با توجه به اینکه بتن ، مصالح مناسبی برای امر ساخت و ساز بوده و اهمیت بسیار بالایی دارد . شرایط تولید ، مواد اولیه ، مواد ثانویه و مواد مضاف بتن و مهمتر از همه سیمان و جایگزین های مناسب برای آن در تولید بتن بایستی مورد مطالعه کاملاً علمی، فنی و مهندسی قرار گیرد ،       تا هم از نظر بهبود مشخصات بتن و افزایش مقاومت آن پیشرفت هایی حاصل شود ، هم از نظر اقتصادی در هزینه ها صرفه جویی گردد    یکی از بهترین راهکارهای موجود ، یافتن جایگزینهای مناسب برای سیمان مصرفی در بتن است و در این زمینه استفاده از منابع و مصالح طبیعی با حفظ محیط زیست و منابع ارزشمند کشور ایده بسیار کارآمد و پرثمری میباشد .

چنانچه تولید سیمان با شرایط فوق گامی در جهت پیشرفت جامعه بحساب می آید ، استفاده و بکارگیری آگاهانه و بجا از آن  توسط مهندسین و افراد شاغل در بخش ساخت و ساز کشور نتایج مطلوب تری بدست می آورد .

ادامه مقاله در ادامه مطلب

چکیده :

سیمان پرتلند – مواد پوزولانی – بتن – مقاومت و دوام

سیمان پرتلند پوزولانی و ارزیابی واکنش زائی

سیمان پرتلند پوزولانی معمولی , مخلوطی است از حداقل ۵ و حداکثر ۱۵ درصد پوزولان طبیعی و دست کم ۸۵ درصد کلینکر یا سیمان پرتلند با نرمی مشخص که در مجاورت آب به صورت جسم چسبنده‏ای در کارهای ساختمانی مصرف می‏گردد  . این سیمان با نماد ” پ پ ” نشان داده میشود .

پوزولان یک ماده طبیعی یا مصنوعی حاوی سیلیس فعال یا سیلیس آلومیناتی است که به تنهایی ارزش چسبندگی ندارد ، ولی بصورت پودر شده و درحضوررطوبت و در دمای معمولی با هیدراکسید کلسیم واکنش شیمیائی حاصل  کرده و ترکیباتی را که خواص چسبندگی دارد ،               بوجود می آورد . ماده پوزولانی بایستی بصورت آسیاب شده باشد تا درحضور آب با آهک ، سیلیکاتهای کلسیم پایدار با خواص چسبندگی ایجاد کند .

مواد پوزولانی از خاکستر آتشفشانی غیربلورین- پوزلانی اصلی – پودرسنگ ، سنگهای رسی و چرتهای اوپالینی ، خاک دیاتومه ای کلسینه شده ، خاک رس پخته شده ، خاکستر بادی ودوده سیلیسی و غیره  بدست می آید .

جهت ارزیابی درجه فعالیت واکنش زائی مواد پورولانی با سیمان ، آئین نامه ASTM.C- 618-78 سنجش ضریب فعالیت پوزولانی را توصیه می نماید که این  ضریب از تعیین مقاومت مخلوطها با جایگزین نمودن مقدار معینی از سیمان با مواد پوزولانی بدست می آید .

مقایسه مقاومت

روند توسعه مقاومت سیمان پرتلند پوزولانی به درجه فعال بودن پوزولان و نسبت سیمان پرتلند در مخلوط بستگی دارد . در سیمان پرتلند پوزولانی   هیدراسیون بکندی انجام  و حرارت هیدراسیون  کمتر دارد  و برای بتن های حجیم مناسب است .  مقاومت اولیه بتن حاوی سیمانی که بخشی از آن با مواد پوزولانی جاگزین شده  باشد ، کمتر از مقاومت مربوطه بتن حاوی سیمان خالص است  و نیاز به یک عمل آوری و مراقبت  نسبتا” طولانی دارد ولی مقاومت نهائی آن تقربیا” با مقاومت سیمان پرتلند خالص یکسان وبلکه قدری بیشتر است .

مشخصات و خواص سیمان پرتلند پوزولانی

آئین نامه ASTM . C595-79 سیمان پرتلند پوزولانی را بعنوان نوع IP برای کاربردهای عمومی ساختمانهای بتنی و نوع P را برای مصرف در مواردیکه مقاومت اولیه زیاد مواد نیاز نباشد مانند پایه های پل ، سدها ، و شالوده های تکی توصیف نموده است .

چگالی سیمان پرتلند عموما” حدود ۱۵/۳ است و چگالی سیمانهای پرتلند پوزولانی حدود ۹/۲ میباشد . چگالی سیمان ، که با                         روش ASTM . C188 تعیین میشود ، نشانگر کیفیت سیمان نیست و عمدتا” در محاسبات مربوط به تعیین نسبت اجزای مخلوط بتن                 بکارمی آیند .

سیمان پرتلند پوزولانی معمولی در حال حاضر با کیفیتی مطلوب و خواص مناسب با مشخصات برتر از شاخص های مطرح در استاندارد ملی ایران به شماره ۳۴۳۲ به صورت انبوه در کارخانجات سیمان کشورتولید می گردد . این نوع سیمان حاوی حداکثر ۱۵% پوزولان طبیعی بوده و از خواص ویژه و کاربردی متنوعی برخوردار می باشد .

از خواص ویژه آن به موارد ذیل اشاره می شود .
۱- دوام و پایایی بتن ساخته شده با سیمان پوزولانی در برابر محیط های خورنده و آبهای شور نسبت به سیمان های معمولی
۲- میزان حرارت هیدراتاسیون این نوع سیمان نسبت به سیمانهای معمولی پایین تر بوده و در بتن ریزیهای نسبتاً حجیم کاربرد دارند .
۳- در طی زمان وجود پوزولان باعث جذب Ca(OH)2 آزاد شده از فازهای سیمان شده و از افزایش پوکی و تخلخل تدریجی بتن می کاهد .
۴- در مواقعی که شن و ماسه مصرفی استعداد واکنش خطرناک قلیایی ـ سیلیکاتی را داشته باشند تاحد زیادی از تشکیل این واکنش خطرناک بین سنگدانه و قلیایی های سیمان جلوگیری می کند .
۵- این نوع سیمان ها ضد سولفات اصلاح شده می باشند .
۶- بتن این نوع سیمانها آب بیشتر در خود نگهداشته و آب انداختگی کمتری از خود نشان می دهند .
۷- مصرف این سیمان در هوای گرم و مرطوب ، مطلوب می باشد .
۸- به خاطر ویژگی حرارت هیدراتاسیون پایین و ماهیت پوزولان این نوع سیمان دیرگیر بوده و می باید مدت بیشتری بعد از بتن ریزی نگهداری شود تا نتیجه ایده آل حاصل گردد .
۹- در بتن ریزی در شرایط آب و هوای سرد به خاطر ویژگی حرارت هیدراتاسیون کمتر ، باید بتن تازه در برابر یخ زدن محافظت شود تا نتیجه ایده آل حاصل گردد و قالب برداری دیرتر انجام گیرد .
۱۰- در مواقعی که برای ساخت قطعات پیش ساخته مانند موزائیک و بلوک استفاده می شود بایستی به علت دیرگیر بودن این سیمان مدت نگهداری آن طولانی تر باشد .

۱۱- در عملیات بتن ریزی در دمای کمتر از شش درجه سانتیگراد بایستی از مواد افزودنی مناسب استفاده شود .

مقایسه مشخصات شیمیایی سیمان پرتلند پوزولانی استاندارد های ملی ایران و  ASTM

پارامتر

مقدار در استاندارد ملی ایران ۳۴۳۲

مقدار در استاندارد آمریکا ASTM C595-79

Mgo  ( درصد )

حداکثر ۵

حداکثر ۵

SO3 ( درصد )

حداکثر ۴

حداکثر ۴

افت حرارتی ( درصد )

حداکثر ۵

حداکثر ۵

یون کلر ( درصد )

حداکثر ۱/۰

ــــ

مقایسه مشخصات فیزیکی سیمان پرتلند پوزولانی استاندارد های ملی ایران و  ASTM

پارامتر

مقدار در استاندارد ملی ایران ۳۴۳۲

مقدار در استاندارد آمریکا ASTM C595-79

سطح مخصوص (     (

۳۰۰۰

ــــ

انبساط اتوکلاو ( % )

حداکثر ۵/۰

حداکثر ۸/۰

زمان گیرش اولیه ( دقیقه )

حداقل ۶۰

حداقل ۴۵

زمان گیرش نهایی ( دقیقه )

حداکثر ۴۲۰

حداکثر ۴۲۰

مقاومت فشاری ۳روزه(   (

حداقل ۱۰۰

حداقل ۱۲۵

مقاومت فشاری ۷روزه(  (

حداقل ۱۷۵

حداقل ۱۹۳

مقاومت فشاری ۲۸روزه(  (

حداقل ۳۰۰

حداقل ۲۴۱

حرارت هیدراتاسیون (  )

در سن ۷ روزه

در سن ۲۸روزه

حداکثر ۷۰

حداکثر ۸۰

حداکثر ۷۰

حداکثر ۸۰

مقدار پوزولان( درصد)

۱۵-۵

سیمان پرتلند پوزولانی ویژه

سیمان پرتلند پوزولانی ویژه طبق استاندارد ملی ایران به شماره ۳۴۳۲  دارای ۱۵ تا ۴۰ درصد مواد پوزولانی می باشد . کاربرد این مقدار پوزولان خواص بسیار مطلوبی به این سیمان می دهد که کاربردهای ویژه ای را برای آن ایجاد می نماید  . این سیمان با نماد ” پ پ و ” نشان داده میشود  این سیمان دارای کاربرد گسترده به سبب خواص برتر ذیل می باشد :

۱- دوام و پایداری بتن حاصل در محیط هایی با خورندگی زیاد حاوی غلظت بالای کلر و سولفات بسیار مطلوب می باشد . ۲-  به سبب حرارت هیدراتاسیون اولیه کم دارای کاربرد گسترده ای در بتن ریزیهای حجیم می باشد . ۳ ـ Ca(OH)2 سبب جذب نسبتاً کامل حاصل ازهیدراتاسیون وحذف نسبتاً کامل تخلخل بتن میگردد. ۴ ـ قابلیت مصرف بسیار گسترده در مواردی دارد که شن و ماسه مستعد ایجاد واکنش سیلیکاتی ـ قلیائی دارند و انجام این واکنشها را به شدت محدود می کند.

۵  ـ این نوع سیمان ها قابلیت مصرف بالائی در محیط های بسیار گرم و مرطوب دارند و نیاز به خنک سازی و کاهش درجه حرارت بتن و صرف هزینه زیاد در این مورد برای بتنهای ساخته شده از این سیمانها وجود ندارد .
۶  ـ با توجه به ماهیت پوزولان و حرارت هیدراتاسیون کم در مورد کاربرد این سیمانها در هوای سرد و مصارف معمولی باید زمان بیشتری را برای نگهداری بتن صرف نمود .

مشخصات شیمیایی سیمان پرتلند پوزولانی ویژه

مشخصه شیمیایی الزامی

معیار استاندارملی به شماره ۳۴۳۲ برای سیمان پوزولانی ویژه

Mgo  ( درصد )

SO3 ( درصد )

افت حرارتی ( درصد )

یون کلر ( درصد )

حداکثر ۶

حداکثر ۴

حداکثر ۵

حداکثر ۱/۰

مشخصه فیزیکی الزامی

معیار استاندارملی به شماره ۳۴۳۲ برای سیمان پوزولانی ویژه

سطح مخصوص (     (

۳۲۰۰

انبساط اتوکلاو ( % )

حداکثر ۵/۰

زمان گیرش اولیه ( دقیقه )

حداقل ۴۵

زمان گیرش نهایی ( دقیقه )

حداکثر ۴۲۰

مقاومت فشاری ۳روزه(   (

ـــــ

مقاومت فشاری ۷روزه(  (

حداقل ۱۵۰

مقاومت فشاری ۲۸روزه(  (

حداقل ۲۷۵

مقدار پوزولان ( % )

۴۰-۱۶

حرارت هیدراتاسیون (  )

در سن ۳ روزه

_

در سن ۷ روزه

۶۰

در سن ۲۸  روزه

۷۰

مشخصات فیزیکی سیمان پرتلند پوزولانی ویژه

تعیین میزان پوزولان در سیمان پوزولانی

برای تعیین پوزولان موجود در سیمان پوزولانی نخست باید مقدار CaO در نمونه مورد نظر تعیین شود و سپس با استفاده از فرمول زیر میزان پوزولان موجود در نمونه محاسبه گردد .

در این معادله فرض بر آن است که مقدار CaO کلینکر سیمان پرتلند مورد مصرف در تولید سیمان پوزولانی ۶۵ درصد می‏باشد و نمونه افت حرارتی نداشته باشد .  در معادله بالا :

P : درصد پوزولان در سیمان پوزولانی

Cpz : درصد CaO در سیمان پوزولانی ( پس از کسر مقدار CaO موجود در سولفات کلسیم )

S : 7/1 برابر میزان سولفات کلسیم در سیمان

Cp : مقدار درصد CaO در پوزولان ( با فرض ۵ درصد )

یادآوری – تعیین میزان پوزولان در سیمان پوزولانی اختیاری بوده و بنا به درخواست مصرف کننده باید توسط تولیدکننده انجام پذیرفته و گزارش شود .