پوزولان های طبیعی و صنعتی
پوزولانها مواد سیلیسی یا سیلیسی-آلومینی می‌باشند که در بتن به مقادیر نسبتاً زیاد (حدود ۵ تا 100 درصد) جایگزین سیمان می‌شوند. این مواد به‌صورت خام یا بعد از فعال‌سازی حرارتی به عنوان جایگزین سیمان در بتن به‌کار گرفته می‌شوند. منافعی که از کاربرد مواد افزودنی معدنی در بتن حاصل می شود عبارتند از:
- بهبود مقاومت در برابر ترک‌خوردگی حرارتی به‌علت حرارت کمتر هیدراتاسیون
- افزایش مقاومت نهایی و نفوذناپذیری به‌دلیل بهبود وضعیت منافذ
- دوام بهتر در مقابل حملات شیمیایی مانند حملات سولفاتی، کلرایدی و انبساط قلیایی- سنگدانه
- صرفه اقتصادی و همچنین کاهش اثرات مخرب زیست محیطی
پوزولانها به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم بندی می شوند.
پوزولان طبیعی: عموماً گدازه های آتشفشانی هستند که تنها به‌خاطر تولید پوزولان، فرآوری شده‌اند. این فرآوری معمولاً شامل خرد کردن، آسیاب کردن و جداسازی اندازه‌ها می‌گردد. در بعضی از موارد، فرآوری ممکن است شامل فعال‌سازی حرارتی نیز شود.
پوزولان مصنوعی: موادی هستند که محصولات اصلی صنعت نبوده و محصولات جانبی یا زباله های صنعتی هستند. این محصولات ممکن است به فرآوری (مثل خشک و پودر کردن) نیاز داشته باشند یا ممکن است به این کار نیازی نداشته باشند.
پوزولان های طبیعی ایران در سال ۱۳۲۰ کشف شد. از پوزولان های طبیعی ایران می توان تراس جاجرود، توف البرز و آبیک، پومیس خاش، خاک سرخ لومار، پوکه بستان آباد و زئولیت را نام برد. دامنه کوه های سبلان، سهند، دماوند، تفتان و استان کرمان نیز از جمله مکان های پوزولان های طبیعی ایران می باشند.
پوزولانهای مصنوعی شامل خاکستر بادی، سرباره (روباره) کوره آهنگدازی، میکروسیلیس (دوده سیلیس)، خاکستر پوسته برنج و متاکائولین می باشد. در هنگام احتراق زغال‌سنگ پودرشده، همراه با عبور زغال‌سنگ از میان ناحیة با درجه حرارت زیاد کوره، کربن و مواد ناپایدار می‌سوزند، درصورتی‌که بیشتر کانی‌های ناخالص مانند رس‌ها، کوارتز و فلدسپار‌ها در درجه حرارت زیادتر ذوب می‌شوند. ماده گداخته‌شده به‌سرعت به نواحی با درجه حرارت کمتر انتقال می‌یابد که در آنجا به‌صورت ذرات کروی شیشه‌ای جامد میشود. بعضی از کانی‌ها، به‌هم چسبیده و تشکیل خاکستر ته‌مانده را می‌دهند، اما بیشتر آنها با جریان بخار گاز خارج میشود و خاکستر بادی نامیده میشود.
در تولید چدن (آهن خام) اگر روباره مذاب با دمای زیاد، به‌سرعت به‌وسیله آب یا ترکیبی از آب و هوا سرد شود، بیشتر آهک، منیزیم، سیلیس و آلومین به‌شکل غیرمتبلور یا حالت شیشه‌ای نگهداشته می‌شوند. محصول سردشده با آب، به‌خاطر ذرات هم‌اندازه ماسه، روباره دانه‌ای نامیده میشود. روباره دانه‌ای عمدتاً دارای شیشه است که اگر به‌میزان بلین 4000 سانتی متر مربع بر گرم تا 5000 آسیاب گردد، خواص سیمانی‌کننده و پوزولانی رضایت‌بخشی را به‌دست می‌آورد.
دوده سیلیسی متراکم، که با نام‌های دیگری مانند سیلیس فرّار، میکروسیلیس یا به‌طور ساده دوده سیلیسی نیز شناخته میشود، محصول زائد کوره‌های قوس الکتریکی القایی در صنایع تولید فلز سیلیسیوم و آلیاژ فرو سیلیسیوم است. تبدیل کوارتز به سیلیسیوم در دماهای تا 2000 درجه سانتی گراد، تولید بخار SiO2 می‌کند که در ناحیه دمای کم به‌شکل ذرات کروی‌شکل کوچک شامل سیلیس غیرمتبلور، اکسیده و متراکم می‌گردد. ماده جمع‌آوری‌شده به‌وسیله فیلترهای کیسه‌ای گازهای خروجی، دارای قطر متوسط حدود ۰.۱ میکرون و مساحت سطح در حدود 200000 سانتی متر مربع بر گرم تا 250000 می‌باشد. در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی و خاکسترهای بادی متعارف، نمونه‌های دوده‌سیلیسی توزیع اندازه ذرات بسیار ریزتر دارند و نرم‌تر هستند. به همین جهت واکنش پذیری آن بالا بوده (پوزولان قوی) و به افزایش مقاومت اولیه کمک می نماید. از طرف دیگر، مشکلات جابه‌جایی دارد و نیازمندی به آب را در بتن نیز به‌طور محسوسی افزایش می‌دهد مگرآنکه همراه با آن مواد افزودنی کاهنده آب بکار برده شوند.
پوسته برنج، پوسته‌های به‌دست‌آمده در خلال عملیات جداسازی برنج از شلتوک برنج می‌باشد. ازآنجاکه این پوسته‌ها حجیم هستند، مشکلات دفع بسیار زیادی برای آسیاهای متمرکز برنج به‌همراه می‌آورند. هر تن شلتوک برنج حدود 200کیلوگرم پوسته تولید می‌کند که پس از احتراق تقریباً 40 کیلوگرم خاکستر حاصل می‌کند. خاکستر حاصل‌شده، در زمان سوزاندن در فضای آزاد یا در احتراق کنترل‌نشده کوره‌های صنعتی، به‌طورکلی دارای درصد زیادی از کانی‌های سیلیس غیرواکنش‌زا می‌باشد. به‌منظور افزایش خاصیت پوزولانی این خاکستر باید به‌اندازه ذرات بسیار ریز آسیاب گردد. ازطرف‌دیگر، می‌توان به‌وسیله احتراق کنترل‌شده که سیلیس به‌شکل غیرمتبلور و ساختار لانه‌زنبوری نگهداشته می‌گردد، خاکستر پوزولانی تولید نمود. نمونه‌های تولید صنعتی این ماده مساحت سطحی درحد 500000 سانتی متر مربع بر گرم تا 600000، اندازه گیری شده به‌روش جذب سطحی نیتروژن را نشان می‌دهند.
شرکت دانش بتن امیرکبیر از پوزولان های مختلف برای بهبود خواص مکانیکی و دوام بتن و همچنین کاهش هزینه های تولید بتن و کاهش هزینه تعمیرات سازه های بتنی استفاده نموده است. به عنوان نمونه در پروژه های مختلف از سرباره کوره آهنگدازی و پوزولان های طبیعی به منظور کنترل واکنش قلیایی سنگدانه (سرطان بتن) استفاده شده است. همچنین در پروژه های ایران مال، اسکله شهید رجایی، آب شیرین کن خلیج فارس و… به منظور افزایش مقاومت و کاهش نفوذپذیری بتن از میکروسیلیس به عنوان ماده جایگزین سیمان استفاده شده است.