مزایای استفاده از خاکستر بادی


Flyash pozzocerete63 فلای اش

Flyash – خاکستر بادی :

خاکستر بادی (فلای اش) یک ماده پوزولانی قوی است که محصول فرعی نیروگاه های برق حرارتی میباشد. این ماده جهت افزایش دوام و مقاومت فشاری بتن بکار رفته و منجر به کاهش نفوذپذیری بتن در مقابل حمله کلریدها و سولفاتها و در نهایت افرایش چشمگیر عمر مفید سازه میشود. بدلیل استفاده از این ماده در بتن، ثبات کیفیت این ماده در دوره های زمانی متناوب حیاتی است. ثبات کيفيت فلای اش کاملا بستگی به مواد اوليه مصرفی سوخت کوره و همچنين نوع کوره سوزاننده مواد دارد. اين تغييرات نه تنها از کارخانه ای به کارخانه ديگر مشهود میباشد، بلکه در يک کارخانه مشخص، با تغيير مواد اوليه مصرفی و يا تغيير وضعيت کوره سوخت، کيفيت محصول نهائی نيز تغيير میکند. بدیهی است کیفیت محصول نهایی برای بتن های سازه ای بايد کنترل شده باشد. در کشورهای انگلستان آمریکا و استرالیا و نیز بسياری ديگر از کشورهای دنيا، بدليل کنترلهای سختگيرانه فنی و همچنين پيشرفت علم طبقه بندی مواد، ضمن افزايش کيفيت خاکسترهای بادی توليدی، اين محصولات اجازه استفاده در بسياری از سازه های خاص بتنی را دريافت نمودند. از سال 1973 به بعد استفاده از خاکستر بادی در بسياری از پروژه ها از جمله: تونلها، پلها، نيروگاههای هسته ای، سازه های نفتی، دريائی، طرحهای آبياری و زهکشی، سدها و سازه های معمولی رواج بسيار زيادی يافت. در حقيقت در هر سازه ای که در آن از سيمان پرتلند استفاده میگردد، بايد از خاکستر بادی نيز استفاده نمود به شرطی که کيفيت خاکستر بادی مصرفی يکسان و کنترل شده باشد.

مزایای استفاده از خاکستر بادی (فلای اش) در بتن:

به دلیل اقلیم خاص جغرافیایی کشور و احتمال بالای بروز پدیده خوردگی در سازه های مجاور با آب و یا خاک، اهمیت توجه به فاکتورهای دوام جهت دست یابی به عمر مفید سازه لازم میباشد. استفاده از فلای اش (خاکستر بادی) در پروژه های خوردگی به دلیل ترکیبات پوزولانی پاره ای از مشکلات بتن که منجر به کاهش دوام سازه میگردد را میتوان به شرح زیر دسته بندی نمود.

  • ترکهای پلاستيک حاصل از جمع شدگی بتن.
  • ترکهای حرارتی.
  • نفوذپذيری بتن و خورگی آرماتورها.
  • حمله نمکها شامل کلريدها و سولفاتها.
  • ازبين رفتن مواد آهکی در طی زمان که باعث کاهش عمر مفيد سازه میگردد.
  • کاهش PH بدليل عمليات کربوناسيون که باعث خوردگی فلزات موجود در بتن مسلح میگردد.

واکنشهای پوزولانی :

همانگونه که میدانيم، واکنش شيميائی موادی که دارای کلسيم واکنش پذير میباشند و يا ساير مواد قليائی مانند مگنزيم، سديم وپتاسيم با آب (که عمل هيدراتاسيون نام دارد) باعث افزايش بسيار زياد واکنشهای قليائی مخلوط میگردد. در مواردی که هيدروکسيد کلسيم با آب اشباع میگردد، phمحلول به سرعت به حدود 12,5 میرسد. در مواردی که علاوه بر هيدروکسيد کلسيم آلکالانهای ديگری نيز وجود داشته باشند اين عدد ممکن است به بالای 13 هم برسد.

زمانی که ph موجود در آب منفذی بتن به حدود اين مقدار برسد، کريستالهای موجود در مواد پوزولانی شکسته میشوند و در همين زمان ترکيبات اصلی مواد پوزولانی مانند اکسيد آلومينيوم و اکسید سيليس نيز در خمير سيمان حل و آماده انجام واکنش میگردند. وجود سيليکاتها و آلوميناتهای آزاد و آماده واکنش در خمير هيدروکسيد کلسيم باعث انجام واکنش پوزولانيک گشته که نتيجه آن تشکيل کريستالهای ثابت محلول (هيدرات کلسيم – سيليکات آلومينيم) و مشابه همان نتيجه ای خواهد بود که از عمل هيدراتاسيون سيمان پرتلند در شرايط نرمال بدست میآيد. فعاليتهای پوزولانيک به دليل وجود بيش از حد هيدروکسيد کلسيم موجود در سيمان پرتلند و همچنين ساير آلکالانها اتفاق میافتند. کريستالهای حاصل از ترکيبات پوزولانی درون منافذ موجود ماتريکسهای سيمانی شکل گرفته و ضمن پر کردن آنها باعث کاهش سايز منافذ گشته که در نتيجه دانسيته ماتريکس افزايش میيابد.

کمک به دوام سازه در شرايط مختلف جوی:

زمانی که از خاکستر بادی استفاده میشود، آب مصرفی به ميزان قابل ملاحظه ای کمتر از زمانی است که تنها ازسيمان استفاده میشود. به همين دليل ماده حاصله دارای چگالی بالاتر و همچنين دارای منافذ کمتری جهت نفوذ آب و يا ساير عوامل خورنده جوی میباشد.

در ادامه انجام واکنشهای پوزولانی و بدليل ايجاد کريستالهای ميکروسکپی، منافذ درون ماتريکس مخلوط پر گشته و بالطبع نفوذپذيری ماده حاصله کاهش میيابد. نتيجه اين دو عمل که حاصل از اختلاط خاکستر بادی طبقه بندی شده میباشد، باعث کاهش چشمگير نفوذپذيری و افزايش عمر مفيد سازه میگردد. از طرفی افزايش کلرهای اشباع داخل بتن باعث خوردگی فلزات موجود در داخل بتن مسلح میگردد. زمانی که فلز داخل بتن اکسيده شود، اين پديده باعث از بين رفتن بتن میگردد. به همين دليل، اين نکته حائز اهميت میباشد که مطمئن شويم که کلريدها از حد مجاز بيشتر داخل بتن نشوند که اين امر تنها با کاهش نفوذپذيری بتن قابل دستيابی است.

کربوناسيون يک واکنش مضر برای بتن میباشد و هنگامی که هيدروکسيد کلسيم حاصل از هيدراتاسيون سيمان در مجاورت ( CO2) قرار گيرد، به وقوع میپيوندد. کربوناسيون باعث کاهش فعاليتهای قليائی در بتن میشود. اين کاهش در مقدار ph باعث خوردگی فلزات درون بتن مسلح میشود.

تاثير روی مقاومت فشاری :

برای بوقوع پيوستن فعاليتهای پوزولانی، ph محيط بايستی به حدی باشد که زمينه برای شکسته شدن کريستالهای مواد پوزولانی تامين گردد. زمانی که از سيمان پرتلند استفاده میشود، سطح ph در خلال ماههای اوليه افزايش میيابد. اين مطلب بستگی به خواص سيمان و نسبت آب به سيمان طرح دارد. سرعت حمله به کريستالها بستگی به مقدار ph و چگونگی درمعرض حمله قرار گرفتن ذرات دارد. تا زمانی که ساختار کريستالی آب جذب نکرده باشد عمليات تخريب آغازنمیگردد. همانگونه که میدانيم پروسه حمله از سطح شروع گشته و تا داخل آن ادامه میيابد. به همين دليل اين مطلب خيلی مهم میباشد که بيشترين سطح ممکن مواد پوزولانی در معرض واکنش قرار گيرد (سطح ويژه) با انتخاب صحيح خاکستر بادی با نرمی بالاتر و مقدار کربن کمتر، اين امکان وجود دارد که فعاليتهای پوزولانی سريعتر انجام شود و مقاومت فشاری اوليه افزايش يابد. اين افزايش مقاومت فشاری توسط فاکتور کا به شرح زير سنجيده میشود.

فاکتور راندمان مقاومت (K–value) :

بازده خمير سيمان با خاکستر بادی جايگزين شده، توسط مقايسه مقاومت مکعب ساخته شده از ملات خاکستر بادی با مقاومت ساخته شده از سيمان پرتلند در شرايط يکسان سنجيده میشود. معمولا ملاک اين مقايسه مقاومتهای 28 روزه میباشد. افزايش اين فاکتور در خاکستر بادی به سه روش زير قابل دسترسی میباشد: افزايش واکنشهای پوزولانيک • کاهش مقدار کربن • ثبات کيفيت .ضريب (کا) درپوزوکريت 63 تقريبا يک میباشد. اين مطلب به آن معنا میباشد که هنگامی که سيمان با خاکستر بادی به مقدار مناسب جايگزين شود، مقاومت فشاری 28 روزه حاصل از خمير سيمان جايگزين شده برابر همان زمانی میباشد که تنها از سيمان پرتلند 53 استفاده گردد. زمانی که از خاکستر بادی طبقه بندی شده با تاثير مقاومتی بالاتر استفاده میشود، نتيجه آن نه تنها عملکرد بهتر مخلوط نهائی میباشد بلکه با افزايش امکان جايگزينی آن مواد با سيمان، ضمن کاهش هزينه های اقتصادی طرح، باعث کاهش ميزان نفوذپذيری بتن و افزايش دوام و عمر مفيد سازه نيز میشود.

کمک به پايداری شيميائی :

هيدروکسيد کلسيم يک مولکول غير پايدار میباشد که به راحتی در آب حل گشته و نسبت به مواد اسيدی مانند سولفاتها و نيتراتها بسيار حساس میباشد. به همين دليل هنگامی که سيمان پرتلند در مجاورت آبهای اسيدی قرار گيرد، هيدروکسيد کلسيم موجود در آن با اسيدها واکنش داده و يا به همين دليل ممکن است کاملا از بين برود. اين امر باعث از هم پاشيدگی سطح تماس مولکولها شده و بدليل وجود ماتريکس نفوذپذير اين صدمات تا اعماق ذرات نفوذ خواهند کرد. پس از انجام عمل هيدراتاسيون در سيمان پرتلند و در صورت وجود مقادير کافی از مواد پوزولانی مناسب، هيدروکسيد کلسيم موجود در سيمان بدليل ترکيب شدن با سيليکاتها و آلوميناتهای موجود در مواد پوزولانی حفظ شده و در حالت کريستالی پايدار باقی خواهند ماند. در اين صورت اين کريستالها ديگر نه قابل حل میباشند نه خطری از جانب مواد اسيدی آنها را تهديد میکند و به همين دليل پايائی و دوام خمير ساخته شده افزايش میيابد. برخلاف سيمان پرتلند، خاکستر بادی حاوی مقادير بسيار اندکی از قليائيهای آماده فعاليت میباشد. به همين دليل جايگزين نمودن سيمان با خاکستر بادی مطمئنترين وصحيحترين راه برای کاستن از ميزان قليائيها میباشد. چنين ترکيبی همچنين خطر ناشی از فعاليت ASR ، (Alkali Silica Reaction) در زمانی که از مصالح آماده واکنش نيز استفاده میشود را کاهش میدهد.

تاثير روی کارآئی و نسبت آب به سیمان:

بنا به دلائل زير، استفاده از خاکستر بادی در موادسيمانی تاثير بسيار زيادی روی افزايش کارآئی بتن در طی زمان گيرش آن دارد. خاکستر بادی دارای وزن مخصوص کمتری نسبت به سيمان میباشد (حدود 25% کمتر) در نتيجه چسب سيمان حاصل شده دارای مقادير بيشتری مواد سيمانی میباشد. اين افزايش در مواد سيمانی با کاهش ويسکوزيته ديناميکی همراه میباشد که در نهايت باعث بهبود کارآئی بتن میگردد. اين مطلب به آن معنا میباشد که که مواد حاصله راحتتر پخش و متراکم میگردند. .ذرات کوچک موجود در خاکستر بادی توسط ذرات سيمان جذب میشوند و ساختاری شبيه بلبرينگ بوجود میآورند که باعث کاهش اصطکاک و افزايش کارآئی مخلوط میشود. ذرات کاملا کروی شکل خاکستر بادی در يکديگر و همچنين در دانه های سيمان گير نمیکنند و در نتيجه حالت چرب و لغزان به بتن آماده میدهند. اين سه فاکتور در کنار يکديگر امکان کاهش از ميزان آب اوليه طرح تا ميزان 10% الی 15% را میدهند.

نفوذ روی دمای هيدراتاسيون:

مواد پوزولانی در کل دمای بسيار کمتری نسبت به فعاليت هيدراتاسيون سيمان ايجاد مینمايند. عمليات هيدراتاسيون هيدروکسيد کلسيم، که در صورت استفاده از سيمان پرتلند روی میدهد، بشدت گرمازا بوده حرارت بسيار زيادی توليد میکند. هنگامی که سيمان پرتلند با خاکستر بادی جايگزين گردد، اين واکنش گرمازائی بخصوص در سنين اوليه که برای سلامتی بتن بسيار مهم میباشد، بشدت کاهش میيابد. اين حجم گرمای آزاد شده برای بتن ريزيهای حجيم مانند بدنه سدها و همچنين راههای بتنی، خصوصا زمانی که سرعت اجرا بالا باشد بسيار مهم و قابل توجه میباشد. اگر اين گرمای توليد شده کنترل نشود، دمای کل بتن بالا رفته و زمينه برای ايجاد ترکهای حرارتی بعد از گرفتن بتن مهيا میگردد. به همين دليل در چنين مواردی نسبت استفاده از خاکستر بادی حدود 40% وزنی سيمان توصيه میگردد.

نتيجه گيری:

با توجه به شناخت منافع حاصل از اين ماده، امروزه اين محصول پس از پشت سر گذاشتن آزمايشهای زيادی در شرايط آزمايشگاهی و واقعی، در بسياری از پروژه های پذيرفته و استفاده میشود بگونه ای که در بسياری از کشورهای پيشرفته اين ماده بعنوان يکی از اجزای اصلی تشکيل دهنده بتن در کنار سيمان و ساير مصالح سنگی مصرف میشود. در کشور ما، با توجه به بروز پديده خوردگی در سواحل جنوبی کشور و همچنين با نظر به اهميت پروژه های در دست ساخت در آن نواحی، لزوم توجه به عمر مفيد سازه و همچنين کاهش هزينه های سازه در دوره خدمت لازم به نظر میرسد. اميد است اين شرکت با پشتيبانی مهندسان فهيم عرصه سازندگی، بتواند با عرضه محصولات با کيفيت و مطابق با استانداردهای روز دنيا قدم کوچکی در اعتلای سازندگی کشور عزيزمان بردارد.