إحتياطات إستعمال البوزلانا الطبيعية المحلية في داخل وخارج المملكة:

يجب التأكد من جودة البوزلانا الطبيعية من المصدر قبل إستخدامه  في الإسمنت والبلوك والزراعة، لأن بعض البوزلانا الطبيعي يصلح للإسمنت ولايصلح للبلوك أو يصلح للبلوك ولايصلح للإسمنت ، وقد يصلح للزرع ولايصلح للبناء.

وبعض الأنواع الجيدة يصلح لجميع الأغراض الصناعية والزراعية والإنشائية.

هناك مصدر واحد من آلاف المصادر للبوزلانا الطبيعية بالمملكة عملت عليه معظم التحاليل والإختبارات ، وكانت تكلفتها أكثر من 500 ألف ريال على مدى 20 سنة ، ومع ذلك لم يستعمل حتى الآن في الإسمنت لجهل المنتج بخصائص الإسمنت البوزلاني وكيفية تصميم الخلطة الخرسانية البوزلانية  .

لقد جربت بعض أنواع البوزلانا في الإسمنت فوجدتها سيئة جداً وتستهلك كميات كبيرة من الماء والإضافات الكيمائية كما أنها صلبة أثناء الخلط وتضعف قوة الخرسانة بنسبة 85% ، وذلك بسبب رداءة المصدر وكثرة الأملاح والأتربة وقلة الأكاسيد المكونة للبركان في ذلك المصدروقلة بعض المعادن المهمة للنبات

يجب عمل تحاليل وإختبارات كثيرة لمعرفة الخصائص الفيزيائية والكيمائية للبوزلان مع معرفة نسب المواد والمعادن المكونة للبوزلانا قبل إستعمالها، والتأكد من مطابقتها للمواصفات العالمية.

بعد التأكد من جودة البوزلانا يجب عمل كثير من الخلطات الخرسانية مع بعض أنواع الإسمنت الموجود محلياً ، فكل نوع من الإسمنت يلزمه نسبة معينة من البوزلانا ليحقق الصفات العالمية.

يجب معرفة خصائص المواد الكيمائية المناسبة للبوزلانا المحلية.

يجب معرفة نسبة الماء اللازمة لخلط البوزلانا مع الإسمنت والرمل والحصى

يجب معرفة المدة اللازمة للترطيب للخرسانة البوزلانية حسب العناصر الإنشائية .

جميع  مصانع الخرسانة في السعودية فشلت في إستعمال الخرسانة البوزلانية بسبب أخطاء في المصدر مع الجهل بالنسب المطلوبة للماء والإضافات الكيمائية المناسبة.

لم تجرى حتى الآن أي تجربة معلنة محايدة على أي إسمنت بوزلاني من أي مصنع إسمنت بالمملكة مع أن إنتاج بعض مصانع الإسمنت البوزلاني بدأ منذ 10 سنوات بطاقة يومياً تبلغ 4000-7000 طن يومياً.

عدم وجود أي تجارب وأبحاث معلنة من أي مصنع إسمنت على جودة المنتج ساعد على عزوف الباحثين والمهندسين على أستخدام البوزلانا المحلية.

بعض أنواع البوزلانا الخشنة من أمريكا تباع ب 4000 ريال للطن الواحد لإستعماله في زراعة بعض النباتات في اليمن ودبي وأبو ظبي والرياض.

يترواح أسعار طن البوزلانا المحلي الخشن من 5 -35 ريال للطن لعدم وجود أي أبحاث أو تجارب مخبرية معلنة محلياً بعكس البوزلانا المستوردة من أمريكا.

--------------------------------------------------

الإسمنت المخلوط بالمواد البوزلانية

مميزاته و عيوبه

د . عمر بن سعيد با غبرة العمودي ـ م . وليد محمد المهدي

ـ م. عصام أبكر محمود - ـ جامعة الملك فهد - السعودية

الملخص :

تمثل المواد البوزولونية منتجات ثانوية لبعض الصناعات الأساسية , و التي يجب التخلص منها . ونظرا للكميات الكبيرة المنتجة فقد تم إستخدامها في الخرسانة منذ الثلاثينات و الأربعينات من القرن الماضي لحماية البيئة ولأسعارها المتدنية ( في مناطق إنتاجها ) مقارنة مع الأسمنت . ويتم إستخدام هذه المواد الآن في المملكة العربية السعودية ودول الخليج العربي لأسباب تقنية بحته , حيث أنها تقوم بتحسين أداء الخرسانة في البيئات العدوانية ويمثل البوزولون الطبيعي والرماد المتطاير وخبث الفرن العالي وغبارالسيليكا أهم مواد البوزولون المستخدمة في الخرسانة. ورغم إستخدام الرماد المتطاير وخبث الفرن العالي في مشروعات محدودة في الثمانينات من القرن الماضي, فإن غبارالسيليكا يستخدم الآن في مشروعات عديدة في الملكة و دول الخليج العربي نظرا لفوائدة العديدة العائدة لحبيباتة الناعمة جدا وشكلة الكروي وتركيبة الزجاجي ( غير المتبلور ) ومحتواة العالي من أكسيد السيليكون .

تقدم هذه الورقة مراجعة عن المواد البوزولونية وآلية التفاعل وتأثير هذا التفاعل على خواص الخرسانة . ونظرا لإستخدام غبار السيليكا في الكثير من المشاريع المهمة في الملكة ودول الخليج العربي , فقد تم تقديد مراجعة شاملة عن خواص غبار السيليكا وتأثير هذه المادة على خواص الخرسانة اللدنة والصلدة . وأخيرا , تم تم تعريف القارئ بأهم الإحتياطات الواجب إتخاذها عند إستخدام هذه المادة فيس الخرسانة للإستفادة القصوى منها .

مفردات : بوزولون , أسمنت مخلوط , غبار السيليكا , تفاعل بوزولوني , الخواص اللدنة , الخواص الصلدة , الإحتياطات الازمة .

يمكن تعريف الأسمنت المخلوط ( Blended Cement ) في هذه الورقة البحثية , بأنة أسمنت بورتلاندي عادي مضاف إلية مادة حبيبية بوزولونية( كما يمكن إضافة مادتين أوثلاث في أحيان قليلة) مثل البوزولون الطبيعي, الرماد المتطاير, غبار السيليكا أو خبث الأفران العالي ويتم خلط الأسمنت البورتلاندي مع المواد البوزولونية أثناء عملية طحن الأسمنت عند تصنيع الأسمنت أو في موقع صب الخرسانة وغالبا ما يتم الخلط أعتمادا على النسب الوزنية , ونادرا ما يتم الخلط بنسب حجمية . وعادة , تتم إضافة المواد البوزولونية في ثلاث صور هي :

1 – كبديل عن جزء من الأسمنت البورتلاندي ( وهي الحالة الأكثر شيوعا لأسباب إقتصادية ) .

2 – كبديل عن جزء من الرمل ( إما لعدم وجود الرمل الجيد أو لأن التدرج الحبيبي للرمل غير مطابق للمواصفات ) .

3 – كإضافة للأسمنت بدلا عن أستبداله ) , وذلك لزيادة المحتوى الأسمنتي في الخرسانة .

ويعرف البوزولون في المواصفات الأمريكية( ASTM C 618 ) بأنة عبارة عن مواد من أكاسيدالسيليكون ( سيتم ذكرها فيما بعد بالسيليكا ) أو أكاسيد الألومنيوم والسيليكون معا , ليس لهم خاصية أسمنتية . ويمكن تحويل البوزولون إلى مواد أسمنية في وجود الجير ( أكسيد أو هيدروكسيد الكالسيوم ) و الماء في درجة الحرارة العادية وبما أن الجير هو أحد المواد الناتجة عن عملية تفاعل الإسمنت ( تميؤ ) مع الماء , فإن البوزولون المضاف للإسمنت يتفاعل مع هذا الجير تبعا للمعادلة الآتية :

          الجير            +        السيليكا                                                  سيليكات الكالسيوم المائية الثانوية

( منتج من تميؤ الأسمنت )  ( من المواد البوزولونية )

وتعتبر مادة سيليكات الكالسيوم المائية أهم مادة تنتج عن تميؤ الأسمنت نظرا لأنها المسؤولة عن الخواص الأسمنتية في الخرسانة . ويعتبر هذا التفاعل الأكثر أهمية بين المادة البوزولونية ( السيليكا غير المتبلورة ) والجير المنتج من تمؤ الأسمنت , ويعرف بالتفاعل البوزولوني . وأما مصطلح " ثانوي " , فإنه يستخدم لمييز هذا النوع من سيليكات الكالسيوم المائية الأولية الناتجة عن تميؤ الأسمنت ( تفاعل الأسمنت مع الماء ) . ويتقاسم كلا النوعين من السيليكات الكثير من الخواص المتشابهه إلا أن النوع الأول أقل كثافة ويستطيع ( مثل النوع الثاني ) إنقاص نفاذية الخرسانةولكنة لا يستطيع دائما زيادة قوة الخرسانة . كما أن سيليكات الكالسيوم المائية الثانوية تمتاز بمقاومة كيميائيةخارقة نتيجة لقلة نسبة الجير إلى السيليكا فيها مقرنة مع السيليكات الأولية .

وبالرغم من أن التفاعل البوزولوني يستهلك الجير ويسبب نقصا في القلوية المختزنة في الخرسانة , إلا أن قياس الأس الهيدروجيني ( ph ) في المحيط الأسمنتي تدل على أن هذا التأثير غير مؤثر , حيث لم تقل قيمة الأس الهيدروجيني عن 12.5 والتي تمثل القلوية المقاسة في حالة التشبع بالجير ( لاحظ موضوع الكربنة في البحث ) .

أنواع البوزولون :

يمكن تقسيم البوزولونات إلى مجموعتين ( ASTM C 618 ) كالتالي :

1 – بوزولونات طبيعية ( Type N ) :

توجد هذه المواد في الطبيعة مثل الرماد البركاني وبعض أنواع التربة المحتوية على أكاسيد السيليكون المتبلور . ولا توجد هذه المواد في كثير من بلدان العالم , كما أنها قد تحتاج لبعض المعالجة الحرارية قبل أستخدامها كبوزولون . وتوجد كميات كبيرة من البوزولون الطبيعي في المنطقة الغربية من المملكة والتي تم إستغلالها حديثا كحصى خفيف الوزن يستخدم في تصنيع الخرسانة والطوب ( البلوك ) خفيف الوزن . وتتركز مناطق إنتاج البوزولون الطبيعي في المملكة العربية السعودية في وادي فاطمة والحرات المنتشرة بين المدينة المنورة و جدة ومكة المكرمة فيما يعرف بالدرع العربي .

وقد تم مؤخرا طحن أحد هذه الأنواع من البوزولون الطبيعي السعودي المتكون من مادة الأسكوريا , وتم تحليل هذا البوزولون بجامعة الملك فهد للبترول و المعادن . وتدل التحاليل الكيميائية ( جدول رقم 1 ) و الفيزيائية ( جدول رقم 2 ) أن هذا البوزولون يتوافق مع متطلبات البوزولون الطبيعي المذكورة في مواصفات ASTM C 618 وكذلك مواصفات الرماد المتطاير في نفس الواصفات . ولذلك , فإننا نوصي بإستخدام هذا البوزولون الوطني في المشآت الخرسانية . ونرجوا أن نجد إحدى الجهات الداعمة ( مثل مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية ) لعمل دراسة موسعة عن أستخدام هذا البوزولون الوطني في البيئات العدوانية والظروف المناخية الحارة والنشآت الكبيرة لتحسين مواصفاتة وإستخدامة في الخلطات الخرسانية .

جدول 1 : توافق المنتج السعودي مع المتطلبات الكيميائية للبوزولون الطبيعي حسب مواصفات ASTM C 618

جدول 2 : توافق المنتج السعودي مع المتطلبات الفيزيائية للبوزولون الطبيعي حسب مواصفات ASTM C 618

آلية التفاعل البوزولوني :

تعتمد آلية التفاعل البوزولوني كليا على تحويل جزء من الجير المطفأ ( المنتج من تفاعل الأسمنت مع الماء ) إلى مادة سيليكات الكالسيوم المائية الثانوية ( C – S – H ) الأسمنتية ( كما تم توضيحة سابقا ) . وتنبع أهمية هذا التفاعل من تأثيرة على التركيب الداخلي للخرسانة كما يلي :

• إعادة توزيع الفراغات :

حيث يتم تحويل الفراغات الكبيرة الموجودة في بيئة الخرسانةإلى فراغات صغيرة ( أكثر عددا وأصغر حجما ) كنتيجة مباشرة لترسيب مادة C-S-H المتكونة من التفاعل البوزولوني في هذه الفراغات .

• تغيير في حجم المكونات :

وخاصة الجير المطفأ المتكون حديثا من تفاعل الأسمنت مع الماء , حيث تتحول بلورات الجير الصلدة والكبيرة إلى مادة C-S-H الخيطية الشكل وغير المتبلورة وذات المساحة السطحية الكبيرة , والتي تشغل حيزا كبيرا من الفراغات . حيث تزداد مادة C-S-H الأسمنتية في الخرسانة مع تقليل نسبة الجير .

وتساعد هاتان الآليتان في ديمومة الخرسانة , حيث تقل الفراغات الكبيرة التي تساعد على دخول المواد الضارة ( مثل الماء , ثاني أكسيد الكربون , الكلوريدات , إلخ ) . كما أن صغر حجم الجير المطفأ ( يسبب التفاعل البوزولوني ) يساعد على تقوية المنطقة الإنتقالية (Transition Zone ) بين العجينة الأسمنتية والحصى في الخرسانة , حيث تعتبر هذه المنطقة أضعف منطقة في الخرسانة . كما أن إستهلاك الجير في التفاعل البوزولوني يقلل من التفاعلات الكيميائية الضارة الناتجة عن دخول بعض الأيونات ( مثل الكبريتات ) إلى الخرسانة .

فوائد الأسمنت البوزولوني :

على صعيد الدول التي المنتجة للمواد البوزولونية في العالم , يمكن ملاحظة عدد من الفوائد عند إستخدام هذه المواد في الخرسانة , وخاصة أن هذه المواد تعتبر " منتجات ثانوية " . ولذلك , فإن إستخدامها في الخرسانة يعتبر مفيدا من ناحيتين :

( أ ) إقتصادية :

نظرا لأسعارها المتدنية جدا مقارنة مع أسعار الأسمنت الغالية , حيث تعتبر هذه المواد " نفايات " يجب التخلص منها .

( ب ) حماية البيئة :

 حيث أن هذه المواد من الكثرة والوفرة لدرجة أن وجودها يسبب مشكلة بيئية صعبة . ولذلك , فإن إستخدامها في الخرسانة سوف يساعد بشكل كبير على التخلص من هذه المواد بصورة مفيدة للصناعات الإنشائية .

ونظرا لأن هذه المواد يتم إستخدامها كبديل جزئي عن الأسمنت , فإنها تقلل من كمية الحرارة الناتجة عن عملية التميؤ , عن طريق تقليل كمية الأسمنت في الخرسانة , ةخاصة في الساعات الأولى من خلط الخرسانة عندما تكون الخرسانة في أضعف مراحل عمرها .

وهذه الميزة مهمه جدا في الأجواء الحارة ( كالمملكة ودول الخليج العربي ) وكذلك في المنشآت كبيرة الحجم ( كالسدود مثلا ) , التي قد تتسبب هذه الحراره في تصدعها . كما تقوم هذه المواد بتحسين ديمومة الخرسانة بشكل واضح وجلي . وقد أجريد العديد من البحوث جامعة الملك فهد للبترول والمعادن وغيرها والتي أوضحت ما يلي :

1 ) تقليل نفاذية الخرسانة للماء والكلوريدات وثاني أكسيد الكربون ( بعد فترة إنضاج كافية ) .

2 ) زيادة مقاومة الخرسانة للتدهور الكبريتاتي (  Sulfate Attack ) .

3 ) زيادة مقاومة الخرسانة المسلحة لصدأ حديد التسليح في البيئات العدوانية المحتوية على الكلوريدات .

4 ) زيادة مقاومة الخرسانة لتفاعل السيليكا القاعدي ( Alkali-Silica Reaction ) حيث تعتبر هذه المشكلة كبيرة في المناطق المحتوية على الحصى المتفاعل ( Reactive Aggregates ) .

5 ) زيادة مقاومة الخرسانة بعد فترة طويلة من الإنضاج .

عيوب الأسمنت البوزولوني :

1- يحتاج الأسمنت البوزولوني لفترة إنضاج طويلة نوعا ما مقارنة بالأسمنت العادي , نظرا لأن كمية الأسمنت البورتلاندي في الخرسانة المحتوية على البوزولون أقل منها في الخرسانة المحتوية على الأسمنت العادي . ولذلك , فإن خواص الخرسانة المبكرة غالبا ما تكون غير جيدة ( وخاصة في الأسبوعين أو الثلاثة أسابيع الأولى من عمر الخرسانة ) مقارنة بالأسمنت العادي ( مثل قوة الضغط , المسامية , النفاذية , وغيرها ) .

ملاحظة : كتبت التعليقات أو التوضيحات بالخط الإخضر تمييزاً لها عن بحث أستاذي البرفسور عمر العمودي حفظه الله ورعاه)

(هذه العيب الذي ذكره أستاذي البروفسور حفظه الله يكون صحيحاً فقط عندما تكون البوزلانا خشنة مخلوطة مع إسمنت عادي نوع 2 بطيء التصلد مع نسبة كبيرة من الماء، أما إذا كانت نسبة الخلط قليلة أو كان نوع الإسمنت هو نوع 3 سريع التصلد أو كانت البوزلانا المستخدمة ناعمة جداً فإن فترة الإنضاج تكون 2-3 يوم فقط كما اثبتت ذلك مئات الخلطات التجريبية الي أجريت في العام الماضي عند مختبرات معتمدة بإستعمال رمل وحصى وإسمنت وماء وإضافات كيمايئة مطابقة للمواصفات العالمية)

وكان النتائج المذهلة مفاجأة للجميع لتحطيمها بفارق كبير لجميع الأرقام القياسية العالمية المسجلة قبل ذلك ، وحضر معي معظم التجارب خبراء الجودة في شركة فلور العربية وشركة علوان ومؤسسة علي الأسود أثناء تصميم خرسانة بوزولانية لبعض مشاريع أمانة جدة وذلك بإستخدام خلطات أمريكية حديثة أحضرتها معي من أمريكا العام الماضي وإستعمال بوزلانا محلية). وقد طبعت بعض النتائج في موقعي بالإنترنت – يراجع قسم النتائج العالية لخلطاتي من البوزلانا المحلية بالموقع وكذلك يراجع قسم الإنجازات في الموقع) .

 2- ونظرا لأن المواد لاتنتج في المملكة أو الخليج العربي عموما (توجد في اليمن 500 منجم حسب توضيح من باحث بهيئة المساحة الجيولوجية اليمنية بينما في المملكة يوجد فقط 4000 فوهة بركانية حسب مصدر مطلع من هيئة المساحة الجيولوجية السعودية، كما يوجد أكبر كمية في العالم في شمال الحجاز (14000 كم² بإرتفاع 330 م حسب تصريح خبراء ناسا في 5-2008 م),

فإن أسعار هذه المواد أغلى من الأسمنت العادي , ولذلك فهي تعتبر غالية الثمن نظرا لإستيرادها من خارج المنطقة .

(لتوضيح هذه الفقرة - تستورد الرياض ودبي وأبو ظبي واليمن بوزلانا خشنة من أمريكا بسعر 600 دولار + الشحن للطن الواحد لأغراض زراعية فقط بينما يباع البوزلانا الخشنة من أرقى نوع في المملكة في الداخل والخارج بسعر 40 ريال فقط وأغلى نوع في جنوب اليمن يباع لدول الخليج بحوالي 200 ريال + النقل )

كما أن إستخدام المواد البوزولونية في منطقة الخليج العربي يعتمد على تحسين خواص الخرسانة ومقامتها للبيئات العدوانية ( أي على الميزات التقنية للخرسانة )

رغم غلاء أسعارها (يقصد البروفسور عمر حفظه الله المستورد منها حيث ان البوزلانا المحلي من أرخص أسعار البوزلانا في العالم ) .

أما في الدول المنتجة لهذه المواد , فإن أسعار المواد البوزولانية رخيصة جدا , وتعتبر الميزات الإقتصادية للخرسانة المحتوية على المواد البوزولونية أكثر أهمية من الميزات التقنية .

كما يجب المحافظة على فترة الإنضاج الكافية ( 14 يوما على الأقل ) , وأن يتم كما يجب المحافظة على فترة الإنضاج ضمن عقود الإنشاءات للمحافظة على مميزات هذه المواد .

(شرحنا قبل قليل أن هذا العيب الذي ذكره أستاذي البروفسور حفظه الله يكون صحيحاً فقط عندما تكون البوزلانا خشنة مخلوطة مع إسمنت عادي نوع 2 بطيء التصلد مع نسبة كبيرة من الماء، أما إذا كانت نسبة الخلط قليلة أو كان نوع الإسمنت هو نوع 3 سريع التصلد أو كانت البوزلانا المستخدمة ناعمة جداً فإن فترة الإنضاج تكون 2-3 يوم فقط كما اثبتت ذلك مئات الخلطات التجريبية الي أجريت في العام الماضي عند مختبرات معتمدة بإستعمال رمل وحصى وإسمنت وماء وإضافات كيمايئة مطابقة للمواصفات العالمية – يراجع قسم النتائج العالية لخلطاتي من البوزلانا المحلية و كذلك قسم الإنجازات في الموقع )