۱۳۹۰-۱-۱۹، ۰۵:۲۰ صبح
مقدمه:
مساله ای كه تاكنون در كشور ما كمتر بدان توجه شده است، استفاده مجدد و مفید از زواید وضایعات اعم از معدنی، صنعتی، كشاورزی در محیط، حیاط را به مخاطره می اندازد. و از همه مهمتر تعهد نسبت به آیندگان ایجاب می كند كه تحقیقات جامعی بر روی مصارف ضایعات مختلف به عمل آمده و با ارائه راه حل های كاربردی نسبت به كاهش مصرف مواد اولیه و تولید ضایعات و به كارگیری ضایعات مختلف به عنوان ماده اولیه اقدام گردد. در ادامه به بررسی یكی از موارد استفاده از این ضایعات در صنعت ساختمان، یعنی در تولید سیمان، می پردازیم.
تعاریف:
سیمان پوزولان: همانطور كه از نام این سیمان پیداست سیمانی است كه از تركیب سیمان پرتلند معمولی با یك یا چند پوزولان بدست می آید. اغلب برای آنكه آب دریا و آب های سولفات دار در زمین های گچی در بتن سیمانی اثر بد نكند به سیمان بتن، پوزولان می افزایند.
پوزولان ها: پوزولان ها مواد سیلیسی و یا سیلیسی آلومینی هستند كه به عنوان یك مكمل سیمان پرتلند معمولی در افزایش خاصیت چسبندگی بتن موثرند. این مواد در حالت معمولی با آب واكنش نمی دهند ولی در مجاورت آهك یا سیمان واكنش شیمیایی ایجاد می كنند و مقاومت و دوام بتن را در دراز مدت افزایش می دهند.
ساخت و سازها مورد استفاده قرار گرفته اند می توانند مشكلات مربوط به محدودیت تولید را حل كنند. این مواد كه 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 كاهش آلودگی محیط زیست، در خواص بتن نیز موثر بوده و دوام آنها را بویژه در محیط خوردنده افزایش دهند. لازم به ذكر است كه واژه پوزولان از پوزولی ( منطقه ای در ایتالیا ) گرفته شده كه حدود 2000 سال پیش برای اولین بار پوزولان در آنجا پیدا شده است. امروزه سیمان پوزولان كاربرد وسیعی پیدا كرده و در اغلب كشورهای پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرد. در آمریكا در 1910 كاربرد آن رواج پیدا كرده. در چین، مكزیك، هند، ژاپن، ایتالیا و …. مصرف بالایی دارد. پوزولان در ایران در سال 1320 كشف شد و از پوزولان های طبیعی ایران می توان تراس جاجرود، خاك سرخ لومار، پوكه بستان آباد، را نام برد. دامنه كوه های سهند، دماوند، تفتان و استان كرمان نیز از جمله مكان های پوزولان های طبیعی ایران می باشند.امروزه پوزولان های مصنوعی در كشورهای صنعتی كه تولیدات زیادی دارند كاربرد وسیعی پیدا كرده است. پوزولان های مصنوعی شامل سربازه كوره های آهن گذاری، دوده سیلیس، خاكستر پوسته برنج، رس كلسینه شده و …. است كه البته استفاده از اینها هم ارزش اقتصادی به آنها داده و هم منجر به كاهش آلودگی محیط زیست شده است، چرا كه این مواد، مواد زائد و تولیدات فرعی كارخانه ها و از آلاینده های محیط زیست هستند.
تاریخچه استفاده از چند پوزولان مصنوعی در سیمان پرتلند:
كاربرد دوده سیلیس به سال 1950 در نروژ بر می گردد كه در تونل ها استفاده می شد و سپس اولین استاندارد استفاده از این ماده در بتن در نروژ نوشته شد و سپس در كشورهای دیگر مانند سوئد، دانمارك، كانادا و…. مورد استفاده و تحقیق قرار گرفت. دوده سیلیس یك پورد بسیار نرم است كه فرایند صنایع فلزی سیلیسیم می باشد. خاكستر پوسته برنج نیز یك پوزولان نرم و مشهور است كه می تواند در تولید سیلیس جایگزین میكروسیلیس شود. این ماده در كشورهایی مانند مالزی، هند، ژاپن، آمریكا مورد آزمایش و تحقیق قرار گرفت. در ایران نیز در مركز تحقیقات ساختمان ومسكن، دانشگاه علم وصنعت ایران و دانشگاه امیركبیر تحقیقاتی در این زمینه انجام شده و نتایج قابل قبولی بدست آمده كه می توان به عنوان پوزولان مرغوب در تولید میكروسیلیس از این ماده استفاده كرد. كاربرد رس كلسینه شده در گذشته های دور هم رایج بوده است و در حدود 3600 سال پیش از ظروف شكسته ی پخته شده و آهك، ماده پوزولایی و مواد چسبنده درست می كردند كه توسط رومی ها و یونانی ها استفاده می كنند كه رنگ سرخ دارند و نمای ساختمان را سرخ می كنند. امروزه در كشورهایی مثل دانمارك، برزیل، فرانسه،انگلستان، آمریكا و كشورهای پیشرفته از آهك و رس كلسینه شده در سدسازی استفاده می شود كه مقاومت بسیار خوبی دارد.
انواع سیمان های پوزولانی:
1-سیمان پوزولانی نوع S.
این سیمان متشكل از ذرات آسیاب شده و ریز شده سرباره كوره های آهن گذاری و كلینكر سیمان و مقدار لازم سنگ گچ كه همراه با یكدیگر آسیاب می شوند وافزودن مقدار كمی ماده هوازا به آن است. بیش از 70 درصد وزنی این سیمان را سرباره تشكیل 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 16 در مقایسه با ملات سیمان –آهك ماسه به نسبت 6؛ 1 :1 بسیار بهتر است ازآنجا كه مقاومت فشاری ملات های ساخته شده با این نوع سیمان بالاتر است بنابراین میتوان آن را برای ساخت دیوارهای آجری كه به بار طراحی شده بیشتری نیاز دارند، توصیه كرد. قابلیت آب نگهداری ملات این سیمان چندین بار بیشتر از ملات ماسه سیمان است، ترك خوردگی در آن كمتر بوده و خاصیت آبندی بیشتری دارد این سیمان در برابر حمله سولفات ها مقاوم است بنابراین استفاده از آن از شوره زدگی در آجركاری جلوگیری می كند. سیمان پرتلند پوزولانی با بیش از 50 درصد پوزولان سرباره كوره آهنگزاری در مقابله با سولفات قوی به همراه یون كلر، مقابله با واكنش قلیایی سنگدانه ها و ساخت بتن متراكم با نفوذ پذیری كم بكار می رود.
2 . سیمان پوزولانی نوع (SM ) I:
این سیمان مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره كوره بلند است. سرباره كمتر از 25 درصد وزنی این سیمان را تشكیل 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 كارهای حجیم مانند سدهای وزنی، كارهایی كه در معرض حمله ضعیف سولفات ها قرار دارند و بتن ریزی و اندودكاری در هوای گرم استفاده می شود.
3 . سیمان پوزولانی نوع IS:
این سیمان مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره كوره بلند است.حدود 25 تا 70 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.
4 . سیمان پوزولانی نوع IP یا P :
این سیمان مخلوطی از سیمان پوزولان های گوناگون و پرتلند است و اغلب مخلوطی با پوزولان بكار رفته در نوع IS می باشد . 15 تا 40 درصد وزنی این سیمان از پوزولان های یاد شده تشكیل 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 كارهای حجیم مانند سدهای وزنی، و بتن ریزی و اندود كاری در هوای گرم استفاده میشود ضمنا از این سیمان برای مقابله با سولفات های قوی استفاده می شود.
5 . سیمان پوزولانی نوع I(PM):
مخلوطی از سیمان پرتلند و چند پوزولان است.پوزولان ها كمتر از 15 درصد وزنی این سیمان را تشكیل 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 خاكستر بادی:
فرآیند تولید كلینكر این نوع سیمان كه دارای مقاومت بالایی نیز هست. در دمای 1350درجه سانتیگراد انجام می شود، و در حالی كه كلینر سیمان پرتلند معمولی در دمای 1450 درجه سانتی گراد تولید می شود. این سیمان را می توان در كارخانه با آسیاب كردن توام سیمان پرتلند و خاكستر بادی و افزودن مقدار لازم سنگ گچ به هنگام آسیاب كردن، یا با آمیختن خاكستر بادی یا سیمان پرتلند معمولی تولید كرد.مخلوط های بتنی ساختمان كه 20 درصد وزن سیمان آنها با خاكستر بادی جایگزین شده است، می توانند برای مقاومت فشاری، خمشی و ضریب ارتجاعی برابر بتن های ساخته شده با سیمان پرتلند در 28 روز طراحی شوند.
خواص پوزولان ها:
معایب تولید سیمان پرتلند معمولی:
برای تولید هر تن سیمان 25/1 تن دی اكسید كربن تولید می شود كه یك گاز گلخانه ای مضر است. در ضمن برای ساختن سیمان پرتلند به انرژی گرمایی بسیار بسیار زیادی احتیاج داریم (گفته می شود كه این انرژی بیش از انرژی مورد نیاز در هر صنعت دیگری است ) برای تولید هر تن سیمان پرتلند حدود 6 میلیون btu ( واحد گرمایی بریتانیایی معادل با شش میلیون و سیصد هزار كیلو ژول ) گرما نیازمندیم. پس می توان با استفاده كردن 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 كمی دارند.دادن ارزش اقتصادی به آن ها ؛ زیرا پوزولان ها مواد زائد و تولیدات فرعی كارخانه ها می باشند. با استفاده از آن ها می توان مواد زائد و تولیدات فرعی كارخانه ها و آلاینده های محیط زیست را به مصرف رساند و نیز استفاده از آنها در كاهش انتشار گازهای گلخانه ای مانند (co2 ) نیز موثر است.
خواصی كه 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 ترك های حرارتی را كنترل كرد.كاهش نفوذپذیری، بهبود خواص فیزیكی و شیمیایی، افزایش عمر مفید سازه ها از دیگر خواص سیمان های پوزولانی است.لازم به ذكر است كه اكثر این بتن را تا حدودی كاهش می دهند كه با بكار بردن افزودنی هایی مثل روان كننده ها یا فوق روان كننده ها می توان از كاهش كارایی آن جلوگیری كرد.
مساله ای كه تاكنون در كشور ما كمتر بدان توجه شده است، استفاده مجدد و مفید از زواید وضایعات اعم از معدنی، صنعتی، كشاورزی در محیط، حیاط را به مخاطره می اندازد. و از همه مهمتر تعهد نسبت به آیندگان ایجاب می كند كه تحقیقات جامعی بر روی مصارف ضایعات مختلف به عمل آمده و با ارائه راه حل های كاربردی نسبت به كاهش مصرف مواد اولیه و تولید ضایعات و به كارگیری ضایعات مختلف به عنوان ماده اولیه اقدام گردد. در ادامه به بررسی یكی از موارد استفاده از این ضایعات در صنعت ساختمان، یعنی در تولید سیمان، می پردازیم.
تعاریف:
سیمان پوزولان: همانطور كه از نام این سیمان پیداست سیمانی است كه از تركیب سیمان پرتلند معمولی با یك یا چند پوزولان بدست می آید. اغلب برای آنكه آب دریا و آب های سولفات دار در زمین های گچی در بتن سیمانی اثر بد نكند به سیمان بتن، پوزولان می افزایند.
پوزولان ها: پوزولان ها مواد سیلیسی و یا سیلیسی آلومینی هستند كه به عنوان یك مكمل سیمان پرتلند معمولی در افزایش خاصیت چسبندگی بتن موثرند. این مواد در حالت معمولی با آب واكنش نمی دهند ولی در مجاورت آهك یا سیمان واكنش شیمیایی ایجاد می كنند و مقاومت و دوام بتن را در دراز مدت افزایش می دهند.
ساخت و سازها مورد استفاده قرار گرفته اند می توانند مشكلات مربوط به محدودیت تولید را حل كنند. این مواد كه 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 كاهش آلودگی محیط زیست، در خواص بتن نیز موثر بوده و دوام آنها را بویژه در محیط خوردنده افزایش دهند. لازم به ذكر است كه واژه پوزولان از پوزولی ( منطقه ای در ایتالیا ) گرفته شده كه حدود 2000 سال پیش برای اولین بار پوزولان در آنجا پیدا شده است. امروزه سیمان پوزولان كاربرد وسیعی پیدا كرده و در اغلب كشورهای پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرد. در آمریكا در 1910 كاربرد آن رواج پیدا كرده. در چین، مكزیك، هند، ژاپن، ایتالیا و …. مصرف بالایی دارد. پوزولان در ایران در سال 1320 كشف شد و از پوزولان های طبیعی ایران می توان تراس جاجرود، خاك سرخ لومار، پوكه بستان آباد، را نام برد. دامنه كوه های سهند، دماوند، تفتان و استان كرمان نیز از جمله مكان های پوزولان های طبیعی ایران می باشند.امروزه پوزولان های مصنوعی در كشورهای صنعتی كه تولیدات زیادی دارند كاربرد وسیعی پیدا كرده است. پوزولان های مصنوعی شامل سربازه كوره های آهن گذاری، دوده سیلیس، خاكستر پوسته برنج، رس كلسینه شده و …. است كه البته استفاده از اینها هم ارزش اقتصادی به آنها داده و هم منجر به كاهش آلودگی محیط زیست شده است، چرا كه این مواد، مواد زائد و تولیدات فرعی كارخانه ها و از آلاینده های محیط زیست هستند.
تاریخچه استفاده از چند پوزولان مصنوعی در سیمان پرتلند:
كاربرد دوده سیلیس به سال 1950 در نروژ بر می گردد كه در تونل ها استفاده می شد و سپس اولین استاندارد استفاده از این ماده در بتن در نروژ نوشته شد و سپس در كشورهای دیگر مانند سوئد، دانمارك، كانادا و…. مورد استفاده و تحقیق قرار گرفت. دوده سیلیس یك پورد بسیار نرم است كه فرایند صنایع فلزی سیلیسیم می باشد. خاكستر پوسته برنج نیز یك پوزولان نرم و مشهور است كه می تواند در تولید سیلیس جایگزین میكروسیلیس شود. این ماده در كشورهایی مانند مالزی، هند، ژاپن، آمریكا مورد آزمایش و تحقیق قرار گرفت. در ایران نیز در مركز تحقیقات ساختمان ومسكن، دانشگاه علم وصنعت ایران و دانشگاه امیركبیر تحقیقاتی در این زمینه انجام شده و نتایج قابل قبولی بدست آمده كه می توان به عنوان پوزولان مرغوب در تولید میكروسیلیس از این ماده استفاده كرد. كاربرد رس كلسینه شده در گذشته های دور هم رایج بوده است و در حدود 3600 سال پیش از ظروف شكسته ی پخته شده و آهك، ماده پوزولایی و مواد چسبنده درست می كردند كه توسط رومی ها و یونانی ها استفاده می كنند كه رنگ سرخ دارند و نمای ساختمان را سرخ می كنند. امروزه در كشورهایی مثل دانمارك، برزیل، فرانسه،انگلستان، آمریكا و كشورهای پیشرفته از آهك و رس كلسینه شده در سدسازی استفاده می شود كه مقاومت بسیار خوبی دارد.
انواع سیمان های پوزولانی:
1-سیمان پوزولانی نوع S.
این سیمان متشكل از ذرات آسیاب شده و ریز شده سرباره كوره های آهن گذاری و كلینكر سیمان و مقدار لازم سنگ گچ كه همراه با یكدیگر آسیاب می شوند وافزودن مقدار كمی ماده هوازا به آن است. بیش از 70 درصد وزنی این سیمان را سرباره تشكیل 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 16 در مقایسه با ملات سیمان –آهك ماسه به نسبت 6؛ 1 :1 بسیار بهتر است ازآنجا كه مقاومت فشاری ملات های ساخته شده با این نوع سیمان بالاتر است بنابراین میتوان آن را برای ساخت دیوارهای آجری كه به بار طراحی شده بیشتری نیاز دارند، توصیه كرد. قابلیت آب نگهداری ملات این سیمان چندین بار بیشتر از ملات ماسه سیمان است، ترك خوردگی در آن كمتر بوده و خاصیت آبندی بیشتری دارد این سیمان در برابر حمله سولفات ها مقاوم است بنابراین استفاده از آن از شوره زدگی در آجركاری جلوگیری می كند. سیمان پرتلند پوزولانی با بیش از 50 درصد پوزولان سرباره كوره آهنگزاری در مقابله با سولفات قوی به همراه یون كلر، مقابله با واكنش قلیایی سنگدانه ها و ساخت بتن متراكم با نفوذ پذیری كم بكار می رود.
2 . سیمان پوزولانی نوع (SM ) I:
این سیمان مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره كوره بلند است. سرباره كمتر از 25 درصد وزنی این سیمان را تشكیل 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 كارهای حجیم مانند سدهای وزنی، كارهایی كه در معرض حمله ضعیف سولفات ها قرار دارند و بتن ریزی و اندودكاری در هوای گرم استفاده می شود.
3 . سیمان پوزولانی نوع IS:
این سیمان مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره كوره بلند است.حدود 25 تا 70 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.
4 . سیمان پوزولانی نوع IP یا P :
این سیمان مخلوطی از سیمان پوزولان های گوناگون و پرتلند است و اغلب مخلوطی با پوزولان بكار رفته در نوع IS می باشد . 15 تا 40 درصد وزنی این سیمان از پوزولان های یاد شده تشكیل 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 كارهای حجیم مانند سدهای وزنی، و بتن ریزی و اندود كاری در هوای گرم استفاده میشود ضمنا از این سیمان برای مقابله با سولفات های قوی استفاده می شود.
5 . سیمان پوزولانی نوع I(PM):
مخلوطی از سیمان پرتلند و چند پوزولان است.پوزولان ها كمتر از 15 درصد وزنی این سیمان را تشكیل 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 خاكستر بادی:
فرآیند تولید كلینكر این نوع سیمان كه دارای مقاومت بالایی نیز هست. در دمای 1350درجه سانتیگراد انجام می شود، و در حالی كه كلینر سیمان پرتلند معمولی در دمای 1450 درجه سانتی گراد تولید می شود. این سیمان را می توان در كارخانه با آسیاب كردن توام سیمان پرتلند و خاكستر بادی و افزودن مقدار لازم سنگ گچ به هنگام آسیاب كردن، یا با آمیختن خاكستر بادی یا سیمان پرتلند معمولی تولید كرد.مخلوط های بتنی ساختمان كه 20 درصد وزن سیمان آنها با خاكستر بادی جایگزین شده است، می توانند برای مقاومت فشاری، خمشی و ضریب ارتجاعی برابر بتن های ساخته شده با سیمان پرتلند در 28 روز طراحی شوند.
خواص پوزولان ها:
معایب تولید سیمان پرتلند معمولی:
برای تولید هر تن سیمان 25/1 تن دی اكسید كربن تولید می شود كه یك گاز گلخانه ای مضر است. در ضمن برای ساختن سیمان پرتلند به انرژی گرمایی بسیار بسیار زیادی احتیاج داریم (گفته می شود كه این انرژی بیش از انرژی مورد نیاز در هر صنعت دیگری است ) برای تولید هر تن سیمان پرتلند حدود 6 میلیون btu ( واحد گرمایی بریتانیایی معادل با شش میلیون و سیصد هزار كیلو ژول ) گرما نیازمندیم. پس می توان با استفاده كردن 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 كمی دارند.دادن ارزش اقتصادی به آن ها ؛ زیرا پوزولان ها مواد زائد و تولیدات فرعی كارخانه ها می باشند. با استفاده از آن ها می توان مواد زائد و تولیدات فرعی كارخانه ها و آلاینده های محیط زیست را به مصرف رساند و نیز استفاده از آنها در كاهش انتشار گازهای گلخانه ای مانند (co2 ) نیز موثر است.
خواصی كه 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 ترك های حرارتی را كنترل كرد.كاهش نفوذپذیری، بهبود خواص فیزیكی و شیمیایی، افزایش عمر مفید سازه ها از دیگر خواص سیمان های پوزولانی است.لازم به ذكر است كه اكثر این بتن را تا حدودی كاهش می دهند كه با بكار بردن افزودنی هایی مثل روان كننده ها یا فوق روان كننده ها می توان از كاهش كارایی آن جلوگیری كرد.
منم شهرسازی که می سازمت ، چو ایران جدم کوروش
