תשתית טכנולוגית להקטנת תכולת הקלינקר בבטון: אפר פחם עם צמנט CEMII

תשתית טכנולוגית להקטנת תכולת הקלינקר בבטון: אפר פחם עם צמנט CEMII עמית קני ארנון בנטור

NATIONAL BUILDING RESEARCH INSTITUTE המכון הלאומי לחקר הבנייה משרד הבינוי והשיכון מיסודם של Founded by MINISTRY OF CONSTRUCTION AND HOUSING הטכניון מכון טכנולוגי לישראל TECHNION ISRAEL INSTITUTE OF TECHNOLOGY הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית Faculty of Civil & Environmental Engineering 0226102 תשתית טכנולוגית להקטנת תכולת הקלינקר בבטון: אפר פחם עם צמנט CEMII ד"ר עמית קני פרופ' ארנון בנטור הוזמן על ידי מנהלת אפר הפחם מס' הזמנה 12002 Copyright 20014 by A. Kenny and A. Bentur The National Coal Ash Board and The Technion Research and Development Foundation, Ltd, Haifa אדר ב' תשע"ד חיפה מרץ 0221

"למען הסר ספק מודגש בזאת כי החוקר/ים, מוסד הטכניון למחקר ופיתוח בע"מ והטכניון מכון טכנולוגי לישראל, אינם ולא יהיו אחראים לכל פגיעה ו/או נזק ו/או הוצאות ו/או הפסד, מכל סוג ומין, שנגרם או עלול להיגרם לרכוש ו/או לגוף, כתוצאה ישירה או עקיפה, למקבל הדו"ח ו/או לצד ג' כלשהו, עקב המחקר ו/או דו"ח זה או בהקשר אל מי מהם כמו גם בקשר ליישום האמור בו. מבלי לגרוע מן האמור לעיל, מובהר בזאת כי יישום תוצאות המחקר יהיה באחריותו הבלעדית של המיישם".

תוכן עניינים תקציר....1 מבוא 1... 1.1 רקע כללי... 1 1.1 תקינה... 1 1.1 סקירה עדכנית של הספרות... 1 1.1 מטרת המחקר... 8.2 1.1 מערכת הניסויים... 9 תוכנית המחקר... 9 1.1 חומרים... 9 1.1 תערובות ניסיון...11 1.1 הרכב התערובות... 11 1.1 בדיקות 18... תוצאות... 11 1.1 תכונות התערובות...18 1.1 יעילות במדגמי מלט בדיקות תקניות...12.3 1.1 חוזק ויעילות בבטון...11 1.1 מקדם היעילות במלטים )בדיקת )EN 112 בהשוואה ליעילות הנמדדת בבטונים... 19 1.1 קצב התפתחות החוזק...11 1.3 קיים 11... 1.1 ניתוח תוצאות של בדיקות תקניות מתמשכות שבוצען במעבדות בדיקה... 18.4 מסקנות... 43.5 רשימת ספרות... 45... Abstract

תקציר המחקר עוסק באפיון ההתנהגות של סוגים שונים של אפר פחם בבטונים העשויים מצמנט מסוג CEMI ו- CEMII במטרה לבחון את היעילות של אפר הפחם המשולב בבטון עצמו כמרכיב נפרד ולברר האם השימוש בצמנטים מעורבים מקטין את יעילות האפר בבטון. הניסויים כללו אפיון של תערובות בטון עם תכולות שונות של צמנט ותוספות של אפר פחם מרחף, וכן גם תכולות דומות לאפר של מלאן אבן גיר בעל פילוג חלקיקים דומה כדי לאפיין אפקטים כימיים ופיזיקליים )אפקט מלאן(. במקביל נבחנו גם תערובות מלט להגדרת אקטיביות פוצולנית כמקובל בתקנים. הבדיקות כללו חוזק ופרמטרים של קיים שנקבעו באמצעות מבחני חדירה למים ואוויר. המסקנות העיקריות: 1. לא נמצאה קורלציה ברורה בין האקטיבציה כפי שנקבעה בבדיקה התקנית במלט ובין האקטיבציה שהתקבלה בפועל בבטון. מדגם האפר שאופיין במקדם האקטיבציה הנמוך ביותר במלט היה אמנם החלש ביותר בבטון, אך ההבדלים בינו ובין האחרים בבדיקת המלט היו קטנים בעוד שבבטון הם היו גדולים. 2. תוצאות בדיקות תקניות במלט לא הראו באופן ברור יתרון למערכות עם צמנט CEM I וניתן אף לומר שהייתה אינדיקציה למגמה הפוכה. נראה על כן שההנחיה בתקן למקדם יעילות עבור CEM II בשיעור של חצי מ- )2.2 CEM I לעומת 2.0( איננה מבוססת ויש לבדוק כל מקרה לגופו. ניתוח התפתחות החוזק בבטונים עם אפר פחם מראה שכל מערכת ניתנת לאיפיון על יד שני פרמטרים, האחד הוא הזמן האופייני והשני הוא החוזק הסופי. באמצעות שני אלה ניתן לחשב את האקטיביות בבטון ואת השינויים בה על ציר הזמן. העדר קשרי גומלין ברורים בין האקטיביות התקנית במלטים ובין התפקוד בפועל בבטון ניתנת להסבר בכך שיש להביא בחשבון בנוסף לאפקט הפוצולני גם אפקט של מלאן אשר השפעתו שונה בבטונים ומלטים. אפקט זה קשור כנראה בפילוג גודל החלקיקים של הצמנט והאפר. המשמעויות של מסקנות אלה שהבדיקה התקנית של אקטיביות פוצולנית איננה מספקת לצורך חיזוי מדויק של התנהגות האפר בבטון וגם לא לחיזוי האינטראקציה בינו ובין צמנטים מסוג צמנט CEM I ו-,CEM II ויש צורך באפיון ישיר של ההתנהגות בבטון. פיתוח של בדיקות פשוטות ומהירות יותר שיאפשרו חיזוי על בסיס ההרכב הכימי והפיזיקלי של האפר מחייב כנראה הבנה טובה יותר של השפעת פילוג גודל החלקיקים של הצמנט והאפר בכל הקשור לאפקט מלאן. התוצאות בעבודה זו מאששות מסקנות של בדיקות קודמות המראות שניתן להפיק מאפר פחם יעילות בבטון מצמנט CEM II שאינה נופלת מזו המתקבלת במערכת צמנט.CEM I יש להניח שהדבר קשור באופטימיזציה של פילוג גודל החלקיקים. מבחינה מעשית פרוש הדבר שהחיסכון בקלינקר בצמנט על ידי תוספת מוספים מינרליים אינה חייבת בהכרח לפגוע באקטיביות של מוספים מינרליים המשולבים ישירות בבטון. בבטונים שנבדקו כאן, נמצא שללא תלות בהרכב אפר הפחם היה שיפור בהתנגדות לחדירה של אוויר ומים לתוך הבטון למרות האשפרה המוגבלת במים. שיפור זה משמעותו שהקיים של.3.0.5.6.7

בטונים אלה איננו פחות טוב מזה של בטונים מצמנט בלבד, למרות האשפרה המוגבלת. יש לציין שהאשפרה כאן היא אמנם מוגבלת, 7 ימים במים, אך זו האשפרה המינימלית הנדרשת על פי תקנים ומפרטים לביצוע בשטח. הקטנת משך האשפרה מתחת לזמן זה עלולה לגרום לפגיעה באכות הבטון עם אפר פחם מנקודת מבט של קיים ולכך יש סימוכין בעבודות קודמות.

1. מבוא 1.1 רקע כללי המגמה הבולטת היום בתחום תעשיית הצמנט והבטון הנה מעבר להרכבים המכילים כמות קטנה ככל האפשר של קלינקר מצמנט פורטלנד, וזאת תוצאה של שיקולים כלכליים ואקולוגיים. מגמה זו תלך ותגבר על ציר הזמן, וזאת כפועל יוצא של שיקולים סביבתיים אשר כבר היום באים לידי ביטוי באופן חלקי בחוקים ובתקנות בעלי "שיניים" כלכליות. המס על דו תחמוצת הפחמן הוא אולי הסנונית הראשונה, והוא עצמו כבר יצר טלטלה די רצינית בתעשיית הצמנט והבטון. הקטנת תכולת הקלינקר יכולה להתבצע בשתי צורות עיקריות, האחת בתעשיית הצמנט ע"י ייצור צמנטים מעורבים אשר תיפקודם דומה או אף עולה בהיבטים מסוימים על צמנט רגיל, או בתעשיית הבטון ע"י הכנת תערובות בטון אשר בהן התוסף המינראלי משולב כמרכיב נפרד בתערובת, ותכולת הצמנט מוקטנת. שתי הגישות מקובלות כיום, לכל אחת יתרונות וחסרונות והשימוש בהן תלוי בעיקר בזמינות של תוספים מינראליים בעלי איכות מתאימה ויציבה על ציר הזמן. בשתי צורות השימוש בתוספים מינראליים יש צורך במערכת מתקדמת של אבטחת איכות ואמינות וכן גם רמה מקצועית גבוהה של תהליך הייצור, כך שיתאפשרו בחירה ושימוש נכונים בתוספים מינראליים אשר איכותם וזמינותם עלולה להשתנות על ציר הזמן. היעילות של שתי הגישות להקטנת תכולת הקלינקר מגובה כיום על יד טכנולוגיות מתקדמות של מוספים משפרי עבידות. מוספים אלה יכולים לאפשר את ההקטנה במנת המים ובכך לפצות על אקטיביות כימית נמוכה יחסית ולאפשר השגת חוזק מתאים בגיל צעיר גם במערכות אשר בהן התרומה לחוזק של המרכיבים המינרליים באה לידי ביטוי רק בגילים מאוחרים יותר. למוספים הללו יכול להיות גם תפקיד נוסף והוא שפעול בעל אופי מכני של המרכיבים האינרטיים יותר במערכת הם מאפשרים פיזור טוב יותר של החלקיקים הדקים במערכת )שבדרך כלל כלולים במרכיבים של התוספים המינרליים( ומקנים להם אפקט מלאן )משמשים כ"מיקרו-אגרגט" משריין בעל כושר הדבקה גבוה למוצרי ההידרציה סביבו( או הוספת גרעיני נוקליאציה המשפרים את אחידות המערכת הצמנטית. את האפקט הזה ניתן לשלב גם בטכנולוגיות המתבססות על פילוג אופטימלי של החלקיקים הדקים במערכת: צמנט, תוספים מינרליים ומלאנים. לתעשיית הבטון והצמנט מודעות לאפקטים כאלה והדבר מוצא את ביטויו בארץ בשימוש במלאן אבן גיר, אותו ניתן לשלב בצמנט עצמו או בבטון באופן ישיר או בעקיפין דרך האבק באגרגט גרוס. לאור הפרגמנטציה האופיינית לתעשיית הבנייה, הסקטורים היצרניים השונים )יצרן הצמנט, ספק/יצרן תוספים מינרליים- בעיקר אפר פחם, ויצרן הבטון( מנסים כל אחד בתחומו להשיג אופטימיזציה כדי למנף את היעילות והערך המוסף של המוצר שלו, מבלי שיש תאום טכנולוגי על פני כל המשולש צמנט-תוספים מינרליים )אפר פחם(-מוספים כימיים. על רקע זה אנו עדים לשינויים משמעותיים בתעשיית הצמנט הבאה לידי ביטוי בהחדרה מסיבית של השימוש בצמנטים מעורבים מסוגים שונים. בשלב זה מדובר בעיקר בצמנטים עם תכולות של עד 02% תוספים מינרליים )בעיקר מסוג )CEMII ויש כבר היערכות לצמנטים עם תכולות גבוהות יותר. במקביל, לא נערכה בחינה מעמיקה של מדת היעילות של אפר פחם אותו מוסיפים לבטון העשוי מצמנט מעורב. ההנחה הרווחת שהיעילות תקטן איננה בהכרח נכונה, כפי שמסתבר בתוצאות של מחקרים שנערכו לאחרונה. על רקע זה נוצר צורך לבדוק בצורה שיטתית את היעילות של אפר הפחם בשילוב עם הצמנטים

0 החדשים העתירים בתוספים מינרליים, וכיצד משפיעות תכונות אפר הפחם על היעילות הפוצולנית בצמנטים אלה. אפר הפחם משפיע על הבטון בשני מנגנונים: מנגנון כימי בגיל המוקדם על-ידי שינוי הסביבה הכימית בזמן ההידרציה, ובגיל המאוחר על-ידי יצירת גל צמנטי בתגובה פוצולנית. מנגנון פיזיקלי אפקט מלאן הבא לידי ביטוי באריזה טובה של החלקיקים הקטנים והאצה של ההידרציה של מרכיבי הצמנט על ידי מנגנון נוקלאציה על פני המלאן. האינטראקציה בין אפר פחם וצמנט, בעיסות, מלטים ובטונים נחקרה רבות ופורסמו לא מעט סקרים בנושא זה. הסקירה להלן מתייחסת בעיקר לעבודת חדשות שנעשו בשנים האחרונות בתחומים אלה, אשר להן משמעויות לגבי מטרת המחקר כאן, בעיקר בכל הקשור ביעילות בבטונים עצמם ובהפרדה בין אפקט מלאן ואפקט כימי )פוצולני(. 1.1 תקינה היעילות הפוצולנית של תוספים פוצולנים באה לידי ביטוי בת"י 644, כאשר בחישוב יחס מים לצמנט לצורכי קיים, מוסיפים את אפר הפחם לצמנט, עם מקדם יעילות התלוי בסוג צמנט, כאשר לצמנט מסוג CEM I המקדם הוא 2.6, ועבור צמנט מסוג CEM II המקדם הוא 2.0, כאשר תכולת אפר הפחם בה ניתן להשתמש לצרכי קיים מוגבלת ל- 022 ק"ג, ולא יותר משליש משקל הצמנט. מקדמים אלה מבוססים על דרישות בתקן האירופאי.EN206 התקן האירופאי EN 450 והתקן האמריקאי ASTM C617 מגדירים את הדרישות מאפר פחם. הבדיקות לאפר פחם מוגדרות בתקן האירופאי EN 450, EN 196 ובתקן האמריקאי ASTM C618 ו-.ASTM C311 היעילות הפוצולנית לצורך חוזק של תוספים פוצולנים מוערכת על-ידי בדיקה ע"פ,ASTM C311 או EN 450 והיא מבוצעת במדגמי מלט. מקדם היעילות הפוצולנית מוצג כיחס בין החוזק המתקבל במלט תקני המכיל 57% צמנט ו- 07% תוסף, ובין החוזק המתקבל במלט תקני המכיל 022% צמנט. התקינה האמריקאית דורשת אקטיביות הפוצולנית מינימלית של 57% בגיל 5 ו- 02 יום. התקינה האירופאית דורשת מינימום של 57% ב- 02 יום, ו- 27% ב- 02 יום. על פי התקינה, ההרכב הכימי של תוספים פוצולנים, ובכללם אפר הפחם צריך להיות בטווח של ערכים מוגבלים. הפסד בקלייה מירבי מותר לאפר פחם הוא 0.2% לסוג C, 5.2% לסוג B, ו- 7.2% לסוג A )משקלי( בתקינה האירופאית, ו- 4% בתקינה האמריקאית. ריכוז הכלוריד לא יעלה על 2.0% )משקלי(, בתקינה אירופאית בלבד. ריכוז הסולפט לא יעלה על 0.2% )משקלי( בתקינה האירופאית, ו- 7% בתקינה האמריקאית. ריכוז הסיד החופשי לא יעלה על 0.7% )משקלי(. כאשר הריכוז מעל 0.2% יש לבדוק גם הגדלת נפח במחט לשטליה. ע"פ ASTM יש לבדוק הגדלת הנפח בכל מקרה. התקינה האירופאית מגבילה את ריכוז הסיד האקטיבי ל- 02%. בתקינה האמריקאית מוגדר אפר בעל תכולת סיד חופשי מעל - 02% כאפר מסוג - C )אפר כזה מתקבל משריפה של פצלים ולא משריפה של פחם אנטרציט(. ריכוז תחמוצות הסיליקון, אלומיניום,

0 וברזל יהווה לפחות 52% ממשקל האפר )למעט אפר מסוג C(. על- פי התקן האירופאי, ריכוז האלקלים לא יעלה על 7% )שווה ערך לנתרן חמצני, משקלי(. בתקן האמריקאי קיימת דרישת רשות להגבלת תכולת האלקלים ל- 0.7% )שווה ערך לנתרן חמצני, משקלי(. ריכוז המגנזיה מוגבל בתקן האירופאי ל- 6% )משקלי(. עם זאת, על פי EN 450 חזקה על אפר פחם )משריפה של פחם אנטרציט טחון( כי הוא עומד בדרישות הכימיות ועל כן התקן אינו דורש לבדוק עמידה בדרישות אלו. בנוסף, התקן האמריקאי,,ASTM C 618 מגדיר פרמטר מחושב שאינו מהווה דרישת חובה, והוא מכפלת הפסד בקלייה בשארית על נפה 67 מיקרון. קיימת אפשרות לדרישות נוספות של המזמין כמו למשל הצטמקות ביבוש, כליאת אויר, והגדלת נפח בתגובה עם אגרגטים סיליקטיים. התקן האירופאי מגביל את דקות אפר הפחם ל- 62% שארית על נפה 67 מיקרון בניפוי רטוב )סוג N(, או 00% לסוג S. התקן האמריקאי מגביל את הדקות ל- 06% שארית על נפה 67 מיקרון בניפוי רטוב לכל סוגי האפר. 1.1 סקירה עדכנית של הספרות הסקירה המוצגת להלן מתמקדת בידע הנוכחי. שדווח בספרות בשנים האחרונות אשר יכול להיות רלוונטי למחקר אפיון אפר הפחם אפיון כימי פפדוקיס ושותפיו ]Papadakis2002[ הציעו למדוד את אחוז הסיליקה האקטיבית בחומר הפוצולני )לפי EN- 196-2(. הם הראו, שכאשר יש מספיק סיד להגיב עם הערב הפוצלני, מקדם היעילות הפוצולני k ניתן להערכה ע"י המשוואה הבאה: משוואה 1 k ( s fs, p / fs, c) (1 a W / C) γ s כאשר היחס בין הסיליקה האקטיבית לסה"כ הסיליקה בחומר הפוצולני, בחומר הפוצולני, ו- f s,p f s,c אחוז משקלי של סיליקה אחוז משקלי של סיליקה בצמנט, a מקדם תלוי גיל השואף ל- 2 בגיל שנה. התוצאות הנ"ל אומתו בבדיקה עם בטונים. יוצאים מן הכלל הם חומרים פוצולנים טבעיים, בהם k המתקבל בשיטה זו הנה הערכת יתר ]Papadakis2002[ הצעה מוקדמת יותר ]Sharma1993[ מצאה קשר בין תגובה עם סיד לבין סיליקה אקטיבית ושטח פנים סגולי, ע"פ הנוסחה האמפירית: משוואה 1 F L 1000 0.85 S 0.8

6 כאשר (, F- שטח פנים סגולי )בליין, S,)cm 2 /gr אחוז סיליקה מסיסה. 1 kg/cm 2 ( תגובה עם סיד L תכולה גבוהה של פחם לא שרוף המתבססת על אמדן של הפסד בקלייה בתצרוכת המים לקבלת עבידות )LOI )ע"פ.]Atis2005[ עלולה לגרום לעלייה נתונה, בעוד תכולה נמוכה מקטינה את תצרוכת המים לאותה עבידות אפיון פיזיקלי את גודל הגרגר של אפר הפחם מודדים באחת מהשיטות הבאות: שטח פנים סגולי ע"י בליין )C204,)ASTM אחוז משתייר על נפה 45, μm ואיפיון גודל החלקיקים המתקבל מעיבוד תמונה )מיקרוסקופ אור( בהגדלה,]Felekoglu2009[ 722X או דיפרקציה של אור באורך גל ידוע )שיטה מקובלת בעת האחרונה בזכות מכשור מעבדתי אוטומטי, כגון )MasterSizer נמצא קשר ליניארי בין התוצאות במדידות השונות, כך שלצורך קבלת מתאם, אין חשיבות לשיטת הבדיקה.]Felekoglu2009[ עבידות בדרך כלל השילוב של אפר פחם בבטון משפר את העבידות ומקטין את תצרוכת המים הודות למבנה של החלקיקים שהוא עגול ובעל שטח פנים חלק. יחד עם זאת יכולות להיות סטיות ממגמה זו כפי שבא לידי ביטוי בעבודה של.]Felekoglu2009[ בניסוי במלטים, תוספת של אפר פחם בדקות של 262 m 2 /kg גרמה להגדלת תצרוכת המים. טחינה קלה של אפר הפחם לדקות של 393 m 2 /kg הפחיתה את תצרוכת המים, יחסית לאפר פחם שאינו טחון, אך טחינה נוספת העלתה את תצרוכת המים. בדיקה בריאו-מיקסר העלתה כי תוספת אפר פחם שאינו טחון מעלה את הצמיגות, באופן משמעותי יותר מאפר פחם טחון, וזאת בתלות באחוז אפר הפחם מכלל חומר המליטה, במיוחד כאשר חלקו עולה מעבר ל- 02%. מאמץ הכניעה של הבטון הטרי עלה עם אחוז אפר הפחם, ללא תלות בדקות הטחינה..]Felekoglu2009[ חוזק בדרך כלל החוזק בגיל מוקדם וגיל 02 יום של תערובות עם אפר פחם הינו נמוך מאשר תערובת בקרה והוא עולה עליה רק בגיל של 02 ימים. בעבודה שבדקה את השפעת שטח הפנים הסגולי של אפר פחם על החוזק נמצא שבגיל 02 יום התקבל חוזק גדול ביותר עבור אפר פחם בדקות טחינה של 393. m2/kg עבור אפר פחם עם שטח פנים גדול או קטן יותר התקבל חוזק נמוך יותר ביחס לתערובת הייחוס..]Felekoglu2009[ כלומר, לכאורה קיימת דקות טחינה אופטימלית. יש בכך אינדיקציה לחשיבות פילוג החלקיקים בבטון. לדקות הטחינה של תוספים מינרליים יש השפעה על החוזק, והדבר בולט בעיקר בגיל מוקדם, כפי שרואים איור.]Cyr2006[ 1 1 היחידות אינן תואמות. יתכן שמדובר בטעות דפוס במקור

7 איור 1 :השפעת דקות טחינה וסוג מוסף על החוזק של מלטים בגילים שונים )מתוך- )]Cyr2006[ את החוזק של צמנט מעורב המכיל תוספים מינרליים ניתן לחלק לשלושה גורמים: דילול הצמנט, ז.א. הגדלה אפקטיבית של מנת המים לצמנט ופועל יוצא הוא חוזק נמוך יותר בעיקר בגיל מוקדם שבו לא באה לידי ביטוי הפעילות הפוצולנית )הקטנת החוזק(. אפקט פיזיקלי, בעיקר על ידי יצירת שטחי פנים עליהם מתרחשת נוקלאציה של מוצרי הידרציה וכן גם אפקט של ציפוף פיזיקלי באותם מקרים שמתקבל דרוג טוב של התוספים עם גרגירי הצמנט )הגדלת החוזק( אפקט כימי, יצירת ג'ל צמנטי על ידי הידרציה של החומר הפוצולני )הגדלת החוזק(. את ההשפעות האלה ניתן לסכם לפי הנוסחה:

4 משוואה 3 f p f dilution f f pz כאשר f- p חוזק המתקבל מצמנט מעורב המכיל קלינקר ותוספים מינרליים, פורטלנד, לאחר שהוא דולל עקב החלפה בתוסף מינרלי, החוזק, f dilution Δf φ f dilution Δf pz ההשפעה הכימית של תגובה פוצולנית של התוסף המינרלי. ההשפעה הפיזיקלית של החוזק מתקבל מצמנט מלאן על מנגנון באופן ניסוי נמצא ע"י החלפה של תכולת הצמנט במלאן אינרטי גס )שטח פנים סגולי של כ- 02 מ"ר לק"ג(. באופן אנליטי ניתן לחשבו ע"י שינוי יחס מים לצמנט מתוך חוק אברהמס או חוק פאוור )במחקר הנ"ל נמצאה התאמה טובה יותר לחוק פאוור(. Δf φ באופן ניסויי נמצא ממשוואת החוזק בהחלפת צמנט במלאן אינרטי גס, לעומת החלפה במלאן אינרטי דק. הגישה האנליטית דומה לזו של ההשפעה הפוצולנית. באופן ניסויי נמצא מהפרש החוזק בין תערובות זהות למעט החלפת צמנט בחומר פוצולני או מלאן Δf pz אינרטי בעל אותו שטח פנים סגולי. את Δf φ ו- Δf pz ניתן לחשב על פי הנוסחה הבאה: משוואה 4 f ( t) 1 a( t) b S eff c כאשר a מקדם תלוי זמן )גדול יותר עבור האפקט הפוצולני(, b בקרוב שטח הפנים הסגולי של הצמנט, - c 0, eff S שטח פנים סגולי אפקטיבי של התוסף, לפי הנוסחה: משוואה 5 S eff S s p p 1 1 cos( p) 2 k 1 p m n 1 כאשר - Ss שטח פנים סגולי של התוסף, p שיעור ההחלפה של קלינקר בתוסף, והמקדמים m, k, ו- n הם מקדמים אמפיריים שבעבודה קודמת ]Cyr2005[ נמצאו 04.2, 2.5, ו- 0.6, בהתאמה. בבטונים עם אפר פחם המכילים מוסף מפחית מים מתקבל מקדם יעילות פוצולני גבוה מזה שמתקבל בבטון מקביל ללא מוסף.]Atis2005[ יתכן שיש לכך חשיבות מבחינת פיזור אפר הפחם במערכת, לצורך יצירת אפקט המלאן והאפקט הפוצולני. אפיון על-סמך פעילות פוצולנית מחישוב רמת ההידרציה של אפר פחם ברמת הוספה נמוכה, אפשר למצוא את האחוז המקסימלי של אפר פחם שיכול להגיב. במקרה הספציפי מדובר ב-.]Wang2004[ 05%

5 השפעת יחס תוספים לקלינקר על פעילות אפר-פחם כאשר אין תוספת של אפר פחם, רק כשלושת רבעי הקלינקר עוברים הידרציה כעבור שנה. כאשר אפר הפחם מהווה 42% מחומר המליטה, כ- 02% מהקלינקר עובר הידרציה תוך 0 חודשים. ככול שתכולת אפר הפחם גדולה יותר, ההידרציה של הקלינקר מהירה ומלאה יותר, אבל שיעור התגובה של אפר הפחם נמוך יותר. ]Wang2004[ לתוספת אפר הפחם עצמה יש השפעה חיובית על החוזק שנובעת מאפקט המלאן. השפעה זו היא בעלת משמעות רק בגיל צעיר, והופכת להיות זניחה בגיל 0 חודשים. ]Wang2004a[ בנוסף נמצא שמקדם האקטיביות הפוצולנית תלוי גם בתכולת הצמנט, ועולה עם תכולת הצמנט.]Oner2005,Yildirim2011[ תכן תערובת עם אפר פחם השוני המהותי בין תכן תערובת ללא אפר פחם לתכן תערובת עם אפר פחם הוא קביעת היחס בין המים לחומרי המליטה, עבור יחס נתון בין אפר פחם לצמנט. נמצאו אינדיקציות לכך שתכולת האוויר עולה עם עלייה בהפסד בקלייה,)LOI( עד כדי אחוז אחד.]Huang2013[ מודלים אמפיריים ללא קשר לתהליכים המתרחשים, נמצא קרוב אמפירי המאפשר חיזוי החוזק של בטון המכיל חומר מליטה שבו הוחלף צמנט CEMI באפר-פחם בשיעורים של 02% עד 22%. בספרות דווחו ערכים בטווח רחב, 2.02 עד 0.2 החיזוי מתבסס על נוסחת בולמי )כאשר המשתנה השני הוא בקרוב 0.5-, ע"פ :)]Brandt1995[ משוואה 6 f c A( t) (1/ 0.5) ω כאשר A הוא מקדם אמפירי התלוי בסוג הצמנט, ו- הנה מנת המים האפקטיבית המביאה בחשבון את 024 EN תכולת הצמנט ותכולת האפר כשהיא מוכפלת במקדם יעילות, k, כפי שמוגדר בתקנים כדוגמת )משוואה 5( משוואה 7 ω 2.0 02 הערכים של k בגיל יום יכולים להיות בטווח רחב, בין ו 0.2, כאשר במחקר שבוצע במקור ]Rajamane2007[ דווח על ערכים שנעים בין 2.70 )עבור- 22% החלפה( ל- 2.22 )עבור 02% החלפה(. הערכים של k שהתקבלו התאימו בקרוב למשוואה: משוואה 8 k 1.20 0.14 ln( p) כאשר p הוא אחוז אפר הפחם מכלל חומרי המליטה. ]Rajamane2007[

2 קרוב אחר לחוזק על-פי ]Huang2013[ נתון במשוואה 0 משוואה 9 כאשר את הפרמטרים γ β, α, יש למצוא בצורה אמפירית לגיל הרצוי, לכל סוג צמנט ואפר-פחם. משוואה זו שמשה בהצלחה לחיזוי החוזק של בטונים בעלי חוזק רגיל )06 עד 07 מגפ"ס ע"פ התקן הטייוואני(, בתכולות אפר פחם של 2-22% מסך חומרי המליטה )כלומר עד פי 6 ממשקל הצמנט(. ]Huang2013[ מדידה של הידרציה כאשר צמנט ואפר פחם עוברים הידרציה בתערובת - לא ניתן למצוא את שיעור ההידרציה ממשתנה בודד, כמו מים קשורים, נקבוביות, או תכולת הסיד. פתרון שנעשה בו שימוש הוא פתרון שתי משוואות בשני נעלמים, האחת מתייחסת לנקבוביות והשנייה לתכולת הסיד כדי למצוא את ההידרציה של הצמנט ואפר הפחם, כל אחד בנפרד.]Wang2004[ הנקבוביות נקבעה ע"י פורוזימטר כספית, ותכולת הסיד ע"י בדיקה תרמו-גרבימטרית..TGA סיכום ודיון העבודה המקיפה ביתר בתחום של יעילות מלאנים ותוספים מינרליים במלטים בשנים האחרונות היא של Cyr שמסוכמת ב-.]Cyr2006[ עם זאת, עבודה זו מתייחסת לאפקט המלאן ולאפקט הפוצולני כמקשה אחת, ומתעלמת מההבדלים ביניהם. סביר להניח שההשפעה של הכימיה נכנסת למקדם a במשוואה 6. אם נשתמש במשוואות 0-7 על מנת למצוא את התנהגות החוזק, יתכן שלצורך ההתחשבות בכימיה מספיק למצוא קורלציה בין a, מקדם השפעה על החוזק, של משוואה 6, ל- k, מקדם היעילות הפוצולנית, במשוואות 0 ו- 5. מאחר ולשטח הפנים הסגולי השפעה משמעותית על החוזק, הן עקב אפקט המלאן, והן עקב השפעה על הפעילות הפוצולנית, יש מקום להתייחס אל ערבל הבטון כאל טחנת כדורים. בנוסף יש לזכור כי בבטון יש שימוש במוספים פעילי שטח )מפחיתי מים למיניהם(. יתכן שהגורם לשוני בין תפקוד אפר פחם במלטים לעומת תפקודו בבטונים נובע משטח הפנים האפקטיבי, זאת כנראה עקב טחינה ופיזור של אפר הפחם, בערבל בטון, ובנוכחות מפחיתי מים, שאינה מתקיימת בבדיקה התקנית )מלטים(. דווקא בבטונים בעלי יחס גבוה של אפר פחם לקלינקר ניתן לצפות להתפתחות חוזק מהירה יותר ביחס לבטון בקרה, וזאת עקב המסה מהירה יותר של הקלינקר, כתוצאה של מירידה בריכוז הסידן בתמיסה )שהגיב עם החומר הפוצולני(. 1.1 מטרת המחקר אפיון ההתנהגות של סוגים שונים של אפר פחם בבטונים העשויים מצמנט מסוג CEMI ו- CEMII במטרה לבחון את היעילות של אפר הפחם המשולב בבטון עצמו כמרכיב נפרד ולברר האם השימוש בצמנטים מעורבים מקטין את יעילות האפר בבטון.

0 1. מערכת הניסויים 1.1 תוכנית המחקר המחקר התבסס על בחינה של תערובות בטון המכילות אפר פחם יחסית לתערובות בקרה ללא אפר פחם. המחקר התמקד באפיון בטונים רגילים, בטווח חוזק של ב- 02 ב- 62. תערובות הבקרה היה בתכולת מים קבועה של 042 ק"ג מים למ"ק בטון, עם תכולת צמנט של 002 ו- 052 ק"ג/מ"ק. התערובות עם אפר הפחם היו על בסיס של 002 ק"ג/מ"ק צמנט, אשר אליה הוספו 022 ק"ג/מ"ק אפר )על חשבון החול הדק(, מתוך מטרה להגיע לביצועים אקוויוולנטיים לתערובת הבקרה עם 052 ק"ג/מ"ק צמנט )דהיינו החלפה של 62 ק"ג צמנט ב- 022 ק"ג של אפר מתוך כוונה לבחון את מידת היעילות של החלפה זו(. לצורך בחינת אפקט המלאן הוכנה גם תערובת אשר בה במקום אפר פחם הוסף מלאן גיר בעל גודל חלקיקים דומה לזה של האפר. המשתנים בהרכב היו שלושה סוגים של אפר פחם ושני סוגים של צמנט ( CEMI ו-.)CEMII הבדיקות כללו אפיון של עבידות, חוזק וחדירות של הבטונים. מאחר והרכב הבטונים נשאר זהה, ניתן יהיה להסיק מתוכם באופן השוואתי על היעילות של כל אחד מהאפרים והשילוב של יעילות של הרכב האפר בצמנטים שונים. 1.1 חומרים חומרי גלם לצורך המחקר נבחרו, לאחר התייעצות, שלושה סוגי אפר פחם המייצגים את מרבית האפר המיוצר בארץ והם מתאפיינים במקדמי אקטיביות פוצולנית שונים, גבוה, בינוני ונמוך. תכונות אפר הפחם, כפי שהתקבלו ממנהלת אפר הפחם מופיעות בטבלה 0. בנוסף, מדגמי האפר והמלאנים במחקר נשלחו לאנליזה כימית במעבדות נשר, והרכבם כפי שהתקבל ממעבדת נשר מופיע בטבלה 0.. פילוג החלקיקים של האבקות נבדק בתרחיף מימי ע"י שימוש בדיפרקציה של אור נראה באמצעות מכשיר MasterSizer בפקולטה להנדסה כימית בטכניון. הפילוג מופיע בשגיאה! מקור ההפניה לא נמצא. 0 א' ו- 0 ב' וסיכום של הערכים המאפיינים את עקומי הפילוג מוצגים בטבלה 0. החול המודרג )2-0.7 מ"מ( שבו נעשה שימוש עבר שטיפה כדי להוציא ממנו את הדקים. הסימולציה לדקים שבחול זה התקבלה ע"י שימוש ב"מלאן אספלט", שהנו מלאן אבן גיר אשר הוסף לחול הטבעי כדי ביחד לייצג חול גרוס בצורה שתאפשר הכנת תערובות עם תכולה קבועה של דקים.

פעילות פוצולנית 02 טבלה 1: תכונות אפר פחם ע"פ תוצאות שהתקבלו ממנהלת אפר הפחם )בדיקות פעילות פוצולנית נעשו ע"י איזוטופ. האפר ששימש לבדיקות אינו מאותה אצווה ששימשה למחקר( תחנה חדרה חדרה אשקלון Calantoritas Drummond ספק Billiton La Lama BB Glencore LS prime תכונה סוג משקל גר' 2.23 2.21 2.14 סגולי לסמ"ק 0.639 0.721 0.699 7 0.731 0.918 0.795 28 0.775 0.897 0.798 60 0.817 0.977 0.819 90 18 20 23 משתייר 67 מיקרון % הגדלת זמן תחילת 61.3 41.9 19.4 % התקשרות הפסד 6 1.51 2.42 % בקלייה 975 0.016 0.009 0.04 % כלוריד 0.04 0.04 0.031 % סיד חופשי 0.11 0.05 0.077 % SO3 88.55 73.82 88.28 % S+A+F 0.46 2.02 0.56 % אלקלים כ- Na2O 0.48 1.21 0.72 % M 3.53 7.64 37.37 פוספט מסיס ppm 0.29 0.24 0.07 % רטיבות

00 טבלה 1: הרכב כימי של האבקות במחקר )נבדק במעבדות נשר מדוגמאות של אותה אצווה ששימשה למחקר( Component, CEM II A- Asphalt %wt. BB Prime La Loma LS Calantoritas CEM I M/SLV Filer CaO 8.26 7.69 3.1 63.23 59.27 40.49 SiO 2 51.34 56.28 59.9 19.21 21.24 4.01 AL 2 0 3 27.9 22.14 22.36 5.5 6.43 1.63 Fe 2 O 3 3.28 5.97 6.45 3.79 3.23 0.97 MgO 1.4 1.59 1.32 1.2 1.45 10.17 TiO 2 1.57 1.05 1.09 0.38 0.44 0.11 K 2 O 0.47 1.27 1.31 0.42 0.44 0.14 Na 2 0 0.11 1.51 0.59 0.25 0.23 0.11 P 2 O 5 (soluble) 1.13 0.25 0.59 0.48 0.53 0.04 Mn 2 O 3 0.07 0.06 0.05 0.04 0.05 0.02 SO 3 0.29 0.83 0.54 2.64 3.27 0.24 TOC 0.43% LOI 600 4.1 1.25 2.25 1.06 1.05 1.22 LOI 950 0.44 0.29 0.11 2.24 3.13 40 LOI total 4.54 1.54 2.36 3.3 4.18 41.22

passing (%) % in range א) 00 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.1 1 10 100 particle size (micron) CEM I CEM II A-M/SLV BB Prime Calantoritas La Loma LS Asphalt Filler Avgil 128 איור 1: דיאגרמת פילוג חלקיקים של אפרי הפחם והמלאנים, כאחוז משקלי מצטבר. 8 7 6 5 4 3 2 1 CEM I CEM II A-M/SLV BB Prime Calantoritas La Loma LS Asphalt FIller Avgil 128 0 0.3 3 30 300 particle size (micron) )

% in range % in range ב) ג) 00 8 7 6 5 4 3 CEM I CEM II A-M/SLV 2 1 0 0.3 3 30 300 particle size (micron) ) 8 7 6 5 4 3 BB Prime Calantoritas La Loma LS Avgil 128 2 1 0 0.3 3 30 300 particle size (micron) ) איור : 3 דיאגרמת צפיפות הסתברות של פילוג החלקיקים של האבקות במחקר: )א( פילוג של כל האבקות, )ב( השוואת פילוג של שני הצמנטים, )ג( השוואת פילוג של המלאנים, מדגמי אפר הפחם ומלאן הגיר

06 טבלה 1: סיכום תכונות פילוג חלקיקים של האבקות במחקר CEM II A- CEM I M/SLV BB La-Loma Asphalt Avgil 52.5 42.5 Prime Calantoritas LS Filler 128 d 0.1 (micron) 5.75 2.46 2.94 4.39 2.13 5.73 3.63 d 0.2 (micron) 9.52 4.66 5.30 8.46 4.22 10.47 8.48 d 0.5 (micron) 18.6 14.7 16.1 25.2 18.0 25.1 23.3 d 0.8 (micron) 31.8 31.6 42.6 68.0 50.2 50.9 45.7 d 0.9 (micron) 40.4 42.4 68.0 106.0 75.4 70.3 61.7 surface weighted mean (micron) 9.5 5.7 6.5 9.0 5.7 9.5 7.2 volume weighted mean (micron) 21.2 19.0 28.7 43.8 30.1 32.8 28.9 Specific surface area (m 2 /gr) 0.201 0.347 0.433 0.298 0.475 0.233 0.309 והערכים הטיפוסיים בטבלה 0 מראים שכל הנתונים הכלליים של עקומי הפילוג באיורים איור 0 ו -איור 3 האבקות נמצאות בטווח דומה של גודל חלקיקים. יחד עם זאת, יש הבדלים בעלי משמעות. לשני הצמנטים ערכים ממוצעים שונים של גודל חלקיקים ממוצע, אך הפילוג הנו רחב יותר בצמנט מסוג,CEMII עם חלק גדול יותר של חלקיקים קטנים. הדבר מוצא את ביטויו בעקומי הפילוג המוצגים באיור 3 -ב' וכן בשטח הפנים 3 הסגולי שהוא גבוה יותר בצמנט מסוג,CEMII טבלה 0. באשר למלאנים, -ג' איור מראה שלאפר LA הגיר פילוג צר יחסית של גודל החלקיקים, בעוד שלשני מדגמי האפר האחרים, CALANTORITASולמלאן LOMA ו PRIME,BB פילוג רחב יותר עם תכולה גדולה יותר של חלקיקים קטנים, כפי שגם בא לידי ביטוי בטבלה 0 בערכים של (0.1)d, (0.2)d. יעילות פוצולנית ע"פ EN 450 היעילות הפוצולנית של האפר ששימש במחקר נבדקה עם שני סוגי הצמנט ששימשו במחקר. מאחר והתוצאות מהוות מרכיב באפיון החומרים הן מובאות בטבלה 6. כל הניתוחים המופיעים במחקר מתייחסים לתוצאות אלו.

07 טבלה 1: יעילות פוצולנית ע"פ EN 450 של מדגמי האפר שנקבעה בבדיקה עם כל אחד משני סוגי הצמנטים ששימשו במחקר La-Loma LS BB Prime Calantoritas צמנט גיל )ימים( 0.698 0.755 0.754 7 CEM I 0.711 0.688 0.721 14 0.894 0.739 0.867 28 1.017 0.816 1.020 90 0.758 0.752 0.808 7 CEM II 0.754 0.819 0.779 14 0.904 0.812 0.809 28 0.963 0.954 0.913 90 1.1 תערובות ניסיון הוכנו 6 תערובות ניסיון, בנפח 02 ליטר בערבל בחש, ע"מ לבחור את המוסף הכימי המתאים )שיהיה יעיל גם בתערובות עם אפר פחם(, לבדוק את התאמת יחסי התערובת, ולוודא קבלת חוזק מתאים לבטון מסוג ב- 02. הרכבי התערובות הראשוניים מופיעים בטבלה 7. סומך היעד היה בטווח 02-047 מ"מ.)S4-S6(

04 R2000+FA טבלה 5: הרכבי תערובות לבדיקת מוספים כימיים )ק"ג למ"ק( תערובת R1000+FA R2000 R1000 חומרים 910 910 910 910 14-19 450 450 450 450 9.5-14 407 407 407 0-9.5 חול מודרג שטוף 407 מלאן אספלט 62 43 43 43 43 מיקרון חול טבעי רותם 2 0.2 143 143 202 202 מ"מ 80 80 0 0 אפר פחם 0 0 0 פילר כפר גלעדי 0 230 230 270 270 צמנט 160 160 160 160 מים 4.6 4.6 5.4 מוסף מפחית מים 5.4 הערות ריאובילד ריאובילד 0222 ריאובילד 0222, אפר ריאובילד 0222, אפר פחם BB PRIME פחם BB PRIME 0222 חוזק תקני )MPa( 43.6 תכונות הבטון הטרי והחוזק התקני של התערובות לבדיקת מוספים מופיעים בטבלה 4. טבלה 6: תכונות הבטון הטרי והחוזק התקני של תערובות לבדיקת מוספים תכולת אויר )%( משקל מרחבי )ק"ג\מ"ק( סומך )ירד ב- מ"מ( תערובת 1 2440 160 R1000 43.8 0.8 2463 155 R2000 37.4 0.8 2430 155 R1000+FA 39.8 1 2416 130 R2000+FA המוסף ריאובילד 0222 היה יעיל יותר בתערובות עם אפר הפחם בכל הקשור שלמירת סומך דומה לתערובת הבקרה ועל כן הוא נבחר לשימוש במחקר הנוכחי. כמו-כן, נעשה שינוי ביחסי האגרגטים לתערובות. תערובת ניסיון בהרכב החדש הוכנה ונמצאה מתאימה לעבודה. התערובות טבלה 5 הן אלה שנבחרו בעקבות הניסויים המוקדמים.

05 1.1 הרכב התערובות על בסיס התוצאות של תערובות הניסיון תוכננו תערובות בהרכבים המוצגים בטבלה 5, אשר המשתנים בהן הם תכולת הצמנט בתערובות הבקרה )052 ו- 002 ק"ג/מ"ק(, סוג הצמנט, סוג האפר ומלאן אבן גיר כתחליף לאפר. מהתערובות הוכנו מדגמים כמפורט להלן: 0 קוביות לחוזק בכל אחד מהגילאים: 02 02, 06, 5, יום סומך ומשקל מרחבי של הבטון הטרי ד 0 סקיות לקביעת ספיגות קפילרית וחדירות אויר )טורנט( תערובת REF-1-270 ו REF-1-230 נוצקו פעמיים. פעם בתחילת המחקר ופעם בסופו כדי לקבל אמדן של מידת החזרתיות ביציקת תערובות. הרכבי תערובות לניסוי )ק"ג למ"ק( תערובת טבלה 7: REF-0- REF-2- [FA type]- LF-2 LF-1 REF-1- REF-2- חומרים 230 230 [cemet 270 270 type] אגרגט 06-00 811 811 811 811 811 811 811 מ"מ אגרגט 0.7-06 399 399 399 399 399 399 399 מ"מ אגרגט -2 365 365 365 365 365 365 365 0.7 מ"מ מודרג חול מלאן אספלט 39 39 39 39 39 39 62 מיקרון 39 חול טבעי רותם 393 387 303 301 301 363 2 0.2 מ"מ 363 0 0 80 0 0 0 אפר פחם 0 0 0 0 100 100 0 פילר כפר גלעדי 0 230 230 230 230 230 270 270 צמנט 160 160 160 160 160 160 160 מים 4.6 4.6 4.6 4.6 4.6 5.4 5.4 ריאובילד 0222 CEM II CEM I CEM II CEM I CEM II סוג הצמנט CEM I לפי הסימון

02 1.5 בדיקות סומך סומך הבטון הטרי נבדק ע"י שקיעה בקונוס אברהמס )ת"י 04 חלק 0.0( משקל מרחבי של הבטון הטרי משקל מרחבי של הבטון הטרי נבדק ע"י שקילת הבטון בסיר בעל נפח ידוע של 5.22 ליטר )ת"י 04 חלק 0.7( חוזק לחיצה דוגמאות הבטון לבדיקת חוזק לחיצה היו בגודל של 022*022*022 מ"מ. הן עברו אשפרה תקנית )02 מע"צ, שבוע במים ולאחר מכן ב- 42% לחות יחסית(, וחוזקן נבדק בגילאים: 02, 06, 5, ו- 02 יום, בהתאם לת"י 04 חלק 6.0. חדירות לאוויר בדיקת חדירת אוויר נעשתה באמצעות מכשיר.[Torrent [1992,Torrent ספיגות נימית הבדיקות נערכו בהתאם לתקן ישראלי ת"י 04 חלק 7, סעיף 024. לכל תערובת בטון נבדקו 0 מדגמים וחושבו הערכים הממוצעים של ספיגת המים הכוללת וקצב הספיגה הקפילרית )ספיגה נימית(. 1. תוצאות 1.1 תכונות התערובות תכונות התערובות שנוצקו מופיעות בטבלה 2. הצמנט, הסיומת המספרית ליד כל כינוי של תערובת מציינת את סוג.)0( )0( ו- CEMII CEMI

00 טבלה 8 תכונות הבטון הטרי והקשוי capillary KT compressive strength absorption (10 - BSG slump (MPa) (gr/m 2 /hr 0.5 ) 16 m 2 ) (kg/m 3 ) (mm) 90 28 14 7 1476 4.538 2459 118 49.3 49 44.4 32.7 1546 3.624 2456 192 47.7 43.1 39.3 28.4 1081 4.084 2452 97 48.4 45.9 38.7 28.2 1420 3.958 2423 138 43.0 40.4 34.5 22.8 1233 4.709 2446 101 47.5 44.2 39.8 27.4 1262 3.216 2458 194 45.8 41.7 35.9 24.7 1098 3.888 2421 109 44.1 42.9 37.6 26.5 1428 5.582 2417 152 39.4 38.7 33.3 22.3 1388 9.385 2462 193 42.0 40.4 35.5 26.1 1721 6.751 2437 145 37.4 34.9 31.0 21.0 1383 5.772 2452 185 38.2 36.7 33.7 23.9 1570 6.406 2450 190 35.0 32.1 29.1 19.8 1377 5.735 2458 150 49.2 46.3 42.9 31.8 mix REF 1-270 (1) REF 2-270 La loma LS-1 La loma LS-2 BB Prime-1 BB Prime-2 Calantoritas- 1 Calantoritas- 2 LF-1 LF-2 REF 1-230 REF 2-230 REF 1-270 (2) סומך מחזרה על תערובת,REF 1-270 אפשר להסיק כי הפרש סומך של 02 מ"מ אינו מהותי. בכל התערובות היה הפרש סומך משמעותי בין התערובות מ-,CEM I לתערובות מ-,CEM II כאשר הירד של התערובות שהוכנו מ- CEM II היה גבוה בכ- 62 עד 02 מ"מ מהירד שהתקבל בתערובות שהוכנו מ-.CEM I החריגים הבולטים לכלל זה הן התערובות עם מלאן גיר - LF-1 ו- LF-2, שם ההפרש היה הפוך. יתכן שריכוז אלומינטים נמוך יותר בצמנט מסוג CEM II הוא הגורם להגדלת האפקטיביות של המוסף מפחית המים. בכל מקרה, אין בכך כדי להסביר מדוע בתערובות עם מלאן הגיר התוצאה הייתה הפוכה.

א- Pozzelanic activity index in mortar (EN 450) 02 0 1.1 יעילות במדגמי מלט בדיקות תקניות סיכום של כל התוצאות לבדיקות יעילות במלט מוצג בטבלה המתבססת גם על מידע הנמצא באתר של מנהלת אפר הפחם, איור 6 '. בדיקות אלה בוצעו עם צמנט מסוג CEM I כנדרש בתקן. באיור 6 -ב' נערכת השוואה בין התוצאות המצטברות למדגמי אפר אלה שהתקבלו בבדיקות מתמשכות על ידי מנהלת אפר הפחם ובין התוצאות שהתקבלו במדגמי האפר ששמשו במחקר זה, עבור גיל 02 ימים )נתונים מטבלאות 0 ו- 6(. טבלה 9: יעילות פוצולנית בגיל 18 יום של סוגי האפר ששימשו במחקר ממוצע רב אצווה אצווה שנתי קודמת במחקר סטיית תקן של הממוצע הרב שנתי 0.052 0.851 0.918 0.894 La-Loma LS 0.024 0.809 0.795 0.739 BB Prime 0.058 0.786 0.731 0.867 Calantoritas 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 La-Loma LS BB Prime Calantoritas 0.2 0.1 0.0 7 28 60 90 Age (days) )א(

Pozzelanic activity index (EN 450) pozzelanic activity index in mortar (EN 450) 00 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 La-Loma LS BB Prime Calantoritas 0.2 0.1 0 Multiannual average (CEM I) CEM I CEM II )ב( 1 0.9 0.8 0.7 0.6 Multiannual average (CEM I) 0.5 CEM I 0.4 0.3 CEM II 0.2 0.1 0 La-Loma LS BB Prime Calantoritas )ג( איור 1: מקדמי היעילות של מדגמי אפר בבדיקה תקנית של מלטים: )א( ממוצעים מבדיקות מתמשכות על ידי מנהלת אפר הפחם )ב( תוצאות של בדיקות במחקר זה עם האפר והצמנטים שנחקרו בהשוואה לבדיקות המתמשכות של מנהלת אפר הפחם תוצאות של גיל 18 ימים, השוואה לפי סוג אפר. )ג( תוצאות של בדיקות במחקר זה עם האפר והצמנטים שנחקרו בהשוואה לבדיקות המתמשכות של מנהלת אפר הפחם תוצאות של גיל 18 ימים, השוואה לפי בדיקה. ניתן לראות מאיור 0 א' שבכל הגילים, אפר LALOMA הוא היעיל ביותר, ולאחריו לפי סדר יורד של יעילות BB ו.CALANTORITAS יחד עם זאת ההבדלים הנם קטנים יחסית ונמצאים בתחום הסטייה PRIME הסטטיסטית. בציור 0 ב' ניתן להבחין שבבדיקות שבמחקר זה נמצא שאפר CALANTORITAS הוא הפחות פעיל

CEM II 00 ב-,CEM II אך יותר פעיל ב-,CEM I לעומת זאת היעילות של האפר מסוג BB Prime דוקא יותר נמוכה ב-.CEM II יחסית ל- CEM I מקדמי היעילות הפוצולנית המתקבלים לפי EN 450 )להלן )EN 450 מופיעים טבלה 6. הקשר בין מקדמי היעילות המתקבלים בשני הצמנטים אינם ברורים ונראה שיש פיזור גדול, שגיאה! מקור ההפניה לא נמצא.. רגרסיה ליניארית בין התוצאות עבור הצמנטים השונים נותנת מתאם 0.52=r. עבור 00 מדידות מתאם כזה משמעותו הסתברות של כ- 00% לקיום קשר ליניארי בין התוצאות המתקבלות ב- CEM I לאלו המתקבלות ב-,CEM II אך הסטייה מהמתאם היא כה גדולה, כך שאין לו משמעות. מציור זה ניתן להבחין במגמה של מקדם אקטיביות גבוה יותר דווקא בצמנט.CEMII EN 450 1.050 1.000 0.950 0.900 0.850 0.800 0.750 0.700 0.650 0.650 0.750 0.850 0.950 1.050 CEM I La-Loma LS BB Prime Calantoritas איור :5 היעילות הפוצולנית ע"פ EN 450 עם CEM II כנגד CEM I 1.1 חוזק ויעילות בבטון בעבודה זה הגדרנו לצורך השוואה מקדם שניתן לו הכינוי מקדם היעילות בבטון, משוואה 02, ומוצג בטבלה 0 ואיור 4 ו-איור 5. מקדם יעילות בבטון חוזק בטון עם אפר חוזק בטון ללא אפר משוואה 11

Relative strength 00 טבלה 02: מקדם היעילות בבטון 90 28 14 גיל 7 0.980 0.937 0.872 0.862 La loma LS-1 0.872 0.938 0.878 0.803 La loma LS-2 0.964 0.902 0.896 0.838 BB Prime-1 0.929 0.968 0.913 0.870 BB Prime-2 Calantoritas- 0.895 0.875 0.847 0.810 1 Calantoritas- 0.799 0.899 0.847 0.785 2 0.851 0.825 0.800 0.798 LF-1 0.758 0.811 0.788 0.738 LF-2 100% 80% 60% 40% 20% 0% 7 14 28 90 איור 6: מקדם היעילות בבטון

Relative strength Relative strength 06 105% 100% 95% 90% 85% 80% 75% REF 1-230 REF 2-230 La loma LS-1 La loma LS-2 BB Prime-1 BB Prime-2 Calantoritas-1 Calantoritas-2 LF-1 70% 7 14 28 90 age (days) LF-2 100% )א( 95% 90% 85% 80% 75% REF 1-230 La loma LS-1 BB Prime-1 Calantoritas-1 LF-1 70% 7 14 28 90 age (days) )ב(

Relative strength 07 100% 95% 90% 85% 80% 75% REF 2-230 La loma LS-2 BB Prime-2 Calantoritas-2 LF-2 70% 65% 7 14 28 90 age (days) )ג( איור 7: מקדם היעילות בבטון כנגד גיל הבטון )בימים( )א( כל התוצאות, )ב( תוצאות של מערכות עם צמנט I, )ג( תוצאות של מערכות עם צמנט II LA- BB PRIME ניתן לראות שבדרך כלל מקדם היעילות גדל עם הגיל. הוא גבוה ביותר במדגמי אפר ו,LOMA כאשר ההבדל בין שניהם קטן. הוא נמוך יותר באופן משמעותי באפר,CALANTORITAS ונמוך בהרבה במלאן אבן הגיר. כאשר משווים את מקדמי היעילות לגבי אפר פחם ומלאן נתונים במערכות משני סוגי CEMI הצמנטים רואים שההבדלים אינם גדולים ולא ניתן לקבוע שבמערכת מצמנט מסוג היעילות גדולה יותר. מעניין לציין שבכל המערכות עם צמנט CEMII יש הקטנה במקדם היעילות בגיל 02 יום, בעוד שבצמנט CEMI לא ניכרת תופעה כזו. הסיבה לירידה היא שבמערכת עם CEMII יש גידול בחוזק בין 02 ל- 02 יום שהוא גדול באופן יחסי ל- CEM I )כנראה תוצאה של פעילות המוספים המינרליים ב- CEM II שבאים לידי ביטוי בגיל בגיל מאוחר מ- 02 יום(, בשעה שהגידול בחוזק, בתערובות עם אפר הפחם ומלאן הגיר, הנה יותר נמוכה באופן יחסי מהגידול בחוזק של מדגם הבקרה. מעניין לציין שמהתוצאות שבאיור 7 רואים שיש תרומה לחוזק בנוכחות מלאן אבן גיר שהוא לכאורה אינרטי. התרומה יותר קטנה מזו של אפר פחם אך היא בעלת משמעות. מתוך כך ניתן להגדיר שלושה רכיבים התורמים לחוזק רכיב הצמנט, רכיב המלאן, והרכיב הפוצולני. לצורך אפיון התרומה של הרכיבים השונים נעשה שימוש בתערובת הבקרה עם 002 ק"ג צמנט למ"ק ועל בסיסי זה הוגדרו הפרמטרים הבאים:

04 אפקט מלאן - הפרש החוזק בין תערובת הייחוס,,REF 230 וחוזק התערובת עם מלאן הגיר,)LF( יחסית להפרש החוזק בין תערובות הבקרה עם 002 ו- 052 ק"ג/מ"ק. אפקט פוצולני - הפרש החוזק בין התערובות עם 002 ק"ג צמנט ואפר פחם והתערובות עם 002 ק"ג צמנט ומלאן גיר יחסית להפרש החוזק בין תערובות הבקרה עם 002 ו- 052 ק"ג/מ"ק צמנט. אפקט המלאן נע בין 7.0% ל- ( 0.0% טבלה 11(. מאחר שמתוצאות אלה לא ניתן לראות מגמה ברורה הקשורה בגיל או בסוג הצמנט, הערכים הנ"ל, הרי ניתן להעריך שאפקט זה הוא בקרוב קבוע. בטווח טבלה 11 אפקט המלאן CEM II גיל CEM I 6.0% 9.1% 7 6.5% 5.3% 14 8.9% 10.1% 28 7.0% 9.9% 90 האפקט הפוצולני גדל עם הגיל )טבלה 00(. עבור אפר פחם מסוג BB Prime ו- La Loma LS האפקט הפוצולני גדול מאפקט המלאן כבר בגיל שבוע. בגיל 06 יום, האפקט הפוצולני גדול מאפקט המלאן לכל סוגי אפר הפחם, כאשר לשני הראשונים, הוא כבר גדול בהרבה. ניכר כי האפקט הפוצולני גדול יותר עבור,CEM II לכל סוגי אפר הפחם, ולכל גיל. Calantoritas- Calantoritas- טבלה 11 האפקט הפוצולני גיל 2 1 BB Prime-2 BB Prime-1 La loma LS-2 La loma LS-1 0.067 0.017 0.189 0.054 0.093 0.088 5 0.080 0.061 0.170 0.126 0.122 0.094 06 0.117 0.066 0.211 0.103 0.170 0.149 02 0.057 0.056 0.241 0.145 0.160 0.167 02 הגדרה אחרת של מקדם היעילות בבטון המקובלת בתקנים, אשר אותה נכנה מקדם היעילות הטכנולוגי k, נקבעת על פי משוואה 00 ומשמשת למעשה לחישוב מנת מים אפקטיבית:

05 משוואה 11 ω ניתן לחשב בקרוב את יחס המים לצמנט האפקטיבי ע"י אינטרפולציה ליניארית של החוזק כנגד יחס מים לצמנט של התערובות REF-270 ו- REF-230 )יחס מים לצמנט של הראשונה הוא 2.70 ושל השנייה 2.52(. את האינטרפולציה מבצעים בנפרד לכל סוג צמנט, ואז ניתן לקבל את מקדם היעילות הטכנולוגי k על-ידי חילוץ ממשוואה 00. ערכי היעילות המחושבים מופיעים בטבלה 00. טבלה - 11 מקדמי יעילות פוצולנית טכנולוגיים k 90 28 14 7 age 0.47 0.36 0.21 0.22 La loma LS-1 0.30 0.36 0.25 0.16 La loma LS-2 0.43 0.28 0.26 0.18 BB Prime-1 0.42 0.43 0.32 0.27 BB Prime-2 Calantoritas- 0.28 0.23 0.16 0.13 1 Calantoritas- 0.16 0.28 0.19 0.13 2 0.20 0.13 0.07 0.11 LF-1 0.08 0.12 0.08 0.06 LF-2 מקדם היעילות הטכנולוגי ומקדם היעילות בבטון )חוזק יחסי( מחושבים על אותו בסיס נתונים של חוזק, ועל כן אין זה מפתיע שיש קשר לינאי אחיד ביניהם, כפי שרואים באיור 2 בא. יור זה רואים בברור שהמקדמים של אפר CALNTORITAS הינם בטווחים הנמוכים יותר בעוד שהנקודות המייצגות את BB PRIME ו LALOMA הנם גבוהים יותר ללא נטייה ברורה ליתרון של אחד מהם.

Efectivity coeficient k 02 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.750 0.800 0.850 0.900 0.950 1.000 Relative strength BB Prime CEM I La Loma CEM I Calantoritas CEM I BB Prime CEM II La Loma CEM II Calantoritas CEM II איור 8: הקשר בין מקדמי היעילות בבטון, המקדם הטכנולוגי והחוזק היחסי. ניתן להעריך את סטיית התקן של מקדם היעילות הפוצולני הטכנולוגי k מתוך סטיית התקן של בדיקות החוזק, וזאת מאחר שחישוב מקדם היעילות הפוצולני הטכנולוגי k מבוסס על תוצאות החוזק. החישוב של k מבוסס על חישוב יחס מים לצמנט אפקטיבי. חישוב יחס המים לצמנט האפקטיבי נעשה ע"י התאמת החוזק המתקבל לקו רגרגסיה ליניארית שבין שתי נקודות בעלות יחס מים לצמנט בפועל השווה לזה האפקטיבי. שתי הנקודות הללו הן תערובות REF 230 ו-,REF 270 שאינן מכילות תוספים פוצולנים או מלאן נוסף. חישוב סטיית התקן המצטברת מבוססת על הקשרים המופיעים בטבלה 06. טבלה 11: קשרים מתמטיים לחישוב שגיאה נגררת הקשר בין השגיאה הנגררת - δf כאשר δx=δy לשגיאות של המשתנים δx,δy הפונקציה δ δ δ δ δ δ δ δ ( δ ) ( δ ) δ δ סטיית התקן של החוזק של יציקה במחקר היא 0%. ההבדל בחוזק בין תערובות זהות שנוצקו בתאריכים שונים מגיע עד 7%. איור 0 מציג את הקשר בין סטיית התקן של מדידת החוזק לבין סטיית התקן של מקדם היעילות הפוצולני הטכנולוגי k המחושב מתוצאות החוזק. מתוך נתוני המחקר ניתן להעריך שסטיית התקן של k היא בין 7 ל- 00 אחוז.

סטיית תקן של k מחושב 00 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% סטיית תקן של מדידת החוזק איור 9: הקשר בין סטיית התקן של מדידת חוזק של תערובת בטון לבין סטיית התקן המתקבלת בחישוב מקדם היעילות הפוצולני הטכנולוגי k 1.1 מקדם היעילות במלטים )בדיקת )EN 450 בהשוואה ליעילות הנמדדת בבטונים במדידת היעילות הפוצולנית במדגמי מלט תקניים, המשמעות של 022% יעילות היא תפקוד שקול של ק"ג אפר לק"ג צמנט, או מקדם יעילות טכנולוגי k של 0. בהתחשב בתכולת אפר הפחם בבטונים שהוכנו במחקר זה, עבור יעילות זו יחס החוזק שצריך להתקבל בין בטון המכיל אפר לבטון ללא אפר הוא 000%. כאשר מקדם היעילות ע"פ EN 450 הוא 57%, הרי שלאפר הפחם לא הייתה כל תרומה לחוזק. במקרה כזה, מקדם היעילות הטכנולוגי k צריך להיות שווה ל- 2, ובתערובות הבטון שהוכנו במחקר זה, יחס החוזקים בין תערובת עם אפר לתערובת ללא אפר צריך לעמוד על 27%. התוצאות שונות מכך באופן משמעותי. עבור מקדמי יעילות בבדיקות תקניות במלטים, הנמוכים מ-, 57% היעילות המתקבלת בבטון גבוהה מהצפוי, ועבור ערכים גבוהים של מקדמי יעילות בבדיקות תקניות של מלטים )02-022%( היעילות המתקבלת בבטון נמוכה מהצפוי. )איוריםאיור 02 איור 00(. את הערכים הגבוהים יותר בבטון עבור מקדמי היעילות הנמוכים במלט ניתן להסביר באפקט מלאן, שהוא משמעותי יותר בבטון, וכנראה זניח במלט.

Relative Strength Efficiency coeficient k 02 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.650 0.750 0.850 0.950 1.050 EN 450 CEM 1 7d CEM II 7d CEM I 14d CEM II 14d CEM I 28d CEM II 28d CEM I 90d regression line theoretical איור 11: מקדם היעילות האפקטיבי בבטון כנגד מקדם היעילות במלט ע"פ EN 450 100% 95% 90% 85% 80% 75% 0.650 0.750 0.850 0.950 1.050 EN 450 CEM I 7d CEM II 7d CEM I 14d CEM II 14d CEM I 28d CEM II 28d CEM I 90d regression line theoretical איור 11: חוזק יחסי של תערובות בטון כנגד מקדם היעילות במלט ע"פ EN 450 באיור 02 ואיור 00 הפיזור הוא גדול ולא ניתן למצוא קשר חד משמעי בין היעילות התקנית הנקבעת במדגמי מלט וזו הנקבעת בבטון. באיור 00 מוצגות התוצאות שוב תוך אפיון הנקודות במדגמי האפר השונים. ניתן לראות שיש נטייה ברורה לערכים נמוכים יותר של בטונים שבהם האפר הוא מסוג.CALANTORITAS המשמעות היא שלמרות שלמדגמי אפר זה מקדם יעילות בבדיקת המלט התקנית שהוא קצת יותר נמוך משני מדגמי האפר האחרים, הרי בבטון הוא הרבה יותר נמוך.

Efficiency coeficient k Relative Strength 00 100% Relative strength vs. EN 450 95% 90% 85% 80% 75% 0.650 0.750 0.850 0.950 1.050 EN 450 La Loma CEM I BB Prime CEM I Calantoritas CEM I La Loma CEM II BB Prime CEM II Calantoritas CEM II regression CEM I regression CEM II )א( 0.5 Efficiency coeficient k vs. EN 450 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 65% 75% 85% 95% 105% EN 450 La Loma CEM I BB Prime CEM I Calantoritas CEM I La Loma CEM II BB Prime CEM II Calantoritas CEM II regression CEM I regression CEM II )ב( איור 11: קשרים בין מקדמי היעילות בבדיקת המלט התקנית,,EN 450 ומקדמי היעילות בבטון. )א( חוזק יחסי. )ב( מקדם יעילות טכנולוגי. 1.5 קצב התפתחות החוזק התפתחות החוזק ניתנת לאומדן באמצעות משוואה שבה שני פרמטרים: קבוע זמן )τ( וחוזק סופי ( f f(, משוואה 00.

strength (Mpa) 00 משוואה 11 חוזק סופי, ו- τ קבוע זמן אופייני. מתוך התאמת פרמטרים של חוזק הבטון, t זמן, f f כאשר, f(t) משוואה 00 לתוצאות, ניתן למצוא את קבוע הזמן עבור כל אחת מהתערובות )איור 06( וכן גם את החוזק CEM II הסופי )איור 07(. באופן עקבי, קבוע הזמן עבור תערובות עם גדול ביום אחד לערך מקבוע הזמן 5.6 REF - 270 לתערובת המקבילה עם.CEM I לתערובות הייחוס קבוע הזמן הקצר ביותר )4.6 ימים ו- בהתאמה(, לתערובת REF 230 קבוע זמן ארוך יותר בכחצי יום, אחריהן התערובות עם מלאן גיר ואפר-פחם 0.5 La-Loma,Calantoritas אח"כ תערובות,BB-Prime ולבסוף תערובות קבוע זמן עם של עד יום מעבר לקבוע הזמן של תערובת הייחוס. החוזק הסופי גם הוא נמוך יותר באופן עקבי בתערובות עם,CEMII אך ההפרשים קטנים יחסית. כמו כן החוזק הסופי בתערובות עם האפר קטן מהחוזק הסופי של בטון הייחוס עם 052 ק"ג/מ"ק צמנט, אך גבוה בהרבה מהחוזק הסופי של בטון הייחוס עם 002 ק"ג/מ"ק צמנט. קבוע הזמן מייצג את האפקט הקינטי של האינטראקציה בין המלאן והצמנט והחוזק הסופי תלוי יותר במבנה הפנימי המתפתח. בשני המקרים, עבור שילוב נתון של אפר וצמנט, מתקבלת מגמה צפויה שקבוע הזמן ארוך יותר והחוזק הסופי גבוה יותר עבור שילוב של אפר פחם עם צמנט.CEMI 50 45 40 35 30 25 20 15 מחושב Calantoritas-1 10 5 0 0 20 40 60 80 100 time (days) איור 11 - החוזק שנמדד בפועל וחוזק מחשב על-פי משוואה 11, לתערובת הבטון.Calantoritas-1

Final Strength (Mpa) Characteristic time for 63% of final strength (days) 00 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 איור 11 קבוע זמן אופייני להתפתחות החוזק, ע"פ משוואה 11, לתערובות השונות 60 50 40 30 20 10 0 איור 15: החוזק הסופי על פי משוואה 11 לתערובות השונות מקדם היעילות בבטון )חוזק יחסי( מביא לידי ביטוי גם את השיפור שבנוכחות האפר יחסית לתערובות הבקרה, ומתוך הפרמטרים שבאיורים 00 ו- 06 ומשוואה 00 ניתן לחשב מקדם זה. התוצאות המוצגות באיור 07 מצביעות על מגמה מורכבת המשתנה על ציר הזמן. בתערובות עם אפר הפחם, המקדם גבוה יותר בגיל מוקדם בבטונים עם צמנט מסוג CEM II וזו כנראה תוצאה של אפקט מלאן ניכר יותר בבטונים אלה. אפקט המלאן מוצא את ביטויו בעיקר בגיל צעיר לפני שבא לידי ביטוי אפקט פוצולני משמעותי. ייתכן ופילוג החלקיקים הרחב יותר של צמנט מסוג CEM II וגודל החלקיקים הקטן יותר בו מאפשר אפקט מלאן יעיל יותר. עם התקדמות האשפרה מקדם היעילות במערכות עם צמנט מסוג CEM I עולה על זה של המערכות עם

06 BB PRIME CALANTORITAS LALOMA מסוג צמנט CEM II במדגמי אפר ו- בשעה שבאפר ההפרש בין המקדמים מצטמצם אך נשאר עדיין יתרון קטן למערכת עם צמנט מסוג.CEM II ככל הנראה, שינוי מגמה זה הוא פועל יוצא של אפקט מלאן גדול יותר במערכות עם צמנט מסוג.CEM II איור 16: מקדמי יעילות בבטון )חוזק יחסי( מחושבים לפי משוואה 11 ועבור הערכים האופייניים של קבוע הזמן והחוזק הסופי. על המורכבות של קשרי גומלין אלו ניתן לקבל היזון נוסף אם מחשבים את הפרמטרים היחסיים של חוזק הבטונים עם אפר ומלאנים יחסית לחוזק בטון בקרה עם 002 ק"ג/מ"ק צמנט אשר אליו הוספו חומרים אלה, איור 05 ואיור 02. מתוכם ניתן לראות שכל התוספות משפרות את החוזק הסופי )איור 02(, כאשר השיפור הגדול יותר הוא במדגמי אפר BB PRIME ו-.LALOMA קבועי הזמן גדולים יותר בבטון עם אפר ומלאן דבר המביא לידי ביטוי את העובדה שהתהליכים הגורמים לתוספת חוזק בנוכחות חומרים אלה איטיים יותר מאשר תהליכי ההידרציה של הצמנט. העובדה שהזמנים קצרים מאד במלאן הגירי קשורים כנראה בכך שהאפקט העיקרי שלו הוא אפקט מלאן, הבא לידי ביטוי בגיל מוקדם, להבדיל מאפקט פוצולני שנדרש זמן עבורו. בהשוואה בין הערכים האופיניים היחסיים, במערכות עם צמנטים מסוג,CEM II רואים CEM I ו שהחוזק הסופי איננו יותר נמוך ב-,CEMII בשעה שקבועי הזמן במערכות שלו הם קצת קצרים יותר.

Relative final strength Relative time constant 07 1.2 1.15 1.1 1.05 1 איור 17: קבוע זמן אופייני יחסי להתפתחות החוזק )בטון עם אפר או מלאן יחסית לבטון בקרה עם 111 ק"ג/מ"ק צמנט(, ע"פ משוואה 11 1.4 1.35 1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 1.05 1 איור 18: חוזק סופי אופייני יחסי להתפתחות החוזק )בטון עם אפר או מלאן יחסית לבטון בקרה עם 111 ק"ג/מ"ק צמנט(, ע"פ משוואה 11 בדיון על אפקט מלאן יש להביא בחשבון שהוא תלוי לא רק באופי החלקיקים אלא גם בפילוג הגודל שלהם. אפקט המלאן כפי שנקבע ב טבלה 11 מבוסס על אמדן המתקבל מאפיון החוזק של תערובות עם מלאן אבן גיר. פילוג החלקיקים של מלאן זה מצומצם, והוא גדול יותר מאשר חלקיקי הצמנט, איור 00. לעומת זאת, פילוג החלקיקים של מדגמי האפר

passing (%) % in range 04 הוא רחב יותר ויש בו מרכיב ניכר של חלקיקים קטנים. לכן, ייתכן והאומדן של אפקט המלאן המתבסס על חוזקי בטונים עם מלאן אבן גיר איננו מייצגת כראוי את האפקט הזה בגרגירי אפר פחם אשר ייתכן והוא גדול יותר הודות לפילוג שלהם. 8 7 6 CEM I CEM II A-M/SLV BB Prime Avgil 128 5 4 3 2 1 0 0.3 3 30 300 particle size (micron) 100 90 80 70 CEM I CEM II A-M/SLV BB Prime Avgil 128 60 50 40 30 20 10 0 0.1 1 10 100 particle size (micron) איור 19: פילוג גודל חלקיקים של שני הצמנטים, מלאן אבן גיר ואחד ממדגמי האפר

KT (10-16 m 2 ) 05 1.6 קיים את ההתנהגות מנקודת מבט של קיים ניתן לאמוד מתוך פרמטרים של חדירות ובעבודה הנוכחית נקבעו לצורך כך ערכים של חדירות לאוויר וספיגות קפילרית, איורים איור 02 ו-איור 00. עבור שתי התכונות הערכים הנם נמוכים יותר עבור הבטונים המכילים אפר פחם, אך לא ניתן להצביע על יתרון בולט של אחד מסוגי האפר. יתרה מכך, ההקטנה בערכי החדירות איננה בסדר גודל המשנה באופן משמעותי את הקיים של המערכת לשינוי כזה דרושה הקטנה של לפחות 72% וזה לא המקרה כאן. ראוי לציין שתוצאות אלה התקבלו באשפרה תקנית שמשמעותה שרק בשבוע הראשון היו המדגמים בסביבה מימית. אלה אינם תנאים המתאימים למיצוי הריאקציה הפוצולנית ועל כן העובדה שלמרות זאת הייתה ירידה במקדמי החדירות מעידה על תרומה חיובית של האפר. באיורים 05 ו- 02 לא ניתן להבחין במגמה המפרידה בין תערובות שנעשו עם CEM I או.CEM II 12 10 8 6 4 2 0 איור 11: מקדם חדירות אוויר, בדיקת טורנט

capilary absorption (gr/m 2 /hr 0.5 ) 02 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 איור 11: ספיגות קפילרית 1.7 ניתוח תוצאות של בדיקות תקניות מתמשכות שבוצען במעבדות בדיקה בנוסף לבדיקות שנעשו ספציפית לצורך מחקר זה, נערך ניתוח של תוצאות שהתקבלו בבדיקות מתמשכות במעבדות בדיקה אשר נעשו עבור מנהלת אפר הפחם. הבדיקות כוללות בדיקות סדירות של אקטיביות פוצולנית לאורך שנים על-ידי איזוטופ, בדיקות אקטיביות פוצולנית של אפר פחם מהשנה האחרונה עם 0 סוגי צמנט שונים שנעשו על-ידי איזוטופ, ובדיקות של תערובות בטון שנעשו במכון התקנים. התוצאות של בדיקות אלה נותחו כאן במגמה לבחון אותן לאור המסקנות שהתקבלו במחקר הנוכחי. ניתוח של תוצאות אלו מוסיף נדבך לחיזוק המסקנות. תוצאות רב-שנתיות של אקטיביות פוצולנית הממוצעים וסטיות התקן של התוצאות הרב-שנתיות של האקטיביות הפוצולנית במלטים של שלושת סוגי האפר ששמשו במחקר הופיעו כבר באיור 6. מתוכו ניתן היה להסיק שהתכונות של אצוות אפר הפחם ששמשו למחקר הנוכחי אינן חורגות מהתוצאות המקובלות, ולכן ניתן להתייחס למדגמים כאל מדגמים מייצגים. לא ניתן להבחין בקשר בין חוזק מלט הבקרה )מלט מצמנט פורטלנד CEMI בלבד( לחוזק המתקבל במלט המכיל 07% אפר פחם מרחף ו- 57% צמנט פורטלנד )איור 00(. זוהי אינדיקציה לכך שחוזק הצמנט אינו משפיע על האקטיביות הפוצולנית. כאשר משרטטים את האקטיביות הפוצולנית כנגד חוזק מלט הבקרה )איור 00(, מתקבל קשר בין חוזק מלט הבקרה ומקדם האקטיביות הפוצולני רק עבור אפר פחם.La Loma LS עם- זאת, אם הקשר היה קשר מהותי, התלוי במנגנון בו חוזק צמנט הבקרה משפיע על האקטיביות של אפר הפחם, הרי שקשר כזה היה צריך להתקבל עבור כל סוג אפר פחם. נראה על פניו שאין תלות ברורה בין מקדם האקטיביות הפוצולנית של האפר ובין האקטיביות של הצמנט כפי שניתנת לאמדן מתוך חוזק מלט הבקרה.

Pozzolanic activity index control mortar 00 Strength at 90d (MPa) 76.0 74.0 72.0 70.0 68.0 66.0 64.0 62.0 54.0 59.0 64.0 69.0 74.0 mortar with fly ash La Loma LS BB Prime Calantoritas איור 11: חוזק מלט בקרה, כנגד חוזק מלט המכיל 15% אפר פחם מרחף ו- 75% צמנט פורטלנד בבדיקת אקטיביות פוצולנית על-פי EN 450 pozzolanic activity index vs. CEM I control strength 1 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 La Loma LS BB Prime Calantoritas 0.7 59.0 64.0 69.0 74.0 79.0 control mortar strength (MPa) איור 11: אקטיביות פוצולנית כנגד חוזק מלט הבקרה בדיקות אקטיביות פוצולנית של אפר פחם עם 1 סוגי צמנט שונים בדיקות מקדם אקטיביות פוצולנית על-פי EN 450 נעשו עם 5 סוגי אפר פחם מרחף שונים, ושלושה סוגי צמנט 24 שונים. התוצאות עבור מקדם האקטיביות הפוצולנית בתלות בסוג הצמנט מוצגות באיור. ניתן לראות שעבור כל מדגמי האפר לא היה הבדל משמעותי במקדם האקטיביות בבדיקות עם סוגי הצמנט השונים, CEM I מתוצרת מקומית ומיבוא )לב ברון( ו- CEM II מתוצרת מקומית. כאשר יש הבדל, הוא מופיע בגיל 02 יום,

Pozzolanic activity index Pozzolanic activity index 62 והאקטיביות הגבוה יותר מתקבלת עבור CEM II מתוצרת מקומית. במחקר הנוכחי. המגמה הזו דומה לתוצאות שהתקבלו Newland 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 7 d 28 d 60 d 90 d )א( Russian 7 d 28 d 60 d 90 d )ב( נשר CEM I לב ברון CEM I נשר CEM II נשר CEM I לב ברון CEM I נשר CEM II

Pozzolanic activity index Pozzolanic activity index 60 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 BB Prime 7 d 28 d 60 d 90 d נשר CEM I לב ברון CEM I נשר CEM II 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 )ג( Calantoritas 7 d 28 d 60 d 90 d )ד( נשר CEM I לב ברון CEM I נשר CEM II

Pozzolanic activity index Pozzolanic activity index 60 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 DMO 7 d 28 d 60 d 90 d )ה( GGV 7 d 28 d 60 d 90 d )ו( נשר CEM I לב ברון CEM I נשר CEM II נשר CEM I לב ברון CEM I נשר CEM II

pozzolanic activity index Pozzolanic activity index 60 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 La Loma 7 d 28 d 60 d 90 d )ז( La Loma MS 7 d 28 d 60 d 90 d )ח( נשר CEM I לב ברון CEM I נשר CEM II נשר CEM I לב ברון CEM I נשר CEM II איור : 24 האקטיביות הפוצולנית בגילאים שונים של 7 סוגי אפר פחם מרחף עם 1 סוגי צמנט: CEM I תוצרת נשר, CEM I מיובא ע"י לב ברון, ו- CEM II A/M-SLV תוצרת נשר 1. מסקנות אקטיבציה פוצולנית בבדיקות תקניות במלט לעומת אקטיבציה בפועל בבטון: לא נמצאה קורלציה ברורה בין האקטיבציה כפי שנקבעה בבדיקה התקנית במלט ובין האקטיבציה שהתקבלה בפועל בבטון. מדגם האפר שאופיין במקדם האקטיבציה הנמוך ביותר במלט היה אמנם החלש ביותר בבטון, אך ההבדלים בינו ובין האחרים בבדיקת המלט היו קטנים בעוד שבבטון הם היו גדולים..0