مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
اندازه ی ذره و دانسیته ی خاکسترهای بادی
خاکسترهای بادی به دلیل آنکه از احتراق زغال سنگ پودر شده ایجاد می شوند، حالت پودری دارند که اندازه ی ذرات آن از سیمان کوچک تر است. عموماً بیش از 70 % از این خاکستر می تواند از میان الک 45 میکرون، عبور کند. کسری از این ذرات نیز از 3 میکرون کوچکتر است. ذرات زغال سنگ احتراق نیافته، عموماً بزرگتر از 100 میکرون اندازه دارند.
در طی فرایند گرمایش- سرمایش، ذرات خاکستر بادی ممکن است سریع تر سرد شوند و حالت شیشه ای بیشتری داشته باشند. بنابراین، این ذرات فعالیت بیشتری دارند. به دلیل طبیعت شیشه ای ذرات خاکستر بادی ریزتر، سطح فعال ترین بخش می باشد. Rehsi نشان می دهد که فعالیت آهکی مربوط به خاکسترهای بادی برای ذرات با اندازه ی کمتر از 45 میکرون، بالاتر است. این به نظر می رسد که این مسئله تنها پارامتری است که به طور قابل توجهی با فعالیت در ارتباط است. با توجه به استاندارد ASTM C 618، خاکسترهای بادی مورد استفاده در بتن، باید بیشتر از 34 % ذرات باقیمانده بر روی الک 45 میکرون، نداشته باشد. در یک مقاله ی مروری که بوسیله ی Butler و Mearing منتشر شده است، کسرهای مختلف ذرات خاکستر بادی برای اهداف مختلف، مشخص شده است. این مسئله فهمیده شده است که ذراتی در گستره ی اندازه ی 10 تا 50 میکرون، موجب پر شدن حفرات بتن می شود ، در حالی که ذرات ریزتر از 10 میکرون، موجب افزایش فعالیت پزولانی می شوند. این مسئله باید تذکر داده شود که این اثر به طور قابل توجهی، فیزیکی است زیرا برای یک توده ی منحصربفرد، ذرات ریزتر دارای مساحت سطح بالاتری هستند که این مسئله موجب ایجاد برهمکنش های بزرگتر می شود. به عنوان یک شاهد برای این مسئله، Carles-Gibergues و Aitcin نشان دادند که هیچ تفاوت قابل توجهی در شیمی و یا مینرالوژی خاکسترهای کلاس F وجود ندارد که از فیلترهای هوایی جمع آوری شده اند.
Hemmings و Berry ترکیب شیمیایی و معدنی یک خاکستر بادی (با میزان 10 % اکسید کلسیم) را مورد بررسی قرار دادند که از محلول هایی جداسازی شد که دارای وزن مخصوص 0.79 تا 2.85 بود. اگر چه دانسیته ی هر بخش از خاکستر تحت تأثیر وجود حفرات موجود در خاکسترهای بادی است، بنابراین، هر بخش حاوی ذراتی با اندازه های مختلف است که این مسئله در زیرر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) قابل مشاهده می باشد. همچنین این مشاهده شده است که در بخش هایی که دارای دانسیته ی پایین و متوسط است، میزان سیلیس تقریباً مشابه است، در حالی که بخش های با دانسیته ی بالاتر، حاوی مقادیر بیشتری آهن، کلسیم و منیزیم است (با میزان آلومینای کمتر).
متوسط دانسیته ی خاکسترهای بادی در حدود 2.3 گرم بر سانتیمتر مکعب است و این دانسیته با افزایش میزان اکسیدهای آهن، افزایش می یابد. این دانسیته همچنین با وجود کربن های نسوخته، کاهش می یابد. دانسیته های پایین تر از 2.0 گرم بر سانتیمتر مکعب و یا بالاتر از 2.5 گرم بر سانتیمتر مکعب، نادرست. از آنجایی که دانسیته های بیشتر بخش های معدنی و شیشه ای خاکستر بادی، بالاتر از 2.6 گرم بر سانتیمتر مکعب است، دانسیته ی خاکستر، کاملا پایین است و این مسئله، نشاندهنده ی وجود مقادیر قابل توجه حفرات بسته می باشد. ذرات توخالی خاکستر بادی می تواند به سهولت از طریق بررسی های میکروسکوپی مشاهده شود.
اثرات خاکستر بادی بر روی خواص بتن تازه و سخت شده
به دلیل ریز بودن ذرات پودر حاوی فازهای شیشه ای سیلیس- آلومینایی، خاکسترهای بادی موجود در بتن در واقع نقش پرکنندگی دارد. این ذرات بین دانه ها و اگریگیت ها قرار می گیرد. همچنین این ماده به عنوان بایندری مؤثر، موجب افزایش خواص سیمانی می شود.
در حقیقت، وقتی خاکستر بادی یک جزء اصلی از بتن است، این ماده به صورت فیزیکی، خواص سیستم را تغییر می دهد. همچنین شواهدی وجود دارد که طبق آنها، خاکسترهای بادی بر روی فرمولاسیون محصول هیدراسیون نیز مؤثر است. در واقع یکی از عملکردهای این ماده، ایجاد مراکز جوانه زنی برای محصول هیدراسیون سیمان از طریق رسوب دهی است. این مواد موجب تشکیل لایه ای می شوند. این لایه در طی زمان دانس تر می شود و به مدت زمان طولانی باقی می ماند اما ضخامت این لایه به سرعت به یک مقدار پایدار می رسد و رشد آن دیگر ادامه نمی یابد (شکل 1).
Luke و Glasser نشان داده اند که تغییر در یون های مورد مطالعه ی آنها، بر روی خواص خمیر ایجاد شده، اثرگذار است. آنها مشاهده کرده اند که یک غلظت بالا از یون کلسیم و یون سولفات در محلول، موجب می شود تا محصولات هیدراسیون در خمیر حاوی سیمان- خاکستر، به صورت فازهای غیر کریستالی با حلالیت بالاتر از فازهای کریستالی تبدیل شوند. واکنش پزولانی آهسته ی خاکستر بادی به دلیل آهسته بودن انحلال فاز شیشه ای ایجاد می شود که این مسئله موجب افزایش میزان خاصیت قلیایی محلول های خالص می شود. فعالیت مخلوط های مینرالی مربوط به واکنش شیشه می باشد. در حقیقت، بررسی های میکروسکوپی نشاندهنده ی خواص ساختاری بتن می باشد. Fraay و همکارانش نشان داده اند که حلالیت سیلیس و آلومینا از خاکستر بادی تا زمانی که pH محلول به 13.37 افزایش می یابد، پایین است. با رسیدن به این میزان از pH، به یک بتن باید به مدت یک هفته زمان داده شود تا به طور کامل هیدراته شود. خاکسترهای بادی با فاز شیشه ای گسسته، میزان قلیایی بودن و واکنش خاکستر بادی افزایش می یابد. این بررسی ها همچنین نشان می دهد که تغییرات استحکام یونی محلول موجود در خلل و فرج، به دلیل وجود و واکنش خاکستر بادی، ایجاد می شود و بنابراین، مقاومت الکتریکی بتن که تابعی از غلظت الکترولیت و تخلخل هاست، می تواند اطلاعات مناسبی در مورد فعالیت خاکستر بادی، ارائه کند. یک چنین ارزیابی هایی اخیراً بوسیله ی Tashiro و همکارانش انجام شده است.
دوام
برخی از شرایط محیطی، طبیعت و یا شرایطی که بوسیله ی فعالیت انسانی ایجاد شده است، موجب می شود تا بتن تخریب شود. این مشکل است که مکانیزم های مشاهده شده را بتوان عمومیت بخشید. به هر حال، این را می توان گفت که دوام بتن اغلب مربوط به تخلخل و انتقال گاز، یون و یا آب می باشند. این بخش برخی از این خواص را مورد بررسی قرار می دهد، در حالی که سایر خواص خاص، در بخش های مجزا ایجاد می شود.
با استفاده از روش پیکنومتری هلیوم و تخلخل سنجی جیوه، Xu و Huang توسعه ی ساختار تخلخل مربوط به خاکسترهای بادی مخلوط شده با سیمان را مورد بررسی قرار دادند. علارغم یک تخلخل کل بالاتر، خمیرهای حاوی خاکستر بادی دارای تخلخل کمتری نسبت به خمیرهای بدون خاکستر بادی هستند. این مسئله فهمیده شده است که استحکام خمیرهای حاوی سیمان و خاکستر بادی در مراحل اولیه، اثر منفی بر روی حفرات بین ذرات خاکستر بادی و زمینه ی اطراف دارد. این بخش ها به تدریج با محصولات ناشی از واکنش پزولانی، پر می شوند.
Kobayashi و Shuttoh ضریب نفوذ اکسیژن در خمیرهای سیمانی و بتنی را مورد بررسی قرار دادند و نشان دادند که مقادیر مربوط به بتن های سیمانی مسطح، در گستره ی 2.4 to 9.8 ×〖10〗^(-8) m^2/s می باشد. برای نمونه های عمل آوری شده به مدت 28 روز، این مقادیر کمتر است و مقادیر بالا برای نمونه های عمل آوری شده با RH برابر 50 %، مشاهده شده است. مقادیر مربوطه برای بتن های حاوی 20 % خاکستر به عنوان بایندر، در گستره ی 1.8 to12.3 ×〖10〗^(-8) m^2/s است. این مسئله نشاندهنده ی اهمیت عمل آوری مناسب بتن های حاوی خاکستر بادی می باشد.
Yu و Page نیز نفوذ اکسیژن در آب موجود در خمیرهای سیمانی را به همراه یون کلر، مورد بررسی قرار دادند. خاکستر بادی (20 %) اضافه شده به این خیمرها، موجب کاهش در ضریب انتقال آنها می شد. این جالب است که نفوذپذیری اکسیژن در خمیرهای حاوی خاکستر بادی حداقل دو برابر بالاتر از یون کلر است. همچنین این تفاوت می تواند به میزان 9 برابر نیز برسد. این مسئله علارغم این پدیده رخ می دهد که نفوذ یونی اکسیژن و یون کلر در آب موجود در خمیرهای سیمانی، تقریباً مشابه است. آنها به این نتیجه رسیده اند که این مسئله ممکن است به این دلیل رخ دهد که یک لایه ی دوگانه بر روی خمیر سیمانی تشکیل می شود. این لایه تنها 13 آنگسترم ضخامت دارد و حاوی محلول یک مولار سدیم کلرید است. به هر حال، کارهای بیشتری باید برای تأیید این مسئله، انجام شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Waste materials used in concrete manufacturing/ Satish Chandra
خاکسترهای بادی به دلیل آنکه از احتراق زغال سنگ پودر شده ایجاد می شوند، حالت پودری دارند که اندازه ی ذرات آن از سیمان کوچک تر است. عموماً بیش از 70 % از این خاکستر می تواند از میان الک 45 میکرون، عبور کند. کسری از این ذرات نیز از 3 میکرون کوچکتر است. ذرات زغال سنگ احتراق نیافته، عموماً بزرگتر از 100 میکرون اندازه دارند.
در طی فرایند گرمایش- سرمایش، ذرات خاکستر بادی ممکن است سریع تر سرد شوند و حالت شیشه ای بیشتری داشته باشند. بنابراین، این ذرات فعالیت بیشتری دارند. به دلیل طبیعت شیشه ای ذرات خاکستر بادی ریزتر، سطح فعال ترین بخش می باشد. Rehsi نشان می دهد که فعالیت آهکی مربوط به خاکسترهای بادی برای ذرات با اندازه ی کمتر از 45 میکرون، بالاتر است. این به نظر می رسد که این مسئله تنها پارامتری است که به طور قابل توجهی با فعالیت در ارتباط است. با توجه به استاندارد ASTM C 618، خاکسترهای بادی مورد استفاده در بتن، باید بیشتر از 34 % ذرات باقیمانده بر روی الک 45 میکرون، نداشته باشد. در یک مقاله ی مروری که بوسیله ی Butler و Mearing منتشر شده است، کسرهای مختلف ذرات خاکستر بادی برای اهداف مختلف، مشخص شده است. این مسئله فهمیده شده است که ذراتی در گستره ی اندازه ی 10 تا 50 میکرون، موجب پر شدن حفرات بتن می شود ، در حالی که ذرات ریزتر از 10 میکرون، موجب افزایش فعالیت پزولانی می شوند. این مسئله باید تذکر داده شود که این اثر به طور قابل توجهی، فیزیکی است زیرا برای یک توده ی منحصربفرد، ذرات ریزتر دارای مساحت سطح بالاتری هستند که این مسئله موجب ایجاد برهمکنش های بزرگتر می شود. به عنوان یک شاهد برای این مسئله، Carles-Gibergues و Aitcin نشان دادند که هیچ تفاوت قابل توجهی در شیمی و یا مینرالوژی خاکسترهای کلاس F وجود ندارد که از فیلترهای هوایی جمع آوری شده اند.
Hemmings و Berry ترکیب شیمیایی و معدنی یک خاکستر بادی (با میزان 10 % اکسید کلسیم) را مورد بررسی قرار دادند که از محلول هایی جداسازی شد که دارای وزن مخصوص 0.79 تا 2.85 بود. اگر چه دانسیته ی هر بخش از خاکستر تحت تأثیر وجود حفرات موجود در خاکسترهای بادی است، بنابراین، هر بخش حاوی ذراتی با اندازه های مختلف است که این مسئله در زیرر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) قابل مشاهده می باشد. همچنین این مشاهده شده است که در بخش هایی که دارای دانسیته ی پایین و متوسط است، میزان سیلیس تقریباً مشابه است، در حالی که بخش های با دانسیته ی بالاتر، حاوی مقادیر بیشتری آهن، کلسیم و منیزیم است (با میزان آلومینای کمتر).
متوسط دانسیته ی خاکسترهای بادی در حدود 2.3 گرم بر سانتیمتر مکعب است و این دانسیته با افزایش میزان اکسیدهای آهن، افزایش می یابد. این دانسیته همچنین با وجود کربن های نسوخته، کاهش می یابد. دانسیته های پایین تر از 2.0 گرم بر سانتیمتر مکعب و یا بالاتر از 2.5 گرم بر سانتیمتر مکعب، نادرست. از آنجایی که دانسیته های بیشتر بخش های معدنی و شیشه ای خاکستر بادی، بالاتر از 2.6 گرم بر سانتیمتر مکعب است، دانسیته ی خاکستر، کاملا پایین است و این مسئله، نشاندهنده ی وجود مقادیر قابل توجه حفرات بسته می باشد. ذرات توخالی خاکستر بادی می تواند به سهولت از طریق بررسی های میکروسکوپی مشاهده شود.
اثرات خاکستر بادی بر روی خواص بتن تازه و سخت شده
به دلیل ریز بودن ذرات پودر حاوی فازهای شیشه ای سیلیس- آلومینایی، خاکسترهای بادی موجود در بتن در واقع نقش پرکنندگی دارد. این ذرات بین دانه ها و اگریگیت ها قرار می گیرد. همچنین این ماده به عنوان بایندری مؤثر، موجب افزایش خواص سیمانی می شود.
در حقیقت، وقتی خاکستر بادی یک جزء اصلی از بتن است، این ماده به صورت فیزیکی، خواص سیستم را تغییر می دهد. همچنین شواهدی وجود دارد که طبق آنها، خاکسترهای بادی بر روی فرمولاسیون محصول هیدراسیون نیز مؤثر است. در واقع یکی از عملکردهای این ماده، ایجاد مراکز جوانه زنی برای محصول هیدراسیون سیمان از طریق رسوب دهی است. این مواد موجب تشکیل لایه ای می شوند. این لایه در طی زمان دانس تر می شود و به مدت زمان طولانی باقی می ماند اما ضخامت این لایه به سرعت به یک مقدار پایدار می رسد و رشد آن دیگر ادامه نمی یابد (شکل 1).
Luke و Glasser نشان داده اند که تغییر در یون های مورد مطالعه ی آنها، بر روی خواص خمیر ایجاد شده، اثرگذار است. آنها مشاهده کرده اند که یک غلظت بالا از یون کلسیم و یون سولفات در محلول، موجب می شود تا محصولات هیدراسیون در خمیر حاوی سیمان- خاکستر، به صورت فازهای غیر کریستالی با حلالیت بالاتر از فازهای کریستالی تبدیل شوند. واکنش پزولانی آهسته ی خاکستر بادی به دلیل آهسته بودن انحلال فاز شیشه ای ایجاد می شود که این مسئله موجب افزایش میزان خاصیت قلیایی محلول های خالص می شود. فعالیت مخلوط های مینرالی مربوط به واکنش شیشه می باشد. در حقیقت، بررسی های میکروسکوپی نشاندهنده ی خواص ساختاری بتن می باشد. Fraay و همکارانش نشان داده اند که حلالیت سیلیس و آلومینا از خاکستر بادی تا زمانی که pH محلول به 13.37 افزایش می یابد، پایین است. با رسیدن به این میزان از pH، به یک بتن باید به مدت یک هفته زمان داده شود تا به طور کامل هیدراته شود. خاکسترهای بادی با فاز شیشه ای گسسته، میزان قلیایی بودن و واکنش خاکستر بادی افزایش می یابد. این بررسی ها همچنین نشان می دهد که تغییرات استحکام یونی محلول موجود در خلل و فرج، به دلیل وجود و واکنش خاکستر بادی، ایجاد می شود و بنابراین، مقاومت الکتریکی بتن که تابعی از غلظت الکترولیت و تخلخل هاست، می تواند اطلاعات مناسبی در مورد فعالیت خاکستر بادی، ارائه کند. یک چنین ارزیابی هایی اخیراً بوسیله ی Tashiro و همکارانش انجام شده است.
دوام
برخی از شرایط محیطی، طبیعت و یا شرایطی که بوسیله ی فعالیت انسانی ایجاد شده است، موجب می شود تا بتن تخریب شود. این مشکل است که مکانیزم های مشاهده شده را بتوان عمومیت بخشید. به هر حال، این را می توان گفت که دوام بتن اغلب مربوط به تخلخل و انتقال گاز، یون و یا آب می باشند. این بخش برخی از این خواص را مورد بررسی قرار می دهد، در حالی که سایر خواص خاص، در بخش های مجزا ایجاد می شود.
با استفاده از روش پیکنومتری هلیوم و تخلخل سنجی جیوه، Xu و Huang توسعه ی ساختار تخلخل مربوط به خاکسترهای بادی مخلوط شده با سیمان را مورد بررسی قرار دادند. علارغم یک تخلخل کل بالاتر، خمیرهای حاوی خاکستر بادی دارای تخلخل کمتری نسبت به خمیرهای بدون خاکستر بادی هستند. این مسئله فهمیده شده است که استحکام خمیرهای حاوی سیمان و خاکستر بادی در مراحل اولیه، اثر منفی بر روی حفرات بین ذرات خاکستر بادی و زمینه ی اطراف دارد. این بخش ها به تدریج با محصولات ناشی از واکنش پزولانی، پر می شوند.
Yu و Page نیز نفوذ اکسیژن در آب موجود در خمیرهای سیمانی را به همراه یون کلر، مورد بررسی قرار دادند. خاکستر بادی (20 %) اضافه شده به این خیمرها، موجب کاهش در ضریب انتقال آنها می شد. این جالب است که نفوذپذیری اکسیژن در خمیرهای حاوی خاکستر بادی حداقل دو برابر بالاتر از یون کلر است. همچنین این تفاوت می تواند به میزان 9 برابر نیز برسد. این مسئله علارغم این پدیده رخ می دهد که نفوذ یونی اکسیژن و یون کلر در آب موجود در خمیرهای سیمانی، تقریباً مشابه است. آنها به این نتیجه رسیده اند که این مسئله ممکن است به این دلیل رخ دهد که یک لایه ی دوگانه بر روی خمیر سیمانی تشکیل می شود. این لایه تنها 13 آنگسترم ضخامت دارد و حاوی محلول یک مولار سدیم کلرید است. به هر حال، کارهای بیشتری باید برای تأیید این مسئله، انجام شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Waste materials used in concrete manufacturing/ Satish Chandra
.jpg "معرفی خوشنویسان معروف قرآن کریم")
