پی جویی مواد پوزولانی در منطقه شمال آبیک

مقدمه: گسترش وسیع توفهای سازند کرج در محدوده مذکور، ضرورت استفاده از آنها را در صنعت سیمان آشکار می سازد. با اکتشاف این مواد و استفاده از آنها به عنوان جایگزین قسمتی از سیمان در بتن و ملات، علاوه بر بهبود در خصوصیات بتن تازه و سخت شده، صرفه جویی اقتصادی را نیز به همراه دارد و قیمت تمام شده سیمان را کاهش می دهد.
استفاده از این مواد در صنعت سیمان، سالها است که در جهان مرسوم بوده و به دلایل اقتصادی و صرفه جویی در انرژی در بسیاری از کشور ها، پوزولان را با درصد های مختلف به سیمان پرتلند اضافه می کنند که نتایج مثبتی را در پی داشته، ولی در کشور ما با وجود منابع عظیم پوزولانی، استفاده از آنها به دلیل عدم شناخت صحیح مواد پوزولانی مرغوب بسیار ناچیز است.
مطالعات آزمایشگاهی انجام شده بر روی نمونه های پوزولانی:
مطالعه مقاطع نازک: مطالعات انجام شده بر روی مقاطع نازک نمونه های پوزولانی نشان می دهد که اکثر نمونه ها دارای بافت ولکانو کلاستیک می باشند که در بین آنها بافت کلاستیک، جریانی شیشه ای و میکریتی نیز وجود دارد. اغلب نمونه ها را Divitrified vitric tuff تشکیل می دهد که توف های شیشه ای، لیتیک دار، کربناته و … هم کم و بیش قابل مشاهده اند. در اکثر نمونه ها آلتراسیون های مختلفی از قبیل کلریتی شدن، کربناتی شدن، آرژیلی شدن، سریسیتی شدن و در مواردی زئولیتی شدن دیده می شود. کانی های اصلی بخش بلورین را کوارتز، فلدسپات و کانی های فرعی را کلریت، بیوتیت، کلسیت، کانی های رسی، اکسید های آهن و … تشکیل می دهند. شیشه نیز به مقدار متفاوت در مقاطع دیده می شود.
آنالیز XRF: مطالعات XRF نمونه های پوزولانی و مقایسه اکسید های اصلی آنها با استاندارد دین آلمان، نشان می دهد که عناصر اکسیدی در حد استاندارد بوده و فقط چند نمونه از لحاظ تعدادی از اکسید ها خارج از این محدوده واقع می شوند.
پرت حرارتی و وزن مخصوص حقیقی: پرت حرارتی یکی از فاکتورهایی است که در میزان فعالیت پوزولانی موثر می باشد و به دو روش شیمیایی و دستگاهی (STA) اندازه گیری می شود و بر اساس استاندارد دین آلمان میزان آن باید کمتر از 5% باشد. اندازه گیری پرت حرارتی نمونه ها مشخص کرد که به جز نمونه های شماره 9، 12، 14، 20، 25، 26 و 27 بقیه در حد استاندارد قرار دارند. وزن مخصوص حقیقی نیز باید بین 3- 2 گرم بر سانیتمتر مکعب باشد زیرا خارج از این محدوده در پروسه تولید سیمان ایجاد اشکال می نماید. وزن مخصوص تمام نمونه ها اندازه گیری شد که کل نمونه ها دارای وزن مخصوص بین 3- 2 گرم بر سانیتمتر مکعب بودند.
آنالیز XRD: بررسی نتایج حاصل از آنالیز XRD نمونه ها نشان داد که کانی های اصلی بخش بلورین اکثر نمونه ها را کوارتز و فلدسپات های سدیک تشکیل می دهند و در توف های کربناته کانی اصلی کلسیت می باشد. کانی های رسی، مسکویت، کلریت، کلسیت، کانی های اپاک (اغلب اکسید های آهن)، و به مقدار کمتر آمفیبول، زئولیت، آنالیسم، آپاتیت و … نیز کانی های فرعی غالب در نمونه ها می باشند. نمونه های شماره 21 و 22 (مربوط به منطقه انجیلاق) حاوی کانی زئولیت و نمونه های شماره 1 (مربوط به منطقه بارجین) و 21 دارای کانی آنالیسم می باشند که این 2 کانی در بهبود خواص پوزولانی موثر هستند.
تعیین ترکیب سنگ شناسی نمونه ها: مقادیر به دست آمده از تجزیه XRD اکسید های اصلی نمونه ها، بر روی نمودار های مختلف سنگ شناسی منتقل گردید تا ترکیب کلی آنها مشخص شود. بر اساس نمودارهای مختلف اکثر نمونه ها از لحاظ ترکیب سنگ شناسی در محدوده ریولیت تا ریو داسیت و در مواردی داسیت، آندزیت و … با میزان پتاسیم متوسط واقع شدند و جزء سنگ های کالک آلکالن می باشند.
اندازه گیری میزان فعالیت پوزولانی: فعالیت پوزولانی، میزان جذب آهک توسط ماده پوزولانی می باشد. نمونه های شماره 9، 12، 20 و 27 به علت افت حرارتی بالا و نمونه شماره 7 به دلیل شباهت با نمونه شماره 8 از جمع کل نمونه ها حذف و 22 نمونه دیگر مورد اندازه گیری فعالیت پوزولانی به روش شیمیایی (تیتراسیون) قرار گرفتند. نمونه های شماره 1 و 2 (مربوط به منطقه باراجین)، 6 (مربوط به منطقه قزقلعه)، 16 (مربوط به منطقه کهوان) و 21 و 22 (مربوط به منطقه انجیلاق) فعالیت پوزولانی بالاتری را نسبت به بقیه نمونه ها نشان می دهند.
سیمان سازی در اشل صنعتی: از بین نمونه هایی که فعالیت پوزولانی بالایی را نشان دادند، نمونه های شماره 6، 16، 21 و 22 انتخاب و سیمان آنها با اختلاط 20، 25 و 30 درصد ساخته و فاکتور های مختلف صنعتی سیمان های ساخته شده از آنها، از قبیل مقاومت فشارشی و خمشی، زمان گیرش اولیه و انتهایی، بلین، درصد آب و اتوکلاو اندازه گیری شد و میزان مقاومت فشارشی آنها که یکی از فاکتورهای مهم در سیمان های پوزولانی می باشد با استاندارد های کشور های مختلف جهان مقایسه گردید که نتایج مربوط به آنها در بخش نتیجه گیری آمده است.
نتایج آزمایشگاهی به قرار زیر است:
1- مقاطع نازک میکروسکوپی و آنالیز XRD:
- کانی های اصلی: کوارتز، فلدسپات (اکثراٌ سدیک)
- کانی های فرعی: کلریت، بیوتیت، کلسیت، سرسیت، کانی های رسی، اکسیدهای آهن، شیشه، کانی های اوپاک و به مقدار کمتر آنالیسم، زئولیت، آمفیبول، اپیدوت و …
- بافت: اکثر نمونه ها دارای بافت ولکانو کلاستیک هستند و تعداد کمتری کلاستیک، جریانی شیشه ای و میکریتی
- آلتراسیون: کلریتی شدن، کلسیتی شدن، زئولیتی شدن، سرسیتی شدن، آرژیلی شدن، اکسیدی شدن.
نام سنگ: اکثر نمونه ها Divitrified vitric tuff می باشند.
2- آنالیز XRF:
- میانگین SiO2، برابر 72/6 درصد
- میانگین Al2O3 برابر 13/5 درصد
- اکثر نمونه ها از نظر اکسید های اصلی و درصد افت حرارتی و وزن مخصوص حقیقی در محدوده استاندارد دین آلمان (51043) قرار دارند.
3- ترکیب سنگ شناسی:
اکثراٌ ریولیتی، ریو داسیتی تا داسیتی می باشند هر چند توف های آندزیتی و کربناتی نیز در بین نمونه ها وجود دارد.
4- فاکتور های موثر بر فعالیت پوزولانی:
- با افزایش سیلیس آمورف، فعالیت پوزولانی افزایش می یابد.
- با افزایش کانی های گروه زئولیت (کلیننوپتی لولیت، آنالیسم، لامونتیت) فعالیت پوزولانی افزایش می یابد.
- با افزایش CaO (اکسید کلسیم)، افت حرارتی افزایش و در نتیجه فعالیت پوزولانی کاهش می یابد.
- با افزایش MgO (اکسید منیزیم) فعالیت پوزولانی کاهش می یابد.
- هر چه نسبت فاز شیشه ای به فاز کریستاله افزایش یابد فعالیت پوزولانی افزایش می یابد.
- با افزایش بلین (درجه نرمی سیلیس) تا حد مشخص، فعالیت پوزولانی افزایش می یابد.
5- سیمان سازی:
- نمونه های شماره 6 و 21 برای تولید سیمان های پوزولانی با اختلاط 20 و 25 درصد مناسب هستند.
- نمونه های شماره 16 و 22 برای تولید سیمان های پوزولانی با اختلاط 30 درصد مناسبند.
6- اولویت بندی:
- اولویت اول: نمونه های شماره 21 و 22 مربوط به منطقه انجیلاق با ترکیب داسیتی
- اولویت دوم: نمونه شماره 16 مربوط به منطقه کهوان با ترکیب ریولیتی.
- اولویت سوم: نمونه شماره 6 مربوط به منطقه قز قلعه با ترکیب ریولیتی تا ریو داسیتی
- اولویت چهارم: نمونه های شماره 1 و 2 مربوط به منطقه باراجین با ترکیب ریولیتی.