید گازهای گلخانه ای شود ونفش مفیدی را در محیط زیست ایفا کند.