خاکستر بادی برای بتن: خواص، کاربردها، مزایا و معایب

فلای اش / خاکستر بادی برای بتن: خواص، کاربردها، مزایا و معایب

سفارش در حجم بالا

فلای اش / خاکستر بادی/ خاکستر سوختی پودر شده

فلای اش / خاکستر بادی یکی از بهترین مواد افزودنی پوزولانی است. مواد افزودنی پوزولانی یا مواد افزودنی معدنی آن دسته از موادی هستند که به خودی خود هیچ گونه خاصیت سیمانی ندارند اما در صورت ترکیب با آهک، یعنی هیدروکسید کلسیم (2Ca (OH)) در مجاورت رطوبت، خاصیت سیمانی را به شکل ریز تقسیم شده خود نشان می دهند.

آنها در دمای اتاق با هیدروکسید کلسیم واکنش شیمیایی می دهند و ترکیبات سیمانی را تشکیل می دهند. خاکستر بادی که به عنوان خاکستر سوختی پودر شده نیز شناخته می شود، یکی از این مواد پوزولانی مصنوعی است. خاکستر بادی پودر آلومینو سیلیکات آمورف ریز تقسیم شده است که در نیروگاه های ذغال سنگ پودری تولید می شود. تقریباً خاصیت سیمانی کمی دارد یا اصلاً وجود ندارد، اما در حضور آهک واکنش پذیر می شود. خاکستر بادی ژل تولید می­کند (هیدرات کلسیم سیلیکات (C-S-H)) که باعث متراکم شدن بتن خاکستر بادی، ایجاد استحکام و کاهش نفوذپذیری می شود. بنابراین، خواص دوام بتن را افزایش می دهد. خاکستر بادی یکی از بقایای حاصل از احتراق زغال سنگ پودر شده در نیروگاه حرارتی و شامل ذرات ریز است که با گازها بالا می روند. فلای اش / خاکستر بادی عمدتاً حاوی سیلیس (SiO)، اکسید کلسیم (CaO)، اکسید آلومینا (Al O) و اکسید آهن (Fe O) است. اجزاء بسته به نوع زغال سنگ سوخته متفاوت است. خاکستر بادی با سرد شدن و انجماد سریع خاکستر مذاب تولید می شود. از این رو بخش بزرگی از ذرات خاکستر بادی در حالت بی­شکل و غیربلوری هستند. ذرات خاکستر بادی معمولاً کروی با قطر کمتر از 1 میکرومتر تا 150 میکرومتر هستند در حالی که ذرات سیمان کوچکتر از 45 میکرومتر هستند. شکل کروی و اندازه ذرات باعث افزایش جریان پذیری و کاهش تقاضای آب در مخلوط بتن می­شود.

چگونه فلای اش / خاکستر بادی می تواند بر محیط زیست و فناوری تأثیر بگذارد؟

به نقل از Fly Ash-A Boon for Concrete، هند به تنهایی سالانه بیش از 100 میلیون تن خاکستر بادی تولید می­کند. خاکستر بادی تاثیر بدی بر محیط زیست و سلامت انسان می­گذارد. دفع آن یک نگرانی بزرگ است. چند سال پیش، خاکستر بادی به طور معمول در جو منتشر شد و باعث آلودگی هوا شد.

امروزه خاکستر بادی قبل از انتشار گازها در هوا در تجهیزات کنترل آلودگی مانند رسوب‌دهنده الکترواستاتیک جمع‌آوری می‌شود و در نتیجه آلودگی هوا کاهش می‌یابد. از طرف دیگر خاکستر بادی در ساخت بتن موثرتر است. از این رو، استفاده از خاکستر سوخت پودر شده در بتن، توجه جدی فناوران بتن و ادارات دولتی در سراسر جهان را به خود جلب کرده است.

چگونه خاکستر بادی می تواند بر محیط زیست و فناوری تأثیر بگذارد؟
تاریخچه خاکستر بادی

تاریخچه فلای اش / خاکستر بادی

از سال­ها قبل، خاکستر بادی در بتن استفاده می­شود. به گفته «م.س. Shetty (نویسنده نظریه و عمل فناوری بتن)،  اولین استفاده از خاکستر بادی در مقیاس بزرگ در ساخت سد Hungry Horse و بعداً سد Canyon Ferry در ایالات متحده آمریکا بود. مقدار خاکستر بادی مصرفی حدود 30 درصد وزنی سیمان بود. در هند اولین استفاده از خاکستر بادی در ساخت سد ریهند بوده و مقدار آن 15 درصد وزنی سیمان مصرفی بوده است.

موارد استفاده از فلای اش / خاکستر بادی

خاکستر بادی برای کاربردهای مختلف و همچنین در موارد زیر استفاده می­شود:

  • تولید سیمان پورتلند پوزولانا. طبق «1489IS (بخش 1): 1991» (مشخصات سیمان پورتلند-پوزولانا)، ماده خاکستر بادی باید 10 تا 25 درصد جرم سیمان پورتلند پوزولانا باشد.
  • در بتن­ ریزی انبوه مانند سدها، دیوارهای حائل، روسازی و غیره.
  • ساخت آجر، بلوک، ورق آزبست، لوله­ های تحت فشار آزبست و غیره
  • مواد پر کننده سیال  در خاکریزها، نزدیکی پل­های هوایی، پل­ها و غیره
  • تولید بتن با کارایی بالا.
  • بتن­ریزی در هوای سرد
  • ساخت بتن پر حجم خاکستر بادی (HVFAC) که بیش از 40 تا 50 درصد خاکستر بادی بر حسب جرم کل مواد سیمانی را شامل می­شود. به­طورکلی برای ساخت جاده­ها و پیاده­روها استفاده می­شود.
  • در تهیه بتن ژئوپلیمری.
موارد استفاده از خاکستر بادی

بتن ژئوپلیمری: بتن ژئوپلیمری جایگزینی برای بتن سیمانی پرتلند است. استفاده از سیمان پرتلند معمولی را که مسئول انتشار CO2 زیاد است، کاهش می­دهد. با استفاده از مواد زائد مانند خاکستر بادی و سرباره کوره بلند دانه­ بندی شده زمینی (GGBS) و غیره تهیه می­شود. بنابراین، نوآورانه و سازگار با محیط زیست است.

 

مزایای خاکستر بادی – Fly Ash

  • خاکستر بادی یک جایگزین مقرون به­ صرفه برای سیمان پرتلند است.
  • خاکستر بادی یک محصول جانبی یا یک محصول زائد است، از این رو استفاده از بتن خاکستر بادی CO2 را کاهش می­دهد و در نتیجه سازگار با محیط زیست است.
  • مقاومت خوبی در هوای سرد دارد.
  • خاکستر بادی یک ماده بدون انقباض است.
  • خاکستر سوخت پودر شده نیز بتن/آجر متراکم با سطح صاف و جزئیات تیز تولید می­کند.
  • بتن با خاکستر بادی کارایی بسیار خوبی دارد و نسبت آب به سیمان کمتری را برای اسلامپ ­های مشابه در مقایسه با بتن معمولی فراهم می­کند. به گفته «دیویس و همکاران» (1937)، خاکستر بادی با سایر مواد پوزولانی که معمولاً نیاز آبی مخلوط بتن را افزایش می‌دهند، متفاوت است.
  • مشکلات ترک، نفوذپذیری، روان­شدگی و غیره را کاهش می­دهد.
  • همچنین گرمای هیدراتاسیون را نیز کاهش می­دهد.

معایب خاکستر بادی –  Fly Ash

  • خاکستر سوخت پودر شده ممکن است بر رنگ بتن تأثیر بگذارد. به گفته «ع.م. نویل (نویسنده خواص بتن)، رنگ بتن خاکستر بادی نسبت به محتوای کربن آن زمانی که دو بتن در کنار هم قرار می­گیرند، معمولاً رنگ تیره ­تر زشت به شناسایی بتن خاکستر بادی با بتن معمولی با رنگ روشن­تر کمک می­کند.
  • استفاده از خاکستر بادی منجر به دستیابی کندتر به افزایش استحکام می­شود.
  • خاکستر بادی کلاس C به دما حساس است، بنابراین در بتن­ ریزی انبوه یا زمانی که دما به حدود 200 درجه سانتی­گراد یا 400 درجه سانتی­گراد افزایش می­یابد، استحکام بالایی ایجاد نمی­کند.
  • استفاده از خاکستر سوخت پودر شده تقاضای آب را کاهش می­دهد. بنابراین، استفاده از روان­ کننده ­ها/ فوق روان کننده­ ها یا افزودنی ­های حباب­ ساز هوا برای به ­دست آوردن کارایی خوب بتن، خاکستر بادی ضروری است.

خواص فیزیکی و شیمیایی فلای اش / خاکستر بادی

مشخصات فیزیکی

رنگ: رنگ خاکستر بادی به عناصر تشکیل دهنده آن بستگی دارد. در خاکستر بادی، محتوای آهک رنگ‌های برنزه و روشن ایجاد می‌کند، محتوای آهن رنگ مایل به قهوه‌ای / خرمایی و کربن و محتوای نسوخته بالا معمولاً رنگ خاکستری تیره را به سیاه نشان می‌دهد.

وزن مخصوص: 90 تا 2.96

سطح ویژه: 250 تا 600 مترمربع / کیلوگرم در حالی که سطح ویژه سیمان 225 مترمربع / کیلوگرم است.

 

خواص شیمیایی

مطابق با “ASTM C618-08a” (انجمن آمریکایی برای آزمایش و مواد)، خواص شیمیایی خاکستر سوخت پودر شده به شرح زیر است:

70% سیلیس، آلومینا، اکسید آهن،

حداکثر 5٪ – SO3،

حداکثر اتلاف در احتراق – 12٪

چگونه فلای اش / خاکستر بادی به بتن اضافه می شود؟

دو روش برای استفاده از خاکستر بادی وجود دارد. درصد معینی از خاکستر بادی را با کلینکر سیمان در کارخانه مخلوط تا سیمان پوزولانا پرتلند (PPC) تولید شود. از خاکستر بادی به­عنوان ماده افزودنی در زمان ساخت بتن در محل کار استفاده می­شود. افزودن خاکستر بادی به هر دو صورت مفید است، امّا روش دوم آزادی و انعطاف‌پذیری را به مهندس/کاربر برای تغییر تنوع درصد افزودن خاکستر بادی می‌دهد. با توجه به ‘انجمن ملی بتن پیش­ ساخته’ (منتشر شده در: استفاده از خاکستر بادی در بتن)، برای کارهای بتن معمولی، 15 تا 35 درصد خاکستر بادی بر حسب وزن سیمان و برای کارهای بتن­ریزی انبوه مانند سدها، دیوارهای حائل و غیره 70 درصد به بالا خاکستر بادی بر حسب وزن سیمان را می­توان اضافه کرد.

 

 

طبقه­ بندی فلای اش / خاکستر بادی

دو نوع خاکستر بادی بر اساس “ASTM C618-08a” (انجمن آمریکایی برای آزمایش و مواد)، بر اساس نوع زغال سنگی که خاکستر از آن منشأ می­گیرد، وجود دارد.

1– خاکستر بادی کلاس C

این نوع خاکستر بادی از زغال سنگ زیر قیر و زغال سنگ به دست می­آید. خاکستر بادی کلاس C نسبت به سیمان پرتلند دارای درصد بالایی از اکسید کلسیم a (بیش از 10٪)، حدود 35٪ سیلیس و محتوای کربن بسیار کمتر از 2٪ است. علاوه بر خواص پوزولانی، خاکستر بادی کلاس C دارای خواص سیمانی دارد. بنابراین نیازی به فعال کننده ندارد. در برابر انبساط ناشی از حمله شیمیایی مقاوم است. خاکستر بادی کلاس C بیشتر برای بتن سازه­ای، روسازی PCC و همچنین به عنوان ماده اولیه در کاشی، سنگ فرش یا آجر، بلوک و غیره استفاده می­شود.

2- خاکستر بادی کلاس F

خاکستر بادی کلاس F که از زغال سنگ قیری به دست می­آید، رایج ­تر از خاکستر بادی کلاس C است. به­طور کلی خاکستر بادی کم کلسیم با محتوای کربن کمتر از 5٪ اما گاهی اوقات تا 10٪ است. خاکستر بادی کلاس F فقط دارای خواص پوزولانی است، بنابراین، به یک عامل سیمانی مانند سیمان پرتلند، آهک زنده یا آهک هیدراته – مخلوط با آب برای واکنش و تولید ترکیبات سیمانی نیاز دارد. ذرات خاکستر بادی کلاس F در نوعی شیشه ذوب شده پوشانده شده­اند. از این رو، خطر انبساط ناشی از حمله سولفات را که ممکن است در خاک بارور شده یا نزدیک مناطق ساحلی رخ دهد، بسیار کاهش می­دهد.

تاثیر خاکستر بادی بر خواص بتن

 

1– اثر خاکستر بادی بر بتن تازه

استفاده از خاکستر بادی در بتن می­تواند باعث کاهش:

  • تقاضا برای آب برای اسلامپ مطلوب
  • روان­شدگی
  • انقباض ناشی از خشک شدگی
  • گرمای هیدراتاسیون

2- اثر خاکستر بادی بر بتن سخت شده

  • مقاومت اولیه بتن خاکستر بادی کمتر از بتن معمولی است.
  • واکنش پوزولانی بتن را از ماتریس متراکم می سازد که منجر به کاهش نفوذپذیری آب و گاز می شود.

در نهایت، استفاده از خاکستر بادی در بتن می­تواند خواص بتن را در حالت تازه و همچنین در حالت سخت شده اصلاح کند. جدای از آن، استفاده از خاکستر بادی، جایگزین اقتصادی سیمان پرتلند و بتن می­شود و کارآمدترین راه را برای دفع یا بازیافت محصولات جانبی فراهم می­کند. از این رو، استفاده از خاکستر بادی به­ عنوان افزودنی بتن نه تنها یک مزیت فنی گسترده برای خواص بتن است، بلکه به کنترل آلودگی محیطی نیز کمک می­کند.

 

منابع و ماخذ:

GharPedia

CONCEIVE CREATE CONSERVE

لینکمطالعه اینفوگراف مرتبط: فلای اش (Fly Ash) – خاکستر بادی

M.Gh.