سیمان پوزولان

مساله ای که تاکنون در کشور ما کمتر بدان توجه شده است ، استفاده مجدد و مفید از زواید وضایعات اعم از معدنی ، صنعتی ، کشاورزی در محیط ، حیاط را به مخاطره می اندازد . و از همه مهمتر تعهد نسبت به آیندگان ایجاب می کند که تحقیقات جامعی بر روی مصارف ضایعات مختلف به عمل آمده و با ارائه راه حل های کاربردی نسبت به کاهش مصرف مواد اولیه و تولید ضایعات و به کارگیری ضایعات مختلف به عنوان ماده اولیه اقدام گردد . در ادامه به بررسی یکی از موارد استفاده از این ضایعات در صنعت ساختمان ، یعنی در تولید سیمان ، می پردازیم .
● تعاریف :
▪ سیمان پوزولان : همانطور که از نام این سیمان پیداست سیمانی است که از ترکیب سیمان پرتلند معمولی با یک یا چند پوزولان بدست می آید . اغلب برای آنکه آب دریا و آب های سولفات دار در زمین های گچی در بتن سیمانی اثر بد نکند به سیمان بتن ، پوزولان می افزایند .
▪ پوزولان ها : پوزولان ها مواد سیلیسی و یا سیلیسی آلومینی هستند که به عنوان یک مکمل سیمان پرتلند معمولی در افزایش خاصیت چسبندگی بتن موثرند . این مواد در حالت معمولی با آب واکنش نمی دهند ولی در مجاورت آهک یا سیمان واکنش شیمیایی ایجاد می کنند و مقاومت و دوام بتن را در دراز مدت افزایش می دهند .
پوزولان ها که از دیرباز به عنوان جای گزین و مکمل سیمان در ساخت و سازها مورد استفاده قرار گرفته اند می توانند مشکلات مربوط به محدودیت تولید را حل کنند . این مواد که به صورت طبیعی و مصنوعی قابل حصول می باشند ، توانسته اند با جایگزینی با سیمان ضمن ایجاد صرفه جویی در سوخت برای تولید سیمان و کاهش آلودگی محیط زیست ، در خواص بتن نیز موثر بوده و دوام آنها را بویژه در محیط خوردنده افزایش دهند . لازم به ذکر است که واژه پوزولان از پوزولی ( منطقه ای در ایتالیا ) گرفته شده که حدود ۲۰۰۰ سال پیش برای اولین بار پوزولان در آنجا پیدا شده است . امروزه سیمان پوزولان کاربرد وسیعی پیدا کرده و در اغلب کشورهای پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرد . در آمریکا در ۱۹۱۰ کاربرد آن رواج پیدا کرده . در چین ، مکزیک ، هند ، ژاپن ، ایتالیا و …. مصرف بالایی دارد . پوزولان در ایران در سال ۱۳۲۰ کشف شد و از پوزولان های طبیعی ایران می توان تراس جاجرود ، خاک سرخ لومار ، پوکه بستان آباد ، را نام برد . دامنه کوه های سهند ، دماوند ، تفتان و استان کرمان نیز از جمله مکان های پوزولان های طبیعی ایران می باشند .امروزه پوزولان های مصنوعی در کشورهای صنعتی که تولیدات زیادی دارند کاربرد وسیعی پیدا کرده است . پوزولان های مصنوعی شامل سربازه کوره های آهن گذاری ، دوده سیلیس ، خاکستر پوسته برنج ، رس کلسینه شده و …. است که البته استفاده از اینها هم ارزش اقتصادی به آنها داده و هم منجر به کاهش آلودگی محیط زیست شده است ، چرا که این مواد ، مواد زائد و تولیدات فرعی کارخانه ها و از آلاینده های محیط زیست هستند .
● تاریخچه استفاده از چند پوزولان مصنوعی در سیمان پرتلند :
کاربرد دوده سیلیس به سال ۱۹۵۰ در نروژ بر می گردد که در تونل ها استفاده می شد و سپس اولین استاندارد استفاده از این ماده در بتن در نروژ نوشته شد و سپس در کشورهای دیگر مانند سوئد ، دانمارک ، کانادا و…. مورد استفاده و تحقیق قرار گرفت . دوده سیلیس یک پورد بسیار نرم است که فرایند صنایع فلزی سیلیسیم می باشد . خاکستر پوسته برنج نیز یک پوزولان نرم و مشهور است که می تواند در تولید سیلیس جایگزین میکروسیلیس شود . این ماده در کشورهایی مانند مالزی ، هند ، ژاپن ، آمریکا مورد آزمایش و تحقیق قرار گرفت . در ایران نیز در مرکز تحقیقات ساختمان ومسکن ، دانشگاه علم وصنعت ایران و دانشگاه امیرکبیر تحقیقاتی در این زمینه انجام شده و نتایج قابل قبولی بدست آمده که می توان به عنوان پوزولان مرغوب در تولید میکروسیلیس از این ماده استفاده کرد . کاربرد رس کلسینه شده در گذشته های دور هم رایج بوده است و در حدود ۳۶۰۰ سال پیش از ظروف شکسته ی پخته شده و آهک ، ماده پوزولایی و مواد چسبنده درست می کردند که توسط رومی ها و یونانی ها استفاده می کنند که رنگ سرخ دارند و نمای ساختمان را سرخ می کنند . امروزه در کشورهایی مثل دانمارک ، برزیل ، فرانسه ،انگلستان ، آمریکا و کشورهای پیشرفته از آهک و رس کلسینه شده در سدسازی استفاده می شود که مقاومت بسیار خوبی دارد .
● انواع سیمان های پوزولانی :
۱) سیمان پوزولانی نوع S .
این سیمان متشکل از ذرات آسیاب شده و ریز شده سرباره کوره های آهن گذاری و کلینکر سیمان و مقدار لازم سنگ گچ که همراه با یکدیگر آسیاب می شوند وافزودن مقدار کمی ماده هوازا به آن است . بیش از ۷۰ درصد وزنی این سیمان را سرباره تشکیل می دهد . از نمونه های آن نو ع entrainment Air , A یا در برگیرنده هوا می باشد .
خواص ملات ساخته شده از این نوع سیمان و ماسه به نسبت ۱۶ در مقایسه با ملات سیمان –آهک ماسه به نسبت ۶؛ ۱ :۱ بسیار بهتر است ازآنجا که مقاومت فشاری ملات های 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 آبندی بیشتری دارد این سیمان در برابر حمله سولفات ها مقاوم است بنابراین استفاده از آن از شوره زدگی در آجرکاری جلوگیری می کند . سیمان پرتلند پوزولانی با بیش از ۵۰ درصد پوزولان سرباره کوره آهنگزاری در مقابله با سولفات قوی به همراه یون کلر ، مقابله با واکنش قلیایی سنگدانه ها و ساخت بتن متراکم با نفوذ پذیری کم بکار می رود .
۲) سیمان پوزولانی نوع (SM ) I :
این سیمان مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره کوره بلند است . سرباره کمتر از ۲۵ درصد وزنی این سیمان را تشکیل می دهد .
در انواع مختلف Air enterainment A یا دربرگیرنده هوا ، MS resistace Moderate Suifate یا مقاوم در برابر سولفات Moderate hear OF hydration MH یا گرمای مناسب هیدراسیون عرضه می شود . از این سیمان در کارهای حجیم مانند سدهای وزنی ، کارهایی که در معرض حمله ضعیف سولفات ها قرار دارند و بتن ریزی و اندودکاری در هوای گرم استفاده می شود .
۳) سیمان پوزولانی نوع IS :
این سیمان مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره کوره بلند است .حدود ۲۵ تا ۷۰ درصد وزنی آن پوزولان می باشد .
در انواع مختلف Air enterainment A یا دربرگیرنده هوا ، resistance Mmoderate Sulfat MS یا مقاوم در برابر سولفات و Modernate hear of hydration MH یا گرمای مناسب هیدراسیون عرضه می شود .
۴) سیمان پوزولانی نوع IP یا P :
این سیمان مخلوطی از سیمان پوزولان های گوناگون و پرتلند است و اغلب مخلوطی با پوزولان بکار رفته در نوع IS می باشد . ۱۵ تا ۴۰ درصد وزنی این سیمان از پوزولان های یاد شده تشکیل شده است . نوع IP در انواع Air entrainment A یا دربرگیرنده هوا ، Moderate Sulfate MS resistance یا مقاوم در برابر سولفات Modernate hear of hidration MH یا گرمای مناسب هیدراسیون عرضه می شود .نوع P در انواع مختلف Low Hear of hydration LH یا دمای هیدراسیون پایین entrainment AIR A یا در برگیرنده هوا Moderate Sulfate resistance MS یا مقاوم در برابر سولفات عرضه می شود . از این سیمان نیز در کارهای حجیم مانند سدهای وزنی ، و بتن ریزی و اندود کاری در هوای گرم استفاده میشود ضمنا از این سیمان برای مقابله با سولفات های قوی استفاده می شود .
۵) سیمان پوزولانی نوع I(PM) :
مخلوطی از سیمان پرتلند و چند پوزولان است .پوزولان ها کمتر از ۱۵ درصد وزنی این سیمان را تشکیل می دهد .در انواع مختلف Air enterainment A یا دربرگیرنده هوا . resistance Moderate Sulfat MS یا مقاوم در برابر سولفات و Moderate hear of hydration MH یا گرمای مناسب هیدراسیون عرضه می شود .ضمناً موارد دیگری نیز وجود دارد .
● سیمان یا پوزولان خاکستر بادی :
فرآیند تولید کلینکر این نوع سیمان که دارای مقاومت بالایی نیز هست . در دمای ۱۳۵۰درجه سانتیگراد انجام می شود ، و در حالی که کلینر سیمان پرتلند معمولی در دمای ۱۴۵۰ درجه سانتی گراد تولید می شود . این سیمان را می توان در کارخانه با آسیاب کردن توام سیمان پرتلند و خاکستر بادی و افزودن مقدار لازم سنگ گچ به هنگام آسیاب کردن ، یا با آمیختن خاکستر بادی یا سیمان پرتلند معمولی تولید کرد .مخلوط های بتنی ساختمان که ۲۰ درصد وزن سیمان آنها با خاکستر بادی جایگزین شده است ، می توانند برای مقاومت فشاری ، خمشی و ضریب ارتجاعی برابر بتن های ساخته شده با سیمان پرتلند در ۲۸ روز طراحی شوند .
● خواص پوزولان ها :
▪ معایب تولید سیمان پرتلند معمولی :
برای تولید هر تن سیمان ۲۵/۱ تن دی اکسید کربن تولید می شود که یک گاز گلخانه ای مضر است . در ضمن برای ساختن سیمان پرتلند به انرژی گرمایی بسیار بسیار زیادی احتیاج داریم (گفته می شود که این انرژی بیش از انرژی مورد نیاز در هر صنعت دیگری است ) برای تولید هر تن سیمان پرتلند حدود ۶ میلیون BTU ( واحد گرمایی بریتانیایی معادل با شش میلیون و سیصد هزار کیلو ژول ) گرما نیازمندیم . پس می توان با استفاده کردن از پوزولان هم باعث صرفه جویی در سوخت و انرژی لازم برای تولید سیمان شده و هم تولید ارزان تر سیمان ، زیرا پوزولان انرژی اقتصادی کمی دارند .دادن ارزش اقتصادی به آن ها ؛ زیرا پوزولان ها مواد زائد و تولیدات فرعی کارخانه ها می باشند . با استفاده از آن ها می توان مواد زائد و تولیدات فرعی کارخانه ها و آلاینده های محیط زیست را به مصرف رساند و نیز استفاده از آنها در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای مانند (CO۲ ) نیز موثر است .
▪ خواصی که سیمان های پوزولانی به بتن می دهند :
باعث تاخیر در زمان گیرش بتن می شوند . به همین دلیل در سدها بیشتر از آنها استفاده می شود ، با استفاده از این مواد می توان ترک های حرارتی را کنترل کرد .کاهش نفوذپذیری ، بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی ، افزایش عمر مفید سازه ها از دیگر خواص سیمان های پوزولانی است .لازم به ذکر است که اکثر این بتن را تا حدودی کاهش می دهند که با بکار بردن افزودنی هایی مثل روان کننده ها یا فوق روان کننده ها می توان از کاهش کارایی آن جلوگیری کرد .

اسماعیل محمدی
http://www.mohandesi-sakhteman.blogfa.com
منابع و مأخذ :
کتاب ساخت سیمان بنایی با پوسته برنج ، فاطمه جعفرپور ، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن
مقاله پوزولان ( گذشته ، حال ، آینده ) دکتر علی اکبر رمضانیان
مقاله Cement In Concrete Some Basice About Substituting Pozzolans for Portland گرفته شده از. buildingscience . Com W W W.