خاکستر بادی یا fly ash ، ویژگی ها و نحوه مصرف

خاکستر بادی یا fly ash چیست؟

مقررات ملی ساختمان مبحث نهم خاکستر بادی یا fly ash را چنین تعریف نموده است “خاکستر بادی محصول فرعی سوخت ذغال سنگ است که شامل سیلیس ، آلومین و اکسیدهای آهن و کلسیم است. خاکستر بادی در انواع C و F وجود دارد. نوع C خاکستر بادی به دلیل دارا بودن بیش از 10 درصد اکسید کلسیم خاصیت سیمانی شدن نیز دارد.

در نیروگاه هایی که از ذغال سنگ به عنوان سوخت استفاده می کنند، ذرات شیشه ای و کروی شکل بسیار ریز به ابعاد 1 الی 80 میکرون (ابعاد دانه ای سیمان که مقاومت سیمان را تامین می کنند 10 الی 24 میکرون می باشند و ابعاد دانه های دوده سیلیسی که به شکل ذرات کروی شکل کوچک هستند دارای قطر متوسط حدود 0.1 می باشند) و در درجه 1600 سانتی گراد به عنوان محصول فرعی تولید می شوند که از بالای کوره احتراق خارج و به سرعت سرد می شود. این محصول که خاصیت پوزولانی دارد و خاکستر بادی نامیده می شود از اختلاط دو فاز شیشه ای یا بلوری نشده که این فاز حدود 60 الی 90 درصد وزنی محصول را تشکیل می دهد و فاز بلوری نشده که 10 الی 40 درصد وزنی محصول را تشکیل می دهد تشکیل شده است.

خواض و کیفیت fly ash به عوامل متعددی از جمله نوع ذغال سنگ و ترکیب آن ، کارایی آسیاب خرد کننده ذغال ، شرایط احتراق شامل درجه حرارت و مقدار اکسیژن لازم برای سوختن و نوع کوره و به ویژه سرعت سرد شدن ذرات بستگی دارد.

خاکستر بادی توسط فیلترهای مخصوص به صورت غبار جمع آوری می شود. آثار مطلوب این ماده در بهبود خواص بتن تازه و سخت شده باعث کاربرد روز افزون آن در دنیا شده است.

مزایای خاکستر بادی یا fly ash و نقش آن در بتن

ذرات ریز و کروی شکل fly ash موجب می شوند که میزان آب اختلاط بتن برای کارایی معین کاهش یابد و یا با میزان آب ثابت کارایی بتن تازه افزایش یابد، قابلیت پمپ شدن بتن را بهبود می بخشد، احتمال پدیده آب انداختن بتن کاهش می یابد و همچنین احتمال حدا شدن دانه ها در بتن کاهش می یابد.

اگرچه زمان گیرش بتن حاوی بتن خاکستر بادی به عوامل متعددی مانند دمای بتن، دمای محیط، نوع و عیار سیمان ، درجه نرمی سیمان ، مقدار آب ، نوع و مقدار افزودنی های شیمیایی دارد ولی جایگزینی سیمان با خاکستر بادی معمولا زمان گیرش بتن را افزایش می دهد. همچنین باعث می گردد که دمای اولیه بتن به میزان قابل ملاحظه ای کاهش یابد لذا در بتن ریزی حجیم و بتن ریزی در مناطق گرمسیری کاربرد زیادی دارد.

برای بتن هایی که کمبود مواد ریزدانه دارند و یا عیار سیمان آن ها کم می باشد موجب افزایش چسبندگی و انسجام بهتر بتن می گردند.

واکنش خاکستر بادی با هیدرواکسید کلسیم Ca(OH)2 حاصل از آبگیری سیمان و تولید C-S-H موجب می شود منافذ بتن را پر کند و همچنین افزایش دوام بتن در مقابل محیط های مهاجم می گردد. نفوذپذیری کمتر ، عملکرد مناسب در برابر پدیده کربناتاسیون ، مقاومت در برابر سولفات ها و کلریدها و نیز کنترل واکنش قلیایی سنگدانه ها از مزایای استفاده از این ماده است.

مقدار سیمان جایگزینی با خاکستر بادی با توجه به نوع سازه ، شرایط محیطی و نوع سیمان از 30 الی 100 کیلوگرم در متر مکعب می باشد.

گرچه تمام مزایای ذکر شده تحت تاثیر انتخاب مناسب نسبت آب به سیمان و عمل آوری کافی و کیفیت مطلوب خاکستر و میزان مناسب جایگزینی این ماده به جای سیمان قرار دارد.

مقادیر و نحوه مصرف

هرچند کاربرد خاکستر بادی در بتن خصوصا در بتن های حجیم فواید بسیاری دارد ولی به علت عدم تولید در ایران مصرف آن متداول نیست.

آبا مقادیر زیر را برای انواع افزودنی های معدنی ، بر حسب کل مواد چسباننده سیمانی جهت بتن های سازه ای مورد آزمایش قرار داده تا مقدار بهینه مواد افزودنی معدنی انتخاب شود.

خاکستر بادی نوع F مطابق با مشخصات دت 403 : 25 الی 15 درصد

خاکستر بادی نوع C مطابق با مشخصات دت 403 : 36 الی 15 درصد

طبق تفسیر آبا موارد کلی دیگری که در مصرف افزودنی های معدنی باید مورد توجه قرار گیرد عبارتند از:

الف) کسب مقاومت بتن ، حاوی افزودنی های معدنی شامل پوزولان های طبیعی، خاکستر بادی، روباره ها به دلیل سرعت آهسته و تدریجی فعالیت پوزولانی و سیمان روباره و در نتیجه افزایش زمان گیرش بتن ، کندتر از بتن معمولی است بنابر این عمل آوری چنین بتنی به مدت زمان بیشتری در مقایسه با بتن معمولی احتیاج دارد چنانچه این ترکیبات به عنوان جایگزین سیمان پرتلند مصرف شوند و افزودنی تسریع کننده نیز مورد استفاده قرار نگیرد ، مدت عمل آوری طولانی تر می شود.

ب) مواد پوزولانی و روباره ای به منظور کمک به کاهش دمای داخلی بتن در سازه های حجیم مانند سدها به دلیل استهلاک آهسته گرمای تولیدی ناشی از آبگیری سیمان ممکن است دمای زیاد پدید آید، مصرف می شوند. یادآوری می گردد که می توان این دما را از طریق مصرف سیمان های پرتلند نوع 2 ، 4 ، 5 یا سیمان های آمیخته پوزولانی و یا روباره ای و تقلیل دمای آب اختلاط و دمای سنگدانه ها نیز می توان کاهش داد.

ج) برخی از پوزولان ها و روباره ها به منظور کاهش و یا از بین بردن قابلیت انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه ها مصرف می شود. در چنین شرایطی باید کیفیت این افزودنی های معدنی با آزمایشات مورد بررسی و ارزیابی واقع شود.

د) پوزولان ها و روباره ها مقاومت بتن را در برابر سولفات ها بهبود می بخشد ولی در صورت استفاده از آن ها به عنوان جایگزین سیمان ، احتمال دارد مقاومت در برابر سولفات ها کاهش یابد.

ه) استفاده از پوزولان ها و روباره ها به عنوان جایگزین سیمان می تواند مقاومت 28 روزه بتن و در نتیجه پایایی آن را به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش دهد.

و) برخی اوقات مصرف خاکستر بادی و مواد شبه سیمانی در بتن ، ممکن است میزان آب اختلاط بتن برای تامین کارایی مورد نظر، در مقایسه با زمانی که بتن حاوی سیمان پرتلند تنها است ، کمتر باشد.

برای طرح اختلاط بتن حاوی خاکستر بادی ، می توان از مراجع ACI 211.1 و یا ACI 232.2R-96 استفاده کرد.