مواد افزودنی پودری معدنی

در ساخت بتن، علاوه بر ترکیب سیمان، سنگدانه‌ها و آب، مواد دیگری مانند شیمیایی و معدنی نیز افزوده می‌شود که خاصیت بتن را برای مصارف ساخت و ساز با توجه به نیازهای مورد نظر تقویت می‌کنند. مواد افزودنی در جهت بالا بردن کارایی بتن و افزایش مقاومت و دوام آن، افزایش زمان تنظیم و همچنین کاهش نسبت سیمان و آب، مهم و ضروری هستند. مواد افزودنی پودری معدنی یکی از افزودنی‌های بتن بوده که جهت اصلاح خواص بتن، در فرآیند اختلاط به آن افزوده می‌شود. همچنین مواد افزودنی معدنی علاوه بر کاهش هزینه‌های تولید بتن، در آلودگی محیط زیست و آسیب به آن تاثیرگذار است. عمده دلیل آن را می‌توان استفاده از مواد بازیافتی به عنوان ماده اصلی مواد افزودنی معدنی عنوان کرد. مواد افزودنی پودری معدنی، مواد سیلیسی بهینه تفکیک شده‌ای هستند که به طورکلی حدود 10 تا 20 درصد وزن سیمان پرتلند را در بتن نهایی افزایش می‌دهند و در تقویت دوام و مقاومت بتن نقش بسزایی دارند.

به طور عمده مصالح شامل سیلیس یا سیلیکات‌های فعال به دو صورت طبیعی و مصنوعی موجود هستند که خصوصیت سیمانی ویژه‌ای از خود نشان می‌دهند، که در اصطلاح به آن‌ها پوزولان‌ها می‌گویند. پوزولان‌ها نیز به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم‌بندی می‌شوند. میکروسیلیس یا دوده سیلیسی یکی از معروف‌ترین پوزولان‌های مصنوعی است. همچنین مواد افزودنی معدنی در مخلوط بتن را می‌توان با خاصیت‌های آن تقسیم‌بندی کرد، که عبارتند از مواد افزودنی پودری معدنی با خاصیت پوزولانی مانند خاکستر بادی، خاصیت سیمانی مانند روباره آهن‌گدازی دانه‌‌ای، ترکیب خاصیت سیمانی و پوزلانی مانند خاکستر بادی پرکلسیم.

انواع افزودنی‌های پودری معدنی

همان‌طور که گفتیم افزودنی‌های معدنی (پوزولا‌ن‌ها) در دو نوع طبیعی و مصنوعی در صنعت ساخت و ساز موجود هستند. نوع طبیعی مواد افزودنی پودری معدنی در چند مرحله تولید و فرآوری شده که شامل خرد و آسیاب کردن، جداسازی اندازه‌ها و در مواردی کم فعال‌سازی حرارت نیز می‌شوند.

مواد افزودنی پودر معدنی بر پایه طبیعی عبارتند از :

• خاکستر آتشفشانی Volcanic Ash: ذرات ساییده شده سنگ، کانی و شیشه را که در هنگام فوران آتشفشان پدید می‌آید و اندازه آن کمتر از 2 میلی‌متر بوده، خاکستر آتشفشانی می‌گویند. این مواد پوزولانی در ایران در فاز شیشه‌ای سرد و آمورف (Amoroph) (فاز‌های شیشه‌‌ای با ساختمان نامنظم) بسیار است. به غیر از خاک دیاتومه، کلیه پوزولان‌های طبیعی از آتشفشان استخراج می‌شود.
• شیل‌ها و چرت‌های اُپالینی: شیل نوعی سنگ دانه‌ریز رسوبی-آواری بوده که از ترکیب کانی رس و دیگر کانی و ذرات‌ها به ویژه کوارتز و کلیست درست شده است. شیل‌ها را براساس ساختار کانی‌های سیلیسی آن دسته‌بندی می‌کنند.
  رسوبات سیلیسی دانه‌ریز که منشا شیمیایی، بیوشیمیایی یا بیوژنیکی دارند را چرت می‌گویند، بیشتر چرت‌ها بسیار سخت و متراکم و ناخالصی کمی دارند که براساس رنگ و نوع ناخالصی نام‌گذاری می‌شوند. چرت‌های اُپالینی به طور معمول آبدار و ساختمان بلوری و نامنظم دارند.
• خاک دیاتومه‌ای کلسینه شده: خاک حاصله از انباشته شدن فسیل‌های سیلیسی که به طور عمده از بقایای جانداران تک سلولی ریز به نام دیاتومه، به وجود می‌آیند را خاک دیاتومین، دیاتومه یا دیاتومید می‌نامند. ذرات این خاک از 5 تا 1000 میکرومتر متغیر بوده ولی به طورعمده بین 50 تا 100 میکرومتر رایج است. خاک دیاتومه‌ای می‌تواند بیش از 2 برابر وزن خود آب جذب کند. نخستین مورد استفاده از خاک دیاتومه‌ای کلسینه شده در آمریکا و در سال 1884 صورت گرفت.

از دیگر افزودنی‌های پودری معدنی طبیعی عبارتند از:

• شیشه‌های آتشفشانی (Volcanic Glasses)
• توف‌های آتشفشانی یا زئولیتی (Volcanic Tuffs)
  لازم به ذکر است که در ایران پوزولان‌های طبیعی به طور بسیار گسترده در بسیاری از شهرها و دامنه کوه‌ها مانند کوه تفتان، سبلان، دماوند و ... و در انواع گوناگون و نام‌های مختلف موجود هستند.

مواد افزودنی پودری معدنی مصنوعی

مواد مصنوعی یا صنعتی پودری معدنی، شامل موادی هستند که در فرآیند خشک شدن و پودر کردن به دست می‌آیند، که می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• دوده سيليسي(میکرو سیلیس) Silica Fume: دوده سیلیسی پودری و به رنگ خاکستری و حاوی دی‌اکسید سیلیسیوم است. این ماده افزودنی پودری معدنی در کوره‌های قوس الکتریکی و در فرآیند تولید فروسیلیسیوم تولید می‌شود. اضافه کردن دوده میکروسیلیس به مخلوط بتن باعث فعال شدن SiO2 و در نتیجه بالا رفتن افزایش مقاومت فشاری و کاهش پتانسیل واکنش قلیایی سنگدانه‌ها را به همراه دارد. به طورعمده از این ماده پوزولانی برای کاهش بروز پدیده سرطان بتن و افزایش مقاومت فشاری استفاده می‌شود.
• خاكستر بادي Fly Ash: پسماند حاصله از گازهای خروجی در کوره‌های زغال سنگ یا سیلت غیرپلاستیک و نیروگاه‌های برقی حرارتی با زغال سنگ را خاکستر بادی می‌نامند. این خاکسترحاوی سیلیسیم، آهن، کلسیم، منیزیم و آلومینیوم بوده که می‌تواند جایگزین مناسبی برای بخشی از سیمان درمخلوط بتن باشد.

دیگر مواد افزودنی پودری معدنی مصنوعی عبارتند از:

• سیلیس ناپایدار
• روباره دانه‌‌ای
• خاکستر پوسته برنج
• متاکائولین

کارایی مواد افزودنی پودری معدنی

افزودنی‌های پودری معدنی که با نام مواد مکمل سیمان‌کاری نیز معروف هستند، به منظور بهبود و افزایش کیفیت عملکرد بتن، به مخلوط سیمان، سنگدانه و آب اضافه می‌شوند. کارایی‌های مواد پودری معدنی عبارتند از:

• افزایش مقاومت بتن
• کاهش میزان آب مصرفی در ساخت بتن
• کاهش نفوذپذیری
• کاهش دمای هیدراسیون
• بالا بردن دوام و مقاومت بتن
• استفاده به عنوان فیلتر و تصحیح دانه‌بندی
• ذخیره انرژی و پایین آمدن هزینه‌ها
• کاهش آسیب‌رسانی به محیط زیست و آلودگی
• کاهش پتانسیل واکنش قلیایی سنگدانه‌ها
• بالا بردن مقاومت در برابر ترک ‌خوردگی به علت حرارت کمتر هیدراسیون

قیمت مواد افزودنی پودری معدنی

قیمت مواد افزودنی پودری معدنی به عوامل مختلفی بستگی دارد، که می‌تواند در قیمت‌گذاری نهایی آن بسیار تاثیرگذار باشد. همان‌طور که گفتیم استفاده از مواد افزودنی پودری معدنی نه تنها باعث پایین آمدن آلودگی‌های زیست محیطی و خطرات ناشی از آن می‌شود، بلکه مواد دورریز کارخانه‌ها را نیز کاهش می‌دهد. به همین خاطر قیمت آن با توجه به ماده مصرفی بسیار متفاوت است. از دیگر عوامل تاثیرگذار در قیمت مواد افزودنی پودری خاصیت آن است که برپایه خاصیت سیمانی، پوزولانی، ترکیبی، مواد طبیعی یا ضایعات مصنوعی متفاوت خواهد بود.