معرفی انواع افزودنی های معدنی بتن و تاثیر آنها بر بتن

در این نوشتار تصمیم داریم به معرفی انواع افزودنی های معدنی بتن بپردازیم، سپس در پایان عملکرد این نوع افزودنی ها را بررسی می نماییم. برای آشنایی با انواع افزودنی های شیمیایی بتن و تاثیر آنها در گیرش بتن پیشنهاد می دهیم ابتدا لینک زیر را مطالعه بفرمایید.

پیشنهاد مطالعه : انواع افزودنی های شیمیایی بتن

افزودنی های معدنی بتن Mineral Admixtures

افزودنی های معدنی بتن ، مواد سیلیسی یا سیلیسی – آلومینی خوب تفکیك ‌شده ‌ای می ‌باشند که در مقادیر نسبتاً زیاد، عموما در حدود 20 تا 100 درصد وزنی سیمان پرتلند، به بتن افزوده می ‌شوند. این مواد به‌ صورت خام یا بعد از فعال‌ سازی حرارتی به ‌عنوان منبع اصلی مواد در افزودنی های معدنی بتن به‌ کار گرفته می ‌شوند. بسیاری از این مواد محصولات زائد صنایع مختلفی هستند که به دلیل خواص خود قادر به استفاده شدن در ساخت بتن هستند.

اهمیت

واحد های نیروگاهی برقی با سوخت زغال‌ سنگ، کوره ‌های متالورژیکی تولید چدن، فلز سیلیسیم، و آلیاژهای فروسیلیسیم، منبع اصلی مواد زائد صنعتی هستند که به ‌میزان ده ‌ها میلیون تن در سال، در بسیاری از کشورهای صنعتی تولید می ‌شوند. بیرون ریختن این مواد زائد صنعتی به‌ منزله هدر دادن مواد و نیز سبب مسائل جدی آلودگی زیست‌ محیطی می ‌باشد.  با کنترل کیفیت درست، مقادیر زیادی از بسیاری از محصولات زائد صنعتی می ‌توانند در بتن، یا به ‌شکل سیمان پرتلند آمیخته یا به‌ عنوان افزودنی های معدنی بتن به ‌کار برده شوند.

وقتی ‌که خواص پوزولانی و یا سیمانی ‌کنندة یك ماده طوری باشد که به‌ عنوان جایگزین نسبی برای سیمان پرتلند در بتن بتواند استفاده شود، صرفه‌ جویی زیادی در انرژی و هزینه، نتیجه خواهد شد. صرف نظر از اینکه آیا مواد پوزولانی به ‌شکل یك ماده افزودنی معدنی یا به ‌عنوان ماده متشکله سیمان پرتلند آمیخته به بتن افزوده شده ‌اند، مکانیزمی که واکنش پوزولانی به‌ وسیله آن، تأثیر سودمندانه ‌ای بر روی خواص بتن می‌ گذارد، یکسان می ‌باشد.

کاربرد افزودنی های معدنی بتن

منافعی که از کاربرد افزودنی های معدنی بتن حاصل می شود عبارتند از:

• بهبود مقاومت در برابر ترك ‌خوردگی حرارتی به ‌علت حرارت کمتر هیدراتاسیون
• زیادتر شدن مقاومت نهایی و نفوذ ناپذیری به‌ خاطر بهبود وضعیت منافذ در نتیجة کاهش قلیاییت
• دوام بهتر در مقابل حملات شیمیایی مانند آب سولفاتی و انبساط قلیایی – سنگدانه
• صرفه اقتصادی و همچنین کاهش اثرات مخرب زیست محیطی

انواع افزودنی های معدنی بتن

1- افزودنی های دارای خاصیت پوزولانی (مثل خاکستر بادی کم‌ کلسیم)

2- افزودنی های دارای خاصیت سیمانی (مثل روباره آهن گدازی دانه ‌ای)

3- هم خاصیت سیمانی و هم پوزولانی (مثل خاکستر بادی پرکلسیم)

4- مواد طبیعی: موادی که تنها به ‌خاطر تولید پوزولان، فرآوری شده ‌اند. این فرآوری معمولاً شامل خرد کردن، آسیاب کردن، و جداسازی اندازه ‌ها می ‌گردد. در بعضی از موارد، فرآوری ممکن است شامل فعال‌ سازی حرارتی نیز بشود.

5- محصولات جنبی صنعتی یا مواد زائد صنعتی: موادی هستند که محصولات اصلی صنعت تولیدیشان نیستند. این محصولات ممکن است به فرآوری (مثل خشك و پودر کردن)، قبل از استفاده از آنها به عنوان مواد افزودنی معدنی، نیاز داشته باشند یا ممکن است به این کار نیازی نداشته باشند.

پوزولان های طبیعی

به ‌غیر از خاك دیاتومه، تمام پوزولان‌ های طبیعی از سنگ ‌ها و کانی ‌های آتشفشانی سرچشمه گرفته ‌اند. در حین فوران ‌های آتشفشانی انفجاری، خنك شدن سریع ماگما که متشکل از آلومینو سیلیکات ‌ها است، منجر به تشکیل شیشه یا فاز های شیشه ‌ای با ساختمان نامنظم (آمورف) می ‌شود. از آنجا که آلومینوسیلیکات ‌های با ساختمان نامنظم در معرض محلول آهك، پایدار باقی خواهند ماند، این امر اساس خواص پوزولانی مواد آتشفشانی می ‌گردد.

شکل 1- پوزولان های طبیعی از انواع افزودنی های معدنی بتن

طبقه‌ بندی پوزولان ‌های طبیعی مشکل است، زیرا این مصالح به ‌ندرت تنها دارای ماده متشکله واکنش ‌زا هستند. با این ‌وجود، براساس ماده متشکله واکنش ‌زای اصلی موجود، یك طبقه ‌بندی می‌ تواند به ‌صورت شیشه ‌های آتشفشانی، توف ‌های آتشفشانی، رس ‌ها یا سنگ ‌های رسی تکلیس ‌شده، و خاك ‌های دیاتومه باشد.

شیشه های آتشفشانی (Volcanic Glasses)

مشخصه واکنش ‌زایی با آهك در آنها اساساً از شیشه آلومینوسیلیکات تغییر نیافته با ساختمان نامنظم، سرچشمه می گیرد. کانی ‌های متبلور غیر واکنش ‌زا مانند کوارتز، فلدسپار و میکا در ماتریس شیشه‌ ای محاط ‌شده، یافت می ‌شوند. خاك سانتورین یونان، پوزولان باکُلی ایتالیا و پوزولان شیراسو ژاپن، مثال ‌هایی از این مواد پوزولانی هستند.

توف های آتشفشانی (Volcanic Tuffs)

تغییر شیشه آتشفشانی تحت شرایط دمایی و رطوبتی خاص می ‌تواند منجر به تشکیل کانی ‌های زئولیتی (تراس زئولیتی) شود که دارای ترکیباتی از خانواده (Na2Ca)O.Al2O3 4SiO2 .XH2O می ‌باشند. این محصول، توف آتشفشانی نامیده می ‌شود و با یك بافت به ‌هم فشرده مشخص می ‌گردد.

توف ‌های زئولیتی با بافت بهم ‌فشرده ‌شان نسبتاً قوی هستند و مقاومت‌ های فشاری در حدود 100 تا 300kg/cm2 به ‌دست می ‌آورند. بعد از آنکه توده به‌ هم ‌فشرده به ‌اندازه ذرات نرم آسیاب‌ شود، کانی ‌های زئولیتی واکنش ‌زایی قابل ‌توجهی را با آهك نشان می ‌دهند و مشخصات سیمانی ‌کننده‌ ای مشابه با پوزولان ‌هایی که دارای شیشه آتشفشانی هستند، به ‌وجود می ‌آورند. توف‌ های منطقه‌ البرز ایران، پوزولان ‌های سینی لاتیوم (در ایتالیا) و تراس ‌های راین‌لند و باواریا (در آلمان)، نمایانگر توف‌ های آتشفشانی متعارف هستند.

رس های تکلیس شده یا شیل ها Calcined Clays or Shales

شیشه‌ ها و توف ‌های آتشفشانی نیازی به فرآوری حرارتی برای زیادتر کردن خاصیت پوزولانیشان ندارند. با‌ این ‌وجود، رس و شیل ‌ها، واکنش ‌زایی محسوسی با آهك از خود نشان نمی ‌دهند، مگر آنکه ساختمان ‌های بلوری موجود در کانی ‌های رسی به ‌وسیله فرآوری حرارتی از بین برده شود. دماهای در حدود 600 تا 900°c در کوره‌ های دوار با سوخت نفتی، گازی، یا زغال ‌سنگی برای این مقصود است. فعالیت پوزولانی این محصول، اساساً به ‌علت تشکیل یك ساختمان آلومینوسیلیکاتی آمورف یا نامنظم در نتیجه فرآوری حرارتی است.

خاک دیاتومه (Diatomaceous Earth)

این گروه از پوزولان‌ ها، به ‌وسیله مواد با منشأ آلی مشخص می‌ شوند. دیاتومه، سیلیس هیدراته‌ شده آمورف است که متشکل از اسکلت صدف ‌ها و از دیواره ‌های سلولی بسیاری از انواع جلبك ‌های آبی ذره ‌بینی می ‌باشد. دیاتومه‌ ها بسیار با آهك واکنش ‌زا هستند اما اسکلت ساختمان ذره ‌بینیشان باعث نیاز آن ها به آب زیاد می‌ گردد. علاوه ‌براین، معادن دیاتومه دارای مقادیر زیادی رس هستند و بنابراین باید قبل از استفاده، فرآوری حرارتی شوند تا واکنش ‌زایی پوزولانیشان زیادتر گردد. معادن شناخته ‌شده در کالیفرنیا، الجزایر، کانادا، آلمان، دانمارك و ایران

پوزولان های طبیعی در ایران

پوزولان در ایران در سال 1320 کشف شد. از پوزولان های طبیعی ایران می توان تراس جاجرود ، توف البرز و آبیك، پومیس خاش، خاك سرخ لومار ، پوکه بستان آباد، و زئولیت را نام برد. دامنه کوه های سبلان، سهند ، دماوند ، تفتان و استان کرمان نیز از جمله مکان های پوزولان های طبیعی ایران می باشند.

مواد جنبی یا زائدات صنعتی

• خاکستر های حاصل از سوختن زغال‌ سنگ و بعضی از محصولاتباقی ‌مانده در آن
• سیلیس ناپایدار حاصل از بعضی از عملیات متالورژی
• روبارة دانه ‌ای حاصل از صنایع آهن‌ گدازی
• خاکستر پوسته برنج
• متاکائولین
• خاکستر بادی (Fly Ash)

شکل 2- مواد جنبی یا زائدات صنعتی از انواع افزودنی های معدنی بتن

خاکستر بادی (Fly Ash)

در هنگام احتراق زغال ‌سنگ پودر شده، همراه با عبور زغال ‌سنگ از میان ناحیة با درجه حرارت زیاد کوره، کربن و مواد ناپایدار می ‌سوزند، در صورتی ‌که بیشتر کانی ‌های ناخالص مانند رس ‌ها، کوارتز و فلدسپارها در درجه حرارت زیادتر ذوب می ‌شوند. ماده گداخته‌ شده به ‌سرعت به نواحی‌ با درجه حرارت کمتر انتقال می ‌یابد که در آنجا به ‌صورت ذرات کروی شیشه‌ ای جامد می ‌شود. بعضی از کانی‌ ها، به ‌هم چسبیده و تشکیل خاکستر ته ‌مانده را می ‌دهند، اما بیشتر آن ها با جریان بخار گاز خارج می ‌شود و خاکستر بادی نامیده می ‌شود.

خاکستر های بادی از نقطه ‌نظر دو گروه، که اساساً در مقدار کلسیم با هم تفاوت دارند، تقسیم شوند.

• خاکستر های گروه اول (کلاس F) دارای کمتر از 10درصد CaO تجزیه ‌ای بوده و به ‌طورکلی، محصول احتراق آنتراسیت و زغال ‌سنگ قیری هستند
• خاکستر های گروه دوم (کلاس C) معمولاً دارای 15 تا 35درصد CaO تجزیه ‌ای هستند و به ‌طورکلی، محصول احتراق لیگنیت و زغال ‌سنگ نیمه قیری هستند.

خاکستر بادی کلاس F

خاکستر بادی کم ‌کلسیم، به ‌خاطر نسبت ‌های زیاد سیلیس و آلومین آن، اصولاً شامل شیشه‌ های آلومینوسیلیکات است. کانی‌ های متبلور اصلی در خاکستر های بادی کم ‌کلسیم، کوارتز، مولیت و هماتیت یا سنگ آهن مغناطیسی هستند. از آنجایی ‌که این کانی ‌های متبلور در دمای معمولی غیر واکنش ‌زا هستند، وجود آن ها در نسبت‌ های زیاد، به قیمت اجزای غیر متبلور یا شیشه ‌ای در خاکستر بادی، تمایل به کاهش واکنش ‌زایی خاکستر بادی دارد.

خاکستر بادی کلاس C

در مقایسه با خاکستر های بادی کم ‌کلسیم، انواع با کلسیم زیاد آن عموماً واکنش ‌زایی بیشتری دارند، زیرا اکثر حاوی کلسیم ‌های به‌ شکل ترکیبات واکنش ‌زای متبلور مانند C3A و CS هستند. همچنین ماده اصلی تشکیل‌ دهنده (یعنی فاز غیر متبلور) دارای یون ‌های کلسیم کافی برای زیادتر کردن واکنش‌ زایی شیشه آلومینوسیلیکاتی است.

اکثر خاکستر های بادی، چه کم ‌کلسیم و چه پرکلسیم، دارای تقریباً 60 تا 85 درصد شیشه، 10 تا 30 درصد ترکیبات متبلور تا حدود 10 درصد کربن نسوخته هستند. به‌طور کلی کربن، به ‌شکل ذرات متخلخل بزرگ‌ تر از 45 میکرون موجود است. خاکستر های بادی دارای بیشتر از 5 درصد کربن در بتن مضر شناخته می ‌شود، زیرا ذرات متخلخل کربن، تمایل دارند که هم نیازمندی آن را به آب برای روانی داده ‌شده، و هم نیازمندی آن را به مواد افزودنی برای هوازایی به‌ میزان حجم مفروض حباب‌ های هوا را افزایش دهند.

اکثر ذرات، در خاکستر بادی به صورت کره ‌های جامد شیشه ‌ای به ‌وجود می ‌آیند، اما گاهی اوقات تعداد کمی از کره ‌های توخالی که سنوسفر (کاملاً توخالی) نامیده می ‌شوند و کره ‌های دیگر که پلروسفر (پرشده با کره‌ های کوچك متعدد) نامیده می ‌شوند نیز ممکن است به ‌وجود آیند. اندازه قطر ذرات از کمتر از 1میکرون تا 100 میکرون متغیر می ‌باشند، به ‌طوری ‌که اندازة بیشتر از 50 درصد آن زیر 20 میکرون است. توزیع اندازه ذرات، شکل‌ شناسی و مشخصات سطحی خاکستر بادی مورد استفاده به ‌عنوان ماده افزودنی معدنی، تأثیر بسیار زیادی را بر روی نیازمندی آن به آب و نیز کارآیی بتن تازه ‌ساخته ‌شده و سرعت افزایش مقاومت بتن سخت ‌شده اعمال می ‌کنند.

شکل 3- پلروسفر و سنوسفر

شکل 4- خاکستر بادی

روباره آهن گدازی (Blast-Furnace Slag)

اگر روباره مذاب با دمای زیاد، به‌ سرعت به ‌وسیله آب یا ترکیبی از آب و هوا سرد شود، بیشتر آهك، سیلیس و آلومین به ‌شکل غیر متبلور یا حالت شیشه‌ ای نگهداشته می ‌شوند.  محصول سرد شده با آب، به ‌خاطر ذرات هم ‌اندازه ماسه، روباره دانه ای نامیده می ‌شود. معمولاً روباره دانه ‌ای عمدتا دارای شیشه است که اگر به ‌میزان بین 400 تا 500 کیلوگرم بر متر مربع آسیاب گردد، خواص سیمانی ‌کننده رضایت ‌بخشی را به‌ دست می ‌آورد.

شکل 5- روباره آهن گدازی

در مقایسه با خاکستر بادی کم‌ کلسیم، که معمولاً کمك مهمی به مقاومت بتن سیمان پرتلند تا بعد از حدود 4 هفته هیدراتاسیون نمی ‌کند، کمك مقاومت به‌ وسیله خاکستر بادی با کلسیم زیاد یا روباره آهن گدازی دانه ‌ای می ‌تواند به ‌زودی 7 روز بعد از هیدراتاسیون ملاحظه شود. ذرات روبارة کوچك ‌تر از 10 میکرون به مقاومت ‌های اولیه بتن تا 28 روز کمك می ‌کنند؛ ذرات 10 تا 45 میکرون به مقاومت ‌های بعدی کمك می ‌کنند، اما ذرات درشت ‌تر از 45 میکرون برای هیدراته ‌شدن مشکل دارند. مشخصات اندازه دانه، ترکیب شیشه، و مقدار شیشه عوامل اصلی تعیین‌ کنندة فعالیت خاکستر های بادی و روباره ‌ها هستند.

شکل 6- تاثیر روباره آهن گدازی بر مقاومت فشاری بتن

دوده سیلیسی (Silica Fume)

دوده سیلیسی متراکم، که با نام‌ های دیگری مانند سیلیس فرّار، میکروسیلیس، یا به ‌طور ساده دوده سیلیسی نیز شناخته می ‌شود، محصول زائد کوره ‌های قوس الکتریکی القایی در صنایع تولید فلز سیلیسیم و آلیاژ فرو سیلیسیم است. تبدیل کوارتز به سیلیسیم در دما های تا °c 2000 ،تولید بخار SiO می ‌کند که در ناحیه دمای کم به ‌شکل ذرات کروی ‌شکل کوچك شامل سیلیس غیر متبلور، اکسیده و متراکم می ‌گردد. ماده جمع ‌آوری ‌شده به ‌وسیله فیلترهای کیسه ‌ای گازهای خروجی، دارای قطر متوسط حدود 0/1 میکرون و مساحت سطح در حدود 20 m2/kg تا 25 می ‌باشد.

شکل 7- دوده سیلیسی

در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی و خاکستر های بادی متعارف، نمونه ‌های دوده ‌سیلیسی متراکم توزیع اندازه ذراتی را نشان می ‌دهند که دو مرتبه، نرم ‌تر هستند. به همین جهت واکنش پذیری آن بالا بوده (پوزولان قوی) و به افزایش مقاومت اولیه کمك می نماید. از طرف ‌دیگر، مشکلات جابه‌جایی دارد و نیازمندی به آب را در بتن نیز به ‌طور محسوسی افزایش می ‌دهد، مگر آنکه همراه با آن مواد افزودنی کاهنده آب بکار برده شوند.

خاکستر پوسته برنج (Rice Husk Ash)

پوسته برنج، پوسته‌ های به ‌دست ‌آمده در خلال عملیات جداسازی برنج از شلتوك برنج می ‌باشد. از آنجا که این پوسته ‌ها حجیم هستند، مشکلات دفع بسیار زیادی برای آسیاهای متمرکز برنج به ‌همراه می ‌آورند.هر تن شلتوك برنج حدود 200 کیلوگرم پوسته تولید می ‌کند که پس از احتراق تقریباً 40 کیلوگرم خاکستر حاصل می ‌کند. خاکستر حاصل ‌شده، در زمان سوزاندن در فضای آزاد یا در احتراق کنترل ‌نشده کوره ‌های صنعتی، به ‌طور کلی دارای نسبت زیادی از کانی ‌های سیلیس غیر واکنش ‌زا می ‌باشد.

به ‌منظور افزایش خاصیت پوزولانی این خاکستر باید به ‌اندازه ذرات بسیار ریز آسیاب گردد. از طرف ‌دیگر، می ‌توان به ‌وسیله احتراق کنترل ‌شده که سیلیس به ‌شکل غیر متبلور و ساختار لانه ‌زنبوری نگهداشته می ‌گردد، خاکستر پوزولانی تولید نمود.

نمونه ‌های تولید صنعتی این ماده مساحت سطحی در حد 50 m2/g تا 60، اندازه ‌گیری ‌شده به ‌روش جذب سطحی نیتروژن را نشان می ‌دهند.

شکل 8- خاکستر پوسته برنج

متاکائولین (Metakaolin)

متاکائولین بواسطه تکلیس کائولین خالص (رس معدنی) طی عملیات حرارتی کنترل شده ای در درجه حرارت 650-800 درجه سانتی گراد بدست می آید. این حرارت، آب شیمیایی کائولین را خارج نموده و ساختار کریستالی آن را از بین می برد و محصول به سیلیکات آلومینیوم آمورف تبدیل می گردد. سپس محصول تا بدست آوردن ذراتی با اندازه ریزتر از 2 میکرون آسیاب می شود. متاکائولین یك پوزولان بسیار فعال با سطح ویژه زیاد و رنگ سفید است.

مزیت های افزودنی های معدنی بتن

• از بین بردن هیدروکسید کلسیم
• چگال سازی
• بهبود دوام
• کاهش ترك خوردگی حرارتی
• بهبود کارآیی و چسبندگی
• کاهش آب انداختگی و جداشدگی
• افزایش مقاومت نهایی

مکانیزم عمل افزودنی های معدنی بتن

ذرات ریز افزودنی های معدنی بتن باعث سد راه منافذ حرکت مولکول های آب شده و موجب کاهش آب انداختگی می شوند.  کاربرد افزودنی های معدنی باعث از بین رفتن کریستال های نسبتا بزرگ هیدروکسید کلسیم شده و ساختار دانه ها را ریزتر می نماید. همچنین با ریزتر کردن ساختار منافذ موجب کاهش تخلخل و نفوذپذیری می شوند.

شکل 9- تاثیر خاکستر بادی بر کاهش هیدروکسید کلسیم

شکل 10- تاثیر جایگزینی مقداری از سیمان با متاکائولین در بتن

شکل 11- خاصیت چگال سازی دوده سیلیسی

شکل 12- کاهش نفوذپذیری با استفاده از گدازه ی آتش فشانی

شکل 13- تاثیرات خاکستر پوسته برنج بر مقاومت نهایی

شکل 14- تاثیرات متاکائولین بر مقاومت نهایی

بهبود کارآیی افزودنی های معدنی بتن

در مخلوط ‌های بتنی تازه ‌ای که تمایل به آب ‌انداختگی و جدا شدگی از خود نشان می ‌دهند، اضافه کردن ذرات از هم جدا به ‌طور کلی کارآیی را به ‌وسیله کاهش اندازه و حجم فضا های خالی بهبود می ‌دهد. هرچه ماده افزودنی معدنی نرم ‌تر باشد، مقدار کمتری از آن برای زیادتر کردن چسبندگی و بنابراین کارآیی بتن تازه مخلوط شده لازم خواهد بود. اندازه کوچك و بافت شیشه ‌ای خاکستر های بادی و روباره ‌ها، کاهش مقدار آب لازم برای روانی داده ‌شده را امکان ‌پذیر می ‌سازد.

شکل 15- تاثیر روباره بر اسلامپ بتن

باید توجه نمود که اگرچه همه افزودنی های معدنی بتن تمایل به بهبود چسبندگی و کارآیی بتن تازه را دارند، ولی بسیاری قابلیت کاهش آب خاکستر های بادی و روباره‌ ها را ندارد. برای یك روانی داده ‌شدة بتن، استفاده از مصالح با مساحت سطح خیلی زیاد مانند پومیس، خاکستر پوسته برنج و دود سیلیسی متراکم، نیاز به آب را افزایش می دهد. همچنین اغلب پوزولان ‌های طبیعی به ‌علت غیر کروی بودن ذرات و تمایل به جذب آب زیاد در شرایط یکسان طرح اختلاط سبب کاهش کارآیی می ‌گردند.

دوام در برابر ترک خوردگی حرارتی

با فرض بر اینکه به‌ علت حرارت هیدراتاسیون، حداکثر دمای یك سازه حجیم در عرض یك هفته پس از جا دادن بتن به ‌دست می ‌آید، استفاده از ماده افزودنی معدنی امکان کاهش افزایش دما را تقریباً به نسبت مستقیم با مقدار سیمان پرتلند جایگزین ‌شده به ‌وسیله مواد افزودنی، به ‌وجود می ‌آورد. این امر به ‌دلیل آن است که تحت شرایط معمولی، این مواد افزودنی به ‌مقدار زیادی برای چندین روز واکنش انجام نمی ‌دهند. به ‌عنوان قانون تجربی، کل حرارت هیدراتاسیون تولید شده توسط واکنش‌ های پوزولانی مشتمل بر مواد افزودنی معدنی، نصف متوسط حرارت تولید ‌شده توسط هیدراتاسیون سیمان پرتلند در نظر گرفته می ‌شود.

دوام در برابر حملات شیمیایی

نفوذپذیری بتن از منظر ارزیابی نرخ خرابی در اثر واکنش های شیمیایی مخرب مانند واکنش قلیایی سنگدانه و حملاتی اسیدی و سولفاتی از اهمیت اساسی برخوردار است. از آنجا که واکنش پوزولانی مواد افزودنی معدنی قابلیت اصلاح شرایط منفذی را داشته و نفوذپذیری را کاهش می ‌دهد، مطالعات کارگاهی
و آزمایشگاهی بهبود قابل ‌توجهی را در دوام شیمیایی بتن‌ های حاوی مواد افزودنی معدنی نشان داده ‌اند. مقالات علمی انتشار یافته حاوی شواهد کافی است که به ‌طورکلی نشان ‌دهنده بهبود مقاومت مصالح با افزودن مواد افزودنی معدنی به بتن در مقابل آب اسیدی، آب سولفاتی و آب دریا می ‌باشد. این امر اساساً به ‌خاطر واکنش پوزولانی است که همراه با کاهش نفوذپذیری، و نیز کاهش مقدار هیدروکسید کلسیم محصول هیدراته ‌شده است.

در خمیر های سیمان دارای 10 تا 30 درصد خاکستر بادی کم ‌کلسیم در خلال مدت زمان 28 تا 90 روز عمل ‌آوری اصلاح وضعیت منفذی، به‌ میزان زیادی انجام می ‌گیرد که این امر باعث کاهش تراوایی می ‌شود. درمورد خمیر های سیمان دارای 10 تا 30 درصد خاکستر پوسته برنج یا دوده سیلیسی متراکم، یا 70 درصد روباره آهن گدازی دانه ‌ای، حتی در 28 روز بعد از هیدراتاسیون؛ سیستم تقریباً نفوذ ناپذیر یافته شد.

بسته به مشخصات جداگانه مواد افزودنی معدنی مصرفی، معمولاً ترکیب‌ هایی از سیمان پرتلند پرقلیا با 40 تا 65 درصد روباره آهن گدازی دانه ‌ای، یا 30 تا 40 درصد خاکستر بادی کم ‌کلسیم، یا 20 تا 30 درصد پوزولان طبیعی، در محدود کردن انبساط قلیایی سنگدانه و رسانیدن آن به میزان قابل قبول خیلی مؤثر شناخته شده ‌اند. مطالعات بر روی بتن ‌های دارای 30 درصد خاکستر بادی کم ‌کلسیم و یا مقادیر 30 تا 60 درصد روباره، بهبود زیادی را در مقاومت سولفاتی نشان دادند.

شکل 16- دوام در برابر حملات شیمیایی

ساخت بتن توانمند (HPC)

در سال‌ های اخیر، کاربرد پوزولان ‌ها و مواد افزودنی مرغوب، نقش عمده ‌ای در تولید بتن ‌های توانمند داشته است. بتن توانمند، در حقیقت بتنی است که حداقل یك خاصیت غیر معمول را نسبت به بتن معمولی داراست. این بتن‌ ها علاوه ‌بر داشتن مقاومت زیاد،‌ می ‌توانند عملکرد بسیار خوبی در محیط ‌های خورنده داشته و دوام بالایی را نشان دهند.

کاربرد پوزولان ‌های خاص به ‌همراه فوق ‌روان ‌کننده ‌ها می ‌تواند ضمن تولید بتن ‌های با مقاومت بیش از 50MPa دوام قابل‌ ملاحظه‌ ای نیز ایجاد نماید. در حال ‌حاضر، با کاربرد 400 کیلوگرم سیمان و 100 کیلوگرم خاکستر بادی و با نسبت آب به سیمان ‌های 0/32 ، مقاومت فشاری بیش از 70MPa در 56 روز به ‌دست‌آمده است. همچنین با استفاده از طرح اختلاط مناسب و ایجاد کمترین فضای خالی بین سنگدانه ‌ها و با استفاده از دوده سیلیس و دانه ‌های ریز کوارتزی و فوق ‌روان ‌کننده بتن ‌های با مقاومت 180MPa با روانی زیاد تولید و در صنعت بتن بکار گرفته شده است.

در جدول زیر به خلاصه اثرات افزودنی های معدنی بتن بر خواص بتن پرداخته شده است:

جدول 1- خلاصه اثرات افزودنی های معدنی بتن

منبع:

• جزوه دکتر علی اکبر رمضانیان پور