Puzolanik Malzemelerin Tarihi

Puzolanik malzemelerin tarihi Roma dönemine kadar uzanır diyebiliriz. Beton inanılmaz derecede değerli ve çok yönlü bir malzemedir; günümüzde en yaygın olarak kullanılan insan yapımı malzemedir (tonaj ile ölçülür). 

İki bin yıl önce, Roma imparatorluğu onunla birlikte inşa edildi – binalar, yollar, su kemerleri, sarnıçlar, iskeleler. Yüzlerce yıllık imparatorlukları sonunda çöktü, ancak geride bıraktıkları somut altyapı çökmedi. Bunlar Puzolanik malzemeden kaynaklandı.

Romalılar şimdiki gibi çabuk sertleşen bir çimento kullanmadılar. Karbondioksiti uzaklaştırmak ve Kalsiyum Karbonatı Kalsiyum Oksit (kireç) + H2O’ya dönüştürmek için ısıtılan kireçtaşından yapılmış çimentolu bir ürün olan hidratlı kireç kullandılar. 

Romalılar tarafından kullanılan bu hidratlı kireç, kendi başına bir hidrolik çimento gibi davranmaz ve sadece su ve kritik bir bileşen olan puzolan varlığında CSH’yi (bu temel beton bağlayıcı) oluşturur. Şans eseri veya deha eseri, Romalı mühendisler, kireç ve su ince dereceli amorf silika (Romalılar tarafından pulvis puteolanus olarak bilinir ve bugün volkanik kül veya pomza puzolan olarak adlandırılır), Kalsiyum-Silikat-Hidrat (CSH) ile karıştırıldığında keşfettiler. ), gezegendeki en yaygın kullanılan inşaat malzemesi oluşur.

Kalıcı Roma betonunun ( opus caementicium ) sırrı, imparatorluklarının çöküşüyle dünyaya kayboldu. 14. yüzyılda bir yerden başlayarak, çimento kullanımı yavaş yavaş geri döndü. Güney Fransa’daki Canal du Midi (150 mil uzunluğunda) 1670’de beton kullanılarak inşa edildi. Joseph Aspdin 1824’te Portland çimentosu adını verdiği şeyi üretmek için bir yöntemin patentini aldığında ve 1867’de Joseph Monier onu nasıl güçlendireceğini bulduğunda, beton endüstriyel çağın altyapı talepleri tarafından körüklenen yaygın kullanıma geri döndü.

Modern Çimento’nun Yardıma İhtiyacı Var

Ne yazık ki, günümüzün standart betonları olması gerektiği kadar iyi değildir. Sıradan beton yerleştirildiği anda bozulma sürecine girer.  Hidrolik reaksiyonla açığa çıkan kalsiyum hidroksitin %25’inden fazlası betondaki bağlayıcı olan Kalsiyum Silikat Hidroksite (CSH) dönüştürülmez. 

Su ve çimento arasındaki hidratasyon reaksiyonunun bir yan ürünü olan fazla Kalsiyum Hidroksit, betonun uzun vadeli performansı ve görünümü üzerinde zararlı etkileri olan bir dizi sorun yaratma eğilimindedir. CH’ye onu yakalamak ve ilave CSH’ye dönüştürmek için bir puzolan sağlanmadıkça, genişleyen kimyasallarla birleşerek betona potansiyel olarak içeriden zarar vermekte serbesttir.

Bir Puzolanik Yük

Modern beton formülasyonları, yaptıklarını yaparak sıvı faz CH’yi CSH’ye dönüştürmeye yönelik Roma sürecinden yararlanabilir: mevcut tüm CH’yi tüketmek için yeterli doğal puzolan ekleyerek. Bunu yaparken, potansiyel olarak yıkıcı bir yan ürün, gözeneklilik (kimyasal saldırılara ve donma-çözülme hasarına izin verir), yakıt çiçeklenmesi ve alkali gibi reaktif problemler yaratması için kendi cihazlarına bırakılmak yerine, performans ve dayanıklılık arttırıcı bir ajana dönüştürülür. silika reaksiyonu (ASR).

Beton karışımı tasarımına bir puzolan ekleyerek elde edilen ek avantajlar arasında hidratasyon hasarının ısısının azalması, uzun vadeli basınç dayanımının artması ve Portland çimentosunun üretiminden kaynaklanan büyük karbon ayak izinin azalması yer alır – doğal puzolanlar basitçe eklenmez, ancak çimentonun bir kısmını değiştirmek için kullanılır.

20. yüzyılın başlarında, mühendisler bir ikilemle karşı karşıya kaldılar – devasa beton barajlar inşa etmeleri gerekiyordu, ancak güç ve kalıcılık gibi kritik faktörler de dahil olmak üzere sıradan Portland çimentosunun işe yaramadığının farkındaydılar. Doğal puzolanları beton formülasyonlarına dahil ederek beklenen sorunları çözdüler ve Romalıların başarısını tekrarladılar. Doğal puzolanlar yine dayanıklı beton yapılarda yer bulmuştu. Puzolanik malzemelerin tarihi yine araştırıldı ve eski yapılar incelenerek karar verildi.

Artan Atık Puzolan Kıtlığı

Kömürle çalışan elektrik santrallerinin bacalarından temizlenen külü bertaraf etme ihtiyacından hareketle, enerji endüstrisi, kalan külün doğal puzolanlara benzer kimyasallara sahip olduğunu keşfetti.

Çimento/beton endüstrileri, maliyet ve bulunabilirlik nedeniyle tercih edilen puzolanlar olarak kısa sürede doğal puzolanlardan kömür yanma kalıntılarına (uçucu kül) geçiş yaptı. Bir atık malzeme olan yapay puzolanlar, mutlu bir şekilde dağıtıldı veya minimum maliyetle satıldı. Bu dinamik değişti.