پوزولان (به انگلیسی: Pozzolan) گونه‌ای خاکستر آتشفشانی ریزدانه‌است که در ساخت بتن کاربرد دارد.

پوزولان‌ها عبارتند از مواد سیلیسی، یا سیلیسی-آلومینی که خود به تنهایی فاقد ارزش چسبانندگی بوده و یا دارای ارزش چسبانندگی کم هستند، اما به شکل بسیار ریز در مجاورت رطوبت طیواکنش شیمیایی با کلسیم هیدروکسید در دمای معمولی ترکیب‌هایی با خاصیت سیمانی به وجود می‌آورند.

واژه پوزولان از پوزولی (به ایتالیایی: Pozzuoli) منطقه‌ای در ایتالیا[۱] گرفته شده که حدود ۲۰۰۰ سال پیش برای اولین بار پوزولان در آنجا پیدا شده‌است.

اگر چه بتن دارای پوزولان، نسبت به بتن با سیمان پرتلند آهسته تر به مقاومت اولیه می‌رسد، اما مقاومت نهایی (به انگلیسی: ultimate strength) آن، برابر یا بیشتر از مقاومت بتن با سیمان پرتلندمی‌باشد. شایان ذکر است با اختلاط بین سیمان و پوزولان نوعی سیمان آمیخته با عنوان سیمان پوزولانی تهیه می‌شود.

سوپر پوزولان

میکروسیلیس یک سوپر پوزولان است که در صورت کاربرد درست از آن تاثیر بسیار قابل توجهی در افزایش مقاومت و دوام سازهای بتنی دارد. میکروسیلیس در حرارت زایی بتن تا حد زیادی ناشی از همان مکانیزم‌هایی است که باعث افزایش دوام و مقاومت بتن می‌شود، در حقیقت خواص پرکنندگی و واکنش پوزولانی میکروسیلیس می‌تواند باعث کاهش میزان حرارت زایی بتن شود. حرارت زایی یک گرم میکروسیلیس بیشتر از یک گرم سیمان پرتلند معمولی است و در مواردی بیشتر از ۲ برابر آن خواهد بود. اما مقاومت زایی بالاتر میکروسیلیس (۲ تا حدود ۴ برابر سیمان)، امکان کاهش مقدار کل مواد سیمانی بتن جهت دستیابی به یک مقاومت مشخص را فراهم نموده و بدین شکل استفاده از میکروسیلیس می‌تواند باعث کاهش حرارت زایی بتن شود.

سیمان پوزولان

سیمان پوزولان یا طبیعی مادهٔ اصلی این سیمان خاکسترها و پوکه‌های آتش فشانی است که سیلیس آن‌ها به علت زود سرد شدن به صورت پوک وغیر بلوری در آمده است. سیمان طبیعی از مخلوط کردن سیمان پرتلند با آهک شکفته با پوکه‌های معدنی به دست می‌آید. این سیمان‌ها در شهر رم و مناطق ایتالیابه نام (پوزولان) و در شمال اروپا به نام (تراس) نامیده می‌شود.

با مخلوط کردن نسبت وزنی ۱ به ۴ این سیمان باموادمناسب بهترین مقاومت به دست می‌آید. این سیمان هنگام هیدراته شدن حرارت کمتری آزادمی کند؛ از این رو در بتن ریزی‌های حجیم و جاهایی که بتن مورد هجوم سولفات هاست مصرف می‌شود. طبق استاندارد ملی ایران سیمانهای پوزولانی به دسته سیمان پرتلند پوزولانی و سیمان پرتلند پوزولانی ویژه طبقه بندی می‌شوند. در سیمان پرتلند پوزولانی، ماده پوزولانی حداقل ۵٪ و حداکثر ۱۵٪ وزنی سیمان را تشکیل می‌دهد و این سیمان با نشانه پ. پ. عرضه می‌گردد. در سیمان پرتلند پوزولانی ویژه، ماده پوزولانی حداقل ۱۵٪ و حداکثر ۴۰٪ سیمان را تشکیل داده و این سیمان با نشانه پ. پ. و. عرضه می‌گردد.

مزایا

مصرف مواد پوزولانی در بتن می‌تواند یک یا چند خاصیت مشروح زیر باشد:

• کاهش میزان مصرف سیمان
• کاهش سرعت و میزان حرارت حاصل از فرایند آب‌گیری سیمان
• بهبود کارآیی بتن
• افزایش مقاومت بتندر پایان ۲۸ روز
• افزایش پایایی بتناز طریق کاهش نفوذپذیری
• صرفه اقتصادی
• بالابردن مقاومت در برابر حمله اسیدهاو قلیایی سنگدانه‌ها
• جلوگیری از ترک خوردن سطحی گسترده بتن
• کاهش بتن ریزی

انواع

پوزولان‌ها بر دو نوعند:

۱-پوزولان‌های طبیعی خام و یا تکلیس شده: خاکسترهای آتشفشانی

۲-پوزولان‌های صنعتی: خاکستر بادی (به انگلیسی: fly ash)[۲]، دوده سیلیس، سربازه کوره‌های آهن گذاری، خاکستر پوسته برنج، رس کلسینه

منابع

• سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور. آیین نامه بتن ایران(آبا). چاپ هفتم (تجدید نظر اول). تهران: سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور؛ معاونت امور اداری، مالی و منابع انسانی، مرکز مدارک علمی، موزه و انتشارات. ISBN 964-425-596-8. در آدرس http://www.mporg.ir
• «پوزولان‌ها در ویکی‌پدیای انگیلیسی». بازبینی‌شده در ۲۲ اکتبر ۲۰۰۸.
• «تاثیر مواد افزودنی پوزولانی بر خصوصیات بتن پلاستیک»‎(فارسی)‎. وب‌گاه رسمی. بازبینی‌شده در ۲۲ اکتبر ۲۰۰۸.
• علی اکبر مقصودی، حامد احمدی مقدم. «بررسی مقاومت خمشی بتن‌ها معمولی پوزولانی در محیط سولفاتی»‎(فارسی)‎. وب‌گاه رسمی. بازبینی‌شده در ۲۲ اکتبر ۲۰۰۸.
• مسعود بقائی کیا. «سیمان پوزولان»‎(فارسی)‎. وب‌گاه رسمی. بازبینی‌شده در ۲۲ اکتبر ۲۰۰۸.
• مهندس جعفر هنرمند. «پوزولانها»‎(فارسی)‎. بازبینی‌شده در ۲۲ اکتبر ۲۰۰۸.
• «پوزولان به عنوان مادهٔ جایگزین سیمان»‎(فارسی)‎. وب‌گاه رسمی. بازبینی‌شده در ۲۲ اکتبر ۲۰۰۸.

چكيده:

پوزولان ها مواد سيليسي و آلوميني هستند كه در مجاورت آب در حرارت معمولي با آهك تركيب شده و تشكيل مواد پايدار و نامحلول (ژل) داده و خاصيت سيماني شدن دارند. اقدام جهت شناسايي خاصيت پوزولان ها در بتن و ملات سال هاست كه به طور وسيعي در كشورهاي مختلف آمريكايي، اروپايي و ايران صورت گرفته است به نحوي كه به كارگيري اين مواد به عنوان ماده جايگزين سيمن در بتن در آيين نامه ها آورده شده است. در اين نوشتار به معرفي پوزولان ها از ديدگاه ASTM، حدود تركيبات شيميايي و طبقه بندي آن ها پرداخته شده است. همچنين معرفي مواد اصلي، چگونگي پيدايش و نيز بررسي مزاياي استفاده از پوزولان ها صورت گرفته است. از جمله مزاياي استفاده از پوزولانها، داشتن خصوصيات سيماني و در نتيجه صرفه ي اقتصادي، بالابردن مقاومت در برابر حمله اسيدها و قليايي سنگدانه ها و جلوگيري از ترك خوردن سطحي گسترده بتن، كاهش بتن ذيري، خاصيتي كه در ارتباط با آب بند بودن سازه هاي نگهدارنده آب و همچنين در ارتباط با حملات شيميايي مورد توجه مي باشد. بررسي مكانيزم حمله سولفات ها و تاثير پوزولان ها بر افزايش مقاومت بتن در برابر حمله سولفات ها، از طريق كاهش ميزان C3A در سيمان كه منجر به بالا بردن دوام بتن مورد تهاجم آب دريا مي شود، صورت مي گيرد.

مواد مكمل سيمان سازي

مقدمه

خاكستر پرندگان، تفاله هاي خرد شده كوره هاي بلند روي زمين، دود سيليكا و پوزولان هاي طبيعي مانند متاكالين، سنگ رسي و خاك رسي سوزانده موادي هستند كه – زماني كه با سيمان پُرتلند يا سيمان مخلوط استفاده مي شدند – از طريق اين مواد به عنوان مواد مكمل سيمان سازي (SCM'S) يا مواد مكمل سيمان سازي براي بهبود ويژگي هاي خاص مانند سيمان مانند كاهش فعل و انفعال زيان آور تراكم قليايي استفاده مي شوند.

از قديم، خاكستر پرندگان، تفاله، دود سيليكا و پوزولان  هاي طبيعي مانند خاك رس و سنگ رسي سوزانده در بتون استفاده مي شدند. امروزه، به خاطر دسترسي ساده به اين مواد، توليدكنندگان بتون مي توانند دو يا چند تا از اين مواد را براي بهينه سازي ويژگي هاي بتون به كار برند. تركيبات با استفاده از اين سه مواد سيمان سازي – كه تركيبات سه تايي ناميده مي شوند متداول تر مي شوند.

زغالسنگ، روباره كوره بلند، خاكستر سبوس برنج يا دوده سيليس. به همين منظور كارهاي كمي در خصوص توليد، بهينه سازي و مهندسي كردن مصالح پوزولاني كه به طور خاص در طرح هاي اختلاط سيمان هاي پرتلند استفاده مي شوند، انجام شده است. متاكائولين يك پيشرو در ميان نسل جديد چنين مصالحي مي باشد.

استفاده از دوده سيليس و ديگر افزودني هاي شيميايي براي بتن هايي با مقاومت هاي طراحي بيش از MP50 و يا مواردي كه شرايط بهره برداري، شرايط جوي و يا ملاحظات هزينه هاي طول عمر سازه، استفاده از بتن هاي توانمند (HPC) را ديكته مي كند، متداول مي باشد.

توليد HRM به عنوان جايگزيني براي دوده سيليس مي باشد. معادل بودن در افزايش مقاومت و خصوصيات مربوط به دوام به اضافه چند ويژگي و مشخصه ديگر HRM شامل رنگ و كارپذيري، به طور مؤثرتري مرزبندي هاي طراحي مصالح HPC را توسعه داده و وسيع كرده است. مزايايي كه از نظر خواص مهندسي در صورت استفاده از HRM حاصل مي شود با عوارض جانبي اندكي همراه است. در صورتي كه متاكائولين به طور مناسب تنظيم شود، بافت مخلوط بتن تازه، كارپذيري و قابليت پرداخت در صورت جايگزيني HRM با 15- 5 % سيمان بهبود مي يابد. ضمناً متاكائولين سفيد رنگ است و محصولات سيماني و بتني سفيد يا خاكستري را تيره نخواهد كرد.

متاكائولين يك سيليكات آلومينيم آمورف سفيد رنگ مي باشد كه داراي خواص پوزولاني مي باشد و براساس استاندارد ASTM C 618 در رده پوزولان هاي كلاس (N پوزولان  هاي طبيعي خام يا كلسينه شده) قرار مي گيرد. پيشوند متا (meta) در ادبيات براي نشان دادن "تغيير" به كار مي رود. از لحاظ علمي اين پيشوند به اين منظور استفاده شده است تا عبارت "كمترين ميزان هيدراته شده از يك گونه يا سري" را نشان دهد.

متاكالئولين به طور كامل قابل جايگزيني با پوزولان  توانمند (نظير دوده سيليس/ ميكروسيليس) است. درباره مقاومت فشاري، كاهش درصد افزودن متاكائولين براي ايجاد كارايي معادل با پوزولان  هاي قبلي ممكن خواهد بود. در ضمن امكان كاهش درصد فوق روانساز مورد نياز براي طرح اختلاط حاوي متاكائولين در مقايسه با طرح اختلاط حاوي دوده سيليس وجود دارد.

متاكائولن نيز همانند پوزولان  هاي ديگر با هيدروكسيد كليسم ايجاد شده بر اثر هيدراته شدن سيمان واكنش داده و سيليكات كلسيم هيدراته (C-S-H) توليد مي كند SiO2 و Al2O3 بيشترين مواد شيميايي تشكيل دهنده متاكائولن هستند. همان طور كه در نمودار 2 مشخص شده در هرم پوزولان ها متاكائولن در ناحيه مياني هرم قرار مي گيرند.

سيمان هاي آميخته پوزولاني بنا به ضرورت هايي از جمله مصرف انرژي كمتر، حفظ محيط زيست و كاهش قيمت سيمان در دنيا توليد شدند سيمان هاي آميخته اي سرباره اي نيز به همين دليل سال هاست كه به بازار عرضه شده اند. كاهش در مصرف انرژي براي توليد كلينگر سيمان و كاهش توليد گازهاي آلاينده اي كه از سوختن مواد سوختني حاصل مي شود را از دلايل توليد و مصرف سيمان هاي آميخته است و مي توان با مصرف پوزولان هاي طبيعي يا مصنوعي از مصرف سوخت زياد و توليد مواد آلاينده و گازهاي نامطلوب جلوگيري كرد.

سيمان پورتلند پوزولاني

سيمان پرتلند پوزولاني حاوي حداكثر 15% پوزولان  طبيعي مرغوب از دامنه كوه سبلان مي باشند كه از خواص ويژه كاربردي به شرح ذيل برخوردار است:

• مقاومت در مقابل مواد شيميايي و فاضلاب
• مقاومت نهايي بالاتر
• قابليت نفوذ و كارپذيري بهتر براي ويبره شدن
• حفاظت مصالح و آرماتور درون بتون در مقابل نفوذ مواد خورنده
• خارج كردن املاح قليايي از بتن
• انبساط كمتر و قابل استفاده در بتن ريزي هاي حجيم
• حرارت هيدراتاسيون كمتر در بتن ريزي هاي حجيم
• بتن تشكيل شده از سيمان پوزولاني به علت نفوذ پذيري بهتر پوزولان و رواني آن دچار ترك خوردگي نمي شود.
• جلوگيري از واكنش قليائي – سيليكا در سنگدانه هاي بتن مخصوصاً در سد سازي (سرطان بتن)
• حفظ منابع طبيعي به علت كاهش مصرف در سوخت و مواد اوليه سيمان
• كاهش آلودگي هوا به علت جايگزين شدن به جاي كلينگر و كاهش مصرف سوخت هاي فسيلي
• كاهش ميزان سايش تجهيزات در آسياب هاي سيمان
• كاهش مصرف انرژي الكتريكي به علت كم سايش بودن در آسياب هاي سيمان
• كاهش قيمت تمام شده در توليد سيمان

مصرف اين سيمان در هواي گرم مخصوصاً معتدل و مرطوب بسيار مطلوب مي باشد. در آب و هواي سرد به علت ويژگي هيدراسيون كمتر بايد بتن تازه در مقابل يخ زدن محافظت مي شود. اين سيمان به دليل ويژگي فوق و همچنين ماهيت پوزولان مي بايست مدت زمان بيشتري بعد از بتن ريزي نگهداي شود تا آماده بارگزاري گردد. با رعايت اين موارد مي توان نتيجه ايده آل تري از مصرف سيمان پرتلند پوزولاني به دست مي آورد.