<br /> اثر ولاستونیت و براده ی آهن در بتن

بتن ازجمله مصالحی است که در صنعت ساختمان و بخصوص در سازهای بتنی با توجه به اهمیتی که دارد مهمترین نقش را ایفا میکند. خواص بتن میتواند با افزودن مواد افزودنی به مخلوط های بتنی اصلاح شده و باعث رشد صنعت مواد جایگزین در بتن شود. همچنین میتوان با کاهش مقدار مصرف سیمان در بتن و استفاده از مواد جایگزین، آلودگی های زیست محیطی توسط کارخانه های تولید سیمان را کاهش داد
با بکارگیری افزودنی ها در بتن بعلت ساختار بسیار ریز و تاثیر فیزیکی- شیمیایی این مواد خواص بتن تا حدودی اصلاح شده و در نتیجه وضعیت سازه های بتنی بهبود پیدا میکند
یکی از موادی که میتواند به عنوان جایگزین مناسب برای سیمان در بتن مورد استفاده قرار گیرد ماده ی معدنی ولاستونیت است که با کاهش مصرف سیمان در بتن موجب کاهش دی اکسید کربن ناشی از روند تولید سیمان میشود. ولاستونیت دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مطلوب بوده و اثرات مطلوبی نیز بر خواص بتن دارد.
در یک تحقیق آزمایشگاه ی والساتونیت و براده آهن جایگزین درصدی از سیمان شده و مقاومت فشاری نمونه ها در سنین 7 ،28 و 90 روزه و مقاومت کششی در سنین 7 و 28 روزه اندازه گیری شده است. نتایج حاصل نشان دهنده مشارکت بیشتر ولاستونیت نسبت به براده آهن در مقاومت فشاری و کششی بتن بوده است.
ولاستونیت یک ماده معدنی برپایه کلسیم ایزو سیلیکات است که ممکن است شامل مقادیری آهن ومنیزیم نیز باشد
. Sio2,Cao اجزای اصلی تشکیل دهنده ولاستونیت هستند. در ولاستونیت خالص هر مولفه تقریبا 50 %وزنی این ماده را شامل میشود. Cao حدود 3/48 درصد وزنی و Sio2 حدود 7/51 وزنی ولاستونیت را تشکیل میدشند
علاوه بر این دو ماده آلومینیوم، آهن، منیزیم، منگنز، پتاسیم و سدیم نیز در ساختار ولاستونیت موجود است. همچنین اندازه ی دانه های ولاستونیت همانند ذرات سیمان میباشد. این ماده عموما سفید رنگ بوده و زمانی که سنگ آهک ناخالص در معرض دما و فشار زیاد قرار میگیرد بوجود میآید. از این ماده معمولا در کارخانه کاشی و سرامیک به علت سفیدی و اجزای سوزنی شکل مورد استفاده قرار میگیرد
ولاستونیت ممکن است جهت بهبود وضعیت سطحی جایگزین سنگ آهک و ماسه در الیاف شیشهای شود
. ]al et Colin نشان دادند که مقاومت خمشی بتن با استفاده از ولاستونیت همراه با خاکستری بادی و یا دوده سیلیس افزایش مییابد.
Yog به این نتیجه دست یافت که مقاومت فشاری و خمشی بتن با جایگزینی 15 %سیمان بوسیله ولاستونیت افزای مییابد
]Nehdi & Soliman مشاهده کردند که استفاده از ولاستونیت در بتن موجب افزایش مقاومت فشاری بتن در سنین اولیه شده و همچنین تخلخل بتن را کاهش داده و موجب کاهش انقباض در بتن میشود.
آهن به صورت سنگ آهن به وفور در طبیعت و معادن یافت میشود. برای تولید فوالد ازسنگ آهن، آهن خام را تولید کرده و توسط عمل احیا در کوره های بلند کارخانجات ذوب آهن پس از دفع مواد زاید و افزودن عناصری مانند کربن- نیکل- منگنز- مولیبدن- سیلیسیم و... که هریک میتواند باعث تغییراتی برروی ویژگی آهن شود. گفتنی است که استفاده از این آلیاژها میتواند 3 %وزن کل آهن را تشکیل بدشد

<br /> میکروسیلیس یا دوده سیلیسی

میکروسیلیس یا دوده سیلیسی که به عنوان ماده پرکننده ی اجزای تشکیل دهنده ی بتن عمل میکند، ماده ی سیلیسی ریزی است که ذرات آن 50 تا 100 برابر از ذرات سیمان کوچکتر بوده و باعث چسبندگی ذرات بین سیمان می شود. همچنین این ماده چسبندگی بین سیمان و سنگدانه را تا حد قابل قبولی افزایش می دهد. میکروسیلیس ماده ای بسیار نرم و به شکل پودر می باشد و حاوی مواد غیربلوری با قطرهای بین 0.2 تا 0.5 میکرون است. میزان سیلیس در این ماده معموالً مقداری بین 85 تا 98 درصد است که میزان دقیق آن بستگی به نوع محصول کوره و کارخانه ی سیلیس دارد. در کوره هایی که مجهز به سیستم بازیابی حرارتی می باشند اگر دمای گاز خروجی حدود 800 درجه سانتیگراد باشد، آنگاه میکروسیلیس یا دوده سیلیسی حاصل دارای رنگ روشن است. در صورتی که دمای گاز خروجی حدود 200 درجه سانتیگراد باشد مقداری کربن سوخته در آن باقی می ماند و در نتیجه سیلیس خاکستری رنگ تولید می شود
. مقاومت بتن معمولا مهمترین معیار برای ارزیابی کیفیت بتن به کار برده می شود. افزایش مقاومت به مرور زمان بر اساس تداوم آبگیری سیمان وکاهش درصد تخلخل و فضای خالی بین مواد متشکله در مرحله ایجاد چسبندگی می باشد.میکروسیلیس موجود در بتن که یک ماده ی پوزولانی محسوب می شود، با هیدروکسیدکلسیم ناشی از هیدراتاسیون سیمان ترکیب شده و ترکیبی ژل مانند می سازد. این ترکیب، عامل اصلی افزایش مقاومت و کاهش تخلخل ذرات تشکیل دهنده بتن می باشد.
کریستال های بزرگ هیدروکسیدکلسیم در فصل مشترک سنگدانه و خمیر، مانع افزایش مقاومت می شود که میکروسیلیس تحت واکنش پوزولانی با هیدروکسید کلسیم آن را به اجزاء مقاومی به نام سیلیکات کلسیم هیدراته تبدیل می کند و بدین ترتیب باعث افزایش مقاومت فشاری بتن می شود
خواص مکانیکی مختلف بتن، همانند مقاومت و دوام، متأثر از پارامترهای زیادی است .گرایش عمومی محققان این است که تأثیر پارامترهای مختلف بطور همزمان روی مقاومت بتن را بررسی کرده تا درنهایت مقادیر بهینه آنها برای مقاومت فشاری ماکزیمم بدست آید .

<br /> افزودن خاکستر برنج به عنوان افزودنی سیمان

یکی از اقداماتی که در سال های اخیر برای کاهش هزینه های تولید سیمان و بتن و همچنین حفاظت از محیط زیست در کشورهای توسعه یافته صورت گرفته است، استفاده از ضایعات صنایع مختلف در سیمان و بتن است.
در این مقاله که توسط کارخانه سیمان داراب نگاشته شده است، به بررسی استفاده از خاکستر برنج در سیمان پرداخته شده است.
دانلود مقاله

<br /> سیمان پورتلند پوزولانی

سیمان پورتلند پوزولانی
سیمان پرتلند پوزولانی حاوی حداکثر 15% پوزولان  طبیعی مرغوب از دامنه کوه سبلان می باشند که از خواص ویژه کاربردی به شرح ذیل برخوردار است:

• مقاومت در مقابل مواد شیمیایی و فاضلاب
• مقاومت نهایی بالاتر
• قابلیت نفوذ و کارپذیری بهتر برای ویبره شدن
• حفاظت مصالح و آرماتور درون بتون در مقابل نفوذ مواد خورنده
• خارج کردن املاح قلیایی از بتن
• انبساط کمتر و قابل استفاده در بتن ریزی های حجیم
• حرارت هیدراتاسیون کمتر در بتن ریزی های حجیم
• بتن تشکیل شده از سیمان پوزولانی به علت نفوذ پذیری بهتر پوزولان و روانی آن دچار ترک خوردگی نمی شود.
• جلوگیری از واکنش قلیائی – سیلیکا در سنگدانه های بتن مخصوصاً در سد سازی (سرطان بتن)
• حفظ منابع طبیعی به علت کاهش مصرف در سوخت و مواد اولیه سیمان
• کاهش آلودگی هوا به علت جایگزین شدن به جای کلینگر و کاهش مصرف سوخت های فسیلی
• کاهش میزان سایش تجهیزات در آسیاب های سیمان
• کاهش مصرف انرژی الکتریکی به علت کم سایش بودن در آسیاب های سیمان
• 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.

<br /> مواد افزودنی بتن و سیمان

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 15- 5 % 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 2 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.
[caption id="" align="alignnone" width="640"] پوزولان ها, مواد جایگزین سیمان , ساخت بتن آماده, طرح اختلاط بتن, نقش پوزولان ها در بتن, افزایش مقاومت بتن دود سیلیکا , پوزولان های طبیعی , متاکالین, سنگ رسی , خاک رسی سوزانده[/caption]

<br /> معرفی پوزولان ها و نقش آنها در بتن

پوزولان ها مواد سیلیسی و آلومینی هستند که در مجاورت آب در حرارت معمولی با آهک ترکیب شده و تشکیل مواد پایدار و نامحلول (ژل) داده و خاصیت سیمانی شدن دارند. اقدام جهت شناسایی خاصیت پوزولان ها در بتن و ملات سال هاست که به طور وسیعی در کشورهای مختلف آمریکایی، اروپایی و ایران صورت گرفته است به نحوی که به کارگیری این مواد به عنوان ماده جایگزین سیمن در بتن در آیین نامه ها آورده شده است. در این نوشتار به معرفی پوزولان ها از دیدگاه ASTM، حدود ترکیبات شیمیایی و طبقه بندی آن ها پرداخته شده است. همچنین معرفی مواد اصلی، چگونگی پیدایش و نیز بررسی مزایای استفاده از پوزولان ها صورت گرفته است. از جمله مزایای استفاده از پوزولانها، داشتن خصوصیات سیمانی و در نتیجه صرفه ی اقتصادی، بالابردن مقاومت در برابر حمله اسیدها و قلیایی سنگدانه ها و جلوگیری از ترک خوردن سطحی گسترده بتن، کاهش بتن ذیری، خاصیتی که در ارتباط با آب بند بودن سازه های نگهدارنده آب و همچنین در ارتباط با حملات شیمیایی مورد توجه می باشد. بررسی مکانیزم حمله سولفات ها و تاثیر پوزولان ها بر افزایش مقاومت بتن در برابر حمله سولفات ها، از طریق کاهش میزان C3A در سیمان که منجر به بالا بردن دوام بتن مورد تهاجم آب دریا می شود، صورت می گیرد.